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Tesi - Definizione di Procedure di Validazione per la Rete Satellitare EUROSKYWAY a analisi della Prestazioni

Tesi Sperimentale svolta in Alenia Spazio (attuale Thales Alenia Space Italia). Il lavoro di tesi ha rguradato la definizione delle Procedure di Validazione per la rete satellitare EUROSKYWAY e l'analisi delle Prestazioni tramite un Emulatore al terminale Satellitare, con conseguente analisi dei dati per mezzo di un tool di post processamento implementato in MATLAB

Materia di Fondamenti di Telecomunicazioni relatore Prof. A. Iera

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ESTRATTO DOCUMENTO

Introduzione

Descrizione del lavoro di tesi

Il presente lavoro di tesi, svolto interamente in Alenia Spazio, un’azienda Finmeccanica, si

propone come primo obiettivo di definire delle strategie di validazione per la rete satellitare a

larga banda EuroSkyWay. La validazione sarà effettuata mediante l’uso del Dimostratore

ESW, in quanto anch’essa parte del contratto ARTES 3 “Development of ESW

Communication System”, finanziato dall’ESA.

Il lavoro di tesi è articolato fondamentalmente in due fasi: una fase di studio e di analisi del

sistema, ed una di implementazione, integrazione e simulazione.

Nella fase di studio e di analisi si affrontano e realizzano i seguenti punti:

studio e definizione dell’architettura generale del sistema EuroSkyWay;

studio dettagliato del dimostratore e dei suoi sei componenti, rappresentanti i tre

elementi principali del sistema satellitare EuroSkyWay (Terminale Satellitare, Payload

del Satellite, Network Operation Centre) ed i tre elementi ausiliari (Simulatore di

Canale in banda Ka, Generatore di Traffico Terrestre, ed il Sistema di Controllo del

Dimostratore);

definizione di una strategia di validazione, partendo da una selezione degli aspetti

critici del sistema, specificando poi gli obiettivi di validazione e le relative metriche

per valutare le performance del sistema;

studio di fattibilità dell’attività di validazione proposta tramite il Dimostratore V1.

La prima versione del Dimostratore adotta un approccio incrementale che porta ad affrontare

la complessità del sistema e dei suoi aspetti principali da validare in maniera modulare,

permettendo un veloce feedback per eliminare eventuali problemi o errori di progettazione.

Perciò il Dimostratore V1 implementa le seguenti funzionalità:

1. Livello Data Link per lo scambio dati utente fra terminali (Layer 2I e Layer 2I con

Ack);

2. Livello Data Link per la Segnalazione di controllo fra terminali e NOC (Layer 2S);

XIV

Introduzione

3. Livello di rete (Layer 3), considerando solo connessioni uni-direzionali.

In particolare il livello fisico è stato sostituito, sostituzione del livello fisico di ESW

ed in si

collegamento LAN ethernet 802.3

ha un

Con particolare riferimento agli scenari di validazione proposti, emergeranno le seguenti

considerazioni:

A. tutti i test relativi al comportamento funzionale del sistema, sul piano utente e su quello di

controllo, a livello 2 e 3, possono essere supportati dal Dimostratore attualmente

disponibile; Layer 2-I, possono altresì essere realizzati. La

B. i test di performance sul piano utente,

presenza di condizioni di indeterminismo, date ad esempio dal comportamento del canale

simulato dal KCS, può essere gestita. Le eventuali perdite di celle ESW o la loro

ritrasmissione è infatti automaticamente gestita nel Livello 2.

C. i test di performance sul piano di controllo, Layer 3 su Layer 2-S, non possono essere

invece condotti, tramite il SaTSIM corrente, perchè il Livello 3 non è autonomo ma

strettamente vincolato alle richieste e risposte del livello sovrastante, l’IWL. Nelle

condizioni di simulazione non deterministiche è dunque impossibile precaricare le

sequenze di input per il livello 3 e dunque simulare l’IWL.

In luce delle considerazioni sopra esposte, questo lavoro di tesi si è orientato a sopperire le

limitazioni attualmente esistenti nel Dimostratore V1 al fine di consentire una più estesa e

significativa campagna di Validazione.

L’Emulatore di InterWorking, IW Emulator, appositamente realizzato nel SaTSIM, consentirà

di realizzare la campagna di test prestazionali al punto C. Esso è infatti uno strumento per

fornire richieste di setup e release, registrazione e deregistrazione e soprattutto gestire le

transizioni dell’ IWL, InterWorking Layer sovrastante il livello3.

L’aggiunta di un ulteriore sviluppo, quello di un’analizzatore di Log, Log Analyser, sull’ECS,

consentirà anche di processare i Log generati dall’Emulatore e di dedurne il comportamento

del sistema nella fase di verifica dei risultati delle procedure di validazione. XV

Introduzione

La fase di implementazione, integrazione e simulazione riguarda i seguenti aspetti:

Definizione delle macchine a stati finiti, riguardanti le procedure principali che deve

svolgere l’IW del terminale satellitare: procedura di registrazione; procedura di setup e

release di una connessione point-to-point e relativa procedura di modifica del profilo di

connessione; procedura di add party e drop party nel caso di connesioni point- to-multi

point. Tramite queste macchine a stati finiti il sistema, che emula l’IWF, sa come deve

reagire alla ricezione di determinate primitive, pertanto costituiscono il “motore” dell’

emulatore stesso.

Implementazione dell’Emulatore di IWU in C.

Integrazione dell’Emulatore di IWU con i moduli di livello 2 e 3 già sviluppati nel

prototipo di terminale, SaTSIM, su piattaforma Mediaref STM dotata di processore

Hitachi-ST.

Test funzionali della macchina a stati finiti implementata nel Dimostratore V1 integrato.

Implementazione in matlab dell’Analizzatore di Log in grado di derivare le statistiche di

Validazione a partire dai log generati dall’Emulatore di IWU.

Realizzazione di una campagna di validazione, e conseguente elaborazione dei risultati

ottenuti.

Breve descrizione dei capitoli

Il testo della tesi è suddiviso in sette capitoli, nei quali è descritto per fasi l’intero lavoro

svolto.

Nel primo capitolo è presentata una panoramica sui sistemi satellitari, soffermandosi

sull’evoluzione di tali sistemi che ha portato ai sistemi satellitari a larga banda, dei quali

EuroSkyWay è uno dei più innovativi per flessibilità, nel fornire connettività a qualunque tipo

di rete terrestre, ed efficienza.

Nel secondo capitolo è descritto il sistema satellitare a larga banda EuroSkyWay dal punto di

vista architetturale, presentando il piano di evoluzione del sistema in termini di zone di

XVI

Introduzione

copertura dei cinque satelliti geostazionari previsti. Particolare attenzione è data ad ESW

Regional System, ovvero il sistema regionale che riguarda l’Europa, che sarà la prima zona ad

essere coperta con il lancio del primo satellite. Nel corso del capitolo si scende in dettaglio

sulle frequenze usate e sulla polarizzazione e sullo stack protocollare proprietario della rete

fondamentale per fornire connettività al traffico generato dalle reti dette OLN, OverLying

Network.

Nel terzo capitolo viene descritto il dimostratore del sistema satellitare ESW, da utilizzare

per l’attività di validazione. In particolare saranno descritti i sei elementi che lo compongono

nella loro versione definitiva ed in quella preliminare facente parte del Dimostratore V1

attualmente a disposizione.

Nel quarto capitolo viene definita una strategia di validazione relativa ai vari livelli dello

stack protocollare di EuoSkyWay; per ogni livello vengono selezionati degli elementi critici.

In seguito, tenuto conto del dimostratore a disposizione, si valuta quali elementi critici è

possibile validare. A questo punto si specificano le metriche di validazione, ovvero i

parametri del sistema ESW adatti al fine di stimare quantitativamente come reagisce il sistema

stesso dati certi parametri in ingresso.

Nel quinto capitolo, in luce di considerazioni derivanti dalla applicazione delle campagne di

validazione definite sul dimostratore v1, vengono presentate le motivazioni che hanno portato

alla realizzazione dell’Emulatore di IWU e la struttura dell’emulatore stesso progettato per il

prototipo di terminale.

Vengono inoltre descritte le macchine a stati finiti riguardanti le transizioni che deve svolgere

l’emulatore nel terminale. Le macchine a stati finiti in questione sono fondamentali per dare

un “motore” all’IWL, InterWorking Layer, in pratica per stabilire come IWL si deve

comportare in presenza di determinati eventi, come la ricezione di primitive, sia dal livello

superiore che dal livello rete, ed in presenza di determinate condizioni.

Nel sesto capitolo viene descritta l’implementazione del software dell’Emulatore di IWU,

tramite diagrammi di flusso che illustrano le sequenze di azioni compiute dall’ IWL, che

stando in ascolto sulle porte di comunicazione riceve le primitive ed agisce in base al

“motore”, descritto nel precedente capitolo. XVII

Introduzione

Vengono inoltre presentate le implementazioni del generatore di stimoli, l’OLN Simulator e

dell’analizzatore dei Log prodotti dall’Emulatore.

Nel settimo capitolo vengono riportati i risultati ottenuti nelle simulazioni relative ad una

campagna di validazione che utilizza gli strumenti realizzati in questo lavoro, ed i relativi

commenti.

Questi sono seguiti dalle conclusioni sul lavoro svolto e dagli sviluppi futuri del software

implementato e dell’attività di validazione. XVIII

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

Capitolo 1

SISTEMI DI COMUNICAZIONE SATELLITARI 1

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

1. I S C S

ISTEMI DI OMUNICAZIONE ATELLITARI

Questo capitolo fornisce innanzitutto una panoramica sulle

caratteristiche generali delle reti satellitari, evidenziandone sia

vantaggi e potenzialità, sia inefficienze ed aspetti critici; è data

quindi una breve descrizione dello scenario odierno dei sistemi

di comunicazione satellitari e sono esposte le linee guida seguite

nello sviluppo della nuova generazione di reti satellitari che in

pochi anni domineranno prevedibilmente il mondo delle

comunicazioni multimediali.

E’ proprio nella nuova generazione di satelliti, che si

inserisce la rete satellitare EuroSkyWay oggetto di studio di

questa tesi. 2

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

1.1 G

ENERALITÀ

Le comunicazioni satellitari [1] sono il risultato di anni di ricerca nel campo delle

comunicazioni, prima dell’impiego dei satelliti le trasmissioni a microonde avvenivano

attraverso una serie di stazioni ripetitrici.

La grande limitazione delle stazioni ripetitrici è che esse usano una tecnologia punto-punto, la

distanza massima fra due stazioni ripetitrici non può superare i 40 km, pertanto, come è

possibile osservare nella Figura 1.1, occorrono numerosi ripetitori per mettere in

comunicazione due punti lontani fra loro. Al contrario con il satellite, in particolar modo con

un satellite geostazionario, è possibile avere una copertura regionale.

Figura 1.1 - Copertura di satellite geostazionario rispetto a dei ripetitori a terra.

Da questa esigenza nasce la volontà di usare dei satelliti artificiali, il primo lancio di un

satellite artificiale (Sputnik) nello spazio avvenne nel 1957. In seguito furono fatti altri

esperimenti di lanci, fino ad arrivare al primo satellite geostazionario nel 1963 (Syncom) e due

anni dopo venne lanciato il primo satellite geostazionario commerciale Intelsat I.

I primi satelliti avevano bassa capacità e costi altissimi, si pensi che Intelsat I pesava 68 Kg

per piattaforma ed aveva una capacità equivalente a 480 canali telefonici, con un costo

annuale di 32500 dollari per canale [2].

La riduzione dei costi è stato il risultato di molti studi e costruzioni che hanno accompagnato

l’esecuzione di lanci affidabili. Si è inoltre incrementata la ricerca sulle tecniche di

trasmissione mediante microonde consentendo la realizzazione di antenne multibeam

(multifascio), che si adattano alle forma del continente, con la possibilità di riusare le

frequenze da un fascio all’altro. Ciò ha contribuito ad incrementare la capacità ed a ridurre i

3

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

costi per canale telefonico (nella metà degli anni '90, si é arrivati ad un costo annuale di 3000

dollari).

Oltre alla riduzione dei costi di comunicazione, l’evoluzione nei sistemi di comunicazione

satellitari è data anche dalla diversità dei servizi offerti.

Un satellite per telecomunicazioni può essere pensato come un ripetitore posto a grande

altitudine e dunque avente un’estesa area di copertura come si può vedere in Figura 1.2. Esso

contiene diversi transponders, ognuno dei quali “ascolta” una certa porzione di spettro,

amplifica il segnale in entrata su una frequenza e lo ritrasmette su un’altra per evitare

interferenze con il segnale che arriva, infatti per l’uplink (collegamento terra – satellite) si usa

un gruppo di frequenze, per il downlink (collegamento satellite – terra) se ne usa un altro.

Figura 1.2 – Collegamento in uplink ed in downlink.

Il raggio diretto verso la terra può essere diffuso, coprendo una grande area della superficie

terrestre, oppure stretto, con una copertura di un’area di sole poche decine o centinaia di

chilometri di diametro [3]. 4

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

1.1.1 Orbite

I satelliti sono posti in una precisa orbita intorno alla terra, dove l’orbita è la traiettoria seguita

dal satellite [5]. La traiettoria, si veda Figura 1.3, è dentro un piano e pensata come un’ellisse

con un’estensione massima, (massima distanza dalla terra), ed un’estensione minima,

apogeo

(minima distanza dalla terra). Il satellite si muove tanto più lentamente quanto più si

perigeo

trova vicino all’ , e perciò più lontano dalla terra.

apogeo Figura 1.3 – Apogeo e perigeo.

Le principali orbite sono:

• Orbita ellittica inclinata ad un angolo di 64° rispetto al piano equatoriale. Questo tipo di

orbita è particolarmente stabile rispetto al potenziale gravitazionale terrestre e, grazie a

questa inclinazione, il satellite può coprire zone ad alta latitudine per una larga frazione

del periodo orbitale, quando si trova in prossimità dell’apogeo. Questo tipo di orbita è

stata adottata dall’URSS nei satelliti MOLNYA, aventi periodo di 12 ore, delle quali otto

sono in prossimità della zona dell’apogeo. 5

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

Alcune ricerche relative all’orbita ellittica indicano un periodo di 24 ore (TUNDRA

orbita) o più di 24 ore (ABA-88, DON-84). Queste orbite sono usate per i sistemi di

comunicazione satellitare mobile, con angoli di elevazione bassa (meno di 30°).

L’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha svolto uno studio sull’uso di orbite ad alta

inclinazione (HEO) per la radio diffusione audio digitale (DAB, digital audio

) e per la comunicazione mobile (programma ).

broadcasting Archimede

• Orbita terrestre circolare bassa (LEO, ). L’altitudine del satellite è costante

low earth orbit

ed equivale ad un centinaio di Km, generalmente è compresa fra 160 Km e 1000 Km con

un inclinazione di 90°; questo tipo di orbita garantisce che il satellite passerà su ogni zona

della terra. Il periodo di visibilità di questo tipo di satelliti è di 15 minuti, pertanto per

coprire zone anche relativamente piccole possono servono costellazioni di decine di

satelliti. Tuttavia si ha il vantaggio di poter fornire comunicazione in larga banda in tempo

reale essendo i ritardi compresi fra i 20 ed i 40 ms (es. sono: GLOBALSTAR,

ELLIPSO…).

