Comunicaciones Satelitales

Índice

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1. Concepto de trasmisión por satélite

2. Fundamentos de redes satelitales

3. Redes VSAT de GNF Telecom

4. Infraestructura satelital

5. Características del Sistema HN de Hughes

6. Servicios satelitales

7. Casos de Estudio

Conceptos de transmisión por satélite

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¿Qué son las comunicaciones por satélite?

• Similares a las comunicaciones por radio, pero con uno de los

elementos (satélite) en el espacio

-El satélite puede ser de cualquier tipo

-Velocidad de transmisión de la señal: 3·108m/s

• Las estaciones terrenas comparten la capacidad de

comunicación de la red (capacidad de comunicación de los

transpondedores del satélite)

• Dos tipos de comunicaciones

-Fijas (emisor y receptor fijos)

-Móviles (emisor y/o receptor móvil)

¿Por qué se usan? (I)

• Dificultad a la hora de proporcionar soluciones al problema de

la última milla

– Dar acceso a usuarios remotos

– Baja inversión

– Elevada movilidad de la solución

• Una señal de radio convencional tiene limitaciones

– No es posible tener visualización directa a largas

distancias

– Los diferentes repetidores introducen más puntos de fallo

• Posibles soluciones para la radio convencional

– Emisores o receptores móviles

• Baja frecuencia de portadora > Transmiten poca

información

– Instalar más repetidores

• Es imposible instalarlos en el mar

• Solución cara

– Cable submarino

• Caro

– Emplear satélite

• No requiere de repetidores y es económico

¿Por qué se usan? (II)

• En ocasiones, los enlaces satelitales no se presentan como

sustitutos de los enlaces terrestres, sino como un

complemento

– Sistema de backup de bajo coste

¿Por qué se usan? (II)

Órbitas geoestacionarias (I)

• Satélites geoestacionarios

– Giran junto con la tierra > Su posición con respecto a un punto

dado (antena) es siempre la misma

Se mueve en una órbita

fija, a la misma

velocidad y dirección

que la de la tierra

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Órbitas geoestacionarias (II)

36.000Km

36.000 x 2 = 72.000Km

72·106m / 3·108m/s = 0.24s

Propagación 250ms

Portadoras (I)

• El ancho de banda total se divide en portadoras

unidireccionales

• Las frecuencias de las señales de subida y bajada al satélite

son distintas

– Evitar interferencias

– Emplear la mínima potencia necesaria

Portadoras (II)

• OUTROUTE: Portadora por la

cual el hub transmite tráfico y

datos de supervisión a las

remotas.

• De gran capacidad

• INROUTES: Portadoras por

las cuales las remotas

transmiten tráfico y datos de

supervisión.

• Diferentes capacidades

según portadora

Fundamentos de redes satelitales

Modulación (I)

• Se emplea modulación PSK (modulación por desplazamiento

de fase)

– Cuanto mayor es el número de fases

• El BW efectivo de la señal es mayor

• Mejor debe ser la calidad de la señal enviada (es más

vulnerable a posibles errores)

• En el sistema de Hughes se emplean las siguientes

modulaciones

– 8PSK o QPSK para la portadora outroute

– QPSK para las portadoras inroute

Modulación (II)

• Funcionamiento de la modulación PSK

– QPSK

• Cada cambio de fase se corresponde con dos bits de

información

– 8PSK

• Cada cambio de fase se corresponde con tres bits de

información

FEC: Forward Error Correction

• Objetivo: Minimizar los errores de transmisión

– Se corrigen errores añadiendo bits de redundancia al

mensaje original

– Cuanto menor es la relación del FEC, menor es el BW

efectivo

• Ejemplos de FEC

– 1/2: Por cada 2 bits enviados, uno es de datos

– 2/3: Por cada 3 bits enviados, 2 son de datos

– 3/4: Por cada 4 bits enviados, 3 son de datos

Técnicas de acceso al medio

• En las redes satelitales, la capacidad del medio es

compartida

– Es necesario introducir mecanismos que regulen el

acceso al medio y lo coordinen

• Técnicas más empleadas

– FDMA: Frequency Division Multiple Access

– TDMA: Time Division Multiple Access

– CDMA: Code Division Multiple Access

FDMA (I)

• Acceso múltiple por división de frecuencia

• El acceso al satélite se hace a través de varias portadoras

– El BW total utilizado dependerá del nº de portadoras

– En el caso del sistema de Hughes, la remota transmitirá

en aquella portadora menos ocupada

• Dos variantes a esta técnica

– DAMA: Demand Assigned Multiple Access

– PAMA: Permanent Assigned Multiple Access

FDMA (II)

