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A segmented architecture approach to provide a continuous, Long-term, adaptive and cost-effective glaciers monitoring system based on DTN communications and cubesat platforms
Full text linkFil: Barrientos, Carlos. Comisión Nacional de Actividades Espaciales; ArgentinaFil: Ferral, Anabella. Comisión Nacional de Actividades Espaciales; ArgentinaFil: Cara, Leandro. Comisión Nacional de Actividades Espaciales; ArgentinaFil: Fraire, Juan A. Université Grenoble-Alpes, INPG, TIMA Laboratoires, Grenoble; Francia.Fil: Fraire, Juan A. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.Fil: Velazco, Raoul. Université Grenoble-Alpes, INPG, TIMA Laboratoires, Grenoble; Francia.Fil: Madoery, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.Fil: Ferreyra, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.Mountain glaciers are important because they work as precipitation buffers andwater sources for downstream populations. In addition, they have been a source of data forclimate dynamics analysis. Measuring glaciers meteorological variables, estimating theamount of black carbon, as well as recording mass slides on a periodic basis becomesmandatory to understand and drive effective environmental policies. While thesemeasurements are traditionally executed via expensive field campaigns, they tend to bescarce and non-periodic. Thus, remote sensing alternatives have been explored by thecommunity, they are based in monolithic satellite architectures which besides the longdevelopment time, are bounded in mission lifetime. In this paper we propose a GlacierSegmented Observation System (SOS), based on a number of interconnected cubesatsunder the segmented architecture paradigm to provide frequent revisit times and extendablelifetime for critical observation missions. We evaluate how SOS can support a world-wideglacier remote sensing mission to then discuss relevant mission requirements, formationflying disposition of satellites and communication architecture challengesFil: Barrientos, Carlos. Comisión Nacional de Actividades Espaciales; ArgentinaFil: Ferral, Anabella. Comisión Nacional de Actividades Espaciales; ArgentinaFil: Cara, Leandro. Comisión Nacional de Actividades Espaciales; ArgentinaFil: Fraire, Juan A. Université Grenoble-Alpes, INPG, TIMA Laboratoires, Grenoble; Francia.Fil: Fraire, Juan A. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.Fil: Velazco, Raoul. Université Grenoble-Alpes, INPG, TIMA Laboratoires, Grenoble; Francia.Fil: Madoery, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.Fil: Ferreyra, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.Ingeniería de Sistemas y Comunicacione
Distributed Contact Plan Design for GNSSs
No full textNext generation global navigation satellite systems (GNSSs) will embrace intersatellite links capability as an enabler of navigation and data transfer. However, platform restrictions will require of suitable contact plan design (CPD) schemes, which have been traditionally assumed centralized. After discussing the requirements of distributed CPD, we propose a first scheme in this class. Simulation results on the BeiDou GNSS prove that satisfactory metrics can be obtained enabling valuable and real autonomy for future GNSSs.Fil: Yan, Zhibo. Nanjing University; ChinaFil: Fraire, Juan Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Zhao, Kanglian. Nanjing University; ChinaFil: Yan, Hongcheng. China Aerospace Science And Technology Corporation; ChinaFil: Madoery, Pablo Gustavo. Instituto de Estudios Avanzados En Ingeniería y Tecnología (idit); ArgentinaFil: Li, Wenfeng. Nanjing University; ChinaFil: Yang, Hong. China Academy Of Space Technology; Chin
Analysis of communication strategies for earth observation satellite constellations
Full text linkEarth observation satellite constellations are arising as a new paradigm with important advantages in comparison with traditional monolithic systems. In particular, the concept of Segmented Architecture proposes to transform these constellations into a distributed and connected system in order to exploit resource sharing. However, this imposes severe technological challenges such as packetized space networking communications. In general, and due to the limited availability of data transmission opportunities, these communications can be modeled as delay and disruption tolerant networks (DTN). In this article, we propose to evaluate a particular case study of several flight-formation satellites intended for the observation of the Earth. To this end, we consider both the availability of Earth-to-space links and their combination with cooperative inter-satellite links. In the latter, different routing schemes such as Contact Graph Routing (CGR) and its extension Multi-Graph CGR (MG-CGR) are analyzed and compared.Fil: Madoery, Pablo Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados En Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados En Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Fraire, Juan Andres. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Finochietto, Jorge Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados En Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados En Ingeniería y Tecnología; Argentin
