Redes VSAT (Terminal de Apertura Muy Pequeña)

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