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1 Andrade António Roque Redes centralizadas em malha e satélite de comunicação de dados LINCENCIATURA EM INFORMÁTICA APLICADA Universidade Pedagogia Tete 2019 2 Redes centralizadas em malha e satélite de comunicação de dados Trabalho de pesquisa na cadeira de Administração em Redes para avaliação DOCENTE Leonel Jassisten Universidade Pedagogia Tete 2019 3 Índice 1. Introdução.................................................................................................................. 4 1.1. Objetivos ................................................................................................................ 5 1.1.1. Gerais ................................................................................................................. 5 1.1.2. Específicos ......................................................................................................... 5 2. Redes centralizadas em Malha .................................................................................. 6 2.1. Vantagens e Desvantagens .................................................................................... 7 2.1.1. Vantagens ........................................................................................................... 7 2.1.2. Desvantagens ..................................................................................................... 8 2.2. Características de uma rede de malha.................................................................... 8 3. Satélite de comunicação de dados ............................................................................. 9 3.1. Vantagens e Desvantagens daComunicação Via Satélite: ..................................... 9 3.1.1. Vantagens ........................................................................................................... 9 3.1.2. Desvantagens ................................................................................................... 10 3.2. Características técnicas dos satélites de comunicação ........................................ 10 3.3. Tipos de Satélites ................................................................................................. 11 3.3.1. Satélites LEO ................................................................................................... 12 3.3.2. Médium Earth Orbits (MEO) ........................................................................... 12 3.3.3. Highly Elliptical Orbits (HEO) ........................................................................ 13 3.4. Tipos de satélites por função ............................................................................... 13 3.5. Classificados dos satélites utilizados em telecomunicações: .............................. 14 3.5.1. Satélites Estacionários ..................................................................................... 14 3.5.2. A órbita de um satélite estacionário. ................................................................ 15 3.5.3. Satélites em Órbita Terrestre Baixa ................................................................. 15 3.5.4. Satélites Molniya ............................................................................................. 16 4. Conclusões .............................................................................................................. 17 5. Referências Bibliográficas ................................................................................... 18 4 1. Introdução As redes de computadores possibilitam que indivíduos possam trabalhar em equipes, compartilhando informações, melhorando o desempenho da realização de tarefas, e estão presentes no dia-a-dia de todos nós. São estruturas sofisticadas e complexas, que mantém os dados e as informações ao alcance de seus usuários. É a topologia de redes que descreve como as redes de computadores estão interligadas, tanto do ponto de vista físico, como o lógico. A topologia física representa como as redes estão conectadas (layout físico) e o meio de conexão dos dispositivos de redes (nós ou nodos). Já a topologia lógica refere-se à forma com que os nós se comunicam através dos