APTICA, junto con el Grupo de Radiación del Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones (SSR) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Grupo de Redes de Comunicaciones del Departamento de Ingeniería Telemática de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han trabajado en el desarrollo de una herramienta que permite evaluar y validar el funcionamiento de sistemas y protocolos de comunicaciones para las constelaciones de satélites modernas.

Esta colaboración se ha desarrollado en el marco del proyecto de I+D+i VIRGOSAT (Sistema de control VIRtual para el GObierno de megaconstelaciones SATelitales), proyecto llevado a cabo gracias a la financiación de inversores privados.

Fruto de la colaboración de las tres entidades se ha desarrollado una innovadora herramienta de simulación y emulación denominada LOOM (Low Orbit Operational network eMulator), que permite generar un entorno virtual para la red de comunicaciones distribuida de una constelación de satélites. Esta herramienta es, de facto, el gemelo digital de la red de comunicaciones de una plataforma de satélites que facilita la toma de decisiones a operadores satelitales, asistiendo en el diseño de constelaciones, evaluando y optimizando estrategias de rutas encaminamiento, así como permitiendo analizar la viabilidad de antemano de servicios y casos de uso.

Las redes formadas por megaconstelaciones (Mega-Constellation Networks, MCN) basadas en satélites de órbitas terrestres bajas (Low-Earth Orbit, LEO) están teniendo gran auge en la actualidad, con numerosos proyectos estables en fase de diseño o implementación. Sin embargo, estas constelaciones plantean desafíos derivados, por una parte, del gran número de satélites que las componen y, por otra, de la naturaleza puntual de las interacciones entre los satélites y las estaciones terrenas, debido al continuo movimiento de los satélites. Las MCN necesariamente deben ser redes resilientes y adaptables a cambios, por lo que el diseño de sus topologías y de los protocolos que gobiernan las mismas son aspectos cruciales para conseguir estos objetivos.

LOOM pretende resolver estos retos ofreciendo un entorno profesional de trabajo donde ejecutar pruebas de evaluación para las MCN. Para ello, la arquitectura de LOOM se compone de dos módulos principales: un simulador del entorno orbital capaz de calcular la geometría del entorno operativo, y el estado y tráfico de la red, y un emulador de la topología de red que permite evaluar los algoritmos de encaminamiento diseñados en un entorno relevante, teniendo en cuenta la topología de la constelación y el tráfico de la red. Este emulador considera los satélites de la red como nodos de red programables y utiliza en el Gestor de Red el controlador SDN como planificador de la misma. Adicionalmente, el módulo de visualización de resultados basado en CESIUM permite observar la evolución temporal del estado de la red.

El sistema validado permite la incorporación y eliminación de clientes según acuerdos de servicio, gestionando el intercambio de tráfico y adaptándose a cambios en la topología causados por la carga o fallos en los enlaces intersatelitales. Asimismo, facilita el establecimiento de diferentes criterios de selección de satélites de acceso, así como evaluar contratos específicos, como pueden ser criterios de carga de los enlaces o de mínima distancia. Además, es capaz de generar informes sobre el estado de carga de los satélites, representados en el módulo de visualización, que muestran parámetros de la red como datos de carga, consumo computacional, rutas entre estaciones de tierra y latencias.

Este proyecto de investigación ha permitido desarrollar un prototipo funcional validado en laboratorio (TRL 4), integrando los diferentes componentes de LOOM y demostrando su funcionamiento de forma conjunta, y sienta las bases de un sistema potencialmente comercializable en los próximos años. Esta iniciativa seguirá avanzando hacia TRL superiores de desarrollo de la investigación, continuando con la colaboración de la UPM y de la UC3M.

Este proyecto ha contado con la participación de: