Satellite – La trasmissione dei dati

A cura di Aldo Leonardi

1.  Introduzione

I servizi di trasmissione dati che fanno uso del satellite come mezzo trasmissivo, negli ultimi anni si stanno diffondendo sempre più. Ciò è dovuto al fatto che le tecnologie alla base di questi sono utilizzabili ovunque ed offrono velocità di trasmissione pari o anche superiori a quelle offerte dall'Adsl terrestre, le quali possono variare tra i 300 Kbps ed i 2 Mbps, a seconda del tipo di servizio. Inoltre, alcuni servizi a pagamento, offrono canoni abbastanza accessibili .

In certi casi le tecnologie satellitari sono l'unico mezzo possibile per l'utilizzo dell'Internet a banda larga (Broadband). Una situazione di questo tipo può presentarsi ad esempio per quelle località fuori dai centri urbani, o per quei piccoli comuni dove l'Adsl terrestre fatica ad arrivare, per via dei costi da sostenere per l'installazione delle relative linee.

In questi casi è sempre possibile installare una parabola ed usufruire dei servizi di dati via satellite attraverso l'utilizzo di un PC dotato di modem satellitare (la scheda DVB), per la ricezione dei dati (audio, video, ecc.), e modem tradizionale o cellulare Gprs dotato di modem, per le richieste di dati.

Le tecnologie satellitari, per la trasmissione di dati, possono essere utilizzate ad esempio come alternativa economica alle linee dedicate, dalle aziende lontane dai centri urbani, che necessitano di connessione a banda larga ed inoltre si rivelano molto utili anche per postazioni mobili.

A vantaggio dell'Internet a banda larga via satellite, vi sono inoltre alcuni servizi gratuiti accessibili a tutti, quali ad esempio i servizi di Web Casting (come Casablanca) e di News. Questi servizi sono accessibili offline, ovvero senza essere connessi ad Internet, e non necessitano di alcuna richiesta per la ricezione dei dati da essi trasmessi. Per usufruirne bisogna possedere solo i relativi software e configurarli in modo opportuno. Poi saranno i software stessi ad occuparsi della ricezione degli "Annunci" di download e dei dati ad essi relativi.

Per l'Adsl terrestre non esistono servizi di questo tipo, poichè per qualsiasi tipo di download di dati, gratuito o a pagamento, è necessaria la connessione ad Internet.

Le tecnologie satellitari comunque sono soggette anche ad alcune limitazioni che riguardano: la potenza di trasmissione che è limitata ad aree (seppur estese); capacità limitate nelle elaborazioni dovuta al fatto che i satelliti sono dispositivi con capacità limitate; gli alti tassi di errori nei bit a cui sono sottoposti i canali satellitari, che possono portare alla perdita di dati, ma che vengono comunque limitati attraverso l'adozione di opportune tecniche di trattamento e codifica dei dati.

In questo documento, che può essere considerato come una breve guida introduttiva, si partirà dalla descrizione degli standard, delle tecnologie e dei servizi utilizzati in questo campo, senza entrare troppo nei dettagli.

Si passerà quindi alla descrizione del funzionamento dei sistemi per la trasmissione di dati via satellite e si porrà particolare attenzione ai limiti delle tecnologie adottate ed ai sistemi di sicurezza applicabili in tali sistemi.

Verrà trattata infine, molto brevemente, la Piattaforma AstraNet, la quale opera in questo campo da diversi anni.

La trattazione è suddivisa in 5 parti:

  • Il sistema DVB: Introduzione al Digital Video Broadcasting, con una breve descrizione degli standard DVB e con particolare attenzione posta verso gli standard DVB-S e DVB-IP che sono alla base delle trasmissioni di dati via satellite. Si parlerà inoltre dello standard MPEG-2 su cui il sistema DVB si basa e delle categorie di sistemi DVB-IP esistenti. 
  • Servizi offerti: Breve descrizione delle tipologie di servizi offerti e introduzione della tecnica degli “Annunci”. 
  • Funzionamento: Descrizione del funzionamento di un sistema DVB IP unidirezionale a pagamento, attraverso la descrizione delle fasi, che partono dalla richiesta, fino ad arrivare alla ricezione dei dati richiesti. 
  • Sistemi di sicurezza: Analisi dei limiti delle tecnologie implicate nella trasmissione dati via satellite e descrizione di un sistema di sicurezza. 
  • Piattaforma AstraNet: Breve descrizione dei servizi offerti dalla Piattaforma AstraNet, che opera nel campo della diffusione di dati via satellite. 

2. Il sistema DVB

Il DVB, acronimo di Digital Video Broadcasting, è lo standard de facto a livello europeo per i servizi di broadcasting dei dati radio e televisivi attraverso il satellite.

Il progetto Digital Video Broadcasting è nato nel 1993 da un consorzio di oltre 200 operatori di broadcasting, costruttori e operatori di rete in più di 30 Paesi del mondo, che si sono impegnati per la definizione di un set globale di specifiche per la distribuzione della televisione digitale e dei servizi di broadcast digitali in generale.

