Науковці дедалі більше замислюються над тим, як забезпечити ефективну роботу комп’ютерних мереж у глибокому космосі. Зокрема, питанням функціонування таких систем займається Сіддхартха Джаянті, дослідник кафедри комп’ютерних наук Дартмутського коледжу (США). Він аналізує, які виклики постають перед розподіленими мережами, якщо їх розгорнути на космічних кораблях або супутниках, що перебувають на значних відстанях один від одного.
Про це розповідає ProIT
Вплив релятивістських ефектів на роботу мереж
В основі роботи розподілених мереж лежить чітка та ефективна комунікація між усіма вузлами системи. Для аналізу і тестування алгоритмів розподілених обчислень зазвичай зупиняють мережу в певний момент часу, щоб дослідити її стан. Проте Джаянті наголошує, що у випадку розташування комп’ютерів по всій Сонячній системі, які рухаються з різною швидкістю та перебувають під впливом різних гравітаційних полів, цей підхід ускладнюється.
«Але що, якщо тепер розглянути сценарій, в якому ці машини розгорнуті по всій Сонячній системі в космічних кораблях, які рухаються з високою швидкістю та зазнають незвичайних гравітаційних ефектів? А що, якщо різні машини перебувають під впливом різних гравітаційних полів?», — питається Джаянті.
Головною відмінністю мереж у космосі, порівняно з земними, стане вплив ефектів Загальної теорії відносності, описаних Ейнштейном. Вчені зазначають, що на швидкість та координування обміну даними суттєво впливає не тільки відстань між вузлами, а й фізичні обмеження — наприклад, затримка сигналу між Землею та Марсом може сягати від 3 до 22 хвилин. Через це обробка подій у такій мережі відбуватиметься асинхронно, а синхронізація часових міток стане складною.
Проблема одночасності та причинності у космічному інтернеті
За словами Джаянті, одним із ключових питань у таких мережах є «відносність одночасності» — тобто погодження спостерігачів щодо того, чи відбуваються події одночасно. Це залежить від швидкості руху комп’ютерів та спостерігачів відносно один одного. Ефекти стають помітними лише за умов швидкостей, близьких до швидкості світла. Тобто екіпажі різних космічних кораблів можуть по-різному сприймати послідовність подій у мережі.
Джаянті підкреслює, що у релятивістських умовах не існує універсального «заморожування часу», тому класичні підходи до перевірки роботи алгоритмів потребують перегляду:
«Згідно з Ейнштейном, немає універсального заморожування часу. Отже, коли наші методи міркувань про розподілені системи залежать від зупинки в різні моменти часу, як ми розроблятимемо алгоритми, які поводяться правильно, і як ми перевіряємо, що вони це роблять?», — питає Джаянті.
У своїй науковій роботі, опублікованій у журналі Proceedings of the ACM, дослідник встановлює зв’язок між класичними, релятивістськими та обчислювальними підходами до виконання розподілених алгоритмів. Він аналізує, як алгоритми, доведені у класичних системах, поводяться у випадках, коли спостерігачі перебувають у різних системах відліку, а комп’ютери мережі рухаються з релятивістськими швидкостями.
Важливим відкриттям стало те, що, якщо алгоритм коректний у класичній моделі, то всі спостерігачі погодяться з його коректністю і в релятивістських умовах, хоча причини, чому це так, можуть сприйматися по-різному. Свої міркування Джаянті будує на принципі причинності: причина завжди має передувати наслідку, навіть у складних релятивістських ситуаціях. Він пропонує чітко формалізувати поняття причинності у контексті розподілених обчислень та узгодити його з фізичним розумінням причинно-наслідкових зв’язків у космосі.
Ці нові підходи та ідеї стануть основою для майбутнього розвитку міжпланетного інтернету, який зможе забезпечити передачу даних навіть на величезних відстанях у Сонячній системі.
