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Offres de recrutement et d’emploi au LAAS BOREAL 1.1.1

Stage

Visualisation du stage: STA649

Stage 2019-2020

P.BERTHOU, C.LOUEMBET

MAC, SARA

DO

Réseaux satellite, Optimisation, Guidage satellite

Planification et optimisation de réseaux éphémères de nano satellites.

Les systèmes de communication par satellite sont un cas particulier des réseaux de communication car ce sont des réseaux sans fil de nœuds mobiles. Selon le nombre et l’altitude des satellites, le nombre de nœud et la mobilité peuvent varier, allant d’un unique satellite dont l’orbite est géostationnaire, c’est-à-dire immobile pour un point sur la terre, à une constellation de satellites en orbite basse qui communiquent entre eux par intermittences. Dans le premier cas, le satellite peut être considéré comme une sorte de point d’accès fixe et les protocoles classiques fonctionnent relativement bien. Dans le second, l’intermittence des connexions influe très négativement sur la performance des protocoles, si bien que les constellations modernes sont conçues pour les limiter au maximum, un satellite ayant toujours à proximité un autre satellite pour relayer ses messages et ceci de façon planifiée. Malheureusement, cette connectivité à un coût élevé car les satellites doivent être nombreux (plusieurs dizaines à minima) et leurs orbites contrôlées pour maintenir la régularité des passages et des connexions. Les coûts de telles constellations sont pharaoniques. Même si plusieurs constellations sont à l’études aujourd’hui, il n’en existe que très peu aujourd’hui de déployées.

 

A l’inverse, la possibilité de lancer des satellites de très petite taille (nano satellite) a coûts modérés est apparue récemment et de nombreux projets de lancement de nano satellite existent. S’ils peuvent être maintenus en orbite afin d’offrir des communications planifiées et stables, ce n’est que rarement le cas des cubesat (satellites de 10 cm x 10 cm) qui n’ont généralement pas de moyen de propulsion. Ces satellites sont donc placés sur des orbites qui, principalement à cause des forces de frottement, vont finir par rentrer dans l’atmosphère et causer la perte du satellite à plus ou moins longue échéance. La nature éphémère et non périodique de la connectivité rend très complexe l’utilisation de protocoles traditionnels pour offrir un réseau de communication.

 

Des protocoles spécifiques, supportant les intermittences de connectivité, appelés DTN (Disruption-Tolerant Network), ont rendu envisageable la formation de réseaux autant dans le contexte de satellites orbitant autour de la Terre que celui des missions interplanétaire[1]. En effet, Le principe général de ces protocoles permet de relâcher la contrainte de connectivité de bout-à-bout. Chaque noeud de communication a la capacité de stocker l'information jusqu'à la transmission au nœud suivant et ce même si la connectivité avec le nœud terminal n'est pas assurée.

Une particularité des réseaux de communication satellitaire est que la topologie de connectivité entre les noeuds évolue avec le temps. En effet, la liaison entre satellites n'est possible que s'ils sont visibles l'un de l'autre. Ces plages de visibilité sont inhérentes aux paramètres orbitaux de chaque véhicule et à la mécanique orbitale. Il est intéressant de noter que la nature évolutive de la topologie de connectivité est prédictible si la mécanique spatiale peut être simulée avec précision. De plus, des contraintes technologiques tels que de possibles interférences ou les limites de puissance d'émission doivent être prises en compte afin d'établir le plan de contacts inter-satellitaires [2].


Le contexte de l'étude qui sera menée lors du stage est celui d'un réseau de Cubsat.
Au delà des capacités intrinsèques de ces véhicules peu onéreux, la nature éphémère de leur mission ne peut être négligée. En effet, leur durée de vie est limitée dans le temps et leurs orbites ne sont pas contrôlées. Ainsi, après la mise à poste, leurs orbites vont se dégrader à cause des différentes perturbations orbitales.
La conséquence est que la topologie de connectivité va perdre sa propriété de périodicité. De plus, la fin de vie de réseau va voir le nombre de noeuds communicants diminuer au fur-à-mesure que les Cubsat iront s’abîmer dans l'atmosphère. Il peut être intéressant d'analyser quelle sera la limite de vie du réseau en termes de couverture.

Le travail demandé peut être divisé en plusieurs étapes. La première partie consistera en l'analyse bibliographique des méthodes développement de plan de contacts inter-satellitaires.
La seconde consistera à développer un outil générique permettant d'établir le plan de contact à partir d'une configuration de constellation.

Les candidats devront être familiers avec les outils d'optimisation lisse et combinatoire et les notions de réseau de communication. Des connaissances en mécanique spatiale et en réseau de communications seront un plus.

Master

Possibilité d'indemnisation

1

6 mois

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