nghiên cứu ip trong mạng vsat và ứng dụng tại việt nam

Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t ADSL Asymetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số không đối xứng ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATA Analog Telephony Ada

Môc lôc

Trang Trang phụ bìa

Nhiệm vụ luận văn

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT 1.1 Giới thiệu 2

1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh 2

1.1.2 Cấu trúc tổng thể của một đường thông tin vệ tinh 3

1.1.3 Các đặc điểm của thông tin vệ tinh 5

1.2 Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh 6

1.2.1 Các phương pháp đa truy nhập 6

1.2.2 Các băng tần cho thông tin vệ tinh 13

1.3 Tổng quan về mạng VSAT IP 14

1.4 Cấu trúc của hệ thống VSAT IP 16

1.4.1 Vệ tinh iPSTAR 16

1.4.2 Trạm cổng (Gateway) 18

1.4.3 Trạm thuê bao 21

1.5 Ưu, nhược điểm của hệ thống IP STAR 21

1.5.1 Ưu điểm 21

1.5.2 Nhược điểm 22

1.6 Giải pháp kỹ thuật cho hệ thống IP VSAT 22

1.6.1 Lưạ chọn công nghệ chuyển mạch gói IP 22

1.6.2 Lựa chọn công nghệ đa truy nhập vệ tinh 26

Chương 2 CÔNG NGHỆ IP TRONG MẠNG VSAT 2.1 Đóng gói IP 29

2.1.1 Khái niệm căn bản 29

2.1.2 Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu ở lớp cao (HDLC) 30

2.1.3 Giao thức điểm - điểm (PPP) 30

2.1.4 Điều khiển truy nhập môi trường 31

2.1.5 IP qua vệ tinh 31

2.2 Nối mạng vệ tinh IP 32

2.2.1 Định tuyến trên vệ tinh 33

2.2.2 IP di động trong mạng vệ tinh 34

2.2.3 Phân giải địa chỉ 37

2.3 Các phương thức bảo mật mạng cơ bản trong vệ tinh 37

2.3.1 Các phương thức bảo mật 38

2.3.2 Các hàm băm đơn hướng 39

2.3.3 Mã đối xứng (với khoá bảo mật) 39

2.3.4 Mã hoá bất đối xứng (bằng khoá công cộng/riêng) 40

2.3.5 Bảo mật mạng vệ tinh 41

2.4 Giao thức mạng IPv6 44

2.4.1 Nền tảng của IPv6 44

2.4.2 Địa chỉ IPv6 46

2.4.3 Mạng IPv6 qua vệ tinh 51

2.4.4 Chuyển đổi IPv6 52

2.4.5 Kỹ thuật đường hầm IPv6 qua mạng vệ tinh 52

2.4.6 Biên dịch 6to4 thông qua mạng vệ tinh 54

2.4.7 Các vấn đề với 6to4 55

2.5 Phát triển mạng vệ tinh trong tương lai 56

Chương 3 ỨNG DỤNG VSAT IP VÀO VIỆT NAM

3.1 Giới thiệu chung 59

3.2 Các dịch vụ của VSAT IP 60

3.2.1 Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng 60

3.2.2 Dịch vụ thoại VoIP và Fax 61

3.2.3 Dịch vụ mạng riêng ảo (VPN) 61

3.2.4 Dịch vụ GSM Trunking 62

3.2.5 Dịch vụ hội nghị truyền hình 63

3.2.6 Dịch vụ truyền hình quảng bá 63

3.2.7 Một số ứng dụng VSAT IP điển hình ở Việt Nam 64

3.3 Yêu cầu mạng lưới 66

3.3.1 Vị trí trung tâm 66

3.3.2 Vị trí ở xa 67

3.4 Hệ thống VoIP trong mạng VSAT 69

3.4.1 Yêu cầu hệ thống thoại 71

3.4.2 Giải pháp thoại trên nền IP thế hệ mới (VoIP NGN) 71

3.4.3 Giải pháp VoIP kết hợp tổng đài truyền thống 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

1 Kết luận 88

2 Kiến nghị 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t

ADSL Asymetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số không

đối xứng ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ATA Analog Telephony Adapter Bộ tương thích điện thoại

tương tự với hệ thống số ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải đồng bộ

BSS Broadcast Satellite Service Dịch vụ vệ tinh quảng bá BTS Base Transceiver System Hệ thống thu phát gốc

CDMA Code Divison Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

mã

DNS Domain Name Service Dịch vụ phân giải tên miền DSI Digital Speech Interpolation Kỹ thuật nội suy tiếng nói số DVB-S Digital Video Broadcasting –

Satellite

Quảng bá hình ảnh số qua vệ tinh

EIRP Equivalent Isotropic Radiated

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp

FXO Foreign eXchange Office Giao diện điện thoại phía tổng

đài FXS Foreign eXchange Subscriber Gia diện điện thoại phía nhà

thuê bao GEO Geostationary Earth Orbit Quỹ đạo địa tĩnh

GES Gateway Earth Station Trạm cổng mặt đất

GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu HDLC High level DataLink Control Điều khiển liên kết dữ liệu

mức cao HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao IAX2 Inter-Asterisk eXchange2 Giao thức truyền tải trong

mạng VoIP

IGMP Internet Group Management

Protocol

Giao thức quản lý nhóm Internet

INTELSAT International Telecommunications

Satellite Organization

Tổ chức vệ tinh thông tin quốc

tế

IP2TV Internet Protocol to Television Giao thức Internet trên truyền

hình Ipsec Internet Protocol security Bảo mật giao thức Internet IPv4/v6 Internet Protocol version 4/6 Giao thức Internet phiên bản

4/6 ISLs Inter-Satellite Links Các kết nối liên vệ tinh

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp d.vụ Internet

MCU Multipoint Conference Unit Bộ hội nghi truyền hình đa

điểm NAT Network Address Translation Dịch địa chỉ mạng

NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng

OFDM Orthogonal Fequency Divison

PSTN Public Switching Telephone

Network

Mạng chuyển mạch công cộng

POP3 Post Office Protocol 3 Giao thức văn bản điên tử 3

QSPK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương RRM Radio Resouce Management Quản lý tài nguyên vô tuyến RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành riêng tài

nguyên

SCPC Single Channel Per Carrier Một kênh trên một sóng mang SF/TDMA Single Frequency/ Time Divison

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian một sóng mang SIP Session Initial Protocol Giao thức khởi tạo phiên SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

TCP Transmission Control protocol Giao thức điều khiển truyền

dẫn TDMA Time Divison Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

thời gian

U/C Up Converter Bộ đổi tần lên

UDP Use Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng

URL Uniform Resource Location Xác nhận tài nguyên đồng

dạng

VoD Video - on – Demand Truyền hình theo yêu cầu VISTA Vietnam Information for Science