• Orbita circolare media (MEO, ), denominata anche orbita circolare

medium earth orbit

intermedia. Il satellite ha un’altitudine compresa fra i 9600 ed i 19300 Km, con

un’inclinazione di 50°; il periodo di visibilità è di circa sei ore.

• Orbita circolare con inclinazione di 0° (orbita equatoriale). Conosciuta come orbita

geostazionaria. Il satellite gira intorno alla terra ad un’altitudine di 36000 Km. Il periodo

di visibilità è di 24 ore su 24, perché la rotazione è la stessa di quella terrestre ed avviene

nella stessa direzione. In questo modo il satellite appare fisso da terra, pertanto non c’è

bisogno di antenne ad inseguimento. Inoltre vista l’altezza alla quale si trova, un solo

satellite riesce a coprire il 43% della superficie terrestre.

Questi vantaggi hanno spinto molto verso l’utilizzo di satelliti geostazionari, quali

EuroSkyWay, nonostante gli elevati ritardi di transito dovuti alla distanza da terra

(dell’ordine di 250 ms) possano costituire un ostacolo per i servizi .

real time 6

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

Figura 1.4 – Tipologie di orbita.

Di seguito viene riportata una tabella (Tabella 1.1) riassuntiva sulle principali caratteristiche

delle orbite circolari, distinte in base alla distanza dalla terra.

Tabella 1.1 Caratteristiche delle orbite circolari.

Sigla LEO MEO GEO

Low Earth Orbit Medium Earth Orbit Geostationary Earth Orbit

Descrizione 160 Km – 1000 Km 9600 Km – 19300 Km 36000 Km

Distanza dalla terra 15 minuti 2 – 6 ore 24 ore su 24

Durata della visibilità • • •

Vantaggi Basso ritardo di transito (20– Ritardo di transito Copertura del 43% della

40 ms). moderato (50-150 ms). superficie terrestre.

• •

Basso peso. Antenne ad orientazione

• Costi contenuti. fissa.

Costi ridotti per la messa in •

orbita. Vita media di circa 15

anni.

• • •

Svantaggi Alto numero di satelliti Necessità di antenne Elevati ritardi di transito

anche per piccole coperture. ad inseguimento. (circa 250 ms).

• •

Necessità a terra di antenne Segnali più deboli a

ad inseguimento. causa della distanza, è

• dunque necessaria più

Bassa estensione di zona potenza.

coperta. •

• Peso elevato.

Effetto Doppler rilevante, •

dovuto al movimento del Problemi di visibilità

satellite rispetto alla terra. alle alte latitudini.

• Vita media di 4-5 mesi. 7

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

1.2 A

RCHITETTURA DI UN SISTEMA SATELLITARE

Un sistema di comunicazione satellitare è composto da un segmento spaziale e da un

segmento terrestre come si può vedere in Figura 1.5.

[6], Figura 1.5 - Architettura di un sistema satellitare.

1.2.1 Segmento Spaziale

Il segmento spaziale include il satellite e tutti i dispositivi terrestri atti al suo controllo e

monitoraggio. Esso include il percorso, la telemetria e le stazioni di comando (TT&C)

insieme con il centro di controllo del satellite, dove tutte le operazioni sono associate con la

manutenzione della stazione e il controllo delle funzioni principali.

Pertanto nel segmento spaziale si gestiscono le comunicazioni in e in . Un

uplink downlink

parametro importante per un collegamento radio è il rapporto segnale rumore; altro elemento

rilevante è la qualità del collegamento complessivo fra stazioni a terra, determinato da

entrambe le tratte.

Il satellite costituisce un punto di giunzione per un gruppo di collegamenti simultanei,

pertanto può essere considerato un nodo di una rete. 8

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

L’accesso al satellite, e ad un canale satellitare, chiamato può avvenire

transponder

contemporaneamente da parte di un gran numero di stazioni di terra, ciò implica l’uso di

tecniche di accesso multiplo quali:

• F.D.M.A., frequency division multiple access;

• T.D.M.A., time division multiple access;

• C.D.M.A., code division multiple access;

Il satellite è composto da due parti la piattaforma e il , la parte “intelligente”

payload

La , o , consiste di tutti i sottosistemi che permettono al payload di

Piattaforma Spacecraft Bus

operare.

Il è composto da un’antenna ricevente e una trasmittente e da tutti i componenti

payload

elettronici che supportano la trasmissione del segnale.

In base al tipo di i satelliti possono essere classificati in o .

payload trasparenti rigenerativi

In particolare nel payload si trovano un insieme di ripetitori ( ) che amplificano i

transponder

segnali ricevuti in e li ritrasmettono su un'altra frequenza in . Ciascun

uplink downlink

ripetitore può essere di uno dei due tipi:

(detti anche trasparenti o “ ”), in Figura 1.6.

1. Transparent repeater bent pipe

2. (detti anche rigenerativi) in Figura 1.7.

On board Processing repeater

Figura 1.6 – Stack protocollare di una rete satellitare con satellite di tipo “bent pipe” o trasparente. 9

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

Figura 1.7 – Stack protocollare di una rete satellitare con satellite di tipo rigenerativo.

La differenza fondamentale tra i due tipi consiste nel fatto che nel secondo caso il satellite può

essere utilizzato come uno switch anziché come un semplice ripetitore, come avviene nel

primo caso.

Sul satellite compare il livello di data link, che sebbene semplificato

On-Board Processing

provvede alla funzionalità di commutazione e talvolta di buffering tipiche di uno switch,

inoltre al livello fisico deve essere effettuato un opportuno multiplexing nel caso in cui siano

presenti più transponder sul satellite. In questo modo le comunicazioni end-to-end possono

essere fatte in tempi più brevi, poiché è il satellite ad effettuare l’operazione di switch, senza

rimandare il segnale a terra per l’elaborazione, evitando perciò di raddoppiare i tempi.

Il sistema satellitare EuroskyWay, che sarà trattato in dettaglio nel successivo capitolo, è

composto da satelliti rigenerativi.

Nel caso del satellite essendo presente il solo livello fisico, il satellite agisce da

Bent-Pipe

semplice ripetitore, che riceve su una frequenza e ritrasmette su un’altra. In questo caso in una

comunicazione end-to-end si ha bisogno di effettuare lo switching su un’apposita stazione a

terra ( ), introducendo un ritardo complessivo almeno doppio di quello che si ha

Master Station

nel caso di On-Board Processing. 10

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

1.2.2 Segmento Terrestre

Il segmento terrestre è composto da tutte le stazioni a terra (Figura 1.8); queste possono essere

connesse a centri di Controllo Rete, a centri di Service Provider, ad utenti finali collegati da

una rete terrestre o, in casi di piccole stazioni (VSAT very small aperture terminal),

direttamente connesse agli equipaggiamenti degli utenti finali.

Le stazioni si distinguono per la dimensione che varia a secondo del volume di traffico

trasmesso col collegamento satellitare e del tipo di traffico. Gli equipaggiamenti più grandi

sono quelli con antenne di 30 m di diametro (standard A della rete Intelsat). Le stazioni più

piccole hanno un’antenna di diametro di 0.6 m (stazioni riceventi i segnali diretti dai satelliti)

o persino antenne piccole (stazioni mobili, stazioni portatili o cellulari).

Figura 1.8 - Struttura di una stazione a terra.

Alcune stazioni ricevono e trasmettono contemporaneamente. Altre sono solo stazioni a terra

riceventi; un es. si ha con stazioni riceventi da un sistema di trasmissione satellitare o un

sistema di distribuzione per segnali televisivi o dati. 11

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

1.3 C R

ANALE ADIO

Di seguito è riportata una figura con la descrizione delle bande usate nelle comunicazioni

satellitari [6]. Figura 1.10 – Bande usate nel canale satellitare.

Fra le varie bande di frequenza si hanno:

: nelle frequenze comprese fra 1 GHz e 2 GHz, tale segmento di frequenze è stato

banda L

usato per le comunicazioni satellitari commerciali solo dopo gli anni ’70. Le antenne in banda

L sono piccole e non richiedono il puntamento diretto al satellite.

: è compresa fra 2 GHz e 4 GHz, ed insieme alla banda L, è stata la prima usata per le

banda S

comunicazioni spaziali della NASA ed altre organizzazioni spaziali per attività di ricerca nel

mondo. Hanno il vantaggio di avere un livello di rumore basso e subiscono meno gli effetti

della ionosfera rispetto alla banda L. 12

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

: è compresa fra 4 GHz e 8 GHz, questa banda è la più usata e sviluppata dello

banda C

spettro satellitare. La banda C è un buon compromesso tra le caratteristiche di propagazione e

la disponibilità di larga banda.

: è compresa fra 8 GHz e 12.5 GHz, è una banda usata dai governi e dai militari.

banda X : è compresa fra 12.5 GHz e 18 GHz. La banda Ku è più efficiente della banda C e

banda Ku

permette un servizio di comunicazione a due vie interattive, una per la voce e una per i dati,

perciò una banda larga.

: è compresa fra 26.5 GHz e 40 GHz. La banda Ka ha uno spettro abbondante e

banda Ka

quindi è usata per servizi ad alto . Le antenne di terra hanno un raggio che è tra la metà e

rate

un quarto di quelle usate con le bande Ku e C. Lo spettro della banda Ka è l’ultimo ad essere

stato usato per le comunicazioni satellitari commerciali, ed è lo spettro usato dalla rete

satellitare EuroSkyWay.

Tuttavia dal punto di vista fisico i segnali in banda Ka subiscono di più l’attenuazione dovuta

alla pioggia (il segnale in questo caso deve essere mandato a una potenza maggiore, pertanto è

necessario un meccanismo di ) ed al fenomeno della scintillazione.

power control

La scintillazione è dovuta alle variazioni dell’ampiezza della portante ricevuta, causate dalle

variazioni dell’indice di rifrazione della troposfera e della ionosfera. L’ampiezza picco –

picco di queste variazioni, già alla frequenza di 11 GHz alle medie latitudini, può superare 1

dB per lo 0.01% del tempo, all’aumentare della frequenza il fenomeno assume maggiore peso,

inoltre è un fenomeno difficilmente prevedibile.

1.4 V S

ANTAGGI E VANTAGGI NELLE COMUNICAZIONI SATELLITARI

Sebbene il mondo delle comunicazioni multimediali abbia ricevuto un notevole impulso

dall'introduzione della fibra ottica nelle reti terrestri, mezzo di comunicazione a grande

larghezza di banda in grado di offrire servizi prima impensabili, sono prevedibilmente proprio

le lacune intrinseche delle reti terrestri che renderanno necessaria l'introduzione di reti di

telecomunicazione satellitari a larga banda le quali, integrate con quelle terrestri (tramite

13

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

funzioni di ), permetteranno di risolvere problemi di congestione e di fornire

interworking

servizi multimediali a utenti residenziali e/o mobili in qualunque parte del globo.

I principali delle reti satellitari, con particolare riferimento alle reti GEO, delle quali

vantaggi

fa parte anche la rete satellitare EuroSkyWay, sono: : nelle reti GEO la diffusione di

Possibilità di comunicazioni broadcast/multicast

informazione verso una vasta area geografica e la comunicazione di informazione da

una sorgente ad una molteplicità di destinatari, sono possibili da realizzare in modo

semplice ed economico senza l'utilizzo dei protocolli complessi di multicast routing

necessari invece nelle reti magliate terrestri.

: la topologia di una rete satellitare è molto più

Semplicità di gestione della rete

semplice di quella di una rete magliata terrestre e di conseguenza la sua gestione è

notevolmente semplificata. : una rete satellitare può coprire agevolmente ogni

Costi contenuti ed elevata copertura

parte del globo ed in particolare anche quelle zone dove non è possibile arrivare con

infrastrutture di terra; inoltre dove le aree di copertura sono molto estese, costruirvi

infrastrutture di terra per realizzare reti magliate, sarebbe più costoso, sia in termini

economici sia temporali, rispetto alla messa in orbita dei satelliti. La capacità di

raggiungere un grande numero di utenti residenziali in zone così estese consente

inoltre di ammortizzare i costi fissi iniziali e di realizzare economie di scala: più utenti

fanno uso di un satellite e minore sarà il costo di chiamata che ciascuno di essi è

tenuto a sostenere. Un’ultima osservazione sui costi riguarda la trasmissione dei

messaggi: il costo della trasmissione via satellite è indipendente dalla distanza che

esiste tra la sorgente e la destinazione del messaggio. Una chiamata intercontinentale

via satellite, quindi, costa tanto quanto una chiamata urbana.

: utilizzando le moderne tecnologie satellitari operanti in

Elevata larghezza di banda

banda K , è possibile smaltire un di qualche Gbps ed avere

throughput aggregato

a

assegnazioni di canali di qualche Mbps; è proprio la possibilità di offrire canali con

così elevati che permetterà a tali sistemi di giocare un ruolo di primo piano nel

rates

mondo delle comunicazioni multimediali. Tramite il satellite è infatti possibile

scavalcare la lenta (per lo meno nell’ultimo miglio, poiché la maggior parte delle città

14

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

non ha ancora il cablaggio in fibra ottica) rete geografica terrestre e giungere

direttamente all’utente attraversando il solo nodo satellitare.

I principali delle reti satellitari sono:

svantaggi : considerando che le onde

Consistente ritardo di transito o Round Trip Delay

elettromagnetiche viaggiano nel mezzo radio a 300.000 Km/s, nei sistemi GEO il

ritardo di propagazione terra-satellite può essere stimato intorno ai 135 ms e dunque il

fra due terminali a terra intorno ai 270 ms; in realtà processamento,

ritardo end-to-end

accodamento e switching a bordo, possono portare tale ritardo a più di 400 ms

rendendo critica la situazione per le applicazioni con stringenti vincoli .

real -time

: dal punto di vista della sicurezza e privacy i

Bassi livelli di sicurezza e privacy

satelliti sono carenti; in linea di principio tutti possono ascoltare ciò che gli altri stanno

comunicando ed è dunque necessario adottare opportuni algoritmi di crittografia.

: il sulle reti satellitari GEO è relativamente elevato ed è

Elevati BER bit error rate

fortemente dipendente da fenomeni atmosferici quali pioggia e scintillazione

troposferica e dalla mobilità e ). La qualità del collegamento

(shadowing multipath

satellitare può dunque essere soggetta a rapidi peggioramenti che possono provocare

lunghe sequenze di bit errati ovvero errori a burst che fanno sì che il canale abbia un

comportamento . L'introduzione di codici FEC ( , che

on-off forward error control

permettono anche di correggere l’errore oltre a rilevarlo) di tipo ,

Reed Solomon

permette di ridurre notevolmente il BER comportando però una maggiore occupazione

di banda.

1.5 E

VOLUZIONE DELLE RETI SATELLITARI

Le caratteristiche dei sistemi di comunicazione satellitare di nuova generazione, sono quelle

di: • Fornire servizi multimediali, attraverso la tecnologia DVB (

digital video

)

broadcasting [8]. 15

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

• Offrire larghezze di banda limitate.

• Mantenere bassi, o ridurre i costi dei terminali utente.

E’ in questo contesto che si inserisce la rete satellitare EuroSkyWay che si prefigge gli

obiettivi sopra indicati, poiché i “vecchi” sistemi di comunicazione satellitare si mostrano

inadeguati a soddisfare le nuove esigenze di servizi multimediali ( ,

video on demand

telemedicina, telelavoro, ) . E’ pertanto necessario che le nuove reti satellitari,

web browsing

costituite da satelliti rigenerativi, siano in grado di:

• Offrire larghezze di banda più elevate, per garantire maggiori servizi.

