Alexandre Herbst Carvalho Alisson Mateus Boeing
Guilherme da Silva de Medeiros
Estudo sobre o funcionamento e benefícios da
tecnologia de satélites em transmissão de dados de
internet
Junho/2018 São José - SC
1. ÍNDICE 1 Índice 3 2 Sumário de figuras 4 3 Sumário de tabelas 5 4 Resumo 6 5 Introdução 6 6 Fundamentação Teórica 7
6.1 Base física para a internet via satélite 8
6.2 Funcionamento do Satélite 9
7 Internet Via Satélite 10
7.1 Funcionamento 10
7.2 Problemas da internet via satélite 11
7.3 Problemas com o protocolo TCP em internet via satélite 14 7.4 Necessidade social da internet via satélite 15
7.5 Internet Via Satélite no Brasil 15
8 Conclusão 16
2. SUMÁRIO DE FIGURAS
Figura 1: Funcionamento básico da internet Figura 2: Esquema internet via satélite Figura 3: Multiplo Roteamento LEO
3. TABELAS
Tabela 1: Diferentes tipos de satélites para a aplicação Tabela 2 - Propriedades dos tipos diferentes de satélites
4. RESUMO
Dentro das opções que um usuário possui para se conectar à internet hoje em dia, nem sempre o alcance chega fora dos grandes centros urbanos. A falta de viabilidade econômica e a dificuldade geográfica impedem que a internet à cabo chegue até as zonas mais rurais do mundo.
A internet via satélite vem, mesmo com todos os seus problemas, tentar melhorar a situação de falta de conexão para essas localidades, oferecendo, mesmo que às vezes por altos preços, a possibilidade de internet com alta taxa de transferência em qualquer posição do globo.
Esta tecnologia vem sendo implementada desde os anos 90 nos Estados Unidos, mas ganhou força em meados da atual década, com opções inclusive no Brasil.
5. INTRODUÇÃO
Desde os lançamentos dos primeiros satélites ao espaço nos anos 50, a ideia de usá-los para a área da comunicação pareceu promissora. O conhecimento de transmissão de dados utilizando ondas eletromagnéticas foi ficando cada vez mais eficaz, mais rápido e mais estruturado. O estudo por formas de transmitir informações foi tomando forma com as décadas, e um meio de transmitir dados era necessário. Cabos de rede hoje são itens comuns e os mesmos transmitem os dados com precisão e velocidade.
Entretanto, outras formas de transmissão de dados são sempre necessárias para aplicações específicas com dificuldades geográficas, políticas e sociais que dificultam a transmissão por cabo, deixando parte da população carente de telecomunicações.
Os avanços nos estudos de ondas eletromagnéticas cada vez mais tornavam possível realizar a mesma transmissão de dados utilizando satélites. Isso aconteceu unindo satélites em zonas específicas da órbita terrestre com antenas parabólicas ligadas em pontos específicos do caminho dos dados em uma rede ethernet.
As aplicações da rede de internet via satélite são inúmeras, mesmo com algumas dificuldades e especificidades da mesma. Uma
transmissão sem cabos facilita a chegada de internet para regiões de difícil acesso, tornando possível levar a comunicação moderna para todos os lugares do planeta.
6. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A forma como uma rede é montada varia com as necessidades de aplicação e dificuldades do meio de transmissão. Quando uma rede é projetada, todas estas qualificações são consideradas dependendo do cliente. Preço, taxa e qualidade de transmissão, latência, público alvo, disponibilidade, entre outros.
Grandes centros urbanos possuem diversas opções devido à concorrência e quantidade empresas que fornecem o serviço, tecnologias mais avançadas são colocadas para a utilização da maior quantidade de pessoas.
É visto que nestes centros urbanos as ofertas são inúmeras. Já em regiões afastadas dos centros, a situação da comunicação é completamente diferente. Há situações onde não há opção alguma de internet. Em outras, há a oferta, mas ela vem à taxas de transmissão reduzida e preços exorbitantes já que o custo da estrutura inteira é diluído em poucos usuários, além de que é normal em regiões fora dos complexos urbanos ter poucas empresas fornecendo o serviço, o que também aumenta o preço. É uma situação que vem se tornando cada vez mais complicada com a necessidade de internet se tornando básica: mesmo em regiões rurais há o uso corporativo e pessoal da rede.
