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Intégrer des planificateurs dans le logiciel de vol d'un satellite autonome Solange Lemai, Marie-Claire Charmeau CNES Xavier Olive Alcatel Alenia Space.

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1 Intégrer des planificateurs dans le logiciel de vol d'un satellite autonome Solange Lemai, Marie-Claire Charmeau CNES Xavier Olive Alcatel Alenia Space JFPDA – 12 mai 2006

2 JFPDA - 12 mai Plan Autonomie pour les systèmes spatiaux – Besoins et bénéfices Architecture décisionnelle – Architecture sur trois niveaux hiérarchiques Exemple de niveau décisionnel – Intégration et coordination de plusieurs planificateurs spécialisés Exécutif décisionnel – Un superviseur générique à base d'automates pour contrôler les planificateurs et l'exécution du plan Expérimentation – Implémentation du niveau décisionnel sur un banc de test à Alcatel Alenia Space A suivre...

3 JFPDA - 12 mai Besoins/fonctionnalités Autonomie pour les système spatiaux autonomie – maintien à poste – contrôle d'orbite (calcul à bord des manoeuvres de correction d'orbite) – guidage (calcul des consignes d'attitude, des profils pour sat. agile) – orbitographie (calcul des données orbitales,...) autonomie – FDIR – diagnostic de panne – reconfiguration automatique – reprise de mission autonome autonomie – commande/contrôle – programmation sur événement (déclenchement de commandes basé sur la surveillance dévénements: date, événement orbital, alarme FDIR, etc.) – planification (élaboration des plans dactivités des charges utiles et/ou de la plate-forme à partir dobjectifs fournis par le sol) – reprogrammation dynamique (adaptation du plan dactivités en fonction du contexte détecté à bord: nouveaux objectifs, variation des ressources)

4 JFPDA - 12 mai Bénéfices Autonomie pour les système spatiaux Missions observation/surveillance de la TerreMissions lointaines Bénéfices de lautonomie Alléger la charge des équipes au sol Améliorer la réactivité de la mission Assurer la continuité du service Optimiser le retour scientifique Phases critiques Fonctionnalités Programmation sur événements Orbitographie Analyse des données Planification Reprogrammation dynamique FDIR évoluée Analyse des données Planification Reprogrammation dynamique Programmation sur événements FDIR évoluée

5 JFPDA - 12 mai ExpérimentationFonctionnalités PROBA (ESA) Orbitographie (guidage) Planification DEMETER (CNES) Orbitographie (ctrl orbite aut.) Clementine (NASA) Orbitographie Programmation sur événements Deep Space One - Remote Agent (NASA) Orbitographie (navigation) Programmation sur événements Planification Reprogrammation dynamique FDIR évoluée Earth Orbiting 1, Three Corner Sat (NASA) Orbitographie (ctrl orbite aut.) Analyse des données Programmation sur événements Planification Reprogrammation dynamique FDIR évoluée Exemples d'expérimentation en vol Autonomie pour les système spatiaux

6 JFPDA - 12 mai Niveaux hiérarchiques Architecture décisionnelle Niveaux hiérarchiques – temps de réaction différents, – représentations de données plus ou moins abstraites – vision de l'état du système locale ou globale FDIR répartie – détection et reconfiguration locale dans les sous-systèmes du niveau fonctionnel, – diagnostic et reconfiguration globale au niveau opérationnel, – prévention au niveau décisionnel Interactions bord/sol – requêtes, plan, OBCP, TC

7 JFPDA - 12 mai Niveau fonctionnel Architecture décisionnelle Communication – réception TC, émissionTM, ctrl antennes Gestion du ctrl thermique Gestion de l'alimentation SCAO – estimation d'attitude – navigation – propagation d'orbite – guidage – calcul des manoeuvres de correction d'orbite – ctrl des actionneurs Charge utile – gestion des instruments dédiés à la mission

8 JFPDA - 12 mai Niveau opérationnel Architecture décisionnelle Exécutif opérationnel – exécution du plan de travail – gestion des modes du satellite – appliquer les actions de reconfiguration FDIR opérationnel – détection, localisation et planification d'actions de reconfiguration Gestion interfaces Bord/Sol – distribution des "commandes" venant du sol – configuration de la télémétrie

9 JFPDA - 12 mai Niveau décisionnel Architecture décisionnelle "Planificateurs" – raisonner à plus ou moins long terme – "généraliste" ou "spécialisé" – plus ou moins réactif – dédié à la modification de plan Gestion requêtes – maintenir une liste de requêtes et leur statut "Planning experts" – fournir en ligne des estimations sur les délais, durées d'activité et consommation de ressource Gestion du plan courant Suivi de l'état (prévention) Exécutif décisionnel Modes (inactif, avec/sans planif.)

