Redes de Satélites Trabalho realizado por: Aurélio CarvalhoNº 20044 Sérgio Campos Nº 17434.

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1 Redes de Satélites Trabalho realizado por: Aurélio CarvalhoNº 20044 Sérgio Campos Nº 17434

2 Topicos História das redes de satélites Aplicações para os satélites Tipos de Satélites Arquitectura de um sistema de satélites Estabelecimento de uma chamada Routing Métodos de Acesso Handover Segurança Operadores Serviços

3 Historia das Redes de Satélites 1945Arthur C. Clarke publica um artigo intitulado Extra Terrestrial Relays 1957 primeiro satelite a ser lançado - SPUTNIK 1960primeiro satelite de comunicações por reflexão - ECHO 1963 Primeiro Satélite Geoestacionário - SYNCOM 1965 Primeiro Satélite Geoestacionário Comercial Early Bird (INTELSAT I): 240 duplex telephone channels or 1 TV channel, 1.5 anos de vida 1976Três satélites MARISAT para comunicações maritimas 1982 Primeiro satélite para comunicações móveis - INMARSAT-A 1988 Primeiro satélite para comunicações móveis e transmissão de dados - INMARSAT-C 1993Sistemas de telefonia por satélite passaram a ser digitais 1998 Sistemas de Satelites para telemóveis

4 Aplicações para os Satélites Globais Meteorologia Fins militares Transmissão de emissões rádio e TV Comunicação e localização ( ex:GPS ) TeleComunicações Conexões de telefones globais Backbone para redes globais Conexões para comunicações em sítios remotos ou subdesenvolvidos ( underdevelopment ) Comunicações móveis globais Sistemas de Satélites para expandir os sistemas telefónicos celulares (ex: AMPS ou GSM )

5 Tipos de Satélites GEO ( Geostationary Earth Orbit ) MEO ( Medium Earth Orbit ) LEO ( Low Earth Orbit )

6 Tipos de Satélites

7 Leo Orbita 500 – 1500 km acima da superficie terrestre Visibilidade de um satélite de cerca de 10 – 40 minutos Possivel cobertura de rádio global Tem uma latência comparável com as ligações terrestres de longa distância, ou seja 5 – 10 ms Pequenos footprints, melhor reutilização da frequência Necessita de Handover de um satelite para outro São necessários muitos satélites para assegurar a cobertura global Mais sistemas complexos devido á movimentação dos satélites Exemplos: Iridium ( surgiu em 1998, 66 satelites) Globalstar (surgiu em 1999, 48 satelites)

8 MEO Orbita 5000 – 12000 km em torno da superficie terrestre Comparando estes com os sistemas LEO : Movem-se mais lentamente São necessários menos satélites para assegurar a cobertura global Projecto do sistema mais simplificado Para muitas das ligações não necessita de handover Tem uma latência maior, da ordem dos 70 – 80 ms Necessita de uma maior potência de envio São precisas antenas especiais para pequenos footprints Exemplo: ICO (Intermediate Circular Orbit, Inmarsat)

9 GEO Orbital a 35,786 km de distancia da superficie terrestre, orbita num plano equatorial com uma inclinação de 0º Tem uma rotação de 24 horas, estando deste modo sincronizado em relação á rotação da Terra Posição das antenas fixas sem necessidade de ajuste Os satélites têm tipicamente um footprint elevado (até 34% da superfície da terra!), consequentemente difícil de reutilizar as frequências Más elevações em áreas com latitude acima dos 60º devido ao seu posicionamento fixo acima do equador Necessita de uma potência alta para transmitir Uma latência elevada impõe um alargamento das distâncias Não é útil para a cobertura global para telemóveis e transmissão de dados, tipicamente usado para a transmissão de Rádio e TV

10 Arquitectura de um Sistema de Satelites base station or gateway Inter Satellite Link (ISL) Mobile User Link (MUL) Gateway Link (GWL) footprint small cells (spotbeams) User data PSTNISDN GSM GWL MUL PSTN: Public Switched Telephone Network

11 Arquitectura de um Sistema de Satelites – Gateways Elementos constituintes: 1) Gateways / Base Station Estação terrestre constituída por : - GOCC (Ground Operations Control Center); - SOCC (Satellite Operations Control Center); Cada estação pertence e é gerida por cada operador; Recebe transmissões dos satélites com o intuito de processar as chamadas e encaminhá-las para a rede de destino terrestre; Uma gateway pode servir mais do que um país; É constituída por: - 3 a 4 antenas; - Estação de comutação; - Estação de operação e controlo; Efectuam a integração com as redes fixas ou móveis terrestres utilizando interfaces T1/E1.

12 Arquitectura de um Sistema de Satelites- Gateways (2) SOCC – gere as constelações dos satélites dos operadores, especificamente, monitoriza a posição dos satélites e as suas órbitas, fornecendo serviços de telemetria e comando para a constelação. GOCC – é o responsável pelo controlo e planeamento do uso dos recursos dos satélites pelas gateways, estando assim interligado com o SOCC.

