Disruption Tolerant Networking, o que é?

Reliable Solar System Internet Connection também conhecido como Disruption Tolerant Network (DTN).

A comunicação da terra com qualquer espaçonave é uma missão complexa, envolve amplamente extremas distâncias. Quando o dado transmitido e recebido attravés de milhares a milhões de milhas, o atraso e o potencial para quebra (disrupção) da conexão ou perda de dados é bastante significante. Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN) é a solução da NASA para conexão entre redes para missões no espaço de forma confiável.

Tradução livre de: https://www.nasa.gov/content/dtn

A Lua está em torno de 250 mil milhas de distância e Marte está a 140 milhões de distância na média. Para comunicar através destas vastas distâncias, a NASA gerencia três redes de comunicações compostas de estações terrestres distribuídas e satélites repetidores no espaço para transmissão e recepção que suporta tanto a NASA como missões de outras empresas. Esta e a Rede do Espaço Profundo (Deep Space Network - DNS), a Rede próxima a Terra (Near Eart Network - NEN), e a Rede do Espaçial (Space Network - SN)

Paras missões já realizadas em baixa orbita na terra (Low-Earth Orbit) para o espaço profundo, a NASA tem usado “point-to-point” (conexão direta), ou links simples por chaveadores de dados para comunicar com as espaçonaves; estas operações são bem similares a comunicação por sistemas telefônicos que se conectam diretamente dois nós de comunicação. Enquanto esta abordagem tem sido um sucesso para as missões já realizadas, nas explorações conceitualmente para o futuro será introduzido muito mais necessidades complexas de comunicação, com a transferência de dados entre muitos nós. Estas transmissões será necessária operar como a internet na Terra - Envolvendo muitos saltos (hops) via espaconáveis de chaveamento de dados (relés) e outros nós intermediários, criando a fundação para a Internet do Sistema Solar (“Solar System Internet” - SSI).

Como a internet terrestre, a SSI irá oferecer usos bem definidos, plataformas padronizadas onde será construído uma vasta variedade de aplicações pela seleção de serviços fim a fim. A SSI irá utilizar o pacote de protocolos DTN (Delay/Disruption Tolerant Network), que pode ser usado em alguns senários,incluindo aqueles com tempos maiores que a transmissão da luz (delay) ou frequente perda de link (disruption), onde o protocolo da internet (IP) falha.

Como a DTN funciona

O Protocolo DTN (Disruption Tolerant Network Protocol) irá ativar a Solar System Internet, permitindo que dados sejam armazenados em nós até ser transmitidos com sucesso.

DTN é um modelo de rede computacional e um sistema de regras para transmissão de informações, oferece referência para uma suíte de protocolos, que estende a capacidade da internet terrestre para se comunicar em ambientes desafiantes no espaço onde a internet convencional não funciona adequadamente. Estes ambientes são tipicamente sujeitos a frequente desrupção (corte), links que são limitados em uma direção, possibilidades de longos atrasos e altas taxas de erros.

A Suíte de Protocolos DTN pode operar em conjunto com a Suíte de IP Terrestre ou pode operar de forma independente. DTN provê garantia de entrega de dados usando um mecanismo automático do tipo gravar e enviar (Store-and-forward). Cada pacote que é recebido é formado imediatamente se possível. Mas armazenado para transmissões futuras se não for possível adequadamente mas que seja esperado que seja possível no futuro. Como resultado, somente o próximo salto será avaliado quando usando DTN.

O Suíte DTN também contem gerenciamento de rede, segurança, roteamento e qualidade de serviço (QoS - Quality-of-Service), que são similares as capacidades providas pelo Suíte da internet terrestre.

Porém DTN foi desenvolvido com aplicações espaciais em mente, os benefícios possíveis quando aplicações terrestres são sujeitas a frequentes disrupções e altas taxas de erros são comuns. Alguns exemplos incluem respostas a desastres e redes de sensores sem fio.

