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Redes VSAT (Terminal de Apertura Muy Pequeña) Mario Casado García, Francisco Camazón Rodriguez1 1

Alumnos de la asignatura Sistemas de Comunicaciones, I. T.T. – Especialidad: Sistemas de Telecomunicación, Universidad de Valladolid, España, {mcasgar, fcamrod}@ribera.tel.uva.es

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, cabe decir que este último servicio solo es posible si el enlace contratado es bidireccional. [1]

Resumen Las redes VSAT (Very Small Aperture Terminals) son redes privadas de comunicación, diseñadas a la medida de las necesidades de las compañías que las usan, de datos vía satélite para intercambio de información punto a punto o, punto a multipunto (broadcasting) o interactiva. Estas redes se basan en el establecimiento de enlaces (conexiones) entre una o un gran número de estaciones remotas equipadas con antenas de pequeño tamaño (VSAT’s) con una estación central, llamada Hub, a través de un satélite. VSAT se caracteriza por proporcionar un ancho de banda suficiente para voz, datos y video sobre un enlace asimétrico, trabajando en la banda Ka o C donde se da alta potencia en transmisión y buena sensibilidad en recepción. Debido a esto se pueden crear diferentes tipos de enlaces (unidireccionales,..), utilizando diferentes medios de acceso al medio (TDMA,..) en configuraciones distintas (malla,..).

1.

Las ventajas ofrecidas por VSAT no han sido bien recibidas por los operadores nacionales ya que éstas podrían significar menores beneficios al verse desviado el tráfico del negocio de las redes públicas. Esto ha implicado una política conservadora por parte de dichos operadores que se oponen a la desregularización del sector de comunicaciones lo cual ha significado un retroceso en el desarrollo de las redes VSAT. [2] 1.1.

Introducción

Breve historia de VSAT

En 1979, la Compañía de Comunicaciones Ecuatoriana comenzó con los servicios VSAT ofreciendo inicialmente un camino de sentido único desde un Hub en Mountain View (California) hasta varios VSAT’s receptores en EE.UU. Para estos enlaces se utilizaba la banda C (cobertura global) y se usaban técnicas de espectro ensanchado para evitar interferencias de los satélites adyacentes en su camino de bajada.

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’s) con una estación central normalmente llamada Hub. La comunicación se realiza a través del satélite, es decir, la información saliente del Hub a las VSAT’s, es enviada al satélite y éste la refleja para que cada terminal VSAT la reciba. El satélite no es más que un simple repetidor. También existe la posibilidad de transmitir desde los VSAT’s hacia el Hub como veremos más adelante.

En 1981, esta misma compañía desarrolló una red VSAT bidireccional, en la cual se podían enviar datos desde los VSAT’s al Hub. En EE.UU., las redes VSAT fueron instaladas para transmisión de voz, datos y vídeo. Los principales usuarios de este tipo de redes son: la industria de la automoción, hoteles, instituciones financieras,...

Las redes VSAT son redes privadas diseñadas a medida de la compañía que la contrata, ya que esta tecnología tiene un elevado precio para un usuario medio. Permiten la integración de diversos servicios, los cuales pueden estar accesibles mediante unas pequeñas antenas (diámetro menor de 2.4 metros, típicamente 1.3 metros) instaladas en la compañías usuarias. Estas estaciones no soportan unas elevadas capacidades, pero son muy baratas y fáciles de instalar si lo comparamos con las redes terrestres, en las cuales tendremos que cablear hasta el domicilio del usuario. Con esto conseguimos que los usuarios del servicio estén conectados a la plataforma del servicio, evitando el uso de las redes públicas. Es el propio usuario el dueño de la red y puede configurarla a su gusto, para poder satisfacer sus necesidades lo más rápido posible.

En Europa, el número de VSAT’s instalados es mucho menor que en EE.UU. como resultado de su desarrollo más tardío. Una cifra a día de hoy es que Más de 40 redes y más de 6000 terminales VSAT operan en la actualidad a través del sistema HISPASAT, siendo este uno de los sistemas de satélites que soporta un mayor número de redes VSAT en Europa. [1, 3]

2.

Elementos de una red VSAT

Las redes de transmisión vía satélite VSAT entran a competir directamente con sistemas de transmisión digital 1

terrestres como red conmutada de paquetes o redes de fibra óptica. La implantación de las redes telemáticas VSAT comienza a ser rentable a medida que aumenta el número de nodos (terminales terrestres) de la red.

9 Geoestacionario (GEO) Son satélites geoestacionarios con terminales fijos. Tienen una altitud de 35.786 km y están ubicados sobre el Ecuador. Un solo satélite cubre 1/3 de la superficie terrestre. La mayoría de los satélites en servicio actualmente se limitan a hacer de repetidores, recibiendo señales en unas frecuencias y retransmitiéndolas a la Tierra en otras. Existen numerosos operadores y proveedores de servicio satélite.

Figura 1. Elementos de una red VSAT

Dentro de un sistema VSAT podemos hacer una gran división en cuanto al segmento espacial y al segmento terrestre. Dentro de los cuales se describirá más detalladamente cada componente. 2.1.

Segmento espacial

El segmento espacial es un punto muy importante dentro de las redes VSAT. Sin él no se llevaría a cabo ninguna comunicación entre los terminales VSAT’s y el hub, ya que es el único canal por donde se realiza la comunicación. Debido a que es un canal compartido habrá que utilizar alguna técnica o protocolo de acceso al medio. Este es el elemento más crucial en la comunicación VSAT y el que menos posibilidades ofrece a la empresa, en cuanto a configuración y manejabilidad nos referimos, ya que este suele estar contratado con una tercera empresa responsable del mismo. Como posible acercamiento cabe decir que el proveedor del servicio fijo de satélite que se usa para implementar redes VSAT proporciona un cierto número de canales dentro de un transpondedor. Un transpondedor puede llegar a manejar de 10 a 15 redes de tamaño típico de 500 VSAT’s.

