Nghiên cứu xây dựng cơ chế truyền tải đa phương tiện qua đường truyền thông tin vệ tinh

Với đặc điểm phủ sóng đồng đều tại mọi điểm, mạng thông tin qua vệ tinh sẽ là một phương tiện đầy hứa hẹn cho các dịch vụ Internet băng rộng và các dịch vụ truyền thông mới bổ sung cho m

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

Danh mục thuật ngữ iv

Danh mục hình vẽ vi

Danh mục bảng biểu viii

Lời mở đầu 1

Chương 1 ! Tổng quan 2

1.1 Tóm lược về lịch sử phát triển truyền thông vệ tinh 2

1.2 Khái niệm vệ tinh 4

1.3 Những ứng dụng của truyền thông vệ tinh 5

1.4 Tóm lược sự phát triển của truyền thông vệ tinh ở Việt Nam 5

1.5 Vấn đề truyền thông tin đa phương tiện qua vệ tinh 6

1.6 Kết luận chương 7

Chương 2 ! Truyền thông vệ tinh và vấn đề chất lượng dịch vụ 8

2.1 Tổng quan về truyền thông vệ tinh 8

2.1.1 Cơ sở quỹ đạo vệ tinh 8

2.1.2 Nguyên lý cơ bản của truyền tin qua vệ tinh 11

2.1.3 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh 12

2.1.4 Kiến trúc mạng thông tin vệ tinh 14

2.2 Kỹ thuật và công nghệ sử dụng trong thông tin vệ tinh 14

2.2.1 Tóm lược kỹ thuật trong thông tin vệ tinh: VSAT TDM,IPSTAR 14

2.2.2 Kỹ thuật trạm mặt đất 15

2.2.3 Truyền dẫn thông tin IP qua vệ tinh 16

2.3 Dịch vụ và chất lượng dịch vụ 18

2.3.1 Các dịch vụ mới trên nền IP 18

2.3.2 Chất lượng dịch vụ 21

2.4 Một số vấn đề trong truyền thông vệ tinh 23

2.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền vệ tinh 23

2.4.2 Trễ và tạp âm trên đường truyền vệ tinh 24

2.4.3 Các vấn đề liên quan TCP/IP 25

2.4.4 Tỉ lệ bit lỗi BER 27

2.5 Truyền thông tin đa phương tiện qua vệ tinh 27

2.5.1 RAP (Rate Adaptation Protocol) 28

2.5.2 RCS (Rate control Scheme) 29

2.6 Kết luận chương 30

Chương 3 – Xây dựng cơ chế điều khiển truyền tin đảm bảo QoS qua vệ tinh 31

3.1 Yêu cầu chung đối với cơ chế điều khiển đảm bảo QoS 31

3.2 Xây dựng cơ chế điều khiển truyền tin qua vệ tinh 32

3.2.1 Kiến trúc hệ thống 32

3.2.2 Các thành phần của giao thức RCSaM 33

3.3 Nguyên lý hoạt động của RCSa M 34

3.4 Các trạng thái của RCSa M 37

3.4.1 Trạng thái Initial 37

3.4.2 Trạng thái Steady 39

3.4.3 Trạng thái Detected 41

3.4.4 Trạng thái Backoff 43

3.5 Hoạt động của RCSaM 44

3.5.1 Hành vi của RCSaM khi mất gói do lỗi liên kết 44

3.5.2 Hành vi của RCSaM khi mất gói do tắc nghẽn mạng 45

3.5.3 Hành vi của RCSaM khi mất gói do mất tín hiệu tạm thời 46

3.6 Kết luận chương 47

Chương 4 ! Mô hình mô phỏng và các kết quả đạt được 48

4.1 Mô hình mô phỏng của RCS a M 48

4.1.1 Mô hình mô phỏng tổng quát 48

4.1.2 Công cụ mô phỏng (NS2) 48

4.1.3 Kết xuất dữ liệu 49

4.1.4 Các bước để tạo một kịch bản mô phỏng 50

4.2 Kết quả thử nghiệm mô phỏng 51

4.2.1 Đo tốc độ truyền tin khi không có lỗi kênh 51

4.2.2 Đo tốc độ truyền tin khi có lỗi kênh trong khoảng thời gian 500ms 52

4.2.3 Đánh giá hiệu năng giao thức với tốc độ khởi tạo Sinit khác nhau 54

4.2.4 Đánh giá hiệu năng giao thức với các kích thước gói khác nhau 58

4.2.5 Đánh giá hiệu năng giao thức qua Overhead 60

4.2.6 So sánh hiệu năng RCSaM và RCS 62

4.2.7 Đánh giá bình đẳng giữa các ứng dụng RCSaM 64

Chương 5 ! Ứng dụng của RCS!M trong thực tế 67

5.1 Giới thiệu chung 67

5.2 RCSaM trong ứng dụng VideoaonaDemand qua vệ tinh 67

5.3 Triển khai giao thức RCSaM cho ứng dụng Videoaonademand 68

5.4 Kết luận chương 71

Kết luận và hướng phát triển 72

Tài liệu tham khảo 74

Phụ lục 77

P.1 Kết quả đo tốc độ truyền tin khi không có lỗi kênh 77

P.2 Kết quả đo tốc độ truyền khi có lỗi kênh trong khoảng thời gian 500ms 82

P.3 So sánh hiệu năng RCSaM và RCS 85

P.4 Đánh giá bình đẳng giữa các ứng dụng RCSaM 87

3 BER Tốc độ bít lỗi (Bit Error Rate)

4 CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã (Code Division

Multiple Access)

5 Downlink Kết nối hướng xuống trái đất

6 FDMA Đa truy nhập phân chia theo tần số (Freequency

Division Multiple Access)

7 FEC Kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp (Forward Error

Correction)

8 FSS Dịch vụ vệ tinh tĩnh (Fixed Satellite Service)

10 GEO Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh (Geostationary Earth Orbit)

11 GPS Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning

System)

12 Ground station Trạm mặt đất

13 Ground Segment Phân đoạn trái đất

14 INTELSAT Tổ chức vệ tinh viễn thông quốc tế (International

Telecomm Satellite Organization)

15 LEO Vệ tinh quỹ đạo thấp (Low Earth Orbit)

16 MEO Vệ tinh quỹ đạo trung bình (Medium Earth Orbit)

17 MSS Dịch vụ vệ tinh di động (Mobile Satellite Service)

18 RAP Giao thức thích nghi tốc độ (Rate Adaptation

Protocol)

19 RCS Giao thức điều khiển tốc độ (Rate control Scheme)

20 RTT Khoảng thời gian gói tin quay vòng trong mạng

(Round Trip Time) Thông thường là thời gian kể từ lúc phát

21 SCC Trung tâm điều khiển vệ tinh (Satellite Control

Center)

22 Slow Start Khởi động chậm

23 Space Segment Phân đoạn không gian

24 SSMA Đa truy nhập trải phổ (Spread Spectrum Multiple

Access)

25 TDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time

Division Multiple Access)

26 TDM/TDMA

Ghép kênh theo thời gian/Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Division Multiplexed /Time Division Multiple Access)

27 TT&C Tracking, Telemetry & Command

28 Uplink Kết nối hướng lên tới vệ tinh

29 VSAT Trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ nhỏ (Very Small

Aperture Terminal)

30 VoIP Voice Over Internet Protocol

5 Hình 2.1.2 Tham số xác định hình dáng và độ lớn quỹ đạo 9

8 Hình 2.1.5 Nguyên lý cơ bản của truyền tin qua vệ tinh 11

11 Hình 2.2.1 Kết nối TCP/IP qua vệ tinh địa tĩnh 16

12 Hình 2.4.1 Truyền IP qua vệ tinh điểmađa điểm 24

13 Hình 2.4.2 Cấu hình giả mạo liên kết vệ tinh TCP/IP (Ghani and

14 Hình 2.4.3 Kiến trúc vật lý kết hợp chặt chẽ với công nghệ

enhancer (tăng cường) (West and McCann.2000) 26

25 Hình 3.5.1 Hành vi của RCSaM khi mất gói do lỗi liên kết 43

26 Hình 3.5.2 Hành vi của RCSaM khi mất gói do tắc nghẽn mạng 44

27 Hình 3.5.3 Hành vi của RCSaM khi mất gói do mất tín hiệu tạm

30 Hình 4.1.3 C++ và OTcl: tính đối ngẫu (Duality) 47

40 Hình 4.2.8 Thông lượng của RCSaM khi Starget = 4, 8,16, 22gói 57

41 Hình 4.2.9 So sánh thông lượng của RCS và RCSaM khi khi gói

42 Hình 4.2.10 So sánh thông lượng của RCS và RCSaM khi khi gói

43 Hình 4.2.11 Thông lượng khi gói tin có kích thước 500 bytes,

44 Hình 4.2.12 So sánh Overhead của RCS và RCSaM khi băng 60

53 Hình 5.2.1 Mô hình hệ thống truyền video theo yêu cầu 66

54 Hình 5.3.1 Giao thức RCSaM trong mô hình phân lớp TCP/IP 68

55 Hình 5.3.2 Mô hình ứnh dụng RCSaM để truyền video cho ứng dụng VideoaonaDemand 68

1 Bảng 2.1.1 Tham số xác định hình dáng và độ lớn quỹ đạo 9

3 Bảng 2.1.3 Vận tốc, chu kỳ quỹ đạo của một số hệ thống vệ tinh 11

Lời mở đầu Thông tin vô tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tin qua cự ly tầm

xa Tuy nhiên, hầu hết các tín hiệu vô tuyến chỉ có thể truyền trong khoảng từ 30 đến

40 dặm Để truyền tín hiệu trên khoảng cách xa, cần rất nhiều trạm chuyển tiếp, tín hiệu bị suy giảm qua khoảng cách Do hoạt động ở một độ cao khá lớn, truyền thông vệ tinh có thể bao trùm một vùng khá rộng trên lãnh thổ Hệ thống thông tin vệ tinh là một giải pháp hữu hiệu để cung cấp các dịch vụ viễn thông và Internet băng rộng tới mọi vùng trong một quốc gia và quốc tế

Trong những năm gần đây, hệ thống viễn thông ở Việt Nam đã phát triển khá mạnh nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng Với đặc điểm địa lý nhiều rừng núi, trải dài trên 2000km, mật độ đô thị hoá chưa cao của Việt Nam, giải pháp dùng thông tin vệ tinh rất thiết thực để giải quyết bài toán đảm bảo thông tin liên lạc phục vụ an ninh quốc phòng, phát triển kinh tế cho các vùng hẻo lánh ở miền núi, biên giới, hải đảo và những dàn khoan trên biển Đó là nơi mà các hệ thống cáp đồng, cáp quang, hoặc vi ba không đáp ứng được do hạn chế về nhiều mặt như kỹ thuật, tài chính, v.v Với đặc điểm phủ sóng đồng đều tại mọi điểm, mạng thông tin qua vệ tinh

sẽ là một phương tiện đầy hứa hẹn cho các dịch vụ Internet băng rộng và các dịch vụ truyền thông mới bổ sung cho mạng truyền thông mặt đất, khắc phục được những hạn chế về cự ly của các đường truyền hữu tuyến và vô tuyến hiện nay Nhận thức được vai trò chiến lược đó của thông tin vệ tinh, Việt Nam đang gấp rút hoàn tất các thủ tục và công tác chuẩn bị để phóng vệ tinh riêng của mình lên quỹ đạo vào năm 2008

Tuy nhiên, do truyền tín hiệu qua không gian, truyền thông vệ tinh phải đối đầu với một số thách thức kỹ thuật như: trễ truyền lớn, băng thông hạn hẹp, nhiễu v.v Tín hiệu truyền qua không gian bị suy giảm, bị nhiễu do môi trường, điều kiện thời tiết, v.v Mặt khác, các dịch vụ đa phương tiện có những đòi hỏi khắt khe về chất lượng dịch vụ

Để truyền thông tin, đặc biệt là đa phương tiện qua vệ tinh, rất nhiều công nghệ và kỹ thuật đặc biệt đã được nghiên cứu phát triển Trong đó, có thể kể đến việc sửa đổi các

kỹ thuật công nghệ truyền thống của mạng hữu tuyến để áp dụng cho mạng vệ tinh, những phương pháp thiết kế mới theo những đặc điểm riêng của truyền tin vệ tinh