Il sistema DVB è completamente basato su standard aperti. Utilizza infatti sistemi di compressione video come MPEG-2, a livello di trasmissione e trasporto, e IP per i protocolli di rete riguardanti la comunicazione. Questo standard definisce come trasmettere i segnali MPEG-2 utilizzando differenti mezzi di trasmissione, quali ad esempio il satellite, il cavo ed i ripetitori terrestri; definisce come trasmettere le informazioni di sitema, la guida dei programmi, ecc.

Il DVB è stato adottato da tutti i paesi nel mondo, ad eccezione di Stati Uniti, Messico, Canada e Corea del Sud, per la televisione digitale e la radio digitale. Sono stati definiti diversi standard DVB, applicabili ai differenti mezzi di trasmissione utilizzati:

  • DVB-S, standard adottato per le diverse tipologie di trasmissione via satellite;
  • DVB-SI, (Service Information), il quale riutilizza integralmente ed amplia il DVB-S, fornendo informazioni sul contenuto della trasmissione;
  • DVB-S2, standard recente avanzato, adottato nelle trasmissioni via satellite. Migliora ed espande la gamma di applicazioni possibili con il DVB-S;
  • DVB-IP, utilizzato nella distribuzione di dati via satellite. Consente il trasporto di traffico TCP/IP (Internet) all'interno dei pacchetti DVB;
  • DVB-T , utilizzato per la trasmissione digitale attraverso ripetitori terrestri;
  • DVB-C e DVB-SMATV, adottati per le trasmissioni via cavo;
  • DVB-MS e DVB-MC, utilizzati per la diffusione del segnale su microonde;
  • DVB-MHP, adottato per la televisione digitale interattiva (es.: il digitale terrestre (DTT) di recente introduzione);
  • DVB-RCS, utilizzato per le comunicazioni satellitari interattive;
  • DVB-H (Handled), basato su DVB-T e utilizzato per l’IP broadcasting verso dispositivi palmari;
  • DVB-RCT, per la realizzazione di comunicazioni terrestri interattive.

Nel prosieguo di questo capitolo vedremo cosa prevede lo standard DVB-S, che è alla base delle trasmissioni via satellite, e lo standard Mpeg-2 di cui esso fa uso, ed in particolare l'Mpeg-2 Ts. Poi introdurremo lo standard DVB-IP, che è lo standard DVB per i servizi di trasmissione di dati via satellite, e vedremo le due categorie di sistemi DVB-IP (unidirezionale e bidirezionale) in cui lo standard DVB-IP viene utilizzato.

3.    Servizi offerti dai provider satellitari

Per offrire agli utenti servizi di distribuzione di dati basati sugli standard DVB, sono nati gli Internet service providers satellitari (ISPS), ovvero società specializzate nel fornire agli utenti l'accesso alla Rete Internet ed ai servizi ad essa collegati, attraverso l'utilizzo combinato della rete terrestre e quella satellitare.

Le modalità di diffusione dati offerte dai fornitori di servizi possono essere suddivise in:

  • diffusione dei dati in modalità broadcast, se il servizio è fruibile da tutti gli utenti;
  • diffusione dei dati in modalità multicast, se il servizio è ristretto ad un gruppo di utilizzatori;
  • diffusione dei dati in modalità unicast, se il servizio è destinato ad un solo utente.

Nel caso specifico di applicazioni basate sul protocollo TCP/IP si parla di IP-unicast o di IP-multicast.

La diffusione dei dati attraverso il satellite, rappresentata per lo più da un canale di comunicazione di tipo punto-multipunto, viene modulata attraverso opportune tecniche di cifratura del segnale che sono in grado di offrire un servizio di libero accesso solo ad un gruppo di utenti autorizzati dal gestore del servizio.

I servizi offerti dagli ISPS, dei quali ne descriveremo alcuni nel prossimo paragrafo, sono suddivisi in servizi gratuiti e servizi a pagamento, che a loro volta possono essere di tipo IP-unicast oppure IP-multicast.

4.    Funzionamento di un tipo di sistema DVB IP unidirazionale a pagamento

Vediamo i requisiti per l'utilizzo del servizio Fast Download (Fast Internet), già accennato in precedenza, ed il modo in cui questo opera.

Un utente abbonato ad un provider satellitare, è provvisto di un account e di una chiave personale, stipulati nella fase di registrazione al servizio. In questa fase l’ISPS utilizzerà l'indirizzo IP dell'utente per calcolare il MAC address a cui mandare i dati. Alcuni ISPS, invece, richiedono l’attivazione di una connessione VPN (con login e password), in seguito alla quale viene ricavato (dalla registrazione) l’indirizzo MAC dell’utente, al quale mandare i dati.

Tuttavia è spesso possibile modificare i settaggi relativi ai filtri satellitari, per riuscire a ricevere i pacchetti, inviati su una data frequenza di un transponder , destinati ad altri indirizzi MAC .

