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 terrestres. Por ejemplo, los orbitadores recopilan 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 de Marte a las estaciones terrestres y, finalmente, los datos se enrutan a través de la Internet interna de la Tierra. [3]
La comunicación interplanetaria se ve muy retrasada por 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 retransmisión de Internet 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]
En la implementación central de Internet interplanetaria, los satélites que orbitan un planeta se comunican con los satélites de otros planetas. Al mismo tiempo, estos planetas giran alrededor del Sol a largas distancias, por lo que las comunicaciones se enfrentan a muchos desafíos. Las razones y los desafíos resultantes son: [5] [6]
El diseño de Internet interplanetaria debe abordar estos desafíos para operar con éxito y lograr una buena comunicación con otros planetas. También debe utilizar eficientemente los pocos recursos disponibles en el sistema.
La tecnología de las comunicaciones espaciales ha evolucionado constantemente desde arquitecturas costosas y únicas de punto a punto hasta la reutilización de la tecnología en misiones sucesivas y el desarrollo de protocolos estándar acordados por agencias espaciales de muchos países. Esta última fase se desarrolla desde 1982 gracias a los esfuerzos del Comité Consultivo para Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS), [8] organismo compuesto por las principales agencias espaciales del mundo. Tiene 11 agencias miembros, 32 agencias observadoras y más de 119 socios industriales. [9]
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 que ha resultado 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 STRV 1B en órbita terrestre el 2 de enero de 1996, que ejecutó FTP a través de protocolos de Especificaciones de protocolo de comunicaciones espaciales (SCPS) similares a CCSDS IPv4. [10] [11] El uso del protocolo de Internet sin CCSDS se ha llevado a cabo en naves espaciales, por ejemplo, en 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 la propiedad intelectual a bordo de naves espaciales son viables y fiables, la siguiente fase fue un estudio prospectivo del panorama más amplio. [ cita necesaria ]
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 Vinton Cerf y el fallecido Adrian Hooke . [12] Cerf es uno de los pioneros de Internet en la Tierra y fue nombrado científico visitante distinguido en el JPL en 1998. Hooke fue uno de los fundadores y directores de CCSDS. [13]
Si bien los protocolos SCPS tipo IP son viables para saltos cortos, como de estación terrestre a orbitador, de vehículo a módulo de aterrizaje, de módulo de aterrizaje a orbitador, de sonda a sobrevuelo, etc., se necesita una red tolerante a los retrasos para obtener información de una región del Sistema Solar. Sistema a otro. Se hace evidente que el concepto de región es un factor arquitectónico natural de la Internet interplanetaria. [ cita necesaria ]
Una región es un área donde las características de comunicación son las mismas. Las características de la región incluyen comunicaciones, seguridad, mantenimiento de recursos, tal vez propiedad y otros factores. La Internet interplanetaria es una "red de Internet regionales". [14]
Entonces, lo que se necesita es una forma estándar de lograr comunicación de extremo a extremo a través de múltiples regiones en un entorno desconectado y de retardo variable utilizando un conjunto generalizado de protocolos. Ejemplos de regiones podrían incluir Internet terrestre como región, una región en la superficie de la Luna o Marte, o una región desde la tierra a la órbita. [ cita necesaria ]
El reconocimiento de este requisito llevó al concepto de "paquete" como una forma de alto nivel de abordar el problema generalizado de Store-and-Forward. 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 la cuestión de agrupar información de almacenamiento y reenvío para que pueda atravesar de manera confiable entornos radicalmente diferentes, constituyendo una "red de "Internets regionales". [ cita necesaria ]
Las redes tolerantes a retrasos (DTN) se diseñaron para permitir comunicaciones estandarizadas a largas distancias y a través de retrasos. En esencia, hay algo llamado Protocolo Bundle (BP), 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) normal y el Protocolo Bundle es que el IP supone una ruta de datos perfecta de extremo a extremo, mientras que BP está diseñado para tener en cuenta errores y desconexiones, fallas que comúnmente afectan las comunicaciones en el espacio profundo. [15]
Bundle Service Layering, implementado como el conjunto de protocolos Bundling para redes tolerantes a retrasos , proporcionará servicios de protocolos tolerantes a retrasos de propósito general en soporte 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. [16] [17]