and Technology Advance

Mạng thông tin khoa học và công nghệ Việt Nam

Danh môc c¸c h×nh vÏ

Trang

Hình 1.1 Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh 3

Hình 1.2 Các bộ phận của trạm mặt đất 4

Hình 1.3 Băng thông sóng mang các kỹ thuật FDMA, TDMA, CDMA 10

Hình 1.4 Sơ đồ cấp phát tài nguyên hệ thống MF/TDMA dạng lưới 12

Hình 1.5 Sơ đồ cấp phát tài nguyên trong giao thức Slotted ALOHA 13

Hình 1.6 Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số 14

Hình 1.7 Mạng VSAT –IP 15

Hình 1.8 Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1 17

Hình 1.9 Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1 tại Việt Nam 17

Hình 1.10 Sơ đồ khối chức năng trạm Gateway iPSTAR 19

Hình 1.11 So sánh cấu trúc trạm HUB theo công nghệ Mux và IP 24

Hình 1.12 So sánh cấu trúc trạm VSAT theo công nghệ Mux và IP 25

Hình 1.13 Ví dụ cấp phát băng thông cho các sóng mang 26

Hình 2.1 Định dạng gói IP 29

Hình 2.2 Cấu trúc khung HDLC 30

Hình 2.3 Cấu trúc khung của giao thức PPP 31

Hình 2.4 Định dạng khung của MAC 31

Hình 2.5 Trung tâm vệ tinh của kết nối đầu cuối tới Internet 32

Hình 2.6 Trung tâm vệ tinh của kết nối đoạn đầu tới Internet 33

Hình 2.7 Trung tâm vệ tinh của kết nối chuyển tiếp tới Internet 33

Hình 2.8 Trung tâm vệ tinh cố định so với sự dịch chuyển của trái đất 35

Hình 2.9 Hệ thống khoá bảo mật 40

Hình 2.10 Hệ thống khoá công cộng cho bảo mật và chứng thực 41

Hình 2.11 Mô hình truyền tải trong Ipv4 43

Hình 2.12 Mô hình đường hầm 43

Hình 2.13 Tường lửa bao gồm 2 bộ định tuyến và 1 cổng 43

Hình 2.14 Định dạng mào đầu gói IPv6 45

Hình 2.15 Cấu trúc địa chỉ toàn cầu tổng hợp 49

Hình 2.16 Minh họa host có ngăn xếp kép 52

Hình 2.17 Đóng gói IPv6 vào IPv4 53

Hình 2.18 Đường hầm host – router qua mạng vệ tinh 53

Hình 2.19 Đường hầm router – router qua mạng vệ tinh 54

Hình 2.20 Biên dịch 6to4 thông qua mạng truy nhập vệ tinh 54

Hình 2.21 Biên dịch 6to4 thông qua mạng lõi vệ tinh 55

Hình 2.22 Chuyển đổi ứng dụng IPv6 56

Hình 2.23 Một minh họa về phát triển mạng vệ tinh trong tương lai 57

Hình 2.24 Hội tụ giao thức 58

Hình 3.1 Mô hình dịch vụ truy nhập internet băng rộng 60

Hình 3.2 Mô hình dịch vụ thoại VoIP và fax 61

Hình 3.3 Mô hình dịch vụ mạng riêng ảo VPN 62

Hình 3.4 Mô hình dịch vụ GSM Trunking 62

Hình 3.5 Mô hình dịch vụ Video Conference 63

Hình 3.6 Mô hình cung cấp truyền hình quảng bá bằng mạng VSAT 64

Hình 3.7 Mô hình tổng quát giải pháp VoIP NGN 72

Hình 3.8 Mô hình VoIP vùng với điện thoại IP 75

Hình 3.9 Mô hình VoIP với PBX hỗ trợ FXO, FXS 76

Hình 3.10 Mô hình VoIP vùng với ATA 76

Hình 3.12 Giải pháp hỗn hợp 77

Hình 3.13 Mô hình đề xuất cho các vùng 77

Hình 3.13 Thiết bị ATA đảm bảo chống sét cho IP-PBX 78

Hình 3.14 Mô hình tổng thể hệ thống VoIP 79

Hình 3.15 Mô hình báo hiệu và thoại liên vùng 80

Hình 3.16 Mô hình báo hiệu và thoại nội vùng 80

Hình 3.17 Mô hình báo hiệu và thoại ra PSTN 81

Hình 3.18 Mô hình báo hiệu và thoại từ PSTN 82

Hình 3.19 Mô hình tổng quát giải pháp kết hợp tổng đài truyền thống 83

Hình 3.20 Gọi nội vùng 84

Hình 3.21 Gọi giữa các vùng 85

Hình 3.22 Gọi ra mạng PSTN 86

Hình 3.23 Cuộc gọi vào từ PSTN 87

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây thông tin vệ tinh đang được xem như là một công nghệ có nhiều ưu điểm trong việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, đặc biệt là cung cấp dịch vụ cho những vùng, miền có địa hình hiểm trở phức tạp Truyền thông vệ tinh có ưu thế cho vùng phủ rộng, ít chịu ảnh hưởng của địa hình, khí hậu, dung lượng lớn

Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của thông tin vệ tinh là trễ truyền lan dài,

tỷ lệ lỗi bit tương đối cao và băng thông hạn chế so với các liên kết mặt đất nên có không ít những vấn đề kỹ thuật đối với loại hình thông tin này

Hơn nữa thế giới đang tích hợp các dịch vụ viễn thông theo hướng IP Vì vậy việc nghiên cứu công nghệ IP trong mạng vệ tinh VSAT nhằm đưa ra những giải pháp thích hợp cho việc cung cấp dịch vụ viễn thông đảm bảo khắc phục được những nhược điểm cố hữu vốn có của thông tin vệ tinh

Xuất phát từ đó tôi đã thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: Nghiên

cứu IP trong mạng VSAT và ứng dụng tại Việt Nam

Bố cục đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan mạng VSAT

Chương 2: Công nghệ IP trong mạng VSAT

Chương 3: Ứng dụng VSAT IP vào Việt Nam

Do điều kiện về thời gian cũng như những hạn chế về trình độ, mặc dù

đã rất cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy rất mong nhận được sự đóng góp, nhận xét của người đọc để luận văn được hoàn thiện hơn và có thể áp dụng những kiến thức này vào hoạt động chuyên môn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT 1.1 Giới thiệu

1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh

Ý tưởng về một hệ thống thông tin toàn cầu sử dụng vệ tinh bay xung quanh quả đất đã được nhà bác học Arthur C Clacker giới thiệu trong một tạp chí Anh “ Wireless World” vào tháng 5 năm 1945

Tháng 10 năm 1957 Liên Xô đã phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên trên thế giới Sputnik – 1 vào quỹ đạo mở ra một kỷ nguyên chinh phục vũ trụ của con người đồng thời cũng là lần đầu tiên thông tin giữa trái đất và vũ trụ được thực hiện

Ngày 14-2-1963, NASA đã phóng vào qũy đạo địa tĩnh vệ tinh mang tên SYNCOM I và đến 19-8-1964 tiếp tục phóng vệ tinh SYNCOM II có độ cao bay tới 36.000km đã truyền hình trưc tiếp thế vận hội Olympic từ Nhật về

Ở Việt Nam, năm 1964 nước ta đã gia nhập tổ chức INTELSAT Chúng

ta đang sử dụng vệ tinh EXPRESS ở 800E với các trạm hoa sen mặt đất Năm

1998 chúng ta đã xây dựng trạm mặt đất làm việc với INTELSAT theo tiêu chuẩn F2, đó là trạm VISTA I ở TP HCM làm việc với vệ tinh INTELSAT

604 ở 600E và trạm VISTA II ở Hà Nội làm việc với vệ tinh INTELSAT 602

ở 620E theo tiêu chuẩn D Từ đó đến nay, Việt Nam đã xây dựng khá nhiều

trạm mặt đất thuộc sự quản lý của VTI (VNPT) tại Quế Dương (Hà Tây), tại

Đà Nẵng, Bình Dương Trong năm 2008, Việt Nam đã phóng thành công vệ tinh địa tĩnh

1.1.2 Cấu trúc tổng thể của một đường thông tin vệ tinh

Hệ thống thông tin vệ tinh được hình thành từ 2 phần chính đó là không gian và phần mặt đất:

