Đồ án Nghiên cứu hệ thống mạng Vsat và ứng dụng

ñó trễ trên các liên kết mặt ñất chỉ khoảng vài ms ñến 10ms. - Tốc ñộ lỗi bit : các liên kết vệ tinh thường bị hỏng do tạp âm do tạp âm gây ảnh hưởng ñến quá trình giải ñiều chế sóng mang, tốc ñộ lỗi bit có thể giảm ñến mức 10-7, mặc dù nó có sử dụng quá trình sửa lỗi phía thu (FEC) nhưng vẫn cao hơn so với các liên kết mặt ñất. Sau ñây sẽ trình bày các ñặc ñiểm gây ảnh hưởng ñến giao thức ñược truyền trên liên kết vệ tinh. 4.5.3.1 Ảnh hưởng ñến quá trình ñiều khiển lỗi Một ví dụ sau liên quan ñến quá trình truyền dẫn luồng số liệu qua kết nối từ máy chủ ñến ñầu cuối người dùng sử dụng các giao thức yêu cầu phát lai tự ñộng ARQ (Automatic Repeat Request) ñối với quá trình ñiều khiển lỗi. Lớp liên kết số liệu sẽ nhận các gói dữ liệu từ lớp mạng và thực hiện ñóng gói nó bằng cách thêm vào phần ñầu khung header và phần cuối khung trailer của liên kết số liệu (hình 4.3). Sau ñó khung này ñược phát qua mạng ñến lớp liên kết số liệu của ñầu cuối người dùng và xác ñịnh tình trạng của khối dữ liệu bằng thông tin phát hiện lỗi chứa trong phần cuối khung. Nếu dữ liệu nhận ñược không có lỗi thì ñầu cuối người dùng sẽ gửi bản tin báo nhận ACK trở về máy chủ. Nếu không nó sẽ gửi bản tin NACK Nếu máy chủ nhận ñược bản tin NACK hoặc không nhận ñược bản tin NACK sau khoảng thời gian trễ nào cho trước thì nó sẽ phát lại khung ñó. Xét 3 giao thức ARQ (hình 4.5) : - Giao thức dừng và chờ SW (Stop and Wait): máy chủ sẽ ñợi cho ñến khi nhận ñược bản tin báo nhận ACK trước khi gửi khung kế tiếp. Nếu nhận ñược bản tin NACK, máy chủ sẽ phát lại khung ñó (hình 4.5a). ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 77 SVTH: Trần Minh Quang - Giao thức GBN(Go-back-N): máy chủ sẽ phát các khung một cách tuần tự nếu nó không nhận ñược bản tin NACK nào. Khi nhận ñược bản tin NACK ñối với khung N, nó sẽ phát lại các khung từ khung N trở ñi(hình 4.5b). - Giao thức phát lại có lựa chọn SR (Selective-Repeat): máy chủ sẽ phát các khung một cách tuần tự nếu nó không nhận ñược bản tin NACK nào. Khi nhận ñược bản tin NACK ñối với khung N trong khi ñang gửi khung thứ (N+n) thì nó sẽ phát lại khung N sau khung (N+n) rồi tiếp tục phát khung (N+n+1) và các khung tiếp theo. (Hình 4.5(c), ở ñây n = 2). Hình 4.5 (a) giao thức Stop and Wait, (b) giao thức Go-back-N, (c) giao thức Selective Repeat 4.5.3.2 Ảnh hưởng ñến quá trình ñiều khiển luồng Các giao thức tại lớp liên kết dữ liệu và lớp vận chuyển thường sử dụng cửa sổ trượt cho mục ñích ñiều khiển luồng. Trong những trường hợp như thế chỉ có bản tin ACK ñược gửi. Nếu không nhận ñược bản tin ACK trước khoảng thời gian time-out, ñầu phát sẽ phát lại các ñơn vị dữ liệu của giao thức mà không nhận ñược. ðầu phát chỉ có ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 78 SVTH: Trần Minh Quang thể gửi ñược một số lượng giới hạn các ñơn vị dữ liệu giao thức sau khi nhận ñược bản tin báo nhận ACK cuối cùng. Các ñơn vị này yêu cầu phải ñặt trong các cửa sổ phát.Cửa sổ sẽ trượt ñi một vị trí mỗi khi nhận ñược một bản tin ACK. Tương tự ñầu thu chỉ nhận ñược một số lượng giới hạn các ñơn vị dữ liệu giao thức, bất kì một ñơn vị dữ liệu giao thức nào ñược truyền ñến mà nằm ngoài cửa sổ thì bị loại bỏ. Cửa sổ sẽ trượt ñi một vị trí mỗi khi phát một bản tin ACK. 4.6 ða truy nhập Các trạm mặt ñất của mạng VSAT giao tiếp với nhau thông qua vệ tinh theo phương thức sóng mang ñiều chế. Tùy theo cấu hình mạng, số lượng sóng mạng và loại sóng mang sẽ ñược ñịnh tuyến một cách ñồng thời trong cùng một bộ phát ñáp của vệ tinh. Hình 4.12 minh họa các trường hợp có thể thực hiện khác nhau: - Với mạng VSAT một hướng, trong ñó các trạm HUB thực hiện việc quảng bá các khối dữ liệu ñược ghép kênh phân chia theo thời gian ñến các VSAT chỉ nhận, khi ñó chỉ có một sóng mang ñược chuyển tiếp nhờ bộ phát ñáp của vệ tinh. Do ñó không có sóng mang nào khác tham gia vào quá trình truy nhập và không cần giao thức