La versión digital de esta tesis está protegida por la Ley de Derechos de Autor del Ecuador. Los derechos de autor han sido entregados a la “ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL” bajo el libre consentimiento del (los) autor(es). Al consultar esta tesis deberá acatar con las disposiciones de la Ley y las siguientes condiciones de uso: Cualquier uso que haga de estos documentos o imágenes deben ser sólo para efectos de investigación o estudio académico, y usted no puede ponerlos a disposición de otra persona. Usted deberá reconocer el derecho del autor a ser identificado y citado como el autor de esta tesis. No se podrá obtener ningún beneficio comercial y las obras derivadas tienen que estar bajo los mismos términos de licencia que el trabajo original. El Libre Acceso a la información, promueve el reconocimiento de la originalidad de las ideas de los demás, respetando las normas de presentación y de citación de autores con el fin de no incurrir en actos ilegítimos de copiar y hacer pasar como propias las creaciones de terceras personas. Respeto hacia sí mismo y hacia los demás.
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La versión digital de esta tesis está protegida por la Ley de Derechos de Autor del
Ecuador.
Los derechos de autor han sido entregados a la “ESCUELA POLITÉCNICA
NACIONAL” bajo el libre consentimiento del (los) autor(es).
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· No se podrá obtener ningún beneficio comercial y las obras derivadas tienen que
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El Libre Acceso a la información, promueve el reconocimiento de la originalidad de
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autores con el fin de no incurrir en actos ilegítimos de copiar y hacer pasar como
propias las creaciones de terceras personas.
Respeto hacia sí mismo y hacia los demás.
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
“ESTUDIO COMPARATIVO DE SERVICIO DE INTERNET SATELITAL EN DIFERENTES ESCENARIOS DE USO DE
SERVIDOR DE CACHING”
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
KAREN MARILÚ LÓPEZ CEVALLOS
DIRECTOR: ING. FREDY WLADIMIR LEMUS CRIOLLO, MSC.
CODIRECTOR: ING. FERNANDO FLORES
Quito, Agosto 2015
i
DECLARACIÓN
Yo, Karen Marilú López Cevallos, declaro bajo juramento que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún
grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
______________________________
Karen Marilú López Cevallos
ii
CERTIFICACIÓN
Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Karen Marilú López
Cevallos, bajo nuestra supervisión.
___________________________
Ing. Fredy Lemus, MSc.
DIRECTOR DEL PROYECTO
___________________________
Ing. Fernando Flores
CODIRECTOR DEL PROYECTO
iii
AGRADECIMIENTO
A Dios por ser el dueño de mi vida y de mis días, por todas las bendiciones que ha
derramado sobre mí hasta el día de hoy y por haberme guiado a tomar las
decisiones que me han traído hasta aquí para culminar esta etapa importante de mi
existencia.
A mis amados padres Héctor y Sandra, gracias por todo el amor y cariño que
siempre me han entregado y que sin duda es el motor que mueve mis días. Gracias
por el maravilloso ejemplo que siempre me han dado y por haber hecho que cada
día me sienta acompañada y apoyada.
A mis muñequitos, mis hermanos, porque han sabido poner en mi vida la alegría y
complicidad que me ha dado ánimo cada día para superarme. Gracias porque por
ustedes me he esforzado siempre para ser un buen ejemplo. Gracias porque lejos
o cerca siempre me han hecho sentir su cariño.
A la persona que me ha dado su amor y apoyo incondicional Sebastián, gracias por
haber estado a mi lado y encontrar siempre una palabra cuando lo necesito. Gracias
por tu infinita paciencia.
A la Escuela Politécnica Nacional por ser la mano que ha moldeado los
conocimientos que ahora poseo, los cuales han sido la herramienta clave para
culminar con éxito este proyecto.
A la empresa Level3, especialmente a mi director de tesis el MSc. Fredy Lemus y
a Pablito Barriga quienes me han dedicado su tiempo y han compartido conmigo
un poquito de la grandísima experiencia que poseen.
Gracias desde el fondo de mi corazón a todas mis amigas y mis amigos quienes
han sido parte de esta maravillosa etapa. Estoy infinitamente agradecida por las
hermosas experiencias que hemos compartido, por cada sonrisa y por las largas
horas de estudio juntos, todo ha valido la pena.
Karen López
iv
DEDICATORIA
Con todo mi amor:
A mis padres Héctor y Sandra y a mis hermanos
André y Mateo
Karen López
v
CONTENIDO
ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................ x
ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................... xiii
RESUMEN ........................................................................................................... xv
PRESENTACIÓN ............................................................................................... xvi
1. ESTUDIO TEÓRICO DE LOS ENLACES DE INTERNET SATELITAL Y SOLUCIONES DE CACHING ................................................................................ 1
Tabla de mediciones con perfil Extend IP Lite a 1024Kbps............ 93
Tabla de mediciones con perfil Extend IP Business Lite a 1024Kbps .................................................................................................................. 94
Tabla de mediciones con perfil Extend IP Business a 512Kbps ..... 95
Tabla de mediciones con perfil Extend IP Business a 1024Kbps ... 96
Tabla de mediciones con perfil Extend IP Intensive a 512Kbps ..... 97
Tabla de mediciones con perfil Extend IP Intensive a 1024Kbps ... 98
viii
Tabla de mediciones con perfil Extend IP Intensive Plus a 512Kbps .................................................................................................................. 99
Tabla de mediciones con perfil Extend IP Intensive Plus a 1024Kbps ................................................................................................ 100
Tabla de mediciones con perfil Extend IP Intensive Plus a 2048Kbps ................................................................................................ 101
4. EVALUACIÓN COMPARATIVA Y ANÁLISIS COSTO/BENEFICIO ............ 102
4.1. EVALUACIÓN DE RESULTADOS POR CAPACIDAD DEL ENLACE .. 102
4.1.1. ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD SATELITAL SOBRE LA PRUEBA “PRIMERA SOLICITUD - SOLO SATELITAL” ............................................. 103
4.1.2. ANÁLISIS DEL IMPACTO DE LOS ESCENARIOS DE PRUEBA EN EL USO DE LA CAPACIDAD DEL ENLACE SATELITAL ........................... 107
Análisis del impacto de los escenarios de prueba en el uso de la capacidad del enlace satelital para la categoría “Streaming de video” ..... 108
Análisis del impacto de los escenarios de prueba en el uso de la capacidad del enlace satelital para la categoría “Consulta” ..................... 111
Análisis del impacto de los escenarios de prueba en el uso de la capacidad del enlace satelital para la categoría “Google” ........................ 113
Análisis del impacto de los escenarios de prueba en el uso de la capacidad del enlace satelital para la categoría “Redes Sociales” .......... 116
Análisis del impacto de los escenarios de prueba en el uso de la capacidad del enlace satelital para la categoría “Descarga de archivos” . 118
Análisis del impacto de los escenarios de prueba en el uso de la capacidad del enlace satelital para la categoría “Transaccional” ............. 120
Análisis del impacto de los escenarios de prueba en el uso de la capacidad del enlace satelital para la categoría “Medios” ........................ 122
EVALUACIÓN DE IMPACTO DE USO DE CACHING .............................. 124
4.2.1 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING SOBRE LA CATEGORÍA “STREAMING DE VIDEO” .................................. 125
4.2.2 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING SOBRE LA CATEGORÍA “BÚSQUEDAS”................................................... 128
4.2.3 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING SOBRE LA CATEGORÍA “DESCARGA DE VIDEO” ................................... 129
4.2.4 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING SOBRE LA CATEGORÍA “MEDIOS” ........................................................... 131
4.2.5 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING SOBRE EL PROmeDIO TOTAL DE LAS CATEGORÍAS PROBADAS ....... 133
Figura 1.1 Enlace Satelital..................................................................................... 2
Figura 1.2 Órbita Geosíncrona GEO [3] ................................................................ 5
Figura 1.3 Órbita Media MEO [3] ........................................................................... 6
Figura 1.4 Órbita baja LEO [3] ............................................................................... 7
Figura 1.5 Órbita muy excéntrica HEO [3] ............................................................. 8
Figura 1.6 Componentes de un satélite ............................................................... 12
Figura 1.7 Satélite con estabilización de giro [9] .................................................. 13
Figura 1.8 Estructura física del satélite [3] ........................................................... 14
Figura 1.9 Estructura de la estación terrena [6] ................................................... 18
Figura 1.10 Ángulos visuales de una antena [5] .................................................. 22
Figura 1.11 Espaciamiento Satelital .................................................................... 23
Figura 1.12 Huellas satelitales [5] ........................................................................ 26
Figura 1.13 Topología de red usando un servidor proxy caché ........................... 29
Figura 1.14 Arquitectura caché ........................................................................... 32
Figura 2.1 Hub iDirect, servidores incorporados y tarjeta vertical [15] ................. 36
Figura 2.2 Interconexión del Hub con las estaciones remotas [15] ...................... 37
Figura 2.3 Arquitectura iDirect [16] ...................................................................... 38
Figura 2.4 Canales Uplink y Downlink del Hub utilizado [17] ............................... 39
Figura 2.5 Arquitectura de la red satelital iDirect en Ecuador [18] ....................... 40
Figura 2.6 Footprint para los satélites IS-14 y NSS-10 para banda C [18] ........... 41
Figura 2.7 Footprint para el satélite AMC-4 para banda Ku [18] .......................... 42
Figura 2.8 IDU de iDirect ..................................................................................... 43
Figura 2.9 ODU de iDirect ................................................................................... 44
Figura 2.10 Antena parabólica utilizada............................................................... 45
Figura 2.11 Configuración de la IDU ................................................................... 48
Figura 2.12 Diagrama de conexión de la estación remota [16] ............................ 49
Figura 2.13 Gráficos obtenidos del apuntamiento de la estación remota ............. 50
Figura 2.14 Características de los perfiles satelitales de iDirect .......................... 53
Figura 2.15 Desempeño de la arquitectura Fortinet [23] ...................................... 55
Figura 2.16 Funcionalidades del FortiGate 100D [24].......................................... 58
Figura 2.17 Leds del FortiGate 100D [24] ............................................................ 59
Figura 2.18 Puertos del FortiGate 100D [24] ....................................................... 59
Figura 2.19 Administración del FortiGate 100D [24] ............................................ 61
Figura 2.20 Conexión a Internet del FortiGate 100D [24] .................................... 61
Figura 2.21 Topología de Caché Web con FortiGate 100D [26] .......................... 63
Figura 2.22 Topología de Optimización WAN con FortiGate 100D [26] ............... 64
Figura 2.23 Escenario A, sin servidor caché ....................................................... 67
Figura 2.24 Escenario B, con servidor caché ...................................................... 67
Figura 3.1 Rack de comunicaciones donde está instalada la IDU ....................... 70
Figura 3.2 Configuración de la IDU usada ........................................................... 71
Figura 3.3 Estación remota instalada para pruebas ............................................ 72
Figura 3.4 Apuntamiento de la estación remota .................................................. 73
Figura 3.5 Inicio de servidor FortiGate 100D ....................................................... 74
Figura 3.6 Configuración de las interfaces del FortiGate 100D usado ................. 75
Figura 3.7 Configuración de DHCP de la interfaz LAN ........................................ 75
Figura 3.8 Ruta estática por defecto aplicada en el FortiGate usado ................... 76
xi
Figura 3.9 Configuración de política de navegación ............................................ 77
Figura 3.10 Diagrama General del enlace de pruebas ........................................ 78
Figura 3.11 Horas pico y horas valle ................................................................... 82
Figura 3.12 HttpWatch usado mientras se navega .............................................. 86
Figura 3.13 Download Status Bar de Mozilla ....................................................... 88
Figura 3.14 Resultado de una consulta en Webpagetest.org .............................. 89
Figura 3.15 Toma de datos de la primera prueba para llenar el campo “Web Tester (WEBPAGETEST.ORG)” .................................................................. 90
Figura 3.16 Toma de datos de la segunda prueba para llenar el campo “Primera Solicitud - Solo Satelital”.................................................................... 91
Figura 3.17 Toma de datos para las categorías “Streaming de video” y “Descarga de archivos”....................................................................................... 92
Figura 4.1 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio por categoría para la prueba “Primera solicitud – Sólo Satelital” ................................... 104
Figura 4.2 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio total por perfil para la prueba “Primera solicitud – Sólo Satelital” ................................... 105
Figura 4.3 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio por prueba y por perfil para la categoría “Streaming de Video” .................................. 109
Figura 4.4 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio total por prueba para cada perfil para la categoría “Streaming de Video” .................. 109
Figura 4.5 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio por prueba y por perfil para la categoría “Consulta” ................................................... 111
Figura 4.6 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio total por prueba para cada perfil para la categoría “Consulta” ................................... 112
Figura 4.7 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio por prueba y por perfil para la categoría “Google” ...................................................... 114
Figura 4.8 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio total por prueba para cada perfil para la categoría “Google” ..................................... 114
Figura 4.9 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio por prueba y por perfil para la categoría “Redes Sociales” ......................................... 116
Figura 4.10 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio total por prueba para cada perfil para la categoría “Redes Sociales” ........................ 117
Figura 4.11 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio por prueba y por perfil para la categoría “Descarga de Archivos” ............................... 119
Figura 4.12 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio total por prueba para cada perfil para la categoría “Descarga de archivos” .............. 119
Figura 4.13 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio por prueba y por perfil para la categoría “Transaccional” ........................................... 121
Figura 4.14 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio total por prueba para cada perfil para la categoría “Transaccional” ........................... 121
Figura 4.15 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio por prueba y por perfil para la categoría “Medios” ...................................................... 123
Figura 4.16 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio total por prueba para cada perfil para la categoría “Medios” ..................................... 123
Figura 4.17 Gráfico de línea de la variación del porcentaje de impacto de uso de caching por prueba para la categoría “Streaming de video” ........... 127
Figura 4.18 Gráfico de línea de la variación de porcentaje de impacto de uso de caching por prueba para la categoría “Búsquedas” ........................ 128
xii
Figura 4.19 Gráfico de línea de la variación de impacto de uso de caching por prueba para la categoría “Descarga de Video” ............................... 130
Figura 4.20 Gráfico de línea de la variación de impacto de uso de caching por prueba para la categoría “Medios” .................................................. 132
Figura 4.21 Gráfico de línea de la variación del porcentaje de impacto de uso de caching por prueba para cada categoría ......................................... 134
Figura 4.22 Gráfico de línea de la variación del porcentaje de impacto de uso de caching promedio total por prueba .................................................. 134
Figura 4.23 Variación gráfica Costo – Beneficio por categoría .......................... 138
Figura 4.24 Variación gráfica Costo – Beneficio para la categoría “Streaming de Video” .............................................................................................. 139
Figura 4.25 Comparación de beneficio obtenido con el uso del servidor FortiGate 100D ............................................................................................... 141
xiii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Órbitas Satelitales según la altura .......................................................... 8
Tabla 1.2 Bandas de frecuencia [11] ................................................................... 25
Tabla 2.1 Satélites usados en la tecnología iDirect [19] ....................................... 41
Tabla 2.2 Estado de los leds de la IDU [15] ......................................................... 47
Tabla 2.3 Perfiles Satelitales iDirect .................................................................... 51
Tabla 3.1 Perfiles satelitales planteados para las pruebas .................................. 79
Tabla 3.2 (Parte 1) Sitios Web utilizados para las pruebas .................................. 80
Tabla 3.3 Tabla estándar de medición de pruebas sin y con uso de servidor de caching .............................................................................................. 84
Tabla 3.4 Mediciones tomadas con perfil Extend IP Lite a 1024Kbps .................. 93
Tabla 3.5 Mediciones tomadas con perfil Extend IP Business Lite a 1024Kbps ... 94
Tabla 3.6 Mediciones tomadas con perfil Extend IP Business a 512Kbps ........... 95
Tabla 3.7 Mediciones tomadas con perfil Extend IP Business a 1024Kbps ......... 96
Tabla 3.8 Mediciones tomadas con perfil Extend IP Intensive a 512Kbps ........... 97
Tabla 3.9 Mediciones tomadas con perfil Extend IP Intensive a 1024Kbps.......... 98
Tabla 3.10 Mediciones tomadas con perfil Extend IP Intensive Plus a 512Kbps .. 99
Tabla 3.11 Mediciones tomadas con perfil Extend IP Intensive Plus a 1024Kbps ........................................................................................................ 100
Tabla 3.12 Mediciones tomadas con perfil Extend IP Intensive Plus a 2048Kbps ........................................................................................................ 101
Tabla 4.1 Valores promedio por categoría y por perfil para la prueba “Primera solicitud – Sólo Satelital” ................................................................. 103
Tabla 4.2 Valores promedio por prueba y por perfil para la categoría “Streaming de video” ......................................................................................... 108
Tabla 4.3 Capacidad efectiva de los perfiles satelitales usados ......................... 110
Tabla 4.4 Valores promedio por prueba y por perfil para la categoría “Consulta” ........................................................................................................ 111
Tabla 4.5 Valores promedio por prueba y por perfil para la categoría “Google” . 113
Tabla 4.6 Valores promedio por prueba y por perfil para la categoría “Redes Sociales” ......................................................................................... 116
Tabla 4.7 Valores promedio por prueba y por perfil para la categoría “Descarga de archivos” ......................................................................................... 118
Tabla 4.8 Valores promedio por prueba y por perfil para la categoría “Transaccional” ............................................................................... 120
Tabla 4.9 Valores promedio por prueba y por perfil para la categoría “Medios” . 122
Tabla 4.10 Valores promedio por perfil satelital y por prueba para la categoría “Streaming de video” ....................................................................... 126
Tabla 4.11 Valores promedio por perfil satelital y por prueba para la categoría “Búsquedas” .................................................................................... 128
Tabla 4.12 Valores promedio por perfil satelital y por prueba para la categoría “Descarga de Video” ....................................................................... 130
Tabla 4.13 Valores promedio por perfil satelital y por prueba para la categoría “Medios” .......................................................................................... 131
Tabla 4.14 Porcentajes promedio total de todas las categorías por prueba ....... 133
Tabla 4.15 Costos de Capex y Opex por perfil satelital ...................................... 137
xiv
Tabla 4.16 Tiempos de respuesta y costo mensual del servicio para cada perfil satelital para las categorías “Streaming de Video” y “Descarga de archivos” ......................................................................................... 138
xv
RESUMEN
El presente proyecto consiste en el estudio comparativo de servicio de internet
satelital en diferentes escenarios de uso de servidor de caching y surge de la
necesidad de optimizar la utilización de recursos de un enlace que provee el
servicio de internet vía satélite contratado por clientes que se encuentran en lugares
geográficamente inaccesibles en el país, pues el mismo es costoso por los precios
de las capacidades satelital y adicionalmente desde el punto de vista del usuario es
lenta por los retardos inherentes a la red satelital.
El uso de un servidor de caché en el lado de la estación satelital remota (ubicada
en el cliente), permite almacenar estadísticamente los objetos que son solicitados
por el cliente, de tal manera que las solicitudes HTTP que realice el usuario se
dirijan en primera instancia al caché web para ofrecer resultados más rápidos en
las búsquedas, sin tener que salir al internet, lo cual mejora la experiencia del
usuario final.
Se realizará el estudio teórico del funcionamiento de un enlace de internet satelital
bidireccional y el impacto de un servidor de proxy caché en las características del
servicio lo que permitirá concluir cuáles son las características óptimas que cada
uno debe presentar para trabajar en conjunto y su modo de uso.
Con base en el estudio teórico se desarrollará el diseño de una solución de internet
vía satélite y se evaluará con diferentes configuraciones el desempeño del enlace
satelital para internet con el uso del servidor de caching, variando las opciones de
consumo de capacidad satelital y el tiempo de respuesta del enlace durante la
navegación en la red mediante pruebas y mediciones de los parámetros relevantes,
sin el uso del servidor de caché y con el uso del mismo, estas mediciones permitirán
evaluar el rendimiento del sistema tanto desde el punto de vista del proveedor como
la experiencia del usuario final, adicionalmente se realizará un análisis de costo /
beneficio desde las perspectivas anteriormente mencionadas.
xvi
PRESENTACIÓN
El presente proyecto se desarrolla con el fin de optimizar el uso de recursos de un
enlace de internet satelital y por ende reducir costos para el proveedor, lo que se
refleja en mejores tarifas para el usuario, al tiempo que permite mejorar la
experiencia del usuario final con percepción de mayor velocidad y menor retardo
de tiempo. En este escrito se presentan 5 capítulos los cuales se detallan a
continuación:
En el primer capítulo se realiza un estudio teórico general de los fundamentos
teóricos de un enlace satelital utilizado para servicios de internet y de las soluciones
de proxy caché, en cuanto a sus conceptos básicos, descripción de su
funcionamiento, modos de uso, características.
En el segundo capítulo se realiza el planteamiento y detalle de dos escenarios
básicos de funcionamiento del sistema, sobre los cuales se realizarán las pruebas
y mediciones del desempeño del mismo.
En el tercer capítulo se efectuarán las pruebas del funcionamiento del sistema
navegando en un enlace de internet satelital a manera de usuario final, utilizando
distintos perfiles, en los que varía la capacidad del mismo y adicionalmente se
utilizarán distintos tipos de contenido. En estas pruebas se tomará como parámetro
base el tiempo de carga de una determinada página.
En el cuarto capítulo se realizará un análisis comparativo de los resultados de
distintos parámetros que permitan evaluar el funcionamiento del sistema con y sin
el uso de caching, adicionalmente se realizará el estudio costo/beneficio que
representa el uso de caching en el enlace.
Finalmente, en el capítulo quinto se definen las conclusiones que se hayan obtenido
de la realización del proyecto y las recomendaciones que sean necesarias, tanto
desde el punto de vista del servicio como del usuario final.
1
CAPÍTULO 1
1. ESTUDIO TEÓRICO DE LOS ENLACES DE INTERNET
SATELITAL Y SOLUCIONES DE CACHING
INTRODUCCIÓN
La navegación a través de sistemas de internet vía satélite es efectiva debido a que
permite ser utilizada en zonas geográficas en las cuales no existe accesibilidad con
otro tipo de medio de transmisión, y a las amplias capacidades que la comunicación
satelital ofrece, sin embargo esta es costosa y puede percibirse como lenta debido
a los retardos propios de la tecnología satelital. Mediante el uso de un servidor de
caching ubicado luego de la estación remota se puede almacenar información de
tal manera que las búsquedas sean locales y así optimizar el uso de recursos.
En este capítulo se realizará un estudio generalizado de los fundamentos teóricos
que describen un enlace satelital utilizado para brindar servicios de internet y de las
soluciones de caching, en cuanto a sus conceptos básicos, descripción de su
funcionamiento, modos de uso, características, ventajas y parámetros principales.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE ENLACES SATELITALES
1.2.1 ENLACE SATELITAL [1]
El enlace o red satelital se define como el sistema que permite que se envíen y
reciban las señales transmitidas desde una estación terrena/hub, hacia el satélite y
desde éste a la estación remota, la cual está ubicada en el usuario final del sistema,
esto se realiza también bidireccionalmente y se puede apreciar en la Figura 1.1.
