Para audaciosamente ir onde nenhum protocolo de Internet foi antes

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Vinton Cerf ajudou a criar a internet há 40 anos, e ele ainda está trabalhando para conectar pessoas ao redor do mundo – e fora dela.

A exploração espacial é difícil, até por causa da dificuldade de comunicação. Os astronautas precisam conversar com o controle da missão, idealmente por comunicação por vídeo, e os veículos espaciais precisam enviar de volta os dados que coletam, de preferência em alta velocidade e com pouco atraso possível. No início, as missões espaciais projetaram e carregaram seus próprios sistemas de comunicação distintos; que funcionou bem o suficiente, mas não era exatamente um modelo de eficiência. Então, um dia, em 1998, o pioneiro da internet Vinton Cerf imaginou uma rede que poderia oferecer uma capacidade mais rica para atender ao crescente número de pessoas e veículos no espaço. Nasceu o sonho de uma internet interplanetária.

Mas estender a internet para o espaço não é apenas uma questão de instalar Wi-Fi em foguetes. Os cientistas têm novos obstáculos para enfrentar: as distâncias envolvidas são astronômicas, e os planetas se movem, potencialmente bloqueando sinais. Qualquer um na Terra que queira enviar uma mensagem para alguém ou algo em outro planeta deve lidar com caminhos de comunicação muitas vezes interrompidos.

“Começamos a fazer as contas para os [padrões da internet] que tinham funcionado perfeitamente bem aqui na Terra. No entanto, a velocidade da luz era muito lenta”, disse Cerf sobre seu trabalho inicial com colegas do Grupo de Interesse Especial de Rede Interplanetária. Superar esse problema seria um grande empreendimento, mas este cientista da computação americano e ex-professor de Stanford está acostumado a ajudar a fazer grandes coisas acontecerem.

O TCP/IP não funciona a distâncias interplanetárias. Então nós projetamos um conjunto de protocolos que fazem.

Décadas atrás, Cerf e Robert Kahn — os “pais da internet” — desenvolveram o conjunto de arquitetura e protocolo para a internet terrestre conhecida como Protocolo de Controle de Transmissão/Protocolo de Internet (TCP/IP). Qualquer um que já navegue na web, enviou um e-mail ou baixou um aplicativo tem que agradecer, embora cerf seja rápido para empurrar de volta para o título chique. “Muitas pessoas contribuíram para a criação da internet”, disse ele em sua voz habitual medida.

Para transferir dados na internet da Terra, o TCP/IP requer um caminho completo de roteadores completos que encaminham pacotes de informações através de links como cabos de cobre ou fibra óptica ou redes de dados celulares. Cerf e Kahn não projetaram a internet para armazenar dados, em parte porque a memória era muito cara no início da década de 1970. Então, se um link ao longo de um caminho quebra, um roteador descarta o pacote e, posteriormente, o recomenderá da fonte. Isso funciona bem no ambiente de baixa demora e alta conectividade da Terra. No entanto, as redes no espaço são mais propensas a interrupções, exigindo uma abordagem diferente.

“O TCP/IP não funciona a distâncias interplanetárias”, disse Cerf. “Então, projetamos um conjunto de protocolos que fazem.”

Em 2003, cerf e uma pequena equipe de pesquisadores introduziram protocolos de pacotes. O bundling é um protocolo DTN (Disrupção/rede tolerante a atrasos) com a capacidade de tirar a internet (literalmente) deste mundo. Como os protocolos que sustentam a internet da Terra, o agrupamento é comutado por pacotes. Isso significa que os pacotes de dados viajam de fonte para destino por meio de roteadores que alternam a direção em que os dados se movem ao longo do caminho da rede. No entanto, o agrupamento tem propriedades que a internet terrestre não possui, como nós que podem armazenar informações.

Poderíamos usar a tecnologia da internet para melhorar a comunicação espacial?

