Совсем недавно мы написали статью о формируемой уже сейчас лунной сети связи, которая позволит искусственным спутникам Луны и аппаратам, находящимся на ее поверхности, нормально коммуницировать. Дело важное, поскольку надежная связь необходима для нормальной работы оборудования, не говоря уже о лунных колониях и их связи между собой и Землей.
В статье было указано, что основой лунной сети является специализированный протокол, который получил название DTN (Disruption Tolerant Networking, сеть, устойчивая к разрывам). В этой сети действительно не будет «ни единого разрыва», поскольку разработчики задействуют механизм промежуточного хранения информации вместе с автоматической повторной передачей. Такой вариант даст возможность гарантировать, что данные дойдут до места назначения. Но на этом протоколе основан и еще один масштабный проект — межпланетный интернет «отца» земной глобальной сети Винта Серфа.
Что за DTN?
В прошлой статье о протоколе немного говорилось, но без особых подробностей. Если кратко, то основы DTN инженеры и ученые начали разрабатывать еще в 70-х годах прошлого века, когда понадобилась технология для маршрутизации между нефиксированными расположениями ЭВМ.
Технология стала задействоваться в космосе, например, для передачи данных между спутниками Международной системы мониторинга стихийных бедствий и наземными станциями. Спутники, проходя по орбите, связывались по очереди с одной из трех доступных станций. После этого все три наземные станции передают разрозненную информацию в единый центр, где она и компилируется в единое целое.
Достоинство этой сети, как показано в ролике, в том, что сеть хранит информацию до момента появления следующего активного узла, что сокращает время передачи данных. Кроме того, принцип работы сети дает возможность использовать всю полосу частот с максимальной эффективностью. Использовать DTN можно не только в космосе, но и на Земле, в случае, если нужно покрыть связью регион с отсутствующей или разрушенной коммуникационной структурой.
DTN может использоваться военными, геологами, службами экстренной помощи, зоологами и т.п. Но поскольку статья посвящена межпланетному интернету Винта Серфа, то и разговор далее пойдет именно об этом.
Зачем нужна межпланетная сеть?
Дело в том, что NASA успешно обеспечивает связь с наиболее удаленными искусственными объектами, созданными руками человека. Кроме того, агентство легко обменивается данными с космическими аппаратами на поверхности Марса. Зачем придумывать что-то еще?
По словам Винта Серфа, на данный момент у космических агентств есть лишь связь типа Point-To-Point и ретрансляторы «Bent pipe». Но этого недостаточно для того, чтобы поддерживать постоянно расширяющиеся космические миссии. Серф с коллегами тестировали различные прототипы проектов межпланетной сети, основанной на DTN, и, по их словам, «запах успеха уже чувствуется», большинство протестированных систем показали себя неплохо.
Немного истории
Работа над проектом межпланетного интернета стартовала в 1998 году. Винт Серф говорит, что годом ранее глобальной сети исполнилось 25 лет, поэтому он задумался над проектом, который мог бы оказывать не меньшую пользу человечеству многие десятки лет. После консультации с инженерами и учеными команда решила начать разработку новых сетевых технологий, выгодно отличающихся от того, что было в то время у большинства космических агентств мира.
В 2003 году Серф с коллегами представили миру пакетные протоколы DTN. Их отличие от привычной схемы передачи данных в том, что сеть включает узлы хранения данных. Пакет, который идет с Земли на Юпитер, может быть пропущен через ретранслятор на Марсе, что дает возможность доставлять пакеты без проблем, несмотря на сбои и задержки.
В 2004 году был готов прототип, который удалось протестировать в момент посадки марсоходов Spirit и Opportunity. Тогда оказалось, что метод отправки данных на Землю требует оптимизации. Пропускная способность Deep Space Network составляла какие-то 28 Кб/с, несмотря на то, что передачу и прием осуществляли при помощи трех больших радиотелескопов, расположенных в США, Испании и Калифорнии.
Для этого требовалась загрузка нового ПО, изменения самой сути процессов хранения и пересылки данных с поверхности Марса в сеть Deep Space Network. В итоге проведенного эксперимента была создана межпланетная сеть относительно небольшого масштаба, которая позволяла хранить и передавать данные при помощи роверов, орбитальных ретрансляторов и все тех же наземных станций Deep Space Network. Система хранения и пересылки данных называлась тогда CFDP для протокола доставки файлов CCSDS (CFDP for CCSDS file delivery protocol).
