El acceso a Internet por satélite es el acceso a Internet proporcionado a través de satélites de comunicaciones ; si puede mantener altas velocidades , se denomina banda ancha por satélite . El servicio moderno de Internet por satélite de calidad para el consumidor se proporciona normalmente a usuarios individuales a través de satélites geoestacionarios que pueden ofrecer velocidades de datos relativamente altas, [1] con satélites más nuevos que utilizan la banda Ku para alcanzar velocidades de datos de bajada de hasta 506 Mbit/s . [2] Además, se están desarrollando nuevas constelaciones de Internet por satélite en órbita terrestre baja para permitir el acceso a Internet de baja latencia desde el espacio.
Tras el lanzamiento del primer satélite, el Sputnik 1 , por parte de la Unión Soviética en octubre de 1957, Estados Unidos lanzó con éxito el satélite Explorer 1 en 1958. El primer satélite de comunicaciones comerciales fue el Telstar 1 , construido por Bell Labs y lanzado en julio de 1962.
La idea de un satélite geoestacionario —uno que pudiera orbitar la Tierra por encima del ecuador y permanecer fijo siguiendo la rotación de la Tierra— fue propuesta por primera vez por Herman Potočnik en 1928 y popularizada por el autor de ciencia ficción Arthur C. Clarke en un artículo en Wireless World en 1945. [3] El primer satélite en alcanzar con éxito la órbita geoestacionaria fue Syncom3 , construido por Hughes Aircraft para la NASA y lanzado el 19 de agosto de 1963. Las generaciones posteriores de satélites de comunicaciones con mayores capacidades y características de rendimiento mejoradas fueron adoptadas para su uso en la transmisión de televisión, aplicaciones militares y propósitos de telecomunicaciones. Después de la invención de Internet y la World Wide Web, los satélites geoestacionarios atrajeron interés como un medio potencial para proporcionar acceso a Internet.
Un factor importante que ha permitido la distribución de Internet por satélite ha sido la apertura de la banda K a para los satélites. En diciembre de 1993, Hughes Aircraft Co. solicitó a la Comisión Federal de Comunicaciones una licencia para lanzar el primer satélite en banda K a , Spaceway . En 1995, la FCC publicó una convocatoria para más solicitudes de satélites en banda K a , atrayendo solicitudes de 15 empresas, entre ellas EchoStar , Lockheed Martin , GE-Americom , Motorola y KaStar Satellite, que más tarde se convirtió en WildBlue .
Entre los aspirantes más destacados en el sector de Internet por satélite en su fase inicial se encontraba Teledesic , un ambicioso y finalmente fallido proyecto financiado en parte por Microsoft que acabó costando más de 9.000 millones de dólares. La idea de Teledesic era crear una constelación de Internet por satélite formada por cientos de satélites de órbita baja en la banda de frecuencias K a , que proporcionaran acceso a Internet de bajo coste con velocidades de descarga de hasta 720 Mbit/s. Sin embargo, el proyecto se abandonó en 2003. El fracaso de Teledesic, junto con las declaraciones de quiebra de los proveedores de comunicaciones por satélite Iridium Communications Inc. y Globalstar , frenaron el entusiasmo del mercado por el desarrollo de Internet por satélite. El primer satélite preparado para Internet para consumidores se lanzó en septiembre de 2003. [4]
En 2004, con el lanzamiento del Anik F2 , el primer satélite de alto rendimiento , se puso en funcionamiento una clase de satélites de última generación que proporcionaban una capacidad y un ancho de banda mejorados. Más recientemente, los satélites de alto rendimiento, como el satélite ViaSat-1 de ViaSat en 2011 y el Jupiter de HughesNet en 2012, han logrado mejoras adicionales, elevando las velocidades de datos de bajada de 1 a 3 Mbit/s hasta 12 a 15 Mbit/s y más. Los servicios de acceso a Internet vinculados a estos satélites están destinados principalmente a los residentes rurales como una alternativa al servicio de Internet a través de acceso telefónico, ADSL o FSS clásicos . [5]
En 2013, los primeros cuatro satélites de la constelación O3b fueron lanzados a la órbita terrestre media (MEO) para proporcionar acceso a Internet a los "otros tres mil millones" de personas que no contaban con acceso estable a Internet en ese momento. Durante los siguientes seis años, otros 16 satélites se unieron a la constelación, que ahora es propiedad de SES y está operada por ella . [6]
Desde 2014, un número cada vez mayor de empresas anunciaron que estaban trabajando en el acceso a Internet utilizando constelaciones de satélites en la órbita baja de la Tierra . SpaceX , OneWeb y Amazon planeaban lanzar más de 1000 satélites cada una. OneWeb por sí sola recaudó 1.700 millones de dólares en febrero de 2017 para el proyecto, [7] y SpaceX recaudó más de mil millones en la primera mitad de 2019 para su servicio llamado Starlink . [8] Esperaban más de 30.000 millones de dólares en ingresos para 2025 de su constelación de satélites. [9] [10] Starlink, a febrero de 2024, tiene 5.402 satélites operativos en órbita. [11]
Muchas constelaciones planificadas emplean comunicación láser para enlaces entre satélites con el fin de crear de manera efectiva una red troncal de Internet basada en el espacio .
