RETI DI CALCOLATORI
Parte Ottava
RETI SATELLITARI
E COSTELLAZIONI
DI SATELLITI
Gianfranco Prini
DICO - Università di Milano
[email protected]
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ARGOMENTI
• Telecom satellitari
• Costo della banda
• Sistemi di indirizzamento
• Satelliti e sviluppo
TIPI DI ORBITE
• Geostazionarie (GEO)
– apogeo = perigeo = 35.786 km, periodo = 23h 56m
– inclinazione 0 gradi, effetto Doppler trascurabile o nullo
• Geosincrone
– apogeo = perigeo = 35.786 km, periodo = 23 h 56 m
– inclinazione 0-90 gradi, effetto Doppler contenuto
• Molniya
– apogeo = 39.400 km, perigeo = 1.000 km, periodo 11h 58m
– inclinazione 62.9 gradi, effetto Doppler elevato
• Bassa quota (LEO)
– apogeo < 1.400 km, perigeo > 500 km, periodo 1.5-2 h
– inclinazione 0-90 gradi, effetto Doppler elevatissimo
ORBITE GEOSTAZIONARIE:
RITARDI DI PROPAGAZIONE
dmax= 41.679 km
r = 6.378 km
Ritardi di propagazione:
–
min = 0.12 sec
–
max = 0.14 sec
dmin= 35.786 km
ORBITE GEOSTAZIONARIE:
ROUND-TRIP DELAY (Caso 1)
A
One-way path: ASB
Round-trip path: ASBSA
S
B
One-way delay = 0.28 sec
Round-trip delay = 0.56 sec
ORBITE GEOSTAZIONARIE:
ROUND-TRIP DELAY (Caso 2a)
S1
S2
One-way path: AS1MS2B
Round-trip path: AS1MS2BS2MS1A
M
A
B
One-way delay = 0.51 sec
Round-trip delay = 1.02 sec
verso S3
ORBITE GEOSTAZIONARIE:
ROUND-TRIP DELAY (Caso 2b)
S1
S2
One-way path: AS1S2B
Round-trip path: AS1S2BS2S1A
A
B
One-way delay = 0.49 sec
Round-trip delay = 0.98 sec
verso S3
COSTELLAZIONI DI SATELLITI
LEO: ROUND-TRIP DELAY
A
One-way delay = 0.08 sec
B
Round-trip delay = 0.15 sec
COSTELLAZIONI DI SATELLITI:
ALCUNI PROGETTI IN CORSO
Narrowband
• Globalstar (Loral & Qualcomm - 1999): $2.6 B
– 48 satelliti + 4 (8?) di scorta su 8 piani orbitali (1.414 km)
• Iridium (Motorola e consorziati - 1998): $4.4 B
– 66 satelliti + 6 di scorta su 6 piani orbitali (780 km)
Broadband
• SkyBridge (Alcatel & Loral - 2001-2): $4.2 B
– 80 satelliti + ?? di scorta su ?? piani orbitali (1.469 km)
• Teledesic (W. Gates, C. McCaw - 2002-3): $9 B
– 840 satelliti + 84 di scorta su 21 piani orbitali (700 km)
– 288 satelliti + ?? di scorta su 12 piani orbitali (1.375 km)
COSTELLAZIONI DI SATELLITI
LEO: ASPETTI ECONOMICI
• Globalstar
– servizio fonia/dati al minuto (2.4/9.6 kbps): $1.25-1.5 (*n)
– download di un giornale (1 MB, 0.9 h): $260-320
• Iridium
– servizio fonia al minuto (2.4 kbps): $2-5.5
– download di un giornale (1 MB, 3.5 h): $420-1150
• Teledesic
– servizio fonia/dati al minuto (16/64 kbps/Mbps): $0.04 (*n)
– download di un giornale (1 MB, 4 s): $0.32 (32 cent)
Kenia e Tanzania
– servizio fonia al minuto: $8.95 + 25% tasse
TELEDESIC VERSIONE 1:
MATERIALE IN ORBITA
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Numero di chip (GaAs, 20-30 GHz): 500.000
Numero di antenne (phased-array): 180.000
Numero di batterie di alimentazione: 12.000
Superficie totale delle celle solari: 1.3 kmq
Potenza totale erogata (efficienza 4%): 10 MW
• Potenza di calcolo totale: 282.000 MIPS
• Dimensioni totali memoria RAM: 1 TB
TELEDESIC VERSIONE 1:
PRESTAZIONI PREVISTE
• Bit-rate (standard): da 16 kbps a 2 Mbps (E1)
– Versione 2: fino a 2 Mbps uplink, fino a 64 Mbps downlink
– SkyBridge: fino a 2 Mbps uplink, fino a 20 Mbps downlink
• Bit-rate (special): fino a 1.24 Gbps (OC-24)
– Versione 2: nessuna informazione disponibile
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Bit-rate (intersatellite link): 155 Mbps (OC-3)
