행성간 인터넷

3. 기술적 과제와 해결 방안

행성 간 인터넷은 행성 간 거리, 움직임, 태양 활동 등으로 인한 통신 지연, 연결 불안정, 제한된 대역폭 등의 문제를 안고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 여러 기술들이 개발 및 연구되고 있다.

역사적으로 우주 통신은 고가의 독자적인 포인트 투 포인트 아키텍처에서 점차 발전하여, 여러 국가의 우주 기관들이 표준 프로토콜 개발에 합의하는 단계에 이르렀다. 1982년부터 Consultative Committee for Space Data Systems^영어(CCSDS)^[38]가 주력해 왔으며, 각국의 우주 기관(멤버 기관 11개, 옵저버 기관 22개), 산업계 참여 기업 100개 이상이 참여하고 있다.

우주 데이터 시스템 표준의 발전은 인터넷의 발전과 병행되어 왔다. 개념적으로 공통된 부분도 많지만, 대부분은 별개의 진보라고 할 수 있다. 1990년대 후반 이후, 주요 인터넷 프로토콜과 CCSDS 우주 링크 프로토콜의 결합이 이루어지고 있다. 예를 들어 1996년 1월 2일, 지구 궤도상의 인공위성 STRV-1b와의 파일 전송이 성공했다. 이는 CCSDS의 IPv4와 유사한 SCPS 프로토콜 상에서 FTP를 작동시킨 것이다.^[39][40] UoSAT-12 위성에서의 시연이나 Disaster Monitoring Constellation^영어에서의 실용화처럼 CCSDS를 사용하지 않는 인터넷 프로토콜의 실험도 우주선에서 이루어지고 있다.

NASA 제트 추진 연구소(JPL)에서의 행성간 인터넷 연구는 빈턴 서프와 Adrian Hooke^[41]가 이끄는 과학자 팀에 의해 시작되었다.

IP와 유사한 SCPS 프로토콜은 단거리 전송에서는 실용 가능하지만, 태양계의 한 영역에서 다른 영역으로 정보를 전송하려면 지연 내성 네트워크(DTN)가 필요하다. "영역(region)"의 개념이 행성간 인터넷의 아키텍처상 중요한 요소인데, "영역"이란 통신의 적절한 품질이 동질이라고 할 수 있는 범위를 의미한다.^[42] 영역은 통신 능력, 서비스 품질, 보안, 자원 관리, 소유권 등을 기반으로 정의되며,^[42] 행성간 인터넷은 "영역별 인터넷 간의 네트워크"이다.

이러한 조건의 인식을 통해, 일반화된 축적 교환 문제에 대처하는 고수준 방법으로서 "번들(bundle)"의 개념에 도달한다. 번들이란, OSI 참조 모델의 전송 계층보다 상위 계층에서의 새로운 프로토콜 개발이며, "영역 인터넷 간의 네트워크"와 같은 근본적으로 다른 환경 간에 신뢰할 수 있는 전송을 가능하게 하는 축적 교환 정보를 정리하는 문제를 해결하는 것을 목표로 한다. 지연 내성 네트워크(DTN), 번들 프로토콜(Bundle Protocol, BP), CCSDS 파일 전송 프로토콜(CFDP) 등의 기술이 이러한 해결 방안에 포함된다.

지연 내성 네트워크는 행성간 인터넷 외에도 혹독한 환경에서의 통신, 센서 웹, 재해 복구, 원격 오지와의 통신 등 다양한 응용 분야가 존재한다.^[56]

3. 1. 주요 기술적 과제

행성 간 인터넷 설계는 이러한 문제들을 해결하고, 제한된 자원을 효율적으로 사용하여 다른 행성과의 안정적인 통신을 가능하게 해야 한다.

3. 2. 해결 방안

4. 프로토콜

CCSDS(우주 데이터 시스템 자문 위원회)는 심우주 통신을 위한 표준 프로토콜을 정의한다.^[38] 역사적으로 우주 통신은 고가의 독자적인 방식에서 발전하여, 여러 국가의 우주 기관들이 표준 프로토콜 개발에 합의하게 되었다. 1982년부터 CCSDS가 이 노력을 주도하고 있으며, 11개의 회원 기관, 22개의 옵저버 기관, 100개 이상의 산업체가 참여하고 있다.

우주 데이터 시스템 표준의 발전은 인터넷의 발전과 병행되어 왔다. 1990년대 후반 이후, 주요 인터넷 프로토콜과 CCSDS 우주 링크 프로토콜의 결합이 이루어지고 있다. 예를 들어, 1996년 1월 2일 지구 궤도상의 인공위성 STRV-1b와의 FTP(파일 전송 프로토콜) 파일 전송이 성공했다.^[39][40] 이는 CCSDS의 IPv4와 유사한 SCPS(Space Communications Protocol Specifications) 프로토콜 상에서 FTP를 작동시킨 것이다. CCSDS를 사용하지 않는 인터넷 프로토콜 실험도 우주선에서 이루어지고 있다.

NASA 제트 추진 연구소(JPL)에서 행성간 인터넷 연구는 빈턴 서프와 Adrian Hooke^[41]가 이끄는 과학자 팀에 의해 시작되었다.