Um pacote de dados viajando da Terra para Júpiter pode, por exemplo, passar por um relé em Marte, explicou Cerf. No entanto, quando o pacote chega ao relé, cerca de 40 milhões de milhas para a viagem de 400 milhões de milhas, Marte pode não ser orientado adequadamente para enviar o pacote para Júpiter. “Por que jogar a informação fora, em vez de ficar com ela até Júpiter aparecer?” Cerf disse. Este recurso de loja e avanço permite que os pacotes naveguem em direção a seus destinos um salto de cada vez, apesar de grandes interrupções e atrasos. Seu trabalho mais recente sobre o assunto destaca a aplicabilidade do Loon SDN — tecnologia capaz de gerenciar uma rede que se move no céu — à arquitetura de comunicação espacial de última geração da NASA.

Além da internet interplanetária, Cerf, agora com 70 anos, também se concentra em seu trabalho diário como evangelista chefe da internet para o Google. Este é um título chique que ele abraça, repleto de ânsia de um pregador de espalhar a internet, através do desenvolvimento de políticas globais, para bilhões de pessoas ao redor do mundo sem ela. Ele é ao mesmo tempo ambicioso com ideias sérias, mantendo um lado brincalhão. Embora ele tipicamente ostenta uma barba bem aparada e um terno de três peças – alguns dizem que ele é a inspiração para o arquiteto divino nos filmes matrix – ele uma vez começou um discurso de primeira assinatura desabotoando sua jaqueta e camisa, estilo Superman, para revelar uma camiseta que dizia: “Eu P ON EVERYTHING!”

Quanta Magazine encontrou Cerf pouco depois que ele se recuperou do COVID-19 e pouco antes de sua participação no Fórum Virtual Heidelberg Laureate. A entrevista foi condensada e editada para clareza.

Cerf está entusiasmado em explorar o sistema solar, e ele trabalhou com o Laboratório de Propulsão a Jato, o InterPlanetary Networking Special Interest Group e outros para trazer uma internet tolerante a atrasos para astronautas e computadores no espaço.Eman Mohammed para Quanta Magazine

O que primeiro trouxe a ideia de uma internet interplanetária?

Na primavera de 1998, nove de nós se reunimos no Laboratório de Propulsão a Jato para perguntar: O que devemos fazer em antecipação do que podemos precisar para exploração espacial daqui a 25 anos? Adrian Hooke, que estava na JPL e depois também serviu na sede da NASA, foi o cara que realmente ficou por trás disso e empurrou. Ele faleceu há alguns anos, mas manteve essa equipe unida.

Estávamos explorando o sistema solar há décadas, mas a exploração – tanto tripulada quanto robótica – normalmente envolveu comunicação de rádio, seja direto ponto a ponto ou através do que é chamado de tubo dobrado: um relé de rádio que capta o sinal e o retransmite para melhorar a probabilidade de chegar à Terra.

Nosso grupo perguntou: Poderíamos fazer melhor? Poderíamos usar a tecnologia da internet para melhorar a comunicação espacial, especialmente à medida que o número de naves espaciais aumenta com o tempo, ou à medida que começamos a colocar assentamentos na Lua ou em Marte?

Então, algumas décadas depois de conceber os protocolos de pacotes, a internet interplanetária está funcionando?

Não temos que construir tudo e então esperar que alguém use. Procuramos colocar padrões, como temos para a internet; oferecer esses padrões livremente; e, em seguida, alcançar a interoperabilidade para que as várias nações espaciais pudessem ajudar uns aos outros.

A internet não inventa nem descobre nada. É simplesmente o meio através do qual as pessoas podem fazer um trabalho colaborativo e podem descobrir coisas novas.

Estamos dando o próximo passo óbvio para a infraestrutura de várias missões: projetar a capacidade para uma rede backbone interplanetária. Você constrói o que é necessário para a próxima missão. À medida que as naves espaciais são construídas e implantadas, elas carregam os protocolos padrão que se tornam parte da espinha dorsal interplanetária. Então, quando eles terminam sua missão científica primária, eles são reaproveitados como nódulos na rede backbone. Nós acretamos uma espinha dorsal interplanetária ao longo do tempo.