• Effettuare comunicazioni satellitari bilanciate.

• Ridurre il ritardo nelle comunicazioni end to end, con uno switch a bordo, per evitare che

il segnale per essere rielaborato debba tornare a terra.

• Integrare le potenzialità delle reti satellitari con quelle delle reti terrestri, tramite delle

funzioni di perciò le reti satellitari di nuova concezione potranno inter

interworking

operare con reti ISDN, ATM, IP, DVB/MPEG [6].

Per ottimizzare l’utilizzazione di banda le reti satellitari broadband dell'immediato

futuro opereranno come "switched networks" fornendo dinamicamente la banda su

richiesta dell'utente (“bandwidth on demand”) e saranno reti in cui il satellite costituirà

il nodo di commutazione unico

L'esigenza di larghezze di banda maggiori ha portato alla scelta della banda K , ciò

a

unito al bisogno di links bilanciati e terminali piccoli (a bassa potenza) ed economici

(quindi producibili su vasta scala), ha portato alla scelta di una copertura multibeam

con satellite di tipo On-Board Processing (payload rigenerativo) avente quindi,

necessariamente, funzione di switch.

Nella seguente Figura 1.9 sono illustrate le linee guida per l’evoluzione delle future

reti satellitari. 16

Capitolo 1 I Sistemi di Comunicazione Satellitari

Satellite

trasparente e

banda K

u Links bilanciati e

Maggiore banda e terminali piccoli

uso più efficiente b

Copertura a

Banda K multi-spotbeam

a

Bandwidth on

demand Interconnessione

con le reti terrestri,

minori ritardi

Switch a

bordo

Figura 1.9 – Evoluzione delle reti satellitari. 17

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Capitolo 2

LA RETE EUROSKYWAY 18

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

2. L E S W

A RETE URO KY AY

In questo capitolo sarà descritto il sistema satellitare a

larga banda EuroSkyWay, tale progetto è il risultato di anni di

studio e ricerche nello sviluppo della tecnologia satellitare da

parte di Alenia Spazio, in collaborazione con le maggiori

Industrie e Centri di Ricerca Europei e Nord-Americani, e

premetterà di offrire servizi multimediali interattivi ad utenti

dotati di una semplice antenna parabolica.

Oltre all’architettura di base del sistema EuroSkyWay, con

le componenti principali ed i servizi supportati, viene descritta

l’implementazione proprietaria dei vari livelli dello stack

protocollare della rete trattata, essendo essa l’oggetto della

campagna di validazione definita in questo lavoro di tesi. 19

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

2.1 G

ENERALITÀ

Lo sviluppo del progetto EuroSkyWay, da parte di , società del gruppo

Alenia Spazio

, nasce dalla richiesta da parte dell’ di una rete

Finmeccanica Agenzia Spaziale Europea (ESA)

satellitare multimediale a larga banda, in K , in grado di raggiungere milioni di utenti, dotati

a

di terminali di piccole dimensioni ed a basso costo, e di assicurare servizi multimediali

interattivi [11].

Alcuni di questi nuovi servizi di EuroSkyWay, sono stati già attivati con SkyPlexNet: la

prima piattaforma interattiva multimediale che consentirà ai “content providers” di erogare

servizi interattivi in modalità broadcast.

Con la nuova tecnologia di EuroSkyWay sarà possibile abbattere i costi fino a 20 volte

rispetto a quelli attuali, in particolar modo per le stazioni di uplink, avendo nel contempo un

incremento di 10 volte della capacità trasmissiva e la copertura di utenza sia fissa che mobile.

I satelliti ESW pesano anche 5 tonnellate (contro, ad es. i 45 chili degli di

small LEO

Orbcomm), il che permetterà di avere a bordo numerosi dispositivi: per esempio la potenza

irradiata sarà di 15 kW, contro i 2-3 kW della odierna banda K . Ciò insieme al sistema di

u

copertura a spot-beam utilizzato, permetterà di coprire vaste aree con ricevitori più piccoli e

meno costosi.

EuroSkyWay offrirà inoltre un servizio consentendo ad i suoi utenti di

bandwidth on demand

pagare solo la capacità realmente utilizzata durante la trasmissione.

Con EuroSkyWay sarà possibile avere un accesso facile e veloce a Internet e, finalmente, a

servizi che attualmente stentano a decollare proprio per gli alti costi, come: Formazione a

distanza, Commercio Elettronico, Telelavoro e soprattutto Telemedicina, con la quale sarà

possibile assistere a distanza, sottoporre ad accertamenti clinici ed operare chirurgicamente

pazienti (anche su aerei o navi) da un centro localizzato in qualsiasi parte del mondo,

“azzerando perciò le distanze”, cosa che da sempre è l’obiettivo del “telecomunicazionista”.

EuroSkyWay potenzia enormemente le funzioni del satellite con l’introduzione di tecnologie

di interattività, indispensabili per navigare su Internet, accedere alle banche dati e

videocomunicare. Grazie all’uso delle alte frequenze e del processore digitale a bordo,

ciascun cliente, business o consumer, può comunicare con chiunque nell’area di copertura ed

interfacciare la rete telefonica terrestre in modo trasparente. Dati, voce e video viaggiano sulla

20

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

stessa banda digitale e sono pienamente compatibili con gli standard ISDN, ATM, IP,

DVB/MPEG.

Il terminale di EuroSkyWay è costituito da un’antenna parabolica collegata a un Pc dotato di

un’apposita scheda d’interfaccia. Uno dei principali vantaggi determinati dal progetto ESW

sta nel fatto che la parabola a terra o piazzata su un mezzo di trasporto sarà anche in grado di

trasmettere.

Il satellite sarà inoltre dotato del sistema di , un instradamento intelligente

Intelligent routing

del segnale che indirizza la richiesta dell’utente, non al suo ma esattamente dove si

provider

trova l’informazione richiesta, superando i colli di bottiglia delle reti terrestri, presenti

“nell’ultimo miglio”.

Utilizzando la rete EuroSkyWay i fornitori di servizi disporranno di collegamenti a velocità

molto elevata e variabile da 144 Kbps a 6 Mbps in grado di consentire in tempo reale il

trasferimento di intere banche dati, di immagini ad alta risoluzione e di videoclip. Il tutto a

costi molto competitivi, indipendenti dalla distanza e dalla quantità di informazioni trattate.

Nella prima fase di attività, EuroSkyWay coprirà l’Europa e l’intera area del Mediterraneo

[12], ove vivono oltre 500 milioni di persone e hanno sede milioni di imprese grandi e

piccole, milioni di scuole, ospedali e uffici pubblici, che potranno beneficiare dei nuovi

servizi multimediali a larga banda.

Ma col tempo, attraverso accordi di cooperazione con altri sistemi che decideranno di adottare

lo stesso standard di comunicazione e gli stessi terminali, EuroSkyWay si espanderà in altre

regioni del mondo fino a diventare una rete globale.

2.2 A E S W

RCHITETTURA DI URO KY AY

EuroSkyWay è un sistema di telecomunicazione globale basato su una costellazione di

satelliti geostazionari e On-Board Processing, raggruppati in . La totalità dell’insieme

cluster

di cluster è denominata (ESW-WS), ciascun cluster è invece

EuroSkyWay World-wide System

denominato (ESW-RS), o più semplicemente [11].

ESW Regional System ESW region

Ciascuna serve una specifica superficie del mondo ed opera indipendente dalle

ESW region

altre . Questa è una caratteristica molto importante perché consentirà al sistema

ESW region

ESW di essere in grado di evolvere, aggiungendo nuovi servizi e funzionalità. Proprio per

questa caratteristica il sistema globale ESW sarà realizzato e reso funzionante attraverso una

21

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

serie di fasi, ciascuna delle quali consentirà di offrire la totalità dei servizi ESW agli utenti

appartenenti ad una determinata area della superficie terrestre. Questo riduce i rischi tecnici e

di business, minimizza l’ammontare di capitale richiesto per l’ del servizio, e consente

incipit

un più veloce ritorno degli investimenti [13].

Sono previsti tre cluster di satelliti:

1. Il primo cluster prevede due satelliti reciprocamente interconnessi tramite un

co-located

diretto bidirezionale, volto a fornire la copertura dell’Europa, di parte del Medio

link

Oriente, dell’Africa mediterranea e i paesi dell’ex URSS, tale zona di copertura è

chiamata “Extended European Coverage”.

2. Il secondo cluster prevede due satelliti reciprocamente interconnessi tramite un

co-located

diretto bidirezionale per fornire la copertura della parte occidentale dell’Asia.

link

3. Il terzo cluster prevede un singolo satellite per fornire la copertura dell’Africa.

In Figura 2.1 sono mostrate graficamente le rispettive aree di copertura:

Figura 2.1 – Zone coperte dai vari cluster.

Riassumendo la rete EuroSkyWay consta di una costellazione di cinque satelliti così ripartiti

in Figura 2.2: 22

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Figura 2.2 – Zone di competenza dei cinque satelliti EuroSkyWay.

Per garantire le comunicazioni globali, EuroSkyWay World-wide System realizza due tipi di

comunicazione:

• , che realizzano la connessione tra coppia di satelliti

Intra-regional communications

appertenenti allo stesso ;

cluster

• , che realizzano la connessione sia tra satelliti ESW

Inter-regional communications

appartenenti a differenti cluster che tra satelliti ESW e reti esterne, come ad es. reti

terrestri connesse a Gateway ESW. Pertanto ciscuna sottorete ESW può interagire con reti

esterne come: B-ISDN, Internet, N-ISDN ed altre reti satellitari, oltre che con altre

sottoreti ESW.

In Figura 2.3 è rappresentato uno scenario di connettività mondiale della rete ESW: 23

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Figura 2.3 – Scenario di connettività mondiale della rete ESW.

Tale scenario di connettività può essere modellato in maniera schematica, come riportato in

Figura 2.4. Figura 2.4 - Schema di connettività della rete ESW. 24

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

In tale modello è possibile considerare l’interazione esistente tra una ESW ed

sub-network J

uno dei seguenti tipi di sub-network:

: tutte le ESW sub-network direttamente connesse all’ESW

ESW Adjacent Sub-networks

attraverso il protocollo di comunicazione ESW.

sub-network J : rappresentano le ESW sub-network del sistema ESW che

ESW Remote Sub-networks

sono connesse all’ESW attraverso altre reti, sia terrestri che satellitari; la

sub-network J

comunicazione fra queste e la avviene attraverso altri protocolli e non solo

sub-network J

atttraverso quello ESW.

: rappresentano sub-network appartenenti a domini che adottano un

External Sub-networks

proprio protocollo di comunicazione distinto da quello del sistema ESW, ma da questo

supportato.

2.3 E S W R S

URO KY AY EGIONAL YSTEM

Ogni regione ESW è stata progettata per iniziare a funzionare con un solo satellite. La prima

fase prevede un satellite la cui zona di copertura, detta (Figura 2.5),

Extended Europe

comprende i paesi europei, inclusa la Russia occidentale e le isole Canarie, parte dell’Africa

settentrionale e parte del medio oriente [12].

Questa zona di copertura è ottenuta tramite una configurazione di antenna che

multi-spot

prevede 32 numerati a partire dal più a nord procedendo da ovest verso est.

spot beam

Inoltre sono previsti due ulteriori :

spot-beam

• 1 raggio di copertura (number 33) dedicato al link InSS e localizzato sulle isole Canarie;

• 1 raggio di copertura direzionabile (numero 34) abilitato a puntare su ogni punto nel

campo di visibilità del satellite; 25

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Figura 2.5 - Spot Beam della zona di copertura “Extended Europe”.

L’architettura base di ESW Regional System è mostrata in Figura 2.6 [12].

CLUSTER To/From

ISL 1B

To/From Supported

n x 32.768 Mbps

1A

Supported Networks

8 x 32.768 Mbps

Networks InSS

InSS

Individual 160 Kbps 160 Kbps

SaT-A SaT-A

Collective 512 Kbps

512/2048

Kbps SaT-B

SaT-B/C 2048 Kbps

2 x32.768

Mbps SaT-C

MCS 6.144 / 32.768 Mbps

32.768 Mbps Service

Network

GTW

PTN PrT-A,-B Provider Center

Operation

Center

Figura 2.6 - Architettura di base di ESW Regional System. 26

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Essa è composta dai seguenti elementi, che in seguito saranno illustrati più in dettaglio:

• 1a e 1b,

Satelliti ESW anche se nella prima fase è previsto un solo satellite.

• SaT –A/-B/-C

Terminali satellitari utente

• PrT –A/-B

Terminali provider

• GTW

Gateway

• InSS

Inter System Station

• MCS

Master Control Station

• NOC

Network Operation Centre

ESW-RS fornisce servizi di connettività alle seguenti entità:

- , tramite i terminali PrT -A/-B.

Service Providers

- Utenti finali ESW, tramite i terminali satellitari (SaT -A/-B/-C).

- Utenti finali delle reti terrestri locali, tramite i Gateway.

- Utenti finali delle reti terrestri remote e reti satellitari, tramite Inter-System Station.

2.3.1 Frequenze usate e Polarizzazione

In Figura 2.7 e Figura 2.8 sono evidenziate rispettivamente le frequenze utilizzate per

l’uplink ed il downlink [14]. 500 MHz

1100 MHz

27.5 GHz 28.6 GHz 29.5 GHz 30 GHz

Figura 2.7 – Frequenze usate per l’uplink.

500 MHz

1100 MHz

17.7 GHz 18.8 GHz 19.7 GHz 20.2 GHz

Figura 2.8 - Frequenze usate per il downlink. 27

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

La banda allocata per l’uplink ai terminali SaT -A, -B, -C va da 29,646 GHz a 29,970 GHz ed

è suddivisa in 18 canali. La spaziatura fra i canali è di 18 MHz.

La banda allocata per l’uplink ai PrT-A, -B/GTW, InSS e MCS va da 27,670 GHz a 28,550

GHz e da 29,526 GHz a 29,646 GHz, ed è divisa in 25 canali, con una spaziatura di canale di

40 MHz.

La banda allocata per le comunicazioni in downlink va da 17,750 GHz a 18,716 GHz e da

19,720 GHz a 20,182 GHz. Questa banda è divisa in 34 canali identici con spaziatura di canali

di 40 MHz.

I terminali SaT-A,-B,-C useranno i canali da 18 a 34, ad es. la banda da 18,464 GHz a 18,716

GHz e da 19,720 GHz a 20,182 GHz.

I terminali PrT-A,-B/GTW, InSS and MCS useranno i canali da 1 a 17, ad es. la banda da

17,750 GHz a 18,464 GHz.

Per quanto riguarda la polarizzazione il primo satellite di ESW-RS userà la polarizzazione

circolare per la trasmissione in uplink e la polarizzazione circolare per la

right left

trasmissione in downlink [13].

2.3.2 Livello fisico di EuroSkyWay

Il livello fisico ESW [14] identifica le caratteristiche base della connessione fisica ESW; di

seguito sono elencate le caratteristiche principali alle quali si accennerà:

• Schema di accesso;

• Formato di trama;

• Schemi di codifica;

• Modulazione.