Hình 1.1 Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh

 Phần không gian: gồm các vệ tinh và tất cả các trung tâm đặt ở mặt đất

để điều khiển và giám sát vệ tinh Trung tâm điều khiển và giám sát vệ tinh bao gồm trạm bám (tracking station), trạm đo xa (Telemetry Station), trạm điều khiển (Control Station) cùng với trung tâm điều khiển vệ tinh mà tại đó tất cả các thao tác liên quan đến công việc duy trì vị trí của vệ tinh và kiểm tra các chức năng quan trọng của vệ tinh được thực hiện

 Phần mặt đất: Bao gồm trạm mặt đất chuẩn (TC) và trạm mặt đất lưu

U/C: Bộ đổi tần lên DEM: Bộ giải điều chế

HPA: Bộ khuếch đại

Hoạt động của hệ thống thông tin vệ tinh được mô tả như sau:

+ Tại đầu phát băng tần cơ sở (BB) như: Tín hiệu thoại, video, telex, facsimile được điều chế lên thành tần số trung tần IF, sau đó được đổi lên cao tần RF nhờ bộ đổi tần tuyến lên U/C Tín hiệu được khuếch đại lên mức công suất cao nhờ bộ HPA và qua anten phát lên vệ tinh

+ Tại đầu anten thu của vệ tinh, tín hiệu thu được qua bộ khuếch đại, qua đổi tần từ tần số tuyến lên thành tần số tuyến xuống, khuếch đại công suất rồi phát xuống mặt đất nhờ anten phát

+ Anten thu trạm mặt đất thu tín hiệu từ vệ tinh về, tín hiệu qua bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA, tần số siêu cao được biến đổi thành trung tần IF nhờ bộ đổi tần xuống D/C, sau đó qua bộ giải điều chế DEM để phục hồi lại băng tần cơ bản như ở trạm mặt đất phát

+ Trạm mặt đất chuẩn có nhiệm vụ đồng bộ sự hoạt động của cả hệ thống, đồng thời thực hiện việc đo từ xa các thông số của vệ tinh và điều khiển vệ tinh bay đúng qũy đạo

+ Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh được gọi là đường lên (uplink) và đường hướng từ vệ tinh đến trạm mặt đất thu gọi là đường xuống

(downlink) Trong một băng tần, tần số của tuyến lên fu bao giờ cũng lớn hơn tần số của tuyến xuống fd để phân biệt tần số lên và tần số xuống tại các bộ phận đáp trên vệ tinh

1.1.3 Các đặc điểm của thông tin vệ tinh

Thông tin vệ tinh là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng vệ tinh để chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm trên mặt đất Vì trạm chuyển tiếp vệ tinh có độ cao rất lớn nên thông tin vệ tinh có những ưu điểm

so với các hệ thống viễn thông khác đó là:

 Vùng phủ sóng lớn: Một vệ tinh có thể phủ sóng được một vùng rộng

lớn Nếu có ba vệ tinh địa tĩnh phóng lên ở 3 vị trí thích hợp sẽ phủ sóng toàn cầu, do đó cung cấp các dịch vụ thông tin toàn cầu

 Dung lượng vệ tinh lớn: Với băng tần công tác rộng, nhờ áp dụng các

kỹ thuật sử dụng lại băng tần nên hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt tới dung lượng lớn trong một thời gian ngắn

 Độ tin cậy thông tin cao: Tuyến thông tin vệ tinh chỉ có 3 trạm trong đó

vệ tinh chỉ đóng vai trò trạm lặp còn 2 trạm đầu cuối trên mặt đất, do

đó xác suất hư hỏng trên tuyến là rất thấp, độ tin cậy trung bình đạt 99,9% thời gian thông tin trong một năm

 Chất lượng thông tin cao: Đường thông tin có chất lượng cao do các

ảnh hưởng nhiễu của khí quyển và Fading là không đáng kể Tỷ lệ lỗi bit có thể đạt 10-9

 Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất: Do độ cao của vệ tinh lớn

nên thông tin vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi địa hình của thiên nhiên như đồi núi, thành phố, đại dương Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh có thể truyền tới các vùng xa xôi hẻo lánh, hải đảo Bởi vậy thông tin vệ tinh là phương tiện thông tin tốt nhất cho các vùng nông thôn, miền núi, hải đảo và các vùng chưa phát triển

 Cung cấp các dịnh vụ mới: Trước khi có thông tin vệ tinh, hầu hết các

dịch vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng sóng ngắn phản xạ qua tầng điện ly Thông tin này đã không đáp ứng được yêu cầu do chất lượng xấu, dung lượng thấp, băng tần hẹp Thông tin vệ tinh ra đời đã khắc phục được nhiều nhược điểm của các loại hình thông tin trước đó và đã cung cấp nhiều dịch vụ mới

 Cung cấp các dịch vụ cá nhân cho khách hàng: Các trạm mặt đất nhỏ

với anten kích thước bé có thể truy cập đến các cơ sở dữ liệu và các hệ thống quản lý thông tin Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích thước rất nhỏ gọi là VSAT (Very Small Aperture Terminals) thường được đặt tại nhà của khách hàng hay các khu vực có yêu cầu dịch vụ viễn thông yêu cầu các dịch vụ phổ thông với dung lượng nhỏ, do đó cung cấp tốt các dịch vụ cá nhân cho khách hàng

1.2 Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh

1.2.1 Các phương pháp đa truy nhập

Đa truy nhập là phương pháp để nhiều trạm mặt đất sử dụng chung bộ phát đáp Thông tin chuyển tải giữa nhiều trạm mặt đất (tức là thiết lập nhiều tuyến liên lạc trạm - trạm) đồng thời được thực hiện trên cùng một kênh vệ tinh

Một cách tổng quát đa truy nhập trong thông tin vệ tinh được phân loại như sau:

 Đa truy nhập chia theo tần số: FDMA

 Đa truy nhập chia theo thời gian: TDMA

 Đa truy nhập chia theo mã: CDMA

1.2.1.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

FDMA là phương pháp đa truy nhập trong đó băng thông bộ phát đáp được chia thành các băng tần con và mỗi băng tần con được ấn định cho một

sóng mang tùy thuộc vào lưu lượng kênh truyền và phương thức điều chế áp dụng Với kiểu truy nhập này, các trạm mặt đất truy nhập bộ phát đáp một cách liên tục tại những sóng mang khác nhau Để hạn chế nhiễu kênh lân cận giữa các sóng mang, cần phải có băng tần bảo vệ (Guard band) thích hợp giữa các sóng mang lân cận

Nhiễu xuyên điều chế ảnh hưởng lớn đến chất lượng dịch vụ cũng như công suất vệ tinh Do các bộ khuếch đại công suất cao trên vệ tinh là các thiết

bị phi tuyến, khi hoạt động ở chế độ đa sóng mang luôn yêu cầu có độ lùi đầu vào (input Backoff) và do vậy giảm công suất đầu ra của vệ tinh

Với các kết nối truyền dẫn đường trục dung lượng lớn hoặc truyền hình quảng bá thì kỹ thuật phù hợp vẫn được áp dụng là FDMA

 Ưu điểm

 Thủ tục truy nhập đơn giản

 Cấu hình các trạm mặt đất đơn giản, thiết bị rẻ tiền, dễ khai thác

 Nhược điểm

 Thiếu tính linh hoạt khi cần lập lại cấu hình: để đảm bảo các thay đổi về dung lượng cần thay đổi quy hoạch tần số và điều này có nghĩa thay đổi các tần số phát, tần số thu, băng thông của các bộ lọc ở các trạm mặt đất

 Hiệu quả sử dụng băng thông và công suất bộ phát đáp không cao vì mỗi kết nối sóng mang của FDMA luôn luôn chiếm băng thông cho dù trạm có truyền dữ liệu hay không