meios de transmissão. Uma rede é um conjunto de sistemas que possuem uma forma de comunicação entre si com o objetivo de compartilhar informações. Como exemplo, podemos citar a rede de telefonia. Cada telefone desta rede possui ligação com qualquer outro telefone - desde que você saiba o seu número. Basta você discar o telefone de uma pessoa e com isso você estabelecerá uma conexão entre o seu telefone e o telefone dela. Os dois aparelhos irão mandar dados uns para os outros - no caso, a conversa entre você e a pessoa do outro lado da linha. Outro exemplo é a televisão. Os programas de televisão também chegam à você por meio de uma rede. Mas esta possui características bem diferentes das redes de telefonia. Nela você não pode enviar informações para as emissoras de televisão. Somente elas transmitem informações, para você e para milhares de outras pessoas. De fato, se formos parar para pensar um pouco, toda a forma de comunicação é uma rede. Quando falamos com outras pessoas, vibramos as cordas vocais, sopramos ar dos pulmões e movemos os músculos da face controlando a vibração do ar ao redor. Com isso formamos ondas que se propagam e se espalham chegando às outras pessoas. Neste caso, como em qualquer outro exemplo de redes, temos um transmissor (a pessoa que fala), receptores (pessoas nas redondezas ouvindo) e um meio de propagação (o ar). Entretanto, neste livro iremos nos focar apenas em tecnologias de rede. Isso significa 5 que nos focaremos apenas nas ferramentas e métodos de comunicação em rede que envolvem produtos tecnológicos. Em especial, falaremos sobre formas de se comunicar à distância. Redes "naturais" ficarão de fora da abordagem deste livro. 1.1.Objetivos 1.1.1. Gerais Falar de redes centralizadas em malha e satélite de comunicação de dados 1.1.2. Específicos Conhecer a topologia em Malha e os Satélites no âmbito das Tecnologias das redes Computacionais, Identificar as vantangens, Desvantagens e Possiveis carateristicas desta topologia (Malha), assim como os Satélites de comunicação de dados, Analizar a topologia de Malha, os Satélites de acordo com as suas Funções. 6 2. Redes centralizadas em Malha Redes em malha são redes que tem por objetivo interligar os dispositivos sem fio já existentes. Para isso, essa rede deve ser formada por dois tipos de nós, os denominados roteadores mesh e os clientes mesh. Os primeiros forneceriam toda a infra-estrutura básica de conexão, ou seja, um backbone, se comunicando através de redes adhoc de maneira a estender o alcance, ou seja, cada nó se comunica diretamente com o outro e caso não tenha alcance direto, usa um protocolo de roteamento para a comunicação. Por possuir um backbone com diversos nós Os clientes, tais como PDA, laptops, microcomputadores, celulares, etc., se conectam aos roteadores mesh, por isso os roteadores mesh devem possuir múltiplas interfaces de rádio com diferentes tecnologias, ou deve-se usar estações de base para intermediar essa comunicação. Assim, se trata de uma rede com baixo custo de implementação, pois grande parte do hardware necessário já existe, precisando apenas de alterações e adaptações nas diferentes camadas para se tornar real. Ela possibilitaria à um baixo custo a criação de redes urbanas, interligação de equipamentos de uma indústria, acesso rápido de consumidores,etc. Em uma rede em malha (mesh network), cada nó, além de receber e transmitir os seus próprios dados, também serve como um repetidor para os outros nós na rede. Em outras palavras, cada nó colabora para a propagação de dados na 25rede. Uma rede em malha pode ser classificada em dois tipos: totalmente conectada (fully connected) ou parcialmente conectada (partially connected). Em uma rede totalmente conectada, cada nó tem uma ligação dedicada a cada um dos outros nós da rede. Ou seja, em uma rede de cinco nós, cada nó possuiria quatro ligações, uma para cada um dos outros nós. Em redes parcialmente conectadas, nem todos os nós possuem ligações com todos os outros. Normalmente os nós com mais ligações são os nós considerados mais importantes nas ligações com o gateway de internet ou com a máquina de destino. 