À medida que os céus se enchem de corpos celestes feitos pelo homem, existe uma oportunidade de religar o mundo. Exceto que, dessa vez, não precisaremos de fios.

Com o Google se tornando uma parte intrínseca de todas as jornadas da Internet, a empresa enfrentou um problema invejável - estava ficando sem novos usuários da Internet para monetizar. Cheia de dinheiro e ambição, a empresa deu início a vários projetos para conectar o mundo.

Alguns, como o Google Fiber, estagnaram. Outros, como o Projeto Taara, ainda estão em andamento. Outros mais, como um plano para conectar o mundo por balão, voltaram à Terra e foram fechados.

Mas de suas cinzas, uma nova empresa espera ajudar a terminar o trabalho.

Em 2022, o Google lançou a nova startup Aalyria para desenvolver duas tecnologias que ajudarão a conectar o mundo. Para entender mais, conversamos com os CTOs de cada uma.

O assunto apareceu na edição 50 da DCD Magazine. Leia gratuitamente aqui.

Um SDN planetário

À medida que buscamos conectar bilhões de pessoas a mais e aumentar a cobertura para os já conectados, o setor de telecomunicações terá que olhar além das torres de celular e fibra para mover ativos nos céus.

“A altitude permite que você troque pela densidade populacional”, explicou o CTO da Spacetime, Brian Barritt. “Quanto mais baixo for um transmissor, mais megabits por segundo, o que é bom para densidades populacionais mais apertadas. Você aumenta essa transmissão, cobre mais área, mas são os mesmos megabits por segundo - então agora suporta uma densidade populacional menor”.

“As densidades populacionais são aglomeradas, irregulares e abrangem cinco ordens de magnitude em toda a superfície da Terra. Então eu acho que se presta a um mundo que terá cinco ordens de magnitude de altitude. Pense em torres, estações de plataforma de alta altitude (HAPS), órbita terrestre baixa (LEO), órbita terrestre média (MEO) e órbita terrestre geoestacionária (GEO)”.

“Em algum momento, precisaremos de todos os itens acima”.

O roteamento entre todas essas camadas de objetos em movimento introduz um nível totalmente novo de complexidade, especialmente quando você adiciona conectividade a aviões e navios.

“A ideia por trás do Spacetime era 'e se a malha de rede não incluísse exclusivamente apenas links físicos estáticos? E se fosse o conjunto de todos os elos possíveis que podem existir no espaço e no tempo?”.

Construído a partir do sistema de roteamento Minkowski para Loon, o Aalyria prevê uma rede de satélites e outros objetos em movimento entrando e saindo da conectividade entre si, estações terrestres e terminais de usuário. A rede não é mais um ativo fixo, mas um que muda tanto de localização quanto ao longo do tempo.

“Todos eles estão mudando sua posição materialmente para a rede. As possibilidades podem ser enormes, um gráfico gigante em escala de teia de dezenas de milhões de pares possíveis”, disse Barritt.

Além de tentar descobrir a melhor rota, o Spacetime pode configurar o apontamento e a direção de antenas direcionáveis, bem como configurar rádios e canais para criar links físicos alternativos. “Então, do conjunto de todas as coisas possíveis que poderiam existir no universo da rede, quais elos físicos devem ser trazidos à existência em que intervalo de tempo?”.

Resolver tudo isso é “muito intensivo em termos de computação”, disse Barritt. A empresa está constantemente calculando as rotas atuais e potenciais de seus clientes, ajustando se a previsão do tempo prevê chuva em regiões onde, de outra forma, dependeria de frequências sensíveis à precipitação.

“Modelamos as propriedades orbitais do satélite, calculamos os parâmetros de movimento e fazemos modelagem de propagação de sinal sem fio em diferentes atmosferas”, disse Barritt.

Sempre que possível, ele tenta perscrutar o futuro, ajudando a pré-agendar transferências e alterações de roteamento. “Mas quando você tem uma coisa inesperada, como alguém de repente pede uma nova rota entre dois nós ou de repente remove um satélite da rede, o mecanismo de resolução não precisa modelar tudo, apenas o [novo elemento]”.

Para satélites, em que as rotas orbitais geralmente são bastante previsíveis, o sistema pode planejar com bastante antecedência. Ao tentar se conectar a uma aeronave pilotada por humanos, ele pode ver alguns segundos à frente – “apenas o tempo suficiente antes que a ponta da asa da aeronave quebre o feixe, podemos iluminar o novo caminho”.

Isso, acredita Barritt, ajudará a levar a “uma mudança fundamental de uma rede, de uma rede geoestacionária para uma em que a própria infraestrutura está se movendo”.

Mas, para fazer isso, também será necessário um novo hardware capaz de enviar grandes quantidades de dados por grandes distâncias.

Vendo a luz

O segundo grande projeto de Aalyria é anterior ao seu tempo no Google, que remonta à virada do século. “Já em 2002, os Laboratórios Lawrence Livermore pilotavam ER-2s [aviões de alta altitude] com conectividade terra-ar a 20 gigabits”, disse o CTO da Tightbeam, Nathan Wolfe.

