PPPrrroooiiieeeccctttuuulll HHHOOOTTTSSSAAATTT 222000000555

Tehnologii si arhitecturi pentru puncte de acces la satelit si servicii de date

Componenta principala a unui sistem de comunicatii prin satelit este o antena de satelit pozitionata pe o orbita stabila deasupra Pamantului. Intr-un sistem de comunicatii prin satelit doua sau mai multe statii aflate pe Pamant sau in imediata lui apropiere, comunica prin unul sau mai multi sateliti care servesc drept statii releu in spatiu. Sistemele de antene aflate pe Pamant sau in imediata lui apropiere sunt numite statii terestre (earth stations). Transmisia de la statia terestra la satelit se numeste legatura ascendenta (uplink), in timp ce transmisia de la satelit la statia terestra se numeste legatura descendenta (downlink). Echipamentul electronic al satelitului care preia un semnal de pe calea ascendenta si il converteste intr-un semnal transmis pe calea descendenta se numeste transponder.

Criterii de clasificare a sistemelor de comunicatii prin satelit

� Aria de acoperire: globala, regionala sau nationala. Cu cat aria de acoperire este mai mare cu atat sunt mai multi sateliti implicati intr-o singura retea.

� Tipul de serviciu: serviciu de comunicatii fixe (FSS – Fixed Service Satellite), serviciu de difuziune (BSS – Broadcast Service Satellite) si serviciu de comunicatii mobile (MSS – Mobile Service Satellite).

� Domeniu de utilizare: comercial, militar, amator, experimental. Diferente intre comunicatiile prin satelit si comunicatiile radio terestre

� Aria de acoperire a unui sistem de comunicatii prin satelit depaseste cu mult aria de acoperire a unui sistem terestru de comunicatii radio. In cazul unui satelit geostationar o singura antena este vizibila pentru o patrime din suprafata Pamantului.

� Conditiile de comunicare intre sateliti sunt mult mai putin variabile decat cele dintre sateliti si statiile terestre sau intre doua statii terestre.

� Costurile transmisiei sunt independente de distanta, in cadrul ariei de acoperire a satelitului.

� Aplicatiile punct-la-punct, broadcast si multicast sunt direct disponibile � Rate de transfer foarte mari la utilizator � Chiar daca legaturile de comunicatii prin satelit sufera intreruperi de scurta durata,

calitatea transmisiei este foarte ridicata � In cazul unui satelit geostationar exista o intarziere de propagare Pamant-Satelit-Pamant

de aproximativ 0,25s � O statie de transmisie terestra poate receptiona in multe cazuri propria transmisie

PPPrrroooiiieeeccctttuuulll HHHOOOTTTSSSAAATTT 222000000555

Sisteme de comunicatii prin satelit

Sistemele de comunicatii prin satelit pot fi unidirectionale (cele utilizate de difuzorii de

televiziune) sau bidirectionale. Sistemele bidirectionale se bazeaza pe standardul DVB-RCS pentru canalul de retur, permitand dimensiuni mai reduse ale antenelor parabolice (75 cm). Benzile de frecventa rezervate comunicatiilor prin satelit sunt urmatoarele:

� Banda Ku (12 - 18 GHz): utilizata pentru TV si radio (audio) difuziune (atat digitala cat si analogical) si pentru legaturi descendente IP.

� Banda Ka (27 - 40 GHz): aceasta banda este mai sensibila la aspectele meteorologice. Avantajul in aceasta banda este ca antenna poate fi mai mica pentru o capacitate de transfer data si reciproc (capacitatea de transfer este mai mare pentru o dimensiune data a antenei).

� Banda V (40 - 74 GHz): experimentala.

Banda Domeniul de frecventa Largimea de banda totala Aplicatii

L 1 – 2 GHz 1 GHz MSS (Mobile Satellite Service) S 2 – 4 GHz 2 GHz MSS, NASA, cercetare spatiu indepartat C 4 – 8 GHz 4 GHz FSS (Fixed Satellite Service) X 8 – 12.5 GHz 4.5 GHz FSS militar, explorare terestra, sateliti meteo Ku 12.5 – 18 GHz 5.5 GHz FSS, BSS (Broadcast Satellite Service) K 18 – 26.5 GHz 8.5 GHz BSS, FSS Ka 26.5 – 40 GHz 13.5 GHz FSS

Tabel 1: Benzi de frecvente alocate comunicatiilor prin satelit

Tehnologii noi cum ar fi sistemele multi-radiatie (multi-beams) permit folosirea unor

spoturi de apertura foarte mica (in jur de 1°), ceea ce duce la multiplicarea de zece ori a capacitatii de transfer totale.

