Julius-Maximilians-Universität Würzburg. Link and Routing Issues for Internet Protocols in Space

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1 Julius-Maximilians-Universität Würzburg Lehrstuhl Robotik und Telematik (Informatik VII) Institut für Informatik Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt Link and Routing Issues for Internet Protocols in Space Stefan Issing Grzegorz Meinusch Betreuer: Mónica Pérez Vernet Wintersemester 2002/2003

2 Gliederung 1. Einleitung 2 2. Allgemeine Netzwerkkonzepte für die Raumfahrt 2 3. Mögliche Architektur und Routing 3 4. Abgrenzung ISO/OSI Modell gegenüber Internet 4 5. Relevante Schichten Physical Layer Data Link Layer Network Layer 7 6. OMNI Projekt 9 7. Fazit und Ausblick Quellenverzeichnis Einleitung Kann man Standardinternetprotokolle und Link Layers für die Satellitenkommunikation nutzen? Welche Möglichkeiten würde ihr Einsatz bieten? Wo liegen die Grenzen? Diese und andere Fragen sollen mit der vorliegenden Arbeit aufgezeigt und beantwortet werden. Hierzu sollen gerade die unteren Schichten, welche für den Datentransport zuständig sind, betrachtet werden. Ferner wird untersucht, wie Protokolle mit IP verknüpft werden, um eine Endto-End-Kommunikationsarchitektur für die Raumfahrt zur Verfügung zu stellen. Gerade der Datentransfer vom All zur Erde ist eine aufwendige und komplizierte Sache und wird immer teuerer. Mit heutiger Internettechnologie soll eine Architektur entwickelt werden, die Raumsfahrtmissionen schneller, besser und billiger machen soll. Im folgenden Abschnitt werden zwei verschiedene Typen für die Netzwerkarchitektur von Raumfahrzeugen sowie die grundlegenden Funktionen des Routing vorgestellt. Danach erfolgt eine Abgrenzung des ISO/OSI Modells gegenüber dem Internet. Anschleißend werden die relevanten Schichten vorgestellt und ihre grundlegenden Aufgaben und Funktionen beschrieben. Zum Abschluss erfolgt eine kurze Vorstellung des OMNI Projekts der NASA sowie das Fazit und ein kurzer Ausblick auf die noch nötige Arbeit auf diesem relative neuen Sektor der Raumfahrt. 2. Allgemeine Netzwerkkonzepte für die Raumfahrt Das Internet bietet für die Raumfahrt zahlreiche Vorteile: Einfacher Zugriff auf die Sensorik Einfache Datenverteilung Geringere Entwicklungs- und Schulungskosten Verwendung vorhandener Hardware- und Softwarelösungen Einfache, robuste und vielfach bewährte Technologie Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 2

3 Vor 30 Jahren war die Weltraumkommunikation eine Wissenschaft für sich und für jede neue Mission wurden spezielle Lösungen entwickelt, welche natürlich mit enormen Kosten- und Entwicklungsaufwand verbunden waren. Die Kommunikationslösungen haben sich in den letzten Jahren jedoch stark weiterentwickelt, so dass auch die Raumfahrt von den neuen Technologien profitieren kann. Dennoch gibt es zahlreiche Herausforderungen, die bewältigt werden müssen. Hierzu zählen der Aufbau einer nahtlosen Verbindung sowie ein periodische Verbindungsaufbau, die Unterstützung stark asymmetrischer Verbindungen, die Bewältigung einer hohen Bitfehlerrate, dynamische Netzwerktopologien und zu guter letzt eine eindeutige Adressierung für die einzelnen Raumfahrzeuge auch bei der Verwendung verschiedener Bodenstationen. 3. Mögliche Architektur und Routing Einer der Hauptgründe für die Verwendung des Internets für die Raumsfahrt war die Überlegung, kostengünstige und kommerzielle (commercial-off-the-shelf) Produkte zu verwenden. Daher ist eine der größten Veränderung gegenüber heutigen Kommunikationslösungen die Veränderung des Datenformats. Auf Seiten der Satelliten ergaben sich daher zwei Arten von Netzwerktopologien: Raumfahrzeuge mit nur einer IP und solche mit mehreren IP s, welche über ein eigenes LAN mit mobilem Router verfügen. Die Aufgaben des Router sind die Verteilung von IP-Paketen und die Verlinkung verschiedener Protokolle auf der Data Link Layer (HDCL Ethernet). Das Routing findet auf den drei untersten ISO/OSI-Schichten statt. Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 3

