Satélite ligados por laser podem fornecer “Internet a partir do espaço”

Com o acesso mais "barato" ao espaço, são muitos os projetos para ampliar um rede de serviços hoje existentes a partir da Terra. Nesse sentido, há uma nova conceção que poderá trazer uma nova rede de sistemas "Internet a partir do espaço".

Atualmente, os satélites ainda não desempenham um papel importante na infraestrutura mundial da Internet. No entanto, esta situação poderá mudar em breve.

Internet servida a partir do Espaço

Na próxima década, uma nova geração de satélites poderá lançar as bases para uma "Internet a partir do espaço". Uma equipa, liderada pelo professor Ankit Singla, do Laboratório de Design e Arquitetura de Redes da ETH Zurique, investiga novas técnicas para melhorar o desempenho de redes de computadores em larga escala, incluindo a Internet.

Segundo o investigador, pode-se explorar avanços em tecnologias de redução de custos no setor espacial. Como resultado, os novos sistemas de satélite usariam milhares de satélites em vez das dezenas de satélites usados em sistemas anteriores. A luz laser poderia então ligar estes satélites entre si para formar uma rede.

A cobertura que estes satélites proporcionariam poderia chegar a regiões remotas que atualmente não têm acesso à Internet ou têm um acesso muito limitado. Estas regiões são totalmente desconectadas ou mal ligadas aos cabos intercontinentais de fibra ótica que alimentam a Internet de hoje.

A corrida à "Internet do Espaço"

As capacidades dos satélites LEO desencadearam uma nova e contestada "corrida espacial", com pesos pesados como a SpaceX de Elon Musk e a Amazon de Jeff Bezos. Estas empresas estão a desenvolver constelações de satélites em larga escala com milhares a dezenas de milhares de satélites.

Estes satélites orbitariam a Terra a velocidades de 27000 km/h a uma altura de cerca de 500 km (os satélites geoestacionários tradicionais orbitam cerca de 35768 km).

Conforme é sabido, a SpaceX, por exemplo, já lançou os seus primeiros 120 satélites. A empresa já tem planos para comercializar um serviço de Internet de banda larga por satélite a partir de 2020. Para além da cobertura mundial, a tecnologia utilizada na "Internet a partir do espaço" promete elevadas taxas de transferência de dados sem grandes atrasos na transmissão.

A latência, como os cientistas da computação chamam esses atrasos, é significativamente menor do que a dos satélites geoestacionários. Aliás, até tem menos latência que a que existe nas linhas subterrâneas de fibra ótica para comunicação de longa distância.

Desafio de entregar Internet a partir dos satélites

Os desafios que existem, resultantes da comparação entre a "Internet do espaço" e a "Internet ao nível do solo", devem-se ao facto de os satélites estarem em movimento.

Os satélites representam nós através dos quais os dados viajam. Contudo, esses nós, baseados em satélites, mudam constantemente de posição, uns em relação aos outros, formando uma rede altamente dinâmica.

Em contraste, os nós de trânsito pertencentes à "Internet ao nível do solo" não mudam a sua localização ou posição. Como resultado, a infraestrutura em grande parte estática da "internet ao nível do solo" não atende aos mesmos requisitos que os da "Internet a partir do espaço".

Para implementar a Internet de banda larga por satélite, temos de repensar praticamente todos os aspetos da forma como a Internet é atualmente concebida para funcionar.

Referiu Singla.

Segundo o investigador, como os satélites voam muito rápido e em enxames densos, são necessárias abordagens mais eficientes ao projeto para a Internet via satélite. Mesmo os conceitos de design usados para redes móveis em comboios de alta velocidade, drones e aeronaves não podem ser transferidos facilmente para satélites.

Conforme foi mostrado pelos investigadores, estes desenvolveram agora um modelo matemático que demonstra como se pode melhorar fundamentalmente o design da rede no espaço. Segundo os testes, a abordagem de design usando o exemplo da SpaceX e da Amazon, pode ser aplicada noutros sistemas de outras empresas.

Ligar à rede

O conceito de design concebido pelos investigadores baseia-se inteiramente na elevada dinâmica temporal dos satélites de órbita terrestre baixa. A pergunta chave que fizeram inicialmente foi: como é que os cientistas podem ligar milhares de satélites para alcançar o melhor desempenho de rede possível?

A resposta não é fácil, pois cada satélite não pode ter mais de quatro ligações com outros satélites.

Intuitivamente, pode-se pensar que os satélites ligam-se apenas aos satélites mais próximos. De acordo com os investigadores, no entanto, essa suposição é muito restritiva.

Os satélites poderiam muito bem ligar-se aos satélites que estão mais distantes. Para maximizar a eficiência da transferência de dados, seria realmente mais eficiente se os dados usassem ligações mais longas, mas cruzassem menos nós (satélites). Afinal, o ato de cruzar dados através de um nó também consome recursos, reduzindo assim os recursos disponíveis para outras ligações.

No entanto, a redução do número de nós no caminho para aumentar a eficiência não deve comprometer o comprimento do caminho de ponta a ponta. Caso contrário, isso irá deteriorar a latência. Além disso, é importante que as ligações intersatélites não mudem com demasiada frequência, uma vez que o estabelecer de novas ligações pode demorar dezenas de segundos, durante os quais os dados não podem ser trocados.

A ideia por detrás da abordagem dos investigadores é que as ligações entre os satélites seriam construídas com base em padrões especializados e 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 ligação repete-se em cada satélite da rede, com todos os satélites ligados exatamente da mesma forma e com as conexões a permanecer estáveis ao longo do tempo.

No caso da SpaceX, o novo conceito de design aumenta a eficiência da rede em 54% em comparação com a abordagem atual; para o Kuiper (Amazon), o aumento da eficiência é de 45%.