2.3.2.1 Schema di accesso

Lo schema di accesso adottato dai terminali SaT –A, -B, -C in è l’ MF-TDMA,

uplink multi

. Lo schema di accesso adottato da PrT –A, PrT –B e

frequency time division multiple access 28

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

GTW, come da InSS e MCS è il TDMA, analogamente a quanto utilizzato dal satellite per la

direzione di e la trasmissione ISL.

downlink

2.3.2.2 Struttura di trama

L'organizzazione della banda ESW è basata in generale su un accesso a divisione di tempo

delle portanti disponibili, organizzate in una struttura a trama (o ) con gerarchia

Frame

temporale composta dai seguenti livelli:

• : rappresenta l'unità elementare di dati in ESW. Essa consiste di un

Frame unit (FU)

numero costante di bit (686 bits per SaT-A, -B, -C e 684 bits per PrT-A, -B e GTW)

organizzati rispettivamente in 343 e 342 simboli modulati QPSK e comprende una Cella

di 60 bytes. La durata temporale di una FU è variabile e dipende dal tipo di portante

ESW

considerata.

• : è praticamente l'unità temporale elementare nella rete ESW; ha durata costante

Frame (F)

di 26.5 ms indipendentemente dal tipo di portante ed è composto da un numero di Frame

Units variabile e dipendente solo dal tipo di portante.

• : è costituito da un insieme di 10 frames consecutivi ed ha una durata di

Multiframe (MF)

265 ms.

• : è costituito da un insieme di 4 Multiframes consecutivi per una durata

Superframe (SF)

complessiva di 1060 ms.

In Figura 2.9 é riportata la struttura a Frame di ESW.

Frame Unit di 680 bits (26.5/n ms)

Frame

1 di n Frame Units (26.5 ms) n

1 Multiframe di 10 Frames (265 ms) 10

1 Superframe di 4 Multiframes (1060 ms) 4

Figura 2.9 - Struttura a Frame. 29

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Ogni cella ESW è incapsulata all’interno di una frame unit. La cella è formata da 60 bytes dei

quali 7 costituiscono l’intestazione della cella, ed i rimanenti 53 costituiscono la parte di

.

payload E-VCI

(3 bytes)

IBCR

(1 bytes) Header

TYPE F ET Block

(2 bits) (3 bits) (3 bits)

SN

(15 bits) (1 bit)

E

Payload Payload

(53 bytes) Block

Figura 2.10 - Struttura della cella ESW.

Con particolare riferimento ad una generica cella di traffico ESW, i campi nell’intestazione

della cella sono (Figura 2.10):

• (E-VCI), è lungo 3 byte ed è l’identificativo per una

ESW Virtual Connection Identifier

connessione fra una coppia di terminali a cui la cella ESW si riferisce. In particolare i

primi due bit specificano la regione di copertura, gli altri due bit il satellite, 1 o 2, i restanti

bit identificano la connessione all’interno dell’ESW-RS

• (IBCR), è lungo un byte ed è usato per effettuare una richiesta

In Band Capacity Request

di banda.

• , indica il tipo di messaggio scambiato che la cella supporta:

Type • 00 messaggio di controllo;

• 01 messaggio di dati senza riscontro;

• 11 messaggio di dati con riscontro.

• (F), indica la posizione di una cella ESW all’interno di un messaggio ed è formato da

Flag

tre bit: 30

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

000 cella iniziale di un messaggio a più celle

001 cella intermedia di un messaggio a più celle

010 cella finale di un messaggio a più celle

011 singola cella di un messaggio formato da una sola cella

110 cella finale di un messaggio a più celle con bits di riempimento

111 singola cella di un messaggio formato da una sola cella con bits di

riempimento.

• (ET), è un identificatore composto da tre bits, che specifica l’entità di livello

Entity Type

superiore, al quale si riferiscono le celle.

• (SN), è un numero sequenziale di 15 bits che identifica la cella ESW

Sequence Number

all’interno della connessione.

• (E), è un campo formato da un solo bit, le celle con tale parametro marcato a 1,

Error

sono le celle errate che superano la capacità di correzione del decodificatore

2.3.2.3 Schemi di codifica

Una Frame Unit è formata da 680 bits, di cui 480 (60 bytes) costituiscono la cella ESW

mentre i rimanenti sono essenzialmente bits di codifica per proteggere l'informazione da

eventuali errori sul canale satellitare e costituiscono la sezione di Forward Error Correction

.

(FEC)

La seguente tabella riassume gli schemi di codifica adottati per i canali di traffico.

Codifica

Codice esterno Codice interno Interleaving Scrambling

Tipo di Link differenziale

Uplink Reed Solomon Codifica di Parità Assente Presente Assente

(76,60,T=8) 10/9

SaT/PrT/GTW Convoluzionale Polinomiale

Uplink Reed Solomon Convoluzionale Assente

code-rate=1/2 pseudo-

(76,60,T=8) I=4

InSS/MCS k=7 random

Convoluzionale

Reed Solomon Convoluzionale Pseudo-

code-rate=3/4 Assente

ISL & Downlink (204,188,T=8) I=12 random

k=7 31

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

2.3.2.4 Modulazione

ESW-RS adotta lo schema di modulazione QPSK ( ) in uplink,

Quadrature Phase Shift Keying

in downlink e nelle comunicazioni in ISL ( )

Inter Satellite Link

2.3.3 Livello Data link EuroSkyWay

Il livello di ESW [15] è stato progettato per svolgere diverse funzioni specifiche:

data link

• : in trasmissione i burst di dati (

Frammentazione/Ricomposizione dei dati Packet Data

) forniti dal livello di rete vengono suddivisi in celle ESW prive di

Unit – PDU

intestazione ( ), mentre in ricezione le celle ESW vengono di nuovo ricomposte in

Header

PDU da fornire al livello di rete;

• : in trasmissione viene aggiunto il campo Header di

Inserimento/Estrazione dell’Header

controllo ad ogni cella ESW, mentre in ricezione viene tolto per poter ricomporre il flusso

originale di dati;

• ;

Recupero degli errori di trasmissione

• provenienti dal livello superiore.

Controllo del flusso di dati

Il livello data link fornisce un’interfaccia di servizi sia sul piano di controllo (come le entità di

e del livello di rete) che su quello utente

Connection control Resource Management

( ). I servizi sono passati mediante primitive di servizio attraverso punti

InterWorking Function

di accesso .

SAP (Service Access Points)

Sono previste tre istanze di livello data link (si veda Figura 2.11) per la rete ESW secondo il

tipo di connessione:

• , usato per il traffico di dati tra terminali satellitari (SaT e

Livello data link di tipo 2-I

stazioni di terra fisse).

• , usato per il traffico di segnalazione tra NOC e terminali

Livello data link di tipo 2-S

satellitari (SaT e stazioni di terra fisse).

• , usato per il traffico di segnalazione tra NOC e satellite.

Livello data link di tipo 2-T 32

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

P/L TRM R e

t

e p u b b l i c

a

o p r

i v

a

t

a

User Terminal SaT PrT/GTW End User

Livello data link 2-I

Livello data link 2-S

Livello data link 2-T

MCS/NOC

Figura 2.11 – Le tre istanze del livello data link.

2.3.3.1 Livello data link 2-I

Il livello data link di tipo 2-I supporta il traffico di dati scambiati tra una coppia di terminali

(SaT, PrT, GTW o InSS). Nella seguente Figura 2.12 è riportato la protocollare relativo

stack

ai primi due strati dell’architettura di ESW, in cui si è considerato, senza perdita di generalità,

una connessione tra un terminale SaT e un GTW e che l’interfacciamento con il Livello 3

avvenga sul piano utente tramite l’ Inter-Working Function (IWF).

IWF IWF

Livello data link 2-I Livello data link 2-I

Livello fisico Livello fisico Livello fisico

User SaT Router

GTW

P/L TRM

Terminal Figura 2.12 – Livello data link di tipo 2-I. 33

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Il protocollo del livello data link di tipo 2-I fornisce agli strati superiori dell’architettura di

rete due tipi di servizio:

1. : permette alle entità del livello di rete di

Servizio di trasferimento dati senza riscontro

scambiarsi burst di dati (PDU) senza effettuare il recupero degli errori di trasmissione.

Questo genere di servizio è appropriato quando il tasso di errore, ovvero la probabilità di

cella errata ( ) è molto basso: la gestione degli eventuali errori viene

Cell Loss Rate – CLR

lasciata ai livelli superiori. È appropriato anche per tutte le trasmissioni , come

real-time

dialoghi, nei quali dati ritardati sono più dannosi di dati corretti ai fini dell’intelligibilità

del messaggio.

2. : permette alle entità del livello di rete di

Servizio di trasferimento dati con riscontro

scambiarsi burst di dati (PDU) svolgendo alla stesso tempo la funzione di controllo di

flusso e di recupero degli errori di trasmissione. Poiché il ritardo di trasmissione su una

tratta satellitare ( ) è di circa 300 ms., il tempo necessario per la

Round Trip Time - RTT

ritrasmissione di una cella è di almeno 600 ms. Il meccanismo di ritrasmissione delle celle

utilizzato per il recupero degli errori è dunque appropriato solo per quelle applicazioni che

necessitano di un trasferimento affidabile dei dati (bassa CLR) e non richiedono bassi

ritardi di trasmissione (tipicamente trasmissioni ).

non real-time

Il tipo di servizio per il trasferimento dei dati viene deciso a livello di rete al momento del set-

della connessione, visto che EuroSkyWay è una rete , sulla base del

connection – oriented

up

CLR e dei requisiti di ritardo della connessione.

2.3.3.2 Livello data link 2-S

Il protocollo data link di tipo 2-S fornisce un servizio senza riscontro per il trasferimento di

dati di gestione e segnalazione tra NOC e terminali satellitari (SaT e stazioni di terra fisse).

In Figura 2.13 è riportato la protocollare relativo ai primi tre strati dell’architettura di

stack

ESW con riferimento al livello data link 2-S. In particolare si è considerato, senza perdita di

generalità, una connessione tra un SaT ed il NOC e che l’interfacciamento con il Livello 3 del

SaT avvenga sul piano utente tramite l’ Inter-Working Function (IWF). 34

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Livello 3 - IWF Livello 3

Livello data link 2-S Livello data link 2-S

Livello fisico Livello fisico Livello fisico

User SaT NOC

P/L TRM

Terminal Figura 2.13 - Livello data link di tipo 2-S.

I messaggi di livello 2 sono trasmessi facendo uso dei canali di servizio quali: RASC

( ), DSC ( ) e CSC (

Random Access Service Channel Dedicated Signalling Channel Common

).

Signalling Channel

Essendo fornito un servizio di tipo senza riscontro le funzioni svolte dal livello data link di

tipo 2-S sono:

• : in trasmissione i messaggi di livello

Frammentazione dei dati e Inserimento dell’Header

3 vengono suddivisi in pacchetti di 53 bytes cui è aggiunto un di 7 bytes in modo

Header

da formare una cella ESW.

• : in ricezione viene estratto il campo dati

Estrazione dell’Header e Ricomposizione dei dati

da ciascuna cella ESW e viene memorizzato nel giusto ordine in un registro di ricezione

per ricomporre il messaggio originale di livello 3. Viene usato un flag per indicare al

livello superiore se il messaggio ricomposto è completo o incompleto. Inoltre il periodo

massimo concesso per la ricomposizione del messaggio di livello 3 è regolato da un timer.

2.3.3.3 Livello data link 2-T

Il livello data link di tipo 2-T è l’unica istanza del protocollo di livello 2 di ESW

implementata anche a bordo del satellite. Esso fornisce un servizio con riscontro per il

trasferimento di dati di gestione e segnalazione tra NOC e TRM (Traffic Resources Manager)

a bordo.

La comunicazione tra NOC/MCS e TRM è asimmetrica, infatti il NOC/MCS invia messaggi

di controllo di livello 3, che devono essere eseguiti dal TRM a bordo. Pertanto anche il

protocollo di livello 2-T è asimmetrico e vista l’importanza per l’intera rete dei messaggi di

segnalazione scambiati tra NOC e TRM, esso fornisce a livello di NOC/MCS una funzione di

mediante un meccanismo di ritrasmissione con

recupero degli errori di trasmissione 35

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

ripetizione selettiva ARQ ( ) e di ritrasmissione ciclica (

Automatic Repeat Request Preventive

). Ogni volta che il livello 2-T del NOC/MCS trasmette al TRM

Cyclic Retrasmission – PCR

un nuovo messaggio, memorizza un copia del messaggio stesso in un buffer, in modo da

ritrasmetterli qualora essi non vengano ricevuti dal TRM. Il livello 2-T del TRM riscontra i

messaggi arrivatigli usando, nel campo del messaggio di risposta al NOC/MCS, lo

Header

stesso SN del messaggio ricevuto; in tal modo il NOC/MCS cancellerà dal buffer di

ritrasmissione tutti i messaggi riscontrati.

In Figura 2.14 è riportato la protocollare relativo ai primi tre strati dell’architettura di

stack

ESW con riferimento al livello data link 2-T e alla connessione tra NOC e TRM a bordo.

Livello 3 Livello 3

Livello data link 2-T Livello data link 2-T

Livello fisico Livello fisico

NOC/MCS P/L TRM

Figura 2.14 - Livello data link di tipo 2-T.

Le funzioni svolte dal livello data link di tipo 2-T sono:

• : poiché i messaggi di livello 3 scambiati tra NOC/MCS e TRM

Incapsulamento dei dati

hanno una lunghezza inferiore a 53 bytes, non è prevista in questo livello la

frammentazione dei dati. In trasmissione il messaggio di livello 3 è dunque incapsulato

nel campo della cella ESW, con l’eventuale aggiunta di bits di riempimento nel

Payload

caso la sua lunghezza sia inferiore a 53 bytes. A questo campo si aggiunge inoltre un

di 7 bytes.

Header

• : in ricezione viene estratto il messaggio

Estrazione dell’Header e Ricomposizione dei dati

originale di livello 3 dal campo di ciascuna cella ESW e viene passato al livello

Payload

superiore. Nel TRM viene passato al livello superiore anche il SN della cella ricevuta, in

modo che possa essere inserito nel campo del messaggio di risposta di livello 3 da

Header

inviare al trasmettitore per il riscontro del messaggio ricevuto. Non è previsto l’uso di

timer in questo livello. 36

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

2.3.4 Livello di Rete EuroSkyWay

La rete EuroSkyWay è , ciò comporta che deve essere effettuata una fase

connection-oriented

di set-up, in modo da stabilire una connessione logica fra le parti coinvolte nella

comunicazione, prima di iniziare lo scambio di dati vero e proprio. Analogamente, alla fine

del fase di trasferimento dei dati, vi deve essere una fase di rilascio delle risorse assegnate.

, e (con allocazione di risorse dinamica, e

Set-up termination connection maintenance

rinegoziazione dei parametri di connessione) sono fasi che corrispondono all’esecuzione di

appropriate procedure di rete, chiamate procedure di segnalazione per la gestione della

connessione [17].

Le connessioni satellitari EuroSkyWay supportano la (OLN), con i suoi

Overlying Network

flussi di informazione siano essi di traffico e di segnalazione.

Una moltitudine di connessioni può essere originata da un terminale ESW verso differenti

LEX/Routers in funzione del numero di interfaccie supportate.

2.3.4.1 Servizi di Connettività di EuroSkyWay

Come anticipato in precedenza, il sistema EuroSkyWay è concepito per fornire efficienti

servizi di comunicazione satellitare per applicazioni di

connection-oriented overlying network

o anche applicazione ESW “native” [18].

