RETI NON LOCALI Parte Terza RETI SATELLITARI Gianfranco Prini DSI - Università di Milano gfp@dsi.unimi.it

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ARGOMENTI Telecom satellitari Costo della banda Sistemi di indirizzamento Satelliti e sviluppo

TIPI DI ORBITE Geostazionarie (GEO) Geosincrone Molniya apogeo = perigeo = 35.786 km, periodo = 23h 56m inclinazione 0 gradi, effetto Doppler trascurabile o nullo Geosincrone apogeo = perigeo = 35.786 km, periodo = 23 h 56 m inclinazione 0-90 gradi, effetto Doppler contenuto Molniya apogeo = 39.400 km, perigeo = 1.000 km, periodo 11h 58m inclinazione 62.9 gradi, effetto Doppler elevato Bassa quota (LEO) apogeo < 1.400 km, perigeo > 500 km, periodo 1.5-2 h inclinazione 0-90 gradi, effetto Doppler elevatissimo

ORBITE GEOSTAZIONARIE: RITARDI DI PROPAGAZIONE min = 0.12 sec max = 0.14 sec dmax= 41.679 km dmin= 35.786 km r = 6.378 km

ORBITE GEOSTAZIONARIE: ROUND-TRIP DELAY (Caso 1) One-way path: ASB A Round-trip path: ASBSA S B One-way delay = 0.28 sec Round-trip delay = 0.56 sec

ORBITE GEOSTAZIONARIE: ROUND-TRIP DELAY (Caso 2a) One-way path: AS1MS2B Round-trip path: AS1MS2BS2MS1A M A B One-way delay = 0.51 sec Round-trip delay = 1.02 sec verso S3

ORBITE GEOSTAZIONARIE: ROUND-TRIP DELAY (Caso 2b) One-way path: AS1S2B Round-trip path: AS1S2BS2S1A A B One-way delay = 0.49 sec Round-trip delay = 0.98 sec verso S3

COSTELLAZIONI DI SATELLITI LEO: ROUND-TRIP DELAY B One-way delay = 0.08 sec Round-trip delay = 0.15 sec

COSTELLAZIONI DI SATELLITI: ALCUNI PROGETTI IN CORSO Narrowband Globalstar (Loral & Qualcomm - 1999): $2.6 B 48 satelliti + 4 (8?) di scorta su 8 piani orbitali (1.414 km) Iridium (Motorola e consorziati - 1998): $4.4 B 66 satelliti + 6 di scorta su 6 piani orbitali (780 km) Broadband SkyBridge (Alcatel & Loral - 2001-2): $4.2 B 80 satelliti + ?? di scorta su ?? piani orbitali (1.469 km) Teledesic (W. Gates, C. McCaw - 2002-3): $9 B 840 satelliti + 84 di scorta su 21 piani orbitali (700 km) 288 satelliti + ?? di scorta su 12 piani orbitali (1.375 km)

COSTELLAZIONI DI SATELLITI LEO: ASPETTI ECONOMICI Globalstar servizio fonia/dati al minuto (2.4/9.6 kbps): $1.25-1.5 (*n) download di un giornale (1 MB, 0.9 h): $260-320 Iridium servizio fonia al minuto (2.4 kbps): $2-5.5 download di un giornale (1 MB, 3.5 h): $420-1150 Teledesic servizio fonia/dati al minuto (16/64 kbps/Mbps): $0.04 (*n) download di un giornale (1 MB, 4 s): $0.32 (32 cent) Kenia e Tanzania servizio fonia al minuto: $8.95 + 25% tasse

TELEDESIC VERSIONE 1: MATERIALE IN ORBITA Numero di chip (GaAs, 20-30 GHz): 500.000 Numero di antenne (phased-array): 180.000 Numero di batterie di alimentazione: 12.000 Superficie totale delle celle solari: 1.3 kmq Potenza totale erogata (efficienza 4%): 10 MW Potenza di calcolo totale: 282.000 MIPS Dimensioni totali memoria RAM: 1 TB

