MODELLO

Consiglio Nazionale delle Ricerche	Progetto COORDINATO - AGENZIA2000
codice: CNRC00EC5E_006

Coordinatore del progetto	ERINA FERRO
Titolo del progetto	GALILEO: un simulatore per le prestazioni di trasmissioni multimediali su costellazioni di satelliti GEO/MEO/LEO

Cognome	ANNONI
Nome	MARCO
Sesso	M
Data di nascita	13/02/1959
Luogo di nascita	Torino
Nazionalità	ITALY
Istituzione di appartenenza	CSELT S.p.A.
Qualifica	Ricercatore Master (CSELT)
se dipendente CNR inserire la matricola
Codice Fiscale	NNNMRC59B13L219N

Il progetto, lo sviluppo e il dispiegamento dei nuovi sistemi a costellazione di satelliti a copertura globale richiedono notevoli investimenti finanziari concentrati in breve periodo temporale ed implicano un alto rischio. Cio` e` particolarmente vero per quei sistemi che utilizzano satelliti in orbita bassa o intermedia e che necessitano di un elevato numero di satelliti per garantire una copertura globale.
Con l'avvento delle reti di telecomunicazione via satellite basate su costellazione vengono introdotte una serie di problematiche tecniche nuove per il mondo satellitare che necessitano di uno studio dedicato. In particolare, a seconda dei parametri e dei requisiti specifici del sistema considerato, questi sistemi innovativi possono prevedere:
· un elevato numero di satelliti, soprattutto per i sistemi in orbita bassa (LEO), in contrasto con cio` che avviene con i sistemi geostazionari;
· la presenza di coperture multifascio;
· la realizzazione di una copertura a terra di tipo "dinamico", cioe` con fasci proiettati a terra dalle antenne di bordo che si muovono a terra seguendo la traccia del cammino orbitale del satellite che li produce;
· la possibile sovrapposizione tra le aree di copertura fornite da diversi satelliti dello stesso sistema;
· l'adozione di tecniche di rigenerazione e processamento digitale del segnale a bordo del satellite (OBP);
· la presenza di funzioni di commutazione a bordo del satellite;
· la possibile presenza di collegamenti diretti tra i satelliti (ISL).
Ovviamente, tutte queste opzioni rendono il satellite piu` flessibile e questo diventa un effettivo nodo di una sofisticata rete di telecomunicazione. Il prezzo da pagare per ottenere questa flessibilita` consiste in una maggiore complessita` del segmento spaziale che, pur tenendo conto degli imprescindibili vincoli pratici e tecnologici che l'ambiente spaziale implica, deve essere progettato, gestito e mantenuto come una effettiva rete di telecomunicazione.
Purtroppo, molte delle metodologie adottate per sistemi convenzionali terrestri perdono la loro validità ed efficacia. Di conseguenza, i progettisti di sistema, i pianificatori e gli operatori di tali reti di telecomunicazione satelliteri richiedono strumenti e tecniche innovative in grado di rispondere alle loro esigenze specifiche ed auspicano l'adozione di strumenti di modellistica e simulazione per essere in grado di eseguire adeguatamente valutazioni di prestazione sin dalle prime fasi del progetto di questi complessi sistemi.
Con particolare riferimento a quegli aspetti legati alla Qualità del Servizio percepita dall'utente finale, un aspetto di primaria importanza consiste nell'analisi di disponibilità e, più in generale, di mantainability per questi complessi sistemi. Cio` richiede la definizione, lo sviluppo e l'adozione di specifici strumenti di analisi affidabilistica. Cio` e` particolarmente importante in questi sistemi nei quali, per vincoli pratici, le operazioni di intervento sul segmento spaziale in caso di guasto (per esempio sostituzione di un satellite guasto) implicano dei tempi molto piu`elevati rispetto al caso terrestre.
Non e` raro infatti il caso in cui il satellite debba essere lasciato in condizioni di esercizio anche in presenza di guasto parziale che ne limiti le prestazioni (per esempio in termini di copertura o connettivita`).
La valutazione di prestazione in termini di traffico o di algoritmi di instradamento per queste reti diventa sicuramente piu` significativa nel momento in cui tiene conto di scenari realistici in termini di configurazione di rete degradata.
Il contributo CSELT al Progetto GaliLEO ha l'obiettivo di integrare l'ambiente di modellistica e simulazione fornendo eventi di guasto parziali o catastrofici per i satelliti della costellazione.
Verranno identificati i passi della metodologia, le tecniche modellistiche e verranno forniti gli strumenti di calcolo analitico.
Il calcolo della Funzione Affidabilita`, R(t) per i sottosistemi considerati saranno ottenute per mezzo di modelli affidabilistici a blocchi (RBD).
Il metodo e` considerato adeguato allo scopo in quanto consente di definire modelli modulari con un approccio top-down che rendono possibile il raffinamento del modello in fasi successive.
Cio` e` particolarmente consigliabile se si intende utilizzare la metodologia in casi reali, sin dalle prime fasi del progetto di sistema, quando molti dei parametri sono ancora indefiniti ed occorre lavorare sulla base di assunzioni da verificare successivamente.
La caratterizzazione della Funzione Affidabilita` dovra` tener conto di tutte le possibili configurazioni di ridondanza presenti nei sottosistemi di bordo considerati nel modello. A seguito della caratterizzazione affidabilistica del sottosistema, la funzione R(t) puo` essere utilizzata per generare gli eventi di guasto che, a seconda della severita`, possono essere classificati come catastrofici (l'intero satellite e` fuori uso e deve essere deorbitato) o parziali (il satellite viene generalmente lasciato in orbita e funziona con prestazioni degradate).
Altri fattori che certamente influiscono sulla statistica di guasto in una costellazione di satelliti sono legati alla distribuzione delle eta` per i satelliti della costellazione. Questa dipende sia dal piano di dispiegamento iniziale della costellazione che dalla politica di rimpiazzo o, piu` in generale, di Operazione e Gestione della flotta di satelliti in orbita.
Nell'ambito del contributo verrano fornite indicazioni metodologiche atte a definire modelli e strumenti di simulazione per la caratterizzazione del ciclo di vita del sistema.