2
Figura 1.1 Enlace Satelital
Un satélite artificial es un dispositivo radioeléctrico receptor/transmisor que se ubica
en una determinada órbita, el cual se encarga de recibir ondas de radio que se
generan en la Tierra, las pasa por procesos de amplificación y regeneración (en
caso de ser necesario) y las envía nuevamente hacia la Tierra en cualquier
dirección. En ocasiones las señales también pueden ser enviadas hacia otros
satélites.
La característica más notable de un enlace satelital y aquella por la cual es muy
utilizado, es “el hecho de poder emitir desde un satélite de comunicación una señal
que pueda recibirse con intensidad similar y simultáneamente en cualquier punto
de una gran superficie geográfica”. [1]
1.2.2 CARACTERÍSTICAS DEL USO DE ENLACES SATELITALES
El uso de enlaces satelitales ofrece muchas características que pueden
considerarse ventajas siempre que las estaciones estén dentro del footprint
satelital1, las cuales hacen que este medio de transmisión sea muy útil para todo
tipo de comunicaciones, entre las más sobresalientes tenemos las siguientes [2]:
· Tienen un costo independiente de la distancia que se quiere alcanzar con el
enlace.
· Permiten establecer enlaces multipunto o punto a punto y admiten la transmisión
de múltiples señales de manera simultánea.
1 Footprint Satelital: Se define en la sección 1.2.7
3
· Ofrecen una capacidad considerable.
· Tienen una amplia cobertura geográfica, la cual está supeditada a la huella del
satélite.
· No se ven afectado por barreras naturales.
· Permiten ofrecer servicios a zonas de difícil accesibilidad, zonas rurales y poco
pobladas.
· Ofrecen un despliegue rápido de redes de comunicaciones una vez puestos en
órbita.
· Brindan facilidad para establecer nuevos mercados y modelos de negocio.
· No presentan limitación en cuanto al tipo de servicios que ofrecen.
1.2.3 ÓRBITAS SATELITALES
Los satélites se pueden mantener en órbita gracias a que su rotación en torno a la
Tierra genera fuerzas centrífugas y éstas son equilibradas con la atracción
gravitacional que ejerce el planeta.
Las órbitas satelitales se pueden clasificar según varios parámetros, los más
importantes son: la altura a la que se ubican en el espacio sobre la superficie
terrestre; la forma, según ella pueden ser elípticas o circulares; el recorrido que
toman, según esto se clasifican en órbita circular polar, elíptica inclinada y circular
ecuatorial. Esto determinará de forma decisiva el área terrenal que abarcará el haz
que se envíe desde el satélite.
Tipos de órbitas según la altura
Las órbitas según la altura se clasifican desde la más alta hasta la más baja en:
· Órbita Geosíncrona (Geosynchronous Earth Orbit) [1]: Es una órbita que
tiene forma circular y que se ubica aproximadamente a 36000Km sobre la superficie
terrestre, tiene un período de rotación de 24 horas y trabaja en el espectro de
frecuencias de 2 a 18GHz.
4
Para que un satélite se mantenga en esta órbita debe estar en órbita paralela al
plano ecuatorial, debe recorrer su órbita en la misma dirección rotacional del
planeta y además con el mismo período rotacional, un día.
Un satélite en esta órbita visto desde la Tierra parece estar fijo, por lo que se le
conoce como estacionario y abarca aproximadamente un ángulo visual de 17º, lo
que medido sobre la superficie terrestre en grados de los meridianos equivale entre
140 y 150º, entonces para tener un sistema de cobertura global se requiere al
menos tres satélites en esta órbita y así abarcar todo el planeta. Las características
de estas órbitas se muestran resumidas en la figura 1.2.
Las antenas de las estaciones remotas fijas cuentan con un haz muy agudo por lo
que es necesario que el satélite se mantenga en una sola posición con el fin de
evitar la pérdida de potencia entre las señales que se emiten y reciben. En caso de
que suceda se requiere invertir en sistemas de rastreo o seguimiento del satélite,
lo que les permite mantenerse suficientemente alejados (entre 800 y 1600km en
banda K y C respectivamente).
Ventajas: Un satélite al ocupar una posición fija en esta órbita puede comunicarse
con estaciones terrenas de apuntamiento fijo (dentro de su zona de cobertura),
estas cuentan con haces altamente concentrados, aumentando la potencia que
reciben del satélite como la que envían al mismo. De esta manera se puede usar
un mínimo de energía radiada por cualquier elemento de la red satelital y obtener
una comunicación de alta calidad, gracias a su concentración, la cual radica dentro
de un ángulo de 1º de arco o menos. [1]
Otra ventaja es el hecho de que la agudeza de los haces de las estaciones remotas
terrenas no permite que su radiación cause interferencia con satélites vecinos, con
lo que además se optimiza los recursos y aumenta la capacidad de comunicaciones
que se pueden establecer.
Por último otra importante ventaja es que las antenas de las estaciones que
trabajan con satélites geosíncronos son fijas, no necesitan de elementos o motores
de movilidad automática, lo que las hace menos costosas, solamente necesitan ser
apuntadas una única vez (a excepción de casos fortuitos en los que las mismas
pierdan apuntamiento hacia el satélite).
5
Figura 1.2 Órbita Geosíncrona GEO [3]
· Órbita Media (Medium Earth Orbit) [3] [4]: Tiene forma circular y está
ubicada a aproximadamente entre 10000Km y 20000Km de la superficie de la
Tierra. Tiene un período rotacional de entre 5 y 6 horas y utiliza una banda de
frecuencias de 1.2 a 1.66GHz.
La posición relativa de los satélites en estas órbitas ya no es fija y al estar ubicados
a una altura menor, se requiere un número mayor de ellos para cubrir en su totalidad
a la superficie terrestre, cerca de diez. Las características de estas órbitas se
muestran resumidas en la figura 1.3.
Son muy usados con fines meteorológicos, navegación, sensores remotos y
aplicaciones de determinación de posición.
Ventajas: Al estar más cerca de la superficie terrestre, poseen una reducción
considerable en los tiempos de respuesta del enlace satelital en conjunto (latencia),
pues las ondas enviadas y recibidas desde y hacia Tierra recorren un distancia
menor.
Otra ventaja de colocar satélites sobre esta órbita consiste en que el movimiento
relativo a la superficie terrestre es mucho más lento que aquellos que se colocan
en la órbita más baja y esto trae como consecuencia que el traspaso entre celdas
aparezca con menos frecuencia. Un satélite en esta órbita provee de una a dos
horas de tiempo de observación desde una estación terrena en una posición
determinada.
6
Figura 1.3 Órbita Media MEO [3]
· Órbita baja (Low Earth Orbit) [3] [4]: Es una órbita con forma circular, la cual
se ubica a una distancia aproximada de entre los 500Km y 1600Km sobre el plano
de la Tierra. Tiene un período rotacional de 1 hora y 45 minutos y trabaja en el
espectro de frecuencias que abarca desde 1.0 a 2.5 GHz.
Debido a que estos satélites están más cercanos a la superficie terrestre se requiere
un número de ellos mayor para cubrirla en su totalidad, al menos se debe ubicar en
ella a 50 satélites.
El tiempo que un satélite ubicado en esta órbita permanece fijo con respecto a la
superficie del planeta es mucho más pequeño debido a la cercanía con ella, es de
cerca de 15 minutos. Las características de estas órbitas se muestran resumidas
en la figura 1.4.
En esta órbita se experimenta ingravidez, debido a que la gravedad de la misma es
muy cercana a la de la Tierra (se reduce apenas 1% cada 30Km).
Los satélites ubicados en esta órbita pueden ser de tres tipos, los “pequeños” que
son aquellos que se utilizan para aplicaciones de un ancho de banda bajo, los
“grandes” que se usan además para comunicaciones celulares y transmisión de
datos y los “de banda ancha” los cuales alcanzan capacidades de Mbps.
Ventajas: La ventaja más sobresaliente de ubicar satélites en esta órbita es que
son los que experimentan la menor pérdida de trayectoria entre las estaciones
terrestres y los vehículos espaciales, es decir, requieren potencias de transmisión
menores, equipamiento de menor tamaño y peso como antenas más pequeñas,
perciben menor pérdida de señal. Adicionalmente presentan tiempos de respuesta
7
considerablemente más cortos, lo que significa que el retardo de propagación de
las ondas sea menor.
Otra ventaja notable que presenta esta órbita es que los satélites que están en ella
optimizan el uso de recursos, pues su fabricación es menos costosa debido que
requieren una electrónica menos compleja y además de necesitar menor potencia
de transmisión también requieren menor energía para ser lanzados y ubicados en
órbita.
Figura 1.4 Órbita baja LEO [3]
· Órbita muy excéntrica (Highly Elliptical Orbit) [3]: Es una órbita que tiene
forma elíptica y que se usa para proveer cobertura a mayores altitudes que la órbita
geosíncrona, aproximadamente a 39400Km sobre la Tierra. Se le conoce también
como órbita muy elíptica y tiene un período orbital de 11 horas y 58 minutos. Las
características de estas órbitas se muestran resumidas en la figura 1.5.
Ventaja: Tiene un ángulo de cobertura muy amplio en áreas polares del norte, por
ejemplo la órbita Molniya se ha diseñado para proveer cobertura en latitudes que
están altamente al norte cubriendo la mayor parte del territorio de la Unión Soviética
(área que no puede ser alcanzada con satélites geoestacionarios). Al tener un
período orbital de cerca de 12 horas repite su rotación alrededor de la Tierra dos
veces al día de tal manera que pasa cerca de diez horas sobre el hemisferio norte
y solamente dos horas sobre el hemisferio sur.
8
Figura 1.5 Órbita muy excéntrica HEO [3]
A continuación se muestra la tabla 1.1 en la que se han resumido las características
de las órbitas satelitales:
Tabla 1.1 Órbitas Satelitales según la altura
Órbita Altura Ventaja Período
Rotacional Usos
Geosíncrona (GEO)
36000 Km
Un satélite en esta órbita y su estación terrena son fijos el
uno con respecto al otro, trabajan con haces altamente
concentrados y directivos, aumentando la potencia que
reciben y envían del y hacia el satélite.
24 horas
Satélites de comunicación y de transmisión de televisión
Media (MEO)
Entre 1000Km
a 2000Km
Al estar más cerca de la Tierra, los satélites en esta órbita presentan una reducción
considerable en los tiempos de respuesta (latencia), pues las ondas enviadas y recibidas
desde y hacia Tierra recorren una distancia menor.
de 5 a 6 horas
Meteorológicos, navegación y
aplicaciones de determinación de posición.
Baja (LEO) Entre
500Km y 1600Km
La ventaja más sobresaliente de ubicar satélites en esta órbita es que son los que
experimentan la menor pérdida de trayectoria entre las
estaciones terrestres y los vehículos espaciales.
1h45 minutos
Comunicaciones celulares y
transmisión de datos
Muy Excéntrica
(HEO) 39400Km
Tiene un ángulo de cobertura muy amplio en áreas polares
del norte.
11h58 minutos
Proveen cobertura en la mayor parte del territorio de la
UUSS
9
Tipos de órbitas según su recorrido y trayectoria
Las órbitas según el recorrido y la trayectoria que toman se clasifican en [4]:
· Órbita circular polar: órbita que cubre una trayectoria circular y que pasa
sobre los polos del planeta, por lo cual tiene una inclinación cercana a los 90º casi
perpendicular al plano ecuatorial. Un satélite ubicado en esta orbita puede cubrir
casi la totalidad de la superficie terrestre.
· Órbita elíptica inclinada: esta órbita tiene una trayectoria con forma de
elipse, puede encontrarse inclinada en un determinado ángulo según su ubicación
con respecto al plano ecuatorial y debe ser medido en sentido horario, en el punto
de cruce de ambos planos en sentido sur a norte. Esta órbita no ofrece cobertura
de toda la superficie terrestre.
· Órbita circular ecuatorial: es una órbita de trayectoria circular conocida
también como órbita polar helio síncrona, es casi polar pero pasa por la línea
ecuatorial terrestre y cada vez lo hace a la misma hora local. Tiene un ángulo de
inclinación de 0º.
1.2.4 ELEMENTOS DE UN ENLACE SATELITAL
Una red satelital se compone de los siguientes elementos básicos:
Satélite [5]
Es el dispositivo espacial que cumple la función de recibir y transmitir las ondas de
radio que se detectan desde la superficie terrestre. Este puede o no tener la
capacidad de amplificar y reconstruir las señales detectadas, además de cambiar
su frecuencia para evitar inconvenientes de interferencia.
1.2.4.1.1 Tipos de satélites [5]
· Satélite reflector pasivo
Este tipo de satélite es el más sencillo, pues su función es únicamente rebotar las
señales entre dos estaciones terrenas. Este satélite carece de dispositivos de
ganancia que puedan amplificar las señales que recibe, por lo cual envía las
10
mismas de regreso a la Tierra sin modificarlas. Esto supone una ventaja pues no
demanda equipos electrónicos complejos a bordo.
· Satélite reflector activo
Los satélites activos se encargan de recibir las señales que se envían desde la
superficie terrestre, las amplifica, regenera y posteriormente las reenvía
nuevamente a la Tierra.
1.2.4.1.2 Componentes de un Satélite
Un satélite se compone de varios dispositivos electrónicos delicados y complejos,
los cuales deben resistir ambientes hostiles en el espacio debido a las temperaturas
del medio, los campos magnéticos, vientos solares y problemas de escombros
espaciales. La estructura del mismo se divide en dos partes fundamentales: la
carga útil y la plataforma, la cual consta de pequeños subsistemas:
· Carga útil [3, 6, 5]:
Es el conjunto de equipos y antenas que se encargan de procesar las señales de
comunicaciones. “La carga útil es la razón de ser del satélite, es aquella parte que
recibe, amplifica y retransmite las señales con información útil. A la vez constituye
la capacidad de comunicación de los servicios de los usuarios”. [7]
La carga útil cuenta con un campo de acción extremadamente grande, pues consta
de la cobertura de toda la huella del satélite y del uso de las ondas de radio en una
extensa gama de frecuencias.
Algunas características de este subsistema del satélite son las siguientes:
- Esta parte del satélite necesita estar orientada en la dirección correcta, debe
ser operable en su totalidad y lo más importante, debe ser confiable sobre
cierto período de tiempo específico.
- Todos los datos recopilados y estados de la carga útil se deben enviar a la
estación terrestre para su análisis y mantenimiento de manera constante.
- Los parámetros de la carga útil del satélite controlan la órbita del satélite.
11
- Se debe mantener fija a la plataforma sobre la cual se ensambla y requiere
disponer de una fuente de energía que le permita ejercer las funciones
programadas.
Los elementos claves de la carga útil son dos, transponder y antenas:
- Transponder: Es el conjunto de componentes que proveen el canal de
comunicación o enlace entre la señal de subida que recibe el satélite y la
señal de bajada transmitida por el mismo. Puede haber más de uno en un
satélite y cada uno puede tener y usar equipamiento en común.
Normalmente cada transponder trabaja en una banda de frecuencia diferente
con una frecuencia central específica y un ancho de banda determinado.
Actualmente un típico satélite comercial puede tener de 24 a 48 transponders
los cuales operan en las bandas C, Ku y Ka, el número que se utiliza de ellos
puede ser duplicado mediante el reuso de frecuencias de polarización
cuando dos portadoras en la misma frecuencia se polarizan de manera
ortogonal.
- Antenas: Es un sistema en la nave espacial que se usa para transmitir y
recibir las señales de radiofrecuencia que comprenden los enlaces de
canales de comunicaciones. Esta se considera una parte crítica del sistema
debido a la importancia que tiene al momento de aumentar la intensidad de
las señales de trasmisión y recepción con el fin de permitir amplificar,
procesar y retransmitir las mismas.
Una antena está definida por varios parámetros, la ganancia que define el
aumento de intensidad que se puede lograr concentrando la energía de la
onda de radio y se expresa en dBi, el ancho de haz que mide el ángulo sobre
el punto de máxima ganancia (-3dBi) y los lóbulos secundarios que definen
la cantidad de ganancia de señal en las direcciones que no están sobre los
ejes; razón por la cual deben ser altamente direccionales y con glóbulos
secundarios insignificantes.
· Plataforma [1]:
Es la estructura básica de soporte del satélite que se encarga de suministrar,
direccionar, proteger a la carga útil para que realice correctamente sus funciones.
12
Para esto se requiere que la plataforma sea lo suficientemente resistente pues debe
soportar las cargas estáticas y vibraciones del lanzamiento y al mismo tiempo debe
tener el menor peso posible, lo cual se consigue conciliando los parámetros que
hacen fiable al satélite. Los principales materiales que se usan para su construcción
son aleaciones metálicas ligeras y compuestos químicos que sean de alta rigidez y
bajo coeficiente de dilatación térmica, y alta resistencia al deterioro en el espacio.
Su estudio se divide en varios subsistemas que apoyan la operación satisfactoria
de la carga de comunicaciones, esto se muestra en la figura 1.6.
Figura 1.6 Componentes de un satélite
A continuación se dará un poco más de detalles sobre cada uno de los subsistemas
que conforman la plataforma del satélite:
- Estructura: Este subsistema se encarga de soportar a todos los componentes
del satélite y servir de sustentáculo para ellos. La forma básica de la estructura
depende del método de estabilización que se utilice para mantener al satélite
estable y apuntando en la dirección correcta, es así que se tienen dos
estructuras usadas para satélites geosíncronos y no geosíncronos las cuales
son:
- Satélites con estabilización de giro [8]: Usualmente tienen forma cilíndrica
como se ve en la figura 1.7, pues necesitan estar balanceado sobre un eje
de tal manera que se pueda mantener en órbita rotando sobre este. En
Satélite
Carga Útil
Transponder Antenas
Plataforma
Estructura Propulsión EnergíaControl Térmico
Control de orientación
y órbitaTTC&M
13
satélites geosíncronos el eje de giro debe mantenerse paralelo al eje de giro
de la Tierra con una velocidad de entre 30 y 100 rpm.
El satélite mantendrá la posición adecuada sin mayor esfuerzo a menos que
aparezcan pequeños torques de perturbación los cuales pueden ser
causados por factores externos como radiación solar, gradientes
gravitacionales, impactos de meteoritos o internos como fricción de
rodamiento del motor o movimiento del subsistema de antenas. Estos
problemas se pueden corregir con el uso de propulsores.
Figura 1.7 Satélite con estabilización de giro [9]
- Satélites con estabilización de tres ejes [3]: Poseen una estructura de caja
como se puede ver en la figura 1.8, se mantienen en el espacio estabilizando
elementos para cada uno de los tres ejes conocidos como roll, pitch y yaw
de tal forma que el cuerpo del satélite se mantenga en el espacio
relativamente fijo con respecto a la Tierra.
El punto de referencia del sistema de coordenadas usado para este fin es el
centro de masa del satélite de tal forma que el eje yaw apunte directo al
centro de la Tierra, el eje roll se encuentra en un plano perpendicular al
primero y el eje pitch es perpendicular a los dos anteriores.
Para evitar que este tipo de satélites pierdan su posición en la órbita se utiliza
aviones de control y timones de reacción juntos o separados que tienen
como función absorber las torques no deseadas que pueden alterar la
orientación del satélite.
14
Figura 1.8 Estructura física del satélite [3]
- Propulsión [1]: Este subsistema se encarga en primera instancia de la
colocación del satélite en la órbita que se utilizará mediante un motor de apogeo
usado en el caso de que el vehículo de lanzamiento no logre colocarlo
directamente.
Adicionalmente cuenta con opciones de diseño que permiten programar una
serie de encendidos breves del motor para afinar la posición de la nave espacial
en donde orbitará o también usar pequeños impulsores que utilizan
combustibles líquidos, gas o iones. Normalmente esto representa del 20 al 40%
de masa adicional a la nave sin combustible.
- Energía [3]: Este subsistema funciona gracias a paneles solares que posee el
satélite como fuente primaria de energía, los cuales tienen una vida útil
promedio de 15 años. En satélites con estabilización de giro los paneles son
cilíndricos y se requiere un número mayor de celdas que en un satélite con
estabilización de tres ejes debido a que solamente un tercio de las celdas se
exponen al sol en un momento determinado. En satélites con estabilización de
tres ejes permiten mejor uso de las celdas solares pues se ubican en paneles
planos que pueden rotar y cambiar su posición para mantener su exposición al
sol todo el tiempo.
Adicionalmente, como fuente secundaria se tiene bancos de baterías que se
encargan de suministrar energía a todos los equipos montados en el satélite
15
regulando los niveles de voltaje y corriente para asegurar su óptimo
funcionamiento en condiciones normales y además en casos de eclipses.
- Control térmico [3]: Este subsistema se encarga de normalizar la temperatura
del satélite, pues el mismo se ve expuesto simultáneamente a variaciones
bruscas de temperatura, es así que mientras la radiación del sol calienta un
lado de la nave espacial, el otro lado recibe temperaturas extremadamente
bajas; esto puede provocar deformaciones estructurales las cuales deben ser
minimizadas con el fin de asegurar el correcto funcionamiento del apuntamiento
del satélite y del resto de subsistemas que intervienen.
Existen varios métodos que se utilizan para llevar a cabo la función de este
subsistema, entre ellos está el uso de mantas y placas termales que se colocan
en puntos críticos para aislar las temperaturas inadecuadas; espejos de
radiación ubicados alrededor de los subsistemas electrónicos para proteger
equipamiento crítico y las bombas de calor usadas para recolocar los puntos
de calor en paredes o pozos de calor externos que proporcionen una ruta más
eficaz para que el calor escape del satélite.
- Control de orientación y de la órbita [3]: Este subsistema tiene como función
establecer, mantener y orientar la ubicación del satélite en el espacio para que
elementos como las antenas apunten de manera adecuada a la superficie
Terrestre. La ubicación del satélite se pude ver afectada por fuerzas
gravitacionales del sol, luna, otros planetas y campo magnético terrestre.
La orientación es controlada por detectores infrarrojos de horizonte los cuales
detectan el borde de la Tierra en el espacio; se utilizan cuatro sensores de
forma que establecen un punto de referencia el cual usualmente es el centro
del planeta y muestran cualquier cambio en la orientación de la nave espacial.
También se encarga de realizar el control de la órbita sobre la cual se ubican,
lo que se realiza de manera parecida al control de orientación; los satélites se
someterán a fuerzas que causarán que floten en dirección este-oeste (longitud)
y norte-sur (latitud) como en altitud para mantenerse dentro de órbita.
16
- Rastreo, telemetría, telemando y monitoreo [1, 6, 3]: Este es el subsistema que
provee la gestión esencial y funciones de control para mantener al satélite
operando de manera segura en la órbita. Procura mantener la comunicación e
intercambiar información efectiva entre el satélite y el centro de control en la
Tierra mediante enlaces que operan en iguales o distintas bandas de
frecuencia.
Los elementos que forman parte de este subsistema son la antena, transmisor
de rastreo y telemetría2, el telemando3 de recepción y sensores de rastreo.
