ตอนเขียนเรื่อง IPv6 ยังคุยกันเล่นๆ ว่า address space ของ IPv6 มันเยอะมาก คงพอใช้กับอาณานิคมต่างดาวด้วยมั๊งเนี่ย วันนี้หันมาอ่านหนังสือก็เจอเข้าให้แล้วครับ Network ที่ใช้งานข้ามดาว.. โอ๊ะโอ..(ไม่ใช่เสียงจาก ICQ นะครับ) .. จริงหรือนี่ ??? จะมีรายการ “สวัสดี ชาวโลก” รึเปล่าเนี่ย ????.. ข่าวว่ามาอย่างนี้ครับ..
NASA กับกลุ่มองค์กรนานาชาติด้านงานวิจัยและอุตสาหกรรมอวกาศวางแผนการสำรวจดาว อังคารไว้ในปี 2001 โดยโครงการจะมีอายุยาวไปอีก 40 ปีโดยประมาณ เป้าหมายก็คือส่งมนุษย์หรือหุ่นยนต์สำรวจไปสำรวจดาวอังคาร การจะทำอย่างนั้นได้ NASA ได้วางแผนว่าจะต้องมีสิ่งอำนวยความสะดวกที่ดีเพียงพอที่จะส่งมนุษย์หรือ หุ่นยนต์ไปทำการสำรวจและวิจัย สิ่งอำนวยความสะดวกที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งก็คือเครือข่ายการสื่อสาร เพื่อใช้ส่งภาพ เสียง หรือข้อมูลวิจัย ระหว่างดาวใดๆ ในสุริยจักรวาลและโลก (อะโห..คิดอะไรกันเนี่ย)
Marsnet
ทีมงานของ IPN จะทำงานร่วมกับ NASA และองค์กรอุตสาหกรรมอวกาศ ในการส่งยานอวกาศ ดาวเทียมสื่อสาร ยานลงจอด ยานสำรวจภาคพื้นดิน และอุปกรณ์อื่นๆ สู่ดาวอังคารมีระยะเวลาช่วงละสองปี เริ่มจากปี 2001 เพื่อเปิดโอกาสให้สามารถขยายการติดตั้ง Marsnet ได้ทีละส่วนจนครบ.. ในปี 2001 2003 และ 2005 อุปกรณ์ของโครงการจะเริ่มสร้างเพื่อเตรียมปล่อยสู่ดาวอังคาร อย่างใรก็ตามอุปกรณ์เหล่านี้จะไม่ถูกนำมาใช้งานร่วมกันก่อนปี 2007 มีการคาดการณ์กันว่าในปี 2007จะเริ่มต้นส่งดาวเทียมสื่อสารและนำร่องไปโคจรรอบดาวอังคาร หลังจากนั้น NASA จึงเริ่มต้นว่าโครงสร้างพื้นฐานบนพื้นผิวดาว และอาจจะเริ่มต้นการส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคารได้ในช่วงต้นทศวรรษ 2010 สถานีวิจัยและที่อยู่อาศัยสำหรับนักวิจัยหรือหุ่นยนต์จะถูกสร้างในช่วงปี 2020-2040 เมื่อถึงเวลานั้น Marsnet จะเป็นตัวเชื่อมเครือข่ายจากดาวอังคารมายัง Internet บนโลก
กลุ่ม วิจัยส่วนหนึ่งในโครงการจึงได้หันมามองเทคโนโลยีของอินเทอร์เน็ตเอามาใช้ตรง จุดนี้ เพื่อที่จะได้เชื่อมกับเครือข่ายของทั้งโลกได้ง่ายๆ โดยใช้ชื่อว่า Interplanetary Network (IPN) ซึ่งวางเป้าไว้ว่าจะเป็นมาตรฐานเครือข่ายที่มีความน่าเชื่อถือในการส่ง ข้อมูลและมีแบนด์วิดธ์สูงระหว่างโลกกับพื้นที่อื่นๆ ในสุริยจักรวาล ขั้นต้นนี้ IPN จะเอามาใช้กับดาวอังคารก่อน (แปลกนะครับ ทำไมมนุษย์โลกอยากรู้จักดาวอังคารจังเลย) IPN มีส่วนประกอบเหมือนเครือข่ายทั่วไป