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互联网在月球上迈出的“第一步”

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在人类登月历史上,50年前登上月球,尼尔阿姆斯特朗为人类创造了一小步,这是人类的传奇飞跃,最近在太空中创造了另一个奇迹。使用因特网。事实上,自太空飞行开始以来,大多数航天器通过向对方和地面站发送无线电信号进行通信。信息流通常是从航天器到地球的单向倾斜,通常不与其他设备共享信号。

但如果人类想要将我们的文明更深入地扩展到太阳系中,那么目标本身就是一个激烈争论的话题:我们需要一个太空互联网来支持航空航天人口的巨大数据需求。尽管空间仍主要由机器操作,但网络设备需要能够收集和分发与当今使用的无线电链路相关的大量信息。

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事实上,在房间里使用WiFi并且网速较慢的人可能对在外太空建立功能性互联网的想法持怀疑态度,因为简单的房间无法解决外太空问题。但自20世纪90年代以来,美国宇航局的研究人员一直在开发一种称为延迟/容差中断网络(DTN)的东西,它将太空系统中的航天器,流动站和着陆器连接到地球。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的太空通信建筑师大卫以色列表示,DTN协议已经为地球太阳系做了一个互联网协议。互联网协议允许我们从一开始就使用现有的电话线并一起启动网络系统。 DTN将为空间设备提供相同的网络优势。

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在太空建立互联网的项目与建立庞大的卫星互联网星座有关,但它是不同的。 SpaceX,OneWeb,波音和许多其他商业实体正在竞相发射互联网星座,这可能导致在未来十年内在低地球轨道上部署数千个新航天器。

在大多数情况下,卫星互联网星座将侧重于提高地球上人员和设备的宽带速度,效率和地面互联网的可用性。相比之下,DTN将物联网扩展到深空和其他星球,从而彻底改变人类与航天器的互动方式。实现这一目标的最大挑战是DTN的名称:延迟和中断。

由于近乎瞬时的连接,地球上的互联网流量激增,但这种奢侈在外太空是不可能的。光在地球和火星之间传播需要几分钟,到达外太阳系需要几个小时,所以DTN必须考虑到大的时间段。它还必须能够承受由行星和其他空间现象引起的中断,从而切断网络中节点之间的通信。

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大约20年前,美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的研究人员与互联网先驱Vint Cerf合作克服了这些挑战。 JPL空间通信网络架构师J. Leigh Torgerson自成立以来一直致力于这个团队。很明显,标准互联网协议不适合星际使用,因为互联网协议假设“许多'聊天'互动”只有几毫秒的双向延迟并且“无法存储数据。为了解决这个问题, DTN团队开发了一种“捆绑协议”。这是一个自动将数据存储在节点上的系统,直到网络链中的下一个链路牢固建立。

由于DTN专为延迟和中断而设计,因此在地球上经常遇到链路中断的环境中也很有用。 DTN已被用于分布式地震传感器网络,以跟踪和监测野生动植物(使用DTN跟踪项圈),湖泊水质监测和许多有趣的地面应用,如目前设想的,DTN将把互联网协议放在地球上或许最终连接其他设备行星到整个太阳系。换句话说,捆绑协议不是传统Internet套件的替代品,而是链接它们的基于空间的覆盖。

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这提高了空间互联网基础设施可能沿着类似于地面互联网的线路发展的可能性,地面互联网由非专有协议支持,但也为商业服务提供商提供支持。公共和私人开发商之间的互动已经迎来了数字时代,但它也带来了数字鸿沟和对网络中立性的担忧。在这个阶段,太空互联网还不够成熟,无法成为各种不公平现象的载体,但这是开发商未来考虑的问题。

在未来,如果空间网络成功,我们将进入一个与早期互联网时代非常相似的时代。目前没有庞大的商业市场,未来可能需要开发基础产品,但必须努力建立相同的开放式架构。除了建立非专有基础设施外,空间数据系统咨询委员会(CCSDS)等监管机构必须预见到行星际互联网的网络安全风险。加密是DTN特别重要的功能,可以防止黑客复制或更改将存储在每个节点上的数据包。 DTN从一开始就被设计为完全解决网络安全问题,并且网络安全协议CCSDS是标准化的并且正在由因特网标准化。