En septiembre de 2017, SES anunció la próxima generación de satélites O3b y el servicio, denominado O3b mPOWER . La constelación de 11 satélites MEO ofrecerá 10 terabits de capacidad a nivel mundial a través de 30.000 haces puntuales para servicios de Internet de banda ancha. Los dos primeros satélites O3b mPOWER se lanzaron en diciembre de 2022, y se prevé el despliegue de nueve más en 2023-2024 y el inicio del servicio se espera para el tercer trimestre de 2023. [12] [13]
A partir de 2017, aerolíneas como Delta y American han estado introduciendo Internet satelital como un medio para combatir el ancho de banda limitado en los aviones y ofrecer a los pasajeros velocidades de Internet utilizables. [14]
A partir de 2024, [update]las empresas que brindan servicio de Internet residencial en los Estados Unidos vía satélite incluyen ViaSat , a través de su marca Exede , EchoStar , a través de su subsidiaria HughesNet , Starlink y Project Kuiper . [15]
La UE tiene previsto iniciar el proyecto IRIS² en la década de 2020. [16]
A partir de 2023, China está en proceso de desarrollar su propia constelación de Internet satelital[update] , de propiedad estatal , administrada por Chinasat . [17]
Las principales ofertas de la India en este espacio son Oneweb y JioSpaceFiber . [18] Y a partir de 2023, está obteniendo licencias para Starlink y Project Kuiper. [19]
Internet por satélite generalmente se basa en tres componentes principales: un satélite, históricamente en órbita geoestacionaria (o GEO) pero ahora cada vez más en órbita terrestre baja (LEO) u órbita terrestre media ( MEO) [20] ; una serie de estaciones terrestres conocidas como puertas de enlace que retransmiten datos de Internet hacia y desde el satélite a través de ondas de radio ( microondas ), y otras estaciones terrestres para servir a cada suscriptor, con una pequeña antena y un transceptor . Otros componentes de un sistema de Internet por satélite incluyen un módem en el extremo del usuario que vincula la red del usuario con el transceptor, y un centro de operaciones de red centralizado (NOC) para monitorear todo el sistema. Trabajando en conjunto con una puerta de enlace de banda ancha, el satélite opera una topología de red en estrella donde toda la comunicación de red pasa a través del procesador central de la red, que está en el centro de la estrella. Con esta configuración, la cantidad de estaciones terrestres que se pueden conectar al concentrador es prácticamente ilimitada.
En el mercado, como centro de las nuevas redes satelitales de banda ancha, se comercializa una nueva generación de satélites GEO de alta potencia ubicados a 35.786 kilómetros (22.236 millas) sobre el ecuador, que operan en modo de banda Ka ( 18,3–30 GHz). [21] Estos nuevos satélites construidos especialmente están diseñados y optimizados para aplicaciones de banda ancha, empleando muchos haces puntuales estrechos, [22] que apuntan a un área mucho más pequeña que los haces anchos utilizados por los satélites de comunicación anteriores. Esta tecnología de haz puntual permite a los satélites reutilizar el ancho de banda asignado varias veces, lo que puede permitirles lograr una capacidad general mucho mayor que los satélites de haz ancho convencionales. Los haces puntuales también pueden aumentar el rendimiento y la capacidad consecuente al concentrar más potencia y una mayor sensibilidad del receptor en áreas concentradas definidas. Los haces puntuales se designan como uno de dos tipos: haces puntuales de abonado, que transmiten hacia y desde el terminal del lado del abonado, y haces puntuales de puerta de enlace, que transmiten hacia/desde una estación terrestre del proveedor de servicios. Tenga en cuenta que alejarse de la estrecha huella de un haz puntual puede degradar significativamente el rendimiento. Además, los haces puntuales pueden hacer imposible el uso de otras nuevas tecnologías importantes, incluida la modulación "Portadora en Portadora ".
Junto con la tecnología de haz puntual del satélite, tradicionalmente se ha empleado en la red una arquitectura de tubo curvo , en la que el satélite funciona como un puente en el espacio, conectando dos puntos de comunicación en tierra. El término "tubo curvo" se utiliza para describir la forma de la ruta de datos entre las antenas de envío y recepción, con el satélite posicionado en el punto de la curva. En pocas palabras, la función del satélite en esta disposición de red es retransmitir señales desde el terminal del usuario final a las puertas de enlace del ISP, y viceversa, sin procesar la señal en el satélite. El satélite recibe, amplifica y redirige una portadora en una frecuencia de radio específica a través de una ruta de señal llamada transpondedor. [23]
Algunas constelaciones de satélites en órbita terrestre baja, como Starlink y la constelación Telesat propuesta , emplearán equipos de comunicación láser para enlaces ópticos entre satélites de alto rendimiento. Los satélites interconectados permiten el enrutamiento directo de datos de usuario de satélite a satélite y crean de manera efectiva una red de malla óptica basada en el espacio que permitirá una gestión de red sin inconvenientes y la continuidad del servicio. [24]
El satélite tiene su propio conjunto de antenas para recibir señales de comunicación desde la Tierra y transmitir señales a su ubicación de destino. Estas antenas y transpondedores son parte de la "carga útil" del satélite, que está diseñada para recibir y transmitir señales hacia y desde varios lugares de la Tierra. Lo que permite esta transmisión y recepción en los transpondedores de la carga útil es un subsistema repetidor (equipo de RF (radiofrecuencia)) utilizado para cambiar frecuencias, filtrar, separar, amplificar y agrupar señales antes de enviarlas a su dirección de destino en la Tierra. La antena receptora de alta ganancia del satélite pasa los datos transmitidos al transpondedor que los filtra, traduce y amplifica, y luego los redirige a la antena transmisora a bordo. Luego, la señal se envía a una ubicación terrestre específica a través de un canal conocido como portadora. Además de la carga útil, el otro componente principal de un satélite de comunicaciones se llama bus, que comprende todo el equipo necesario para mover el satélite a su posición, suministrar energía, regular las temperaturas del equipo, proporcionar información sobre el estado y el seguimiento y realizar muchas otras tareas operativas. [23]
Junto con los espectaculares avances en la tecnología satelital durante la última década, los equipos terrestres han evolucionado de manera similar, beneficiándose de mayores niveles de integración y aumento de la potencia de procesamiento, ampliando tanto los límites de capacidad como de rendimiento. La pasarela —o estación terrestre de pasarela (su nombre completo)— también se conoce como estación terrestre, telepuerto o concentrador. El término se utiliza a veces para describir solo la parte de antena parabólica, o puede referirse al sistema completo con todos los componentes asociados. En resumen, la pasarela recibe señales de ondas de radio del satélite en el último tramo de la carga útil de retorno o de subida, que lleva la solicitud que se origina en el sitio del usuario final. El módem satelital en la ubicación de la pasarela demodula la señal entrante de la antena exterior en paquetes IP y envía los paquetes a la red local. Los servidores de acceso/pasarelas gestionan el tráfico transportado hacia/desde Internet. Una vez que los servidores de la pasarela han procesado la solicitud inicial, se ha enviado a Internet y se ha devuelto desde Internet, la información solicitada se envía de vuelta como una carga útil de ida o de bajada al usuario final a través del satélite, que dirige la señal al terminal del suscriptor. Cada puerta de enlace proporciona la conexión a la red troncal de Internet para los haces de puerta de enlace a los que sirve.