คือมีอุปกรณ์ที่เป็นฮาร์ดแวร์ และมีโปรโตคอลที่เป็นซอฟต์แวร์ ทั้งสองอย่างนี้จะออกแบบเฉพาะเพื่อให้ทนต่อสภาพการส่งข้ามอวกาศไปยังที่ๆ ห่างไกลโลกมากๆ โดยไม่ต้องใช้มนุษย์ไปติดตั้งเอง ให้มนุษย์ไปติดตั้งก่อนไม่ไหวครับ เอาแค่ดาวอังคารส่งมนุษย์ไป-กลับก็สามปีแล้วครับ ไม่ป่วยด้วยรังสีก็กระดูกผุจากสภาพไร้น้ำหนักแหงๆ การส่งข้อมูลข้ามอวกาศมีลักษณะเฉพาะตัวของมันเองที่แตกต่างจากการสื่อสารบน พื้นโลกพอสมควรเนื่องจากข้อจำกัดของระยะทาง รังสีและคลื่นต่างๆ ในอวกาศ มันก็เลยไม่ได้ง่ายเหมือนเครือข่ายบนโลก ตอนนี้ NASA กับ DARPA ตกลงจะให้ทุนในการวิจัยระยะสั้น (1 ปี) เพื่อให้ออกแบบสถาปัตยกรรมที่จะมารองรับ IPN ทุนสนับสนุนการวิจัยจะให้มาอย่างต่อเนื่องหากการวิจัยมีแนวโน้มที่จะประสบ ความสำเร็จ และคาดกันไว้ว่าอาจจะได้ส่งอุปกรณ์เครือข่าย IPN ตัวแรกไปดาวอังคารได้ในปี 2007 .. เอาล่ะมาดูรายละเอียดกันอีกนิด
Space Communications – สื่อสารข้ามอวกาศ
การ สื่อสารข้ามอวกาศเป็นสิ่งที่ท้าทายความสามารถของมนุษย์อยู่ไม่น้อย ถึงแม้ว่าเราจะมีการสื่อสารลักษณะนี้มานานแล้ว แต่ IPN เป็นครั้งแรกที่ริเริ่มคำว่า “มาตรฐาน” และการเชื่อมกับอินเทอร์เน็ตมีเรื่องที่ต้องพิจารณาค่อนข้างมากทีเดียวครับ อย่างเช่นสื่อที่จะใช้ในการเชื่อมระหว่างโหนดที่อยู่บนดาวคนละดวง นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าสัญญาณวิทยุยังสามารถเอามาใช้เป็น link ในทางกายภาพ แต่ก็มีคำค้านว่าสัญญาณลักษณะดังกล่าวไม่ทนทานเพียงพอ เพราะระยะมันไกลมาก สัญญาณจะอ่อนลงเรื่อยๆ และยังมีคลื่นรังสีต่างๆ รบกวนอีก ผลก็คือจะทำให้เกิด loss ได้ง่ายๆ การสื่อสารในระยะไกลมากๆ อย่างเช่น โลกไปดาวอังคาร – ประมาณ 63 ล้านไมล์ – จะมีดีเลย์สูงมาก (ลองเอา 186,000 หารดูสิครับ ไป-กลับนี่เป็นสิบนาทีเลย) ดังนั้นยากที่จะใช้แอพพลิเคชั่นแบบ real-time อย่างพวกควบคุมหุ่นยนต์หรือรถสำรวจจากบนโลกได้ นอกจากนี้ข้อจำกัดทางกายภาพของการขนส่งทางอวกาศก็ทำให้มีปัญหาได้ เช่น ขนาด น้ำหนัก พลังงานของอุปกรณ์ที่จะส่งไปดาวอื่นๆ อุปกรณ์ที่ส่งไปติดตั้งจึงมีข้อจำกัดมาก และทำให้ต้องบีบลงมาใช้อุปกรณ์ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา กินพลังงานน้อยแบนด์วิดธ์ก็เลยไม่สูงนัก .. แบนด์วิดธ์ที่มีอยู่จึงมีค่ามหาศาล overhead ในการส่งต้องต่ำมากๆ
IPN Technology