Figura 3. Utilización porcentual de satélites GEO

9 No Geoestacionarios Dentro de estos podemos distinguir tres tipos de satélites actualmente: a)

LEO (low earth orbit): son satélites de órbitas bajas, con una altitud de 500 a 2.000 km, fueron diseñadas hace unos años para dar servicios interactivos a terminales móviles sin los problemas de retardo de los satélites geoestacionarios, han tenido un desarrollo escaso. Tienen un elevado coste debido al gran número de satélites necesario y a la complejidad de estos. Aunque una razón importante de esta falta de éxito fue también el gran desarrollo en redes móviles terrestres.

Figura 4. Utilización porcentual de satélites LEO

b) MEO (Medium earth orbit): son sistemas de órbita media, con distancias entre 10.075 Km. y 20.125 Km. No tienen una posición relativa respecto a la superficie fija. Al estar a una altitud menor que los GEO, se necesita un número mayor de satélites para obtener cobertura mundial, aunque la latencia es también menor. Figura 2. Componentes de un enlace satelital

En la actualidad nos podemos encontrar con diferentes tipos de satélites, según la órbita en la que operen. Los más utilizados en sistemas VSAT son los geoestacionarios, aunque cada vez más se está tratando la posibilidad de utilizar satélites no geoestacionarios para redes VSAT. A continuación se expondrá cada uno de ellos:

c)

HEO (highly elliptical orbit): Con una red de tres satélites simétricamente repartidos, para volver a pasar sobre la misma marca terrestre, se asegura la cobertura de 2 continentes del planeta.

Otra de las consideraciones que se debe tener en cuenta en el segmento espacial es la elección de la banda de frecuencias a utilizar, debido a que las longitudes de onda diferentes poseen propiedades diferentes. Las

longitudes de onda largas pueden recorrer grandes distancias y atravesar obstáculos. Las grandes longitudes de onda pueden rodear edificios o atravesar montañas, pero cuanto mayor sea la frecuencia (y por tanto, menor la longitud de onda), más fácilmente pueden detenerse las ondas.

A la hora de elegir una u otra banda se hace en base a las posibles ventajas y desventajas que estas presentan, por eso una posible comparación entre C y Ku podría ser esta: 9 Banda C Como ventajas que presenta esta banda está la disponibilidad mundial, ya que se puede utilizar en todo el globo terráqueo. Robustez frente a las lluvias, es decir, se atenúa la señal menos debido a este fenómeno y que la tecnología empleada para esta banda es más barata, siempre en comparación con la banda Ku. Como principales desventajas decir que las estaciones son más grandes y esta es una banda que se ve más afectada por las interferencias que la banda Ku.

Cuando las frecuencias son lo suficientemente altas las ondas pueden ser detenidas por objetos como las hojas o las gotas de lluvia, provocando el fenómeno denominado "rain fade". Para superar este fenómeno se necesita bastante más potencia, lo que implica transmisores más potentes o antenas más enfocadas, que provocan que el precio del satélite aumente. La ventaja de las frecuencias elevadas es que permiten a los transmisores enviar más información por segundo. Esto es debido a que la información se deposita generalmente en cierta parte de la onda: la cresta, el valle, el principio o el fin. El compromiso de las altas frecuencias es que pueden transportar más información, pero necesitan más potencia para evitar los bloqueos, mayores antenas y equipos más caros.

9 Banda Ku Como contraposición a lo anteriormente dicho resaltar que las principales ventajas de esta banda son: estaciones más pequeñas y mejor aprovechamiento de la capacidad del satélite. Y como desventajas: es una tecnología más cara, se ve afectada por la lluvia y tiene una disponibilidad regional.

Con todo esto llegamos a la conclusión de que las frecuencias más utilizadas en los sistemas VSAT son la C, Ku y Ka, que trabajan a frecuencias elevadas. Se puede ver una clasificación de estas en la figura 5.

2.2.

Segmento terrestre

Dentro de este apartado podemos encontrarnos con dos tipos de elementos: los VSAT’s, situados en la zona usuaria y el hub que es la estación central. 9 Estación central o hub El hub es la estación central de una red VSAT y esta no es más que una estación más dentro de la red pero con la particularidad de que es más grande, ya que la antena es del orden de 15 metros de diámetro y maneja mayor potencia de emisión. El tiempo de instalación de esta estación es elevado, ronda las 4 semanas. Normalmente el hub suele estar situado en la sede central de la empresa. Debido a que éste hub supone un gran desembolso económico, la empresa tiene la opción de tenerlo en propiedad o alquilarlo a un operador del servicio. La estación central se puede clasificar de la siguiente manera atendiendo al factor económico:

Figura 5. Frecuencias utilizadas en sistemas VSAT

La elección de una frecuencia u otra depende de la cobertura del satélite en una determinada zona en la que se quiera implantar la red VSAT, ya que diferentes frecuencias posen diferentes coberturas. Tómese el caso de la banda C la cual posee cobertura global, y la banda Ku disponible en determinadas regiones del globo terrestre como se puede visualizar más detalladamente en la figura 6. Otra de las principales razones a la hora de elegir la banda son los problemas de interferencias, ya que al usar antenas de pequeño diámetro el ancho de haz es grande y el peligro de recibir interferencia desde otros satélites (y también de interferir en ellos) es también grande. Como ejemplo de esto último decir que para la banda C (y partes de la banda Ku) existe el peligro añadido de los sistemas terrestres de microondas.

Figura 6. Cobertura global bandas C y Ku

3

1.