Los datos de telemetría se reciben de otros subsistemas de la nave espacial
como la carga útil, energía, control de orientación y control térmico, mientras
que los datos de telemando son retransmitidos por el comando de recepción a
otros subsistemas para controlar parámetros como el apuntamiento de la
antena, cambios en las baterías o celdas solares, etc.
Estaciones Terrenas [10]
Conjunto de equipos de comunicaciones encargados de controlar el envío y
recepción de señales con el satélite desde la superficie del planeta. Las estaciones
terrenas “deben tener la capacidad de realizar todas las funciones que permitan al
usuario u operador conocer en todo momento la posición y estado de
funcionamiento de cada sistema a bordo del satélite, entre los cuales se puede
mencionar: sistema de potencia, de radiofrecuencia, de control de posición y de
computadores a bordo.” [10] Su tamaño y complejidad depende de factores como
el tipo de servicio que se proveerá con el mismo y la potencia que el satélite irradia,
es así que las estaciones más sencillas solamente permiten recibir señales y
constan únicamente de una antena parabólica de un diámetro pequeño.
2 Telemetría: Función que involucra la recolección de información de sensores a bordo del satélite y el envío de esta información a la Tierra. Los parámetros tomados incluyen voltaje, corriente, temperatura, estado de equipos, presión del tanque de combustible y control de posición. 3 Telemando: Función complementaria a la telemetría encargada de retransmitir información específica de control y operación enviada desde la superficie terrestre hasta el satélite, en respuesta a la información de telemetría mandada por el satélite.
17
1.2.4.2.1 Funciones de la estación terrena
Una estación terrena debe ejecutar una serie de funciones principales en orden de
apoyar la operación del satélite, entre ellas se detallan las actividades que se listan
a continuación:
· Realizar el seguimiento del satélite, lo que le permite conocer la posición del
satélite en su órbita en todo momento.
· Ejecutar operaciones de telemetría, pues requiere adquirir y almacenar la
información enviada por el satélite constantemente, como por ejemplo cambios
en los sistemas de potencia o frecuencias, de esta manera se mantendrá
actualizada y sincronizada la comunicación entre la estación y el satélite en
órbita.
· Llevar a cabo operaciones de telemando, pues necesita monitorear las funciones
que el satélite está realizando mediante el envío y recepción de señales de
control y operación.
· Cumplir con operaciones de control, lo que le permite determinar parámetros
específicos orbitales, detalles de posicionamiento y orientación, programar los
movimientos y operaciones del satélite, etc.
· Efectuar operaciones de procesamiento de datos, ya que se debe presentar los
datos que se obtiene del satélite mediante telemetría en el formato adecuado al
operador del sistema satelital para que los mismos puedan ser interpretados con
facilidad y claridad.
· Mantener comunicación con otras estaciones terrestres y centros de
procesamiento mediante enlaces de datos y voz.
1.2.4.2.2 Estructura de una estación terrena [7]
Una estación terrena se compone por varios subsistemas entre los que se
encuentra equipamiento y programas computacionales, los cuales se pueden ver
en la figura 1.9 que se muestra a continuación:
18
Figura 1.9 Estructura de la estación terrena [6]
· Antena:
Es el dispositivo que en cualquiera de las estaciones, ya sea receptora o
transmisora, se encarga de recibir o enviar la radiación del satélite y concentrarla
en un solo punto, tiene como objetivo principal “obtener una alta eficiencia y una
alta ganancia de la señal direccionada al satélite pero con niveles bajos de radiación
en otras direcciones” [6]. Debe tener la capacidad de detectar y rechazar en el
mayor grado posible la interferencia que viaja con la señal desde el satélite. Su
diámetro depende principalmente de la distancia a la que se encuentra del satélite,
de la frecuencia de portadora en la que trabaja y de la potencia de transmisión en
watts.
La antena presenta varias características importantes que la definen y son:
- Ganancia: se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en
una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica.
Depende del diámetro de la superficie de la antena en una relación
19
directamente proporcional, es decir a mayor diámetro, mayor concentración de
energía en el foco.
- Patrón de radiación: es la representación gráfica de las características de
radiación de una antena, en él se muestra generalmente la densidad de
potencia que se irradia y permite analizar parámetros como dirección de
apuntamiento, alcance del lóbulo principal y glóbulos secundarios, el ancho del
haz, etc.
- Ancho de banda: rango de frecuencias en el cual los parámetros de la antena
cumplen con determinadas características.
- Polarización: Es la figura geométrica que traza el extremo del vector de campo
eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización
electromagnética se da en una determinada dirección.
· Estación transmisora [10]:
Es la encargada de enviar los datos hacia el satélite mediante ondas de
radiofrecuencia a través de la antena, dentro de la banda asignada, asegurándose
que de la potencia con la que se emiten sea lo suficientemente alta para que pueda
recorrer la distancia que los separa. Adicionalmente debe preocuparse de factores
como amplificar la señal en caso de que fuere necesario, elevar las frecuencias a
las bandas adecuadas y utilizar la modulación conveniente y una portadora libre
que permitan realizar el envío de los datos asegurando que estos lleguen a su
destino intactos, sin errores.
La estación transmisora es la encargada de realizar las operaciones de telemando,
lo que le permite actuar sobre sistemas o componentes de la nave espacial como
activar un determinado transmisor y apagar otro, actualizar un software
determinado, encender o apagar un computador a bordo.
· Estación receptora [10]:
Como su nombre lo indica recibe la información que se genera en la estación
transmisora y es retransmitida por el satélite. Ésta, como complemento de la
estación transmisora, cuenta con un amplificador de bajo ruido debido a todas las
impurezas que se pueden haber introducido en la señal durante todo el trayecto,
acepta la frecuencia portadora que proviene del satélite y que pasa por el sistema
20
de la antena, la transfiere a frecuencias más bajas y la desmodula en caso de ser
necesario.
La estación receptora es la encargada de ejecutar las operaciones de telemetría,
es decir, debe recibir datos que se recolectan en el satélite y se envían hacia la
Tierra indicando el estado del mismo como por ejemplo: voltajes y corrientes de los
bancos de baterías y equipos, temperatura en las antenas, etc.
· Sistema de seguimiento [10]:
Es el encargado de mantener siempre a los elementos anteriores en la colocación
correcta (como si estuvieran perfectamente fijos en una determinada posición) y de
compensar los movimientos relativos que pueden introducirse entre ellos, pues los
mismos pueden perder ligeramente su alineación debido a perturbaciones orbitales,
incluso sin son usados en sistemas geoestacionarios.
Este sistema cumple su función manteniendo el eje central del haz
electromagnético generado por la antena en la dirección de la nave espacial a pesar
del movimiento de alguno de los dos elementos.
Son usadas en su mayoría por estaciones que no están trabajando con satélites
geoestacionarios y que tienen un período rotacional menor al de la Tierra.
1.2.5 ÁNGULOS VISUALES DE UNA ANTENA [3]
Con la finalidad de optimizar el funcionamiento del sistema de comunicaciones
satelital se busca que la antena de la estación terrestre apunte al satélite en órbita
directamente, esto se consigue mediante el uso de dos ángulos que asegurarán
que los dos elementos queden alineados: el azimut y la elevación.
Cuando se trabaja con satélites geosíncronos los ángulos visuales de la antena
terrestre deben ser ajustados una sola vez, pues el satélite se supone fijo con
respecto a la superficie terrestre a excepción de pequeñas alteraciones esporádicas
de la posición del satélite.
De manera similar a la que se especifica la ubicación de un punto en la superficie
del planeta, en latitud y longitud, se puede detallar la ubicación de un satélite a
pesar de que se encuentra en órbita a muchas millas de la Tierra y carece de latitud
21
y longitud. Esto se logra identificando un punto en la superficie del planeta
directamente abajo del satélite el cual se conoce como punto subsatelital (SSP
subsatellite point).
A continuación se detalla en que consiste cada uno de los ángulos visuales del
satélite.
Ángulo de elevación [5, 6]
El ángulo de elevación es aquel ángulo vertical que se forma entre la dirección en
la que se mueve la onda electromagnética que radia la antena de la estación
terrestre hacia un satélite y el plano horizontal. La abertura de este ángulo varía de
manera inversamente proporcional con la distancia que debe recorrer una onda que
se propaga a través de la atmósfera terrestre.
Cuando una onda electromagnética se propaga en el espacio a través de la
atmósfera terrestre sufre de degradación, absorción e ingreso de ruido, si el ángulo
de elevación es demasiado pequeño todos estos factores pueden influir para que
la onda que recorre una distancia muy grande sufra un deterioro tan grande que no
podrá proporcionar una calidad de transmisión aceptable y ya no podrá ser
detectada por la antena del satélite. Es así que se considera un ángulo de elevación
de mínimo aceptable de 5º.
Es también importante considerar que las ondas se ven absorbidas con mayor
intensidad cuando trabajan en bandas de frecuencias más altas, pues en ellas las
longitudes de ondas son más pequeñas. En la figura 1.10 se puede ver como se
forma el ángulo de elevación de la antena de la estación terrestre.
Ángulo de Azimut [5, 6]
El ángulo de azimut en cambio se define como el ángulo horizontal de apuntamiento
de la antena, es decir, la distancia angular horizontal a una dirección de referencia
la cual puede ser el punto sur o norte del horizonte.
Este ángulo suele ser medido en grados a partir del norte verdadero en sentido
horario, es así que se toma como referencia el norte como 0º, se continúa girando
22
en sentido de las manecillas del reloj hacia el Este y se consigue 90º de azimut, en
el punto Sur se tiene 180º y en el Oeste 270º, por último se llega a los 360º en el
punto inicial luego de dar la vuelta completa. En la figura 1.10 se aprecia cómo se
forma el ángulo de azimut de una antena terrestre.
Los ángulos de vista de la antena dependen de la latitud y longitud de la estación
terrena y del satélite en órbita con el que se establecerá comunicación.
Figura 1.10 Ángulos visuales de una antena [5]
1.2.6 ESPACIAMIENTO Y BANDAS DE FRECUENCIAS
Los satélites geosíncronos de comunicaciones deben compartir el espacio físico y
espectro de frecuencia que son recursos limitados dentro de la órbita.
Espaciamiento [5]
Cada satélite tiene asignada una longitud en el arco geoestacionario a una altura
que dependerá de la órbita que se utilice, generalmente a 36000km sobre la
superficie de la Tierra. Aquellos satélites que trabajan en la misma banda de
frecuencias, o una cercana, deben encontrarse físicamente lo suficientemente
separados para evitar que las señales que manejan se interfieran entre sí.
23
La separación espacial que se requiere depende de las siguientes variables:
· Ancho de haz y radiación de lóbulo lateral de la estación terrena con la que se
comunica el satélite y de las antenas del mismo.
· Frecuencia de portadora de RF.
· Técnica de codificación y modulación usada.
· Límites aceptables de interferencia.
· Potencia de portadora de transmisión.
Bajo estos parámetros usualmente se requieren de entre 3 a 6º de separación entre
satélites de comunicaciones para conseguir que se trabaje sin interrupciones entre
ellos. Esto se puede ver en la figura 1.11 que se muestra a continuación:
Figura 1.11 Espaciamiento Satelital
Como consecuencia de esto en la órbita geoestacionaria solamente hay espacio
para 120 satélites aproximadamente de los cuales la mayoría están sobre América
y Europa. Dada la limitación de espacio los satélites que quedan obsoletos deben
ser retirados de la órbita y sustituidos. La distribución de espacios de la órbita y
ubicación de satélites es regulada por la Unión Internacional de
Telecomunicaciones (UIT).
Banda de frecuencias [1, 3, 4]
Los satélites de comunicaciones operan en una amplia gama de frecuencias. Las
bandas que se utilizan son determinadas por la UIT y pueden ser utilizadas
24
exclusivamente o pueden ser compartidas con otros servicios siendo el gobierno
de cada país el responsable de la asignación a los usuarios finales.
Un satélite puede operar en una o más bandas de frecuencia según sus
necesidades de capacidad de tráfico, los servicios que se prestarán a través de él,
las condiciones climáticas de la zona donde será usado, y de la ubicación del
satélite en la órbita para no causar interferencia con los adyacentes. Las bandas de
frecuencia utilizadas cuentan con una porción para enlaces ascendentes (Tierra-
satélite) y otra para los descendentes (satélite-Tierra), esto con la finalidad de evitar
interferencias. La conversión de frecuencias se realiza en el transponder que recibe
la onda enviada desde la Tierra, la amplifica para compensar las pérdidas que se
producen durante la trayectoria y luego la devuelve a la estación terrena.
La UIT ha asignado una parte del espectro de frecuencias para cada uno de los
tipos de servicios satelitales de comunicaciones en el intervalo de 0.1 a 400GHz
pero en la actualidad más del 90% de la capacidad satelital en órbita con propósitos
comerciales de servicio fijo se usa en la gama de frecuencias de 3.4 a 14.8GHz en
las bandas llamadas C y Ku.
La mayor parte de satélites dedicados a proporcionar servicios punto a punto utiliza
la banda de frecuencias que se ubica entre los 5.9-6.4 Ghz para el canal
ascendente y 3.7-4.2 GHz para el canal descendente conocida como banda C (6/4
GHz). Adicionalmente, debido a saturación y problemas de interferencia en la
banda C se utiliza también una banda alternativa que es la Ku (14/12 GHz) que
ocupa el intervalo de 14-18.1 GHz para el canal de subida y 10.7-12.75 Ghz para
el de bajada. Entre más alta sea la frecuencia de la portadora, más pequeño será
el diámetro requerido de las antenas para una ganancia determinada.
Debido a razones prácticas la UIT considera tres regiones en el mundo: la región 1
que comprende el continente de África, Europa, países Árabes y los que
anteriormente constituían la URSS; la región 2 formada por el continente América
y la región 3 que abarca Asia y Oceanía (existiendo entre regiones diferencias muy
pequeñas en cuanto a la atribuciones de frecuencias y excepciones) y designa las
mismas en función de los fabricantes de equipos, operadores de satélites, entre
otros parámetros. [1]
25
En la Tabla 1.2 que se muestra a continuación se puede ver la designación de
bandas de frecuencia.
Tabla 1.2 Bandas de frecuencia [11]
Banda Denominación Rango de
frecuencias (GHz) Subida
Rango de frecuencias (GHz)
Bajada
L 1,5 GHz 1,530-2,700 1,530-2,700
S 2-4 GHz 2,700-3,500 2,700-3,500
C 6/4 GHz 5,925-6,425 3,700-4,200
X 8/7 GHz 7,900-8,395 7,250-7,745
Ku 14/12 GHz 14,000-14,800 12,500-12,750
Ka 30/20 GHz 27,500-30,000 17,700-21,200
1.2.7 PATRONES DE RADIACIÓN SATELITAL (FOOTPRINT) [5]
El área de la Tierra que es cubierta por el satélite depende de tres factores: la
localización del satélite en la órbita, la frecuencia de portadora y la ganancia de su
antena, es decir, que se selecciona una antena y una frecuencia de portadora
determinada de tal manera que se concentre la potencia limitada de transmisión en
un área definida de la Tierra. Esta concentración de potencia limitada puede ser
representada geográficamente como el patrón de radiación del satélite o “huella
satelital” y se define como el área donde el satélite puede recibir o transmitir
señales.
La huella satelital es trazada dibujando líneas continuas entre todos los puntos que
tengan igual Potencia Isotrópica Efectiva Radiada (PIRE) que equivale a la potencia
de transmisión y que en general se expresa en dBm o dBW; es así que la huella
satelital es en esencia un conjunto de curvas de nivel sobre un mapa geográfico de
la región que será servida por el satélite. A continuación en la Figura 1.12 se ve una
huella satelital típica en la que las curvas de nivel representan límites de igual
densidad de potencia recibida:
26
Figura 1.12 Huellas satelitales [5]
Los niveles de potencia con la que se recibe una señal en áreas fuera del foco
central al que apunta la antena de bajada son menores y más débiles que en las
áreas hacia las que apunta la mira de la antena de bajada, razón por la cual las
antenas terrestres ubicadas en las orillas del área de cobertura tienen un diámetro
considerablemente más grande para recibir las ondas.
Tipos de patrones de radiación [5]
Según el área que abarcan, las distribuciones de radiación pueden clasificarse
como:
· Huellas locales y zonales
Las huellas locales son las más pequeñas y seguidas por las zonales. Las
localizadas concentran la potencia en un área geográfica muy reducida por lo que
tienen PIRE muy alta.
Este tipo de haces cubren menos del 10% de la totalidad de la superficie terrestre.
Mientras más alta sea la frecuencia de portadora del enlace de bajada, se puede
enfocar el haz hacia una zona determinada con mayor facilidad, es así que este
tipo de huella es dejado generalmente por satélites que operan en banda Ku.
· Huellas hemisféricas
Este tipo de huellas abarcan hasta el 20% de la superficie de la Tierra, por lo que
tienen un PIRE que es 50% menor al transmitido por los haces localizados.
· Huellas globales
27
Estas huellas también conocidas como mundiales logran abarcar un 42% de la
superficie del planeta que es la máxima visual de un satélite geosíncrono. Tiene un
PIRE considerablemente menor que en los tipos de huellas anteriores por lo que
necesita antenas de gran tamaño para la recepción adecuada de las señales.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE CACHING
1.3.1 SERVICIOS DE CACHÉ [12]
Caché en informática, se define como la memoria de acceso rápido de una
computadora la cual almacena de manera temporal las últimas informaciones que
se han procesado. Este tipo de memoria es un búfer4 especial que funciona de
manera similar a la memoria principal del computador pero es de menor tamaño y
de acceso más rápido y se usa por el microprocesador para reducir el tiempo de
acceso a datos almacenados en la memoria principal usados más frecuentemente.
Caché Web [13]
El uso de internet en el mundo ha crecido de manera acelerada a lo largo de los
últimos años, con lo que se ha generado un notable incremento del tráfico que
circulando a través de la red, esto supone un problemático cuello de botella, pues
factores determinantes como la capacidad de un enlace y la latencia presentan una
notable degradación. Este incremento de tráfico en la red se ve reflejado en una
gran cantidad de documentos y datos que son demandados en forma repetitiva por
diferentes usuarios dentro de una organización; si estos documentos y datos son
almacenados en un servidor se evitaría que se tenga que salir a navegar por el
mundo hacia un servidor de origen5 y se adquiera la información de manera local.
El servidor proxy caché es aquel que tiene la capacidad de almacenar documentos
de la internet en discos duros y además puede aprovechar la redundancia de
4 Búfer: Espacio de memoria en el que se almacenan datos temporalmente. Su función principal es evitar que un programa o recurso que los requiere, ya sea de hardware o software se quede sin datos durante una transferencia de datos irregular. 5 Servidor origen: servidor sobre el cual reside un objeto web y es el que atenderá las peticiones que se generen por primera vez por un usuario o por otro tipo de servidor.
28
peticiones con el fin de que las solicitudes HTTP que realice el usuario se envíen
en primera instancia al caché para ofrecer resultados más rápidos en las búsquedas
sin tener que salir al internet, con lo que se mejora la experiencia del usuario final.
Su uso evidencia mejoras en cuanto a los tiempos de acceso al internet, uso de
capacidad y reducción de la carga que debe ser atendida por los servidores de
origen.
Este tipo de servidores puede ser utilizado además para funciones de logging,
control de acceso, filtros de contenido, revisión de virus.
Características de uso de servidores proxy caché [13]
El uso de este tipo de servidores presenta una serie de ventajas, las cuales se
muestran a continuación:
· Reducción en el consumo de la capacidad del enlace, pues se disminuye el
tráfico que circula en la red y por ende la congestión en la misma.
· Disminuye el tiempo de muestra de objetos web y obtención de documentos al
conseguirlos desde servidores cercanos al cliente.
· Disminuye la carga de peticiones que se realizan a un servidor de origen, pues
la búsqueda se realizará al proxy caché.
· Hace a un sitio web más robusto ya que permite obtener objetos web o datos a
pesar de que su servidor de origen no se encuentre disponible, pues se tendrá
una copia en el proxy.
· Hace una red más fácil de administrar pues permite obtener información de
patrones de conducta de uso, además de permitir realizar control de acceso y de
consumo y colocar filtros de contenido.
· Al encontrarse ubicado entre la red interna del cliente y el internet, permite
realizar funciones de seguridad de la red actuando como un firewall, de esta
manera realiza el control de todas las solicitudes web que pasan a través de él y
no permite la conexión de usuarios externos.
29
Topología de red
Un servidor de origen puede recibir simultáneamente muchas peticiones de objetos
web por lo que puede verse saturado de ellas y los tiempos de respuesta que se
reflejan frente al usuario final aumentan. Con el uso de un servidor proxy caché que
se espera que esté en la ubicación más cercana posible al cliente, se podrá
almacenar los objetos web de mayor demanda de tal manera que cuando un cliente
requiera abrir una de las páginas, la respuesta tomará un tiempo menor y no se
sobrecargará al servidor de origen. Esto se puede ver en la figura 1.13 que se
muestra a continuación:
Figura 1.13 Topología de red usando un servidor proxy caché
Un servidor proxy dentro de la red, actúa como intermediario y se encarga de
examinar si los objetos web que solicita el cliente están guardados en la memoria
de almacenamiento local, en caso de que así sea responde al usuario la
información que se consultó, caso contrario el servidor realiza una petición a la web
y servidores de origen como si fuera el usuario.
Tipos de caché web
Se puede clasificar al caché web según donde se almacena en el trayecto que los
objetos recorren entre el servidor de origen y la PC utilizada por el usuario, de la
siguiente manera [13]:
30
· Caché del navegador o browser
Este tipo de web caché almacena los datos en el lado de la PC del usuario y viene
incorporado en los navegadores. Cuentan con un apartado de sección del disco
duro en donde se almacenan los objetos que han sido recientemente buscados,
esta puede ser borrada cualquier momento por el cliente ingresando a las opciones
de configuración o ajustes del navegador que esté siendo utilizado.
· Caché en el servidor Proxy
Este tipo de caché está del lado del servidor proxy y como está claro realiza la
misma función pero a una escala mucho más grande, contando con un espacio de
memoria mayor pues representará a todos los usuarios de la red interna. Este
servidor se ubica normalmente cerca del ruteador de la red inmediatamente
después de la interfaz LAN del mismo o Gateway.
Usualmente este servidor se utiliza como proxy explícito o no transparente, en esta
modalidad, todas las peticiones de los clientes, repetidas o no, necesariamente
deben pasar por él y este se encargar de enviarlas al servidor de origen.
· Caché en el servidor de origen
Este tipo de caché está en el lado del servidor de origen y se conoce como servidor
proxy reverso, funciona de la misma manera que el proxy normal con la diferencia
de que en lugar de permitir a los usuarios internos el acceso a objetos web en la
Internet, permite indirectamente a quienes usan Internet acceder a servidores de la
red interna. El uso de este tipo de servidores permite fortalecer y proteger a la red
interna de ataques externos además que disminuye la carga de peticiones de un
servidor determinado.
Arquitecturas caché
Debido que puede existir más de un servidor en una misma red, se hace necesario
manejar estructuras formadas por diferentes servidores caché en las cuales se
coopera entre los equipos para atender a las solicitudes de otro servidor o de un
usuario final.