Essa reformulação já começou?

Em 2004, os rovers de Marte deveriam transmitir dados de volta à Terra diretamente através da rede espacial profunda — três grandes antenas de 70 metros na Austrália, Espanha e Califórnia. No entanto, a taxa de dados disponível do canal foi de 28 quilobits por segundo, o que não é muito. Quando ligaram os rádios, superaqueceram. Eles tiveram que recuar, o que significava que menos dados voltariam. Isso fez os cientistas mal-humorados.

Um dos engenheiros da JPL usou um software protótipo — isso é tão legal! — para reprogramar os rovers e orbitadores a centenas de milhões de quilômetros de distância. Construímos uma pequena internet interplanetária com essencialmente três nós: os rovers na superfície de Marte, os orbitadores e a rede espacial profunda na Terra. Isso tem corrido desde então.

E ficou maior desde então, certo?

Estamos refinando o projeto desses protocolos, implementando e testando-os. Os últimos protocolos estão rodando relés entre a Terra e a Estação Espacial Internacional. Fizemos outros testes muito legais. Uma nave espacial, EPOXI,que estava fora para visitar um par de cometas estava a cerca de 81 segundos de luz de distância da Terra quando nos disseram: “Está tudo bem para nós se você carregar seus protocolos e testá-los naquela espaçonave.” Então nós fizemos isso também.

Fizemos outro teste na ISS onde os astronautas controlavam um pequeno veículo robô na Alemanha. Normalmente, você não faria isso: se você está tentando dirigir um veículo em Marte e leva 20 minutos para o seu sinal chegar lá, você pode girar o volante e, 20 minutos depois, o carro vira e passa por cima de um penhasco. Então, 20 minutos depois disso, você descobre que acabou de perder seu veículo de 6 bilhões de dólares. Funcionou entre a ISS e a Terra porque são apenas algumas centenas de quilômetros. Não é totalmente louco imaginar uma missão onde os astronautas não pousam no planeta. Eles simplesmente orbitam ao seu redor e implantam equipamentos remotos na superfície em tempo real.

Vinton Cerf discusses the challenges of creating an interplanetary internet.
Vídeo: Vinton Cerf discute os desafios da criação de uma internet interplanetária.Eman Mohammed para Quanta Magazine

E a experiência do usuário? Os protocolos de pacote para internet interplanetária sentem o mesmo que o TCP/IP faz para a internet da Terra?

Não demora muito até você não estar mais no modo interativo. Ou você está no modo over-and-out, ou você está no modo hi-this-is-a-nice-video-recording-I-gravado-várias horas atrás, que é como e-mail. Os protocolos foram orientados em torno do reconhecimento de que o atraso elimina a possibilidade de interação. Isso coloca restrições nos projetos de protocolo.

Parece que você resolveu os principais problemas, mas ainda há algum problema para resolver?

Uma coisa é chegar a um acordo sobre o projeto técnico e implementar os protocolos. É outra coisa para usá-los onde são necessários. Há muita resistência em fazer algo novo porque “novo” significa: “Isso pode ser arriscado!” e “Mostre-me que funciona!” Você não pode mostrar isso a menos que você se arrisque.

Estamos trabalhando duro para convencer as pessoas que projetam missões espaciais que o material é adequadamente testado. Foi uma batalha difícil, e ainda há muito a ser feito. Temos que fazer com que as empresas comerciais que apoiam a exploração espacial tenham capacidade fora da prateleira. E temos que conseguir cientistas que projetam missões para dizer: “É disso que somos capazes agora.”

Dessa forma, você pode ser mais ambicioso e tirar vantagem da suposição de que temos uma espinha dorsal interplanetária. Se você começar com a presunção de que não o faz, então você projetará uma missão com capacidade limitada de comunicação.

É doloroso e angustiante perceber que as pessoas vão tomar uma infraestrutura como esta, que tem tanta promessa e entregou tanto, e fazer coisas ruins com ela. Infelizmente, isso é a natureza humana.