The design, development and deployment of the new satellite
constellation systems for global coverage require large financial
investments in a very short time frame and normally imply a high risk.
This is particularly true for the Low Earth Orbit (LEO) or Medium
Earth Orbit (MEO) systems which need several satellites to provide
an actual global coverage.
With the introduction of the satellite networks based on costellation,
a number of new technical issues have emerged and need to be carefully addressed and studied.
In particular, depending of the specific requirements and parameters
these innovative systems could include:
- a great number of satellites (especially for LEO systems), compared with the few ones required by the conventional Geostationary (GEO) systems;
- the presence of multispot beam coverages;
- the provision of dynamical ground coverages (i.e. with ground beams creating a moving footprint which reflects the orbital path of the originating satellite;
- the possible overlapping among the coverage areas provided by different satellites of the same constellation;
- the adoption of regeneration and digital processing techniques on-board the satellites (OBP);
- the implementation of switching functions in the satellites;
- the possible presence of direct links among satellites of the same constellation (Inter-Satellite Links ISL).
Obviously, all these features make the satellite more flexible as it becomes an actual node of a sophisticated telecommunication network. The drawback consists in an increase of complexity in the network space segment which must be designed, managed and operated as a normal telecommunication network even if the additional constraints caused by the space operation environment must be taken into due account.
Unfortunately, most of the metodologies adopted by the classical terrestrial systems are not applicable as they are not adequate to the specific environment. As a consequence, system designers, planners and operators of such satellite networks call for innovative tools and techniques able to cope with their specific requirements and support the adoption of suitable modeling and simulation instruments in order to be able to adequately carry out performance evaluation since the early design phases of these modern networks.
As for the aspects related to the quality of service perceived by the end user, one important aspect is related to the availability analysis and, more generally, to the maintainability issues. This requires the definition, development and adoption of dedicated instruments for reliability analysis. This is particularly important in satellite systems where, for practical reasons, the intervention timing in case of failure occurrences (for instance, the replacement of a failed satellite) are much slower than in the terrestrial environment. As a matter of fact, it is not rare the case of satellites affected by partial failures which remain in operation status, even if with degraded features (for example, in terms of coverage or connectivity).
The performance evaluation in terms of traffic or routing algoriths for these new satellite systems is surely improved when it also takes into account realistic scenarios in terms of possible degraded network configuration.
The CSELT contribution to the GaliLEO Project aims at improving the modeling and simulation enviroment being developed by providing methodologies and tools to generate either partial or catastrophic failures in the satellite of the constellation.
The needed steps of the methodology shall be identified, the relevant modeling techniques shall be identified and the related analytical evaluation instruments shall be provided.
The evaluation of the Reliability Function, R(t) for the considered subsystems shall be provided based on the Reliability Block Diagram (RBD) modeling methodology. This method is considered suitable for the specific application as it allows the definition of modular models by means of a top-down approach. This approach makes possible the refining of the developed models anytime, without affecting the overall validity of the end to end model, and it is particularly advisable when the proposed methodology has to be applied to real cases since the early phases of the system design, when most of the parameters are not yet defined and it is necessary to develop model based on assumptions to be verified in the following.
The characterization of the Reliability Function must consider all the typical redundancy configurations which could be included in on-board subsystems considered by the model. Following the reliability characterization of the system, the R(t) function can be used to generate failure events which, depending of severity, can be classified as either catastrophic (i.e. the entire satellite is out of service and it should be de-orbited) or partial (i.e. the satellite is usually maintained in operational mode, with degraded performance).
Other factors affecting the failure statistics in a satellite constellation are related to the aging distribution for the satellite population. This depends of both the constellation initial deployment plan and the operational replacement policy (in general, the overall system Operation & Management policy).
In the frame of the provided contribution, methodological guidelines shall be also provided for the definition of models and simulation tools dedicated to the characterization of the life cycle of the satellite network.