Еще один тест был проведен в 2008 году, с участием космического аппарата EPOXI, имитировавшего марсианский ретранслятор. Ученым удалось передать около десяти фотографий на борт этого аппарата, который на тот момент находился на расстоянии около 32 млн км от Земли. Все остальные модули находились на Земле, имитируя посадочные и орбитальные системы. Тестирование прошло без особых проблем.
В 2012 году NASA и ESA провели совместную работу по передаче данных с МКС на Землю и обратно. На ноутбуки астронавтов было установлено специализированное ПО, при помощи которого Санита Уильямс, командир МКС на тот момент, управляла роботом на Земле. Робот находится в г. Дармштадт, Германия.
В 2016 году был проведен несколько более масштабный эксперимент с марсоходом Bridget, который находился на Земле. Астронавт с МКС управлял ровером, который изучал полигон, имитирующий поверхность Марса. И этот эксперимент прошел удачно. Он показал, что протоколы, разработанные для передачи данных на больших расстояниях с огромными по земным стандартам задержками, могут использоваться и для передачи данных в режиме реального времени.
Тестировалась технология и на Земле, в ходе реализации проекта Loon. Но последний, к сожалению, был закрыт.
С тех пор Deep Space Network активно эволюционирует. Сейчас представители Network Special Interest Group проводят дополнительное тестирование прототипа системы — это нужно для того, чтобы доказать, что проект можно масштабировать в любой момент.
Что дальше?
В течение ближайших нескольких лет технологии межпланетной связи будут использоваться для разворачивания сетевой инфраструктуры на Луне. LunaNet предоставит три категории сервисов — сетевые сервисы, которые могут передавать данные между узнали с обеспечением конфиденциальности данных. Службы определения местоположения, навигации и времени на Луне и научные сервисы, обеспечивающие выполнение измерений и оповещений.
Если все будет хорошо — скорее всего, сеть будет масштабирована на Марс, куда так стремится Илон Маск. Но это, конечно, не так скоро, как хотелось бы, остается лишь ждать.
Комментарии (7)
anonymous
00.00.0000 00:00ohtori_akio
08.08.2021 02:59Да, вот эта схема с доставкой пакетов через разные ноды, с удалением дупов там, где они обнаружены - это, по сути, фидошный backbone.
Люди снова изобрели велосипед.
Sfinx88
06.08.2021 18:06-1Мне кажется это все слишком сложно. Тем более что все уже придумано. Я говорю о сотовых сетях. Если взять пример выше, то у Светы есть домашняя сеть. И все сообщения адресованные Свете попадают именно в кэш домашнего Оператора Космической Связи.
По всей системе, находятся ретрансляторы, положение которых всегда известно, как и маршруты в сети. Потребуется, конечно разработать Протокол Динамического Построения Маршрутов, на основе положения небесных тел, но это кажется реализуемой задачей. Далее, когда коммуникатор Светы делает location update, либо через ретранслятор корабля, либо через ретранслятор космической станции, строится маршрут конечной точкой которого и будет Светена домашняя сеть. Ретранслятор корабля естественно не является ретранслятором, положение которого всегда известно, но он всегда получает доступ к сети через стационарный ретранслятор.
NeoCode
А если передавать данные на несуществующие адреса, то сеть рано или поздно заполнится вечно хранящимися на промежуточных узлах данными? (имеется в виду конечно не использование в рамках NASA, где такие ситуации разрулят вручную, а потенциальное использование такой сети «вместо обычного интернета»)
Number7
Здесь надо уже смотреть в перспективное будущее. как будет спроектирован и каким образом будет применятся внутрисистемный космоинтернет.
Предположим, что в неком (не)далеком будущем человечество освоило солнечную систему и создало сеть статических и мобильных (движущихся по орбитам вокруг солнца или планет) ретрансляторов.
Каждый ретранслятор оборудован приемо-передающей аппаратурой, имеет на борту
пару индусовтехническое и компьютерное обеспечение и хранилище для передаваемых данных.С хранилищем сразу уже видится очевидная проблема: на текущем уровне развития технологий сделать долговременное хранилище большого объема, которое будет как-то защищено от деградации (например авторегенерация поврежденных блоков или создание новых блоков на месте из доступных ресурсов) - это пока да, из области фантастики.