IP와 유사한 SCPS 프로토콜은 단거리 전송에서는 실용적이지만, 태양계의 한 영역에서 다른 영역으로 정보를 전송하려면 지연 내성 네트워크(DTN)가 필요하다. "영역(region)"은 통신의 적절한 품질이 동질이라고 할 수 있는 범위를 의미하며,^[42] 통신 능력, 서비스 품질, 보안, 자원 관리, 소유권 등을 기반으로 정의된다.^[42] 행성간 인터넷은 "영역별 인터넷 간의 네트워크"이다.

이러한 환경에서 필요한 것은 범용 프로토콜에 의해 연결이 없는 임의의 지연이 있는 환경에서 복수 영역 간의 종단 간 통신을 실현하는 표준적인 방법이다. 이를 위해 "번들(bundle)" 개념이 도입되었는데, 이는 OSI 참조 모델의 전송 계층보다 상위 계층에서 새로운 프로토콜을 개발하는 것이며, "영역 인터넷 간의 네트워크"와 같은 환경 간에 신뢰할 수 있는 전송을 가능하게 한다.

DTN은 지연을 동반하는 장거리 통신의 표준화를 목표로 설계되었으며, 핵심은 번들 프로토콜(Bundle Protocol, BP)이다. BP는 지구상의 인터넷에서 널리 사용되는 Internet Protocol(IP)과 매우 유사하지만, 심우주 통신에서 자주 발생하는 오류와 연결 끊김에 대한 대처를 포함한다.^[43]

번들 서비스 계층은 각종 애플리케이션에 범용 지연 내성 프로토콜 서비스를 제공한다. 번들 프로토콜은 2008년, UK-DMC 위성을 사용하여 처음으로 우주 공간에서 시험되었다.^[44][45]

이러한 종단 간 애플리케이션의 일종인 CFDP를 실제로 미션에 이용한 예로 혜성 탐사 계획 딥 임팩트가 있다. CFDP는 CCSDS File Delivery Protocol이며,^[46] 자동적이고 고신뢰성 양방향 파일 전송을 위한 표준 규격이다.

4. 1. CCSDS 패킷 정의

• 패킷화된 데이터는 프레임을 통해 전송되며, 프레임은 고정 길이의 데이터 블록이다. 프레임 헤더와 제어 정보를 포함한 프레임의 크기는 최대 2,048바이트까지 가능하다.
• 패킷 크기는 개발 단계에서 고정된다.

4. 2. 데이터 손실 처리

• 오류가 있는 프레임이 감지되지 않으면, 압축 해제기는 마치 신뢰할 수 있는 것처럼 프레임 데이터를 맹목적으로 사용한다. 반면 오류가 감지된 프레임의 경우, 압축 해제기는 불완전하지만 오해의 소지가 없는 데이터를 기반으로 재구성을 수행할 수 있다.
• 그러나 오류가 있는 프레임이 감지되지 않는 경우는 극히 드물다.
• CCSDS 리드-솔로몬 코드로 부호화된 프레임의 경우, 40,000개 프레임 중 1개 미만의 오류 프레임만 감지되지 않을 수 있다.
• 리드-솔로몬 코드를 사용하지 않는 모든 프레임은 순환 중복 검사(CRC) 오류 감지 코드를 사용하며, 이는 32,000개 중 1개 미만의 감지되지 않은 프레임 오류율을 가진다.

5. 구현 및 활용

인터넷 협회의 행성간 인터넷 특별 관심 그룹과 지연 내성 네트워킹(DTN) 연구 그룹(DTNRG)은 행성간 인터넷(IPN)을 가능하게 하는 프로토콜과 표준을 정의하기 위해 노력해 왔다.^[22][23]

DTN은 행성간 인터넷뿐만 아니라 센서 네트워크, 군사 및 전술 통신, 재해 복구, 적대적 환경, 모바일 장치 및 원격 전초 기지 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.^[32] 예를 들어, 통신 연결이 없는 고립된 북극 마을에 무선 핫스팟과 DTN 지원 장치를 추가하면, 주민들은 썰매나 보트가 네트워크 위치를 방문할 때 요청을 보내고 응답을 받을 수 있다.

미국 항공우주국(NASA) 제트 추진 연구소(JPL)는 2008년 10월 딥 임팩트/EPOXI 우주선에 탑재된 Deep Impact Networking(DINET) 실험으로 DTN 프로토콜을 테스트했다.^[25] 2009년 5월에는 국제 우주 정거장(ISS)에 DTN을 배포하여 실험을 진행했다.^[26]

화성 통신 궤도선 계획은 다른 화성 임무를 지원하기 위해 지구와 화성 간의 행성간 인터넷 연결을 구축하는 것이었으나 취소되었다. 이 계획은 RF 대신 레이저를 이용한 광 통신을 사용하여 더 높은 데이터 속도를 제공할 예정이었다.^[24] 레이저 통신은 RF 신호, 증폭기 및 안테나 대신 빛의 빔과 망원경 및 광 증폭기와 같은 광학 요소를 사용하여 정보를 전송한다.^[24]

5. 1. 지구 궤도에서의 활용

5. 2. 대한민국의 역할

참조

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