Het heelal geeft de hele aarde snel internet

50 jaar na de uitvinding ervan gaat internet nu de ruimte in. Daar kunnen data veel sneller worden verstuurd, zodat we hier beneden twee keer zo snel internet krijgen. En zelfs de meest afgelegen gebieden op aarde krijgen dekking.

50 jaar na de uitvinding ervan gaat internet nu de ruimte in. Daar kunnen data veel sneller worden verstuurd, zodat we hier beneden twee keer zo snel internet krijgen. En zelfs de meest afgelegen gebieden op aarde krijgen dekking.

Het is 29 oktober 1969, 22.30 uur. De onderzoeker Leonard Kleinrock tekent aan: ‘Sprak met SRI. Host to Host.’

Hij had een bericht van de ene naar de andere computer weten te sturen, en dat was niet zomaar wat – het was het eerste bericht dat ooit tussen twee computers werd verzonden op ARPANET: de eerste voorloper van internet, dat dit jaar 50 wordt.

In de loop der jaren heeft internet zich over de hele wereld verspreid via een groot netwerk van routers en kabels. En nu gaat internet de ruimte in. Het ruimtevaartbedrijf SpaceX zond dit jaar 60 internetsatellieten naar een hoogte van 400 kilometer boven de aarde.

Deze luiden een nieuw tijdperk in de geschiedenis van internet in. Met duizenden tegelijk moeten ze de hele wereld een internetverbinding geven die gegevens met bijna de lichtsnelheid kan verzenden.

Maar ingenieurs denken nog verder: er moet een internetverbinding op de maan tot stand worden gebracht, en op termijn moet internet zich zelfs over het hele zonnestelsel gaan uitstrekken, tot aan ruimtevaartuigen op expeditie en bases op Mars aan toe.

Radio, stroom en licht sturen data

Draadloos internet is al heel gewoon, maar het werkt niet zonder fysieke infrastructuur: miljoenen routers en kabels. Kabels vormen een soort wegennetwerk en routers wijzen de gegevens de weg op ‘kruispunten’, zodat ze van gebruiker naar server gaan.

Computergegevens bestaan uit reeksen enen en nullen, die overeenkomen met de contacten in een circuit die aan- of uitstaan. Enen en nullen staan voor verschillende dingen; 01100001 betekent bijvoorbeeld ‘a’.

Deze reeksen kunnen worden ‘vertaald’ in andere fysieke vormen, zoals radiogolven, die niet aan- en uitgaan maar in onder meer sterkte en frequentie variëren.

Radiogolven verzenden de gegevens van een draadloze interneteenheid naar bijvoorbeeld de router in je woonkamer. Die vertaalt de gegevenscode in stroom die in sterkte varieert, of in licht dat aan- en uitgaat, afhankelijk van de drager: kabels van koper of glasvezel.

Via de kabels gaan de gegevens naar een internetprovider en door naar de snelwegen van internet, waar krachtigere routers de weg wijzen.

De routers werken met kabels en hebben ieder een zogeheten routingtabel, die de routes van de kabels toont. De routers lezen de bestemming van elk bericht van de gebruiker af en beslissen via welke kabel ze het verzenden.

Zo worden gegevens steeds een stukje doorgestuurd naar de server met de bestanden die de gebruiker opvraagt.

De ruggengraat van internet

Niet alle internetkabels zijn volledig parallel. De hoofdverkeersaders steken oceanen over en worden wel de ruggengraat van internet genoemd.

Deze bestaan uit glasvezelkabels. De glasvezel­geleiders in de kabel zijn zo dun als een mensenhaar en dragen de gegevens over in de vorm van lichtpulsen. De kabels op de oceaanbodem zijn omwikkeld met staal en kunststofisolatie, onder meer om ze tegen haaien te beschermen, die erin bijten.

In 1988 werd de eerste trans-Atlantische glasvezel­kabel gelegd. En eind 2019 komt er een nieuwe grote kabel bij die gegevens 12.800 kilometer tussen Hongkong en Los Angeles transporteert.

Deze kabel, Pacific Light Cable Network (PLCN), kan wel 80 miljoen HD-videoconferenties tegelijk streamen. De PLCN brengt het totale aantal onderzeese kabels ter wereld op bijna 400.