Em situações normais, um usuário tem opções variadas para se conectar à internet. Modens convencionais, conhecidos por fazerem ligações discada, fazem conexão de aproximadamente 56kbps de download. As opções DSL, via Rádio e fibra óptica fazem conexões com muito mais taxa de transmissão, mas também precisam de estrutura local para funcionar. A internet via satélite vem como opção de internet de altas taxas de transmissão sem necessidade de uma infraestrutura pesada como as citadas anteriores e pode ser a salvação para o problema que se tornou a falta de sistemas de telecomunicações.
isso não existe mais
figura 1. funcionamento básico da internet 6.1 Base física para a internet via satélite
Deixando de lado o formato da órbita (elíptica ou circular), principal classificação dos satélites, os mesmos ainda podem ser divididos de acordo com sua altura, que variam seguindo leis de astronomia de Kepler. Satélites LEO (low earth orbit) possuem órbitas menores que 1500km. Os satélites do tipo MEO (medium earth orbit) possuem altura entre 10.000km à 20.000km. Já os satélites conhecidos como GEO (Geosynchronous Earth Orbit) possuem as maiores altitudes, de mais de aproximadamente 35.000km e possuem o que é chamado de órbita geoestacionária.¹
Essa posição específica de órbita consegue manter um satélite estático em sua altura sem uso excessivo de energia. Isto acontece graças ao equilíbrio dinâmico entre as forças que atuam sobre o mesmo: força gravitacional e centrípeta. Aplicando leis gravitacionais de mecânica clássica, deduzidas por Newton, calcula-se o ponto geoestacionário: exatamente os 35 mil km de altura.
Essa figura não mostra o funcionamento básico da Internet. Não me diz nada.
Issoe é referência bibliográfica???? Completamente fora dos padrões. Qual?
Figura não citada e explicada no texto, qual seu sentido?
Tabela 1: Diferentes tipos de satélites para a aplicação
6.2 Funcionamento do satélite
Um satélite para uso de transmissões de dados são, basicamente, repetidores de microondas localizados no espaço. Receptores do satélite recebem sinais transmitidos por estações terrenas e os retransmitem para outras estações, podendo cobrir regiões enormes nessa retransmissão. Os sinais são amplificados e tratados no sistema de processamento do satélite, considerando a grande distância, muita energia é usada para amplificar antes da retransmissão do sinal. Há também uma mudança na frequência do sinal para evitar interferência com o sinal de chegada e diferenciar entrada de saída. Cada canal do satélite utiliza seu próprio transponder, equipamento utilizado para fazer a repetição de um sinal de rádio.²
Qualquer tipo de satélite utiliza uma banda de frequência específica para controle do mesmo, todos os dados do satélite são verificados por estações terrenas utilizando estas transmissões.
7. Internet via satélite
Em meados dos anos 2000, já foi percebida a necessidade deste tipo de conexão e o mercado gigantesco que havia por trás dele. Diversas empresas de telecomunicações ofereceram modelos de funcionamento com especificações de tecnologia. Ficou-se compreendido que as melhores aplicações funcionam utilizando satélites geoestacionários.
Este tipo de satélite, como mencionado anteriormente, possuem altitudes gigantescas, o que aumenta o raio de cobertura. Em questões de número, poucos satélites geoestacionários poderiam gerar cobertura de internet pelo mundo inteiro (4¹ satélites seriam suficientes em questão de cobertura, não de processamento e fornecimento de banda). A distância, entretanto, contribui para problemas e falhas da internet via satélite que utilizam órbitas deste tipo.²
7.1 Funcionamento
A internet via satélite não utiliza protocolos novos nem mesmo sistemas de controle diferentes. Basicamente, cada usuário possuiria uma antena transmissora, que faz o envio do sinal à um satélite que possui cobertura em sua área. O satélite funciona como um roteador normal, desconsiderando as excentricidades de processamento e transmissão.
Daí pra frente, o satélite transmite o sinal para uma base terrena de recepção, que joga o pacote dentro da nuvem via cabo, para chegar até o endereço de destino. O mesmo acontece na via contrária.²
Neste paradigma, como mencionado, um satélite de internet possui os mesmos protocolos de qualquer roteador terreno, via cabo ou seja como for. A diferença está apenas na cobertura e funcionamento de transmissão, e não nos mecanismos de controle e funcionamento da rede.
figura 2 - Esquema da internet via satélite 7.2 Problemas da internet via satélite
Considerando a grande distância (35 mil kilômetros para órbitas GEO), a latência dos sinais pode ser gigantesca. A latência é uma das poucas diferenças notáveis para um usuário entre a internet via satélite e outros tipos de serviços de transmissão de dados por internet. O termo se refere à quanto tempo um único pacote demora para fazer de ida e volta por um satélite, em outras palavras, podemos dizer que o ping seria bastante alto.
