NUDP

Pi of the Sky – naukowy projekt badawczy powstały z inicjatywy prof. Bohdana Paczyńskiego służący do automatycznej obserwacji nieba w poszukiwaniu rozbłysków optycznych pochodzenia kosmicznego. Aparatura zainstalowana jest w obserwatorium Uniwersytetu Warszawskiego w Las Campanas Observatory na pustyni Atacama w Chile. W realizacji projektu uczestniczy zespół naukowców i inżynierów z Instytutu Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana, Instytutu Fizyki Doświadczalnej UW, Instytutu Systemów Elektronicznych Politechniki Warszawskiej, Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN i Centrum Badań Kosmicznych PAN. Program Pi of the Sky działa od 2004 roku.

ACK (ang. ACKnowledge) - sygnał modemu potwierdzający kompletne i poprawne odebranie pakietu informacji i wskazujący modemowi wysyłającemu konieczność wysłania kolejnego pakietu; gdy pakiet nie został poprawnie odebrany, przesyłany jest sygnał NAK.

ICMP (ang. Internet Control Message Protocol, internetowy protokół komunikatów kontrolnych) – opisany w RFC 792 protokół warstwy sieciowej OSI/TCP/IP wykorzystywany w diagnostyce sieci oraz trasowaniu. Pełni przede wszystkim funkcję kontroli transmisji w sieci. Jest wykorzystywany w programach ping oraz traceroute.

NUDP to protokół powstały w 2005 roku początkowo na potrzeby astrofizycznego projektu Pi of the Sky. Protokół ten służy do komunikacji komputerów z kamerami za pośrednictwem interfejsu Ethernet (LAN) w topologi master-slave. Jego zastosowanie to lokalne uproszczone sieci sensorowe (WSN).

WSN (ang. Wireless Sensor Network pl. Bezprzewodowa sieć sensorowa) – sieć złożona z wielu małych urządzeń rozlokowanych na pewnym obszarze w celu realizacji pewnego – wspólnego dla wszystkich zadania. Podstawowym elementem sieci jest czujnik monitorujący zmienność pewnych zjawisk, takich jak temperatura, wilgotność, obecność (nieobecność) obiektu, dźwięk, ciśnienie, ruch, stopień zanieczyszczenia powietrza itp. w różnych lokalizacjach. Początkowo technologie oparte na bezprzewodowych sieciach sensorowych rozwijane były tylko na potrzeby militarne, jednak z czasem sieci te zyskują coraz szersze zastosowanie w dziedzinach życia codziennego (monitorowanie środowiska, zarządzanie ruchem, automatyzacja w domach).

Komputer (z ang. computer od łac. computare – obliczać, dawne nazwy używane w Polsce: mózg elektronowy, elektroniczna maszyna cyfrowa, maszyna matematyczna) – urządzenie elektroniczne służące do przetwarzania wszelkich informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego.

Impulsem do powstania nowego protokołu było płynne przejście ze stosowanego w prototypie kamer CCD interfejsu USB. Z powodu ograniczonych zasobów platformy sprzętowej, opartej o mikrokontroler serii 8051 i układ FPGA, należało zaimplementować "lekki" stos sieciowy bez protokołu TCP, a więc tylko ARP, IP/ICMP oraz UDP.

Chile (Republika Chile – República de Chile) – państwo w Ameryce Południowej, ciągnące się długim pasem na zachodnim wybrzeżu kontynentu nad Oceanem Spokojnym. Stolicą Chile jest Santiago de Chile. Graniczy z Peru, Boliwią i Argentyną. Do Chile należą liczne wyspy przybrzeżne i wyspy na otwartym oceanie (w sumie ok. 3 tys.): Juan Fernández, Wyspa Wielkanocna (najbardziej oddalona od innych wysp i lądów zamieszkana wyspa na świecie), Sala y Gómez, San Ambrosio, San Félix, Chiloé, Campana, Santa Inés, Chonos.

Atakama (Atacama, hiszp. Desierto de Atacama) – pustynia mglista w Ameryce Południowej. Należy do najsuchszych obszarów na świecie. Leży w północnej części Chile, między Kordylierą Nadbrzeżną a Kordylierą Zachodnią. Znajduje się w obrębie dwóch chilijskich prowincji Norte Chico i Norte Grande.

Powszechnie znany protokół UDP zapewnia wsparcie przez wszystkie współczesne systemy operacyjne, jednak nie gwarantuje, że datagramy dotrą do odbiorcy we właściwej kolejności oraz że w ogóle dotrą i zostaną odebrane. Te wady koryguje właśnie protokół NUDP, który jest enkapsulowany w protokole UDP jako jego dane.

