Redes de Datos Por Satelite

República Bolivariana De Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica De La Fuerza Armada Núcleo Yaracuy _ Extensión Nirgua

Facilitador:

Emprendedores:

Ing. Luis Sequera

Saint N. Terán E. Luis Hernández Ing. De Sistemas VIII. Semestre Nirgua, 2014

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Redes de datos por satélite Un satélite puede definirse como un repetidor radioeléctrico ubicado en el espacio, que recibe señales recibe señales generadas en la tierra, tierra, las amplifica y las vuelve a enviar a la tierra, la tierra, ya ya sea al mismo punto donde se origino la señal u otro punto distinto. La redes satelitales como su nombre lo indica son redes que utilizan como medios de transmisión satélites artificiales localizados en órbita alrededor de la tierra. En este tipo de redes los enrutadores tienen una antena por medio de la cual pueden enviar y recibir. Todos los enrutadores pueden oír las salidas enviadas desde el satélite y en algunos casos pueden también oír la transmisión ascendente de los otros enrutadores hacia el satélite. La tecnología de redes satelitales, representada por satélites poderosos y complejos y el perfeccionamiento de las estaciones terrenas están revolucionando el mundo. Así por ejemplo, la necesidad de interconectar terminales remotos con bases de datos centralizadas, de una manera veloz y eficiente, han conducido a una nueva tecnología conocida como 'Very Small Apertura Terminal (VSAT) Ventajas y beneficios de la red satelital. 

Automatización de los procesos con con un abarque generalizado a nivel mundial



Lograr una comunicación comunicación a través través de esta red con con todo el mundo, mundo, intercambiando dato e información.



Interconectar terminales terminales remotos con bases de datos centralizadas, de una manera veloz y eficiente. ef iciente.











Comunicación de sitios remotos.



Tráfico de datos, vídeo vídeo y voz completamente independiente. independiente.



Acceso para la transmisión transmisión de voz tipo DAMA que permite manejo eficiente del segmento satelital y alta calidad del servicio.



Soporte de tráfico LAN y redes redes multiprotocolo multiprotocolo



Fácil reubicación.



Este servicio se ofrece a nivel nacional e internacional



Estaciones remotas remotas (VSAT) (VSAT) de 2,4 metros de fácil instalación.



Velocidades disponibles disponibles desde los 64 kbps kbps hasta 128 kbps.



Transmisiones de voz, datos y vídeo.



La red puede tener gran densidad, hasta 1.000 estaciones remotas, controladas por una sola estación central o Hub.



Funcionamiento en banda C.

Arquitecturas: Atendiendo la topología, tenemos configuraciones en estrella y en malla, la primera es habitual, y en ella la emisión hacia el satélite se hace por una antena de dimensión mucho mas grande que la de los receptores; la estación principal se denomina maestra (HUB) y puede servir de enlace (dos saltos) para comunicarse entre estaciones secundarias, aunque no es común. De acuerdo a los flujos en la red se presenta cuatro configuraciones distintas. 

Punto-Multipunto Unidireccional.



Multipunto-punto direccional.



Punto-multipunto-Bidireccional.



Punto-Punto Bidireccional









Fundamentos de las comunicaciones por satélite: 

Segmentos: tierra y espacio.

Segmento terrestre. Esta compuesto por las distintas estaciones terrenadas destinadas a la recepción y trasmisión de señales mediante la utilización de satélites de comunicaciones. Existen distintos tipos de estaciones terrenas. Los diferentes matices que se ofrecen en la práctica están dados según el servicio a que las mismas estén destinadas. Se pueden mencionar a la estaciones: estación master, la que se encarga de la gestión del sistema y habitualmente se encuentra ubicada en el nudo principal de la red, situamos también la estaciones de alto trafico y las de trafico medio y bajo, cuyas características permiten la atención de un elevado numero de canales de trasmisión y recepción o bien puede ser de una menor cantidad de estos. Destacamos también las estaciones rurales -de bajo costobajo costo- y las denominadas estaciones TVRO (TV receiver only) que permiten solo la recepción de una o varias señales de TV y/o de radiodifusión sonora.

Segmento espacial. Características.

1.