L’account solitamente composto da user name e da una password, serve all’utente per effettuare il login sul sito web dell’ISPS, dove può fare le richieste di download.

La chiave personale, che deve essere custodita dall’utente e non deve essere rivelata ad altri, è necessaria per ricevere i download ed in taluni casi anche per l’attivazione dei software necessari per la ricezione dei download stessi.

Solitamente i provider satellitari, che offrono questo tipo di servizio, possiedono dei server dedicati:

  • Proxy Server, i quali ricevono le richieste di dati fatte dagli utenti del servizio e provvedono a ricercare i dati in esse specificati nella rete, per poi passarli a server dedicati. Le richieste, come già abbiamo detto in precedenza, giungono alla stazione di base del provider tramite collegamento Internet terrestre passando attraverso l’ISP locale;
  • Push Server, sui quali memorizzano i contenuti proposti (audio, video, dati, ecc.), che risultano di maggior interesse per gli utenti. Questi contenuti una volta scaricati dalla rete di contribuzione terrestre, vengono catalogati e preparati per essere trasmessi dal satellite verso i terminali posti in ricezione. Periodicamente i contenuti vengono aggiornati, in base alle richieste più frequenti fatte dagli utenti e con i contenuti messi a disposizione dalle aziende fornitrici di contenuti;
  • Streaming Server, attraverso i quali mettono a disposizione degli utenti un bouquet vasto di contributi contenenti dati, audio (MP3), video e canali televisivi (MPEG-4). Il server riceve in entrata i flussi provenienti da contribuzioni che operano su trasmissioni live o registrate.

La richiesta di download, la ricezione dei dati relativi e la loro decriptazione, vengono svolti solitamente attraverso i passi elencati di seguito.

  • L’utente dopo essersi loggato sul sito web del provider può effettuare la richiesta selezionando i files tra i contenuti messi a disposizione dal provider stesso, oppure (nel caso in cui ciò che cerca non è nei contenuti offerti dal provider) indicando l’URL della pagina web dove i dati sono contenuti.
  • La richiesta passa dall’ISP terrestre locale e attraverso Internet arriva a una stazione base di terra dotata di un uplink DVB verso il satellite.
  • Se i dati richiesti non sono contenuti nei Push o nei Streaming servers, la stazione di terra li ricava da Internet, mediante l’utilizzo di un Proxy Server, per poi passarli a server dedicati, che effettuano la loro cifratura mediante l'uso di una chiave di cifratura e di un algoritmo a chiave privata.
  • L’IP-Gateway (IP Encapsulator) riceve i datagrams IP della rete Ethernet provenienti dal Proxy, Push e Streaming servers; seleziona i pacchetti e li incapsula all’interno del flusso di trasporto MPEG-2 TS DVB. Esso svolge la funzione di Gateway: acquisisce i dati, li tratta, ne controlla la qualità, la sicurezza, li cifra ed infine li prepara per la diffusione in un sistema multicast.
  • La stazione di terra invia in multicast attraverso il satellite l'Annuncio relativo al download dei dati richiesti. L'Annuncio viene ricevuto (prima dei dati relativi al download) dall'utente e conservato per ricevere successivamente in modo corretto i dati richiesti;
  • La stazione di terra si occupa quindi di tutte le operazioni necessarie alla trasmissione dei dati su satellite, ovvero:

A) Il multiplexing attraverso il Remultiplexer, ovvero riceve una serie di stream dati DVB e li multipla generando una singola trasmissione sincrona;

B) La codifica convoluzionale parametrizzabile di ciò che è stato prodotto dal Remultiplexer,introducendo al  fine  di rendere i segnali di informazione robusti alla corruzione dovuta a segnali di disturbo;  

C) La modulazione attraverso il Modulatore DVB, il quale effettua la funzione di FEC e quindi la modulazione QPSK del segnale numerico;

D) La conversione del segnale da frequenze intermedie (900Mhz ai 2150Mhz), a frequenze alte (10700Mhz ai 12750Mhz), attraverso l’utilizzo dell’up Convert (convertitore alle frequenze alte);

E) L’amplificazione del segnale attraverso l’utilizzo di un amplificatore di segnale;

F) La trasmissione vera e propria dei dati ad un transponder del satellite per mezzo di un apparato per l'uplink

  • Dal transponder del satellite il flusso dati, sottoforma di segnale, ridiscende a terra, attraverso un downlink, verso la parabola collegata al PC dell’utente, dotata di un Low Noise Block converter (LNB).
  • Il Low Noise Block converter amplifica il segnale riflesso dalla parabola e lo converte ad una gamma di frequenze inferiori. Ad esempio converte il segnale dalle frequenze alte (comprese tra 10700Mhz - 12750Mhz) alle frequenze intermedie (comprese tra 900Mhz -2150Mhz).
  • La scheda DVB di cui è dotato il PC dell’utente esegue i processi inversi, ovvero la demodulazione (QPSK), la decodifica, il demultiplexing e ricostruisce i pacchetti dati IP del flusso MPEG-2.
  • I dati ottenuti vengono resi disponibili alle applicazioni dell’utente, le quali si occuperano della ricomposizione dei dati originari dai pacchetti IP e della loro decifratura. Queste applicazioni fanno uso di alcune informazioni contenute nell'Annuncio, ricevuto in precedenza, e della chiave personale dell'utente per effettuare la decifratura dei dati.   