7 Numa topologia física em malha os computadores interligam-se entre si ponto – a- ponto, ou seja, existe diversos caminhos para se chegar ao mesmo destino. É criada numa malha de caminhos possíveis. Nas redes alargadas (WAN ), como é o caso da internet, este tipo de topologia e muito utilizado. Quando enviamos um e-mail ele pode seguir diversos caminhos e o caso haja problemas num dos troços, a mensagem segue por outro troço, aumentando a probabilidade de chegar ao destino. As maiores desvantagens desta topologia são a maior complexidade da rede, e o preço dos equipamentos de interligação nos nós. Fonte:https://cefiredes10.webnode.pt/topologias-de-rede/ Data 21/04/2019 Esta topologia é muito utilizada em várias configurações, pois facilita a instalação e configuração de dispositivos em redes mais simples. Todos os nós estão atados a todos os outros nós, como se estivessem entrelaçados. Já que são vários os caminhos possíveis por onde a informação pode fluir da origem até o destino. 2.1.Vantagens e Desvantagens 2.1.1. Vantagens Não há compartilhamento do meio físico; Não há necessidade de decisões de por onde enviar a mensagem (roteamento); Existência de vários caminhos alternativos para comunicação de dois pontos na rede. Por exemplo, quando enviamos um email, ele pode seguir diversos caminhos. Caso haja problema num dos troços, a mensagem segue por outro troço, aumentando assim a probabilidade de chegar ao destino. https://cefiredes10.webnode.pt/topologias-de-rede/?utm_source=copy&utm_medium=paste&utm_campaign=copypaste&utm_content=https%3A%2F%2Fcefiredes10.webnode.pt%2Ftopologias-de-rede%2F 8 2.1.2. Desvantagens Instalação dispendiosa. Maior complexidade da Rede. Elevado preço do equipamento de interligação de nós. 2.2.Características de uma rede de malha Redes de malha foi criado pela tecnologia necessária por redes sem fio. Embora a técnica foi inicialmente criado por redes sem fios, que pode também ser aplicada a sistemas de fio. As características básicas que diferenciam as redes em malha das demais são: Comunicação sem fio por múltiplos saltos: A comunicação por múltiplos saltos permite um maior alcance inclusive utilizando enlaces de curta distancia. Isso também permite um melhor reaproveitamento da utilização de freqüência. Rede auto-configurável e auto-curável: Devido a sua natureza flexível (Adhoc) ela se é mais fácil de configurar e capaz de resistir afalhas. A rede também pode crescer conforme a necessidade. Mobilidade depende do tipo de nó: Os roteadores mesh possuem pouca mobilidade, enquanto os clientes podem ou não ser estacionários. Acesso a redes de múltiplos tipos: Por possuir várias redes integradas, é possível que nós de redes diferentes de comuniquem. Consumo de energia: Alguns clientes podem possuir restrição de bateria o que teria que ser levado em conta no roteamento. Interoperabilidade com redes existentes: Redes em malha montadas sobre o protocolo 802.11 devem poder se comunicar com redes desse tipo já existentes. Essa regra também é válida para outros tipos de redes, como Wimax ou ZigBee. 9 3. Satélite de comunicação de dados Satélite é o elemento comum de interligação das estações terrenas, atuando como estação repetidora. Devido a sua altitude, permite a transmissão de sinais diretamente entre duas estações, sem que existam necessariamente pontos intermediários Segundo PAULO GOMES, podemos identificar SatélitesNaturais e Satélites Artificiais, onde: Satélites Naturais- são aqueles que vem naturalmente como exemplo a lua; enquanto que Satélites Artificiais- são aqueles projetados e construídos pelo homem e colocado em órbita ao redor da Terra ou de qualquer outro planeta. E por sua vez os satélites artificiais podemos encontrar: Os satélites de comunicações- são satélites que retransmitem sinais entre pontos distantes da Terra. Estes satélites servem para retransmitir dados, sinais de televisão, rádio ou mesmo telefone. Os chamados telefones por satélite baseiam-se numa rede Iridium, uma rede de satélites de baixa altitude. Os satélites científicos- são utilizados para observar a Terra ou o espaço ou para realizar experiências em micro gravidade. Os satélites de observação da Terra permitem estudar as mudanças climáticas, para estudar os recursos naturais, para observar fenómenos naturais, para o mapeamento de cidades e até para a espionagem (alguns foto-satélites tem o poder de aproximação de 1m de dimensão mas existem especulações de satélites secretos com maior poder de aproximação). A comunicação via satélite são aquelas que utilizam como forma de transmitir dados ondas de rádio (normalmente micro-ondas) enviadas por satélites artificiais em órbita da Terra. 