• Melhorias na operação e contexto: O mecanismo armazenar e enviar do DTN juntamente com a retransmissão automática provê mais detalhes sobre eventos durante as interrupções de comunicação que ocorrem como resultado da troca ou transferências entre estações terrestres e em condições atmosféricas pobres, e reduz de forma significante a necessidade de agendamento das estações terrestres para enviar ou receber dados, que pode muitas vezes exigir até 5 dias de planejamento antes da transmissão se efetivar.
• Interoperabilidade e Reuso: A Suíte de protocolo padronizado habilita a interoperabilidade de estações terrestres e espaçonaves operadas por alguma agencia especial ou entidade privada com ativos espaciais. Ela também permite a NASA usar o mesmo protocolo de comunicação para futuras missões (de baixa orbita terrestres, orbita aproximada ou espaço profundo - low-Earth orbit, near-Earth orbit or deep space)
• Eficiência, Utilização e Robustez do Link Espacial: DTN permite transmissões de dados mais eficientes e confiáveis resultando em uma banda mais útil. DTN também melhora a confiabilidade por ter múltiplos caminhos de redes e ativos para um potencial salto (pontos) de comunicação.
• Segurança: O Pacote de segurança do protocolo DTN (DTN Bundle Protocolo Security) permite checagem de integridade, autenticação e criptografia,
• Qualidade de Serviço (QoS): O Suíte do Protocolo DTN permite muitos níveis de prioridade aser definido para diferentes tipos de dados, assegurando que o dado mais importante seja recebido na frente do dado sem importância.

O Futuro do DTN

O Suíte de protocolos DTN está em desenvolvimento pelo projeto DTN da NASA Advanced Exploration Systems (AES) (NASA Advanced Exploration Systems (AES) DTN). A equipe AES DTN é também suporte para a padronização do DTN tanto pelo Comite Consultivo para Sistemas de Dados Espaciais (Conultative Committee Space Data Systems - CCSDS) e a Engineering Task Force (IETF) e todos os protocolos DTN que serão padrões internacionais abertos, suportado por softwares Open-Source. Várias implementações DTN existem e estão publicamente disponíveis, incluindo a implementação da nada do Interplanetary Overlay Network (ION).

Em Maio de 2016, a Estação Espacial Internacional (ISS), implementou um serviço de DTN institucional para suporte a cargas úteis. A implementação do DTN Institucional da ISS aperfeiçoa imensamente a confiabilidade da transmissão de dados de carga útil cientifica e reduz a sobrecarga operacional e planejamento, e prove uma arquitetura para suporte para missões de suporte, enquanto avança a tecnologia DTN para suportar o futuro do SSI.

Várias outras missões da NASA tem usado DTN, tais como o experimento Deep Impact Networking (DINET), A Missão 1 de observação da Terra (EO-1) e a demonstração de comunicação lunar através de Laser (LLCD), e muito mais está sendo visto para o DTN no futuro. Como resultado, a equipe AES DTN está trabalhando com o programa Comunicação Espacial e Navegação (Space Communication and Navigation - SCaN) para integrar o DTN com redes de comunicação da NASA, incluindo o DSN, NEN e SN, para dar suporte a futuras missões. A equipe AES DTN está também trabalhando com o grupo especial de interesse em Redes InterPlanetárias (InterPlanetary Networking Special Interest Group - IPNSIG) para ajudar a fazer o SSI real.

Mais sobre Redes Tolerantes a Disrupção (Disruption Tolerant Networking)

• Página da DTN TechPort
• Junho de 2016 - New Solar System Internet Technology Debuts on the International Space Station
• Dezembro de 2013 - Disruption Tolerant Networking Experiments with Optical Communications

Additional Information:

• DTN Tutorial
• CCSDS Bundle Protocol Specification
• Licklider Transmission Protocol for CCSDS
• CCSDS Solar System Internetwork (SSI) Architecture
• Rationale, Scenarios, and Requirements for DTN in Space
• Bundle Protocol Specification RFC5050

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