I servizi di connettività forniti dalla rete satellitare ESW sono di seguito elencati:

1. Servizi di connettività punto - punto:

• Set-up della connessione.

• Terminazione della connessione.

• Richiesta di risorse.

• Rinegoziazione dei parametri di connessione.

2. Servizi di connettività punto - multi punto:

• , quando ad un nodo, detto , si aggiungono progressivamente dei

Add party root

nodi destinazione, detti leaves.

• , quando uno più nodi , terminano la connessione.

Drop Party leaves 37

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Di seguito è riportata una tabella riassuntiva delle possibili connessioni del sistema ESW

classificate in base alla configurazione:

Tabella 2-1 Configurazioni delle Connessioni ESW.

La funzionalità del sistema che si occupa di gestire la connessione include un meccanismo

preventivo di controllo di congestione, il CAC ( ), ed è

connection admission control

denominata .

Connection Management

Le funzioni del [17] possono essere divise in due gruppi separati,

Connection Management

come si può vedere in Figura 2.15.

Figura 2.15 - Funzioni del Connection Management. 38

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

1) , si occupa del connection admission control, del set-up della

Connection Control

connessione, della fine della connessione e dei parametri di rinegoziazione del traffico

durante la chiamata.

Le entità responsabili per tali funzionalità di CC ( ), risiedono nei

Connection Control

terminali, nel NOC, e più precisamente nell’NCC, , e nel

Network Control Centre

TRM, .

Traffic Resource Manager

In Figura 2.16 è riportato lo stack protocollare.

Figura 2.16 - Stack protocollare del Connection Control.

2) si occupa della gestione della risorse richieste per una

Resource Management

connessione dal momento che è stata stabilita. Le entità responsabili di questa

funzionalità sono presenti nei terminali e nel TRM.

La Figura 2.17 riporta il relativo stack protocollare.

Figura 2.17 - Stack protocollare del Resource Management.

2.3.4.2 Modalità di Connessione ESW

Durante la fase di set-up di una connessione ESW è necessario effettuare una contrattazione

sia dei parametri di QoS che dei descrittori di traffico. 39

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

I parametri di traffico servono a caratterizzare, in modo conciso, il comportamento di

emissione della sorgente di traffico supportata da una connessione ESW, così da poter

valutare semplicemente il suo impatto sul sistema.

I parametri di traffico supportati dalla rete ESW sono [18]:

: è definito come la velocità massima alla quale i dati della

- Peak Data Rate (PDR)

sorgente sono trasferiti; tale velocità non può eccedere la velocità massima di

trasmissione dei terminali ESW .

- : è definito come il medio con cui il traffico è

Mean Data Rate (MDR) rate

generato. Nel caso di applicazioni a costante abbiamo che MDR=PDR.

data rate

: è definito come il rapporto fra velocità media (MDR) e

- Utilisation Factor (UF)

velocità massima di trasmissione (PDR) ed è dunque una misura del burstness

della sorgente di dati; tale valore può variare da valori molto bassi e vicini allo

zero per sorgenti ad elevato fino ad un valore unitario per sorgenti che

burstness

emettono a velocità costante.

- : rappresenta la dimensione massima, specificata in

Maximum Burst Size (MBS)

bits, dei burst generati da una sorgente .

Variable Bit Rate (VBR)

I parametri di qualità servono invece a caratterizzare le esigenze di una connessione ESW,

principalmente in termini di ritardi e perdite a cui la connessione può andare incontro.

I parametri di qualità previsti per caratterizzare una connessione ESW sono [18]:

: è definito come il massimo ritardo nella

- Maximum Cell Trasfer Delay (max CTD)

consegna di una cella accettato dalla connessione durante il suo periodo di attività.

Tale parametro sarà sicuramente più stringente per le connessioni real-time. Le

celle il cui ritardo eccede tale soglia sono scartate dalla rete.

- : è sostanzialmente l’intervallo di

Peak-to-Peak Cell Delay Variation (P-t-P CDV)

variazione tollerato nei ritardi di trasferimento delle celle di una connessione ESW.

Al limite tale valore potrebbe essere nullo per quei servizi che hanno bisogno di

una elevata trasparenza temporale.

- : è definito come il massimo rapporto tollerabile dalla

Cell Loss Ratio (CLR)

connessione fra le celle perse a causa di congestioni o errori e le celle trasmesse

totali. Il CLR caratterizza dunque i requisiti di una connessione in termini di

40

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

integrità informativa e sarà tanto più stringente quanto più la connessione necessita

-1

di trasmettere i dati in modo affidabile. Il possibile intervallo di valori è da 10 a

-10

10 .

Dal momento in cui una connessione viene accettata, tramite l’algoritmo di CAC, da un lato la

rete ESW si impegna a garantire il soddisfacimento dei parametri di qualità dichiarati dalla

connessione, dall’altro la sorgente dovrà emettere secondo quanto dichiarato con i parametri

di traffico.

Affinché a sua volta la connessione rispetti i parametri di traffico concordati, intervengono dei

meccanismi di sul traffico di sorgente, quali il il cui scopo è quello

policing dual leaky bucket,

di monitorare costantemente l’emissione di sorgente ed intervenire nel caso in cui questa

superi una determinata soglia.

Ciascuna connessione ESW è associata ad una classe di servizio che identifica il tipo di

traffico che la connessione sarà in grado di garantire.

La rete ESW supporta quattro classi di servizio [18]: A, B, C e D

Classificazione A B C D

Relazione temporale tra Richiesto Non Richiesto

Sorgente e Destinazione

Bit Rate Costante Variabile

Modalità di connessione Connection Oriented Connection Less

Ciascuna classe ESW prevede quattro categorie di servizio A, B, C, D:

: include le applicazioni generanti

Categoria di servizio A real-time constant-bit-rate (CBR)

traffico non bursty, caratterizzate da stringenti requisiti di ritardo e trasparenza temporale.

: include le applicazioni generanti

Categoria di servizio B real-time variable-bit-rate (VBR)

traffico bursty, anch’esse caratterizzate da stringenti requisiti di ritardo e trasparenza

temporale. 41

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

: include le applicazioni , generanti traffico bursty, con

Categoria di servizio C non-real-time

stringenti requisiti in termini di integrità informativa.

: include applicazioni , generanti traffico bursty, senza

Categoria di servizio D non-real-time

particolari requisiti di integrità informativa e ritardo.

Le caratteristiche delle quattro classi di servizio in termini di parametri di traffico e qualità

sono descritte nella seguente tabella:

Categoria di PDR UF MBS max CTD P-t-P CDV CLR

Servizio Sensitive Sensitive

Specified Not Sensitive

A Specified -6

≤ ≤ ≤

800ms) ( 400ms) ( 10 )

>0.9 e ≤1 Applicable ( Slightly

Slightly Slightly

Sensitive

Sensitive

Specified Sensitive

B Specified Specified

(≤0.9) (>400ms e

(>800ms e -3

( 10 )

≤ ≤

1.2s) 800ms)

Specified Sensitive

C Specified Specified Not sensit. Not sensit. -6

10 )

(≤0.9) (

D Specified Specified Specified Not sensit. Not sensit. Not sensit.

È bene sottolineare che il soddisfacimento dei requisiti di qualità di una connessione è

garantito su base statistica e può verificarsi che per brevi periodi la qualità sia più bassa di

quella garantita dalla rete ESW; il soddisfacimento dei requisiti di qualità deve dunque essere

valutato osservando il tempo dell'intera vita della connessione.

La rete ESW implementa due distinte tipologie di connessione: Figura 2.18): la

Connessioni permanenti o a banda garantita (Permanent ESW connection,

banda richiesta ed ottenuta in fase di instaurazione è assegnata in modo permanente alla

connessione per tutta la sua durata. Una connessione permanente dunque, una volta ottenute le

risorse, non dovrà più contendersi banda con le altre connessioni attive. Tale tipologia di

42

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

connessione bene si adatta a supportare sorgenti e in

Constant Bit Rate Real Time (CBR)

determinati casi Variable Bit Rate (VBR) Real Time

Figura 2.18 - Connessioni a bit rate costante.

Connessioni semi-permanenti o con banda assegnata dinamicamente su richiesta (Switched

Figura 2.19 : la banda viene assegnata alla connessione ogniqualvolta questa

ESW connection, )

necessiti di trasmettere un burst, per essere poi rilasciata a trasmissione avvenuta. Una

connessione semipermanente dovrà dunque contendersi la banda con le altre connessioni

semipermanenti attive ogniqualvolta necessiti di risorse di comunicazione. Tale tipologia di

connessione bene si adatta a supportare sorgenti e

Variable Bit Rate (VBR) Real Time

; in particolare sarà adatta per quelle connessioni

Variable Bit Rate (VBR) non Real Time

caratterizzate da un elevato e da requisiti temporali non stringenti.

burstness

Figura 2.19 - Connessioni a bit rate variabile.

Quando una connessione necessita di trasmettere un burst, deve inviare al TRM una richiesta

di banda che è poi processata da quest'ultimo secondo un predefinito criterio di priorità; tale

criterio è legato essenzialmente ai differenti vincoli temporali (ritardo e trasparenza

temporale) ed alle differenti tipologie di contratto (business, residential) delle connessioni.

Due sono le modalità con cui un terminale può effettuare una richiesta di banda [16]: 43

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

• (OBCR) può effettuare una richiesta su un apposito

Out Of Band Capacity Request :

canale di servizio ( ) acceduto con protocollo .

resource request channel Slotted Aloha

• (IBCR): nel caso in cui stia ancora trasmettendo il burst

In Band Capacity Request

precedente, può effettuare una richiesta in un campo dell'intestazione di una cella ESW

relativa al burst precedente che ancora sta inviando.

2.3.4.3 Servizi di Sicurezza

Il principale obiettivo delle funzioni che gestiscono la sicurezza è di garantire protezione nei

casi di utilizzi impropri delle risorse di comunicazione ESW, assicurando la privacy degli

utenti e l’integrità dei dati trasmessi.

I servizi di sicurezza ESW [19] agiscono sia sul piano utente che su quello di controllo.

I servizi di sicurezza sul piano utente comprendono:

• : serve ad identificare la validità dell’identità dell’utente che richiede un

Autenticazione

servizio alla rete ESW.

• : fornisce meccanismi di crittografia che proteggono i dati trasmessi

Confidenzialità

dall’utente da accessi non autorizzati. La confidenzialità ESW può essere definita a livello

di cella, poiché la lunghezza fissa delle celle consente un’efficiente crittografia.

• : consente di individuare eventuali modifiche non desiderate introdotte da intrusi

Integrità

dei valori dei dati o delle sequenze dei valori dei dati.

• : è eseguito attraverso un insieme di regole riguardanti gli attributi del

Controllo d’accesso

richiedente o del sistema attivate dalla richiesta di un servizio.

I servizi di sicurezza sul piano di controllo comprendono:

• : consentono di legare un messaggio di

Auntenticazione ed Integrità dell’Origine dei Dati

segnalazione alla propria sorgente consentendo al ricevitore di essere sicuro della

provenienza del messaggio.

• : fornisce meccanismi di crittografia che proteggono i messaggi di

Confidenzialitày

segnalazione trasmessi da accessi non autorizzati. 44

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

2.3.5 Livello di InterWorking

L’IWL, implementato nel GTW e nel terminale satellitare, è il livello che rende possibile

l’interconnessione della rete ESW con le reti terrestri attualmente esistenti, come N-ISDN, B-

ISDN, INTERNET e reti basate sul DVB [20].

I possibili approcci teorici per fornire interconnettività fra le reti terrestri e le reti satellitari

sono:

Integrare il sistema satellitare con una delle reti terrestri esistenti, adottandone la specifica

architettura protocollare (ad es. di ATM). In questo modo è richiesto solo un adattamento

alle altre reti terrestri tramite un GTW per l’interconnessione;

Il sistema satellitare usa i propri protocolli ed effettua tutti i possibili adattamenti a livello

dei terminali di terra (come i GTW);

La rete satellitare agisce come rispetto alle reti terrestri esistenti

underlyng network

fornendo i mezzi per trasferire trasparentemente sia traffico dati che segnalazione a livello

di terminale utente, garantendo la QoS richiesta.

Gli ultimi due approcci coesistono con il sistema satellitare a larga banda ESW, in particolare

la terza soluzione è particolarmente allettante per la sua flessibilità.

In tal modo il sistema satellitare è libero di accettare qualunque tipo di architettura

protocollare terrestre sia esistente che futura.

Le reti terrestri che generano traffico sono considerate reti OLN, , che

OverLying Network

scambiano dati tramite la rete sottostante ESW, nella quale sono implementati i protocolli

proprietari dei primi tre livelli in grado di fornire connettività, indipendentemente dalla rete

OLN che ne fa richiesta.

Questa caratteristica rende la rete satellitare a larga banda ESW estremamente flessibile ed

innovativa.

La mostra uno scenario di interoperabilità basato sull’IWF.

Di questo livello e della sua importanza se ne parlerà più diffusamente nel capitolo 5. 45

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Other

ESW Network Public or Private

Network UNI

P/L TRM Other

NNI End

User

IWU

IWU ESW-UNI UNI UNI

GaT UNI

SaT

UT ATM

NNI End

User

MCS B-ISDN

Network

Figura 2.20 - Scenario di interoperabilità ESW.

2.3.6 Segmento Spaziale

Il segmento spaziale è costituito dal satellite ESW. Tale satellite (raffigurato in Figura 2.21)

sarà dotato di un payload rigenerativo in banda Ka ed un link intersatellitare in banda V per

comunicare con il satellite adiacente, visto che le regioni di copertura Europea ed Asiatica

saranno costituite da due satelliti a progetto completato.

Il satellite ESW si compone di:

1) Modulo di Servizio.

2) Modulo di Comunicazione. 46

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Figura 2.21 - Satellite ESW.

2.3.6.1 Modulo di Servizio

I componenti principali del modulo di servizio, detto anche piattaforma, sono:

- , che contiene il modulo di comunicazione.

La struttura

- , costituita sia da pannelli solari sia da battrie di backup per coprire i

L’alimentazione

periodi in cui il satellite è nella zona d’ombra.

- L’apparato di controllo orbitale.

- I meccanismi di propulsione.

2.3.6.2 Modulo di Comunicazione

Il modulo di comunicazione, detto anche payload, è costituto da:

- Payload rigenerativo.

- Sistema di puntamento di antenna.

- Modulo per il controllo termico.

I principali compiti del payload sono:

- Fornire logici fra i terminali di terra sotto il controllo del NOC.

link 47

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

- Assegnare dinamicamente le capacità di traffico ad ogni connessione su base burst, su

diretta richiesta dei terminali di terra.

- Fornire la sincronizzazione all’intero sistema.

- Supportare i codici FEC, usati per aumentare il link budgets.

- Fornire flessibilità per la riallocazione delle risorse di traffico.

Il cuore del payload è costituito dal , , che include lo switch a bordo

BBP base band processor

ed il TRM, .

traffic resources manager

Il BBP si occupa del controllo di connessione, allocazione delle risorse radio e lo switching

delle connessioni attive.

real time

In Figura 2.22 è riportato il diagramma a blocchi funzionale del BBP.