Accesul la comunicatii prin legaturi la satelit este foarte potrivit pentru zonele rurale. Totusi dezavantajele majore sunt costurile (mai ales pentru sistemele bidirectionale) si intarzierile de aproximativ 600 ms (dus-intors).

Arhitectura unei retele de comunicatii de banda larga prin satelit

O retea de comunicatii prin satelit are la baza grupuri de sateliti (clusters) al caror numar depinde de tipul de orbita (geostationara sau non-geosincrona), de un anumit numar de Land Earth Stations (LES), care depinde de parametrii constelatiei, si de legaturile inter-satelit (Inter-Satellite Links - ISLs), esentiale pentru semnalizari intre statii in cazul in care nu exista infrastructura terestra.

De exemplu, majoritatea sistemelor GEO (Geosynchronous Orbit) necesita interceonectatea cu statii de la sol prin leagturi terestre doar pentru a gestiona traficul intre regiuni diferite de pe glob, in timp ce in majoritatea constelatiilor non-GEO legaturile inter-satelit (ISL) sunt esentiale pentru reducerea numarului de LES.

PPPrrroooiiieeeccctttuuulll HHHOOOTTTSSSAAATTT 222000000555

Alte componente prezente intr-un sistem tipic de comunicatii de banda larga prin satelit, sunt:

� Terminalele utilizator (UT): intr-o retea de comunicatii prin satelit exista de obicei un set de diverse tipuri de terminale, cu o varietate de optiuni si capacitati de transmisie. Incepand de la rate minime de transfer de 16 kbps sau chiar mai mici, aceste terminale pot oferi rate maxime de 144 sau 384 kbps, chiar 2048 kbps sau mai mult pentru terminale fixe cu antene mai mari.

Terminalele utilizator suporta urmatoarele protocoalele : interfata ATM utilizator-retea (User Network Interface ATM-UNI), Frame Relay UNI (FR-UNI), Narrowband Integrated Services Digital Network (N-ISDN), Basic Rate Interface (BRI), NISDN Primary Rate Interfaces (PRI), Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP).

Terminalele sunt conectate la unitatea de adaptare (Satellite Adaptation Unit - SAU) prin una dintre interfetele standard.

� Unitatea de adaptare (Satellite Adaptation Unit - SAU): raspunde de asigurarea accesului la reteaua de comunicatii prin satelit prin realizarea tuturor adaptarilor necesare la nivel de protocol intre terminal si platforma de comunicatii prin satelit. Aceasta unitate include toate functiile stratului fizic cum ar fi codarea canalului, modulare/demodulare, partea de radio frecventa si antena.

� Payload (P/L): in cazul regenerarii semnalului unitatile de procesare de la bordul satelitului realizeaza operatiile de multiplexare/demultiplexare, codare/decodare si comutatie tip ATM utilizand o configuratie multispot. Comutatorul de la bordul satelitului include doar o parte din functiile pe care le efectueaza un comutator ATM de la sol.

� Statiile gateway (Gateway stations - GTW): acestea sunt LES-urile interconectate cu retelele externe cum ar fi B-ISDN, Frame Relay, N-ISDN, PSTN si Internet, prin unitatile de interconectare adecvate. In cazul sistemelor GEO sunt necesare mai multe statii gateway in zonele geografice unde cererea de trafic este mare; in cazul sistemelor non-GEO numarul si amplasarea statiilor gateway depinde de caracteristici de proiectare suplimentare cum ar fi: proiectul constelatiei, utilizarea sau nu a legaturilor inter-satelit (ISL) si constrangerile legate de intarzierile globale.

� Statia de control al retelei (Network Control Station - NCS): o entitate centrala utilizata in sistemele GEO care asigura controlul global al resurselor retelei si al operatiilor cum ar fi alocarea resurselor radio statiilor LES si GTW, gestionarea apelurilor si functii de gestionare a mobilitatii, autentificare, inregistrare si tarifare. Operatiile sunt in general executate distribuit utilizand mai mult decat o statie de la sol.

In ceea ce priveste stiva de protocoale se pot imagina doua scenarii principale: Primul utilizeaza incapsularea la nivel de protocol, aceasta fiind o abordare simpla dat

fiind ca platforma de protocoale pentru comunicatii prin satelit este proiectata pentru a suporta in mod transparent diferite standarde pentru terminalul utilizator (de exemplu ATM sau TCP/IP) printr-o interfata specifica pentru comunicatiile prin satelit. Aceasta abordare permite utilizarea unei multitudini de tipuri de terminale, cu o varietate de standarde, dar poate deveni ineficienta din cauza incarcarii suplimentare la nivel de pachet. Totodata, utilizarea de componente standard reprezinta o abordare simpla si ar trebui sa reduca timpul de pregatire pentru lansarea pe piata a sistemului ca intreg.