TDMA (I)

• Las estaciones comparten una única portadora, en el dominio

del tiempo

– División de la portadora en ranuras de tiempo (Time Slots)

• Las diferentes estaciones transmiten en la ranura que les

corresponde

• Modos de acceso

– Aleatorio > ALOHA ranurado

– Acceso con asignación fija

– Acceso con reserva de Time Slots

TDMA (II)

HUB Estación terrena central

Controla y gestiona la red

Estación terrena Conecta usuarios dispersos

TDMA (III)

• El Hub transmite en su propia portadora, multiplexando

estadísticamente los paquetes destinados a los terminales

VSAT mediante TDM

Red

terrestre

Configuración de redes en estrella

• Las estaciones terrenas sólo se comunican con el HUB

– Requiere de un doble salto para comunicar dos estaciones

terrestres entre sí

Estación1

Estación2 Estación3

Pérdidas en los enlaces

• Las pérdidas en los enlaces se deben, fundamentalmente, a

las siguientes causas:

– Espacio libre

– Apuntamiento

– Polarización

– Atmosféricas (gases)

– Atenuación por lluvia

Métodos de acceso al canal (I)

• En el Hub-DVB de Hughes existen dos métodos de acceso

al canal por parte de las remotas:

– Aloha

• División de la portadora inroute en intervalos de tiempo

para la transmisión de paquetes

• Se transmite en slots Aloha aleatoriamente. Colisión.

– Stream

• Reserva de recursos (slots) para que la remota

transmita todos sus datos. La remota transmite en

ráfagas sucesivas (no se libera el recurso) mientras no

termine y lo indique.

Redes VSAT de GNF Telecom

Redes VSAT de GNFT

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En el año 1992, GNFT comienza sus actividades en VSAT

instalando terminales satelitales configurados sobre plataformas

satelitales alquiladas en España y operando servicios para

necesidades internas del Grupo en Europa y LatAm.

…¿Como empezamos en el negocio VSAT?...

En el año 1996, tras comprobar lo adecuadas que eran las

comunicaciones satelitales para los servicios de telecontrol del

sector eléctrico, y de utilities en general, GNFT comenzó el

despliegue de sus propias redes VSAT.

El campo de las Aplicaciones en Tiempo Real es parte del core

business de GNFT, por nuestra gran experiencia en la adaptación

de los protocolos de comunicaciones en los servicios VSAT.

Redes VSAT de GNFT

27

El éxito de GNFT en este campo, se basa en el profundo

conocimiento de los requerimientos de las aplicaciones tanto en

el sector de utilities, el medioambiental, como en el de operadores e,

incluso, en el de clientes finales (por medio de distribuidores).

GNFT no vende servicios estandar. Nosotros adaptamos

soluciones específicas a los requisitos de nuestros clientes y, si no

existen, las creamos > Nosotros proveemos ”Soluciones a

medida”

Para lograr esto, operamos varias plataformas (ViaSat y Hughes)

sobre 2 satélites diferentes desde varios emplazamientos situados

cerca de Madrid y Panamá, y los conectamos por medio de fibra

óptica por vías redundantes. Todas nuestras plataformas se

integran en una misma red IP.

Redes VSAT de GNFT

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• Fabricante:

• Frecuencia:

• Emplazamiento:

• Satélites:

• Cobertura:

• Capacidad:

Sistemas e Instalaciones

Hughes, HN7700S

ViaSat, LinkStar

Hughes, ISBN PES5000

Ku-band

(2) Madrid, España

Ciudad de Panama, Panama

Hispasat y Satmex

Europa, África y América

~ 70 MHz

Infraestructura Satelital

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HUB o NOC (I)

• Estación central -> Nodo principal de la red

– Punto crítico

• Posee toda la inteligencia del sistema

– Gestión del ancho de banda

– Funcionalidades del sistema

– Asignación de prioridades al tráfico

– Ficheros y perfiles de configuración

– Conmutación en caso de fallo

• Todos los sistemas críticos de la red cuentan con

mecanismos de redundancia

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Hubs de GNF Telecom

ESP

PAN

COL

GUA

HISP 1D SATMEX 6

TXP TXP TXP

TDM

TDMA

TDM

Hub HNS MADRID

NaturalCOR Centro de control del sistema

NIC Hub VIASAT MADRID

Hub HNS PANAMÁ

Sistema HN de Hughes

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• Tecnología DVB-S2 de Hughes Network Systems

• Topología totalmente redundante

• Frecuencia de trabajo: Banda Ku

• Funciones de serie en el Hub: Fair Access Policy, Inroute

QoS

• Plataforma muy eficaz en el uso de ancho de banda Satelital

(DVB-S2, ACM, Frequency Hopping).