Chủ đề đặt ra đối với đồ án tốt nghiệp là nghiên cứu các vấn đề và giải pháp tới nay trong truyền thông đa phương tiện qua mạng thông tin vệ tinh, nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng truyền đa phương tiện qua vệ tinh Đồ án có cấu trúc như sau:

a Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh

a Chương 2 hệ thống hóa về công nghệ truyền thông vệ tinh và vấn đề chất lượng dịch vụ

a Chương 3 xây dựng cơ chế cải thiện chất lượng truyền tin đa phương tiện qua mạng vệ tinh

a Chương 4 đưa ra các kết quả mô phỏng

a Chương 5 nêu khả năng ứng dụng thực tế của cơ chế nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ truyền đa phương tiện qua kênh vệ tinh

Chương 1 ! Tổng quan 1.1 Tóm lược về lịch sử phát triển truyền thông vệ tinh

Truyền thông vệ tinh là một ý tưởng đã có từ rất lâu Cho đến nay, khi thông tin vệ tinh

đã được thương mại hóa rộng rãi, lịch sử phát triển của truyền thông vệ tinh có thể tóm tắt lại 7 giai đoạn [1][4][6][11][15][30] phát triển như sau

Giai đoạn trước 1950: Khởi đầu của thông tin vệ tinh

+ Lịch sử thông tin vệ tinh được đánh dấu bằng thí nghiệm của Tycho Brache’s

về quan sát chuyển động của hành tinh vào năm 1600

+ Tiếp đó, Kepler (1609 – 1619) nghiên cứu và đưa ra định luật về chuyển động của hành tinh cho truyền thông toàn cầu

+ 1926: R.H Goddard phóng tên lửa đầu tiên tại US

+ 1927: Xuất hiện radio truyền thông vượt Đại Tây Dương

+ 1942: Ở Đức phóng tên lửa Va2 Rocket thành công

+ 1945: Arthur Clarke công bố ý tưởng về vệ tinh địa

tĩnh

Giai đoạn 1950s

+ 1957: Liên Xô cũ phóng thành công vệ tinh nhân tạo

đầu tiên có tên là Sputnik

+ 1958 Mỹ phóng vệ tinh đầu tiên với tên là SCORE

và lần đầu tiên truyền tín hiệu thoại qua vệ tinh

Giai đoạn 1960s: Vệ tinh truyền thông ra đời

+ 1960: Vệ tinh truyền thông đầu tiên được phóng lên

không gian dưới tên gọi Echo Tuy nhiên đây vẫn

chưa phải vệ tinh truyền thông thực sự

+ 1962: Hãng viễn thông khổng lồ của Mỹ là AT&T

phóng vệ tinh truyền thông thực sự đầu tiên với tên

Hình 1.1.2: Echo 1 Hình 1.1.1: SputnikaI

Telstar Kể từ đây, hàng loạt vệ tinh vệ tinh truyền thông đã ra đời

+ 1963: Lần đầu tiên vệ tinh Syncom được phóng vào quỹ đạo địa tĩnh

+ 1964: Tổ chức vệ tinh viễn thông quốc tế INTELSAT (International Telecomm Satellite Organization) được thành lập

+ 1965: Vệ tinh địa tĩnh Early Bird dùng cho mục đích thương mại (quảng cáo) Giai đoạn 1970s: Phát triển thông tin vệ tinh và ứng dụng quỹ đạo địa tĩnh GEO (Geostationary Earth Orbit)

+ 1972: CANADA đưa ra hệ thống vệ tinh ứng dụng trong gia đình đầu tiên.Tổ chức INTERSPUTNIK thành lập

+ 1975: Thí nghiệm truyền hình và truyền thanh trực tiếp qua vệ tinh thành công giữa USA và India

+ 1977: Tổ chức ITU (International Telecommunication Union) lập kế hoạch truyền hình vệ tinh trực tiếp tới người dùng

+ 1979: Tổ chức vệ tinh di động thế giới (International Mobile Satellite Organization) thành lập và thiết lập mạng vệ tinh Inmarsat

Giai đoạn 1980s: Mở rộng ứng dụng GEO

+ 1983: ITU mở rộng truyền hình trực tuyến qua vệ tinh

+ 1984: Nhật đưa hệ thống truyền hình trực tiếp qua vệ tinh tới người dùng

+ 1987: Thử nghiệm thành công truyền thông khônganối đất với Inmarsat

+ 1989a1980: Dịch vụ truyền thông di động toàn cầu được mở rộng qua Inmarsat Giai đoạn 1990s là giai đoạn quan trọng nhất

+ 1990a1995: Hệ thống vệ tinh địa tĩnh được đề xuất cho truyền thông di động Hệ thống VSAT và truyền hình trực tiếp (DirectTV) được mở rộng ra toàn cầu + 1997: Vệ tinh quỹ đạo tầm thấp LEO (Low Earth Orbit) được sử dụng cho thiết

bị cầm tay (vệ tinh Iridium) Dịch vụ thoại và nhắn tin với các thiết bị đầu cuối cầm tay được đưa ra với Inmarsat

+ 1998: Hệ thống vệ tinh Iridium cung cấp dịch vụ

+ 1999: Hệ thống vệ tinh Globalstar cung cấp dịch vụ

Giai đoạn từ năm 2000 tới nay: Giai đoạn thương mại hóa và đa dịch vụ

+ Từ 2000, các hệ thống vệ tinh được thương mại hóa rộng rãi Các dịch vụ đa phương tiện truyền qua vệ tinh ngày càng phát triển

+ 2000: Hệ thống vệ tinh ICO cung cấp dịch vụ

+ XM Satellite Radio khởi đầu với dịch vụ thương mại được giới hạn trong nước

Mỹ từ năm 2001

+ Sirius Satellite Radio được đưa vào hoạt động tại Mỹ từ năm 2002

1.2 Khái niệm vệ tinh

Theo định nghĩa chung nhất [32], vệ tinh là một vật thể di chuyển quanh trái đất Một số vệ tinh là tự nhiên, ví dụ như mặt trăng là một vệ tinh tự nhiên của trái đất Các

vệ tinh khác được tạo ra bởi con người thì được gọi là vệ tinh nhân tạo Trong khuôn khổ đồ án này, khái niệm vệ tinh dùng để chỉ vệ tinh nhân tạo

Các thành phần chính của hệ thống vô tuyến vệ tinh gồm có: satellite (vệ tinh) còn gọi là phân đoạn không gian, bao gồm hệ thống chuyển động, hệ thống điều khiển

và hệ thống thu phát và ground station (trạm mặt đất) còn gọi là phân đoạn mặt đất, làm nhiệm vụ thu phát, khuếch đại và truyền tải tín hiệu [9][10]

Nguyên tắc chung của truyền thông vệ tinh là khối vệ tinh đảm nhiệm vai trò một trạm chuyển tiếp (trạm lặp) cho tuyến truyền dẫn vô tuyến giữa hai trạm mặt đất ở cách xa nhau Mỗi vệ tinh thường gắn một số bộ tiếp sóng (transponder) trong đó có một bộ thu phát và một anten Tín hiệu thu được sẽ được khuếch đại và phát quảng bá

Kênh truyền vệ tinh đặc trưng qua những đặc điểm:cự ly lớn (thậm chí trong phạm vi một vùng trái đất), trễ truyền lớn, băng thông rộng, băng thông đường lên và đường xuống khác nhau, nhiễu nhiều, ảnh hưởng bởi môi trường; độ suy giảm tín hiệu lớn

Dựa vào vị trí vệ tinh trên quỹ đạo, độ cao và đường bay có thể chia vệ tinh ra làm ba loại: Vệ tinh quỹ đạo thấp LEO, vệ tinh quỹ đạo trung bình MEO và vệ tinh địa tĩnh GEO Các loại vệ tinh này được trình bày tiếp trong phần sau

Dựa vào ứng dụng, có thể phân biệt các loại vệ tinh [32] như sau:

+ Loại vệ tinh truyền tín hiệu TV: Tín hiệu được gửi từ trạm trái đất đến vệ tinh,

vệ tinh nhận tín hiệu và truyền tín hiệu tới nơi khác trên trái đất Với số lượng thích hợp của vệ tinh trong không gian, một chương trình TV có thể xem trên cả thế giới Ví dụ Boeing 376 dùng cho truyền hình và Boeing 601 dùng cho nhiều mục đích gồm cả truyền hình trực tiếp (DIRECTV)

+ Loại vệ tinh truyền điện thoại, fax và truyền thông máy tinh: Vệ tinh có thể truyền các tín hiệu được gửi từ điện thoại, fax, Internet hoặc máy tính tới bất kỳ

vị trí nào trên thế giới Ví dụ Boeing 601 là hệ thống vệ tinh tiếp sóng điện thoại, fax và truyền thông máy tính

+ Loại vệ tinh theo dõi thời tiết: Cung cấp thông tin giúp các nhà nghiên cứu biết thời tiết sẽ thế nào và cung cấp thông tin cho các đài dự báo thời tiết

+ Loại vệ tinh phục vụ cho mục đích nghiên cứu: Những vệ tinh dùng để nghiên cứu bề mặt trái đất, thiên văn, nghiên cứu về đời sống trái đất, về vũ trụ, thiên nhiên, về cây trồng, nước và tài nguyên khác

1.3 Những ứng dụng của truyền thông vệ tinh

Vệ tinh có nhiều ứng dụng cho con người [32] Ứng dụng quan trọng nhất của truyền thông vệ tinh là giúp con người giao tiếp với nhau ở mọi nơi trên thế giới

• Vệ tinh bay trên quỹ đạo, ghi lại bức tranh toàn bộ trái đất Dựa vào đó người vẽ bản đồ làm bản đồ chính xác hơn Vệ tinh cũng giúp chuyên gia dự báo thời tiết

• Vệ tinh trên quỹ đạo có thể gửi thư tín tới người trên tàu ở đại dương hoặc ở trên

sa mạc và có thể định vị chính xác vị trí của người đó

• Vệ tinh có thể tiếp sóng điện thoại giữa các đất nước khác nhau Nếu muốn gọi điện thoại đến đất nước khác, cuộc gọi đó có thể gửi tới một vệ tinh, sau đó tiếp sóng đến trạm mặt đất ở nơi cần gọi đến và gửi đến một điện thoại cụ thể

• Vệ tinh có thể truyền thư điện tử, fax, dữ liệu Internet trên thế giới Các thông tin chuyển thành tín hiệu, tín hiệu chuyển tới vệ tinh và vệ tinh chuyển tới đích, tại đây tín hiệu chuyển thành thông tin ban đầu để nơi nhận có thể nhận nó

• Vệ tinh có thể truyền chương trình truyền hình trực tiếp Một chương trình TV truyền tới vệ tinh sau đó vệ tinh truyền chương trình tới các nơi khác trên trái đất 1.4 Tóm lược sự phát triển của truyền thông vệ tinh ở Việt Nam

Nhận thức được vai trò quan trọng của thông tin vệ tinh, Việt Nam đã có những chuẩn bị tích cực cho việc xây dựng hệ thống truyền thông vệ tinh riêng từ rất sớm Tuy nhiên, do nhiều điều kiện chủ quan và khách quan, điều kiện về kỹ thuật công nghệ và tài chính, đến nay Việt Nam chưa có được hệ thống riêng của mình Để phục

vụ việc giám sát tài nguyên, thiên tai và một số nhu cầu khác, Việt Nam hiện phải thuê kênh vệ tinh (điển hình là trạm mặt đất Hoa Sen của Đài truyền hình Việt Nam hoặc các kênh vệ tinh dùng cho viễn thông và Internet) hoặc mua thông tin dữ liệu, ảnh vệ tinh của nước ngoài với giá khá đắt Việc dự báo thiên tai kém hiệu quả, thiếu tính chủ động do nguồn số liệu không đầy đủ và không liên tục Từ năm 1996, Tổng cục Bưu điện đã đăng ký tám vị trí quỹ đạo với Liên minh Viễn thông quốc tế và đề xuất lựa chọn vị trí phóng vệ tinh riêng của Việt Nam, nhưng việc đàm phán với các nước có liên quan để phối hợp tần số tránh hiện tượng nhiễu khi phát sóng vẫn chưa đạt kết quả

