UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA
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VISION Db' CIENCIAS BASICAS E INGENIEMA
UNlDAD IZTAPALAPA
FECHA:
I 7\11/1999
TABLA
DE CONTENIDO
TABLA DE CONTENIDO 1
INTRODUCCI~N 3
INTRODUCCIONATM: 5
MULTIPLEXACION EN ATM: 6
PROTOCOLO ATM: 9
La capa de adaptación de ATM: 11
AAL1: 13
Capa de convergencia: 13
ALL 2: 14
AAL 3 : 15
ALL 4: 17
CONEXIONES LÓGICAS ATM 17
USO DE CANALES VIRTUALES 21
CARACTERISTICAS CAMINO VIRTUALKANAL VIRTUAL 22
SEÑALIZACION DE CONTROL 23
CELDAS ATM 25
FORMATO DE CABECERA 25
PROBLEMAS ENATM: 28
INTEROPERABILIDAD ENTRE FRAME RELAY YATM 30
PRIMER ESCENARIO: 31
POSIBILIDAD 1 : 31
POSIBILIDAD 2: 32
SEGUNDO ESCENARIO: 33
REDES VIA SATELITE 34
COMPONENETES DE UN SATELITE 35
PROS Y CONTRAS DE LAS REDES VÍA SATÉLITE. 36
Constelación de los Sntklites 39
USO DE LOS SATELITES EN COMUNICACIONES 40
Multiplexado convencional 40
Sondeolselección 41
Sistemas entre iguales sin sondeo Protocolo ALOHA 45
TDMA 50
UNIDADES DE COMPENSACION DE RETARDO DE SATELITE (SOU) 54
SUBSISTEMAS QUE COMPONENAL SATELITE SATMEX 5 57
Principales características. 57
SUBSISTEMA DE POTENCIA ELECTRICA. 58
SUBSISTEMA DE CONTROL DE ORIENTACION (ACS) 59
SUBSISTEMA DE PROPULSI~N. 61
SUBSISTEMA DE CONTROL TERMICO 63
SUBSISTEMA DE TELEMETRIA COMANDO Y RANGO 66
SUBSISTEMA DE RANGO 68
SUBSISTEMA DE COMUNICACIONES PAYLOAD 69
CONCLUSION 74
En la era de la información los medios de Telecomunicaciones constituyen la columna vertebral de las empresas e instituciones, indispensables para la toma oportuna y adecuada de decisiones y operaciones confiables de los mismos.
Cabe resaltar que la cobertura GobiernoiInstituciÓn y el Objetivo/Misión de la misma agregan complejidad en su operación, por lo que “ La información” dentro del Ejecutivo a
nivel Nacional, ha sido siempre y será, la pauta estratégica para dirigir al País.
Analizando el desarrollo informático que se ha tenido en los últimos años en nuestro país, incluyendo recursos humanos así como tecnológicos, sumando la experiencia adquirida que he obtenido en estos últimos diez años, en la generación de proyectos para las diversas Instituciones del Gobierno Federal, he llegado a la conclusión que la Institución más
competitiva es aquella que posea la información en el menor tiempo, con la mayor seguridad pero sobre todo con calidad.
Este tiempo de posesión implica la compartición, el procesamiento y la transmisión de la información, pero sobre todo de una manera integral en beneficio de la sociedad mexicana.
Las nuevas estructuras y estrategias de globalización de las Instituciones Nacionales, han llevado a la mayoría de los Gobiernos actuales a integrarse a esta tendencia. Esta labor de constituirse se compone por múltiples y muy complejas variables; desde políticas, raciales, religiosas, económicas y por supuesto tecnológicas.
continuidad adecuada para generar una Red Tecnológica Nacional; surgió el propósito de este trabajo, a partir de la inquietud nacida de una pregunta muy sencilla, ¿de que forma se podría interconectar todos los sistemas a nivel nacional?. Sin importar la plataforma de conectividad, é1 NOS (netware operating system), o los clientes conectados a esas plataformas; todo esto aunado a que se tendría que tener la capacidad de cubrir todo el territorio nacional.
Debido a que las tendencias actuales apuntan a un aumento de la computación cliente/servidor en entornos de computación distribuidos. Las Instituciones necesitarán enlaces más rápidos con servicios especializados, entre los que se incluyen sistemas de gestión de bases de datos que funcionen en distintas plataformas.
INTRODUCCION
ATM:
Tres letras - ATM - se repiten cada vez más en estos días en los ambientes Informáticos y de Telecomunicaciones. La tecnoIogía llamada Asynchronous Transfer Mode (ATM) Modo de Transferencia Asíncrona es el corazón de los servicios digitales integrados que ofrecerán las nuevas redes digitales de servicios integrados de Banda Ancha (B-ISDN), para muchos ya no hay cuestionamientos; el llamado tráfico del "Cyber espacio", con su voluminoso y tumultuoso crecimiento, impone a los operadores de redes públicas y privadas una voraz demanda de anchos de banda mayores y flexibles con soluciones robustas. La versatilidad de la conmutación de paquetes de longitud fija, denominadas celdas ATM, son las tablas más calificadas para soportar la cresta de esta "Ciberola" donde los surfeadores de la banda ancha navegan.
Algunos críticos establecen una analogía de la tecnología ATM con la red digital de servicios integrados o ISDN por sus siglas en inglés. AI respecto se escuchan respuestas de expertos que desautorizan esta comparación aduciendo que la ISDN es una gran tecnología que llegó en una época equivocada, en términos de que el mercado estaba principalmente en manos de actores con posiciones monopolísticas.
Ahora el mercado está cambiando, la ISDN está encontrando una gran cantidad de aplicaciones. De toda forma la tecnología ATM se proyecta para diferentes necesidades, a pesar de su estrecha relación con ISDN, en términos de volúmenes de datos, flexibilidad de conmutación y facilidades para el operador.
Los conmutadores ATM aseguran que el tráfico de grandes volúmenes es flexiblemente conmutado al destino correcto. Los usuarios aprecian ambas cosas, ya que se cansan de esperar los datos y las pantallas de llegada a sus terminales. Estas necesidades cuadran de maravilla para los proveedores de servicios públicos de salud, con requerimientos de
en demanda para nuestros hogares con alta definición de imágenes y calidad de sonido de un CD, etc.
Para el operador, con la flexibilidad del ATM, una llamada telefónica con tráfico de voz será tarifado a una tasa diferente a la que estaría dispuesto a pagar un cirujano asistiendo en tiempo real a una operación al otro lado del mundo. Ese es una de las fortalezas de ATM usted paga solamente por la carga de celdas que es efectivamente transportada y conmutada para usted. Además la demanda por acceso a Internet ha tomado a la industria de telecomunicaciones como una tormenta. Hoy día los accesos conmutados a Internet están creando "Cuellos de Botella" en la infraestructura. Para copar este problema los fabricantes no solo han desarrollado sistemas de acceso sino aplicaciones para soluciones de fin a fin con conmutadores ATM, con solventes sistemas de administración de la red (Network Management).
En varios aspectos, ATM es el resultado de una pregunta similar a la de teoría del campo unificada en física ¿Cómo se puede transportar un universo diferente de servicio de voz, video por un lado y datos por otro de manera eficiente usando una simple tecnología de conmutación y multiplexación?.
ATM contesta esta pregunta combinando la simplicidad de la multiplexación por división en el tiempo (Time Division Multiplex TDM) encontrado en la conmutación de circuitos, con la eficiencia de las redes de conmutación de paquetes con multiplexación estadística. Por eso es que algunos hacen reminiscencias de perspectivas de conmutación de circuitos mientras que otros lo hacen a redes de paquetes orientados a conexión.
