Reliable Aerial and satellIte Networks: joint Communication, Computation, Caching for Critical scenarios

Garantire connettività di rete in scenari critici, come contesti post-disastro o aree rurali, rappresenta una sfida significativa ma fondamentale per assicurare affidabilità delle operazioni. In questi scenari, le reti integrate spazio-aria-terra (Space-Air-Ground Integrated Networks, SAGINs), composte da sistemi satellitari, reti aeree e comunicazioni terrestri, sono destinate a svolgere un ruolo chiave nel futuro ecosistema delle comunicazioni wireless di sesta generazione (6G). Infatti, nelle SAGINs, le reti satellitari possono garantire una copertura ubiqua a livello globale. Tuttavia, gli elevati ritardi di propagazione non sono compatibili con i requisiti stringenti delle reti 6G. I droni (UAS - Unmanned Aerial Systems) stanno suscitando crescente interesse grazie al loro potenziale nel migliorare la copertura, la capacità e l'affidabilità in situazioni di emergenza. Questo progetto si focalizza sullo studio di sistemi wireless di nuova generazione per scenari critici, al fine di mitigare l’impatto del masking effect nei collegamenti satellitari e soddisfare i requisiti di qualità del servizio degli utenti a terra. Questo approccio spinge ulteriormente lo sviluppo dei sistemi SAGIN verso un livello di complessità superiore rispetto alla letteratura esistente, poiché richiede modelli e paradigmi innovativi per l’orchestrazione delle risorse in presenza di problemi di backhaul continuo e coordinamento. Per affrontare queste sfide, proponiamo RAIN4C, un framework multilivello per scenari critici, composto da segmenti satellitari, aerei e terrestri. Sono previste tre funzionalità principali: -Connettività affidabile: garantire un'ampia connettività in scenari critici è particolarmente complesso a causa della carenza di infrastrutture terrestri. Il progetto analizzerà le principali sfide delle SAGIN, come il deployment 3D, la modellazione del canale e l’efficienza energetica. Per supportare rate di trasmissione elevati, saranno esaminate tecnologie multi-antenna, MIMO massivo cell-free e frequenze mmWave e sub-THz. -Calcolo energeticamente efficiente: in scenari critici possono essere richiesti task computazionali intensivi, troppo onerosi per dispositivi con risorse limitate. Il progetto propone la distribuzione del carico computazionale in un paradigma continuo edge-to-satellite, che coinvolge utenti a terra, droni nello strato aereo (come nodi edge), e la rete satellitare (come server cloud). -Caching efficace: lo scambio di dati all'interno delle SAGIN comporta numerose sfide e limitazioni, dovute all’elevata latenza e alla dinamicità della topologia di rete. Il progetto propone di esplorare sistemi di caching multilivello per memorizzare intelligentemente le risorse nei segmenti satellitari e aerei, garantendo un accesso rapido da parte degli utenti terrestri. RAIN4C prevede la progettazione di algoritmi centralizzati e distribuiti che supportino l’ottimizzazione congiunta delle tre funzionalità descritte. Le soluzioni saranno testate attraverso simulazioni approfondite e mediante un test-bed, in cui verrà implementato un sottoinsieme delle funzionalità RAIN4C, sfruttando reti satellitari esistenti e UAV reali. Il risultato di questo progetto getterà le basi per sistemi SAGIN facilmente e rapidamente implementabili, in grado di offrire servizi agili e on-demand in scenari critici.