Từ khoảng năm 2000, Việt Nam chính thức nghiên cứu xây dựng dự án Vinasat

và dự kiến sẽ phóng vệ tinh đầu tiên của Việt Nam lên quỹ đạo trong năm 2005 Tuy

nhiên, cũng do chưa thỏa thuận xong với các nước trong khu vực nên thời điểm phóng

vệ tinh được lùi sang 2008 [19] Dự án vệ tinh Vinasat có tổng đầu tư khoảng 270 triệu USD, chưa kể kinh phí xây dựng trạm điều khiển mặt đất phục vụ thông tin liên lạc đảm bảo an ninh quốc phòng và phục vụ nhu cầu công ích của Đài truyền hình VN Vinasat sẽ là vệ tinh địa tĩnh có trọng lượng khoảng 2.200kg, có kích cỡ trung bình với 25a30 bộ phát đáp băng C và băng Ku (mỗi bộ phát đáp tương đương gần 500 kênh điện thoại hay khoảng 4a6 kênh truyền hình) và có tuổi thọ 15 năm [19][33] Dự án này

sẽ tiến hành triển khai trong thời gian 26a28 tháng Sau khi phóng lên quỹ đạo, Vinasat

sẽ phủ sóng toàn bộ lãnh thổ Việt Nam và một số nước trong vùng đồng thời Vinasat sẽ giúp hệ thống mạng truyền thông không phụ thuộc vào địa hình và 100% thôn, xã trong

cả nước sẽ có điện thoại và được phủ sóng phát thanh, truyền hình [24][25][26][31]

Song song với việc phóng vệ tinh, dự kiến vào đầu năm 2007, Viện Công nghệ

vũ trụ thuộc Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam chính thức đi vào hoạt động [22] Viện có chức năng nghiên cứu và phát triển các lĩnh vực khoa học và Công nghệ vũ trụ; thực hiện các nhiệm vụ của chiến lược Công nghệ vũ trụ; triển khai, ứng dụng khoa học và Công nghệ vũ trụ vào thực tiễn và cung cấp các dịch vụ về ứng dụng Công nghệ

vũ trụ Viện sẽ tích cực triển khai dự án "Vệ tinh nhỏ quan sát Trái đất" [21] Vệ tinh nhỏ là các vệ tinh có trọng lượng dưới 1.000kg, có nhiều ưu điểm với chi phí chế tạo bằng khoảng 1/10 so với vệ tinh thông thường Khác với những vệ tinh viễn thông như Vinasat (do Bộ Bưu chính Viễn thông quản lý) phục vụ thông tin liên lạc, và chỉ hoạt động ở tầm cao, các vệ tinh nhỏ hoạt động ở tầm thấp hơn, thu thập các thông tin về tài nguyên, thiên tai, dự báo lũ, v.v Do hoạt động ở tầm thấp nên không cần phải đăng ký quỹ đạo của nó với Liên minh Viễn thông Quốc tế như với Vinasat Làm chủ và phát triển công nghệ vệ tinh nhỏ sẽ giúp các cơ quan quản lý theo dõi diễn biến tài nguyên, môi trường và thiên tai một cách chủ động và hiệu quả hơn, đồng thời giúp đất nước thêm phương tiện để khai phá nguồn "tài nguyên không gian" lâu nay bị lãng quên 1.5 Vấn đề truyền thông tin đa phương tiện qua vệ tinh

Như đã nêu ở trên, truyền thông vệ tinh phải đối đầu với nhiều thách thức về mặt kỹ thuật Do những đặc điểm của vệ tinh, chất lượng truyền thông tin có nhiều hạn chế Mặt khác, thông tin đa phương tiện có những yêu cầu tương đối khắt khe về chất lượng (độ trễ, tỉ lệ mất gói, hiệu suất, tốc độ truyền, v.v.) Để đảm bảo chất lượng dịch

vụ cho truyền tin qua vệ tinh, cần có những cơ chế điều khiển phù hợp

Để chống nhiễu trên kênh truyền vệ tinh, nhiều kỹ thuật sửa lỗi đã được đề xuất [8][9][16][23] Điển hình là kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp (FEC – Forward Error Correction) và kỹ thuật yêu cầu nhắc lại tự động (ARQ – Automtic Repeat Request)

Gần đây việc sử dụng vệ tinh cho lưu thông trên Internet và Web được quan tâm hơn Vệ tinh có thể làm giảm sự tắc nghẽn trên Internet và tạo điều kiện cho các khu

vực không có hệ thống mạng được tiếp cận với Internet Tuy nhiên, giao thức truyền TCP/IP hiện hành không phù hợp với việc truyền sử dụng vệ tinh [16] Truyền lưu lượng TCP qua mạng vệ tinh chưa có cơ chế điều khiển phù hợp Kỹ thuật slow start (khởi động chậm) được dùng cho những đường truyền tốc độ thấp, độ tắc nghẽn cao Mục đích của slow start là tránh việc tắc nghẽn trên mạng song lại làm giảm thông lượng Khởi đầu, nơi gửi sẽ phát một lượng gói gọi là một cửa sổ (window), và đợi một xác nhận Nếu nơi nhận thông báo đã nhận được, nơi gửi sẽ gửi số gói gấp hai lần cửa

sổ ban đầu Quá trình này tiếp diễn cho đến khi cửa sổ đạt một ngưỡng xác định Tiếp

đó cửa sổ tăng tuyến tính nếu không xảy ra mất gói tin Tuy nhiên, cơ chế slow start không hiệu quả đối với các kết nối vệ tinh, nó gây ra việc ngắt quãng khi truyền dữ liệu Chính vì thế mà hiện nay một số nhóm của IETF đang nghiên cứu về các vấn đề ảnh hưởng đến hiệu năng của lưu lượng TCP Các vấn đề được quan tâm nhiều bao gồm việc ngắt quãng, các thuật giải kiểm soát tắc nghẽn, các vấn đề bảo mật khi truyền

dữ liệu qua vệ tinh, v.v [2][5][12][16]

Mặt khác, điều khiển cho những nguồn lưu lượng thời gian thực đặc biệt là các ứng dụng đa phương tiện rất được quan tâm Giao thức UDP truyền thống không phù hợp cho đa phương tiện vì không đảm bảo chất lượng dịch vụ (Quality of Service – QoS) Nhiều giao thức truyền tải mới đã được đề xuất, ví dụ điển hình là RAP [12] Một số nghiên cứu khác tập trung vào các giao thức điều khiển đảm bảo QoS cho truyền ứng dụng thời gian thực qua vệ tinh, ví dụ điển hình là RCS [2][3][5] RCS được

đề xuất để truyền thời gian thực qua vệ tinh Tuy nhiên RCS cũng vẫn còn một số hạn chế: sử dụng gói tin giả để đo tốc độ, phụ thuộc RTP, hiệu suất thấp, chưa bình đẳng với TCP, v.v Qua nghiên cứu tìm hiểu RCS cho thấy có thể cải thiện RCS để nâng cao chất lượng giao thức và chất lượng truyền tin qua vệ tinh Từ đó, vấn đề tập trung của

đồ án là nghiên cứu cải thiện giao thức RCS để truyền được đa phương tiện qua vệ tinh, xây dựng mô hình mô phỏng giao thức, đánh giá hiệu năng giao thức và nghiên cứu khả năng áp dụng thực tế Ý nghĩa khoa học của bài là nghiên cứu đặc tính truyền tin qua vệ tinh, áp dụng các biện pháp kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ và khắc phục hạn chế của đường truyền, đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng truyền tin

1.6 Kết luận chương

Chương 1 đã nêu tổng quan về truyền thông vệ tinh, nêu tóm tắt lịch sử phát triển, khái niệm cơ bản về vệ tinh, giới thiệu tổng quát các ứng dụng truyền thông vệ tinh, tóm lược về sự phát triển của truyền thông vệ tinh ở Việt Nam và nêu những vấn

đề phát sinh khi truyền tin đa phương tiện qua vệ tinh Truyền thông vệ tinh là một công nghệ mới hứa hẹn cho nhiều ứng dụng mới với vùng bao phủ dịch vụ rộng hơn Tuy nhiên, kênh truyền vệ tinh có cự ly lớn, trễ truyền lớn, bằng tần rộng, nhiễu nhiều

và chịu ảnh hưởng của môi trường Mặt khác, thông tin đa phương tiện có những yêu cầu tương đối khắt khe về chất lượng (độ trễ, tỉ lệ mất gói, hiệu suất, tốc độ truyền,

v.v.) Để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho truyền tin qua vệ tinh, cần có những cơ chế điều khiển phù hợp Nghiên cứu và phát triển cơ chế đảm bảo QoS đang là một trong những vấn đề thiết thực hiện nay trong truyền tin đa phương tin qua vệ tinh

Trong chương 2, đồ án sẽ đi vào trình bày chi tiết hơn về kiến trúc hệ thống mạng thông tin vệ tinh và vấn đề chất lượng dịch vụ trong truyền thông vệ tinh

Chương 2 ! Truyền thông vệ tinh và vấn đề chất lượng

dịch vụ 2.1 Tổng quan về truyền thông vệ tinh

2.1.1 Cơ sở quỹ đạo vệ tinh

a) Các loại quỹ đạo

Khi vệ tinh được phóng tạo đường bay quanh trái đất, sức hút của trái đất giữ vệ tinh theo đường quanh trái đất gọi là “quỹ đạo” Có ba loại quỹ đạo cơ bản nhất [32]:

• LEO (Low Earth Orbit): Một vệ tinh trên LEO xoay quanh trái đất 100a300m cao hơn mặt trái đất Nó phải bay rất nhanh để tránh bị kéo ra khỏi quỹ đạo bởi sức hút trên trái đất Vệ tinh trên LEO bay với tốc độ 17500m/s Nhiều vệ tinh có thể bay quanh trái đất trong 1giờ hoặc nửa giờ

• MEO (Medium Earth Orbit): Vệ tinh cách trái đất 6000a12000m Quỹ đạo không ra ngoài tầm nhìn của một trạm nhận ở trái đất trong vòng 2h hoặc lớn hơn (LEO chỉ được 10 phút) Vệ tinh MEO bay quanh trái đất mất 4a8h

• GEO (Geostationary Earth Orbit): Một vệ tinh trên GEO bay quanh trái đất trong 24h như thời gian trái đất quay một vòng quanh trục Bán kính của quỹ đạo bằng 42,164.57 km Nếu vệ tinh được đặt vào vị trí trên xích đạo và bay theo hướng giống trái đất quay, vị trí vệ tinh được coi là “tĩnh” so với trái đất Vệ tinh GEO có khả năng “nhìn” các trạm nhận ở mức thấp nhất, và tín hiệu của chúng có thể bao trùm địa cầu trừ cực Nam và cực Bắc

LEO 500 a1000 kmGEO 36,000 km

MEO 5,000 – 15,000 km

Hình 2.1.1: Các loại quỹ đạo b) Quỹ đạo và các tham số

Vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ đạo bay của vệ tinh Như đã nói ở trên quỹ đạo bay của vệ tinh có ba loại cơ bản [7] Để xác định được quỹ đạo bay của vệ tinh ta sử dụng tham số xác định hình dạng và độ lớn quỹ đạo, tham số xác định hướng quỹ đạo và tham số xác định vị trí vệ tinh

Tham số xác định hình dáng và độ lớn quỹ đạo

Hình 2.1.2: Tham số xác định hình dáng và độ lớn quỹ đạo

Semimajor Axis Một nửa khoảng cách giữa hai điểm cách nhau xa nhất trên quỹ

đạo Apogee/Perigee

Period Thời gian hiệu lực của một quỹ đạo, dựa trên di chuyển twoa

body giả Mean Motion Số quỹ đạo trên thời gian quả đất quay quanh mình trong ngày

(86,400 sec/24 hour), dựa trên di chuyển twoabody giả Eccentricity Hình dạng elip bao gồm quỹ đạo, dải giữa một vòng đầy đủ (độ

lệch tâm =0) và đường parabol (độ lệch tâm =1) Bảng 2.1.1: Tham số xác định hình dáng và độ lớn quỹ đạo Tham số xác định hướng quỹ đạo

Hình 2.1.3: Tham số xác định hướng quỹ đạo

Inclination Góc giữa mặt phẳng quỹ đạo và mặt phẳng xích đạo trái đất

(thường dùng mặt phẳng tham chiếu của vệ tinh trái đất) Right Ascension of the

Ascending Node

Góc trên mặt phẳng xích đạo của trái đất, lần lượt theo hướng đông từ vernal equinox đến ascending node của quỹ đạo Argument of Perigee Góc giữa ascending node và cận điểm của quỹ đạo trên mặt

phẳng quỹ đạo vệ tinh theo hướng di chuyển của vệ tinh Longitude of the

Ascending Node

Kinh độ của ascending node

Ascending node Là điểm trên quỹ đạo vệ tinh nơi nó đi qua mặt phẳng xích

đạo trái đất từ nam sang bắc Bảng 2.1.2: Tham số xác định hướng quỹ đạo Tham số xác định vị trí vệ tinh

Hình 2.1.4: Tham số xác định vị trí vệ tinh Vận tốc và chu kỳ quỹ đạo của một số hệ thống vệ tinh

Hệ thống vệ tinh Độ cao quỹ đạo

(km)