Итак, у нас есть система ретрансляторов, система корневых маршрутизаторов (которые привязаны к конкретным локациям, например орбитальная станция у Юпитера). И все это уже отлажено годами и умеет работать без долгого технического обслуживания.
Допустим, некий абонент условная Анжела, работающая на исследовательской станции на орбите Венеры отправляет селфочку с венерианским рассветом некой условной Светлане, которая находится на борту космического корабля, который едет куда-то в сторону Сатурна (шоппинг со скидками на местной станции, не иначе как).
Что происходит далее?
Здесь включается фантазия и моделирование исходя из своей практики построения сетей.
Анжела пишет смску, аттачит селфочку и жмет "отправить". Смска идет на местный станционный шлюз, который шлет сигнал на ближайшие известные ретрансляторы. Если шлюз не вкурсах насчет ретрансляторов, делается броадкаст с целью определить кто же рядом-то?
Один или несколько ретрансляторов отвечают на броадкаст (или ни одного, но не будем так пессимистичны) и начинается передача селфочки на все доступные ретрансляторы.
Каждый из этих ретрансляторов хочет знать куда дальше отправлять данные. Если между условной Анжелой и Светой уже имеется диалог: то есть известна последняя локация Светы, то есть имеется таблица маршрутизации - то тут все проще.
Если маршрутизация не известна, то ретрансляторы делают броадкаст "а кто знает эту Свету?" - с целью определить имеется ли хотя бы один узел, который хоть как-то коммуницировал со Светой в течении определенного времени (например за последний год)?
Здесь есть два варианта:
- Имеются такие узлы, которые были в отношениях со Светой
- Нет таких узлов.
В первом варианте:
смска с селфочкой начинает передаваться инициирующими ретрансляторами на все доступные ретрансляторы, те в свою очередь передают на все другие доступные, не имеющие копии смски и вектор движения направлен в сторону конечных ретрасляторов, которые типа в курсе последней известной локации Светы.
при этом каждый ретранслятор хранит копию смски до тех пор, пока либо не истечет TTL, либо пока не придет сигнал о том, что смска доставлена и данные можно удалить из кеша.
Через какое-то время сигнал достигает конечного ретранслятора (допустим что он один), который находится ближе всего к последней известной локации Светы. За время прохождения смски от Венеры, Света смещается в пространстве с вполне конечной скоростью, явно меньшей чем скорость электромагнитного излучения в космосе.
Поэтому есть вероятность, что конечный ретранслятор сможет заслать селфочку Свете.
И тут есть три варианта:
1) Света получается селфочку и ее коммуникатор отсылает подтверждение о приеме через бортовые ретрансляторы, что завершает успешную передачу.
Тогда конечный ретранслятор передает в сетку, что можно удалить селфочку из кешей всей сетки. Попутно отсылается статус сообщения обратно к Анжеле.
2) Света получает смску, но подтверждения о приеме не высылается. По разным причинам. Например запрет на исходящую связь, или в это время происходит пиратский абордаж с целью ограбить корованы. Экипаж мужественно отбивается, повреждена передающая аппаратура дальней связи, вышли из строя двигатели и скоро настанет пи...но конечный ретранслятор не знает о такой драме.
Поэтому он продолжает слать сигналы в сторону последней локации Светы (или делать броадкаст вокруг себя) какое-то время, определяемое TTL.
По истечении TTL ретранслятор засылает сигнал в общую сетку, что абонент "больше не абонтент".
Здесь по идее есть снова два варианта:
- либо все узлы сетки рассылают броадкасты с этой смской вокруг себя определенное время - мало ли вдруг Света телепортировалась в другую локацию и есть шанс что какой-то из броадкастов Света поймает на свой мобильник.
- либо чистят кеши сразу и Анжеле приходит уведомление, что её селфочка на фоне охрененного венерианского орбитального рассвета не была доставлена.
И соотвественно тот вариант, где если космическая сеть изначально еще не знает про Свету (то есть про ее последнюю известную локацию), то все узлы космосети делают броадкаст "а где ты Света?", попутно с этим смска с селфочкой дублицируется на все узлы, каждый из которых может начинать делать широковещательную рассылку вокруг себя, в надежде что Света может оказаться где-то рядом.
Все это делается определенное конечное время (TTL смски), после чего каждый из узлов чистит кеши и отсылает сигнал в сторону первого ретранслятора (тот который принял первым смску от Анжелы) о том, что абонент не найден или не пришло подтверждение о доставке.