martes, 14 de mayo de 2013

[Lab RT] Actividad 11: Satélites

La comunicación satelital es un tipo de radiocomunicación que sirve para transmitir diferentes tipos de señales, ya sean de audio, voz o datos, mediante el uso de algún sistema de satélites.
Un satélite artificial es un dispositivo estacionado en el espacio con el propósito de servir a telecomunicaciones usando frecuencias de radio y microondas.

Fuente de la imágen: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material121/unidad3/satelite2.htm


Los satélites orbitan la tierra a diferentes niveles según el uso que se les vaya a dar:

  • Órbitas bajas: Son satélites que se sitúan entre unos 500 a 2000 km sobre la superficie terrestre. En éste tipo de órbitas los satélites viajan a grandes velocidades y pueden dar la vuelta a la tierra en menos de 2 horas. Dado la altura a la que se encuentran, un sistema satélital en ésta orbita necesita una gran cantidad de dispositivos para cubrir grandes extensiones.
  • Órbitas medias: Su altura oscila entre los 8000 a 20000 km sobre la superficie terrestre. A ésta altura se necesitan 3 o 4 satélites para tener una cobertura global.
  • Órbitas geoestacionarias: Su altura se encuentra exactamente a los 35786 km, y se encuentran directamente sobre el Ecuador. Orbitan en sincronía con la Tierra por lo que tienen un periodo de 24 horas. A ésta altura cada satélite es capaz de cubrir un tercio del planeta.
  • Órbitas altas: Por su altura describen una órbita muy elíptica  en el perigeo se encuentran a unos 500 km de altura y en el apogeo a unos 50000 km. Su periodo oscila entre las 8 y 24 horas.

Fuente de la imágen: http://radiomen.tripod.com/satelites.htm 


Además existen dos tipos de satélites de comunicaciones

  • Satélites pasivos: Se encargan de reflejar las señales recibidas sin llevar a cabo ninguna otra tarea.
  • Satélites activos: Amplifican las señales que reciben antes de retransmitirlas hacia la Tierra. Son las más comunes.
Los satélites básicamente se encargan de transmitir señales a grandes distancias, incluso a lugares muy remotos e inaccesibles del planeta de forma rápida y barata; así por ejemplo es posible proveer servicios de televisión, radio, telefonía e internet en zonas rurales, boscosas o desérticas, o en lugares donde los sistemas cableados no son viables o difíciles de instalar.

Aplicaciones de las comunicaciones satelitales


Existen diferentes usos para las comunicaciones satelitales, entre ellos se encuentran:

1. Telecomunicaciones

Televisión y radio

Posiblemente es la principal aplicación de los satélites de comunicaciones es la transmisión de contenidos de televisión o radio.
Las empresas de televisión y de radio transmiten desde sus estaciones terrestres a los satélites los cuales las retransmiten a diferentes zonas sobre la Tierra o directamente al domicilio del usuario.
Un único satélite puede dar servicio a varias cadenas de televisión en un país e incluso a todo un continente. La digitalización de la transmisión de las señales ha elevado enormemente el potencial de los satélites en términos de cantidad de cadenas, lo que ha abierto la puerta a nuevos servicios vía satélite. Las emisiones las pueden recibir tanto los usuarios privados como los públicos mediante claves que dan acceso a la conexión satélite. En la actualidad, gracias a los satélites, todos los hogares poseen acceso a las mismas cadenas, tanto si son de calidad estándar o de alta definición.
Los sistemas que hacen uso de ésta tecnología se conocen con el nombre de DBS (Direct Broadcast Satellite) y en ésta clasificación encontramos a las constelaciones de satélites HotBird, Astra y SatMex.

Telefonía satelital

Gracias a las comunicaciones satelitales es posible contar con un pequeño dispositivo móvil que permite estar comunicado en tiempo real en cualquier parte del planeta.

Éste tipo de dispositivos hace posible contar con un sistema de comunicación en áreas muy remotas del planeta.
Las constelaciones de satélites Sirius, Inmarsat y XM Satellite Radio Holdings ofrecen este tipo de servicios.

Internet de banda ancha

Este tipo de satélites hacen posible proporcionar el beneficio del internet a lugares lejanos del planeta.
En años recientes se han desarrollado satélites que permiten alcanzar tasas de transferencia de hasta 70 Gbps, lo cual permite un acceso a internet en tiempo real, de super alta velocidad y de alta capacidad de usuarios.
En ésta clasificación encontramos a los satélites Hylas y Ka-Sat.

