Uma nova geração de satélites voando baixo promete uma "internet do espaço, "isso será capaz de cobrir até mesmo regiões remotas ao redor do mundo. Cientistas da computação da ETH Zurich estão propondo um novo projeto de rede que pode dobrar a capacidade de rede desses sistemas.

Os satélites ainda não desempenham um papel importante na infraestrutura mundial da Internet. Contudo, isso pode em breve ser configurado para mudar. Na próxima década, uma nova geração de satélites poderia lançar as bases para uma "internet do espaço, "acredita Ankit Singla, professor do Network Design &Architecture Lab da ETH Zurich. Sua equipe está investigando como melhorar o desempenho de redes de computadores em grande escala, incluindo a Internet.

Explorando avanços em tecnologias de corte de custos no setor espacial, os novos sistemas de satélite usariam milhares de satélites em vez das dezenas de satélites usados ​​em sistemas anteriores. Esses satélites poderiam então ser ligados entre si por meio de luz laser para formar uma rede. A cobertura fornecida por esses satélites alcançaria regiões remotas que atualmente não têm ou têm acesso muito limitado à internet, já que eles não estão ou estão mal conectados aos cabos de fibra ótica intercontinentais que alimentam a Internet de hoje.

A corrida pela internet do céu

As capacidades dos satélites LEO desencadearam um novo, contestada "corrida espacial, "com pesos pesados ​​como SpaceX de Elon Musk e Amazon de Jeff Bezos jogando seus chapéus no ringue. Essas empresas estão desenvolvendo constelações de satélites em grande escala com milhares a dezenas de milhares de satélites. Elas orbitariam a Terra a velocidades de 27, 000 km / h a uma altura de cerca de 500 km (satélites geoestacionários:35, 768 km).

SpaceX, por exemplo, já lançou seus primeiros 120 satélites, e planeja oferecer um serviço de internet banda larga via satélite a partir de 2020. Além da cobertura global, a tecnologia usada na "internet do espaço" promete altas taxas de transferência de dados sem grandes atrasos na transmissão de dados - a latência, como os cientistas da computação chamam esses atrasos, é significativamente menor do que o tradicional, satélites geoestacionários, e até mesmo de linhas subterrâneas de fibra óptica para comunicação de longa distância.

"Se esses planos derem certo, seria um grande salto à frente na infraestrutura mundial da Internet, "diz Debopam Bhattacherjee. O doutorando que está trabalhando com Singla está investigando o projeto ideal de redes para internet banda larga via satélite para garantir alta largura de banda, fluxo de dados sem atrasos. Ele apresentará seus resultados na Flórida hoje no ACM CoNEXT 2019, a Conferência Internacional sobre Experimentos e Tecnologias de Networking emergentes.

Novo design para redes dinâmicas

Os novos desafios de investigação decorrentes da "Internet do espaço" em comparação com a "Internet ao nível do solo" devem-se ao facto de os satélites estarem em movimento. Os satélites representam nós pelos quais os dados viajam. Como os nós baseados em satélite mudam constantemente de posição uns em relação aos outros, eles formam uma rede altamente dinâmica. Em contraste, os nós de trânsito pertencentes à "internet ao nível do solo" não mudam de localização ou posição. Como resultado, a infraestrutura amplamente estática da "internet no nível do solo" não atende aos mesmos requisitos que os da "internet do espaço".

“Para implementar internet banda larga via satélite, temos que repensar virtualmente todos os aspectos da maneira como a internet foi projetada para funcionar, "diz Singla. Ele explica que como os satélites voam muito rápido e em enxames densos, abordagens mais eficientes para o projeto de rede são necessárias para a Internet via satélite. Até mesmo os conceitos de design usados ​​para redes móveis em trens de alta velocidade, drones e aeronaves não podem ser transferidos facilmente para satélites.

Bhattacherjee e Singla desenvolveram agora um modelo matemático que demonstra como se pode melhorar fundamentalmente o projeto de rede no espaço. Eles testaram sua abordagem de design usando o exemplo de SpaceX e Amazon, mas pode ser aplicado independentemente da tecnologia de uma determinada empresa.

Os padrões garantem um tráfego de dados uniforme

O conceito de design desenvolvido por Bhattacherjee e Singla é baseado inteiramente na alta dinâmica temporal dos satélites de órbita baixa da Terra. A pergunta-chave que eles fizeram primeiro foi:como milhares de satélites podem ser conectados entre si para obter o melhor desempenho de rede possível? A resposta não é fácil, já que cada satélite não pode ter mais do que quatro conexões com outros satélites.

Intuitivamente, pode-se pensar que os satélites sempre se conectam apenas aos satélites mais próximos. De acordo com Bhattacherjee, Contudo, esta suposição é muito restritiva. Os satélites podem muito bem se conectar a satélites mais distantes. Para maximizar a eficiência da transferência de dados, na verdade, seria mais eficiente se os dados usassem conexões mais longas, mas cruzassem menos nós (satélites). Afinal, o ato de cruzamento de dados através de um nó também consome recursos, reduzindo assim os recursos disponíveis para outras conexões.

Contudo, reduzir o número de nós no caminho para aumentar a eficiência não deve comprometer o comprimento do caminho de ponta a ponta. De outra forma, isso vai deteriorar a latência. Avançar, é importante que as conexões entre satélites não mudem com muita frequência, pois o estabelecimento de novas conexões pode levar dezenas de segundos, durante os quais os dados não podem ser trocados.

A nova ideia por trás da abordagem de Bhattacherjee e Singla é que as conexões entre os satélites seriam construídas com base em padrões repetitivos. O padrão mais adequado depende da geometria da constelação de satélites e do tráfego de entrada da rede. Um ponto chave é que o padrão de conexão se repete em todos os satélites da rede, com todos os satélites conectados exatamente da mesma maneira, e com as conexões permanecendo estáveis ​​ao longo do tempo.

No caso da SpaceX, o novo conceito de design aumenta a eficiência da rede em 54 por cento em comparação com a abordagem atual; para Kuiper (Amazon), o aumento de eficiência é de 45%. "Nossa abordagem pode dobrar a eficiência da Internet baseada em satélite, "conclui Bhattacherjee.