Hub dedicado: soporta miles de VSAT conectados a él. En periodos de expansión, cambios en la red o problemas, representa la solución más simple para el cliente. Sin embargo el hub dedicado representa la opción más cara y sólo es justificado si el coste puede ser amortizado con un suficiente número de VSAT.

2.

Hub compartido: varias redes de distintas compañias pueden compartir un único hub. Los servicios del hub son alquilados por los operadores de las redes VSAT. Debido a esto las empresas pueden montar redes VSAT con un mínimo capital inicial. Pero tiene una serie de desventajas añadidas con respecto al hub dedicado: se necesita conectar el hub con la sede central de la empresa, lo que implica recurrir a cableado o utilización de la red pública y limitación

• Como una primera aproximación, se pueden tomar las formulas de los ángulos de azimut y elevación • Refinar el apuntamiento para que la potencia recibida sea la mayor posible

a la hora de configurar y ampliar la red, ya que es el proveedor del servicio el que la controla. 3.

Mini Hub: es un pequeño hub con una antena de 2 a 3 metros de diámetro y con un coste mucho menor que el hub dedicado. La aparición de este tipo de hub a sido gracias a el desarrollo de las redes VSAT en la actualidad. Un mini-hub típicamente soporta alrededor de 300 a 400 VSAT’s.

Los terminales se dividen en dos partes, la unidad interior y la exterior, unida ambas por cable, que se expondrán a continuación:

El hub se divide en dos partes fundamentales, la unidad o terminal de radiofrecuencia y la unidad interior, que se expondrán a continuación:

Figura 8. Partes fundamentales del terminal

a)

Figura 7. Partes fundamentales del hub

a)

Unidad de radiofrecuencia: se encarga de la transmisión y recepción de señales hacia o a través del satélite

b) Unidad interior: suele estar conectada al ordenador central de la empresa. Consta de diversas funciones como procesador de acceso al satélite o interferencia banda-base, pero la parte más importante de esta unidad es el NMS (Network Management System), que no es más que un ordenador que realiza las funciones más importantes dentro de una red VSAT, como son:

b) Unidad Exterior: básicamente se compone de la antena y de componentes electrónicos. Los parámetro que definen esta unidad son entre otro el diagrama de radiación de la antena, la finura espectral del transmisor y el PIRE que depende de la ganancia y potencia de la señal. [3, 4, 5, 6, 7]

3.

9 Estaciones VSAT o terminales Estaciones mucho más sencillas que el hub, y para su configuración hay que tener en cuenta varios factores: • Lugar de situación de la antena • El tipo de red al que va a pertenecer • El tráfico que va a generar El aspecto más importante es el apuntamiento de la antena, que se puede hacer en base a:

Aspectos telemáticos y configuraciones

Debemos destacar dentro del estudio telemático de las redes VSAT que todas ellas deben permitir: 1. Establecer la conexión entre cliente – servidor.

• • • •

Configurar la red (estrella, malla,...) Monitorizar el tráfico entre terminales Control y alarma Funciones relativas al control de los terminales: o Habilitación nuevos terminales o Actualización del SW de la red • Tareas administrativas: o Informe del tráfico de cada estación o Tarificación en uso compartido

Unidad interior: se caracteriza por una serie de parámetro como pueden ser número de puertos, tipo de puerto y velocidad de los mismos. Se puede definir como una interfaz para los terminales de usuario.

2. Una técnica de acceso al medio, al tratarse de un sistema compartido. 3. En relación al tráfico no deben permitir pérdidas y retardos proporcionando un canal fiable. 3.1.

Clasificación según tipo de red

Existen tres tipos básicos de configuraciones VSAT: 9 Sistemas unidireccionales Consiste en una única estación transmisora principal, el hub, por la cual son enviadas al satélite las señales, las cuales son posteriormente recibidas por un gran número de unidades receptoras (estaciones VSAT), típicamente de menor tamaño. La estación transmisora envía la señal sobre una o varias portadoras a velocidades que están comprendidas normalmente entre 19.2 Kbps y 2 Mbps. Las estaciones receptoras son muy sencillas y económicas.

2.

Estaciones VSAT – hub

En este sentido se suele transmitir por TDMA (Acceso Múltiple por División en el Tiempo). Esto significa que esa estación y sólo esa accede a la portadora durante ciertos intervalos de tiempo, predeterminados con respecto a la referencia de la trama. En el caso de que el tráfico generado por los terminales sea bajo se utiliza un acceso aleatorio con control de colisión.

Figura 9. Sistema unidireccional de datos

En este tipo de configuración se pueden implementar un tipo de sistema llamado híbrido. El cual se implementa en base a un canal de retorno a través de otra red diferente, por ejemplo red telefónica conmutada o RDSI. Permiten prestar servicios interactivos asimétricos, por ejemplo navegación por la Web para usuarios residenciales. Figura 11. Sistema bidireccional o interactivo

9 Redes corporativas Para determinados servicios puede ser necesario que una estación VSAT se comunique con otra. Cuando se trata de unir varios nodos jerárquicamente iguales y proporcionar servicios digitales avanzados, la utilización del segmento espacial es más eficiente que la de circuitos terrenos ya que el dimensionamiento del tráfico se efectúa sobre el conjunto total de circuitos, lo que es notablemente más eficiente que hacerlo sobre cada uno de ellos. Todos los nodos van a ser jerárquicamente iguales, pero uno de los nodos tendrá que actuar como hub que controla la red.

Figura 10. Sistema híbrido

9 Sistemas bidireccionales o interactivos

Debido a la configuración de esta red se denomina red mallada. Los nodos de esta red envían la información utilizando un protocolo de acceso TDMA (Acceso Múltiple por División en el Tiempo), alcanzando velocidades entre los 2 – 34 Mbps.

