火星和地球之間光速通訊有數百至上千秒延遲，未來人類在火星如何部署網站、應用？

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在V2EX看到有人提問，搬過來求集思廣益。

如何部署網站、應用，讓兩邊的人都容易打開，並且信息延遲最小

源帖地址火星離地球 6 千萬到 1 億千米距離，光速 200-300 秒延遲，以後有人生活上去了，如何部署網站、應用

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題目中的時間有錯誤：

1AU = 499 光秒
1AU = 1.5*10^8 km
所以最近紀年來看，基本上平均最近的時候在 0.5AU，大約延時 250s，最遠平均在 2.5AU，大約延時 20 分鐘多一點。當然這不是火星和地球相距最近最遠。由於火星的軌道的偏心率比較大，所以最近可以達到 0.37AU，最遠可以達到 2.68AU.

所以正確的問法應該是：
火星離地球 7500 萬千米到 3 億 7 千萬千米距離，信號一般 250-1248 秒延遲，以後有人生活上去了，如何部署網站、應用？

（這個問題在星際移民中心的討論組討論過：火星全球通信系統以及火星行星際通信系統 · Issue #58 · InterImm/InterImmBook · GitHub ）

說有三個層次的問題，如何設計通信網路，通信協議和網路延時（如何部署網站）的問題。一個簡短的答案：

中繼衛星設計：下文（傳播信號問題一部分）中提到的太陽極軌道中繼和 Non-Keplerian 軌道的中繼衛星。以 Non-Keplerian 軌道上的中繼衛星為例，從地球出發到火星，僅僅比地球火星之間的直線距離增加 2.3 光分的距離，而且是在任意時刻僅僅比直接從地球到火星直線傳播的信號多花 2.3 分鐘，非常快。
網路協議：使用 DTN 協議。下文有解釋。
網站設計：在各個行星上設立緩存伺服器，平時在兩個行星的緩存伺服器之間同步，而不是用戶點了按鈕在火星請求一次，再從地球把內容傳給火星。

# 傳播信號問題：

（之所以沒有考慮信號衰減的問題是因為這並不是一個很大的問題，現在就可以了。而且未來發展的一個方向就是激光通信，衰減的問題至少不會成為一個障礙。關於 NASA 的激光通信的活動請參考 LCRD | Goddard Space Flight Center）

火星全球通信沒啥問題，跟地球差不多吧，用衛星來做，或者基站（沒有電離層好麻煩需要好多基站）。
火星地球這種行星際通信就問題很多。火星和地球之間的通信跟兩者在軌道上的相位有關。如果中間隔了個太陽，那通信就麻煩了。這時候需要中繼衛星。

所以我們需要中繼衛星，而中繼衛星的設計方法很多，基本上分為兩類：Kepler 軌道上的中繼衛星和非 Kepler 軌道的中繼衛星。

Kepler 軌道中繼衛星的例子

大多設計都是 Kepler 軌道上的中繼衛星，也就是不需要額外的燃料來維持軌道，而是在引力作用下自由落體圍繞天體轉動的。具體衛星的軌道設計是很多種的，例如下面這種太陽極軌道衛星[1]：

這篇文章是一個利用太陽的極軌道上的三顆衛星做中繼，結合行星的同步衛星來通信的。這種設計最少只需要三顆就可以滿足全太陽系的中繼的需求了，但是需要三顆衛星的相位錯開 120 度[1]，如下圖：

這樣在太陽系任何一顆行星的位置都可以通過這三顆中的至少一顆來中繼。

同時這種設計的缺點也很明顯，那就是太陽極軌道衛星的發射和維修的燃料消耗都是巨大的，好在不需要很多顆。

所以在沒有太陽遮擋火星地球通信的時候，可以直接地球和火星之間，但是在太陽遮擋了地球和火星通信的時候，需要使用太陽極軌道中繼衛星。所需要多花的時間可以忽略不計。

非 Kepler 軌道中繼衛星的例子

第二篇參考文獻提到了很多的不在 Keplerian 軌道的通信衛星。如果使用太陽帆的話，倒也不需要攜帶燃料。不過這是理論階段，並不知道太陽帆衛星作為軌道維持的動力能不能成功。
之所以叫做 Non-Keplerian 軌道上的衛星，是因為這些衛星並不是單單在引力作用下運行的，而是有個持續的推動力。例如這裡面的兩顆衛星的額外的推動力至少有個向上的分力。