Em ondas eletromagnéticas, informação viaja na velocidade da luz no meio em que está inserida. Considerando o vácuo, possibilidade onde a velocidade é máxima, temos informação viajando à 300 mil quilômetros por segundo. Considerando que a menor distância entre um usuário e um satélite seja onde o satélite está diretamente acima, há aproximadamente 35 mil quilômetros de distância, considerando que um round trip time exige fazer este caminho 4 vezes e que há velocidade de processamento, a latência, ou seja, o tempo de demora de propagação
dessa informação pode se tornar um problema caso a aplicação necessite de instantaneidade. O atraso pode ser de ¼ de segundo¹. Serviços de voip¹, por exemplo, podem sofrer problemas em situações onde a latência é muito grande, se tornando impraticáveis utilizando esta tecnologia.
Satélites à baixas órbitas (LEO) estão até 60 vezes mais próximas do usuário, entretanto, são economicamente inviáveis devido à quantidade de satélites para se fazer uma cobertura eficiente. A empresa Teledesic, fundada nos anos 90, calculou um uso de 288 satélites para uma cobertura razoável de sinal, número economicamente inviável, tornando a conexão cara e possivelmente não utilizada, principalmente considerando os usuários de zonas não urbanas, muitas vezes de menor poder monetário.
Já satélites GEO, como podem estar em menor número, podem possuir grande capacidade de processamento e transmissão, além de que, por estarem em uma região estável de órbita, não utilizam energia para se sustentar em órbita, barateando ainda mais os custos e tornando o tracking mais simples.
Uma possível solução seria mudar a estrutura completamente e fazer um satélite LEO transmitir para outro, até chegar em seu destino, aumentando a zona de cobertura, fazendo múltiplos roteamentos até chegar na estação terrena receptora¹.
O que é isso?
Apresentem números. Está muito no bla, bla, bla e não apresentada dados técnicos dignos de engenheiros.
figura 3 - Roteamento inter-satélite
O reparo e vida útil do satélite também é um problema econômico para a tecnologia vingar, levando em consideração a dificuldade de se estabelecer um satélite em órbita e/ou mandar alguém para fazer um necessário reparo.
O custo também aumenta considerando o próprio custo do satélite. Os níveis de processamentos de cada satélite roteador é enorme, aumentando ainda mais os preços da tecnologia.
Quais os valores aproximados? Existe realmente a manutenção de satélites, ou eles simplesmente são abandonados após sua vida útil?
Tabela 2 - Propriedades dos tipos diferentes de satélites
7.3 Problemas com o protocolo TCP em internet via satélite¹
Considerando o alto RTT em órbitas GEO (aproximadamente 600ms) e LEO (aproximadamente 80ms). Considerando como o protocolo TCP protege a transmissão de perda de pacotes, podem ser feitas algumas considerações:
● As conexões teriam longo retorno de confirmações. Devido ao atraso de comunicações, O TCP demoraria muito tempo para determinar se o pacote chegou ou não, atrapalhando aplicações específicas.
● A quantidade de dados de uma janela de transmissão teria de ser gigantesca considerando o atraso. O protocolo TCP teria de manter muitos pacotes in flight.
● Uma possível perda de pacotes ou erro de checksum demoraria ainda mais tempo para ser corrigido, congestionando a rede e criando grande atraso de comunicações.
● Considerando os problemas discutidos acima, os protocolos de controle de congestionamento de rede teriam de funcionar de
Quanto? O que é isso? Quanto? O que é isso? O que é isso? O que é isso? O que é isso? Só TCP?????? Acima foi dito 1/4 s ???????? ???????
maneira esplêndida para se escolher à qual satélite transmitir de uma estação terrena. Nisso se cria maior processamento e gasto.
7.4 Necessidade social da internet via satélite
A Organização das Nações Unidas classificou a conexão à internet como necessidade básica e um direito humano em 2011, pedindo não só que países ditatoriais deixem de bloquear o acesso mas que o desenvolvimento tecnológico caminhe em direção ao acesso universal da tecnologia. A comunicação estabelecida pela internet possibilita o funcionamento de engrenagens sociais e econômicas que movimentam o mundo, que definitivamente não funcionaria sem as telecomunicações e a velocidade com que a internet promove de transmissão de dados.
Considerando isso, privar um usuário do uso de internet por impossibilidades geográficas e/ou sociais é privá-lo de competir e crescer economicamente. Privar uma região de ter acesso à internet é privá-la de ser uma região produtiva e de avançar tecnologicamente.