4 4. Abgrenzung ISO/OSI Modell gegenüber Internet Wie in der nebenstehenden Übersicht deutlich wird, unterscheidet sich das heutige Internet vom ISO/OSI Modell in den obersten drei Schichten. Session, Presentation und Application Layer werden von der heutigen Internetsoftware zusammengefasst und bilden daher eine gemeinsame Application Layer. Die Schichten des ISO/OSI Modells haben die folgenden Aufgaben: Layer Physical Data Link Network Transport Session Presentation Application Aufgaben Bitstrom Details, Signalstärke, Kabelspezifikationen, Modulationstechniken Erkennen und/oder Beheben von Übertragungsfehlern Verdeckt Details der Datenübertragung von den höheren Schichten, endto-end addressing, Flusskontrolle, Routing Aufbau, Verwaltung und Abbau logischer Verbindungen Bereitstellung der nötigen Mittel, um die Kommunikation zu organisieren, zu synchronisieren und den Datenaustausch zu managen Gewährleistung, dass die gesendete Information vom Empfänger des anderen Systems gelesen und verarbeitet werden kann, Datendekompression, Umcodierung, Datenverschlüsselung, Datenbankzugriff und -verwaltung Bereitstellen der Daten für den Anwender Die einzelnen Schichten haben Schnittstellen, um mit den umliegenden Schichten zu kommunizieren. Die Schichten sollten allerdings so gestaltet und unabhängig voneinander sein, dass der Austausch einer Schicht keine Auswirkungen auf den Gesamtablauf hat. Jede Schicht hat ihre eigene Aufgabe im gesamten Kommunikationsprozess. Die Schlüsselkomponente des Modells ist der Network Layer. Er fasst die übrigen Protokolle zusammen. Er ermöglicht eine weltweit eindeutige Adressierung zum Versenden von Datenpaketen. Dadurch wurde es erst möglich, dass das Internet die heutige Anzahl an Anwendern mit der Möglichkeit des Datenaustausches zwischen jedem einzelnen Anwender erreicht. Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 4

