Et bedre netværk for det ydre rum

Efter at have designet netværksprotokollerne, der lancerede internettet, Kom Hjorte ønsker nu at sætte den samme slags robuste kommunikationsnetværk i det ydre rum. I øjeblikket kommunikerer astronauter og robotrumfartøjer med Jorden ved hjælp af punkt-til-punkt radioforbindelser og kommunikationssystemer, der er skræddersyet til næsten hver ny mission. Dette hæmmer interoperabilitet og genbrug af kommunikationsudstyr, og efterhånden som antallet og kompleksiteten af ​​missioner stiger, vil det kun blive mere problematisk.

Netværksplads: Vint Cerf, medskaber af internettet og en vicepræsident hos Google, designer protokoller til et robust rumkommunikationsnetværk, der er modelleret på det jordbaserede internet. Cerf arbejder med et team på NASAs Jet Propulsion Laboratory (hvor han også er gæsteforsker) og hos MITER Corporation, der er baseret i Washington, DC.

Cerf, som er Googles vicepræsident og chef for internetevangelist, arbejder med et team på NASAs Jet Propulsion Laboratory ( JPL ), hvor han også er gæsteforsker og ved MITER Corporation , baseret i Washington, DC, for at designe og implementere en revolutionær ny ordning for rumkommunikation. Projektet, kaldet det interplanetariske internet, vil blive testet ombord på Den Internationale Rumstation (ISS) i 2009, og Cerf håber, at i 2010 vil nye rummissioner blive designet til at bruge protokollerne.

I sidste ende kunne netværket sammenkoble bemandede rumfartøjer og robotter, der danner rygraden i et kommunikationssystem, der når på tværs af solsystemet.

Teknologigennemgang 's Brittany Sauser fangede Cerf for at diskutere detaljerne i projektet.

Teknologigennemgang : Hvad er formålet med det interplanetariske internet?

Kom Hjorte :Projektet startede for 10 år siden som et forsøg på at finde ud af, hvilken slags tekniske netværksstandarder der ville være nyttige til at understøtte interplanetarisk kommunikation. Husk, vi har fløjet robotudstyr til de indre og ydre planeter, asteroider, kometer og sådan siden 1960'erne. Vi har været i stand til at kommunikere med disse robot-enheder og med bemandede missioner ved hjælp af punkt-til-punkt radiokommunikation. Faktisk brugte vi til mange af disse missioner et dedikeret kommunikationssystem kaldet Deep Space Network ( DSN ), bygget af JPL i 1964.

Men et problem med rumkommunikation har været den begrænsede brug af standarder. Når vi opsender et rumfartøj med et unikt sæt sensorer ombord, ender vi ofte med at skrive speciel kommunikations- og applikationssoftware, der er tilpasset rumfartøjets sensorsystemer og manipulatorer. I internetverdenen bruger vi standarder kaldet TCP/IP-protokolpakken – pakkeskift og store-and-forward-metoder – for at tillade en masse forskellige enheder, milliarder af ting, at interagere kompatibelt med hinanden. Holdet satte sig for at udvikle en suite af protokoller, der ville give os mulighed for at have den slags netværksfleksibilitet i rummet, som vi har på Jorden. Det interplanetære internetprojekt handler primært om at udvikle et sæt kommunikationsstandarder og tekniske specifikationer til at understøtte rigt netværk i rummiljøer.

BØRN :Hvad er udfordringerne ved at bygge sådan et netværk i rummet?

U :Vi startede med at arbejde på et sæt protokoller, der kunne håndtere to meget vigtige egenskaber ved rumkommunikation. Den første er forsinkelse. Afstandene mellem planeterne er meget store. For eksempel, når Jorden og Mars er tættest på hinanden, tager det stadig 3,5 minutter for et radiosignal, der bevæger sig med lysets hastighed, at forplante sig. Hvis jeg var på Mars, og du var på Jorden, ville det i bedste fald tage syv minutter, før du hørte et svar. Når Jorden og Mars er længst fra hinanden, tager rundturen 40 minutter! Grunden til, at vi så let kan tale frem og tilbage på Jorden, er, at udbredelsestiderne er meget korte til sammenligning.