El sistema de pasarelas que compone el sistema terrestre de satélites proporciona todos los servicios de red para la conectividad satelital y terrestre correspondiente. Cada pasarela proporciona una red de acceso multiservicio para las conexiones de terminales de abonado a Internet.
Como los Estados Unidos continentales están al norte del ecuador, todas las antenas parabólicas de los abonados y de los puntos de acceso deben tener una vista sin obstáculos del cielo del sur. Debido a la órbita geoestacionaria del satélite, la antena de los puntos de acceso puede permanecer apuntada a una posición fija.
Para que el equipo proporcionado por el cliente (es decir, PC y enrutador) acceda a la red satelital de banda ancha, el cliente debe tener componentes físicos adicionales instalados:
En el extremo más alejado de la unidad exterior se encuentra normalmente una pequeña antena de radio de tipo plato reflectante (de 60 a 90 cm de diámetro, de 2 a 3 pies). La antena VSAT también debe tener una vista sin obstáculos del cielo para permitir una línea de visión (LOS) adecuada hacia el satélite. Hay cuatro configuraciones de características físicas que se utilizan para garantizar que la antena esté configurada correctamente en el satélite, que son: acimut , elevación, polarización y sesgo . La combinación de estas configuraciones proporciona a la unidad exterior una LOS hacia el satélite elegido y hace posible la transmisión de datos. Estos parámetros generalmente se configuran en el momento en que se instala el equipo, junto con una asignación de haz (solo banda K a ); todos estos pasos deben realizarse antes de la activación real del servicio. Los componentes de transmisión y recepción generalmente se montan en el punto focal de la antena que recibe/envía datos desde/hacia el satélite. Las partes principales son:
El módem satelital sirve como interfaz entre la unidad exterior y el equipo provisto por el cliente (es decir, PC, enrutador) y controla la transmisión y recepción del satélite. Desde el dispositivo emisor (computadora, enrutador, etc.) recibe un flujo de bits de entrada y lo convierte o modula en ondas de radio, invirtiendo ese orden para las transmisiones entrantes, lo que se denomina demodulación . Proporciona dos tipos de conectividad:
Los módems satelitales de nivel de consumidor generalmente emplean el estándar de telecomunicaciones DOCSIS o WiMAX para comunicarse con la puerta de enlace asignada.
La latencia (comúnmente conocida como "tiempo de ping") es el retraso entre la solicitud de datos y la recepción de una respuesta, o en el caso de una comunicación unidireccional, entre el momento real de la transmisión de una señal y el momento en que se recibe en su destino.
Una señal de radio tarda unos 120 milisegundos en llegar a un satélite geoestacionario y luego otros 120 milisegundos en llegar a la estación terrestre, es decir, casi 1/4 de segundo en total. Normalmente, en condiciones perfectas, la física implicada en las comunicaciones por satélite representa aproximadamente 550 milisegundos de latencia en el viaje de ida y vuelta.
La latencia más prolongada es la principal diferencia entre una red terrestre estándar y una red basada en satélites geoestacionarios. La latencia de ida y vuelta de una red de comunicaciones por satélite geoestacionario puede ser más de 12 veces mayor que la de una red terrestre. [25] [26]
La latencia del satélite puede ser perjudicial para aplicaciones especialmente sensibles al tiempo, como los juegos en línea (aunque solo afecta seriamente a los juegos de disparos en primera persona o simuladores de carreras , mientras que muchos MMOG pueden funcionar bien a través de Internet por satélite [27] ), pero IPTV es típicamente una operación simple (transmisión unidireccional) y la latencia no es un factor crítico para la transmisión de video.
