REDES SATELITALES

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Jonn Jordan, Alexander

Gamero, Jorge Manzanilla,

Verónica Corena y Lascario

Pacheco

REDES SATELITALES

Como su nombre lo indica son redes que utilizan como medios de transmisión satélites

artificiales localizados en órbita alrededor de la tierra.

Cada antena puede enfocarse en un área, transmitir algunos marcos, y luego enfocarse en

un área nueva. El enfoque es electrónico, pero aun así tarda algunos microsegundos. El

tiempo durante el cual se apunta un haz sobre un área dada se llama el tiempo de morada

o permanencia (dwell time). Para una máxima eficiencia, este tiempo no debe ser muy

corto, porque se desperdiciará demasiado tiempo moviendo el haz.

Este permite una comunicación más manera más eficiente, dinámica, y con mayor capacidad. Pero como contrapunto, está el hecho de que los servicios bidireccionales son mucho más caros y complejos tecnológicamente, al tener disponer el usuario de equipos transmisores capaces de comunicarse con el satélite.

CARACTERÍSTICAS DE LAS REDES SATELITALES

Un satélite artificial puede ampliar las señales antes de devolverlas, lo cual los convierte

en una gran repetidora de señales. El satélite contiene varios transpondedores, cada uno

de los cuales capta una porción del espectro, amplifica la señal de entrada y después la

difunde nuevamente a otra frecuencia, para evitar interferencias con la señal de entrada.

Los haces retransmitidos pueden ser amplios y cubrir una fracción considerable de la

superficie de la tierra, o estrechos y cubrir un área de sólo unos cientos de kilómetros de

diámetro. Entre otras cualidades, las redes satelitales presentan las siguientes

características:

Las transmisiones de datos son realizadas a altas velocidades.

Son muy costosas, por lo que su uso se ve limitado a grandes empresas y naciones

enteras.

Rompen las limitaciones que impone la distancia.

ELEMENTOS DE UNA RED SATELITAL

TRANSPONDER – TRANSPONDEDOR

Un Transponder o transpondedor es un dispositivo que realiza la función de recepción y transmisión. Las señales recibidas son amplificadas antes de ser retransmitidas a la tierra. Para evitar interferencias les cambia la frecuencia.

Básicamente existen dos tipos de transpondedores: pasivos y activos.

Pasivos: Son aquellos elementos que son identificados por escáneres, robots u ordenadores, tales como las tarjetas magnéticas, las tarjetas de crédito o las etiquetas con forma de espiral que llevan los productos de los grandes almacenes.

Activos: Son empleados en sistemas de localización, navegación o posicionamiento. De manera más concreta, se puede decir que un transpondedor activo es toda cadena de unidades o equipos interconectados en serie en un canal, que modifican y adecuan la señal desde el receptor (habitualmente antena receptora) hasta el emisor (habitualmente antena emisora), con el fin de retransmitir la información recibida.

ESTACIONES TERRENAS

Las estaciones terrenas controlan la recepción con el satélite y desde el satélite, regula la interconexión entre terminales, administra los canales de salida, codifica los datos y controla la velocidad de transferencia.

Consta de 3 componentes:

Estación receptora: Recibe toda la información generada en la estación transmisora y retransmitida por el satélite.

Antena: Debe captar la radiación del satélite y concentrarla en un foco donde está ubicado el alimentador. Una antena de calidad debe ignorar las interferencias y los ruidos en la mayor medida posible.

Estación emisora: Está compuesta por el transmisor y la antena de emisión. La

potencia emitida es alta para que la señal del satélite sea buena. Esta señal debe

ser captada por la antena receptora. Para cubrir el trayecto ascendente envía la

información al satélite con la modulación y portadora adecuada.

ENLACES SATELITALES

El enlace satelital es el canal por el cuál serán enviadas y recibidas las señales transmitidas

de la estación terrestre al satélite y de este a la estación terrestre.

Cuando una persona vive en el medio del campo donde no llegan ni cables de teléfono ni

señal de celular y quiere internet puede contratar un enlace satelital.