En el manejo de arquitecturas caché se utilizarán los términos “padre, hijo y
hermano” que denotarán las relaciones entre los diferentes servidores. Su
rendimiento está relacionado con el número de clientes de la red interna, pues a
31
mayor número de usuarios, mayor será la probabilidad repetitividad de solicitud de
un determinado documento y por ende se encontrará con más facilidad. Las
arquitecturas que más se usan son las siguientes [14]:
1.3.1.5.1 Caché Jerárquico
Esta arquitectura está formada por servidores caché que se ubican en múltiples
niveles en la red. Se consideran cuatro niveles: inferior, institucional, regional y
nacional. En el nivel inferior están los cachés de navegador, en caso de que los
objetos web solicitados no estén almacenados en él la búsqueda sube un nivel al
institucional y así con los dos niveles restantes.
Una vez que se encuentra el objeto que se ha pedido se lo envía hacia abajo
guardando una copia en cada uno de los niveles intermediarios. Este tipo de
arquitectura puede presentar inconvenientes si no está implementada
adecuadamente, pues cada nivel introduce retardos adicionales y se puede ocupar
más del espacio necesario en memoria al almacenar una copia del objeto en cada
nivel jerárquico.
1.3.1.5.2 Caché Distribuido
Este tipo de arquitectura cuenta únicamente con el nivel inferior e institucional, los
servidores que forman parte de esta estructura se comunican entré sí y atienden
las peticiones de los usuarios entre todos, se comunican con un servidor de origen
o externo cuando los objetos demandados no se encuentren en sus memorias.
El uso de este tipo de arquitectura brinda mayor fluidez del tráfico que se maneja
entre los servidores y clientes, lo que se refleja en navegación más rápida y segura.
Se recomienda para redes pequeñas.
1.3.1.5.3 Caché Híbrido
Es un tipo de arquitectura combinado, en el que puede tener servidores caché que
cooperan con otros del mismo nivel o de niveles superiores. Este tipo de
arquitectura es recomendado para ser aplicado con limitación a trabajo con cachés
32
vecinos pues según el tamaño de la red que se administre se pueden introducir
tiempos muy elevados si los servidores están muy lejanos al solicitante.
A continuación en la figura 1.14 se puede ver la arquitectura caché híbrida y la
relación entre servidores hijos, hermanos y padres en la búsqueda de información
desde la PC del usuario final:
Figura 1.14 Arquitectura caché
Protocolos Intercachés [13]
Los protocolos se utilizan para realizar la comunicación adecuada entre los
servidores caché que trabajan en conjunto, con la finalidad de distinguir cual es el
servidor que se debe elegir para enviar la petición de un objeto web y disminuir el
tiempo de recuperación del objeto solicitado.
1.3.1.6.1 IPC (Internet Cache Protocol)
Este protocolo corre sobre paquetes UDP y permite encontrar objetos web alojados
en cachés del mismo nivel o superiores. Para determinar que servidor es el más
apto para responder una solicitud funciona de la siguiente manera: se envía un
paquete ICP a los servidores padres y hermanos quienes contestarán con un
paquete ICP MISS (no dispone del objeto) o ICP HIT (dispone del objeto), esto más
33
el tiempo de ida y vuelta de los paquetes de respuesta determinará que servidor es
el más apto para hacer la devolución del objeto solicitado por el servidor caché hijo.
1.3.1.6.2 CARP (Cache Array Routing Protocol)
Este protocolo cuenta con un algoritmo que busca disminuir el tiempo de
comunicación entre servidores caché y realizar balanceo de carga entre ellos. Se
basa en la generación de un hash6 para cada URL que el cliente busca y utiliza una
“tabla de miembros” participantes, al tener la información clasificada de manera
eficiente y ordenada las réplicas innecesarias se eliminan y las búsquedas son más
acertadas.
1.3.1.6.3 HTCP (HyperText Caching Protocol)
Este protocolo al igual que ICP utiliza para su transporte UDP y basa su
funcionamiento en el envío de paquetes de solicitud/respuesta, con la diferencia de
que éste tiene una estructura del mensaje más compleja con campos detallados
que pueden ser de longitud variable y permite realizar funciones avanzadas y
específicas como borrar o actualizar un objeto web determinado, es decir, no
solamente confirma o niega la existencia de un objeto.
6 Función hash: función que recibe en la entrada un conjunto de elementos, usualmente cadenas y los transforma en un rango de elementos de salida finito o cadenas de longitud fija.
34
CAPÍTULO 2
2. PLANTEAMIENTO DE ESCENARIOS DE PRUEBAS
Antes de realizar el planteamiento de las pruebas es necesario definir las
tecnologías que se utilizarán para realizar este estudio. En este capítulo se da un
breve resumen de las características de la tecnología satelital iDirect y de los
servidores Fortinet, posterior a esto se plantea la problemática que se abordará con
este estudio y se analizarán los escenarios sobre los cuales se correrán las pruebas
en el capítulo siguiente.
Es importante aclarar que las tecnologías utilizadas, tanto iDirect como Fortinet que
se describen en este capítulo han sido seleccionadas para realizar las pruebas
debido a que son las más utilizadas en la infraestructura de Level3 y hay
disponibilidad de equipos en las bodegas para realizar las pruebas de este estudio.
TECNOLOGÍA SATELITAL IDIRECT
2.1.1 TECNOLOGÍA IDIRECT
La tecnología VSAT7 iDirect es una red satelital que permite brindar servicios de
banda ancha IP de datos, video y voz a clientes finales y que gracias a su
versatilidad en cuanto a estructura de red y equipamiento se convierte en una de
las tecnologías actualmente más usadas para implementación de redes satelitales.
En Level3 se cuenta con más de 116 enlaces que utilizan estaciones VSAT.
Características de la tecnología iDirect
Dentro de las características más representativas de la tecnología iDirect se tienen
a las siguientes [15]:
· Soporta topología estrella, malla y SCPC8 en la misma plataforma.
7 VSAT: Very Small Aperture Terminal: Antenas muy usadas para comunicaciones satelitales que no tienen un diámetro mayor a los tres metros. 8 SCPC: Single Channel Per Carrier, es el sistema en el que se tiene un canal de comunicaciones por cada frecuencia de portadora.
35
· Permite manejar servicios como datos, internet, VoIP9, video conferencia, todo
sobre el mismo sistema, de manera simultánea y con diferenciación de tipo de
tráfico.
· Cuenta con un alto poder de procesamiento lo que permite soportar un mayor
rendimiento y sesiones TCP10 simultáneas.
· El Hub de esta tecnología cuenta con un sistema modular de tarjetas lo que
permite realizar mejoras y actualizaciones con el reemplazo de las mismas.
· Utiliza métodos avanzados de compresión de datos11 utilizando compresión de
cabecera IP/UDP/RTP que permite reducir los datos de la cabecera de los
paquetes que se envían y reciben.
· Soporta AMC (Adaptive Modulation and Coding) para mejorar la disponibilidad y
flexibilidad de la red.
· Soporta enrutamiento, configuración de VLAN12 y VRF13 en el hub y en las
estaciones remotas.
· Permite configuración de QoS en los enlaces y además permite encriptar la
información.
Hub Satelital iDirect [15]
Un hub satelital es la estación terrena más grande de una red satelital y sirve como
punto de conexión entre los satélites y el resto de estaciones remotas, permite
concentrar volúmenes de datos considerables en un punto que facilite su manejo y
distribución. Esta estación necesariamente maneja una potencia de radiación
mucho mayor que aquella potencia manejada por las estaciones remotas por lo cual
usa una antena de un diámetro considerable.
9 VoIP: Voice over IP, servicio que permite entregar señal de voz mediante el internet usando un protocolo IP. 10 TCP: Transmission Control Protocol, es el protocolo de transporte fundamental en Internet, permite comunicación segura entre aplicaciones y se asegura de que los datos que son enviados por el cliente lleguen al receptor sin errores y en el orden que se enviaron. 11 Compresión de datos: proceso por el cual se reduce el volumen de bits de datos con el fin de entregar la determinada información usando una cantidad de espacio menor. 12 VLAN: Virtual LAN método que permite tener una o varias redes de área local lógicas independientes en una misma infraestructura física. 13 VRF: Virtual Routing and Forwarding es una tecnología que admite que más de una instancia de una tabla de enrutamiento existan y trabajen en un ruteador.
36
La arquitectura iDirect cuenta con hardware propietario tanto para las estaciones
remotas como para el hub, esto representa ventajas frente a otras tecnologías
satelitales usadas pues permite que el hub sea ensamblado con menos partes y el
manejo de una arquitectura modular lo cual se ve reflejado en los servicios con
mejor desempeño, disminución del retardos y jitter, uso de menor procesamiento.
Además de encargarse de manejo de la comunicación entre el satélite y la estación
remota, el hub cumple con funciones de administración de la red (monitoreo y
gestión).
El Hub satelital de iDirect aloja en su chasis:
· Veinte ranuras para tarjetas verticales de subida y bajada que se pueden
expandir hasta cuarenta en caso de ser necesario.
· Divisores de radiofrecuencia.
· Infraestructura para la manejo de la red IP.
· Servidores NMS (Network Managment Server) que cuenta con la base de datos
de configuración del hub y de las estaciones remotas y permite realizar el
monitoreo, gestión, reporte y solución de problemas de la red satelital de forma
centralizada y PP (Protocol Processor Server) que maneja el ruteo IP,
configuraciones de QoS y compresión de datos.
· Equipamiento alterno de energía.
El Hub soporta conexión hasta con cinco satélites con diferentes portadoras para
cada uno.
A continuación en la figura 2.1 se muestra el Hub satelital de iDirect:
Figura 2.1 Hub iDirect, servidores incorporados y tarjeta vertical [15]
37
Topología Estrella iDirect
En esta topología el hub satelital concentra toda la carga de tráfico. Con su uso se
consigue una red escalable y que además soporta un alto número de conexiones
paralelas sin afectar su rendimiento. Utiliza uno o varios canales de transmisión de
bajada de datos desde el satélite con multiplexación TDM14 concentrados en el
mismo Hub y compartidos por un número de estaciones remotas, las cuales
regresan la información hacia el Hub en canales de transmisión de subida de datos
con acceso TDMA15.
A continuación se muestra en la figura 2.2 la topología estrella iDirect usada:
Figura 2.2 Interconexión del Hub con las estaciones remotas [15]
14 TDM: Time Division Multiplexing o Multiplexación por División de Tiempo que consiste en asignar la totalidad del ancho de banda del medio de transmisión a cada canal en intervalos o ranuras de tiempo, para el envío de datos provenientes de una sola fuente. 15 TDMA: Time Division Multiple Access o Acceso Múltiple por división de tiempo realiza la misma función que TDM cuando las señales provienen de distintas fuentes, las estaciones transmiten en igual frecuencia pero solamente sabrán decodificar las señales que le corresponden.
38
Arquitectura de la tecnología iDirect
Una red iDirect se conecta hacia el mundo del Internet con puertos Gigabit Ethernet
en el lado del Hub en el módulo del Protocol Processor y utiliza puertos Ethernet o
Fastethernet en el lado de las estaciones remotas.
La tecnología iDirect permite combinar el enrutamiento IP tradicional con el uso de
configuración de VLAN y VRF; de esta manera se puede atender a clientes que
posiblemente presenten rangos de direcciones IP en conflicto de una forma más
directa, adicionalmente permite manejar múltiples clientes independientes que se
alojan en una sola estación remota en donde se configuran múltiples VLANs.
Asimismo se puede realizar enrutamiento con RIPv2 y soporta BGP.
Para utilizar el enrutamiento mencionado en el párrafo anterior, por seguridad, se
requiere asignar a cada cliente una única VLAN. Cada Protocol Processor del Hub
soporta hasta 255 Vlans configuradas (en el rango de 1 a 4096).
El hub requiere conectarse a la red MPLS del proveedor del servicio a través de un
router de borde para poder ofrecer los mismos servicios que se ofertan a los clientes
que utilizan otras tecnologías de acceso. La arquitectura de la red se muestra en la
figura 2.3:
Figura 2.3 Arquitectura iDirect [16]
39
Uplink y Downlink
Los canales para la transmisión de datos entre las estaciones remotas y el satélite
son conocidos como canal de uplink y canal de downstream, se los ve en la figura
2.4 a continuación:
Figura 2.4 Canales Uplink y Downlink del Hub utilizado [17]
El canal de uplink, conocido como canal de subida, es aquel en el que las ondas de
radiofrecuencia viajan en el sentido estación remota-satélite, desde la Tierra hacia
el espacio. Se usa para cumplir funciones de telemando.
El canal de downlink, se conoce como canal de bajada y es lo contrario del canal
de subida, transmite las señales en el sentido satélite-estación remota. Se usa para
cumplir funciones de telemetría.
Las características de Uplink del Hub en banda Ku al que se conecta la remota de
este estudio son las siguientes:
· Ancho de banda: 1.2 MHz
· Modulación: QPSK
· Frecuencia central de uplink: 14457.5 MHz
· Frecuencia central de downlink: 12157.5 MHz
40
En este canal el parámetro que se mantiene fija la modulación con la que las
estaciones remotas trabajan y el que varía automáticamente es la potencia de la
señal dependiendo de la ubicación de dicha estación remota dentro del footprint del
satélite al cual se apunta.
En el canal de downlink en cambio, se mantiene fija la potencia de la señal y modula
en ACM (Adaptive Coding and Modulation) es decir que varía la modulación de
acuerdo a la necesidad de la remota según donde se ubique en el footprin satelital,
presenta las siguientes características:
· Ancho de banda: 14.88 MHz
· Modulación: desde QPSK-3/4 hasta 16APSK-4/5
· Frecuencia central de uplink: 14449.45 MHz
· Frecuencia central de downlink: 12149.45 MHz
Red iDirect para Ecuador [18]
En Ecuador la red satelital iDirect que utiliza Level3 cuenta con una arquitectura
como la que se muestra a continuación en la figura 2.5:
Figura 2.5 Arquitectura de la red satelital iDirect en Ecuador [18]
41
En esta arquitectura se tiene una red formada por accesos enlaces satelitales cuyas
estaciones remotas se conectan a un Hub, el cual forma parte de la red IP VPN de
Level3 con lo que se consigue “extender” dicha red establecer conexión entre un
mayor número de sedes.
El hub y las estaciones terrenas de iDirect se conectan a los satélites que se listan
en la tabla 2.1. El hub al que se conectó la estación remota para este estudio se
comunica con el satélite AMC-4 de banda Ku.
Tabla 2.1 Satélites usados en la tecnología iDirect [19]
COLOMBIA
Satélite Banda de fr Ubicación Transponders Polarización
IS-14 Banda C 315°E 45°W TR A31 Lineal Paralela (H/H)
AMC-4 Banda Ku 293°E 67° W TR 15 Lineal Cruzada (H/V)
PERU
NSS-10 Banda C 322.5°E 37.5°W TR 6 Lineal Cruzada (H/V)
El footprint alcanzado con los satélites citados en la tabla 2.1 para banda C se
muestra en la figura 2.6 y el que se consigue para banda Ku se muestra en la figura
2.7 a continuación:
Figura 2.6 Footprint para los satélites IS-14 y NSS-10 para banda C [18]
42
Figura 2.7 Footprint para el satélite AMC-4 para banda Ku [18]
Tanto para banda C como para banda Ku, los satélites usados en la red iDirect
cubren a Ecuador con niveles de potencia altos de alrededor de los 43dBW, lo que
asegura envío y recepción eficaz de las ondas entre el satélite y las estaciones
terrestres dentro de la huella del satélite mostrada.
2.1.2 EQUIPAMIENTO UTILIZADO DE LA RED IDIRECT
Además del hub, que es la estación terrena más grande que mantiene al sistema
funcionando de manera adecuada, se tiene el equipamiento utilizado en la estación
remota. A continuación se muestran y detallan los equipos utilizados en la
realización de pruebas de este proyecto.
Indoor Device Unit (IDU) [15]
Como su nombre lo indica la IDU es el módem satelital que recibe la señal enviada
del satélite a través de la ODU por los puertos de transmisión Tx y recepción Rx y
entrega esta señal a los equipos del cliente final mediante el puerto LAN, por lo
general se conecta a un switch y desde ahí se reparte el servicio a los usuarios.
Realiza las funciones de modulación y demodulación de la señal, compresión de
datos, control y monitoreo de la estación. La IDU se conecta a la ODU a través de
43
dos cables coaxiales tipo RG-6 o RG-11, según la distancia que se quiera cubrir,
uno para transmisión Tx y el otro para recepción Rx conocidos como IFL (Inter
Facility Link), la distancia máxima para ubicar a estos elementos es de 100m,
siempre y cuando se use un cable blindado. La IDU utilizada es la mostrada en la
figura 2.8 y tiene las siguientes especificaciones:
· Cantidad máxima de paquetes por segundo: 1120
· Cantidad máxima de sesiones TCP abiertas: 2150
· Round Trip Time16 (RTT) < 600ms
· Menor tiempo de Jitter17 < 20ms
Figura 2.8 IDU de iDirect
La parte posterior de la IDU tiene además de los puertos de Tx y Rx y la LAN,
cuenta con un puerto de poder, uno de consola para configurar el módem y uno
para conexión a tierra del equipo.
16 RTT: Round Trip Time es el tiempo que un paquete de datos que se envía desde un emisor demora en regresar al mismo luego de pasar por el receptor, se utiliza de manera crucial en la medición de eficiencia de sistemas de telecomunicaciones. 17 Jitter: Parámetro que mide la variación en tiempo con respecto a la exactitud de la señal del reloj durante el envío de una señal digital.
44
Outdoor Device Unit (ODU) [15, 16]
La ODU se encarga de alojar el amplificador de banda C o Ku según corresponda,
el BUC Block Up Converter que se encarga de la transmisión o subida de datos
realizando la conversión de las señales de banda base a frecuencias que puedan
ser enviadas por la antena y el LNB Low Noise Block que es el responsable de la
recepción de los datos y se encarga de realizar la conversión de frecuencias
inversa, es decir, cambia las altas frecuencias recibidas a señales de frecuencias
más bajas para que puedan ser distribuidas por los cables coaxiales IFL. Se
alimenta de energía eléctrica que provee la IDU mediante los cables IFL.
La ODU utilizada se ve en la figura 2.9, mostrada a continuación:
Figura 2.9 ODU de iDirect
Antena Remota [15]
La antena utilizada es de marca Prodelin y dependiendo del satélite que provee el
servicio, la banda de frecuencia, ganancia y direccionalidad puede tener un
diámetro que varía entre 1 y 2.4m. Generalmente las antenas para banda Ku tienen
un diámetro de 1.2m y para la banda C de 1.8m.
En la figura 2.10 se muestra la antena parabólica utilizada.
45
Figura 2.10 Antena parabólica utilizada
2.1.3 IMPLEMENTACION DE UN ENLACE SATELITAL
Procedimiento de instalación de Hardware
Para la instalación del enlace satelital se requieren los siguientes elementos:
· Equipamiento del enlace satelital anteriormente detallado (IDU, ODU, antena
parabólica)
· Cable coaxial RG-6 o RG-11 para conexiones IFL (incluyendo conectores)
· Cable UTP para patchcord directo o cruzado de conexión LAN
· Voltímetro digital o análogo
· GPS portátil para apuntamiento de la antena.
· Una PC que cuente con las siguientes características:
- Windows XP o Windows 2000 como mínimo
- Al menos 1GB RAM
- Al menos una velocidad de procesamiento de 1GHz
- Al menos 200MB de espacio libre en disco
- Puertos seriales
- Interfaz LAN (10/100BaseT)
46
2.1.3.1.1 Instalación de la IDU iDirect
Al momento de instalación de la IDU, se debe considerar que al seleccionar el
espacio físico donde se ubicará el equipo, este debe ser un lugar que provea
accesibilidad a la parte frontal y trasera del equipo, disponibilidad de energía
eléctrica con conexión a una fuente de poder AC entre 100 y 240 V estable y con
el menor ingreso de variaciones posible, facilidad de conexión de cableado y
posible expansión de la red.
Se debe asegurar que el sitio donde el equipo estará ubicado tenga la ventilación
necesaria para evitar que el equipo se sobrecaliente y condiciones ambientales
adecuadas. Asimismo se debe evitar colocarlo en lugares que tiendan a acumular
polvo con facilidad y por último, no se debe instalar la IDU en el piso bajo ningún
concepto.
En el caso del desarrollo de este proyecto se ha localizado a la IDU del enlace en
el showroom de las instalaciones de Level3 Telepuerto Quito, dentro de un armario
de comunicaciones junto con otros equipos de prueba. El armario que se ha
ocupado cuenta con accesibilidad frontal y posterior y facilidad de visualización y
conexión del equipo a las fuentes de poder y a la ODU y antena ubicada en la parte
exterior de las instalaciones de la empresa.
La IDU cuenta con una serie de Leds que sirven de indicadores del estado del
enlace, su utilizan con propósitos de diagnóstico, estos leds son los siguientes [15]:
· Power led (PWR): indica si la IDU está encendida o no.
· Status led (Status): indica el estado total de la IDU.
· Network led (NET): indica el estado de conexión a la red de la IDU.
· Transmission led (TX): indica que la IDU está lista para transmitir datos.
· Reception led (RX): indica que la IDU está lista para recibir datos.
Cuando la IDU está energizada el equipo tarda en arrancar aproximadamente un
minuto, durante el cual el led STATUS deberá brillar en color verde fijo, en caso de
que el equipo no pueda iniciar por algún conflicto de configuración u otro error, el
led se iluminará con color rojo [15]. En la tabla 2.2 se muestran los estados de los
leds de la IDU que se pueden presentar.
47
Tabla 2.2 Estado de los leds de la IDU [15]
Etiqueta del Led
Color del Led Estado de la IDU
PWR Apagado IDU apagada o con algún problema de energía
Verde IDU encendida. El proceso de arranque ha iniciado
NET
Verde Los usuarios están conectados a la red a través de la IDU
Verde intermitente Los usuarios están conectándose a la red
Amarillo La frecuencia portadora de bajada está bloqueada
Amarillo intermitente
La frecuencia portadora de bajada no está bloqueada
STATUS
Verde La IDU está funcionando apropiadamente
Verde intermitente La IDU está arrancando
Rojo La IDU presenta un serio problema ya sea en el hardware, software o configuración.
TX Verde La IDU está lista para transmitir
Amarillo La IDU no está lista para transmitir
RX Verde
La IDU está enganchada con la portadora de bajada
Amarillo La IDU no está enganchada con la portadora de bajada
Los cables de Tx y Rx de IFL no deben ser desconectados bajo ningún concepto
cuando la IDU está energizada, pues esto puede causar daños en el BUC, LNB o
en la IDU misma.
2.1.3.1.2 Configuración de la IDU [16]
Se inicia conectando la PC a la IDU mediante una conexión a través de la interfaz
LAN, con un patch cord cruzado, usando una dirección IP dentro del mismo rango
de la IP configurada en el IDU, está normalmente es la IP por defecto, pero en caso
de que se trate de una IDU previamente configurada se puede ingresar a la IDU a
través del puerto de Consola por una conexión con Hyperterminal para conocerla.