Error rate: minore di 1.0e-9 a 155 Mbps
Disponibilita' servizio: superiore a 99.9%
Utenti simultanei (1:100 d, 16 kbps): 2 milioni
Copertura: 95% superficie, 100% popolazione
COMUNICAZIONI TERRESTRI
E SATELLITARI: CONFRONTI
• Trasmissioni terrestri
– Distanze da coprire: 0-30.000 km
– Round-trip delay: 0-0.3 sec
• Trasmissioni satellitari (LEO)
– Distanze da coprire: 2.800-25.500 km
– Round-trip delay: 0.02-0.17 sec
• Trasmissioni satellitari (GEO)
– Distanze da coprire: 71.500-157.500 km
– Round-trip delay: 0.48-1.05 sec
• OK per client-server, meno per NCing
APPLICAZIONE TIPO CON NC:
TEMPI DI ESECUZIONE
• Ipotesi sulla applicazione tipica del futuro
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–
–
–
Numero di chiamate di funzione per applicazione: 10.000
Percentuale di chiamate di funzione remote: 10%
Numero di chiamate di funzione per secondo: 100.000
Contributo delle chiamate in funzione della distanza
» 90.0% entro i 100 km - round-trip delay = 3 sec
» 9.0% entro i 1000 km - round-trip delay = 3 sec
» 0.9% entro i 10000 km - round-trip delay = 3 sec
» 0.1% oltre i 10000 km - round-trip delay = 3 sec
– Contrazione dei tempi per caching/interleaving: 70%
• Tempo di esecuzione asintotico per ciascuna
applicazione tipo: 1.5 sec
COSTO DEGLI IMPIANTI FISSI
(STIME A VALORI CORRENTI)
• Ultimo miglio: Lire 1.000.000 una tantum
– Ex-progetto Socrate: Lire 1013 per cablare 107 famiglie
• Switching locale: Lire 4-500.000 a 10 Mbps
– Recente impianto no. 1: Lire 5108 per 103 punti
– Recente impianto no. 2: Lire 1.3109 per 3.3103 punti
• Long distance: Lire 1-4.000 Mbit/seckm
– SeaMeWe-3: $1.37 mld per 20.000 km a 40 Gbit/sec
– Altri progetti: costi comparabili per km a 160 Gbit/sec
COSTO DELLA BANDA
(STIME A VALORI CORRENTI)
• Interconnessione locale: Lire 1.000 al giorno
– Lire 1.5 milioni totali ammortizzati su 5 anni (1825 giorni)
• Telecomunicazioni fisse: Lire 1.000 al giorno
– Assunzione: prodotto bandadistanza rimane costante
– Lire 400.000 per banda entro i 100 km, Lire 1.6 milioni tot
– Lire 1.6 milioni totali ammortizzati su 5 anni (1825 giorni)
• Telecomunicazioni satellitari: Lire 5.000 al
giorno (inclusive di interconnessione)
– Lire 16.200 mld ammortizzati su 5 anni (1825 giorni)
– Ripartiti su 2 milioni di utenti simultanei supportati
TARIFFAZIONE DELLA BANDA
(STIME A VALORI CORRENTI)
• Telefonia urbana: Lire 35.000 al giorno
– Lire 35 al minuto per 10 ore, Lire 17 al minuto per 14 ore
• Telefonia interurbana: Lire 330.000 al giorno
– Lire 340 al minuto per 10 ore, Lire 150 al min. per 14 ore
• Radiomobile urbano: Lire 405.000 al giorno
– Lire 280 al minuto per 24 ore (Telecom Italia, City)
• Tratte intercontinentali: Lire 145.000 al giorno
– Lire 100 al minuto al netto dell'interconnessione (Omnitel)
– Lire 395 al minuto (Ita-US) meno Lire 295 al minuto (City)
• Telefonia satellitare: Lire 105.000 al giorno
– Lire 72 al minuto per 24 ore (Teledesic, dal 2002)
ERRORI DEL PASSATO E
MANCANZA DI PROSPETTIVA
• Costruzione di Michelangelo e Raffaello
• Costruzione del Quinto Centro Siderurgico
• Scarico di sostanze inquinanti nelle acque
• Rappresentazione dell'anno a due cifre (Y2K)
• Implementazione di Unix a 7 bit per carattere
• Migrazione di Unix verso 8 bit per carattere
• Definizione di Unicode a 16 bit per carattere
• Rappresentazione indirizzi IPv4 a 32 bit
• Rappresentazione indirizzi Ethernet a 48 bit
Problema: bastano 128 bit per gli indirizzi IPv6?