MULTIPLEXACION EN ATM:
La figura No.1 muestra un formato básico y la jerarquía de ATM. Una conexión ATM, consiste de "celdas" de información contenidos en un circuito virtual (VC). Estas celdas provienen de diferentes fuentes representadas como generadores de bits a tasas de transferencia constantes como la voz y a tasas variables tipo ráfagas (bursty traffic) como los datos. Cada celda compuesta por 53 bytes, de los cuales 48 (opcionalmente 44) son para trasiego de información y los restantes para uso de campos de control (cabecera) con información de "quién soy" y "donde voy"; es identificada por un "virtual circuit identifier" VCI y un "virtual path identifier" VPI dentro de esos campos de control, que incluyen tanto el enrutamiento de celdas como el tipo de conexión. La organización de la cabecera (header) variará levemente dependiendo de sí la información relacionada es para interfaces de red a red o de usuario a red. Las celdas son enrutadas individualmente a través de los conmutadores basados en estos identificadores, los cuales tiene significado local ya que pueden ser cambiados de interface a interface.
La técnica ATM multiplexa muchas celdas de circuitos virtuales en una ruta (path) virtual colocándolas en particiones (slots), similar a la técnica TDM.
Sin embargo, ATM llena cada slot con celdas de un circuito virtual a la primera oportunidad, similar a la operación de una red conmutada de paquetes. La figura No.2 describe los procesos de conmutación implícitos los VC switches y los VP switches.
b u z MDEO DATO S FORMATO BASIC0 Y LA
JERARQUIA D E ATM
Serwcios hamdos en ATM
I """_, I " " f _", ""
I 1 1 1 1
I " " _ " I I " _ " " I I """_ I I Prdomlos sertido mpecítico
Fig. 1
Capa ck
-Los slots de celda no usados son llenados con celdas "idle", identificadas por un patrón específico en la cabecera de la celda. Este sistema no es igual al llamado "bit stuffing'len la multiplexación Asíncrona, ya que aplica a celdas enteras.
Diferentes categorias de tráfico son convertidas en celdas ATM vía la capa de adaptación de ATM (AAL
-
ATM Adaptation Layer), de acuerdo con el protocolo usado. (Más delante se explica este protocolo).La tecnología ATM ha sido definida tanto por el ANSI como por el CCITT a través de sus respectivos comités ANSI T1, UIT SG XVIII, como la tecnología de transporte para la B- ISDN (Broad Band Integrated Services Digital Network), la RDSI de banda ancha. En este contexto "transporte" se refiere al uso de técnicas de conmutación y multiplexación en la capa de enlace (Capa 2 del modelo OSI) para el trasiego del tráfico del usuario final de la fuente al destino, dentro de una red.
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,/ Planoda k n t r o l Plano da Usuari o
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Protccdosde
Capas Suprimes
Capas Supri mas
Pratccdosda
Capa da Acb@aci6nATM
Capa A T hl
Capas fisica
Fig. 8 P r a b d n de Modelo de Referencia para Al" Banda Ancha
UN1 privadas. UN1 privadas se refieren a la interconexión de usuarios ATM con un switch ATM privado que es manejado como parte de la misma red corporativa. Aunque la tasa de datos original para ATM fue de 45 Mbit/s especificado para redes de operadores (carriers) con redes T3 existentes, velocidades UN1 adicionales se han venido evaluando y están ofreciéndose. También hay un alto interés en interfases, para velocidades E1 (2Mbps) y T1 (1,544 Mbps) para accesos ATM de baja velocidad.
PROTOCOLO
ATM:
El protocolo ATM consiste de tres niveles o capas básicas (Ver figura No 3).
La primera capa llamada capa fisica (Physical Layer), define los interfases físicos con los medios de transmisión y el protocolo de trama para la red ATM es responsable de la correcta transmisión y recepción de los bits en el medio fisico apropiado. A diferencia de muchas tecnologías LAN como Ethernet, que especifica ciertos medios de transmisión, (10 base T, 10 base 5, etc.) ATM es independiente del transporte fisico. Las celdas ATM pueden ser transportadas en redes SONET (Synchronous Optical Network), SDH (Synchronous Digital Hierarchy), T 3 E 3 , TIE1 o aún en modems de 9600 bps. Hay dos
subcapas en la capa física que separan el medio físico de transmisión y la extracción de los
La subcapa PMD (Physical Medium Depedent) tiene que ver con los detalles que se especifican para velocidades de transmisión, tipos de conectores físicos, extracción de reloj, etc., Por ejemplo, la tasa de datos SONET que se usa, es parte del PMD. La subcapa TC (Transmission Convergence) tiene que ver con la extracción de información contenida desde la misma capa fisica. Esto incluye la generación y el chequeo del Header Error Corrección (HEC), extrayendo celdas desde el flujo de bits de entrada y el procesamiento de celdas "idles" y el reconocimiento del límite de la celda. Otra función importante es intercambiar información de operación y mantenimiento (OAM) con el plano de administración.
La segunda capa es la capa ATM. Ello define la estructura de la celda y cómo las celdas fluyen sobre las conexiones lógicas en una red ATM, esta capa es independiente del servicio. El formato de una celda ATM es muy simple. Consiste de 5 bytes de cabecera y 48 bytes para información.
Las celdas son transmitidas serialmente y se propagan en estricta secuencia numérica a través de la red. El tamaño de la celda ha sido escogido como un compromiso entre una larga celda, que es muy eficiente para transmitir largas tramas de datos y longitudes de celdas cortas que minimizan el retardo de procesamiento de extremo a extremo, que son
buenas para voz, video y protocolos sensibles al retardo.
A pesar de que no se diseñó específicamente para eso, la longitud de la celda ATM acomoda convenientemente dos Fast Packets IPX de 24 bytes cada uno.
Los comités de estándares han definido dos tipos de cabeceras ATM: los User-to- network Interface (UNI) y la Network to Network Interface (UNI). La UN1 es un modo nativo de interfaz ATM que define la interfaz entre el equipo del cliente (Customer Premises Equipment), tal como hubs o routerss ATM y la red de área ancha ATM (ATM WAN). L a
la red ATM de un proveedor público (carrier). Específicamente, la función principal de ambos tipos de cabeceras de UN1 y la N N I , es identificar las "Virtual paths identifiers" (VPIS) y los "virtual circuits" o virtual channels"(VC1S) como identificadores para el ruteo y la conmutación de las celdas ATM.
La capa de adaptación de ATM:
La tercer capa es la ATM Adaptation Layer (AAL). La AAL juega un rol clave en el manejo de múltiples tipos de tráfico para usar la red ATM, y es dependiente del servicio. Especificamente, su trabajo es adaptar los servicios dados por la capa ATM a aquellos servicios que son requeridos por las capas más altas, tales como emulación de circuitos, (circuit emulation), video, audio, frame relay, etc. La AAL recibe los datos de varias fuentes o aplicaciones y las convierte en los segmentos de 48 bytes. Cinco tipos de servico AAL están definidos actualmente:
La capa de Adaptación de ATM yace entre el ATM layer y las capas más altas que usan el servicio ATM. Su propósito principal es resolver cualquier disparidad entre un servicio requerido por el usuario y atender los servicios disponibles del ATM layer. La capa de adaptación introduce la información en paquetes ATM y controla los errores de la transmisión. La información transportada por la capa de adaptación se divide en cuatro clases según las propiedades siguientes:
1 .Que la información que esta siendo transportada dependa o no del tiempo. 1 .Tasa de bit constantehariable.
1 .Modo de conexión.
