Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 3.11
A protocol gateway converts between TCP/IP and a satellite protocol that is optimized
for the delay and error rate properties of the satellite link [2].

---

3.1
General Features of Satellite Networks
87
gateway. Thus, the client and server are given a standard interface and the communi-
cation follows the well-known rules of TCP/IP absent the vagaries of the satellite
link in the center.
To address the increased latency and errors over the satellite link, the two
protocol gateways employ a special data communication protocol that is optimized
for that particular environment. For example, data would be assembled into larger
blocks than used by TCP/IP, and special software handles an efficient exchange
with reduced impact of delay and errors. One of the issues with TCP/IP that is
addressed in this manner is what is called the ‘‘slow start.’’ When the sending end
of a TCP/IP connection experiences poor throughput due to errors and retransmis-
sions, it automatically drops the flow rate of data to a minimum. From there, it
builds the rate back up and actually stops at half the rate that existed before
throughput was disturbed by the link. Slow start is not as much of an issue on
terrestrial circuits due to the shorter delay and possibly higher data rate capability.
Over a satellite link, it can be devastating to the user experience.
So we see that the protocol gateway, which speaks the standard protocol
(TCP/IP) to the end computers and an optimized satellite protocol over the radio
link, provides the user with a good quality of service. The majority of satellite-
based data communications systems, particularly VSATs, employ the protocol
gateway principle.
Errors are corrected at the other end using forward error correction (FEC)
coding. Another feature that adds to the reliability of end-to-end communication
is the cyclic redundancy check (CRC). To apply the technique, the sending communi-
cation device performs a calculation on the data word that results in a CRC bit
sequence. The receiving end makes a similar calculation on the incoming word and
compares this version of the CRC sequence against the one attached by the sending
end. If they do not agree, then the receiving end requests retransmission (or does
not send an acknowledgment).
Recognizing that the spoofing or protocol gateway approach was only a provi-
sional fix, software developers have considered modifications to TCP/IP to address
the known problems with data communications over wireless communications
systems in general and satellite links in particular. Modern protocols could make
satellite links nearly as efficient as the best-quality terrestrial links for the transmis-
sion of high-speed data. The performance is further enhanced by increasing the
bandwidth on the satellite link and hence, the throughput of data as provided on
an end-to-end basis.
The packet transmission approach, discussed earlier in this chapter, provides
another effective means to control errors on terrestrial and satellite networks. The
first packet protocol specially designed for satellite links is called ALOHA (discussed
in Chapter 5), developed by Dr. Norman Abramson at the University of Hawaii.
In ALOHA, a given station transmits its packet of data immediately and in the
blind. That ensures that there is the least possible delay through the satellite link,
provided there is no overlap between two or more transmissions that happen to
arrive at the satellite at the same time. Such an overlap is termed a collision, causing
those particular packets to become corrupted. When the receiving station gets a
good packet, it sends an acknowledgment message. The protocol of ALOHA pro-
vides for automatic retransmission if no acknowledgment is received, with the

---

88
Satellite Network Architectures
transmitting stations each waiting a randomly selected time period to prevent a
second occurrence. Most VSAT data networks employ versions of ALOHA and
packet transmission to greatly improve throughput and responsiveness of satellite
data transmission.
The issues of reliability and quality can, in balance, weigh in favor of satellite
communications when the engineering, installation, and operation are done prop-
erly. The difficulty often is that the terrestrial network exists first, and transferring
service over to a satellite network becomes a complex and difficult task. In cases
where terrestrial service did not exist first or was totally inadequate, the new
satellite network was very well accepted (INTELSAT and the Indonesian Palapa
A system are good examples). Satellite broadband services using VSATs have
likewise shown flexibility and reliability in data applications.