مقابلة مع Dr Nitinder Mohan: الحوسبة الطرفية والأقمار الصناعية وواقع أداء الإنترنت

تم تسليط الضوء على مقابلة مع Dr Nitinder Mohan: الحوسبة الطرفية والأقمار الصناعية وواقع أداء الإنترنت من قبل BTW Media لأن الأدلة المنشورة تربطها بالبنية التحتية للإنترنت والحوكمة والتبعيات التشغيلية أو رؤية السوق.

• يبني مختبر SPEAR أنظمة حقيقية ويجري قياسات لسد فجوات الأداء في الحوسبة الطرفية وبروتوكولات الإنترنت الحديثة.
• تعاني شبكات الأقمار الصناعية LEO من سوء توزيع المحتوى عندما تفتقر إلى البنية التحتية الأرضية المحلية والتنسيق المتكامل لـ DNS/CDN.
• تكشف قياسات الإنترنت أن النشر الفعلي لبروتوكولات مثل Multipath TCP لا يزال محدوداً بسبب عدم توافق الصناديق الوسيطة (middleboxes).

بينما تعيد الحوسبة الطرفية والاتصال عبر الأقمار الصناعية تعريف الإنترنت، يعيد باحثون مثلDr Nitinder Mohanالتفكير في أداء الشبكات في العالم الحقيقي. الدكتور موهان هو أستاذ مساعد فيقسم الهندسة الكهربائية والرياضيات وعلوم الحاسوبفيجامعة دلفت للتكنولوجيا. وهو يدير مختبر Systems and Protocols for Edge-Enabled Internet (SPEAR)، حيث تركز أبحاثه على الحوسبة الطرفية، وبروتوكولات الشبكة من الجيل التالي، والقياسات على نطاق الإنترنت، ونشر وإدارة التطبيقات الحرجة. بفضل خبرته في الأبحاث الأكاديمية والتطبيقية حول الأنظمة، تعمل أعمال الدكتور موهان على سد الفجوة بين الأبحاث الأكاديمية والواقع التشغيلي للإنترنت اليوم والغد.

س1. بصفته رئيس مختبر SPEAR، هل يمكنه تقديم نبذة عن مجالات اهتمامه الرئيسية، خاصة في الحوسبة الطرفية؟ برأيه، ما هو أكبر تحدٍ حالياً؟

موهان:أدير مختبر Systems and Protocols for Edge-Enabled Internet، أو مختبر SPEAR. على الرغم من أن المختبر جديد نسبياً، إلا أن البحث الأساسي مستمر منذ أن أكملت الدكتوراه. تقع أعمالنا عند تقاطع أنظمة الحوسبة الطرفية والقياسات واسعة النطاق للإنترنت.

الدافع الرئيسي للمختبر هو فهم ومعالجة التقارب الناشئ بين الحوسبة السحابية التقليدية وتقنيات الإنترنت. على الرغم من أن هذا التقارب يحدث على المستوى المفاهيمي، إلا أننا لا نزال نرى فصلاً واضحاً بين المجتمعات العاملة على الأنظمة السحابية وتلك التي تركز على البنية التحتية للإنترنت. تصبح هذه الفجوة أكثر وضوحاً مع اقتراب موارد الحوسبة من المستخدمين النهائيين. في السنوات الأخيرة، لم تعد خوادم الحوسبة موجودة فقط في مراكز البيانات البعيدة. بل يتم نشرها بشكل متزايد داخل شبكات مزودي خدمة الإنترنت (ISPs)، مباشرة على الحافة.

في الوقت نفسه، الإنترنت نفسه يتطور. لم يعد مجرد أداة لربط المستخدمين بخوادم بعيدة. بل يتضمن الآن عناصر وسيطة، مثل الصناديق الوسيطة (middleboxes)، التي يمكنها إجراء عمليات حسابية أثناء نقل البيانات. يصبح هذا التطور مهماً بشكل خاص عند التفكير في تطبيقات جديدة مثل الألعاب السحابية والواقع المعزز والواقع الافتراضي. تتطلب هذه التطبيقات زمن وصول منخفض للغاية ولا يمكنها الاعتماد على النماذج التقليدية حيث تتم جميع المعالجة في موقع مركزي. على العكس، فهي تتطلب أن تتم المعالجة بالقرب من المستخدم، أو حتى على طول مسار الشبكة نفسه.

يخلق هذا التغيير تحدياً واضحاً. هناك فجوة متزايدة بين متطلبات التطبيقات الحديثة وقدرات البنية التحتية الحالية للشبكة. في مختبر SPEAR، نتعامل مع هذه المشكلة من خلال بناء أنظمة حقيقية تدعم الحوسبة الطرفية، مع التركيز على التنسيق. بالتوازي، نجري قياسات على نطاق الإنترنت لفهم سلوك الشبكة عملياً. ندرس أداء بروتوكولات النقل ومزودي خدمة الإنترنت والتطبيقات على نطاق واسع.

