1. Comunicaciones Satelitales (1)
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Comunicaciones Satelitales
Índice
2
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
3
¿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
26
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
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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
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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
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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.
• 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
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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.
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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
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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
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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
66
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
67
Plantas Desalinizadoras
Huertos Paneles Fotovoltaicos
Obra Civil
Distribución Eléctrica
68
Muchas gracias
69
Esta presentación es propiedad de Gas Natural Fenosa.
Tanto su contenido temático como diseño gráfico es
para uso exclusivo de su personal.
©Copyright Gas Natural SDG, S.A.