5 5. Relevante Schichten Für die weitere Betrachtung des Themas Link and Routing Issues for Internet Protocols in Space sind lediglich die drei untersten Schichten von Bedeutung. Die übrigen Schichten werden in der Ausarbeitung zu Transport Protocols and Applications for Internet Use in Space vorgestellt Physical Layer Die Aufgaben des Physical Layer liegen in der grundlegenden Spezifikation der Hard- und Software auf der untersten Ebene. Zur Hardware gehören die Wahl eines geeigneten Übertragungsmediums, Übertragungsverfahrens sowie Signalspannung und -stärke. Auch Auswahl der zu verwendenden Kabel und Stecker findet auf dieser Ebene statt. Softwareseitig sind die Bitstromeigenschaften sowie die Modellierungstechnik festzulegen. Bevor nun eine Verbindung aufgebaut werden kann, sind einige elementare Schritte notwendig. Zunächst muss die passende Hardware mit entsprechender Software installiert werden. Des weitern ist für einen Verbindungsaufbau die Ausrichtung der Antennen sowie die Abstimmung von Sender und Empfänger durchzuführen. Da zukünftige Missionen den Anspruch erheben, noch umfangreichere Datenmengen über noch größere Distanzen zu übertragen, wird es eine enorme Herausforderung sein, die bekannten Übertagungstechniken und -umsetzungen den Anforderungen der Raumfahrt zu unterwerfen. Bei der Bitübertragung hat der Physical Layer die Aufgabe, einen Mechanismus zur Verfügung zu stellen, der eine Point-to-Point und Point-to-Multipoint Verbindung ermöglicht. Diese Verbindung wird entweder mit einer oder mehreren Leitungen aufgebaut. Er besitzt ferner eine Fehlerkorrekturmethode. Es gibt zahlreiche Modulations- und Codierungstechniken. Die verwendete Technik hängt vom Übertragungsmedium ab. Hier wären beispielhaft Kupferkabel, Fiberglaskabel oder auch die Radiofrequenz zu nennen. Die häufigsten Codierungsverfahren sind: Manchester coding (10 Mbps Ethernet) 4B/5B (100 Mbps Ethernet und FDDI) 8B/10B (1000 Mbps Ethernet und SONET) Biphsase shift keying (BPSK) und quadrature phase-shift keying (QPSK) (RF) Die Funktionsweise der Codierungsverfahren soll hier jedoch nicht weiter erläutert werden. Zu beachten ist hierbei noch, dass Sender und Empfänger die gleiche Codierung verwenden. Um eine Fehlerkorrektur zu gewährleisten, ist ein gewisser Grad an Datenredundanz sowie die Einführung zusätzlicher Bits nötig. Es wird die so genannte forward-error-corrrection (FEC) verwendet. Die beliebtesten Verfahren sind hier Convolutional Coding und Reed- Solomon (R-S) 1. Beim Convolutional Coding haben die versendeten Datenblöcke verschiedene Größen und die Korrekturbits werden nach einem bestimmten Algorithmus innerhalb der einzelnen Strings eingesetzt. Im Gegensatz dazu arbeitet Reed-Solomon mit festen Datenblockgrößen. Hierbei kann es aber zu Problemen bei der Paketrückgewinnung kommen bzw. die Fehlerwahrscheinlichkeit steigen, da die Datenpakete zunächst verschiedene Größen haben und mittels künstlichen Füllens auf die gleiche Länge gebracht werden. Vorteil dieses Verfahrens ist es jedoch, dass die Kontrollblöcke immer an der gleich Stelle zu finden sind. Bei zu vielen Fehlern in einem Frame ist es mit Reed-Solomon nicht möglich, die Bits zu korrigieren. 1 Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 5

6 Heutige Raumfahrtkommunikationssysteme verwenden eine von ISO/OSI differenzierte Datenarchitektur. Durch die Benutzung heutiger Internettechnologie in der Raumfahrt ist es jedoch möglich, das Framing im Data Link Layer von der Codierung im Physical Layer zu trennen. Außerdem können einzelne Schichten unabhängig voneinander erweitert bzw. geändert werden Data Link Layer Der Data Link Layer teilt die Daten in Pakete und fügt Adress- und Kontrollinformationen sowie Fehlerkorrekturmechanismen hinzu. Er wird bei der Verbindung vom All zur Erde mittels HDLC und Paket-over-SONET sowie auf der Erde selber mittels HDLC bis 45 Mbps und SONET bis 622 Mbps verwendet. Ein Versuch, die beiden Techniken IEEE-1355 (SpaceWire) und IEEE-1394 (FireWire) einzubinden, ist seitens der IETF für IEEE-1394 bereits in Arbeit. Neuste Entwicklungen zeigen, dass der Einsatz von Standard Ethernet Technologien für die Datenübertragung in einer Echtzeitumgebung wie der Raumfahrt große Potentiale beinhaltet. Einige Firmen haben sich bereits zu den folgenden Gruppen zusammengeschlossen: Industrial Ethernet Association Industrial Automation Open Networking Alliance GE Cisco Industrial Networks Der Aufbau eines Ethernet, basierend auf dem industriellen Ethernet, bietet für die Raumfahrt enorme Möglichkeiten. Das Ethernet hat aufgrund einer immensen Anzahl an Schnittstellen bereits heute die Mehrheit der weltweiten Datenübertragung übernommen. Ferner unterstützt es Geschwindigkeiten von 10, 100 und Mbps. Eine Version mit Mbps befindet sich in der Entwicklung. Ebenfalls in der Entwicklung befindet sich eine Programmiersprache für die höheren Level sowie ein API um die Software, welche in Echtzeit-Ethernet LAN s verwendet wird, zu standardisieren. Auf dem Data Link Layer kommt HDLC (High-level data link control) zur Anwendung. HDLC wird seit über 30 Jahre angewendet. Es bietet eine einfache Schnittstelle sowie eine hohe Kompatibilität mit zahlreichen kommerziellen Routern. Einsatzgebiete sind z.b. Synchronous data link control (SDLC) von IBM, Frame Relay, X.25 oder ADCCP. Auf der Ebene des Physical Link Layer ist HDLC außerordentlich einfach. Aufgrund seiner strengeren Synchronisationsmechanismen wird Reed-Solomon innerhalb des Pysical Layer verwendet. Benutzt man nun HDCL auf Reed-Solomon so erhöht sich die Framerückgewinnung auch bei stark beschädigten Reed-Solomon-Paketen. Ein weiterer Vorteil ist die geringere Fehlerwahrscheinlichkeit bei längeren Folgen von 0 oder 1 Bits bei der Signalrückgewinnung. HDLC verwendet verschiedene Methoden zur Datenkapselung. Die Wahl der angewendeten Methode unterliegt verschiedenen Kriterien. Da ein Full-Duplex-Verfahren fehlt, sind Protokolle wie Serial Line IP (SLIP) und Point-to-Point Protocol (PPP) ausgeschlossen. Da außerdem eine Kompatibilität mit Routern verschiedener Hersteller verlangt wird, sind ferner Protokolle wie z.b. das von Ciscio, welches ein spezifiziertes HDLC Header verwendet, ebenfalls ausgeschlossen. Durch den Einsatz kommerzieller Router, welche eine höhere Übertragungsrate als 45 Mbps unterstützen, wird die Verwendung einer anderen Framingmethode als HDLC nötig. Diese HDLC-Router nutzen High-Speed Serial Interfaces (HSSI). Für höhere Geschwindigkeiten eignet sich als Framingmethode Asynchronous Transfer Mode (ATM) mittels Synchronous Optical Network (SONET) als Schnittstelle. Nachteile bei dieser Methode sind ein 10% O- Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 6