La arquitectura de estas redes es similar a las unidireccionales, el hub transmite información a las estaciones VSAT a velocidades similares pero las VSAT pueden transmitir información al hub, siempre a través del satélite. Normalmente la capacidad disponible en el sentido de bajada es mayor que en el de subida. Estos sistemas pueden utilizarse para crear redes privadas virtuales (VPN) para empresas con muchas sucursales, en particular si están situadas en áreas rurales.

En este tipo de configuración se pueden implementar un tipo de sistema llamado híbrido. El cual se implementa en base a un canal de retorno a través de otra red diferente, por ejemplo red telefónica conmutada o RDSI. Permiten prestar servicios interactivos asimétricos, por ejemplo navegación por la Web para usuarios residenciales.

Existen dos tipos de transmisión: 1.

Hub – estaciones VSAT

3.2.

La estación central transmite por una o varias portadoras a las estaciones remotas asociadas mediante TDM (Multiplexación por División en el Tiempo). El número de portadoras de la estación central a las remotas suele ser pequeño y su velocidad de transmisión es proporcionalmente mayor. Velocidades de 64 Kbit/seg a 2048 Kbit/seg son normales, por tanto los requisitos de transmisión que se le exige a la estación central son mayores.

Topologías de red utilizadas en VSAT

Las topologías más utilizadas en un sistema VSAT son: 9 Estrella En esta configuración el nodo central gestiona todas las comunicaciones de la red, es decir, los terminales sólo se comunican con la estación central pero no entre ellas. Tanto las redes unidireccionales como las bidireccionales trabajan en esta configuración.

5

de banda. Técnicas de espectro ensanchado evitan las interferencias. 9 Protocolos Aloha

Figura 12. Topología en estrella

9 Malla Podemos hablar de configuración en malla cuando los terminales o VSAT´s pueden mantener una comunicación o enlace directo con otro sin necesidad del hub como en la topología en estrella, pero siempre a través del satélite de comunicaciones. Esto se produce cuando aumenta el tamaño de las antenas o la sensibilidad de los receptores, por esta razón esta configuración no es muy usada porque se necesitan mejores VSAT's. Las redes corporativas trabajan en esta configuración.

Este tipo de protocolos, como aloha ranurado, aloha de rechazo selectivo y aloha de acceso aleatorio, son diferentes tipos de acceso por división en el tiempo aleatorio. Según sea el sistema se pueden utilizar diferentes topologías (malla, estrella) y por ello utilizar las técnicas de acceso adecuadas a cada topología: 1.

Estrella

Las redes en estrella están compuestas por un número determinado de VSAT’s y un hub. Cada VSAT puede transmitir y recibir X canales correspondientes a las conexiones de los terminales unidos al VSAT. El hub por su lado debe poder transmitir y recibir ese número de X canales atendiendo a todos los VSAT’s. El ancho de banda del transpondedor está dividido en dos: a) Inbound (enlaces desde terminales hacia el hub) Una de las posibles soluciones en cuanto a las técnicas de acceso al medio podría ser: la utilización de FDMA, ya que así los terminales disponen cada uno de una banda de frecuencia, y TDMA, ya que todos los terminales comparten el enlace de subida. La información de cada terminal viaja multiplexada en el tiempo con la de los restantes VSAT’s. El Hub necesitará 1 receptor ya que sólo existe una portadora.

Figura 13. Topología en malla

3.3.

Técnicas de acceso

En redes VSAT se suelen utilizar técnicas punto – multipunto, en la que se puede establecer comunicación entre varios elementos. Para las configuraciones unidireccionales este estudio no tiene mucha relevancia, ya que el hub transmite y las VSAT’s escuchan (técnica broadcast que no necesitan técnicas de acceso). Debido a esto el estudio se centra en técnicas de acceso en sistemas bidireccionales (tanto en malla o estrella que si necesitan técnicas de acceso). A continuación se expone las técnicas de acceso más cumunes: 9 FDMA Acceso múltiple por división en frecuencia. Se asigna parte del ancho de banda a cada portadora. Se necesita una zona de guarda entre las diferentes frecuencias, con lo que se desperdicia algo del ancho de banda. 9 TDMA Acceso múltiple por división en el tiempo. Se asigna todo el ancho de banda a cada portadora durante un espacio de tiempo limitado llamado slot. Los slots forman una estructura periódica llamada trama de TDMA. Uno de los problemas que nos encontramos son los sincronismos de las diferentes fuentes de portadoras. 9 CDMA Acceso múltiple por división de código. Las portadoras pueden transmitir continuamente ocupando todo el ancho

b) Outbound (enlaces desde hub hacia los VSAT’s) Para este enlace las técnicas de acceso al medio podrían ser: FDMA, ya que el hub multiplexa en frecuencia la banda, y TDM, ya que toda la información que va del hub a los terminales va multiplexada en tiempo 2.

Malla

Todos los VSAT’s deben poder establecer una conexión con otro terminal a través del satélite. Debido a esto y mediante un estudio de posibles soluciones en cuanto a la mejor técnica de acceso para esta topología se ha llegado a la de asignación bajo demanda del enlace, que nace de la necesidad de satisfacer conectividad absoluta entre VSAT’s. Sin embargo este requerimiento es raro en este tipo de redes ya que lo más común es que los VSAT’s se interconecten dos a dos. Se necesita por ello un canal de control para solicitar la conexión con otro terminal. Una conexión emplea 4 portadoras, 2 de subida (uplink) y 2 de bajada (downlink). Por todo ello llegamos a la conclusión de que la mayor parte de las redes comerciales con configuración en malla utilizan FDMA con asignación bajo demanda. [2, 4, 6, 7, 8]

4.