Vận tốc quỹ đạo (km/s)

Chu kỳ quỹ đạo (h min s)

Bảng 2.1.3: Vận tốc, chu kỳ quỹ đạo của một số hệ thống vệ tinh

2.1.2 Nguyên lý cơ bản của truyền tin qua vệ tinh

Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm một vệ tinh chuyển động trên một quỹ đạo và nhiều trạm mặt đất truy nhập đến nó Cấu hình cơ bản nhất là trạm mặt đất – vệ tinh – trạm mặt đất [7] (hình 2.1.5) Đường từ một trạm mặt đất phát lên một vệ tinh được gọi là đường lên (uplink); đường từ vệ tinh xuống một trạm mặt đất thu được gọi

là đường xuống (downlink) Nói chung các tần số cao hơn dược sử dụng cho đường lên

và thấp hơn cho đường xuống trong một băng thông

Hình 2.1.5 Nguyên lý cơ bản của truyền tin qua vệ tinh

2.1.3 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh

Hình 2.1.6 Hệ thống thông tin vệ tinh Một hệ thống thông tin vệ tinh (hình 2.1.6) có thể chia làm hai phân đoạn [7]: phân đoạn không gian và phân đoạn mặt đất

Space Segment (phân đoạn không gian) gồm vệ tinh và những điều kiện mặt đất cần cho hoạt động của vệ tinh (trạm mặt đất TT&C /Tracking, Telemetry& Command):

• Vệ tinh để liên lạc với trạm mặt đất, vệ tinh cần có phương tiện liên lạc bao gồm anten, hệ thống tiếp sóng và hệ thống con Một vệ tinh có 7 hệ thống con [32]:

1 Hệ thống đẩy (propulsion subsystem) gồm có động cơ điện hoặc hóa chất mang tàu vũ trụ tới vị trí của nó và giữ vệ tinh trên quỹ đạo Khi vệ tinh bị trôi khỏi vị trí, hệ thống này hoạt động để di chuyển vệ tinh về đúng vị trí của nó trên quỹ đạo

2 Hệ thống năng lượng (power subsystem) phát ra điện từ panen (panel) sử dụng năng lượng mặt trời Solar panels cũng cất giữ điện trong pin cung cấp năng lượng khi không có mặt trời Hệ thống liên lạc hoạt động nhờ năng lượng này

3 Hệ thống liên lạc (communications subsystem) điều khiển toàn bộ chức năng truyền và nhận Nó nhận tín hiệu từ trái đất, khuyếch đại hoặc củng cố tín hiệu và truyền (gửi) tín hiệu đến các vệ tinh khác hoặc tới một trạm mặt đất

4 Hệ thống kết cấu (structures subsystem) gắn các bộ phận khác của vệ tinh tạo thành một khung ổn định

5 Hệ thống điều khiển nhiệt (thermal control subsystem) giữ các bộ phận của vệ tinh

đủ mát để làm việc có hiệu quả

6 Hệ thống điều khiển tư thế (attitude control subsystem) duy trì phương tiện liên lạc “ footprint” ở vị trí đúng Vệ tinh không được phép lắc nhẹ hoặc chệch đường

vì nếu một vệ tinh không đúng chỗ, nơi nhận ở trái đất, chương trình TV hoặc cuộc gọi điện thoại sẽ ngắt Khi vệ tinh ra ngoài vị trí, hệ thống điều khiển tư thế báo cho hệ thống đẩy hoạt động để di chuyển vệ tinh về đúng chỗ

7 Hệ thống lệnh và đo từ xa (telemetry and command subsystem) giúp người điều khiển tại trạm mất đất liên lạc với vệ tinh

• TT&C Ground Station a trạm mặt đất TT&C: có nhiệm vụ giám sát và kiểm tra liên kết với vệ tinh, theo dõi sự không chính xác của quỹ đạo (do lực hút không đều từ mặt đất và chịu ảnh hưởng của mặt trời và mặt trăng) và cho phép lập kế hoạch sửa chữa Gắn với trạm mặt đất TT&C có mộ bộ phận quan trọng là SCC (Satellite Control Center) SCC có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu để kiểm tra liên kết và kiểm tra nhiễu Có hai hệ thống trung tâm điều khiển được biết đến là OCC (Operations Control Center) và SCF (Satellite Control Facility)

Ground Segment (phân đoạn mặt đất) gồm trạm mặt đất truyền và nhận, ví dụ như trạm của tàu trên biển, trạm thương mại, trạm của thuộc quân đội và trạm thuộc hàng không, v.v.[10] Đơn giản nhất là hệ thống home TV receiveaonly (TVRC) và phức tạp nhất là trạm đầu cuối dùng trong mạng truyền thông quốc tế

Dịch vụ của vệ tinh (hình 2.1.7) có thể chia ra làm hai loại đó là dịch vụ vệ tinh tĩnh và dịch vụ vệ tinh di động Dịch vụ vệ tinh tĩnh gồm truyền hình cáp, truyền hình trực tiếp Vệ tinh còn có thể cung cấp dịch vụ cho các vật thể di chuyển hoặc các xe cộ như ô tô, tàu biển, máy bay và các thiết bị di động như điện thoại di động

Hình 2.1.7 Dịch vụ vệ tinh

2.1.4 Kiến trúc mạng thông tin vệ tinh

Mạng thông tin vệ tinh có thể được phân chia thành 3 loại: mạng thuần nhất, mạng vệ tinh phục vụ viễn thông và mạng vệ tinh hỗn hợp

a Mạng thuần nhất: Gồm các đài phát (trạm mặt đất) – vệ tinh (các vệ tinh) – đài thu – trạm thu nhận Điển hình của loại mạng này là những mạng vệ tinh truyền thống phục

vụ cho việc truyền quảng bá tín hiệu truyền hình, v.v

a Mạng ghép với viễn thông: Gồm các đài phát là các trạm truyền tin trong mạng viễn thông – mạng vệ tinh tạo thành môi trường truyền dẫn – các đài thu trong mạng viễn thông Kiến trúc mạng thông tin kiểu này hướng tới mục tiêu truyền các thông tin viễn thông như thoại, điện tín, v.v

a Mạng ghép hỗn hợp: Kiến trúc mạng bao gồm mạng viễn thông + Internet – mạng vệ tinh – mạng diện rộng – mạng viễn thông + LAN, v.v Các đài phát / đài thu là các trạm truyền tin trong mạng viễn thông / Internet hoặc mạng cục bộ (LAN) Đây là kiến trúc mạng tổng quát, gồm nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, kể cả dịch vụ đa phương tiện 2.2 Kỹ thuật và công nghệ sử dụng trong thông tin vệ tinh

2.2.1 Tóm lược kỹ thuật trong thông tin vệ tinh: VSAT TDM,IPSTAR

a) VSAT TDM/TDMA

Mạng VSAT sử dụng kỹ thuật TDM/TDMA được gọi là mạng VSAT TDM/TDMA [25][34] Các dịch vụ được cung cấp trên mạng VSAT TDM/TDMA được gọi là các dịch vụ VSAT TDM/TDMA Mạng VSAT TDM/TDMA cũng bao gồm 3 phần chủ yếu: các trạm đầu cuối thuê bao VSAT (trạm Remote) đặt tại địa điểm

FSS – Fixed Satellite Service MSS – Mobile Satellite Service

khách hàng, trạm HUB (trạm mặt đất) Mạng VSAT TDM/TDMA kết nối trực tiếp với các mạng Internet, mạng truyền số liệu X.25 và khách hàng thông qua trạm chủ và mạng lưới kênh thuê riêng Mạng VSAT TDM/TDMA hiện có thể cung cấp ba dịch vụ chính: truy nhập mạng Internet trực tiếp, truyền số liệu X.25 và thiết lập mạng dùng riêng Truy nhập mạng Internet và truyền số liệu X.25 đều đạt tốc độ upload (phát) nhỏ hơn 64 Kb/s, tốc độ download có thể đạt lớn hơn 64 Kb/s; mỗi thuê bao được cấp ít nhất một địa chỉ hoặc nhiều hơn tuỳ theo yêu cầu của khách hàng Trong dịch vụ thiết lập mạng dùng riêng: từ các địa điểm đặt trạm VSAT khách hàng có thể truy nhập trực tiếp về trụ sở của mình theo các giao thức X.25, Ethernet, v.v thông qua trạm chủ Tốc

độ upload (phát) nhỏ hơn 64 Kb/s, tốc độ download có thể đạt lớn hơn 64 Kb/s

b) IPSTAR

IPSTAR [27] là một hệ thống thông tin băng rộng liên lạc qua vệ tinh, có cấu trúc mạng hình sao sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói băng rộng, sử dụng công nghệ

IP, có thể cung ứng nhiều ứng dụng liên lạc trên một thiết bị đầu cuối của khách hàng

Hệ thống có những ưu điểm nổi bật như: thoại, fax, truy nhập Internet băng rộng, mạng riêng ảo (VPN), v.v và tốc độ truyền dẫn của trạm đầu cuối rất cao: tốc độ upload (gửi

dữ liệu) có thể đạt 4Mbps, tốc độ download (nhận dữ liệu) có thể đạt 8Mbps

IPSTARa1là vệ tinh băng rộng đầu tiên trong khu vực châu Á a Thái Bình Dương, do tập đoàn Shin Satellite Plc của Thái Lan vận hành và khai thác [31] Vệ tinh

do Space Systems/Loral chế tạo với 114 bộ phát đáp, tổng dung lượng 45Gbps (lớn gấp

20 lần so với các loại vệ tinh thông thường hiện nay, cho phép khoảng 2a4 triệu người đăng ký sử dụng trong khu vực châu Á a Thái Bình Dương (ở bất cứ vị trí địa lý nào), tuổi thọ 12 năm, được phóng lên vị trí 1200 đông ngày 11/8/2005 Vệ tinh này áp dụng công nghệ phủ sóng nhiều búp hẹp (spot beams) để tái sử dụng tần số, mở rộng phổ tần làm việc rộng hơn rất nhiều so với các vệ tinh thông thường, tăng công suất cho từng búp hẹp (mức EIRP có thể đạt tới 60dBW), cho phép giảm kích thước anten trạm đầu cuối, tăng tốc độ và chất lượng đường truyền Vệ tinh IPSTARa1 sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất linh hoạt (DLA a Dynamic Link Allocation) cho từng búp phù hợp điều kiện thời tiết khác nhau ở từng vùng, đảm bảo không làm gián đoạn liên lạc ngay cả ở điều kiện thời tiết xấu nhất Kỹ thuật này chưa từng áp dụng ở vệ tinh thông thường

Các trạm mặt đất [10] là các phương tiện trên trái đất để thực hiện thông tin vệ tinh có hiệu quả Khi xây dựng trạm mặt đất cần lựa chọn vị trí mỗi trạm mặt đất sao cho góc ngẩng anten hướng vào vệ tinh đạt được càng cao càng tốt và phải đảm bảo đủ khoảng hở trên đường chân trời ở hướng góc ngẩng anten

Các yêu cầu này là thiết yếu để ngăn cản nhiễu từ/tới các sóng vô tuyến điện khác nhau vì tần số viba sử dụng cho thông tin vệ tinh là chung cho các hệ thống thông tin khác trên trạm mặt đất Điều kiện khí hậu ở trạm mặt đất cũng cần phải được xem xét cẩn thận

Các trạm mặt đất có thể phân loại về đại thể theo tần số thu phát dược sử dụng

và các đặc tính độ nhạy thu (G/T) Tỷ số hệ số tăng ích anten (G) trên nhiệt tạp âm toàn phần của hệ thống thu (T) được gọi là G/T và biểu thị hệ số phẩm chất của trạm mặt đất Để đạt được các mục tiêu chất lượng Intelsat đã đưa ra các yêu cầu bắt buộc và các khuyến nghị đối với các trạm mặt đất Những trạm mặt đất thỏa mãn các yêu cầu bắt buộc được gọi là trạm mặt đất tiêu chuẩn

Một trạm mặt đất bao gồm 4 phần: phần thông tin, phần nghiệp vụ (orderwire), phần nguồn, phần nhà trạm Phần thông tin gồm Anten; Bộ khuyếch đại tạp âm thấp (LNA LowaNoise Amplifer); Bộ khuếch đại công suất cao (HPA HighaPower Amplifer); Các bộ biến đổi tần số phát, thu; Bộ điều chế và giải điều chế; Thiết bị sóng mang đầu cuối, Thiết bị điều khiển và giám sát

