Introdução
Tipos
de Satélites
Redes
VSAT
Conclusão
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Redes VSATa)
Tipos de rede Várias
topologias de redes, protocolos e interfaces estão disponíveis para
serem implementados em aplicações de comunicação VSAT. Como exemplo
podemos citar alguns protocolos como ATM, Frame Relay, IP, X25 e o próprio
ISDN. Redes
VSAT são geralmente do tipo estrela onde existe uma central (HUB) que
atua como os contemporâneos hub’s de redes locais (par trançado).
Nesta topologia um primeiro terminal VSAT que deseja transmitir para um
segundo executa os seguintes passos: 1) Transmissão VSAT1 para satélite 2) Transmissão satélite para HUB 3) Transmissão HUB para satélite 4) Transmissão satélite VSAT2 Abaixo um esquema ilustrativo:
Figura 2 – Transmissão Estrela No
exemplo acima foi mostrada uma transmissão unidirecional, porém como
dito anteriormente, a comunicação pode ser realizada bidirecionalmente.
Atualmente, a metade das estações VSAT apenas recebe informações. O outro
tipo de arquitetura, menos usual, é a topologia mesh onde qualquer
um dos terminais VSAT se comunica, por intermédio somente do satélite,
diretamente com um ou mais terminais. Este tipo de topologia é
extremamente útil quando se deseja diminuir o tempo de atraso de uma
transmissão, já que há somente um salto entre os dois pontos. Os satélites
utilizados em ambos os tipos de arquitetura são do tipo geoestacionário.
Assim, como o satélite esta a uma altitude de 36.000 km acima do equador,
dois terminais VSAT, um do lado do outro no equador e logo abaixo do satélite,
levariam 240 ms para uma transmissão na topologia mesh.
Normalmente os tempos de transmissão variam de 250 ms até 300 ms, com um
valor típico de uso a partir de 270 ms. Obviamente para um sistema VSAT
com HUB este tempo duplicaria devido aos dois saltos. Esta é uma
importante característica que dificulta a utilização do VSAT em
sistemas que necessitem de tempo real, em contrapartida o custo de
transmissão independe da distância percorrida entre os pontos. No caso
das estações VSAT estarem conectando telefones públicos rurais com a
rede cabeada (PSTN), o HUB serviria de elo para a conexão. Da mesma forma
acontece quando se deseja oferecer internet a estações remotas, cada
estação recebendo um IP fixo. b)
Componentes Depois
de ver as topologias de rede através de arquitetura típica, veremos
alguns dos componentes da rede. Abaixo a figura 3 que ilustra os
componentes a serem explicados. O primeiro e mais crítico componente do sistema VSAT é sem dúvida o satélite. Caso haja algum problema nos seus painéis solares ou no controle no seu sistema de geonavegação simplesmente não há comunicação. Como ainda não chegamos a ponto de ter um engenheiro orbitando junto do satélite a 36000 Km de altura, fica difícil a manutenção quando ocorrem problemas Os satélites modernos são compostos de 24 transponders cada um com largura de banda podendo chegar até 110 Mbps. A largura de banda pode ser combinada de diversas formas, desde que o bit rate total permaneça contido no limite do transponder. Figura 3 – Componentes do sistema VSAT (www.intelsat.com) Os satélites
podem operar em três bandas: C, Ku e Ka e dependendo da banda utilizada
teremos diferentes desvantagens.
Tabela 2 – Bandas de VSAT comercial A
banda C, atualmente com menos uso, foi a primeira a ser explorada
comercialmente devido a sua cobertura ser mais ampla. Esta banda apresenta
elevada interferência terrestre dificultando principalmente a recepção,
já que os links de microondas operam nesta mesma banda. A banda Ku, a
mais utilizada atualmente, possui uma desvantagem natural: a chuva. A
chuva interfere nas comunicações entre o satélite e as bases terrestres
porque o comprimento de onda utilizado não consegue contornar as gotas de
chuva acabando por ser absorvido pela mesma. Para suavizar este problema
duas técnicas são utilizadas atualmente. A primeira e mais comum é
aumento da potência de transmissão tanto do satélite quanto dos
terminais. A outra, que só existe em no papel, é a utilização de HUB’s
adicionais e distanciados pode fazer que somente parte da rede VSAT seja
atingida por temporais (topologia estrela). A banda Ka, além de possuir a
interferência da chuva utiliza uma banda de alta faixa de freqüência.