Gegevens reizen met lichtsnelheid

Internetkabels dekken al veel plaatsen op aarde, maar niet alle. Fysieke kabels vormen ook een snelheidsbeperking, omdat het glas in de kabels de lichtpulsen vertraagt.

Om die reden sturen technici gegevens de ruimte in. Hier is niets wat het licht vertraagt, dus het kan onbelemmerd reizen tussen satellieten en naar elke plaats met een ontvanger.

De snelheid van het licht in een vacuüm – zoals in de ruimte – is 1.080.000.000 km/h. Dat is wel 360.000.000 km/h sneller dan de maximale snelheid in het glas dat in glas­vezelkabels op aarde zit. Gegevens kunnen in principe wegsuizen met een snelheid tot aan de limiet van het heelal.

SpaceX is al ver met deze ontwikkeling. Het ruimtevaartbedrijf is van plan om zeker 10.000 satellieten in een baan rond de aarde te sturen, op 300 tot 1300 kilometer hoogte, met een veel grotere dichtheid dan gewone communicatiesatellieten.

Samen moeten ze een hecht, wereldwijd netwerk vormen. Zo zal er vrijwel altijd een meer rechtstreekse route door het netwerk van de zender naar de ontvanger zijn dan via kabels, die niet om de geografie van de aarde heen kunnen.

Bandbreedte is de hoeveelheid bits die elke seconde wordt verzonden, en latentie is de tijd die dezelfde bits nodig hebben om van de zender naar de ontvanger te gaan. Het nieuwe satellietnetwerk kan een latentie tussen Londen en Singapore halen van circa 90 milliseconden, de helft van grondgebaseerd internet.

In de financiële sector is latentie cruciaal voor de handel in aandelen. En bij chirurgie op afstand kan de nieuwe oplossing levens redden.

Ruimtebedrijf SpaceX wil duizenden satellieten naar 300 tot 1300 kilometer hoogte sturen. In een fijnmazig netwerk kan elke satelliet gegevens van de aarde ontvangen, omzetten in lichtcodes en als laserpulsen naar andere satellieten sturen. Zo kunnen gegevens dus vrij bewegen met bijna de lichtsnelheid in het vacuüm. Daarmee kunnen bestanden twee keer zo snel reizen als via de kabels die we vandaag de dag op aarde gebruiken.

©

Golven vertrekken

In San Francisco stuurt een antenne gegevens in de vorm van radiogolven naar een satelliet, die ze omzet in lichtpulsen en naar de volgende satelliet stuurt. Het is te vergelijken met een morsecode: elke lichtpuls is een code voor een databit.

©

Directe routes

Vier laserlinks lopen er vanuit elke satelliet naar de satellieten voor, achter en opzij. De link naar de parallelle banen is verschoven om meer directe dataroutes tussen oost en west te genereren, waar het drukste dataverkeer is.

©

De snelste weg

Satellieten maken een paar keer per seconde nieuwe berekeningen met een algoritme dat voor elke satelliet de snelste route naar de bestemming vindt via de satellieten eromheen. Zo arriveren de gegevens na 46 milliseconden in Londen.

Internetdekking voor zonnestelsel

Maar de plannen van de ingenieurs gaan nog verder dan de aarde en de nabije ruimte. De bedrijven Nokia en Vodafone willen de maan in 2019 al 4G-dekking bieden, zodat twee rovers HD-video vanaf de maan naar de aarde kunnen streamen.

En NASA werkt hard aan de volgende technologische stap: DTN (Delay/Disruption Tolerant Networking). Daarmee worden de gegevens via verschillende tussenstations naar de ruimte verzonden (tot dusver is er doorgaans één directe verbinding tussen de antenne op aarde en een ruimtevaartuig).

DTN werkt dus net zoals internet op aarde, maar dan met ruimtevaartuigen, satellieten, sondes, bases of ruimtestations als tussenstation – de ‘routers’ en de ‘kabels’ van de ruimte. Als de gegevens niet doorkomen vanwege de barre omstandigheden in de ruimte, stuurt het nieuwe systeem ze verder zodra de gelegenheid zich voordoet.

Internet zal dus niet alleen de aarde en de nabije ruimte bestrijken, maar reiken tot de grens van het zonnestelsel. Dat betekent dat astronauten op een ruimte-expeditie of de bewoners van een potentiële toekomstige Marsbasis kunnen surfen op hetzelfde internet als de achterblijvers op aarde.