"COSI" CHE SI TOCCANO E
"COSI" CHE NON SI TOCCANO
• "Cosi" che si toccano
– Sistemi utente (desktop, laptop, handheld, wearable, etc.)
– Sistemi condivisi (storage server, database server, code
server, compute server, object server, cache server, etc.)
– Sistemi di interconnessione (layer-n switch, router, etc.)
– Le singole parti di quanto sopra (processori, memorie,
porte, interfacce, periferiche, moduli ambientali, etc.)
• "Cosi" che non si toccano
– Documenti in un sistema di archiviazione (file system)
– Processi, thread e altri oggetti e/o dati attivi in un sistema
multiprogrammato (eventualmente multiprocessore)
– Oggetti e/o altri dati passivi creati "dentro" un sistema di
programmazione con allocazione dinamica della memoria
QUANTI SONO I "COSI"
• Quelli che si toccano già oggi sono centinaia
di milioni, e nell'arco di pochi anni potranno
diventare decine/centinaia/migliaia di miliardi
– 700 milioni di linee telefoniche oggi installate nel mondo
– metà dell'umanità si appresta a "subire" la sua prima fase
di telefonizzazione con tecnologia cellulare digitale
– miliardi di carte si apprestano a diventare intelligenti
– miliardi di esseri umani e di altri animali si apprestano a
essere "anellizzati" (cfr. JavaRing, JavaCard e simili)
• Quelli che non si toccano variano da alcune
migliaia ad alcuni miliardi per ciascuno dei
"cosi" che si toccano (e creazione dinamica)
– Già un'agenda elettronica contiene migliaia di oggetti
INDIRIZZAMENTO DEI "COSI":
LIMITI DEL MODELLO DI OGGI
• FIFOMON (Filename-in-folder-on-machine-onnetwork) è un modello che mostra la corda
– Associazione tra contenuto e una sequenza di ben 4 nomi
– Difficile da memorizzare e da ricordare nel lungo periodo
– Creazione di dangling pointer (page not found on system)
• Meglio un indirizzo monolitico e univoco per
ogni oggetto e un name server che risolva i
nomi, assegnati dall'utente a suo piacimento
– Oggetti che vivono fintantoché sono referenziati
– Vita degli indirizzi identica a quella degli oggetti
– Indirizzi generati al ritmo di generazione degli oggetti
• Necessario spazio di indirizzi inesauribile?
ARCHITETTURA DEGLI
INDIRIZZI: IL CASO IPv6
• IPv6 usa 128 bit per indirizzo (32 bit in IPv4)
– Totale indirizzi possibili: 3.41038 (2.71024 addr/m2 t.e.)
• Efficienza di assegnazione: circa 73% dei bit
– Totale indirizzi assegnabili: 1.51028 (1.11014 addr/m2 t.e.)
• Numero dei "cosi" hard pro capite (stima): 104
– Totale indirizzi assegnabili per "coso" hard: 2.51014
• Numero dei "cosi" soft generabili per sec: 105
– Autonomia generativa per "coso" hard: 2.5109 sec, pari a
2.9104 giorni, pari a poco meno di 80 anni
• Adottando l'architettura degli indirizzi di IPv6
per il NCing avremo un nuovo anno 2000 in
assenza di "IPv6 address garbage collection"