上圖中，Sun-Mars L1/L2Hover 那個在軌道上方 0.176AU 的地方。Sun-Earth L1/L2 Hover 那個 0.116AU。論文[2]中提到使用太陽帆或者離子發動機都行。由於火星太陽拉氏點（1、2）距離火星很近（大約都是距離火星 0.007AU），相比於這個設計中出現的其它的距離要小得多，所以在下面的示意圖中，全部使用近似在火星上方的示意圖。地球同。

總之中繼衛星基本上是必備品。上面的 Non-Keplerian 衛星是一種比較省錢而且延時小的設計，由於中繼衛星一直在火星和地球正上方，基本上信號是往上，到達衛星，然後直線到達火星上面的中繼衛星，再由中繼衛星下來。從地球出發到火星，僅僅比地球火星之間的直線距離增加 2.3 光分的距離，而且是在任意時刻僅僅比直接從地球到火星直線傳播的信號多花 2.3 分鐘，非常快。

不過，在沒有太陽遮擋的時候（火星地球在太陽同一側的時候），是不需要這兩顆中繼衛星的，直接通信是最省的方案。只有在有太陽遮擋的時候才啟用上述兩顆 Non-Keplerian 中繼衛星。

# 通信協議問題

如果是網路通信的話，是需要很小心的，因為太空通信的兩地相距很遠，而且丟包率很高，傳統的通信方式，會比較費時間或者通信終端。（ @葉名琛提到了這個問題。）

所以 InterPlanetary Networking Special Interest Group (IPNSIG) 重新設計了一個星際網路協議，叫做 DTN 協議，Delay-Tolerant Networking，這個協議並不假定連續的 N-N 鏈接（星際中容易丟包），如果暫時找不到目標，數據並不會丟掉，而是儲存起來，直到下次能夠跟其他地方建立連接。因為太空中丟包或者被遮擋而不能通信的情況很多。所以 DTN 比較適合行星際的通信。實際上如果可能，可以在很多衛星上裝上這樣的模塊，形成一個行星際網路。

NASA 已經在火星探測器上測試過 DTN 協議了。DTN 的創始人之一在一次 TED 演講中向大家展示了未來星際網路的願景：利用 DTN 協議把太陽系的各個探測器聯繫起來，每個都可以作為中繼，最終形成一個太陽系的行星際網路基礎結構，然後利用這個結構可以向恆星際擴展（因為這樣的話整個太陽系就成為一個巨型的接收器）。

# 網站的部署

其它的問題還有很多，比較重要的一個是延時的問題。由於人類傳播信息的速度有限，所以從一個地方到另一個地方會花費時間，而行星際通信裡面就會凸顯出來。

下面是從 2014 年 6 月 30 日到 2016 年 6 月 19 日之間，地球和火星之間的距離變化，橫軸是時間，縱軸是距離，單位是 AU。而光前進一個 AU 所需要的時間大約是 8 分鐘。可以想想這樣的延時下面，地球的 Dota 玩家和火星的 Dota 玩家之間連線是不太現實了，即使是玩回合制的遊戲也是很沉悶無聊的。

在多年之內看的話，距離也差不多是這個量級上，

現在終於準備好了回答題目中的問題了：

如何部署網站、應用，讓兩邊的人都容易打開，並且信息延遲最小

當然，中繼衛星越多，差不多會越省時間，例如 @KX Wang 的設計，這個設計甚至也不需要，實際上在這個回答上面提到的 Non-Keplerian 衛星也會很節省時間，而且要比 @KX Wang 這個設計要稍微省錢些（要知道發射這種衛星非常費錢）。

對於普通的網站，我們現今地球上也有類似的情況，曾經有那樣的說法：世界上最遙遠的距離是電信和網通之間的距離（雖然現在已經沒有什麼距離了）。所以我們需要專門的線路為不同的星球上的人服務。

例如在火星上緩存地球上的網站；或者由網站購買火星伺服器，直接在火星上提供服務。

不過，使用 cache，在行星開放建設的早期，可能只能用戶自己解決，就是其它行星上用自己的伺服器 cache 網頁。不過隨著行星開發，後來應該會有專門的 cache 服務商。或者網路提供方或者運營商會直接提供這樣的行星之間無縫連接，例如有的互聯網公司可以購買了火星的伺服器來託管一份網站鏡像，對於互動式的網站（比如社交網站）更加方便了。

不過這就需要火星有個獨立的 information infrastructure.