3.1.Vantagens e Desvantagens daComunicação Via Satélite: 3.1.1. Vantagens Ligações a grande distância utilizando um único repetidor (o satélite). Vastidão da zona de cobertura (continente, país, ou região de um país). Ausência de condutas, postes ou outros requisitos logísticos. 10 Cobertura de zonas de difícil acesso, onde instalações fixas são impraticáveis ou onde as infra-estruturas de telecomunicações são inexistentes. Comunicações móveis sem fios, independentemente da localização (aéreas, marítimas ou pessoais); serviços únicos de apoio à navegação e à aeronáutica. Baixo custo por receptor adicionado. 3.1.2. Desvantagens Grande atraso introduzido (~ 300 ms porsalto, paraossatélites GEO) Custo do satélite e do seulançamento. Difícilmanutenção. Os custos de manutenção são muito altos. 3.2.Características técnicas dos satélites de comunicação O uso da comunicação via satélite é adequado a uma série de aplicações e, dependendo do contexto, possui diversas vantagens em relação às tecnologias terrestres. Seus maiores atrativos são: Universalidade, representada pela cobertura abrangente; Versatilidade, pois suporta qualquer tipo de aplicação (comunicação de voz e dados, transmissão de vídeo etc.); Confiabilidade, uma vez que os satélites de comunicação são concebidos para funcionar ininterruptamente durante toda a sua vida útil, de cerca de 15 anos; Uniformidade, tendo em vista que permite atendimento com a mesma qualidade independentemente da localização; Rapidez, pois, uma vez colocado em órbita, possibilita a implementação de redes de comunicação em prazo reduzido; Expansibilidade, visto que aceita diferentes configurações de capacidade de transmissão e de bandas de frequências; e Flexibilidade, pois possui facilidade de integração com outras redes. Por suas características técnicas e funcionais, os satélites de comunicação também possibilitam a distribuição de sinais para múltiplos pontos (broadcast) com 11 grande facilidade, sendo ideais para aplicações envolvendo difusão de televisão e vídeo. 3.3.Tipos de Satélites Existem três tipos de satélites que por sua vez se encontramem três órbitas distintas: LEO: (Low Earth Orbit) abaixo dos 2000 km; MEO: (Medium Earth Orbit) entre 5000 km e 15000 km; 12 HEO: (High Earth Orbit) a partir de 20000 km (onde se incluem os satélites geoestacionários – GEO). Segundo Diovani Milhorim, Abaixo dos 200 km não é tecnicamente possível a manutenção de um satélite, devido ao seu baixo tempo de vida por deterioração e aquecimento. A necessidade de motores e combustível nos satélites para correção de órbita limita ainda o seu tempo de vida. O tempo de vida médio dos satélites LEO e MEO é da ordem dos 7-10 anos, sendo dos GEO da ordem dos 15-20 anos. 3.3.1. Satélites LEO A comunicação utilizada tem que ser dinâmica, da forma a obter o mínimo atraso possível. Como os satélites não são estacionários é necessário implementar “handover”. Uma das formas de handover é utilizar routeamento terrestre como é o caso do Iridium. A comunicação pode ser feita de satélite para satélite ou de satélite para terminal em terra e vice-versa Esta comunicação é feita nos dois sentidos (dúplex). Os pacotes transmitidos tem tamanhos fixos. Cada um dos pacotes contém um cabeçalho que contém o endereço de destino, controlo de erros, verificação de integridade, dados (voz, vídeo e dados). Existe um algoritmo de optimização do atraso no envio pacotes. A escolha do satélite com menor atraso é escolhido pelo terminal de forma independente. 