211service.com
Ett bättre nätverk för yttre rymden
Efter att ha utformat nätverksprotokollen som lanserade Internet, Kom rådjur vill nu sätta samma sorts robusta kommunikationsnät i yttre rymden. För närvarande kommunicerar astronauter och robotrymdfarkoster med jorden med hjälp av punkt-till-punkt radiolänkar och kommunikationssystem som är skräddarsydda för nästan varje nytt uppdrag. Detta hämmar interoperabilitet och återanvändning av kommunikationsutrustning, och när antalet och komplexiteten av uppdragen ökar kommer det bara att bli mer problematiskt.
Nätverksutrymme: Vint Cerf, medskapare av Internet och vice VD på Google, designar protokoll för ett robust rymdkommunikationsnätverk, modellerat på det markbundna Internet. Cerf arbetar med ett team på NASA:s Jet Propulsion Laboratory (där han också är gästforskare) och på MITER Corporation, baserat i Washington, DC.
Cerf, som är Googles vicepresident och chefsinternetevangelist, arbetar med ett team på NASA:s Jet Propulsion Laboratory ( JPL ), där han också är gästforskare och vid MITER Corporation , baserat i Washington, DC, för att designa och implementera ett revolutionerande nytt system för rymdkommunikation. Projektet, kallat Interplanetary Internet, kommer att testas ombord på Internationella rymdstationen (ISS) 2009, och Cerf hoppas att 2010 kommer nya rymduppdrag att utformas för att använda protokollen.
I slutändan skulle nätverket kunna sammankoppla bemannade och robotiserade rymdfarkoster och bilda ryggraden i ett kommunikationssystem som sträcker sig över solsystemet.
Teknikgranskning Brittany Sauser träffade Cerf för att diskutera detaljerna i projektet.
Teknikgranskning : Vad är syftet med det interplanetära internet?
Kom rådjur :Projektet startade för 10 år sedan som ett försök att ta reda på vilken typ av tekniska nätverksstandarder som skulle vara användbara för att stödja interplanetär kommunikation. Tänk på att vi har flugit robotutrustning till de inre och yttre planeterna, asteroider, kometer och sådant sedan 1960-talet. Vi har kunnat kommunicera med dessa robotenheter och med bemannade uppdrag med hjälp av punkt-till-punkt radiokommunikation. För många av dessa uppdrag använde vi faktiskt ett dedikerat kommunikationssystem som heter Deep Space Network ( DSN ), byggd av JPL 1964.
Men ett problem med rymdkommunikation har varit den begränsade användningen av standarder. När vi skjuter upp en rymdfarkost med en unik uppsättning sensorer ombord, slutar vi ofta med att vi skriver speciell kommunikations- och applikationsprogramvara som är anpassad till rymdfarkostens sensorsystem och manipulatorer. I internetvärlden använder vi standarder som kallas TCP/IP-protokollsviten – paketväxling och lagra-och-vidarebefordra metoder – för att tillåta många olika enheter, miljarder saker, att interagera kompatibelt med varandra. Teamet satte sig för att utveckla en uppsättning protokoll som skulle göra det möjligt för oss att ha den typ av nätverksflexibilitet i rymden som vi har på jorden. Interplanetary Internet-projektet handlar i första hand om att utveckla en uppsättning kommunikationsstandarder och tekniska specifikationer för att stödja ett rikt nätverk i rymdmiljöer.
BARN :Vilka är utmaningarna med att bygga ett sådant nätverk i rymden?
U :Vi började med att arbeta på en uppsättning protokoll som kunde hantera två mycket viktiga egenskaper hos rymdkommunikation. Den första är försening. Avstånden mellan planeterna är mycket stora. Till exempel, när jorden och Mars är närmast varandra, tar det fortfarande 3,5 minuter för en radiosignal som rör sig med ljusets hastighet att fortplanta sig. Om jag var på Mars och du var på jorden skulle det i bästa fall ta sju minuter innan du hörde ett svar. När jorden och Mars är längst ifrån varandra tar resan 40 minuter! Anledningen till att vi kan prata fram och tillbaka på jorden så lätt är att utbredningstiderna är mycket korta i jämförelse.
Det andra problemet är att planeterna och deras satelliter är i rörelse, och de flesta roterar. Planeternas rotation innebär att om du pratar med något som finns på planetens yta kan det rotera utanför siktlinjen så att du inte kan prata med det längre, tills enheten på ytan roterar till synen igen. Detsamma kan sägas om vissa satelliter i omloppsbana. Du måste utveckla protokoll som kommer att hantera det faktum att du inte alltid kan kommunicera med den andra parten: kommunikationen är både försenad och potentiellt störd. Så det är vad vi designade: ett fördröjnings- och störningstolerant nätverkssystem [DTN]. Det kommer att tillåta oss att upprätthålla kommunikationen mer effektivt och få mycket mer data eftersom vi inte behöver vara i direkt synfält med den slutliga mottagaren för att överföra data. De nya protokollen kommer att föreslås fungera som en potentiell internationell standard för rymdnätverk.
BARN :Hur fungerar detta nya protokoll, det fördröjnings- och störningstoleranta nätverkssystemet?
U : Vi använder lagra-och-vidarebefordra metoder [dirigering av information genom värdar som håller fast vid den tills en kommunikationslänk kan upprättas] liknande TCP/IP-designen för att tillgodose kraven på rymdkommunikation. Men vårt nya paketprotokoll är baserat på DTN-principer. Vi måste klara av att det finns en riktigt stor potential för förseningar och störningar i systemet. Till exempel är Pluto långt borta, i storleksordningen tre till fem miljarder mil och cirka 12 timmar tur och retur. Genom att använda DTN-paketprotokollet kan vi designa mer komplexa uppdragskonfigurationer som involverar många enheter på planeternas yta och i omloppsbana runt dem. På Mars, till exempel, finns fyra orbiters och tre landade och operativa rymdfarkoster. Vi förväntar oss att kunna använda standard TCP/IP-protokoll på planeternas yta och inuti rymdfarkoster, men vi kommer att använda DTN-protokollen för interplanetär distanskommunikation.
BARN : Kommer detta att kräva att ny infrastruktur i rymden?
U : Svaret är ja och nej. Till exempel är rymdfarkosten Deep Impact [nu kallad EPOXI] redan i omloppsbana runt solen. Den användes för att skicka en sond in i en komet för att undersöka dess inre. EPOXI används tillfälligt för att testa de nya DTN-protokollen. Rymdfarkosten har bearbetning, minne, radioutrustning och solpaneler för ström så att vi inte behöver sätta upp ny hårdvara. Vi måste bara ladda upp ny programvara. Vi har turen att inte behöva lägga upp någon ny utrustning ännu, men DTN-protokollen måste så småningom dyka upp i ett ganska betydande antal enheter i systemet för att skapa den typ av nätverk som kan tjäna rymdkommunikationsbehov. Vissa specialiserade rymdfarkoster kan bli stora och framåt-routrar. Varje gång ett nytt uppdrag lanseras, med hjälp av standardpaketprotokollet, kan tidigare uppdragstillgångar som fortfarande är i drift användas för att stödja kommunikationskraven för det nya uppdraget. På så sätt hoppas vi kunna skapa ett slags interplanetärt stamnät.
BARN : Hur hanterar du säkerhetsproblem?
U : Det finns säkerhetsproblem, och vi har varit mycket noga med att bygga in försvar i den grundläggande designen. Varje buntmedveten nod kommer att verifiera identiteten för alla andra noder som den kommunicerar med, och den kommer att vägra vidarebefordra data från noder som den inte känner igen. Vi kommer att använda starka autentiseringsmetoder, kryptografiska kommunikationsmetoder, för att säkerställa att parterna som använder resurserna har behörighet att göra det.
BARN : Vilken är den största fördelen med att bygga nya protokoll för rymdkommunikation?
U : Den viktiga delen här är att vi har standardiserade protokoll som kommer att tillåta internetarbete av olika rymdfarkoster som lanserats av alla rymdfarande nationer. Med tiden, när nya uppdrag lanseras, börjar du bygga upp en ryggradskapacitet. Varje gång du lägger upp ett nytt uppdrag lägger du i princip upp en annan potentiell nod i nätverket. Vår förhoppning på kort sikt är att börja sätta upp DTN/bundle-protocol-applikationer på internet markbundet, och även sätta upp dem på den internationella rymdstationen för testning. Så småningom hoppas vi ha den här kapaciteten igång hela tiden, och sedan, när nya djuprymduppdrag lanseras med dessa standardprotokoll, kommer de att bli en del av det interplanetära kommunikationssystemet.