Satellite system data circulation modelling using file based operations (FBO)

Traditionally Earth Observation missions have been operated using data packetisation standards as the transport means for telemetry and telecommand data between user applications on-ground and applications on-board the satellite, in accordance with the ECSS Packet Utilization Standard (ECSS E-70-41). More recently, however, there has been a move towards off-line operations concepts, as file transfer has become an ever more common function. In addition, a reliable Space to Ground interface is becoming an increasingly critical issue for Earth observation missions, which are facing the need to cope with an increasing demand in terms of data rate acquisition. The need to adopt higher downlink frequencies which allows higher data rates comes at the price of a reduced reliability of the Downlink with the potential risk of data loss, associated (for example) to bad weather conditions. The use of the FBO (File Based Operations) is made possible by the availability of standardized file transfer protocols, such as the CCSDS File Delivery Protocol (CFDP). The file based approach shall also be integrated in a wider context at mission level, making sure the space segment and the ground segment implement the new approach consistently, tailoring the standard CFDP to the specific mission objectives. This thesis is focused on the development of a simulator to model the end-to-end system data circulation using file based operations. The case study is the Copernicus CO2M Mission. The objective is to model the main building blocks of the data circulation, from the Space Segment to the Ground Segment, allowing the analysis of the data volume profile over time, evaluate the behaviour of the system with various operational scenarios. The simulator is able to tune a set of key parameters, to perform selected trade-off studies, sensitivity analysis, contingency scenario analysis and data availability assessment.

Tradizionalmente, le missioni di Osservazione della Terra sono state gestite utilizzando standard di pacchettizzazione dei dati come mezzo di trasporto per i dati di telemetria e telecomando tra le applicazioni utente a terra e le applicazioni a bordo del satellite, in conformità con lo Standard di Utilizzo dei Pacchetti ECSS (ECSS E-70-41). Più recentemente, tuttavia, c'è stata una tendenza verso concetti di operazioni offline, poiché il trasferimento di file è diventato una funzione sempre più comune. Inoltre, un'interfaccia affidabile Spazio-Terra sta diventando una questione sempre più critica per le missioni di osservazione della Terra, che devono affrontare la necessità di far fronte a una crescente domanda in termini di tasso di acquisizione dei dati. La necessità di adottare frequenze di downlink che consentano tassi di dati più elevati comporta un minor grado di affidabilità del downlink, con il potenziale rischio di perdita di dati, associato (ad esempio) a condizioni meteorologiche avverse. L'uso delle FBO (File Based Operations) è reso possibile dalla disponibilità di protocolli di trasferimento file standardizzati, come il CCSDS File Delivery Protocol (CFDP). L'approccio basato sui file deve anche essere integrato in un contesto più ampio a livello di missione, assicurandosi che il segmento spaziale e il segmento di terra implementino il nuovo approccio in modo coerente, adattando lo standard CFDP agli obiettivi specifici della missione. Questa tesi è focalizzata sullo sviluppo di un simulatore per modellare la circolazione dei dati end-to-end utilizzando operazioni basate su file. Il caso di studio è la Missione Copernicus CO2M. L'obiettivo è modellare i principali blocchi costitutivi della circolazione dei dati, dal Segmento Spaziale al Segmento di Terra, consentendo l'analisi del profilo del volume di dati nel tempo, valutare il comportamento del sistema con vari scenari operativi. Il simulatore è in grado di regolare un insieme di parametri chiave, per eseguire studi di compromesso selezionati, analisi di sensibilità, analisi degli scenari di emergenza e valutazione della disponibilità dei dati.