Internet interplanetario

La Internet interplanetaria es una red informática concebida en el espacio, que consta de un conjunto de nodos de red que pueden comunicarse entre sí. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Estos nodos son los orbitadores y módulos de aterrizaje del planeta, y las estaciones terrestres. Por ejemplo, los orbitadores recopilan los datos científicos del rover Curiosity en Marte a través de enlaces de comunicación cercanos a Marte, transmiten los datos a la Tierra mediante enlaces directos desde los orbitadores de Marte a las estaciones terrestres a través de la Red del Espacio Profundo de la NASA , y finalmente los datos se enrutan a través de la Internet interna de la Tierra . ^{[ 3 ]}

La comunicación interplanetaria se ve muy afectada por las distancias interplanetarias, ya que la transmisión de datos solo puede alcanzar la velocidad de la luz ; por lo tanto, se requiere un nuevo conjunto de protocolos y tecnologías tolerantes a grandes retrasos y errores. ^{[ 2 ]} La Internet interplanetaria se ha concebido como una red de almacenamiento y reenvío de Internets que a menudo se desconecta, tiene una red troncal inalámbrica plagada de enlaces propensos a errores y retrasos que van desde decenas de minutos hasta incluso horas, incluso cuando hay conexión. ^{[ 4 ]}

A partir de 2024, entre las agencias y empresas que trabajan para llevar la red a buen término se incluyen la NASA , la ESA , SpaceX y Blue Origin . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En la implementación básica de Internet interplanetario, los satélites que orbitan un planeta se comunican con los satélites de otros planetas. Simultáneamente, estos planetas giran alrededor del Sol a grandes distancias, lo que plantea numerosos desafíos para las comunicaciones. Las razones y los desafíos resultantes son: ^{[ 7 ] [ 8 ]}

1. El movimiento y las grandes distancias entre los planetas: La comunicación interplanetaria sufre grandes retrasos debido a las distancias y al movimiento de los planetas. El retraso es variable y prolongado, oscilando entre un par de minutos (Tierra-Marte) y un par de horas (Plutón-Tierra), según sus posiciones relativas. La comunicación interplanetaria también se interrumpe durante la conjunción solar, cuando la radiación del sol dificulta la comunicación directa entre los planetas. Por ello, la comunicación se caracteriza por enlaces con pérdidas y conectividad intermitente.
2. Carga útil reducida: Los satélites solo pueden transportar una carga útil pequeña, lo que plantea desafíos en cuanto a potencia, masa, tamaño y costo para el diseño de hardware de comunicación. Esta limitación genera un ancho de banda asimétrico. ^{[ 9 ]} Esta asimetría alcanza proporciones de hasta 1000:1 como proporción de ancho de banda de enlace descendente:enlace ascendente.
3. Ausencia de infraestructura fija: El grafo de nodos participantes en una comunicación planetaria específica cambia constantemente debido al movimiento continuo. Las rutas de comunicación planetaria se planifican y programan en lugar de ser improvisadas.

El diseño de la Internet Interplanetaria debe abordar estos desafíos para operar con éxito y lograr una buena comunicación con otros planetas. Además, debe utilizar de manera eficiente los escasos recursos disponibles en el sistema.

La tecnología de comunicación espacial ha evolucionado progresivamente, desde costosas arquitecturas punto a punto únicas, pasando por la reutilización de tecnología en misiones sucesivas, hasta el desarrollo de protocolos estándar acordados por las agencias espaciales de muchos países. Esta última fase se ha llevado a cabo desde 1982 gracias a los esfuerzos del Comité Consultivo para Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS), ^{[ 10 ]} un organismo compuesto por las principales agencias espaciales del mundo. Cuenta con 11 agencias miembros, 32 agencias observadoras y más de 119 asociados industriales. ^{[ 11 ]}

La evolución de los estándares del sistema de datos espaciales ha transcurrido en paralelo con la evolución de Internet, con una polinización cruzada conceptual cuando ha sido fructífera, pero en gran medida como una evolución separada. Desde finales de la década de 1990, los protocolos de Internet conocidos y los protocolos de enlace espacial CCSDS se han integrado y convergido de varias maneras; por ejemplo, la exitosa transferencia de archivos FTP al satélite STRV 1B en órbita terrestre el 2 de enero de 1996, que ejecutó FTP sobre los protocolos SCPS ( Space Communications Protocol Specifications ) similares a IPv4 de CCSDS. ^{[ 12 ] [ 13 ]} El uso del Protocolo de Internet sin CCSDS se ha dado en naves espaciales, por ejemplo, demostraciones en el satélite UoSAT-12 , y operativamente en la Constelación de Monitoreo de Desastres . Habiendo llegado a la era en la que se ha demostrado que las redes y el IP a bordo de las naves espaciales son factibles y confiables, un estudio prospectivo del panorama general fue la siguiente fase.