AAL- 1 AAL-2 AAL-3 AAL-4
La capa de adaptación se divide en dos subcapas:
1). Capa de convergencia (convergence sublayer (CS)) :
En esta capa se calculan los valores que debe llevar la cabecera y los payloads del mensaje. La información en la cabecera y en el payload depende de la clase de información que va a ser transportada.
2). Capa de Segmentación y reensamblaje (segmentation and reassembly (SAR))
Esta capa recibe los datos de la capa de convergencia y los divide en trozos formando los paquetes de ATM. Agrega la cabecera que llevara la información necesaria para el reensamblaje en el destino.
La figura siguiente aporta una mejor comprensión de ellas. La subcapa CS es dependiente del servicio y se encarga de recibir y paquetizar los datos provenientes de varias aplicaciones en tramas o paquete de datos longitud variable.
Estos paquetes son conocidos como (CS - PDU) CONVERGENCE SUBLAYER PROTOCOL DATA UNITS.
Cada porción es ubicada en su propia unidad de protocolo de segmentación y reemsable conocida como (SAR - PDU) SEGMENTATION AND REASSEMBLER PROTOCOL DATA UNIT, de 48 bytes.
Finalmente cada SAR - PDU se ubica en el caudal de celdas ATM con su header y trailer respectivos.
AALl :
AAL-1 se usa para transferir tasas de bits constantes que dependen del tiempo. Debe enviar por lo tanto información que regule el tiempo con los datos. AAL-1 provee recuperación de errores e indica la información con errores que no podrá ser recuperada.
Capa de convergencia:
Capa de segmentación y reensamblaje:
En esta capa los datos son segmentados y se les añade una cabecera. La cabecera contiene 3 campos (ver diagrama)
Número de secuencia usado para detectar una inserción o perdida de un paquete. Número de secuencia para la protección usado para corregir errores que ocurren en el numero de secuencia.
Indicador de capa de convergencia usado para indicar la presencia de la función de la capa de convergencia.
ALL 2:
AAL-2 se usa para transferir datos con tasa de bits variable que dependen del tiempo. Envía la información del tiempo conjuntamente con los datos para que esta puede recuperarse en el destino. AAL-2 provee recuperación de errores e indica la información
que no puede recuperarse.
Capa de convergencia:
Esta capa provee para la corrección de errores y transporta la información del tiempo desde el origen al destino.
Capa de segmentación y recuperación:
El mensaje es segmentado y se le añade una cabecera a cada paquete. La cabecera contiene dos campos.
COM, continuación de mensaje
EOM, fin de mensaje o indica que el paquete contiene información de tiempo u otra.
El payload también contiene dos de campos : indicador de longitud que indica el numero de bytes validos en un paquete parcialmente lleno. CRC que es para hacer el control de errores.
AAL 3:
AAL-3 se diseña para transferir los datos con tasa de bits variable que son independientes del tiempo. AAL-3 puede ser dividido en dos modos de operación:
1.Fiable: En caso de perdida o mala recepción de datos estos vuelven a ser enviados. El control de flujo es soportado.
1 .No fiable: La recuperación del error es dejado para capas mas altas y el control de flujo es opcional.
Capa de convergencia:
La capa de convergencia en AAL 3 es parecida al ALL 2. Esta subdividida en dos secciones:
1 .Parte común de la capa de convergencia. Esto es provisto también por el AAL-2 CS. Añade una cabecera y un payload a la parte común.
La cabecera contiene 3 campos:
Indicador de la parte común que dice que el payload forma parte de la parte común. Etiqueta de comienzo que indica el comienzo de la parte común de la capa de convergencia. Tamaño del buffer que dice al receptor el espacio necesario para acomodar el mensaje.
El payload también contiene 3 campos:
Fin de etiqueta que indica el fin de la parte común de la CS(capa de convergencia). El campo de longitud tiene la longitud de la parte común de la CS.
1.Parte especifica del servicio. Las funciones proveídas en esta que capa dependen de los servicios pedidos. Generalmente se incluyen funciones para la recuperación y detección de errores y puede incluir también funciones especiales.
Capa de segmentación y reensamblaje
En esta capa los datos son partidos en paquetes de ATM. Una cabecera y el payload que contiene la información necesaria para la recuperación de errores y reensamblaje se añaden al paquete. La cabecera contiene 3 campos:
1) Tipo de segmento que indica que parte de un mensaje contiene en payload. Tiene uno de los siguientes valores:
BOM: Comenzando de mensaje COM: Continuación de mensaje EOM: Fin de mensaje
SSM: Mensaje Único en el segmento
2) Numero de secuencia usado para detectar una inserción o una perdida de un paquete.
3) Identificador de multiplexación. Este campo se usa para distinguir datos de diferentes comunicaciones que ha sido multiplexadas en una única conexión de ATM.
El payload contiene dos de campos:
2) CRC es para el control de errores.
ALL 4:
AAL-4 se diseña para transportar datos con tasa de bits variable independientes del tiempo. Es similar al AAL3 y también puede operar en transmisión fiable y o fiable. AAL-4 provee la capacidad de transferir datos fuera de una conexión explícita.
AAL 2, AAL 3/4 y AAL 5 manejan varios tipos de servicios de datos sobre la base de tasas de bits variables tales como Switched Multimegabit Data Service (SMDS), Frame
C a l m
Moje
1
SaanJad AT
M
1
I
Physical LalprI
Relay o tráfico de redes de área local (LAN). AAL 2 y AAL 3 soportan paquetes orientados
a conexión. (Ver figura No.5)
El término orientado a conexión describe la transferencia de datos después del establecimiento de un circuito virtual).
CONEXIONES LóGICAS ATM
Las conexiones lógicas en ATM están relacionadas con las conexiones de canales virtuales (VCC, " Virtual Channel Connection"). Una VCC es similar a un circuito virtual en X.25 o
básica de conmutación en una red ATM. Una VCC se establece entre dos usuarios finales a través de la red, intercambiándose celdas de tamaño fijo a través de la conexión en un flujo full-duplex y de velocidad variable. Las VCC se utilizan también para intercambios usuario-red (señalización de control) y red-red (gestión de red y encaminamiento).
Se ha introducido una segunda capa de procesamiento en ATM para gestionar el concepto de camino virtual (ver figura 6). Una conexión de camino virtual (PVC “Virtual Path Connection”) es un haz VCC con los mismos extremos, de manera que todas las celdas fluyendo a través de las VCC de una misma VPC se conmutan conjuntamente.
FIGURA 6 Relaciones entre conexiones ATM.
El concepto de camino virtual se desarrolló en respuesta a una tendencia en redes de alta velocidad en la que el costo de control está alcanzando una elevada proporción del costo total de la red. La técnica del camino virtual ayuda a contener el costo de control agrupando en una sola unidad conexiones que comparten caminos comunes a través de la red. Las acciones de la gestión de red pueden ser aplicadas a un pequeño número de grupos de conexiones en lugar de a un gran número de conexiones individuales.
El uso de caminos virtuales presenta varias ventajas:
o Incremento en eJiciencia yJiabilidad la red gestiona entidades agregadas menores.
0 Reducción en el procesamiento y tiempo de conexión pequeño: gran parte del trabajo se
realiza cuando se establece el camino virtual. Reservando capacidad en un camino virtual con anticipación a la llegada de llamadas posteriores, se pueden establecer nuevos canales virtuales con funciones de control sencillas realizadas en los extremos del camino virtual. No se necesita procesamiento de llamadas en los nodos de tránsito, por lo que la creación de nuevos canales virtuales adicionales en un camino virtual conlleva un procesamiento mínimo.
Servicios de red mejorados: el camino virtual se usa internamente a la red y es también visible al usuario final. Así el usuario, puede definir grupos de usuarios cerrados o redes cerradas de haces de canales virtuales.
