Uydu Alar Ynlendirme Protokolleri Sorunlar ve nerilen Baz
Uydu Ağları Yönlendirme Protokolleri: Sorunlar ve Önerilen Bazı Çözümler Suzan Bayhan ve Fatih Alagöz Boğaziçi Üniversitesi, Bilgisayar Müh. Uydu Ağları Araştırma Laboratuvarı (SATLAB) /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
İçerik o o /29 Uydu Ağları Genel Bilgiler Yönlendirme Protokolleri Bazı Protokoller Sonuçlar Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Uydu Çeşitleri VAN ALLEN RADYASYON KUŞAKLARI o o Medium Earth Orbit (MEO) 5000 -10000 km Orta Yörünge Uydu Low Earth Orbit (LEO) 200 -3000 km Alçak Yörünge Uydu /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007 Geostationary Earth Orbit (GEO) o yaklaşık 36000 km YERDURAĞAN UYDULAR
LEO-MEO-GEO Yerdurağan Yörünge(GEO) Alçak Yörünge (LEO) Orta Yörünge (MEO) Yükseklik (km) 200 to 3000 5, 000 to 15, 000 36, 000 Evrensel kapsama için gereken uydu sayısı > 32 10 -15 3 to 4 (70° N and 70° S) Ağ karmaşıklığı Karmaşık Orta Basit 1 yönde yayılım gecikmesi 5 -20 ms 80 -130 ms 250 -280 ms Eldeğiştirme Sık sık Sık değil Hiçbir zaman Araçüstü işleme + + + Broadcast TV - - + /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Farklı Yörüngelerden Uydular LEO + MEO NGEO LEO + MEO + GEO Durağan olmayan uydular Yüksek Platformlar High Altitude Platform (HAP) 17 -22 km yükseklikte bulunan insanlı veya insansız hava araçları Yüksek, geçici trafik (savaş alanı, afet alanı, konser alanı) Kapsama alanı : 1000 km çapında alan /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Araç-üstü İşleme Kıvrık Boru (Bent-pipe) Saydam Gökyüzündeki tekrarlayıcı Araç-üstü İşleme On-board processing (OBP) Yenileyici Frekans yükseltme Frekans çevrimi • Frekanslar arasında geçiş • Uydular arası bağlar -Gökyüzünde Ağ -Yer sistemlerine daha az bağımlılık /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
İçerik o o /29 Uydu Ağları Genel Bilgiler Yönlendirme Protokolleri Bazı Protokoller Sonuçlar Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
NGEO Yönlendirme Protokolleri AMAÇ: Sistem kaynaklarının etkin bir şekilde kullanılması, basit, implementasyonu kolay, az PROBLEM: sinyalleşme yükü, az hafıza gereksinimi. . . NON-GEOSTATIONARY SİSTEMLER (LEO + MEO) Dinamik Topoloji Düzgün olmayan trafik yükü dağılımı (uydular üzerinde eşit olmayan yük) Sıkışık yollar ÇÖZÜM: “Uydu Dostu” yönlendirme protokolleri /29 Uyarlamalı (adaptive) Dinamik Trafik-sınıfı tabanlı Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Bazı Tanımlar Düzlem: Aynı yükseklikte bulunan yörüngelerden herbiri ISL (Intersatellite Link) : uydular arası iletişim bağı Düzlemler arası Düzlem içi /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
İçerik o o /29 Uydu Ağları Genel Bilgiler Yönlendirme Protokolleri Bazı Protokoller Sonuçlar Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Dinamik Topoloji? Ne kadar dinamik? Belirli bir yörünge Belirli Hız (Pre-determined motion) PERİYODİK (T) /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Dinamik Sanal Topoloji Yönlendirmesi M. Werner, ”A Dynamic Routing Concept for ATM Based Satellite Personal Communication Networks , ” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 15, no. 8, pp. 1636 -1648, Oct. 1997 p Zaman aralıkları (T sistem periyodu) l Bir zaman aralığında, topoloji sabit bir graf gibi modellenir. l Kısa zaman aralıkları Topoloji çok az değişiyor. . . p En kısa yol, Dijkstra Shortest-Path (DSP) algoritması ile bulunur. /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Çok katmanlı mimari Uygulamaların türüne göre farklı uydu sistemi! Lee, J. and S. Kang, Satellite over Satellite Network: A Novel Architecture for Satellite Network", Proc. IEEE