Cabe señalar que este tipo de interferencias puede producirse tanto por antenas externas al sistema como por antenas del propio sistema de comunicaciones. Como veremos a continuación, y debido a esto, las interferencias pueden ser internas o externas.

Análisis del radioenlace

El radioenlace debe disponer de un BER (bit error rate) adecuado para que la señal pueda ser utilizada por todos los dispositivos implicados en el sistema VSAT. Para ello el estudio se centra en reducir el BER a valores mínimos con un coste aceptable. A nivel físico la eliminación total de errores es imposible, por lo que tiene que ser a nivel de enlace el encargado de asegurar la transmisión libre de errores, mediante protocolos especialmente diseñados para tal fin.

9 Internas Ruido provocado por antenas del propio sistema de comunicaciones VSAT. Es debido principalmente a dos causas: 1.

N portadoras originadas por estaciones VSAT’s son enviadas al satélite, el cual retransmite hacia al Hub. Este modula las señales en TDM en una única portadora que se envía de nuevo al satélite y reenvía a los VSAT’s de destino.

Interferencia Cocanal debido a dos casos: a) Interferencia entre haces. Esta interferencia se debe a imperfecciones en el aislamiento entre haces geográficamente separados (sistema multihaz), que para aprovechar mejor el ancho de banda, usan la misma banda de frecuencias, pero distinto haz. El solapamiento de los lóbulos secundarios de los distintos haces ocasiona interferencias. b) Interferencia por polarización cruzada. Este tipo de interferencia es causada por portadoras transmitidas por estaciones terrenas de otras redes que usan el mismo satélite, el mismo haz y utilizan una polarización ortogonal a la del sistema afectado. Dentro de un mismo sistema VSAT, normalmente, se usa una sola polarización ortogonal, por lo que la utilización de dos no se usa, ya que si el aislamiento no es perfecto entre ambas polarizaciones, se producirán interferencias de una señal en la otra.

Figura 14. Portadoras en el sistema VSAT

Esta portadora originada por una estación transmisora es enviada al satélite, el cual amplifica la señal y la traslada en frecuencia, para ser reenviada a las estaciones receptoras. La portadora se ve afectada por diversas fuentes de ruido; térmico, interferencias e intermodulación, que se verán a continuación, y la suma de todos estos ruidos es el ruido total del enlace. 4.1.

2.

Parte de la potencia de una portadora es capturada por un transpondedor o una estación terrena sintonizados a la frecuencia de una portadora adyacente. La causa de esta interferencia radica en un mal filtrado entre canales.

Ruido térmico

Es un tipo de ruido que aparece de forma aleatoria en los conductores debido a la agitación de los electrones. En los sistemas VSAT aparece tanto en el canal ascendente como en el descendente. Se debe principalmente a dos causas: una natural, en la que interviene la tierra en los satélites y el firmamento en las antenas, y otra artificial, en la que la no linealidad de los componentes del receptor provoca ruido. 4.2.

Interferencias por canal adyacente:

Ruido de interferencias

Las interferencias son señales no deseadas que se introducen en los receptores provenientes de otras transmisiones que usan las mismas bandas de frecuencias.

Figura 15. Interferencia por canal adyacente

9 Externas

Debido a esto nos podemos encontrar con que en el enlace de subida son fuentes de este tipo de ruido las estaciones terrenas pertenecientes a otros sistemas geoestacionarios y las transmisiones terrestres por microondas. Para el enlace de bajada nos podemos encontrar con este tipo de ruido en satélites adyacentes y también las transmisiones terrestres por microondas.

Ruido provocado por antenas ajenas al sistema VSAT, que utilizan la misma banda de frecuencias. Estas interferencias pueden ser provocadas por satélites adyacentes de otros sistemas o por otras estaciones terrestres. Las interferencias se introducen en el enlace ascendente cuando a la antena del satélite receptor llegan varias portadoras transmitidas por estaciones terrestres 7

pertenecientes a sistemas de satélites geoestacionarios adyacentes. En el enlace descendente se producen interferencias cuando la antena del receptor en Tierra capta portadoras procedentes de satélites adyacentes. El problema suele ser especialmente importante en el enlace descendente, ya que las reducidas dimensiones de la antena provocan un aumento del ancho de haz, haciendo que la recepción sea más sensible a aquellas portadoras que llegan lateralmente. 4.3.

Ruido de intermodulación

La presencia de varias portadoras en el amplificador no lineal del transpondedor provoca la generación de productos de intermodulación, formando señales a frecuencias que son combinaciones lineales de las frecuencias de entrada. En la práctica solo tienen importancia los productos de intermodulación 3 y 5, ya que son los que tienen un efecto significativo, debido a que los productos de intermodulación decrecen con el orden del producto. Por lo que debido a esto, cuando se utiliza un acceso TDMA (Acceso Múltiple por División en el Tiempo) o TDM (Multiplexación por División en el Tiempo) no se producen intermodulaciones, debido a que se amplifica una portadora por cada slot de tiempo. Pero este no es el caso cuando se requiere utilizar un acceso FDMA, CDMA o híbridos, los cuales provocan ruidos de intermodulaciones. 4.4.

3. 4. 5. 6. 7. 8.

Distribución de las tendencias financieras y análisis. Introducción de nuevos productos y lugares geográficamente dispersos. Actualización de datos de mercado, noticias y catálogo de precios. Distribución de vídeo y programas de televisión. Distribución de música en tiendas y lugares públicos. Propaganda. 9 Enlace bidireccional:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 5.2.

