Rozmowa z Lloydem Woodem, obecnie niezależnym konsultantem, który do listopada 2009 pracował jako lider technologii i kierownik projektu „Inicjatywy w kosmosie” w Cisco. Publikowany wywiad przeprowadzono podczas konferencji Cisco Forum 2009 w Zakopanem.
Netfocus: Pańska praca jest bardzo nietypowa. Proszę opowiedzieć, co robi Pan w Cisco?
Lloyd Wood: Cisco próbowało rozpocząć swoją działalność w przestrzeni kosmicznej. CLEO (Cisco router in Low Earth Orbit) jest to projekt, nad którym prace rozpoczęły się siedem lat temu (sam router został wprowadzony na orbitę 6 lat temu). Doszliśmy do wniosku, że produkty Cisco mogą zostać tak wzbogacone i zmodyfikowane, by dać sobie radę na tym rynku. Muszę dodać, że był to dla nas zupełnie nowy obszar działania. Pierwszą rzeczą, jaką musieliśmy zrobić, to przekonać społeczność zajmującą się badaniem kosmosu, że myślimy i poważnie podchodzimy do sprawy i uważamy, że protokół IP będzie przydatny również w przestrzeni kosmicznej.
W tym celu umieściliśmy nasz najmniejszy produkt, mobilny router Cisco 3251 w kosmosie na brytyjskim satelicie monitorującym zagrożenia związane z katastrofami naturalnymi (UK- DMC). Znajduje się on w przestrzeni kosmicznej już 6 lat. Na początku testowaliśmy nasz router we współpracy z amerykańskimi Siłami Zbrojnymi w namiotach postawionych na terenie bazy lotnictwa Vandenberg. Testowaliśmy uzyskiwanie dostępu do sieci przez satelitę z „dzikiego” terenu. Pracownicy bazy lotniczej mogli przetestować nasz sprzęt i uzyskać połączenie z kosmosem.
Od tego czasu udało nam się zademonstrować działanie IPv6 i IPSec w przestrzeni kosmicznej. Te działania pozwoliły nam zdobyć wiedzę dotyczącą funkcjonowania sieci w kosmosie. To wszystko było bardzo pożyteczne i ciekawe, ale przede wszystkim pomagało przekonywać ludzi – ekspertów pracujących nad badaniem przestrzeni kosmicznej do zaangażowania firmy Cisco w prace związane z kosmosem. Jednocześnie przekonywało osoby pracujące w Cisco, że jest to rynek, o którym należy myśleć poważnie i perspektywicznie.
Netfocus: Skąd pomysł na umieszczenie routera w satelicie? Czy jest on tam w ogóle potrzebny?
Lloyd Wood: Obecnie Cisco pracuje nad routerami dla satelitów geostacjonarnych. Działający satelita to coś co nazywamy „zagiętą rurą” – jest to jedynie duży transponder wzmacniający sygnał, umieszczony w przestrzeni kosmicznej. Otrzymuje on sygnał, moduluje, wzmacnia i wysyła z powrotem. To co satelita geostacjonarny otrzymuje w paśmie C (C band) wychodzi dalej w paśmie C, to co przychodzi w paśmie Ku (Ku band) jest modulowane, wzmacniane i wysyłane dalej w paśmie Ku. To co przychodzi do satelity musi z niego wyjść dokładnie tak, jak w zagiętej w kształt „U” rurze (stąd nazwa).
Jeśli do satelity dołożyć router, oznaczałoby to dużą zmianę. Wiele satelitów jest wyposażonych w przekaźniki pasma C i Ku. Jednak nie ma między nimi żadnej komunikacji, mimo że są umieszczone na tym samym satelicie, ponieważ szyna łącząca urządzenia w satelicie nie jest inteligentna. Oba transpondery działają jak odrębne „zagięte rury”. Dlatego satelity często mają dwie różne rynkowe nazwy – jedną dla pasma C i drugą dla pasma Ku.