7 verhead, das Splitting der IP-Pakete in ATM-Zellen sowie die Gefahr, beim Verlust einer einzigen ATM-Zelle, das gesamten IP-Paket zu verlieren. Eine interessante Alternative ist es, diese Nachteile zu umgehen indem man IP-Pakete mit SONET verschickt. Die Idee, welche hinter dieser Lösung steckt, heißt Packet over SONET (POS). Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch das Hinzufügen eines PPP Header, da - wie oben bereits erwähnt - ein Full-Duplex-Verfahren fehlt. Grundsätzlich sind bei großen Übertragungsraten auch sehr hohe Baudraten nötig, die bei der Kommunikation mit dem All noch nicht erreicht werden können. Eine der größten Sorgen für Satellitensystementwickler ist sowohl der Prozess-Overhead als auch der Bit-Overhead, der im Zusammenhang mit den einzelnen Protokollen auftritt. Dieses Problem betrifft weniger die bordeigenen LAN Protokolle, bei denen die Bandbreite nicht so sehr beschränkt ist. Vielmehr betroffen sind die Verbindungen vom All zur Erde, da hier kaum von einer unbegrenzten Bandbreite ausgegangen werden kann. Diese Beschränkungen sind abhängig von Faktoren wie Sendeleistung, Fehlerrate, Signalqualität oder Entfernung. Der Overhead bei HDLC ist eher gering und besteht aus folgenden Komponenten: 1 byte flag 4 byte Frame Relay und Datenkapselungschlüssel 2 byte CRC für Fehlererkennung Der gemessene Overhead lag in einigen Fällen wie z.b. bei WIND, POLAR oder SOHO zwischen 1 3%. Der worst case liegt aber auch hier bei rund 20% Overhead Network Layer Der Network Layer stellt das Bindeglied zum Anschluss an die Welt dar. Da innerhalb des Link Layer eine Adresse nur bis zum nächsten Netzknoten eindeutig ist, wird im Network Layer eine global eindeutige Adresse vergeben. Im folgenden ist ein IP Header v4 abgebildet, welcher eine 32-stellige Adresse mit sich führt. Die Basis, auf der das Internet aufbaut, ist im wesentlichen die Fähigkeit, Daten innerhalb eines Netzes an eine bestimmte Zieladresse zu schicken. Probleme kommen jedoch auf, wenn das Netz die Größe des Internets erreicht. Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 7

