Verificación y análisis funcional de algoritmos de enrutamiento para instrumentos satelitales distribuidos

Abstract

El sector espacial se enfrenta a una evolución sin precedentes hacia plataformas satelitales distribuidas que, a pesar de estar compuestas por vehículos espaciales con recursos limitados, pueden ofrecer resultados de misión similares a los esperados de plataformas de gran tamaño. En el caso de la CONAE -la Agencia Espacial Argentina- este concepto se plasma en la “arquitectura segmentada”, que está en sintonía con el programa de lanzadores Tronador que se está desarrollando en ese país. Entre los muchos retos que impone una arquitectura distribuida de satélites, esta tesis se centra en los mecanismos de red encargados de decidir las rutas de reenvío óptimas para encaminar los datos en un sistema compuesto por enlaces espacio-tierra y espacio-espacio. En efecto, el reducido número, tamaño, peso y potencia de las naves espaciales constituyentes, pequeños y nano-satélites, combinado con la dinámica orbital rápidamente cambiante, hace que las oportunidades de transferir datos (contactos) estén limitadas en el tiempo. Como resultado, los satélites necesitan calcular rutas basadas en contactos que tengan en cuenta el almacenamiento temporal de datos en nodos intermedios: un paradigma de red conocido como Red Tolerante al Retraso (DTN) [1]. El principal aporte de esta tesis es la implementación y evaluación del mecanismo de enrutamiento DTN más avanzado, conocido como Contact Graph Routing (CGR) [2]. Desarrollado y validado en vuelo por el JPL (NASA), CGR es el esquema de enrutamiento punta de lanza para futuras arquitecturas distribuidas con enlaces retrasados/interrumpidos. Sin embargo, ha sido criticado por su complejidad y limitada escalabilidad. Este trabajo es el primero en implementar y evaluar el rendimiento de CGR en un ordenador de vuelo NanoMind A712c diseñado para nano-satélites disponible en los laboratorios del Instituto Gulich en CONAE. Los resultados proporcionan una valiosa evidencia de las limitaciones de las topologías de flota que pueden ser consideradas para futuras arquitecturas segmentadas basadas en nano-satélites. También motivan futuras investigaciones para mejorar la escalabilidad y eficiencia computacional de CGR, un sector activo en la comunidad de redes espaciales. Los resultados obtenidos en esta tesis se han publicado en la conferencia SmallSat 2020 [3] con escrutinio y comentarios positivos de destacados revisores del sector. xvii