Lepsza sieć dla przestrzeni kosmicznej

Po zaprojektowaniu protokołów sieciowych, które uruchomiły Internet, Przyszedł jeleń teraz chce umieścić ten sam rodzaj solidnej sieci komunikacyjnej w przestrzeni kosmicznej. Obecnie astronauci i roboty kosmiczne komunikują się z Ziemią za pomocą łączy radiowych punkt-punkt i schematów komunikacyjnych dostosowanych do niemal każdej nowej misji. Utrudnia to interoperacyjność i zmianę przeznaczenia sprzętu komunikacyjnego, a wraz ze wzrostem liczby i złożoności misji stanie się to tylko bardziej problematyczne.

Przestrzeń sieciowa: Vint Cerf, współtwórca internetu i wiceprezes w Google, projektuje protokoły dla solidnej kosmicznej sieci komunikacyjnej, wzorowanej na naziemnej sieci Internet. Cerf współpracuje z zespołem w NASA Jet Propulsion Laboratory (gdzie jest również naukowcem wizytującym) oraz w MITER Corporation z siedzibą w Waszyngtonie.

Cerf, który jest wiceprezesem Google i głównym ewangelistą internetowym, pracuje z zespołem w NASA Jet Propulsion Laboratory ( JPL ), gdzie jest również naukowcem wizytującym, a na MITER Corporation , z siedzibą w Waszyngtonie, DC, w celu zaprojektowania i wdrożenia rewolucyjnego nowego schematu komunikacji kosmicznej. Projekt, nazwany Internetem Międzyplanetarnym, będzie testowany na pokładzie Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) w 2009 r., a Cerf ma nadzieję, że do 2010 r. nowe misje kosmiczne zostaną zaprojektowane z wykorzystaniem protokołów.

Docelowo sieć mogłaby łączyć załogowe i zrobotyzowane statki kosmiczne, tworząc szkielet systemu komunikacyjnego, który dociera do całego Układu Słonecznego.

Przegląd technologii Brittany Sauser spotkała się z Cerfem, aby omówić szczegóły projektu.

Przegląd technologii : Jaki jest cel Internetu Międzyplanetarnego?

Przyszedł jeleń :Projekt rozpoczął się 10 lat temu jako próba ustalenia, jakiego rodzaju techniczne standardy sieciowe byłyby przydatne do wspierania komunikacji międzyplanetarnej. Pamiętaj, że od lat 60. latamy z robotami na planety wewnętrzne i zewnętrzne, asteroidy, komety i tym podobne. Udało nam się komunikować z tymi zrobotyzowanymi urządzeniami i misjami załogowymi za pomocą łączności radiowej punkt-punkt. W rzeczywistości w przypadku wielu z tych misji korzystaliśmy z dedykowanego systemu komunikacji o nazwie Deep Space Network ( DSN ), zbudowany przez JPL w 1964 roku.

Ale jednym z problemów związanych z komunikacją kosmiczną jest ograniczone wykorzystanie standardów. Kiedy wystrzeliwujemy statek kosmiczny z unikalnym zestawem czujników na pokładzie, często kończymy na pisaniu specjalnego oprogramowania komunikacyjnego i aplikacji, które jest dostosowane do systemów czujników i manipulatorów tego statku kosmicznego. W świecie Internetu stosujemy standardy zwane pakietem protokołów TCP/IP — przełączanie pakietów oraz metody przechowywania i przekazywania — aby umożliwić wielu różnym urządzeniom, miliardom rzeczy, kompatybilną interakcję ze sobą. Zespół postanowił opracować zestaw protokołów, które umożliwiłyby nam uzyskanie takiej elastyczności sieci w kosmosie, jaką mamy na Ziemi. Projekt Interplanetary Internet dotyczy przede wszystkim opracowania zestawu standardów komunikacyjnych i specyfikacji technicznych do obsługi rozbudowanej sieci w środowiskach kosmicznych.

DZIECI :Jakie są wyzwania związane z budowaniem takiej sieci w kosmosie?

U :Zaczęliśmy od pracy nad zestawem protokołów, które mogłyby poradzić sobie z dwiema bardzo ważnymi właściwościami komunikacji kosmicznej. Pierwszy to opóźnienie. Odległości między planetami są bardzo duże. Na przykład, gdy Ziemia i Mars są najbliżej siebie, rozchodzenie się sygnału radiowego poruszającego się z prędkością światła nadal zajmuje 3,5 minuty. Gdybym był na Marsie, a ty na Ziemi, zajęłoby to najwyżej siedem minut, zanim usłyszysz odpowiedź. Kiedy Ziemia i Mars są najdalej od siebie, podróż w obie strony zajmuje 40 minut! Powodem, dla którego możemy tak łatwo rozmawiać tam iz powrotem na Ziemi, jest to, że w porównaniu z nimi czasy propagacji są bardzo krótkie.