ña truy nhập. - Với mạng dạng sao hai hướng, các sóng mạng từ các VSAT và trạm HUB cùng tham gia vào quá trình truy nhập bộ phát ñáp vệ tinh. - Với mạng dạng lưới hai hướng thì không có trạm HUB và chỉ có các sóng mang ñược phát bởi các trạm VSAT tham gia truy nhập bộ phát ñáp của vệ tinh. Các mạng một hướng : tài nguyên vệ tinh Các VSAT HUB ðơn truy nhập (không cần giao thức ña truy nhập) ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 79 SVTH: Trần Minh Quang Các mạng dạng sao hai hướng : Các mạng dạng lưới hai hướng : Hình 4.6 ða truy nhập ñối với các cấu hình khác nhau tài nguyên vệ tinh ða truy nhập Phía phát Phía thu Các VSAT tài nguyên vệ tinh HUB ða truy nhập HUB Phía phát Phía thu Các VSAT ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 80 SVTH: Trần Minh Quang 4.6.1 Các giao thức ña truy nhập cơ bản Hình 4.13 minh họa các cách phân chia băng thông của bộ phát ñáp của vệ tinh giữa nhiều sóng mang theo thời gian ðA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ (FDMA) ðA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN (TDMA) ðA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ (CDMA) Hình 4.7 Các giao thức ña truy nhập cơ bản - ða truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) là phương thức phân chia băng thông B của bộ phát ñáp vệ tinh thành các băng tần con b nhỏ hơn cho mỗi sóng mang. Các băng tần con ñược chia ñối với một sóng mang xác ñịnh như trong hình 4.7 phải phù hợp với ñộ rộng băng tần của sóng mang, ñộ rộng băng tần này phụ thuộc vào tốc ñộ bit truyền và loại ñiều chế và mã hóa. Tốc ñộ bit của các sóng mang có thể tương ñương với lưu lượng của một kết nối ñơn hướng gọi là chế ñộ ñơn kênh trên sóng mang (SCPC) hoặc tương ñương với lưu lượng của nhiều kết nối ñơn hướng mà ñược ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) gọi là chế ñộ ña kênh trên sóng mang (MCPC). Thời gian b B Thời gian B Thời gian B ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 81 SVTH: Trần Minh Quang - ða truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) là phương thức phân chia toàn bộ băng tần B của bộ phát ñáp cho mỗi sóng mang trong một khoảng thời gian giới hạn ñược gọi là khe thời gian. TDMA là một hệ thống trong ñó các trạm mặt ñất dung chung một bộ phát ñáp trên cơ sở phân chia thời gian, ñể làm ñược việc này cần sử dụng một sóng mang ñiều chế số. Ở TDMA, trục thời gian ñược phân chia thành các khoảng thời gian gọi là các khung TDMA. Ngoài ra, mỗi khung TDMA ñược chia thành các khe thời gian, các khe thời gian này ñược ấn ñịnh cho mỗi trạm mặt ñất. Mỗi trạm mặt ñất phát các tín hiệu có cùng tần số sóng mang và chiếm toàn bộ băng tần của bộ phát ñáp của vệ tinh. Vì các khe thời gian khác nhau ñược ấn ñịnh cho tất cả các trạm mặt ñất nên chỉ có tín hiệu từ một trạm mặt ñất chiếm bộ phát ñáp vệ tinh trong thời gian cho phép, và không bao giờ xảy ra trường hợp tín hiệu từ hai trạm mặt ñất trở lên chiếm bộ phát ñáp của vệ tinh trong cùng một thời ñiểm. Ở TDMA, các sóng mang ñược phát và thu dưới dạng cụm. Mỗi cụm gồm có phần tiêu ñề có hai bit thứ tự, một bit cho sóng mang và một bit ñịnh thời ñạt ñược nhờ các bộ giải ñiều chế ở VSAT thu, tên gọi khác của nó là từ duy nhất ñể báo cho ñầu thu biết ñiểm bắt ñầu của trường dữ liệu. Phần tiêu ñề ñược theo sau bởi phần trường số liệu chứa lưu lượng liên kết với một hay nhiều kết nối ñơn hướng. Nếu chỉ có một kết nối ñơn hướng thì cụm này là cụm ñơn kênh trên sóng mang (SCPC burst), nếu có nhiều kết nối ñơn hướng thì cụm này là cụm ña kênh trên sóng mang và ñược chia thành các cụm con, mỗi cụm con tương ñương với một kết nối ñơn hướng. Giữa các trạm mặt ñất cần phải có quá trình ñồng bộ và mỗi trạm mặt ñất cần lắp ñặt các bộ giải ñiều chế nhanh ñể giới hạn phần mào ñầu của cụm ñến giá trị tối thiểu. - ða truy nhập phân chia theo mã (CDMA) là kỹ thuật ña truy nhập mà không xét ñến bất kì quá trình phân chia tần số - thời gian : các sóng mang ñược