Comunicaciones de alta seguridad

Son utilizados principalmente por agencias militares.Las comunicaciones militares consisten en enlaces protegidos con una gran flexibilidad de cobertura.

Independientemente del ambiente hostil y de la situación, las comunicaciones deben estar garantizadas y aseguradas por lo que los requerimientos de las agencias militares son muy especificos en comparación con otras redes terrestres. Además necesitam mayor flexibilidad en cuanto a cobertura, potencia, frecuencias, ancho de banda, etcétera.
En esta clasificación encontramos a la constelacion Skynet.


2. Navegación 

Se tratan de satélites geoestacionarios que sirven para proporcionar información sobre la ubicación, velocidad y tiempo a personas que cuenten con el equipo necesario sobre la tierra.

Éste tipo de satélites cuentan con una excelente precisión y proporcionan la ubicación exacta de un individuo o dispositivo que se encuentre en la superficie del planeta.
Actualmente existen dos constelaciones de satélites que proporcionan éste servicio, la constelación GPS (Global Positioning System) y GLONASS, más la constelación GALILEO que está en construcción por la Unión Europea.
La navegación por satélite hace uso de un concepto llamado trilateración para ubicar un objeto en tiempo real sobre la tierra.


3. Clima

Sirven para monitorear los cambios en la atmósfera terrestre y analizar su composición a lo largo de los años.
Fue entre 1970 y 1980 cuando se comenzarón a utilizar éste tipo de satélites lanzados en una gran variedad de misiones espaciales.
Dichos satélites cuentan con diferentes tipos de instrumentos que les permiten medir la humedad y estimar la velocidad del viento, también realizan mediciones de la radiación infraroja y ultravioleta que llega al planeta .
En ésta clasificación entran las constelaciones satelitales GOES y METEOSAT


4. Cartografía y observación planetaria

Son necesarios para llevar un control sobre las condiciones ambientales en distintos puntos del planeta. Su objetivo es medir la calidad del medio ambiente. Se utilizan para medir y monitorear los recursos naturales del planeta mediante la recolección de datos que permiten entender los diferentes procesos e interacciones entre las masas de tierra, los océanos y la atmósfera. La información recolectada es de mucha utilidad para la agricultura, geología, cartografia, defensa del medio ambiente, entre otras.

Profundizando un poco en la cartografía,  los satélites han permitido mejorar de una manera impresionante la precisión de los mapas y a su vez ha permitido disminuir los precios.
En éste aspecto los satélites han permitido crear todo tipo de mapas, desde medir las elevaciones de las montañas, contabilizar y ubicar rios, mejorar los mapas carreteros y de las ciudades, y muchas aplicaciones mas.


Mecanismos para interceptar las comunicaciones satelitales.

Los riesgos al interceptar una transmisión satelital son muchos y puede comprometer la seguridad de una nación. La preocupación reside en que al interceptarse una señal se puede hacer mal uso del enlace y de la información recolectada.

Mecanismo de acción preventiva y ofensiva

La acción preventiva consiste en colocar obstáculos para que un mensaje no pueda continuar a su destino. Típicamente, estas medidas sólo se emplean durante los tiempos de hostilidades abiertas y con la intención de eliminar los recursos de los enemigos. Un método para llevar a cabo este fin es bloqueo de la señal vía satélite utilizando interferencia, ésto implica la transmisión señal modulada a la terminal de recepción de un objetivo en la misma frecuencia de la señal de los remitentes. Las llamadas "inundaciones" consisten en desbordar el receptor con una señal de ruido y la prevención de la interpretación de cualquier señal original. Esto puede ser combatido utilizando señales moduladas y secuenciadas, y es un medio eficaz para prevenir que cualquier señal sea recibida. 
Otro método utilizado es la acción ofensiva abierta. Con el fin de evitar cualquier intercambio de comunicaciones, una fuerza hostil podría destruir una estación en tierra o un satélite fundamental para una operación.

Mal uso de las señales

Éste mecanismo suele ser pasivo e indetectable. Muchas veces consiste en robar los códigos de acceso a las constelaciones satelitales para tener acceso "oficial" a las transmisiones y con ello la mayoria de las veces obtener el control de una estación transmisora y los satelites.
Otro método más simple es interceptar las señales en tierra, lo que es muy simple si se sabe donde la posición de la transmisión y el tiempo. Para ello se necesita una estación modificada en tierra que permite escuchar las transmisiones.

