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星際互聯(lián)網(wǎng)工作原理
1. 引言 2. 星際互聯(lián)網(wǎng)的構成 3. 星級互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)由于互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)以及電子通信行業(yè)的其他進步，我們幾乎可以和世界上任何地方的任何人進行通話。現(xiàn)在，科學家和太空探索家正努力尋求實現(xiàn)與外太空進行即時通信的方式。互聯(lián)網(wǎng)下一階段的發(fā)展將把我們帶到太陽系內(nèi)的遙遠區(qū)域，為人類探索火星及更遠行星的載人飛行任務，奠定通信系統(tǒng)的基礎。
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-環(huán)繞火星運轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星可以通過星際互聯(lián)網(wǎng)將信息送回地球。 |
如果想更多了解其他行星，我們就需要為將來的太空飛行任務建立一個更好的通信系統(tǒng)。現(xiàn)在，由于以下幾方面原因，太空通信與地面通信相比，速度就像蝸牛一樣慢：
- 距離——在地球上，我們之間的距離還不到一光秒，這就使得地球上的通信幾乎可以通過互聯(lián)網(wǎng)即時實現(xiàn)。然而在太空中，由于光在信息發(fā)射器和接收器之間需要穿行數(shù)百萬公里而不是數(shù)千公里，因此信息會延遲幾分鐘甚至數(shù)小時才能到達目的地。
- 視距障礙——任何橫亙在信號發(fā)射器和接收器之間的物體都會阻斷通信。
- 重量——高能天線能提高外太空探測飛船的通信能力，但由于太空飛船的有效載荷必須夠輕，且需有效使用，因此高能天線的重量并不適合航天器。
下個世紀來臨之前，人類將有機會登上火星。屆時我們將如何與這些相距遙遠的旅行者保持通信？科學家、工程師和程序員已經(jīng)著手建立一個星際互聯(lián)網(wǎng)以幫助我們聯(lián)系太空探測器和太空旅行者，并將更多的信息送回地球。如果你一直夢想遨游太空，本文將為您介紹星際互聯(lián)網(wǎng)如何實現(xiàn)人人遨游太空的夢想（與互聯(lián)網(wǎng)的方式一樣，我們不需要離開電腦桌就可以漫游異國他鄉(xiāng)），以及哪些技術可以為這樣的太空通信系統(tǒng)提供助力。
星際互聯(lián)網(wǎng)的構成
回顧一下1997年火星探路者飛船的探索飛行任務，您就會知道太空探索者需要一個星際互聯(lián)網(wǎng)來進行外太空通信。在探路者飛船的太空飛行任務中，飛船以平均每秒300比特的速度將數(shù)據(jù)傳回地球。而在大多數(shù)情況下，您的計算機的數(shù)據(jù)傳送速度至少是它的200倍以上。火星和地球之間的互聯(lián)網(wǎng)將有可能使數(shù)據(jù)傳輸速度達到每秒11,000比特。盡管這個速度比計算機的傳輸速度仍然要慢很多，但它已經(jīng)足夠?qū)⒒鹦潜砻嬖敿殘D片傳回地球。火星網(wǎng)絡的研究者們認為，傳輸速度最終將達到約每秒1兆字節(jié)（8,288,608 比特），可以讓任何人進行虛擬火星旅行。
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星際互聯(lián)網(wǎng)就像一個經(jīng)過改進的的超大型互聯(lián)網(wǎng)。即將建立的星際互聯(lián)網(wǎng)由三個基本部分組成：
- 美國國家航空航天局 (NASA) 的深空網(wǎng)絡（DSN）。
- 由六顆人造衛(wèi)星組成的圍繞火星運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星群。
- 用于傳輸數(shù)據(jù)的新型協(xié)議。
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將使用DSN的天線陣通過星際互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 |
在星際互聯(lián)網(wǎng)中，深空網(wǎng)絡將是從地球通往星際互聯(lián)網(wǎng)的門戶。為星際互聯(lián)網(wǎng)研究提供贊助的MITRE公司發(fā)表了一篇論文，在論文中，研究人員建議深空網(wǎng)絡的天線系統(tǒng)應該每天至少指向火星12小時，以保持地球和火星間的聯(lián)系。圍繞火星運轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星應該在這兩顆行星之間提供全天候聯(lián)接。火星飛行器、探測器或太空站將提供通往星際互聯(lián)網(wǎng)的火星門戶。
