Un nuevo diseño podría duplicar la capacidad de red de los futuros sistemas de «internet desde el espacio».
Los satélites no desempeñan todavía un papel importante en la infraestructura mundial de Internet. Sin embargo, esto podría cambiar pronto. En la próxima década, una nueva generación de satélites podría sentar las bases de una «internet desde el espacio», dice Ankit Singla, profesor del Laboratorio de Diseño y Arquitectura de Redes de ETH Zurich. Su equipo está investigando cómo mejorar el rendimiento de las redes informáticas a gran escala, incluida Internet.
Aprovechando los avances en las tecnologías de reducción de costes en el sector espacial, los nuevos sistemas de satélites usarían miles de satélites en lugar de las decenas empleados en los sistemas anteriores. La luz láser podría entonces enlazar estos satélites entre sí para formar una red.
La cobertura que proporcionarían estos satélites podría llegar a regiones remotas que actualmente no tienen acceso a Internet o que lo tienen muy limitado. Estas regiones están completamente desconectadas o mal conectadas a los cables intercontinentales de fibra óptica que alimentan la Internet de hoy en día.
La carrera ‘Internet desde el espacio’.
Las capacidades de los satélites LEO han desencadenado una nueva y disputada «carrera espacial», en la que pesos pesados como SpaceX de Elon Musk y Amazon de Jeff Bezos se lanzan a competir. Estas empresas están desarrollando constelaciones de satélites a gran escala con miles o decenas de miles de satélites. Éstos orbitarán la Tierra a velocidades de 27.000 km/h (16.777 mp/h) a una altura de unos 500 km (unas 311 millas) (los satélites geoestacionarios tradicionales orbitan a unos 35.768 km).
SpaceX, por ejemplo, ya ha lanzado sus primeros 120 satélites y tiene previsto ofrecer un servicio de internet de banda ancha por satélite a partir de 2020. Además de la cobertura mundial, la tecnología utilizada en la «Internet desde el espacio» promete altas tasas de transferencia de datos, sin grandes retrasos en la transmisión de datos. La latencia, como los informáticos llaman a estos retrasos, es significativamente menor que la de los satélites geoestacionarios, e incluso que la de las líneas de fibra óptica subterráneas para la comunicación a larga distancia.
«Si estos planes tienen éxito, sería un enorme salto adelante en la infraestructura mundial de Internet», dice Debopam Bhattacherjee, un candidato a doctorado que trabaja con Singla para investigar el diseño óptimo de las redes de Internet de banda ancha por satélite para garantizar un flujo de datos de gran ancho de banda y sin retrasos.
La distribución de internet mediante satélites
Los nuevos desafíos de investigación que surgen de la «internet desde el espacio» en comparación con la «internet a nivel de tierra» se deben al hecho de que los satélites están en movimiento. Los satélites representan nodos a través de los cuales viajan los datos. Como los nodos basados en los satélites cambian constantemente su posición con respecto a los demás, forman una red muy dinámica. Por el contrario, los nodos de tránsito pertenecientes a «internet a nivel de tierra» no cambian su ubicación o posición. Como resultado, la infraestructura en gran parte estática de la «internet a nivel de tierra» no responde a los mismos requisitos que los de la «internet desde el espacio».
«Para implementar la internet de banda ancha por satélite, tenemos que repensar prácticamente todos los aspectos de la forma en que la Internet está diseñada actualmente para funcionar», dice Singla.
Explica que, como los satélites vuelan muy rápido y en enjambres densos, se requieren enfoques más eficientes en el diseño de la red para la internet por satélite. Ni siquiera los conceptos de diseño empleados para las redes móviles en trenes de alta velocidad, aviones no tripulados y aeronaves pueden transferirse fácilmente a los satélites.
Bhattacherjee y Singla han desarrollado ahora un modelo matemático que demuestra cómo se puede mejorar fundamentalmente el diseño de redes en el espacio. Han probado su enfoque de diseño utilizando el ejemplo de SpaceX y Amazon, pero puede ser aplicado independientemente de la tecnología de una compañía en particular.
Conectando la Red
El concepto de diseño que los investigadores han ideado se basa enteramente en la alta dinámica temporal de los satélites de la órbita terrestre baja. La pregunta clave que se plantearon en primer lugar fue: ¿cómo pueden los científicos enlazar miles de satélites entre sí para lograr el mejor rendimiento posible de la red? La respuesta no es fácil, ya que cada satélite no puede tener más de cuatro conexiones con otros satélites.
Intuitivamente, se podría pensar que los satélites siempre se conectan sólo a los más cercanos. Sin embargo, según Bhattacherjee, esta suposición es demasiado restrictiva. Los satélites bien podrían conectarse a los satélites más distantes. Para maximizar la eficiencia de la transferencia de datos, en realidad sería más eficiente si los datos utilizaran conexiones más largas, pero cruzaran menos nodos (satélites). Después de todo, el hecho de que los datos crucen por un nodo también consume recursos, reduciendo así los recursos disponibles para otras conexiones.
Sin embargo, la reducción del número de nodos en el camino para aumentar la eficiencia no debe comprometer la longitud del camino de extremo a extremo. De lo contrario, esto deteriorará la latencia. Además, es importante que las conexiones entre satélites no cambien con demasiada frecuencia, ya que el establecimiento de nuevas conexiones puede llevar decenas de segundos durante los cuales no se pueden intercambiar datos.
La idea que subyace al enfoque de los investigadores es que las conexiones entre los satélites se construyan sobre la base de patrones especializados y repetitivos. El patrón más adecuado depende de la geometría de la constelación de satélites y del tráfico de entrada de la red. Un punto clave es que el patrón de conexión se repita en cada satélite de la red, con todos los satélites conectados exactamente de la misma manera, y con las conexiones que se mantengan estables a lo largo del tiempo.
En el caso de SpaceX, el nuevo concepto de diseño aumenta la eficiencia de la red en un 54% en comparación con el enfoque actual; en el caso de Kuiper (Amazon), el aumento de la eficiencia es del 45%.
«Nuestro enfoque podría duplicar la eficiencia de Internet por satélite», dice Bhattacherjee.
Los investigadores presentaron los resultados en la ACM CoNEXT 2019.
Fte. Futurity