2.2.3 Truyền dẫn thông tin IP qua vệ tinh

Đường truyền TCP/IP

qua vệ tinh địa tĩnh được

TCP/IP và đoạn truyền dẫn

qua vệ tinh S từ SESa1 tới SESa2

Đặc điểm của truyền dẫn TCP/IP là trễ gói do xếp hàng tại các nút, thủ tục báo nhận (gói ACK) và thủ tục truyền lại gói dữ liệu bị mất Mặt khác TCP/IP không có thủ tục nào để phát hiện bít lỗi nảy sinh trên đường truyền, không phân biệt mất gói do lỗi bit hay do nghẽn mà đều coi gói mất do nghẽn Những yếu tố làm giảm chất lượng

Hình 2.2.1 Kết nối TCP/IP qua vệ tinh địa tĩnh

đường truyền qua vệ tinh địa tĩnh là do trễ lớn, xuyên nhiễu giữa các sóng mang, fading, tạp âm không gian và mặt đất lớn, v.v Trong đó ảnh hưởng lớn nhất là trễ đường truyền và tín hiệu không có khả năng tự chống nhiễu và loại bỏ tạp âm

Thủ tục điều khiển truyền dẫn (TCP) dùng cơ chế báo nhận (gói ACK), trong đó thời gian truyền dẫn Round Trip Time a RTT là khoảng thời gian xảy ra từ lúc phát một đoạn TCP cho tới khi nhận được gói ACK trở lại Đó là thời gian gói dữ liệu được gửi

từ người phát TCP, được nhận tại người nhận TCP, gói ACK được gửi ngược lại tới người phát TCP

Nếu không nghẽn, mạng mặt đất có độ trễ truyền dẫn tổng cộng (RTTT) khoảng 100ms thì thời gian truyền theo sơ đồ ở hình 2.2.1 là RTTΣmin = ΣRTTT + 2RTTS (2 lần thời gian truyền sóng trên đoạn S) Đối với các trạm mặt đất tại biên vùng phủ sóng vệ tinh, thời gian truyền sóng trên đoạn S lớn nhất là 276.0ms, do đó 2RTTS là 552ms Thực tế còn có trễ do các thiết bị chuyển mạch trên vệ tinh, mặt đất gây ra do đó 2RTTS khoảng 600ms và như vậy tổng RTT tối thiểu vào khoảng 700ms

Như vậy, tầng TCP phải chờ đợi trong khoảng thời gian tối thiểu này rồi mới có thể phát đoạn TCP tiếp theo nên lưu lượng truyền dẫn giảm tức là tốc độ truyền giảm vì tổng dữ liệu đang truyền qua mạng bằng RTT*B (trong đó B là băng thông) Thời gian trễ lớn có tác động đối với tham số TTL của khối dữ liệu Tuy nhiên độ trễ này xác định được và không thay đổi nên có thể lựa chọn giá trị TTL để thích ứng với nó

Nếu có trễ xếp hàng trên mạng mặt đất T thì tổng giá trị độ trễ khá lớn và ngẫu nhiên RTTΣ càng gần tới giá trị TTL càng khiến các gói trở nên dễ bị mất ngay cả khi nghẽn mạng chưa xảy ra Mặt khác, bên phát có thể phát lại khối dữ liệu khi mà thực tế

nó đã được phía thu nhận tốt nhưng gói ACK chưa về tới người phát, khi đó nghẽn có thể xảy ra sớm hơn Để giảm ảnh hưởng của thời gian trễ người ta sử dụng các kênh không đối xứng cho gói tin phản hồi ACK trên mạng mặt đất

Nếu do bất kỳ lý do nào gây mất gói trên đường truyền, TCP coi như mạng bị nghẽn và nó phản ứng lại bằng cách “Khởi động chậm” hoặc kích hoạt thuật toán tránh nghẽn, đồng thời tái truyền những gói bị mất Thời gian đáp ứng của những thuật toán này nhạy cảm cao với RTT và việc khôi phục đầy đủ dữ liệu do mất gói trên một kết nối vệ tinh có thể tới hàng phút, nghĩa là càng giới hạn kích thước cửa sổ và lưu lượng

đi qua

Đối với các kết nối qua vệ tinh địa tĩnh, RTT lớn khiến cho lưu lượng đi qua phụ thuộc vào kích thước cửa sổ (RTT*B) Nếu phía TCP thu sử dụng một từ 16 bit để thông báo cho TCP phát về kích thước cửa sổ thu nó sử dụng, thì kích thước lớn nhất của cửa sổ thu trong TCP tiêu chuẩn là 64KBytes, như vậy kênh vệ tinh đang sử dụng

là quá rỗi Để đạt băng thông hiệu dụng cực đại trong mạng vệ tinh, TCP cần kích thước cửa sổ lớn hơn rất nhiều Ví dụ, trên đường vệ tinh với RTT = 0,8s và băng

thông = 1.54 Mbps, kích thước cửa sổ tối ưu theo lý thuyết là 154 KBytes Đây là RTT*B cho kênh vệ tinh hai chiều, lớn hơn nhiều so với kích thước cửa sổ cực đại 64KBytes trong TCP tiêu chuẩn Để có được cửa sổ lớn như vậy, đường truyền vệ tinh địa tĩnh phải có những cơ chế đặc biệt gọi là “cơ chế cửa sổ lớn” (TCPaLW).[9]

TCP thích nghi với băng thông mạng bằng cách tự động tăng kích thước cửa sổ

để giảm nghẽn và giảm kích thước cửa sổ khi không nghẽn, tốc độ tương thích tỷ lệ với RTT Trong mạng vệ tinh với độ trễ truyền dẫn lớn, quá trình tương thích băng thông dài hơn làm cho điều khiển tắc nghẽn của TCP không hiệu quả, sẽ mất nhiều thời gian hơn ở giai đoạn tăng tuyến tính để hồi phục lại kích thước cửa sổ TCP khi mất gói, đặc biệt là nếu sử dụng TCPaLW

Từ những điều ở trên ta có thể kết luận: trong mạng vệ tinh, trễ là hệ số quyết định đối với thời gian đáp ứng khi truyền tải lưu lượng nhỏ

2.3 Dịch vụ và chất lượng dịch vụ

2.3.1 Các dịch vụ mới trên nền IP

a) VSAT IP

VSAT (Very Small Aperture Terminal) được lắp đặt tại các địa điểm thuê bao

để liên lạc trực tiếp với một trạm VSAT khác hoặc với một trạm chủ để từ đó kết nối qua mạng viễn thông mặt đất đến địa điểm theo yêu cầu của khách hàng

VSAT IP [24][26][27][31] là một mạng băng rộng thế hệ mới sử dụng hệ thống

vệ tinh iPSTAR, cung cấp đa dịch vụ từ một thiết bị đầu cuối trên nền IP tốc độ cao

Nó gồm 3 thành phần cơ bản: Gateway, vệ tinh iPSTAR, các trạm vệ tinh thuê bao (User TerminalaUT)

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 a 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 Các vệ tinh IPSTAR sử dụng công nghệ nhân băng thông 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.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

VSAT IP mang lại nhiều lợi ích sử dụng Đầu tiên VSAT IP cung cấp đa dịch vụ: ngoài dịch vụ điện thoại, khách hàng còn sử dụng các ứng dụng chỉ có ở dịch vụ băng rộng như truy cập Internet tốc độ cao, Fax, kênh thuê riêng, truyền hình hội nghị, đào tạo từ xa, v.v VSAT IP sử dụng những công nghệ viễn thông mới nhất để giảm tối

đa chi phí cung cấp dịch vụ Lợi ích tiếp theo của VSAT IP là dịch vụ được cung cấp

tới cả các vùng sâu, vùng xa, nơi biên giới, hải đảo với những địa hình phức tạp nhất Một lợi ích cũng không kém phần quan trọng đó là thông tin của khách hàng được đảm bảo an toàn Cuối cùng do thiết bị gọn nhẹ, dễ lắp đặt nên thời gian cung cấp dịch vụ VSAT IP được rút ngắn hơn nhiều so với các dịch vụ VSAT truyền thống

b) VoIP

Hiện nay VoIP trở thành một xu hướng thay thế mạng điện thoại PSTN (mạng điện thoại thông thường) bởi kết nối Internet tốc độ cao (ADSL) ngày càng phổ biến, chi phí thấp cộng với tính bảo mật, đơn giản và chất lượng không thua kém PSTN

VoIP [35] a Điện thoại IP có thể là phần cứng hay phần mềm Phần mềm được cài đặt vào máy tính ví dụ Skype Phần cứng là ADSL Router kết nối với IP Phone Thiết bị ngày nay hầu hết hỗ trợ giao thức SIP, chiếm băng thông cực nhỏ (8kbps/cuộc gọi với Codec G.729A/B) nên chất lượng thoại tốt bảo đảm trên cả lúc mạng ADSL bị nghẽn đồng thời không ảnh hưởng đến những dữ liệu mạng khác đang chạy

Tuỳ theo các loại thiết bị đầu cuối được sử dụng tại hai đầu để kết nối vào Internet, các dịch vụ điện thoại Internet được chia thành 4 loại: PC to Phone, PC to PC (các máy tính thay thế các máy điện thoại), Phone to PC và Phone to Phone

Ưu điểm của máy IP Phone qua đường truyền ADSL là: Giá cước siêu rẻ; Chất luợng thoại cao; Không cước đàm thoại giữa các thiết bị IP phone; Bảo đảm tính riêng

tư, tự kiểm soát cuộc gọi và tài khoản sử dụng; không phải đầu tư mới hệ thống viễn thông; Khả năng mở rộng quy mô, phạm vi liên lạc và khai thác thông tin rất linh hoạt; nâng cao tính cơ động trong hoạt động sản xuất kinh doanh

VoIP qua vệ tinh iPSTAR phù hợp cho các vùng xa xôi hẻo lánh, hay những doanh nghiệp, tổ chức có mạng lưới chi nhánh nằm rải rác khắp đất nước có thể thiết lập một mạng điện thoại liên lạc trong đơn vị mà chỉ cần đặt một VoIP gate tại trụ sở chính, qua đó giảm thiểu được nhiều chi phí liên lạc

c) GPS

GPS [14][17][18] (Global Positioning System) là hệ thống định vị toàn cầu được

US Department of Defense tạo bởi hệ thống 24 vệ tinh đặt trong quỹ đạo Những năm

1980, GPS dùng cho quân đội, sau đó mới được sử dụng rộng rãi GPS gồm các vệ tinh bay trên quỹ đạo, thu thập thông tin toàn cầu và được xử lý bởi các trạm điều khiển mặt đất GPS làm việc 24h/ngày trong mọi hoàn cảnh, mọi nơi trên thế giới

Vệ tinh GPS bay quanh trái đất 2 lần một ngày theo một quỹ đạo chính xác và truyền thông tin tín hiệu tới trái đất Bên nhận GPS giữ thông tin này và dùng phép đo tam giác tính toán chính xác vị trí người dùng Bên nhận so sánh thời gian tín hiệu được vệ tinh truyền với thời gian tín hiệu được nhận, thời gian khác nhau cho biết bên

nhận GPS xa vệ tinh như thế nào Với khoảng cách đo được từ một vài vệ tinh, bên nhận có thể xác định vị trí người dùng trên bản đồ điện tử của thiết bị

Một bên nhận GPS phải có tín hiệu của ít nhất 3 vệ tinh để tính toán một vị trí 2D (vĩ độ và kinh độ) và kiểm tra sự di chuyển Với 4 hoặc nhiều hơn vệ tinh, bên nhận

có thể xác định vị trí 3D người dùng (vĩ độ, kinh độ và độ cao so với mặt biển) Một khi vị trí người dùng được xác định, thiết bị GPS có thể tính toán các thông tin khác như tốc độ, phương hướng, đường đi, khoảng cách chuyến đi, khoảng cách tới đích, thời gian mặt trời mọc và lặn và hơn thế nữa

Hoạt động của GPS có thể bị ảnh hưởng bởi bốn yếu tố Thứ nhất là khi các vệ tinh ở quá gần nhau làm cho việc xác định một vị trí chính xác trở nên khó khăn hơn Yếu tố thứ hai là vì tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu, tốc độ cần thiết để tín hiệu truyền tới thiết bị nhận sẽ bị chậm đi Hệ thống GPS có dự phòng điều đó bằng cách tính thêm khoảng thời gian chậm trễ trung bình, nhưng cũng không được hoàn toàn chính xác Chướng ngại lớn như các dãy núi hay các toà nhà cao tầng cũng làm cho thông tin bị sai lệch Cuối cùng là giữa thiết bị nhận (nhất là của người dùng cá nhân) với vệ tinh có thể không hoàn toàn đồng bộ về mặt thời gian