Una vez realizado esto se debe ingresar al aplicativo de configuración de la estación
remota conocido como iSite, el cual automáticamente debe reconocer a la IDU
48
conectada y mostrarla en el árbol de vista ubicado en el lado izquierdo;
posteriormente debemos iniciar sesión como administradores en la remota dando
un click derecho sobre ella y eligiendo la opción Login con la IP por defecto
192.168.0.1 (o la que tenga configurada en caso de no ser un equipo nuevo) y la
contraseña iDirect.
Cuando hayamos ingresado a la IDU, se debe cargar el “option file (.opt)” el cual
contiene la configuración de la remota y es generado por el Hub al que se conecta,
para esto se debe seleccionar la opción Download Option From Disk. Adicional a
esto es necesario realizar la actualización de los archivos de sistema operativo de
la IDU que son el Linux Board Support Package y la respectiva imagen remota
conocida como Evo. Este procedimiento se debe realizar siempre en el orden que
se muestra a continuación y de manera consecutiva, no puede dejarse incompleta
pues esto puede causar daños en el equipo o el resto de componentes del sistema:
1. Actualizar el archivo Linux
2. Actualizar el archivo Evo
3. Cargar el archivo .opt
En la figura 2.11 que se muestra a continuación se presenta un collage de la
interfaz, donde se ve la descripción mostrada de configuración de la IDU.
Figura 2.11 Configuración de la IDU
49
2.1.3.1.3 Instalación de la antena y ODU y diagrama de conexión
Para realizar este procedimiento se debe conocer previamente la latitud y longitud
de donde se ubicará la estación terrena y la longitud del satélite, el ángulo de azimut
y el de elevación, los cuales fueron mencionados en el capítulo 1. Con esta
información y con la ayuda del GPS portátil se fijará a tierra la antena.
Posteriormente, se requiere seguir el diagrama de conexión mostrado en la figura
2.12. La IDU se conectará desde sus interfaces de Tx y Rx a través de los cables
IFL hacia el BUC y el LNB respectivamente y entre ellos se acoplarán mediante el
TRIA (Transmit and Recieve Integrated Assembly) que es parte de la antena y es
el dispositivo bidireccional que permite procesar las señales desde y hacia la
estación terrena y el satélite.
Figura 2.12 Diagrama de conexión de la estación remota [16]
Apuntamiento de la estación iDirect remota
Se utilizará nuevamente el software iSite. Una vez abierto el aplicativo se debe dar
click derecho sobre la estación remota y seleccionar la opción “Align
Antenna/Antenna Pointing/Start”.
Durante este procedimiento se debe tener conectado únicamente el IFL de Rx a la
IDU, pues el equipo coloca en el puerto de Tx el voltaje de AGC18 que puede variar
según el estado del apuntamiento (este voltaje se ajusta a la ganancia del receptor
18 AGC: Automatic Gain Control, circuito que permite compensar las fluctuaciones en el nivel de una señal RF que se recibe y entregar una señal de amplitud constante a la salida
50
y se encarga de mantener la potencia de portadora en un valor relativamente
constante). El software se encarga de medir el voltaje de AGC que se recibe en el
LNB y mostrarlo en un gráfico como se ve en la figura 2.13.
Figura 2.13 Gráficos obtenidos del apuntamiento de la estación remota
El estado inicial del proceso es una línea roja, que indica que se detecta un voltaje
de AGC menor a dos voltios. Cuando el LNB detecta la señal del satélite con el que
intenta establecer comunicación el software indicará una franja de color amarillo
con un AGC de entre 2 y 12V y finalmente cuando se sincroniza con la portadora
del satélite se muestra una franja verde con AGC mayor a los 12V.
El voltaje de AGC óptimo para apuntar una estación remota es de 16V, por lo que,
una vez que se ha enganchado la estación con el satélite se debe realizar un
apuntamiento fino hasta conseguir el voltaje más cercano posible al recomendable.
Una vez culminado el proceso dar click en el botón Stop.
Cuando la estación remota ha sido apuntada hacia el satélite al cual servirá se
culmina el proceso de implementación del enlace y con esto queda listo para ser
utilizado como convenga.
En caso de que el servicio que vaya a prestar sea de Internet se debe configurar
en la IDU el segmento de direcciones IP públicas que se hayan asignado y los DNS
para la navegación.
51
2.1.4 PERFILES SATELITALES O NIVELES DE SERVICIO
Un enlace satelital puede funcionar en diversos niveles de servicio, más conocidos
como perfiles satelitales, según la configuración de un conjunto de parámetros que
definen su rendimiento. Los enlaces iDirect que ofrece Level3 pueden trabajar en
los perfiles que se muestran en la tabla 2.3 a continuación:
Tabla 2.3 Perfiles Satelitales iDirect
Nombre Comercial Nivel Nomenclatura V.
BAJADA (Mbps)
V. SUBIDA (Mbps)
Asimetría CIR
Extend IP Lite
N1 ELite256K 256 64 1:4 5%
N2 ELite512K 512 128 1:4 5%
N3 ELite768K 768 192 1:4 5%
N4 ELITE1024K 1024 256 1:4 5%
N5 ELITE2048K 2048 512 1:4 5%
Extend IP Business Lite
N1 BLITE256K 256 64 1:4 13%
N2 BLite512k 512 128 1:4 13%
N3 BLite768k 768 192 1:4 13%
N4 BLite1024k 1024 256 1:4 13%
N5 BLite2048k 2048 512 1:4 13%
Extend IP Business
N1 BUSN256K 256 64 1:4 25%
N2 BUSN512K 512 128 1:4 25%
N3 BUSN768K 768 192 1:4 25%
N4 BUSN1024K 1024 256 1:4 25%
Extend IP Intensive
N1 INTS256K 256 64 1:4 50%
N2 INTS512K 512 128 1:4 50%
N3 INTS768K 768 192 1:4 50%
N4 INTS1024K 1024 256 1:4 50%
Extend IP Intensive +
- - 512 256 1:2 50%
- - 1024 512 1:2 50%
- - 2048 1024 1:2 50%
52
Cada uno de los perfiles cuenta con un nombre comercial con el cual se le conoce
al momento de ofrecer los servicios satelitales y cada uno tiene varios niveles según
la velocidad nominal de bajada que ofrecen como se puede ver en la tabla 2.3.
La asimetría es el parámetro que determina la relación entre la velocidad de bajada
y de subida, es así que por ejemplo en para el perfil Extend IP Lite con velocidad
de bajada de 1024Mbps y asimetría de 1:4 se tiene una velocidad de subida de
256kbps.
El parámetro denominado CIR se conoce como Commited Information Rate y es el
que limita la mínima velocidad que se garantizará al usuario final en las condiciones
menos favorables.
Todos los perfiles expuestos soportan acceso TCP/HTTP, es decir que pueden ser
utilizados para brindar servicio de navegación en Internet; igualmente todos pueden
tener configurada VoiP; soportan configuraciones de DHCP, configuraciones de
NAT/PAT y configuración de QoS.
A continuación en la figura 2.14 se muestra un resumen de las características de
cada perfil satelital mencionado en la tabla anterior, en la que se incluyen además
los siguientes parámetros:
· Velocidad de acceso de download.
· Velocidad de acceso de upload.
· Número máximo de sesiones TCP simultáneas sugerido.
· Número máximo de PCs simultáneas sugerido.
· Número de direcciones IP estáticas utilizables.
· Factor de reuso o compartición del enlace el cual indica el número de usuarios
simultáneos que podrán utilizar una determinada capacidad del canal satelital
según el perfil, por ejemplo en el perfil “Extend Ip Lite” con compartición 20:1
pueden haber hasta 20 usuarios navegando dentro de la capacidad satelital de
1024Kbps.
· Aplicaciones más comunes.
53
Figura 2.14 Características de los perfiles satelitales de iDirect
54
SERVIDORES FORTINET
Los servidores Fortinet son equipos conocidos por proporcionar seguridad de red,
gestión consolidada de control de uso de red y contra amenazas mediante la
aplicación de políticas de uso, sistemas de control de acceso de usuarios a la red,
analizador de contenidos, sistema de reporte de consumo y contenido visitado y
sistema de almacenamiento de información, entre otras soluciones de hardware
que agregan un plus a la red en la que se ocupan.
Este equipo cuenta con gran versatilidad, pues gracias a ella el administrador de la
red en la que se incluye el equipo cuenta con una visión más simplificada del uso,
manejo, organización y protección de la red contra amenazas [20]. Es muy utilizado
como Firewall para seguridades pero puede ser utilizado como servidor de caché
gracias a sus funcionalidades.
2.2.1 CARACTERÍSTICAS DE FORTINET
Además de las características generales mostradas en el punto anterior, se
destacan las que muestran a continuación [20]:
· Cuentan con circuitos ASIC19 acelerados con lo que se consigue un rendimiento
superior y respuesta multi-amenazas integral que se actualiza constantemente.
· Ofrece soluciones robustas de seguridad de red ya que puede ser usado como
firewall, VPN, antivirus, filtro web, control de aplicaciones, antispam y prevención
de intrusión IPS20.
· Permite la implementación de redes integradas con su gama de equipos.
· Utiliza el sistema operativo FortiOS 5, el cual se usa como base para la mayoría
de plataformas de seguridad, que garantiza:
- Seguridad contra amenazas avanzadas mediante el análisis del historial de
conductas de cada dispositivo dentro de la red para proporcionar de manera
19 ASIC: Application Specific Integrated Circuit o Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas, es un circuito integrado que se ha construido con el fin de ser usado realizando una actividad muy específica. 20 IPS: Intrusion Prevention System o Sistema de Prevención de Intrusos, es un software que controla el acceso a la red en base a información de firmas de usuarios, políticas, anomalías
55
oportuna información detallada que permita reconocer posibles ataques en
tiempo real o antes de que afecten a la red.
- Detección avanzada de malware mediante un comportamiento basado en un
motor heurístico y servicios cloud antimalware con amplias bases de datos
para el análisis.
- Protección multidispositivos, la cual según el tipo de dispositivo, el grupo al
que pertenece, el uso que se le dé o su ubicación aplica políticas
determinadas de acceso y perfiles de seguridad específicos.
- Construcción de políticas inteligentes que se puedan aplicar
automáticamente a los usuarios dependiendo de los datos que manejan y el
tipo de información a la que requieren acceder.
2.2.2 ARQUITECTURA FORTINET [23, 24]
El elemento sobresaliente de estos equipos en cuanto a arquitectura es el uso de
procesadores FortiASIC, que son chips especialmente diseñados los cuales tienen
la habilidad de divisar y atacar a amenazas en tiempo real sin ocupar grandes
porcentajes de procesamiento del equipo, al tiempo que realizan funciones de
análisis y gestión de la red lo que mejora la flexibilidad del sistema. Esto se ve en
la figura 2.15:
Figura 2.15 Desempeño de la arquitectura Fortinet [23]
56
2.2.3 EQUIPOS FORTIGATE 100-200 SERIES [24]
Dentro de la gran gama de equipos que ofrece Fortinet, uno de los servidores más
utilizados por su robustez y eficiencia es el FortiGate que se encarga de controlar
el acceso a la red y de brindar seguridad a la misma. Se alimenta continuamente
de la base de datos de Fortinet lo cual le permite mantenerse constantemente
actualizado en cuanto a virus, amenazas, malwares, etc.
El FortiGate 100-200 Series, es un equipo basado en políticas que permiten reforzar
la seguridad en un ambiente BYOD (Bring Your Own Device), cuenta con una alta
densidad de interfaces para el usuario y opciones de puertos PoE (Power over
Ethernet), presenta un alto número de funcionalidades y características que se
pueden utilizar independientemente o combinándolas de acuerdo a las
necesidades de los usuarios de red y a la manera como el administrador planee
manejar la red.
Dentro de las funcionalidades de los equipos FortiGate están las que se mencionan
a continuación [24] y se pueden ver en la figura 2.16:
· Como Firewall, pues se puede configurar de manera individual cada interfaz
como un puerto WAN consiguiendo segmentos independientes dentro de la
misma red que pueden manejar políticas de seguridad independientes dentro del
mismo equipo, el cual controlará todo el tráfico escaneando constantemente el
sistema en búsqueda de virus o amenazas y aplicando filtros URL/IP.
· Como Antispam y Antivirus, ya que cuenta con bases de datos robustas y
constantemente actualizadas permitiendo identificar y en caso de ser necesario
filtrar correo no deseado y malwares y eliminando amenazas que se detecten.
· Como Filtros de Web, que se encargan de actividades importantes en la
administración de la red entre ellas:
- Safe Search usado para controlar las páginas web visitadas por los usuarios
de la red basados en servicios de búsqueda estrictos en los navegadores
más populares como Google y Yahoo.
- Uso de listas blancas/negras de URL y palabras clave para bloqueo de
contenido web.
57
- Administración de uso responsable de los recursos de red mediante el
control de uso basado en tiempo.
· Como controlador de aplicaciones, pues permite hacer un análisis detallado de
las aplicaciones que se están usando en la corporación y quien las utiliza, con lo
que los administradores pueden hacer cumplir las normativas dentro de su red,
evitando que los recursos de la misma se desperdicien y promoviendo una
utilización responsable de las herramientas empresariales por parte de los
usuarios de la red interna.
· Como generador de reportes, dando a los administradores de red facilidades
para controlar como se está usando la red y sacar estadísticas al respecto, del
consumo de capacidad del enlace por usuario, de las aplicaciones que se
manejan con mayor frecuencia, entre otras, las cuales les permitan tomar las
medidas necesarias para evitar el uso inadecuado de los recursos de la empresa.
· Como servidor de proxy-caché, pues cuenta con gran capacidad de
almacenamiento de objetos web que son consultados regularmente, lo que
permite optimizar el uso de los recursos del canal de internet evitando salidas
innecesarias al mundo en búsquedas que se pueden realizar localmente en la
memoria del servidor.
· Como optimizador de la red WAN: con lo que se consigue mejorar la
productividad de redes de área amplia, mediante la mejora de los protocolos de
red y transporte utilizando mecanismos como descarga de sesiones SSL21,
eliminación de datos redundantes DRE22, optimización de las sesiones TCP.
· Como DLP (Data Leak Prevention) con lo que se logra proteger archivos de
carácter confidencial para la corporación, evitando así que los mismos sean
filtrados tanto por los usuarios de red como por personas ajenas a la corporación
que puedan tener interés malintencionado en conseguir los mismos.
21 SSL: Secure Sockets Layer o Capa de Conexión Segura es un protocolo de transmisión y recepción de datos de manera segura con el uso de cifrado de registros marcados con claves de cifrado que serán leídas por las aplicaciones que usan este protocolo. 22 DRE: Data Redundancy Elimination o Eliminación de Datos Redundantes es una tecnología de Cisco usada para identificar patrones de datos redundantes en aplicaciones de tráfico y regenerar únicamente la información original.
58
Figura 2.16 Funcionalidades del FortiGate 100D [24]
Equipo Utilizado
El equipo que se utilizó para las pruebas es un FortiGate 100D, que cuenta con las
características mencionadas anteriormente. El equipo tiene una medida estándar
de una unidad de rack (19 pulgadas) para su uso se puede instalar en un rack de
equipos o simplemente debe ser colocado sobre una superficie plana, estable y que
cuente con espacio suficiente alrededor para asegurar que haya circulación de aire
alrededor del equipo.
Este modelo de FortiGate permite el uso de transceivers SFP (Small form-factor
Plugabble Transceptor) o transceptor de factor de forma conectable, que permite
recibir un acceso de fibra óptica y entregarlo en una de las interfaces Ethernet con
las que cuenta el equipo. Estos dispositivos son sensibles a la estática por lo que
deben ser manejados cuidadosamente con el uso de un guante ESD23 o cualquier
otro terminal de aterrizaje a tierra.
A continuación se muestra la figura 2.17 en donde se puede ver los leds indicadores
que tiene el FortiGate 100D y en la figura 2.18 se ven el detalle de puertos que el
equipo ofrece:
23 ESD: Electrostatic Discharge o Descarga Electrostática es un fenómeno que causa que haya circulación de pequeñas corrientes eléctricas ente objetos de diferente potencial eléctrico.
59
Figura 2.17 Leds del FortiGate 100D [24]
Figura 2.18 Puertos del FortiGate 100D [24]
60
Administración del equipo
El FortiGate 100D puede ser administrado mediante varios métodos que se adaptan
a las habilidades y preferencias del usuario o del administrador de la red en caso
de que el equipo sea usado a nivel corporativo, entre ellos los siguientes [23]:
· Mediante un navegador: Se requiere conexión de una PC al puerto de MGMT a
través de un cable de red, posteriormente se debe colocar en el navegador de
preferencia la IP de gestión por defecto 192.168.1.99 (para esto la PC debe tener
una IP válida dentro del mismo segmento de red que la IP por defecto como la
192.168.1.10). Para el login se tiene el usuario admin y sin contraseña. Una vez
ingresados estos datos se tiene ya gestión del FortiGate 100D.
· Mediante el software Fortiexplorer a través de un cable USB: este es un software
propietario que se debe descargar de la página oficial de Fortinet http://forti.net/cli
e instalar en la PC con la que se quiera administrar el equipo. Al conectar una
PC a través del cable USB al equipo, se deberá detectar la conexión de manera
automática y se abrirá el software (caso contrario abrirlo manualmente desde
donde se haya instalado).
· Mediante un terminal de comandos a través del cable de consola: se requiere
conectar la PC al puerto de consola del equipo, mediante el cable de consola. A
continuación se debe abrir un terminal de comandos en la PC con los siguientes
parámetros:
- Baud rate: 9600
- Data bits: 8
- Parity: none
- Stop bits: 1
- Flow control: None
Se debe usar el usuario: admin y sin contraseña. Una vez dentro del equipo se
puede utilizar el caracter “?” para consultar la lista de comandos disponibles.
Adicionalmente se puede conseguir esta información en la página oficial de
Fortinet.
61
Lo métodos de administración del equipo anteriormente descritos se pueden ver en
la figura 2.19 respectivamente:
Figura 2.19 Administración del FortiGate 100D [24]
Para conectar al equipo al Internet se debe utilizar la conexión que se indica que la
figura 2.20. Además de la conexión física se requiere configuración de una IP
pública en la interfaz WAN del FortiGate que permita salir a navegar en Internet con
sus respectivas direcciones de DNS.
Figura 2.20 Conexión a Internet del FortiGate 100D [24]
62
2.2.4 FUNCIONES DEL FORTIGATE 100D UTILIZADAS
De entre todas las funciones que ofrece el FortiGate 100D, para este estudio se
han utilizado dos de ellas ya mencionadas anteriormente son la de servidor de
caché web y optimización de la red WAN, a continuación se resumen algunas de
sus características.
Servidor de caché web [26]
Esta funcionalidad del equipo resulta muy útil y una de las más utilizadas, pues al
almacenar objetos durante la navegación acelera las aplicaciones web reduciendo
el uso de la capacidad del enlace, la carga a los servidores de origen y la latencia
que percibe el usuario final del servicio.
Realizar caché web implica almacenar páginas HTML24, formatos, imágenes y otros
objetos basados en web para ser recuperados posteriormente, de tal manera que
las búsquedas de los usuarios de red se realicen de manera local, sin la necesidad
de salir al mundo a través del internet para encontrar la información requerida.
Las tres principales ventajas de usar web caching para mejorar la navegación HTTP
son las siguientes:
· Reducción del consumo de la capacidad del enlace debido a que un menor
número de solicitudes y respuestas de búsquedas que son enviados al internet.
· Reducción de la carga de los servidores web de origen, pues estos deben
manejar un número menor de solicitudes.
· Reducción de la latencia porque las respuestas para solicitudes de objetos
almacenados en el caché están disponibles en una unidad local del FortiGate en
lugar de estar en el Internet.
Se puede usar esta funcionalidad con cualquier tráfico web que pase mediante la
unidad FortiGate. Se pone en funcionamiento cuando se habilita la opción “enable
24 HTML: HyperText Markup Languaje o Lenguaje de Marcas de Hipertexto que es el lenguaje estándar de marcas de texto utilizado para la elaboración de páginas web mediante el uso de una estructura y un código básicos para definir objetos web como imágenes y texto.
63
caché web” en cualquier política de seguridad, de tal manera que la función es
aplicada a todas las sesiones HTTP y HTTPS aceptadas por dicha política.
Una aplicación importante que se le puede dar a esta opción del FortiGate 100D,
es usarla para almacenar actualizaciones de software, como las de Windows, pues
varios usuarios de la red pueden descargarlas simultáneamente sin afectar el
desempeño del enlace y con un gran impacto de ahorro en el consumo de la
capacidad del mismo. La topología para usar al FortiGate como caché web es la
que se muestra a continuación en la figura 2.21:
Figura 2.21 Topología de Caché Web con FortiGate 100D [26]
Optimización WAN [26]
La optimización WAN del Fortigate consiste en una serie de técnicas que se pueden
aplicar para mejorar la eficiencia de la comunicación a través de la WAN, estas
técnicas incluyen:
· Optimización de protocolos, lo que mejora la eficiencia de tráfico que usa
protocolos como FTP, HTTP como el tráfico TCP en general.
· Caché de bytes, que almacenas archivos y otros datos en las unidades del
Fortigate para reducir la cantidad de datos que se transfieren a través de la WAN.
· Caché web que como ya se ha dicho almacena objetos web para reducir la
cantidad de búsquedas que salen de la red hacia los servidores de origen.
64
· Descargas SSL, descargan información encriptada o no encriptada de servidores
hacia el hardware de aceleración SSL del FortiGate.
Estas técnicas pueden ser aplicadas combinadas o individualmente dependiendo
del tipo de tráfico con el cual se quiera trabajar.
En este estudio la técnica que se utiliza en la optimización WAN es la optimización
de protocolos de red como el TCP y el web caching, de tal manera que además de
mejorar el desempeño de las sesiones TCP que se establecen a través de la WAN
se optimizan los recursos que consumen los usuarios de la red interna, como se ve
en la figura 2.22.
Figura 2.22 Topología de Optimización WAN con FortiGate 100D [26]
USO DE CACHING EN ENLACES SATELITALES
2.3.1 PROBLEMÁTICA DE ENLACES SATELITALES
Los servicios que se proveen a través de enlaces satelitales pueden presentar
cierta problemática en comparación a aquellos que se proveen por medios guiados
o no guiados más robustos como la fibra óptica o enlaces de radio. Esto se ha
mencionado levemente en la Introducción del capítulo 1, a continuación se detallan
las dificultades más notorias que resultan del uso de enlaces satelitales:
65
· Debido al hardware que utilizan las estaciones satelitales remotas se requiere de
inversiones que resultan ser más costosas que aquellas que se necesitan con
accesos con otros medios, sin embargo se utilizan en lugares donde la dificultad
geográfica lo exige.
· Las señales satelitales pueden presentar degradación inevitable en ciertas
épocas del año debido a fenómenos meteorológicos como fuertes lluvias,
nevadas, manchas solares y presencia de nubes densas en la línea de vista con
el satélite.