La figura 7 sugiere una forma general de realizar un proceso de establecimiento usando canales y caminos virtuales. El proceso de establecimiento de un camino virtual se encuentra desvinculado del proceso de establecimiento de un canal virtual:
0 Entre los mecanismo de control de un camino virtual se encuentra la obtención de las
rutas, reserva de capacidad y almacenamiento de información de estado de la conexión.
0 El control involucrado en el establecimiento de un canal virtual individual incluye la
FIGURA 7 Establecimiento de llamada mediante caminos virtuales.
FIGURA 8 Terminología de camino virtual/conexión virtual.
USO DE CANALES VIRTUALES
Los extremos de una VCC pueden ser usurios finales, entidades de red o un usuario final y una entidad de red. En todos los casos se preserva la integridad de la secuencia de celdas en una VCC; es decir, las celdas se entregan en el mismo orden en que se enviaron. Consideremos ejemplos de los tres usos de una VCC:
o Entre usuariosfinales: puede utilizarse para la transmisión extremo a extremo de datos de usuario o señales de control. Una VPC entre usuarios finales les concede la capacidad total: la organización VCC de la VPC se utilizan por los dos usuarios finales siempre que el conjunto de las VCC no supere la capacidad de la VPC.
o Entre dos entidades de red: se emplea en las funciones de gestión del tráfico de red y de encaminamiento. Una VPC red-red puede usarse para definir una ruta común para el intercambio de información de gestión de red.
CARACTERISTICAS CAMINO VIRTUAUCANAL VIRTUAL
El documento I. 150 de ITU-T especifica las siguientes características para las conexiones de canales virtuales:
0 Calidad de servicio: un usuario de una VCC es provisto con una calidad de servicio
especificada por parámetros tales como la tasa de pérdida de celdas (relación entre las celdas perdidas y las transmitidas) y la variación del retardo de celdas.
0 Conexiones de canales virtuales conmutados y semipermanentes: pueden existir tanto
conexiones conmutadas, que requieren señalización de control de llamada, como canales dedicados.
0 Integridad de la secuencia de celdas: se preserva la naturaleza secuencia1 de las celdas
en una VCC.
0 Negociación de parámetros de tráfico y supervisión de uso: entre un usuario y la red se
pueden negociar parámetros de tráfico para cada VCC. La entrada de celdas al VCC se supervisa por la red para asegurar que se cumplen los parámetros negociados.
incumplen o si la congestión llega a ser importante, pudiendo ser liberadas, en una situación extrema, las conexiones existentes.
El documento 1.150 especifica así mismo características de las VPC. Las cuatro primeras características son idénticas a las de las VCC. Es decir , calidad de servicio , VPC conmutadas o semipermanentes, integridad en la secuencia de celdas y negociación de parámetros de tráfico y supervisión del uso son también características propias de una VPC. Existen varias razones para esta duplicidad. En primer lugar se provee de cierta flexibilidad sobre cómo es servicio de red gestiona los requisitos que debe cumplir. En segundo lugar, la red debe estar familiarizada con las necesidades de una VPC, y dentro de una VPC, puede negociar el establecimiento de canales virtuales con unas carácter’siticas dadas. Por último una vez que se ha creado una VPC, los usurios finales pueden negociar la creación de nuevas VPC. Las características de la VPC controlan la elección que los usuarios finales pueden hacer.
Adicionalmente, existe una quinta característica para las VPC:
Restricción de identlficador de canal virtual en una VPC: puede que no sea posible proporcionar al usuario de una VPC uno o más identificadores o números de canal virtual, pero éstos sí pueden ser reservados para uso de la red. Algunos ejemplos incluyen el uso de VCC para la gestión de red.
SEÑALIZACION DE CONTROL
En ATM es necesario un mecanismo para el establecimiento y liberación de VPC y VCC. El intercambio de información involucrada en este proceso se denomina señalización de control y se realiza a través de conexiones distintas de las que están siendo gestionadas.
El documento I. 150 especifica cuatro métodos para llevar a acabo el
1. Las VCC semipermanentes pueden usarse para el intercambio usuario-usurio, en cuyo caso no se necesita señalización de control.
2. Si no existe canal de señalización de control de llamada preestablecido, debemos establecer uno. Con este propósito debe tener lugar un intercambio de señales de control entre el usuario y la red a través de algún canal. Así es necesario un canal permanente, probablemente se baja velocidad, que pueda ser usado para establecer las VCC para uso de control de llamada. Este canal se denomina canal de meta-señalización dado que se emplea para establecer canales de señalización.
3. El canal de meta-señalización puede usarse para establecer una VCC entre el usuario y la red para la señalización de control de llamada. Este canal virtual de señalización usuario-red se utilizará para establecer las VCC para la transmisión de datos de usuario.
4. El canal de meta-señalización puede emplearse también para establecer un canal virtual de señalización usuario-usuario, que debe configurarse en una VPC preestablecida. Este canal se utilizará para posibilitar a los dos usuarios finales, sin que la red intervenga el establecimiento y liberación de las VCC usuario-usuario para el transporte de datos.
En I. 150 se definen tres métodos para VPC:
l . Una VPC puede establecerse de forma semipermanente con negociación previa. En este caso no se necesitan señales de control.
2. El establecimiento/liberación de las VPC puede ser controlado por el usuario. En este caso, el usuario hace uso de una VCC de señalización para solicitar una VPC a la red.
CELDAS
ATM
El modo de transferecia asíncrono utiliza celdas de tamaño fijo, que consta de 5 octetos de cabecera y de un campo de información de 48 octetos, el empleo de celdas pequeñas de tamaño fijo presenta varias ventajas. En primer lugar, el uso de celdas pequeñas puede reducir el retardo de cola para celdas de alta prioridad, ya que la espera es menor si se reciben ligeramente después de que una celda de baja prioridad haya conseguido el acceso a un recurso (por ejemplo, el transmisor). En segundo lugar, parece que las celdas de tamaño pequeño pueden ser conmutadas más eficientemente, lo que es importante para las altas velocidades de ATM. La implementación física de los mecanismos de conmutación es más fácil para las celdas de tamaño fijo.
FORMATO DE CABECERA
La figura 9.a muestra el formato de cabecera de la interfaz usuario-red. En la figura 9.b se muestra el formato de cabecera interno a la red, en que no se especifica el campo de control de flujo genérico, que realiza funciones extremo a extremo. En cambio el campo identificador de camino virtual pasa de 8 a 12 bits, lo que permite un gran número de VPC internos a la red, para dar cabida a los de los suscriptores y a los necesarios para realizar la gestión de la red.
El campo control de flujo genérico (GFC) no se incluye en la cabecera de las celdas internas a la red, sino solo en la interfaz usuario-red, por lo que únicamente se puede usar en el control de flujo de celdas en la interfaz local usuario-red. El campo podría utilizarse para ayudar al usuarioen el control de flujo de tráfico para diferentes calidades de servicio. Un candidato al empleo de este campo es un indicador de nivel de prioridad múltiple para controlar el flujo de información dependiente del servicio. En cualquier caso, el mecanismo
El identficador de camino virtual (VPI) es un campo de encaminamiento para la red. Éste es de 8 bits para la interfaz usuario-red y de 12 bits para la interfaz red-red, permitiendo un número superior de caminos virtuales en la red. El identzficador de canal virtual (VCI) se emplea para encaminar a y desde el usuario final, funcionando como un punto de acceso al servicio.
FIGURA 9. Formato de celda ATM.