INFOCOM, pp. 315 -320, May 2000. /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Örnek bir çok katlı mimari /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Örnek bir 2 katmanlı uydu sistemi B A LEO uydu /29 MEO uydu Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Yük Dağılımının Dengelenmesi o Amaç: o Bazı uydular kullanılmazken diğerleri çok kullanılıyor ve sıkışmış olabilir. Bu gibi durumlara müdahele etmek. o Sıkışıklık nedenli paket kaybını engellemek, sistem verimliliğini artırmak için tüm sistemdeki yük dağılımını dengelemek o Fikir: Komşularla düzenli (periyodik) durum bilgilerini değişimi yapmak Tx /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007 Sıkışıklık Rx
ISL doluluk durumları n: paket sayısı C: Kapasite Bu bağın durumu Durum Tablosu BOŞ NEREDEYSE MEŞGUL /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Açık Yük Dengelenmesi ELB (Explicit Load Balancing) Taleb T, Kato N, Nemoto Y. IP traffic load distribution in NGEO networks. Yüksek trafiğe sahip bir uydu, komşularına durum paketibroadband yollayaraksatellite kendine akan Springer Lecture Notes in boş Computer 3733, October 2005; 113 -123. trafiği, durumu olana. Science(LNCS) kadar azaltmalarını talep eder. D C B A 1 Rx 3 C 3 2 düğümünde sıkışıklık meydana gelir. Rx 1 3 C 3 ün durumu MEŞGUL olarak değiştirilir. Tx 1 Tx 2 : Normal Düğüm /29 Tx 3 Rx 2 : Meşgul Düğüm 4 *Tüm bağların fiyatı eşit ve 1 dir. Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Açık Yük Dengelenmesi (2) Neighboring Status List (B 3) A 3 : N-meşgul A B 2 : Boş D C B • C 3 durum paketlerini 1 komşularına yollar. B 4 : N-meşgul C 3 : Meşgul Rx 3 2 • Komşu Uydular NSL durum listelerini günceller 3 Rx 1 3 3 3 3 TX 1 Tx 2 : Normal Düğüm /29 Rx 2 Txr 3 : Meşgul • Meşgul olan düğümün fiyatı 3 e yükseltilir. 4 : Komşu Düğüm Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Açık Yük Dengelenmesi (3) NSL (B 3) A 3 : N-meşgul A B 2 : Boş D C B 1 B 4 : N-meşgul C 3 : Meşgul Total link cost = 4 Reciever 3 2 Reciever 1 3 3 3 Toplam bağ fiyatı =3 6 Sender 2 : Normal /29 Sender 3 : Meşgul ・ Normal yol →A 3 -B 3 -C 3 -D 2 Toplam fiyat 6 ・ Alternatif yol 3 Sender 1 u Tx 1 -Rx 1 Reciever 2 4 : Komşu Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007 (B 2 üzerinden) →A 3 -B 2 -C 2 -D 2 Toplam fiyat 4
Açık Yük Dengelenmesi (4) Durum paketleri Ekstra trafik! Gerçek zamanlı uygulamalar!!! /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Trafik sınıfı tabanlı protokoller 3 GPP Konuşmalı (Conversational) Kesintisiz (Streaming) Etkileşimli (Interactive) Arkaplan (Background) 4 çeşit trafik için belirlenmiş farklı hizmet kalitesi sınıfları bulunmaktadır: • Konuşmalı sınıf (ses, görüntülü telefon, görüntülü oyunlar) • Akan veri sınıfı (çoklu ortam, isteğe dayalı görüntü, internet yayıncılığı) • Etkileşimli sınıf (internet erişimi, şebeke üzerinde oyunlar, veri tabanı erişimi) • Arka plan sınıfı (e-posta, veri indirme) *Afşin Büyükbaş, “CDMA VE UMTS: ÜÇÜNCÜ NESİL o /29 MOBİL HABERLEŞME TEKNOLOJİLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI, TÜRKİYE ÖNERİSİ”, Telekomünikasyon Kurumu, Mayıs, 2005. Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
ARPQ: Adaptive Routing Protocol for Qo. S SERVİS KALİTESİ için UYARLAMALI YÖNLENDİRME PROTOKOLÜ S. Bayhan, G. Gür, F. Alagöz, “Adaptive Routing Protocol for Quality-of-Service”, Second International Workshop in Satellite and Space Communications (IWSSC), Madrid, Spain, 14 -16 September 2006. o Uydular trafik sınıfına göre paketleri sınıflandırıyor. o Uydu, bir bağ üzerinden trafik yollama durumunu kendine kontrol eder. (Extra durum paketi) o Gerçek zamanlı trafik değil de gecikmeye duyarlı olmayan arka plan trafiği alternatif yollardan yönlendirilir. /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