· Desde el punto de vista del usuario final es determinante el tiempo de respuesta
del enlace. La propagación de las ondas a través del espacio entre la estación
remota y el satélite representan un retardo considerable debido a la distancia
entre los dos puntos y a las pérdidas inherentes al trayecto que recorren las
señales lo que causa molestias en la percepción el usuario final quien navega a
través de dicho enlace. Además se debe tomar en cuenta que cada interacción
que realice el usuario implica una subida y bajada adicional hacia y desde el
satélite lo que incrementa el retardo en aproximadamente 0.5 segundos por cada
nuevo intercambio de información. Los tiempos de respuesta promedio normales
están entre los 500ms y 750ms.
· Desde el punto de vista del proveedor los costos de las capacidades satelitales
son bastante altos, pues la inversión que se requiere para levantar el enlace
satelital entero es considerable, lo que se traduce en un costo mensual de renta
del ancho de banda satelital (capacidad) del orden de varios miles de dólares
mensuales por MHz contratado. Como consecuencia se tienen costos operativos
bastante altos en los proveedores que se ven reflejados en tarifas altas para los
usuarios finales.
2.3.2 NAVEGACIÓN MEDIANTE INTERNET SATELITAL
La navegación al internet a través de un enlace satelital si bien es efectiva y permite
conectar al usuario con el mundo a través de la web se ve afectada por varios de
los factores mencionados en la sección 2.3.1.
66
Comparadas con las soluciones terrestres, el usuario final tiene una percepción de
notable lentitud mientras realiza actividades en Internet como búsqueda de
información, transacciones, streaming de videos. Esto se vuelve más notable
cuando los datos que se transfieren son de aplicaciones de voz o de
videoconferencia que son mucho más sensibles a los retardos y pérdidas de este
tipo de enlace.
Estos inconvenientes se verán intensificados en aquellos casos en los cuales la
aplicación sature el canal de internet contratado, pues al utilizar una capacidad del
enlace mayor a la que recibe, los tiempos de respuesta (que ya son relativamente
altos) incrementarán y habrán paquetes que se pierdan y deterioren la calidad de
la conexión al punto de no permitir que el usuario navegue con fluidez.
Toda esta problemática que se exterioriza con el uso de enlaces satelitales de
internet se puede atenuar mediante el uso de un servidor que realice web caching
y que se conecte entre la estación remota satelital y los usuarios de red,
almacenando los objetos web buscados con más frecuencia pues estadísticamente
los usuarios tenemos hábitos de navegación muy repetitivos y al hacer las
búsquedas localmente se consigue ahorrar capacidad del canal dedicado y mejorar
la experiencia del usuario final en la navegación a través de la web.
2.3.3 SOLUCIÓN SIN Y CON USO DE SERVIDORES CACHÉ
Usando un enlace de internet vía satélite, se desarrollará este estudio bajo el
planteamiento de dos escenarios básicos, de tal manera que se puedan comparar
los resultados de navegación en cuanto a eficiencia temporal y optimización de la
capacidad consumida por el usuario final.
El escenario A, consiste en la solución planteada inicialmente, un enlace satelital
para acceso al Internet a través de la tecnología iDirect, en el cual el usuario del
servicio se conecta directamente a continuación de la IDU con una única PC como
se ve en la figura 2.23:
67
Figura 2.23 Escenario A, sin servidor caché
En el escenario B, en cambio, se entregará el servicio de internet mediante un
enlace satelital de tecnología iDirect, pero conectando el servidor de caché
FortiGate 100D a continuación de la remota, de tal manera que todo el tráfico que
pase por las interfaces de dicho equipo que tengan aplicadas las políticas de
seguridad adecuadas será almacenado en sus unidades de memoria y podrá ser
encontrado en ellas en futuras búsquedas repetitivas con lo que el tiempo de
respuesta mejorará y el consumo de la capacidad satelital se verá disminuido
considerablemente. Esto de igual manera con un único usuario del enlace, se
muestra en la figura 2.24:
Figura 2.24 Escenario B, con servidor caché
68
Bajo la problemática mencionada anteriormente en la navegación hacia el Internet
mediante enlaces satelitales y las soluciones que se han planteado se busca
principalmente:
· Entender cómo se comportan las distintas aplicaciones según el perfil satelital
configurado en la estación remota mediante la cual el usuario final navega.
· Entender como el uso de servidores caché permite optimizar dicho
comportamiento y ofrecer mejoras tanto a usuarios finales como a los
proveedores de los servicios.
Esto se alcanzará luego de realizar las pruebas que se plantean en el capítulo
siguiente.
69
CAPÍTULO 3
3. DESARROLLO DE PRUEBAS
En este capítulo se realizan pruebas de navegación sobre el enlace de internet
satelital simulando ser un usuario final que usa el servicio. Se utilizan los escenarios
que se plantearon anteriormente con diversos perfiles satelitales y tipos de
contenido. Se expondrá los resultados de las mediciones que se realicen en tablas
con los datos obtenidos del estudio.
Para la ejecución de las pruebas se tomará en cuenta el tiempo de apertura de una
determinada página en el enlace sin solución de optimización, además utilizando el
caché del navegador como tal y usando el equipo que realizará la función de
servidor de caching y además la opción de optimización de la red WAN.
Previamente se hablará del software utilizado para la realización de las pruebas y
de las categorías y páginas seleccionadas para el estudio.
IMPLEMENTACIÓN DEL ENLACE PARA PRUEBAS
En este subcapítulo se detalla cómo se ha realizado la implementación del enlace
que se utiliza finalmente para la realización de las pruebas. Se indicará los
parámetros finales que se configura tanto para la parte satelital como para el
servidor FortiGate 100D.
3.1.1 IMPLEMENTACIÓN SATELITAL
Instalación y configuración de la IDU utilizada
La IDU iDirect utilizada es un equipo de pruebas de Level3 que se encuentra situado
físicamente en el showroom de las instalaciones de Level3 Telepuerto Quito, dentro
de un rack de comunicaciones junto con otros equipos de prueba utilizados en la
empresa. Esto se puede ver en la figura 3.1.
70
El armario que se ha ocupado cuenta con accesibilidad frontal y posterior, facilidad
de visualización de los equipos ubicados en él y conexión a las fuentes de poder, a
la ODU y antena ubicada en la parte exterior de las instalaciones de la empresa.
CAPÍTULO 1.
Figura 3.1 Rack de comunicaciones donde está instalada la IDU
La configuración cargada en la IDU es dada por el Hub satelital en Colombia
mediante el archivo .opt, esto incluye a la IP de Managment del módem, la IP de
Monitoreo e IP de Datos para navegación, de acuerdo a la disponibilidad de
recursos IP de la red de Level3, los parámetros se detallan a continuación:
· IP de Managment: 10.254.30.1 /24
· IP de Monitoreo: 65.76.209.113 /30
· IP de Datos: 64.76.209.113 /30
Como se ha indicado anteriormente, se debe tener los archivos Linux y Evo
actualizados a la misma versión que maneja el Hub satelital para poder cargar la
configuración en la IDU iDirect, en este estudio se utiliza la versión actualizada
13.0.0.3.
El archivo .opt que se ha cargado en la IDU de pruebas es generado mediante un
software propietario de iDirect conocido como iBuilder y es el que se muestra en el
Anexo A.
71
La configuración que está cargada en la IDU que se utilizará para las pruebas se
muestra en la figura 3.2 a continuación. Los parámetros del enlace satelital se
muestra como en la figura una vez que se haya cargado el archivo .opt en la misma:
Figura 3.2 Configuración de la IDU usada
Instalación de la antena y ODU
La antena y ODU de pruebas están ubicadas físicamente en el patio de antenas de
las instalaciones de Level3 Telepuerto Quito. Se usa una antena de diámetro de
1.2m, trabajando en banda Ku. Se ha situado a la misma bajo los siguientes
parámetros:
· Latitud de la antena: 0°10’23.70’’Sur
· Longitud de la antena: 78°30’5.99’’Oeste
· Longitud del satélite o SSP: 67° Oeste
· Ángulo de elevación: 76°28’7.554’’
· Ángulo de azimut: 90°51’4.298’’
72
Siguiendo los datos expuestos anteriormente se consigue realizar el apuntamiento
grueso de la antena, es decir se logra enganchar o sincronizar a la estación remota
con el satélite, sin embargo con eso no se garantiza que se trabaje con el nivel
óptimo de la estación por lo que se requiere realizar el apuntamiento fino de la
misma, esto se detalla en el punto siguiente.
En la figura 3.3 que se muestra a continuación se ve la ubicación de la antena de
pruebas una vez instalada:
Figura 3.3 Estación remota instalada para pruebas
Apuntamiento de la antena de la estación remota
Con la IDU instalada y configurada, conectada a la antena y ODU mediante los
cables IFL y la estación remota ubicada y enganchada al AMC-4 se requiere realizar
el apuntamiento fino de la estación remota.
Se ejecuta mediante el software iSite como ya se mencionó anteriormente, usando
la medición del voltaje de AGC entre el puerto de Rx de la remota (conectado a la
ODU) y el puerto de Tx de la IDU (que no debe tener su respectivo cable IFL
conectado) que varía con el fin de mantener estable la potencia de portadora. En el
apuntamiento de la estación remota usada para pruebas se obtiene, como nivel
óptimo, el siguiente
· Voltaje de AGC: 17.85 V
73
En la figura 3.4 mostrada a continuación se muestran las gráficas obtenidas durante
el apuntamiento:
Figura 3.4 Apuntamiento de la estación remota
Una vez culminado este punto ya se puede hacer uso de la estación satelital si se
conecta una PC a la LAN de la IDU a manera de usuario final. En nuestro caso se
requiere además configurar el servidor FortiGate 100D para poder realizar las
pruebas como se han planteado. Esto se muestra en el subcapítulo siguiente.
3.1.2 CONFIGURACIÓN DE FORTIGATE 100D
El servidor FortiGate que se ha utilizado, a pesar de tener un gran número de
funcionalidades, ha sido utilizado puntualmente con aquellas que se apegan a las
necesidades de este estudio. El equipo ha sido administrado mediante un
navegador, a través de la IP 192.168.100.99. En la figura 3.5 se puede ver la página
de inicio del servidor en la que se muestran la siguiente información:
· Información general del sistema
· Recursos del sistema
· Información de licencias
· Características básicas y de seguridades del sistema
74
· Consola CLI (Interface de líneas de comando)
· Consola de mensajes de alerta
Configuración de las interfaces del FortiGate 100D
De la configuración colocada en las interfaces del equipo, solamente se ha puesto
de forma manual la IP pública de salida a Internet en la WAN del servidor, esta es
la única IP disponible dentro de la red de datos que se ha configurado en la IDU
satelital y que nos permitirá alcanzar al internet. Adicionalmente permite acceso
para administración con ping, HTTP, SSH y telnet. El resto de interfaces tienen
configuradas IP por defecto del fabricante, esto se muestra en la figura 3.6.
Figura 3.5 Inicio de servidor FortiGate 100D
75
Como interfaz LAN se puede utilizar los puertos disponibles numerados desde el 1
al 16, cualquiera de ellos está activo y permite acceso a través de la IP LAN.
La configuración de las interfaces WAN y LAN es la siguiente:
· IP WAN: 64.76.209.114 /30 Interfaz WAN1
· IP LAN: 192.168.100.99 /24 Interfaz 1
Figura 3.6 Configuración de las interfaces del FortiGate 100D usado
Adicionalmente la interfaz LAN tiene configurado un servidor DHCP25 que se
encarga de asignar direcciones IP a los usuarios de la red que se conecten al
servidor, su configuración se ve en la figura 3.7 a continuación:
Figura 3.7 Configuración de DHCP de la interfaz LAN
Parte de la configuración de DHCP es la colocación del DNS26 que realizará la
resolución de dominios a direcciones IP que pueden ser manejados por los equipos
de red. Para el estudio se utilizan los DNS de Level3, es este caso el siguiente:
25 DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol o Protocolo de Configuración Dinámica de Host, es un protocolo que se encarga de distribuir de manera automática los parámetros de configuración a los usuarios de red, según la disponibilidad de recursos de la red. 26DNS: Domain Name System o Sistema de Nombres de Dominio que es un sistema que permite realizar la traducción de dominios (nombres de las páginas web) en un conjunto de dígitos binarios (direcciones IP) para que puedan ser vistos desde cualquier parte el mundo.
76
· DNS primario: 200.31.12.1
También se configura en el FortiGate 100D DNS propios de Fortinet que se utilizan
exclusivamente para realizar la actualización de las bases de datos del equipo,
actualizaciones de software, es decir, para mantener al servidor al día.
Además de configurar las interfaces, se requiere la colocación de una ruta estática
por defecto que nos permita salir al internet mediante el enlace satelital. Esta
configuración se ve aplicada en la figura 3.8:
Figura 3.8 Ruta estática por defecto aplicada en el FortiGate usado
Configuración de la política de navegación en el FortiGate 100D
Con el propósito de realizar las pruebas de navegación, se ha creado en el servidor
FortiGate 100D que se ha utilizado, una sola política de seguridad que permite
siempre navegación en Internet de manera libre, sin filtros y denegación de acceso
a páginas de redes sociales, noticias, blogs, entre otras.
La política, según la configuración, permite el uso del tráfico que provenga de toda
fuente, hacia todo destino, en cualquier momento, y para todo tipo de servicio. Se
indica que la interfaz de entrada es la LAN y la interfaz de salida es la WAN1 para
permitir la navegación de los usuarios de la red interna.
Es importante aclarar que en caso de que lo que se busca es dar acceso al mundo
a algún servicio o aplicativo que se aloje en un servidor de la red interna, conectada
luego del FortiGate, se debe crear además una política en la que las interfaces se
definan de manera contraria, es decir, que la interfaz de entrada sea la WAN1 y la
de salida sea la LAN.
77
Adicionalmente, en la política también se habilita NAT27 con lo que se permite la
navegación de las PCs que se puedan conectar al FortiGate a las cuales se les
asignará por DHCP direcciones IP de un rango privado (el rango manejado por la
LAN del servidor) mediante la IP pública de la WAN.
Dentro del perfil de seguridad de la política se tiene activas las opciones de “Web
Filter” y “Application Control” las cuales se utilizan con fines de monitoreo para el
administrador del servidor. En la política es donde se habilitan o deshabilitan las
opciones de “Web Cache” y “WAN Optimization”. La configuración de la política se
muestra en la figura 3.9.
Figura 3.9 Configuración de política de navegación
Una vez que se conecta la PC de pruebas al FortiGate cuando ya está listo se nos
asignan los siguientes parámetros de configuración de red para la navegación:
· Dirección IPV4: 192.168.100.110
· Máscara de subred: 255.255.255.0
· Puerta de enlace predeterminada: 192.168.100.99
· DNS primario: 200.31.12.1
27 NAT: Network Address Translation o Traducción de Direcciones de Red es un mecanismo que permite establecer comunicación entre dos redes que manejan direcciones IP incompatibles, para lo cual se requiere un equipo que tenga al menos una interfaz conectada a la red LAN y una que tenga salida al Internet.
78
3.1.3 DIAGRAMA GENERAL
A continuación se muestra en la figura 3.10 el diagrama detallado sobre el cual se
correrán las pruebas de navegación en los escenarios que se han propuesto:
Figura 3.10 Diagrama General del enlace de pruebas
PRUEBAS REALIZADAS
Antes de realizar las pruebas de navegación se vuelve necesario mostrar los
objetos de medición como los perfiles satelitales que se han elegido y las
herramientas que se utilizarán durante este proceso como son ciertos
complementos o plugins que nos han permitirán realizar las mediciones de tiempos
de descargas y aperturas de páginas web en las que se navegará y el universo de
muestra sobre el que se hará el estudio, es decir las páginas web que se utilizarán.
3.2.1 OBJETOS DE MEDICIÓN Y ESTUDIO
Perfiles Satelitales
De los perfiles satelitales o niveles de servicio que ofrece la tecnología satelital
utilizada iDirect se realizarán pruebas sobre aquellos con las velocidades que son
ocupadas con mayor frecuencia o solicitadas por los usuarios que contratan este
79
tipo de soluciones, de tal manera que los resultados podrán ser analizados y
estudiados con mayor facilidad de acuerdo a la realidad actual de las necesidades
del usuario final del servicio. En la tabla 3.1 se definen los perfiles que se usarán
para la realización de las pruebas del estudio:
Tabla 3.1 Perfiles satelitales planteados para las pruebas
Nombre Comercial V.
BAJADA (Mbps)
V. SUBIDA (Mbps)
Asimetría CIR
Extend IP Lite 1024 256 1:4 5%
Extend IP Business Lite 1024 256 1:4 13%
Extend IP Business 512 128 1:4 25%
1024 256 1:4 25%
Extend IP Intensive 512 128 1:4 50%
1024 256 1:4 50%
Extend IP Intensive +
512 256 1:2 50%
1024 512 1:2 50%
2048 1024 1:2 50%
Sitios WEB
Las pruebas del estudio se han realizarán sobre un universo que consta de 36
muestras, entre ellas hay páginas de navegación web, redes sociales, descarga de
videos y de archivos de servidores FTP28.
Estas páginas se han seleccionado en base a la recurrencia de visitas a las mismas
por parte de los usuarios de Internet del país según el portal Alexa y a temas de
interés general en el momento de realización de las pruebas del estudio.
En la tabla 3.2 se muestran los sitios web utilizados en el estudio, clasificados en
varias categorías en base al contenido de las páginas (información, video,
imágenes) y al perfil de cada una de ellas, para facilidad de apreciación y análisis.
28 FTP: File Transfer Protocol o Protocolo e Transferencia de Archivos, es un protocolo que permite transferir transferir archivos bajo una arquitectura de cliente/servidor, de tal manera que el cliente puede cargar o descargar archivos del servidor aunque no manejen el mismo sistema operativo.
80
Tabla 3.2 (Parte 1) Sitios Web utilizados para las pruebas
Las herramientas web que se han utilizado para efectuar mediciones de tiempos de
apertura de las páginas con las que se ha realizado el estudio o descarga de
archivos son las que se muestran en los puntos siguientes.
Estos han sido seleccionados por su facilidad de uso y porque permiten gran
interactividad entre el operador y los objetos de estudio el momento de la
realización de pruebas.
HttpWatch [26]
Este programa es un plugin29 que se utiliza en los navegadores Firefox e Internet
Explorer y está encargado de monitorear todas las conexiones HTTP que se
establezcan en el navegador sobre el cual está corriendo, sin necesidad de
configurar separadamente servidores proxy o analizadores de paquetes de red.
Todos los sitios y aplicaciones web hacen uso extenso de los protocolos HTTP y
HTTPS, incluso las páginas más simples requieren manejar solicitudes y
respuestas HTTP para descargar contenido HTML, gráficos, texto.
Al visitar un sitio web se desplegará y mostrará un registro de solicitudes y
respuestas que se pueden apreciar a medida que la página web se abre. Cada
sesión o transacción HTTP realizada muestra información que puede ser analizada
como cabeceras, cookies30, cadenas de consulta, tiempo de descarga de los
objetos web del sitio que se visita, cantidad de datos que se manejan en las
transacciones, entre otros datos relacionados con HTTP; todo esto con el fin de
facilitar la resolución de problemas, optimizar el desempeño de la red, validar si un
sitio es seguro o no y si expone información sensible.
Otras herramientas de monitoreo de red despliegan únicamente niveles bajos de
información capturada de las transacciones HTTP, en cambio este complemento
29 Plugin: también conocido en español como complemento, se define como una aplicación que añade a un programa una característica nueva o específica. El mismo se debe correr desde el software principal mediante una interfaz. 30 Cookie: Archivo de tamaño reducido generado por un sitio web y almacenado en el navegador de la PC del usuario con la finalidad de que la información que contiene pueda ser reutilizada para consultas posteriores.
86
ha sido optimizado de tal manera que muestra el tráfico detallado a la vez que la
página web se abre de manera resumida y con fácil acceso al mismo.
Características de HttpWatch [27]:
- Analiza fácilmente tráfico HHTP, HTTPS sin necesidad de utilizar servidores
proxy o cambiar la configuración de red.
- Además de ser soportado por los navegadores Mozilla e Internet Explorer
también se puede utilizar en iPads y iPhones.
- Tablas de tiempo de respuestas en milisegundos
- Detecta automáticamente problemas potenciales relacionados con
seguridad, desempeño y configuración.
Una vez que se ha instalado el plugin en el navegador que se va a utilizar, se debe
ingresar al mismo y dar click derecho sobre cualquier parte de la ventana, se
desplegará una serie de opciones de la cual se debe seleccionar HttpWatch Basic,
una vez hecho esto se abre una ventana secundaria que se mantiene al tiempo que
se puede abrir una página para validar el contenido de la misma a detalle. Esto se
ve en la figura 3.12.
Figura 3.12 HttpWatch usado mientras se navega
87
Download Status Bar [28]
Download Status Bar de Mozilla es un complemento que se utiliza para gestionar
las descargas que se realicen, permite generar estadísticas de descarga y además
permite mantener un historial detallado de las descargas realizadas en distintas
sesiones, esto con la finalidad de mejorar la productividad en la navegación.
Una vez que se ha instalado el complemento en el navegador y se realice la
descarga de un archivo, el complemento mostrará de manera automática el
progreso de la transacción en la barra de descargas, la cual se localiza en la parte
inferior de la ventana de Firefox. Esta barra de descargas únicamente será visible
cuando haya transacciones efectuándose, caso contrario se ocultará para
mantener el área de contenido de la página limpia.
Al momento de iniciar la descarga de manera automáticamente, en la barra de
descargas se muestra una ventana pequeña con información de la transacción
como fuente de origen (dirección URL de origen) y destino (ubicación del archivo
dentro de la PC del usuario), velocidad de descarga, progreso de la transacción,
tiempo de descarga y tamaño del archivo.
Cada elemento de descarga cuenta con opciones que permiten realizar
administrarlo, estas se despliegan en un menú contextual al dar click derecho sobre
dicho elemento. Dentro de las opciones más importantes se encuentran las
siguientes:
- Ejecutar/Abrir: Presenta el archivo descargado.
- Mostrar archivo: Presenta la ubicación del archivo dentro de la PC.
- Abrir catálogo: Muestra el archivo descargado dentro del historial.
- Buscar Virus: Mediante un antivirus predefinido analiza el archivo
descargado en busca de amenazas.
- Renombrar, cancelar, pausar, reanudar y eliminar una descarga.
- Ir al enlace de descarga o copiarlo en caso de ser necesario.
88
En la barra de descargas se presenta en el lado inferior izquierdo el botón
“Descargas”, el cual despliega el menú del plugin en sí que cuenta con varias
opciones informativas y para administrar los elementos de descargas. Son las
siguientes:
- Opciones: Permite ajustar las características del complemento según lo
requiera el usuario. Es decir, permite personalizarlo.
- Estadísticas: Abre una nueva página que muestra las estadísticas de las
descargas que se han ejecutado mediante gráficas.
- Historial de descargas: Historial detallado de las transacciones realizadas.
