Damit die Kommunikation mit den Astronauten aufrechterhalten bleibt

«Ich kann Ihnen nicht viel präsentieren, aus­ser das ausgedruckte Exem­­­plar und meinen Laptop», lautet die bescheidene Antwort von Michael Stadler auf die Frage, was die «Freiburger Nachrichten» von seiner Bachelorarbeit ablichten könnten. In der Tat sind es nur die zwei Dinge, die seine Arbeit physisch darstellen. Die Geschichte hinter diesen zwei Gegenständen ist jedoch faszinierend.

NASA als Auftraggeber

Alles habe mit dem Vorbereitungskurs für die Bachelorarbeit begonnen, erzählt Stadler aus St. Antoni, der seinen Bachelor in Informatik an der Hochschule für Technik und Architektur HTA in Freiburg absolviert hat. «Die Weltraumbehörde NASA entwickelte ein System, mit dem das Internet auf den Weltraum ausgeweitet werden kann. Es weist jedoch noch Probleme auf, denn die Konfiguration ist komplex», erklärt der 27-Jährige.

Innerhalb des Semesterprojektes sei es das Ziel gewesen, diese Schwachstellen zu erörtern und Lösungsvorschläge zu erarbeiten. Um die Fehler zu finden, musste er dieses interplanetare Internet zum Laufen bringen, was ihm nach ganzen acht Wochen jedoch nicht gelang. Er reiste daraufhin für elf Wochen in die Vereinigten Staaten, wo er das Netzwerk innerhalb von zwei Wochen installieren konnte. «Um das Projekt auf eigene Faust zu erarbeiten und um für die NASA das interplanetare Internet zu analysieren, arbeitete ich am kalifornischen Jet Propulsion Laboratory der NASA», erzählt Stadler.

Das Netz einfach erklärt

Jenes Internet, das auf der Erde genutzt wird, könne leider nicht direkt auf den Weltraum ausgeweitet werden, erklärt Stadler. «Immense Distanzen müssen überwunden werden, und dadurch, dass sich die Planeten bewegen, sind Kommunikationspfade zeitweise unterbrochen.» Dies führe zu Verzögerungen, Unterbrüchen und sogar Datenverlusten, was die Kommunikation der NASA mit den ins Weltall versendeten Maschinen oder Astro­nauten enorm erschwere.

Jedes Netzwerk besteht aus verschiedenen Architekturschichten. Die NASA entwickelte deshalb eine weitere Schicht, die die herkömmliche Internetarchitektur aufstockt und auf das Weltall erweitert. «Sie nennen es das verzögerungs- und unterbrechungstolerante Netzwerk, auf Englisch kurz DTN. Das Architekturproblem ist damit eigentlich gelöst, doch sind die Sicherheitsaspekte nicht zu unterschätzen. Die Daten müssen verschlüsselt werden, damit sie geschützt sind, besonders vor Hackerangriffen», erklärt Michael Stadler. So werden in einem Netzwerk Schlüssel zwischen den Teilnehmern ausgetauscht, damit eine verschlüsselte Kommunikation zustande kommen könne.

Es stellte sich aber bald heraus, dass die Zeitfenster im Weltall, aufgrund der Verzögerungen und Unterbrechungen, zu kurz sind, um die Schlüssel zuerst auszutauschen, bevor die eigentliche, verschlüsselte Nachricht versandt wird. Eine Kommunikation ist somit nicht mehr möglich. «Um dieses Problem zu umgehen, werden alle Kommunikationsteilnehmer schon vor der Kontaktaufnahme mit den notwendigen Schlüsseln versorgt. Das Problem des zu kleinen Zeitfensters ist in der Theorie gelöst, und die verfügbare Zeit sollte somit effizient genutzt werden können», so Stadler. An dieser Stelle nun begann seine umfangreiche Bachelorarbeit: Er erstellte die Dokumentation des DTN von der Installation bis zur Anwendung. Diese hatte von Beginn an gefehlt und erklärt die Startschwierigkeiten mit dem DTN. Zusätzlich programmierte er eine Computersimulation des Netzwerkes und testete damit das Konzept des Schlüsselaustausches auf seine Funktionen und Schwachstellen hin.

Auf alles vorbereitet sein

Die Simulation auf seinem Computer besteht zum einen aus einer Excel-Datei, zum anderen aus einem selbst entwickelten Programm. Zusammen sind sie ein Paradebeispiel für Fachchinesisch, doch hat Michael Stadler die Fähigkeit, seine komplexe Arbeit einem Laien auf einfache Weise näher zu bringen: «Das Netz besteht aus verschiedenen Knoten. Es gibt solche, die können ausfallen und der Kommunikationsstrang geht dennoch weiter. Aber es gibt auch solche, die die Verbindung kappen können. Mittels der Excel-Tabelle habe ich versucht, alle Szenarien zu visualisieren, um zu zeigen, wie sich das System in der Theorie verhält. Mit dem programmierten Netzwerksimulator habe ich schliesslich alle Fälle getestet, indem ich virtuelle Netzteilnehmer schuf und an sie die nötigen Schlüssel verteilte. Es funktionierte und bestätigte somit meine Theorie aus der Excel-Datei», erklärt er zufrieden. Das von ihm verfasste Installationshandbuch, die Dokumentationen sowie die Programme werden nun in der NASA für weitere Ausarbeitungen und Forschungen des interplanetaren Netzwerkes genutzt.

Viel Bürokratie

Er habe ausser seines Laptops keine zusätzlichen Geräte benötigt, um seine Bachelorarbeit zu erstellen. «Ich hätte eigentlich auch in der Schweiz bleiben können, doch diese Geschichte hört sich besser an», sagt Stadler mit einem Grinsen. Das Arbeitsklima im kalifornischen Labor habe ihm sehr gut gefallen, und auch alle Mitarbeiter in seinem Umfeld seien nett und offen gewesen. «Am meisten hat mich das Labor beeindruckt. Überall und in jeder Ecke konnte man Maschinen und Geräte sehen, die schon im Weltraum gewesen waren oder es bald einmal sein werden, wie beispielsweise einen Mars-Rover. Dies war schon ein cooles Erlebnis», erzählt er. Doch die Bürokratie, die er durchlaufen musste, bis er überhaupt an seinem Arbeitsplatz arbeiten durfte, sei enorm aufwendig gewesen. «Ich musste unglaublich viele Verträge lesen und unterschreiben. Ich bemerkte, dass in Amerika die Angst vor einer Klage nicht nur ein Märchen ist.» Nach einer ereignisvollen Arbeitsphase darf Michael Stadler nun seine Bachelorarbeit vorstellen, und zwar morgen Freitag an der Ausstellung der verschiedenen Bachelorarbeiten aller Studiengänge der HTA in Freiburg.

Hochschule für Technik und Architektur, Perolles 80, Freiburg. Ausstellung der Bachelorarbeiten, Fr., 1. September von 16.30 bis 21 Uhr statt. Mehr Informationen unter: www.hta-fr.ch