TELEDESIC VERSIONE 1: PRESTAZIONI PREVISTE Bit-rate (standard): da 16 kbps a 2 Mbps (E1) Versione 2: fino a 2 Mbps uplink, fino a 64 Mbps downlink SkyBridge: fino a 2 Mbps uplink, fino a 20 Mbps downlink Bit-rate (special): fino a 1.24 Gbps (OC-24) Versione 2: nessuna informazione disponibile Bit-rate (intersatellite link): 155 Mbps (OC-3) Error rate: minore di 1.0e-9 a 155 Mbps Disponibilita' servizio: superiore a 99.9% Utenti simultanei (1:100 d, 16 kbps): 2 milioni Copertura: 95% superficie, 100% popolazione

COMUNICAZIONI TERRESTRI E SATELLITARI: CONFRONTI Trasmissioni terrestri Distanze da coprire: 0-30.000 km Round-trip delay: 0-0.3 sec Trasmissioni satellitari (LEO) Distanze da coprire: 2.800-25.500 km Round-trip delay: 0.02-0.17 sec Trasmissioni satellitari (GEO) Distanze da coprire: 71.500-157.500 km Round-trip delay: 0.48-1.05 sec OK per client-server, meno per NCing

APPLICAZIONE TIPO CON NC: TEMPI DI ESECUZIONE Ipotesi sulla applicazione tipica del futuro Numero di chiamate di funzione per applicazione: 10.000 Percentuale di chiamate di funzione remote: 10% Numero di chiamate di funzione per secondo: 100.000 Contributo delle chiamate in funzione della distanza 90.0% entro i 100 km - round-trip delay = 3 sec 9.0% entro i 1000 km - round-trip delay = 3 sec 0.9% entro i 10000 km - round-trip delay = 3 sec 0.1% oltre i 10000 km - round-trip delay = 3 sec Contrazione dei tempi per caching/interleaving: 70% Tempo di esecuzione asintotico per ciascuna applicazione tipo: 1.5 sec

COSTO DEGLI IMPIANTI FISSI (STIME A VALORI CORRENTI) Ultimo miglio: Lire 1.000.000 una tantum Ex-progetto Socrate: Lire 1013 per cablare 107 famiglie Switching locale: Lire 4-500.000 a 10 Mbps Recente impianto no. 1: Lire 5108 per 103 punti Recente impianto no. 2: Lire 1.3109 per 3.3103 punti Long distance: Lire 1-4.000 Mbit/seckm SeaMeWe-3: $1.37 mld per 20.000 km a 40 Gbit/sec Altri progetti: costi comparabili per km a 160 Gbit/sec

COSTO DELLA BANDA (STIME A VALORI CORRENTI) Interconnessione locale: Lire 1.000 al giorno Lire 1.5 milioni totali ammortizzati su 5 anni (1825 giorni) Telecomunicazioni fisse: Lire 1.000 al giorno Assunzione: prodotto bandadistanza rimane costante Lire 400.000 per banda entro i 100 km, Lire 1.6 milioni tot Lire 1.6 milioni totali ammortizzati su 5 anni (1825 giorni) Telecomunicazioni satellitari: Lire 5.000 al giorno (inclusive di interconnessione) Lire 16.200 mld ammortizzati su 5 anni (1825 giorni) Ripartiti su 2 milioni di utenti simultanei supportati

TARIFFAZIONE DELLA BANDA (STIME A VALORI CORRENTI) Telefonia urbana: Lire 35.000 al giorno Lire 35 al minuto per 10 ore, Lire 17 al minuto per 14 ore Telefonia interurbana: Lire 330.000 al giorno Lire 340 al minuto per 10 ore, Lire 150 al min. per 14 ore Radiomobile urbano: Lire 405.000 al giorno Lire 280 al minuto per 24 ore (Telecom Italia, City) Tratte intercontinentali: Lire 145.000 al giorno Lire 100 al minuto al netto dell'interconnessione (Omnitel) Lire 395 al minuto (Ita-US) meno Lire 295 al minuto (City) Telefonia satellitare: Lire 105.000 al giorno Lire 72 al minuto per 24 ore (Teledesic, dal 2002)