En este caso el conmutador que lo activa se percata de la que la celda excede los parámetros de tráfico establecidos pero que ésta puede ser procesada. Posteriormente se encuentra congestión en la red, esta celda se marca para ser rechazada antes que aquellas que se encuentran dentro de los límites de tráfico fijados.
Las recomendaciones ITU-T para banda ancha en RDSI detallan la velocidad de transmisión y las técnicas de sincronización para la transmisión de celdas ATM a través de la interfaz usuario-red. El enfoque en R D S I de banda ancha se usa también en otras muchas redes ATM.
BISDN especifica que las celdas ATM deben transmitirse a 155,52 o 622,OS Mbps. Como en RDSI, es necesario especificar la estructura de transmisión usada para transportar esta carga útil.
PROBLEMAS
EN
ATM:
En el pasado los protocolos de comunicaciones de datos evolucionaron en respuesta a circuitos poco confiables. Los protocolos en general detectan errores en bits y tramas perdidas, luego retransmiten los datos.
Los usuarios puede que jamás vean estos errores reportados, la degradación de respuesta o de caudal (through put) serían los únicos síntomas.
La constante de tiempo de la realimentación extremo a extremo en las redes ATM (retardo de realimentación por producto lazo ancho de banda) debe ser lo suficientemente alta como para cumplir con las necesidades del usuario sin que la dinámica de la red se vuelva impractica.
Las condiciones de congestión en las redes ATM están previstas para que sean extremadamente dinámicas requiriendo de mecanismos de hardware lo suficientemente rápidos para llevar a la red al estado estacionario, necesitando que la red en sí, éste activamente involucrada en el rápido establecimiento de este estado estacionario. Sin embargo, esta aproximación simplista de control reactivo de lazo cerrado extremo a extremo en condiciones de congestión no se considera suficiente para las redes ATM.
El consenso entre los investigadores de este campo arroja recomendaciones que incluyen el empleo de una colección de esquemas de control de flujo, junto con la colocación adecuada de los recursos y dimensionamiento de las redes, para que aunados se pueda tratar y evadir la congestión ya sea:
Detectando y manipulando la congestión que se genera tempranamente monitoreando de cerca las entradadsalidas que están dentro de los conmutadores ATM y reaccionando gradualmente a medida que vaya arribando a ciertos niveles prefijados.
Tratando y controlando la inyección de la conexión de datos dentro de la red en la UN1 (unidad interfaz de red) de tal forma que su tasa de inyección sea modulada y medida allí primero, antes de tener que ir a la conexión de usuario a tomar acciones mas drásticas.
El estado de la red debe ser comunicado a la U N I , generando rápidamente una celda de control de flujo siempre que se vaya a descartar una celda en algún nodo debido a congestión. La UN1 debe entonces manejar la congestión, cambiando su tasa de inyección o
El mayor compromiso durante el control de congestión es el de tratar y afectar solo a los flujos de conexión que son responsables de la congestión y actuar de forma transparente frente a los flujos que observan buen comportamiento. Al mismo tiempo, permitir que el flujo de conexión utilice tanto ancho de banda como necesite sino hay congestión.
La recomendación UIT - T I. 371 especifica un contrato de tráfico que define como el tráfico del usuario seria administrado. El contrato que existe para cada conexión virtual (virtual path o virtual channel), es básicamente un acuerdo entre el usuario y la red con respecto a la Calidad de Servicio (Quality Of Service
-
Q o S) y los parámetros que regulan el flujo de celdas.Estos descriptores de trafico dependen de una particular clase de servicio y pueden incluir bajo la especificación del ATM Forum UN1 / a cinco QoS referenciados en los AALS. El objetivo de estas subclases de servicio es agrupar características de servicio como requerimiento de ancho de banda similares, sensibilidad a la perdida de datos y retardos para un correcto manejo de los datos en los puertos de acceso ATM, etc. Estos parámetros pueden incluir el Sustained Cell Rate (SCR), el Mínimum Cell Rate (MCR), el Peak Cell Rate (PCR) y/o el Burst Tolerance (BT). Para soportar todas las diferentes clases de servicios definidos por los estándares el switch ATM debe ser capaz de definir éstos parámetros en base a cada VC o cada VP y debe proveer amortiguadores (buffers) para absorber las ráfagas de trafico.
INTEROPERABILIDAD ENTRE FRAME RELAY Y ATM
El objetivo final para todos los servicios descritos anteriormente es una migración suave de Frame Relay y/o SMDS a redes ATM. Por ejemplo la recomendación UIT - T 1.555, provee un marco para la interoperabilidad de Frame Relay y ATM.
PRIMER ESCENARIO:
Cuando el servicio de Frame Relay es dado sobre la R D S I en banda ancha y los usuarios se conectan a través de la UN1 de Frame Relay.
En esta solución, se necesita un equipo que sirva de interfaz tanto para el usuario que recibe, como para el que transmite. Para proveer el servicio del primer escenario existen dos posibilidades:
POSIBILIDAD 1 :
Construir un mallado utilizando conexiones ATM (VCNP) para enlazar los puntos de acceso Frame Relay.
En este esquema se puede explotar la naturaleza de orientación a conexión Frame Relay (FR) siguiendo un comportamiento como:
El usuario del enrutador pregunta por una conexión al equipo interfaz de red.
El equipo interfaz de la red coloca las conexiones Frame Relay dentro de una conexión ATM con las direcciones destino apropiadas.
Por cada trama de equipo interfaz de red traslada de la conexión de Frame Relay a la ATM y viceversa.
La conexión ATM esta desocupada cuando no se necesita.
No utilizar manejo alguno, lo que involucra el uso de circuitos ATM permanentes (VPs) en lugar de los conmutadores (VCs) con un costo muy elevado.
Abrir y cerrar una conexion ATM con el destino apropiado para cada trama que arribe del lado de Frame Relay en el equipo interfaz de red.
Abrir una conexión ATM cuando se necesite y cerrarla de acuerdo a un temporizador de inactividad.
El problema debe ser solucionado ya sea por el enrutador del usuario o por el equipo interfaz de red.
POSIBILIDAD 2:
Utilizar un servicio Frame Relay en todos los lugares en los cuales se establezcan conexiones ATM en estrella. En esta opción se toma ventaja del uso actual del FR, el cual es proveer un mallado virtual entre diferentes sitios para cargar tráfico no orientado a conexión.
Cada enrutador esta conectado al servidor de FR.
Todos los DLCIs (Data Link Connection Identifier) en cada interfaz FR pueden ser cargados a un servidor FR dentro de un VC ATM.
En este escenario la funcionalidad de los equipos interfaz de red se simplifica debido a que solo dialoga con el servidor.
La complejidad reside en el servidor que ejecuta funciones de conmutación. Las tramas se conmutan en la base de VCIs y DLCIs entrantes y salientes.
SEGUNDO ESCENARIO:
La red de Frame Relay y la red RDSI de banda ancha se interconectan a través de sus respectivas interfaces de red (NNIs).
En las redes Frame Relay existentes se puede conseguir un mallado de LANs a traves de circuitos virtuales permanentes. Los datagramas de los LANs son cargados dentro de tramas FR y enrutados de acuerdo con la etiqueta contenida en el DLCI.
Tratando de hacer un sobresimplificación los dos protocolos (AAL 3 y AAL 5) ofrecen basicamente el mismo servicio CPAAL (Parte Común AAL) a las subcapas superiores. En este caso a la capa de Convergencia de Frame Relay.
Existen sin embargo diferencia en las funcionalidades internas, simplicidad de implementación y eficiencia del protocolo que incide en el costo. Las características a tomar en cuenta, cuyo detalle puede ser tema de otro artículo, tienen que ver con Delimitación y Alineamiento de Tramas, Multiplexación, Detección de errores de transmisión, eficiencia en la transmisión.
