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 de la Tierra. Por ejemplo, los orbitadores recogen los datos científicos del rover Curiosity en Marte a través de enlaces de comunicación cercanos a Marte, transmiten los datos a la Tierra a través de enlaces directos desde los orbitadores marcianos a las estaciones terrestres de la Tierra a través de la Red de Espacio Profundo de la NASA , y finalmente los datos se enrutan a través de la Internet interna de la Tierra . [3]
Las comunicaciones interplanetarias sufren grandes retrasos debido a las distancias interplanetarias, por lo que se requiere un nuevo conjunto de protocolos y tecnologías que sean tolerantes a grandes retrasos y errores. [2] La Internet interplanetaria es una red de almacenamiento y reenvío de internets que a menudo está desconectada, 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 una conexión. [4]
A partir de 2024, las agencias y empresas que trabajarán para hacer realidad la red incluyen a la NASA , la ESA , SpaceX y Blue Origin . [5] [6]
En la implementación básica de la Internet interplanetaria, los satélites que orbitan alrededor de un planeta se comunican con los satélites de otros planetas. Al mismo tiempo, estos planetas giran alrededor del Sol a grandes distancias, por lo que las comunicaciones se enfrentan a muchos desafíos. Las razones y los desafíos resultantes son: [7] [8]
El diseño de la Internet interplanetaria debe abordar estos desafíos para funcionar con éxito y lograr una buena comunicación con otros planetas. También debe utilizar de manera eficiente los pocos recursos disponibles en el sistema.
La tecnología de las comunicaciones espaciales ha evolucionado de forma constante, desde arquitecturas punto a punto costosas y únicas hasta la reutilización de la tecnología en misiones sucesivas y el desarrollo de protocolos estándar acordados por las agencias espaciales de muchos países. Esta última fase se ha prolongado desde 1982 gracias a los esfuerzos del Comité Consultivo para los Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS), [10] un organismo integrado por las principales agencias espaciales del mundo. Tiene 11 agencias miembros, 32 agencias observadoras y más de 119 asociados industriales. [11]
La evolución de los estándares de los sistemas de datos espaciales ha ido en paralelo con la evolución de Internet, con una polinización cruzada conceptual donde ha sido fructífera, pero en gran medida como una evolución separada. Desde finales de los años 1990, los protocolos de Internet conocidos y los protocolos de enlace espacial CCSDS se han integrado y convergido de varias maneras; por ejemplo, la transferencia de archivos FTP exitosa al STRV 1B en órbita terrestre el 2 de enero de 1996, que ejecutó FTP sobre los protocolos de Especificaciones de Protocolo de Comunicaciones Espaciales (SCPS) similares a IPv4 del CCSDS . [12] [13] El uso del Protocolo de Internet sin CCSDS ha tenido lugar 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 la creación de redes y el IP a bordo de naves espaciales son factibles y confiables, un estudio prospectivo del panorama general fue la siguiente fase. [ cita requerida ]
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 dirigido por el pionero de Internet Vinton Cerf y el difunto Adrian Hooke . [14] Cerf fue designado científico visitante distinguido en el JPL en 1998, mientras que Hooke fue uno de los fundadores y directores del CCSDS. [15]
Si bien los protocolos SCPS similares a IP son viables para trayectos cortos, como de estación terrestre a orbitador, de explorador a módulo de aterrizaje, de módulo de aterrizaje a orbitador, de sonda a sobrevuelo, etc., se necesitan redes tolerantes a los retrasos para obtener 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. [ cita requerida ]
Una región es un área en la que las características de la comunicación son las mismas. Las características de la región incluyen las comunicaciones, la seguridad, el mantenimiento de los recursos, tal vez la propiedad y otros factores. La Internet interplanetaria es una "red de internets regionales". [16]
Lo que se necesita entonces es una forma estándar de lograr una comunicación de extremo a extremo a través de múltiples regiones en un entorno desconectado y con retardo variable utilizando un conjunto generalizado de protocolos. Algunos ejemplos de regiones podrían incluir la Internet terrestre como región, una región en la superficie de la Luna o Marte, o una región de tierra a órbita. [ cita requerida ]