Up-link and

Down-link Connections

Resources Database

Database

TRAFFIC RESOURCES

MANAGER

CC RM

SwC

SWITCHING

FABRIC Connection

Connection Setup and

Setup and Switching Output

Management

Management

Input Stage Lines

Messages

Commands

Lines Insertion

Extraction and Switching

Filtering Matrix

Microcontroller

TLM/TLC

Figura 2.22 – Diagramma a blocchi del BBP. 48

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

Le sue principali funzioni sono:

- Switching delle celle.

- Estrazione delle richieste di risorse e dei comandi di connessione.

- Controllo di connessione, gestione delle risorse, controllo della commutazione, e

generazione dei messaggi di risposta.

- Generazione dei messaggi di risposta alle richieste ed ai comandi.

La funzione di (CC) si occupa di processare i comandi del NOC per il

Connection Control

set-up della connessione, la modifica ed il rilascio.

La funzione di (RM) implica la capacità del BBP di allocare e

Resources Management

riallocare dinamicamente le risorse ad ogni connessione in base alle richieste di Q.o.S..

La funzione di (SwC) si occupa della configurazione della matrice di

Switching Control

switching in accordo al processamento dei risultati delle funzioni di controllo di connessione e

gestione delle risorse.

Scendendo in dettaglio sul TRM, esso si occupa principalmente di:

- Dare supporto alla sincronizzazione dei terminali.

- Controllo della Connessione.

- Allocazione delle risorse di traffico.

- Controllo della commutazione.

- Supporto alla gestione della rete.

2.3.7 Segmento Terrestre

Il segmento terrestre in ESW comprende tutti i nodi di rete situati a terra, incluso il Centro di

Controllo del Satellite, generalmente considerato parte del segmento spaziale.

Il segmento terrestre può essere diviso in:

1) Segmento di Traffico.

2) Segmento di Controllo. 49

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

2.3.7.1 Segmento di traffico

Il segmento di traffico ESW fornisce servizi di comunicazione agli utenti della rete ESW.

Esso è costituito da vari tipi di terminali come mostrato in Figura 2.23.

Figura 2.23 – Tipi di terminali ESW.

I terminali ESW sono raggruppati in:

• Satellite User Terminals (SaT-A, -B,-C).

• Provider Terminals (PrT-A, -B).

• Gateway Terminals (GTW).

• Inter System Station (InSS).

Ciascun tipo di terminale è stato progettato per soddisfare le esigenze di una specifica classe

di utenti, come di seguito riportato:

, può trasmettere informazioni con un bit rate massimo di 160 Kbps e minimo di 16

SaT-A

Kbps; esso è particolarmente indicato per gli utenti individuali il cui principale obiettivo

da privilegiare è il costo del servizio.

, può trasmettere informazioni con un bit rate massimo di 2 Mbps e minimo di 16

SaT-C

Kbps; esso è particolarmente indicato per comunità di utenti che desiderano accedere

simultaneamente e velocemente alle risorse di rete. 50

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

, può trasmettere informazioni con un bit rate massimo di 512 kbps e minimo di 16

SaT-B

Kbps; esso è un ottimo compromesso tra le due precedenti soluzioni.

, permette alla rete ESW di inter-operare con le reti terrestri, aventi un protocollo

Gateway

di trasporto supportato da ESW, come ad esempio: N-ISDN, B-ISDN, IP, ecc.

: i terminali PrT-A possono raggiungere un rate massimo di

Service Provider Terminals

6.1 Mbps mentre i terminali PrT-B possono raggiungere un rate massimo di 32.7 Mbps;

tali terminali sono stati pensati per portare valore aggiunto ai , come ad

Service Providers

esempio Internet Service Providers o Video On Demand Providers.

, permettono di interconnettere un sistema ESW region con un altro

Inter System Stations

ESW region, con un’altra rete satellitare fornente servizi multimediali o con una dorsale

terrestre.

La capacità minima disponibile in downlink per i terminali ESW è di 32 Mbps.

Ciascun terminale ESW può inoltre essere suddiviso, dal punto di vista funzionale, nei

seguenti sottosistemi:

• : esso comprende un modulo di trasmissione (un convertitore di

Out Door Unit (ODU)

frequenza da IF alle frequenze di trasmissione ed un Solid State Power Amplifier), un

blocco che attenua il rumore a 20 GHz ed un’antenna. Il diametro dell’antenna è 0.7 m per

SaT-A, -B, 1.2 m per SaT-C, 1.8 m per PrT-A e 2.8 m per PrT-B/GTW.

• : esso comprende una (UIU) che riceve/trasmette

In Door Unit (IDU) User Interface Unit

dati digitali da/all’User Device ed una (NIU) che trasmette il

Network Interface Unit

segnale in IF all’ODU e riceve sia informazioni di traffico da altri end-point ESW

attraverso il satellite che informazioni di controllo dal TRM ed il NOC attraverso l’ODU.

• : è un cavo, avente una lunghezza massima fissata, che consente

Inter Facility Link (IFL)

di interconnettere l’ODU e l’IDU. L’IFL è costituita da cavi coassiali, linee di potenza e

cavi di controllo necessari per trasportare i seguenti segnali: segnali per il controllo e per il

monitoraggio dell’ODU, segnali fornenti potenza all’ODU, segnali in frequenza VHF,

segnali di traffico uplink IF, segnali di traffico downlink IF, ecc. 51

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

2.3.7.2 Segmento di Controllo

Il segmento di controllo include tutte le funzionalità rivolte al controllo del Satellite e della

rete. E’ composto dai seguenti elementi.

• NOC, Network Operation Centre.

• MCS, Master Control Station.

• SOC, Satellite Operation Centre.

• TCR, Telemetry Command e Ranging station.

Il fornisce le funzioni di controllo e gestione della Rete

NOC, Network Operation Centre,

ESW. Tale centro è composto da quattro sottosistemi:

• : ha funzioni di controllo che sono ; in

Network Control Centre (NCC) time critical

particolare si occupa della gestione di: segnalazione ESW, canali di sincronizzazione,

localizzazione dei terminali, controllo delle connessioni e sicurezza per le informazioni di

traffico e segnalazione.

• : ha funzioni di controllo che sono ;

Network Management Centre (NMC) non time critical

in particolare si occupa della gestione di: malfunzionamenti della rete, configurazione

della rete, monitoraggio e controllo delle prestazioni e sicurezza.

• : raccoglie tutte le funzioni di gestione del Cliente in

Customer Care Centre (CCC) ;

particolare si occupa della gestione di: interfaccia utente, accredito, tariffazione e

contratti.

• : ha funzioni di controllo del Data Base distribuito

Data Base Control System (DBCS)

presente nel NOC; in particolare si occupa di gestire la distribuzione e la replicazione dei

dati e l'accesso al data base distribuito.

L’architettura del NOC è riportata in Figura 2.24. 52

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

satellite

ESW d

an

B

Ka

MCS DB

NCC

DBCS NOB SOC

External DB

D2 DB

NMC CCC

Public

Network Network OperationCentre

Backup NOC Figura 2.24 – Architettura del NOC ESW.

La , comprende tutto l’equipaggiamento IF/RF ed in Banda

MCS, Master Control Station

Base necessario per interfacciare le funzioni del NOC con il Traffic Resources Manager a

bordo del satellite.

La MCS è costituita da due distinti sottosistemi:

1) , comprendente l'antenna e tutta la catena IF/RF di ricetrasmissione;

Out Door Unit (ODU)

, che include modem, apparato di banda base e interfacce.

2) In Door Unit (IDU)

I due sottosistemi sono interconnessi attraverso una .

Inter Facility Link (IFL)

La MCS comunica con il NOC attraverso un sottosistema dedicato di comunicazione. La

MCS è costituita dai seguenti principali moduli: modulo Baseband, M&C, Modem, modulo

IF/RF, Antenna e modulo di tracking e per finire moduli di temporizzazione.

Il è responsabile di di monitorare e controllare l’intero

SOC, Satellite Operation Centre,

satellite, incluso il , è costituito dalle seguenti componenti:

payload 53

Capitolo 2 La rete E S W

URO KY AY

• : si occupa di elaborare ed archiviare dati telemetrici, di

Satellite Control Centre

individuare anomalie e generare allarmi, di monitorare e controllare le stazioni di

, di distribuire il clock agli altri sottosistemi.

Telemetry Command and Ranging

• : ha il compito di monitorare e controllare il Payload.

Payload Operation Centre

• (IOT) e (CSM) : lo IOT ha

In Orbit Test Communication Spectrum Monitoring Manager

lo scopo di testare i trasponders a bordo una volta che il satellite è stato lanciato ed ha

raggiunto la sua posizione in orbita, per garantire le prestazioni nominali all'inizio della

missione; inoltre dovrà effettuare le operazioni di manutenzione.

Si ha inoltre il è un’infrastruttura di comunicazione che

Network Operation Backbone (NOB)

connette gli elementi del SOC e permette al SOC di dialogare con il NOC.

Sono previste due stazioni , geograficamente separate,

TCR, telemetry command e ranging

per migliorare la determinazione dell’orbita. Le stazioni TCR operano in banda K .

u

Le principali componenti installate nel TT&C sono: ed equipaggiamento

Antenna RF

(Antenna completamente movibile, dispositivo di tracking, LNA, convertitori RF, Test Loop

Translator (TLT), switch RF, ecc.) ed equipaggiamento (matrice di commutazione

Baseband

Downlink IF, processori TC e Base-band TM, modem, router, ecc.). 54

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

55

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

Capitolo 3

IL DIMOSTRATORE DI EUROSKYWAY 56

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

3. I D E S W

L IMOSTRATORE DI URO KY AY

Dopo aver descritto, seppur a grandi linee, la rete

satellitare a larga banda EuroSkyWay, sia dal punto di vista

architetturale sia da quello protocollare, In questo capitolo, si

può cominciare ad entrare nel vivo dell’attività svolta durante

la tesi, descrivendo in dettaglio il Dimostratore che sarà lo

strumento per effettuare l’attività di validazione del sistema

satellitare in questione.

Al fine di poter essere un utile strumento ai fini proposti è

di essenziale importanza che l’ambiente del dimostratore sia

conforme al sistema reale che deve emulare.

Pertanto tutti e sei i componenti del Dimostratore, che si

vedranno in dettaglio nei successivi paragrafi, dovranno

emulare gli aspetti e le capacità principali di ogni sottosistema

della rete satellitare ESW, in maniera da fornire risultati utili

sul comportamento della rete. 57

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

3.1 G

ENERALITÀ

Il Dimostratore ESW è realizzato nell’ambito del contratto ARTES 3 “Development of ESW

, di , l’agenzia spaziale europea, per essere utilizzato come

Communication System” ESA

ESW Validator (EVA) [24], in maniera da permettere l’attività di validazione delle

performance e delle funzionalità del sistema, nelle aree dove le attività di analisi e

simulazione non possono essere considerate esaustive.

Il Dimostratore è un che include i principali sottosistemi e funzionalità della rete

test bench

satellitare EuroSkyWay insieme ad elementi atti a consentire l’attività di validazione [25].

In dettaglio, esso è costituito da sei :

workbench

• (NOCS);

Network Operation Centre Simulator

• (SaTSIM);

SaT Simulator

• (EPS);

ESW Payload Simulator

• (GTS);

Ground Traffic Simulator

• (KCS);

Ka band Channel Simulator

• (ECS).

EVA Control System

NOCS, SaTSIM ed EPS rappresentano l’implementazione in laboratorio di elementi critici

del sistema ESW, rispettivamente del NOC, del terminale satellitare e del payload.

Il loro sviluppo è stato affidato ad aziende leader nel settore, e partner nel contratto ESA,

quali:

- NOCS: SchlumbergerSema; Space Software Italia (SSI);

- SaTSIM: Quadrics, LABEN, Università di Lecce, Alenia Spazio S.p.A. (ALS);

- EPS: Alenia Spazio S.p.A. (ALS).

GTS ed KCS non rappresentano elementi propri della rete ESW, ma sono molto importanti

per dimostrare e validare le performance e le funzionalità del sistema.

L’ECS, infine, è il sottosistema del dimostratore che consente di operare e gestire i rimanenti

elementi al fine di condurre, in maniera centralizzata, i test di validazione. 58

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

Le aziende coinvolte nello sviluppo di questi elementi sono:

- GTS: DLR - German Aerospace Center;

- KCS: Alenia Spazio S.p.A (ALS);

- ECS: Information Technology Services S.p.A. (ITS).

Essendo il sistema complesso, sono previste due versioni incrementali dei del

workbench

Dimostratore stesso. Il progetto è tuttora nella sua seconda fase di sviluppo e la sua prima

versione, Dimostratore V1, è attualmente integrata in sede dei laboratori Alenia in Roma, in

procinto di supportare la prima fase di validazione, attività in cui questo lavoro di tesi si

inquadra.

Nei seguenti paragrafi verranno presentate le architetture finali dei vari elementi che

comporranno il Dimostratore V2 e successivamente il loro stato corrente nel Dimostratore

V1.

Di seguito (Figura 3.1) viene riportato lo schema del Dimostratore target [26].

Ka Band Channel

Ka Band Channel

SaT Simulator

SaT Simulator R/F R/F

IF IF Simulator

Simulator

(

SaTSIM)

) IF IF

I/F I/F

SaTSIM

(SaTSIM) (KCS)

(KCS) ESW

ESW

Ground Traffic

Ground Traffic Payload

Payload

BB BB

Simulator

Simulator Simulator

I/F I/F Simulator

(GTS)

(GTS) (EPS)

(EPS)

EVA Control

EVA Control Network Operation

Network Operation

System

System BB BB

Centre Simulator

Centre Simulator

(ECS) I/F I/F

(ECS) (NOCS)

(NOCS) M&C LAN

Figura 3.1 – Architettura del Dimostratore Target. 59

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

Come si può vedere in figura il NOCS ed il GTS sono connessi al simulatore del payload

(EPS) tramite un’interfaccia in banda base, il simulatore satellitare (SaTSIM) è collegato al

simulatore di payload tramite il simulatore di canale in banda Ka (avente un interfaccia a

frequenza intermedia verso il SatSIM ed un interfaccia a radio frequenza verso EPS).

Inoltre, tutti i sottosistemi si interfacciano con ECS, EVA Control System, tramite una rete

locale [26].

3.2 A N O C S

RCHITETTURA DEL ETWORK PERATION ENTRE IMULATOR

(NOCS)

Lo scopo del del Network Operation Centre Simulator è gestire la segnalazione trasmessa da

e verso EPS, GTS e SaTSIM al fine di effettuare dei test sulla qualità del servizio, le

procedure di acquisizione e mantenimento della sincronizzazione, le procedure dei protocolli

di livello due e tre di ESW ed altri parametri di sistema.

Il NOCS deve rappresentare il Network Operation Centre di ESW, ed è composto proprio

dalla versione pre-operativa dell’ , , e dalle funzionalità del

NCC Network Control Centre

, mirate al trattamento dei dati di controllo [25], [27].

DBCS Database Control System

In Figura 3.2 è riportata l’architettura a blocchi del NOCS. 60

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

NCC

Localisation

Manager Sync . Signalling

Channels

Handler NCC

Security

Services EPS

DBCS Manager Handler

Connection

Control

Manager

Connection

Admission Management

Control Agent NOCS

Figura 3.2 – Architettura del NOCS.