Figura 10: Schema a blocchi Sistema DVB IP.

5.   Sistemi di sicurezza per il trasferimento di dati in multicast su satellite

LE RETI BROADBAND IP BASATE SU SATELLITE HANNO BUONE POTENZIALITÀ NELLA TRASMISSIONE MULTICAST DEI DATI. COMUNQUE ESSE PRESENTANO DELLE SFIDE NOTEVOLI PER QUANTO CONCERNE LA SICUREZZA:

  • Lo sniffing dei dati, restando in ascolt
  • o sulla frequenza di un transponder, e le intrusioni attive sono molto più semplici che nelle reti fisse o mobili terrestri. Ciò è dovuto alla natura broadcast dei satelliti;
  • L’utilizzo del MAC address per sapere l’utente a cui inviare i dati, è un sistema che può funzionare solo con i programmi specifici forniti dal fornitore del servizio, i quali filtrano solo i dati che hanno il MAC address corrispondente a quello fornito all’utente. Questo sistema può essere aggirato modificando i settaggi relativi ai filtri satellitari, e riuscendo a ricevere quindi i pacchetti destinati a tutti gli indirizzi MAC. Tutto ciò è possibile se si utilizzano programmi costruiti ad hoc da programmatori esperti in questo campo. Ciò in pratica comporta lo sniffing dei dati che viaggiano attraverso la rete satellitare. Ovviamente se i dati sono criptati, risulteranno inutilizzabili agli utenti non autorizzati, se non sono in possesso della chive per il decrypt;
  • I sistemi satellitari sono risorse vincolate, in particolare in aree con limitata potenza di trasmissione e con capacità limitate di elaborazione e di commutazione;
  • I canali satellitari sono soggetti ad alti tassi di errore nei bit, il che può portare alla perdita della sincronizzazione nella sicurezza.

I sistemi di sicurezza associati al trasferimento di dati via satellite tengono conto di queste limitazioni, ed in particolare il bisogno di confidenzialità e la necessità di usare le risorse satellitari efficientemente. I satelliti geostazionari risentono anche del ritardo di propagazione delle informazioni, ed i sistemi di sicurezza devono quindi aggiungere solo un minimo ritardo al traffico.

Il progetto EU IST GEOCAST si occupa della sicurezza end-to-end dei dati nelle trasmissioni via satellite. Nell’ambito di questo progetto sono stati sviluppati alcuni sistemi di sicurezza end-to-end tra i quali vi è il protocollo per il trasferimento sicuro di file in multicast SAT-RMTP (Satellite Reliable Multicast Transfer Protocol).

 

6.   La piattaforma ASTRANET

Diverse sono le Piattaforme conformi agli standard DVB IP operative al momento. Alcune di queste sono AstraNet, Opensky, Skyplexnet, ecc.

La Piattaforma AstraNet ,che ha iniziato ad operare in questo campo dal 1997, ha la sua Stazione Hub in Lussemburgo a Betzdorf, nella sede dell’operatore privato satellitare Astra SES. Tale piattaforma opera in Europa sul satellite Astra 19.2°E ed offre una copertura territoriale estesa alla maggior parte dei Paesi Europei (figura 14).

Figura 14: Copertura territoriale offerta dalla Piattaforma Astranet.

Nella sede di Betzdorf arrivano tutte le contribuzioni provenienti dai vari fornitori di contenuti per applicazioni di Streaming e Package Delivery. Inoltre vi è un Centro Servizi per l’housing delle apparecchiature e per la ricezione, la registrazione e la trasmissione dei contenuti dei clienti (figura 15). Da questa piattaforma è possibile inoltre accedere alla Big Internet per il servizio di Accesso Veloce ad Internet.

Figura 15: Architettura AstraNet.

I servizi di base forniti dalla Piattaforma AstraNet sono:

  • Package Delivery: distribuzione condizionale e cifrata di package contenenti file di qualsiasi tipologia (documenti, video, audio, software, basi di dati, ecc.) con modalità store-and-forward;  
  • Streaming Delivery: distribuzione condizionale cifrata di flussi continui di informazioni (stream di pacchetti IP) senza storage intermedio;  
  • Accesso Veloce a Internet: Servizio di interconnessione a banda larga su protocollo IP al Backbone Internet (in sostanza il servizio Sat ADSL).  

L’operatore italiano che opera con AstraNet è Netsystem, il cui Centro Servizi ha sede a Milano. Netsystem è connesso alla piattaforma di Betzedorf mediante fibra ottica a 140 Mbps. L’offerta di servizio proposta da Netsystem è focalizzata sulla connessione ADSL like, denominata Sat ADSL (figura 16), piuttosto che sulle applicazioni. Essa offre abbonamenti di diverse fasce, con una velocità massima in download di 300 Kbps (non garantita). La velocità può essere molto inferiore nei momenti di maggior traffico.