3.3.2. Médium Earth Orbits (MEO) Este tipo de satélites formam orbitas circulares de 10.000km com período de cerca de 6 horas. O tempo máximo que um satélite consegue cobrir no mesmo ponto da terra é na ordem de alguma horas. Um sistema global de comunicação usando este tipo de orbita requer somente um pequeno numero de satélites em 2 ou 3 orbitas para fazer a cobertura total do globo. O sistema de satélites MEO opera num modo similar ao do sistema LEO. 13 Contudo, comparando com o sistema LEO, a transferência de informação de um satélite para outro é menos frequente, e o atraso de propagação e o espaço livre perdido é maior. 3.3.3. Highly Elliptical Orbits (HEO) Os satélites tipo HEO são um caso especifico dos GEO. Estes satélites servem para cobrir áreas que os satélites GEO não cobrem, como a área dos pólos. A orbita dos HEO foram inicialmente exploradas pelos Russos que a usaram para providenciar a comunicação com as suas regiões mais a norte, não cobertas pelos satélites GEO. Funcionam a uma altitude de cerca de 50,000 km. A sua orbita é elíptica e varia entre 8 e 24 horas. NB: Após aos 20000km inclui se: Satélites geoestacionários Os satélites são ditos geoestacionários quando estes são colocados em uma órbita circular em torno da terra tal que a sua velocidade de rotação seja a mesma da terra, ou seja, para um observador na terra o satélite comporta-se como se estivesse estacionário em um determinado local no céu. De acordo com a lei de Kepler, o período orbital de um satélite varia conforme o raio da órbita elevado à potência 3/2, desta forma satélites colocados a uma altitude de aproximadamente 36000Km apresentam um período de 24 horas, girando assim a mesma velocidade da terra. Para a comunicação com este tipo de satélite as estações de terra podem utilizar antenas fixas, antenas estas que apresentam um pequeno custo de operação e manutenção em relação às móveis. 3.4.Tipos de satélites por função Armas anti-satélites, --- por vezes chamados de satélites assassinos, são satélites projetados para destruir satélites "inimigos" e outros tipos de alvos 14 em órbita. Tanto os Estados Unidos quanto a antiga URSS têm esses tipos de satélites. Satélites astronômicos--- são satélites usados para observações astronômicas, tanto no óptico, quanto em outras bandas do espectro eletromagnético. Satélites de comunicação --- são satélites estacionários utilizados em telecomunicação. Satélites do Sistema Global de Navegação (GPS): são satélites que enviam sinais de rádio a receptores móveis na Terra possibilitando a determinação precisa de sua localização geográfica. A recepção direta do sinal dos satélites GPS, combinada com uma eletrônica cada vez melhor, permite que o sistema GPS determine a posição com um erro de poucos metros, em tempo real. Satélites de reconhecimento- são satélites projetados para observação da Terra ou antigos satélites de comunicação utilizados para fins militares ou de espionagem. Pouco se sabe sobre a capacidade real desses satélites, pois os países que os desenvolvem geralmente não divulgam informações sobre eles. Para, por exemplo, monitoramento ambiental, meteorologia, mapeamento geográfico, etc. Satélites meteorológicos- são satélites projetados essencialmente para monitorar o tempo e o clima na Terra. 3.5.Classificados dos satélites utilizados em telecomunicações: 3.5.1. Satélites Estacionários Este tipo de satélite fica sempre localizado acima da linha do Equador, a uma altitude de aproximadamente 36 mil km e move-se ao redor da terra em uma velocidade angular idêntica à da rotação do planeta. Com isso, do ponto de vista de um observador terrestre, o satélite sempre parece estar parado no céu. A grande vantagem deste tipo de satélite é que para que o seu sinal seja captado, basta apontar a antena para o ponto certo do céu. Depois disso, não é mais necessário mudar a posição da antena e nem usar equipamentos caros para prever o movimento do satélite. 15 A desvantagem é que como todos os satélites estacionários devem estar sobre a linha do equador a uma mesma altitude, existe um espaço limitado para colocá-los no espaço. Além disso, países que ficam localizados a uma mesma longitude podem entrar em conflito para decidir quem irá colocar um satélite para atender à sua população. Tais conflitos normalmente são julgados pela União Internacional de Telecomunicações, uma organização internacional. 