REDES VIA SATELITE
Los satélites artificiales han revolucionado el mundo de las comunicaciones y, en muchos aspectos, han influido en la política mundial. Por ejemplo, las imágenes en directo sobre la guerra de Vietnam trasmitidas vía satélite al público norteamericano tuvieron un efecto enorme sobre su opinión de la guerra. La teledifusión de las imágenes sobre el hambre de Etiopía sacudieron los sentimientos de mucha gente que hasta el momento no era consiente del problema. Hablando de cosas menos graves, por ejemplo las retransmisiones deportivas, como el Open Británico de golf o los juegos Olímpicos, y ni que decir de los mundiales de futbol; han contribuido sustancialmente a aumentarla afición y la práctica de deportes.
En 1945 Arthur C. Clark, con una gran previsión de futuro, describí0 en la revista Wireless World la tecnología sobre satélites supondría para el mundo de las comunicaciones una
revolución tan profunda como la que ocasionó la invención del teléfono. Aunque el efecto no ha sido tan profundo, es indiscutible que la tecnología de comunicaciones por satélite ha alterado considerablemente la forma en que nos comunicamos y la forma en que percibimos el mundo.
En este capitulo voy a tratar en forma general la razón por las que las comunicaciones vía satélite son tan ampliamente utilizadas, sus ventajas y desventajas, así mismo el protocolo mas ampliamente utilizado para este tipo de enlace inalámbrico conocido como ALOHA, es importante mencionar que sería imposible plasmar en su totalidad este tema debido a la complejidad que incurre, así como la tecnología ATM.
COMPONENETES DE UN SATELlTE
Los satélites de comunicaciones emplean antenas en la frecuencia de microondas para recibir señales de radio procedentes de las estaciones transmisoras; esas señales son repetidas de vuelta a otras estaciones en tierra, el proceso se muestra en la figura 12. El satélite actúa como una repetidora. La estación A trasmite señales de una frecuencia especifica (enlace ascendente) al satélite. El satélite a su vez, recibe las señales y las retransmite hacia la estación terrestre B a la frecuencia del enlace descendente. La señal transmitida por el enlace descendente puede ser recibida por cualquier estación que esté dentro de la zona de cobertura. Las señales pueden ser voz, datos y video.
FIGURA 12. Comunicaciones vía satélite.
PROS Y CONTRAS DE LAS REDES VíA SATÉLITE.
Las comunicaciones vía satélite presentan algunas características que las hacen muy atractivas. En primer lugar las capacidades de transmisión de los satélites son muy elevadas. Como operan en el rango de frecuencias de los gigaherzios, cada satélite admite varios miles de canales de voz.
El costo de transmisión de la señal es independiente de la distancia que separa a dos estaciones terrestres. Da lo mismo si las estaciones están separadas cientos de kilómetros o miles. Si utilizan el mismo transpondedor, el costo de la transmisión es constante, ya que las señales transmitidas por el transpondedor son recibidas por todas las estaciones, independientemente de la distancia que las separa.
Las comunicaciones vía satélite dan la oportunidad de diseñar redes conmutadas sin necesidad de dispositivos físicos y/o activos de conmutación. En comunicaciones terrestres, si una oficina del gobierno deseará comunicar sistemas basados en LAN utilizando la red conmutada, deberá alquilar líneas y proporcionar las interfaces de dichas líneas con el sistema de comunicación de la oficina al mismo tiempo que con la del CARRIER (Telmex, Avantel, AT&T, etc.), como son computadoras, procesadores frontales, multiplexores,
DSU, routers, bridges, etc. Por el contrario como las estaciones de tierra que se comunican
con el transpondedor del satélite envían y reciben por los mismos dos canales , solo necesitan “escuchar” la frecuencia del enlace descendente para determinar si la transmisión va destinada a ellas. Si no es así, simplemente ignoran la señal. Si es así copian la señal y la presentan al usuario.
Esta capacidad de difusión puede suponer una significativa reducción de costos si se compara con las redes terrestres, que utilizan numerosas líneas fisicas y dispositivos de conmutación. Al unir las tecnologías de ATM con las Redes Satélitales, por un lado cubriríamos a todo el territorio nacional y por otro tendríamos la capacidad de administrar los recursos de la red como es el ancho de banda terrestre utilizado, teniendo la capacidad de crear redes virtuales de usuarios, por medio de la conmutación en las celdas sin importar las distancias geográficas con un alto grado de seguridad.
Las condiciones climatológicas adversas, por ejemplo las tormentas fuertes, pueden causar interferencias en las señales de los canales de comunicaciones ascendente y descendente. Adicionalmente la señal debe recorrer un camino muy largo (aprximadamente 36,000 km de ida y otros tantos de vuelta), lo que causa un retardo en la recepción de señales en las estaciones de tierra. En algunos casos, este retardo puede causar problemas a los protocolos de línea y complicaciones con el tiempo de respuesta. Periódicamente, el Sol, la estación de tierra y el satélite se encontrarán alineados. Esto causará que la antena de la estación de tierra reciba los rayos solares, creándose los que se denomina un transitorio solar o deslumbramiento, el nivel de ruido térmico se hará sensiblemente superior a la señal recibida. Por el contrario el eclipse solar se produce durante la primavera y el otoño cuando la tierra se sitúa entre el sol y el satélite durante algunos minutos en un periodo de 23 días. Durante esos minutos, las células solares del satélite no reciben energía, lo que crea pérdidas de potencia en los componentes electrónicos del satélite.
FIGURA 13. Eclipses de Tierra.
La señal de comunicaciones del satélite puede interferir con otras señales de radio de sistemas basados en tierra. Para evitar que esto suceda es necesario una asignación muy cuidadosa del espectro de frecuencias.
atracción gravitatoria terrestre hacen que la posición del satélite permanezca fija respecto a Pa superficie terrestre. Esto presenta la ventaja de que las antenas de las estaciones de tierra puedan mantenerse en posiciones relativamente fijas (lo que se denomina sector orbital) ya que el movimiento del satélite coincide con el giro terrestre.
FIGURA 14. Orientación del satélite.
FIGURA 15. Mantenimiento de la Orientación.
Constelación de
los Satélites
Los satélites pueden ser posesionados en órbitas diferentes tanto elípticas o circulare, basados en el radio de la órbita, todos los satélites caen en las siguientes 3 categorías.
LEO: Low Earth Orbit ( Orbita baja terrestre
).
USO DE LOS SATELITES EN COMUNICACIONES
Multiplexado convencional
Hay otra solución, que se denomina multiplexado por división temporal (TDM
-
Time Division Mutiplexing). En esta solución, el tiempo se divide en intervalos temporales (time slots), que los usuarios van utilizando. El principal prablema de esta técnica es similar al del FDM. Como la capacidad del canal esta preasignada a los usuarios, se desperdicia si éstos no transmiten regularmente (volveremos en breve sobre este problema, al hablar de la forma de multipíexación dcnominada acces,) múltiple por división temporal TDMA -Timie Division Multiple Access).Sondeo/selección
Las comunicaciones vía satélite pueden estar controladas por una relación convencional primario/secundario, utilizando técnicas de sondeo/selección. La estación terrestre gestiona el tráfico primario (y se designa como estación primaria), y envía sondeos y selecciones a la estación secundaria (también terrestre) a través del satélite.
Una forma alternativa (que no se emplea mucho) es que sea el propio satélite el que envíe los sondeos y selecciones para controlar la red. Vamos a examinar ambas alternativas para determinar las ventajas e inconvenientes de los sistemas de sondeo y selección vía satélite.