A internet interplanetária permitirá novas abordagens para a exploração espacial que possam gerar novas descobertas?

A internet interplanetária é uma infraestrutura destinada a apoiar a atividade interplanetária, que poderia ser pesquisa, mas um dia também poderia ser comercializada. É uma infraestrutura da mesma forma que a internet é uma infraestrutura. A internet não inventa nem descobre nada. É simplesmente o meio através do qual as pessoas podem fazer um trabalho colaborativo e podem descobrir coisas novas.

E na Terra, os protocolos DTN poderiam ser úteis aqui também?

Um engenheiro na Suécia teve a ideia de experimentar protocolos DTN para rastrear renas na Lapônia, onde a tribo Sami vem pastoreando há 8.000 anos. Renas vagam por aí e entram e saem do contato por rádio. É um ambiente imprevisível, que é muito diferente de um ambiente no qual você pode calcular a mecânica orbital e prever os prováveis contatos que podem ocorrer. Essa capacidade oportunista, quando as comunicações são menos previsíveis, é o que está sendo testado na Lapônia.

Além disso, na pesquisa oceânica, você tem instrumentos gerando e acumulando dados sobre a superfície do oceano ou o fundo do mar, mas você não necessariamente tem conectividade contínua com eles. Para observações da Terra, os sensores poderiam varrer uma floresta intermitentemente, mas não ser transmitidos continuamente. Em um ambiente de internet totalmente conectado, você se livra dos dados à medida que os produz. Mas isso não funcionará em um ambiente com conectividade intermitente. Você precisa de um protocolo que diga: “Não entre em pânico! Está tudo bem, apenas segure-se a ele. Além disso, os dispositivos movidos a bateria não devem transmitir constantemente quando poderiam ser mais eficientes.

A capacidade intermitente é bastante útil, especialmente depois de um grande desastre, quando você pode não ter muita capacidade de comunicação. Pode-se usar o DTN em um modo de recuperação rápida, onde os recursos não são suficientes para fornecer cobertura no estilo TCP/IP.

Além de seu trabalho interplanetário na internet, Cerf também é o principal evangelista da internet para o Google, trabalhando para expandir o acesso à internet terrestre.Eman Mohammed para Quanta Magazine

Então faria sentido mudar de TCP/IP para DTN para toda a internet da Terra?

Nós mostramos que você pode fazer os protocolos DTN funcionarem em alta velocidade, mesmo que eles tenham mais sobrecarga do que os protocolos TCP/IP tradicionais. Mas seria muito difícil introduzir DTN em todos os lugares, porque veja quanto TCP/IP existe. Também houve uma evolução no lado da internet para outro conjunto de protocolos chamado QUIC que alcança não apenas taxas de dados mais rápidas, mas também uma recuperação mais rápida de falhas ou desconexões. No entanto, essa evolução não está na direção do DTN.

Por outro lado, para celulares, onde a conectividade ainda é duvidosa, a funcionalidade DTN pode ser muito boa. Estamos agora olhando para a implementação do DTN no ambiente móvel.

Como pai e evangelista da internet, você tem alguma preocupação com sua criação?

O abuso da internet. Desinformação e malware. Ataques prejudiciais. Ataques de phishing. Ransomware. É doloroso e angustiante perceber que as pessoas vão tomar uma infraestrutura como esta, que tem tanta promessa e entregou tanto, e fazer coisas ruins com ela. Infelizmente, isso é a natureza humana.

Precisamos de uma governança adicional no ambiente online, mas isso é difícil. Os chineses construíram um grande firewall e colocaram todas as pessoas dentro dele sob vigilância. Isso não é necessariamente uma sociedade em que o resto de nós quer viver, e ainda temos que lidar com o problema. Como lidamos sem ir a esse extremo? Não tenho uma boa resposta. Quem me dera ter feito isso.

Isso está muito na minha cabeça agora. Na verdade, o material interplanetário é uma mudança refrescante de que, porque lá estamos pensando quase puramente sobre resultados científicos.

FONTE: QUANTA MAGAZINE

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