Area Scientifica	Scienze tecnologiche, ingegneristiche e informatiche
Settore	ING-INF/03 - Telecomunicazioni

Parola chiave 1	SATELLITE
Parola chiave 2	AFFIDABILITA`
Parola chiave 3	GUASTO
Parola chiave 4	SIMULAZIONE
Parola chiave 5	RETI SATELLITARI

Parola chiave 1	SATELLITE
Parola chiave 2	RELIABILITY
Parola chiave 3	FAILURE
Parola chiave 4	SIMULATION
Parola chiave 5	SATELLITE NETWORKS

1984 Durante lo sviluppo della tesi di laurea [1] si dedica alla ricerca delle possibili applicazioni nel settore biomedico di un nuovo polimero piezoelettrico prodotto dalla Pennwalt e dalla Solvay e detto Polyvinilidene fluoride (PVDF). Il settore di applicazione scelto è quello dell'esame ortopedico podoscopico. Mediante l'uso di circuiti stampati flessibili, collanti ed inchiostri conduttivi realizza un prototipo di un trasduttore piezoelettrico a matrice avente la forma di una soletta da utilizzarsi per la misura dell'andamento della pressione applicata dal piede del soggetto in esame durante la deambulazione. Successivamente seleziona i componenti (amp. operazionali, multiplexer analogici, ... ecc.) necessari per il prelevamento del segnale prodotto dal trasduttore, a monte della sua conversione analogico/digitale e realizza un prototipo di interfaccia.
Sviluppa il software necessario per l'acquisizione da parte di un computer dei segnali provenienti dalla soletta ed il software necessario per la successiva elaborazione dei dati raccolti e la conseguente rappresentazione grafica tramite falsi colori.

1985 Divenuto consulente per la Synarea Consultants s.r.l., collabora ad una commessa CRF (Centro Ricerche Fiat) presso l'Iveco Testing implementando tutto il software necessario all'automatizzazione del processo di misura di temperature e velocità da effettuarsi durante la fase di test preliminari dei sistemi di controllo della climatizzazione a bordo dei nuovi modelli di veicoli Iveco [2]. Realizza sia il software per il controllo dell'acquisizione real-time di 64 differenti segnali (effettuata mediante un computer PDP-11 installato a bordo del veicolo in test), che i programmi necessari per il trasferimento su VAX dei dati acquisiti durante la prova ed la loro successiva presentazione in forma grafica.

