행성간 인터넷

Interplanetary Internet
지구에서 달로 이동하는 빛의 빔으로 설명되는 빛의 속도는 행성간 인터넷에서의 메시지 전송 속도를 제한할 것이다.이 예에서, 빛이 지구에서 달까지 이동하는 데는 1.26초가 걸린다.관련된 거리가 매우 넓기 때문에, 지구로 향하는 인터넷보다 훨씬 더 긴 지연이 발생할 수 있습니다.
컴퓨터 네트워크 유형
공간적 범위로
Data Networks classification by spatial scope.svg
인터넷
Visualization of Internet routing paths
Opte 프로젝트의 인터넷 일부 라우팅 경로 시각화
일반
거버넌스
정보 인프라스트럭처
서비스
역사
가이드
icon 인터넷 포털
Mars to Earth communication is a simple example of Interplanetary Internet
심플한 행성간 인터넷 개요, 화성에서 지구로의 통신

행성간 인터넷은 서로 [1][2]통신할 수 있는 일련의 네트워크 노드로 구성된 우주에서 구상된 컴퓨터 네트워크입니다.이러한 노드는 행성의 궤도선(위성)과 착륙선(예: Curiosity Rover, 로봇) 및 지상국입니다.예를 들어, 궤도 탐사선은 화성에 있는 큐리오시티 탐사선으로부터 근화성 통신 링크를 통해 과학 데이터를 수집하고, 화성 궤도 탐사선에서 지구 지상국까지 직접 링크를 통해 데이터를 전송하며, 마지막으로 그 데이터는 지구의 내부 [3]인터넷을 통해 라우팅될 수 있다.

행성간 통신은 행성간 거리에 따라 크게 지연되므로, 큰 지연과 오류에 견딜 수 있는 새로운 프로토콜과 기술이 필요합니다.[2]행성간 인터넷은 종종 연결이 끊기고 오류가 발생하기 쉬운 링크와 수십 분에서 심지어 연결이 [4]있는 경우에도 지연이 발생하는 무선 백본이 있는 저장 및 전송 네트워크입니다.

과제와 이유

행성간 인터넷(Interplanetary Internet)의 핵심 구현에서 행성 주위를 도는 위성은 다른 행성의 위성과 통신합니다.동시에, 이 행성들은 먼 거리를 두고 태양 주위를 공전하며, 따라서 많은 난관이 통신에 직면합니다.그 이유와 그에 따른 과제는 다음과 같습니다.[5][6]

  1. 행성 간의 움직임과 장거리:행성간 거리와 행성들의 움직임 때문에 행성간 통신이 크게 지연된다.지연 시간은 상대적인 위치에 따라 몇 분(지구 대 화성)에서 몇 시간(지구 대 화성)까지 다양하며 길다.행성간 통신은 태양의 방사선이 행성들 간의 직접적인 통신을 방해할 때 태양의 결합으로 인해 중단되기도 한다.이와 같이 통신은 손실 링크와 간헐적인 링크 접속을 특징으로 합니다.
  2. 낮은 내장 가능 페이로드:인공위성은 적은 페이로드만 운반할 수 있어 전력, 질량, 크기 및 통신 하드웨어 설계에 어려움이 있습니다.이 [7]제한으로 인해 비대칭 대역폭이 발생할 수 있습니다.이 비대칭은 다운링크:업링크 대역폭 부분으로서 최대 1000:1의 비율에 도달합니다.
  3. 고정 인프라스트럭처의 부재:특정 행성에서 특정 행성 통신에 참여하는 노드의 그래프는 일정한 움직임으로 인해 시간이 지남에 따라 계속 변화합니다.행성 간 통신 경로는 기회주의적이라기보다 계획되고 일정화됩니다.

행성간 인터넷 설계는 성공적으로 작동하고 다른 행성과 잘 소통하기 위해 이러한 과제에 대처해야 합니다.또한 시스템에서 사용 가능한 몇 가지 리소스도 효율적으로 사용해야 합니다.

발전

우주 통신 기술은 고가의 독특한 포인트 투 포인트 아키텍처에서 연속적인 임무에서의 기술 재사용, 그리고 많은 나라의 우주 기관들이 동의한 표준 프로토콜 개발에 이르기까지 꾸준히 발전해 왔습니다.이 마지막 단계는 1982년부터 세계의 주요 우주 기관들로 구성된 기구인 우주 [8]데이터 시스템을 위한 협의 위원회의 노력을 통해 진행되어 왔다.그것은 11개의 회원 기관, 32개의 옵서버 기관, 그리고 119개 이상의 산업 [9]협회를 가지고 있다.

