211service.com
Een beter netwerk voor de ruimte
Nadat we de netwerkprotocollen hebben ontworpen die het internet hebben gelanceerd, kwam hert wil nu eenzelfde soort robuust communicatienetwerk in de ruimte plaatsen. Momenteel communiceren astronauten en robotruimtevaartuigen met de aarde via point-to-point radioverbindingen en communicatieschema's die zijn afgestemd op bijna elke nieuwe missie. Dit belemmert de interoperabiliteit en de herbestemming van communicatieapparatuur, en naarmate het aantal en de complexiteit van missies toenemen, zal dit alleen maar problematischer worden.
Netwerkruimte: Vint Cerf, mede-bedenker van internet en vice-president bij Google, ontwerpt protocollen voor een robuust ruimtecommunicatienetwerk, gemodelleerd naar het terrestrische internet. Cerf werkt met een team bij NASA's Jet Propulsion Laboratory (waar hij ook gastwetenschapper is) en bij de MITER Corporation, gevestigd in Washington, DC.
Cerf, vice-president en hoofd internetevangelist van Google, werkt samen met een team in het Jet Propulsion Laboratory van NASA ( JPL ), waar hij ook gastwetenschapper is, en aan de MITRE Corporation , gevestigd in Washington, DC, om een revolutionair nieuw schema voor ruimtecommunicatie te ontwerpen en te implementeren. Het project, dat het interplanetaire internet wordt genoemd, zal worden getest aan boord van de Internationaal ruimtestation (ISS) in 2009 en Cerf hoopt dat tegen 2010 nieuwe ruimtemissies zullen worden ontworpen om de protocollen te gebruiken.
Uiteindelijk zou het netwerk bemande en gerobotiseerde ruimtevaartuigen met elkaar kunnen verbinden en de ruggengraat vormen van een communicatiesysteem dat zich over het hele zonnestelsel uitstrekt.
Technologie beoordeling ’s Brittany Sauser sprak met Cerf om de details van het project te bespreken.
Technologie beoordeling : Wat is het doel van het interplanetaire internet?
kwam hert :Het project begon 10 jaar geleden als een poging om erachter te komen wat voor soort technische netwerkstandaarden nuttig zouden zijn om interplanetaire communicatie te ondersteunen. Houd in gedachten dat we sinds de jaren zestig met robotapparatuur naar de binnen- en buitenplaneten, asteroïden, kometen en dergelijke vliegen. We hebben kunnen communiceren met die robotapparaten en met bemande missies met behulp van point-to-point radiocommunicatie. In feite hebben we voor veel van deze missies een speciaal communicatiesysteem gebruikt, het Deep Space Network ( DSN ), gebouwd door JPL in 1964.
Maar een probleem met ruimtecommunicatie is het beperkte gebruik van standaarden. Wanneer we een ruimtevaartuig lanceren met een unieke set sensoren aan boord, schrijven we vaak speciale communicatie- en applicatiesoftware die is aangepast aan de sensorsystemen en manipulatoren van dat ruimtevaartuig. In de internetwereld gebruiken we standaarden die de TCP/IP-protocolsuite worden genoemd – pakketschakeling en store-and-forward-methoden – om veel verschillende apparaten, miljarden dingen, compatibel met elkaar te laten communiceren. Het team ging aan de slag om een reeks protocollen te ontwikkelen waarmee we het soort netwerkflexibiliteit in de ruimte zouden hebben dat we op aarde hebben. Het Interplanetary Internet-project gaat in de eerste plaats over het ontwikkelen van een reeks communicatiestandaarden en technische specificaties om rijke netwerken in ruimteomgevingen te ondersteunen.
KINDEREN :Wat zijn de uitdagingen van het bouwen van zo'n netwerk in de ruimte?
u :We begonnen met het werken aan een reeks protocollen die twee zeer belangrijke eigenschappen van ruimtecommunicatie zouden kunnen behandelen. De eerste is vertraging. De afstanden tussen de planeten zijn erg groot. Als de aarde en Mars bijvoorbeeld het dichtst bij elkaar staan, duurt het nog steeds 3,5 minuten voordat een radiosignaal dat zich met de snelheid van het licht beweegt, zich voortplant. Als ik op Mars was en jij op aarde, zou het hoogstens zeven minuten duren voordat je een reactie zou horen. Als de aarde en Mars het verst van elkaar verwijderd zijn, duurt de rondreis 40 minuten! De reden dat we op aarde zo gemakkelijk heen en weer kunnen praten, is dat de voortplantingstijden in vergelijking daarmee erg kort zijn.