 FDMA có xuyên nhiễu điều chế giữa các sóng mang lân cận do

đó cần thiết phải điều chỉnh công suất của các trạm mặt đất

1.2.1.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

Phương pháp truy nhập TDMA dựa trên việc phân chia thời gian sử dụng

bộ phát đáp thành các khe thời gian, giữa các khe thời gian có các khoảng bảo

vệ Trong TDMA, tất cả các trạm mặt đất trong hệ thống đều sử dụng chung một tần số Tuy nhiên tại một thời điểm xác định chỉ một trạm trong số các trạm của hệ thống được phép phát lưu lượng của nó lên vệ tinh và chiếm toàn

bộ băng thông của bộ phát đáp đó Lưu lượng truyền dẫn trong khoảng thời gian cho phép (Tburst) gọi là cụm tín hiệu (Burst) Để các Burst không chồng lấn nhau tại máy thu vệ tinh, cần thiết phải có khoảng thời gian bảo vệ (Guard time) giữa các Burst kế tiếp và đồng thời việc đồng bộ giữa các trạm mặt đất trong mạng là tối cần thiết Kỹ thuật TDMA do vậy liên quan đến qúa trình tạo Burst, thu Burst và đồng bộ phát của các trạm mặt đất trong mạng

Trong kỹ thuật TDMA, nếu một mạng có rất nhiều trạm đầu cuối VSAT cùng phát về trên một băng thông duy nhất thì yêu cầu định thời cho mạng rất cao, tốc độ phát của VSAT trên khe (bust) rất lớn, dẫn đến giá thành hệ thống cao Do vậy băng thông toàn mạng thường được phân chia thành nhiều đoạn tần số, mỗi tần số được sử dụng cho một nhóm các VSAT phát về HUB, và ta

có kỹ thuật gọi là Đa truy nhập phân chia theo thời gian/Đa tần số (MF/TDMA) Trạm HUB sẽ kiểm soát và cấp phát khe thời gian và đoạn băng tần làm việc còn trống khi trạm VSAT có yêu cầu truyền tin Điều này

sẽ giúp sử dụng quỹ đạo băng thông rất hiệu quả khi mạng có số lượng trạm rất lớn và tương đối đồng nhất

Số lượng VSAT trong một khe và độ rộng của khe tần số thường được tính toán cân bằng giữa kích cỡ, giá thành trạm VSAT và hiệu suất sử dụng khe tần số

 Ưu điểm:

 Sử dụng công suất vệ tinh có hiệu quả

 Tính linh hoạt trong khai thác khi thay đổi nhu cầu lưu lượng: muốn thay đổi chỉ cần thay đổi độ dài và vị trí các cụm được điều khiển bằng phần mềm

 Tăng dung lượng truyền dẫn lớn bằng kỹ thuật nội suy tiếng nói

số (DSI) Các kênh vô tuyến được ấn định cho người sử dụng chỉ khi tín hiệu thoại được truyền dẫn Kết hợp TDMA và DSI đảm bảo tăng gấp ba hoặc bốn lần dung lượng truyền dẫn so với MF/TDMA

 Dễ dàng đấu nối với các mạng thông tin số mặt đất

 Nhược điểm:

 Yêu cầu đồng bộ cụm

 Công suất phát cần thiết của trạm mặt đất là rất cao

1.2.1.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Trong phương thức đa truy nhập theo mã (CDMA) các trạm mặt đất sẽ truy nhập bộ phát đáp vệ tinh cùng một lúc và cùng một tần số Để có thể phân biệt được các sóng mang với nhau, tại phía phát, mỗi bộ sóng mang sẽ được nhân với một mã nhận dạng đặc biệt Mã nhận dạng này cho phép máy thu có thể tái tạo được sóng mang yêu cầu bằng cách nhân sóng mang thu được với chính mã nhận dạng của sóng mang đó

Tín hiệu sau khi nhân với mã nhận dạng sẽ được trải rộng ra về mặt phổ tần chính vì thế mã nhận dạng được gọi là mã trải phổ và kỹ thuật CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ tín hiệu (Spread Spectrum)

* Nguyên lý đa truy nhập đạt được như sau: Tại phía phát các sóng mang

sẽ được nhân với các mã trải phổ và đều được phát lên vệ tinh Tại phía thu, các trạm mặt đất sẽ nhân các sóng mang thu được với bản sao mã trải phổ nên chỉ có sóng mang mong muốn được nén phổ lại, còn các sóng mang khác sẽ

bị trải phổ một lần nữa và do vậy mật độ phổ công suất rất nhỏ Để hệ thống CDMA hoạt động tốt yêu cầu phải có sự đồng bộ mã trải phổ tốt giữa máy phát và máy thu

 Ưu điểm:

 Chịu được nhiễu và méo

 Chịu được sự thay đổi các thông số khác nhau của đường truyền dẫn

 Bảo mật tiếng nói cao

 Nhược điểm:

 Hiệu quả sử dụng băng tần kém

 Độ rộng băng tần truyền dẫn yêu cầu lớn

Do đó phương pháp truy nhập CDMA phù hợp với các hệ thống có các trạm lưu lượng nhỏ

Các phương pháp đa truy nhập truyền thống trong thông tin vệ tinh được

mô tả trên hình 1.3

Hình 1.3 Băng thông sóng mang các kỹ thuật FDMA, TDMA, CDMA

Trái với SF/TDMA, tốc độ truyền của trạm đầu cuối có thể giữ nguyên khi tăng dung lượng mạng bằng cách thêm các kênh tần số Do đó các tham

số của thiết bị đầu cuối (EIRP, G/T) không cần phải thay đổi Vì vậy hệ thống TDMA đa tần có hiệu quả về mặt giá thành và khả năng mở rộng do giá thành thiết bị đầu cuối trong thông tin vệ tinh phụ thuộc phần lớn vào kích thước anten và công suất phát

Hình 1.4 chỉ ra một cấu trúc hai chiều thời gian – tần số (bảng cấp phát) trong một hệ thống vệ tinh hình lưới Trục thời gian được chia nhỏ thành các khe và các khung thời gian, trục tần số gồm một số kênh tần số Cụm chuẩn (RB) được gửi bởi trạm chuẩn ở đầu mỗi khung trên một kênh riêng cho phép

tất cả các trạm nhận và duy trì đồng bộ về mặt thời gian Ngoài ra nó còn chứa bảng cấp phát để các trạm biết khe thời gian và kênh tần số nào chúng phải dùng để phát và nhận các cụm dữ liệu Trong hình trên, S1  S 2 xác định một cụm được phát bởi trạm 1 và nhận bởi trạm 2 Các trạm nhận được bộ mô

tả cụm này cùng với thông tin về đồng bộ thời gian để các modem nhảy tần tương xứng với nhau Vì khả năng mở rộng nên MF/TDMA được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống VSAT

Hình 1.4 Sơ đồ cấp phát tài nguyên hệ thống MF/TDMA dạng lưới

 Phương thức truy nhập ngẫu nhiên Slotted ALOHA

Giao thức ALOHA cho phép mọi máy trạm có thể truy nhập burst vào bất kì thời điểm nào, không chú ý đến việc các trạm khác có sử dụng đường truyền hay không Như vậy ALOHA là một giao thức không đảm bảo là khung dữ liệu được truyền đi có gặp xung đột hay không Do đó người ta đã cải tiến giao thức ALOHA thành giao thức ALOHA phân khe (slotted ALOHA) Khi này quá trình phát dữ liệu chỉ xảy ra khi máy trạm gặp khe thời gian đã đồng bộ ( synchronized slotted times )

+ Thời gian được chia thành các khe (slot) bằng nhau

+ Dữ liệu có cùng kích thước (1 slot)