Figura 16: Sat ADSL Netsystem.

GLOSSARIO

Adsl: acronimo di Asymmetric Digital Subscriber Loop. E' un sistema che consente di ottenere elevate velocità di trasferimento dati sulle attuali linee telefoniche. Si sovrappone all'attuale servizio telefonico analogico con l'ISDN a bassa velocità, e pertanto non impiega le frequenze tra 0 e 50 kiloHertz su cui essi si basano. 

Broadband: termine utilizzato per descrivere i collegamenti in grado di trasportare un’elevata quantità di informazioni digitali. In tal senso sono ritenute a “banda larga” le tecnologie di trasmissione che consentono collegamenti più veloci rispetto a quelli possibili con modem analogici e linee telefoniche su cavo di rame. 

Broadcast: trasmissione di informazioni da parte di una sorgente, diretta a tutte le macchine di una rete. Si ha una diffusione circolare ad ampio raggio delle informazioni. La trasmissione è fruibile da tutti gli utenti che sono raggiunti da tale segnale.  

Codifica convoluzionale parametrizzabile: schema di codifica per segnali di informazione bidimensionali, particolarmente adatta alla trasmissione, su canali rumorosi, di segnali di immagine. Sfrutta strumenti algebrici propri della teoria dei sistemi. In questo schema i dati da trasmettere sono prima suddivisi in blocchi e poi vengono aggiunti dei bit di ridondanza a ciascun blocco. Si aggiungono inoltre un header, un trailer e un campo di controllo CRC che permette di verificare in ricezione l'integrità dei dati decodificati. Il controllo consiste nell'applicare in trasmissione un particolare algoritmo per calcolare un valore (Checksum) da inserire nel campo CRC. Il ricevitore decodifica i dati e calcola il Checksum applicando il medesimo algoritmo usato in trasmissione. A questo punto viene effettuato il confronto tra il valore calcolato e quello ricevuto. Nel caso in cui i due valori non fossero uguali, i dati ricevuti sono considerati corrotti e quindi scartati.

Per ridurre il numero di bit trasmessi sul canale si può utilizzare la tecnica del “puncturing”, che consiste semplicemente nello scartare alcuni dei dati codificati. Il puncturing può essere utilizzato ad esempio per ottenere un tasso di 7:8 : per sette bit di informazione originale in ingresso vengono trasmessi otto bit di informazione codificata.
L'obiettivo di questo schema è quello di introdurre ridondanza nei dati, ai fini di rendere i segnali di informazione robusti alla corruzione dovuta a segnali di disturbo.

Datagram: unità fondamentale di trasmissione dati attraverso una rete, che contiene una testata (header) seguita dai dati veri e propri.

Datagram IP: unità fondamentale di trasmissione dati attraverso una rete, mediante il protocollo di comunicazione IP. Il pacchetto ha un formato standard contenente una testata (header), seguita dai dati veri e propri

Demodulazione QPSK: tecnica di demodulazione che ritrasforma il segnale modulato in fase (FM) nella corrispondente forma binaria. Effettua l'operazione inversa alla modulazione QPSK.  

Demultiplexing: processo consistente nel frazionare un flusso di byte (byte stream) in arrivo, che contiene dati provenienti da diverse sorgenti, in modo che essi possano essere assegnati al corretto protocollo di trasporto e applicazione. 

Downlink: percorso del segnale che va dal transponder del satellite alla Terra. 

FEC (Forward Error Correction): correzione degli errori in avanti. Tecnica usata per la correzione degli errori chiamata anche Viterbi Rate (dal nome del circuito correttore). Poichè il segnale proveniente da satellite è molto "rumoroso", ai bit di dati "veri" della trasmissione vengono aggiunti dei bit cosiddetti di "controllo", per permettere al ricevitore di individuare quelli sbagliati e correggerli. Più bit di controllo vengono aggiunti, più la trasmissione è sicura, ma a scapito della quantità di dati trasmessi nello stesso tempo (e quindi meno canali per transponder). Si compone di due forme di correzione degli errori:

  • il codice Viterbi, scritto sottoforma di frazione (esempio 2/3), che esprime il rapporto tra il numero 'n' di bit in entrata ed il numero 'n+i' di bit usati per la correzione;
  • il codice Reed Solomon, con il quale su 204 bit trasmessi, 188 contengono i dati ed i 16 bit restanti sono usati come bit di parità per la correzione di eventuali errori rimanenti.

Forward link: collegamento di spedizione. Vedi downlink.  

Gprs: acronimo di General Packet Radio Service. Aggiunta alla tecnologia GSM, consistente in un protocollo che consente di inviare e ricevere pacchetti di dati su una rete digitale senza fili. Permette un uso efficiente di una larghezza di banda limitata, ed è particolarmente indicato per inviare e ricevere piccole quantità di dati a carattere esplosivo.  

