はじめに
インターネットのTCP/IPは常時接続と短い遅延を前提としている。しかし深宇宙通信では地球から火星まで片道4〜24分の遅延があり、接続は間欠的だ。地上のインターネットプロトコルはそのままでは使えない。DTN（Delay-Tolerant Networking）は、大きな遅延と頻繁な通信途絶がある環境でも確実にデータを届ける宇宙のためのネットワーク技術だ。
DTNの基本原理
インターネットとの違い
| 特性 | インターネット（TCP/IP） | DTN |
|---|---|---|
| 接続性 | 常時接続（エンド・ツー・エンド） | 間欠接続 |
| 遅延 | 数ms〜数百ms | 数秒〜数十分 |
| データ損失 | 即時再送（TCP） | ストア＆フォワード |
| ルーティング | 動的（IP） | コンタクトグラフ（予測ベース） |
TCP/IPのハンドシェイク（SYN→SYN-ACK→ACK）は往復時間が数分〜数十分の深宇宙では実用的でない。DTNはこの問題を根本的に解決する。
Bundle Protocol
DTNの中核プロトコルはBundle Protocol（BP）だ。データを「バンドル」と呼ばれる単位にカプセル化し、ノード間でストア＆フォワードする。各ノードはバンドルを受信すると永続ストレージに保存し、次のノードへの通信リンクが利用可能になった時点で転送する。
バンドルには有効期限（TTL）、優先度、配達確認などのメタデータが付与される。有効期限までにデータが届かなければ破棄される。
宇宙でのDTN実証
ISSでのBP実験
NASAはISSでDTNの実証実験を行い、地上からISSのラップトップに対してBundle Protocolでデータを転送することに成功した。ISSと地上の通信はTDRSを経由するが、可視時間の制約でリンクが途切れることがある。DTNはこの途切れを吸収する。
深宇宙での適用
NASAの深宇宙ネットワーク（DSN）はDTNの実装を進めている。将来の火星探査では、火星の地表ローバー→火星周回衛星→地球のDSN局というマルチホップ経路でDTNが活用される。
コンタクトグラフルーティング
予測ベースのルーティング
インターネットのルーティングは「今どこに繋がっているか」に基づくが、DTNでは「将来いつどのノードと通信できるか」を予測してルーティングする。
衛星の軌道は正確に予測できるため、将来の接触スケジュール（コンタクトプラン）を事前に計算し、最適な転送経路を決定するコンタクトグラフルーティング（CGR）が使用される。
優先度管理
深宇宙通信の帯域は極めて限られるため、バンドルの優先度による送信順序の管理が重要だ。緊急テレメトリは科学データより優先して転送される。
地上への応用
災害時ネットワーク
DTNの概念は地上の災害時ネットワークにも応用される。インフラが破壊された被災地で、UAVやアドホックノードがストア＆フォワードでデータを中継する。
僻地の通信
衛星IoTのストア＆フォワードもDTNの一形態と言える。通信が間欠的な環境でのデータ収集は、DTNの基本概念そのものだ。
技術的なポイント
基礎知識
- Bundle Protocol: DTNの中核プロトコル。データをバンドル単位でストア＆フォワード
- CGR: コンタクトグラフルーティング。予測された接触スケジュールに基づくルーティング
- LTP: Licklider Transmission Protocol。深宇宙の長距離リンク向けのトランスポートプロトコル
- ストア＆フォワード: データをノードに一時保存し、転送可能になった時点で送信する方式
応用例
- ISS: Bundle Protocolの宇宙実証。TDRSリンクの間欠性を吸収
- NASA DSN: 深宇宙ネットワークへのDTN実装を段階的に推進
- 月面通信: アルテミス計画での月面-月周回-地球間のDTN適用を計画
まとめ
DTNは、インターネットの「常時接続」の前提を捨て、遅延と途絶を前提としたネットワークを実現する技術だ。Bundle Protocolによるストア＆フォワードとコンタクトグラフルーティングにより、深宇宙でも確実にデータを届ける。月探査や火星ミッションの拡大に伴い、DTNは太陽系のインターネットの基盤技術として重要性を増している。
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