“Eles saíram do Lawrence Livermore e se tornaram um grupo chamado Sierra Photonics e, finalmente, foram adquiridos pelo Google [em 2014]”.

A empresa percebeu que, embora o que se tornaria o Spacetime ajudasse a conectar ativos como o Loon de forma inteligente, “uma solução de cérebro sem conectividade não é necessariamente tão útil”, disse Wolfe.

“Tivemos que mover bytes de um ponto para o outro, em velocidades na escala do Google. Essa é uma palavra muito pesada - porque, até você trabalhar no Google, você realmente não entende o que é escala”.

O que a equipe do Livermore, e depois do Google, estava trabalhando era óptica de espaço livre - essencialmente lasers irradiados através do meio circundante, em vez de algo como fibra.

Empresas e pesquisadores há muito veem a óptica do espaço livre como uma forma de melhorar drasticamente a conectividade global, mas a maioria das abordagens depende de luz não coerente - incluindo o Projeto Taara do Google - com dados codificados na amplitude da fonte de luz que envia o sinal.

É aqui que Aalyria acha que pode mudar o jogo, com um sistema de luz coerente em que os dados são codificados na fase. “Com o não coerente, você está contando com muita amplitude para um e muito pouca amplitude para zero, mas a atmosfera gosta de brincar com isso - basta olhar para as estrelas e vê-las brilhar”, disse Wolfe.

Com luz coerente, o sistema Tightbeam da Aalyria é “capaz de executar 400 canais Gig hoje - se precisarmos, podemos executar quatro canais a qualquer momento. Podemos ir a quatro canais de 100 Gig, ou podemos ir a um de 400. Ou, em última análise, poderíamos usar quatro canais de 400 Gig, o que seria um sistema full duplex de 1,6 terabytes - o marketing chamaria isso de 3,2 terabytes”.

A empresa atualmente opera um link de teste entre suas instalações em Livermore e Mount Diablo. “Essa é uma ligação de ida e volta de 60 quilômetros e à noite fechamos essa ligação em cerca de 125 miliwatts”, disse Wolfe. “Para colocar isso em contexto, a luz noturna em seu corredor é normalmente uma luz de dois watts, então cerca de 1/16 da potência de sua luz noturna se aproxima de 100 gigabits, taxa de erro de pacote próxima de zero”.

Como o nome Tightbeam sugere, a óptica de espaço livre também é uma conexão em linha reta. Ao contrário da radiofrequência (RF), que envia dados através de um amplo arco, o espaço livre é mais eficiente e mais difícil de interceptar.

A desvantagem é que, pelo menos por enquanto, é um sistema um-para-um, com uma abertura Tightbeam conversando com outra abertura a qualquer momento. “Se você quer ir de um avião para outro, precisa ter uma abertura para falar com o solo e outra para falar com outra coisa”, disse Wolfe. “Existem maneiras de fazer abordagens phased array e multi-abertura, mas elas não tendem a funcionar com luz coerente”.

No entanto, com algumas das raízes do projeto em Loon, Wolfe observou que as aberturas tiveram que ser desenvolvidas com a possibilidade de “cair em uma fazenda no Cazaquistão, em que você não pode recuperá-lo, então teve que ser em um ponto de custo em que não nos importamos”.

Quando estava no Google, a equipe “pensou em testá-lo dentro do Data Center”, disse Wolfe. “Por exemplo, conectar diferentes Data Halls com fibra de vários terabits leva tempo”.

“Ou conectividade entre edifícios ou conectividade com a área metropolitana. Talvez nem sempre seja tão primário, mas certamente é um backup razoável para se ter em vigor”.

A empresa ainda pode explorar esse mercado, mas está focada principalmente em um objetivo mais amplo: “Adoraríamos quebrar a economia da conectividade, especialmente do solo para o espaço”, disse Wolfe.

“Se você olhar para a arquitetura das estações terrestres hoje, para obter 60 gigabits para uma órbita GEO e MEO são necessárias três ou quatro estações terrestres diferentes localizadas a dezenas ou centenas de quilômetros de distância ... Essas estações terrestres custam cerca de 20 milhões de dólares (111 milhões de reais) para serem construídas, mais 10% do custo anual de manutenção”.

“Você poderia eliminar a maioria deles e ir para o terminal óptico e aumentar sua taxa de dados, potencialmente até a faixa de terabit”.

A empresa espera fazer o que a SpaceX fez para levar satélites ao espaço para conectar esses satélites ao solo - anunciando um acordo com a operadora de frota de satélites Intelsat para criar “cabos submarinos no espaço”, capazes de centenas de gigabits por segundo.

Com novas mega-constelações LEO como o Starlink, “você poderia colocar bilhões de pessoas a mais na Internet, mas o problema é que você precisa ser capaz de alimentar essa constelação”, disse Wolfe.

“No momento, essas constelações são limitadas pela conectividade de RF que as estações terrestres podem fornecer a essas constelações, estamos falando de elevar esse teto de conectividade. Imagine se você pudesse colocar um gigabit no espaço - o que isso faria com a conectividade global?”.