إنها في الأساس دورة: نبني أنظمة، ونقيس أداءها، ثم نحسن هذه الأنظمة بناءً على ما نتعلمه.

Dr Nitinder Mohan, أستاذ مساعد في جامعة دلفت للتكنولوجيا

نستخدم نتائج هذه القياسات لتحسين الأنظمة التي نصممها. إنها دورة مستمرة. نبني أنظمة، ونلاحظ أداءها على الإنترنت، ونستخدم هذه المعلومات لجعلها أكثر فعالية في البيئات الحقيقية.

اقرأ أيضاً:الحوسبة الطرفية مقابل الحوسبة السحابية: ما الفرق؟

اقرأ أيضاً:دويتشه تيليكوم تنشئ وحدة سحابية سيادية

س2. لقد ذكر أن البروتوكولات التقليدية مثل TCP تواجه صعوبات في البيئات الحديثة. في سياق شبكات الأقمار الصناعية LEO، ما هي برأيه فجوات الأداء الأكثر خطورة؟

موهان:قبل الخوض في تحديات بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP)، من المفيد أولاً شرح كيفية عمل الإنترنت عبر الأقمار الصناعية LEO فعلياً. هناك تصور شائع بأن هذه الشبكات تعمل بالكامل في الفضاء، مما يوفر اتصالاً أفضل بمجرد تجاوز البنية التحتية الأرضية التقليدية. الفكرة هي أنه بمجرد نشر الأقمار الصناعية وتدويرها حول الأرض، لن يعود المستخدمون يعتمدون على المحطات الأساسية المحلية أو البنية التحتية الممولة من الحكومات. إذا كانت التغطية الفضائية كثيفة بما فيه الكفاية، يفترض الناس أنه يجب أن يكونوا قادرين على الوصول إلى الإنترنت في كل مكان.

ومع ذلك، تظهر قياساتنا وتحليلاتنا الأعمق أن هذا الافتراض غير دقيق. في الواقع، تظل شبكات الأقمار الصناعية LEO معتمدة بشكل كبير على الأرض. تعمل الأقمار الصناعية بشكل أساسي كمحطات قاعدة متحركة. بدلاً من الاتصال ببرج تقليدي، يتصل جهازك بقمر صناعي، الذي يعيد إرسال البيانات بعد ذلك إلى الأرض عبر محطات أرضية. من هناك، يتجه حركة المرور إلى نقطة وجود قبل الوصول إلى الإنترنت الأوسع.

يعني هذا الهيكل أنه إذا لم يكن لدى مشغل الأقمار الصناعية ما يكفي من المحطات الأرضية أو نقاط الوجود الموزعة بشكل جيد، فسيكون أداء الشبكة الإجمالي ضعيفاً. لاحظنا ذلك في بداية توسعStarlink. على الرغم من إطلاقهم عدداً كبيراً من الأقمار الصناعية، استمر المستخدمون في مناطق مثل أفريقيا وآسيا في تجربة اتصال ضعيف. كان السبب الرئيسي هو نقص البنية التحتية الأرضية المحلية. لتحسين ذلك، اضطرت Starlink إلى استثمار كبير في الحصول على التراخيص، ونشر محطات أرضية جديدة، وإنشاء اتفاقيات الند (peering) في تلك المناطق لتقليل زمن الوصول وتحسين الأداء العام.

نرى الآن المزيد من مشغلي LEO يدخلون القطاع. تستعد شركات مثلOneWebوKuiperأيضاً لإطلاق العديد من الأقمار الصناعية. مع توسعهم، نتوقع رؤية مجموعة واسعة من الأساليب ونتائج الأداء المختلفة. بينما تستمر الشبكات الأرضية في دعم الاتصال المحمول والألياف الضوئية، تضع الشبكات الفضائية نفسها كخيار أكثر سهولة أو مرونة في المناطق النائية أو المحرومة من الخدمات. وراء الكواليس، ومع ذلك، يعتمد كلا النظامين على بنية تحتية خلفية مماثلة.

طريقة عملهم مختلفة تماماً. تتميز الوصلات الفضائية بخصائصها الخاصة. فهي تتضمن عمليات نقل أكثر تكراراً، وزمن وصول متغير، وأنماط إنتاجية مختلفة مقارنة بالشبكات التقليدية. هذا التباين يجعل من الصعب على بروتوكولات مثل TCP العمل بشكل جيد، لأن TCP صمم في الأصل لاتصالات مستقرة ويمكن التنبؤ بها.

