La NASA implementa redes tolerantes a retrasos para mejorar las comunicaciones espaciales

Enviar/recibir datos en la Tierra desde cualquier nave espacial es una tarea difícil, principalmente debido a las grandes distancias involucradas. Los retrasos y la pérdida de datos son comunes cuando se comunican a través de miles y millones de millas. Para que estos retrasos y pérdidas sean lo mínimo posible, la NASA está trabajando en una conexión a Internet confiable del sistema solar, llamada Red tolerante a retrasos/interrupciones (DTN).

La NASA utiliza 3 redes de comunicación para transmitir y recibir señales a través de grandes distancias que contienen satélites de retransmisión espacial y estaciones terrestres distribuidas para respaldar misiones espaciales.

• Red Cercana a la Tierra (NEN)
• Red espacial (SN)
• Red del espacio profundo (DSN)

¿Qué es exactamente DTN?

La misión anterior de la NASA utilizó enlaces únicos o enlaces punto a punto (como el sistema telefónico) para comunicarse con la órbita terrestre baja y con naves espaciales del espacio profundo. Sin embargo, los conceptos de exploración futura incluyen sistemas mucho más complejos con múltiples nodos (en lugar de solo dos). Operará como redes de Internet en la Tierra, que incluyen varios saltos vía satélite y otros nodos intermedios, sentando las bases para SSI (abreviatura de Solar System Internet).

Al igual que Earth-Internet, SSI proporcionará una plataforma estándar sobre la cual funcionará una amplia gama de aplicaciones en servicios de red de extremo a extremo. El SSI utilizará el conjunto de protocolos DTN en casi todos los casos, incluidos aquellos con enlaces frecuentes o interrupciones de tiempos de luz más prolongados, donde los IP (protocolos de Internet) tradicionales no funcionan.

DTN es el conjunto específico de reglas para transmitir datos, a menudo llamado conjunto de protocolos, que extiende las capacidades de Internet convencional para funcionar en entornos espaciales a través de distancias extremas. Estos entornos suelen estar sujetos a interrupciones frecuentes, altas tasas de error, largos retrasos y enlaces de una sola dirección.

Internet del sistema solar utilizando el protocolo DTN:Fuente de la imagen:NASA

¿Cómo funciona DTN?

Los protocolos DTN pueden operar con las IP de Internet terrestre o funcionar de forma independiente. Utiliza una técnica automática de almacenamiento y reenvío , garantiza así la entrega de datos. Si el reenvío de paquetes no es posible actualmente, el sistema lo almacena para su futura transmisión. Por lo tanto, solo el siguiente salto debe estar disponible cuando se utilizan redes tolerantes a interrupciones.

Al igual que la suite de Internet convencional, DTN incluye funciones de administración de red, enrutamiento, seguridad y calidad de servicio. Aunque está diseñado para aplicaciones espaciales, también podría resultar beneficioso para aplicaciones terrestres donde son comunes las altas tasas de error y las interrupciones frecuentes.

La imagen de arriba muestra los datos que se transmiten desde el espacio a la Tierra a través del hábitat espacial y 2 relés de comunicación, utilizando DTN. Los enlaces de comunicación entre activos no siempre están disponibles.

Actualmente, los protocolos DTN están siendo desarrollados por NASA AES (Advanced Exploration Systems) y están apoyando la estandarización DTN por parte del IETF (Internet Engineering Task Force) y CCSDS (Committee for Space Data Systems). Todos estos protocolos DTN serán estándares internacionales abiertos. Algunas implementaciones de DTN ya existen y están disponibles públicamente, como la implementación de ION (Interplanetary Overlay Network).

Fuente:NASA 

Ventajas

Operaciones mejoradas y conocimiento de la situación – La DTN ofrece más información sobre los eventos cuando se producen cortes de comunicación debido al traspaso de una estación terrestre, malas condiciones atmosféricas o como resultado de una retransmisión. DTN reduce significativamente la necesidad de programar una estación terrestre para recibir o enviar información, lo que normalmente lleva hasta 5 días de planificación.

Eficiencia y robustez de Space Link – DTN proporciona una transmisión de datos eficiente y más confiable, lo que permite un ancho de banda más utilizable. La confiabilidad del enlace se mejora mediante múltiples rutas de red y activos para saltos de transmisión.

Seguridad – Los protocolos DTN permiten autenticación, comprobaciones de integridad y cifrado en todos los enlaces.

Interoperabilidad y Reutilización – Los protocolos DTN permiten la interoperabilidad de naves espaciales (operadas por cualquier gobierno o agencia espacial privada) y estaciones terrestres. Además, permite a la NASA utilizar los mismos protocolos para próximas misiones, ya sea una órbita terrestre baja o una misión al espacio profundo.

Calidad de Servicio – El protocolo DTN permite configurar varios niveles de prioridad para diferentes tipos de datos, a fin de garantizar que el paquete importante se envíe antes que el menos importante.

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Experimentos

El primer experimento DTN se llevó a cabo el 10 de julio de 2009, y consistió en descargar un conjunto particular de imágenes a través de una transferencia planificada de TDRSS (Sistema de seguimiento y retransmisión de datos por satélite). Durante este experimento, los enlaces tierra-espacio y espacio-tierra fueron interrumpidos durante unos minutos. Esta demostración de la red DTN-on-ISS fue exitosa.

En la siguiente prueba, utilizaron DTN para operaciones desatendidas. La prueba se realizó durante 3 días y durante este período se generaron 14 archivos cada hora. La transmisión convencional resultó en 3504 recepciones redundantes por archivo (en promedio), mientras que DTN tuvo un desempeño sorprendentemente mejor y resultó en solo 0,06 recepciones redundantes por archivo.

La ISS implementó un servicio DTN institucional en mayo de 2016, que mejoró la confiabilidad de la transmisión de datos científicos de la carga útil y redujo los gastos operativos y la planificación.

El 20 de noviembre de 2017, una selfie tomada en la Estación McMurdo de la Fundación Nacional de Ciencias, en la Antártida, fue enviada a la ISS utilizando el conjunto de protocolos DTN. Como puedes ver en la selfie, los ingenieros de la NASA Mark Sinkiat, Peter Fetterer y Salem El nimri sostuvieron una fotografía de Vint Cerf, quien ayudó a desarrollar la tecnología.

El software DTN de un teléfono inteligente envió la selfie en su viaje a la ISS. Los paquetes viajan desde la estación terrestre McMurdo hasta el Complejo White Sands, de la NASA, a través del TDRS (Satélite de seguimiento y retransmisión de datos). Luego, un conjunto de nodos DTN reenvió los paquetes al Centro Marshall de Vuelos Espaciales en Alabama, que es el punto de acceso de la red DTN. Los paquetes se reenviaron a la estación espacial a través de otro enlace TDRS donde se enrutaron a la carga útil de demostración TRek (Telescience Resource Kit). El último nodo DTN extrajo los datos de la imagen de los paquetes y la carga útil volvió a ensamblar la foto original y la mostró a bordo de la ISS.

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Estos son algunos experimentos recientes sobre DTN. Por ahora, el equipo de investigación de AES DTN está trabajando con SCaN (Navegación y Comunicaciones Espaciales) e IPNSIG (Grupo de Interés Especial sobre Redes InterPlanetarias) para ayudar a que SSI sea una realidad.