Se coloca una parábola cuyo diámetro será proporcional a la velocidad que contrate, y

dicha parábola se orienta con instrumentos muy precisos, en horizontal y vertical hacia el

satélite.

La empresa que provee de internet está enviando señal hacia el satélite y este recibe y

emite dichas señales, como los satélites son Geoestacionarios o sea que permanecen

aparentemente inmóviles en el cielo nosotros podemos enfocar el mismo desde la casa.

Realmente los satélites se van moviendo a la misma velocidad que la tierra, luego en la

casa del cliente se conecta un Modem que convierte la señal de radio del satélite a una

interfaz Ethernet que es el cable que usamos para conectarnos a la PC y poder navegar.

La diferencia con un enlace normal como los que tenemos en nuestros hogares es que son

inmensamente más caros tanto la instalación como el abono, y la velocidad de navegación

es más lenta ya que la señal viaja cientos de Km al satélite ida y vuelta.

Los días de lluvia pueden llegar a cortarse muy frecuentemente, depende de la banda

satelital que usen.

La posibilidad que una persona pueda ver un canal de televisión cuya transmisión se

origina en otra parte del mundo, comunicarse telefónicamente desde el automóvil, o bien

recibir mensajes en un radiolocalizador, es posible por la acción de los satélites que

permiten amplificar las señales recibidas de la tierra para retransmitirlas por medio de

ondas electromagnéticas.

Sin embargo, esta recepción algunas veces se ve afectada por fenómenos atmosféricos

como la lluvia, la temperatura ambiental, la presión atmosférica, la humedad absoluta, el

viento, entre otros. Estos parámetros son las principales causas que alteran la

propagación de la energía electromagnética interrumpiendo la transmisión.

Para buscar una solución a esta problemática, es importante estudiar cada fenómeno

apoyándose en modelos estadísticos de lluvia, humedad, y temperatura que permiten

conocer el efecto de ésta en las comunicaciones. Los modelos se basan en análisis

meteorológicos, climáticos o climáticos, así como también en experimentos donde se

pone particular atención al tipo de perturbaciones que estos efectos producen sobre los

medios de transmisión entre sistemas satelitales y estaciones terrestres.

Estas perturbaciones deben ser previamente estudiadas antes de elegir los equipos a

utilizar en el sistema. La robustez de los equipos va a depender directamente de los

parámetros atmosféricos ya nombrados.

No se debe olvidar que estos sistemas de comunicación, necesitan un constante

mantenimiento para que los equipos y todo el sistema se encuentre siempre en perfecto

estado consiguiendo con esto un trabajo totalmente pulcro y libre de fallas.

TÉCNICAS DE ACCESOS MÚLTIPLES

TDM – ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE TIEMPO

La técnica de múltiple acceso está definida como una técnica donde más de un par de

estaciones terrenas pueden simultáneamente usar un transponder del satélite. La mayoría

de las aplicaciones de comunicaciones por satélite involucran un número grande de

estaciones terrenas comunicándose una con la otra a través de un canal satelital (de voz,

datos o vídeo). El concepto de múltiple acceso involucra sistemas que hacen posible que

múltiples estaciones terrenas interconecten sus enlaces de comunicaciones a través de un

simple transponder. Esas portadoras pueden ser moduladas por canales simples o

múltiples que incluyen señales de voz, datos o vídeo. La multiplexación por división de

tiempo es una técnica que permite la transmisión de señales digitales y cuya idea consiste

en ocupar un canal (normalmente de gran capacidad) de trasmisión a partir de distintas

fuentes, de esta manera se logra un mejor aprovechamiento del medio de trasmisión. El

Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) es una de las técnicas de TDM más

difundidas.

ASIGNACIÓN DE ANCHO DE BANDA

El ancho de banda es un bien preciado que hay que administrar. Conforme aumentan las

necesidades de comunicación y los servicios se hacen más completos, aumenta la

complejidad, surgiendo una mayor necesidad de este bien. En general, transmisiones de

baja potencia obligan a usar anchos de banda menores, para mantener la relación señal a

ruido. Por contra, a mayor potencia transmitida y antenas más directivas es posible

aumentar el ancho de banda, con el subsiguiente incremento de la capacidad del enlace.

