Эксперты рассказали о принципе работы межпланетного интернета

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.