Indoor unit (IDU): dispositivo in grado sia di effettuare le operazioni necessarie per inviare i dati al satellite (multiplexing, codifica, modulazione), che le operazioni inverse (demodulazione, decodifica, demultiplexing), necessarie quando si ricevono dati provenienti dal satellite. 

Interleaving: tecnica che prevede la trasmissione di sequenze dati digitali non consecutive ma mescolate con precisi algoritmi. Questo sistema è molto importante per la protezione dei dati, infatti se a causa di un'interferenza venissero persi alcuni bit, grazie a questo "rimescolamento" il problema sarebbe limitato a pochi frammenti di immagine adiacenti. Questa tecnica è usata frequentemente nei sistemi di comunicazione per migliorare le prestazioni dei metodi di correzione degli errori, in quanto consente di mitigare gli effetti delle raffiche di rumore. Nel caso della codifica Reed-Solomon, l’interleaving assicura che due simboli adiacenti nella trasmissione provengano da due codeword diverse. Esistono due principali classi di interleaver: gli interleaver a blocchi e gli interleaver convoluzionali. Questi ultimi elaborano i dati in un flusso continuo, mentre gli interleaver a blocchi riordinano i simboli all’interno di un singolo blocco. I principali parametri che definiscono un interleaver sono il numero di bit per simbolo e la profondità dell’interleaving. La profondità è legata alla massima differenza tra i ritardi a cui sono soggetti due simboli diversi nell’attraversamento dell’interleaver. 

IP: Internet Protocol. Uno dei principali protocolli di comunicazione su Internet. 

IP-multicast: routing in base all’indirizzo IP della sorgente. L’indirizzo IP di destinazione è un’indirizzo IP di gruppo multicast. 

IP-unicast: routing in base all’indirizzo IP della destinazione.

ISDN (Integrate Services Digital Network): rete digitale di servizi integrati. Rete pubblica internazionale a commutazione di circuito, in grado di trasportare in maniera integrata i diversi tipi d'informazione multimediale (voce, dati, testi, immagini), codificati in forma digitale. Utilizza come mezzo trasmissivo il doppino telefonico esistente e si può interconnettere a reti locali. I suoi standard sono stabiliti dal Comitato consultivo internazionale di telegrafia e telefonia (CCITT). Il collegamento può avvenire secondo due modalità: accesso base per utente singolo con due canali di comunicazione a 64 kilobit al secondo (kbps) e uno di servizio a 16 kbps; accesso primario con 30 canali di comunicazione, uno di servizio e larghezza di banda di 2048 Megabit al secondo. In Italia collega diversi capoluoghi di provincia ed è interconnessa con la rete telefonica generale, la fonia dati, Itapac e il servizio internazionale. Costituisce il progetto-tipo di rete di telecomunicazioni nazionali ed internazionali a banda larga e per i servizi a valore aggiunto, ed è destinata in prospettiva a sostituire gli attuali sistemi di trasmissione con uno completamente digitale.

ISP (Internet Service Provider): società che fornisce agli utenti l’accesso alla Rete Internet ed ai servizi ad essa collegati.

ISPS (Internet Service Provider Satellitare): società che fornisce agli utenti l’accesso alla Rete Internet ed ai servizi ad essa collegati, attraverso l’utilizzo combinato della Rete terrestre e quella satellitare.

Low Noise Block converter (LNB): convertitore a basso rumore. E' l'elemento sul quale vengono convogliati i segnali riflessi dalla parabola, la cui funzione è quella di amplificarli e traslare la banda delle frequenze satellitari (comprese tra 10.700 - 12.750 Mhz) in una banda di frequenze più basse denominata prima frequenza intermedia (compresa tra 950 - 2.150 Mhz) , per poterli poi trasferire al ricevitore attraverso un cavo coassiale. Per la ricezione dei canali satellitari europei è necessario utilizzare un convertitore di tipo "Universale" (con frequenze d'ingresso da 10700 a 12750 MHz).

LNB Universale: LNB con due oscillatori locali. Quello per la banda bassa è sempre a 9750 MHz, il secondo invece è a 10600 MHz. Con questo LNB la massima frequenza in banda Ku (12750) viene spostata a 2150.

MAC (Media Access Control): indirizzo di rete univoco assegnato ad ogni scheda DVB. Esso permette di determinare l’utente verso il quale indirizzare i dati