Existe un caso llamado "Privateer" que consiste en la "piratear" las comunicaciones satelitales utilizando objetos comunes.
Los componentes fueron, como en todo sistema satelital, un receptor y un decodificador. El equipo completo contenía una antena, un preamplificador, un radio-escaner. Todos estos componentes se consiguen fácilmente hoy en día. Diversos dibujos y esquemas fueron encontrados en internet mediante los cuales fue posible ensamblar todo y construir los componentes faltantes, la mayoria con materiales como PVC, tubos de cobre, etcétera. Por último, se consiguio un programa freeware en internet el cual se instaló en el decodificador el cual era una copia 100% operable que servía para decodificar las señales de la constelación NOAA (satélites meteorológicos). Todos los componentes se conectaron a una computadora de bajo rendimiento, el cual pudo traducir en imágenes de mapa bits los datos recolectados por el receptor.
Éste caso demostro lo sencillo que es interceptar las señales con componentes simples que toda la gente tiene a su alcance.


Mecanismos para la protección de las señales satelitales


En las épocas tempranas de las telecomunicaciones, los mecanismos de protección de las señales satelitales consistían en eludir las amenazas temporalmente, sin embargo esto resulto insuficiente con el paso del tiempo. Ahora existen 4 mecanismos, cada uno con sus deficiencias, para proteger las comunicaciones satelitales contra ataques:

  • Evasión: Consiste en la capacidad de las naves espaciales para modificar su curso para evitar cualquier interrupción en su funcionamiento. Por lo general, el curso de un satélite es predecible, pues es definido desde la planeación de la misión. Esto aumenta la vulnerabilidad de los satélites. Existen problemas en este mecanismo, ya que un satélite puede quedar inoperable. Es necesario implementar sistemas de computo capaces de operar aun cuando la comunicación con las estaciones terrestres esté perdida y así poder volver a rectificar su rumbo y volver a operar correctamente. Además, los sistemas de propulsión están diseñados para un cierto ciclo de vuelo, utilizar el combustible en éste tipo de eventos puede reducir el tiempo útil del satélite al agotar sus reservas más rápidamente.
  • Preparación táctica: Consiste en preparar al satélite para que sea capaz de protegerse contra ataques, que pueden ir desde dispositivos de escucha y transmisión pasiva hasta armas montadas en el cuerpo del satélite (dependiendo de su aplicación).
  • Alteración del haz de comunicaciones: Posiblemente el método más simple para evitar los ataques a las telecomunicaciones. Consiste en minimizar el espacio de cobertura de tal forma que no de lugar a la interceptación  de las señales satelitales. Por lo general se logra concentrando la señal en un haz que solo es posible escuchar en un ancho muy reducido y que por lo general es dirigido directamente a las antenas receptoras oficiales. El método requiere una sincronización perfecta entre el satélite y la estación receptora, así como una gran potencia de transmisión basada en rayos láser que permite dirigir el haz de comunicaciones de forma muy precisa.
  • Cifrado: Posiblemente el método más empleado en las telecomunicaciones. No es necesario afectar de forma física ninguno de los dispositivos terrestres, ni el transmisor ni la antena. Consiste simplemente en cifrar los datos mediante cualquier método y descifrarlos en las estaciones destino. El principal problema es que las capacidades computacionales actuales permiten romper los mecanismos de cifrado en cuestión de segundos.

Conclusiones

Debido a la masificación de las telecomunicaciones y a la variedad de servicios prestados a través de las mismas, algunos bastante comunes y otros bastante delicados, es necesario proteger las comunicaciones satelites contra ataques de cualquier tipo.
Ya sea para proteger los intereses monetarios de una empresa de televisión de paga o la seguridad de una nación, las señales satelitales cuentan con distintos mecanismos que aseguran las telecomunicaciones de cierta forma, sin embargo, aún asi es posible que con materiales bastante comunes se puedan interceptar las señales de un satélite y con las capacidades computacionales actuales descifrar los datos transmitidos a través de ellas.
Cabe mencionar que los métodos para vulnerar las telecomunicaciones satélites están penados en todo el mundo y se clasifican delitos federales, por lo que hay que tener mucho cuidado al intentar implementarlos, fue complicado encontrar un documento que hablara abiertamente del tema y parece que hasta con una simple búsqueda en internet ya me han clasificado como un posible terrorista (de no ser porque estoy en México).



Referencias

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