3.5.2. A órbita de um satélite estacionário. Este tipo de satélite fica sempre localizado acima da linha do Equador, a uma altitude de aproximadamente 36 mil km e move-se ao redor da terra em uma velocidade angular idêntica à da rotação do planeta. Com isso, do ponto de vista de um observador terrestre, o satélite sempre parece estar parado no céu. A grande vantagem deste tipo de satélite é que para que o seu sinal seja captado, basta apontar a antena para o ponto certo do céu. Depois disso, não é mais necessário mudar a posição da antena e nem usar equipamentos caros para prever o movimento do satélite. A desvantagem é que como todos os satélites estacionários devem estar sobre a linha do equador a uma mesma altitude, existe um espaço limitado para colocá-los no espaço. Além disso, países que ficam localizados a uma mesma longitude podem entrar em conflito para decidir quem irá colocar um satélite para atender à sua população. Tais conflitos normalmente são julgados pela União Internacional de Telecomunicações, uma organização internacional. 3.5.3. Satélites em Órbita Terrestre Baixa Estes são os satélites que ficam a uma altura entre 350 e 1400 km. Qualquer satélite que fique a uma altura inferior a esta seriam instáveis, pois sua velocidade sofreria interferência da atmosfera. Como satélites nesta altitude precisam de menos energia para serem enviados e para enviar dados devido a uma distância menor da Terra, manter um satélite nesta altitude é mais barato. A desvantagem é que como eles não possuem órbitas estacionárias, para manter a comuicação com um ponto da Terra, é preciso usar uma rede de satélites. 16 3.5.4. Satélites Molniya Satélites deste tipo fazem uma órbita elíptica ao redor da Terra. Isso faz com que eles se movam, mas passem a maior parte do tempo em uma determinada latitude. Este tipo de satélite é usado principalmente na Rússia. Em 1967, uma redenacional de televisão soviética foi criada e funcionava graças à satélites deste tipo. 17 4. Conclusões Tendo concluído o presente trabalho dizer que as tecnologias de rede hoje em dia tem ocupado um papel importantíssimo na nossa sociedade pela sua facilitação da vida do homem na comunicação a distância;Visto que, é indispensavel realçar acercados satélites porque eles têm vindo a assumir um papel cada vez mais variado em termos de serviços prestados, comunicações fixas, móveis e de difusão. Este papel tem variado ao longo do tempo e dependerá sempre das alternativas terrestres, guiadas ou não guiadas, que existirem em cada momento (e das suas características). Os satélites permitem facilmente coberturas vastas e em zonas de difícil acesso mas têm a desvantagem do atraso devido às grandes distâncias percorridas. A tecnologia para lançamento de satélites é cara e complexa mas existem cada vez mais países capazes de o fazer. 18 5. Referências Bibliográficas 1) ANATEL – AGÊNCIA NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES. Relação de satélites autorizados a operar no Brasil. 15 jul. 2011. Disponível em: <http://www.anatel.gov.br/Portal/verificaDocumentos/documentoVersionado .asp?numeroPublicacao=262684&documentoPath=262684.pdf&Pub=&URL =/Portal/verificaDocumentos/documento.asp>. Acesso em: 22 jul. 2011. 2) Ian F. Akyildiz, Xudong Wang, “A Survey on Wireless Mesh Networks”, IEEE Radio Communications, Setembro 2005, Páginas 23 a 30 3) Ian F. Akyildiz, Xudong Wang, Weilin Wang, “Wireless mesh networks: a survey”, Computer Networks, Volume 47, Issue 4, Março 2005, Páginas 445 a 487 4) Benjamin A. Chambers, “The Grid Roofnet: a Rooftop Ad Hoc Wireless Network”, MIT Master’s Thesis, Junho 2002 5) Daniel Aguayo, John Bicket, Sanjit Biswas, Glenn Judd, Robert Morris, “Link-level Measurements from an 802.11b Mesh Network”, SIGCOMM 2004, Agosto 2004 6) Optimized Link State Routing Protocol (OLSR) - rfc3626 7) R. Draves, J. Padhye, and B. Zill; “Routing in Multi-radio, Multi-hop Wireless Mesh Networks”, ACM MobiCom, Philadelphia, PA, Setembro 2004. 8) R. Draves, J. Padhye, and B. Zill, “Comparison of Routing Metrics for Static Multi-Hop Wireless Networks”, ACM SIGCOMM, Portland, OR, Agosto 2004.
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