Satélite

de

comunicaciones: Está comunicaciones:

compuesto

esencialmente

por conjuntos conjuntos de repetidores de señales radioeléctricas o transponedores (formado por receptor, amplificador y trasmisor) y por sistemas de apoyo. Los equipos de comunicaciones, incluyendo antenas y repetidores constituyen, la carga útil del satélite. Entre los Sistemas de apoyo, se









2. Estación TT&C: TT&C: este segundo elemento posee todos los equipos necesarios para mantener al satélite en su posición orbital, posibilitando la realización desde tierra de todas las operaciones las operaciones necesarias para tal fin. Esta estación se halla ubicada dentro de la zona de servicio y es propiedad del dueño del satélite. 3. Lanzadores: Lanzadores: los países con mayor capacidad de poner satélites en órbita geoestacionaria son: Francia, son: Francia, EEUU., Japón, India, Japón, India, China; China; solo los EEUU (NASA) y Francia (ARIANESPACE), colocan satélites de terceros países en órbita. Estaciones fijas: Hoy en día las estaciones fijas conforman un parte muy importante en las redes corporativas, permitiendo mantener una red totalmente privada en la cual se puede integrar servicios de voz, datos, internet, videoconferencia televisión vía satélite, telemedicina en zonas rurales y en algunos casos para operaciones bancarias. Así mismo se tiene la presencia en redes públicas, para la interconexión entre los carriers a nivel internacional, así como para llegar a municipios o zonas rurales donde aun no es accesible la llegada de la fibra óptica. Microterminales:

Son antenas de satélites muy pequeñas. Se trata de una referencia a un tipo determinado de parábola receptora r eceptora de unos 2,5 metros de diámetro que puede proporcionar capacidades de red de datos privadas relativamente poco onerosas para grandes empresas multinacionales.

Terminales móviles:









MEI. Actualmente son terminales interactivos, como los terminales GPS., estos dispositivos usan pequeñas antenas no direccionales que emiten señales de muy poca potencia, y deben recibir señales fuertes, pues no tienen una gran capacidad de amplificación. En consecuencia, es necesario que la señal del satélite sea fuerte en la localidad del usuario para que este pueda recibir datos, y además, que el satélite pueda recibir la señal que envía el usuario, en caso que este quiera transmitir datos. Esto se puede lograr si la distancia al satélite es relativamente pequeña, de 640 a 1.920 km (la señal se atenúa con el cuadrado de la distancia). Por lo tanto, los satélites de órbita baja, proporcionan una solución a este problema. Otras soluciones son los satélites de orbita media (8.000 km de altitud) y satélites de órbita elevada (16.000 km de altitud) con grandes antenas de alta ganancia. Los sistemas satelitales usan la tecnología de telefonía celular. La idea principal de tales sistemas es que, a diferencia de los sistemas celulares, en los que las celdas o células permaneces fijas y el usuario tiene movilidad, de tal manera a cambiarse de una celda a otra para su cobertura, en el sistemas satelital las celdas son móviles, pues el satélite que lo barre está en movimiento (satélite de órbita baja). La red de satélites cubre toda la Tierra, y un satélite puede tener más de una celda a su cargo (de hecho generalmente tiene alrededor de 50 haces puntuales por satélite). Es decir, los satélites actúan análogamente a las antenas de transmisión de los sistemas celulares. Cuando un satélite deja de barrer un área determinada en Tierra, otro satélite barre dicha área, y si produce la conmutación. Es decir, el fenómeno es muy similar a la telefonía celular, pues en ambos casos hay un movimiento relativo entre el usuario y la estación base. El primer sistema LEO para servicio de telefonía móvil, y quizás el más conocido,











VSAT (terminal de apertura pequeña) VSAT, terminal de muy pequeña apertura. Se trata de una referencia a un tipo determinado de parábola receptora de unos 2,5 metros de diámetro que puede proporcionar capacidades de red de datos privadas

relativamente

poco

onerosas

para

grandes

empresas

multinacionales. Los sistemas VSAT se suelen configurar en estrella o en malla y comprenden una estación terrena maestra central y varias estaciones en tierra diseminadas en una amplia zona, que puede llegar a abarcar varios países en todo el mundo. Una central VSAT está normalmente equipada con una antena de satélite de entre cinco y diez metros de diámetro, equipos de radiodifusión, un sistema de control de red y un conmutador que conecta el sistema a la propia red de zona extensa de la empresa. El conmutador proporciona las capacidades de encaminamiento de datos entre la central y los puntos de la red, y con el sistema de control de red el personal técnico puede configurar, cargar y reparar la red desde la central. Los sistemas VSAT son redes de comunicación por satélite que permiten el establecimiento de enlaces entre un gran número de estaciones remotas con antenas de pequeño tamaño (VSAT: Very Small Aperture Terminals), con una estación central normalmente llamada llamada Hub.









