Monografia de Computação Móvel Redes de Satélites - Iridium e Globalstar Rafael de O. Lopes Gonçalves Segundo Semestre de 2008 1
Sumário 1 Introdução 3 1.1 Rede de constelação de Satélites................. 3 2 Iridium 5 2.1 Histórico.............................. 5 2.2 Arquitetura............................ 6 2.2.1 Gateway.......................... 6 2.2.2 Células........................... 7 2.2.3 Delay........................... 7 2.2.4 Capacidade do Sistema.................. 7 3 Globalstar 8 3.1 Histórico.............................. 8 3.2 Arquitetura............................ 8 3.2.1 Cobertura......................... 8 2
1 Introdução A área de cobertura de um único satélite é de somente uma parte da terra. Para haver cobertura total da terra é necessário uma constelação de satélites. Estes podem comunicar-se com bases e entre si. Esta monografia pretende relatar dois casos específicos: Iridium e Globalstar. 1.1 Rede de constelação de Satélites Uma rede de constelação de satélites é conjunto de satélites comunicando-se entre si para realizar determinada tarefa. Um satélite geoestacionário,possui uma órbita geoestacionária de maneira que sua posição relativa à superfície da terra não muda. A idéia de usá-los para telecomunicações foi primeiramente discutida em 1945 no artigo de Arthur C. Clarke para Wireless World[CLARKE45]. Neste artigo Clarke propõe uma rede de três satélites geoestacionários cobrindo toda a circunferência da terra com o fim de serem usados para educação a distância (Arthur Clarke é também responsável pelo românce que deu origem ao filme 2001:Odisséia no espaço). Nos anos 90 diversas redes de satélites de orbita baixa, LEO (Low Earth Orbiting) foram projetadas e implementadas. Por cobrirem áreas menores do que satélites em órbitas maiores e não serem geoestacionários um número maior de satélites se faz necessário.a rede GPS a qual tem a finalidade de geolocalização possui 24 satélites. A rede Iridium de 1998 projetada pela Motorola possui 66 satélites. A rede Globalstar conta com 48 satélites 4 reservas. A rede Teledesic é um projeto de 288 satélites[wood01] ativos com o objetivo de prover serviços de banda larga. Estes são exemplos de sistemas e projetos de sistemas baseados em satélites de baixa e média órbita não geoestacionários. A figura 1 mostra o posicionamento dos satélites de diversas redes. 3
Figura 1: [WOOD01]) Orbitas de Redes de Constelações de Satélites (FONTE: 4
2 Iridium Figura 2: Satélite da Iridium refletindo luz solar. A rede da empresa norte americana Iridium [IRIDIUM08] tem o objetivo de prover serviços de telecomunicação. A Iridium possui uma constelação de 66 satélites em LEO, sendo a maior rede de satélites comercial existente. A companhia provê serviço de voz e dados. O serviço de vóz é fornecido via aparelhos móveis Os serviços de dados são oferecidos para monitoramento de bens. Dentre seus clientes estão o departamento de defesa americano assim como outras agências governamentais pelo mundo. 2.1 Histórico A Iridium LLC foi originalmente desenvolvida pela Motorola. Em maio de 1997 o primeiro lançamento bem sucedido da Iridium acontece colocando 5 satélites em órbita. Em agosto de 1999 a antiga Iridium LLC entrou em processo de falência [WOOD08] sendo que em dezembro de 2000, um grupo de investidores privados organizaram e criaram a companhia Iridium após adquirir a falida Iridium LLC[IRIDIUM08]. O nome Iridium vem do fato de no início a rede ser um projeto de 77 satélites sendo 77 o número atômico do elemento Iridium. Contudo a rede foi reprojetada para ter 66 satélites. A empresa prefiriu manter o nome Iridium ao invés de mudá-lo para Dysprosium, o elemento químico com número atômico 66[FLOWER04] cuja origem grega significa difícil de se obter. 5
2.2 Arquitetura Figura 3: Gateway da Iridium A constelação do sistema consiste em 66 satélites organizados em 6 planos orbitais à altitude de 780 km da superfície da terra. Cada satélite dá uma volta na terra a cada 100 minutois viajando a 26,858 km/h,ou seja aproximadamente 7,400 m/s, cobrindo, cada um, 4, 500km 2 de maneira que sempre exista pelo menos um satélite combrindo cada localização do globo. Os satélites estão distribuidos em 6 planos orbitais, 11 em cada plano Diferentemente dos sistemas da Globastar os satélites da Iridium conectamse entre si. Cada satélite conecta-se a quatro outros, dois no mesmo plano orbital e dois em planos adjacentes criando um meio para que bases terrestres possam acessar qualquer satélite sem que haja acesso direto a este. A rede cria rotas através das ligações entre satélites (ISL - Inter Satellite Link) para um gateway. O gateway por sua vez conecta-se a telefones ou redes de dados externas. Caso a transferência de dados for entre nós da própria rede Iridium não é necessário a passagem pelo gateway e somente os ISls são usados. 2.2.1 Gateway O principal gateway comercial da rede Iridium é localizado no estado do Arizona, Estados Unidos, provendo conexão entre os satélites e redes externas terrestres. O gateway provê também funções de controle da rede e suas conexões Dada a arquitetura da rede, ela se sustentaria com somente 1 gateway [JABBAR04] porém ela conta com 13 gateways em diferentes localizações do globo como EUA, Itália e India. 6
