Megakonstelacije satelita u nekoliko su godina postale temelj moderne komunikacijske i promatračke infrastrukture. Mobilne mreže, navigacijski sustavi, meteorologija i brojni drugi sektori djelomično ovise o tisućama satelita u niskoj Zemljinoj orbiti. No kako se te mreže šire prema desetak tisuća letjelica, opterećenje zemaljskih stanica postaje sve teže podnošljivo.
Tim predvođen Yuheom Maom sa Sveučilišta aeronautike i astronautike u Nanjingu, u radu objavljenom u časopisu Space: Science & Technology, predlaže rješenje koje dio posla prebacuje na same satelite. Ideja je rasteretiti zemlju tako da se dio upravljačkih odluka i mrežne logike preseli u orbitu.
Nova arhitektura upravljanja
U klasičnim konstelacijama zemaljske stanice razgovaraju s gotovo svakim satelitom pojedinačno. Kako se broj letjelica povećava, takav pristup stvara “uska grla” u obradi i prijenosu podataka. Rezultat su veća kašnjenja u komunikaciji, a upravo je latencija ključna za korisnike koji ovise o stabilnoj mreži.
Novi pristup temelji se na konceptu “Software Defined Networking”. Umjesto da zemlja određuje sve, dio odgovornosti dodjeljuje se odabranim satelitima nazvanima “Center Nodes”. Ti sateliti preuzimaju komunikaciju sa zemaljskim stanicama, ali i koordinaciju satelita u svojem području, tzv. “Member Nodes”, koji su hardverski potpuno jednaki, ali rade u drugom načinu rada.
Center Nodes biraju se rano u životnom ciklusu konstelacije. Iako su fizički identični ostalima, njihov položaj u orbiti čini ih pogodnima za dodatne zadatke pa SDN algoritam određuje da samo oni održavaju vezu sa zemljom. Time se drastično smanjuje količina podataka koja prolazi kroz zemaljske komunikacijske kanale.
Svi ostali sateliti moraju pronaći upravitelja koji im u danom trenutku najviše odgovara. To ne znači nužno onoga koji je najbliži. Svaki satelit sam izračunava koji će “Center Node” najdulje ostati u dometu, koristeći algoritam koji autori nazivaju “construction algorithm”. U ovom kontekstu izlazak iz dometa znači udaljavanje iznad polovice najveće komunikacijske udaljenosti između dvaju satelita.
Vrijeme odvajanja kao ključna metrika
Najvažniji rezultat rada odnosi se na izračun vremena nakon kojeg satelit mora prijeći na drugog upravitelja. Autori taj parametar nazivaju “Detachment Time.” U standardnim sustavima takav bi izračun zahtijevao propagaciju položaja i brzine upravitelja u tri dimenzije, što je računski skupo.
Novi pristup oslanja se na jednostavniji prediktivni algoritam. Umjesto složenih integracija potrebno je izračunati geocentrični kut između dvaju satelita. Budući da su orbite dobro poznate, algebarski se može odrediti njihova međusobna brzina, a iz toga se izračunava koliko će vremena proći prije nego što udaljenost prijeđe dopušteni prag.
Ova metoda može se izvoditi paralelno za više potencijalnih upravitelja istodobno, što je važno zbog ograničenih računalnih mogućnosti na satelitima. Algoritam usto penalizira nepotrebna prebacivanja pa se broj promjena veza svodi na minimum.
Rezultati simulacije
Kako bi provjerili učinkovitost sustava, autori su izradili simulaciju konstelacije s 1 248 satelita, čije su orbite oblikovane prema ranim verzijama Starlinka. Algoritam je mrežu podijelio u 81 upravljačku domenu, a svaku je vodio jedan centralni sustav. Tijekom simuliranog mjeseca u prosjeku je samo oko šest satelita na sat mijenjalo upravitelja. Latencija se kretala između 4.7 i 7.8 milisekundi. Kada se isti sustav simulirao bez ovog algoritma, latencija je iznosila 18.4 milisekunde.
Smanjenje kašnjenja za više od polovice značajan je rezultat. Ipak, treba naglasiti da sustav za sada postoji samo u simulacijama. Postoje i situacije koje zahtijevaju daljnji razvoj. Primjerice, algoritam trenutačno ne uzima u obzir opterećenje svakog upravitelja, pa se može dogoditi da jedan centralnsi sustav primi previše zahtjeva.
To je, međutim, parametar koji se može jednostavno dodati. Ako se u budućnosti pokaže da praksa potvrđuje rezultate simulacije, projekti poput Kuipera ili Starlinka mogli bi usvojiti ovakvu arhitekturu. Za sada predstavlja obećavajući teorijski pomak u infrastrukturi koja iz godine u godinu postaje sve važnija.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