phép phát một cách liên tục trong khi chiếm toàn bộ băng tần B của bộ phát ñáp,vì thế sự can nhiễu chắc chắn xảy ra. Tuy nhiên vấn ñề này có thể khắc phục bằng cách sử dụng kỹ thuật truyền dẫn trải phổ dựa trên quá trình tạo ra các chuỗi vi mạch tốc ñộ cao (hay còn gọi mã giả), mỗi một mã ñược sử dụng cho một sóng mang ñược phát. Các chuỗi này thì ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 82 SVTH: Trần Minh Quang trực giao ñể hạn chế sự can nhiễu. Các kỹ thuật như vậy cho phép máy thu loại bỏ sự can nhiễu thu ñược và khôi phục lại ñược các bản tin mong muốn. (các trạm VSAT và trạm HUB). Nói chung, hoạt ñộng của bộ phát ñáp vệ tinh trong chế ñộ ña sóng mang (nhiều sóng mang sử dụng chung băng tần vệ tinh tại thời ñiểm cho trước) như FDMA và CDMA, dẫn ñến việc sinh ra tạp âm xuyên ñiều chế cộng với tạp âm nhiệt, các sóng mang truyền với tốc ñộ bit cao yêu cầu nhiều công suất và băng thông hơn các sóng mang nhỏ hơn. ðiều này gây ảnh hưởng ñến nhu cầu về EIRP của máy phát, nghĩa là yêu cầu công suất cao hơn ñối với máy phát từ VSAT trên các liên kết ñi vào, ñối với máy phát từ trạm HUB trên các liên kết ñi ra, và từ bộ phát ñáp của vệ tinh trên tất cả các liên kết. ðiều này cũng có nghĩa là yêu cầu cao hơn ñối với băng thông của bộ phát ñáp của vệ tinh. 4.6.2 Các mạng dạng lưới Mạng dạng lưới bao gồm N VSAT. Mỗi VSAT ñều có thể thiết lập liên kết với các VSAT khác thông qua vệ tinh. ðiểm giống nhau trước tiên là mỗi VSAT ñều phát nhiều sóng mang như các VSAT khác: thông tin ñược truyền trên mỗi sóng mang biểu diễn lưu lượng trên một kết nối ñơn hướng từ một ñầu cuối người dung gắn trên mỗi VSAT ñến các ñầu cuối người dùng trên các VSAT khác. Các sóng mang như thế ñược là sóng mang SCPC. Một kết nối hai hướng giữa hai ñầu cuối người dung ñòi hỏi sử dụng hai sóng mang SCPC, mỗi sóng mang ñược phát bởi một VSAT tương ứng. ðối với kết nối mạng cố ñịnh hoàn toàn, mỗi VSAT có thể thu ñược tất cả các sóng mang SCPC ñược phát từ các VSAT khác trong mạng tại bất kì thời ñiểm nào. Hình 4.8 mô tả quá trình hoạt ñộng dựa trên nguyên lý FDMA. Như vậy một cấu hình sẽ yêu cầu mỗi VSAT lắp ñặt (N-1) máy phát và (N-1) máy thu. ðiều này sẽ khá tốn kém nếu như số lượng VSAT nhiều, và gây nhiều khó khăn trong quá trình vận hành khi có nhiều máy phát và máy thu ñược lắp ñặt ở mỗi VSAT mỗi lần mạng sáp nhập thêm các VSAT mới. Ngoài ra, sẽ có N(N-1) chiếm băng tần bộ phát ñáp của vệ tinh. Như vậy các sóng mạng sẽ có băng tần hẹp khi chúng ñược truyền với tốc ñộ bit thấp. Việc này ñòi hỏi phải sử dụng các bộ ñiều chế ổn ñịnh tần số ñể ñảm bảo cho khoảng băng tần bảo vệ giữa các sóng mang ở mức tối thiểu nhằm tiết kiệm băng thông vệ ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 83 SVTH: Trần Minh Quang tinh. Ví dụ, xét một mạng VSAT có N = 100 VSAT, số lượng máy phát và máy thu trên một VSAT là N-1 = 99. Số lượng sóng mang là N(N-1) = 9900. Hình 4.8 mạng dạng lưới gồm N VSAT trong ñó mỗi VSAT phát nhiều sóng mang như các VSAT khác, sử dụng ña truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Có một ñiểm khác trong hình 4.8 khi ta xét ñến quá trình quảng bá dung lượng của vệ tinh ñó là bất kì sóng mang nào ñược phát lên bởi một trạm VSAT cũng ñều ñược thu bởi tất cả các VSAT khác. Vì vậy toàn bộ lưu lượng của (N-1) sóng mang ñược phát bởi VSAT ñã cho trong hình 4.8 phải ñược ghép kênh thành một sóng mang MCPC duy nhất. Khi nhận ñược sóng mang, mỗi VSAT ñều có thể thực hiện giải ñiều chế và tách ra phần lưu lượng cung cấp cho các thiết bị ñầu cuối người dùng từ tín hiệu ghép kênh băng gốc. Lúc này mỗi VSAT vẫn cần (N-1) máy thu nhưng chỉ một máy phát duy nhất. Tuy nhiên dung lượng của sóng mang phát thì cao hơn, vì vậy các máy phát phải mạnh hơn. Quá trình ñược biểu diễn như trong hình 4.9. VSAT 1 ñến VSAT 2 ñến VSAT N ñến 2 3 N 1 3 N 1 2 N-1 1 2 N (N-1) sóng mang (N-1) sóng mang (N-1) sóng mang Băng tần bộ phát ñáp ñược dùng ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 84 SVTH: Trần Minh Quang Hình 4.9 toàn bộ lưu lượng từ một VSAT truyền ñến các VSAT còn lại phải ñược ghép kênh trên một sóng mang ñơn ðể ñáp ứng yêu kết nối hoàn toàn cố ñịnh thì vấn ñề ñặt ra là phải có nhiều máy phát và máy thu, thật ra thì nhu cầu này rất hiếm có. Ngoại trừ một số ứng dụng quảng bá thì khách hàng thường chỉ yêu cầu các kết nối hai hướng tạm thời ñược thiết lập giữa hai ñầu cuối xa nhau ñược gắn trên hai VSAT khác nhau trong mạng. Việc này ñược thực hiện một cách thuận lợi thông qua quá trình ấn ñịnh theo yêu cầu: nếu một ñầu cuối yêu cầu một kết nối như thế thì các ñầu cuối ñó ñược gắn trên các VSAT ñể gửi một yêu cầu trên kênh báo hiệu ñến trạm ñiều khiển lưu lượng, trạm này sẽ trả lời bằng việc phân ñịnh một số tài nguyên vệ tinh có sẵn ñến cả VSAT chủ gọi lẫn VSAT ñược gọi. ðối với FDMA, tài nguyên này bao gồm hai băng tầng con trên bộ phát ñáp vệ tinh, mỗi băng tần con tương ứng với một sóng mang phát ñến hai trạm VSAT. Vì vậy bất kì VSAT nào cũng chỉ cần lắp ñặt một máy phát và một máy thu. Nếu như trong hình 4.9 người ta sử dụng phương thức TDMA thay cho FDMA, thì các kết nối hoàn toàn cố ñịnh có thể ñược thiết lập chỉ bằng một sóng mang phát và một sóng mang thu từ mỗi VSAT. ðiều này trông tiện lợi hơn nhưng tuy nhiên chi phí của thiết bị TDMA sẽ cao hơn và thật sự thì các kết nối cố ñịnh hoàn toàn là không cần thiết. ðối với CDMA, việc phân tích cũng dựa theo các liên kết giống như với FDMA. Với phương thức ấn ñịnh theo nhu cầu, các kết nối tạm ñược thiết lập bằng cách ấn ñịnh cho mỗi VSAT phát một mã xác ñịnh. Tuy nhiên hầu như không có ưu ñiểm gì Băng tần bộ phát ñáp ñược sử dụng ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 85 SVTH: Trần Minh Quang khi sử dụng CDMA cho các mạng VSAT hoạt ñộng tại băng C. Hầu như các mạng dạng lưới thương mại hiện nay ñều sử dụng FDMA ấn ñịnh theo nhu cầu. 4.6.3 Mạng hình sao Mạng hình sao gồm có N VSAT và một trạm HUB. Mỗi VSAT có thể phát lên ñến K sóng mang, ñáp ứng quá trình kết nỗi giữa các ñầu cuối ñược gắn trên các VSAT và ñáp ứng ñược các ứng dụng tại các máy tính chủ kết nối tại trạm HUB. 4.6.3.1 Tuyến vào FDMA-SCPC (Inbound)/ tuyến ra FDMA–SCPC (Outbound) Hình 4.10 minh họa trường hợp trong ñó các kết nối hai hướng giữa bất kì ñầu cuối người dùng ở xa và máy tính chủ ñược hỗ trợ bởi hai sóng mang SCPC : một sóng mang từ VSAT ñến trạm HUB và một sóng mang từ trạm HUB ñến VSAT. Mỗi sóng mang ñòi hỏi một bộ ñiều chế và một bộ giải ñiều chế riêng. Vì thế cấu hình này ñòi hỏi K bộ ñiều chế và giải ñiều chế tại mỗi VSAT, KN bộ ñiều chế và giải ñiều chế tại trạm HUB. ðiều này sẽ gây tốn kém nếu số lượng VSAT lớn và K lớn hơn 1. Chẳng hạn, với N = 100 và K = 3 thì có 300 bộ ñiều chế và giải ñiều chế ñược lắp ñặt tại trạm HUB. ðối với quá trình ấn ñịnh theo yêu cầu, cả VSAT phát và thu ñều yêu cầu ñộ lợi tần số. Hình 4.10 mạng hình sao với một kết nối hai hướng ñược truyền trên hai sóng mang SCPC: một sóng mang từ VSAT ñến trạm HUB và một sóng mang từ trạm HUB ñến VSAT. Phương thức truy nhập bộ phát ñáp vệ tinh là FDMA 4.6.3.2 Tuyến vào FDMA – SCPC / tuyến ra FDMA - MCPC Xét một sóng mang ñược phát bởi trạm HUB và ñược thu bởi tất cả các VSAT, khi ñó số lượng bộ ñiều chế tại trạm HUB có thể giảm xuống (như minh họa trong hình 4.11) Băng tần bộ phát ñáp ñược sử dụng ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 86 SVTH: Trần Minh Quang nhờ quá trình ghép kênh lưu lượng phân chia theo thời gian ñối với lưu lượng ñược truyền từ trạm HUB ñến một VSAT trên một sóng mang MCPC. Số bộ ñiều chế tại trạm HUB lúc này bằng số lượng trạm VSAT. Khi số lượng kết nối ñược ghép trên một sóng mang tuyến ra thay ñổi theo thời gian thì bộ ñiều chế tại trạm HUB và các bộ giải ñiều chế tại trạm VSAT phải có khả năng thích ứng với các tốc ñộ khác nhau. ðiều này có nghĩa là yêu cầu ñối với công suất của máy phát tại trạm HUB sẽ cao hơn. ðối với quá trình