3.2.1 Network control centre (NCC)

L’NCC è il sottosistema del NOC che si occupa di fornire le funzionalità relative alla

gestione delle sessioni di comunicazioni real time, in particolare fornisce i seguenti servizi:

• Sincronizzazione dei terminali ESW;

• Registrazione e cancellazione degli utenti ESW e delle loro interfacce attive sulla

;

OverLyng Network

• Servizio di autenticazione;

• Localizzazione dei terminali ESW;

• Gestione e controllo di connessione;

• Processo di risoluzione degli indirizzi per supportare la connettività;

OverLyng Network

• Sicurezza della comunicazione;

• Supporto alle operazioni del centro di gestione della rete, NMC (Network Managment

Centre). 61

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

Al fine di fornire le funzionalità richieste, l’NCC, Network Control Centre, include i

seguenti moduli che si possono vedere anche in figura:

[28], (SH), esso si interfaccia direttamente con l’ESW Payload

Signalling Handler

Simulator (EPS) ed implementa la formattazione per tutti i messaggi di segnalazione

ESW o di controllo che riguardano il Network Operation Centre. In particolare

implementa la formattazione di trama, gli aspetti del livello 2 (delle istanze 2-S e 2-

T) e riceve e distribuisce i messaggi di livello 3 da e verso le entità di livello rete. SH

è anche incaricato di effettuare dei flussi di dati verso SCH.

(SCH), si occupa dell’assegnamento, gestione e

Synchronisation Channels Handler

rilascio di un sottoinsieme di canali dedicati all’acquisizione iniziale di

sincronizzazione, e dell’assegnamento, gestione e rilascio dei canali rivolti al

mantenimento della sincronizzazione dei terminali in trasmissione. Questi canali

consentono l’acquisizione iniziale ed il mantenimento della sincronizzazione, poiché

forniscono un link di comunicazione fra i terminali e le unità di sincronizzazione a

bordo del satellite. SCH si occupa anche dell’assegnamento, gestione e rilascio dei

canali per lo scambio di segnalazione fra terminale ed NCC.

(LM), fornisce servizi per la registrazione e deregistrazione

Localisation Manager

degli utenti ESW. Permette alla rete di localizzare i terminali, e perciò gli utenti

sull’intera area di copertura. LM effettua anche la risoluzione degli indirizzi

per supportare lo stabilimento della sessione di comunicazione

OverLyng Network

ESW, ciò permette alla rete di instradare appropriatamente i messaggi di

segnalazione verso il terminale ESW coinvolto nella connessione.

(CCM), fornisce funzionalità di set-up, mantenimento

Connection Control Manager

e rilascio in accordo alle particolari classi di servizio. Per ogni connessione il CCM

gestisce il processo di controllo di connessione uscente, O-CC (

Outgoing Connection

), processo di controllo ci connessione entrante, I-CC (

Control Process Incoming

), e il processo di coordinazione controllo di

Connection Control Process

connessione, C-CC ( ), tali processi sono

Coordination Connection Control Process

incaricati di controllare le fasi di set-up, mantenimento e fine di una connessione. Il

CCM comprende anche un algoritmo di CAC, connection admission control, che

assicura che le richieste di qualità di servizio vengano soddisfatte, evitando perciò di

sovraccaricare il sistema se non può fornire la qualità richiesta alle nuove

62

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

connessioni. Il CAC può essere “invocato” dal CCM nel momento in cui è ricevuto

dal NCC una richiesta di set-up ESW o richiesta di modifica ESW o richiesta di

rilascio ESW, sia nel caso di comunicazione punto-punto sia punto– multi punto.

(SSM), fornisce funzionalità di protezione contro un uso

Security Services Manager

improprio delle risorse ESW, ed assicura la privacy degli utenti e la riservatezza sia

dei dati di segnalazione sia di dati.

(MA), si occupa della gestione della rete. Gioca un ruolo

Management Agent

importate nello scambio di informazione di gestione fra NCC ed NMC (Network

Management Centre) della rete ESW, entità rappresentata nel dimostratore dall’ECS.

3.2.2 Database Control System (DBCS)

Durante tutte le procedure realizzate dall’NCC, quest’ultimo deve interfacciarsi

continuamente con il DBCS locale al fine di recuperare, immagazzinare ed aggiornare dati

relativi all’uso delle risorse di rete, al fine di registrare gli utenti con i loro terminali e

mantenere le connessioni attive.

Il DBCS è impiegato nelle funzioni di gesione di tutti i dati di controllo distribuito

all’interno del NOC:

Accesso ai dati.

Sicurezza dei dati.

Controllo dei dati.

Replicazione dei dati.

Amministrazione dei dati.

Queste capacità sono state implementate nel NOCS (Figura 3.2) presente nel Dimostratore

del sistema EuroSkyWay.

Da momento che l’NCC ha stringenti requisiti temporali nell’esecuzione delle procedure di

controllo che esercita e che deve fare riferimento molto spesso al database locale, il

63

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

sottosistema DBCS deve garantire l’esecuzione di un grande numero di transazioni al

secondo (TPS, transaction per second, uno dei parametri prestazionali più importanti per i

database). Da queste considerazioni si ha che il database di NCC deve essere gestito

direttamente in memoria RAM.

Il DAC, Data Access Controller, progettato e sviluppato da SSI, gestisce tutti i dati in

memoria, ed usa il database Oracle NCC ed il database Oracle DBCS solo per recuperare la

configurazione dei dati iniziale, al momento dello e per l’immagazzinamento di

start-up

informazioni storiche. Table

DAC Archiving

Log Synch

DB NCC

In Memory Monitor DB

Database In memory

refresh

DAC

Tables Engine DAC

Space DB Start Repository

Object

description DBCS

Repository

NCC_DB

NCC Local Agent M&C DBCS

Master

NCC side DBCS side

M&C Replication

functionality

NMC

NMC_DB DB

Local Agent NMC NOCS

NMC side Figura 3.3 - NOCS e suoi sottosistemi.

Il DAC è composto dai seguenti elementi:

♦ è il componente che si occupa di interagire con il DAC engine per:

DB-start

- La creazione di tabelle NCC nella memoria principale del Database.

- Caricare in memoria principale le tabelle NCC.

- Effettuare il refresh in memoria principale delle tabelle NCC. 64

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

E’ attivato dall’agente locale del database NCC, e all’inizio, richede la connessione al

DAC per l’acquisizione dell’informazioni che risiedono nei dispositivi di

memorizzazione del DAC.

♦ è composto dai seguenti elementi:

DAC engine

- Comand Listener, “ascolta” i comandi verso la memoria principale e li esegue.

- Memory manager, gestisce i blocchi di memoria usati in memoria principale del

Database.

- Index, permette di recuperare i dati memorizzati nelle tabelle in maniera

efficiente.

♦ , la tabella di sincronizzazione riceve i dati di informazione, dalle tabelle

Tabel Synch

DAC che hanno bisogno di essere sincronizzate, per immagazzinarli direttamente.

♦ , è stato progettato per fornire un servizio di registrazione per il Data

Log Manager

Access Controller.

♦ -Monitor, è usato per effettuare un meccanismo di supervisione dei componenti della

DB

memoria principale del database. Permette di controllare se tutti i componenti stanno

lavorando correttamente.

Un ulteriore database, il database DBCS centralizzato, è logicamente gestito dal DBCS per

effettuare le principali funzionalità di replicazione delle basi dati comuni, sicurezza,

disponibilità di sistema, amministrazione del database.

3.3 A S T S (S SIM)

RCHITETTURA DEL A IMULATOR AT

Il SaTSIM [29] è il primo prototipo di terminale ESW che accede ai servizi multimediali

interattivi forniti dalla rete ESW in banda Ka ed implementa gli aspetti principali del

terminale satellitare reale. Sono previsti tre tipi di terminali satellitari, basati su tre differenti

in : SaT-A (160 Kbps), SaT-B (512 Kbps), SaT-C (2 Mbps). In più è

bit rate uplink

implementato un meccanismo di richiesta a larga banda su domanda al livello del terminale

per permettere di migliorare l’ottimizzazione delle risorse satellitari usate, permettendo le

alte performance tipiche del traffico a burst. 65

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

La sezione ricevente è implementata conformemente allo standard DVB-S, ed usata per

ricevere un flusso dati in modalità TDM a 32 Mbps.

Il terminale satellitare, come descritto nel capitolo 2, è composto dei seguenti elementi:

• ODU, outdoor unit, comprende il sottosistema di antenne, un blocco per la ricezione

e l’elaborazione del segnale secondo lo standard DVB-S, un SSPA, solid state power

amplifier ed un modulo per la conversione alla frequenza intermedia;

• IDU, indoor unit, comprende UIU, user interface unit, che riceve e trasmette il

segnale da e verso l’utente, e NIU, network interface unit, che rappresenta

l’interfaccia verso la rete satellitare. In trasmissione IDU spedisce i dati modulati in

MF-TDMA a ODU, mentre in ricezione accetta i dati provenienti dalla ricezione del

segnale DVB.

• ODU e IDU sono interconnessi tramite IFL, .

inter facility link

Il SatSIM è il prototipo dell’Indoor Unit del terminale satellitare basato su IP.

In Figura 3.4 è riportata l’architettura del SatSIM, composta dalla piattaforma, la Mediaref

sviluppata da ST Microelectronics e dai seguenti sottosistemi:

• IDU, ;

indoor unit

• IFL, , usato per interconnettere il SaTSIM con il simulatore canale in

interfacility link

banda Ka (KCS). 66

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

Figura 3.4 - Architettura del SaTSIM.

I principali elementi che compongono il SaTSIM sono:

- il controller della sincronizzazione e della trasmissione a burst;

- l’unità di controllo della “cella”, livello Data Link, con le sottounità per la

frammentazione e l’inserimento dell’intestazione, l’estrazione dell’intestazione ed il

riassemblaggio;

- l’unità di controllo di accesso satellitare composta dai blocchi di connection control,

localisation manager, security manager, synchronisation manager;

- UIU, unit interface unit, implementa parte delle funzioni di interworking a livello utente

fra la rete ed i protocolli supportati.

Il SatSIM, elemento nel quale si colloca una parte importante degli sviluppi fatti in questo

lavoro di tesi, sarà trattato più diffusamente nel capitolo 5 per quanto riguarda in particolare

la sua implementazione software. 67

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

3.4 A ’E S W P S (EPS)

RCHITETTURA DELL URO KY AY AYLOAD IMULATOR

L’EPS include le principali unità del payload del satellite ESW. Esso è composto da 4

sottosistemi in grado di rappresentare l’intera catena di bordo:

• Un’unità di , user multi-carrier demodulator, ad es. demodulatori MF TDMA per

UMCD

i terminali SaT A/B/C, ha il compito di acquisire informazioni da un gran numero di

differenti canali formattandole in un frame “comprensibile” per il BBP, ed estrae le

informazioni necessarie per allineare il terminale di terra in un dato canale di

segnalazione;

• , prototipo del BBP ESW;

Base Band Processor

• Una sezione di trasmissione, ha il compito di acquisire i flussi dati da BBP e

Tx Section,

codificare e modulare in portante in banda Ka;

• FGU, , ha il compito di fornire la sincronizzazione ed i segnali

frequency generator unit

di clock così come è il riferimento per le conversioni di frequenza.

Particolare importanza ha il BBP, base band processor, il quale, come visto nel precedente

capitolo, é il cuore del payload del sistema satellitare ESW, é incaricato dell’allocazione

delle risorse radio e della commutazione delle connessioni attive tramite la funzionalità di

TRM, traffic resource manager. Il BBP processor riceve lo stream di informazioni in banda

base uscenti dai demodulatori e manda in uscita lo stream di informazioni in banda base

commutato da spedire ai modulatori per essere inserito nelle portanti in downlink.

Gli stream dati in input contengono sia traffico sia comandi dati OBP, on board processor,

questi ultimi sono usati per il controllo e la gestione delle connessioni.

La gestione delle connessioni implica la possibilità di riallocare dinamicamente le risorse

assegnate ad ogni connessione. La riallocazione delle risorse può essere fatta in base alle

richieste di risorse entranti dai terminali, assegnando ad ogni connessione un livello di

priorità che dipende dalle sue richieste di QoS.

Il setup ed il rilascio delle connessioni così come l’allocazione iniziale delle risorse può

essere fatta sulla base dei comandi contenuti nelle linee di input dal NOC.

Le principali funzioni del BBP sono: 68

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

- commutazione delle “celle” contenti i dati;

- estrazione dei comandi di setup e gestione della connessione;

- TRM, traffic resource manager, costituito dalla gestione dei comandi, funzione di

assegnamento delle risorse e generazione dei messaggi di risposta;

- Inserimento dei messaggi di gestione e controllo della connessione.

Il TRM si occupa di assegnare e gestire le risorse in uplink e downlink in accordo ai

parametri di connessione, comunicare con i terminali utente per mantenere/modificare la

connessione e costruire ed aggiornare la tabella di commutazione.

Per adempiere a queste funzioni, il TRM deve processare tutti i canali di servizio contenuti

nelle linee di input del BBP, deve inoltre tracciare tutte le informazioni necessarie per

configurare la tabella di routing, allocare e deallocare le risorse ai terminali in accordo a

criteri predefiniti (ad es. rispetto alla classe di servizio A,B,C,D, alla QoS richiesta),

monitorare lo stato di congestione della rete.

3.5 A G T S (GTS)

RCHITETTURA DEL ROUND RAFFIC IMULATOR

Il GTS nasce per stressare le funzioni caratteristiche del sistema ESW. In particolare per

simulare un carico di traffico sulla rete dato da una moltitudine e varietà di stazioni di terra [30].

Il esegue le seguenti funzioni:

workbench

• Generare traffico aggregato entrante proveniente da un numeroso insieme di stazioni di

terra (di differente tipo, capacità e localizzazione geografica);

• Generare traffico composto da differenti tipi di applicazioni multimediali;

• Trasmettere e ricevere dati in banda base da e verso EPS (ESW Payload System);

• Implementare il levello 2 ESW;

• Implementare gli aspetti di del livello 3 di ESW in accordo alle specifiche di livello 3.

GTS è composto da differenti moduli, di seguito elencati:

GTS Access Managers;

GTS Parameters Database;

GTS Controller; 69

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

External Traffic Generators/Analysers;

In Figura 3.5 è riportata l’architettura funzionale del GTS [30].

GTS

MTG /MTA Access Manager line # RX

ATM ATM IW F SW Traffic

Traffic Traffic

G eneration

G enerator Analyser

IP IP IW F

ISDN ISDN IW F

Traffic

Analyser M PEG M PEG IW F C onnection #

C onnection #

C onnection #

ESW Layer 3

ESW Layer 2

ESW PHY interface to/from EPS

ESW PHY interface to/from EPS

ESW PHY interface to/from EPS

GTS Controller

Interface to/from

ECS Baseband Channel Im pairm ent

Em ulator (BCIE)

to / from EPS

Figura 3.5 - Architettura funzionale del GTS.

♦ Access Managers

Gli , gestori degli accessi, sono le entità maggiormente complesse del

Access Managers

GTS, poiché rapresentano le interfacce verso EPS. Un è necessaria per ogni

Access Manager

linea EPS in modo che possa venir “caricato” il traffico, pertanto rappresenta differenti

terminali presenti nella simulazione di una banda di frequenze portanti del servizio allocate

ad uno spotbeam.

In più gli eseguono la generazione del traffico in accordo agli scenari di

Access Managers

connessione e di rete definiti, e l’analisi del traffico stesso.