1985÷1987 Assunto in CSELT (Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni) nel gruppo che si occupa di Reti di Telecomunicazione via Satellite viene immediatamente coinvolto in attività sotto contratto ESA (European Space Agency) per il progetto e la realizzazione prototipale di laboratorio dei componenti in banda base di un sistema di telecomunicazione via satellite della prossima generazione basato su un satellite rigenerativo (con demodulazione e rimodulazione a bordo) con capacità di commutazione e trattamento del segnale digitale a bordo, detto TST/SS-TDMA System [3] [4] [5]. Con riferimento a questo sistema, il suo contributo riguarda:
-La specifica di algoritmi per l'allocazione delle risorse radio per la realizzazione di una videoconferenza via satellite a 2 Mbit/s [6].
-La definizione degli innovativi algoritmi per il riarrangiamento del piano dei tempi TDMA secondo le modalità ad Origine Variabile [7].
-La specifica per il software dei simulatori di traffico che servono a caricare il sistema con un flusso di segnalazione corrispondente a chiamate simulate necessarie per la validazione funzionale degli algoritmi utilizzati dal centro di controllo del sistema [5].
-Il miglioramento delle procedure di acquisizione e sincronizzazione di clock e di trama utilizzate dai terminali di traffico TDMA a 33 Mbit/s per accedere al satellite al fine di renderle compatibili con gli algoritmi di riarrangiamento ad origine variabile [5].
-La definizione di tutte le procedure di test del sistema da eseguire come "Acceptance Test" per l'accettazione del prototipo di sistema da parte del committente (ESA/ESTEC) [5].

1988 Partecipa alle attività per la definizione del "Double Hop Experiment" voluto dall'ESA per la validazione in campo del TST/SS-TDMA System e delle sue innovative procedure e che culmina con la sperimentazione in campo mediante realizzazione di collegamenti voce, dati e video effettuate con il Sistema TST, tramite il satellite ECS dell'EUTELSAT, tra le stazioni del Fucino (I), Albertslund (DK) e Goonhilly (GB). Il contributo in questa attività ha riguardato [8]:
-La revisione delle procedure di sincronizzazione TDMA e TDM originali al fine di prevedere la presenza di ritardi di propagazione nella tratta terminale-satellite doppi rispetto a quelli originalmente previsti e causati dalla presenza del doppio salto via satellite.
-La definizione delle procedure di validazione da eseguire durante l'esperimento.
-La preparazione e la docenza ai corsi per gli operatori PPTs ed ESA coinvolti nell'esperimento.

1989÷1991 Assume la mansione di responsabile tecnico di progetto per le attività CSELT svolte sotto contratto ESA e relative al Progetto OBP. Il progetto ha l'obiettivo di definire e specificare un nuovo sistema di telecomunicazione via satellite basato su un payload rigenerativo di tipo OBP (On-Board Processing) candidato ad essere imbarcato nella missione ESA PSDE/SAT-2. Nell'ambito di un team di aziende europee che si prefigge la successiva ingegnerizzazione degli elementi del sistema, coordina il trasferimento del know-out aziendale acquisito con la realizzazione del prototipo di laboratorio del Sistema TST/SS-TDMA contribuendo massivamente alla specifica del nuovo sistema [9].
Nell'ambito del Piano Finalizzato Telecomunicazioni del CNR (HDTV via satellite), contribuisce brevemente alla fase di identificazione delle possibili architetture di rete per la realizzazione di collegamenti HDTV via satellite.

1991÷1993 Nella fase successiva del Progetto OBP, in qualità di responsabile tecnico CSELT per i due contratti ESA/ESTEC per la specifica dettagliata del sistema [12] e del payload [13], produce contributi nelle seguenti aree:
-Specifica dei formati di trama del Sistema OBP
-Specifica delle procedure di acquisizione e mantenimento della sincronizzazione per i terminali TDMA , MF-TDMA e TDM [10]
-Specifica degli algoritmi per il controllo della riconfigurazione dinamica della trama secondo le modalità ad Origine Variabile e loro successiva implementazione nel Network Reconfiguration Processor [11].
-Specifica della Macchina a Stati finiti per il controllo della sincronizzazione di sistema, successivamente implementata da LABEN nell'unità di controllo dell'OBP Switch (payload)
-Definizione delle procedure di test del terminale di traffico TDM con bit rate di 2 Mbit/s.
-Definizione delle procedure del test di accettazione dell'OBP Switch
-Attività di analisi affidabilistica a livello di sistema.
Inizia la collaborazione (che prosegue tuttora)in qualita` di docente con la Scuola Superiore Guglielmo Reiss Romoli (SSGRR) dove, nell'ambito del corso "Reti di Telecomunicazioni via satellite DD544)", tiene le lezioni riguardanti le tecniche di accesso, le problematiche di sincronizzazione di rete, le tecniche di on-board processing e commutazione a bordo.
Assume la responsabilita` del Progetto "Reti per mezzi mobili" nell'ambito della commessa di ricerca CSELT "Comunicazioni via satellite"