+ Các nút phải đồng bộ thời gian

Hình 1.5 Sơ đồ cấp phát tài nguyên trong giao thức Slotted ALOHA

Hoạt động:

 Các nút sẽ gửi đi khe tiếp theo nếu nó nhận được một khung mới

 Nếu nó không có va chạm thì nó sẽ gửi đi khung mới bắt đầu từ slot tiếp theo

 Nếu có va chạm thì nó sẽ phát lại khung tại thời điểm slot tiếp theo với xác suất cho trước tới khi thành công thì thôi

Giao thức Slotted ALOHA với nhiều ưu điểm như đơn giản, tính phân bố cao, cung cấp kênh một cách linh hoạt với tốc độ truyền cao rất thích hợp cho truy cập trong thông tin vệ tinh

1.2.2 Các băng tần cho thông tin vệ tinh

Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin sử dụng phương thức truyền dẫn

vô tuyến, bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ thông tin vệ tinh là rất quan trọng Nó phải thỏa mà hai điều kiện cơ bản:

 Không gây can nhiễu lên các hệ thống khác cũng như các dịch vụ thông tin vô tuyến trong mạng

 Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thước và giá thành của thiết bị

“Cửa sổ tần số vô tuyến” trong thông tin vệ tinh là khoảng từ 1GHz đến

10 GHz , trong khoảng này suy hao do tầng điện ly và tầng đối lưu là không đáng kể và suy hao truyền sóng gần như suy hao không gian tự do

Hình 1.6 Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số Như đã thấy băng tần lý tưởng sử dụng trong thông tin vệ tinh và thông tin viba nằm trong “cửa sổ vô tuyến”, vì các tần số trong “cửa sổ vô tuyến” có suy hao trong khí quyển nhỏ nhất, trong điều kiện bình thường có thể bỏ qua Tuy nhiên các tần số nằm trong “cửa sổ vô tuyến” được sử dụng nhiều cho các hệ thống thông tin viba trên mặt đất, hơn nữa băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh rất rộng nên ngoài băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” được ấn định cho thông tin vệ tinh thì phải sử dụng thêm các băng tần khác Các băng tần đó được quy định như sau:

Bảng 1.1 Các băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinh

Khoảng tần số Ký hiệu Sử dụng điển hình

Các vệ tinh chuyên dùng quân sự Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS) Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS) Các vệ tinh nội địa

bản: trạm cổng (Gateway), vệ tinh IPSTAR và các trạm thuê bao (User Terminal-UT) Các gói dữ liệu từ trạm Gateway gửi tới trạm UT theo phương thức ghép phân chia thời gian (TDM) kết hợp với kỹ thuật ghép kênh trực giao phân chia theo tần số (OFDM) (hướng TOLL) Hướng ngược lại từ UT đến Gateway, các kênh tốc độ thấp sử dụng cùng phương pháp truyền dẫn kết hợp kỹ thuật đa truy nhập dựa trên nhu cầu sử dụng của khách hàng, kiểu truy nhập ALOHA sử dụng để điều khiển lưu lượng, Slotted ALOHA, TDMA truy nhập truyền tải dữ liệu (hướng STAR)

Hình 1.7 Mạng VSAT –IP Trạm cổng (Gateway) có chức năng truy nhập vào mạng công cộng (VSAT là mạng độc lập, phải thông qua cổng để vào mạng công cộng - mạng nội địa truy xuất tài nguyên) Sau đó, tài nguyên Internet và viễn thông từ trạm cổng sẽ được gửi dưới dạng các gói dữ liệu tới trạm vệ tinh thuê bao (UT) Các vệ tinh iPSTAR sử dụng công nghệ nhân băng tần bằng việc dùng nhiều búp sóng nhỏ (spot beam) phủ chụp để truyền tải, tạo ra băng thông lớn hơn nhiều so với vệ tinh thông thường Các máy trạm tại mặt đất nhận sóng

Mạng trục

Internet

Data Center

Mạng VoIP

NOC

Hướng thu (Gateway - UT) 8-11 Mbps

Hướng phát (UT - Gateway)

2.5-4 Mbps

Trạm phủ sóng di động (Biên giới, hải đảo…) Thoại nông thôn

Vệ tinh iPSTAR

Trạm cổng

Thoại Internet băng rộng

PoP có ở các ISP

Tổng đài di động

(BSC,MSC)

+Intranet, IP/VPR +Mạng viễn thông công cộng Mạng KTR, NGN

(Intranet, IP/VPN)

của vệ tinh, chuyển tải để hoạt động như các máy trạm bình thường của mạng mặt đất Phương thức truyền tải trên mạng VSAT sử dụng vệ tinh (truyền vô tuyến) Trạm VSAT thực chất như một tổng đài, chỉ khác về phương pháp truyền tải không qua cáp quang, dây nối như mạng mặt đất, mà dùng sóng vệ tinh nhưng vẫn đảm bảo được độ lớn băng thông và chất lượng truyền tải dữ liệu bằng các công nghệ tiên tiến

1.4 Cấu trúc của hệ thống VSAT IP

Hệ thống VSAT IP gồm 3 thành phần cơ bản: trạm cổng (Gateway), vệ tinh iPSTAR và các trạm thuê bao (User Terminal-UT)

 Tuổi thọ hoạt động : 12 năm

Dung lượng băng thông cho khách hàng sử dụng: 45 Gbps (25/20) cho tuyến lên và tuyến xuống Dung lượng danh định tiêu chuẩn tính theo ăng-ten 1,2m Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR (hình 1.8) bao gồm các búp phủ trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương, trong đó có:

+ 84 búp phủ hẹp

+ 3 búp phủ rộng

+ 7 búp phủ quảng bá

+ 18 búp phủ hẹp băng Ka với dung lượng băng thông lớn nhất

+ Sử dụng công nghệ vùng phủ sóng nhiều tia (spot beam) để tăng khả năng tái sử dụng tần số, cho phép mở rộng phổ tần làm việc, tăng dung lượng băng tần vệ tinh và với mật độ công suất tín hiệu rất cao (EIRP=60 dbW) cho phép giảm kích thước ăng-ten trạm đầu cuối

+ Sử dụng băng tần Ka cho tuyến Gateway – UT (Forward Link) Truy nhập TDM-OFDM, tốc độ tới 4 Mbps

+ Sử dụng băng tần Ku cho tuyến UT – Gateway (Return Link) Truy nhập MF-TDMA, tốc độ tới 2 Mbps

Hình 1.8 Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1 + IPSTAR có 4 spot beam bao phủ toàn bộ lãnh thổ Việt Nam (Hình 1.9)

và 01 broadcast beam, hoạt động ở băng tần Ka và Ku với dung lượng thiết kế

khoảng 2 Gbps (cho cả 2 chiều lên, xuống)

Hình 1.9 Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1 tại Việt Nam

1.4.2 Trạm cổng (Gateway)

1.4.2.1 Cấu hình của một trạm Gateway

Sơ đồ chức năng của một Trạm Gateway (hình 1.10), bao gồm:

 Ăngten đường kính D = 8-11m cho cả trạm chính và trạm dự phòng

 Khối thiết bị cao tần, bao gồm các thiết bị máy phát HPA, Up converter, LNA; Down converter, khối điều khiển hoạt động của trạm Gateway chính và dự phòng cùng các thiết bị phụ trợ cao tần thu phát khác

 Khối các thiết bị giao tiếp và xử lý tín hiệu băng gốc

+ Core router : Thực hiện chức năng định tuyến các gói tin IP giữa các thiết bị mạng trong mạng iPSTAR

