[論文レビュー] Investigating operation of the Internet in orbit: Five years of collaboration around CLEO

Lloyd Wood, William D. Ivancic+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2012

Opportunistic and Delay-Tolerant Networks参考文献 5被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、英国-DMC衛星に搭載された低軌道における商業的IP規格を用いた、インターネットプロトコルの運用可能性を検証する5年間の運用実験であるCISCOルータの運用（CLEO）を通じて、標準シリアル回線におけるHDLCおよびフレームリレーよりも商業的IP規格を活用することで、災害監視のためのIPベースの指令制御およびデータダウンリンクを実現した。この実験により、宇宙ミッションにおいて市販のネットワーキング技術が使用可能であることが実証された。

ABSTRACT

The Cisco router in Low Earth Orbit (CLEO) was launched into space as an experimental secondary payload onboard the UK Disaster Monitoring Constellation (UK-DMC) satellite in September 2003. The UK-DMC satellite is one of an increasing number of DMC satellites in orbit that rely on the Internet Protocol (IP) for command and control and for delivery of data from payloads. The DMC satellites, built by Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), have imaged the effects of Hurricane Katrina, the Indian Ocean Tsunami, and other events for disaster relief under the International Space and Major Disasters Charter. It was possible to integrate the Cisco mobile access router into the UK-DMC satellite as a result of the DMC satellites' adoption of existing commercial networking standards, using IP over Frame Relay over standard High-Level Data Link Control, or HDLC (ISO 13239) on standard serial interfaces. This approach came from work onboard SSTL's earlier UoSAT-12 satellite

研究の動機と目的

• 商用市販のネットワーキングハードウェアを用いて、宇宙環境におけるインターネットプロトコルの運用可能性を評価すること。
• 長距離・高レイテンシーの宇宙リンクを介して、IPベースのネットワーキングによる衛星の指令制御を信頼性高く実現すること。
• 特にIP over HDLCおよびフレームリレーような標準ネットワーキングプロトコルが、衛星プラットフォームにおけるデータダウンリンクおよびテレメトリに効果的に使用可能かどうかを検証すること。
• 低軌道の過酷な放射線環境下で商用ルータが長期にわたり安定して動作するか、その運用安定性および性能を評価すること。
• 将来的な宇宙ミッションが、標準化され相互運用性のあるネットワーキングソリューションを採用することで、ミッション効率およびスケーラビリティを向上させる基盤を構築すること。

提案手法

• CLEO実験は、2003年9月に打ち上げられた英国-DMC衛星に、CISCOモバイルアクセスルータを補助ペイロードとして搭載した。
• ルータはシリアルインターフェースを介して標準IP over HDLCを用いて動作し、既存の商業ネットワーキング規格を活用した。
• フレームリレーは、衛星の通信リンクを介したIPパケットの伝送のためのデータリンク層プロトコルとして使用された。
• システムは、既にIPを用いてペイロードデータ配信を実施していた英国-DMC衛星の既存の指令制御およびデータハンドリングアーキテクチャに統合された。
• 衛星の地上局は、標準インターネットプロトコルを用いてルータと通信し、エンドツーエンドのIP接続性を実現した。
• 実験は、DMC衛星が事前に商業ネットワーキング規格を採用していたことにより、開発の複雑さとリスクを低減した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 商用市販のIPルータは、5年間のミッション期間にわたり宇宙環境で信頼性高く動作することができるか？
• RQ2 長距離・高レイテンシーの宇宙リンクを介したIPベースの通信は、顕著な伝送遅延を伴っても実現可能か？
• RQ3 IP、HDLC、フレームリレーなどの標準ネットワーキングプロトコルが、衛星の指令制御システムに効果的に使用可能か？
• RQ4 放射線にさらされる低軌道環境下で、商用ルータが長期にわたりどのような性能と安定性を示すか？
• RQ5 既存の商業ネットワーキング規格を、大幅な改変なしに宇宙空間で使用可能かどうか？

主な発見

• CLEOルータは、低軌道で5年以上にわたり正常に稼働し、商業ネットワーキングハードウェアが宇宙空間で長期にわたり信頼性を示すことを実証した。
• 衛星の通信リンクを通じてIPベースの指令制御が達成され、標準インターネットプロトコルが宇宙空間で使用可能であることが確認された。
• IP over HDLCおよびフレームリレーの使用により、地球観測ペイロードの安定的かつ一貫したデータダウンリンクが実現した。これは、災害監視データの伝送にも対応した。
• 実験により、商業ネットワーキング規格をカスタムまたは特殊なプロトコルを必要とせずに宇宙空間で使用可能であることが検証された。
• システムはハリケーン・カトリーナやインド洋津波などの出来事におけるデータ配信を成功裏に実施し、実運用上の有用性を実証した。
• 結果として、標準的な商用ルータが、長期間にわたり低軌道の放射線および熱環境に耐えうることが示された。