ARPQ (NSL) B 3 A 3 Boş B 2 Boş C B A D 1 B 4 Boş C 3 Meşgul C 3 Boş Eva NSL listesini günceller. 2 Özgür 3 Alice Bob Mary George 4 durumu BOŞ olur !!! BağBağın meşgul durumuna geçer!!! /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007 LEO B 3, C 3 ile olan bağındaki sıkışıklığı fark eder. Arkaplan trafiğini alternatif yollardan gönderir.
Benzetim Araçları OPNET www. opnet. com OPNET Lisansı Ticari modeller (Cisco, IBM, HP. . . ) Proto-C (C, C++) FSM (Sonlu Otomat) Destek hattı NS -2 (http: //www. isi. edu/nsnam/ns/) Açık kaynak kodlu C++ Ağ benzetim aracı: telsiz ağlar, protokoller (TCP/IP) vs. NS-3 çalışmaları /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Örnek bir OPNET modeli /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Örnek bir NS-2 benzetim modeli /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Sonuç o o /29 Uydu ağlarının önemi Çok katmanlı mimariler Yeni yönlendirme protokolleri Yük dağılımını dengeleme Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Teşekkürler! Sorular bayhan@boun. edu. tr www. satlab. cmpe. boun. edu. tr /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Uydu Ağları Yönlendirme Protokolleri: Sorunlar ve Önerilen Bazı Çözümler Suzan Bayhan ve Fatih Alagöz Boğaziçi Üniversitesi, Bilgisayar Müh. Uydu Ağları Araştırma Laboratuvarı (SATLAB) /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Uydu Ağı Düzlem /29 Düzlemler arası bağlar Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
THURAYA o o o /29 mainly focused on the Europe, Middle East, and Africa. The service operates a single geostationary communications satellite, one is for backup and a third satellite is planned for launch in Q 1 2007. The launch of the Far East and Australia service is planned for 2007. The company is based in the United Arab Emirates and provides service through authorized service providers. Its shareholders are a mixture of Middle Eastern and North African telcos (in which Etisalat is a major one) and investment companies. Thuraya provides the following satellite-based services: - Voice communications with handheld terminals (Hughes and Ascom) and maritime or land-based fixed terminals - Short message service - 9. 6 kbit/s Data & Fax service - 144 kbit/s high-speed data services via notebook-sized Hughes terminal (Thuraya. DSL) - built-in GPS capability - a number of value-added services, such as news, call back, voicemail, WAP, etc. - Thuraya has a unique 'high power alert' system that notifies a user of an incoming call, when they are out of cellular coverage, and when the handset is not in two way contact with the satellite network. Subject to sufficient signal, this works when the handset antenna is retracted and, in some cases, when the handset is indoors. The current number of handheld subscribers is around 250, 000 (March 2006). The subscriber growth has apparently slowed down during the last year, but Thuraya still made a net profit of US$80 million on revenues of US$323 million in 2005 (compared to just US$26 million profit in 2004). Thuraya handsets have a dual-mode feature that allows them to operate on the Thuraya satellite network and GSM 900 terrestrial mobile networks. The dual-mode feature of the handset is similar to the Telit (GSM/Satellite) and Qualcomm (CDMA/Satellite) handsets on the Globalstar system. Roaming agreements have been concluded with 201 GSM networks worldwide (Feb 2006). Some 360, 000 Thuraya handsets have been put in service since launch in 2001. The second generation of Thuraya devices are becoming