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Enlaces Satelital
Componentes:
Estación Terrena transmisora
Transpondedor satelital [Satélite]
Estación terrena receptora
Espacio (atmósfera)
La estación terrena transmisora se caracteriza por el P.I.R.E (Potencia Isotrópica Radiada Efectiva). Esto de hecho está relacionado a la potencia del transmisor y la ganancia de la antena en la frecuencia de transmisión.
La estación terrena receptora se caracteriza por una figura de mérito (G/T) y la Frecuencia Intermedia (IF) de banda ancha.
Cada elemento en la cadena de recepción puede ser asignada a una temperatura de ruido, la cual es una medida de potencia de ruido contribuida por el elemento por unidad de ancho de banda. Esas contribuciones son combinadas para reflejar la potencia de ruido por la distribución de la ganancia a través de la cadena. En general, la temperatura de ruido del sistema es determinado primariamente por la antena, al amplificador de bajo ruido (LNA) y los componentes de acople de esos elementos. La suma de pequeñas pérdidas, tales como la atenuación en el cable, entre el LNA y la antena puede resultar en degradación significante de la figura de mérito G/T.
El transponder también juega un papel bien importante en un enlace satelital, éste se encuentra dentro del satélite y cuyas funciones básicas son las siguientes:
Amplificación de la señal
Aislamiento de canales adyacentes
Traslación de frecuencias
Por último, también el ambiente determina en gran medida el éxito o el fracaso de un enlace satelital y es aquí donde se generan las mayores pérdidas, ocasionadas por el largo trayecto de la señal propagada desde un satélite en el caso más extremo 36,000 kms de distancia.
Los principales factores que ocasionan la degradación de la señal se encuentran la lluvia, la nieve, la absorción atmosférica, las pérdidas por el espacio libre, entre otras.
Para medir o cuantificar un buen enlace satelital se debe tomar muy en cuenta la relación Portadora a ruido (C/N, Carrier to Noise) que se genera al hacer unos cálculos con los parámetros del enlace.
Primero se debe calcular la relación portadora a ruido del enlace de subida (C/Nup), después se deberá calcular la relación portadora a ruido pero ahora del enlace de bajada (C/Ndown). La relación portadora total del enlace se determinara por la siguiente ecuación:
Así por ejemplo si C/Nup = 10 dB y C/Ndown = 2 dB
Entonces C/Ntotal = (10)(2)/(10+2) = 1.66 dB
Donde C/Nup = PIREET+ G/TSAT- k - Pel -Pll -Papun - Patm -Ppol
PIREET = PIRE de la estación terrena transmisora (dB)
G/TSAT=figura de mérito de la antena del satélite (dB)
k = constante de Boltzman (228.6 dB)
Pel= pérdidas pro espacio libre
Pll = pérdidas por lluvia
Papun= pérdidas por apuntamiento
Patm = pérdidas atmosféricas
Ppol = pérdidas por polarización
Donde C/Ndown = PIRESAT + G/TETR - k - Pel - Pll - Pmisc
PIRESAT = PIRE en saturación del satélite (dB)
G/TETR= G/T de la estación terrena receptora (dB)
k = constante de Boltzman (228.6 dB)
Pel= pérdidas pro espacio libre
Pll = pérdidas por lluvia
Pmisc= pérdidas misceláneas
Principio de un enlace mediante satélite:
Colocando un satélite en órbita geoestacionaria, es decir sobre el ecuador, a una altitud de 36.000 km, Se puede realizar enlaces mediante ondas hertzianas para la telefonía, la televisión y por supuesto, las transmisiones de datos.
3 satélites son suficientes para hacer la vuelta al mundo.
Enlace telefónico punto a punto:
La imagen de arriba muestra como el barco hospital MV ANASTASIS tele carga el correo electrónico vía satélite a una estación terrestre situada en Líndale en Texas. Este enlace trabaja a 9600 Bits/s, entonces a baja velocidad.
Tiempo de propagación:
Comparación del tiempo de propagación entre Ginebra y Washington entre un enlace mediante fibra óptica y un enlace mediante satélite.
El tiempo medio de 240 [mS] constituye una molestia para la telefonía (eco) y para la transmisión de datos (Disminución de la velocidad al nivel del protocolo - Acknowledge)
Características de los enlaces vía satélite
Los enlaces por satélite tienen un promedio de RTT de alrededor de 520ms hasta el primer salto. TCP utiliza el mecanismo de comienzo lento al inicio de la conexión para encontrar los parámetros de TCP/IP apropiados para la misma. El tiempo perdido en la etapa de comienzo lento es proporcional al RTT, y para los enlaces por satélite significa que TCP se encuentra en el modo de comienzo lento por más tiempo de lo que debiera. Esto disminuye drásticamente el rendimiento de las conexiones TCP de corta duración. Esto puede verse cuando al descargar un sitio web pequeño sorprendentemente toma mucho tiempo, mientras que cuando se transfiere un archivo grande se obtienen velocidades de datos aceptables luego de un rato.
Además cuando se pierden paquetes, TCP entra en la fase de control de congestión y, debido al alto RTT permanece en esta fase por largo tiempo, reduciendo así el rendimiento de las conexiones TCP, sean de larga o corta duración.