Un ejemplo de una de estas aplicaciones de extremo a extremo utilizadas en una misión espacial es el Protocolo de entrega de archivos CCSDS (CFDP), utilizado en la misión del cometa Deep Impact . CFDP es un estándar internacional para la transferencia de archivos automática y confiable en ambas direcciones. CFDP no debe confundirse con Coherent File Distribution Protocol , que tiene el mismo acrónimo y es un protocolo experimental documentado por IETF para implementar rápidamente archivos en múltiples objetivos en un entorno altamente conectado en red. [ cita necesaria ]
Además de copiar de manera confiable un archivo de una entidad (como una nave espacial o una estación terrestre) a otra entidad, CFDP tiene la capacidad de transmitir de manera confiable pequeños mensajes arbitrarios definidos por el usuario, en los metadatos que acompañan al archivo, y de transmitir comandos de manera confiable. relacionados con la gestión del sistema de archivos que se ejecutarán automáticamente en la entidad de punto final remoto (como una nave espacial) tras la recepción exitosa de un archivo. [ cita necesaria ]
Para probar el sistema experimental de “ Internet espacial ”, Danuri (Korea Pathfinder Lunar Orbiter) envió con éxito una serie de fotografías tomadas, así como varios archivos de vídeo, entre ellos, “Dynamite” de BTS desde el espacio exterior a la Tierra al Ministerio de Corea. Ciencia y TIC , Instituto de Investigación Aeroespacial de Corea (KARI) y Instituto de Investigación en Electrónica y Telecomunicaciones (ETRI) el 7 de noviembre de 2022. [18] [19]
El estándar 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 del espacio profundo. Según este estándar, una imagen u otros datos enviados desde un instrumento de una nave espacial se transmite mediante 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 las tramas son fijas, los límites de los paquetes generalmente no coinciden con los límites de las tramas.
Los datos de una trama suelen estar 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, se ganaría poco al intentar utilizar datos comprimidos de un marco marcado como no decodificable.
Por lo tanto, las tramas con errores detectados serían esencialmente inutilizables incluso si no fueran eliminadas por el procesador de tramas.
Esta pérdida de datos se puede compensar con los siguientes mecanismos.
El Grupo de Interés Especial de Internet InterPlanetario de Internet Society ha trabajado en la definición de protocolos y estándares que harían posible la IPN. [20] El Grupo de investigación de redes tolerantes al retardo (DTNRG) es el grupo principal que investiga las redes tolerantes al retardo (DTN). Los esfuerzos de investigación adicionales se centran en diversos usos de la nueva tecnología. [21]
Se había planeado que el Mars Telecommunications Orbiter cancelado estableciera un enlace interplanetario de Internet entre la Tierra y Marte, con el fin de apoyar otras misiones a Marte. En lugar de utilizar RF, habría utilizado comunicaciones ópticas utilizando rayos láser para sus velocidades de datos más altas. "Lasercom envía información utilizando 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 implementó 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 de aparatos de bioprocesamiento genéricos comerciales (CGBA). CGBA-4 y CGBA-5 sirven como plataformas computacionales y de 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 Prototipo de Operaciones y Comunicaciones), 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 utilizando DTN. [28] 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. Considerado necesario para la exploración espacial, DTN permite la puntualidad en la devolución de datos de los activos operativos, lo que resulta en una reducción de riesgos y costos, una mayor seguridad de la tripulación y una mejor conciencia operativa y retorno científico para la NASA y otras agencias espaciales. [29]
DTN tiene varios campos de aplicación importantes, además de Internet interplanetario, que incluyen redes de sensores, comunicaciones militares y tácticas, recuperación de desastres, entornos hostiles, dispositivos móviles y puestos avanzados remotos. [30] Como ejemplo de un puesto avanzado remoto, imaginemos una aldea ártica aislada, 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 el pueblo, 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 recibir sus solicitudes. a la ubicación conectada en red más cercana en la próxima visita del trineo o barco, y obtenga 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 Internet terrestre normal desde el 22 de enero de 2010, cuando se publicó el primer tweet sin asistencia. [31] 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 Internet interplanetario 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 Internet que puedan sustentar hábitats o infraestructuras en otro planeta. [32]
El movimiento interplanetario se proporciona en el tiempo calculado por la velocidad de la honda que está definida por el movimiento planetario teniendo en cuenta el eje de rotación del planeta con respecto al del sol.