10 JFPDA - 12 mai Mission Exemple de niveau décisionnel Thèse ONERA/CNES – Sylvain Damiani "Gestion d'une constellation de satellites de surveillance de la Terre: autonomie et coordination" - Orbitographie - Analyse des données - Planification - Reprogrammation dynamique Réactivité

11 JFPDA - 12 mai Exemple de niveau décisionnel Niveau décisionnel Gestion plan Gestion requêtes d'observations Exécutif décisionnel Suivi de l'état Estimateur téléd. Planif télédéchargements Règle décision simple Planif. observations

12 JFPDA - 12 mai Coordination de planificateurs spécialisés Exemple de niveau décisionnel Planificateurs comportements et conditions d'activation variés – interruptible/non interruptible, durée limitée, activation sur événement... coordination – utilisation des résultats d'un autre planificateur, – choix entre plusieurs planificateurs selon le contexte planificateur = activité à contrôler au même titre que les activités du plan contrôle = décider du lancement ou de l'arrêt d'une activité Exécutif décisionnel Rôle : contrôler l'exécution des activités du plan et contrôler les planificateurs But : superviseur indépendant de l'application qui contrôle des activités à comportement varié

13 JFPDA - 12 mai Schéma de contrôle générique Deux automates d'état pour gérer une activité en attente de lancement – [déclencheur, préconditions, délai] une activité en cours d'exécution – [conditions à maintenir pendant l'exécution] – [durée maximale] – [déclencheur de l'arrêt] – [conditions pour lancer une procédure d'arrêt] – [attente de bilan] –... Conditions "contingentes", "contrôlables" Exécutif décisionnel Ltm/ LtmA TrStart/startA, set(Ltm) Lca Ltm/ LtmA IdleStarting Starting Enable Starting Condition Lca/Alc (Lc&Lca& activity_is _in_state_IdleExecution)/ exec, reset(Ltm) Activité en attente

14 JFPDA - 12 mai Implémentation Exécutif décisionnel CV Interface Events, commands TrStart, TrStop, fR, exec A(p) Exécutif défini par : – un ensemble d'activités, (ex. observation, planificateur d'observations, etc.) – des signaux en entrée et sortie – une instanciation du schéma de contrôle pour chaque activité – des "variables de contrôle" représentant le contexte d'exécution et leur évolution en fonction des signaux entrants et sortants

15 JFPDA - 12 mai Instanciation pour l'application étudiée Exécutif décisionnel 7 activités – 2 pour les activités du plan (observation et télédéchargement) – 4 pour les planificateurs – 1 pour gérer le mode du niveau décisionnel 10 signaux entrants (alarme du suivi de l'état, alarme du niveau opérationnel, bilans sur l'exécution des activités du plan, événement signalant l'insertion d'activités dans le plan, etc.) 22 signaux sortants (commandes d'activation et d'arrêt...) 6 variables de contrôle – visibilité avec une station sol – plan de télédéchargement disponible pour la prochaine fenêtre de visibilité – etc.

16 JFPDA - 12 mai Schéma pour le planificateur d'observations Exécutif décisionnel TrStart RequestEvent(NEW) or RequestEvent(ABANDONED) or ReportEvent(OBSERVATION,*) or AlarmEvent Ec True TrStop / startA / Eca True Sc True Lc is_in_state_IdleExecution(OBSERVATION) and plugged Aec / Sca True Lca (updatedRoughPlan or detailedDownloadPlan) and is_in_state_IdleExecution(OBS_PLANNER) Etm Asc / Alc if (¬is_in_state_IdleExecution(OBS_PLANNER)){ TrStop(OBS_PLANNER);} if (¬updatedRoughPlan and ¬detailedDownloadPlan){ TrStart(ROUGH_DOWNLOAD_PLANNER);} Ectm 0 Stm 0 Ltm Durée maximale de planification de RoughDownloadPlanner Scmd Planning_StopObservationPlanner Lcmd Planning_StartObservationPlanner StmA If (¬obsPlanEmpty){ PlanDatabase_EraseActivityTimeline(OBSERVATION) } LtmA / fR / Exec/exA /

17 JFPDA - 12 mai Architecture Plug&Play Alcatel Alenia Space Expérimentation Services (TM, TC, temps,...) OS et Hardware Dependent Software Hardware SCAO Gestion batterie... Gestion OBCP Composants décisionnels Bus logiciel Niveau fonctionnel Niveau opérationnel Niveau décisionnel

18 JFPDA - 12 mai Maquette Expérimentation OBCP "exécutif opérationnel" Planning Plan Database Executive Data Analysis SatSimu Niveau décisionnel Niveau fonctionnel simule la détection de feux simule l'exécution des activités et l'évolution de l'état du satellite Orbit Propagator simule le calcul des évnts orbitaux (survols des zones à observer, fenêtres de visibilité, fenêtres d'éclairement) - gestion des requêtes - planificateurs d'observations (anytime et règle de décision simple) - planificateurs de télédéchargement - gestion du plan courant - suivi de l'état - automate - contrôle les planificateurs - interface avec le niveau opérationnel

19 JFPDA - 12 mai Test des performances Espace mémoire limité, allocation statique – exploration de l'espace d'états, discrétisation du temps et des niveaux de ressources compromis qualité de la décision / mémoire – ex. pour le planificateur d'observations NbNiveauxEnergie * NbNiveauxMémoire * NbRequêtes (structure de données de 20 Mo) A suivre... OBCP Plan Database Executive Data Analysis SatSimu Niveau décisionnel Niveau fonctionnel Orbit Propagator Planning


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