+ TCPA : Tối ưu hóa tốc độ truyền dẫn TCP/IP thông qua vệ tinh

+ FLP : Điều khiển, quản lý lớp dịch vụ (CoS), chất lượng dịch vụ (QoS) và các chức năng TCPA FLP lọc và xắp sếp dữ liệu theo thứ tự ưu tiên

và lớp dịch vụ trước khi gửi tới TI Bản tin cước từ TI và SI cũng sẽ được hợp nhất tại đây và chuyển tới NMS và server tính cước

` + TI : Xử lý dữ liệu tuyến truyền dẫn Gateway-UT TI đóng gói data theo một định dạng khung đặc biệt trước khi đưa tới Modem vệ tinh (Toll-Tx)

+ Toll-Tx : Nhận tín hiệu từ TI, sau đó lượng tử hóa, mã hóa TPC điều chế, ghép kênh OFDM data từ tất cả 16 kênh và đưa tới hệ thống phát RF Hệ thống TI thông báo cho hệ thống Toll Tx các thông tin về điều chế, mã hóa TPC của data trong mỗi một khe thời gian (time slot)

+ STAR Rx : Xử lý tín hiệu nhận được từ các UT thông qua vệ tinh, đồng thời tiến hành giải điều chế và giải mã tín hiệu

+ SI : Xử lý tín hiệu nhận được từ bộ thu STAR-Rx, chuyển đổi dữ liệu nhận được thành các gói IP và chuyển tới Core Router

 Hệ thống quản lý mạng (NMS/RRM): Quản lý tài nguyên của trạm Gateway và cho phép người khai thác truy nhập và điều khiển, bao gồm chức năng điều khiển truy nhập, quản lý tài nguyên, cấu hình, quản lý lỗi, khai thác và giám sát sự hoạt động của hệ thống, quản lý tài nguyên băng tần vệ tinh và phân bổ dung lượng cho các trạm UT

 Acounting server/Call Record server nhận dữ liệu từ NMS và lưu trữ tại cơ sở dữ liệu nội bộ để phục vụ cho mục đích tính cước

 Tuỳ thuộc vào ứng dụng cung cấp mà trạm Gateway được trang bị thêm:

+ Các đường truyền kết nối băng rộng với mạng Internet, trụ sở khách hàng cho các mục đích cung cấp người sử dụng đầu cuối truy cập mạng Internet băng rộng, mạng dùng riêng

+ Content Server, VoD Server : cho ứng dụng cung cấp thông tin, chương trình TV theo yêu cầu

+ CallManager Server: cho ứng dụng thoại, fax

+ Video Conferencing Server: cho truyền hình hội nghi

Sơ đồ khối của trạm cổng Gateway iPSTAR được trình bày trên hình 1.10

Hình 1.10 Sơ đồ khối chức năng trạm Gateway iPSTAR

1.4.2.2 Hoạt động của trạm Gateway

Trạm Gateway làm việc băng tần Ka, được thiết kế theo mô hình một trạm chính và một trạm dự phòng (phân tập theo không gian), cách nhau từ 40 đến 60 km để tránh gián đoạn thông tin do ảnh hưởng của thời tiết

Trạm Gateway thực hiện chức năng chuyển mạch và định tuyến lưu lượng giữa các phần tử mạng, hội tụ các tiêu chuẩn của một mạng IP như HTTP, FTP, POP3, SMTP …cho các ứng dụng dịch vụ băng rộng Web, ftp, email và các ứng dụng truyền thông đa phương tiện Các tiêu chuẩn H323, NetMeeting cung cấp ứng dụng dịch vụ VoIP, giải pháp mạng dùng riêng VPN, giao thức IP Multicast hỗ trợ các dịch vụ quảng bá

Hướng truyền dẫn từ Gateway đến UT được gọi là TOLL Link, thông qua thiết bị TOLL trạm Gateway có khả năng cung cấp các kênh truyền dẫn cho các trạm UT với tốc độ rất lớn Một TOLL Link dung lượng tương đương dung lượng một bộ phát đáp vệ tinh (Transponder-54Mhz), tuỳ theo nhu cầu dung lượng, cấu hình trạm Gateway có một hoặc nhiều TOLL Mỗi một TOLL được phân chia linh hoạt thành nhiều kênh, các kênh có các khe thời gian, tối đa là 16 kênh/TOLL, 256 Timeslot/kênh Sử dụng kỹ thuật điều chế QPSK kết hợp với phương thức ghép kênh OFDM, TDM dung lượng một TOLL tương đương 128 Mbps, mỗi trạm UT có thể thu dữ liệu với tốc độ 4 Mbps/kênh

Hướng truyền dẫn từ UT đến Gateway được gọi là STAR Link, trạm Gateway tiếp nhận dữ liệu từ các UT thông qua thiết bị D-STAR (tiếp nhận 2 STAR Link đồng thời), có nhiều D-STAR trong một trạm Gateway Dung lượng băng tần STAR Link là 4 Mhz cũng như TOLL Link, STAR Link được phân chia thành nhiều kênh một cách linh hoạt, các kênh có các khe thời gian, tối đa 16 kênh/STAR Link Với chức năng giải điều chế tín hiệu D-STAR sử dụng kỹ thuật giải điều chế QPSK kết hợp với phương thức truy nhập vệ tinh

SCPC, TDMA, Slotted ALOHA cho phép cung cấp kênh linh hoạt đạt tốc độ tới 4 Mbps

Trạm Gateway được kết nối với mạng trục Internet thông qua giao diện

GE, FE Trạm Gateway chính và trạm dự phòng được kết nối trực tiếp với nhau bằng tuyến sợi cáp quang

1.4.3 Trạm thuê bao

Các thiết bị trạm UT gồm có khối ODU và khối IDU

 Khối ODU (khối thiết bị ngoài trời) bao gồm:

+ Dải tần số thu, phát: Băng Ku

+ Tốc độ Download: Tối đa 4 Mbps

+ Tốc độ Upload: Tối đa 2 Mbps

+ Hỗ trợ các giao thức UDP/TCP/IP; MAC; NAT; IP Routing; H.323 + Sử dụng công suất phát và hiệu suất băng thông linh hoạt, cho phép phân bổ băng thông hợp lý dựa trên đặc điểm lưu lượng từng khách hàng + Sử dụng kỹ thuật điều chế QPSK, phương thức truy nhập SCPC, TDMA, Slotted ALOHA

1.5 Ưu, nhược điểm của hệ thống IP STAR

1.5.1 Ưu điểm

 Vệ tinh: Sử dụng vùng phủ sóng có nhiều tia (spot beams), cho phép

sử dụng tần số hiệu quả bằng cách tái sử dụng lại tần số tạo ra băng thông lớn hơn nhiều so với vệ tinh thông thường, đồng thời nâng cao được công suất cho từng spot beam Ngoài ra, vệ tinh iPSTAR

sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất linh hoạt phù hợp với điều kiện thời tiết và đây là kỹ thuật không được áp dụng cho các vệ tinh thông thường

 Thiết bị mặt đất: Sử dụng kỹ thuật phân bổ đường truyền linh hoạt Dynamic Link Allocation (cho phép tự động điều chỉnh phương thức điều chế, mã hóa và tăng ích để đảm bảo tính khả dụng cho từng trạm UT), vì vậy đã cải thiện được vấn đề suy hao do mưa

 Tốc độ đường truyền cao

 Đa dịch vụ, đáp ứng được nhu cầu thông tin đa dạng của khách hàng

 Kích thước trạm đầu cuối nhỏ gọn (0.8m – 1.8m)

 Tính cước, giám sát mạng, nâng cấp phần mềm hoạt động đều có thể thực hiện từ trạm Gateway

1.5.2 Nhược điểm

 Nhược điểm của thông tin vệ tinh là chịu ảnh hưởng tác động của thời tiết và đặc biệt nhạy cảm hơn ở băng tần Ka, Ku Thông tin có thể bị gián đoạn với lượng mưa >100mm/h