Los efectos de este retraso se pueden mitigar utilizando compresión de datos, aceleración TCP y precarga HTTP. [28]
Una órbita geoestacionaria (u órbita terrestre geoestacionaria/GEO) es una órbita geosincrónica directamente sobre el ecuador de la Tierra (latitud 0°), con un período igual al período de rotación de la Tierra y una excentricidad orbital de aproximadamente cero (es decir, una "órbita circular"). Un objeto en una órbita geoestacionaria parece inmóvil, en una posición fija en el cielo, para los observadores terrestres. Los lanzadores a menudo colocan satélites de comunicaciones y satélites meteorológicos en órbitas geoestacionarias, de modo que las antenas satelitales que se comunican con ellos no tengan que moverse para rastrearlos, sino que puedan apuntar permanentemente a la posición en el cielo donde permanecen los satélites. Debido a la latitud constante de 0° y la circularidad de las órbitas geoestacionarias, los satélites en GEO difieren en ubicación solo por la longitud.
En comparación con las comunicaciones terrestres, todas las comunicaciones por satélite geoestacionario experimentan una latencia mayor debido a que la señal tiene que viajar 35.786 km (22.236 mi) hasta un satélite en órbita geoestacionaria y regresar a la Tierra nuevamente. Incluso a la velocidad de la luz (aproximadamente 300.000 km/s o 186.000 millas por segundo), este retraso puede parecer significativo. Si se pudieran eliminar todos los demás retrasos de señalización, una señal de radio aún tarda unos 250 milisegundos (ms), o aproximadamente un cuarto de segundo, en viajar hasta el satélite y regresar a la Tierra. [29] La cantidad total mínima absoluta de retraso varía, debido a que el satélite permanece en un lugar en el cielo, mientras que los usuarios terrestres pueden estar directamente debajo (con una latencia de ida y vuelta de 239,6 ms), o muy al costado del planeta cerca del horizonte (con una latencia de ida y vuelta de 279,0 ms). [30]
En el caso de un paquete de Internet, ese retraso se duplica antes de recibir una respuesta. Ese es el mínimo teórico. Si se tienen en cuenta otros retrasos normales de fuentes de red, se obtiene una latencia de conexión unidireccional típica de 500 a 700 ms desde el usuario hasta el ISP, o una latencia de aproximadamente 1000 a 1400 ms para el tiempo total de ida y vuelta (RTT) de regreso al usuario. Esto es más de lo que experimentan la mayoría de los usuarios de acceso telefónico, con una latencia total típica de 150 a 200 ms, y mucho más alta que la latencia típica de 15 a 40 ms que experimentan los usuarios de otros servicios de Internet de alta velocidad, como el cable o VDSL . [31]
En el caso de los satélites geoestacionarios, no hay forma de eliminar la latencia, pero el problema se puede mitigar en cierta medida en las comunicaciones por Internet con funciones de aceleración TCP que acortan el tiempo aparente de ida y vuelta (RTT) por paquete dividiendo ("falsificando") el bucle de retroalimentación entre el emisor y el receptor. Ciertas funciones de aceleración suelen estar presentes en los últimos avances tecnológicos integrados en los equipos de Internet por satélite.
La latencia también afecta el inicio de conexiones seguras a Internet, como SSL , que requieren el intercambio de numerosos datos entre el servidor web y el cliente web. Aunque estos datos son pequeños, los múltiples viajes de ida y vuelta que implica el protocolo de enlace producen grandes retrasos en comparación con otras formas de conectividad a Internet, como documentó Stephen T. Cobb en un informe de 2011 publicado por la Rural Mobile and Broadband Alliance. [32] Esta molestia se extiende a la introducción y edición de datos mediante algunas aplicaciones de software como servicio o SaaS , así como en otras formas de trabajo en línea.
Las funciones, como el acceso interactivo en vivo a una computadora distante (como las redes privadas virtuales ), pueden verse afectadas por la alta latencia. Muchos protocolos TCP no fueron diseñados para funcionar en entornos de alta latencia.
Las constelaciones de satélites de órbita terrestre media (MEO) y órbita terrestre baja (LEO) no tienen retrasos tan largos, ya que los satélites están más cerca del suelo. Por ejemplo:
A diferencia de los satélites geoestacionarios, los satélites LEO y MEO no permanecen en una posición fija en el cielo y desde una altitud menor pueden "ver" un área más pequeña de la Tierra , por lo que el acceso generalizado continuo requiere una constelación de muchos satélites (las órbitas terrestres bajas necesitan más satélites que las órbitas terrestres medias) con una gestión compleja de la constelación para cambiar la transferencia de datos entre satélites y mantener la conexión con un cliente, y el seguimiento por parte de las estaciones terrestres. [20] [37]
Los satélites MEO requieren transmisiones de mayor potencia que los LEO para lograr la misma intensidad de señal en la estación terrestre, pero su mayor altitud también proporciona menos congestión orbital, y su velocidad de órbita más lenta reduce tanto el desplazamiento Doppler como el tamaño y la complejidad de la constelación requerida. [38] [39]
El seguimiento de los satélites en movimiento se realiza normalmente de una de tres maneras, utilizando:
En mayo de 2022, el operador de red móvil kazajo , Kcell , y el propietario y operador del satélite, SES, utilizaron la constelación de satélites MEO O3b de SES para demostrar que los satélites MEO podían utilizarse para proporcionar Internet móvil de alta velocidad a regiones remotas de Kazajstán para realizar videollamadas, conferencias y streaming de forma fiable, y navegación web, con una latencia cinco veces menor que en la plataforma existente basada en satélites de órbita geoestacionaria . [40] [41]
Una alternativa propuesta a los satélites de retransmisión es una plataforma especial de gran altitud que colocaría aeronaves que volarían a lo largo de una trayectoria circular sobre una ubicación terrestre fija, operando bajo control informático autónomo a una altura de aproximadamente 20.000 metros.