Transferencias interactivas entre computadores. Videoconferencia de baja calidad. Transferencias bancarias. Distribución remota de procesos de voz y telemetría. Comunicación de voz. Servicios de emergencia. Noticias por satélite (Satellite News Gathering). Control y adquisición de datos (SCADA). Aplicaciones militares

Las redes VSAT han sido adoptadas por varias fuerzas militares en el mundo, debido a la flexibilidad inherente de su despliegue, que permite tener instalados enlaces de comunicaciones temporales entre unidades en el campo de batalla, VSAT’s y cuarteles generales cerca del Hub. Se usa la banda X, con canales de subida en el rango de 7.9 a 8.4 GHz, y bajada en la banda de 7.25 a 7.75 GHz

Ruido total del sistema

El ruido a la entrada del receptor es el resultado de la suma de las siguientes contribuciones: 1.

Ruido térmico e interferencias en el enlace ascendente.

2.

Ruido de intermodulación generado en la salida del transpondedor y transmitido al enlace descendente.

3.

Ruido térmico e interferencias en el enlace descendente.

[3, 4]

5.

Aplicaciones de las redes VSAT

Las aplicaciones de las redes VSAT se pueden dividir en dos grandes grupos, aplicaciones civiles y aplicaciones militares, según el ámbito de trabajo. 5.1.

Aplicaciones civiles

Como ya se ha visto las VSAT pueden ser de enlace unidireccional y bidireccional. Dependiendo del tipo de enlace que se establezca los servicios ofrecidos en la red cambian para satisfacer las necesidades existentes. 9 Enlace unidireccional: 1. 2.

Ofertas de mercado y otras noticias broadcasting. Educación a distancia.

Figura 16. Aplicación móvil de comunicación mediante VSAT

Es por ello que debido al alto grado de disponibilidad, utilización y ventajas en el campo de batalla, convierta a VSAT en una pieza clave de los cuerpos militares. Disponibilidad global terrestre, utilización satelital lo que provoca que no se tengan que desplegar medios en el campo de batalla y ventajas debido al reducido tamaño de las VSAT’s, que pueden ser transportadas con facilidad por los cuerpos militares. [2, 3, 4, 9]

6. 6.1.

Ventajas y desventajas de VSAT Ventajas

Las ventajas son numerosas en las redes VSAT, y su demanda por parte de la industria ha crecido rápidamente en los últimos 10 años. Estas ventajas se pueden englobar en tres grandes grupos: flexibilidad, fiabilidad y económicas, que serán expuestas a continuación.

9 Flexibilidad: 1.

Una red VSAT se puede adaptar a las necesidades de la compañía debido al alto grado de configuración de la red. Fácil gestión de la red.

2.

Los enlaces asimétricos se adaptan a la red, debido a que la parte del Hub transmite mucha información hacia los VSAT’s, mientras estos responden con poca información hacia el Hub.

3.

Los sistemas VSAT son fáciles de reconfigurar y ampliar. Debido a esto si se cambian los VSAT’s de lugar, mientras esté en la zona de cobertura del satélite, solo habrá que modificar la orientación de la antena.

4.

aplicaciones, tómese el caso de telefonía y videoconferencia. 2.

9 Privacidad 1.

El servicio es independiente de la distancia, ya que posee cobertura casi total e inmediata, con lo que se consigue una fácil y rápida implantación en lugares de difícil acceso.

Los sistemas VSAT se suelen diseñar para tener una disponibilidad de la red del 99.5% del tiempo y con una BER (parámetro fundamental que nos determina la calidad de la señal) de 10-7.

7.

2.

6.2.

Debido a que la mayor parte de la red es propiedad de la empresa no es necesario contratar con terceros el alquiler de algún elemento (salvo el segmento espacial que suele tener unos precios muy estables) logrando que el presupuesto dedicado a comunicaciones se pueda establecer con gran exactitud. Evita las restricciones de la red pública, los fallos producidos en ella, con lo que se consigue un aumento de la productividad, ya que puede responder más rápido y eficientemente a sus clientes.

Manejadores de fallos: detecten los posibles fallos en la red, tales como interferencias o pérdidas de señal,…

•

Procedimientos de restauración: para solucionar estos posibles fallos lo más rápido.

9 Recuperación del hub El caso más habitual es que el fallo se produzca en una sola de sus funciones, y por lo tanto sea capaz de seguir manteniendo la red, mientras este es solucionado. Aunque en el caso más desfavorable en el que el sistema falle por completo, por ejemplo que es destruido (utilización militar de VSAT). Para solucionar este caso el sistema deberá conmutar a otra estación terrena, es decir, utilizar un hub de repuesto.

Desventajas

9 Económicos Las inversiones iniciales son muy elevadas, siendo en algunos casos poco competitivas en relación con las redes terrestres. Una posible solución que se lleva a cabo es alquilar el Hub a una tercera compañía debido al alto desembolso que supone este terminal.

9 Recuperación de los VSAT’s El NMS del hub es el encargado de controlar que todas las estaciones VSAT’s funcionen correctamente. El caso más habitual es que el terminal no sea capaza de recibir señal alguna del hub. Este problema no va a afectar al funcionamiento global de la red, y puede solucionarse con un correcto apuntamiento de la antena. Puede darse el caso en el que debido al mal funcionamiento del terminal, este afecte a la red global, como por ejemplo que produzca interferencias. En este caso el NMS es el

9 Radioeléctricos 1.

•

Es muy importante que se disponga de estos mecanismos para solventar los posibles problemas ante cualquier fallo, y estén presentes en el hub, los terminales y el satélite, ya que así se tendría cubierta toda la red VSAT ante estos posibles fallos. Las recuperaciones de estos dispositivos se verán a continuación:

Podemos hacer una clasificación de las desventajas que presentan los sistemas VSAT atendiendo a problemas económicos, radioeléctricos y de privacidad.

1.

Recuperación ante posibles fallos

Todas las comunicaciones vía satélite son arriesgadas por naturaleza. Es importante que el sistema disponga de:

9 Económicas: 1.

El uso de un satélite geoestacionario como repetidor hace posible que cualquier usuario no autorizado pueda recibir un mensaje. Una posible solución a este problema es encriptar la información.