 Thiết bị iPSTAR sử dụng đa dạng kỹ thuật điều chế, mã hoá cho phép

tự động phân bổ đường truyền linh hoạt là công nghệ độc quyền, thực hiện quản lý khai thác các phần tử mạng tập trung tại trạm Gateway

do đó các thiết bị mặt đất sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp thiết bị iPSTAR bao gồm cả trang thiết bị trạm Gateway và các UT

1.6 Giải pháp kỹ thuật cho hệ thống IP VSAT

1.6.1 Lưạ chọn công nghệ chuyển mạch gói IP

1.6.1.1 Lý do lựa chọn công nghệ chuyển mạch gói IP

Lý do lựa chọn công nghệ chuyển mạch gói IP (công nghệ IP) thay vì công nghệ chuyển mạch kênh thông thường là:

 Thiết bị theo công nghệ chuyển mạch kênh đã lạc hậu, do đó hiện nay các thiết bị thông tin vô tuyến (TTVT) ở giải tần cơ sở có xu hướng chuyển sang sử dụng công nghệ IP tích hợp đa dịch vụ với chi phí rẻ hơn, cấu hình thiết bị đơn giản, dễ bảo trì và thay thế

 Công nghệ IP cho phép tổ chức kết nối các dịch vụ truyền số liệu, thoại, video, của mạng TTVT với các mạng hạ tầng viễn thông đơn giản, thuận lợi hơn so với công nghệ chuyển mạch kênh

 Công nghệ IP tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả truyền dẫn, giảm chi phí băng thông vệ tinh do chỉ một sóng mang được phát từ trạm HUB cho thoại, dữ liệu và thông tin video được chia sẻ cho tất cả các trạm VSAT, không yêu cầu độ dự phòng công suất (back-off) cao, do

đó giúp giảm kích thước ăng ten và công suất máy phát trạm mặt đất

 Vấn đề bảo mật thông tin có thể thực hiện ở mức luồng IP, và điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế chế tạo các thiết bị bảo mật (VSAT tới VSAT) với chi phí thấp

1.6.1.2 Về trạm HUB

Phương án IP giảm độ phức tạp của thiết bị ở HUB:

+ Theo công nghệ Mux, mỗi một kết nối VSAT thì ở HUB cần phải có một cặp Modem/Mux tương ứng và cùng các thiết bị mã hoá bảo mật Nếu mạng có nhiều trạm VSAT thì không gian thiết bị trạm HUB sẽ tăng rất lớn theo tỉ lệ thuận với số kết nối

+ Theo công nghệ IP có số lượng thiết bị ít hơn và đơn giản trong kết nối so với công nghệ ghép kênh Mux Theo công nghệ IP, tại HUB chỉ cần 1 modem phát duy nhất một sóng mang cho toàn bộ lưu lượng mạng, bộ giải điều chế có thể chọn loại có nhiều đầu vào trên một thiết bị giúp giảm số lượng các thiết bị của HUB Phương án bảo mật tại HUB theo công nghệ IP cũng đơn giản hơn với 2 bộ mã luồng IP tuyến phát trước modem và tuyến

thu sau các bộ demodulator Trạm HUB cũng sẽ không yêu cầu (hoặc rất ít) mức backoff công suất (3dB) so với phương án nhiều sóng mang (3-6dB) Điều này giảm mức yêu cầu EIRP của trạm HUB

Việc so sánh hai loại trạm Hub trên được thể hiện trên hình 1.11

Hình 1.11 So sánh cấu trúc trạm HUB theo công nghệ Mux và IP

1.6.1.3 Về trạm VSAT

+ Trạm VSAT theo công nghệ chuyển mạch kênh (công nghệ Mux) và công nghệ IP có cấu trúc tương đương nhau, chỉ khác phần thiết bị ghép kênh băng tần cơ sở Thiết bị router sử dụng loại ghép kênh đa dịch vụ được sản xuất rất nhiều, đa dạng về chủng loại và phù hợp kết nối giao diện IP Tổ chức kết nối kênh dịch vụ linh hoạt, dễ dàng nhờ việc định tuyến các gói tin theo

địa chỉ IP

+ Với công nghệ IP việc mã hoá bảo mật cho trạm VSAT rất thuận lợi với một thiết bị mã hoá luồng IP cho toàn bộ lưu lượng trạm Dùng công nghệ Mux, mã luồng ghép kênh serial phức tạp hơn hoặc phải cần nhiều thiết bị mã

cho từng kênh thông tin riêng rẽ Công nghệ Mux cần cấp băng thông cho cổng thoại/fax giao diện 2 dây FXS ít nhất 24-32kbps mới đảm bảo cho thiết

bị mã đầu cuối làm việc được

Việc so sánh hai trạm VSAT trên được thể hiện trong hình 1.12

Hình 1.12 So sánh cấu trúc trạm VSAT theo công nghệ Mux và IP

1.6.1.4 Về băng thông

Cấp phát băng thông vệ tinh cho mạng theo công nghệ IP tiết kiệm hơn

so với công nghệ Mux, vì chỉ cần phát một sóng mang lớn cho toàn bộ lưu lượng HUB so với phát nhiều sóng mạng nhỏ cho từng tuyến kết nối VSAT Khi phát 1 sóng mang duy nhất sẽ không cần các khoảng bảo vệ giữa các sóng mang, giúp sử dụng băng thông vệ tinh hiệu quả hơn

Băng thông cấp cho lưu lượng kết nối của một tuyến VSAT theo công nghệ IP cũng hiệu quả hơn so với công nghệ Mux, vì chỉ khi có kênh liên lạc thì mới chiếm đường truyền, kênh thoại được nén với tốc độ nhỏ, khi lưu lượng thoại trên luồng ít có thể tăng dung lượng cho truyền dẫn gói dữ liệu khác So sánh băng thông được thể hiện trong hình 1.13

Hình 1.13 Ví dụ cấp phát băng thông cho các sóng mang

1.6.2 Lựa chọn công nghệ đa truy nhập vệ tinh

Công nghệ đa truy nhập vệ tinh được lựa chọn là công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian/đa tần số MF/TDMA, vì qua so sánh giữa phương thức truy nhập FDMA và MF/TDMA ta thấy:

+ Hiệu quả sử dụng băng thông: phương thức MF/FDMA có hiệu quả

sử dụng băng thông vệ tinh tính trên toàn mạng cao hơn so với FDMA Do truy nhập theo MF/TDMA, đầu cuối chỉ phát khi có nhu cầu truyền tin và không chiếm kênh khi ở chế độ chỉ thu; ngược lại theo truy nhập FDMA, đầu cuối luôn chiếm băng thông cho dù có liên lạc hay không

+ Thiết bị ở trạm HUB: thiết bị ở HUB của MF/TDMA có cấu trúc nhỏ,

gọn, chiếm ít không gian và tiêu thụ điện ít hơn nhiều so với FDMA Khi mở

rộng mạng thêm trạm VSAT: với HUB dùng MF/FDMA chỉ cần bổ sung 1 hoặc một vài bộ demodulator cho hàng chục đến hàng trăm VSAT mới Nhưng với HUB dùng FDMA, cứ mỗi VSAT nối vào mạng thì phải cần thêm

1 bộ demodulator tương ứng Như vậy khả năng mở rộng và dự phòng thiết

bị của HUB theo MF/TDMA rất linh hoạt, dễ dàng hơn rất nhiều so với công nghệ FDMA và chi phí đầu tư thấp hơn cho mạng lớn