Standardul DVB-S (Digital Video Broadcasting-Satellite) poate fi considerat ca prim exemplu in acest grup. De fapt, permitand atat incapsulare ATM cat si IP pe stream de transport MPEG-2, standardul DVB-S poate fi utilizat pe legatura directa pentru transportul de date catre terminalele utilizator in timp ce prin legatura PSTN (Pubic Switched Telephone Network) se obtine aspectul interactiv.

Standardul DVB-RCS (DVB Return Channel System via Satellite) specifica un terminal de comunicatii prin satelit (uneori cunoscut sub numele de terminal interactiv de comunicatii

PPPrrroooiiieeeccctttuuulll HHHOOOTTTSSSAAATTT 222000000555

prin satelit - Satellite Interactive Terminal - SIT) sau un terminal RCST (Return Channel Satellite Terminal) care suporta o legatura bidirectionala DVB de comunicatii prin satelit. In cazul abordarii DVB-RCS terminalul utilizator receptioneaza un stream standard DVB-S de la satelit. Totodata, standardul DVB-RCS asigura posibilitatea de transmisie de la statia utilizator la satelit prin intermediul aceleasi antene.

Pentru partajarea capacitatii de transmisie disponibile, de catre diferiti utilizatori, a fost adoptata schema de acces multiplu MF-TDMA (Multi-Frequency Time Division Multiple Access). Canalul de retur este codat convolutional FEC la rata ½ si Reed Solomon. Standardul DVB-RCS este proiectat pentru a fi independent de banda sau benzile de frecventa – nu specifica ce banda sau benzi sa fie utilizate – permitand astfel construirea unei largi varietati de sisteme. La ora actuala se tinde spre folosirea benzii Ka pentru legatura ascendenta. Standardul DVB-RCS include de asemenea un numar de mecanisme de securitate.

A doua abordare din perspectiva stivei de protocoale este bazata pe pe o solutie integrata

cu stiva de protocoale ATM. In acest caz, exista un strat S-ATM, in locul stratului standard ATM, care introduce modificarile necesare pentru abordarea si solutionarea aspectelor specifice ale segmentului spatial, in antetul celulei cat si in functiile sale. Sub stratul S-ATM se afla stratul MAC (Medium Access Control) care poate avea la baza MF-TDMA sau CDMA (Code Division Multiple Access), un protocol DAMA (Demand Assignment Multiple Access) si stratul fizic radio. Retele eterogene Satelit - Wi-Fi / WiMAX

Utilizarea satelitilor reprezinta adesea cea mai buna cale de a furniza servicii de

comunicatii pentru comunitatile izolate si in zonele cu o slaba infrastructura de telecomunicatii, de exemplu in zone afectate de dezastre si in unele zone din tari in curs de dezvoltare. Din pacate terminalele interactive de comunicatii prin satelit sunt relativ scumpe. Totusi, prin utilizarea unei retele WiMAX (802.16) sau Wi-Fi (802.11a, b, g, sau n, etc.) pentru distributie locala si agregarea traficului, costurile terminalului pentru comunicatii prin satelit pot fi suportate de un grup de utilizatori. In figura 1 este prezentat un exemplu de astfel de retea eterogena:

Fig. 1: Retea eterogena Satelit – WiFi / WiMAX

Internet

WLAN/WiMAX

Gateway

ST

NCC

OperatorNetwork

Satellite

InternetInternet

WLAN/WiMAXWLAN/WiMAX

Gateway

ST

NCC

OperatorNetwork

SatelliteSatellite

PPPrrroooiiieeeccctttuuulll HHHOOOTTTSSSAAATTT 222000000555

De asemenea, atunci cand mai multi utilizatori folosesc acelasi terminal de comunicatii prin satelit, costurile pot fi eficientizate prin echiparea terminalului cu un sistem de stocare temporara (caching). Acesta va reduce utilizarea legaturii la satelit si astfel vor scadea costurile pentru fiecare utilizator.

Un alt avantaj al unei astfel de retele eterogene este faptul ca reteaua Wi-Fi / WiMAX poate fi utilizata pentru trafic local.

In cazurile in care nu sunt probleme legate de eventuale interferente, reteaua WiMAX poate utiliza benzile nelicentiate, eliminandu-se astfel costurile de achizitionare/inchiriere a unei licente.

Ca exemplu de implementare amintim faptul ca in Spania o retea eterogena Satelit - WiMAX face posibil accesul de banda larga in sate izolate (rasfirate).

