15 de mayo de 2013

Actividad 11: Comunicaciones Satelitales

Laboratorio de Redes de Telecomunicaciones
Actividad 11

¿Qué es un satélite artificial?


Un satélite artificial es un objeto que gira en torno a la Tierra, la Luna o algunos planetas y que ha sido fabricado por el hombre. Los satélites artificiales son naves espaciales fabricadas en la Tierra y enviadas en un cohete que despacha una carga útil al espacio exterior. Los satélites artificiales pueden orbitar alrededor de lunas, cometas, asteroides, planetas, estrellas o incluso galaxias. Tras su vida útil, los satélites artificiales pueden quedar orbitando como basura espacial.

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El 4 de octubre de 1957, con la colocación en órbita terrestre del Sputnik 1 comienza la historia de los satélites artificiales. A partir de entonces, miles de satélites, con distintas funciones, ya sean científicas, militares, meteorológicos o comunicaciones, han sido puestos en órbita tanto alrededor de la Tierra, como de otros planetas o de otros satélites naturales en otros planetas.

Un satélite permanece en órbita alrededor de la Tierra, o de otro cuerpo celeste, cuando la fuerza de atracción gravitacional está equilibrada con la fuerza centrífuga. Como la fuerza de gravedad ejercida por un cuerpo celeste disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia, cuanto más alto esté situado el satélite, menor será la fuerza de atracción gravitacional y menor, por consiguiente, su velocidad orbital.

Aplicaciones de las comunicaciones satelitales


Actualmente los satélites artificiales pueden ser creados con diferentes fines. Cada uno de estos satélites es creado para realizar un cierto tipo de acciones que ayude a la transmisión o recolección de datos. Entre las aplicaciones que es posible darle a los satélites artificiales se encuentran las siguientes:

  • Telecomunicaciones (como el satélite Morelos y Solidaridad de México).
  • Navegación (como los IRIDIUM y los GPS).
  • Meteorológicos (como los GOES).
  • Observación de la Tierra y vigilancia (como el LANDSAT, SPOT y SEASAT).

Telecomunicaciones

Esto incluye la televisión, los teléfonos celulares e Internet. Los proveedores de televisión por satélite, por ejemplo, emiten una señal unidireccional con programación de audio y vídeo a sus clientes. Esto es de gran utilidad para los clientes que se encuentran en zonas muy alejadas para utilizar cable u otros medios alámbricos o para los usuarios de móviles en vehículos y embarcaciones. Los clientes simplemente sintonizan sus receptores en el hogar al canal que desean y ver la programación digital directa desde el espacio.

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Bajo esta categoría tenemos sus usos principales:

Televisión por satélite

Los satélites utilizados para señales de televisión se encuentran situados en órbita geoestacionaria, a 35 786 km sobre el Ecuador terrestre. Debido a que orbitan la Tierra a la misma dirección y velocidad que esta gira, da la sensación de que no están en movimiento. La importancia de este hecho es vital, puesto que es posible utilizar un dispositivo emisor o receptor sin tener que cambiarlo de posición a medida que el satélite se va moviendo.

La transmisión televisiva por satélite se inicia en el momento en que la emisora envía la señal, previamente modulada a una frecuencia específica, a un satélite de comunicaciones. Para hacer posible esta emisión es necesario el uso de antenas parabólicas de 9 a 12 metros de diámetro. El uso de dimensiones de antena elevadas permite incrementar la precisión a la hora de enfocar el satélite, facilitando de este modo que se reciba la señal con una potencia suficientemente elevada.

Redes VSAT

Las redes VSAT (Very Small Aperture Terminals) son redes privadas de comunicación de datos vía satélite para intercambio de información punto-punto o, punto-multipunto (broadcasting) o interactiva. Sus principales características son:
  • Redes privadas diseñadas a la medida de las necesidades de las compañías que las usan.
  • El aprovechamiento de las ventajas del satélite por el usuario de servicios de telecomunicación a un bajo coste y fácil instalación.
  • Las antenas montadas en los terminales necesarios son de pequeño tamaño.
  • Las velocidades disponibles suelen ser del orden de 56 a 64 kbps.
  • Permite la transferencia de datos, voz y vídeo.
  • Enlaces asimétricos.
  • Las bandas de funcionamiento suelen ser K o C, donde se da alta potencia en transmisión y buena sensibilidad en recepción.

Telefonía satelital

Los teléfonos satelitales están diseñados para comunicarse en áreas remotas, donde la infraestructura de telecomunicaciones es limitada o inexistente. Ejemplos de ello son montañas, zonas de recreación alejadas, vuelos interoceánicos, mar abierto, casas de descanso, etc. Asimismo son de gran ayuda en situaciones de desastre donde la infraestructura de comunicaciones convencionales han sufrido daños.