Este tipo de sistemas están orientados principalmente a la transferencia de datos entre unidades remotas y Centros de Proceso conectados al Hub. Son igualmente apropiados para la distribución de señales de vídeo y en ciertos casos se utilizan también para proporcionar servicios de telefonía entre estaciones remotas y el Hub. Los sistemas VSAT se utilizan en una amplio abanico de aplicaciones: 

Redes interactivas interactivas de datos para aplicaciones financieras



Terminales Punto de Venta



Redes de distribución comercial



Redes de servicios públicos: Gas, Gas, agua, electricidad, etc. etc.



Sistemas SCADA para supervisión de infraestructuras, medio ambiente, seguridad, etc. Sus principales características son:



Redes privadas privadas diseñadas a la medida de las necesidades necesidades de las compañías que las usan.



El aprovechamiento de las ventajas del satélite por el usuario de servicios de telecomunicación a un bajo coste y fácil instalación.



Las antenas montadas en los terminales necesarios son son de pequeño tamaño (menores de 2.4 metros, típicamente 1.3m).



Las velocidades velocidades disponibles suelen ser ser del orden de de 56 a 64 kbps.









Debido a esto, entra a competir directamente con redes como la Red Pública de Transmisión de Paquetes X.25, o la Red Digital de Servicios Integrados. Ventajas de las Redes VSAT Las peculiares características del medio de transmisión satélite, junto con su topología y diseño, otorgan a las redes r edes VSAT unas ventajas específicas frente a otros sistemas de transmisión, entre las que cabe destacar las siguientes: 

Facilidad y rapidez para la puesta en operación operación y la incorporación incorporación de nuevas terminales



Coste de los circuitos independiente de la distancia



Acceso a lugares donde no está está disponible otra infraestructura terrestre, bien por razones físicas o económicas



Flexibilidad para la reconfiguración del tráfico, sea crecimiento, disminución o reasignación



Utilización muy muy eficiente eficiente de la capacidad capacidad espacial



Alta calidad y disponibilidad disponibilidad de los enlaces



Gestión centralizada y dependencia de un único Operador de Servicios



Costes de terminales en clara disminución Clasificación de las Redes VSAT









principios que aplican al desarrollo de estos sistemas son que la información es unidireccional y originada en una o unas pocas fuentes y que es distribuida a una gran cantidad de usuarios.La estación transmisora envía la señal sobre una o varias portadoras a velocidades que están comprendidas normalmente entre 19.2 Kbit/s y 2 Mbit/s. 2. Sistemas Bidireccionales o Interactivos La arquitectura de estas redes es similar a las unidireccionales. La estación central (Hub) transmite por una o varias portadoras al colectivo de estaciones remotas asociadas. La estructura de la información contenida en cada portadora es un Multiplex por División en el Tiempo, con múltiples canales, cada uno de los cuales puede ser asignado para su recepción por una o varias estaciones remotas. La estructura del Multiplex se puede ajustar a la demanda del tráfico, pero, en todo caso, se reserva cierta capacidad para los canales de control y asignación del sistema. El número de portadoras de la estación central a las remotas suele ser pequeño y su velocidad de transmisión es correspondientemente mayor. Velocidades de 64 Kbit/seg a 2048 Kbit/seg son normales, por tanto los requisitos de transmisión exigibles a la estación central son mayores. La información se codifica con un código de protección de errores sin canal de retorno. La recepción en las remotas es continua, lo cual hace que el coste del demodulador sea moderado.









el número de intervalos asignados a cada estación en modo fijo dependerá de la demanda exigida por cada Terminal. 3. Redes Corporativas Los

sistemas

VSAT

Interactivos

limitan

normalmente

las

comunicaciones directas de cada una de las estaciones remotas con la Central. Esto puede ser un inconveniente para ciertos servicios y en estos casos es preciso utilizar más eficazmente el segmento espacial. Cuando se trata de unir varios nodos jerárquicamente iguales y proporcionar servicios digitales avanzados, similares a los ofrecidos por la red digital de servicios integrados (RDSI), se suele acudir a sistemas más potentes que permitan la comunicación directa de todos con todos, con una estructura de red mallada. Estos sistemas operan en cada estación transmisora con acceso TDMA y con velocidades que van desde 2 Mbit/seg a 34 Mbit/seg, ofreciendo por tanto un cierto número de circuitos de 64 Kbit/seg (de 30 a 500) al conjunto de las rutas que la red corporativa exige. Este conjunto de circuitos es asignado dinámicamente a cada estación, en función de las llamadas activas en cada nodo en un momento dado. La utilización del segmento espacial es más eficiente que la de











centro de cálculo. Este punto es el que supone un mayor desembolso para una empresa por lo que se tiene la posibilidad de tener el HUB en propiedad o alquilado. Diagrama de bloques de una estación HUB:

El HUB esta compuesto por : 

Unidad de RF.