Det andet problem er, at planeterne og deres satellitter er i bevægelse, og de fleste roterer. Rotationen af ​​planeterne betyder, at hvis du taler med noget, der er på planetens overflade, kan det rotere uden for synsfeltet, så du ikke kan tale med det længere, indtil enheden på overfladen roterer til syne igen. Det samme kunne siges om nogle satellitter i kredsløb. Du er nødt til at udvikle protokoller, der vil håndtere det faktum, at du ikke altid kan kommunikere med den anden part: kommunikationen er både forsinket og potentielt forstyrret. Så det er, hvad vi har designet: et forsinkelses- og forstyrrelsestolerant netværkssystem [DTN]. Det vil give os mulighed for at vedligeholde kommunikationen mere effektivt og få meget mere data, fordi vi ikke behøver at være i direkte synsvidde med den ultimative modtager for at overføre data. De nye protokoller vil blive foreslået som en potentiel international standard for rumnetværk.

BØRN :Hvordan fungerer denne nye protokol, det forsinkelses- og afbrydelsestolerante netværkssystem?

U : Vi bruger store-and-forward-metoder [ruter information gennem værter, der holder på den, indtil der kan etableres et kommunikationslink] svarende til TCP/IP-designet for at opfylde krav til rumkommunikation. Men vores nye bundle-protokol er baseret på DTN-principper. Vi må forholde os til, at der er et rigtig stort potentiale for forsinkelser og forstyrrelser i systemet. For eksempel er Pluto langt væk, i størrelsesordenen tre til fem milliarder miles og omkring 12 timers tur-retur-tid. Ved at bruge DTN-bundtprotokollen kan vi designe mere komplekse missionskonfigurationer, der involverer mange enheder på overfladen af ​​planeter og i kredsløb omkring dem. På Mars er der for eksempel fire orbitere og tre landede og operationelle rumfartøjer. Vi forventer at kunne bruge standard TCP/IP-protokoller på overfladen af ​​planeter og inde i rumfartøjer, men vi vil bruge DTN-protokollerne til interplanetarisk afstandskommunikation.

BØRN : Vil det kræve, at der sættes ny infrastruktur i rummet?

U : Svaret er ja og nej. For eksempel er Deep Impact-rumfartøjet [nu kaldet EPOXI] allerede i kredsløb om solen. Den blev brugt til at sende en sonde ind i en komet for at undersøge dens indre. EPOXI bliver midlertidigt genbrugt til at teste de nye DTN-protokoller. Rumfartøjet har behandling, hukommelse, radioudstyr og solpaneler til strøm, så vi ikke behøver at sætte ny hardware op. Vi skal bare uploade ny software. Vi er heldige, at vi ikke skal stille noget nyt udstyr til rådighed endnu, men DTN-protokollerne skal til sidst dukke op i et ret betydeligt antal enheder i systemet for at skabe den slags netværk, der kan tjene rumkommunikationsbehov. Nogle specialiserede rumfartøjer kunne blive store-and-forward-routere. Hver gang en ny mission lanceres, ved hjælp af standard bundle-protokollen, kan tidligere missionsaktiver, der stadig er i drift, bruges til at understøtte kommunikationskravene for den nye mission. På denne måde håber vi at skabe en slags interplanetarisk rygradsnetværk.

BØRN : Hvordan håndterer du sikkerhedsproblemer?

U : Der er sikkerhedsproblemer, og vi har været meget omhyggelige med at bygge forsvar ind i det grundlæggende design. Hver bundle-bevidst node vil bekræfte identiteten af ​​alle andre noder, som den kommunikerer med, og den vil nægte at videresende data fra noder, som den ikke genkender. Vi vil bruge stærke autentificeringsmetoder, kryptografiske kommunikationsmetoder, for at sikre, at de parter, der bruger ressourcerne, har tilladelse til at gøre det.

BØRN : Hvad er den største fordel ved at bygge nye protokoller til rumkommunikation?

U : Den vigtige del her er, at vi har standardiserede protokoller, der vil tillade internetarbejde af forskellige rumfartøjer opsendt af alle de rumfarende nationer. Over tid, efterhånden som nye missioner lanceres, begynder du at opbygge en rygradskapacitet. Hver gang du opretter en ny mission, opretter du dybest set en anden potentiel node i netværket. Vores håb på kort sigt er at begynde at lægge DTN/bundle-protokol-applikationer op på internettet terrestrisk og også sætte dem op på den internationale rumstation til test. Til sidst håber vi at have denne kapacitet kørende hele tiden, og så, når nye dybe rummissioner lanceres ved hjælp af disse standardprotokoller, vil de blive en del af det interplanetariske kommunikationssystem.

skjule