НАСА развертывает сеть, устойчивую к задержкам, для улучшения космической связи

Отправка/получение данных на Земле с любого космического корабля является сложной задачей, главным образом из-за больших расстояний. Задержки и потеря данных являются обычным явлением при передаче данных на расстояния в тысячи и миллионы миль. Чтобы свести эти задержки и потери к минимуму, НАСА работает над надежным интернет-соединением Солнечной системы, называемым сетью, устойчивой к задержкам и сбоям (DTN).

НАСА использует 3 сети связи для передачи и приема сигналов на большие расстояния, которые содержат космические спутники-ретрансляторы и распределенные наземные станции для поддержки космических миссий.

• Околоземная сеть (NEN)
• Космическая сеть (SN)
• Сеть дальнего космоса (DSN)

Что такое DTN?

Предыдущая миссия НАСА использовала одиночные ретрансляторы или каналы «точка-точка» (например, телефонная система) для связи с низкой околоземной орбитой, а также с космическими кораблями дальнего космоса. Однако будущие концепции разведки включают гораздо более сложную систему, имеющую несколько узлов (вместо двух). Он будет работать как Интернет-сети на Земле, которые включают несколько переходов через спутник и другие промежуточные узлы, создавая основу для SSI (сокращение от Интернета Солнечной системы).

Как и Earth-Internet, SSI предоставит стандартную платформу, на которой широкий спектр приложений будет работать со сквозными сетевыми услугами. SSI будет использовать набор протоколов DTN практически во всех случаях, включая случаи с частыми сбоями соединения или длительными перерывами в световом режиме, когда традиционные IP-адреса (интернет-протоколы) не работают.

DTN — это особый набор правил передачи данных, часто называемый набором протоколов, который расширяет возможности обычного Интернета для работы в космической среде на огромных расстояниях. Эти среды обычно подвержены частым сбоям, высокому уровню ошибок, длительным задержкам и однонаправленным соединениям.

Интернет Солнечной системы с использованием протокола DTN:Источник изображения – НАСА

Как работает DTN?

Протоколы DTN могут работать с IP-адресами Земля-Интернет или работать независимо. Он использует автоматический метод промежуточного хранения. , что гарантирует доставку данных. Если пересылка пакета в данный момент невозможна, система сохраняет его для будущей передачи. Таким образом, при использовании отказоустойчивой сети должен быть доступен только следующий переход.

Как и обычный интернет-пакет, DTN включает в себя функции управления сетью, маршрутизации, безопасности и качества обслуживания. Хотя он предназначен для космических приложений, он также может быть полезен для наземных приложений, где часто встречается высокий уровень ошибок и частые сбои.

На изображении выше показаны данные, передаваемые из космоса на Землю через космическую среду обитания и два ретранслятора связи с использованием DTN. Каналы связи между активами не всегда доступны.

В настоящее время протоколы DTN разрабатываются NASA AES (Advanced Exploration Systems) и поддерживают стандартизацию DTN IETF (Инженерная группа Интернета) и CCSDS (Комитет по системам космических данных). Все эти протоколы DTN станут открытыми международными стандартами. Несколько реализаций DTN уже существуют и общедоступны, например реализация ION (Межпланетная наложенная сеть).

Источник:НАСА 

Преимущества

Расширение операций и ситуационная осведомленность – DTN обеспечивает более глубокое понимание событий, когда происходят сбои связи из-за переключения наземной станции, плохих атмосферных условий или в результате ретрансляции. DTN значительно снижает необходимость планирования наземной станции для получения или отправки информации, что обычно занимает до 5 дней планирования.

Эффективность и надежность космической связи – DTN обеспечивает эффективную и более надежную передачу данных, обеспечивая более полезную полосу пропускания. Надежность соединения повышается за счет нескольких сетевых путей и ресурсов для транзитных участков.

Безопасность – Протоколы DTN допускают аутентификацию, проверку целостности и шифрование на всех каналах.

Взаимодействие и повторное использование – Протоколы DTN обеспечивают совместимость космических аппаратов (управляемых любым государственным или частным космическим агентством) и наземных станций. Более того, это позволяет НАСА использовать одни и те же протоколы для предстоящих миссий, будь то полет на низкую околоземную орбиту или полет в глубокий космос.

Качество обслуживания – Протокол DTN позволяет устанавливать несколько уровней приоритета для разных типов данных, чтобы гарантировать, что важный пакет будет отправлен раньше менее важного.

Читайте:10 правил НАСА для написания программ, важных для безопасности

Эксперименты

Первый эксперимент DTN был проведен 10 июля 2009 года и включал загрузку определенного набора изображений через запланированную передачу TDRSS (спутниковая система слежения и ретрансляции данных). Во время этого эксперимента связь «земля-космос» и «космос-земля» была прервана на несколько минут. Демонстрация сети DTN-on-ISS прошла успешно.

В следующем тесте они использовали DTN для автоматических операций. Тест проводился в течение 3 дней, и за этот период каждый час генерировалось 14 файлов. Обычная передача привела к 3504 избыточным приемам на файл (в среднем), тогда как DTN показала себя на удивление лучше и привела к всего 0,06 избыточных приемов на файл.

В мае 2016 года на МКС была внедрена институциональная служба DTN, которая повысила надежность передачи научных данных о полезной нагрузке и сократила операционные накладные расходы и планирование.

20 ноября 2017 года селфи, сделанное на станции Мак-Мердо Национального научного фонда в Антарктиде, было отправлено на МКС с использованием набора протоколов DTN. Как вы можете видеть на селфи, инженеры НАСА Марк Синкиат, Питер Феттерер и Салем Эль Нимри держали в руках фотографию Винта Серфа, который участвовал в разработке технологии.

Программное обеспечение DTN на смартфоне отправило селфи по пути на МКС. Пакеты отправляются от наземной станции МакМердо в комплекс Уайт-Сэндс НАСА через TDRS (спутник слежения и ретрансляции данных). Затем набор узлов DTN перенаправил пакеты в Центр космических полетов Маршалла в Алабаме, который является точкой доступа к сети DTN. Пакеты были перенаправлены на космическую станцию ​​через другой канал TDRS, где они были направлены на демонстрационную полезную нагрузку TRek (Telescience Resource Kit). Последний узел DTN извлек данные изображения из пакетов, а полезная нагрузка собрала исходную фотографию и отобразила ее на борту МКС.

Читайте:13 крупнейших будущих миссий НАСА

Это некоторые недавние эксперименты над DTN. На данный момент исследовательская группа AES DTN работает со SCaN (Космическая связь и навигация) и IPNSIG (Специальная группа по межпланетным сетям), чтобы помочь воплотить SSI в жизнь.