Chcielibyśmy zmienić ten stan rzeczy. Uważamy, że byłoby sensowne wejść do satelity i, gdy się już tam znajdziemy, mieć dowolny wybór, którym portem chcemy go opuścić. By jednak umożliwić takie działanie, potrzebna jest możliwość przełączania się pomiędzy pasmami. By to umożliwić, pracujemy obecnie nad specjalnym routerem, również we współpracy z Siłami Zbrojnymi Stanów Zjednoczonych. Projekt nosi nazwę IRIS (Internet Router In Space), zostanie wystrzelony w przestrzeń kosmiczną na satelicie Intelsat-14 jeszcze w tym roku (router jest zainstalowany w satelicie od stycznia 2009, a lot początkowo zaplanowany na 14 listopada 2009 – został przełożony). To będzie nasz pierwszy router na orbicie na satelicie geostacjonarnym.
Netfocus: Czym różni się projekt IRIS od poprzedniego projektu CLEO?
Lloyd Wood: Orbita geostacjonarna jest o wiele bardziej wymagająca – w tym środowisku panują trudniejsze warunki, jeśli chodzi o promieniowanie. Na niższej orbicie mieliśmy już do czynienia z komercyjnymi produktami (Cisco Mobile Access router) i nie mieliśmy z nimi żadnych problemów. Jeśli chodzi jednak o orbitę geostacjonarną, wszelkie ciała znajdujące się na tej wysokości wystawione są na oddziaływanie środowiska o większym promieniowaniu, szczególnie oddziałuje tutaj silne promieniowanie słoneczne.
Potrzebne są dodatkowe prace inżynierskie, by opracować właściwe rozwiązania pozwalające na pracę w tych warunkach. Moi amerykańscy koledzy wykonali je, łącznie ze sprzętem potrzebnym do tego celu. Pierwszą próbą siły rozwiązania będzie właśnie projekt IRIS. Amerykańskie Siły Zbrojne będą testowały sprzęt przez pierwsze 90 dni. Po upływie tego okresu, w chwili którą nazywamy „Dniem 91”, razem z partnerami przejmiemy testy i będziemy sprawdzać jego przydatność. Będziemy przekonywać w ten sposób ludzi, że jest to pomysł, który warto dalej rozwijać i pracować nad nim.
Netfocus: Czy sprzęt i oprogramowanie zostało specjalnie stworzone do projektu IRIS czy wykorzystaliście standardowe komponenty?
Lloyd Wood: Oprogramowanie to standardowy IOS wzbogacony o dodatkowe zmiany, jakie były konieczne, aby przystosować go do warunków panujących w przestrzeni kosmicznej. Tak naprawdę staraliśmy się je ograniczyć do absolutnego minimum. Kilka sterowników, trochę nowego oprogramowania. Bardzo małe i nieznaczne zmiany. Chcieliśmy zastosować dobry, sprawdzony kod, lekko go dostosować i wykorzystać w kosmosie.
Wierzymy, że wszystko będzie częścią większej sieci. To właściwie już się dzieje. Wystarczy spojrzeć na liczbę komputerów, które znajdują się w samochodach. Samochód może bez problemu stać się urządzeniem sieciowym, włączyć się do informacyjnej super autostrady. Sądzimy również, że ziemska i pozaziemska wymiana informacji będzie odbywała się mniej więcej na tej samej zasadzie, przy użyciu tych samych ogólnych protokołów. Potrzebujemy protokołów sieciowych, które będą działać w obu środowiskach. Kosmos nie jest dla nas niczym specjalnym. Uważam, że można wybrane „ziemskie” protokoły przystosować do pracy w przestrzeni kosmicznej. Mając to na względzie, nie wynajdujemy nowych rozwiązań przeznaczonych specjalnie do pracy w kosmosie. Mówimy tu o połączonych technologiach, o rozszerzaniu Internetu na przestrzeń pozaziemską. Na orbicie geostacjonarnej ciała pozostają w ustalonej pozycji ponad powierzchnią Ziemi. Tworzą więc stały węzeł tylko nieco dalej od Ziemi niż inne.
Netfocus: Czy efekty tych prac będą wykorzystywane cywilnie?
Lloyd Wood: Cisco wpisało się w wysiłki NASA by przenieść protokoły internetowe w kosmos. W 2003 roku rozpoczęliśmy projekt CLEO, w ramach którego przygotowaliśmy router do działania na niższej orbicie okołoziemskiej. Jest to projekt sponsorowany ze środków komercyjnych, ale wykonywany początkowo dla Sił Zbrojnych USA, jako podstawowego klienta i odbiorcy.