Hiện nay có 24 vệ tinh tạo nên không gian GPS di chuyển liên tục quanh trái đất với tốc độ gần 7000m/h và cao 12000m [8] Trong số 24 vệ tinh của Bộ quốc phòng

Mỹ, chỉ có 21 vệ tinh thực sự hoạt động, 3 vệ tinh còn lại là hệ thống hỗ trợ Tín hiệu radio được truyền đi thường không đủ mạnh để thâm nhập vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm và hay tới các địa điểm dưới nước Vệ tinh GPS hoạt động nhờ năng lượng mặt trời vì thế GPS có pin dự phòng để duy trì hoạt động khi mặt trời bị che Máy tăng thế tên lửa (rocket boosters) nhỏ trên mỗi vệ tinh giữ chúng bay đúng đường

Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm 3 phần:

• Người dùng gồm người sử dụng và thiết bị thu GPS

• Phần kiểm soát bao gồm các trạm trên mặt đất, chia thành trạm trung tâm và trạm con Các trạm con vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm trung tâm Sau đó các trạm con gửi lại thông tin đã được hiệu chỉnh để các vệ tinh biết được vị trí của chúng trên quỹ đạo và thời gian truyền tín hiệu Do vậy, các vệ tinh có thể cung cấp thông tin chính xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào

• Các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời, bay trên quỹ đạo, thời gian tồn tại khoảng 10 năm và chi phí cho mỗi lần thay thế lên đến hàng tỷ USD

Để biết vị trí chính xác của các vệ tinh, thiết bị nhận GPS có thêm 2 loại tín hiệu

mã hóa:

• Loại thứ nhất là Almanac data được cập nhật định kỳ và cho biết vị trí gần đúng của các vệ tinh trên quỹ đạo, truyền đi liên tục và lưu trữ vào bộ nhớ của thiết bị thu nhận khi các vệ tinh di chuyển quanh quỹ đạo

• Loại thứ hai là Ephemeris data, là các thông tin được sửa chữa Do phần lớn các

vệ tinh có thể hơi di chuyển ra khỏi quỹ đạo chính của chúng, các trạm kiểm soát mặt đất cần ghi nhận thay đổi này Trạm mặt đất trung tâm sửa chữa những sai số này trước khi thông báo lại cho các vệ tinh biết vị trí mới của chúng Các thiết bị nhận GPS kết hợp hai loại để biết chính xác vị trí của mỗi vệ tinh

Hiện nay, nếu có bản đồ điện tử, nhiều thiết bị nhận GPS sẽ hiển thị rõ ràng vị trí qua một màn hình, điều đó giúp cho việc định hướng trở nên cực kỳ thuận lợi Nhưng nếu tắt thiết bị nhận tín hiệu trong khoảng thời gian chừng 5 giờ đồng hồ, nó sẽ mất đi các Almanac data (không nhận biết chính xác các vệ tinh trên quỹ đạo trái đất) Khi hoạt động trở lại, thiết bị sẽ cần khoảng thời gian chừng 30 giây để nạp lại thông tin về vị trí của vệ tinh, trước khi cho biết vị trí hiện thời của thiết bị

2.3.2 Chất lượng dịch vụ

a) Nhu cầu chất lượng dịch vụ (QoS)

Trong mạng hiện nay, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho các ứng dụng thời gian thực bao gồm các ứng dụng đa phương tiện là rất cần thiết Việc một cơ chế điều khiển chung để cung cấp và đảm bảo QoS cho tất cả các ứng dụng/dịch vụ là một công việc khó khăn Ngoài ra vấn đề QoS nên được xem xét trong mối quan hệ với các vấn đề khác như cấp phát tài nguyên/băng thông, điều khiển chấp nhận cuộc gọi, điều khiển tắc nghẽn, định tuyến, v.v Đối với truyền thông vệ tinh vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện có tầm quan trọng to lớn do những đặc điểm của vệ tinh như trễ truyền lớn, băng thông rộng, băng thông đường lên và đường xuống khác nhau, nhiễu nhiều

hành dịch vụ, chất lượng ảnh hưởng dịch vụ, chất lượng duy trì dịch vụ, chất lượng bảo toàn dịch vụ và chất lượng an toàn dịch vụ

Chất lượng dịch vụ (QoS) là khả năng của mạng để làm hài lòng các yêu cầu của khách hàng đối với các kết nối của họ liên quan đến các tham số: băng thông, trễ, trôi trễ và tỷ lệ tổn thất gói Khái niệm chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng

và có nhiều cách tiếp cận Có thể khái quát như sau:

Đối với lớp ứng dụng (Application Layer): QoS được sử dụng là “mức độ dịch

vụ a Grade of Service” Khái niệm này rất khó được định lượng chính xác, chủ yếu dựa vào đánh giá của con người – mức độ hài lòng đối với dịch vụ đó Đối với lớp truyền tải (Transport Layer): Chất lượng dịch vụ được thực hiện ở hình thái “định tuyến QoSa QoS routing”, tìm đường thông trên mạng tùy thuộc vào các yêu cầu về chất lượng dịch vụ

Đối với lớp mạng (Network layer): QoS được biểu diễn thông qua các đại lượng toán học như: tỷ số, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất, v.v của các tham số như trễ, mất gói tin, giá, v.v của luồng gói/tế bào

+ Trễ (Delay/latency): là thời gian cần thiết để các gói dữ liệu chuyển từ nguồn đến đích Nó là thời gian trễ chấp nhận được của ứng dụng

+ Trễ biến đổi (Jitter): là khoảng chênh lệch giữa thời gian thực gói đến và thời gian gói đến theo lý thuyết Ví dụ với tốc độ truyền gói cố định là 20ms, cứ 20ms sẽ phải

có một gói được truyền tới đích Nhưng thực tế, không phải lúc nào cũng xảy ra chính xác như vậy Nguyên nhân lớn nhất gây ra hiện tượng jitter là các biến thiên trong quá trình xếp hàng do các thay đổi động về mặt tải lưu lượng trên mạng + Tỷ lệ mất gói (Loss rate): là phần trăm dữ liệu mất mát so với khối thông tin phát

đi Mất gói là hiện tượng thường thấy trên các mạng chuyển mạch gói do nhiều nguyên nhân: các liên kết bị quá tải, lỗi trên các đường truyền vật lý, v.v Mất gói

là một hiện tượng không mong muốn, nhưng với một lượng gói mất đủ nhỏ thì vẫn

có thể chấp nhận được

+ Độ bảo mật (Security): là độ an toàn của gói dữ liệu trong thời gian từ khi phát đi đến khi nhận được

d) Các cơ chế đảm bảo QoS

• Scheduling quyết định gói nào gửi đầu tiên trong hệ thống có hàng đợi phức tạp

• Quản lý hàng đợi: Độ lớn hàng đợi là hữu hạn Hàng đợi có thể bị đầy và tràn bộ nhớ Khi hàng đợi đầy, một số lượng các gói không thể xếp hàng đợi và sẽ bị loại (drop) Bộ định tuyến không thể ngăn chặn mất gói kể cả với những gói có mức ưu tiên cao Quản lý hàng đợi phải làm hai việc là cố gắng để hàng đợi không bị đầy và cho phép một số gói có mức ưu tiên thấp bị mất trước khi mất gói có mức ưu tiên cao WRED (Weighted early random detect) thực hiện được kỹ thuật này

• Định tuyến (Routing) là một chức năng rất quan trọng trong mạng, nó được coi là phần trung tâm của kiến trúc mạng, thiết kế và điều hành mạng Định tuyến mạng chủ yếu do nhu cầu cải thiện hiệu năng mạng, các dịch vụ mới được đưa vào khai thác và thay đổi về công nghệ mạng Định tuyến kéo theo hai hoạt động cơ bản: xác định tuyến đường dẫn tối ưu và vận chuyển những nhóm thông tin (đặc trưng là các gói) qua một liên kết mạng Việc chuyển gói không khó nhưng việc xác định đường dẫn thì rất phức tạp

• Điều khiển luồng, tắc nghẽn: trong mạng không thể tránh được tắc nghẽn nên cần

có công cụ điều khiển tắc nghẽn như priority queuing (PQ), custom queuing (CQ), weighted fair queuing (WFQ), và classabased weighted fair queuing (CBWFQ)

• Traffic policing, shaping dùng để điều khiển lưu lượng mạng một cách tối ưu hoặc đảm bảo độ trễ thấp, ngăn chặn việc tràn bộ nhớ

e) Một số dịch vụ điển hình có yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS

Một chất lượng dịch vụ được xác định rõ có thể được yêu cầu cho những kiểu giao thông mạng nhất định Ví dụ như dòng đa phương tiện có thể yêu cầu lưu lượng được đảm bảo; IP telephony hoặc VoIP có thể yêu cầu chính xác biến động và độ trễ; Video Teleconferencing (VTC) yêu cầu độ biến động thấp nhất; Một ứng dụng an toàn như một cuộc giải phẫu từ xa có thể yêu cầu một mức đảm bảo của QoS (điều này cũng được gọi là QoS cứng); Những ứng dụng tính toán lưới cần cơ chế chịu đựng lỗi (Fault tolerance)

2.4 Một số vấn đề trong truyền thông vệ tinh

2.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền vệ tinh

• Bit error rate (BER): Đường thông tin vệ tinh có tỷ lệ bit lỗi cao hơn Internet BER của đường thông tin vệ tinh không có mã điều khiển lỗi là khoảng từ 10a6 đến

10a2 Để giảm BER tới mức các ứng dụng Internet truyền qua vệ tinh có thể chấp nhận được (mức 10 a8 hoặc thấp hơn), người ta phải ứng dụng mã sửa lỗi (Forward Error Correction a FEC), do đó dung lượng đường truyền giảm

Ngô Ái Tâm a7984.47a Lớp 47PM2 – Đại học xây dựng 24

• Round!trip time(RTT): RTT là khoảng thời gian trôi qua giữa việc gửi một đoạn TCP và nhận lại gói ACK Với vệ tinh địa tĩnh, đường truyền là từ trạm mặt đất đến

vệ tinh đến trạm mặt đất và quay lại Dải từ trạm đất đến vệ tinh khoảng 40000 km nên đường truyền khứ hồi là 4 x 40000 = 16000 km, khoảng trễ truyền là 160000/3

x 10a8 =0.532s, cộng thêm độ trễ do xử lý tín hiệu RTT sẽ có giá trị khoảng 0.55s

Sự khác biệt RTT giữa đường truyền trên mạng mặt đất và vệ tinh là vấn đề nan giải phải được giải quyết trong tương lai để đạt được kết nối thông suốt TCP không thể gửi phân đoạn mới cho đến khi nhận được những gói ACK Đièu đó sẽ làm giảm thông lượng Thời gian chết (timeout) khi gửi TCP cũng dựa vào RTT sẽ kéo dài không cần thiết Với ứng dụng tương tác như Telnet, độ trễ không mong muốn,

là rất cao

• Bandwidth!delay product (BDP): RTT dùng để xác định tích của trễ và băng thông (BDP) vì dải thông và tốc độ bit có liên quan trực tiếp Trong thuật ngữ mạng, bit/s cho biết số bit truyền qua dải thông trong một giây Ví dụ độ rộng của dải tần vệ tinh là 36MHz mang một tín hiệu BPSK có thể sử dụng tốc độ bit là 30Mb/s tương đương với 3.75 x 106 b/s hoặc 3662kb/s Nếu bên gửi với tốc độ này, gói lớn nhất có thể gửi trong khoảng thời gian RTT =0.55s là 3662 x 0.55 =2014 kBytes Đây là BDP cho kênh vệ tinh hai chiều (twoaway) TCP bên nhận dùng 16bit báo tin cho TCP bên gửi biết kích thước của cửa sổ nhận (receive window) sẽ dùng TCP dùng 1byte cho overhead nên kích thước đoạn lớn nhất cho cửa sổ nhận

là 216a1 = 65535 bytes, sấp xỉ 64kB Như vậy kênh đã sử dụng không đúng mức

• Biến RRT: Vệ tinh quỹ đạo thấp LEO và vệ tinh quỹ đạo trung bình MEO có độ trễ truyền thấp hơn vệ tinh địa tĩnh Dải nghiêng lớn nhất của LEO, của MEO lần lượt

là khoảng vài nghìn kilomet và khoảng vài chục nghìn kilomet Những quỹ đạo có giá trị độ trễ thay đổi được vì những vệ tinh này không địa tĩnh, dải nghiêng luôn thay đổi và để truyền thông liên tục cần đường thông tin giữa các vệ tinh Ví dụ độ trễ của LEO có thể biến đổi từ vài ms đến 80ms