8 In kleinen Netzwerken sind die Lookup-Tabellen, welche den Routern die nächste Zieladresse angeben, relativ klein, einfach und weitestgehend statisch. Diese Tabellen können sehr einfach angelegt und gewartet werden. Diese Tatsache ist eng verwandt mit den aktuell benutzten Datentransportsystemen in der heutigen Raumfahrt. Wenn Netze nun die Größe und das ständige Wachstum des Internets erreichen, muss die Wartung dieser Tabellen automatisch zwischen den Routern ablaufen. In der Raumfahrt kommen nun mehrere Bodenstationen zum Einsatz. Möchte ein Raumfahrzeug nun Daten zur Erde schicken, ist dies kein Problem, da die empfangende Bodenstation die eindeutige IP Adresse des zugehörigen Kontrollzentrums kennt und somit die Daten lediglich dorthin weiterleiten muss. Viel problematischer wird es beim Upload, da die Raumfahrzeuge auf ihrem Weg um die Erde zwischen den einzelnen Subnetzen wechseln und daher nicht über eine global eindeutige Adresse verfügen. Das Kontrollzentrum weiß nicht, welche Bodenstation sich gerade in Reichweite des Satelliten befindet. Dieser Sachverhalt wir durch die folgende Abbildung verdeutlicht. Dieses Problem versucht man nun mittels Mobile IP zu lösen. Bisher haben die Kontrollzentren ihre Daten für den Upload an diejenige Bodenstation geschickt, die von den Raumfahrzeugen überquert wurden. Die Kontrollzentren mussten also wissen,welche Bodenstation gerade für einen Upload geeignet war. Da die Zahl an Raumsfahrzeugen aber ständig wächst, wird die exakte Planung der Berührpunkte immer komplexer und teurer. Deshalb wäre eine automatisierte Lösung dieses Problems wünschenswert. Bei der Verwendung von Mobile IP vergibt die fremde Bodenstation beim Wechsel des Raumfahrzeugs in ihr Subnetz diesem eine zweite IP Adresse. Im Anschluss daran wird ein so genannter IP Tunnel zur eigenen Bodenstation angelegt. Über diesen Tunnel können nun die Daten an das Raumfahrzeug verschickt werden. Es gibt andere Lösungen, diese sind jedoch nicht in diesem Maße automatisiert und anpassungsfähig wie Mobile IP. Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 8