available. The satellite only SO-2510 was released in November 2006. It has a colour screen and is claimed to be the smallest and lightest satellite phone in the world. The SG-2520 has been delayed, but is expected in the first quarter of 2006. It will support Thuraya and GSM 900/1800/1900 networks and will run on Windows CE. It will be the first satellite phone with a built-in camera. Both second generation phones will support GPRS data at rates of around 60 kbps when the network's service is made available. Thuraya are also releasing a "Thuraya Module", a small (70 x 50 x 20 mm) unit designed for integration into other devices. This will provide USB and digital audio interfaces and be run on Vx. Works. Previously, third-party hardware designers have relied on breaking a firstgeneration handset out of its case and integrating it into their hardware. The company gained worldwide prominence when it was reported that Abu Musab al-Zarqawi and members of his terrorist network used Thurayas, as they are harder to pinpoint the location of than regular cell phones. [1] The Register reports that the U. S. military has banned the use of Thuraya cell phones by its personnel, and by embedded journalists. [2] According to The Register the phones contain embedded global positioning system functionality, and the phones automatically encode their location in their signals. Thuraya's country code is +88216. Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Sanal Düğüm Yaklaşımı (Virtual Node- VN) R. Mauger, C. Rosenberg, “Qo. S guarantees for multimedia services on a TDMA-Based satellite networks, ” IEEE Communications Magazine, vol. 35, no. 7, pp. 56 -65, July 1997 topolojisi l LEO uydu topolojisi geçen uyduya l bir Sanal önceki. Düğüm uydunun VNYerine yaklaşımı uyduların hareketinden bağımsız bir Bir uydu VN (sanal düğüm)’e karşılık gelir. Uydular hareket bilgileri aktarıldı. →ettikten ・ VN Dünya’ya göre sabit şekilde yönlendirme yapmayı sağlar. . . →Zamanla topoloji değişiyor sonra. . . ・VN topolojisi sabit /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
“Uydu üzerinde Uydu” o Lee, J. and S. Kang, “Satellite over Satellite Network: A Novel Architecture for Satellite Yol üzerinde belirlenen uydulara mesaj Network", Proc. IEEE INFOCOM, pp. 315 -320, May 2000. yollanarak kaynak rezervasyonu yapılır. HQRP: Hiyerarşik Qo. S Yönlendirme Protokolü o Kaynak LEO paketi şu şekilde işaretler. LEO ve MEO uydulardan oluşan iki katmanlı bir mimari if kaynak leo hedef leoiçin arasındaki Bir–bağlantı kaynak düğüm LEO gecikme sayısı< Sınır düğüm sayısı sınırı Dsd olan bir yol belirler. Kısa Yol Paketi ( Short Distance Dependent, tsd < Dsd SDD) LEO katmanından yolla else Uzun Yol Paketi (Long Distance Dependent, LDD) MEO katmanından yolla Hedef LEO Kaynak LEO Tx Düğüm sayısına göre sınıflandırma. Yük dağılımı problemi!!! /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007 Rx
Neden Uydular? Herzaman Hizmet Kolay Kurulum Karasal Sistemden Bağımsız Doğal Afet sonrası iletişim Simerik, asimetrik, darbant, genişbant hizmetleri Güvenilirlik /29 Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
Örnek Uydu Sistemleri o TURKSAT o http: //www. turksat. com. tr/v 2/english/ o IRIDIUM o http: //www. iridium. com/ /29 o GLOBAL STAR o http: //www. globalstar. com. tr/tr/ o THURAYA o www. thuraya. com Turk. SAT 1 C Turk. SAT 2 A Turk. SAT 3 A o 11 x 6 LEO uydu Ses iletişimi o 48 LEO uydusu o GEO o o Avrupa, Orta Doğu, ve Afrika Ses iletişimi(Hughes and Ascom) Deniz ve karasal terminaller Kısa mesaj servisi Akademik Bilişim 2007, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya 31 Ocak – 2 Şubat 2007
- Slides: 36