Modulazione QPSK: tecnica di modulazione, che trasforma il segnale in forma binaria nel corrispondente segnale modulato in fase (FM). La modulazione QPSK (Quadrature Phase Shift Keyng) viene impiegata dalla tv satellitare digitale perché richiede l'impiego di basse potenze di trasmissione che parzialmente vengono compensate da sistemi di antenna ad elevato guadagno. Ma il punto debole di un collegamento via satellite rimane comunque il rumore. Infatti anche con i dovuti accorgimenti varia la sua entità secondo le condizioni climatiche con un aumento considerevole durante i momenti di pioggia o temporali. Proprio per evitare gli effetti degradanti del rumore viene impiegata questa tecnica di modulazione che grazie al suo principio di funzionamento è immune da quest'ultimo e si basa su due portanti aventi la stessa frequenza ma sfasate tra loro di 90° (vedere foto sotto). Le due portanti si chiamano I e Q. La lettera "I" vuol dire "in phase" mentre la lettera Q vuol dire per "quadrature". spostando una o entrambe le portanti di 180° si ottengono quattro diversi fasori (vettori rappresentativi di una grandezza sinusoidale nel metodo simbolico): ognuno di essi si riferisce ad una combinazione di due bit chiamata simbolo. In presenza di rumore i quattro punti della costellazione tendono a muoversi e a confondersi per gli inevitabili spostamenti di fase. L'impiego di solo quattro fasori lascia ampio spazio a questi movimenti provocati dal rumore e quindi si ha un grande margine di funzionamento prima che il ricevitore di utente fallisca nel riconoscimento dei simboli.
La mancanza di un riferimento di fase nel ricevitore potrebbe determinare la necessità di trasmettere un riferimento affinché siano facilmente identificabili le portanti I e Q ma non è così. Infatti nella modulazione QPSK si rispetta un processo di cambiamento di fase che tiene conto del precedente simbolo impiegato. Questa tecnica chiamata "codifica differenziale" esclude la necessità di avere altri riferimenti. Questo sistema subirebbe molto negativamente gli effetti tipici dei collegamenti terrestri con riflessioni e cammini multipli e soprattutto con possibili interferenze. Per questo motivo la modulazione QPSK rappresenta la soluzione ideale per i collegamenti via satellite che, seppure rumorosi, sono largamente esenti da questi fenomeni.

Una trasmissione QPSK quindi si presenta, come rumore che occupa tutto il canale. Per poter decodificare il segnale è necessario conoscere alcuni parametri di trasmissione essenziali.

MPEG-1: primo standard creato dal gruppo MPEG (Motion Picture Experts Group). Nel 1992 vengono pubblicate le specifiche di questo standard nominato come standard ISO/IEC 11172. In esse viene specificato: “Codifica di immagini in movimento e dell’audio associato per supporti di memorizzazione digitali fino a circa 1,5 Mbit/s”. L’MPEG-1 definisce il formato di compressione utilizzato per filmati a risoluzione relativamente bassa, tipicamente 352x288 pixel con 25 fotogrammi al secondo per lo standard tv PAL, oppure 352x240 pixel con 30 fotogrammi al secondo per lo standard tv NTSC. Solitamente viene utilizzato per i Video CD e i CD-I.MPEG-1.

Multicast: trasmissione di informazioni da una sorgente ad un determinato insieme di riceventi. La trasmissione di informazioni è diretta ad un sottinsieme dell’insieme degli utenti raggiungibili (solitamente appartenenti allo stesso gruppo), ovvero a quelli che hanno fatto richiesta.

Multiplexing: processo consistente nel combinare i dati provenienti da più sorgenti in un unico flusso continuo, affinché possano essere trasmessi attraverso un singolo canale di comunicazione.

News: servizio che fornisce informazioni in tempo reale di vario tipo, provenienti da tutte le parti del mondo.

Offline : fuori linea. Nella comunicazione dati, si riferisce alla situazione nella quale si è scollegati, per un tempo non specificato, da un computer distante. In questo contesto può esser vista come la situazione in cui non si è connessi ad Internet per mezzo del modem terrestre o Gprs, ma si accede ugualmente ai contenuti presenti in essa. Esempio navigazione offline di siti Web scaricati sul proprio PC.

Online : in linea. Nella comunicazione dati, si riferisce alla situazione nella quale si è collegati con un computer distante. In questo contesto può esser vista come la situazione nella quale è necessario essere collegati ad Internet tramite modem terrestre o Gprs, per accedere ai contenuti in essa proposti.

Outdoor unit (ODU): apparato in grado sia di trasmettere che ricevere dati dal satellite.

Proxy Server: server che mantiene un singolo punto di transito da e verso Internet pur fornendo un collegamento apparente con tutti gli host della Rete. Se una richiesta proviene dalla rete interna, il proxy da al client l’illusione di trattare con il server reale richiesto. Allo stesso modo funziona per le richieste provenienti dalla Rete esterna.

PSTN (Public Switched Telephone Network): rete telefonica pubblica commutata (analogica). Indica la normale rete telefonica terrestre che connette gli utenti della maggior parte del mondo. Utilizza come mezzo trasmissivo il doppino telefonico in rame esistente nella maggior parte delle abitazioni ed uffici.