9 Bisher wurde lediglich die Möglichkeit betrachtet, dass das Raumsfahrzeug über nur eine IP Adresse verfügt. Wie in Abschnitt 3 jedoch vorgestellt, kann es durchaus vorkommen, dass mehrere IP s an Board eines Raumsfahrzeugs erwünscht sind. Diese Problematik könnte man mittels Mobile IP nun in der Form lösen, dass jedem Knoten mit IP Adresse eine zusätzliche Adresse des entsprechenden Subnetzes zugeteilt wir und jeweils ein Tunnel angelegt wird. Dies führt bei der Registrierung der einzelnen IP s jedoch zu einer extremen Belastung des Netzes. Außerdem wird für jeden Knoten zusätzliche Software erforderlich. Eine andere Lösung wäre mittels Mobile Routing von IETF. Bei dieser Idee übernimmt der Router an Board des Raumfahrzeugs die entsprechenden Mobile IP Operationen und die Knoten verhalten sich wie in einem festen LAN. Der Network Layer ist unter anderem für die Datenpriorität verantwortlich. Bisher findet bei der Übertragung nur eine mäßige Differenzierung zwischen wichtigen und weniger wichtigen Daten statt. Dies geschieht zur Zeit mittels den virtuellen Kanälen des CCSDS Protokolls (Consultative Commitee on Space Data Systems). Das Problem hierbei ist, dass dieses Priorisierungsverfahren nur sehr wenige Unterscheidungsebenen unterstützt und die Bedeutung dieser Ebenen in jeder Mission anders definiert sind. Durch die Einführung von Internettechnologien ist es nun jedoch möglich, die Daten gemäß ihrer Dringlichkeit zu verschicken. Hierzu stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung: Data Link Connection Identifier (DLCI) im HDLC/Frame Relay Header Typ of Service bit aus IP Header Router können verschiedene Pakete der Priorität nach in Schlangen einordnen Mittels Session Layer auf Seiten des Senders durch Auf- und Abbau bzw. Kontrolle der Verbindungen Am Ende dieses Abschnitts soll noch der Overhead im Network Layer angesprochen werden. Heutige Satellitenprotokolle konzentrieren sich auf einen minimalen Overhead bei der Übertragung vom All zur Erde. Auf dem Link Layer wird dies mittels HDLC ermöglicht. Der größte Overhead entsteht jedoch im Network und im Transport Layer. Wie die folgende Ü- bersicht verdeutlicht, nimmt der Overhead mit der Größe der IP Pakete ab. Das einzige Problem, das in diesem Zusammenhang auftritt, ist die Tatsache, dass in der Raumfahrt aufgrund niedrigerer Paketfehlerwahrscheinlichkeit eher kleine Pakete versendet werden sollen. Nach entsprechenden Lösungen wird aber bereits gesucht. 6. OMNI Projekt Das OMNI Projekt (Operating Missions as Nodes on the Internet) setzte zum ersten Mal Internetlösungen in der Raumfahrt um. Im folgenden sollen die einzelnen Phasen des Projekts kurz erläutert werden. Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 9

10 Das Projekt wurde im Februar 1999 gestartet. Zunächst wurden mit Hilfe eines Kleinbusses Daten zu einem provisorischen Kontrollzentrum auf dem GSFC Gelände (Goddard Space Flight Center) gesendet. Diese Übertragung wurde mit Hilfe von TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System) realisiert. Während der ersten Versuche wurden one-way und später auch twoway Verbindungen aufgebaut. Gelegentlich Übertragungsunterbrechung, wenn Kleinbus zwischen Gebäuden oder unter Bäumen fuhr, wurden toleriert, da diese Unterbrechungen in der Raumfahrt unvermeidbar sind. In der nächsten Phase der Bodenversuche wurden auch Protokolle wie FTP, NFS sowie Audio- und Videostreaming durchgeführt. OMNI-Van Zu Beginn des Jahres 2000 sollten die ersten Versuche im All gestartet werden. Hierzu wurde ein geeignetes Raumsfahrzeug gesucht, welches HDLC von Seiten der Kommunikationshardware unterstützte, um die Internet in Space Konzepte zu testen. Schließlich wurde UoSAT-12 gewählt. Grund hierfür war, dass UoSAT-12 bereits über HDLC-fähige Hardware verfügte, da er bisher mit dem AX.25 Protokoll arbeitete. Somit war lediglich eine Softwareänderung nötig, um die Benutzung von IP zu ermöglichen. Die zugehörige Bodenstation wurde um einen Standardrouter sowie eine programmierbaren Switch erweitert. UoSAT-12 Der erste Versuch im Weltraum fand im April 2000 statt. Hierbei wurde UoSAT-12 sowohl von der Bodenstation als auch vom GSFC angepint. UoSAT-12 antwortete auf die einzelnen Anfragen. Die Übersicht auf der nächsten Seite zeigt den Verlauf dieses Test. Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 10

11 UoSat-12 PING-Test-Ergebnisse Die PING-Pakete wurden im 10 Sekundentakt gesendet. Die Verzögerungszeit bei der Antwort war abhängig von der Distanz zwischen UoSAT-12 und der Bodenstation. Im weiteren Verlauf des Projekt wurden/werden Internetdienste wie http (erfolgreich getestet am ), FTP, SMTP usw. mittels Mobile IP und Virtual Private Networks durchgeführt. Die Standardkonfiguration bei diesen Test ist in der nachstehenden Grafik abgebildet. Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 11