Por ejemplo, el proyecto Vulture de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos preveía un avión ultraligero capaz de mantenerse en posición sobre un área fija durante un período de hasta cinco años y capaz de proporcionar tanto vigilancia continua a los activos terrestres como de dar servicio a redes de comunicaciones de latencia extremadamente baja. [42] Este proyecto se canceló en 2012 antes de que entrara en funcionamiento. [ cita requerida ]
Las baterías de a bordo se cargarían durante las horas del día a través de paneles solares que cubrirían las alas y proporcionarían energía al avión durante la noche. Las antenas parabólicas de Internet en tierra transmitirían señales hacia y desde el avión, lo que daría como resultado una latencia de señal de ida y vuelta muy reducida de solo 0,25 milisegundos. Los aviones podrían potencialmente funcionar durante largos períodos sin reabastecerse de combustible. En el pasado se han propuesto varios esquemas de este tipo que involucran varios tipos de aeronaves.
Las comunicaciones por satélite se ven afectadas por la humedad y diversas formas de precipitación (como lluvia o nieve) en la trayectoria de la señal entre los usuarios finales o estaciones terrestres y el satélite que se utiliza. Esta interferencia con la señal se conoce como desvanecimiento por lluvia . Los efectos son menos pronunciados en las bandas de frecuencia más baja 'L' y 'C', pero pueden llegar a ser bastante severos en las bandas de frecuencia más alta 'Ku' y 'Ka'. Para los servicios de Internet por satélite en áreas tropicales con fuertes lluvias, el uso de la banda C (4/6 GHz) con un satélite de polarización circular es popular. [43] Las comunicaciones por satélite en la banda Ka ( 19/29 GHz) pueden utilizar técnicas especiales como grandes márgenes de lluvia , control de potencia de enlace ascendente adaptativo y tasas de bits reducidas durante la precipitación.
Los márgenes de lluvia son los requisitos adicionales del enlace de comunicación necesarios para tener en cuenta las degradaciones de la señal debido a la humedad y la precipitación, y son de suma importancia en todos los sistemas que operan en frecuencias superiores a 10 GHz. [44]
La cantidad de tiempo durante el cual se pierde el servicio se puede reducir aumentando el tamaño de la antena parabólica de comunicaciones para captar más señal satelital en el enlace descendente y también para proporcionar una señal más fuerte en el enlace ascendente. En otras palabras, aumentar la ganancia de la antena mediante el uso de un reflector parabólico más grande es una forma de aumentar la ganancia general del canal y, en consecuencia, la relación señal/ruido (S/N), lo que permite una mayor pérdida de señal debido al desvanecimiento por lluvia sin que la relación S/N caiga por debajo de su umbral mínimo para una comunicación exitosa.
Las antenas parabólicas modernas para uso doméstico suelen ser bastante pequeñas, lo que reduce el margen de lluvia o aumenta la potencia y el coste de la señal de bajada del satélite. Sin embargo, suele ser más económico construir un satélite más caro y antenas para uso doméstico más pequeñas y económicas que aumentar el tamaño de la antena para uso doméstico para reducir el coste del satélite.
Se pueden utilizar antenas comerciales de gran tamaño, de 3,7 m a 13 m de diámetro, para lograr mayores márgenes de lluvia y también para reducir el costo por bit al permitir códigos de modulación más eficientes. Alternativamente, las antenas de mayor apertura pueden requerir menos energía del satélite para lograr un rendimiento aceptable. Los satélites suelen utilizar energía solar fotovoltaica , por lo que no hay gastos en la energía en sí, pero un satélite más potente requerirá paneles solares y componentes electrónicos más grandes y potentes, que a menudo incluyen una antena de transmisión más grande. Los componentes satelitales más grandes no solo aumentan los costos de los materiales, sino que también aumentan el peso del satélite y, en general, el costo de lanzar un satélite a una órbita es directamente proporcional a su peso. (Además, dado que los vehículos de lanzamiento de satélites [es decir, los cohetes] tienen límites específicos de tamaño de carga útil, hacer que partes del satélite sean más grandes puede requerir mecanismos de plegado más complejos para partes del satélite, como paneles solares y antenas de alta ganancia, o actualizar a un vehículo de lanzamiento más caro que pueda manejar una carga útil mayor).
Las portadoras moduladas se pueden modificar dinámicamente en respuesta a problemas de lluvia u otras deficiencias en el enlace mediante un proceso denominado codificación y modulación adaptativas o "ACM". La ACM permite aumentar sustancialmente las tasas de bits durante condiciones normales de cielo despejado, lo que aumenta la cantidad de bits por Hz transmitidos y, por lo tanto, reduce el costo total por bit. La codificación adaptativa requiere algún tipo de canal de retorno o retroalimentación que puede ser a través de cualquier medio disponible, satelital o terrestre.
Se dice que dos objetos están dentro de la línea de visión si se puede conectar una línea recta entre ellos sin ninguna interferencia, como una montaña. Un objeto más allá del horizonte está por debajo de la línea de visión y, por lo tanto, puede resultar difícil comunicarse con él.
Por lo general, se requiere una línea de visión completamente despejada entre la antena y el satélite para que el sistema funcione de manera óptima. Además de que la señal es susceptible a la absorción y dispersión por la humedad, la señal se ve afectada de manera similar por la presencia de árboles y otra vegetación en el camino de la señal. A medida que la frecuencia de radio disminuye, por debajo de los 900 MHz, la penetración a través de la vegetación aumenta, pero la mayoría de las comunicaciones por satélite operan por encima de los 2 GHz, lo que las hace sensibles incluso a obstrucciones menores, como el follaje de los árboles. Una instalación de antena parabólica en el invierno debe tener en cuenta el crecimiento del follaje de las plantas que aparecerá en primavera y verano.