공간 데이터 시스템 표준의 진화는 인터넷의 진화와 병행하여 진행되어 왔습니다.개념적인 크로스 폴레이션은 유익하지만 주로 별개의 진화로 진행되어 왔습니다.1990년대 후반부터 친숙한 인터넷 프로토콜과 CCSDS 공간 링크 프로토콜은 여러 가지 방법으로 통합되고 수렴되었습니다. 예를 들어, 1996년 1월 2일 지구 궤도를 도는 STRV 1B로 FTP 파일을 성공적으로 전송한 경우, CCSDS IPv4와 유사한 Space Communications Protocol(SCPS)[10][11] 프로토콜을 통해 FTP를 실행했습니다.CCSDS를 사용하지 않는 인터넷 프로토콜 사용은 우주선, 예를 들어 UoSAT-12 위성에서의 시연 및 재해 모니터링 Constellation에서의 운영에서 이루어졌다.우주선에 탑재된 네트워크와 IP가 실현 가능하고 신뢰할 수 있는 것으로 증명된 시대에 도달한 이후, 보다 큰 그림을 향한 전향적인 [citation needed]연구가 다음 단계였다.

ICANN 회의(미국 로스앤젤레스, 2007).Marquee는 당시 최신 영화 Surf's Up(2007)을 스푸핑하여 인터넷 개척자인 Vint Cerf라는 이름을 붙이고, Outer Space(1959)의 Ed Wood 영화 Plan 9와 Bell Labs의 운영체제 Plan 9에 유머러스한 경의를 표합니다.

NASA 제트추진연구소(JPL)의 행성간 인터넷 연구는 빈튼 서프와 고(故) 아드리안 [12]후크가 이끄는 JPL의 과학자 팀에 의해 시작되었다.Cerf는 지구상에서 인터넷의 선구자 중 한 명으로 1998년 JPL에서 저명한 방문 과학자로 임명되었습니다.Hooke는 CCSDS의 [citation needed]창립자 및 이사 중 한 명입니다.

IP와 유사한 SCPS 프로토콜은 지상국에서 궤도선으로, 탐사선에서 착륙선으로, 착륙선에서 궤도선으로, 탐사선에서 플라이바이로 등과 같은 짧은 홉에 대해 실현 가능하지만, 태양계의 한 영역에서 다른 지역으로 정보를 수집하려면 지연 허용 네트워킹이 필요합니다.지역이라는 개념은 행성간 [citation needed]인터넷의 자연적 구조적 요인임이 명백해진다.

지역이란 통신 특성이 동일한 지역을 말합니다.지역 특성에는 통신, 보안, 자원 유지, 소유권 및 기타 요소가 포함됩니다.행성간 인터넷은 "지역간 인터넷 네트워크"[13]입니다.

따라서 일반화된 프로토콜 스위트를 사용하여 연결이 끊긴 가변 지연 환경에서 여러 지역을 통해 엔드 투 엔드 통신을 실현하는 표준 방법이 필요합니다.지역의 예로는 지역으로서의 지상 인터넷, 달이나 화성 표면의 지역 또는 지상에서 궤도까지의 지역이 [citation needed]포함될 수 있다.

이 요건을 인식함으로써 일반화된 스토어 앤 포워드(Store-and-Forward) 문제에 대처하기 위한 개괄적인 방법으로서 "번들"의 개념이 도입되었습니다.번들은 OSI 모델의 상위 계층에 있는 새로운 프로토콜 개발 영역이며, 전송 계층 위에 있는 새로운 프로토콜 개발 영역이며, 이는 "지역 인터넷 네트워크"[citation needed]를 구성하는 근본적으로 다른 환경을 안정적으로 통과할 수 있도록 저장 및 전달 정보를 번들하는 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.

Delay-Terrant Networking(DTN; 지연 허용 네트워킹)은 장거리 및 시간 지연을 통한 표준화된 통신을 가능하게 하도록 설계되었습니다.그 중심에는 번들 프로토콜(BP)이라고 불리는 것이 있는데, 이것은 여기 지구에서 인터넷의 심장 역할을 하는 인터넷 프로토콜, 즉 IP와 유사하다.일반 Internet Protocol(IP)과 Bundle Protocol의 큰 차이점은 IP는 엔드 투 엔드의 심리스한 데이터 패스를 상정하고 있는 반면 BP는 오류와 절단(일반적으로 심우주 [14]통신을 괴롭히는 결함)을 설명하도록 구축되어 있다는 것입니다.

지연 허용 네트워킹을 위한 번들 프로토콜 스위트로 구현되는 번들 서비스 계층화는 보호 전송, 분할 및 재구성, 엔드 투 엔드 신뢰성, 엔드 투 엔드 보안, 엔드 투 엔드 라우팅 등 다양한 애플리케이션을 지원하는 범용 지연 허용 프로토콜 서비스를 제공합니다.번들 프로토콜은 2008년 [15][16]UK-DMC 위성을 통해 우주에서 처음 테스트되었습니다.