順便說一下，Mars One 的設想是，在火星上安裝一個緩存伺服器，先把網站緩存在火星伺服器上，火星上的人瀏覽的時候從緩存伺服器獲取網頁。這在早期確實是一個比較實惠的方案。

參考文獻：

Concept for Continuous Inter-planetary Communications
A Novel Interplanetary Communications Relay
Introduction to Delay Disruption Tolerant Networking (DTN)
InterPlanetary Networking Special Interest Group (IPNSIG) 是致力於行星際通信網路的組織，他們的 DTN 協議被 NASA 採用了。
關於火星開發，可以關注一下星際移民中心：http://interimm.org/

http://interimm.org/ (二維碼自動識別)

在那樣的時代，每個人都會體會到相對論的特徵：時空的一體性
文明的火無法照亮光錐之外的黑暗，也無需如此
解決方案也很簡單，既然無法縮短延遲的時標，那就延長個體的壽命

星淘的物流會更成問題吧，發個星際快遞就要幾年，更何況還要加上火星海關的清關時效

回到半雙工通信。

（估計2000年之後接觸電腦的不認識這個詞）

只能在火星建立鏡像，然後定時同步。需要訪問「實時」數據的時候找個前端給網站做個高大上的提示：你將要訪問地球數據，現在火地距離為 xxxxxx 公理，請耐心等待。然後頁面上放個美女小遊戲。

但是對於 12306 這種對同步和實時性都要求很高的網站……
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……
媽的你是有多蛋疼才要在火星上買地球的火車票！！！

另外說量子通信的………………
不要一說量子就搞個大新聞，說超光速啦，就把相對論批判一番。量子通信也要按照基本法。

如果一定要要求物理上的實時通訊：

物理條件不同，要求的效率也不同。能做到300秒延時已經是最好了好吧。到時候打個廣告，星際聯通，世界上最好的星際通話服務，通話速度高達每三分鐘一句！

不要求物理上的實時通訊：

火星地球各一台伺服器，後台同步，地球上用地球的，火星上用火星的，用戶無論進行何種操作都是基本無影響的，沒有延時。

我想起看的 what if 裡面一個問題，什麼樣的傳輸帶寬最大。
回答是「裝滿硬碟的卡車」。

帶寬絕對夠大。

當然延遲也絕對夠你受的。

我覺得這個形容用在這裡實在太恰當了。

IM不要想了。

網站啊，電子郵件啊什麼的完全沒問題。

網站無非就是預讀取么，火星伺服器事先把火星人可能訪問的頁面全部都從地球預讀取下來，火星人瀏覽的時候就可以直接從火星伺服器獲取。雖然時效性差點，但是流暢度神馬的完全沒問題。

這都是幾十年前技術了，互聯網剛出來的時候還有一大堆類似的解決高延遲的技術，翻出來用就好了。

如果是回合策略制的遊戲，比如說文明、英雄無敵什麼的，搞個火星地球聯機比賽都是可以的，RTS這麼高的延遲估計不行。

這個距離給的不對。火星和地球最大距離超過4億公里。即火星-太陽-地球的排布，大致距離是火星公轉半徑+地球公轉半徑。
在這種前提下，不僅僅是超長延時，還涉及太陽擋在二者之間的直線中間，而目前任何電磁通信信號都不可能直接穿透太陽這樣的恆星而不受任何影響。
所以真的有殖民火星的那一天，很可能會和殖民美洲的時代類似，和母國/母星間的通信非常困難而自然導致相對孤立的體系。目前來看，已知的物理規律框架下，尚無可能解決這個問題。

地球人用Twitter火星人用微博
地球人用Facebook火星人用人人網

不就好了嘛

然後讓火星段子手抽空轉幾條過來娛樂一下大眾（噗真的火星了

實踐已經證明是可行的（認真臉

和光速較勁真是自尋死路，不要開視頻會議和打即時的遊戲就好了

快了快吃，慢了慢吃。

以前北京到廣州的通信以月為單位計算速度，清政府照樣要建立湖廣總督府。也沒見耽誤什麼事兒。

大家都像樹懶那樣說話就好～

幾百年前，歐洲人發現美洲，估計也想過以後怎麼通信，運輸等等問題，然而現在看根本不是什麼難題。因此，相信人類的智慧。
當然我們對於那個解決方法必然會像幾百年前的人對現代通信技術一樣的無知。

這個問題，細思極恐。如大劉在《三體III》中所說，相對於宇宙之大，光速實在太慢了，慢到像是被人精心設計過。

等人類真的走到那一步了，會有合適的辦法的。
或者說沒有合適的辦法，人類是不會走出這一步的，客觀或主觀都是。

最好的辦法就是，各大網站都在火星上部署一個伺服器，隨時傳送最新信息，這樣火星上點擊網頁，看島國動作片就不會咔啦！ O(∩_∩)O~

火星就隨便想點辦法還有機會如果是比鄰星呢？

沒人會覺得按照現有協議框架，三次握手都無法完成么？

都到火星了還跟地球聯絡個屌