[3, 4, 10]

9 Fiabilidad: 1.

Toda la red depende del satélite y este es sensible a interferencias provenientes de la tierra y del espacio, sobre todo las radiaciones solares. Si el satélite no está disponible se cae toda la red, por lo que este es una pieza fundamental en los sistemas VSAT. Para solucionar esto, si el problema es sólo un transpondedor, se puede hacer un cambio de frecuencia y/o polarización. En caso de fallar todo el satélite, habría que reorientar las antenas hacia otro satélite.

Debido a que los sistemas VSAT introducen un retardo de propagación típico de 0.5 segundos (doble salto) puede resultar problemático para ciertas

9

encargado de hacer que ese terminal no pertenezca a la red, ya que el hub es el encargado de enviar de forma continua una señal a todos los VSAT’s. Y así si por cualquier motivo un terminal deja de recibir esa señal tiene que parar de transmitir inmediatamente. 9 Recuperación del satélite El caso más habitual es que el satélite se desvié ligeramente de su órbita, con lo que para solucionar este problema habría que restaurar el satélite a su órbita, y sería un proceso en el cual se vería implicado el proveedor del servicio satelital. Por otro lado el problema más extremo sería que el satélite fallase por completo, por lo que habría que apuntar todas las antenas hacia otro satélite facilitado por el proveedor.

8.

Futuro de las redes VSAT

Uno de los objetivos fundamentales de las redes VSAT para poder ampliar su mercado es conseguir unos precios competitivos con sus grandes rivales, los sistemas terrestres. También podrían competir con ellos ofreciendo servicios que los sistemas terrestres no pudieran ofrecer, servicios atractivos de cara a satisfacer necesidades que hoy por hoy no se puedan realizar por vía guiada terrestre. Una de las posibles soluciones, en cuanto a estaciones terrestres se refiere, para abaratar costes sería la disminución de la antena utilizada en las estaciones receptoras. Pero esto conlleva asociado una disminución de las prestaciones, ya que una disminución de la antena supone mayor riesgo a interferencias. La solución más probable nos llevaría al desarrollo electrónico de la estación terrestre. Con ello se conseguiría la progresiva sustitución de componentes analógicos por digitales, ya que estos últimos pueden procesar la señal digitalmente, y ofrecería mucha flexibilidad a la señal para ser tratada mediante software. Otro de los aspectos a tener en cuenta será el de la demanda de los usuarios; interconexión de LAN’s, servicios multimedia y móviles, que se expondrán a continuación; la utilización de satélites no geoestacionarios y satélites con procesador a abordo. 8.1.

Interconexión de LAN’s

Hoy por hoy el entorno tradicional de un host que se comunica con otra estación, se ha sustituido por LAN’s interconectadas entre sí. Por ello lo que se pretende en este caso es interconectar estas LAN’s mediante VSAT.

Uno de los obstáculos que se oponen a este fin es la lenta velocidad de los sistemas VSAT frente a las tecnologías terrestres de cableado. No obstante cabe decir que el tráfico que se genera entre LAN’s es mucho menor que el trafico que se genera en la propia LAN, por lo que el ancho de banda que se espera generar en los sistemas VSAT es menor de lo que se esperaba. Por otra parte los protocolos de transporte utilizados actualmente requieren un ancho de banda muy grande, algo que en VSAT es muy caro. Y también la implementación actual de TCP/IP no es el adecuado para la interconexión de LAN’s mediante este servicio. Es por esto que serían necesarias nuevas versiones de los protocolos de transporte y TCP/IP para llevar a cabo este tipo de interconexiones mediante VSAT. 8.2.

Servicios multimedia

Hoy en día la demanda de los usuarios de los servicios de telecomunicaciones es cada vez mayor, es por ello que los usuarios quieren disponer de una combinación de servicios que incluya texto, imágenes, audio y video en el PC, por lo que las redes VSAT separadas tendrían que unirse para dar servicios conjuntamente. Para ello los protocolos de enlace deben soportar simultáneamente dos tipos de tráfico: tráfico continuo (típico de voz y video) y tráfico a ráfagas (típico del intercambio de datos entre PC’s, ya que el procesado no es en tiempo real). 8.3.

Servicios móviles

Debido al pequeño tamaño de la antena podemos establecer un enlace VSAT en cualquier lugar proporcionando servicios de voz, datos y video de baja velocidad. Trabajando en la banda Ka con antenas de 30-40 cm de diámetro en aquellas regiones que el cable o la fibra todavía no han cubierto se pueden conseguir velocidades de hasta 2 Mb/s. 8.4.

Uso de satélites no geoestacionarios

VSAT fue diseñado en un principio para operar con satélites geoestacionarios, pero debido a los avances en el uso de satélites no geoestacionarios, como pueden ser los proyectos IRIDIUM de Motorola o GLOBALSTAR de Loral, ambos pensados para la red móvil, podrían ser estos utilizados para aplicaciones VSAT. 8.5.

Satélites con procesador a bordo

En los últimos años se maneja la posibilidad de utilizar satélites con un procesador de abordo, lo cual implicaría sustituir el Hub terrestre por este dispositivo situado en el satélite. Con ello se conseguiría reducir considerablemente los retrasos introducidos en el sistema VSAT, ya que se evitaría los caminos de bajada y subida del Hub. [2, 3, 4]

Figura 17. Ejemplo de interconexión LAN’s

9.