Unidad interna (indoor unit IDU).









Network Management System:

Desde el HUB se monitoriza toda la red de VSAT's. De ello se ocupa el Network Management System (NMS). El NMS es un computador o estación de trabajo que realiza diversas di versas tareas como: 

Configurar la red (puede desearse desearse funcionar funcionar como una una red de de broadcast, estrelle o malla).



Control y alarma.



Monitorización del tráfico.



Control de los terminales:



Habilitación y deshabilitación de terminales existentes



Inclusión de nuevos terminales.



Actualización del software de red de los terminales.



Tareas administrativas:



Inventario de los terminales.









alcanza a satisfacer las necesidades necesidades de de

comunicación de todos los

usuarios simultáneamente, por lo que que existe una especie especie de 'pelea' o contienda por la utilización del recurso. Por este

motivo, se deben

acordar y cumplir ciertas reglas. Acceso Múltiple por división frecuencial en sistemas satelitales La mayoría de los satélites de comunicaciones están en una órbita geoestacionaria (el satélite está está en el mismo plano que el que pasa por el ecuador y a una cierta altura tal que el período orbital sea igual al período de rotación

de la tierra).

En otras palabras, visto desde la tierra, el

satélite se vería vería como si estuviera estacionario. estacionario. Tres de estos satélites separados 120 grados entre sí, pueden proveer una cobertura mundial (excepto para las regiones polares). Muchos de los satélites tienen repetidores no regenerativos o transceptores (transponders). (transponders). Esto quiere decir decir que la transmisión tierrasatélite (uplink) es amplificada, corrida en frecuencia, y retransmitida









FDM: Señales FDM: Señales como las de teléfono (SSB) se les hace FDM para formar una señal “compuesta”.

FM: FM: Con esta señal compuesta se produce modulación en frecuencia y luego es transmitida al satélite. FDMA: FDMA: Se asignan subdivisiones del ancho de banda de 36MHz a distintos usuarios. La mayor ventaja que tiene FDMA sobre TDMA es su simplicidad. FDMA no requiere sincronización sincronización y cada canal es casi casi independiente de de los restantes. Acceso Múltiple por división temporal Por el teorema de muestreo, un mensaje pasa bajos, puede transmitirse como muestras muestras de esta señal, tomadas tomadas uniformemente a una una tasa superior a la de Nyquist. Esta transmisión ocupa al canal sólo por una fracción del intervalo de sampleo. De esta forma, el tiempo entre entre









junto con los datos de otras estaciones. La estación receptora detecta y demultiplexa la ráfaga de datos apropiada apropiada y redirecciona los datos al usuario correspondiente. Acceso múltiple por división división de código CDMA Esta técnica es una combinación hibrida de FDMA y TDMA y es una aplicación de espectro expandido (spread

spectrum - SS).

Las

técnicas de espectro expandido se pueden clasificar en direct sequence y frequency hopping (FH): En FH-CDMA se asigna una banda de frecuencias durante un time slot y en el siguiente intervalo intervalo de tiempo se

asigna otra banda de

frecuencias. Esto puede visualizarse en la siguiente figura. Cada usuario emplea un código (pseudonoise code-PN, que es un código cíclico pero con con características aleatorias similares al ruido) que le













Pero durante muchos muchos time slots, el sistema salta salta por una banda banda de frecuencia que es mucho mucho más grande que el ancho de banda de la señal. Esta utilización del ancho de banda se denomina espectro expandido.



Flexibilidad. Una diferencia entre CDMA y TDMA TDMA es que en la primera, no es necesario necesario un sincronismo sincronismo entre grupos de usuarios (sólo es necesario entre el transmisor y el receptor en un grupo). Es decir, una vez vez que se logró la sincronización entre el transmisor y el receptor del PN, se puede realizar la comunicación.

Acceso múltiple por demanda-asignación (Demand-Assignment









entre 1 m y 2 m que permiten comunicación bidireccional a través del satélite. En este tipo de sistemas se tiene

disponibilidad de grandes

velocidades de transmisión. Estos sistemas tienen una capacidad del orden de decenas de Mbit/s (40Mbps) en el sentido de descendente (hacia los terminales) y de orden menor en en el sentido sentido ascendente (hacia (hacia el satélite). La capacidad capacidad depende de

las características de cada

sistema y en particular del

tamaño de las antenas. Calidad del servicio

Redes de Datos Por Satelite

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