- Pestaña de descargas: Realiza lo mismo que la opción anterior pero no abre
una nueva ventana, sino una nueva pestaña en el navegador.
- Descargas: permite pausar, reanudar, cancelar y eliminar todas las
descargas de una sola vez.
- Ayuda: Proporciona información adicional del plugin y consejos para usarlo
de manera más productiva.
En la figura 3.13 se muestra la barra de Descargas del complemento:
Figura 3.13 Download Status Bar de Mozilla
Webpagetest [29]
Es una herramienta web de uso libre que está siendo desarrollada y apoyada por
Google con el objeto de hacer la navegación más rápida. Permite conocer a detalle
el rendimiento de un sitio web, pues deja que el usuario mida el tiempo de carga, la
velocidad con la que se accede y con la que responde una determinada página
89
entre otros detalles que facilitan el entendimiento del funcionamiento de dicha
página.
Figura 3.14 Resultado de una consulta en Webpagetest.org
Para realizar las consultas solamente basta con ingresar el URL del sitio que se
busca analizar y elegir uno de los servidores desde el cual se quiera hacer dicha
consulta. El resultado mostrará rica información de diagnóstico incluyendo tablas
en cascada de carga de recursos. La interfaz de esta herramienta se muestra en la
figura 3.14.
90
3.2.3 MODELO DE REALIZACIÓN DE PRUEBAS
Modelo de pruebas de almacenamiento caché
Para detallar la forma en la que se deben realizar estas pruebas se tomará como
ejemplo al sitio web: http://es.wikipedia.org/wiki/Futbol, navegando con el primer
perfil de la tabla 3.1, Extend IP Lite con velocidad de 1024Kbps y CIR del 5%
configurado en el enlace satelital.
La primera prueba que se ejecutará es la medición del tiempo de carga de la página
seleccionada utilizando la herramienta Webpagetest. Para esto se colocará en el
inicio de la herramienta el URL del sitio que se busca consultar y se mantendrá el
servidor de carga por defecto que sugiere la herramienta, este servidor se localiza
en Dulles, VA USA. Una vez realizado esto se inicia la prueba. De los resultados
que arroja la prueba se toma el tiempo del subcampo “Fully Loaded / First View”
como se ve en la figura 3.15 y con él se rellena el espacio de la tabla que
corresponde a la columna “Web Tester (WEBPAGETEST.ORG)”.
Figura 3.15 Toma de datos de la primera prueba para llenar el campo “Web Tester (WEBPAGETEST.ORG)”
La segunda prueba se realizará utilizando la herramienta HttpWatch. Para
desplegarla basta con dar clic derecho sobre cualquier parte de la ventana del
navegador y seleccionar la opción “HttpWatch Basic”, una vez que aparece el
complemento sobre el navegador simultáneamente, se selecciona la opción
“Record”, se coloca el URL de la página que se busca consultar en la barra de
91
direcciones del navegador y el plugin inmediatamente comenzará a recopilar
información del sitio web sobre el que se está navegando.
Una vez que se ha cargado la página, los parámetros que se miden dejan de
incrementar y permanecen estáticos. Tomaremos el tiempo que nos interesa
definido como “Elapsed Time”, dentro de la ventana “Page Summary / Network”
como se ve en la figura 3.16; con el llenaremos el espacio de la tabla que
corresponde a la columna “Primera Solicitud - Solo Satelital”.
Figura 3.16 Toma de datos de la segunda prueba para llenar el campo “Primera Solicitud - Solo Satelital”
Para la tercera prueba en primera instancia se realizará la carga completa del sitio
web seleccionado con la finalidad de que la memoria caché del navegador
almacene un porcentaje de objetos. Posteriormente utilizando la misma
herramienta y procedimiento que en la prueba anterior se carga nuevamente la
página para tomar el tiempo de carga de la misma tomando los objetos
directamente de la memoria caché del navegador. Con el llenaremos el espacio de
la tabla que corresponde a la columna “Segunda Solicitud - Satelital + Cache
Navegador”.
La cuarta prueba se debe realizar activando la opción “Enable web cache” en la
política creada en el FortiGate 100D y bajo el mismo procedimiento de la pruebas
92
anteriores, no sin antes borrar el caché almacenado en el navegador previamente.
Con el dato que se consigue de esta prueba se deberá llenar el espacio de la tabla
que corresponde a la columna “Tercera Solicitud - Solo Caché Fortigate”.
La quinta prueba se llevará a cabo de la misma manera que las anteriores, pero sin
eliminar el caché almacenado en la memoria del navegador. Con el tiempo tomado
en esta prueba llenaremos el espacio de la tabla que corresponde a la columna
Figura 4.15 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio por prueba y por perfil para la categoría “Medios”
En la figura 4.16, para conseguir una visión más globalizada de los resultados, se
muestra la gráfica de variación del tiempo promedio de la figura anterior:
Figura 4.16 Gráfico de línea de la variación de tiempo promedio total por prueba para cada perfil para la categoría “Medios”
Al analizar las tablas 4.3, 4.9 y las figuras 4.15 y 4.16 se puede validar lo siguiente:
· En esta categoría se tiene nuevamente una escala de tiempo alta con respecto
a otras categorías similares como “Consulta”, “Google” o “Redes Sociales”
124
porque los paquetes son de baja prioridad. Los sitios web consultados cambian
de contenido constantemente a causa de que la información que publican debe
ser refrescada con regularidad y el contenido es altamente gráfico.
· Las líneas de variación de tiempo de carga de los sitios web probados para cada
una de los escenarios en esta categoría mantienen una tendencia a decrecer
conforme las características de los perfiles usados mejoran. Esto es notorio en
la línea de cada escenario lo mismo que la variación de las escalas de tiempo
para cada uno de ellos.
En general se concluye que:
· Al mejorar las características configuradas en el perfil satelital, los tiempos de
carga de los sitios web probados disminuyen, lo cual es notable en la línea de
tendencia de la figura 4.16. Además se puede apreciar que los tiempos más altos
son correspondientes a los perfiles que manejan capacidades menores y los
mejores tiempos se consiguen al incrementar dicha capacidad.
EVALUACIÓN DE IMPACTO DE USO DE CACHING
El segundo enfoque para la evaluación de resultados se realizará mediante el
análisis de mejora en el porcentaje de impacto de uso de caching, conforme cada
prueba realizada almacena mayor o menor cantidad de objetos web en la memoria
caché del navegador, del servidor FortiGate 100D o ambos, es decir, se medirá si
efectivamente el porcentaje de impacto de uso de caching aumenta al guardar
objetos web en las memorias caché del navegador y del servidor usado en el
estudio.
Para esto se han utilizado los mismos tiempos promedio de la sección 4.1 pero
reorganizados en una tabla diferente para cada categoría donde se indica un tiempo
promedio para cada perfil satelital por cada prueba o escenario. Con estos tiempos
se han calculado además los porcentajes de impacto de uso de caching para cada
prueba con respecto al escenario “Solo Satelital” en el que no se almacena
información de ningún tipo, únicamente se navega a través del enlace satelital
configurado con un determinado perfil.
125
Para este análisis se han usado cuatro categorías replanteadas, pues de las
anteriormente usadas hay algunas que por su comportamiento pueden ser
consideradas dentro de una sola categoría, es así que ahora se manejan las
categorías “Streaming de video”, “Búsquedas” que equivale al promedio de
Consulta, Google, Redes Sociales y Transaccional, “Descarga de archivos” y
“Medios”.
Con las nuevas categorías mencionadas en el párrafo anterior y los porcentajes
calculados, se han estructurado tablas para cada categoría o segmento en las que
constan los porcentajes de impacto de uso de caching para cada perfil satelital
usado y para cada prueba o escenario planteado y un promedio de todos los
perfiles. Así se tiene un solo porcentaje de impacto para cada categoría por
escenario.
A continuación se presentan las tablas de los porcentajes calculados por perfil
satelital usado y por prueba planteada para cada categoría que se ha probado y las
gráficas sobre las cuales se realiza el análisis para cada nueva categoría
replanteada.
4.2.1 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING
SOBRE LA CATEGORÍA “STREAMING DE VIDEO”
Para el análisis en este subcapítulo se realizan los cálculos que se mencionan en
la sección 4.2 y en la tabla 4.10 se muestran los porcentajes promediados por perfil
satelital para cada escenario planteado, el promedio total por prueba y el porcentaje
de impacto de uso de caching al mejorar el escenario sobre el cual se han efectuado
las pruebas del estudio con respecto al primer escenario en el que no se utiliza
ningún tipo de almacenamiento caché. Todos estos porcentajes únicamente para
la categoría analizada, en este caso, “Streaming de video”.
Es importante aclarar que los porcentajes que se manejan a continuación han sido
invertidos de signo para facilitar el entendimiento de los resultados, pues al
disminuir el tiempo en cada prueba, los valores que resultan son negativos y causan
conflicto de interpretación de resultados en el análisis.
126
Un ejemplo de cálculo para el resultado -24% de la prueba “Sólo Caché FortiGate”
para el perfil satelital “Extend Ip Intensive Plus a 2048Kbps” es el que se muestra a
continuación:
Se toman de la tabla 4.2 el tiempo 1416,333 segundos correspondiente al promedio
de todas las páginas de streaming de video con la prueba “Solo Caché FortiGate”
para el perfil “Extend Ip Intensive Plus a 2048Kbps” y se calcula un porcentaje
respecto al tiempo 1142,333 segundos que es el promedio con la prueba “Solo
Satelital” para el mismo perfil, puesto que se quiere conocer qué porcentaje de
tiempo ha disminuido al usar el servidor:
En este ejemplo, dado que el tiempo que se obtiene con la prueba “Solo Caché
FortiGate” es mayor al que se obtiene con la prueba “Solo Satelital” el resultado es
positivo y se entiende que no hay almacenamiento o reuso de información en el
servidor. En aquellos casos que se obtenga un valor negativo se entenderá que si
ha habido disminución de tiempo y por ende, almacenamiento de datos en el
servidor, en estos casos los porcentajes han sido multiplicados por -1 para facilitar
la interpretación de resultados.
Tabla 4.10 Valores promedio por perfil satelital y por prueba para la categoría “Streaming de video”
En base a la tabla mostrada anteriormente se dispone la figura 4.17:
Perfil Satelital Solo SatelitalSolo Caché
FortigateSolo Caché Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador + Optimización
WAN
2048Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% -24% 50% 46% 51%
1024Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% 47% 22% 44% 50%
1024Kbps Extend Ip Intensive 0% -5% 15% 9% 18%
1024Kbps Extend Ip Business 0% 28% 22% 41% 51%
1024Kbps Extend Ip Business Lite 0% 29% 35% 55% 52%
1024Kbps Extend Ip Lite 0% 47% 44% 47% 59%
512Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% -8% -2% -7% 11%
512Kbps Extend Ip Intensive 0% -10% 11% 10% 16%
512Kbps Extend Ip Business 0% -11% 8% -30% 6%
PROMEDIO TOTAL DE PERFILES POR PRUEBA
0% 10% 23% 24% 35%
Streaming de video
127
Figura 4.17 Gráfico de línea de la variación del porcentaje de impacto de uso de caching por prueba para la categoría “Streaming de video”
Al analizar la tabla 4.10 y la figura 4.17 se puede validar lo siguiente:
· El porcentaje de impacto de uso de caching tiende a incrementar entre un
escenario y otro, es decir, que el tiempo que el usuario final espera para cargar
una página o sitio web disminuye al almacenar más información y objetos web
en la memoria caché del navegador, del servidor FortiGate 100D o en ambas de
tal manera que cuando el usuario final realice las mismas solicitudes hacia el
Internet cierta información se proveerá de manera local y solamente las
solicitudes nuevas tendrán que salir al mundo. Esto se refleja en una navegación
notablemente más fluida para el usuario final.
· En esta categoría “Streaming de video”, en la que se trabaja con aplicaciones de
alta prioridad y se ocupa el canal más intensamente, el porcentaje de impacto de
uso de caching en la navegación al correr las pruebas sobre el escenario Caché
FortiGate + Caché Navegador + Optimización WAN (en el que se guarda mayor
cantidad de objetos web en la memoria caché) es de un 35% con respecto al
primer escenario planteado, Solo Satelital, en el que no se almacena nada de
información.
· Las memorias caché tienen logaritmos estadísticos que aprenden los hábitos del
usuario o grupos de usuarios mientras navegan, con esto se atienden más
128
requerimientos localmente, lo que se denomina eficiencia del caché. En la
categoría “Streaming de video” la eficiencia del caché es del 35%.
4.2.2 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING
SOBRE LA CATEGORÍA “BÚSQUEDAS”
En la tabla 4.11 se muestran los porcentajes obtenidos para la categoría
“Búsquedas”:
Tabla 4.11 Valores promedio por perfil satelital y por prueba para la categoría “Búsquedas”
En base a la tabla mostrada anteriormente se dispone la figura 4.18:
Figura 4.18 Gráfico de línea de la variación de porcentaje de impacto de uso de caching por prueba para la categoría “Búsquedas”
Perfil Satelital Solo SatelitalSolo Caché
FortigateCaché
Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador + Optimización
WAN
2048Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% -8% 59% 68% 76%
1024Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% 9% 69% 70% 79%
1024Kbps Extend Ip Intensive 0% -6% 69% 67% 78%
1024Kbps Extend Ip Business 0% 11% 69% 76% 81%
1024Kbps Extend Ip Business Lite 0% -8% 70% 71% 75%
1024Kbps Extend Ip Lite 0% -7% 66% 69% 84%
512Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% 4% 65% 73% 77%
512Kbps Extend Ip Intensive 0% 9% 71% 66% 78%
512Kbps Extend Ip Business 0% 12% 69% 76% 80%
PROMEDIO TOTAL DE PERFILES POR PRUEBA
0% 2% 67% 71% 79%
Búsquedas
129
Al analizar la tabla 4.11 y la figura 4.18 se puede validar lo siguiente:
· Al cambiar entre cada prueba o escenario planteado, se consigue incrementar la
cantidad de información u objetos web que se guardan paulatinamente en la
memoria caché del navegador, del servidor FortiGate 100D o en ambas, de tal
manera que cuando el usuario final del servicio realice la misma búsqueda
estadísticamente en otra ocasión tendrá cierta información en su propio equipo
de navegación y en el servidor que estará instalado localmente. Con esto se
consiguen tiempos de respuesta mucho más pequeños.
· En esta categoría “Búsquedas”, en la que hay mucho contenido que puede ser
almacenado (texto, imágenes), el porcentaje de impacto de uso de caching en la
navegación al correr las pruebas sobre el escenario Caché FortiGate + Caché
Navegador + Optimización WAN (en el que se guarda mayor cantidad de objetos
web en la memoria caché) es de un 79% con respecto al primer escenario
planteado, Solo Satelital, en el que no se almacena nada de información, los
tiempos de carga de los sitios web probados disminuyen significativamente entre
una prueba y otra, es así que para el perfil con capacidad más alta 2048Mbps se
ve una disminución de tiempo de 29.5 a 6 segundos
· Las memorias caché tienen logaritmos estadísticos que aprenden los hábitos del
usuario o grupos de usuarios mientras navegan, con esto se atienden más
requerimientos localmente, lo que se denomina eficiencia del caché. En la
categoría “Búsquedas” la eficiencia del caché es del 79%.
4.2.3 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING
SOBRE LA CATEGORÍA “DESCARGA DE VIDEO”
En la tabla 4.12 se muestran los porcentajes obtenidos para la categoría “Descarga
de video”:
130
Tabla 4.12 Valores promedio por perfil satelital y por prueba para la categoría “Descarga de Video”
En base a la tabla mostrada anteriormente se dispone la figura 4.19:
Figura 4.19 Gráfico de línea de la variación de impacto de uso de caching por prueba para la categoría “Descarga de Video”
Al analizar la tabla 4.12 y la figura 4.19 se puede validar lo siguiente:
· En esta categoría se puede notar un comportamiento contrario a las categorías
anteriormente analizadas. El porcentaje de impacto de uso de caching es
negativo, es decir, que en lugar de que los tiempos de descarga de los archivos
vaya disminuyendo paulatinamente a medida que se cambia de escenario, han
incrementado. Esto significa que no ha habido información almacenada en la
memoria caché ni del navegador usado, ni del servidor FortiGate 100D.
Perfil Satelital Solo SatelitalSolo Caché
FortigateCaché
Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador + Optimización
WAN
2048Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% 78% 49% 76% 81%
1024Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% -101% 3% -104% -23%
1024Kbps Extend Ip Intensive 0% 2% 10% 8% 22%
1024Kbps Extend Ip Business 0% 25% -6% -27% 14%
1024Kbps Extend Ip Business Lite 0% -11% -73% -102% -4%
1024Kbps Extend Ip Lite 0% 29% 11% 92% 55%
512Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% -31% 4% -2% 8%
512Kbps Extend Ip Intensive 0% -41% -21% -61% -10%
512Kbps Extend Ip Business 0% -4% 15% 92% 8%
PROMEDIO TOTAL DE PERFILES POR PRUEBA
0% -6% -1% -3% 17%
Búsquedas
131
· Al descargar un archivo no hay información que pueda ser tomada de la memoria
caché, pues a pesar de que hubiera cierta cantidad de datos almacenados del
sitio web que contiene dicho archivo, estos se usarán solamente cuando el
usuario vuelva a abrir dicha página, pero no influirán al momento de la descarga.
La memoria caché no es capaz de almacenar un documento completo. Sin
embargo se ve una mejora en los tiempos de descarga únicamente sobre el
escenario Caché FortiGate + Caché Navegador + Optimización WAN en el que
el porcentaje de impacto de uso de caching es de un 17% con respecto al primer
escenario planteado, Solo Satelital, en el que no se almacena nada de
información.
· En esta categoría no se tiene una eficiencia de caché definida, pues al tratarse
de descargas de archivos los tiempos pueden o no mejorar según sea el uso de
la red al momento de ejecutar las pruebas.
4.2.4 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING
SOBRE LA CATEGORÍA “MEDIOS”
En la tabla 4.13 se muestran los porcentajes obtenidos para la categoría “Medios”:
Tabla 4.13 Valores promedio por perfil satelital y por prueba para la categoría “Medios”
En base a la tabla mostrada anteriormente se dispone la figura 4.20:
Perfil Satelital Solo SatelitalSolo Caché
FortigateCaché
Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador + Optimización
WAN
2048Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% -11% 71% 75% 80%
1024Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% -10% 70% 78% 83%
1024Kbps Extend Ip Intensive 0% 5% 74% 77% 81%
1024Kbps Extend Ip Business 0% 22% 62% 74% 84%
1024Kbps Extend Ip Business Lite 0% 22% 70% 80% 85%
1024Kbps Extend Ip Lite 0% 31% 70% 64% 81%
512Kbps Extend Ip Intensive Plus 0% 8% 82% 86% 90%
512Kbps Extend Ip Intensive 0% 11% 73% 78% 88%
512Kbps Extend Ip Business 0% 24% 64% 80% 84%
PROMEDIO TOTAL DE PERFILES POR PRUEBA
0% 11% 71% 77% 84%
Búsquedas
132
Figura 4.20 Gráfico de línea de la variación de impacto de uso de caching por prueba para la categoría “Medios”
Al analizar la tabla 4.13 y la figura 4.20 se puede validar lo siguiente:
· Los porcentajes impacto de uso de caching por escenario que se consiguen en
esta categoría son directamente proporcionales a la cantidad de información y
objetos web almacenados en la memoria caché del navegador, del servidor
FortiGate 100D o en ambas, es decir, a mayor cantidad de información
almacenada mayor será el porcentaje de impacto de uso de caching y por lo
tanto será más fácil para el usuario final a través de su enlace satelital.
· En esta categoría “Medios”, en la que se tiene un contenido altamente gráfico el
porcentaje de impacto de uso de caching en la navegación al correr las pruebas
sobre el escenario Caché FortiGate + Caché Navegador + Optimización WAN
(en el que se guarda mayor cantidad de objetos web en la memoria caché) es de
un 84% con respecto al primer escenario planteado, Solo Satelital, en el que no
se almacena nada de información.
· Las memorias caché tienen logaritmos estadísticos que aprenden los hábitos del
usuario o grupos de usuarios mientras navegan, con esto se atienden más
requerimientos localmente, lo que se denomina eficiencia del caché. En la
categoría “Medios” la eficiencia del caché es del 84%.
133
4.2.5 ANÁLISIS DE NAVEGACIÓN POR IMPACTO DE USO DE CACHING
SOBRE EL PROMEDIO TOTAL DE LAS CATEGORÍAS PROBADAS
Para culminar este análisis se ha calculado un promedio final o total del conjunto
de tiempos promedios por cada categoría probada, de tal manera que se tenga un
porcentaje de mejora de desempeño del enlace entre escenario y escenario a
medida que cada uno aumenta las características que optimizan el uso del sistema,
como caché del servidor, caché del navegador y optimización de la red WAN.
A continuación en la tabla 4.14 se muestran los porcentajes promediados por perfil
y por escenario para cada categoría y además el promedio total de todas las
categorías estudiadas por cada escenario planteado, del tal manera que se tendrá
una “eficiencia del caché total” para todo el estudio, independientemente del perfil
satelital configurado en la estación o de la categoría que se esté estudiando.
Es importante aclarar que los porcentajes han sido invertidos de signo para facilitar
el entendimiento de los resultados, pues al disminuir el tiempo en cada prueba, los
valores que resultan son negativos y causan conflicto en el análisis.
Tabla 4.14 Porcentajes promedio total de todas las categorías por prueba
En base a la tabla anterior se plantea la figura 4.21 en la que se tiene un gráfico de
línea de dos variables en el que se puede apreciar cómo cambia el porcentaje de
uso de caching promedio de cada categoría con respecto al escenario usado para
ejecutar las pruebas del estudio.
Categoría Solo SatelitalSolo Caché
FortigateCaché
Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador
Caché FortiGate +
Caché Navegador + Optimización
WAN
Streaming de video 0% 10% 23% 24% 35%
Búsquedas 0% 2% 67% 71% 79%Descarga 0% -6% -1% -3% 17%Medios 0% 11% 71% 77% 84%PROMEDIO TOTAL DE CATEGORÍAS POR PRUEBA
0% 4% 40% 42% 54%
134
Figura 4.21 Gráfico de línea de la variación del porcentaje de impacto de uso de caching por prueba para cada categoría
Adicionalmente para facilidad de análisis se incluye también la figura 4.22 en la que
se muestra el promedio total de todos los porcentajes promedio de todas las
categorías analizadas en esta sección. También se muestra una línea de tendencia
lineal para facilitar el análisis del comportamiento del enlace para esta categoría.
Figura 4.22 Gráfico de línea de la variación del porcentaje de impacto de uso de caching promedio total por prueba
Según la tabla 4.14 y las figuras 4.21 y 4.22 se puede concluir que:
· El porcentaje de impacto de uso de caching aumenta a medida que el escenario
sobre el cual se han corrido las pruebas mejora, o almacena más información en
las memorias caché o utiliza la opción de optimización de la WAN.
135
· A medida que se mejora el escenario sobre el que se realizan las pruebas los
tiempos de carga de los sitios web frecuentados por el usuario final van
disminuyendo y se puede navegar con mayor fluidez.