A inclusão digital se tornou preocupação do governo do Brasil que estabeleceu em 2018 o credenciamento de empresas para o funcionamento do projeto Internet para Todos. Mesmo com os esforços feitos para as transmissões, algumas regiões ainda são muito inviáveis e nada agradáveis economicamente.
A internet via satélite seria a resposta para todos estes problemas. Mesmo com bloqueios governamentais, o funcionamento global da internet por relays em órbita possibilitariam o estabelecimento de conexão para todo o mundo, independente de quaisquer dificuldades geográficas e sociais. É uma maneira de fazer, mesmo com todas as dificuldades apresentadas e inviabilidades, com que cada ser humano possa se conectar e se comunicar com o mundo, utilizando telecomunicações em seu ápice.
7.5 Internet via satélite no Brasil
Desde 2016 a empresa americana Hughesnet oferece internet via satélite com apoio do ministério da ciência, tecnologia, inovação e comunicação (MCTIC). Os preços ainda são muito acima das conexões
Qual a solução? Apresentou o problema e abandounou?
Como a pessoa compraria
via cabo ou à rádio, se comparados à serviços de mesma taxa de transmissão, mas a ideia é de servir ao usuário que não possui acesso aos mesmos.
Figura 4 - Kit HughesNet de internet via satélite no Brasil 8. CONCLUSÃO
É evidente, há a necessidade de levar internet para as regiões menos centrais do mundo, e várias tecnologias se mostram promissoras na área. Entretanto, mesmo com os problemas de latência e preço, a internet via satélite é a que possui menos limitadores geográficos das tecnologias que poderiam solucionar este problema.
Diferente da internet à Rádio, por exemplo, ou de qualquer conexão cabeada, a internet via satélite não necessita de qualquer estação próxima do usuário, apenas a instalação de uma antena e um modem, apontados para um satélite receptor, que recebe e transmite o sinal para uma estação que pode estar à milhares de quilômetros do usuário, para aí sim entrar na internet e chegar ao destino final.
?????
Quais?
Cadê o projeto Iridium,
WorldVu, Google (Project Loon), satélites Google etc???
Sendo assim, um satélite de uma provedora de internet não seria mais do que um roteador à longuíssima distância, centenas de vezes maiores do que os maiores roteadores de internet cabeada. E por causa disso, pouca ou nenhuma adaptação teria de ser feita aos protocolos de internet, com exceção em alguns poucos mecanismos de controle do protocolo TCP.
Entretanto, a internet via satélite possui problemas graves. A alta latência, os atrasos e a perda de pacotes com maior frequência do que na internet à cabo (ambos defeitos por culpa da distância do satélite) deixa impraticável o uso em algumas aplicações. Soluções para estes problemas já foram propostas (como o roteamento inter-satélite LEO), entretanto ainda são muito caras com a atual tecnologia de satélites e transmissões de dados, deixando-as inviáveis.
Considerando o fim destes problemas, a internet via satélite pode ser uma constante até mesmo em grandes centros urbanos, ocasionando o fim de conexões à cabo e de toda a estrutura que ela precisa ter para funcionar. As possibilidades são gigantescas para aplicações da tecnologia.
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.[NASSIF], Lilian Noronha. Internet via Satélite. as expectativas da
comunicação em banda larga e as implicações tecnológicas. 24p
2.[Tane 94] TANENBAUM, Andrew S. Redes de computadores. 2.ed. Rio de Janeiro: Campus, 1994.
3.https://canaltech.com.br/governo/programa-internet-para-todos-vai-lev ar-banda-larga-a-todos-municipios-do-brasil-106218/
Acesso em: 9 de Junho de 2018.
4.https://www.hughesnet.com.br/planos?gclid=Cj0KCQjwu_jYBRD8ARIs AC3EGCLgDYeFN32-_ZjuQZAvLYIeqeF_stV-zEIyNlLb1lXV-o58Id6a9U oaAlTxEALw_wcB
5. http://g1.globo.com/tecnologia/noticia/2011/06/onu-afirma-que-acesso-internet-e-um-direito-humano.html
Acesso em: 9 de Junho de 2018.
6.https://simet-publico.ceptro.br/mapas7/ Acesso em : 9 de Junho de 2018.
7.CHEVITARESE, Amadeu Ângelo. Comunicação via satélite. Belo Horizonte, IETEC, 1999.
8.SORRETINO, G., MARINS, C. (2015). Comunicação via satélite em
larga escala empregando Banda Ka. SRST – SEMINÁRIO DE REDES E SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES. Minas Gerais: INSTITUTO