ấn ñịnh theo yêu cầu, chỉ có các VSAT phát mới yêu cầu ñộ lợi tần số. Hình 4.11 mạng hình sao với một kết nối hai hướng ñược truyền trên một sóng mang SCPC từ VSAT ñến trạm HUB và các kết nối khác ñược ghép truyền trên một sóng mang MCPC từ HUB ñến VSAT. Phương thức truy nhập bộ phát ñáp vệ tinh là FDMA. 4.6.3.3 Tuyến vào FDMA – SCPC / tuyến ra TDM - MCPC Số lượng bộ ñiều chế tại trạm HUB và số lượng bộ giải ñiều chế tại trạm VSAT thậm chí có thể giảm xuống ñến một (như minh họa trong hình 4.12) bằng cách ghép kênh phân chia theo thời gian tất cả các kết nối từ trạm HUB ñến trạm VSAT trên một sóng mang tuyến ra MCPC. Bộ ñiều chế tại trạm HUB và bộ giải ñiều chế tại trạm VSAT có thể hoạt ñộng tại tốc ñộ bit không ñổi bằng với dung lượng tối ña của mạng. Nhưng khi tốc ñộ bit cao hơn thì yêu cầu công suất máy phát từ trạm HUB cũng phải Băng tần bộ phát ñáp ñược sử dụng ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 87 SVTH: Trần Minh Quang tăng. Sự không cân bằng ở ñầu vào giữa các sóng mang tuyến vào công suất thấp với các sóng mang tuyến ra công suất cao dẫn ñến hiệu ứng bắt giữ (capture effect) tại ñầu ra bộ phát ñáp của vệ tinh khi nó ñược dùng gần trạng thái bão hòa, sóng mang tuyến ra có công suất dùng chung tại ñầu ra bộ phát ñáp lớn hơn công suất dùng chung tại ñầu vào. Vì thế công suất nhỏ hơn chỉ có giá trị ñối với các sóng mang tuyến vào. ðối với quá trình ấn ñịnh theo yêu cầu, chỉ các VSAT phát yêu cầu ñộ lợi tần số. Hình 4.12 mạng hình sao với một kết nối hai hướng ñược truyền trên một sóng mang SCPC từ VSAT ñến trạm HUB, còn tất cả các kết nối khác ñược ghép kênh phân chia theo thời gian trên sóng mang MCPC ñược phát bởi trạm HUB. Phương thức truy nhập bộ phát ñáp vệ tinh là FDMA 4.6.3.4 Tuyến vào FDMA –MCPC / tuyến ra TDM -MCPC Số lượng bộ ñiều chế tại các trạm VSAT có thể giảm ñến một (như minh họa trong hình 4.13) bằng cách ghép kênh phân chia theo thời gian lưu lượng trên K sóng mang tuyến vào từ mỗi VSAT ñến trạm HUB trên sóng mang ñơn MCPC. Khi số lượng kết nối ñược ghép trên tuyến vào thay ñổi theo thời gian thì bộ ñiều chế VSAT phải hoạt Băng tần bộ phát ñáp ñược sử dụng NK kênh ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 88 SVTH: Trần Minh Quang ñộng tại tốc ñộ khác. Khi tốc ñộ truyền dẫn cao hơn thì công suất máy phát tại VSAT cũng phải lớn hơn. Chỉ có trạm HUB cần lắp ñặt N bộ giải ñiều chế. ðối với quá trình ấn ñịnh theo yêu cầu chỉ các VSAT phát mới yêu cầu ñộ lợi tần số. Hình 4.13 mạng hình sao với các kết nối hai hướng ñược ghép kênh phân chia theo thời gian truyền trên hai sóng mang MCPC : một sóng mang từ VSAT ñến trạm HUB và một sóng mang từ trạm HUB ñến VSAT. Phương thức truy nhập bộ phát ñáp vệ tinh là FDMA 4.6.3.5 Tuyến vào TDMA / tuyến ra TDM – MCPC Ở ñây mỗi VSAT ñều có thể truy nhập bộ phát ñáp vệ tinh ở chế ñộ TDMA, mỗi VSAT sẽ phát các cụm sóng mang của nó một cách tuần tự tại cùng băng thông và cùng tần số (như minh họa trong hình 4.14). Mỗi cụm có thể truyền một kết nối ñơn hướng (SCPC) hay nhiều kết nối ñơn hướng (MCPC). Trong trường hợp sau vừa kể trên thì cụm ñược chia ra thành các cụm con, mỗi cụm con liên kết với một kết nối ñơn hướng. Giả thiết TB là khoảng thời gian của một cụm sóng mang và TF là khoảng thời gian của một khung TDMA, mỗi VSAT phát với chu kì công tác (duty cycle) là TB/TF. K kênh K kênh K kênh NK kênh Băng tần bộ phát ñáp ñược sử ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 89 SVTH: Trần Minh Quang Hình 4.14 mạng VSAT sử dụng phương thức TDMA Dung lượng của liên kết tần số vô tuyến từ một VSAT bằng với số lượng bit ñược phát trên một ñơn vị thời gian. Trong phương thức TDMA, nếu một VSAT ñược lợi về dung lượng liên kết tần số vô tuyến như với FDMA, thì nó phải phát với tốc ñộ bit cao hơn. Thực vậy, với FDMA thì dung lượng liên kết tần số vô tuyến bằng với tốc ñộ bit ñược phát liên tục. Với TDMA thì dung lượng liên kết tần số vô tuyến của VSAT ñược xác ñịnh