Internet vía satélite

Además de la TV y las comunicaciones personales, la palanca de crecimiento de las telecomunicaciones es Internet. El satélite es la alternativa de acceso a áreas remotas o subdesarrolladas.

Telemedicina

Intercambio de datos e imágenes de alta resolución entre hospitales y acceso a zonas remotas o de conflicto para la retransmisión de operaciones, asistencia y diagnóstico remoto.

Navegación

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es la función de satélites mediante la emisión de un patrón de señal específica. Las variaciones en la señal pueden ser detectados por los receptores GPS para determinar la ubicación de un usuario de GPS en relación con el satélite mediante el uso de un principio llamado el efecto Doppler. En el efecto Doppler es evidente la compresión o descompresión de señales que se produce cuando la fuente de la señal está en movimiento, con respecto a un oyente. Mediante el cálculo de la cantidad de compresión en las señales para múltiples satélites, un receptor GPS puede determinar con precisión la ubicación del usuario.

Meteorológico

Se utiliza principalmente para supervisar el tiempo atmosférico y el clima de la Tierra. Sin embargo, ven más que las nubes, las luces de la ciudad, fuegos, contaminación, auroras, tormentas de arena y polvo, corrientes del océano, etc., es otra información sobre el medio ambiente recogida por los satélites. Las imágenes obtenidas por los satélites meteorológicos han ayudado a observar la nube de cenizas del Monte Saint Helens y la actividad de otros volcanes como el Monte Etna. El humo de los incendios del oeste de Estados Unidos como Colorado y Utah también han sido monitorizados.

Otros satélites pueden detectar cambios en la vegetación de la Tierra, el estado del mar, el color del océano y las zonas nevadas. El fenómeno de El Niño y sus efectos también son registrados diariamente en imágenes de satélite. El agujero de ozono de la Antártida es dibujado a partir de los datos obtenidos por los satélites meteorológicos. De forma agrupada, los satélites meteorológicos de China, Estados Unidos, Europa, India, Japón y Rusia proporcionan una observación casi continua del estado global de la atmósfera.

Observación de la Tierra y vigilancia

Satélites militares de reconocimiento y satélites civiles de mapeo utilizan cámaras de alta resolución para tomar fotos de la superficie de la tierra con fines cartográficos o la inteligencia. Además, estas cámaras no se limitan a el espectro de luz visible, y por lo que algunos están dedicados a la detección de infrarrojos o ultravioleta, que son utilizados por investigadores del medio ambiente y de los agricultores, lo que puede ayudar a determinar la temperatura, la cantidad de follaje, la composición química del aire en diferentes lugares, el cambio de altura de las capas polares de hielo, la erosión de la costa, o mapeo de las corrientes oceánicas frías y calientes. Otros usos incluyen aplicaciones web populares, prospección, observación meteorológica en tiempo real, y la detección y manejo de recursos naturales.

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Mecanismos para interceptar comunicaciones en satélites


La base de preocupación en la intercepción y mal uso de los sistemas de enlace de satélite de tierra se encuentra en la mecánica de su funcionamiento. En la comunicación ascendente y enlaces descendentes de satélite convencional, el satélite utiliza una antena que está conectada a una unidad receptora y una unidad transmisora, que típicamente son dispositivos separados. Estos dispositivos son a su vez el sistema de manejo de datos o computadora a bordo que funciona en todos los demás mecanismos de naves espaciales, incluyendo los propulsores, la detección y el control de orientación de la actitud, y cualquier otra carga útil a bordo.

Enseguida dos formas de interferir con las comunicaciones satelitales:

Bloqueo

Involucra la introducción de obstáculos deliberados o acciones tomadas para prevenir que el mensaje continué a su destino. Típicamente, estas medidas son solo empleadas en tiempos con hostilidades abiertas y con el objetivo de eliminar los recursos de los enemigos. Aunque esto puede ser combatido usando modulaciones secuenciadas en una tasa de transmisión de datos. Es una forma efectiva de prevenir que cualquier señal sea recibida en un host determinado.

Intercepción de la señal

Otro método mucho menos caro y demandante es la intercepción de señal a nivel de suelo. Este método depende mucho de una transmisión de señal ampliamente desde el satélite objetivo en órbita. Después de la transmisión de la señal (usualmente predecible como una función de su posición y tiempo) una fuerza hostil puede emplear una estación en la tierra o puesto de escucha dentro del rango de la comunicación. Aunque depende totalmente en el uso que da el usuario a la comunicación, es una forma efectiva e indetectable para recolectar inteligencia y ganar ventaja en contra del blanco.

Razones por las que personas quieren interceptar estas comunicaciones


Los satélites son un componente vital en el proceso de gestión de la información, una secuencia de bits que pasan en todo momento sobre nuestras cabezas, no importa si es un programa de entrevistas o de comunicaciones militares, pero están ahí y los hackers y el gobierno militar lo saben. Se trata de un nuevo desafío, el acceso y el control de estos datos.