Innym problemem jest to, że planety i ich satelity są w ruchu, a większość z nich się obraca. Rotacja planet oznacza, że ​​jeśli rozmawiasz z czymś, co znajduje się na powierzchni planety, może się ono obracać poza zasięgiem wzroku, więc nie możesz już z nim rozmawiać, dopóki urządzenie na powierzchni nie obróci się ponownie. To samo można powiedzieć o niektórych orbitujących satelitach. Musisz opracować protokoły, które poradzą sobie z faktem, że nie zawsze możesz komunikować się z drugą stroną: komunikacja jest zarówno opóźniona, jak i potencjalnie zakłócona. Właśnie to zaprojektowaliśmy: system sieci odporny na opóźnienia i zakłócenia [DTN]. Pozwoli nam to skuteczniej utrzymywać komunikację, pozyskiwać znacznie więcej danych, ponieważ nie musimy znajdować się w bezpośrednim kontakcie z ostatecznym odbiorcą, aby przesyłać dane. Nowe protokoły zostaną zaproponowane jako potencjalny międzynarodowy standard sieci kosmicznych.

DZIECI :Jak działa ten nowy protokół, system sieci odporny na opóźnienia i zakłócenia?

U : Używamy metod „store-and-forward” [routing informacji przez hosty, które przetrzymują je do momentu ustanowienia łącza komunikacyjnego] podobnych do projektu TCP/IP w celu spełnienia wymagań komunikacji kosmicznej. Ale nasz nowy protokół pakietowy jest oparty na zasadach DTN. Musimy poradzić sobie z faktem, że istnieje naprawdę duży potencjał opóźnień i zakłóceń w systemie. Na przykład, Pluton jest daleko, około trzech do pięciu miliardów mil i około 12 godzin w obie strony. Wykorzystanie protokołu wiązki DTN pozwala nam projektować bardziej złożone konfiguracje misji z udziałem wielu urządzeń na powierzchni planet i na orbicie wokół nich. Na przykład na Marsie znajdują się cztery orbitery i trzy lądujące i działające statki kosmiczne. Spodziewamy się, że będziemy mogli używać standardowych protokołów TCP/IP na powierzchni planet i wewnątrz statków kosmicznych, ale będziemy używać protokołów DTN do międzyplanetarnej komunikacji na odległość.

DZIECI : Czy będzie to wymagało budowy nowej infrastruktury w kosmosie?

U : Odpowiedź brzmi tak i nie. Na przykład statek kosmiczny Deep Impact [obecnie nazywany EPOXI] jest już na orbicie wokół Słońca. Służył do wystrzelenia sondy w kometę w celu zbadania jej wnętrza. EPOXI jest tymczasowo zmieniane, aby przetestować nowe protokoły DTN. Statek kosmiczny ma przetwarzanie, pamięć, sprzęt radiowy i panele słoneczne do zasilania, więc nie musimy instalować nowego sprzętu. Musimy tylko wgrać nowe oprogramowanie. Mamy szczęście, że nie musimy jeszcze wprowadzać na rynek żadnego nowego sprzętu, ale protokoły DTN w końcu muszą pojawić się w dość znacznej liczbie urządzeń w systemie, aby stworzyć rodzaj sieci, która może zaspokoić potrzeby komunikacji kosmicznej. Niektóre wyspecjalizowane statki kosmiczne mogą stać się routerami typu „store-and-forward”. Za każdym razem, gdy uruchamiana jest nowa misja przy użyciu standardowego protokołu pakietu, poprzednie aktywa misji, które nadal działają, mogą być wykorzystane do obsługi wymagań komunikacyjnych nowej misji. W ten sposób mamy nadzieję stworzyć rodzaj międzyplanetarnej sieci szkieletowej.

DZIECI : Jak radzisz sobie z kwestiami bezpieczeństwa?

U : Istnieją obawy związane z bezpieczeństwem i bardzo ostrożnie wbudowaliśmy zabezpieczenia w podstawowy projekt. Każdy węzeł rozpoznający pakiety zweryfikuje tożsamość wszystkich innych węzłów, z którymi się komunikuje, i odmówi przekazania danych z węzłów, których nie rozpoznaje. Będziemy używać silnych metod uwierzytelniania, metod komunikacji kryptograficznej, aby zapewnić, że strony korzystające z zasobów są do tego upoważnione.

DZIECI : Jaka jest największa zaleta budowania nowych protokołów komunikacji kosmicznej?

U : Ważną częścią jest to, że mamy znormalizowane protokoły, które pozwolą na połączenie w sieci różnych statków kosmicznych wystrzeliwanych przez wszystkie narody kosmiczne. Z biegiem czasu, wraz z uruchamianiem nowych misji, zaczynasz budować możliwości szkieletowe. Za każdym razem, gdy tworzysz nową misję, w zasadzie tworzysz kolejny potencjalny węzeł w sieci. Mamy nadzieję, że w najbliższym czasie zaczniemy umieszczać aplikacje DTN/protokołu wiązanego w Internecie drogą naziemną, a także umieszczać je na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w celu przetestowania. W końcu mamy nadzieję, że ta zdolność będzie działać cały czas, a następnie, kiedy nowe misje w daleki kosmos zostaną uruchomione przy użyciu tych standardowych protokołów, staną się częścią międzyplanetarnego systemu komunikacji.

ukryć