El estudio de Internet Interplanetario en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA fue iniciado por un equipo de científicos del JPL liderado por el pionero de Internet Vinton Cerf y el fallecido Adrian Hooke . ^{[ 14 ]} Cerf fue nombrado científico visitante distinguido en el JPL en 1998, mientras que Hooke fue uno de los fundadores y directores de CCSDS. ^{[ 15 ]}

Si bien los protocolos SCPS similares a IP son viables para saltos cortos, como de una estación terrestre a un orbitador, de un rover a un módulo de aterrizaje, de un módulo de aterrizaje a un orbitador, de una sonda a un sobrevuelo, etc., se necesita una red tolerante a la latencia para transmitir información de una región del Sistema Solar a otra. Resulta evidente que el concepto de región es un factor arquitectónico natural de la Internet interplanetaria.

Una región es un área donde las características de comunicación son las mismas. Las características de una región incluyen comunicaciones, seguridad, mantenimiento de recursos, posiblemente propiedad y otros factores. La Internet Interplanetaria es una "red de internets regionales". ^{[ 16 ]}

Lo que se necesita, entonces, es un método estándar para lograr la comunicación de extremo a extremo a través de múltiples regiones en un entorno desconectado y con latencia variable, utilizando un conjunto generalizado de protocolos. Algunos ejemplos de regiones podrían ser la red terrestre, una región en la superficie de la Luna o Marte, o una región que conecte la Tierra con la órbita terrestre.

El reconocimiento de este requisito dio lugar al concepto de "paquete" como una forma de alto nivel de abordar el problema generalizado de almacenamiento y reenvío. Los paquetes constituyen un área de desarrollo de nuevos protocolos en las capas superiores del modelo OSI , por encima de la capa de transporte , con el objetivo de resolver el problema de agrupar la información de almacenamiento y reenvío para que pueda atravesar de forma fiable entornos radicalmente diferentes que conforman una "red de internets regionales".

Las redes tolerantes a la latencia (DTN) se diseñaron para permitir comunicaciones estandarizadas a largas distancias y a través de retardos. Su núcleo es el Protocolo de Paquetes (BP), similar al Protocolo de Internet (IP), que constituye la base de Internet en la Tierra. La principal diferencia entre el Protocolo de Internet (IP) convencional y el Protocolo de Paquetes radica en que IP presupone una ruta de datos de extremo a extremo sin interrupciones, mientras que BP está diseñado para gestionar errores y desconexiones, fallos que suelen afectar a las comunicaciones en el espacio profundo. ^{[ 17 ]}

La arquitectura Bundle Service Layering, implementada como el conjunto de protocolos Bundling para redes tolerantes a la latencia , proporcionará servicios de protocolo tolerantes a la latencia de propósito general para diversas aplicaciones: transferencia de custodia, segmentación y reensamblaje, fiabilidad de extremo a extremo, seguridad de extremo a extremo y enrutamiento de extremo a extremo, entre otras. El protocolo Bundle se probó por primera vez en el espacio en el satélite UK-DMC en 2008. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Un ejemplo de estas aplicaciones integrales utilizadas en misiones espaciales es el Protocolo de Entrega de Archivos CCSDS (CFDP), empleado en la misión al cometa Deep Impact . CFDP es un estándar internacional para la transferencia automática y confiable de archivos en ambas direcciones. No debe confundirse con el Protocolo de Distribución de Archivos Coherente (CFDP) , que comparte las mismas siglas y es un protocolo experimental documentado por la IETF para el despliegue rápido de archivos a múltiples destinos en un entorno de red altamente interconectado.

Además de copiar de forma fiable un archivo de una entidad (como una nave espacial o una estación terrestre) a otra, CFDP tiene la capacidad de transmitir de forma fiable mensajes arbitrariamente pequeños definidos por el usuario en los metadatos que acompañan al archivo, y de transmitir de forma fiable comandos relacionados con la gestión del sistema de archivos que se ejecutarán automáticamente en la entidad remota (como una nave espacial) tras la recepción correcta de un archivo.

El estándar de telemetría por paquetes del Comité Consultivo para Sistemas de Datos Espaciales ( CCSDS ) define el protocolo utilizado para la transmisión de datos de instrumentos de naves espaciales a través del canal del espacio profundo. Según este estándar, una imagen u otros datos enviados desde un instrumento de una nave espacial se transmiten mediante uno o más paquetes.