Chcemy udowodnić, że protokół IP jest przydatny w przestrzeni kosmicznej. Dzięki temu będzie można przekonać użytkowników komercyjnych, by zastanowili się nad wykorzystywaniem funkcjonalności IP na pokładzie ich pojazdów kosmicznych. Jest to więc bardzo długoterminowy projekt.
Netfocus: Jakie zastosowanie komercyjne może znaleźć protokół IP w kosmosie?
Lloyd Wood: Tak naprawdę cały czas się uczymy i staramy się lepiej przystosować te technologie do potrzeb rynku. W grę wchodzą na przykład wszyscy nadawcy telewizyjni. Myślimy również o przekazie głosowym przez IP, co już się dzieje w niektórych obszarach. Oczywiście jest jeszcze dostarczanie zwykłego połączenia internetowego do wszelkich możliwych miejsc, stałych, miejskich, pozamiejskich, na pustyni, na dalekich wyspach, a także do wszystkich użytkowników mobilnych. Jest bardzo duże zapotrzebowanie na takie połączenia internetowe. Na przykład, gdy jest się na statku na środku oceanu można oczywiście uzyskać połączenie przez system Inmarsat, ale wtedy płaci się za każdy przesłany bit. Dlatego wszystko, co miałoby pomóc w rozwoju szerokopasmowego Internetu, ułatwieniu dostępu do niego i redukcji kosztów jest dla nas interesujące.
Netfocus: Czy tylko Cisco testowało komunikację IP w przestrzeni kosmicznej?
Lloyd Wood: W kontekście wprowadzenia Internetu do przestrzeni kosmicznej router Cisco wpisuje się w o wiele szerszą perspektywę, głównie na cywilnym rynku. Jest to ciekawa historia, którą można zatytułować „Wszyscy byli pierwsi”. W 1996 roku NASA Jet Propulsion Lab (JPL) wgrała oprogramowanie (stos IP) do brytyjskiego satelity STRV 1B należącego do brytyjskiej Defense Engineering Research Agency, dzięki któremu byli w stanie wysyłać i odbierać proste „pingi” IP, aby pokazać możliwość komunikacji. Po przeprowadzeniu tego eksperymentu ogłoszono pełny sukces. Laboratorium JPL stwierdziło, że ma pierwszy element sieci IP w kosmosie.
NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) miała nieco inne spojrzenie na całą sprawę satelitów komunikacyjnych. W 2000 roku wgrali protokół IP do brytyjskiego satelity UoSat12. Większość mojego doktoratu robiłem w laboratorium drzwi w drzwi pomieszczenia, gdzie odbywały się prace nad tym satelitą. Czytałem o wystrzeleniu satelity, ale wtedy nie był on dla mnie za bardzo interesujący – była to amatorska łączność radiowa 9600 bit/s oraz sieć Packet Radio X.25. Ale tak naprawdę satelita ten miał na pokładzie kilka eksperymentalnych urządzeń, m.in. wysokiej prędkości transponder pasma S, który wszedł później do użytku na UK-DMC, no i wgrano w niego stos IP.
To był moment, kiedy stworzono alternatywę dla technik krótkofalarskich, wgrano protokół IP i serwer WWW, a później przeprowadzono testy. Następnie eksperci z NASA Goddard ogłosili, że mają pierwsze urządzenie IP w kosmosie. W tym momencie osoba z NASA JPL powiedziała „Hej! My to zrobiliśmy już w 1996 roku”. Więc NASA GSFC odpowiedziało mu: „Dobrze, ale my mamy pierwsze rozwiązanie w kosmosie zgodne z RFC”, bowiem w tym przypadku do przesyłania komunikacji IP wykorzystywano łącza oparte na HDLC i Frame Relay, w pełni komercyjnym standardzie, nie używano ani nie potrzebowano specjalnych protokołów transmisji przygotowanych przez NASA i CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems).