딥 임팩트 미션.

우주 미션으로 비행하는 이러한 엔드 투 엔드 애플리케이션의 예로는 Deep Impact comet 미션에서 사용되는 CCSDS File Delivery Protocol(CFDP)이 있습니다.CFDP는 양방향으로 자동적이고 안정적인 파일 전송을 위한 국제 표준입니다.CFDP는 약자가 [citation needed]같고 고도로 네트워크화된 환경에서 파일을 여러 대상에 신속하게 배포하기 위한 IETF 문서화된 실험 프로토콜인 Cohisent File Distribution Protocol과 혼동해서는 안 됩니다.

CFDP는 한 엔티티(우주선이나 지상국 등)에서 다른 엔티티로 파일을 확실하게 복사하는 것 외에 파일에 부수되는 메타데이터에서 사용자에 의해 정의된 임의의 작은 메시지를 신뢰성 있게 전송하고 자동으로 실행되는 파일 시스템 관리에 관한 명령을 신뢰성 있게 전송할 수 있는 기능을 가지고 있다.파일을 [citation needed]정상적으로 수신했을 때 리모트엔드포인트 엔티티(우주선 등)에 y가 표시됩니다.

프로토콜

우주 데이터 시스템 협의회(CCSDS) 패킷 원격 측정 표준은 딥 스페이스 채널을 통한 우주선 계측기 데이터 전송에 사용되는 프로토콜을 정의합니다.이 규격에 따르면 우주선 계측기에서 전송되는 이미지 또는 기타 데이터는 하나 이상의 패킷을 사용하여 전송됩니다.

CCSDS 패킷 정의

패킷은 패킷헤더를 포함한 7 ~65,542 바이트의 연속된 패킷 간에 다를 수 있는 길이의 데이터 블록입니다.

  • 패킷화된 데이터는 고정 길이의 데이터 블록인 프레임을 통해 전송됩니다.프레임 헤더 및 제어 정보를 포함한 프레임의 크기는 최대 2048 바이트까지 지정할 수 있습니다.
  • 패킷 사이즈는 개발 단계에서 고정됩니다.

패킷 길이는 가변적이지만 프레임 길이는 고정되어 있기 때문에 패킷 경계는 일반적으로 프레임 경계와 일치하지 않습니다.

통신 처리 노트

프레임 내의 데이터는 일반적으로 에러 수정 코드를 사용하여 채널오류로부터 보호됩니다.

  • 채널 오류가 오류 정정 코드의 정정 능력을 초과한 경우에도 오류 정정 코드 또는 별도의 오류 검출 코드에 의해 오류의 존재를 거의 항상 검출한다.
  • 수정할 수 없는 오류가 검출된 프레임은 복호화할 수 없는 프레임으로 표시되며 일반적으로 삭제됩니다.

데이터 손실 처리

삭제된 해독 불가능한 전체 프레임은 압축 데이터 세트에 영향을 미치는 주요 데이터 손실 유형입니다.일반적으로 복호화할 수 없는 것으로 표시된 프레임에서 압축 데이터를 사용하려고 해도 얻을 수 있는 것은 거의 없습니다.

  • 프레임에 오류가 있는 경우 서브밴드픽셀의 비트는 첫 번째 비트오류가 그대로 유지되기 전에 이미 디코딩되지만 일반적으로 세그먼트 내의 후속 디코딩된 비트는 모두 파손됩니다.단일 비트오류는 비트오류 수만큼 파괴되는 경우가 많습니다.
  • 또한 압축 데이터는 일반적으로 강력한 긴 블록 길이 오류 수정 코드에 의해 보호됩니다. 이러한 코드는 해독할 수 없는 프레임 전체에서 비트 오류의 상당 부분을 발생시킬 가능성이 가장 높은 코드 유형입니다.

따라서 오류가 검출된 프레임은 프레임프로세서에 의해 삭제되지 않았더라도 기본적으로 사용할 수 없습니다.

이 데이터 손실은 다음과 같은 메커니즘으로 보상할 수 있습니다.

  • 잘못된 프레임이 검출되지 않으면 디컴프레서는 프레임 데이터를 신뢰할 수 있는 것처럼 맹목적으로 사용하는 반면, 잘못된 프레임이 검출된 경우 디컴프레서는 불완전한 데이터에 근거할 수 있습니다.
  • 단, 에러 프레임이 검출되지 않는 경우는 극히 드뭅니다.
  • CCSDS Reed-Solomon 코드로 코드화된 프레임의 경우, 검출을 회피할 수 있는 에러 프레임은 40,000개 중1개 미만입니다.
  • Reed-Solomon 코드를 사용하지 않는 모든 프레임은 Cyclic Redundancy Check(CRC; 순회용장검사) 오류 검출 코드를 사용합니다.이 코드는 검출되지 않은 프레임 오류율이 32,000분의 1 미만입니다.

