Abstract
RAIN4C – Reliable Aerial and satellIte Networks: joint Communication, Computation, Caching for Critical scenarios – ha affrontato il tema della continuità e dell’affidabilità dei servizi digitali in scenari critici, quali aree colpite da disastri, zone rurali o contesti privi di infrastrutture di comunicazione stabili. Il progetto ha studiato un’architettura multi-livello in cui utenti e sensori a terra, sciami di UAV, stazioni di terra e reti satellitari a bassa orbita cooperano per fornire congiuntamente comunicazione, capacità di calcolo e caching dei dati. L’idea alla base del progetto è che le reti satellitari possano garantire copertura ampia e persistente, mentre le reti aeree basate su UAV possano offrire supporto rapido, flessibile e a bassa latenza vicino agli utenti e ai dispositivi IoT sul campo. In tale prospettiva, RAIN4C ha perseguito tre obiettivi principali: definire un framework integrato per reti terrestri, aeree e satellitari in scenari critici; progettare strategie di ottimizzazione congiunta delle risorse radio, computazionali e di caching; validare funzionalità selezionate mediante simulazioni, modelli, algoritmi e attività sperimentali di proof of concept. Le attività sono state svolte dalle unità dell’Alma Mater Studiorum – Università di Bologna, dell’Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria e dell’Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale. Il progetto ha combinato competenze su reti wireless, UAV, reti satellitari e non terrestri, orchestrazione software, edge/fog computing, caching proattivo, digital twin, reti programmabili e tecniche avanzate di accesso radio.
Risultati raggiunti
Il progetto ha prodotto un quadro scientifico coerente per l’integrazione di reti terrestri, aeree e satellitari a supporto di servizi affidabili in scenari critici. Tra i risultati principali vi è la definizione dell’architettura RAIN4C, che descrive componenti, funzioni e interazioni tra livello terrestre, sciame UAV e segmento satellitare, ponendo le basi per soluzioni di comunicazione, calcolo e caching adattive e resilienti. Tale architettura è stata formalizzata attraverso contributi scientifici comuni, tra cui un poster presentato nel 2024 e un articolo su rivista dedicato al framework RAIN4C per comunicazioni affidabili in scenari di emergenza. L’unità dell’Università di Bologna ha coordinato il progetto e ha contribuito principalmente agli aspetti di modellazione, orchestrazione, deployment di servizi e gestione distribuita in reti UAV. Le attività hanno riguardato la progettazione di meccanismi di orchestrazione mobility-aware per servizi IoT abilitati da UAV, con validazione su nodi UAV dotati di capacità di calcolo e monitoraggio; il deployment decentralizzato e network-aware di servizi in reti UAV; lo scheduling distribuito di funzioni serverless in reti di droni ad hoc; lo split computing distribuito per sciami UAV; l’uso di digital twin e SDN per simulazione e ottimizzazione di reti wireless; la programmabilità del piano dati per migliorare l’interoperabilità IoT; e strategie di caching proattivo consapevoli dell’incertezza per reti IoT assistite da UAV. Questi risultati hanno contribuito soprattutto alla dimensione computazionale e di orchestrazione del progetto, ma anche all’integrazione tra comunicazione, caching e gestione dinamica delle risorse. L’unità dell’Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria ha contribuito alla definizione degli scenari applicativi, all’integrazione tra reti terrestri e non terrestri e alla traiettoria di proof of concept del progetto. In particolare, l’unità ha lavorato su casi d’uso mission-critical basati su applicazioni XR e su offloading applicativo in infrastrutture integrate TN/NTN, valutando il ruolo di edge, UAV e satelliti LEO rispetto a vincoli stringenti di latenza e consumo energetico dei dispositivi. L’unità ha inoltre ospitato l’incontro di progetto del 20 maggio 2025 a Reggio Calabria, dedicato allo stato di avanzamento delle attività, all’integrazione tra componente UAV e infrastruttura satellitare, alla pianificazione sperimentale, all’analisi delle criticità tecniche e alla definizione delle attività di disseminazione e pubblicazione congiunta. L’unità dell’Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale ha contribuito principalmente agli aspetti di requisiti di sistema, ottimizzazione, modellazione del canale e soluzioni radio avanzate per reti integrate satellite-terrestre e UAV-enabled. Le attività hanno riguardato modelli e tecniche per sistemi cell-free massive MIMO con UAV e segmento satellitare, con particolare attenzione all’ottimizzazione dell’efficienza energetica, ai vincoli di qualità del servizio e alla robustezza rispetto a imperfezioni di sincronizzazione e disallineamenti di fase. Sono state inoltre sviluppate soluzioni basate su trasmissione differenziale per mitigare o eliminare gli effetti dei disallineamenti di fase in sistemi cell-free massive MIMO, contribuendo alla dimensione di comunicazione radio affidabile del progetto. A livello congiunto, le tre unità hanno collaborato alla costruzione del framework RAIN4C e alla produzione di risultati scientifici comuni. Un risultato particolarmente rilevante è il lavoro su orchestrazione mobility-aware per reti IoT abilitate da UAV in scenari di emergenza, che ha integrato competenze di architettura, comunicazione, orchestrazione e validazione sperimentale. Le attività hanno permesso di validare componenti abilitanti per comunicazione e coordinamento UAV-to-UAV mediante testbed fisici basati su nodi UAV equipaggiati con capacità di calcolo, monitoraggio e orchestrazione. Il proof of concept end-to-end completamente integrato con componente satellitare non è stato completato entro il periodo progettuale a causa delle difficoltà tecniche legate alla comunicazione satellitare, ma il progetto ha realizzato e validato sottosistemi fondamentali e ha definito una traiettoria chiara per la successiva integrazione completa. RAIN4C ha generato risultati scientifici diffusi attraverso pubblicazioni su riviste e conferenze internazionali, tra cui contributi su architetture multi-livello per comunicazioni di emergenza, orchestrazione di servizi UAV-enabled, caching proattivo, offloading TN/NTN, digital twin, programmabilità di rete, serverless computing distribuito, split computing e tecniche cell-free massive MIMO. Il progetto ha inoltre promosso attività di disseminazione mediante poster scientifici, incontri di coordinamento tra le unità e l’organizzazione del workshop RAIN4C in congiunzione con IEEE MASS 2025, dedicato a reti non terrestri, sistemi UAV, edge computing e comunicazioni resilienti.Dettagli del progetto
Responsabile scientifico: Angelo Trotta
Strutture Unibo coinvolte:
Dipartimento di Informatica - Scienza e Ingegneria
Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 199.920,00
Contributo totale Unibo: Euro (EUR) 68.240,00
Durata del progetto in mesi: 29
Data di inizio
28/09/2023
Data di fine:
28/02/2026