Sistemele bidirectionale de comunicatii prin satelit au in general costuri ridicate, in principal din urmatoarele cauze:

- constrangeri legate de transmisia pe calea ascendenta (upstream) - costul transponderului - costul terminalului utilizator

O retea eterogena Satelit - WLAN este o alternativa promitatoare din urmatoarele motive:

- tehnologia WLAN este populara si necostisitoare - echipamentul bidirectional de comunicatii este partajat de mai multi utilizatori

Exista si o serie de aspecte critice cum ar fi:

- estimarea cerintelor legate de spectru in Europa - spectrul minim necesar: 1.7GHz, presupunand 5 sloturi orbitale si o eficienta

reutilizare prin polarizare

Urban center

(wired)

BFWA

WLAN

Satellite

Wired coverage

limit

Collective wireless

coverage zone

Fixed and

Nomadic users

DTT

WLAN

Fig. 2: Exemplu de acoperire globala wireless

PPPrrroooiiieeeccctttuuulll HHHOOOTTTSSSAAATTT 222000000555

- spectrul minim necesar ar putea creste pana la 3.4GHz, ceea ce ar necesita dezvoltarea unor tehnici eficiente din punct de vedere al utilizarii spectrului

- benzile de frecventa: - in jur de 500MHz in banda de 18 / 30GHz si 500MHz in banda de 40GHz

- caracteristice tehnico-operationale: - interconectarea uniforma cu retelele terestre este foarte importanta.

7

Arhitectura de baza a unei retele radio eterogene Satelit – Comunicatii Terestre

Gateway Satelit

Legatura de retur

IP

RTC / RDSI / GSM

INTERNET

Service

Centre

Antena de monitorizare

Cliente Corporativo

Lan

Multiplexer DVB Incapsulare IP-DVB

40 Mbps

LAN

Acces Individual

LanIP Gateway

LanIP Gateway

Intreprindere/ Centru de afaceri

LanIP Gateway

LanIP Gateway

Universitate/ Centru de

invatamant

LanIP Gateway

LanIP Gateway

Administratie locala

LanIP Gateway

LanIP Gateway

Centru de sanatate

Acces Colectiv

8

Servicii

Serviciile de Internet de mare viteza prin satelit (High Speed Internet via Satellite - HSIS) sunt cuprinse cu prioritate in strategiile de dezvoltare nationala si regionala. Ca exemple pot fi mentionate urmatoarele initiative de pe glob: Corea de Sud, investitii de miliarde de euro pentru acces de banda larga; Germania: initiativa D21; Marea Britanie: initiativa Edubroadband; Franta: dobanzi preferentiale la imprumuturile pentru dezvoltarea infrastructurii; Danemarca: Home PC; Spania: Internet Rural si Internet in scoli (Red.es) si conexiunea de banda larga Telecom Castilla-La Mancha; Suedia: initiativa acces de banda larga la nivel national; Canada: program pilot pentru comunitati rurale, eJapan; eEurope 2005, etc.

In toate aceste cazuri modelul se bazeaza pe parteneriatul public-privat. Figura 4 prezinta estimari de milioane de locatii conectate la comunicatii de banda larga prin satelit.

Fig. 4: Estimari ale cererii de servicii prin satelit din partea intreprinderilor (2000 – 2006)

Categorii de servicii

Serviciile de Internet de mare viteza prin satelit (HSIS), ca de altfel toate celelalte tehnologii

de banda larga, vor oferi un numar de servicii care implica diferite nivele de intarziere, variatie a intarzierilor si pierderilor, toate incercand sa ofere o calitate adecvataa serviciilor. Aplicatiile care vor fi oferite cel mai probabil prin sistemele HSIS se incadreaza in urmatoarele categorii:

� Servicii in timp real sau conversationale cum ar fi transmisiile de voce si video in direct � Servicii legate de streaming (cu stocare temporara) si navigare web � Traffic Internet legat de email si servicii web, etc.

Serviciile de comunicatii tipice pentru utilizatori rezidentiali au la baza o rata maxima de

transfer de 256 Kbps. Din punct de vedere al calitatii, rata de transfer garantata utilizatorilor rezidentiali este de 32kbps.

Un transponder clasic, 33 MHz, poate deservi intre 6000 si 12000 de utilizatori de banda

larga (Profil 1), daca acestia se afla in aria de acoperire a satelitului respectiv. Un transponder clasic, 33 MHz, poate deservi intre 3000 si 6000 de utilizatori de banda larga

(Profil 3), daca acestia se afla in aria de acoperire a satelitului respectiv.

Enterprise Broadband Satellite Demand (2000-2006)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Year

Mil

lio

ns

(S

ite

s) Africa/Middle East

Latin America

Asia-Pacif ic

Europe

North America

9

Oferta de servicii Profil 1 Profil 2 Profil 3 Profil 4

Directa 256 512 1024 2048 Rata de transfer

maxima [Kbps] Retur 64 128 256 512 Rata de transfer tipica pe caile

directa si de retur

60 % 60 % 60 % 60 %

Directa 64 64 128 256 Rata minima

garantata [Kbps] Retur 32 32 64 128

Tabel 2: Oferta de servicii comerciale de comunicatii prin satelit

Intr-o tara precum Spania numarul de utilizatori de servicii de comunicatii de banda larga prin satelit (5% din totalul utilizatorilor de servicii de banda larga) este estimat la 252000 de locuinte.