2.4.2 Trễ và tạp âm trên đường truyền vệ tinh

Ngày nay các thuê bao truy cập Internet nhờ kết nối vật lý qua các Cổng/Định tuyến (Gateway/Router) cho phép tải các file thời gian phi thực và được định tuyến theo đường có xác suất nghẽn thấp nhất Từ đó tạo nên trên Internet những dòng dữ liệu đột biến, kết quả là các dòng dữ liệu thời gian thực như âm thanh, hình ảnh chất lượng thấp và để khắc phục người ta phải dùng các bộ đệm nhưng chính nó làm hạn chế môi trường đa phương tiện [23]

Các thiết bị audio và video tạo ra tín

hiệu truyền qua môi trường đa phương tiện

có trang bị PC, được nén lại để tạo nên

những dòng dữ liệu trên nền IP và được gửi tới từng thuê bao qua mạng mặt đất kết hợp với modem Những chương trình quảng bá như vậy có thể truyền qua vệ tinh địa tĩnh từ nguồn phát đến hàng vạn khách hàng (Hình 2.4.1) Như vậy truyền dữ liệu trên nền IP qua vệ tinh địa tĩnh có thể xem như đã bỏ qua các “nút nghẽn” trong đường trục Internet trên mạng mặt đất để gửi thẳng tới khách hàng với chất lượng dịch vụ cao Nhu cầu cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao (trên 45Mbps) quảng bá toàn cầu đòi hỏi bao phủ diện rộng, phủ điểm đến đa điểm, làm cho lưu lượng dữ liệu trên nền

IP tăng đột biến, cần có các đường truyền tốc độ cao để nâng cao chất lượng dịch vụ trên nền IP, chỉ có các đường truyền vệ tinh địa tĩnh mới đáp ứng được yêu cầu trên

Tuy vậy đường truyền qua vệ tinh địa tĩnh với độ trễ từ trạm phát sang trạm thu tính trung bình khoảng 250ms, tỉ lệ bít lỗi (BER) có thể lớn đến 10a3 do tạp âm và bị ảnh hưởng thời tiết vì thế cần có một công nghệ phủ sóng có thể điều khiển tự động công suất búp phát xạ để khắc phục các nhược điểm nói trên của đường truyền vệ tinh

TCP không có thủ tục đặc biệt nào để nhận biết và xử lý riêng những gói dữ liệu mất do lỗi bit, trong khi trên đường truyền vệ tinh xác suất lỗi bit rất lớn Đối với các sóng mang số truyền qua vệ tinh, chất lượng luồng số tại đầu thu được đánh giá bằng tỷ

số giữa năng lượng 1 bit trên mật độ phổ tạp âm (Eb/N0) [14], đối với một sóng mang

số tốc độ 2048kbps tỷ số này phải đạt 10a12, tuy nhiên tỷ số này phụ thuộc kỹ thuật điều chế (PSK, QPSK, v.v.), mã hoá/giải mã (mã xoắn, mã khối, giải mã viterbi, giải

mã dãy) được áp dụng Nếu không dùng mã hoá, Eb/N0 vừa phụ thuộc vào suy hao sóng mang số và mật độ tạp âm tại máy đầu vào hệ thống thu

Giả sử một gói dữ liệu có chiều dài 1000byte, tốc độ đường truyền 100kbps, thời gian cần thiết để truyền gói tin đó là TGOI = (1000bytes x 8bit/byte):100kbps = 80ms Giả sử tất cả các đường truyền không nghẽn thì thời gian truyền dẫn là TTX = N

x TGOI + TTRE trong đó: N là tổng số gói tin cần truyền, TTRE là thời gian trễ đường truyền Tỷ số tín hiệu trên tạp âm đánh giá chất lượng liên lạc: S/N = (R x EB):(B x N0) trong đó: R là tốc độ luồng dữ liệu Nếu băng thông B = 1Hz (tức là tốc độ 1bit) ta

có S/N = EB / N0 trong đó N0 là mật độ phổ tạp âm Vậy khi tạp âm đường truyền tăng thì tốc độ dữ liệu sẽ giảm, đồng thời trễ truyền tín hiệu sẽ tăng

2.4.3 Các vấn đề liên quan TCP/IP

Khi mất gói trên đường truyền TCP coi mạng bị nghẽn Khi đó TCP sử dụng

“khởi động chậm” hoặc dùng thuật toán tránh nghẽn và truyền lại những gói bị mất Thời gian đáp ứng của những thuật toán này rất nhạy cảm với RTT Để khôi phục đầy

đủ dữ liệu trên đường truyền vệ tinh có thể mất vài phút, như vậy kích thước cửa sổ và lưu lượng bị hạn chế

Cơ chế để TCP tương thích với biến thiên băng thông trên đường truyền là tăng kích thước cửa số để giảm nghẽn mạng và giảm kích thước cửa số khi mạng không

Ngô Ái Tâm a7984.47a Lớp 47PM2 – Đại học xây dựng 26

nghẽn Tốc độ thích nghi băng thông của TCP tỷ lệ với RTT, đường truyền vệ tinh có RTT lớn nên thời gian thích nghi dài hơn cho nên khả năng điều khiển nghẽn của TCP

bị hạn chế Khi mất gói, cần nhiều thời gian hơn ở giai đoạn tăng tuyến tính để phục hồi cửa sổ TCP [9]

Hoạt động của TCP sẽ bị ảnh hưởng nhiều khi truyền trên đường truyền có độ trễ cao TCP sử dụng cơ chế tự đồng bộ, nghĩa là đảm bảo các đoạn dữ liệu mới chưa được đưa vào mạng cho tới khi biếtcác đoạn dữ liệu cũ rời khỏi mạng đã thu được Cơ chế điều khiển dòng TCP sử dụng thuật toán khởi động chậm Khởi động chậm nhằm đảm bảo cho nguồn TCP không gửi các gói tốc độ cao vào mạng cho tới khi nhận thấy

nó không gây nghẽn cho mạng Nghĩa là nó không gửi gói tin vào mạng khi chưa biết gói trước đã nhận được

Cửa sổ nghẽn được đặt giá trị là một đoạn dữ liệu khi thiết lập liên kết và sau mỗi lần nhận được phản hồi, dữ liệu sẽ tăng lên Lúc đầu TCP sẽ gửi một đoạn dữ liệu đơn, đợi 500msec gửi tiếp 2 đoạn dữ liệu và đợi 500 msec sau sẽ gửi tiếp 4 đoạn dữ liệu và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi đường truyền vệ tinh kín chỗ Nhưng phải mất nhiều giây để cho người dùng thu được toàn bộ dung lượng đường truyền vệ tinh Trong một vài trường hợp, kết nối TCP sẽ kết thúc trước khi thuật toán điều khiển nghẽn kết thúc và như vậy không bao giờ đạt được hoạt động tối ưu Tóm lại, nếu các kết nối nhiều TCP cùng chia sẻ đường truyền vệ tinh thì một hoặc nhiều kết nối phải huỷ bỏ như vậy vô tình đã làm cho băng thông bị lãng phí đáng kể Cách kết nối trên gọi là kết nối tránh nghẽn Như vậy TCP không ưu việt cho các kết nối có RTT dài, nó chỉ tốt cho phần lớn mạng có thời gian trễ thấp

Kết nối Internet trên mạng mặt đất thực hiện bằng các bộ định tuyến qua những tuyến truyền không đồng nhất, hai chiều và đối xứng được lựa chọn theo các hướng khác nhau Trên thực tế, băng thông Internet giữa người dùng và máy chủ là không đối xứng, các yêu cầu kết nối và xác nhận chỉ cần băng thông rất nhỏ, còn các file dữ liệu lớn tải từ máy chủ về thì cần băng thông rất lớn, tỷ lệ đó khoảng 1/10 Khác biệt so với đường truyền trên mạng mặt đất, đường truyền vệ tinh thường làm việc ở chế độ không đối xứng nghĩa là phát dữ liệu với tốc độ thấp hơn nhiều so với thu dữ liệu

Thủ tục TCP/IP tạo nền Internet cho mạng mặt đất được thiết kế để làm việc trong môi trường có băng thông rộng, mức hoạt động giảm được nhận biết qua chất lượng trao đổi thông tin giữa hai người dùng Trễ đường truyền lớn, tốc độ lỗi bít cao

Hình 2.4.3: Kiến trúc vật lý kết hợp chặt

trên đường truyền vệ tinh dẫn đến TCP/IP hoạt động kém và dẫn đến hiệu suất đường truyền vệ tinh và chất lượng dịch vụ (QoS) thấp

Giải pháp tách kết nối TCP sẽ giúp khắc phục những vấn đề trên và mở ra những khả năng mới cho truyền thông vệ tinh TCP cung cấp kết nối đầu cuối nghĩa là tầng TCP tại bên gửi và bên nhận được liên kết qua đường liên kết ảo có điều khiển luồng và chống tắc nghẽn Hình 2.4.2 là cấu hình giả định liên kết vệ tinh TCP/IP [9] IWU(interworking unit) thực hiện quá trình chuyển đổi giao thức Tại IWU, dữ liệu được truyền từ TCP Reno (là TCP với những mở rộng: slow start, tránh tắc nghẽn, cơ chế truyền lại, tìm lại, hỗ trợ cho cửa sổ rộng và cản trở những gói ACK.) tới giao thức liên kết dữ liệu Tại đích cuối cùng, IWU thực hiện chuyển đổi lại TCP Reno Enhancer [9] (hình 2.4.3) thực hiện giống chức năng của IWU Enhancer hoàn thành kết nối Internet và không phụ thuộc vào bất cứ biến đổi nào của TCP/IP

2.4.4 Tỉ lệ bit lỗi BER

Khi thiết kế phát triển hệ thống người ta phải xác định, nếu muốn đạt được BER trên đường truyền vệ tinh như đường truyền trên mạng mặt đất thì phải chấp nhận dung lượng đường truyền vệ tinh giảm, hoặc làm sao để thủ tục kết nối mạng đủ mạnh có thể làm việc được ở môi trường truyền dẫn có BER cao Có thể dùng mã Reed Solomon để giảm BER từ 10a6 xuống nhỏ hơn 10a10 Điều đó có nghĩa là dung lượng đường truyền

vệ tinh giảm với tỷ lệ 5a10% Nhưng sự so sánh như trên cũng chưa thật chính xác vì

sự phức tạp của hệ thống sẽ tăng lên Cách so sánh tốt hơn là cố định sơ đồ mã, nghĩa

là sự phức tạp của hệ thống được cố định để từ đó đi xác định năng lượng gia tăng cần thiết để giảm BER từ điểm làm việc tới hạn đến mức nhỏ hơn 10a10 Sau đó xác định nếu năng lượng thêm vào ấy là tốt nhất có thể để giảm BER và tăng dung lượng đường truyền vệ tinh, giảm đường kính ănten, tăng thêm số người dùng cùng chia sẻ băng thông trên bộ phát đáp và giảm một số đặc tính hệ thống

Kinh nghiệm khai thác các đường truyền số tốc độ trung bình (Intermediate Digital RateaIDR) từ năm 1992 đến 2004 và các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: cứ thêm năng lượng cho một luồng IDR tốc độ 2048kbps thì BER của đường truyền giảm

từ 10a5 đến 10a10 Nếu năng lượng trên thay vì để giảm BER thì có thể tăng dung lượng đường truyền từ 20 – 50%, đường kính antenna trạm mặt đất có thể giảm từ 12 – 20% 2.5 Truyền thông tin đa phương tiện qua vệ tinh

Ta đã biết trễ đường truyền và bit lỗi ảnh hưởng mạnh đến hoạt động TCP trên đường truyền vệ tinh Để giảm thiểu các ảnh hưởng đó đối với TCP, có thể sử dụng một số biện pháp bổ sung như: dùng cách chuyển đổi giao thức hoặc là đặt cổng truy cập tại mỗi điểm kết cuối đường truyền vệ tinh Các cổng này có chức năng như một kết cuối TCP và chọn giao thức TCP vô tuyến giữa các cổng này Thủ tục tối ưu truyền TCP trên đường truyền vệ tinh có thể là: tăng kích thước cửa số; khởi động chậm; áp

dụng thuật toán tránh nghẽn; cơ chế báo nhận hiệu quả cao; giảm lưu lượng chiều về Tuy nhiên, bản thân TCP không phù hợp để truyền thông tin đa phương tiện do cơ chế truyền lại gói tin khi gặp lỗi của nó Ngay cả UDP cũng không phù hợp do không đảm bảo được thứ tự gói tin truyền đi và không đáp ứng được nhu cầu chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng Từ đó cho thấy cần có các giao thức truyền tải mới nhằm giảm thiểu các ảnh hưởng nêu trên và hỗ trợ truyền đa phương tiện qua kênh vệ tinh Chính vì thế trong thời gian qua đã có một số giao thức mới được nghiên cứu và thử nghiệm trên đường truyền băng thông lớn và độ trễ cao, tiêu biểu là các giao thức mới như RAP[12], RCS[2], v.v