· La eficiencia del caché total del sistema con el uso de la solución que plantea
manejar el servidor caché FortiGate 100D conectado directamente a la estación
satelital remota del usuario del servicio es del 54%, es decir que un 54% de los
recursos usados por el cliente es optimizado y aprovechado.
ANÁLISIS COSTO/BENEFICIO
La última parte de este trabajo consiste en la realización de un análisis costo
beneficio en base a los resultados obtenidos en el capítulo anterior y al estudio
efectuado en las primeras partes de este capítulo, en el que se muestre qué
inversión se necesitaría para implementar lo propuesto y qué beneficios se obtiene
con el mismo.
Para ejecutar este análisis es necesario que se definan dos conceptos importantes
que son el Capex y el Opex del servicio, pues en base a estos valores se evaluará
el costo de cada perfil incluyendo el servidor de caché FortiGate 100D como se ha
planteado en la solución.
El Capex (Capital Expenditures o inversiones en bienes capitales) se define como
el valor de la inversión en equipamiento para la provisión de un servicio particular.
En este estudio el Capex total incluye la suma del valor de costo de uso de los
recursos de Hub Satelital de Colombia (Capex Central) y el costo de los equipos
de la estación satelital del lado del cliente (Capex Remota).
El Opex (Operating Expense o gasto de operación) se define como un valor de
inversión o costo permanente para asegurar que un servicio funcione
adecuadamente, como por ejemplo gastos de mantenimiento, funcionamiento,
operación, entre otros. En el caso de nuestro estudio el Opex total es la suma del
costo del ancho de banda (capacidad) satelital según el perfil (Opex Central) y el
costo de derechos de uso de frecuencias del espectro electromagnético e
impuestos regulatorios que se paga a la SENATEL (Opex Remota).
136
El valor que interesa conocer en este análisis es el costo mensual del servicio para
cada perfil satelital estudiado para la empresa prestadora de servicios, el cual
resulta de la suma del Capex prorrateado y Opex total por perfil. El valor del Opex
generalmente es un gasto mensual, pero el del Capex es un único valor del capital
invertido en el equipamiento; entonces para que estos datos se puedan consolidar
se vuelve necesario mensualizar el valor del Capex, es decir, se necesita calcular
el valor de costo mensual del capital invertido en el equipamiento para brindar el
servicio de internet vía satélite, para esto, se requiere dividir un monto en pagos
periódicos constantes mediante la fórmula [31]:
Donde:
C: Es el monto que se va a convertir a un valor constante P en un determinado
período de tiempo.
r: Es la tasa de descuento en un intervalo de tiempo. Este valor es estimado según
el tipo de negocio, en este estudio la tasa usada es del 23% que es la tasa estándar
para proyectos de telecomunicaciones en el Ecuador.
T: Es el número de intervalos de tiempo en que se ha dividido el período de tiempo
total, como se busca mensualizar el costo el tiempo estará expresado en meses. El
número de meses usado es de 36, pues este es el tiempo estándar para
recuperación de capital de equipos de telecomunicaciones terminales en el
Ecuador.
Este análisis se realizará sin y con la consideración del servidor FortiGate 100D,
puesto que interesa identificar si la inclusión de este equipo es equiparable con el
beneficio que sus funcionalidades ofrecen al usuario del servicio.
En la tabla 4.15 que se muestra a continuación figuran los costos mensuales del
servicio (Capex mensualizado + Opex) para cada perfil satelital usado en este
estudio con y sin el uso del servidor FortiGate 100D.
137
Tabla 4.15 Costos de Capex y Opex por perfil satelital
Para este análisis también se incluye la tabla 4.16 en la que se muestra el tiempo
de carga promedio de los sitios web en el peor y mejor escenario probado (“Sólo
Satelital” y “Caché Navegador + Caché Fortinet + Optimización WAN”), es decir, sin
y con el uso del servidor FortiGate 100D para dos de las categorías analizadas que
son “Streaming de Video” y “Descarga de archivos” y el costo mensual del servicio
por perfil, de tal manera que se pueda realizar una comparación entre el beneficio
que obtiene con el uso de determinado perfil satelital, en base al tiempo de carga,
con respecto al costo, con y sin el uso del servidor FortiGate 100D.
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1024
$ 34
7,00
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273,
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2.23
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$ 2.
620,
00$
4.85
0,68
$ 99
,51
$ 18
4,24
$ 12
3,12
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132,
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72$
9,68
$ 30
1,40
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5,43
512
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8,00
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273,
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2.23
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$ 3.
141,
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5.37
1,68
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4,03
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1,51
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68$
291,
19$
410,
49$
495,
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1.73
6,00
$ 2.
273,
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2.23
0,68
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00$
6.23
9,68
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2,27
$ 23
6,99
$ 57
2,71
$ 9,
68$
582,
39$
734,
66$
819,
3851
2$
1.73
6,00
$ 2.
273,
00$
2.23
0,68
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6.23
9,68
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2,27
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68$
572,
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809,
1810
24$
3.47
3,00
$ 2.
273,
00$
2.23
0,68
$ 5.
746,
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7.97
6,68
$ 21
8,24
$ 30
2,97
$ 1.
132,
27$
12,1
0$
1.14
4,37
$ 1.
362,
61$
1.44
7,34
512
$ 2.
752,
00$
2.27
3,00
$ 2.
230,
68$
5.02
5,00
$ 7.
255,
68$
190,
86$
275,
58$
733,
41$
12,1
0$
745,
51$
936,
37$
1.02
1,09
1024
$ 5.
504,
00$
2.27
3,00
$ 2.
230,
68$
7.77
7,00
$ 10
.007
,68
$ 29
5,38
$ 38
0,11
$ 1.
471,
75$
19,3
6$
1.49
1,11
$ 1.
786,
49$
1.87
1,22
2048
$ 10
.982
,00
$ 2.
273,
00$
2.23
0,68
$ 13
.255
,00
$ 15
.485
,68
$ 50
3,45
$ 58
8,17
$ 2.
914,
00$
29,0
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2.94
3,04
$ 3.
446,
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Cap
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138
Tabla 4.16 Tiempos de respuesta y costo mensual del servicio para cada perfil satelital para las categorías “Streaming de Video” y “Descarga de archivos”
En base a la tabla 4.16 se muestra la figura 4.23 que es un gráfico en el que se
puede apreciar cómo cambia el tiempo de carga de los sitios web probados para
cada categoría con respecto a cada perfil según el escenario sobre el cual se corre
las pruebas, esto es sin y con el uso del servidor FortiGate 100D, y a este mismo
respecto adicionalmente se ha incluido otro eje en que se considera la variación del
costo del servicio en ambos escenarios primordiales.
Figura 4.23 Variación gráfica Costo – Beneficio por categoría
317,04 505,43 495,22 819,38 809,18 1447,34 1021,09 1871,22 3531,21Costo mensual del servicio con FortiGate ($ USD)
Tiempos sin FortiGate
Tiempos con FortiGate
Costos mensuales
Categoría
Streaming de Video
Descarga de archivos
Streaming de Video
Descarga de archivos
Costo mensual del servicio sin FortiGate ($ USD)
139
Adicionalmente para facilidad de apreciación y en base a la tabla 4.16 se muestra
la figura 4.24 en la que se puede notar la variación en cuanto al beneficio que se
obtiene con el uso del servidor FortiGate 100D representado en la disminución de
los tiempos de carga de los sitios web probados para la categoría “Streaming de
Video” y la variación de costos mensuales del servicio por perfil al incluir en el
equipamiento al servidor mencionado.
Figura 4.24 Variación gráfica Costo – Beneficio para la categoría “Streaming de Video”
En base a la tabla 4.16 y las figuras 4.23 y 4.24 se puede decir que:
· El costo mensual del servicio de internet vía satélite incrementa a medida que
las características del perfil satelital utilizado mejoran, es decir, mientras mayor
capacidad del enlace y CIR y menor asimetría ofrece un perfil satelital es más
costoso. Por ejemplo, un enlace para el servicio de internet con el perfil satelital
“Extend Ip Lite a 1024Kbps” que tiene una asimetría de 1:4 y un CIR del 5% le
cuesta al proveedor $232,3, mientras que un enlace con el perfil “Extend
Intensive Plus a 2048Kbps” que cuenta con una asimetría de 1:2 y un CIR del
50% le cuesta al proveedor $3446,49.
· La inclusión del valor de Capex del servidor de caché FortiGate 100D que es el
equipo que se ha propuesto usar para mejorar el desempeño del servicio de
internet vía satélite incrementa exactamente $84.73 al costo mensual del servicio
140
para cada perfil satelital dado que el Capex del servidor es uno solo y el mismo
independientemente del perfil que se utilice.
· El beneficio que se obtiene al incluir al servidor de caché FortiGate 100D en el
enlace de internet vía satélite es notable en comparación al incremento en el
costo que representa incluir el Capex prorrateado del servidor en el costo
mensual del servicio por perfil, el cual es muy pequeño, esto se aprecia
claramente en la figura 4.24.
· Se debe tener en cuenta que el porcentaje de impacto de uso de caching al
introducir el servidor en el enlace y hacer uso de sus funcionalidades como
almacenamiento de objetos web en su memoria caché y optimización de la red
WAN es del 54% (como se ve en la tabla 4.14), es decir se tiene una gran mejora
en los tiempos de carga en comparación a cuando el servidor no es incluido en
la arquitectura del enlace.
· Para los perfiles satelitales que manejan una capacidad nominal más baja, el de
512Kbps en nuestro estudio, puede no verse justificada la adquisición del
servidor FortiGate 100D, pues el beneficio que se obtiene en cuanto a los
tiempos de carga de los sitios web probados no es tan considerable en
comparación al costo del servicio que ya es alto propiamente. Esto se debe en
gran parte a que los tiempos de respuesta de estos perfiles son altos por las
bajas capacidades que manejan.
· Desde el punto de vista del usuario final del servicio se puede considerar
justificable la adquisición del servidor FortiGate 100D para optimizar el
rendimiento se su enlace de internet vía satélite sobre todo en los enlaces de
1024Kbps y 2048Kbps pues el beneficio que se obtiene en la disminución de
tiempos es bastante notable en casi todas las categorías. La disminución de
tiempos con el uso del servidor justifica el pago del equipo pues mejora
notablemente la experiencia del usuario final al momento de la navegación.
· Desde el punto de vista del proveedor del servicio se considera justificable
invertir en la compra del servidor FortiGate 100D pues esto hará que el servicio
que provee a sus clientes sea más eficiente en cuanto a su funcionamiento, al
141
mejorar considerablemente la experiencia del usuario final del servicio ganará
impacto en el mercado y conseguirá ampliar sus ventas.
Se debe aclarar que no es objeto de este estudio el análisis detallado del modelo
de negocio en su totalidad. El proveedor traslada los costos en tarifas para el
usuario. El análisis del modelo de negocio y los indicadores financieros tales como
tiempo de recuperación, margen de ganancia, entre otros van más allá del fin de
este proyecto.
Por último, la conclusión más clara con respecto al análisis costo beneficio se basa
en la figura 4.25, tomando en cuenta que, sin el uso del servidor FortiGate 100D la
única manera de conseguir mejores tiempos de carga de los sitios web probados
es navegar mediante un enlace de internet que tenga mejores características en el
perfil satelital, se puede decir que:
Figura 4.25 Comparación de beneficio obtenido con el uso del servidor FortiGate 100D
· En el mejor caso, en el perfil “Extend Ip Lite a 1024Kbps” en el que se consigue
un mayor beneficio al incluir el servidor caché FortiGate 100D, el tiempo que se
obtiene con el uso del servidor es aproximado a aquel que se obtiene empleando
el perfil “Extend Ip Business a 512Kbps” sin servidor FortiGate; el costo mensual
del servicio con perfil Ip Lite a 1024 incluido el servidor es de $317.04 mientras
el costo mensual del servicio con perfil Business a 512Kbps (sin servidor) es de
142
410.49, es decir, aún al sumar el FortiGate 100D al enlace se paga
mensualmente $93.45 menos por el mismo resultado.
· En el peor caso, siguiendo la misma lógica, en el perfil “Extend Ip Intensive Plus
a 512Kbps” en el que se consigue el menor beneficio al incluir el servidor, el
tiempo que se obtiene con el uso del servidor es aproximado a aquel que se
obtiene utilizando el perfil “Extend Ip Intensive Plus a 1024Kbps” sin servidor
FortiGate; el costo mensual del servicio con perfil Intensive Plus a 512Kbps
incluido el servidor es de $1021.09 mientras el costo mensual del servicio con
perfil Intensive Plus a 1024Kbps (sin servidor) es de 1786.49, es decir, aún al
sumar el FortiGate 100D al enlace se paga mensualmente $765.4 menos por el
mismo resultado.
143
CAPÍTULO 5
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUSIONES
Después del desarrollo de este proyecto de titulación se puede concluir lo siguiente:
· El objetivo del proyecto que consiste en realizar el estudio comparativo del
desempeño de un enlace satelital que brinda el servicio de internet a partir de
diferentes escenarios planteados con el uso de un servidor de caching, ha sido
culminado con éxito.
· Un enlace que provee internet y que utiliza como medio de transmisión un acceso
satelital es efectivo para la navegación al igual que un enlace con otro medio de
transmisión, con la diferencia de que los retardos inherentes de esta tecnología
pueden causar molestias al usuario final del servicio haciendo que su experiencia
no sea tan eficaz o fluida como se esperaría. Los retardos mencionados
aparecen mientras las microondas viajan desde la estación terrena hasta el
satélite y viceversa, pues en cada recorrido en cualquiera de estos sentidos se
incrementan aproximadamente 0.5ms. Los tiempos de respuesta promedio
normales están entre los 500ms y 750ms.
· La ventaja más sobresaliente de usar un enlace de internet mediante satélite es
que puede ser utilizado en zonas geográficas de difícil accesibilidad con otro tipo
de medio de transmisión, zonas rurales y con perfiles topográficos muy
complicados pues cuentan con una amplia cobertura geográfica la cual está
supeditada a la huella del satélite que se utiliza y no se ven afectadas por
barreras naturales, es así que en nuestro país las empresas petroleras y
constructoras de proyectos hidroeléctricos en las provincias de la región del
Oriente son las principales interesadas en este tipo de servicio.
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· Un servidor de caché funciona como una memoria de acceso rápido que tiene la
capacidad de almacenar objetos web de la internet en discos duros y además
puede aprovechar la redundancia de peticiones con el fin de que las solicitudes
HTTP que realice el usuario se envíen en primera instancia al caché para ofrecer
resultados más rápidos en las búsquedas sin tener que salir al internet y hacer
la búsqueda de dichas solicitudes en los servidores origen, lo que supone un
problemático cuello de botella debido al altísimo tráfico que circula a través de la
red.
· Un servidor de caché que se coloque entre una estación remota satelital y una
PC usada por el usuario final consigue almacenar estadísticamente los objetos
que son solicitados por el cliente, de tal manera que las solicitudes HTTP que se
realicen se dirijan en primera instancia al caché web para ofrecer resultados más
rápidos en las búsquedas, sin tener que salir al internet, pues el equipo
aprenderá los hábitos de navegación del cliente, lo cual mejora la experiencia
del mismo.
· Para la realización de las pruebas se consiguió implementar un enlace satelital
con tecnología iDirect que cuenta con una estación terrena remota ubicada en el
Telepuerto Quito de Level3, la misma que se conecta con el Hub satelital de
banda de frecuencia Ku ubicado en el Telepuerto Bogotá-Colombia de Level3
mediante el satélite AMC-4. Como recursos de navegación se usó el segmento
de IP públicas disponible asignado por Level3: 64.76.209.112 /30.
Adicionalmente se configuró el servidor FortiGate 100D con una IP pública dentro
del rango asignado.
· Las pruebas de navegación sobre el enlace que se implementó se corrieron
sobre varios perfiles que ofrece la tecnología iDirect con diversos anchos de
banda que van desde los 512Kbps, 1024Kbps hasta los 2048Kbps. El universo
de sitios web usado consta de 36 muestras, las mismas que se clasificaron para
facilidad de apreciación y análisis en las siguientes categorías: Streaming de
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video, Consulta, Google, Redes Sociales, Descarga de archivos, Transaccional
y Medios. Los escenarios de prueba que se usaron son: “Solo Satelital”, “Caché
FortiGate”, “Caché de Navegador”, “Caché Fortigate + Caché de Navegador” y
por último “Caché Fortigate + Caché de Navegador + Optimización WAN”.
· Las herramientas web utilizadas para las mediciones de los tiempos de carga de
los sitios web probados en este estudio son de gran exactitud pues entregan
tiempos en milisegundos con tres decimales. Además proporcionan mucha
información que podría ser útil en caso de que se necesite profundizar en otros
aspectos del contenido de dichos sitios web.
· En una red compartida hay una variable importante que debe ser considerada y
es la utilización de los recursos de red por todos los usuarios de manera
simultánea, esto hace que se generen horas valle (de baja utilización) y horas
pico (de alta utilización), en las horas valle hay más recursos disponibles por lo
que se tienen tiempos de carga inferiores y en horas pico, por el contrario, se
presentan crestas superiores de tiempo debido a que los usuarios deben
competir por el recurso disponible en ese momento.
· En base a los resultados que se obtuvieron se puede decir que el rendimiento
del enlace de internet satelital sin usar el servidor de caché FortiGate 100D, es
el esperado, los tiempos de carga de las páginas web probadas son altos, desde
el punto de vista del usuario final es necesario esperar un tiempo considerable
para que las páginas desplieguen su contenido y se pueda hacer uso de las
mismas; desde el punto de vista del proveedor se obtienen tiempos acordes a la
tecnología que se utiliza para brindar el servicio dependiendo del perfil satelital
que se tenga configurado en la estación remota del usuario final.
· El hecho de mejorar el perfil satelital configurado en la estación remota para la
navegación, es decir, incrementar la capacidad satelital y el CIR y disminuir la
asimetría, disminuye los tiempos de carga de los sitios web probados entre un
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44% y un 70%, lo que hace que las páginas web desplieguen su contenido más
rápido, esto es notado por el usuario final quien siente una navegación más
fluida.
· El rendimiento del enlace de internet satelital usando el servidor de caché
FortiGate 100D conectado entre la remota y la red interna del usuario final mejora
en un rango entre el 50% y 80%, según la categoría probada, pues los tiempos
de carga de los sitios web probados disminuyen al almacenar información en las
memorias caché tanto del navegador como en la del servidor y al utilizar la
función de optimización de la red WAN del mismo, mucho más cuando todas
estas funcionalidades son usadas de manera simultánea.
· Desde el punto de vista del usuario final el rendimiento del enlace de internet
satelital usando el servidor de caché FortiGate 100D conectado entre la remota
y su PC le brinda tiempos de carga mucho menores de los sitios web que quiere
visitar, de entre el 44% y el 70%, lo que permite que su navegación sea fluida y
la información, imágenes y videos de su interés se desplieguen de manera
inmediata, siempre y cuando estos sitios web hayan sido visitados con
anterioridad para que los objetos web sean almacenados. Al tener mejores
tiempos de respuesta del enlace el cliente puede optimizar el uso de la capacidad
del enlace satelital por el cual paga navegando más. La experiencia del usuario
final será más satisfactoria.
· Desde el punto de vista del proveedor de servicios el rendimiento del enlace de
internet satelital usando el servidor de caché FortiGate 100D conectado entre la
remota y la PC del cliente consigue que los tiempos de carga de los sitios web
reduzcan notablemente, lo que se traduce en mayores oportunidades de negocio
en el mercado, pues el cliente queda más satisfecho con el servicio que recibe.
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· La eficiencia de caching total que se consigue con el uso del servidor FortiGate
100D conectado luego de la remota en el usuario final es del 54%
independientemente de la categoría del sitio web que se pruebe, es decir, que
en promedio el tiempo de carga de una determinada página web disminuirá un
54% del tiempo que demore en cargar sin el uso de este servidor. Las categorías
que tienen mejor eficiencia de caching son las de Búsquedas con un 79% y
Medios con un 84%.
· En todos los casos, independientemente de la categoría analizada, o del perfil
satelital usado, resulta más barato incluir en el costo mensual del servicio el valor
del servidor FortiGate 100D que ampliar la capacidad del perfil satelital o mejorar
las características del mismo.
· El análisis costo beneficio indica que es justificable la adquisición del servidor
FortiGate 100D desde el punto de vista del proveedor del servicio, pues la
inversión se verá devengada al mantener a sus clientes conformes con el servicio
que reciben. Desde el punto de vista del usuario final se justifica la contratación
del servicio porque hace que la navegación sea más fluida y se pueda
aprovechar al máximo el servicio por el cual se paga. El beneficio que se obtiene
en comparación al costo del servicio es mayor cuando la capacidad del perfil
satelital es más alta, cuando el perfil satelital tiene una capacidad menor también
hay beneficio pero no es tan notable.
5.2. RECOMENDACIONES
· Se recomienda a los usuarios finales del servicio de internet vía satélite que
incluyan en la solución que contratan al servidor FortiGate 100D, pues la
navegación mediante este equipo permite que los sitios web visitados
frecuentemente se desplieguen más rápido y por lo tanto la navegación será más
satisfactoria.
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· Se recomienda a los proveedores que brinden esta solución en los servicios de
internet que se ofrecen mediante accesos satelitales, pues la inversión en el
FortiGate 100D representa ahorros en Opex de Ancho de Banda (capacidad) y
adicionalmente mejora el rendimiento del enlace de manera notable afianzando
su credibilidad con el cliente y recibiendo fidelidad y buenas recomendaciones
del mismo.
· Se recomienda que para cualquier estudio de este tipo siempre se realice la toma
de datos en horas pico, pues así se tendrá los resultados medidos en
condiciones extremas y con eso se puede efectuar un análisis que refleje
fielmente el comportamiento de un enlace.
· Es recomendable que si se usa el servidor FortiGate 100D en el lado del usuario
final se habiliten tanto la funcionalidad de servidor caché como la de optimización
de la red WAN, pues con esto se consiguen mejores tiempos de carga de los
sitios web visitados, por lo tanto la experiencia del usuario final es más
satisfactoria.
· Se recomienda que el servidor que se instale en la sede del cliente que contrata
el enlace de internet tenga configurada seguridad de acceso, es decir un usuario
y una contraseña conocida únicamente por el administrador de red, pues caso
contrario la configuración del mismo puede ser alterada interrumpiendo la
navegación en su totalidad o deshabilitando las funciones de interés del mismo.
Sin esto los resultados no serán visibles.
· Se recomienda guardar un respaldo de la configuración del módem satelital y del
servidor FortiGate 100D para que la misma se pueda usar en casos extremos en
los que alguno de los equipos presente un daño mayor en la memoria o
procesador o en el peor de los casos se queme.
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· Se recomienda realizar este análisis sobre enlaces de internet que no tengan
asimetría, es decir enlaces dedicados 1:1 e incluyendo la utilización de
servidores FortiGate de modelos mejorados que puedan incluir más
funcionalidades que mejoren aún más los tiempos de carga que se consiguen en
este estudio.
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