Roteamento distribuído para Satélites de baixa órbita através do protocolo GPSR

Apresentação de seminário da disciplina de Redes sem Fio durante doutorado em Ciência da Computação da UFMG. Trabalho sobre roteamento em constelações de satélites de baixa órbita.

Transcript

1. Roteamento distribuído para Satélites de baixa órbita através do protocolo GPSR Gustavo Pantuza 2025 Projeto da disciplina Redes Sem Fio 1 pantuza@dcc.ufmg.br
2. Agenda 1. LEO (low earth orbit) 2. Roteamento em redes de satélites 3. GPSR 4. Trabalhos relacionados 5. Simulador 6. Experimentos 7. Resultados (em progresso) 8. Trabalhos futuros 9. Referências 2
3. LEO - Low Earth Orbit • Órbitas baixas da Terra • De 160 km até 2.000 km • 7.8 km/s • Ou 28.000 km/h 3
4. LEO - Low Earth Orbit • Starlink • Iridium • Telesat 4
5. Roteamento em redes de satélites 5
6. AODV - Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing ◦ Em satélites a vizinhança pode mudar muito ◦ Usa broadcast para descoberta de vizinhança ◦ Muito overhead durante sondagem [1] ns-3-leo: Evaluation Tool for Satellite Swarm Communication Protocols [9] Ad-hoc on-demand distance vector routing 6
7. DTN - Delay Tolerant Networking [8] Topological design and routing for low-Earth orbit satellite networks 7 ◦ Tolera longos delays ◦ Projetado para comunicação espacial, não somente LEO ◦ Armazena tudo em um nó até que encontre um enlace válido para encaminhar ◦ Alta necessidade de armazenamento
8. OSPF - Open Shortest Path First [4] Distributed On-Demand Routing for LEO Mega-Constellations: A Starlink Case Study [10] OPSPF: Orbit Prediction Shortest Path First Routing for Resilient LEO Satellite Networks 8 ◦ Utiliza o estado do enlace (link-state) porém em uma rede muito dinâmica ◦ Prediz as posições dos satélites e constrói o grafo ◦ Computa o caminho mínimo momentâneo ◦ Eventualmente sonda os estados dos links (LSA - link state advertisement)
9. GPSR 9
10. GPSR - Greedy Perimeter Stateless Routing [11] Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Networks 10 ◦ Decisão de encaminhamento local baseado em vizinhança imediata ◦ Stateless - Não guarda estado, o que é interessante para redes com maior mobilidade ◦ Baixo overhead e não proporcional ao total de nós na rede
11. Trabalhos relacionados 11
12. Distributed on-demand routing for LEO [4] Distributed On-Demand Routing for LEO Mega-Constellations: A Starlink Case Study 12 • propõe um algoritmo de roteamento distribuído para mega-constelações em LEO • Introduz o algoritmo DisCoRoute • Baseados em contagem de saltos • Análise comparativa “simulando” a rede Starlink
13. Topological design and routing for LEO satellite networks [8] Topological design and routing for low-Earth orbit satellite networks 13 • trata da otimização conjunta de topologia e roteamento em redes LEO • Emprega heurística para selecionar ISLs e pré-calcular rotas • Mostra que o agendamento proativo dos enlaces melhora taxas de sucesso e utilização da rede
14. Satellite swarm survey [12] Satellite swarm survey and new conceptual design for Earth observation applications 14 • Propõe o Family Swarm, arquitetura para observação da Terra baseada em CubeSats distribuídos • Estrutura hierárquica: satélite hub, “mãe” e múltiplos nós de imageamento • Mostra que o agendamento proativo dos enlaces melhora taxas de sucesso e utilização da rede
15. Using ground relays for low-latency [12] Satellite swarm survey and new conceptual design for Earth observation applications 15 • Utiliza relays terrestres como alternativa aos enlaces (ISLs) em LEO • Discute a importância de Relays para ter maior cobertura terrestre nas fases iniciais de implantação de uma constelação.
16. Simulador 16
17. Simuladores • Ns3 + módulo ns3-leo ◦ Ns3 versão 3.30.1 ◦ C++ 17 ◦ Python 3.6 ◦ Módulos: ▪ ns3-leo ▪ Ns-3.30-gpsr ▪ ns3-ospf 17 • Silleo-Scns ◦ Não simula os protocolos de comunicação ◦ Simula bem a topologia
18. Experimentos 18
19. Experimentos 19 ◦ Latência Atributo/protocolo AODV GPSR *OSPF Packet size 1024 1024 1024 Packet size 4096 4096 4096 Interval 200 ms 200 ms 200 ms Interval 1 s 1 s 1 s
20. Experimentos 20 ◦ Vazão - throughput Atributo/protocolo AODV GPSR *OSPF MaxBytes máximo máximo máximo Nodes 8 8 8 Nodes 16 16 16 Nodes 32 32 32
21. Experimentos 21 ◦ Cada experimento será executado 8 vezes ◦ AODV é o baseline ◦ GPSR é o objeto de estudo ◦ OSPF (talvez) será o segundo objeto de estudo
22. Resultados (em progresso) 22
23. Contribuição científica 23 • Avaliação do protocolo de roteamento GPSR em redes de satélites de baixa órbita • Ambiente de experimentação para redes de satélites através de Docker • Comparação estatística de desempenho de protocolos comuns de roteamento em redes sem fio
24. Trabalhos futuros 24
25. Trabalhos futuros 25 • Conseguir um simulador mais confiável para redes de satélites • Comparar outras estatísticas como: ◦ Tolerância a falhas ◦ Desempenho com outras topologias ◦ Taxa erros ◦ Executar trace real de operação de alguma rede de satélites • Conseguir acesso aos algoritmos reais utilizados em redes de satélites
26. Referências 1. ns-3-leo: Evaluation Tool for Satellite Swarm Communication Protocols 2. A simulation tool to study routing in large broadband satellite 3. Simple Satellite Network Simulation using OMNET++ 5 4. Distributed On-Demand Routing for LEO Mega-Constellations: A Starlink Case Study 5. Bandas KA e KU: as principais diferênças 6. NASA Space Science Data Coordinated Archive: Starlink 1010 7. Network Simulator for Large Low Earth Orbit Satellite Networks 8. Topological design and routing for low-Earth orbit satellite networks 9. Ad-hoc on-demand distance vector routing 10. OPSPF: Orbit Prediction Shortest Path First Routing for Resilient LEO Satellite Networks 11. Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Networks 12. Satellite swarm survey and new conceptual design for Earth observation applications 13. Using ground relays for low-latency wide-area routing in megaconstellations 26