El Grupo de Interés Especial en Internet Interplanetario de la Sociedad de Internet ha trabajado en la definición de protocolos y estándares que harían posible la IPN. ^{[ 20 ]} El Grupo de Investigación en Redes Tolerantes a la Retardo (DTNRG) es el principal grupo que investiga las redes tolerantes a la retardo (DTN). Otros esfuerzos de investigación se centran en diversos usos de la nueva tecnología. ^{[ 21 ]}

El orbitador de telecomunicaciones de Marte, cancelado , tenía como objetivo establecer un enlace de internet interplanetario entre la Tierra y Marte para apoyar otras misiones a Marte. En lugar de utilizar radiofrecuencia (RF), habría utilizado comunicaciones ópticas mediante haces láser debido a su mayor velocidad de transmisión de datos. «Lasercom envía información mediante haces de luz y elementos ópticos, como telescopios y amplificadores ópticos, en lugar de señales de RF, amplificadores y antenas» ^{[ 22 ].}

El JPL de la NASA probó el protocolo DTN con su experimento Deep Impact Networking (DINET) a bordo de la nave espacial Deep Impact / EPOXI en octubre de 2008. ^{[ 23 ]}

En mayo de 2009, DTN se desplegó en una carga útil a bordo de la ISS . ^{[ 24 ]} La NASA y BioServe Space Technologies, un grupo de investigación de la Universidad de Colorado, han estado probando continuamente DTN en dos cargas útiles Commercial Generic Bioprocessing Apparatus (CGBA). CGBA-4 y CGBA-5 sirven como plataformas de computación y comunicaciones que se controlan remotamente desde el Centro de Control de Operaciones de Carga Útil (POCC) de BioServe en Boulder, CO. ^{[ 25 ] [ 26 ]} En octubre de 2012, la comandante de la Estación ISS, Sunita Williams, operó remotamente Mocup (Meteron Operations and Communications Prototype), un robot Lego Mindstorms del tamaño de un gato equipado con una computadora BeagleBoard y una cámara web, ^{[ 27 ]} ubicado en el Centro Europeo de Operaciones Espaciales en Alemania en un experimento que utilizaba DTN. ^{[ 28 ]} Estos experimentos iniciales proporcionan información sobre futuras misiones donde DTN permitirá la extensión de redes al espacio profundo para explorar otros planetas y puntos de interés del sistema solar. Considerada esencial para la exploración espacial, la DTN permite la puntualidad en la recepción de datos de los activos operativos, lo que reduce el riesgo y el costo, aumenta la seguridad de la tripulación y mejora el conocimiento operativo y el rendimiento científico para la NASA y otras agencias espaciales. ^{[ 29 ]}

DTN tiene varias áreas de aplicación importantes, además de la Internet interplanetaria, que incluyen redes de sensores, comunicaciones militares y tácticas, recuperación ante desastres, entornos hostiles, dispositivos móviles y puestos remotos. ^{[ 30 ]} Como ejemplo de un puesto remoto, imaginemos una aldea aislada en el Ártico o una isla lejana, con electricidad, una o más computadoras, pero sin conectividad de comunicación. Con la adición de un simple punto de acceso inalámbrico en la aldea, además de dispositivos habilitados para DTN en, por ejemplo, trineos tirados por perros o barcos de pesca, un residente podría revisar su correo electrónico o hacer clic en un artículo de Wikipedia, y sus solicitudes se reenviarían a la ubicación de red más cercana en la siguiente visita del trineo o barco, y recibiría las respuestas a su regreso.

La órbita terrestre está lo suficientemente cerca como para que se puedan utilizar protocolos convencionales. Por ejemplo, la Estación Espacial Internacional ha estado conectada a la red terrestre desde el 22 de enero de 2010, fecha en que se publicó el primer tuit sin asistencia. ^{[ 31 ]} Sin embargo, la estación espacial también sirve como una plataforma útil para desarrollar, experimentar e implementar sistemas que conforman la red interplanetaria. La NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) han utilizado una versión experimental de la red interplanetaria para controlar un rover educativo, ubicado en el Centro Europeo de Operaciones Espaciales en Darmstadt, Alemania, desde la Estación Espacial Internacional. El experimento utilizó el protocolo DTN para demostrar una tecnología que algún día podría permitir comunicaciones similares a las de Internet, capaces de dar soporte a hábitats o infraestructuras en otro planeta. ^{[ 32 ]}

• InterPlaNet
• Redes tolerantes a la latencia
• Red informática intergaláctica
• Nanored
• IPFS
• LunaNet

• El Comité Consultivo para Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS)
• Grupo de Interés Especial en Redes Interplanetarias (IPNSIG) de la Sociedad de Internet (anteriormente Capítulo)
• El Grupo de Investigación de Redes Tolerantes a la Retardo (DTNRG)
• Primeras pruebas de Internet interplanetarias del satélite UK-DMC
• Vídeo de la NASA en YouTube : DINET-DTN con Vint Cerf