El fenómeno de interceptar los satélites parece estar a la moda. Sistemas de satélites actuales son vulnerables a varios tipos de ataques, pero el problema es conocido y se está trabajando para mejorar su seguridad.

Sin profundizar en el tema se pueden enumerar las principales amenazas para estos sistemas:
  • Denegación de servicio.
  • Ataque al posicionamiento orbital

Debemos tener en cuenta que poner en peligro los satélites es un riesgo grave, la exposición podría afectar a la comunicación en los negocios y sectores militares y también se puede producir el robo de información tecnológica sensible y estratégica.

Precisamente el robo de información, es una de las principales razones por las que se desea interceptar las comunicaciones satelitales.

Maneras de proteger comunicaciones en satélites


Existen métodos modernos de seguridad para lograr la protección de comunicaciones satelitales. Los principales métodos para combatir las amenazas tratadas se dividen en tres categorías principales: capacidad de evasión, preparación táctica y la alteración del haz de comunicaciones.

Evasión

La capacidad de evasión describe la capacidad de una nave espacial para alterar su curso para evitar cualquier interrupción en su funcionamiento. Este método para evitar perturbaciones al satélite puede parecer demasiado simple, y en gran medida ineficaz, sin embargo, a menudo se requiere una mayor coordinación de las otras dos opciones que se presentan. La mayoría de las misiones se basan en una órbita regular y predecible para temporizar las transmisiones de comunicaciones y actualizaciones del sistema de satélite de su estación de control en tierra, y por esta razón es fácil planear un ataque a un satélite, ya que se puede programar un ataque mientras la trayectoria este a favor.

Preparación táctica

Otro concepto explorado principalmente por los militares es la posibilidad de emplear un sistema de defensa activo. Con la creciente importancia de los recursos por satélite en situaciones de combate como estaciones de comunicación, fuentes de reconocimiento, y las plataformas de armas, incluso potenciales, se convierten en un objetivo cada vez más tentador para los poderes hostiles. La disposición táctica proporcionaría a un satélite con la capacidad de defenderse de un ataque ofensivo y la posibilidad de operaciones continuas durante un período prolongado de tiempo a pesar de las circunstancias.

Alteración del haz de comunicaciones

Esta es tal vez la solución más simple y más fácilmente empleada para evitar estaciones de escucha hostiles, así como la detección del propio satélite. Este concepto requeriría un transmisor adaptable capaz de transmitir señales de alta resistencia con una anchura de haz mínimo, como para no proporcionar oportunidad para cualquiera de los sistemas de intervención de datos pasivos o activos. Una transmisión de ancho de haz minimizado se dirige a una estación de recepción específico y evita cualquier actividad de comunicación adicional.

Conclusiones


Sin duda las comunicaciones satelitales son de gran importancia por todas las aplicaciones y usos que actualmente se les ha dado, y es difícil imaginar todo lo que pasaría si en algún momento todos los satélites fueran atacados, por lo que es de vital importancia buscar formas para evitar que estos sean tomados por personas con malos fines.

Los satélites que más preocupan son los usados para las telecomunicaciones, porque es de estos de los que dependemos más en la vida diaria, evitar que estos satélites sean tomados o sean interceptados para adquirir la información que transfieren es una tarea muy importante por lo que las agencias espaciales invierten mucho en tecnología que evite este tipo de problemas.

Referencias:
Carlos López Soberanes, "Satélites Artificiales", Octubre de 2004, [En línea]. [Fecha de consulta: 12 de Mayo, 2013]. Disponible en:
http://www.astronomos.org/articulistas/Polaris/2004/43-SATELITES_ARTIFICIALES.pdf

Icarito, "Satélites artificiales y naturales", Agosto de 2011, [En línea]. [Fecha de consulta: 12 de Mayo, 2013]. Disponible en:
http://www.icarito.cl/enciclopedia/articulo/primer-ciclo-basico/ciencias-naturales/tierra-y-universo/2010/03/26-8976-9-satelites.shtml

Publicado por el usuario "paganinip", "Hacking satellite communications and possible implication", Febrero 2012, [En línea]. [Fecha de consulta: 12 de Mayo, 2013]. Disponible en:
http://securityaffairs.co/wordpress/2317/hacking/hacking-satellite-communications-and-its-implication.html

Mezzra, "What are satellites used for?", [En línea]. [Fecha de consulta: 12 de Mayo, 2013]. Disponible en:
http://wiki.answers.com/Q/What_are_satellites_used_for

Sean Patrick Bain, "The Increasing Threat to Satellite Communications", 2004, [En línea]. [Fecha de consulta: 12 de Mayo, 2013]. Disponible en:
http://spacejournal.ohio.edu/issue6/threats1.html

2 comentarios:

  1. NP tarea 7 de redes. Ahora mismo estamos separando temas para tarea 8 en el facebook.

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