Pós-Graduação em Ciência da Computação – UFPE
Defesa de Tese de Doutorado Nº 685
Aluno: Esau Bermudez Sanchez
Orientador: Prof. Paulo Romero Martins Maciel
Título: Stochastic Modeling of Satellite Aging and its Impact on PDOP
Reliability in Hybrid Satellite-Terrestrial Networks
Data: 05/12/2025
Hora/Local: 9h – Auditório – Bloco B
Banca Examinadora:
Prof. Paulo Roberto Freire Cunha (UFPE / Centro de Informática)
Prof. Nelson Souto Rosa (UFPE / Centro de Informática)
Prof. José Neuman de Souza (UFC / Departamento de Computação)
Prof. José Manuel Martínez Verdugo (Universidade Técnica Federico Santa María / Depto de Engenharia Eletrônica)
Prof. Cristiano Alexandre Virginio Cavalcante (UFPE / Depto de Engenharia de Produção)
RESUMO:
As comunicações por satélite se tornaram um aspecto cotidiano da vida moderna, e a ênfase atual nas telecomunicações por satélite deve se intensificar à medida que a demanda por conectividade global aumenta. Nesse contexto, a implementação de estratégias de manutenção programada e não programada é fundamental para melhorar a disponibilidade e a confiabilidade dos sistemas de satélite. Este estudo propõe um Modelo de Disponibilidade Estocástica Integrada com Satélite Envelhecido, desenvolvido usando Redes de Petri Estocásticas (SPN), que considera a degradação do satélite ao longo do tempo. Esse modelo fornece uma base para o planejamento da infraestrutura de satélites, integrando políticas de manutenção preventiva e corretiva, representando assim um cenário operacional mais realista. Para validar o modelo proposto, vários estudos de caso são analisados.
Eles incluem uma avaliação comparativa entre um modelo de disponibilidade clássico—baseado na estrutura NAVSTAR que ignora o envelhecimento—e o modelo SPN proposto.
Ao incorporar os efeitos do envelhecimento, a estrutura SPN permite uma avaliação mais precisa do comportamento do sistema. Essa análise comparativa destaca como a dinâmica do envelhecimento afeta a confiabilidade do satélite, especialmente em diferentes regimes
de manutenção. Além disso, o modelo SPN permite a quantificação da disponibilidade em intervenções programadas e não programadas, contribuindo para melhorar a modelagem da manutenção preventiva e corretiva de satélites. Outro foco importante deste trabalho
é a relação entre o envelhecimento dos satélites e a precisão dos sinais de posicionamento, especificamente por meio da métrica Positional Dilution of Precision (PDOP). À medida que os satélites se deterioram devido a fatores de estresse orbital, a PDOP aumenta, resultando em redução da precisão na localização e na trilateração. A integração das estratégias de manutenção no modelo SPN permite a análise de como a atenuação do envelhecimento influencia o PDOP. Isso contribui com uma nova perspectiva ao estabelecer uma relação
direta entre o envelhecimento do satélite e a precisão da localização, melhorando a previsão e o controle da integridade do sinal na navegação baseada em satélite. Além disso, o estudo se estende às redes LPWAN baseadas em LoRaWAN, que dependem de conectividade de baixa potência e longo alcance. O desempenho dos links LoRa em condições de propagação por satélite é avaliado para entender como a atenuação e a degradação do sinal influenciam a confiabilidade da comunicação. Uma rede LoRa do mundo real, construída usando módulos TTGO com suporte GNSS, foi implantada para monitorar a recepção do sinal e avaliar a qualidade do link. A configuração experimental permitiu a análise da confiabilidade dos links LoRa sob modelos de propagação por satélite, esclarecendo como as redes híbridas terrestres-satélites funcionam em condições adversas.
Para superar a atenuação do sinal e a visibilidade limitada do satélite, este estudo também explora o uso de geometria computacional e técnicas de otimização de rede. Especificamente, uma estratégia geométrica baseada no algoritmo de Graham é implementada para formar cascos convexos que otimizam a distribuição dos nós. Ao empregar esse método, a rede melhorou com sucesso a aquisição de satélites e a intensidade do sinal em áreas de baixa cobertura. Isso resulta na otimização da programação de nós LoRa usando modelagem geométrica e redes gráficas, melhorando efetivamente a resiliência e a conectividade da rede híbrida. Por fim, esta pesquisa consolida várias dimensões do desempenho do sistema de satélite—disponibilidade, capacidade de manutenção, precisão do PDOP e confiabilidade da LPWAN—em uma estrutura analítica e experimental integrada. A combinação de modelagem de SPN, planejamento de manutenção com reconhecimento de idade, análise de degradação de sinal e estratégias de otimização para redes LoRa contribui com uma abordagem holística para melhorar a confiabilidade e a precisão das infraestruturas de comunicação com suporte de satélite durante toda a sua vida útil operacional.
Palavras-chave: Algoritmo, Disponibilidade, Cadeias de Markov em tempo contínuo (CTMC), GPS, LoRaWAN, manutenção, PDOP, satélites, redes de Petri estocásticas.
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