على سبيل المثال، إذا نظرت إلى أداء Starlink في مناطق مثل الولايات المتحدة أو أوروبا، فقد ترى زمن وصول يتراوح بين 30 و 40 مللي ثانية. لكن في المناطق التي لا تزال البنية التحتية الأرضية فيها قيد التطوير، مثل بعض أجزاء أفريقيا، يمكن أن يكون زمن الوصول غير منتظم بشكل كبير. يرجع ذلك إلى حد كبير إلى السعة المحدودة للمحطات الأرضية والحاجة إلى التبديل المتكرر بين الأقمار الصناعية أثناء الإرسال.

بروتوكولات النقل والتوجيه الحالية ببساطة لا تعمل بشكل جيد في شبكات الأقمار الصناعية LEO.

Dr Nitinder Mohan, أستاذ مساعد في جامعة دلفت للتكنولوجيا

لا تتكيف بروتوكولات النقل والتوجيه التقليدية بشكل جيد مع هذه الظروف. وبالتالي، يتأثر الأداء. للتغلب على ذلك، نحتاج إلى طرق أفضل لدمج الشبكات الأرضية والفضائية. فقط من خلال السماح لهذه الأنظمة بالتعاون بشكل أكثر فعالية يمكننا بناء شبكة توفر أداءً متناسقاً عبر مختلف المناطق وحالات الاستخدام.

اقرأ أيضاً:Skynopy تجمع 16 مليون دولار لشبكة المحطات الأرضية للأقمار الصناعية

س3. ما هي الاستنتاجات المبكرة أو الاتجاهات الواعدة من أبحاثه حول دمج شبكات الأقمار الصناعية LEO مع عمليات الإنترنت الحالية؟

موهان:أحد الأشياء التي لاحظناها هو وجود فجوة بين كيفية عرض مشغلي الأقمار الصناعية LEO لأداء شبكتهم وكيفية تأثير ذلك فعلياً على تجربة المستخدم من النهاية إلى النهاية. يميل معظم المشغلين إلى عرض أرقام زمن الوصول فقط حتى أقرب نقطة وجود. على سبيل المثال، على موقع Starlink الإلكتروني، سترى خرائط بشكل جميل تظهر زمن وصول يبلغ حوالي 30 مللي ثانية في مختلف البلدان. على السطح، يبدو أن الشبكة تعمل بشكل جيد.

ومع ذلك، فإن هذه الأرقام تعكس فقط الوقت اللازم للوصول إلى نقطة الوجود، وليس الوجهة الفعلية لحركة مرور المستخدم. في الممارسة العملية، قد يكون المسار الكامل إلى خادم التطبيق أطول وأكثر تعقيداً. هذه نقطة ندرسها عن كثب في مختبر SPEAR، حيث نسعى إلى فهم كيفية تحسين أداء التطبيق من النهاية إلى النهاية، وليس فقط القفزة الأولى.

خذ توزيع المحتوى كمثال. تخيل مستخدماً في نيجيريا يستخدم اتصالاً فضائياً LEO. إذا لم يستثمر المشغل في البنية التحتية الأرضية في تلك المنطقة، فقد يتم توجيه حركة مرور المستخدم عبر وصلات بين الأقمار الصناعية إلى أقرب محطة أرضية متاحة، والتي قد تكون في أوروبا. من هناك، يخرج من الشبكة الفضائية في مدينة مثل فرانكفورت. ولكن إذا كان المحتوى المطلوب مستضافاً محلياً في نيجيريا، فإن حركة المرور تعود بعد ذلك عبر الشبكات الأرضية للوصول إلى الخادم المحلي. بمجرد استرداد المحتوى، يسلك نفس المسار غير الفعال في الاتجاه المعاكس – العودة إلى فرانكفورت، ثم عبر الوصلة الفضائية إلى المستخدم.

تضيف هذه العملية تأخيرات غير ضرورية وتخلق تجربة مستخدم سيئة. كما تسلط الضوء على مشكلة أعمق. تعتمد بنيتنا التحتية الحالية للإنترنت على افتراضات القرب الجغرافي والتوجيه التي لم تعد تنطبق في سياقات الفضاء. أنظمة مثل تحليل DNS وشبكات توزيع المحتوى مصممة للبيئات الأرضية، حيث يكون من السهل نسبياً تحديد مكان وجود المستخدم وتقديم المحتوى وفقاً لذلك.

تعطل شبكات LEO هذا النموذج. قد يبدو أن حركة مرور المستخدم تنبع من منطقة مختلفة تماماً، اعتماداً على المكان الذي يتصل فيه القمر الصناعي بالأرض. مما يجعل من الصعب توزيع المحتوى بكفاءة أو وضع خدمات الحوسبة بشكل مناسب.