根據(jù)火星網(wǎng)絡計劃，深空網(wǎng)絡將與由6顆微型人造衛(wèi)星組成的衛(wèi)星群，以及一個在火星低層軌道上運轉(zhuǎn)的大型人造衛(wèi)星Marsat通信。這6顆微型人造衛(wèi)星負責為火星表面或附近的航天器提供通信中繼服務，以便從火星飛行任務傳送回更多數(shù)據(jù)。Marsat從所有這些小型人造衛(wèi)星收集數(shù)據(jù)并傳回地球。根據(jù)參與火星網(wǎng)絡計劃的人員所說，Marsat還可以讓地球和遙遠的航天器保持不間斷聯(lián)接，并能傳送關于火星的高帶寬數(shù)據(jù)和錄像。美國國家航空航天局最早將于2003年發(fā)射一顆微型人造衛(wèi)星，并在2009年完成圍繞火星運行的6顆人造衛(wèi)星群的部署。按計劃，2007年將在比該衛(wèi)星群運行位置稍高的軌道放置Marsat。上述這些日期尚未最終確定。
程序員們正在開發(fā)一種用來傳輸信息，并能夠克服延時和中斷問題的互聯(lián)網(wǎng)文件傳輸協(xié)議。與在地球運作的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 和傳輸控制協(xié)議 (TCP) 非常類似，此協(xié)議將作為整個星際互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主干。20世紀70年代由溫頓·瑟夫博士合作開發(fā)的IP和TCP協(xié)議是現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)提供了信使服務，這兩個協(xié)議將傳輸信息拆分打包成很小的數(shù)據(jù)單位，然后傳送到指定目標。
瑟夫也是負責開發(fā)新協(xié)議的科學家團隊的成員，以便實現(xiàn)行星和航天器間遠距離可靠數(shù)據(jù)傳輸。這個新的太空協(xié)議必須確保即使部分數(shù)據(jù)包在傳輸過程中丟失，星際互聯(lián)網(wǎng)仍能正常工作。同時它還必須能夠濾除在數(shù)百萬公里的遠距離數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的噪音。新太空協(xié)議的一種想法是數(shù)據(jù)包傳輸協(xié)議 (PTP)，該協(xié)議能夠在每個行星的網(wǎng)關處儲存和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。該協(xié)議將處理送到網(wǎng)關的信息請求，并將它轉(zhuǎn)發(fā)到最終目的地，網(wǎng)關隨后檢查和處理信息，并將信息按原路返回。
星級互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)
星際互聯(lián)網(wǎng)能使數(shù)據(jù)在太空中更快傳遞，保證地球與數(shù)百萬公里外的探測器和其他航天器正常通信。在我們通過網(wǎng)絡進行虛擬火星之旅之前，工程師們需要解決如下挑戰(zhàn)：
- 光速延時。
- 人造衛(wèi)星維護。
- 潛在的黑客入侵危機。
在地球上，連接到互聯(lián)網(wǎng)上的兩臺計算機相隔最多不過數(shù)千公里，因為光以 300,000公里每秒的速度傳播，所以只需一轉(zhuǎn)眼的功夫就能將數(shù)據(jù)包從一臺計算機發(fā)送到另一臺計算機。相比之下，地球與火星的兩個基站之間，距離最遠達到 4億公里，最近的也有0.56億公里。這樣遙遠的距離就需要幾分鐘或者數(shù)小時才能將無線電信號傳輸?shù)浇邮照尽Ｐ请H互聯(lián)網(wǎng)將無法再現(xiàn)我們通常使用的互聯(lián)網(wǎng)實時送達的特點。儲存轉(zhuǎn)發(fā)的方式使得信息可以打包發(fā)送并克服因延時導致的數(shù)據(jù)丟失問題。
火星網(wǎng)絡的人造衛(wèi)星遠在地球數(shù)千萬公里之外。這意味著，一旦這些衛(wèi)星出問題，將很難對其進行修復，因此這些人造衛(wèi)星的組件需要比圍繞地球運行的衛(wèi)星的組件更為可靠。
黑客給星際互聯(lián)網(wǎng)帶來的威脅最大。對導航或通信系統(tǒng)的入侵和破壞，有可能對太空飛行任務造成嚴重災難，甚至會在載人航天飛行任務中造成人員傷亡。開發(fā)人員正在采取所有預防措施，來設計一種能控制訪問的系統(tǒng)。所選的協(xié)議必須能夠防止黑客入侵，這一點在地球上有點像天方夜譚。研發(fā)人員或許能以用于金融交易的加密套接字層（SSL）協(xié)議作為模型，來維護星際互聯(lián)網(wǎng)的安全。
星際互聯(lián)網(wǎng)極有可能在十年內(nèi)幫助我們與火星建立網(wǎng)絡聯(lián)接，并在此后幾十年內(nèi)將我們帶入其他行星。在未來，我們不需進入太空，就能體驗太空之旅。太空景象將出現(xiàn)在我們的桌面上。隨著數(shù)據(jù)傳輸速度的提高，我們很快就能對火星群山、土星環(huán)和木星大紅斑來一次虛擬太空旅行。
工商網(wǎng)監(jiān)
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