La cantidad de datos en tránsito en un enlace en un momento dado es el producto del ancho de banda por el RTT. Debido a la gran latencia del enlace satelital, este producto es grande. TCP/IP le permite a los hosts remotos enviar cierta cantidad de datos previamente sin esperar la confirmación (acknowledgment). Normalmente en una conexión TCP/IP se requiere una confirmación (ACK) para cada transmisión. Sin embargo el host remoto siempre puede enviar cierta cantidad de datos sin confirmación, lo que es importante para lograr una buena tasa de transferencia en conexiones con productos anchos de banda-retardo de propagación elevados. Esta cantidad de datos es denominada tamaño de la ventana TCP. En las implementaciones TCP/IP modernas el tamaño de la ventana generalmente es de 64KB.
En las redes satelitales, el valor del producto ancho de banda-retardo es importante. Para utilizar el enlace en toda su capacidad, el tamaño de la ventana de la conexión debe ser igual al producto del ancho de banda/retardo. Si el tamaño de ventana máximo permitido es de 64KB, teóricamente el máximo rendimiento que se puede conseguir vía satélite es (tamaño de la ventana) / RTT, o 64KB / 520 ms. Esto da una tasa de transferencia de datos máxima de 123kB/s, correspondiente a 984 kbps, aunque la capacidad del enlace sea mucho mayor.
Cada encabezado de segmento TCP contiene un campo llamado ventana anunciada, que especifica cuantos bytes de datos adicionales está preparado para aceptar el receptor. La ventana anunciada es el tamaño actual de la memoria de almacenamiento intermedio del receptor. El emisor no está autorizado a enviar más bytes que la ventana anunciada. Para maximizar el rendimiento, las memorias de almacenamiento intermedio del emisor y el receptor deben ser al menos iguales al producto ancho de banda-retardo.
El tamaño de la memoria de almacenamiento intermedio en la mayoría de las implementaciones modernas de TCP/IP tiene un valor máximo de 64KB. Para soslayar el problema de versiones de TCP/IP que no exceden el tamaño de la ventana de 64KB, se puede utilizar una técnica conocida como suplantación de confirmación.
Los reflectores parabólicos (comúnmente llamados por error o por costumbre antenas) han sido el símbolo de las estaciones terrenas para comunicaciones por satélite.
Existen además de los reflectores paraboloides o Prime Focus [figura a] otros tipos de antenas muy ampliamente usados en campo de las comunicaciones, Tales como los reflectores Fuera de foco (off-set) (figura c), Casssegrain (figura b) y los platos tipos Gregorianos.
Tipos básicos de antenas: figura a) Paraboloide figura b) Cassegrain figura c) off-set (fuera de foco)
CARACTERÍSTICAS DE LA VARIACIÓN DEL RETARDO
Debido al alto valor de RTT, una vez que esta fase de control de la congestión ha comenzado, toma un largo rato para que el enlace satelital TCP/IP vuelva al nivel de rendimiento anterior. Por consiguiente, los errores en un enlace satelital tienen un efecto más serio en las prestaciones de TCP que sobre los enlaces de latencia baja. Para solucionar esta limitación, se han desarrollado mecanismos como la Confirmación Selectiva (SACK por su sigla en inglés). SACK especifica exactamente aquellos paquetes que se han recibido permitiendo que el emisor retransmita solamente aquellos segmentos que se perdieron debido a errores de enlace.
El artículo sobre detalles de implementación de TCP/IP en Windows 2000 afirma:
"Windows 2000 introduce soporte para una importante característica de desempeño conocida como Confirmación Selectiva (SACK). SACK es especialmente importante para conexiones que utilizan ventanas TCP de gran tamaño."
SACK ha sido una característica estándar desde hace algún tiempo en Linux y BSD. Asegúrese de que tanto su enrutador Internet como el ISP del sitio remoto soporten SACK.
Correctores de Error
Es opcional en esta capa, la encargada de realizar esta función es la capa de transporte, en una WAN es muy probable que la verificación, se realiza la capa de enlace
Para la Identificación de tramas puede usar distintas técnicas como:
• Contador de caracteres
• Caracteres de inicio y final con caracteres de relleno
• Secuencia de bits indicadora de inicio y final, con bits de relleno
El control de flujo es necesario para no 'agobiar' al receptor. Se realiza normalmente en la capa de transporte, también a veces en la capa de enlace. Utiliza mecanismos de retroalimentación. Suele ir unido a la corrección de errores y no debe limitar la eficiencia del canal.
Los métodos de control de errores son básicamente 2:
• FEC o corrección de errores por anticipado y no tiene control de flujo.
• ARQ: Posee control de flujo mediante parada y espera, o/y ventana deslizante.
Las posibles implementaciones son:
• Parada y espera simple: Emisor envía trama y espera una señal del receptor para enviar la siguiente o la que acaba de enviar en caso de error.
• Envío continuo y rechazo simple: Emisor envía continuamente tramas y el receptor las va validando. Si encuentra una errónea, elimina todas las posteriores y pide al emisor que envíe a partir de la trama errónea.
• Envío continuo y rechazo selectivo: transmisión continua salvo que sólo retransmite la trama defectuosa.
La detección de errores la realiza mediante diversos tipos de códigos del que hay que resaltar:
• CRC (control de redundancia cíclica)
• Simple paridad
• Paridad cruzada (Paridad horizontal y vertical)
• Suma de verificación
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