Publication
Space is so monotonic: Introducing dynamic schedulers to satellite software
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia | |
| datacite.subject.sdg | 09:Indústria, Inovação e Infraestruturas | |
| dc.contributor.advisor | Sousa, Paulo Manuel Baltarejo de | |
| dc.contributor.author | PASCHOALETTO, ALEXANDER PINHEIRO | |
| dc.date.accessioned | 2025-11-10T09:52:09Z | |
| dc.date.available | 2025-11-10T09:52:09Z | |
| dc.date.issued | 2025-10-15 | |
| dc.description.abstract | The space industry has seen a trend shift in the recent decades by a handful of perspectives. The increase in competition via the introduction of more participants (both state-related and private), the expansion in mission scopes from simple research and defense to others such as internet service and even tourism, and the growing computational demand to handle these new missions are a few of them. On this scenario, satellites come as a fundamental element in most use cases. Just as any spacecraft, they need to be developed to withstand the harsh physical conditions of space, which imply techniques such as radiation hardening in some components to operate reliably, and are deployed in environments where maintenance is complicated. They are also expected to work autonomously for years, even decades. Given these and other challenges, satellites traditionally have a long and expensive development phase, and are slow-paced when it comes to incorporating recent technologies. For the on-board computers that go within them, single-core processors of outdated architectures, fixed-priority schedulers and low CPU workloads are dominant. This paradigm works for now, but may not in the years to come as trends such as Artificial Intelligence (AI) and real-time video streaming may also reach the space domain. The lastest iterations of space-oriented software do tackle the issue of development costs by introducing a greater code re-usability across missions, but little seems to be done regarding the software performance itself. In this context, this Thesis aims at bringing modern software paradigms into play by introducing the support of three widely known schedulers - Rate Monotonic (RM), Earliest Deadline First (EDF), and Constant Bandwidth Server (CBS) - into KARVEL, a space-oriented software originally developed by Critical Software. We evaluate their performance, advantages and shortcomings in both synthetic (by emulation work as busy-wait routines) and real-world workloads (by deploying it into a robot), and demonstrate that indeed dynamic algorithms such as EDF are capable of outperforming RM even on overloaded scenarios. | eng |
| dc.description.abstract | A indústria espacial tem testemunhado, nas últimas décadas, uma tendência de mudança em vários de seus pontos. O aumento da concorrência através da introdução de mais participantes (tanto estatais como privados), a expansão do tipo das missões, passando de áreas como investigação e defesa para outras como serviços de Internet e até turismo, e a crescente demanda computacional para lidar com estas novas missões são algumas delas. Neste cenário, os satélites surgem como um elemento fundamental na maioria das finalidades. Tal como qualquer nave espacial, eles precisam de ser desenvolvidos para suportar as condições físicas adversas do espaço, o que implica técnicas como proteção adicional contra radiação em alguns componentes para operar de forma confiável, e são implantados em ambientes onde a manutenção é sempre complicada. Também se espera que funcionem de forma autónoma durante anos, ou mesmo décadas. Diante desses e de outros desafios, os satélites tradicionalmente têm uma fase de desenvolvimento longa e dispendiosa, e são lentos quando se trata de incorporar tecnologias mais recentes. Para os computadores de bordo que os equipam, predominam processadores singlecore de arquiteturas desatualizadas, escalonadores de prioridade fixa e baixas cargas de trabalho da CPU. Este paradigma funciona por enquanto, mas pode não funcionar nos próximos anos, uma vez que tendências como a Inteligência Artificial (IA) e o streaming de vídeo em tempo real também podem chegar ao domínio espacial. As últimas iterações de software orientado para o espaço abordam a questão dos custos de desenvolvimento, introduzindo uma maior reutilização de código entre missões, mas pouco parece ter dado atenção ao desempenho do software em si. Neste contexto, esta tese visa colocar em prática paradigmas de software modernos, introduzindo o suporte de três escalonadores amplamente conhecidos - Rate Monotonic (RM), Earliest Deadline First (EDF) e Constant Bandwidth Server (CBS) - no KARVEL, um software desenvolvido para o espaço e mantido pela Critical Software. Para estes escalonadores avaliamos o desempenho, vantagens e desvantagens tanto em cargas de trabalho sintéticas (por meio de emulação como rotinas "busy wait") quanto em cargas de trabalho reais (por meio da implementação do software em um robô) e demonstramos que, de fato, algoritmos dinâmicos como o EDF são capazes de superar o RM mesmo em cenários de sobrecarga. | por |
| dc.identifier.tid | 204032652 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.22/30782 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | N/A | |
| dc.subject | RTOS | |
| dc.subject | Scheduling | |
| dc.subject | Space | |
| dc.title | Space is so monotonic: Introducing dynamic schedulers to satellite software | eng |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia de Sistemas Computacionais Críticos |