1993÷1995 Con il coinvolgimento STET nel Progetto Iridium® per la realizzazione di una rete di telecomunicazione per utenza cellulare a copertura globale basata sull'uso di una costellazione di 66 satelliti a bassa orbita polare, entra a far parte del team italiano STET (avente Nuova Telespazio come Prime Contractor) residente in USA a Chandler (AZ) presso la Satellite Communication Division della Motorola in qualità di responsabile del Task NET07 che si occupa delle problematiche di Analisi e Qualificazione Affidabilistica per l'intero sistema. Negli oltre due anni di attività, svolta per la maggior parte del tempo presso il committente, definisce le metodologie di valutazione, specifica e sviluppa i necessari strumenti di calcolo (RBDAN™), definisce i modelli atti a caratterizzare le prestazioni del sistema e collabora attivamente alla valutazione delle prestazioni della rete in fase di sviluppo [14] [15] [16] [17] [18].

1996 Nell'ambito del progetto CSELT "Comunicazioni via Satellite - Reti per mezzi mobili" di cui è responsabile dal 1992, avvia le attività per la definizione, specifica e realizzazione di un nuovo ambiente di simulazione flessibile e riconfigurabile, basato sull'applicazione di metodologie object-oriented, denominato CONSIM™ (CONstellation SIMulator), volto alla valutazione di qualità e prestazioni di sistemi di telecomunicazione via satellite basati su costellazione per servizi mobili [20].

1998 Diviene membro del Management Committee dell'Azione COST 253 "Service Efficient Network Interconnection Via Satellite". Nell'ambito del Programma di ricerca CSELT "Evoluzione della mobilità e dell'accesso alle reti", viene nominato responsabile del Progetto "Ruolo della componente satellitare" nell'ambito del quale, oltre alla partecipazione ai progetti ACTS della Comunità Europea SINUS e INSURED, vengono trattate tematiche legate alla componente satellite dell'UMTS ed alle metodologie ed allo sviluppo di strumenti di simulazione per reti satellitari [21] [22].

1999-2000 Nell'ambito del progetto di ricerca CSELT "Innovazione dei servizi satellitari" di cui e` responsabile gestisce la partecipazione CSELT ai progetti IST-VIRTUOUS (VIRTUal hOme Umts on Satellite)e IST-BRAHMS (BRoadband Access for High speed Multemedia via Satellite).

Riferimenti e Pubblicazioni

[1] M. Annoni - Sviluppo di un sistema utilizzante film piezoelettrico per la misura e la visualizzazione della pressione sotto la pianta del piede in condizioni dinamiche - Tesi di Laurea in Ingegneria Elettronica - Politecnico di Torino - AA. 1983-1984 Relatore prof. Ing. Roberto Merletti

[2] G. Bugnano, M. Annoni - Automazione delle prove di climatizzazione
Rapporto Particolare di Ricerca - Centro Ricerche Fiat - Luglio 1985

[3] AA.VV. - Laboratory SS-TDMA System Final Report - ESA/ESTEC Contract Nº 4924/81/NL/GM

[4] AA.VV. - Laboratory SS-TDMA Payload Final Report - ESA/ESTEC Contract Nº 5451/83/NL/GM

[5] AA.VV. - Improvement of the TST/SS-TDMA System - Final Report - ESA/ESTEC Contract Nº 6102/84/NL/GM