Incluso si existe una línea de visión directa entre la antena transmisora y la receptora, los reflejos de los objetos cercanos a la trayectoria de la señal pueden reducir la potencia aparente de la señal a través de cancelaciones de fase. La ubicación del objeto en la zona de Fresnel de las antenas determina si se pierde señal debido a un reflejo y en qué medida.
El servicio de Internet por satélite bidireccional para uso doméstico o de consumo implica el envío y la recepción de datos desde una terminal remota de apertura muy pequeña (VSAT) vía satélite a un puerto de telecomunicaciones central (telepuerto), que luego retransmite los datos a través de Internet terrestre. La antena parabólica en cada ubicación debe estar orientada con precisión para evitar interferencias con otros satélites. En cada sitio VSAT, la frecuencia de enlace ascendente, la velocidad de bits y la potencia deben estar ajustadas con precisión, bajo el control del concentrador del proveedor de servicios.
Existen varios tipos de servicios de Internet por satélite bidireccionales, entre ellos el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y el canal único por portadora (SCPC). Los sistemas bidireccionales pueden ser terminales VSAT simples con una antena parabólica de 60 a 100 cm y una potencia de salida de sólo unos pocos vatios destinados a consumidores y pequeñas empresas o sistemas más grandes que proporcionan más ancho de banda. Estos sistemas se comercializan con frecuencia como "banda ancha por satélite" y pueden costar dos o tres veces más por mes que los sistemas terrestres como ADSL . Los módems necesarios para este servicio suelen ser propietarios, pero algunos son compatibles con varios proveedores diferentes. También son caros, ya que cuestan entre 600 y 2000 dólares estadounidenses.
El "iLNB" bidireccional utilizado en la antena parabólica de la terminal SES Broadband tiene un transmisor y un LNB receptor de polaridad única, ambos funcionando en la banda Ku . El precio de los módems SES Broadband varía entre 299 y 350 €. Este tipo de sistemas no suelen ser adecuados para su uso en vehículos en movimiento, aunque algunas antenas pueden equiparse con un mecanismo automático de giro e inclinación para realinearlas continuamente, pero son más caras. La tecnología para SES Broadband fue suministrada por una empresa belga llamada Newtec.
Los clientes de Internet satelital para consumidores varían desde usuarios domésticos individuales con una PC hasta grandes sitios comerciales remotos con varios cientos de PC.
Los usuarios domésticos tienden a utilizar capacidad satelital compartida para reducir el costo, permitiendo al mismo tiempo altas tasas de bits pico cuando no hay congestión. Generalmente existen asignaciones de ancho de banda restrictivas basadas en el tiempo para que cada usuario obtenga su parte justa, de acuerdo con su pago. Cuando un usuario excede su asignación, la compañía puede ralentizar su acceso, despriorizar su tráfico o cobrar por el exceso de ancho de banda utilizado. Para Internet satelital de consumo, la asignación puede variar típicamente de 200 MB por día a 25 GB por mes. [45] [46] [47] Un portador de descarga compartido puede tener una tasa de bits de 1 a 40 Mbit/s y ser compartido por hasta 100 a 4.000 usuarios finales.
La dirección del enlace ascendente para clientes de usuarios compartidos normalmente es el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), que implica la transmisión de ráfagas de paquetes cortos ocasionales entre otros usuarios (similar a cómo un teléfono celular comparte una torre de telefonía celular).
Cada ubicación remota también puede estar equipada con un módem telefónico; las conexiones para esto son como las de un ISP de acceso telefónico convencional. Los sistemas satelitales bidireccionales a veces pueden usar el canal del módem en ambas direcciones para datos donde la latencia es más importante que el ancho de banda, reservando el canal satelital para datos de descarga donde el ancho de banda es más importante que la latencia, como para transferencias de archivos .
En 2006, la Comisión Europea patrocinó el Proyecto UNIC, cuyo objetivo era desarrollar un banco de pruebas científico de extremo a extremo para la distribución de nuevos servicios de televisión interactiva de banda ancha centrados en la entrega por satélite bidireccional de bajo coste a usuarios finales reales en el hogar. [48] La arquitectura UNIC emplea el estándar DVB-S2 para el enlace descendente y el estándar DVB-RCS para el enlace ascendente.
Las antenas VSAT normales (de 1,2 a 2,4 m de diámetro) se utilizan ampliamente para los servicios de telefonía VoIP. Las llamadas de voz se envían mediante paquetes vía satélite e Internet. Mediante técnicas de codificación y compresión, la velocidad de bits necesaria por llamada es de tan solo 10,8 kbit/s en cada sentido.
Estos suelen tener la forma de una caja rectangular plana autónoma que debe apuntar en la dirección general del satélite; a diferencia de VSAT, la alineación no necesita ser muy precisa y los módems tienen medidores de intensidad de señal incorporados para ayudar al usuario a alinear el dispositivo correctamente. Los módems tienen conectores de uso común, como Ethernet o Universal Serial Bus (USB). Algunos también tienen un transceptor Bluetooth integrado y funcionan como un teléfono satelital. Los módems también tienden a tener sus propias baterías para que se puedan conectar a una computadora portátil sin agotar su batería. El sistema más común de este tipo es el BGAN de INMARSAT : estos terminales tienen aproximadamente el tamaño de un maletín y tienen velocidades de conexión casi simétricas de alrededor de 350 a 500 kbit/s. Existen módems más pequeños, como los que ofrece Thuraya , pero solo se conectan a 444 kbit/s en un área de cobertura limitada.