• Diffserv en las remotas

• Servidor DHCP

• Sistema escalable que permite la ampliación o disminución

del número de terminales en servicio.

• Terminales disponibles con interfaces 10/100BaseT y serie

(HN9200,HN 7000, HN 7700)

Sistema HN de Hughes (II)

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• DNS Caching y HTTP/HTTPS acceleration

• VLAN Tagging

• Direccionamiento flexible mediante el NAPT, NAT, DHCP

server y DHCP relay.

• Soporta los protocolos de enrutamiento RIPv2, ICMP, ARP,

BGP, VRRP, PBR, etc.

• Posibilidad de realizar priorización de tráfico de subida y

bajada basado en el tráfico IP a cursar (direcciones IPs,

rangos de puertos, tráfico UDP, etc)

34

Diagrama de Funcionamiento

Cobertura del Servicio

35

• Para brindar los servicios se

utiliza el satélite SATMEX 6.

• Cuenta con cobertura global

sobre América utilizando

antenas de 1.2 mts.

Descripción del equipo remoto

36

Los equipos satelitales que son instalados en los emplazamientos

del cliente son:

• Antena: La antena será generalmente una parábola marca

Prodelin y tendrá un diámetro de 1.2 mts.

• Unidad externa: La ODU son los equipos de radiofrecuencia

necesarios para la transmisión de señales. La potencia de

transmisión es de 2 W.

• Unidad interna: La IDU es la encargada de modular y demodular

las señales de entrada y salida, así como de procesar las señales

en banda base.

Descripción del equipo remoto (II)

HN7000S- HN9200

37

• Es un enrutador satelital de

banda ancha de alto

rendimiento, diseñado para

ofrecer acceso de alta

velocidad para aplicaciones

TCP/IP.

• Recibe y transmite tráfico

IP desde el (NOC) a través

de las outroute e inroutes.

• Es capaz de recibir una

outroute TDM y transmitir

una inroute TDMA. Soporta

Turbo Code.

• Un puerto Ethernet

Descripción del equipo remoto (III)

HN7700S

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• Es un enrutador satelital de banda ancha de alto

rendimiento, diseñado para ofrecer acceso de

alta velocidad para aplicaciones TCP/IP.

• Recibe y transmite tráfico IP desde el (NOC) a

través de las outroute e inroutes.

• Es capaz de recibir una outroute TDM y

transmitir una inroute TDMA. Soporta Turbo

Code.

• Dos (2) puertos Ethernet (pueden ser

configuradas como dos (2) subnets distintas).

• Un (1) módem interno (con conector de

teléfono) para soporte de copias de seguridad

por marcación automática en la Red Privada

Virtual (VADB).

• Un (1) puerto serial

Estación satelital remoto

39

Descripción del equipo remoto (IV)

Soporte y Mantenimiento

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•GNFT cuenta con personal altamente capacitado que

hace labores de ingeniería y apoyo a los diferentes

terminales que son declarados en la plataforma satelital.

• GNFT posee un equipo humano para soporte técnico

de las unidades instaladas que opera de forma remota

en jornadas de 24 x 7 x 365.

Visión general de una red satelital

HUB

SATÉLITE

TERMINALES

IDU

InDoor Unit

ODU

OutDoor Unit Terminal

de usuario

Portadora outroute

Red

terrestre

Portadora inroute

Características del Sistema HN de Hughes

42

43

•Empleada para controlar la velocidad de descarga máxima de

cada remota.

•Cada remota tiene un “Plan de servicio” asignado. Cada Plan

tiene un nivel específico de outroute speed.

•Dependiendo en cuán rápido y cúanto ha descargado la remota,

esta puede entrar en distintos niveles de FAP.

•Utilizada para evitar que un grupo de usuarios monopolice el uso

de la red.

•Basado en al algoritmo “Leaky Bucket”

Política de Acceso Justo - Fair Access Policy (FAP)

Protección frente a la degradación - Adaptive Code Modulation (ACM)

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• Posible únicamente con el sistema

DVB-S2

• Permite que la portadora outroute

se module dinámicamente con

diferente code rate y modulación

para cada remota, basándose en

su estado.