Supongamos en primer lugar que es el propio computador del satélite el que realiza el sondeo y selección. Como el satélite está a unos 36 O00 Km sobre l a superficie terrestre y la señal se propaga a una velocidad de unos 300 O00 K d s , se requiere un rninimo de 120 milisegundos (ms) para que el sondeo/selección alcance a - la estación terrestre (36 0001300 O00 = 0.120 sg).
sondeo/selección es controlado por una estación de tierra, el problema es aún peor, ya que cada sondeo/seleccíón y respuestá debe ser enviado a la otra estación pasando por el satélite. En este caso, con 100 usuarios en la red, el ciclo completo de sondeo/selección. Requirirá 48 segundos.
El problema del retardo aparece también cuando sólo hay dos estaciones utilizando el canal. Si un usuario A envia a través M satélite una trama a otro usuario B, A debe detenerse a esperar la aceptación de dicha trama (suponiendo que se utiliza un protocolo arranque/parada semidúplex). Si los dos usuarios se están enviando muchas tramas (por ejemplo, en una transmisión dé archivos por lotes), los retardos acumulados incrementan el tiempo necesario para completar el proceso, con lo que la utilización efectiva del canal disminuye. Es fácil entender ahora por qué el protocolo de control binario síncrono semidúplex (BSC), muy utilizado al principio, cayó en desgracia.
Como muestra la tabla, se experimenta una degradación considerable en la utilización del canal (especialmente si el canal es vía satélite). Esta tabla ilustra algunos de los problemas que presentan los protocolos antiguos y refuerza la idea de que los protocolos ARQ continuos dúplex completos son mejores para su uso en canales vía satélite.
TABLA UTILIZACION DEL CANAL
Tamaño de bloqueRetardo de Retardo de Retardo de (trama) 10 ms 38 ms 500 ms 40 bytes 76.9% 46.7% 6.2%
132 bytes 9 1 .7% 74.3% 18.0%
Cuanto mayor es el tamaño del bloque, mejor utilización del canal, ya que se enmascara el efecto de retardo por circuito de larga distancia. El retardo de la transmisión semidúplex no
crea problema en comunicaciones de corta distancia con retardos breves (por ejemplo, de 10 ms). Es más problemático en circuitos de varios cientos de Km (retardos de 40 ms) a varios miles (retardos de 500 ms o más).
El uso de un protocolo dúplex ARQ continuo en lugar de los sistemas de sondeo con parada y espera hace disminuir el tiempo de respuesta y aumenta el caudal efectivo de datos. Como indica la tabla, el retardo por sondeo/selección vía satélite es especialmente evidente cuando se emplea un protocolo semidúplex con arranque y parada. Como los protocolos ARQ continuos permiten el solapamiento de transmisiones y aceptaciones en un canal dúplex completo, se reduce el retardo debido al ciclo de sondeo. Por ejemplo, mientras se envía un sondeo a una estación determinada, otra estación podría estar transmitiendo datos por el canal de retorno.
FIGURA 16. Efecto del retardo de propagación
Para prevenir el efecto de canal inactivo [que puede verse en la figura 16a, a menudo se amplia el tamaño de ventana de 7 del ARQ convencional, Esta expansión de ventana evita que el centro emisor cierre su ventana de transmisión mientras espera aceptaciones. En algunos sistemas se emplea la opción de secuencia expandida de HDLC y se amplía la ventana hasta un tamaño de 127; es decir, se permite transmitir un máximo de 127 tramas sin necesidad de aceptación por parte del centro receptor. Esta técnica permite al sistema compensar el retardo de propagación ver Figura 16 b, con lo que aumenta la eficacia de utilización del canal.
una o varias tramas. Por ejemplo, si el centro transmisor envía las tramas de la 1 a la 40 Y la trama número 6 resulta errónea, las tramas 5 a 40 deben ser retransmitidas. Con el método alternativo de la Repetición selectiva, la estación receptora puede almacenar varias tramas mientras espera la retransmisión de la errónea. En nuestro ejemplo, las tramas de la 7 a la 40 se podrían mantener almacenadas en el receptor mientras se espera la retransmisión de la trama número 6, ya que las tramas deben pasarse al usuario en orden secuencial. En consecuencia ARQ continuo presenta también problemas con los retardos de propagación de los canales vía satélite. Más adelante hablaremos de la unidad de retardo del satélite (SDU - Satellite Delay Unit) como una forma de reducir el efecto del retardo.
Sistemas enfre iguales sin sondeo Protocolo ALOHA
ALOHA. Al principio de los años 70, Norman Abranason, de la Universidad de Hawai, desarrolló una técnica para que un conjunto de usuarios no coordinados pudieran competir de forma efectiva por el uso de un canal. Esta técnica se denominó sistema ALOHA. Se utilizó esa palabra porque en hawaiano es la que se emplea como saludo o despedida. El sistema ALOHA original se empleó para sistemas de radio en tierra con transmisión por pa-
quetes. Pero las ideas en las que se basa son aplicables a cualquier sistema en el que los usuarios compitan por el uso de un canal.
FIGURA 17. ALOHA aleatorio en enlaces vía satélite.
La premisa fundamental de ALOHA es que los usuarios actúan según un esquema de igual a igual. Cada estación intentará transmitir siempre que tenga datos para enviar. Como no se utiliza una estructura primario/secundario, es posible (y probable) que algunos usuarios intenten transmitir aproximadamente al mismo tiempo.
En esencia, la idea consiste en escuchar el canal descendente tras transcurrir un tiempo de propagación por los canales ascendente y descendente desde que se envía el paquete. Si el paquete hubiera sido dañado, la estación transmisora espera un periodo de tiempo corto, cuya duración se escoge de forma aleatoria, y después retransmite. El uso de un periodo de espera aleatorio reduce la probabilidad de que se produzca una nueva colisión entre las dos estaciones transmisoras, ya que como los tiempos de espera serán diferentes, la retransmisión se producirá en instantes también diferentes.
En la figura 17 se muestra un sistema ALOHA típico que emplea comunicaciones vía satélite. Las estaciones A y B envían paquetes por un canal compartido. El enlace descendente muestra que el paquete número 1 procedente de la estación A fue transmitido sin problemas por los enlaces ascendente y descendente. El paquete 2 procedente de la estación B fue transmitido también sin errores: Pero el segundo paquete de la estación A y el primer paquete de la estación B se transmiten aproximadamente al mismo tiempo hacia el satélite, con lo que se interfieren y se produce una colisión.
El satélite no es responsable de la detección o corrección de errores. Simplemente retransmite lo que recibe por el enlace ascendente. En el enlace descendente, las estaciones
A y B detectan la colisión de los paquetes y, tras esperar el correspondiente periodo de tiempo aleatorio (habitualmente de algunos milisegundos), intentan retransmitir.
Esta solución es efectiva cuando los usuarios no actúan en forma coordinada y envían los datos en ráfagas como puede ser, por ejemplo, en el caso dé datos procedentes de terminales con teclado.
El ALOHA aleatorio experimenta una considerable degradación en sus prestaciones cuando la utilización del canal es alta. No obstante, no hay que olvidar que todo lo que se transmite por el canal son datos de usuario final. A diferencia de los sistemas primario/secundario,
aleatorio se puede mejorar utilizando una estrategia más eficaz, denominada ALOHA ranurado.
El sistema ALOHA ranurado requiere establecer bases de tiempos comunes entre las estaciones terrestres y el satélite. Esta sincronización es necesaria para enviar el tráfico en instantes establecidos; por ejemplo, cada 20 ms (0.020 segundos). En este caso, los 20 ms se obtendrían de dividir una velocidad del canal de 50 O00 bit/s y paquetes de 1000 bits (1 000/50 000=0.020 segundos).