bởi số bit ñược phát trên khoảng thời gian của một khung TDMA (như hình 4.15). Hình 4.15 so sánh tốc ñộ bit và công suất sóng mang của FDMA và TDMA Trong ñó RTDMA và RFDMA là các tốc ñộ bit ñược phát tương ứng với TDMA và FDMA,TB là khoảng thời gian của một cụm còn TF là khoảng thời gian của một TDMA Tốc ñộ bit RTDMA FDMA Tốc ñộ bit RFDMA Công suất sóng mang Công suất sóng mang Thời gian Thời gian Băng tần bộ phát ñáp ñược sử ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 90 SVTH: Trần Minh Quang khung TDMA. Số bit ñược phát trong khoảng thời gian một khung là RTDMA.TB ñối với TDMA và bằng RFDMA.TF ñối với FDMA. Cân bằng hai biểu thức này ta ñược : RTDMA = RFDMA.       B F T T (4.17) Rõ ràng tốc ñộ truyền dẫn cao hơn một hệ số bằng nghịch ñảo chu kì công tác. Nếu ta bỏ qua khoảng thời gian bảo vệ giữa các cụm thì nghịch ñảo chu kì công tác bằng với số VSAT trong mạng. Vì vậy, với một dung lượng ñã cho thì một số lượng lớn VSAT sẽ dẫn ñến tốc ñộ bit truyền dẫn cao hơn. Vì công suất sóng mang tỉ lệ với tốc ñộ bit nên TDMA sẽ yêu cầu công suất máy phát của VSAT lớn hơn so với FDMA.Chẳng hạn, xét một mạng VSAT có N = 50 VSAT, mỗi VSAT có dung lượng liên kết tần số vô tuyến là 64Kbps. ðối với FDMA, tất cả các VSAT phát ở tốc ñộ RFDMA= 64kbps và băng thông vệ tinh phải hỗ trợ 50 x 64kbps = 3.2 Mbps. ðối với TDMA sẽ sử dụng cùng một giá trị băng thông nhưng ở ñây tất cả các VSAT sẽ yêu cầu phát ở tốc ñộ 3.2Mbps vì thế tăng nhu cầu công suất lên một hệ số 50 (hay 17dB). Vì thế nó sẽ cần thiết ñể làm giảm dung lượng của mỗi trạm VSAT. 4.6.3.6 Tuyến vào FDMA – TDMA / tuyến ra FDMA – MCPC ðể làm giảm nhu cầu ñối với công suất máy phát trên VSAT bằng cách giảm tốc ñộ bit truyền, một giải pháp ñược ñưa ra ñó là sắp xếp các VSAT thành từng nhóm, mỗi nhóm gồm có L VSAT, mỗi nhóm sẽ sử dụng chung băng tần số và truy nhập bộ phát ñáp của vệ tinh theo phương thức TDMA. Các nhóm khác dùng các băng tần số khác, ñây là mô hình kết hợp FDMA – TDMA (ñược minh họa trong hình 4.16). Trong phương pháp này, số VSAT trong mạng và dung lượng trên một VSAT, tốc ñộ bit truyền trên một cụm sóng mang, công suất sóng mang yêu cầu ñược chia bởi số nhóm G ñều cho trước. Chẳng hạn trong ví dụ trước, nếu chia 50 VSAT thành 5 nhóm, mỗi nhóm có 10 VSAT thì tốc ñộ bit truyền giảm từ 3.2 Mbps ñến 640kbps ñối với TDMA thuần túy, và tăng nhu cầu công suất so với FDMA thuần túy chỉ 10dB thay vì 17dB. ðây có thể là ñiểm thuận lợi khi xét quá trình ghép kênh phân chia theo thời gian của các kết nối từ trạm Hub ñến các VSAT của cùng một nhóm trên một sóng mang tuyến ra MCPC. Các sóng mang tuyến ra MCPC ở các nhóm khác nhau sẽ truy ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 91 SVTH: Trần Minh Quang nhập bộ phát ñáp trong chế ñộ FDMA. ðiều này sẽ làm giảm tốc ñộ bit ñược truyền từ HUB, dẫn ñến giảm công suất máy phát của nó. Hình 4.16 mạng hình sao sử dụng mô hình tuyến vào kết hợp FDMA – TDMA, và tuyến ra FDMA –MCPC 4.6.3.7 CDMA Hình 4.17 minh họa sự khác nhau của các mô hình ñược xét trong quá trình kết nối sử dụng phương thức truy nhập CDMA hoàn toàn, hay quá trình kết hợp CDMA và FDMA trong các tuyến vào và tuyến ra. Phương thức truy nhập CDMA cũng có thể ñược kết hợp với SCPC hay MCPC bằng việc nhóm các kết nối trên tuyến vào. ðối với CDMA, các sóng mang ñược ấn ñịnh bằng việc trải các mã giả ngẫu nhiên thay cho các tần số. Vì thế ñộ lợi tần số không còn cần thiết cho quá trình ấn ñịnh theo yêu cầu nữa. Hạn chế lớn nhất ñối với CDMA là thông lượng thấp. Nó chỉ ñược chấp nhận nếu dung hòa với các ưu ñiểm của việc hạn chế nhiễu gây ra bởi các hệ thống khác sử dụng chung băng tần số và quá trình phân cực. ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 92 SVTH: Trần Minh Quang Hình 4.17 mạng hình sao sử dụng phương thức truy nhập CDMA hay kết hợp CDMA – FDMA 4.6.4 Khác biệt của quá trình ấn ñịnh cố ñịnh và ấn ñịnh theo yêu cầu Quá trình ấn ñịnh theo yêu cầu cho phép thực hiện các kết nối mong muốn giữa các VSAT bằng việc thiết lập các kết nối tạm, trong khi ñó ấn ñịnh cố ñịnh cho phép thực hiện các liên kết cố ñịnh. Vì thế ấn ñịnh theo yêu cầu cho phép giảm số lượng thiết bị VSAT so với ấn ñịnh cố ñịnh. 4.6.4.1 Ấn ñịnh cố ñịnh với FDMA (FA - FDMA) Mạng bao gồm N VSAT, mỗi VSAT có thể phát ñược K sóng mang tại tốc ñộ bit Rc. Vì thế ta có tối ña là L = KN sóng mang. Mỗi sóng mang ñược ấn ñịnh một băng tần con cho trước từ băng tần bộ phát ñáp vệ tinh.Băng tần ñược sử dụng bởi VSAT khi nó ở trạng thái tích cực (sóng mang ‘on’) và duy trì ở trạng thái rỗi khi VSAT không có lưu lượng truyền (sóng mang off). Nếu ñiều này xảy ra, dung lượng ứng với băng tần con ñược ấn ñịnh cho VSAT trên mạng sẽ bị mất. Hình 4.18 minh họa cách thức ấn ñịnh cố ñịnh làm việc ñối với FDMA trong trường hợp K=1. Ấn ñịnh cố ñịnh có ưu ñiểm là ñơn giản và không cung cấp các cụm thời gian chờ cho việc thiết lập một sóng mang. Tuy nhiên dung lượng yêu cầu ñối với mạng VSAT, ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 93 SVTH: Trần Minh Quang (bằng LRc) có hiệu quả sử dụng kém nếu như nhu cầu lưu lượng thay ñổi lớn. Nghẽn có thể xuất hiện ở các ñầu cuối người dùng ñược gắn trên một VSAT cho trước nếu có nhiều thiết bị ñầu cuối ñều muốn thiết lập kết nối với các ñầu cuối khác trong mạng một cách tức thì dẫn ñến số lượng kết nối trong mạng vượt quá dung lượng của VSAT. Hình 4.18 FDMA ấn ñịnh cố ñịnh (mỗi VSAT phát nhiều nhất K=1 sóng mang) Ví dụ, xét một mạng VSAT như trong hình 4.16, với Nt = 8 ñầu cuối người dùng trên một VSAT, N = 50 VSAT trở lên ñể K = 4 sóng mang SCPC trên một VSAT, mỗi sóng mang phát tại tốc ñộ Rc=128kbps và băng thông yêu cầu b = 200kHz. Băng thông bộ phát ñáp ñược dùng bởi các tuyến vào ñược chia thành L = KN = 4x50 = 200 băng tần con. Mỗi băng tần con ñược ấn ñịnh trên một sóng mang 128kbps. Vì thế dung lượng mạng yêu cầu là LRc = 200 x 128kbps = 25.6 Mbps và băng thông yêu cầu là Lb = 200 x 200 kHz = 40 Mhz, giả thiết các ñầu cuối người dùng phát lưu lượng với cường ñộ At = 0.1 erlang, thì cường ñộ dung lượng cung cấp cho dung lượng kênh của K = 4 VSAT là ASAT = NtAt = 0.8 erlang. Xác suất nghẽn ñược xác ñịnh theo công thức 4.5 là : E4 (0.8) = 8x10-3 = 0.8% Tốc ñộ bit Rc Thời gian Tần số Không có lưu lượng Hoạt ñộng Hoạt ñộng Hoạt ñộng N ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 94 SVTH: Trần Minh Quang ðể khắc phục vấn ñề nghẽn, mỗi ñầu cuối người dùng phải ñược ấn ñịnh cố ñịnh một kênh, từ ñây dẫn ñến K = 8, vì thể có tổng KN = 8x50 = 400 sóng mangSCPC. Lúc ñó dung lượng mạng yêu cầu sẽ là KNRc = 8 x 50 x 128 kbps = 51.2 Mbps, và băng thông bộ phát ñáp yêu cầu là 80MHz. 4.6.4.2 Ấn ñịnh theo yêu cầu với FDMA (DA - FDMA) Xét một mạng gồm có N VSAT, mỗi VSAT có khả năng phát ñược K sóng mang, băng tần bộ phát ñáp vệ tinh ñược chia thành một chuỗi gồm L băng tần con nhưng lúc này L < N. Các băng tần con này ñược sử dụng bởi các VSAT hoạt ñộng. Hình 4.19 minh họa cách thức làm việc của quá trình ấn ñịnh theo yêu cầu ñối với FDMA trong trường hợp K =1. Nếu số lượng sóng mang vượt quá số lượng băng tần con ñược ấn ñịnh từ băng thông bộ phát ñáp vệ tinh thì sẽ xuất hiện nghẽn tại các VSAT, nghĩa là tại thời ñiểm diễn ra cuộc gọi thì không có sóng mang mới nào có thể thiết lập ñược. Hình 4.19 FDMA ấn ñịnh theo yêu cầu (K =1) Ví dụ, xét lại một mạng VSAT như trong hình 4.16, với Nt = 8 ñầu cuối người dùng trên một VSAT và tối ña K = 4 sóng mang SCPC trên một VSAT, mỗi sóng mang ñược phát tại tốc ñộ Rc = 128 kbps, và băng thông yêu cầu b = 200 kHz. Giả thiết các ñầu cuối người dùng phát lưu lượng với cường ñộ At = 0.1Erlang, thì cường ñộ lưu Tốc ñộ bit Rc Thời gian Tần số Không có lưu lượng Hoạt ñộng Hoạt ñộng Hoạt ñộng L VSAT hoạt ñộng (L<N) ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 95 SVTH: Trần Minh Quang lượng cung cấp cho K = 4 kênh dung lượng VSAT là AVSAT = NtAt = 0.8 erlang. Giả