• En caso de disminución de la

disponibilidad, el code rate puede

pasar de 8PSK a QPSK y

modulación de 3/4 a 1/2

• El ancho de banda efectivo

disminuye para esa remota, pero

evita pérdida de servicio

Servicios Satelitales

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46

Servicios de Telecontrol/Telemedida (I)

•Los sistemas de Telecontrol y Telemedida permiten realizar

un monitoreo y control permanente de estaciones remotas.

• Este Servicio es indicado para tráfico transaccional, el

control de las plantas de procesos tecnológicos, el

funcionamiento óptimo de las instalaciones comunales para

el abastecimiento de agua, distribución de energía y el

control del tráfico.

47

Servicios de Telecontrol/Telemedida (II)

Implementado en aplicaciones asíncronas (DNP3 e

IEC-101) e IP(IEC-104).

Pueden ser de dos tipos:

•Conexión en un solo salto

El acceso hasta el SCADA se realiza por red terrestre

(en lugares donde tengamos cobertura de Fibra Óptica)

• Conexión en doble salto

El sistema SCADA se encuentra conectado a otra

remota (no hay red terrestre propiamente dicha).

Aspectos Técnicos

48

Servicios de Telecontrol/Telemedida (III)

Servicio asíncrono Salto Simple (Es posible prolongar

los circuitos X.25 y/o Asíncronos por red terrestre)

Esquema

49

Servicios de Telecontrol/ Telemedida (III)

Servicio asíncrono con Doble Salto

Esquema

50

Servicio asíncrono con Concertación de circuitos

Servicios de Telecontrol/ Telemedida (IV)

Esquema

51

Servicios Corporativo

•Los enlaces satelitales permiten implementar

soluciones de comunicación, cubriendo las

necesidades de conexión, disponibilidad y privacidad

de las redes corporativas.

•El servicio corporativo de GNFT está previsto para

prolongar la red LAN de los clientes a través del enlace

satelital.

•Este tipo de red es ideal para bancos, cajeros y

oficina remotas.

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Servicios Corporativos

• El cliente puede imponer el direccionamiento IP de las redes.

•Es posible asignar direcciones IP por DHCP.

•Se puede habilitar la comunicación entre remotas.

•Pueden ser de dos tipos:

• Conexión en un solo salto

• El acceso hasta la “oficina central” se realiza por red terrestre

(en lugares donde tengamos cobertura de FO)

• Conexión en doble salto

•La “oficina central” se conecta a la red a través de una

remota (no hay red terrestre propiamente dicha).

Aspectos Técnicos

Servicio Corporativo (II)

53

Esquema

Servicio Salto Simple ( Conexión terrestre a la oficina

central a través de la red de FO de GNFT)

Servicio Corporativo (III)

54

Servicio Doble Salto

Esquema

Servicio Multicast

55

• El servicio Multicast está previsto para ofrecer servicios

de multidifusión a un conjunto de remotas, dando la

posibilidad de utilizar aplicaciones especiales para

llegar a una mayor cantidad de usuarios (remotas) con

un uso mucho más eficiente de la red.

• Puede ser implementada para servicios que requieren

acceso a contenido multimedia (videoconferencias,

Educación a Distancia, etc.)

Servicio Multicast

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• El tráfico multicast (difusión de vídeo, actualizaciones

de software,…) se lanza desde un servidor central hacia

un conjunto de remotas.

• Se pueden establecer distintos flujos de tráfico

multicast. Las remotas pueden escuchar uno, varios o

todos estos flujos.

• Se puede proporcionar tráfico unicast (tráfico

corporativo, acceso a Internet,…) junto con el tráfico

multicast.

Aspectos Técnicos

Servicio Multicast (II)

57

Esquema

Diseño implementado para un proyecto de Educación a Distancia. El

servidor de Webconference está alojado en el Hub (salto simple) y cada

cierto tiempo se envía contenido de video vía satélite (salto doble)

Acceso a internet

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Empleado para ofrecer servicios de Internet en puntos remotos

donde no sea posible llegar con otra tecnología.

Los tipos ofrecidos para este este servicio son:

•Ancho de banda compartido

Es la manera tradicional de proporcionar el acceso a Internet en

que el ancho de banda es compartido por distintas remotas.

Actualmente se ofrecen concurrencias de 1:25 y 1:50.

•Ancho de banda dedicado

Ideal para distribuidores con un determinado número de remotas y

desee un ancho de banda garantizado en subida y bajada para ser

utilizado y repartido por todas sus remotas.