La banda C fue la primera en destinarse al tráfico comercial por satélite; en ella se asignan

dos intervalos de frecuencia, el más bajo para tráfico de enlaces descendentes (desde el

satélite) y el superior para tráfico de enlaces ascendente (hacia el satélite). Para una

conexión dúplex se requiere un canal en cada sentido. Estas bandas ya están sobre

pobladas porque también las usan las portadoras comunes para enlaces terrestres de

microondas.

En comunicaciones por satélite se utilizan principalmente dos bandas:

Banda C: frecuencias entre 6/4 GHz.

Banda Ku: frecuencias entre 14/11 GHz.

En ambas se utilizan unos 500 MHz, y la elección entre una y otra viene dada por sus

diferentes características, las cuales afectarán a la decisión respecto el tipo de antena y,

una vez conocido el tipo adecuado, a su diseño. Por ejemplo: la Banda C es más popular

debido a que presenta menos problemas de propagación que la Ku ante lluvia densa,

aunque las antenas de ésta última pueden poseer haces más estrechos y mayor control

sobre el patrón de cobertura.

Ese ancho de 500 MHz satisface unas necesidades de capacidad que, como se ha

comentado, son crecientes. Por ello, para poder satisfacerlas, la tendencia es aumentar

ese ancho de banda de alguna forma o reutilizar frecuencias.

La elección del ancho banda, tiene mucho que ver con la técnica de modulación que se

emplee, además de con la naturaleza de la señal transportada. Esto influirá en las antenas

también, dado que deberán mantener sus características en dicho ancho de banda. Para

modulaciones digitales TDMA en cada instante de tiempo hay sólo una portadora en el

transpondedor, por lo que el amplificador puede trabajar en zona no lineal y obtenerse

mayor eficiencia en la transformación de potencia DC a potencia RF.

Cuando la modulación es analógica, FM por ejemplo, o incluso FDMA, el amplificador se

debe mantener en zona lineal para minimizar los productos de intermodulación. El grado

en que se reduce la potencia de salida respecto a la zona de saturación se conoce como

output backoff. Esto repercute en la relación portadora a ruido, que se ve disminuida, por

lo que se puede transmitir menos información con FDMA que con TDMA, es decir, señales

con menor ancho de banda.

FDMA – ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA

Acceso múltiple por división de frecuencia. Se divide la banda de paso en sub-bandas o

canales que se asignan dinámicamente. Este tipo de sistemas canalizan el transponedor

usando múltiples portadoras, donde a cada portadora le asigna un par de frecuencias. El

ancho de banda total utilizado dependerá del número total de portadoras. Existen dos

variantes de esta técnica.

SCPC – SINGLE CHANNEL PER CARRIER

El servicio SCPC está dirigido principalmente a transmisiones medianas y pesadas de

datos, lo cual no significa que el canal no pueda ser multiplexado para brindar a través del

mismo enlace servicio de voz, datos y vídeo. En general la utilización que se le dé al enlace

depende 100% de la capacidad de los terminales a utilizarse. Un requerimiento típico es el

de los clientes que desean enlazar su casa matriz con bodegas o centros de procesamiento

ubicados en localidades que no cuentan con acceso telefónico o de existir, es deficiente;

se aprovecha así el enlace satelital para tener un medio de comunicación confiable y

disponible a tiempo completo para además de cubrir la necesidad fundamental de

transferencia de datos, utilizar una fracción del ancho de banda asignado también para un

servicio de voz a manera de conexión telefónica.

La tecnología SCPC ofrece ventajas como:

Enlaces satelitales nacionales e internacionales con velocidades desde 9.6 kbps

hasta 2.048 Mbps, con posibilidad de utilizar Frame Relay.

Enlaces punto a punto entre las ciudades por medio de estaciones terrenas

ubicadas estratégicamente.

Administración de la capacidad del canal de acuerdo a sus características de

tráfico.

Alta disponibilidad, confiabilidad y seguridad de la información transmitida.