VSAT vs tecnologías cableadas

Los sistemas VSAT compiten con otras tecnologías existentes, como puede ser la red conmutada de paquetes o las redes fibra óptica. Estos sistemas VSAT son interesantes para realizar conexionados con lugares geográficamente de difícil acceso. Aquí es donde VSAT tiene su mayor ventaja, ya que, puede realizar enlaces (conexiones) muy rápidamente y sin tener que desplegar casi medios para tal fin. Sin embargo para las tecnologías cableadas se necesitaría desplegar muchos medios hasta llegar hasta a ese lugar, ya que se tiene que tener unidos mediante cable, fibra todos los nodos a los que se pretende dar conexión.

Servicio de red

Alta

Mes

Km (distancia)

VSAT

500$

200$

x

Circuito Alquilado

546,32€

581,68€

500

ADSL

90€

47 €+13€

x

Tabla 1. Comparativa de precios

[11, 12]

10. Conclusiones VSAT

Las redes VSAT son mucho más caras, inversión inicial y mantenimiento, en comparación con las tecnologías cableadas, lo que supone un gran acercamiento a estas últimas debido a su bajo coste, lo que implica una mayor demanda y por consiguiente una disminución paulatina de los precios. Pero para VSAT su mayor aliado es la rapidez de despliegue, la cobertura global, coste insensible a la distancia, redes fácilmente ampliables y una disminución de los costes a mayor numero de terminales (VSAT’s).

Los sistemas VSAT nos ofrecen la posibilidad de ofrecer variedad de servicios con cobertura casi total, es decir, que se puede acceder a casi cualquier región por difícil acceso que esta presente, ya que VSAT se basa en la comunicación vía satélite, pero depende del radio de cobertura del satélite. También VSAT se presenta como una alternativa de infraestructura en los países menos desarrollados, en los que supone un menor coste inicial en comparación a cablear toda la infraestructura del país.

Los sistemas VSAT son una muy buena opción en cuanto a calidad, eficacia, rapidez de despliegue y cobertura se refiere, ya que no depende de redes públicas y estas redes privadas son de uso exclusivo de las compañías que las contratan.

No cabe duda que la mayor ventaja de estos sistemas es la cobertura casi total y la disponibilidad, así como el uso de VSAT para redes privadas en las cuales se evita el uso de redes públicas, evitando la saturación de estas e intermediarios en la transmisión de datos, y también la completa configuración de la red en base a las exigencias de la empresa.

Especial interés tienen les redes VSAT en países, regiones donde la infraestructura de red no está bien desarrollada, ya que para montar una red cableada se requiere un gran despliegue y una gran inversión inicial. Debido a esto las VSAT se plantean como una alternativa muy buena debido a la rapidez y coste inicial, ya que el coste inicial es menor que una red que se tuviera que cablear por completo.

Esto supone un aprovechamiento de las ventajas del satélite por parte del usuario del servicio de telecomunicaciones a un bajo coste, un fácil acceso al mismo y una puesta en marcha muy rápida. Para el proveedor del servicio supone un despliegue muy arriesgado, ya que la puesta en órbita del satélite y el Hub supone una gran inversión inicial. Todo esto gracias a acciones como alquiler del Hub, satélite o costes de explotación mucho menores que las redes cableadas compensa tanto al proveedor como al usuario del servicio.

Las comunicaciones vía satélite pueden ofrecer servicios complementarios a las redes terrestres, especialmente en el caso de usuarios muy dispersos geográficamente, a lo que hay que añadir que la especial naturaleza de difusión de los satélites los convierte en la elección ideal para las transmisiones punto-multipunto. Una comparación en cuanto a precio sería la siguiente (datos actualizados de Telefónica on-line): 1.

VSAT: el precio sería por punto remoto, durante un periodo mínimo de conexión de un año. A esto hay que sumarle el cableado desde la central de la empresa al Hub alquilado, en caso de serlo, o desembolsar una cantidad muy grande por la compra del mismo. Un ejemplo es de 0 a 100km unos 1000$ Americanos.

2.

Circuito alquilado dedicado: modelo elegido es un circuito digital 200B. 60V.

3.

ADSL pública: modelo 10Mb + alquiler de línea.

11

11. Referencias [1] Proveedor de servicios de telecomunicaciones, VSAT http://www.hispasat.com/Detail.aspx?SectionsId=37&lang =es [2] Información general relacionada con los sistemas VSAT http://www.upv.es/satelite/trabajos/Grupo7_99.00/index.ht m [3] Información general relacionada con los sistemas VSAT http://www.com.uvigo.es/asignaturas/scvs/trabajos/curso02 03/vsat/ [4] Información general relacionada con los sistemas VSAT http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_4/vsat_hpg.htm [5] Tesis de las evoluciones de las tecnologías de acceso http://www.tdx.cesca.es/TESIS_URL/AVAILABLE/TDX1104104-101718//Tavb11de23.pdf [6] Información general relacionada con los sistemas VSAT http://www.unavarra.es/organiza/etsiit/cas/estudiantes/pfc/r edaccna/archivos%20descarga/doc-sat-a.pdf [7] Información general relacionada con los satélites http://www.fi.uba.ar/materias/6679/apuntes/Redes_Satelital es.pdf [8] Información general relacionada con los satélites http://www.it.uniovi.es/docencia/Telematica/srcm/material/ Tema7_SAT.pdf [9] Enlace a plataforma wiki de contenidos variados: http://es.wikipedia.org/wiki/Terminal_de_apertura_muy_pe que%C3%B1a [10] Proveedor de servicios de telecomunicaciones, VSAT http://www.euskalnet.net/apetxebari/nu_tecs/inter_sat.htm [11] Proveedor de servicios de telecomunicaciones, VSAT http://www.freedomsat.com.ar/faq.htm [12] Proveedor de servicios de telecomunicaciones, VSAT http://www.telefonica.com.ar/telefoniafija/pymes/datos/rpv s/vsatipinternet.asp