Enkapsulacja – w terminologii sieci komputerowych, metoda projektowania protokołów komunikacyjnych gdzie logicznie odseparowane funkcje są poddawane abstrakcji poprzez ukrywanie ich w obiektach wyższego poziomu.

ARP (ang. Address Resolution Protocol) - w sieciach komputerowych jest to metoda znajdowania adresu sprzętowego hosta, gdy dany jest adres warstwy sieciowej. Zdefiniowany został w RFC 826.

NUDP składa się z dwóch głównych pól: nagłówka oraz opcjonalnie danych (data). Nagłówek NUDP składa się z 8 bajtów. Rozmiar pola danych nie przekracza 1450 bajtów tak, aby wszystkie nagłówki (IP, UDP, NUDP) wraz z danymi zmieściły się w maksymalnym rozmiarze ramki Ethernet. Struktura pakietu NUDP prezentuje się następująco:

Protokoły komunikacyjne to zbiór ścisłych reguł i kroków postępowania, które są automatycznie wykonywane przez urządzenia komunikacyjne w celu nawiązania łączności i wymiany danych. Dzięki temu, że połączenia z użyciem protokołów odbywają się całkowicie automatycznie, typowy użytkownik zwykle nie zdaje sobie sprawy z ich istnienia i nie musi o nich nic wiedzieć.

System operacyjny (ang. skrót OS Operating System) – oprogramowanie zarządzające sprzętem komputerowym, tworzące środowisko do uruchamiania i kontroli zadań użytkownika.

[FF 00 TY CH NU MB ER HI] [optional data]

FF 00 - ID, 2 bajty identyfikujące w zapisie szesnastkowym

TY - bajt type, którego bity reprezentują:

7 - bit ACK, bit potwierdzenia, ustawiany tylko przez kamerę - slave (nigdy przez komputer - master)

6..4 - wersja protokołu (dla obecnej implementacji są to zera)

3..0 - typ pakietu (type of packet, top)

CH - checksum, suma kontrolna, przyjmuje taką wartość, aby suma 8 bajtów całego nagłówka liczone w słowie 8-bitowym wynosiła 0, inaczej jest to zanegowana 8-bitowa suma pozostałych 7 bajtów nagłówka

NU MB ER HI - 32-bitowe pole number, gdzie HI to najbardziej znaczący bajt MSB, może też być interpretowane jako 2 pola 16-bitowe

Typy pakietów (pole top):

FPGA (ang. Field Programmable Gate Array) - bezpośrednio programowalna macierz bramek to rodzaj programowalnego układu logicznego. Dla projektanta ma funkcjonalność taką samą jak układ typu ASIC, jednak może być wielokrotnie przeprogramowany po tym jak został już wytworzony, zakupiony i zamontowany w urządzeniu docelowym. Największymi dostawcami tego typu układów są firmy Altera Corp. i Xilinx a także Actel, Atmel, Cypress, Lattice Semiconductor, QuickLogic.

Internet Protocol (IP) – protokół komunikacyjny warstwy sieciowej modelu OSI (warstwy internet w modelu TCP/IP). Używany powszechnie w Internecie i sieciach lokalnych.

0 - wykonaj polecenie, pole number zawiera numer (kod) polecenia i opcjonalnie jego argumenty

1 - RFU (zarezerowane)

2 - ustaw wartość rejestru, numer rejestru w polu number (32-bitowa przestrzeń adresowa), wartość w polu data

3 - odczytaj wartość rejestru, numer rejestru w polu number

4 - ustaw wartość rejestru, numer rejestru w polu NU MB (16-bitowa przestrzeń adresowa), wartość w polu ER HI

5 - odczytaj wartość rejestru, numer rejestru w polu NU MB

6 - retransmisja pakietu danych RAW

7 - dane RAW (typ ustawiany tylko przez kamerę)

8...15 - RFU

Własności i zalety

enkapsulowany poprzez datagram UDP

pozwala zachować kolejność pakietów, numerując je

umożliwia retransmisję zagubionych pakietów

zapewnia dotarcie pakietów poprzez zastosowanie metody potwierdzania od strony kamery

Linki zewnętrzne

Strona projektu Pi of the Sky (ang.)

Przypisy

Mrugające światła kosmosu, artykuł w Rzeczpospolitej z 11 września 2008 r.
J. Uzycki, G. Kasprowicz, M. Mankiewicz, K. Nawrocki, P. Sitek, M. Sokolowski, R. Sulej, W. Tlaczala, Data transmission protocol for “Pi of the Sky” cameras, XVII IEEE-SPIE Symposium on Photonics, Electronics and Web Engineering WILGA 2006, Proc. SPIE Vol. 6347, October 2006