Por este motivo, os equipamentos utilizados para esta banda são muito
caros e de difícil desenvolvimento já que pequenas capacitâncias
parasitas influenciam o circuito severamente. Falando
agora de componentes terrestres, um bom começo seria pelas estações
VSAT. Denominada por alguns fabricantes como IDU (indoor unit), as estações
VSAT podem com somente uma antena agrupar vários tipos de serviço para a
transmissão. Podemos ver na figura 3 que uma única estação pode agrupar serviços como
ATM (caixa automático), terminais isolados que são conectados a
mainframes, serviço de telefone, rede para PC e vídeo-conferência
(considerando as ressalvas sobre o atraso). Os
tamanhos das antenas das estações estão diretamente ligados a dois
fatores. O primeiro é o foco, oferecido pelo satélite que pode ser
pontual (spot), hemisférico ou global. Quando mais concentrado, teríamos
maior densidade energética para as antenas, necessitando de menores
antenas. Além disso, como o ganho da antena é dependente da freqüência,
teríamos antenas maiores para menores freqüências. Assim, a banda C
utiliza antenas maiores que a banda Ku e Ka. Passando
agora para o HUB, constata-se que
alguns computadores estão ligados fisicamente a esta unidade. O primeiro
deles é o host, com função de fornecer a informação necessária
às estações ou conecta-las a uma rede externa. O information center
é utilizado para guardar as informações dos clientes podendo ser
convertido para uma estação junto ao HUB. E, por fim, NMS (Network
Management System) utilizado pelo gerente da rede. Através do
NMS pode-se controlar os limites dos canais, o uso, a performance e o tráfego
além de executar diagnósticos e relatórios estatísticos. c) Técnicas de Acesso As técnicas de acesso no sistema VSAT são muitas, variando de fabricante para fabricante. Algumas delas são o Aloha, Slot-Aloha, DAMA, TDMA, FDMA e CDMA, bem conhecidas técnicas de múltiplo acesso. Códigos corretores como o FEC (Forward Error Correction) com taxas de 1/2 ou 3/4 e detectores de erros são freqüentemente usados nas técnicas de acesso tanto para descongestionar o meio (quando corrigidos), quanto para identificar colisões, ambos através de redundância. Como será visto em seguida a técnica de acesso esta intimamente ligada com a aplicação e topologia utilizadas. Como já explicado, o satélite usa freqüências diferentes para o uplink e o downlink. Assim, utilizando-se o Aloha, quando um dado terminal tem um quadro, ele transmite instantaneamente, mesmo se o canal estiver sendo utilizado. O terminal “ouve” o meio e caso seja ocupado, respeitando o tempo de atraso inerente, assume que a mensagem foi enviada com sucesso. Caso contrário ele aguarda um tempo aleatório para retransmitir o quadro. Alguns sistemas, reconhecem se o quadro foi devidamente transmitido por um ack vindo do HUB. O
Slotted-Aloha é uma versão melhorada do Aloha simples que tem como
objetivo fazer que as colisões se sobrepunham o máximo possível. O método
utilizado foi fazer que as transmissões dos quadros só possam ocorrer em
períodos determinados. Assim, um quadro não pode interferir com o outro
que já esteja na metade de sua transmissão. Os slots são iguais períodos
de tempo e este sistema praticamente dobra a eficiência em relação ao
anterior. A sincronização se dá através do clock-master do HUB,
considerando assim as diferentes distâncias dos terminais. O TDMA
(Time Division Multiple Access) se caracteriza pela divisão no tempo do transponder.
O transponder do satélite tem a divisão no tempo dos canais. O método
mais utilizado dentro desta técnica é o TDMA-DA (Demmand Assignment)
onde o HUB fica responsável de alocar o slot para cada terminal VSAT de
acordo com a transmissão previamente requerida. TDMA é o método mais
utilizado nas redes VSAT comerciais. O conhecido FDMA (Frequency Division Multiple Access) utiliza diferentes portadoras na transmissão dos diferentes canais possibilitando a transmissão simultânea sem prejuízo por interferência. Assim, obtem-se para cada transponder a divisão em freqüência dos canais. Nas redes VSAT que utilizam CDMA (Code Division Multiple Access), cada terminal recebe um número pseudo-randomico (PN) único utilizado para codificar e decodificar suas transmissões. Vários VSAT podem transmitir simultaneamente na mesma freqüência, sendo separado na recepção pelo HUB. A transmissão do HUB também é codificada da mesma forma, porém um único PN é atribuído ao HUB o que permite a recepção por todos os terminais. O CDMA se caracteriza por ser um método ineficiente de se usar a capacidade do satélite, no entanto tem grande resistência a interferências externas além de gerar menos interferência que os outros métodos. E, por
fim, será visto o DAMA (Demand Assignement Multiple Access). Quando um
terminal VSAT deseja realizar uma transmissão, este terminal faz uma
requisição de um slot no tempo ou freqüência para faze-la. A atribuição
do slot/freqüência é feita pelo NMS e este somente é liberado após a
conclusão da transmissão. Esta técnica de acesso por demanda é a técnica
utilizada para os serviços de telefonia para a garantia de uma qualidade
mínima. Atualmente a EUTELSAT já disponibiliza contratos onde o
pagamento é proporcional somente ao uso. Observa-se
que em vários métodos de acesso, o HUB se faz mais necessário que
apenas gerenciamento da rede, justificando a utilização de topologia
estrela. Freqüentemente os fabricantes de VSAT ressaltam que terminais em
mesh necessitam de antenas maiores e mais recursos. d)
Modulação A
comunicação utilizada nos em qualquer sistema digital, é escolhida
levando-se em consideração o canal utilizado. Assim acontece
com os satélites em geral, que utlizam o PSK (suas diversas
variates) em detrimento ASK e FSK. A escolha do PSK (Phase Shifting Keying)
é óbvia para a rede VSAT. Qualquer modulação que afete a amplitude,
como o QAM e o ASK, é extremamente inadequada, já que o canal é
extremamente não linear e sua atenuação é variável com tempo. Além
disso, para uma mesma energia empregada na transmissão dos símbolos,
pode-se verificar matematicamente [3] que o sistema PSK possui o menor BER(Bit
Error Rate) quando comparado ao sistema FSK. Abaixo na figura 4 uma tabela
comparativa.
Figura 4 – BER comparativo PSK e FSK (Referência 3 pg 418) Quanto ao número de símbolos e as variantes da modulação nenhuma informação das vantagens e desvantagens é revelada pelos fabricantes dos equipamentos, porém as modulações mais desenvolvidas são DPSK (Differntial Phase-Shift Keying), BPSK (Binary Phase-Shift Keying), QPSK (Quadriphase-Shift Keying) e MSK (Minimum Shift Keying). Dentre elas se destaca a QPSK, por conseguir transmitir dois bits por símbolo, o que faria os símbolos terem fases deslocadas de p/2. |
Atualização18/12/2002