Presupunand ca aceste cifre ar fi valabile pentru intreaga Uniune Europeana, (in mai 2004 – 25 de tari) unde numarul de locuinte este de 157 de milioane, numarul estimat de locuite care vor solicita acces la Internet prin satelit este de aproximativ 3,14 milioane. Alte estimari facute de analisti independenti indica o cerere de 4,5 milioane pana in 2006. In concluzie, pentru a raspunde cererii nesatisfacute de acces la servicii de banda larga, Europa va avea nevoie de intre 523 si 1046 transpondere (banda echivalenta de 33 MHz) pentru utilizatori rezidentiali.

Benzi de frecvente alocate pentru servicii de Internet de mare viteza (High Speed Internet

Services - HSIS)

Pe baza studiilor efectuate de ITU (International Telecommunications Union) s-a

convenit sa se evite partajarea spectrului, aceasta implicand o povara suplimentara pentru utilizatori care trebuie sa acopere si costurile pentru masuri extra-operationale si terminale mai scumpe. De aceea, atunci cand tinta sunt terminalele cu cost redus, benzile de frecventa in care vor opera sistemele de comunicatii prin satelit nu trebuie folosite si de alte servicii, evitandu-se astfel interferentele.

ITU a identificat urmatoarele benzi pentru HDFSS (High Density Fixed Satellite

Service): Calea descendenta (Downlink): (Spatiu-Pamant) 17,3-17,7 GHz in Regiunea 1, 18,3-19,3 GHz in Regiunea 2, 19,7-20,2 GHz in toate regiunile

39,5-40 GHz in Regiunea 1, 40-40,5 GHz in toate regiunile

40,5-42 GHz in Regiunea 2, 47,5-47,9 GHz in Regiunea 1, 48,2-48,54 GHz in Regiunea 1, 49,44-50,2 GHz in Regiunea 1, Calea ascendenta (Uplink): (Spatiu-Pamant) 27,5-27,82 GHz in Regiunea 1, 28,35-28,45 GHz in Regiunea 2, 28,45-28,94 GHz in toate regiunile

10

28,94-29,1 GHz in regiunile 2 si 3, 29,25-29,46 GHz in Regiunea 2, 29,46-30 GHz in toate regiunile

48,2-50,2 GHz in Regiunea 2 Alte benzi de frecventa utilizate de sisteme de comunicatii prin satelit: 10.7 – 10.9 GHz in toate regiunile, banda partajata 10.9 – 11.2 GHz in toate regiunile, banda partajata 10.2 – 11.45 GHz in toate regiunile, banda partajata 11.45 – 11.7 GHz in toate regiunile, banda partajata 11.7 – 12.5 GHz in cele trei regiuni

12.5 – 12.75 GHz in cele trei regiuni

12.75 – 13.25 GHz in cele trei regiuni 13.75 – 14.0 GHz in cele trei regiuni

14.0 – 14.25 GHz in cele trei regiuni

14.25 – 14.5 GHz in toate regiunile, banda partajata.

Benzile identificate mai sus ofera in jur de 500 MHz in banda de 18/30 GHz si in jur de 500 MHz in banda de 40 GHz. Banda de 40 GHz este foarte importanta pentru sistemele de comunicatii prin satelit de generatie viitoare. Totusi spectrul disponibil in prezent este limitat, fiind partajat cu alte servicii, ceea ce impune constrangeri semnificative in dezvoltarea unei retele de comunicatii omniprezente.

Caracteristici tehnice si operationale ale terminalelor utilizator

Cererea de acces la legaturi prin satelit pentru trafic IP este in continua crestere. Tot mai

multe intreprinderi utilizeaza sistemele de comunicatii prin satelit pentru a furniza acces Internet furnizorilor de servicii Internet (ISP - Internet service provider).

Figura de mai jos ofera o privire de ansamblu asupra scenariilor in care pot fi furnizate serviciile de tip HSIS (High Speed Internet Services). Reteaua se adreseaza atat locuintelor individuale cat si celor collective si interconectarii cu alte retele de telecomunicatii. Interconectarea uniforma cu retelele terestre este cruciala pentru succesul serviciilor HSIS.

Se poate considera ca exista trei arhitecturi de retea principale pe care se bazeaza furnizarea

de servicii punct-la-punct, multicast si broadcast, si anume: - Reteaua de acces - Reteaua de distributie marginala - Nucleul retelei

O retea HSIS trebuie sa suporte toate cele trei scenarii.

