Αρχιτεκτονική δρομολογητών για τη διαμεταγωγή διαστημικών δεδομένων
Authors: Διαμαντόπουλος Σωτήριος 
Published: September 2021

Στόχος της παρούσας Διατριβής είναι η μελέτη του προβλήματος του διαμοιρασμού όλο και περισσότερων δεδομένων που παράγονται στο Διάστημα. Στο πλαίσιο αυτό, προτείνουμε λύσεις που στοχεύουν στη βελτίωση των μεθόδων διαμοιρασμού επιστημονικών διαστημικών δεδομένων, με τελικό σκοπό την αύξηση της ποσότητας δεδομένων, επεξεργασμένων και ανεπεξέργαστων, που καταλήγουν σε ερευνητικά κέντρα. Επιχειρούμε να το πετύχουμε αυτό εξάγοντας τις δικτυακές απαιτήσεις τρεχουσών αλλά και μελλοντικών διαστημικών αποστολών, ενώ στη συνέχεια σχεδιάζουμε, υλοποιούμε και αποτιμούμε την απόδοση δικτυακών αρχιτεκτονικών και επιμέρους μηχανισμών που καλύπτουν αυτές τις ανάγκες, στοχεύοντας σε αποστολές που αντιμετωπίζουν τις μεγαλύτερες προκλήσεις συνδεσιμότητας. Αρχικά επικεντρώνουμε την προσοχή μας σε αποστολές που βρίσκονται στο βαθύ Διάστημα. Στόχος μας είναι η υλοποίηση μιας αρχιτεκτονικής που μπορεί να αυξήσει την ποσότητα των δεδομένων που μεταφέρονται, κάνοντας αποδοτικότερη χρήση των δικτυακών πόρων, τόσο στο διαστημικό σκέλος όσο και στο επίγειο. Αφού εξάγουμε τις δικτυακές απαιτήσεις που προκύπτουν από αποστολές όπως το Mars Express της ESA και το Mars Odyssey της NASA, προχωράμε στο σχεδιασμό μιας αρχιτεκτονικής βασισμένης στο πρωτόκολλο Bundle. Προσαρμόζουμε την αρχιτεκτονική ώστε να καλύπτει τις πολιτικές διαμοιρασμού και προστασίας δεδομένων της ESA και προτείνουμε έναν μηχανισμό που συμπληρώνει την από-κόμβο-σε-κόμβο αξιοπιστία που προσφέρει το πρωτόκολλο Bundle, παρέχοντας αξιοπιστία από-άκρο-σε-άκρο.Στρέφουμε την προσοχή μας σε αποστολές χαμηλού κόστους που βρίσκονται σε χαμηλή τροχιά γύρω από τη Γη και προτείνουμε τρόπους με τους οποίους δορυφόροι μπορούν να διαμοιράσουν τα επιστημονικά δεδομένα που έχουν συλλέξει σε πολλαπλούς χρήστες. Αυτά τα μοντέλα επικοινωνίας μπορούν να είναι πολύ χρήσιμα για την επικοινωνιακή υποστήριξη μικροδορυφόρων. Αφού περιγράψουμε τα διαφορετικά μοντέλα που προκύπτουν με βάση κάποιες παραμέτρους, προχωράμε στην ανάλυσή τους σε επίπεδο πρωτοκόλλων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Προχωρώντας στο δεύτερο σκέλος, το διαμοιρασμό δηλαδή των δεδομένων στους ενδιαφερόμενους φορείς, σχεδιάζουμε μια peer-to-peer αρχιτεκτονική, αντίστοιχη του πρωτοκόλλου BitTorrent στοχεύοντας αφενός μεν στη μείωση του δικτυακού φόρτου που επιβαρύνει τους αρχικούς παραλήπτες των δεδομένων, αφετέρου δε στην επιτάχυνση τις διαδικασίας διαμοιρασμού. Καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι ένα αποκεντρωμένο σύστημα διαμοιρασμού δεδομένων μπορεί να αποτελέσει μια αποδοτική λύση, δεδομένου και του μειωμένου οικονομικού κόστους που απαιτείται για την εφαρμογή του.Τέλος, μελετώντας τις διαστημικές αποστολές και τα δεδομένα που παράγουν, διαπιστώνουμε ότι δεν αρκούν οι μηχανισμοί προτεραιοτήτων που παρέχει η DTN αρχιτεκτονική για να καλύψει τις απαιτήσεις διαφορετικών τύπων δεδομένων. Έτσι, προτείνουμε ένα μηχανισμό δρομολόγησης που είναι σε θέση να βελτιστοποιεί διαφορετικούς αντικειμενικούς στόχους, ανάλογα με τις απαιτήσεις που θέτει η εφαρμογή αποστολής δεδομένων. Ελέγχουμε τη λειτουργικότητα των επεκτάσεων του μηχανισμού δρομολόγησης υλοποιώντας ρεαλιστικά σενάρια επικοινωνιών με τη χρήση του testbed.