Estrategias de ruteos centralizados para redes espaciales tolerantes a demoras

Título: Estrategias de ruteos centralizados para redes espaciales tolerantes a demoras

Autor: Elías Lihue Gasparini

Director: Dr. Juan Andrés Fraire

Fecha y horario: martes 15 de diciembre, 09:00 horas

Dirección de la plataforma de la reunión: https://meet.google.com/mgf-bnxn-pji

Resumen: Las redes espaciales en órbita cercana a la tierra y en espacio profundo presentan características particulares respecto a las redes terrestres de Internet, lo que requiere de un abordaje distinto al problema del enrutamiento de datos. En particular, la dinámica orbital de los nodos, los recursos limitados en los satélites, las demoras e interrupciones en las transmisiones, la falta de conectividad parcial o total de origen a destino, entre otros, agregan una complejidad adicional a la hora de determinar y seleccionar una ruta. Por otro lado, la posibilidad de anticipar los cambios en la topología de la red, guiada por trayectorias predecibles de los nodos espaciales, habilita el uso de valiosa información para precomputar las rutas entre ellos. En este marco, el protocolo Contact Graph Routing (CGR), desarrollado y mantenido por el laboratorio JPL, NASA, se enfoca en realizar el cálculo de las rutas a bordo de los satélites, y así permitir el uso de información actualizada para tomar decisiones de enrutamiento adecuadas. Sin embargo, las computadoras de a bordo cuentan con un reducido poder de cómputo y energía, lo que limita severamente la escalabilidad del enfoque actual en el estado del arte. Más aún, realizar un seguimiento riguroso y entender el por qué de las decisiones que toman los satélites en órbita de manera autónoma no es sencillo. Esto ha motivado a la industria espacial más conservadora a demandar soluciones alternativas. En este trabajo se atiende esta demanda por medio de un análisis comparativo del enfoque distribuido de CGR y una primera versión centralizada del mismo. En base a esta, se estudia el cómputo en tierra de todas las rutas posibles que cada satélite pueda llegar a necesitar en un momento dado, relajando la necesidad de cómputo a bordo. La contraparte de esta propuesta es que el tiempo de cómputo puede resultar excesivo aún en tierra y que muchas de estas rutas posiblemente nunca se utilicen en órbita, lo cual resulta en una sobrecarga de la red, así como en un uso innecesario de memoria y energía. Mostraremos la necesidad de un procesamiento paralelizado para redes de tamaño considerable y discutiremos sobre el valor de una predicción acertada del tráfico futuro en la red. Dadas estas condiciones, el enfoque centralizado puede llegar a obtener ventaja en el aprovechamiento de los recursos sin la penalidad de una gran carga de almacenamiento. La contribución de este trabajo es, por lo tanto, una metodología acompañada de un conjunto de métricas que permiten medir este compromiso entre ambos enfoques. Además, se implementa una extensión de un simulador que permite analizar las contribuciones mencionadas a partir de su aplicación en diversos casos de estudios, algunos generados aleatoriamente y otros obtenidos de redes espaciales basadas en parámetros orbitales reales.