2.2.2 Células Cada Satelite opera 48 células de emissão de sinais voltadas para a superfície da terra.cada célula tem capacidade para 20 canais com 4 slots. Estas células podem ser desligadas e religadas conforme a necessidade dado o posicionamento do satélite. A constelação de satélites e a projeção de suas células podem ser vistas analogamente a uma rede de celulares terrestres. Como a velocidade dos nós móveis em relação ao veloz movimento da célula é pequena, o nó pode ser considerado estático e as células móveis. Isto gera uma vantagem à rede pois os handoff s necessários se tornam predeterminados. 2.2.3 Delay Como Iridium é um sistema de satélites LEO os dalays para voz são tipicamente pequenos se comparados o delay de um satélite GEO, os quais estão aproximadamente a 36,000 km da superfície da terra. 2.2.4 Capacidade do Sistema O número total de células do sistema, é de 48 66 = 3169, porém, devido a intersecções de cobertura somente 2150 células são necessárias. Como cada célula tem capacidade de 20 4 = 80 usuários alocados a capacidade total do sistema é de 2150 80 = 172, 000 usuários simultaneos. 7
3 Globalstar A Globalstar é uma empresa de comunicação baseada em uma constelação de 48 satélites, assim como a Iridium em uma constelação de satélites LEO. No Brasil os telefones da Globalstar têm prefixo ddd 8818. 3.1 Histórico O projeto Globalstar foi lançado em 1991 como uma iniciativa da parceria Loral Corp. e Qualcomm. Em março de 1994 os dois patrocinadores anunciaram a criação de um parceria com capital de oito outras empresas incluindo Alcatel, AirTouch, Deutsche Aerospace, Hyundai e Vodafone com um investimento previsto de 1,8 bilhões de dólares. Os primeiros satélites foram lançados em 1998 e em Fevereiro de 2000 foram lançados ao todo 52 satélites sendo 4 deles reservas. Em dezembro de 1999 o sistema começou a ser comercializado pelo preço de US$1,70 por minuto. Em fevereiro de 2002 a Globalstar entrou em processo de falência. Somente em 2004 houve uma restruturação da empresa a qual hoje tem receita positiva [GLOBALSTAR08]. Em 2007 a Globalstar lançou 8 satélites adcionais. 3.2 Arquitetura Os 48 satélites da constelação funcionam como apenas repetidores de sinal[wiki08]. Ou seja ao contrário do que os satélites da Iridium fazem, os satélites da Globalstar somente replicam dados para estações em superfície. A rede de estações fixas possuem gateways os provêm conectividade aos satélites para os usuários de aparelhos telefônicos e internet. As órbitas dos satélites da Globalstar têm uma inclinação de 52 graus enquanto os da Iridium rotacionam a 86.4 graus. As comunicações dos satélites da Globalstar é realizada através do protocolo CDMA apesar de os nós móveis usarem uma interface GSM. 3.2.1 Cobertura A cobertura da Globalstar não é global ao contrário do que o nome possa indicar. Os satélites não comunicam entre si ou seja, a rede Globalstar não possui ISL. Por este fato eles somente estão ativos quando podem acessar uma base 8
Figura 4: Cobertura da Globalstar (FONTE:[GLOBALSTAR08]) terrestre. Sua cobertura restringe-se a áreas mais povoadas do globo oferecendo pouco ou nenhum serviço para áreas polares e oceânicas.[wood08] conforme pode ser visto na figura 4. 9
Referências [CLARKE45] Arthur C. Clarke. Extra-terrestrial relays. Wireless World, pages 305 308, Outubro 1945. http://lakdiva.org/clarke/1945ww/1945w oct 305-308.html. [FLOWER04] Joe Flower. Iridium. Wired, 2004. http://www.wired.com/wired/archive/1.05/ iridium pr.html. [GLOBALSTAR08] Informações obtidas no site da Globalstar www.globalstar.com. [IRIDIUM08] Informações obtidas no site da IRIDIUM www.iridium.com. [JABBAR04] Mohammad Abdul Jabbar. Multi-link iridium satellite data communication system. Master s thesis, University of Kansas, 2004. [WIKI08] Dezembro 2008. Informações obtidas na Wikipedia. [WOOD01] Lloyd Wood. Internetworking with satellite constellations. PhD thesis, University of Surrey, 2001. [WOOD08] Lloyd Wood. Big leo tables. http://personal.ee.surrey.ac.uk/personal/l.wood/ constellations/tables/overview.htm. 10