11

Fig. 5: Descriere generala a unor scenarii HSIS

Arhitectura unui sistem HSIS

Sistemele HSIS sunt compuse dintr-un segment spatial, unul sau mai multi sateliti, si

dintr-un segment terestru compus dintru centru de control al retelei (Network Control Centre - NCC), statii gateway si terminale individuale de conectare la satelit (Satellite Terminals - ST) Figura 6.

End User End User

Internet

End User

LAN

Gateway

ST

NCC

OperatorNetwork

End User

End User

Satellite

Fig. 6: Arhitectura generala a unui sistem HSIS

Sistemul HSIS ar oferi un serviciu IP general care trebuie sa evolueze odata cu Internetul,

de exemplu: conectivitate punct-la-punct, acces Internet, content distribution si streaming multimedia in timp real.

Pentru definirea carateristicilor si arhitecturii retelei din punct de vedere al transmisiei de

date IP prin mai multe retele, trebuie specificate urmatoarele aspecte:

E x a m p le s o f H S I S o v e ra l l a r c h i te c tu re

L M D S,A D SL

L M D S,A D SL

C o n t e n t

Po P

C o r e N e t w o r kC o r e N e t w o r k

Po i n t t o p o i n t + M u l ti ca st Po i n t to p o in te .g . I SP li n k sb e t w e e n co n t in e n t s

M u l ti c a st

C o r e N e tw o r k( Tr u n k In t e r c o n n e c t)

C o n te n t D is tr i b u t i o nt o th e E d g e

A c ce ss N e tw o r k(En d U s e r < - > E d g e )

L M D S,A D SL

L M D S,A D SL

C o n t e n t

Po P

C o r e N e t w o r kC o r e N e t w o r k

Po i n t t o p o i n t + M u l ti ca st Po i n t to p o in te .g . I SP li n k sb e t w e e n co n t in e n t s

M u l ti c a st

C o r e N e tw o r k( Tr u n k In t e r c o n n e c t)

C o n te n t D is tr i b u t i o nt o th e E d g e

A c ce ss N e tw o r k(En d U s e r < - > E d g e )

Exemplificarea arhitecturii generale HSIS

12

- transportul semnalelor structurate conform protocolului IP - performanta si disponibilitate - calitatea serviciilor - rutare si adresare - multicast si broadcast - securitate - proxi-uri pentru imbunatatirea performantelor

Retele VSAT (Very Small Aperture Terminals Network)

Institutul European de Standardizare in Telecomunicatii (The European

Telecommunication Standards Institute - ETSI) furnizeaza specificatii pentru standardizarea caracteristicilor retelelor VSAT operand ca parte a unei retele de comunicatii prin satelit (in configuratie stea, mesh sau punct-la-punct).

Aceste retele VSAT au urmatoarele caracteristici: Opereaza in una sau mai multe benzi de frecventa in zona exclusiva a urmatoarelor benzi

alocate serviciilor fixe de comunicatii prin satelit (FSS): - 14.00 GHz pana la 14.25 GHz (Pamant-Spatiu) - 12.50 GHz pana la 12.75 GHz (Spatiu-Pamant)

sau in zonele partajate ale urmatoarelor benzi alocate FSS: - 14.25 GHz pana la 14.50 GHz (Pamant-Spatiu) - 10.70 GHz pana la 11.70 GHz (Spatiu-Pamant). Totodata, aceste retele opereaza cu sateliti geostationari si terminalele sunt prevazute

pentru operare neasistata, avand diametrul antenei de pana la 3,8m. Retelele VSAT sunt destinate transportului de date si voce. Ele au un pret relativ scazut si pot acoperi o arie geografica larga. Un avantaj major al retelelor VSAT fata de retelele terestre este acela ca ofera posibilitatea stabilirii conexiunilor de tip punct-multipunct, precum si o gama larga de rate de transfer: 9,6Kbps; 1,544 Mbps (T1). Reteaua este coordonata de o statie de sol numita hub. Arhitectura este in general de tip stea si ofera o mare flexibilitate prin conexiuni single-hop cat si double-hop. În cazul unei conexiuni single hop datele sunt transferate între hub si un terminal VSAT. Conexiunea tip double-hop permite transferul de date între doua terminale VSAT prin intermediul hub-ului. Conexiuni directe între terminale VSAT sunt posibile daca puterea receptionata de catre satelit este suficienta si totodata daca satelitul are putere suficienta sa retransmita semnalul. Sistemul este economic deoarece statiile VSAT au antene de diametre mici (sub 2,5m) si putere de emisie deasemenea mica. De aceea conexiunile directe între statii sunt imposibile. Hub-ul este dotat cu o antena mare, capabila sa receptioneze semnalele de putere redusa ale unui VSAT, retransmise de satelit. Hub-ul transmite sau retransmite date cu putere mare astfel încât acestea pot fi receptionate cu ajutorul antenelor mici ale terminalelor VSAT. Hub-ul serveste deasemenea la rularea traficului si asigura comutarea în retea. În concluzie hub-ul îndeplineste functii de procesare si comutare ce nu sunt disponibile la un satelit, care în general este un repetor clasic. Retele VSAT operationale in benzile de 4 – 6 GHz intampina probleme serioase în ceea ce priveste interferenta cu satelitii învecinati si retelele terestre de microunde care folosesc aceeasi gama de frecvente. Acest fapt a impus folosirea tehnicilor de transmisie cu spectru împrastiat, capacitatea de transmisie a satelitului fiind utilizata mai putin eficient.

13

Interferentele sunt mai reduse in benzile de 12 –14 GHz, aici în schimb legaturile sunt afectate de fenomenele atmosferice, in special de ploaie (depolarizare, atenuare). În modul double-hop un terminal VSAT acceseaza alt terminal prin intermediul hub-ului. Toate semnalele sunt receptionate de hub care actioneaza ca un procesor, el efectuînd decodarea, demultiplexarea, regenerarea, multiplexarea, codarea, emiterea tuturor datelor vehiculate în retea. Modulatiile tipice folosite în acest gen de retea sunt BPSK si QPSK. Modalitatile de acces multiplu sunt cele cunoscute: TDMA, FDMA, CDMA, DAMA, în functie de particularitatile retelei. Retele MSAT (Mobile Satellite)

La ora actuala comunicatiile celulare deservesc în general zonele urbane, unde sunt

amplasate si majoritatea statiilor. Sistemele MSAT se dovedesc utile in furnizarea de servicii de comunicatii mobile în cazul vehiculelor, în zone rurale sau unde densitatea de populatie este mica. Ele sunt eficiente si dinpunct de vedere economic, aria de acoperire fiind foarte larga. În SUA sunt alocate frecvente în domeniul 1,5-1,6GHz, banda L, si 12/14GHz, banda K. În retelele VSAT, unde antenele folosite aveau câstig si directivitate mare, comunicatia avea loc numaipe calea de vizibilitate directa, efectul semnalelor reflectate fiind practic inexistent. Echipamentele mobile din retelele MSAT însa, folosesc antene omnidirectionale cu câstig mic 3-6dB sau 10-14dB pentru cele directionale. Aceste antene receptioneaza atât semnalele directe de la satelit cât si semnalele reflectate de sol, cladiri si alte obiecte din vecinatatea antenei. Sistemele MSAT trebuie sa compenseze degradarea semnalului care rezulta în urma propagarii. Latimea de banda alocata este mica, 14MHz pentru banda L deci se pune problema folosirii ei cat mai eficient. Sunt folosite antene multi-spot. Tehnologiile actuale permit refolosirea unei frecvente pe o distanta de cel putin o latime de spot. In configuratia unei retele MSAT exista terminale mobile, hub-uri (statii de baza si statii gateway) si centrul de control al retelei (NCC). Centrul de control al retelei opereaza pe frecventele14 / 12 GHz, iar terminalele mobile la 1,6 / 1,5 GHz. Hub-urile sunt de doua tipuri: statii baza conectate la retele private pentru operatii de dispecerat si interfete de conectare la retelele publice de telefoanie (statii gateway). O caracteristica a acestor retele este intensitatea scazuta a traficului pentru fiecare terminal mobil. Deoarece banda de frecvente este limitata, se impune o metoda de acces la cerere. Deoarece accesul multiplu tip TDMA impune o putere mare pentru terminalul mobil, la acest tip de retele se folosesc tehnicile FDMA sau CDMA. Accesul la cerere cu multiplexare în frecventa se numeste acces multiplu la cerere cu un singur canal pe purtatoare (SCPC-DAMA) (Single Channel Per Carrier Demand Assignment Multiple Acces). De fapt se aloca o pereche de frecvente, câte una pentru fiecare sens. În cazul CDMA separarea are loc în functie de secventa pseudoaleatoare. Aceasta se numeste SCPS-DAMA - acces multiplu la cerere cu canal unic per secventa pseudoaleatoare (Single Channel Per Spread Spectrum - Demand Assigned Memory Acces). În cazul SCPC-DAMA se utilizeaza canale de 5 KHz(4,8Kbps folosind coduri de predictie liniara pentru voce). Pentru a obtine eficienta spectrala imbunatatita se utilizeaza modulatie codata trellis (TCM). Se poate obtine o rata a erorilor de 10-3 pentru un Eb/N0 de aproximativ 10dB când raportul dintre componenta directa si componentele reflectate difuze este 10dB. Acest tip de acces multiplu este adecvat pentru sisteme a caror banda este limitata. În cazul în care exista limitari de putere (nu si de banda) utilizarea SCPS-DAMA este de preferat pentru minimizarea interferentelor co-canal. În aceasta situatie numarul de canale depinde de puterea efectiv radiata a satelitului (EIRP). Folosind modulatia MFSK si codare

14

spectru împrastiat cu secventa directa se poate obtine acelasi numar de canale ca si în cazul SCPC-DAMA pentru aceeasi valoare a EIRP.

Concluzii

Sistemele de comunicatii prin satelit au toate capacitatile necesare pentru a contribui la evitarea sau diminuarea problemelor legate de prapastia digitala, mai ales in combinatii potrivite cu infrastructuri de comunicatii radio terestre. Sistemele bazate pe comunicatii prin satelit se dovedesc a fi mecanisme excelente de facilitare a accesului de banda larga la Internet pentru cetatenii Europei.

Bibliografie:

Giovanni Santella, Roberto De Martino, Enrico Russo, The european satellite telecommunications Regulatory framework for broadband Communications, AGCOM - Autorità per le Garanzie nelle Comunicazioni, ASI - Agenzia Spaziale Italiana BROADWAN reports

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line ATM Asynchronous Transfer Mode BE Best Effort BER Bit Error Rate BFWA Broadband Fixed Wireless Access BS Base Station CAPEx Capital expenditure CBR Constant Bit Rate CF Cash Flow CoS Class of Service CPE Customer premises (or provided) equipment DCF Discounted Cash Flow DiffServ Differentiated services,

a method of trying to guarantee quality of service on large networks such as the Internet

DSCP Differentiated Services Code Point, When packets enter a DiffServ cloud the "type of service" field (which hence is also called DiffServ Code Point - DSCP) is set in the IP header according to the class of the data

DSL Digital Subscriber Line DSLAM Digital subscriber line access multiplexer,

a multiplexer located in the telephone company exchange that provides consumers access to DSL services over twisted pair copper cabling

DTT Digital terrestrial television EBITDA Earnings Before Interests, Depreciation and Amortization EF Expedited Forwarding

15

FTTH Fiber to the Home GigE Ethernet at gigabit speed IGMP Internet Group Management Protocol,

communications protocol used to manage the membership of Internet Protocol multicast groups

IPSec IP security, standard for securing Internet Protocol (IP) communications by encrypting and authenticating all IP packets

Ipv6 IP version 6 ISP Internet service provider,

a business or organization that offers users access to the Internet and related services Kbps Kilobits per second LOS Line Of Sight LSP Label Switched Path MoD Music On Demand MPEG Moving Picture Experts Group,

a working group of ISO/IEC charged with the development of video and audio encoding standards

MPLS Multiprotocol Label Switching, a data-carrying mechanism, operating at a layer below protocols such as IP

NLOS Non-line of sight NPV Net Present Value OFDM Orthogonal frequency division multiplexing OpEx Operational expenditure PCM Pulse code modulation PDA Personal digital assistant PER Packet Error Rate PoP Point of Presence,

an artificial demarcation or interface point between communications entities. The term is often used by Internet service providers with relation to Internet exchange points and colocation centres

POTS Plain old telephone service PSTN Public switched telephone network QAM Quadrature amplitude modulation QoS Quality of Service ReADSL Reach Extended ADSL RPU Revenue Per User RTP Real time Transport Protocol, defines a standardized packet format for delivering

audio and video over the Internet RTP Reception test points SDH Synchronous Digital Hierarchy SHDSL Single pair high speed digital subscriber line SME Small and Medium sized Enterprise SOHO Small Office or Home Office SSL Secure Socket Layer,

a cryptographic protocol which provide secure communications on the Internet TDM Time division multiplexing ToS Type of service, TVoDSL TV over DSL UDP User Datagram Protocol,

a minimal message-oriented transport layer protocol VDSL Very high bit rate DSL

16

VLAN Virtual Local Area Network, a logically segmented network mapped over physical hardware

VoD Video on Demand VoIP Voice over IP,

technology that enables routing of voice conversations over the Internet or a dedicated Internet Protocol (IP) network instead of dedicated voice transmission lines.

WAN Wide Area Network, is a network that cover a wide geographical area Wi-Fi Wireless Fidelity, is a set of standards for wireless local area networks (WLAN)

currently based on the IEEE 802.11 specifications WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

The WiMAX Forum is an industry-led, non-profit corporation formed to promote and certify compatibility and interoperability of broadband wireless products.

xDSL Digital Subscriber Line, or DSL, is a family of technologies that provide a digital connection over the copper wires of the local telephone network. The term xDSL refers to all the DSL technologies.