Contact plan design for predictable disruption tolerant space sensor networks
No full textToday, optical and radar images of our planet from orbit are acquired continuous-ly since they have become powerful scientific tools to enable better understanding and improved management of the Earth and its environment. Traditionally, a singlespace-based satellite sensor gathers data from sites across the world, including places too remote or otherwise inaccessible for ground-based data acquisition. This makes earth observation from space an effective means of providing coverage across bothspace and time. Therefore, an orbiting network of spatially distributed autonomouswireless sensors (Space Sensor Network or SSN [1]) could open new possibilities for unprecedented applications by significantly extending coverage in both dimen-sions. To achieve this, the nodes would need to rely on efficient protocols and algorithms to cooperatively pass sensed data through the network to the final destination in ground.Fil: Fraire, Juan Andres. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Madoery, Pablo Gustavo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Finochietto, Jorge Manuel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentin
On the Design and Analysis of Fair Contact Plans in Predictable Delay-Tolerant Networks
Full text linkDelay-tolerant networks (DTNs) have become a promising architecture for wireless sensor systems in challenged communication environments where traditional solutions based on persistent connectivity either fail or show serious weaknesses. As a result, different routing schemes have been investigated that take into account the time-evolving nature of the network topology. Among them, contact graph routing has been proposed for space environments with predictable connectivity. In order to evaluate routing decisions, DTN nodes need to know the contact plan in advance, which comprises all communication links among nodes that will be available in the future. Since not all potential contacts can belong to the contact plan, its design requires analyzing conflicting contacts in order to select those that meet an overall goal. In this paper, we consider the design of contact plans that can maximize fairness requirements while still maximizing the overall capacity as well. To this end, we propose to formalize the problem by means of an optimization model and evaluate its performance in terms of different fairness metrics. Since this model can be computationally intractable for a large number of contacts, we also propose to tackle it as a matching problem, resulting in algorithms of polynomial complexity, and compare these results with those of the original model. We show that fairness can be properly modeled to design contact plans and that efficient algorithms do exist to compute these plans quite accurately while also improving overall network routing metrics for a proposed case study.Fil: Fraire, Juan Andres. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Madoery, Pablo Gustavo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Finochietto, Jorge Manuel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin
Traffic-aware contact plan design for disruption-tolerant space sensor networks
Full text linkDelay and disruption tolerant networks (DTNs) are becoming an appealing solution for extending Internet boundaries across challenged network environments. In particular, if node mobility can be predicted as in space sensor networks (SSNs), routing schemes can take advantage of the a-priori knowledge of a contact plan comprising forthcoming communication opportunities. However, the design of such a plan needs to consider available spacecraft resources whose utilization can be optimized by exploiting the expected data which is largely foreseeable in typical Earth observation missions. In this work, we propose Traffic-Aware Contact Plan (TACP): a novel contact plan design procedure based on a Mixed Integer Linear Programming (MILP) formulation which exploits SSNs predictable properties in favor of delivering efficient and implementable contact plans for spaceborne DTNs. Finally, we analyze a low orbit SSN case study where TACP outperforms existing mechanisms and proves to be of significant impact on enhancing the delivery of sensed data from future space networks.Fil: Fraire, Juan Andres. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Madoery, Pablo Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados En Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados En Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Finochietto, Jorge Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados En Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados En Ingeniería y Tecnología; Argentin
An evolutionary approach towards contact plan design for disruption-tolerant satellite networks