El reconocimiento de este requisito condujo al concepto de "paquete" como una forma de alto nivel de abordar el problema generalizado de almacenamiento y reenvío. Los paquetes son 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 abordar el problema de agrupar la información de almacenamiento y reenvío de modo que pueda atravesar de manera confiable entornos radicalmente diferentes que constituyen una "red de internets regionales". [ cita requerida ]
Las redes tolerantes a retrasos (DTN, por sus siglas en inglés) fueron diseñadas para permitir comunicaciones estandarizadas a largas distancias y con retrasos temporales. En su núcleo se encuentra el Protocolo Bundle (BP, por sus siglas en inglés), que es similar al Protocolo de Internet, o IP, que sirve como el corazón de Internet aquí en la Tierra. La gran diferencia entre el Protocolo de Internet (IP, por sus siglas en inglés) normal y el Protocolo Bundle es que el IP supone una ruta de datos de extremo a extremo sin interrupciones, mientras que el BP está diseñado para tener en cuenta los errores y las desconexiones, fallas que suelen afectar las comunicaciones en el espacio profundo. [17]
Bundle Service Layering, implementado como el conjunto de protocolos Bundling para redes tolerantes a retrasos , proporcionará servicios de protocolo tolerantes a retrasos de propósito general en apoyo de una variedad de aplicaciones: transferencia de custodia, segmentación y reensamblaje, confiabilidad de extremo a extremo, seguridad de extremo a extremo y enrutamiento de extremo a extremo entre ellos. El protocolo Bundle se probó por primera vez en el espacio en el satélite UK-DMC en 2008. [18] [19]
Un ejemplo de una de estas aplicaciones de extremo a extremo que se utilizan en misiones espaciales es el Protocolo de Entrega de Archivos CCSDS (CFDP), utilizado en la misión Deep Impact . El CFDP es un estándar internacional para la transferencia automática y confiable de archivos en ambas direcciones. El CFDP no debe confundirse con el Protocolo de Distribución Coherente de Archivos (Coherent File Distribution Protocol ) , que tiene el mismo acrónimo y es un protocolo experimental documentado por la IETF para implementar rápidamente archivos en múltiples objetivos en un entorno altamente interconectado. [ cita requerida ]
Además de copiar de manera confiable un archivo desde una entidad (como una nave espacial o una estación terrestre) a otra entidad, CFDP tiene la capacidad de transmitir de manera confiable mensajes arbitrariamente pequeños definidos por el usuario, en los metadatos que acompañan al archivo, y de transmitir de manera confiable comandos relacionados con la administración del sistema de archivos que se ejecutarán automáticamente en la entidad del punto final remoto (como una nave espacial) tras la recepción exitosa de un archivo. [ cita requerida ]
Para probar el sistema experimental de la “ Internet espacial ”, Danuri (Korea Pathfinder Lunar Orbiter) envió con éxito una serie de fotos tomadas, así como varios archivos de video, incluido “Dynamite” de BTS desde el espacio exterior a la Tierra al Ministerio de Ciencia y TIC de Corea , el Instituto de Investigación Aeroespacial de Corea (KARI) y el Instituto de Investigación en Electrónica y Telecomunicaciones (ETRI) el 7 de noviembre de 2022. [20] [21]
La norma de telemetría de 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 de espacio profundo. Según esta norma, una imagen u otros datos enviados desde un instrumento de una nave espacial se transmiten utilizando uno o más paquetes.
Un paquete es un bloque de datos con una longitud que puede variar entre paquetes sucesivos, desde 7 hasta 65.542 bytes, incluido el encabezado del paquete.
Debido a que las longitudes de los paquetes son variables pero las longitudes de los marcos son fijas, los límites de los paquetes generalmente no coinciden con los límites de los marcos.
Los datos de un marco normalmente están protegidos contra errores de canal mediante códigos de corrección de errores.
Los fotogramas completos no decodificables eliminados son el principal tipo de pérdida de datos que afecta a los conjuntos de datos comprimidos. En general, no habría mucho que ganar si se intentaran utilizar datos comprimidos de un fotograma marcado como no decodificable.
De esta forma, los fotogramas con errores detectados serían esencialmente inutilizables incluso si no fueran eliminados por el procesador de fotogramas.
Esta pérdida de datos se puede compensar con los siguientes mecanismos.
El Grupo de Interés Especial de Internet Interplanetario de la Internet Society ha trabajado en la definición de protocolos y estándares que harían posible la IPN. [22] El Grupo de Investigación de Redes Tolerantes al Retardo (DTNRG) es el grupo principal que investiga las redes tolerantes al retraso (DTN). Otros esfuerzos de investigación se centran en varios usos de la nueva tecnología. [23]
El Mars Telecommunications Orbiter, que fue cancelado , se había planeado para establecer un enlace de Internet interplanetario entre la Tierra y Marte, con el fin de apoyar otras misiones a Marte. En lugar de utilizar radiofrecuencia, habría utilizado comunicaciones ópticas mediante rayos láser para obtener velocidades de datos más altas. "Lasercom envía información utilizando rayos de luz y elementos ópticos, como telescopios y amplificadores ópticos, en lugar de señales de radiofrecuencia, amplificadores y antenas" [24]
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. [25]
En mayo de 2009, DTN se implementó en una carga útil a bordo de la ISS . [26] La NASA y BioServe Space Technologies, un grupo de investigación de la Universidad de Colorado, han estado probando continuamente DTN en dos cargas útiles de Aparatos de Bioprocesamiento Genérico Comercial (CGBA). CGBA-4 y CGBA-5 sirven como plataformas computacionales y de comunicaciones que se controlan de forma remota desde el Centro de Control de Operaciones de Carga Útil (POCC) de BioServe en Boulder, Colorado. [27] [28] En octubre de 2012, la comandante de la Estación ISS, Sunita Williams, operó de forma remota Mocup (Prototipo de Operaciones y Comunicaciones de Meteron), un robot Lego Mindstorms "del tamaño de un gato" equipado con una computadora BeagleBoard y una cámara web, [29] ubicado en el Centro Europeo de Operaciones Espaciales en Alemania en un experimento que utiliza DTN. [30] Estos experimentos iniciales proporcionan información sobre futuras misiones en las que DTN permitirá la extensión de redes al espacio profundo para explorar otros planetas y puntos de interés del sistema solar. Considerada como necesaria para la exploración espacial, la DTN permite la puntualidad en el retorno de datos de los activos operativos, lo que resulta en una reducción de riesgos y costos, mayor seguridad de la tripulación y una mejor conciencia operativa y retorno científico para la NASA y otras agencias espaciales. [31]
Además de la Internet interplanetaria, la DTN tiene varias áreas de aplicación importantes, entre las que se incluyen redes de sensores, comunicaciones militares y tácticas, recuperación de desastres, entornos hostiles, dispositivos móviles y puestos de avanzada remotos. [32] Como ejemplo de un puesto de avanzada remoto, imaginemos una aldea aislada del 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, más 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 hacer que sus solicitudes se reenvíen a la ubicación en red más cercana en la próxima visita del trineo o barco, y obtener las respuestas a su regreso.
La órbita terrestre está lo suficientemente cerca como para que se puedan utilizar los protocolos convencionales. Por ejemplo, la Estación Espacial Internacional ha estado conectada a la Internet terrestre regular desde el 22 de enero de 2010, cuando se publicó el primer tuit sin asistencia. [33] Sin embargo, la estación espacial también sirve como una plataforma útil para desarrollar, experimentar e implementar sistemas que conforman la Internet interplanetaria. La NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) han utilizado una versión experimental de la Internet 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 la tecnología que algún día podría permitir comunicaciones similares a las de Internet que pueden dar soporte a hábitats o infraestructuras en otro planeta. [34]
movimiento interplanetario se proporciona en la duración del tiempo calculada por la velocidad de la honda que se define por el movimiento planetario teniendo en cuenta el eje de rotación del planeta con respecto al del sol.