+ Kích thước trạm VSAT: trạm VSAT theo FDMA có kích thước tính

toán phù hợp với dung lượng truyền dẫn Trạm VSAT MF/TDMA do phát rời rạc theo các khe thời gian nên tốc độ khi truyền (burst) cần cao hơn so với dung lượng truyền dẫn trung bình; dẫn đến kích thước ăng ten và máy phát lớn hơn so với trạm VSAT FDMA

+ Khả năng bảo mật: sóng mang VSAT trong MF/TDMA có khả năng

liên tục nhảy tần trong nhiều đoạn băng tần và phát trong các khoảng thời gian gián đoạn; sóng mang của VSAT trong FDMA được phát liên tục trong đoạn băng tần cấp phát cố định Do vậy khả năng bảo mật của MF/TDMA cao hơn nhiều so với khi dùng FDMA

+ Dung lượng truyền tin băng rộng: tốc độ truyền tin của đường từ

VSAT về HUB luôn không đổi, do vậy khó có thể tăng dung lượng truyền dẫn của trạm khi có nhu cầu băng rộng như IP/Video Với VSAT yêu cầu 4 kênh thoại, 1-2 kênh số liệu tốc độ thấp thì tổng dung lượng đường inbound theo FDMA thường giới hạn tới 128kbps Với khả năng cấp khe thời gian linh động của MF/TDMA, cho phép một trạm đầu cuối có thể phát trên nhiều khe thời gian liên tiếp khi có nhu cầu truyền dẫn cao, tốc độ có thể đạt được tới vài trăm kbps

+ Công nghệ MF/TDMA: yêu cầu khả năng định thời trong mạng rất

chính xác để đồng bộ hệ thống Khả năng định thời cao cho phép có thể chia nhỏ khe thời gian, đồng nghĩa với khả năng nhiều trạm VSAT đồng thời kết

nối trên cùng đoạn băng tần vệ tinh với hiệu suất truyền tin cao MF/TDMA

là công nghệ mới phát triển cho các mạng VSAT đa dịch vụ

Kết luận chương

Chương 1 đề cập đến những vấn đề cơ bản của thông tin vệ tinh như: Cấu trúc tổng thể của một đường thông tin vệ tinh, các đặc điểm cơ bản của thông tin vệ tinh, quỹ đạo của vệ tinh và các vấn đề khác như các phương pháp đa truy nhập và các băng tần cho thông tin vệ tinh Tìm hiểu về hệ thống

IP VSAT, cấu trúc tổng thể, ưu nhược điểm và các giải pháp kỹ thuật lựa chọn cho hệ thống

Chương 2 CÔNG NGHỆ IP TRONG MẠNG VSAT 2.1 Đóng gói IP

Đóng gói gói IP là cách làm cho IP có thể đi qua bất kỳ kỹ thuật mạng nào Đó là một kỹ thuật được sử dụng để đóng gói gói IP vào khung dữ liệu,

do đó nó phù hợp cho việc truyền dẫn trên các công nghệ mạng Các công nghệ mạng khác nhau có thể sử dụng các định dạng khung, kích thước khung hoặc tốc độ bit dùng cho truyền dẫn gói IP khác nhau Các IP được đóng gói

sẽ đặt trong trường tải trọng của một khung dữ liệu lớp liên kết dữ liệu để truyền dẫn qua mạng Ví dụ mạng Ethernet, token ring, LAN không dây chúng có các định dạng khung tiêu chuẩn để đóng gói các gói IP

2.1.1 Khái niệm căn bản

Hiện nay, có nhiều kỹ thuật đóng gói được sử dụng tuỳ thuộc vào các định dạng khung dữ liệu khác nhau Nhiều trường hợp, gói IP quá lớn được đưa vào trường tải trọng của khung dữ liệu Trong trường hợp này, các gói IP phải được chia ra thành các phần nhỏ hơn (phân mảnh) để các gói IP có thể mang trên nhiều khung Ngoài ra, các mào đầu được gắn thêm vào mỗi đoạn

để có thể đi tới đúng đích, gói IP gốc có thể được ghép lại từ các phân đoạn

Có thể nhận thấy rằng quá trình đóng gói có thể có một số tác động đáng kể đến hiệu suất mạng do việc phải xử lý thêm các mào đầu Hình 2.1 mô tả khái niệm đóng gói gói IP

Gói IP

Hình 2.1 Định dạng gói IP

2.1.2 Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu ở lớp cao (HDLC)

HDLC là một giao thức tiêu chuẩn quốc tế tại lớp 2 (lớp liên kết) đây là một giao thức quan trọng và được sử dụng rộng rãi tại lớp 2 Nó định nghĩa 3 loại trạm (chuẩn, thứ cấp và hỗn hợp), 2 cấu hình liên kết (cân bằng và không cân bằng) và 3 chế độ truyển dữ liệu (đáp ứng bình thường (NRM), đáp ứng không đồng bộ (AMR) và đáp ứng cân bằng không đồng bộ (ABM) Hình 2.2

mô tả cấu trúc khung HDLC

Cờ

tra

Cờ 01111110

01111110 để nhận dạng điểm đầu và điểm cuối của khung và trường 8 bit địa chỉ dùng để xác định các thiết bị đầu cuối và trường 8 bit điều khiển được sử dụng để định nghĩa 3 loại khung (khung thông tin, khung giám sát và khung không số) Trường tải trọng dùng để mang dữ liệu (lớp liên kết dữ liệu bao gồm gói IP) và 16 bit dùng để kiểm tra lỗi CRC

2.1.3 Giao thức điểm - điểm (PPP)

Khung HDLC tương thích với giao thức PPP (điểm-điểm), PPP là một chuẩn Internet được sử dụng rộng rãi trong kết nối bằng quay số PPP được dùng cho việc kiểm tra lỗi, hỗ trợ đa giao thức thêm vào IP, cho phép các địa

chỉ có thể thoả thuận thời gian kết nối và cho phép chứng thực Hình 2.3 mô

tả cấu trúc khung của PPP

Cờ

01111110

Địa chỉ 11111111

Điều khiển

tra

Cờ 01111110

Giao thức 00000011

1 hoặc 2

cho khung không đánh số

0: Giao thức lớp mạng 1: Các giao thức khác

Hình 2.3 Cấu trúc khung của giao thức PPP 2.1.4 Điều khiển truy nhập môi trường

HDLC và PPP được thiết kế cho việc truyền thông qua môi trường kết nối điểm-điểm Đối với mạng có môi trường chia sẻ, lớp bổ sung được biết đến như là lớp con điều khiển truy nhập môi trường (MAC) của lớp liên kết được dùng để kết nối một số lượng lớn trạm vào mạng Hình 2.4 minh hoạ định dạng khung của MAC

Điều khiển

MAC Địa chỉ MAC đích Địa chỉ MAC

nguồn Tải trọng cho gói IP đã đóng gói

Tổng kiểm tra

Hình 2.4 Định dạng khung của MAC 2.1.5 IP qua vệ tinh

Để hỗ trợ truyền IP qua vệ tinh thì mạng vệ tinh cần phải cung cấp các cấu trúc khung mà các gói dữ liệu có thể đóng gói vào trong khung và truyền thông qua vệ tinh từ điểm truy nhập này đến điểm truy nhập khác Trong môi trường mạng vệ tinh, khung có thể được dựa trên tiêu chuẩn giao thức lớp liên kết dữ liệu Đóng gói IP cũng được định nghĩa trên mạng hiện tại, như là liên kết quay số, ATM, DVB-S và DVB-RCS mà hỗ trợ các giao thức Internet hoặc liên mạng với Internet Mạng ATM dùng lớp tương thích ATM loại 5(AAL5) để đóng gói gói IP truyền trên mạng ATM và trong DVB-S gói IP