El intervalo de 20 ms se refiere a la duración del paquete; es decir, al tiempo durante el que se transmiten bits de ese paquete por el canal. Todas las estaciones deben transmitir al inicio de una ranura temporal. No pueden enviarse paquetes que solapen más de una ranura.
El empleo del ALOHA ranurado aumenta considerablemente el caudal efectivo de datos por el canal, ya que si dos paquetes se solapan o colisionan, lo hacen completamente. Como mucho, sólo se daña una ranura temporal. No obstante, como en el caso del ALOHA aleatorio, en el ALOHA ranurado pueden producirse también colisiones. Si dos estaciones transmiten en el mismo periodo temporal, sus paquetes colisionarán. Como en el caso de ALOHA aleatorio, las estaciones esperan un periodo de tiempo aleatorio antes de intentar capturar otra ranura temporal para, transmitir.
Existe un reifnamiento al ALOHA ranurado denominado ALOHA ranurado con captura, en el que las ranuras temporales se yuxtaponen en una trama ALOHA figura 18. La duración total de la trama ALOHA debe ser igual o superior al retardo total de propagación ascendente-descendente. En consecuencia un paquete de 1 O00 bits que dura 20 ms requerirá un mínimo de 12 ranuras para contruir la trama ALOHA: 12 ranuras x 20 ms = 240 ms. El
periodo de 240 ms representa el mínimo retardo de propagación ascendente-descendente (120 ms en sentido ascendente
+
120 ms en sentido descendente = 240 ms).para su uso hasta que decida liberarla. La liberación ocurre cuando la estación envia un código de control de protocolo, como, por ejemplo, EOT (final de transmisión). Tras la recepción de un EOT, la ranura queda libre a partir de la trama siguiente. Las estaciones pueden entonces competir de nuevo por esa ranura. Las únicas colisiones en el ALOHA ranurado con captura ocurren cuando dos estaciones capturan una misma ranura de la trama de 240 ins.
Otra variante del ALOHA ranurado se denomina ALOHA ranurado con reserva. En esta versión, los usuarios son propietarios de las ranuras de cada trama. Los usuarios tienen uso exclusivo de su ranura dentro de una trama mientras tengan datos para transmitir. En el caso de que el usuario desee liberar su ranura, debe indicarlo mediante un código establecido.
En ese caso, la ranura queda libre y disponible para que los usuarios puedan utilizarla. Si otro usuario reserva esa ranura, tiene derecho exclusivo sobre ella hasta que su propietario original decida que necesita utilizarla. El usuario original reclama el uso de la ranura simplemente empezando a transmitir por su ranura designada en la trama. Es decir, cuando el usuario original requiere utilizar su ranura, cualquier otro usuario que la ocupare deberá liberarla. Es obvio que la primera vez que un usuario transmite en su ranura reservada puede ocurrir una colisión. En la trama siguiente transmitirá el propietario de la ranura. La estación que ha sido "desalojada" deberá buscar otra ranura libre o ir a por la suya propia si la tuviera.
FIGURA 18. ALOHA ranurado.
TDMA
TDMA asigna las ranuras temporales según sé necesitan. Pero, a diferencia de ALOHA, las ranuras son asignadas por una estación primaria denominada referencia (REF). Como muestra la figura 19 la estación de referencia acepta solicitudes de otras estaciones y, basándose en la naturaleza del tráfico y en la capacidad del canal disponible, la estación REF asigna las solicitudes a tramas específicas para transmisión posterior. Cada 20 tramas, la estación de referencia envía las asignaciones a las estaciones secundarias. Cada transpondedor es asignado a una estación de referencia. TDMA puede soportar hasta diez traspondodores activos por satélite.
La figura 19 muestra también los componentes de la estación de tierra. Sus componentes principales son el adaptador de puerto, el controlador de comunicaciones vía satélite (SCC
-
satellite comniunications controller), un módem de ráfagas, un dispositivo transmisor/receptor y una antena.FIGURA 19. TDMA.
Los canales de señales digitales se pasan al controlador de comunicaciones con el satélite, que es una unidad basada en software que se ocupa de las funciones de temporización, asignación de estaciones, conmutación, y procesamiento de llamadas vocales y de datos. Calcula los requerimientos del canal en función del número de conexiones vocales, el número de puertos de datos disponibles y el número de requerimientos de conexión de datos en cola. Asigna esos requerimientos a las tramas TDMA.
Las antenas transmisorasheceptoras son responsables de la transmisión y recepción de las señales que se transmiten por los canales, de enlace ascendente y descendente. Este protocolo utiliza una frecuencia de 1 ,4 GHz para el enlace ascendente, y de 12 GHz, para el canal descendente. Esta banda de transmisión ha sido escogida debido a que está relativamente alejada de otras transmisiones por satélite y permite aislar a las estaciones de tierra de la actividad terrestre en la banda de microondas de 4/6 GHz.
La figura 20 muestra una trama de 15 ms, la estación de referencia (REF) transmite una serie de asignaciones de todos los SCC que utilizan el transpondedor. Como ya mencionamos anteriormente, esta transmisión se envía cada 20 tramas. La serie de asignaciones especifica la posición y la capacidad de las ráfagas de tráfico de los SCC hacia el transpondedor. No hay que olvidar que las asignaciones se producen en respuesta a las solicitudes recibidas en tramas anteriores. El campo de control de la trama contiene las asignaciones y las solicitudes de las estaciones en competencia. El resto de la trama contiene las ráfagas de tráfico de los SCC que tienen posiciones asignadas por la estación de referencia.
FIGURA 20. La trama TDMA.
El tráfico se empaqueta en canales de 5 12 bits, que constan de una dirección de destino de
La transmisión a 32 kilobits por segundo utiliza sólo una pequeña fracción de la capacidad total del canal de 48 megabits. Por tanto, se pueden multiplexar por división temporal (TDM) muchas transmisiones de voz y de datos.
UNIDADES DE COMPENSACION DE RETARDO DE SATELITE
(SDW
Al principio de los años 60, en los primeros días de las comunicaciones vía satélite, las máquinas de usuario utilizaban ampliamente protocolos semidúplex. Aunque los protocolos semidúplex han caído en desuso, vamos a discutir su uIllización en enlaces via satélite, ya que existen aún algunos sistemas sernidúplex. Las empresas fabricantes de satélites han desarrollado algunos métodos para compensar la ineficiencia inherente de los sistemas semidúplex en los sistemas vía satélite. Uno de ellos es la utilización de unidades de com- pensación de retardo de satélite (SDU - Satellite Delay Units), que se muestran en la figura 21.
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FIGURA 21. Unidades de compensación de retardo de satélites (SDU) y
protocolos semidúplex.
La SDU es realmente un conversor de protocolo. Acepta tráfico bisync de la estación A y de la estación B, y almacena localmente dicho tráfico en un buffer. Por lo tanto, cuando la estación A envía una orden Seleccionar a la estación B, la SDU que sirve a la estación A acepta inmediatamente dicha orden enviando ACKO. Se transmiten los datos, en la SDU se comprueba si hay errores y se aceptan.
La SDU que sirve a la estación A transmite los datos utilizando su propio protocolo a través del satélite y transmite por el enlace descendente a la SDU que sirve a la estación B. La SDU de la estación B realiza la comprobación de errores y responde con una aceptación. En la SDU de la estación B se produce entonces la misma secuencia (le eventos que en el ETD A y en la SDU A. Envía un Seleccionar a la estación B, que acepta este Seleccionar, recibe los datos, comprueba los posibles errores y responde con ACKO.