Reed Solomon: schema di codifica per la correzione degli errori in blocchi di bytes. Utilizzato ampiamente nelle comunicazioni digitali e nello storage di dati (es. DVD). A differenza dei codici convoluzionali, che si basano su sequenze di lunghezza arbitraria, i codici Reed-Solomon si basano su blocchi. I dati in ingresso vengono spezzati in blocchi di dimensioni costanti e ogni blocco viene trasmesso assieme ai suoi bit di parità. Una codeword Reed-Solomon (ossia un blocco) è composta di un gruppo di simboli informativi e un gruppo di simboli di parità. Ogni simbolo consiste di un certo numero di bit, generalmente otto. Il numero massimo di simboli in una codeword è 2(exp m) -1, dove m è il numero di bit per simbolo. Con simboli di otto bit, quindi, la lunghezza massima per una codeword è di 255 bit. I simboli di parità sono formati dividendo i simboli informativi per un generatore polinomiale. I codici Reed-Solomon differiscono dai codici convoluzionali per un’altra importante ragione. I decodificatori per i codici convoluzionali effettuano una stima della sequenza di bit più probabile a partire dai dati ricevuti. I decodificatori Reed-Solomon, invece, non possono “tirare a indovinare”: possono soltanto correggere gli errori del tutto e con certezza, oppure non correggerli affatto. Un’altra opzione con la decodifica Reed-Solomon consiste nell’indicare al decodificatore quali sono i simboli errati, se ciò è noto grazie a un’altra parte del ricevitore (ad esempio l’uscita soft di un decodificatore Viterbi). Queste indicazioni sono chiamate “erasure”. Come per tutti i metodi di correzione degli errori, esistono molti altri parametri che possono essere variati. Tra essi il numero di bit per ogni simbolo, il polinomio su cui si basa il procedimento aritmetico, il generatore polinomiale, la dimensione della codeword e il numero di simboli di parità.

Return link: collegamento di ritorno. Vedi uplink.

Satelliti geostazionari: oggetti in grado di seguire l’orbita terrestre mantenendo invariata la propria posizione relativa rispetto al pianeta. Funzionano come ripetitori, i quali ricevono un segnale da un punto sulla terra e lo ritrasmettono in un altro. I satelliti orbitano ad una quota di circa 36000 Km rispetto alla Terra.

Scheda DVB: ricevitore per trasmissioni via satellite che può essere installato all’interno di un personal computer (in uno slot PCI), nella versione interna PCI, oppure collegata al PC tramite USB, nella sua versione esterna.

Sniffing: cattura di pacchetti, destinati ad altri utenti, che viaggiano sulla Rete (riferito sia alla rete terrestre che a quella che sfrutta i satelliti).

Symbol Rate: velocità di trasmissione del segnale televisivo misurato in Ms/sec, ovvero milioni di simboli al secondo. Ogni simbolo corrisponde a due bit. Per quanto vi sia una differenza di tipo formale, corrisponde come valore al Bit Rate, misurato in Mbit/sec.

TCP/IP: coppia di protocolli utilizzati per ottenere un tipo di collegamento connection oriented (affidabile) su Internet.

Transponder: ripetitori che possono gestire una larghezza di banda assegnata fino a 72 MHz, deputati all'amplificazione dei segnali provenienti dalle stazioni terrestri trasmittenti e alla successiva trasmissione verso le stazioni riceventi di un'ampia area geografica.

Unicast: azione consistente nel trasmettere informazioni ad un unico utente.

Uplink: percorso del segnale che va dalla Terra al satellite.

VPN (Virtual Private Network): rete privata virtuale costruita utilizzando connessioni pubbliche, come Internet per collegare i vari nodi. Questi sistemi utilizzano la cifratura e altri meccanismi di sicurezza per assicurare che solo gli utenti autorizzati possano accedere alla rete e che i dati non possano essere intercettati. Nel caso del servizio di Sat Internet ad esempio devono essere utilizzate due connessioni di accesso remoto. La prima è quella che realizza la connessione terrestre verso l’ISPS ed utilizza il modem analogico o digitale; la seconda realizza la connessione verso la VPN del provider, la quale è identificata attraverso il nome dell’host, e sfrutta la scheda di rete privata virtuale Microsoft che realizza un tunnel verso la VPN del provider.

Bibliografia

 

1.    D'Amato Vito, Sistemi di elaborazione d'informazione                                                                                                                                

2.    Prof. Alfredo De Sanctis, Sistemi di elaborazione dell'informazione                                                                                                                 

3.    Maurizio Crespi, “Il futuro è in orbita”, DEV n° 83, marzo 2001

4.    Piero Baudino, Internet via satellite, DEV n° 83, marzo 2001

5.    Roberto Borri, “Il satellite come supporto infrastrutturale alle reti terrestri”, anno 2001, http://www.garr.it/ws4/pdf/Borri.pdf

6.    Giorgio Fusari, “Internet via satellite: oltre ogni ostacolo”, anno 2000, http://www.idgworld.it/networking/nwi2000/TL060001.htm

7.    AERSAT, “Sistemi DVB IP via satellite”, http://www.aersat.it/docs/DVB1.pdf

Link utili :

  • http://www.dvb.org/
  • http://www.mpeg.org/
  • http://www.iso.org/
  • http://www.iec.org/
  • http://www.etsi.org/
  • http://www.europeonline.com/
  • http://once.csp.it/italian/index.php
  • http://www.netsystem.com/
  • http://www.open-sky.it/

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