El Internet satelital portátil suele ser más caro que otros modos de acceso a Internet, ya que cuesta entre 5 y 7 dólares por megabyte en promedio; los módems suelen costar entre 1.000 y 5.000 dólares. [49] Debido a esto, se utiliza con mayor frecuencia en vehículos sin acceso a otros modos de acceso a Internet, como los buques de navegación marítima. [ cita requerida ]
Durante muchos años [¿ cuándo? ] los teléfonos satelitales han podido conectarse a Internet. El ancho de banda varía desde aproximadamente 2400 bit/s para los satélites de la red Iridium y los teléfonos basados en ACeS hasta 15 kbit/s de subida y 60 kbit/s de bajada para los teléfonos Thuraya . Globalstar también proporciona acceso a Internet a 9,6 kbit/s; al igual que Iridium y ACeS, se requiere una conexión de acceso telefónico y se factura por minuto, sin embargo, tanto Globalstar como Iridium están planeando lanzar nuevos satélites que ofrezcan servicios de datos siempre activos a velocidades más altas. Con los teléfonos Thuraya, la conexión de acceso telefónico a 9,6 kbit/s también es posible, el servicio de 60 kbit/s está siempre activo y el usuario paga por los datos transferidos (alrededor de $5 por megabyte ). Los teléfonos se pueden conectar a una computadora portátil u otra computadora mediante una interfaz USB o RS-232 . Debido al bajo ancho de banda que se requiere, navegar por la web con una conexión de este tipo es extremadamente lento, pero resulta útil para enviar correos electrónicos, datos de Secure Shell y utilizar otros protocolos que requieren poco ancho de banda. Como los teléfonos satelitales suelen tener antenas omnidireccionales, no es necesario alinearlas siempre que haya una línea de visión entre el teléfono y el satélite.
Los sistemas de Internet satelital terrestre de retorno unidireccional se utilizan con acceso a Internet por marcación convencional , con datos salientes ( de subida ) que viajan a través de un módem telefónico , pero los datos de bajada se envían vía satélite a una velocidad mayor. En los EE. UU., se requiere una licencia de la FCC solo para la estación de enlace ascendente; no se requiere licencia para los usuarios.
Otro tipo de sistema de Internet por satélite unidireccional utiliza el Servicio General de Radio por Paquetes (GPRS) para el canal de retorno. [50] Utilizando el GPRS estándar o las Velocidades de Datos Mejoradas para la Evolución GSM (EDGE), los costos se reducen para velocidades efectivas más altas si el volumen de carga es muy bajo, y también porque este servicio no se cobra por tiempo, sino por volumen cargado. El GPRS como retorno mejora la movilidad cuando el servicio es proporcionado por un satélite que transmite en el campo de 100 a 200 kW. [ cita requerida ] Utilizando una antena parabólica de 33 cm de ancho, un portátil y un teléfono GSM equipado con GPRS normal , los usuarios pueden obtener banda ancha satelital móvil.
La estación transmisora tiene dos componentes: una conexión a Internet de alta velocidad para atender a muchos clientes a la vez y el enlace ascendente por satélite para transmitir los datos solicitados a los clientes. Los enrutadores del ISP se conectan a servidores proxy que pueden aplicar límites y garantías de ancho de banda de calidad de servicio (QoS) para el tráfico de cada cliente.
A menudo, se utilizan pilas IP no estándar para solucionar los problemas de latencia y asimetría de la conexión satelital. Al igual que con los sistemas de recepción unidireccionales, los datos enviados a través del enlace satelital generalmente también están cifrados, ya que de lo contrario serían accesibles para cualquier persona con un receptor satelital.
Muchas implementaciones de IP sobre satélite utilizan servidores proxy emparejados en ambos puntos finales, de modo que ciertas comunicaciones entre clientes y servidores [51] no necesitan aceptar la latencia inherente a una conexión satelital. Por razones similares, existen implementaciones especiales de redes privadas virtuales (VPN) diseñadas para su uso sobre enlaces satelitales, ya que el software VPN estándar no puede manejar los largos tiempos de viaje de los paquetes.
Las velocidades de carga están limitadas por el módem de acceso telefónico del usuario, mientras que las velocidades de descarga pueden ser muy rápidas en comparación con el acceso telefónico, utilizando el módem solo como canal de control para el reconocimiento de paquetes.
La latencia sigue siendo alta, aunque inferior a la de la Internet satelital geoestacionaria bidireccional completa, ya que sólo la mitad de la ruta de datos es vía satélite y la otra mitad a través del canal terrestre.
Los sistemas de Internet por satélite de transmisión unidireccional se utilizan para la distribución de datos, audio y vídeo basados en la transmisión por protocolo de Internet (IP) . En los Estados Unidos, se requiere una licencia de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) solo para la estación de enlace ascendente, no para sus usuarios. Tenga en cuenta que la mayoría de los protocolos de Internet no funcionarán correctamente en un acceso unidireccional, ya que requieren un canal de retorno. Sin embargo, el contenido de Internet, como las páginas web , aún se puede distribuir a través de un sistema unidireccional "enviándolos" al almacenamiento local en los sitios de los usuarios finales, aunque no es posible la interactividad total. Esto es muy parecido al contenido de televisión o radio, que ofrece poca interfaz de usuario.
El mecanismo de transmisión puede incluir compresión y corrección de errores para ayudar a garantizar que la transmisión unidireccional se reciba correctamente. Los datos también pueden retransmitirse periódicamente, de modo que los receptores que no hayan tenido éxito anteriormente tengan más oportunidades de intentar descargarlos nuevamente.