Acceso a Internet Compartido

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Servicio Concurrencia

Premium

Corporativo 1 2.048 512 1:25

Gold

Corporativo 2 1.024 512 1:25

Empresarial 1 2.048 512 1:50

Silver

Empresarial 2 1.024 512 1:50

Empresarial 3 1.024 256 1:50

Bronze

Empresarial 4 512 256 1:50

Empresarial 5 512 128 1:50

Velocidad hasta

(kbps) Down

Caso de estudio

60

Casos de Estudio Parques Eólicos

61

GNFT provee comunicaciones remotas a más de 1000 parques

eólicos situados en Europa, Norte de África, América y Asia,

proporcionando servicios directos a más de 20 clientes de este

sector.

Casos de Estudio

Parques Eólicos

62

Estos servicios requieren una red de

comunicaciones con unos requisitos

específicos: respuesta en tiempo

real, alta disponibilidad, capacidad

dimensionada según el protocolo de

comunicaciones y sus

funcionalidades, red dispersa y

puntos de comunicación situados en

lugares de dificil acceso. > GNFT

provee “soluciones a medida” para

todos sus clientes.

Casos de Estudio

Parques Eólicos

63

Nuestro papel en los proyectos de Parques Eólicos es proporcionar el

sistema de comunicaciones entre los diversos puntos de recolección de

datos y el Centro de Control del Cliente (en adelante “CCC”).

Para ello, establecemos una red de comunicaciones VSAT por medio de

nuestras plataformas ViaSat y Hughes. En cada parque se instala una

remota VSAT que se comunica con nuestro HUB, desde allí se transporta

todo el tráfico hasta el CCC donde los datos son almacenados y

procesados.

Las comunicaciones entre el HUB y el CCC se realizan por medio de

enlaces terrestres, si es posible mediante nuestra propia red de fibra

óptica. En ocasiones (remotas tipo 3) se establecen soluciones

redundantes de modo que, en caso de fallo del enlace terrestre, las

comunicaciones entre el HUB y el CCC se establezcan por satélite con un

doble salto.

Casos de Estudio SAIH

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Un SAIH (Sistema Automático de Información Hidrológica) es un sistema

de información en tiempo real, estructurado en función de las cuencas de

los principales ríos peninsulares para facilitar la toma de decisiones en la

gestión de los recursos hidráulicos y para la previsión de los caudales. Se

basa en una red de telemetría que registra diferentes variables hidráulicas

e hidrometeorológicas para operar en tiempo real.

En cada cuenca, el SAIH captura su información, la de sus ríos y demás

infraestructura hidráulica y datos meteorológicos básicos y los transmite al

correspondiente centro de decisiones, donde se gestionan y utlizan para

resolver problemas hidráulicos tanto en situación normal, como en

situaciones de emergencia (sequías e inundaciones).

Casos de Estudio SAIH

65

El sistema de comunicaciones es el elemento que facilita el flujo de

información entre los diferentes niveles del SAIH.

La red de comunicaciones que une las estaciones de control y telemetría

con el Centro de Proceso de Cuenta está basada en la plataforma satelital

Viasat de GNFT.

GNFT opera las comunicaciones

de 6 diferentes cuencas en

España, con más de 500

emplazamientos individuales,

cuyo cliente final es el Ministerio

de Medio Ambiente.

Casos de Estudio SAIH

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Nuestro papel en los proyectos de SAIHs es proveer las comunicaciones

desde los diversos puntos de recolección de datos de la cuenca. Para ello,

establecemos una red VSAT por medio de nuestra plataforma Viasat. Se

instala una remota VSAT en cada punto de recogida de datos (embalses,

pluviómetros, caudalímetros, …) que comunicacn con el HUB desde el que

se lleva todo el tráfico al CCC que almacena y procesa los datos recibidos.

La comunicación entre el HUB y el CCC se realiza por medio de enlaces

terrestres que, en ocasiones, se dotan de redundancia por doble salto a

través de satélite.

En los puntos remotos el cliente conecta al VSAT por medio de un switch

las máquinas locales que proveen los diferentes servicios:

• Control remoto

• Alarmas

• Voz

• Video

Casos de Estudio Otros Ejemplos

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Plantas Desalinizadoras

Huertos Paneles Fotovoltaicos

Obra Civil

Distribución Eléctrica

68

Muchas gracias

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Tanto su contenido temático como diseño gráfico es

para uso exclusivo de su personal.

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