IPN ยังคงอยู่ในระยะของการระดมสมองเพื่อแก้ปัญหาต่างๆ มากมาย ตามแผนที่วางไว้ IPN จะประกอบด้วยเครือข่ายที่อยู่บนพื้นโลก, บนพื้นดาว, และระหว่างโลกกับดาว โดย Internet (TCP/IP) จะใช้บนพื้นโลกและพื้นดาวเท่านั้น การสื่อสารระหว่างโลกกับดาวดวง หรือกับสถานีที่ลอยอยู่ในอวกาศจะใช้ Interplanetary Protocol .. เครือข่ายอินเทอร์เน็ตจะเชื่อมเข้ากับเกตเวย์ที่จะรับ-ส่งข้อมูลข้ามอวกาศ … Interplanetary protocol มีพื้นฐานมาจากโครงสร้างของ TCP/IP มีการแบ่งเป็นเลเยอร์คล้ายๆ กัน แต่จะมีเลเยอร์แทรกเพิ่มขึ้นมาเพื่อเป็นตัวแปลงระหว่าง TCP/IP ที่ใช้บนโลก กับโปรโตคอลที่ใช้ส่งข้ามอวกาศ อย่างไรก็ตาม Vint Cerf senior vice president ของ MCI WorldCom (provider ของ vBNS) รับหน้าที่เป็น ผู้เชี่ยวชาญของโครงการ IPN กล่าวว่าทั้งสองโปรโตคอล จะเป็นอิสระต่อกันตัวใดตัวหนึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยที่อีกตัวไม่ได้รับ ผลกระทบ .. IPN Gateway อาจจะอยู่บนพื้นโลกหรือลอยเป็นดาวเทียมอยู่ในอวกาศก็ได้ ฟังก์ชันของเกตเวย์คือเป็นปลายทางของการส่งข้อมูลด้วย TCP/IP แปลงโปรโตคอลมาเป็น interplanetary protocol แล้วจึงส่งไปยังเกตเวย์ปลายทางเพื่อแปลงกลับเป็น TCP/IP อีกครั้งนึง ที่ต้องทำอย่างนี้เพราะว่า TCP/IP มี overhead สูง ทั้ง data overhead และ processing overhead ไม่เหมาะที่จะเอามาวิ่งข้ามอวกาศกันตรงๆ นอกจากนี้ TCP/IP ยังไม่สามารถทนต่อสภาพดีเลย์สูงๆ ได้ ทำให้ขาดความน่าเชื่อถือในการใช้งานในลักษณะนี้ .. หลายคนงงว่าทำไม TCP/IP ถึงไม่ทนต่อสภาพดีเลย์สูงๆ ??? คำตอบก็คือ TCP รักษาความน่าเชื่อถือของข้อมูลโดยใช้กลไกของ Positive Acknowledgement with Retransmission คิดง่ายๆ คือหลังจากที่ต้นทางส่งข้อมูลไป มันต้องรอรับ acknowledgement จากปลายทางก่อนถึงจะส่งข้อมูลชิ้นถัดไป ถ้าไม่ได้รับ acknowledgement ในช่วงระยะเวลานึง ต้นทางจะถือว่าข้อมูลที่ส่งไปมันไม่ถึงปลายทาง ก็จะส่งข้อมูลเดิมซ้ำอีกครั้ง .. ลองย้อนกลับมาดูสภาพการสื่อสารแบบนี้ระหว่างสถานีโลกกับดาวอังคารดูสิครับ ..ต้นทางส่งไป 5 นาทีปลายทางถึงจะได้รับ แล้วอีก 5 นาทีถัดมาต้นทางถึงจะรู้ว่าปลายทางได้รับแล้ว ส่งข้อมูลชิ้นนึงกินเวลาตั้งสิบนาทีเป็นอย่างน้อย นี่ยังไม่นับว่าข้อมูลอาจจะหาย สัญญาณอาจจะอ่อนจนรับไม่ได้ ข้อมูลที่ได้รับที่ปลายทางอาจจะเสียหาย ฯลฯ ซึ่งเป็นส่งที่มีโอกาสเกิดขึ้นสูงมากในการสื่อสารในอวกาศ .. retransmission บ่อยๆ ก็ไม่ดีแน่ .. อืมมม .. นึกถึงสมัยที่เรียนวิชาเครือข่ายคอมพิวเตอร์ อาจารย์เขมทัต ม.