Dưới đây tóm tắt một số giao thức được sử dụng nhằm đảm bảo chất lượng dịch

vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên đường truyền băng thông lớn và độ trễ cao – những đặc trưng tiêu biểu cho đường truyền vệ tinh

2.5.1 RAP (Rate Adaptation Protocol)

RAP (Rate Adptation Protocol) là một giao thức hỗ trợ truyền đa phương tiện chạy trên UDP Giao thức RAP được thực thi ở nguồn phát Nguồn RAP gửi gói dữ liệu với số thứ tự gói tin và trạm thu RAP báo gói tin phản hồi ACK cho mỗi gói nhận được Gói ACK chứa số thứ tự của gói dữ liệu tương ứng nhận được Dùng thông tin phản hồi, nguồn RAP có thể dò tìm số gói tin bị mất và tính toán RTT Giao thức RAP

sử dụng kỹ thuật điều chỉnh thích nghi tốc độ căn cứ vào hàm quyết định, thuật toán tăng giảm và tần suất ra quyết định

Nguyên tắc của hàm quyết định trong kỹ thuật điều chỉnh thích nghi tốc độ của RAP như sau: Nếu không xảy ra tắc nghẽn, tốc độ truyền tăng định kỳ; Nếu có tắc nghẽn, tốc độ truyền giảm Giống như TCP, RAP duy trì một giá trị RTT ước tính gọi

là SRTT và tính toán thời gian TimeaOut Tuy nhiên, không giống TCP, nguồn RAP có thể gửi vài gói trước khi nhận gói ACK mới trong khoảng RTT đã ước lượng Kỹ thuật phát hiện mất gói ACK trong RAP cũng tương tự như chức năng fastarecovery trong TCP

RAP sử dụng thuật toán tăng cộng giảm nhân AIMD (Additive Increase Multiplicative Decrease) Khi không phát hiện thấy mất gói, RAP tăng tốc độ truyền tuyến tính và định kỳ sau mỗi RTT RAP điều chỉnh IPG (interapacketagap) để điều khiển tốc độ truyền Một khi phát hiện ra mất gói, tốc độ truyền giảm theo cấp số nhân của giá trị IPG Tốc độ thay đổi phụ thuộc vào tần suất ra quyết định Tần suất điều chỉnh tối ưu tùy thuộc vào độ trễ phản hồi Độ trễ phản hồi của gói ACK bằng RTT Thay đổi tốc độ quá nhiều sẽ làm hệ thống bất ổn định, ngược lại ít thay đổi tốc độ dẫn đến hệ thống kém thích ứng Cứ sau một khoảng thời gian bằng SRTT, RAP điều chỉnh IPG một lần Khoảng thời gian giữa 2 điểm điều chỉnh liên tiếp được gọi là một bước (step) Nếu không mất gói tin nào, IPG sẽ giảm và một bước mới được bắt đầu Các gói

gửi trong bước này dùng để thông báo đã nhận được cho bước tiếp sau Điều đó cho phép nguồn phát quan sát phản ứng của mạng đối với việc điều chỉnh tốc độ trước đó

và tạo ra một điều chỉnh mới ở chu kỳ tiếp theo

Do các nguồn RAP tồn tại cùng các ứng dụng TCP trên mạng, một yêu cầu đặt

ra đối với giao thức RAP là cần thân thiện TCP (TCPaFriendly), nghĩa là bình đẳng với TCP Mặc dù việc hoàn tất TCPafriendly trong truyền tin đa phương tiện trên phạm vi rộng của mạng là một vấn đề thách thức, RAP đã hoàn tất được phần nào thách thức

đó RAP mở rộng khả năng bình đẳng với dải rộng Các kết nối RAP với RTT nhỏ thường chiếm nhiều băng thông hơn, song sẽ chịu thiệt hơn khi tắc nghẽn do thiếu hụt băng thông

2.5.2 RCS (Rate control Scheme)

RCS là một giao thức chạy trên RTP và được gắn với Encoder, nguồn RCS là giao thức điều khiển tốc độ đầu cuối sử dụng tăng và giảm, để cung cấp luồng lưu lượng thân thiện TCP để duy trì thực thi thông lượng cao trong mạng có độ rộng băng thông cao và tỷ lệ bit lỗi lớn

RCS được thực thi bằng mô hình trạng thái với 3 trạng thái Initial, Steady and Detected Trong trạng thái Initial, nguồn gửi gói dummyđể thăm dò tài nguyên mạng, lựa chọn tốc độ truyền ban đầu Trong trạng thái Steady, nguồn cập nhật tốc độ truyền theo giao thức additiveaincrease Khi nguồn phát hiện ra một vài gói bị mất, nó sẽ chuyển sang trạng thái Detected và gửi gói dummy thăm dò tài nguyên mạng

Hình 2.5.1: Kiến trúc hệ thống RCS Hình 2.5.2: Biểu đồ trạng thái RCS RCS có thể điều chỉnh tốc độ truyền S bằng việc thích nghi chất lượng luồng tin truyền dựa trên băng thông sẵn có RCS cải thiện thông lượng bằng cách dùng gói dummy có độ ưu tiên thấp thăm dò sự sẵn sàng của tài nguyên Bởi vậy, RCS cần có router thực thi vài kỹ thuật ưu tiên RCS là giao thức đầu cuối, nó cần được thực thi tại nguồn và đích Những gói dummy là những gói có mức ưu tiên thấp nên không ảnh hưởng lưu lượng của dữ liệu thực tế Nếu một router trên đường kết nối đã tắc nghẽn, thì những gói dummy sẽ bị vứt bỏ trước Nếu những router chưa tắc nghẽn, thì những

gói dummy có thể đến đích, sau đó gửi gói xác nhận ACK Khi nguồn nhận một gói ACK của một gói dummy, điều đó chứng tỏ còn có tài nguyên không dùng trong mạng

và vì thế có thể tăng thêm tốc độ truyền tương ứng

RCS là giao thức thân thiện TCP (TCPafriendly), nghĩa là nó giảm một nửa tốc

độ khi có mất gói Nếu mất gói do tắc nghẽn, RCS theo quy tắc TCPafriendly và sẽ tăng tốc độ tuyến tính sau khi giảm nửa tốc độ Trong trạng thái mất tín hiệu, RCS tránh điều chỉnh tốc độ không cần thiết và lấy lại tốc độ ban đầu một cách nhanh chóng sau khi có tín hiệu trở lại Qua đó RCS đảm bảo được thông lượng và sự bình đẳng cho ứng dụng thời gian thực trong mạng có độ rộng băng thông cao và tỷ lệ lỗi bit lớn trong thời gian tuân thủ theo hoạt động thân thiện TCP (TCPafriendly)

Tuy nhiên RCS vẫn còn một số hạn chế như sau: Trong việc sử dụng gói dummy để thăm dò tài nguyên, mất gói vì lỗi liên kết có thể gây ảnh hưởng đến lưu lượng và gây ra overhead làm giảm thông lượng; Vì RCS chạy trên RTP nên nó phụ thuộc vào RTP và tăng thêm overhead dẫn đến làm giảm thông lượng của mạng; Hiệu suất của giao thức còn thấp; việc tính RTT đơn giản; RCS không quan tâm đến tính toán chính xác RTT

Với những ưu điểm và hạn chế của hai cơ chế điển hình trình bày ở trên là RCS

và RAP, đồ án sẽ đưa ra hướng mới để cải thiện giao thức RCS Phần này sẽ được trình bày tiếp ở chương 3

2.6 Kết luận chương

Ngày nay nhu cầu sử dụng Internet trên phạm vi toàn cầu tăng theo hàm số mũ Nhu cầu truyền số liệu Internet trên kênh vệ tinh địa tĩnh (kênh vệ tinh) cũng tăng nhanh Thủ tục TCP/IP được phát triển tạo nền tảng Internet, nó có thể tương thích khi truyền trên kênh vệ tinh, tuy hoạt động của nó chưa thật hoàn hảo

Việc mở rộng các mạng TCP/IP qua kênh vệ tinh rất quan trọng đối với các ứng dụng trên thị trường dịch vụ viễn thông công cộng cũng như cho các mạng dùng riêng Kênh qua vệ tinh địa tĩnh có một loạt ưu điểm như: Triển khai nhanh, diện bao phủ rộng, linh hoạt tới bất cứ đâu trên hành tinh nhất là các vùng sâu vùng xa chưa có các

hệ thống viễn thông mặt đất

Đại đa số các thủ tục TCP/IP đều được thiết kế và phát triển dùng cho các mạng mặt đất (bao gồm các hệ thống thông tin dùng cáp quang, các tuyến vô tuyến siêu cao tần, các cáp đồng,, v.v.) với những thế mạnh như độ trễ truyền dẫn trên mạng thấp (một mạng có cự ly khoảng 10000km thì độ trễ không quá 30msec); Tỉ lệ lỗi bít (BER) rất thấp, có thể thấp hơn 10a10; Tuyến truyền dẫn trên mạng mặt đất là đối xứng; Độ rộng băng thông cao Nhưng khi truyền dữ liệu TCP/IP trên kênh vệ tinh sẽ gặp phải những hạn chế như: Độ trễ lớn (đường truyền vệ tinh một chiều độ trễ 500msec); BER trên đường truyền vệ tinh nằm trong khoảng từ 10a6đến 10a2; Đường truyền vệ tinh không

đối xứng, v.v ; Độ rộng băng thông bị giới hạn Chính vì thế khi truyền tin qua vệ tinh, vấn đề đảm bảo QoS là rất quan trọng

Nội dung chương tiếp theo sẽ đề xuất một cơ chế điều khiển truyền tin đảm bảo chất lượng dịch vụ, trình bày mô hình hệ thống, nguyên lý hoạt động của giao thức RCSaM là giao thức cải tiến từ RCS

Chương 3 – Xây dựng cơ chế điều khiển truyền tin đảm

bảo QoS qua vệ tinh Như đã trình bày ở chương 2, trong cơ chế điều khiển truyền tin đa phương tin

mà cụ thể là truyền tin qua vệ tinh cần có cơ chế đảm bảo QoS RCS là giao thức truyền tải hỗ trợ QoS Cùng với những cải thiện của mình, RCS vẫn cón một số hạn chế như đã trình bầy ở phần 2.5 Vì vậy đồ án này đặt vấn đề nghiên cứu xem xét khả năng cải thiện RCS nhằm khắc phục những hạn chế đó

3.1 Yêu cầu chung đối với cơ chế điều khiển đảm bảo QoS

Những ứng dụng thời gian thực có những yêu cầu chính xác về độ trễ đầu cuối

vì thế đã sử dụng dịch vụ Differentiated Service và Integrated Service Cả hai dịch vụ này yêu cầu lượng tài nguyên lớn và kết quả là dịch vụ tin cậy có giá thành cao Tuy nhiên, sẽ có một số lớn người dùng quan tâm sử dụng những ứng dụng thời gian thực giá thấp để chia sẻ những tài nguyên mạng mà không có bất kỳ hạn chế nào

Sự phát triển bùng nổ của ứng dụng thời gian thực là nguyên nhân của các vấn

đề trong mạng như tắc nghẽn mạng và không công bằng cho các lưu lượng khác nhau Một thách thức lớn đặt ra là khi phải giải quyết những vấn đề này trong mạng có độ rộng băng thông cao và tỷ lệ bit lỗi lớn

Trong mạng chia sẻ như Internet, các luồng thông tin đều kỳ vọng là thân thiện TCP (TCPafriendly) và tuân thủ theo hai luật Luật là tốc độ truyền có thể tăng thêm, miễn là mạng không bị tắc nghẽn Luật 2 là tốc độ truyền phải giảm ngay lập tức khi mạng bị tắc nghẽn

Mất gói là vấn đề duy nhất trong Internet hiện thời Tất cả các giao thức trước đây đều giảm bớt nhịp độ truyền khi phát hiện ra mất gói Tuy nhiên mất gói có thể xuất hiện vì những lỗi kênh với xác suất cao hơn 0,01 Nếu nguồn giảm bớt tốc độ truyền khi xuất hiện mất mát gói vì những lỗi kênh thì hiệu quả mạng giảm bớt rất nhiều có thể là 20% và gây ra trễ lớn trong đa số các truyền thông Internet