La divisione in diversi è stata scelta per garantire la performance richiesta

Access Managers

di 37 Mbps per ogni linea di EPS.

Ogni ha diverse interfacce:

Access Manager 70

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

- Verso EPS;

- Verso il controller GTS;

- Verso l’esterno MTG/MTA (Manager traffic generator/Manager Traffic Analyser).

♦ Parameters Database

Contiene i seguenti dati:

- Configurazione dei dati per il per i test su GTS e per tutti gli , inclusi

Access Managers

gli scenari di traffico da essere simulati;

- Le misurazioni ricavate dalle simulazioni;

- Altre informazioni, come allarmi e file di registrazione per l’amministrazione ed il

mantenimento del sistema.

Il database è composto da informazioni specifiche per ogni ed informazioni

Access Manager

per l’intero sottosistema GTS [31].

♦ Controller

E’ l’entità che permette di configurare il sistema GTS, di controllarne le operazioni e

visualizzare i risultati ottenuti, memorizzati nel database, oltre a permettere la gestione degli

allarmi. Pertanto adispone anche di un interfaccia utente grafica (GUI) che permette

all’operatore di interagire col GTS stesso.

♦ External Traffic Generator/Analyser

E’ usato per generare traffico di tipo ATM o IP da un hardware dedicato L’External Traffic

.

Generator/Analyser può essere connesso direttamente agli .

access managers

L’operatore può selezionare gli scenari di traffico e generare flussi di traffico in accordo a

diversi protocolli.

Il traffico esterno è generato in maniera simile, a quello generato dai “generatori di traffico

interno”. I generatori di traffico esterno possono anche essere configurati e controllati dal

controller GTS.

I moduli GTS sono connessi attraverso un rete LAN in modo da scambiare informazioni fra

, , ed ECS. In Figura 3.6 ne è riportata

database Access Managers GTS Controller

l’architettura. 71

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

G T S P ara me t e r

Da t ab a se A c c e ss M an a ge r

A c ces s M a na g er EP S

A c ce s s M ana g er

E V A LA N A c ce s s M a nag e r

G T S C o nt ro lle r A c c e ss M a na g er

IP/A TM etxern al traff ic

EC S M& C E x ternal traffi c

G /A

Figura 3.6 - Moduli del GTS.

3.6 A K C S (KCS)

RCHITETTURA DEL A BAND HANNEL IMULATOR

Il simulatore di canale in banda Ka , KCS, ha il compito di simulare i fenomeni che

avvengono nel canale in banda Ka [32]. Questo canale connette il terminale satellitare utente

ESW (SaT) al satellite e viceversa, che nel dimostratore corrispondono rispettivamente al

SaTSIM e a EPS. Il canale di comunicazione full duplex è costituito da due “sequenze” di

simulazione, sia per il canale di comunicazione in uplink sia in quello in downlink, come si

può vedere in Figura 3.7. 72

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

U/L Satellite Link Emulator

Uplink Uplink

SaTSim EPS

Local M&C Bus

Interface Interface

D/L Satellite Link Emulator Downlink

Downlink To Local M&C Bus

Uplink Data Collection

Local Control and Monitoring

Manager System

Local M&C Bus Local M&C Bus

KCS Controller

M&C LAN Interface

To ECS

Figura 3.7 -Canali di comunicazione in uplink e downlink.

Il KCS prende in considerazione i principali fenomeni associati alla propagazione sul canale,

che hanno un considerevole impatto sull’ampiezza , la fase e la frequenza del segnale.

L’ è l’unità che si occupa di gestire il segnale scambiato con il

interfaccia al SaTSIM

SaTSIM. Perciò riceve il segnale proveniente dal SaTSIM e lo converte alla frequenza di

operazione del KCS SLE (satellite link emulator). Per il segnale da trasmettere verso il

SaTSIM è implementata la funzione opposta.

Analogamente ha il ruolo di convertire alla frequenza opportuna il

l’interfaccia EPS

segnale proveniente dal KCS SLE, da trasmettere ad EPS. Per i segnali trasmessi da EPS è

implementata la funzione opposta.

Il é l’unità principale, poiché deve simulare tutte le

Satellite Link Emulator (SLE)

degradazioni non trascurabili del segnale, viste come peggioramenti del rapporto segnale

rumore.

I principali fenomeni sono:

• Effetti ionosferici;

• Effetti troposferici;

• Effetto Doppler;

• AWGN, additive white gaussian noise; 73

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

• Ritardo di propagazione, che dipende dalla distanza terminale satellite.

Il gestisce il controllo ed il monitoraggio del KCS, perciò è anche abilitato

Controller KCS

a comunicare con ECS, tramite LAN.

La Figura 3.8 riporta l’architettura target del KCS.

Up-Link CF=70MHz

AWGN Adder BW=20MHz

(Noise/Com)

S-Band SatSIM Interface SLE dBm Ku-Band EPS Interface

70MHz IF=70MHz

2500/3000MHz 12400/12700MHz

Miteq Dw-Converter Path Delay Simulator Doppler Simulator Path Loss

Attenuator Fading

Attenuator Miteq Up-Converter

AWGN

IEEE488 IEEE488

C/N0 Word

Hardware

Control Bus

10MHz 10MHz 10MHz

Ethernet PXI Digital I/O

Ethernet SLE-dBm

Ethernet Interface COMPUTER

Down-Link Ka-Band EPS Interface

LP=50MHz

CF=140MHz CF=28MHz

L-Band SatSIM Interface AWGN Adder BW=44MHz

BW=44MHz

(Noise/Com) 17976/20160MHz

Pin Diode Attenuator Pin Diode Attenuator

20dB 0.1dB/step

950/1500MHz Miteq Up-Converter 9700 10MHz Ka-Band

112MHz DDS

AWGN Synthesizer

Path Attenuation

Fading Attenuation LO & Doppler Shift

IEEE488 Word Word C/N0 Word Freq. Word 10MHz 10MHz

10MHz RT I/F PXI Real Time RT I/F PXI Real Time

PXI Digital I/O PXI Digital I/O

Controller #1 Controller #2

Ethernet

10MHz Outputs VGA

Ethernet Interface Hard Disk

Ethernet

Reference CONSOLE

Distribution Unit IEEE488 IEEE488 Interface Floppy Disk

10MHz FROM Ka-Band Synt./ SatSIM Mouse Keyboard

Figura 3.8 - Architettura del KCS.

3.7 A ’ EVA C S (ECS)

RCHITETTURA DELL ONTROL YSTEM

L’ECS ha il compito di controllare l’intera configurazione del dimostratore (setup dei

parametri, setup degli scenari di operazione, interfacce di controllo, gestione degli strumenti

ausiliari di test), gestire le simulazioni, monitorare il comportamento degli altri e

workbench

supportare la fase di validazione consentendo anche il processamento dei risultati di

simulazione [33]. 74

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

Le principali funzionalità di ECS sono:

• EMC, equipment monitor & control, si occupa del controllo e monitoraggio di EVA

(ESW Validator) in termini di risorse di rete;

• SMMC, simulation management and monitor & control, si occupa della gestione e

controllo delle sessioni di test.

L’architettura a blocchi dell’ ECS è mostrata in Figura 3.9. ECS

Access

Manager

SMMCS EMCS

SaTSim KCS EPS NOCS GTS

Figura 3.9 – Architettura dell’ECS.

L’ EVA Control System è composto da:

• SMMCS, simulation management and monitoring & control subsystem, implementa

le funzionalità SMMC;

• EMCS, equipment monitor & control subsystem, implementa le funzionalità EMC;

• AM, access manager.

L’ implementa le funzionalità di gestione di simulazione, permettendo la gestione,

SMMCS

il monitoraggio ed il controllo di una sessione di test, permettendo le seguenti funzioni:

• Costruire uno scenario di test, con questa funzione si permette all’operatore di

scegliere lo scenario con i worchbench interessati, definendo la sequenza di comandi

da spedire durante la simulazione, inclusi quelli necessari per terminarla; 75

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

• Far partire uno scenario di test, l’operatore ha la possibilità di selezionare uno

scenario fra quelli precedentemente definiti, lanciando la relativa simulazione.

SMMCS renderà disponibili gli output all’operatore;

• Spedire comandi, ciò specifica la possibilità che ha un operatore di interagire

direttamente con il WB per modificare uno o più parametri di interesse per la

simulazione (ad es. la generazione del traffico).

• Recuperare uno o più parametri da un workbench specificato;

• Costruire una configurazione di workbench per uno scenario di test, tale

configurazione sarà immagazzinata nella memoria interna di ECS;

• Controllare il corretto funzionamento di tutti i workbench e l’interazione con ECS

stesso;

• Fare analisi statistiche sui risultati dei test, è anche possibile definire qualche

modello di report con dei filtri associati, tramite query parametrizzate.

L’ implementa le funzionalità di gestione di EVA in termini di risorse di rete, e

EMCS

permette all’operatore le seguenti funzioni:

• Settare i valori dei parametri del workbench reale, perciò cambiarne la

configurazione;

• Recuperare i valori dei parametri assegnati;

• Definire e mostrare i risultati di un insieme di dati in base ai parametri definiti sul

WB, ciò permette di monitorare gli altri WB, tuttavia la definizione di quest’insieme

di dati è fatta offline dall’operatore;

• Gestire gli allarmi, intesi come notifica di un evento o un guasto, è anche possibile

definirne di nuovi e raggrupparli in categorie;

• Aggiungere una nuove apparecchiature. Un sistema di gestione della rete mantiene

un MIB, management information base, con le caratteristiche degli “oggetti” gestiti.

L’ , access manager, effettua la gestione degli account di ECS, pertanto si ha la gestione

AM

di: • Login al sistema per l’operatore o l’amministratore per avere accesso al sistema;

• Logoff per uscire dal sistema;

• Aggiungi un nuovo utente, da parte dell’amministratore;

• Elimina utente, da parte dell’amministratore. 76

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

Da evidenziare soltanto che il database di SMMCS scelto è il database relazionale open

My SQL.

source

In Figura 3.10 è riportata l’architettura fisica dell’ECS. MLAB RDBMS

SMMCS & Local DB ECS Console

EMCS Alenia Intranet

LAN BUS

EVA Environment

Figura 3.10 - Architettura fisica dell’ECS.

3.8 I D V 1

L IMOSTRATORE ERSIONE

Nei paragrafi precedenti è stato descritto il Dimostratore ESW nella sua versione definitiva,

tuttavia è bene precisare che, nella versione attualmente a disposizione, ancora non sono

implementati pienamente molti aspetti di alcuni dei principali elementi [34].

La prima versione del Dimostratore adotta un approccio incrementale che porta ad affrontare

la complessità del sistema e dei suoi aspetti principali da validare in maniera modulare,

permettendo un veloce feedback per eliminare eventuali problemi o errori di progettazione.

Perciò gli obiettivi da raggiungere mediante il Dimostratore V1 sono:

analizzare meglio gli aspetti critici del sistema;

assemblare il sistema; 77

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

testare il corretto interfacciamento dei sottosistemi implementando le seguenti

funzionalità:

- Layer 2I e Layer 2I con Ack;

- Layer 2S;

- Layer 3, considerando solo connessioni uni-direzionali.

Ciò ha portato alla sostituzione del livello fisico di ESW con un collegamento LAN ethernet

802.3 (Figura 3.11). Come protocollo di trasporto è stato scelto UDP, perché,

contrariamente al TCP, non prevede meccanismi di ritrasmissione, che nella rete ESW sono

già previsti a livello data link (nell’istanza 2 I) nella modalità riscontrata.

Management Plane

Control Plane

ESW Layer 3 User Plane

ESW Layer 2 UDP

ESW Layer 1 IP

Ethernet

Figura 3.11 – Stack protocollare del dimostratore versione 1.

Il è composto da i seguenti sottosistemi con le relative

Dimostratore ESW versione 1

versioni come si può vedere dalla Figura 3.12:

versione 1;

- NOCS

- versione 1;

SaTSIM

- versione 1;

GTS

- versione 1;

KCS

- versione 1

ECS

Inoltre un è stato realizzato per permettere l’integrazione dei sottosistemi

TRM simulator

prima elencati Esso fornisce un dedicato collegamento con il NOCS al fine di:

[35].

- scambiare messaggi di mediante il layer 2-T;

Connection Control

- simulare verso il NOCS;

la procedura di sincronizzazione dei terminali 78

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

- .

formattare e de-formattare la sequenza di Frame Units

GTS v1 TRM

Simulator

KCS v1

SaTSIM v1 NOCS v1

ECS v1

ESW LAN

Figura 3.12 - Architettura del dimostratore versione 1, usato per l’attività di validazione.

Gli elementi del Dimostratore V1 hanno le seguenti funzionalità [34], [35]:

Il NOCS V1 è formato dal software del NCC e DBCS versione 2. In questa versione

l’NCC è in grado di sincronizzare, localizzare e registrare gli utenti e i terminali della

rete ESW. Inoltre esso è in grado di settare, mantenere, rilasciare solo connessioni uni-

direzionali, mentre nella versione finale del Dimostratore implementerà anche funzioni

di Connection Control per connessioni bi-direzionali e punto-multipunto.

Il SatSIM V1, prototipo del terminale satellitare, è formato, oltre che dalla piattaforma

Mediaref STM, dal software di Livello 2-S e 2-I (con e senza Acknowlegment)

sviluppati a Kernel level, e dal software di Livello 3, sviluppato a livello applicativo, che

implementa l’intero protocollo di controllo di connessione relativo alla gestione delle

punto-punto.

Il GTS v1, analogamente al SaTSIM implementa le due istanze del livello 2 ed il livello

di rete. Due postazioni del GTS, denominate Access Manager 1 (AM1) ed Access

Manager 2 (AM2) sono disponibili in questa versione. 79

Capitolo 4 Definizione di una Strategia di Validazione per EuroSkyWay

Il KCS v1 è interamente sviluppato in software ed è composto dal Satellite Link

. Esso è comunque in grado di simulare gli effetti del canale Ka iniettando

Simulator v1

errori nelle ESW Cells e introducendo ritardo nel canale.

L’ECS v1 è dato dal sottosistema SSMCS v1 che implementa tutte le funzionalità di

Simulation Management. Esso è in grado di interfacciare e controllare i vari sottosistemi

del Dimostratore, al fine di creare e gestire gli scenari di simulazione, controllando i vari

sottosistemi da remoto. fisico del Dimostratore V1 così come correntemente

In Figura 3.13 è raffigurato il Layout

configurato nei laboratori Alenia Spazio in Roma.

GTS AM1 GTS AM2 ECS KCS EPS / TRMSim

WorkStation Lynx WorkStation Sun E450

WorkStation Lynx WorkStation Compaq WorkStation Compaq

Windows 98 OS Solaris 8 OS

Linux Red Hat 8 OS Windows 2000 OS

Windows 98 OS NOCS/DBCS

Ethernet

Hub WorkStation Sun E450

SaTSIM 1 Solaris 8 OS

STM Mediaref NOCS/ NCC+ DAC

SaTSIM HARVEST Server/Laptop Workstation Sun Fire V480

NFS Server Solaris 8 OS

SaTSIM 2

STM Mediaref

Figura 3.13 - Layout fisico del Dimostratore V1. 80


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in ingegneria delle telecomunicazioni
SSD:
Università: Calabria - Unical
A.A.: 2003-2004

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Michele510 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fondamenti di Telecomunicazioni e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Calabria - Unical o del prof Iera Antonio.

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