Los datos también pueden estar cifrados, de modo que, si bien cualquiera puede recibirlos, solo ciertos destinos pueden decodificarlos y utilizarlos. Los usuarios autorizados solo necesitan tener en su poder una clave de descifrado corta o un dispositivo de código rotativo automático que utiliza su propio mecanismo de temporización independiente de alta precisión para descifrar los datos.
De manera similar al retorno terrestre unidireccional, el acceso a Internet por satélite puede incluir interfaces a la red telefónica pública conmutada para aplicaciones de comunicación por satélite. No se requiere una conexión a Internet, pero muchas aplicaciones incluyen un servidor de Protocolo de transferencia de archivos (FTP) para poner en cola los datos para su difusión.
La mayoría de las aplicaciones de transmisión unidireccional requieren una programación personalizada en los sitios remotos. El software del sitio remoto debe filtrar, almacenar, presentar una interfaz de selección y mostrar los datos. El software de la estación transmisora debe proporcionar control de acceso, colas de prioridad, envío y encapsulamiento de los datos.
Los servicios comerciales emergentes en esta área incluyen:
En su informe publicado en febrero de 2013, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) señaló avances significativos en el rendimiento de Internet por satélite. El informe Measuring Broadband America de la FCC también clasificó a los principales ISP en función de lo cerca que estuvieron de cumplir con las velocidades anunciadas. En esta categoría, Internet por satélite encabezó la lista, con un 90% de los suscriptores que obtuvieron velocidades de 140% o más de lo anunciado. [52]
Gran parte de la ralentización asociada con Internet por satélite se debe a que, por cada solicitud, se deben completar muchos viajes de ida y vuelta antes de que el solicitante pueda recibir datos útiles. [a] Las pilas de IP especiales y los proxies también pueden reducir la latencia al disminuir la cantidad de viajes de ida y vuelta o al simplificar y reducir la longitud de los encabezados de protocolo. Las tecnologías de optimización incluyen la aceleración de TCP , la precarga de HTTP y el almacenamiento en caché de DNS , entre muchas otras. Consulte el estándar de Especificaciones del Protocolo de Comunicaciones Espaciales (SCPS), desarrollado por la NASA y adoptado ampliamente por los proveedores de software y equipos comerciales y militares en el mercado.
El satélite WINDS se lanzó el 23 de febrero de 2008. El satélite WINDS se utiliza para proporcionar servicios de Internet de banda ancha a Japón y a lugares de toda la región de Asia y el Pacífico. El satélite proporciona una velocidad máxima de 155 Mbit/s de bajada y 6 Mbit/s de subida a residencias con una antena de 45 cm de apertura y una conexión de 1,2 Gbit/s a empresas con una antena de 5 metros. [53] Ha llegado al final de su vida útil prevista.
SkyTerra-1 se lanzó a mediados de noviembre de 2010, con destino a América del Norte, mientras que Hylas-1 se lanzó en noviembre de 2010, con destino a Europa. [54]
El 26 de diciembre de 2010 se lanzó el satélite KA-SAT de Eutelsat , que cubre el continente europeo con 80 haces puntuales, señales enfocadas que cubren un área de unos pocos cientos de kilómetros a lo largo de Europa y el Mediterráneo. Los haces puntuales permiten que las frecuencias se reutilicen de manera efectiva en múltiples regiones sin interferencias. El resultado es una mayor capacidad. Cada uno de los haces puntuales tiene una capacidad total de 900 Mbit/s y el satélite completo tendrá una capacidad de 70 Gbit/s. [54]
El ViaSat-1 se lanzó el 19 de octubre de 2011 desde Baikonur, Kazajstán, y ofrece una capacidad de transmisión total de 140 Gbit/s a través del servicio de Internet Exede . Los pasajeros a bordo de JetBlue Airways pueden utilizar este servicio desde 2015. [55] El servicio también se ha ampliado a United Airlines , American Airlines , Scandinavian Airlines , Virgin America y Qantas . [56] [57] [58]
El satélite EchoStar XVII fue lanzado el 5 de julio de 2012 por Arianespace y se colocó en su posición orbital geoestacionaria permanente de 107,1° de longitud oeste, para prestar servicio a HughesNet . Este satélite de banda K tiene una capacidad de transmisión de más de 100 Gbit/s. [59]
En 2015 y 2016, el Gobierno australiano lanzó dos satélites geoestacionarios Sky Muster para proporcionar Internet a los australianos de la región y a los residentes de los Territorios Externos, como la Isla Norfolk y la Isla de Navidad . [60]
En 2006 [61] y 2015 [62] , la empresa argentina ARSAT lanzó los satélites ARSAT-1 y ARSAT-2 , respectivamente, brindando acceso a Internet y televisión a lugares remotos de su país de origen.
Desde 2013, la constelación de satélites O3b (en órbita terrestre media a una altitud de 8.063 km) reclama una latencia de ida y vuelta de extremo a extremo de 238 ms para servicios de datos.
A partir de septiembre de 2024 [update], 6426 satélites Starlink orbitan la Tierra. A partir de septiembre de 2024, Starlink tiene más de 4 millones de suscriptores. [63] [64] [65] Hay 648 satélites Oneweb en órbita terrestre baja. [66]
Las comunicaciones por satélite se utilizan para la transmisión de datos, el diagnóstico remoto de instrumentos , para mediciones físicas satelitales y oceanográficas desde la superficie del mar (por ejemplo, temperatura y altura de la superficie del mar [67] ) hasta el fondo del océano , y para análisis sismológicos . [68]
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