[6] M.Annoni, G.Colombo, R.Condello, F.Settimo, A.Tosalli - An advanced Video Conference service for a TST/SS-TDMA System - CSELT Internal Report - March l986

[7] M.Annoni, F.Settimo, G.Ventimiglia - Problem and Algorithms for the Introduction of the Variable Origin in a TST/SS-TDMA System - International Conference on Communication - ICC'88 - Philadelphia, PA

[8] AA.VV. - Double Hop On-Board Processing Experiment Study Final Report - ESA/ESTEC Contract Nº 7420/87/NL/DG

[9] AA.VV. - System Concept and Payload Definition Study (Phase A) for an On-Board Processor for SAT-2 - Final Report - ESA/ESTEC Contract Nº 8139/88/NL/DG

[10] M.Annoni, G. Garofalo - Access and Synchronization Schemes in the ESA OBP System - IEEE Global Telecommunications Conference - GLOBECOM'91 - Phoenix, AZ

[11] M.Annoni, G. Garofalo, C. Ratti - Dynamic Resources Assignment Strategies for Advanced Communication Satellite Systems - INTERCOMM93 - Poster Session - Febr. 22÷25,1993 - Vancouver, B.C. , CANADA

[12] AA.VV. - Phase B of an On-Board Processing System - Final Report - ESA/ESTEC Contract Nº 8905/90/NL/RE

[13] AA.VV. Design and Development of the On-Board processor Switch for the TST/SS-TDMA System - ESA/ESTEC Contract Nº 8883/90/NL/RE

[14] M. Annoni - IRIDIUM® Technical Note ITN-259 - Programs for Reliability Evaluations - Software Requirements

[15] M. Annoni - IRIDIUM® Technical Note ITN-260 - RBDAN (Reliability Block Diagram ANalyzer) Program Design Specification

[16] M. Annoni - IRIDIUM® Technical Note ITN-261 - RBDAN (Reliability Block Diagram ANalyzer) Program Acceptance Test

[17] M. Annoni - IRIDIUM® Technical Note ITN-338 - Space Vehicle Global Reliability Model

[18] M. Annoni - IRIDIUM® Technical Note ITN-339 Vol.1 & Vol.2 - Space Vehicle Functional Reliability Models

[19] M. Annoni - IRIDIUM® Technical Note ITN-390 - Call Handling System Reliability Functional Analysis

[20] M. Annoni, S. Bizzarri - A simulation environment for the evaluation of maintainability in telecommunication networks based on satellite constellation - Second European workshop on Mobile/Personal Satcoms (EMPS'96) - October 9-11,1996 - Rome, Italy

[21] M. Annoni, S. Bizzarri, F. Faggi - CONSIM™: a flexible approach to satellite constellation simulation - 6th International Workshop on Digital Signal Processing Techniques for Space Applications (DSP'98)
September 23-25, 1998 - ESTEC Noordwijk, The Netherlands

[22] M. Annoni, S. Bizzarri, F. Faggi - Performance evaluation of satellite constellations. The CONSIM™ simulator concept and architecture - Third European Workshop on Mobile/Personal Satcoms (EMPS'98) - November 4-5, 1998 - Venice Lido, Italy

Denominazione	CSELT S.p.A.
Via/piazza	Via G. Reiss Romoli, 274
Cap	10148
Città	TORINO
Provincia	TO
Nazione	ITALY
Telefono	+39 011 2285111
Fax	+39 011 2285520
Posta elettronica	marco.annoni@cselt.it

Codice ente	Industria
Tipo di società	Societa' per azioni
Denominazione	0
Natura giuridica	Privato
Domicilio fiscale	Via G. Reiss Romoli, 274
Città	TORINO
Cap	10148
Provincia	TO
Nazione	ITALIA
Telefono	(+39) 011 228 5111
Fax	(+39) 011 228 5520
Codice Fiscale	00527770010
Partita Iva	00527770010
Conto corrente	109290
Nome istituto bancario	San Paolo IMI S.p.A.
Codice ABI	01025
Codice CAB	01009.0

Mesi uomo previsti progetto	3
Importo (in milioni di lire)	50 (25823 Euro)
Nel caso in cui siano previste altre fonti di finanziamento indicare il COFINANZIAMENTO CNR(%)