실행

Internet Society의 InterPlanetary Internet Special Interest Group은 IPN을 [17]가능하게 하는 프로토콜과 표준을 정의하는 작업을 해왔다.Delay-Terrant Networking Research Group(DTNRG; 지연 허용 네트워킹 연구 그룹)은 Delay-Terrant Networking(DTN; 지연 허용 네트워킹)을 연구하는 주요 그룹입니다.새로운 [18]테크놀로지의 다양한 사용에 초점을 맞춘 추가 연구.

취소된 Mars Telecommunications Orbiter는 다른 화성 임무를 지원하기 위해 지구와 화성 사이에 행성간 인터넷 연결을 구축할 계획이었다.RF를 사용하는 것이 아니라 높은 데이터 레이트를 위해 레이저 빔을 사용한 광통신을 사용했을 것입니다."레이저컴은 RF 신호, 증폭기,[19] 안테나 대신 망원경, 광학 증폭기 등 빛과 광학 소자의 빔을 이용해 정보를 전송합니다."

NASA JPL은 2008년 [20]10월 딥 임팩트/EPOXI 우주선에서 딥 임팩트 네트워킹(DINET) 실험을 통해 DTN 프로토콜을 테스트했습니다.

2009년 5월,[21] DTN은 ISS에 탑재된 페이로드에 배치되었습니다.NASA와 콜로라도 대학의 연구 그룹인 BioServe Space Technologies는 2개의 상용 범용 바이오프로세서 장치(CGBA) 페이로드에 대해 DTN을 지속적으로 테스트하고 있습니다.CGBA-4 및 CGBA-5는 컴퓨팅 및 통신 플랫폼 역할을 하며, CO,[22][23] Boulder에 있는 BioServe의 Payload Operations Control Center(POCC)에서 원격으로 제어됩니다.2012년 10월 독일 유럽우주작전센터(European Space Operations Centre)에 위치한 비글보드 컴퓨터와 [24]웹캠을 장착한 고양이 크기의 레고 마인드스톰 로봇 모컵(Mocup, Meton Operations and Communications Prototype)을 DTN을 이용한 [25]실험으로 원격 조작했다.이러한 초기 실험은 DTN이 다른 행성과 태양계의 관심 지점을 탐색하기 위해 네트워크를 깊은 우주로 확장할 수 있는 미래의 임무에 대한 통찰력을 제공합니다.우주 탐사에 필요한 것으로 간주되는 DTN은 운용 자산으로부터의 데이터 반환의 적시성을 가능하게 합니다.이것에 의해, 리스크와 코스트의 삭감, 승무원의 안전성의 향상, NASA와 추가의 우주 [26]기관의 운용 의식과 과학상의 반환이 향상됩니다.

DTN에는 행성간 인터넷 외에 센서 네트워크, 군사 및 전술 통신, 재해 복구, 적대적인 환경, 모바일 장치 및 원격 [27]전초기지가 포함된 몇 가지 주요 응용 분야가 있습니다.외딴 전초기지의 예로서 고립된 북극 마을이나 멀리 떨어진 섬을 상상해 보십시오. 전기와 하나 이상의 컴퓨터가 있지만 통신 연결이 되지 않습니다.마을에 간단한 무선 핫스팟이 추가되고, 예를 들어 개썰매나 어선에 DTN이 가능한 장치가 설치되면, 거주자는 이메일을 확인하거나 위키피디아 기사를 클릭할 수 있으며, 썰매나 보트의 다음 방문 시 가장 가까운 네트워크 위치로 요청을 전송하고 반환 시 응답을 받을 수 있습니다.

지구 궤도

지구 궤도는 기존 프로토콜을 사용할 수 있을 정도로 충분히 가까이 있다.예를 들어, 국제우주정거장은 2010년 1월 22일 최초의 미지원 트윗이 [28]게시된 이후 일반 지상파 인터넷에 연결되어 있다.그러나 우주정거장은 행성간 인터넷을 구성하는 시스템을 개발, 실험, 구현하기 위한 유용한 플랫폼 역할을 하기도 한다.NASA와 유럽우주국(ESA)은 국제우주정거장에서 독일 다름슈타트에 있는 유럽우주작전센터에 설치된 교육용 탐사선을 제어하기 위해 행성간 인터넷의 실험 버전을 사용했습니다.이 실험은 DTN 프로토콜을 사용하여 언젠가 다른 [29]행성의 서식지나 인프라를 지원할 수 있는 인터넷과 같은 통신을 가능하게 할 수 있는 기술을 입증했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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