Inżynier, który pracował przy projekcie NASA, Keith Hogie, miał dość ciągłego modyfikowania protokołów CCSDS, dlatego opracował podejście oparte na Frame Relay i HDLC. Doszedł do wniosku, że będzie to doskonale sprawdzać się w kosmosie. Wszystko, co do tej pory robiliśmy w ramach wprowadzania IP w kosmosie jest w pewien sposób powiązane lub wynika bezpośrednio z jego wczesnych wysiłków z UoSAT-12. W wyniku tego firma Surrey Satellite Technology (SSTL) zaczęła używać Frame Relay z HDLC, a router Cisco pojawił się w kosmosie.
Jest jeszcze kilka innych wydarzeń, np. router w rosyjskim module międzynarodowej stacji kosmicznej (ISS – International Space Station). Rosjanie po prostu kupili router na komercyjnym rynku, zmienili jedynie wtyczki, by wzmocnić połączenia. Umieszczony w nietypowym miejscu, działa bardzo dobrze. Niedawno dołączono do niego nowe fragmenty sieci. Oczywiście, dotyczy to części, którą widzą i obsługują astronauci, wszystkie systemy związane z misją i bezpieczeństwem nadal działają na zasadzie specjalnych systemów kosmicznych ze specjalnymi programami kosmicznymi. IP znajduje się po stronie ludzkiej, astronautów. Do całej sprawy dołączyli również eksperci z HP. Gdy tylko udało im się uruchomić system, ogłosili natychmiast w oświadczeniu dla prasy o pierwszym routerze w kosmosie. W tym czasie my mieliśmy już CLEO w przestrzeni kosmicznej od paru lat, a urządzenia HP dołączyły do istniejącej sieci rosyjskiej. Wszyscy byli pierwsi w kosmosie!
Nieco później NASA wystrzeliła satelitę CHIPsat (Cosmic Hot Interstellar Plasma Spectrometer satellite), który wykonywał bardzo ciekawe eksperymenty i pomiary atmosferyczne na orbicie oraz przesyłał dane na Ziemię za pomocą FTP i IP. Oczywiście, gdy tylko to zrobili, ogłosili że mają pierwszy element Internetu w kosmosie. Każdy był pierwszy, bo to oznacza dobrą prasę i jest medialne. Jednocześnie wszyscy ignorowali dotychczasową historię. Najbardziej interesujące jest to, że NASA miała pierwsze działające elementy Internetu w kosmosie trzykrotnie, czyż nie?
NASA używała IP na pokładzie swojego promu kosmicznego, na przykład w laptopach (standardowe modele Thinkpad). Większość wyposażenia promów pochodzi jeszcze z lat 70-tych i są uzasadnione wątpliwości dotyczące testów i aktualizacji ich systemów operacyjnych by obsługiwały IP. Rozwiązanie Cisco SoftPhone było testowane na promie Atlantis w lutym 2001.
Tu pojawia się znowu Keith Logie. Udało mu się opracować dla promu Columbia coś, co nazywa się CANDOS (Communications and Navigation Demonstration On Shuttle). Dzięki jego pracy udało się pokazać wykorzystanie mobilnego IP łączącego prom kosmiczny z Ziemią poprzez system satelitów TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System). Gdy prom przechodził do sektora obsługiwanego przez innego satelitę TDRSS, my byliśmy w stanie utrzymać połączenie po przekazaniu do kolejnego satelity, wszystko działało wspaniale. To niestety była ostatnia misja Columbii, w której 8 astronautów straciło życie. Jedyny związek astronautów z CANDOS polegał na włączeniu go i wyłączeniu tydzień później przed próbą lądowania. System był testowany i kontrolowany z ziemi. Wspomniane eksperymenty pokazały, że IP może być praktycznie wykorzystane na satelitach i na pokładach promów kosmicznych.
Wyobraź sobie jednak że jesteś szefem projektu w NASA odpowiedzialnym za opracowanie pojazdu kosmicznego. Twój pojazd ma wyruszyć daleko w kosmos. Będziesz bardzo, bardzo konserwatywny i ostrożny, wybierając to, co zostanie wysłane. Nie będziesz ryzykował z nowymi technologiami. Nie będziesz się bawił z IP. Minie jeszcze wiele czasu zanim uda się przekonać NASA do zastosowania IP we wszystkich swoich misjach.
Rozmawiali Krzysztof Jakubik i Rafał Janus