เกษตร เคยบอกไว้ว่า “error detection เป็นเทคโนโลยีสำหรับพื้นโลก error correction เป็นเทคโนโลยีสำหรับดวงดาว” error detection มันเช็คความถูกต้องได้อย่างเดียว ถ้าไม่ถูกมันก็ต้องส่งใหม่ แล้วการสื่อสารข้ามอวกาศส่งใหม่ทีนึงนี่หมายถึงเวลาเป็นนาทีขึ้นไปนะครับ ไม่ใช่ millisec เหมือนบนโลก .. error correction สามารถกู้ข้อมูลที่เสียหายได้ แต่ก็ต้องแลกด้วย overhead สูงกว่า .. TCP/IP เลือกวิธี error detection โดยใช้ Frame Check Sequence มาตั้งแต่แรก มันก็เลยไม่ทนต่อสภาพดีเลย์สูงๆ.. จะโทษคนออกแบบก็ไม่ได้ครับ เพราะเงื่อนไขเรื่องการส่งข้อมูลข้ามดาวนี้ยังไม่มีใครคิดในช่วงที่ออกแบบ TCP .. ปัจจุบันการส่งข้อมูลข้ามอวกาศที่ใช้อยู่ สามารถส่งข้อมูลถึงโลกได้ราวๆ 100 Kbps และส่งออกได้ราว 10 Kbps คาดกันว่าเมื่อโครงสร้างพื้นฐานสำคัญๆ ของ IPN ติดตั้งเรียบร้อยจะสามารถส่งข้อมูลถึงโลกได้ด้วยอัตรา 1 Mbps และส่งข้อมูลออกจากโลกได้ด้วยอัตรา 100 Kbps ซึ่งถือว่าเร็วมาเมื่อเทียบกับระยะทางที่ไกล และยังเพียงพอที่จะใช้ส่งสัญญาณภาพและเสียงกลับสู่โลกได้สบายๆ
เทคโนโลยีของ IPN กับการใช้งานบนโลก
สิ่ง ที่น่าสนใจคือ IPN ออกแบบให้มีความน่าเชื่อถือสูงกว่า TCP/IP และตั้งใจจะออกแบบให้ทนต่อสภาพดีเลย์สูงๆ (คำว่า “สูง” ในที่นี้หมายถึงว่า “สูง” สำหรับแอพพลิเคชั่นนั้นๆ นะครับ ไม่ใช่เป็นตัวเลขว่านานเท่าไหร่ 10 ms อาจจะต่ำสำหรับอินเทอร์เน็ตแต่สูงสำหรับ multicomputer parallel processing .. อะไรทำนองนี้นะครับ) IPN จึงเหมาะที่จะเอามาใช้กับ wireless communications หรือ network ความเร็วสูงระดับ terabits per second ซึ่งทนต่อดีเลย์สูงๆ ไม่ได้เหมือนกัน .. Cerf คาดว่าโปรโตคอลน่าจะออกแบบเสร็จในช่วงปีสองปีข้างหน้า และอาจจะได้เอามาใช้กับ cellular modem ใน cellular link ซึ่งมีสัญญาณรบกวนสูงและมีโอกาสที่การเชื่อมต่อจะหลุดได้ง่าย .. IPN ยังอาจจะเอามาประยุกต์ใช้กับการสื่อสารผ่านดาวเทียมแบบ geosynchronous ด้วย เพราะดาวเทียมพวกนี้มีวงโคจรระดับสูง 22,282 ไมล์ (อย่าง ThaiCom ก็เป็นแบบนี้เหมือนกันล่ะครับ) ซึ่งจะมีดีเลย์เยอะเหมือนกันแต่คงไม่ถึงกับว่าในอนาคตจะใช้ IPN แทน TCP/IP ทั้งหมดนะครับ แบบนั้นคงจะยุ่งน่าดูเลย และถึงจะมีการเปลี่ยน TCP/IP เป็น IPN ในอนาคตจริงๆ ก็คงไม่เร็วไปกว่า 15 ปีแน่ๆ … ก็แค่ IPv4 เป็น IPv6 ที่ว่าต้องเปลี่ยนแน่ๆ ยังเป็นความฝันอยู่เลย…
From “Technology News: Interplanetary Network Aims for the Star” by John Charles. IEEE Computer Magazine, September 1999, vol.32 no.9.