مع أن موقع المستخدمين يصبح أقل قابلية للتنبؤ، يتطلب توفير أداء متناسق تكاملاً أوثق بين البنية التحتية الفضائية والأرضية.

Dr Nitinder Mohan, أستاذ مساعد في جامعة دلفت للتكنولوجيا

لحل هذه المشكلة، نحتاج إلى تكامل أفضل بين الأنظمة الفضائية والأرضية. يتضمن ذلك كشف المزيد من البنية التحتية الأرضية – مثل عُقد CDN وموارد الحوسبة الطرفية – لمشغلي الأقمار الصناعية LEO. مع تنسيق أفضل، يمكننا إنشاء خرائط أكثر دقة بين المستخدمين والمحتوى وخدمات الحوسبة، مما سيساعد في تقديم تجارب أسرع وأكثر تناسقاً عبر مناطق جغرافية مختلفة.

اقرأ أيضاً:Intelsat ترى المستقبل في التكامل الفضائي الأرضي

س4. يعمل أيضاً على قياسات الإنترنت واسعة النطاق. هل وجدت نتائجه تناقضاً مع الافتراضات الشائعة حول سلوك الإنترنت أو بروتوكولاته عملياً؟

موهان:نعم، وهذا أحد الدوافع الرئيسية لأعمال القياس لدينا. هناك العديد من الافتراضات حول كيفية تصرف بروتوكولات أو تقنيات الإنترنت، ولكن عندما نختبر هذه الافتراضات على نطاق واسع، غالباً ما تكون الحقيقة مختلفة تماماً.

مثال واضح جاء من أعمالنا المبكرة حول الحوسبة الطرفية، والتي نُشرت في النهاية فيHotNets 2020. في ذلك الوقت، كان هناك حديث كثير عن كيف ستقلل الحوسبة الطرفية من زمن الوصول. اعتقد الكثيرون أن وضع الحوسبة بالقرب من المستخدم سيؤدي تلقائياً إلى أوقات استجابة أسرع بكثير. لاختبار ذلك، أجرينا قياسات واسعة النطاق لسبعة مزودي خدمة سحابية كبار. قمنا برسم اتصالات المستخدمين من جميع أنحاء العالم، عبر الشبكات الخلوية والواي فاي والألياف الضوئية، إلى أقرب مراكز البيانات الخاصة بهم. كانت الفكرة هي معرفة نوع زمن الوصول الذي يعاني منه المستخدمون وما إذا كان تقريب الحوسبة سيحدث فرقاً كبيراً.

ما وجدناه هو أن الجزء الأكبر من زمن الوصول جاء من شبكة الوصول، مثل الاتصال الخلوي أو الواي فاي للمستخدم. بمجرد وصول حركة المرور إلى الشبكة الخلفية (backhaul)، كان زمن الوصول إلى مراكز البيانات السحابية منخفضاً بالفعل. في مناطق مثل أوروبا والولايات المتحدة، يتصل مزودو الخدمات السحابية مباشرة بمزودي خدمة الإنترنت الكبار، لذلك لا توجد مجال كبير للتحسين. إذا كان هدفك من الحوسبة الطرفية هو فقط تقليل زمن الوصول، فهذا ليس السبب الصحيح على الأرجح. بدلاً من ذلك، فإن الحوسبة الطرفية مناسبة بشكل أفضل لتحسين أداء التطبيقات أو بناء أنظمة موزعة. هذا الفهم أصبح الآن مقبولاً على نطاق أوسع.

مثال آخر هو عملنا على Multipath TCP، وهو بروتوكول يسمح للأجهزة باستخدام الواي فاي والبيانات الخلوية في نفس الوقت. تمت معايرته في عام 2020، لكننا وجدنا أن تبنيه كان محدوداً جداً. العديد من الصناديق الوسيطة (middleboxes) على الإنترنت لا تتعرف على رؤوس البروتوكول وتمنع الاتصالات أو تستجيب بشكل غير صحيح. بعضها يرسل حتى إقرارات مزيفة، مما يمكن أن يخلق مخاطر أمنية. في الممارسة العملية، عدد قليل فقط من المزودين استخدموه، وجاء الجزء الأكبر من النشر منApple. منذ أن ابتعدت Apple عنه، انخفض الاستخدام. وقد فتحنا جميع بيانات القياس لدينا علىmptcp.ioحتى يتمكن الناس من رؤية كيف تطور التبني. هذا يظهر أن المعايرة وحدها لا تكفي. يحتاج البروتوكول أيضاً إلى توافق عبر الإنترنت ليكون قابلاً للاستخدام عملياً.