Enhancing transport layer in satellite systems: design and development of an emulation platform

L’affermazione di Internet come strumento di comunicazione globale ha portato al progressivo congestionamento delle reti di telecomunicazione. Inoltre, la diffusione di nuove classi di servizi, tra cui la telemedicina, il supporto alle emergenze, la divulgazione a larga scala di informazioni, richiede una connettività a banda larga e ininterrotta. Per tale ragione, le reti d’accesso “senza filo”, o wireless, stanno guadagnando una crescente importanza grazie alla loro intrinseca flessibilità di impiego (bassi costi di installazione e possibilità di raggiungere ogni tipo di area). In tale contesto, l’utilizzo di sistemi satellitari rappresentano una soluzione estremamente efficiente offrendo elevate capacità di trasmissione e larghe coperture. In particolare, un sistema satellitare è in grado di garantire un accesso a larga banda ad Internet nelle area scarsamente popolate in cui il dispiegamento di infrastrutture terrestri non è economicamente vantaggioso, o in aree in cui il dispiegamento di infrastrutture terrestri rimane impraticabile (per esempio, oceani, aree desertiche, zone montuose). In aggiunta, i sistemi satellitari se integrati con sistemi wireless terrestri (WiFi, UMTS) possono favorire l’estensione dell’area di accesso a Internet per terminali mobili. La maggior parte dei sistemi satellitari a larga banda si basano su satelliti collocati in orbite geostazionarie (GEO) a circa 36000 km dalla superficie terrestre. In questo scenario di comunicazione, i protocolli TCP/IP si trovano ad affrontare problematiche nuove che ne riducono drasticamente le prestazioni. In particolare, le prestazioni del “Transmission Control Protocol” (TCP), sono particolarmente sensibili ad alcuni fattori caratterizzanti i sistemi satellitari geostazionari: elevati ritardi di propagazione, perdite di pacchetti non dovuti a congestione (BER≠0), presenza di collegamenti asimmetrici, ecc. L’analisi e la progettazione di uno strato di trasporto ottimizzato per sistemi che includono un segmento satellitare è stato l’oggetto del programma di dottorato dell’autore, nell’ambito del “XIX° ciclo di dottorato in Sistemi e Tecnologie per lo Spazio” presso l’università di Roma “Tor Vergata”. Questa tesi ha una duplice finalità: presentare tutti i risultati ottenuti dall’autore nell’ambito della sua attività di ricerca, e sulla base dell’esperienza accumulata, proporre il progetto di una piattaforma di emulazione ottimizzata per valutare le prestazioni di protocolli TCP/IP in ambiente satellitare. La trattazione è organizzata in sei capitoli. Il Capitolo 1 tratta i concetti di base riguardanti i sistemi satellitari: architetture, servizi, standard, sicurezza. Il Capitolo 2 riassume i principali meccanismi del TCP, essenziali per comprendere i temi trattati nei capitoli successivi. Nel Capitolo 3 vengono approfondite le principali limitazioni del TCP in ambienti satellitari, nonché le soluzioni proposte per migliorarne le prestazioni, e viene presentata una vasta gamma di risultati ottenuti per via analitica e tramite simulazioni e sperimentazioni. Il Capitolo 4 sintetizza i principali risultati ottenuti delle attività svolte dall’autore e finalizzate all’ottimizzazione dello strato di trasporto per applicazioni Internet in ambiente satellitare. Nel Capitolo 5 sono descritte le principali caratteristiche della piattaforma di emulazione, denominata “Satellite Network Emulation Platform” (SNEP), progettata dall’autore allo scopo di riprodurre un ambiente satellitare conforme allo standard DVB-RCS. Infine, le conclusioni sono sintetizzate nel Capitolo 6.