No full textDelay and disruption tolerant networks (DTNs) are becoming an appealing solution for satellite networks where nodes can temporarily store and carry in-transit data until a link with a suitable next-hop becomes available. Since satellite trajectories and orientation can be predicted, on-board routing schemes can base these forwarding decisions on a contact plan comprising all forthcoming communication opportunities. In general, contact plans are previously calculated on ground where their design can be optimized to consider not only available spacecraft resources but also the expected traffic which is largely foreseeable in space applications. Despite optimal contact plan design procedures exist, their computation complexity might result prohibitive even for medium-sized satellite networks. In this work, we propose an evolutionary algorithm to provide sub-optimal yet efficient and implementable contact plans in bounded time. In particular, we depict specific strategies such as encoding and repairing techniques to later evaluate the algorithm performance in a typical scenario demonstrating its usefulness for planning future DTN-based satellite networks.Fil: Fraire, Juan Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Madoery, Pablo Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Finochietto, Jorge Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Leguizamon, Mario Guillermo. Universidad Nacional de San Luis; Argentin
Modelos, Algoritmos y Protocolos para Redes de Comunicaciones Tolerantes a Interrupciones con Alto Grado de Predecibilidad
Full text linkTesis (DCI)--FCEFN-UNC, 2019La industria de las comunicaciones satelitales ha mostrado un avance limitado en las últimas décadas en comparación con la evolución de las redes terrestres tales como Internet. La razón principal consiste en que el entorno espacial es radicalmente diferente al terrestre, lo cual impacta considerablemente en la estabilidad de las conexiones y en el hecho de que los protocolos de comunicación utilizados en Tierra resulten inadecuados y/o ineficientes cuando se tratan de adaptar al espacio. Sin embargo, recientemente, y producto de un esfuerzo conjunto de diferentes agencias espaciales (NASA, ESA, CONAE, etc), se ha comenzado a estudiar y experimentar con estrategias de comunicaciones en red que son capaces de tolerar retardos e interrupciones mediante un cambio paradigmático en la forma de realizar dichas comunicaciones. En particular, se ha propuesto
una arquitectura de protocolos llamada Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN), y que dada la predecibilidad de las trayectorias satelitales, permite aprovechar un plande contactos compuesto por las oportunidades de comunicación en el futuro, lo que permite a los satélites tomar decisiones eficientes sobre cómo y cuándo transmitir el tráfico generado o recibido desde otros satélites.
En los últimos años, se han llevado a cabo numerosos avances en la implementación de DTN y se han realizado experimentos en órbita que avalan el potencial beneficio de esta arquitectura. Además, se ha estudiado el problema del diseño del plan de contactos que constituye el proceso de configurar y elegir apropiadamente las oportunidades de comunicación con el objetivo de optimizar el rendimiento y realizar una adecuada gestión de los limitados recursos que se disponen en este tipo de redes.
Sin embargo, esta arquitectura se encuentra aún en una etapa de maduración y son numerosos los desafíos que deben ser superados. En particular, en esta tesis se pone el foco en el problema de la congestión que ocurre cuando la planificación referida a la utilización de los recursos no resulta apropiada. Básicamente, se proponen mecanismos que actúan, por un lado, sobre el algoritmo de enrutamiento ejecutado de manera distribuida por los satélites de la red, y por otro, sobre el diseño automático del plan de contactos. Adicionalmente, se realizan aportes referidos a los problemas de incertidumbre y de escalabilidad e integración de la red. De esta manera, en esta investigación contribuimos con enfoques originales en los que se aprovecha la predictibilidad de las comunicaciones satelitales para proveer mecanismos de gestión y toma de decisiones de
manera automatizada, solucionando de esta forma problemas cuya complejidad aumenta drásticamente con la cantidad de satélites y tiempos de evaluación. Cabe destacar además, que si bien los aportes realizados pueden ser utilizados de forma general en la arquitectura DTN, los mismos encuentran aplicación dentro del Plan Espacial Argentino, ya que esta arquitectura resulta particularmente adecuada para ser aplicada en las nuevas misiones satelitales distribuidas que propone CONAE para la observación terrestre. Por lo tanto, los aportes brindados en esta tesis tienen alcance hacia protocolos desarrollados mediante colaboraciones internacionales y podrían además ser utilizados en nuestro país para resolver desafíos de interés local
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
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