Het andere probleem is dat de planeten en hun satellieten in beweging zijn, en de meeste roteren. De rotatie van de planeten betekent dat als je praat met iets dat zich op het oppervlak van de planeet bevindt, het uit het gezichtsveld kan draaien, zodat je er niet meer mee kunt praten, totdat het apparaat op het oppervlak weer in beeld draait. Hetzelfde kan gezegd worden voor sommige in een baan om de aarde draaiende satellieten. Je moet protocollen ontwikkelen die het hoofd bieden aan het feit dat je niet altijd met de andere partij kunt communiceren: de communicatie is zowel vertraagd als mogelijk verstoord. Dus dat is wat we hebben ontworpen: een vertragings- en storingstolerant netwerksysteem [DTN]. Het stelt ons in staat om de communicatie effectiever te onderhouden en veel meer gegevens te krijgen omdat we niet in direct zicht hoeven te zijn met de uiteindelijke ontvanger om gegevens over te dragen. De nieuwe protocollen zullen worden voorgesteld om te dienen als een potentiële internationale standaard voor ruimtenetwerken.
KINDEREN :Hoe werkt dit nieuwe protocol, het vertragings- en storingstolerante netwerksysteem?
jij : We gebruiken store-and-forward-methoden [routering van informatie via hosts die deze vasthouden totdat een communicatieverbinding tot stand kan worden gebracht] vergelijkbaar met het TCP/IP-ontwerp om te voldoen aan de ruimtecommunicatievereisten. Maar ons nieuwe bundelprotocol is gebaseerd op DTN-principes. We hebben te maken met het feit dat de kans op vertraging en verstoring van het systeem echt groot is. Pluto is bijvoorbeeld ver weg, in de orde van drie tot vijf miljard mijl en ongeveer 12 uur heen en terug. Door het DTN-bundelprotocol te gebruiken, kunnen we complexere missieconfiguraties ontwerpen met veel apparaten op het oppervlak van planeten en in een baan eromheen. Op Mars zijn er bijvoorbeeld vier orbiters en drie gelande en operationele ruimtevaartuigen. We verwachten de standaard TCP/IP-protocollen te kunnen gebruiken op het oppervlak van planeten en in ruimtevaartuigen, maar we zullen de DTN-protocollen gebruiken voor interplanetaire communicatie op afstand.
KINDEREN : Moet hiervoor nieuwe infrastructuur in de ruimte worden geplaatst?
jij : Het antwoord is ja en nee. Het Deep Impact-ruimtevaartuig [nu EPOXI genoemd] bevindt zich bijvoorbeeld al in een baan rond de zon. Het werd gebruikt om een sonde in een komeet te lanceren om het inwendige ervan te onderzoeken. EPOXI wordt tijdelijk hergebruikt om de nieuwe DTN-protocollen te testen. Het ruimtevaartuig heeft verwerking, geheugen, radioapparatuur en zonnepanelen voor stroom, dus we hoeven geen nieuwe hardware op te zetten. We moeten alleen nieuwe software uploaden. We hebben het geluk dat we nog geen nieuwe apparatuur hoeven te gebruiken, maar de DTN-protocollen moeten uiteindelijk in een vrij groot aantal apparaten in het systeem verschijnen om het soort netwerk te creëren dat kan voldoen aan de behoeften op het gebied van ruimtecommunicatie. Sommige gespecialiseerde ruimtevaartuigen kunnen store-and-forward-routers worden. Elke keer dat een nieuwe missie wordt gelanceerd, met gebruikmaking van het standaardbundelprotocol, kunnen eerdere missiemiddelen die nog in bedrijf zijn, worden gebruikt om de communicatievereisten van de nieuwe missie te ondersteunen. Op deze manier hopen we een soort interplanetair backbone-netwerk te creëren.
KINDEREN : Hoe gaat u om met beveiligingsproblemen?
jij : Er zijn zorgen over de veiligheid en we zijn erg voorzichtig geweest met het inbouwen van verdedigingen in het basisontwerp. Elk bundelbewust knooppunt verifieert de identiteit van andere knooppunten waarmee het communiceert en weigert gegevens door te sturen van knooppunten die het niet herkent. We zullen sterke authenticatiemethoden gebruiken, cryptografische communicatiemethoden, om ervoor te zorgen dat de partijen die de middelen gebruiken, hiervoor geautoriseerd zijn.
KINDEREN : Wat is het grootste voordeel van het bouwen van nieuwe protocollen voor ruimtecommunicatie?
jij : Het belangrijkste hier is dat we gestandaardiseerde protocollen hebben die internetwerken mogelijk maken van verschillende ruimtevaartuigen die door alle ruimtevarende landen zijn gelanceerd. Na verloop van tijd, als nieuwe missies worden gelanceerd, begin je een backbone-capaciteit op te bouwen. Elke keer dat u een nieuwe missie opzet, plaatst u in feite een ander potentieel knooppunt in het netwerk. Onze hoop op korte termijn is om DTN/bundel-protocol-applicaties terrestrisch op het internet te plaatsen, en ze ook op het internationale ruimtestation te plaatsen om te testen. Uiteindelijk hopen we deze mogelijkheid de hele tijd te hebben, en wanneer nieuwe deep-space-missies worden gelanceerd met behulp van deze standaardprotocollen, zullen ze onderdeel worden van het interplanetaire communicatiesysteem.