12 7. Fazit und Ausblick Die Einführung heutiger Internettechnologien in der Raumfahrt lieferte eine flexible und kostengünstige Kommunikationsarchitektur. Dazu wurden keine speziellen Lösungen für einzelne Missionen entwickelt, sondern kommerzielle, weit verbreitete und vielfach bewährte Techniken verwendet. Die Realisierung fand mittels HDLC Framing und IP statt. Damit wurden auch die Kompatibilitätsprobleme bei der Verwendung missionsspezifischer Hardware beseitigt. Die Einführung eines Netzwerkprotokolls wie IP ermöglicht den Zugriff auf die Daten des Raumsfahrzeuges ähnlich wie bei einem Webserver. Die Datenarchivierung und -verteilung vereinfacht sich ganz erheblich und Prozesse der Datentransformation entfallen komplett. Neue Anwendungen bedürfen keiner Entwicklung, da sie bereits durch am Markt erhältliche ersetzbar sind. Folglich entfällt der Aufwand, die verantwortlichen Entwickler seitens der Raumfahrt bei der Einführung neuer Technologien immer aufs Neue umzuschulen. Um das Internet in der Raumfahrt flächendeckend einsetzen zu können, bedarf es zunächst einer Anpassung und Aktualisierung der Bodenstationen. Bestehende Systeme müssen sowohl seitens der Hardware als auch Software erweitert werden. Dies wird allerdings einige Probleme mit sich bringen. Zunächst muss geprüft werden, welche Bodenstationen überhaupt IP-fähig sind und ob sie mit den entsprechenden Satelliten kommunizieren können. Außerdem ist die hohe Anzahl an Bodenstationen zu berücksichtigen. Dabei darf aufgrund der großen Anwenderzahl und hohen Zugriffsmöglichkeiten die Problematik der Datensicherheit nicht außeracht gelassen werden. Gerade beim Mobile IP Tunnel sind enorme Anstrengungen zum Aufbau sicherer Verbindungen nötig. Bisher wurden Ethernet und HDLC in low-orbit Raumfahrzeugen eingesetzt. Hier spielt die Strahlung keine allzu große Rolle. Aus diesem Grund ist die Entwicklung neuer Bauteile gerade für die Raumfahrzeuge wichtig. Hierzu zählen unter anderem die Schnittstellen zwischen den RF- Komponenten und den Netzwerkkomponenten. Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 12

13 8. Quellenverzeichnis Consultative Committee for Space Data Systems. Radio Frequency and Modulation Systems. Part 1, Earth Stations, Blue Book, Juni 2001 Consultative Committee for Space Data Systems. Radio Frequency and Modulation Systems. Part 1, Earth Stations, Green Book, Mai 1997 Criscuolo, E., Computer Sciences Corp. (CSC) NASA. Performance Efficiency of Internet Protocol (IP) in Space Applications. Applied Engineering and Technology Directorate Revision 0, November Keith Hogie, Ed Criscuolo, Ron Parise, Computer Science Corp. (CSC) NASA. Link and Routine Issues for Internet Protocols in Space. In Proceedings of 2001 IEEE Aerospace Conference, Big Sky, Montana, March Perkins, C.E., Sun Microsystems, Nokia Research Center. Mobile Networking Through Mobile IP. In IEEE Internet Computing online, Rash, J., Goddard Space Flight Center NASA, Ron Parise, Keith Hogie, Ed Criscuolo, Jim Langston, Computer Sciences Corp. (CSC). Internet Technology on Spcaecraft. In Proceedings of the 2000 AIAA Small Satellite Conference, Logan Utah, September Rash, J., Goddard Space Flight Center NASA, Ron Parise, Keith Hogie, Ed Criscuolo, Jim Langston, Computer Sciences Corp. (CSC). Chris Jackson, Surrey Satellite Technology Ltd. (SSTL), Harold Price, Vytek Wireless Inc. Internet Access to Spacecraft. In Proceedings of the 14 th Annual/USU Conference on Small Satellite, August Internetquellen: o Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) o Operating Missions as Nodes on the Internet Seminar: Informationssysteme in der Raumfahrt 13