ERRORI DEL PASSATO E MANCANZA DI PROSPETTIVA Costruzione di Michelangelo e Raffaello Costruzione del Quinto Centro Siderurgico Scarico di sostanze inquinanti nelle acque Rappresentazione dell'anno a due cifre (Y2K) Implementazione di Unix a 7 bit per carattere Migrazione di Unix verso 8 bit per carattere Definizione di Unicode a 16 bit per carattere Rappresentazione indirizzi IPv4 a 32 bit Rappresentazione indirizzi Ethernet a 48 bit Problema: bastano 128 bit per gli indirizzi IPv6?

"COSI" CHE SI TOCCANO E "COSI" CHE NON SI TOCCANO Sistemi utente (desktop, laptop, handheld, wearable, etc.) Sistemi condivisi (storage server, database server, code server, compute server, object server, cache server, etc.) Sistemi di interconnessione (layer-n switch, router, etc.) Le singole parti di quanto sopra (processori, memorie, porte, interfacce, periferiche, moduli ambientali, etc.) "Cosi" che non si toccano Documenti in un sistema di archiviazione (file system) Processi, thread e altri oggetti e/o dati attivi in un sistema multiprogrammato (eventualmente multiprocessore) Oggetti e/o altri dati passivi creati "dentro" un sistema di programmazione con allocazione dinamica della memoria

QUANTI SONO I "COSI" Quelli che si toccano già oggi sono centinaia di milioni, e nell'arco di pochi anni potranno diventare decine/centinaia/migliaia di miliardi 700 milioni di linee telefoniche oggi installate nel mondo metà dell'umanità si appresta a "subire" la sua prima fase di telefonizzazione con tecnologia cellulare digitale miliardi di carte si apprestano a diventare intelligenti miliardi di esseri umani e di altri animali si apprestano a essere "anellizzati" (cfr. JavaRing, JavaCard e simili) Quelli che non si toccano variano da alcune migliaia ad alcuni miliardi per ciascuno dei "cosi" che si toccano (e creazione dinamica) Già un'agenda elettronica contiene migliaia di oggetti

INDIRIZZAMENTO DEI "COSI": LIMITI DEL MODELLO DI OGGI FIFOMON (Filename-in-folder-on-machine-on-network) è un modello che mostra la corda Associazione tra contenuto e una sequenza di ben 4 nomi Difficile da memorizzare e da ricordare nel lungo periodo Creazione di dangling pointer (page not found on system) Meglio un indirizzo monolitico e univoco per ogni oggetto e un name server che risolva i nomi, assegnati dall'utente a suo piacimento Oggetti che vivono fintantoché sono referenziati Vita degli indirizzi identica a quella degli oggetti Indirizzi generati al ritmo di generazione degli oggetti Necessario spazio di indirizzi inesauribile?

ARCHITETTURA DEGLI INDIRIZZI: IL CASO IPv6 IPv6 usa 128 bit per indirizzo (32 bit in IPv4) Totale indirizzi possibili: 3.41038 (2.71024 addr/m2 t.e.) Efficienza di assegnazione: circa 73% dei bit Totale indirizzi assegnabili: 1.51028 (1.11014 addr/m2 t.e.) Numero dei "cosi" hard pro capite (stima): 104 Totale indirizzi assegnabili per "coso" hard: 2.51014 Numero dei "cosi" soft generabili per sec: 105 Autonomia generativa per "coso" hard: 2.5109 sec, pari a 2.9104 giorni, pari a poco meno di 80 anni Adottando l'architettura degli indirizzi di IPv6 per il NCing avremo un nuovo anno 2000 in assenza di "IPv6 address garbage collection"