13 Arquitectura de um Sistema de Satelites- Satelite (3) 2) Satelite

14 Estabelecimento de uma chamada Exemplo de um Estabelecimento de uma chamada: 1) Processo de aquisição - é responsável pelo estabelecimento de comunicação entre o utilizador e o satélite;

15 Estabelecimento de uma chamada 2) Processo de acesso 2.1) Determinação da localização do destinatário - a central terrestre, depois de receber informação do satélite, faz uso de um algoritmo que permite a localização do destinatário; 2.2) Aprovação de acesso - nesta fase dá-se o contacto entre a central à qual o destinatário está conectado e a central servidora, que determina se o acesso com o utilizador desejado é permitido;

16 Estabelecimento de uma chamada 3) Processo de registo – etapa na qual o terminal móvel por satélite comunica ao sistema a sua localização. Concluídas as fases anteriores obtém-se um canal de tráfego e a identificação da central, que permite a satisfação do serviço solicitado.

17 Routing Uma solução: Ligações entre Satélites (ISL) Redução do número de gateways necessárias Encaminhamento das ligações ou pacotes de dados dentro da Rede de Satélites o mais possível Apenas um uplink e um downlink por direcção necessárias para a ligação de dois telefones móveis Problemas: Maior focamento complexo nas antenas entre 2 satélites Enorme complexidade do sistema devido á movimentação dos routers Maior consumo de combustível Menos tempo de vida Iridium and Teledesic projectadas com ISL Outros sistemas utilizam gateways e adicionalmente redes terrestres

18 Routing (2)

19 Tipos de Acesso Existem 3 métodos de Acesso. TDMA ( Time Division Multiple Acess ) Os utilizadores transmitem ou recebem um de cada vez O espectro disponível é dividido em intervalos de tempo de tal forma que cada utilizador possa transmitir ou receber durante o intervalo de tempo que lhe foi reservado;

20 Tipos de Acesso (1) FDMA ( Frequency Division Multiple Acess ) A largura de banda disponível é subdividida por forma a que cada utilizador transmite na parte da banda que lhe foi destinada Permite que os utilizadores tenham acesso ao transpositor do satélite ao mesmo tempo Receptores recebem o sinal em banda espalhada e extraem a informação que lhes é destinada usando o respectivo código;

21 Tipos de Acesso (2) CDMA ( Code Division Multiple Acess ) Os utilizadores transmitem todos ao mesmo tempo em bandas espalhadas Cada estação transmite com um código próprio Receptores recebem o sinal em banda espalhada e extraem a informação que lhes é destinada usando o respectivo código;

22 Handover em Sistemas de Satélites Existem 4 tipos de Handover: Intra Satellite Handover Inter Satellite Handover Inter System Handover Gateway Handover

23 Handover em Sistemas de Satélites (1) Intra satellite handover Ocorre quando um utilizador se move de um spot beam de um satélite para outro spot beam do mesmo satélite; Esta situação ocorre uma vez que um satélite cria vários spot beams dentro do seu footprint; O mesmo caso acontece quando o satélite se move.

24 Handover em Sistemas de Satélites (2) Inter satellite handover No caso de um utilizador se ter movido de um footprint para outro, ou quando o movimento do satélite provoca essa mesma situação, pode ser considerado hard-handover; Ou soft-handover no caso de a conexão anterior e a nova conexão estarem activas em simultâneo, situação só possivel em sistemas CDMA; Pode também ocorrer entre satélites que suportem Inter Satellite Link;

25 Handover em Sistemas de Satélites (3) Inter system handover Handover utilizado quando um dado utilizador que possua um terminal que suporte tanto a comunicação por satélite como a comunicação móvel terrestre, possa comutar para a rede que em dado momento passou a estar disponível.

26 Handover em Sistemas de Satélites (4) Gateway Handover situação em que o satélite e o utilizador móvel possuem bom contacto, mas o satélite e o gateway não possuem tendo o satélite que procurar outra gateway.

27 Comunicações móveis de Satélite - Segurança Globalstar Para garantir a segurança da comunicação a Globalstar tem 3 aparelhos de encriptação disponíveis:

28 Comunicações móveis por Satélite - Operadores

29 Comunicações móveis por Satélite – Serviços Iridium Voz; Acesso à Internet pelo terminal; Paging; Soluções pré-pagas;

30 Comunicações móveis por Satélite – Serviços GlobalStar Voz; Voice Mail; Reencaminhamento de chamadas; SMS (short message service); Acesso à Internet pelo terminal; GPS (Global Positioning System); Soluções pré-pagas;

31 Comunicações móveis por Satélite – Serviços ICO Voz; Dados; Acesso à internet pelo terminal; Fax (quando existe cobertura GSM);

32 Referências: http://iml.jou.ufl.edu/projects/Fall99/Coffey/HISTORY.HTM http://members.aol.com/_ht_a/hattonjasonp/hasohp/ORBITS.HT ML#Geosynchronous%20Orbits%20(GEO) Outras Pesquisas

33 FIM