CDMA – CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS

El Acceso múltiple por división de código mejor conocido como Spread

Spectrum (Espectro esparcido) es una técnica de modulación que convierten la señal en

banda base en una señal modulada con un espectro de ancho de banda que cubre o se

esparce sobre una banda de magnitud más grande que la que normalmente se necesita

para transmitir la señal en banda base por sí misma. Es una técnica muy robusta en contra

de la interferencia en el espectro común de radio y ha sido usado muy ampliamente en

aplicaciones militares. Esta técnica se aplica en comunicaciones vía satélite

particularmente para transmisión de datos a bajas velocidades. Uno de los problemas

principales de este sistema es el desperdicio de ancho de banda pero a cambio protege

contra interferencias.

PROTOCOLOS ATM E IP

El protocolo ATM y el protocolo IP difieren, aunque ambos son redes de paquetes y ambos

simulan conexiones virtuales punto a punto, la forma de manejar las conexiones es

diametralmente distinta.

En ATM, la idea es que existe un protocolo de conexión (muy parecido a una

llamada telefónica) que reserva en todos los switches involucrados los recursos

necesarios para esa conexión. Si no es posible reservar dichos recursos, la conexión

falla; lo cual nos permite, una vez establecida la conexión, el ruteo de las celdas es

estático (lo que permite hacerlo con retardos mínimos) y el ancho de banda está

teóricamente garantizado durante toda la duración de la conexión.

El protocolo de conexión en la IP, sólo involucra al origen y al destino. Los routers

que están entre ambos no manejan información asociada a las conexiones ni

reservan recursos para ellas. Esto permite aprovechar el ancho de banda total

disponible en tráfico real, dando soluciones órdenes de magnitud más baratas. Los

paquetes son ruteados uno a uno, pudiendo escoger caminos distintos en

momentos distintos para una misma conexión, y pudiendo experimentar mayor o

menor congestión, en distintos momentos.

La ATM promete garantías de ancho de banda y retardo que parecen imprescindibles para

audio y video, pero el protocolo IP, permite una escala de sobreventa casi increíble.

INTERCONEXIÓN DE SATÉLITES CON REDES TERRESTRES

En este tipo de redes, los enrutadores tienen una antena por medio de la cual pueden

enviar y recibir datos. Todos los enrutadores pueden escuchar las salidas enviadas desde

el satélite y, en algunos casos, pueden también escuchar la transmisión ascendente de

otros enrutadores hacia el satélite.

SDH – SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY

Es un conjunto de protocolos de transmisión de datos. Se puede considerar como la

revolución de los sistemas de transmisión, como consecuencia de la utilización de fibra

óptica como medio de transmisión, así como de la necesidad de sistemas más flexibles,

que soporten anchos de banda elevados.

Uno de los objetivos de esta jerarquía estaba en el proceso de adaptación del sistema

PDH—Plesionchronous Digital Hierarchy—ya que el nuevo sistema jerárquico se

implantaría paulatinamente y debía convivir con la jerarquía plesiocrónica instalada. Esta

es la razón por la que el ITU-T normalizó el proceso de transportar las antiguas tramas a la

nueva. La trama básica de SDH es el STM-1 (Synchronous Transport Module Level 1), con

una velocidad de 155 Mbits/seg.

Cada trama va encapsulada en un tipo especial de estructura denominado contenedor.

Una vez encapsulados, se añaden las cabeceras de control, que identifican el contenido de

la estructura y el conjunto; después de un proceso de multiplexaje, se integra dentro de la

estructura STM-1. Los niveles superiores de forman a partir de multiplexar a nivel de byte

varias estructuras STM-1, dando lugar a los niveles STM-4, STM-16 y STM-64.

ESTRUCTURA DE LA TRAMA STM-1

Las tramas contienen

información de cada uno de

los componentes de la red:

trayecto, línea y sección,

además de la información de

usuario. Los datos son

encapsulados en

contenedores específicos

para cada tipo de señal. A

estos contenedores se les

añade una información adicional denominada Path Overhead, que consiste en una serie

de bytes utilizados con fines de mantenimiento de red, y que dan lugar a la formación de

los contenedores virtuales. El resultado del multiplexaje es una trama formada por nueve

filas de 270 octetos cada una. La transmisión se realiza bit a bit de derecha a izquierda y

de arriba abajo. La trama se transmite a razón de 8000 veces por segundo; el régimen

binario para cada uno de los niveles es:

STM-1: 155 Mbits/seg

STM-4: 622 Mbits/seg

STM-16: 2.5 Gbit/seg

STM-64: 10 Gbit/seg

STM-256: 40 Gbit/seg

De las 270 columnas que forman la trama STM-1, las nueve primeras forman la cabecera,

que es distinta del path overhead—mencionado anteriormente—mientras que los 261

restantes constituyen la carga útil.

ISDN – INTEGRATED SERVICES DIGITAL NETWORK

Es una red que procede por evolución de la red telefónica existente, que, al ofrecer

conexiones digitales de extremo a extremo, permite la integración de una multitud de

servicios en un solo acceso, independientemente de la naturaleza de la información a

transmitir y del equipo terminal que la genere. En el estudio de la RDSI se han definido

unos puntos de referencia, que sirven para delimitar cada elemento de la red.

ACCESO BÁSICO

El acceso básico, conocido también como Basic Rate Interface, consiste en dos canales B

Full-Dúplex de 64 Kbits/seg y un canal D Full-Dúplex de 16 Kbits/seg. Luego, la división de

tramas, la sincronización, y otros bits adicionales dan una velocidad total de 192 Kbits/seg.

ACCESO PRIMARIO

El acceso primario, también conocido como Primary Rate Interface está destinado a

usuarios con requisitos de capacidad mayores, tales como oficinas, empresas o red local.

Esto se debe a que las diferencias en las jerarquías de transmisión digital usadas en

distintos países no permiten lograr un acuerdo en una misma velocidad de transmisión de

datos.

Estados Unidos, Japón y Canadá utilizan una estructura de transmisión basada en 1.544

Mbits/seg, mientras que en Europa la velocidad estándar es de 2.048 Mbits/seg.

REDES SATELITALES ATM

Las redes satelitales ATM tienen ventajas significativas con respecto a su contraparte

terrestre. Los satélites proveen ventajas únicas, como la cobertura a distancia con un

rápido despliegue, insensibilidad a la distancia, ancho de banda en demanda, inmunidad a

los desastres terrestres y ofreciendo enlaces de gran ancho de banda. Hay muchos

obstáculos que tienen que ser resueltos para que este tipo de redes pueda operar de

forma óptima.

La tecnología ATM ofrece a los usuarios integración de los servicios de voz, vídeo y datos.

También hay un creciente reconocimiento de los beneficios y ventajas de usar sistemas de

transmisión satelitales, los cuales cumplen un rol significativo en el establecimiento global

de la infraestructura de la información. El interés creciente en la interconexión de satélites

con las redes ATM está basado en las siguientes razones:

A través del uso del satélite, los servicios que brinda la red ATM pueden ser

suministrados sobre un mayor espacio geográfico; esto incluye áreas rurales y

áreas inaccesibles.

Los sistemas de comunicación satelitales tienen un alcance global con una

capacidad de proveer un ancho de banda muy flexible. Este poder encaja

perfectamente con la principal característica de las redes ATM, que es proveer un

ancho de banda en demanda y servicios multimedia.

Los satélites ofrecen flexibilidad en términos de configuración de la red y

capacidad de distribución a diferentes lugares donde se trabaja con redes ATM y se

encuentran en puntos distantes.

Los satélites proveen capacidades de difusión multipunto a multipunto así como

también rapidez de configuración, lo cual es muy importante en el despliegue de

comunicaciones de redes ATM.

Los canales alternativos—de los transpondedores—pueden ser separados para

conexiones en los cuales el ancho de banda y las características de tráfico se

vuelven impredecibles, lo cual otorga el aprovechamiento máximo de sus recursos.

Los nuevos usuarios pueden ser fácilmente incorporados al sistema con sólo

instalar las estaciones ATM con los requerimientos del usuario. Las posibles

expansiones de la red serán un trabajo sencillo.