thiết N = 50 VSAT, tại mỗi thời ñiểm có nhiều nhất K ñầu cuối phát lưu lượng, vì thế cường ñộ lưu lượng cung cấp cho L băng tần con là A = NKAt = 50 x 4 x 0.1 = 20 erlang. Xác suất nghẽn ñối với quá trình thiết lập liên kết có thể ñược giữ ở mức thấp bằng cách có ñủ một lượng lớn băng tần con. Ví dụ sử dụng công thức 4.5 và lấy ra L =35 băng tần con, xác suất nghẽn thiết lập sóng mang là E35 (20) = 7x10-4 = 0.07%. Nếu một cuộc gọi bị nghẽn vì lý do một ñầu cuối không thể truy nhập một trong số K kênh, hoặc vì VSAT không thể truy nhập một trong số L băng tần con thì xác suất một cuộc gọi bị nghẽn ñược xác ñịnh bởi : Pb = E4(0,8) + E35(20) = 8.10-3 + 7.10-4 = 0.87 % Lúc này dung lượng mạng yêu cầu là LRc = 35x128kbps = 4.48 Mbps và băng thông yêu cầu là Lb = 35 x 200 KHz = 7MHz. 4.6.4.3 Ấn ñịnh cố ñịnh với TDMA (FA - TDMA) Hình 4.20 minh họa quá trình ấn ñịnh cố ñịnh kết nối với hoạt ñộng TDMA. Mỗi VSAT phát một cụm sóng mang trong khe thời gian ñược ấn ñịnh, số khe thời gian bằng với số trạm VSAT (L). Vị trí và khoảng cách của các cụm là cố ñịnh, vì thế dung lượng của mỗi VSAT không ñổi với bất kì nhu cầu lưu lượng. Nếu Rc là tốc ñộ bit truyền thì dung lượng mạng tổng cộng là Rc, và dung lượng ñược ấn ñịnh cho một VSAT là Rc/L. Nếu một VSAT không có lưu lượng ñể truyền thì khe sẽ ñược giữ ở trạng thái rỗi (không bị chiếm) và dung lượng tương ứng với nó sẽ bị mất trong mạng. Ấn ñịnh cố ñịnh có ưu ñiểm là ñơn giản, không gây ra nghẽn cũng như thời gian trễ trong quá trình thiết lập sóng mang. Tuy nhiên dung lượng tổng cộng của mạng VSAT (băng thông bộ phát ñáp ñược ấn ñịnh trên mạng) ñược sử dụng một cách hạn chế nếu nhu cầu lưu lượng thay ñổi lớn. Nghẽn có thể xuất hiện tại các ñầu cuối người dùng, xác suất nghẽn có thể ñược tính tương tự như trường hợp ấn ñịnh cố ñịnh với FDMA. Ta có thể giả thiết rằng cụm ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 96 SVTH: Trần Minh Quang sóng mang ñược chia thành K cụm con, mỗi sóng mang tương ứng với một kênh sẵn có ñến các ñầu cuối người dùng ñược gắn trên VSAT. Hình 4.20 TDMA ấn ñịnh cố ñịnh Tương tự như trước, xét L = 50, K = 4, Nt = 8, và At = 0.1 erlang. Xác suất nghẽn ñối với ñối với một ñầu cuối là E4(0.8) = 8 x 10-3 = 0.8%. 4.6.4.4 Ấn ñịnh theo nhu cầu với TDMA (DA – TDMA) Hình 4.21 minh họa cách thức N trạm dùng chung L khe thời gian của một khung, với N > L. Một VSAT muốn thiết lập một liên kết (thay ñổi trạng thái sóng mang ‘on’ từ sóng mang ‘off’) thì có thể truy nhập một khe thời gian rỗi (không bị chiếm) trên khung hoặc nếu nó ñã hoạt ñộng rồi thì có thể tăng dung lượng bằng cách tăng khoảng thời gian của cụm của nó, và khi ñó sẽ hỗ trợ một số lượng lớn các kết nối. ðiều này ñòi hỏi phải thay ñổi thời gian cụm theo hoạch ñịnh và thực hiện dưới sự ñiều khiển của hệ thống quản lý mạng NMS tại trạm HUB. Khi nhu cầu lưu lượng từ tất cả VSAT vượt quá dung lượng Rc ñược cấp, nghẽn của quá trình thiết lập liên kết có thể xuất hiện trong trường hợp khung TDMA bị ñầy bởi các cụm sóng mang. Không có lưu lượng Tốc ñộ bit Rc Thời gian Tần số Hoạt ñộng Hoạt ñộng Hoạt ñộng Khoảng thời gian một khung TDMA ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 97 SVTH: Trần Minh Quang Hình 4.21 TDMA ấn ñịnh theo nhu cầu Ví dụ, dung lượng mạng KL = 4 x 50 = 200 kênh ñược xét trong mô hình FA –TDMA trên lúc này có giá trị ñối với một nhóm tất cả các ñầu cuối người dùng, cường ñộ lưu lượng tổng cộng của chúng là A = N x 8 x 0.1 = 0.8 erlang với N là số lượng VSAT trong mạng. So với FA – TDMA, có thể chọn N ñể ñạt ñược xác suất nghẽn ñối với một ñầu cuối là 0.8% nghĩa là E200(A) = 0.8%, tương ứng với A = 178 erlang. Vì thế N = 178 / 0.8 = 222, ñiều này chỉ ra rằng số lượng VSAT trong mạng có thể tăng theo hệ số 222/50 = 4.4. 4.6.4.5 Thủ tục ña truy nhập ấn ñịnh theo nhu cầu (DAMA) ðối với ấn ñịnh theo nhu cầu, một VSAT sẽ nhận ñược nhu cầu gọi từ một trong những ñầu cuối người dùng gắn trên nó. ðiều này ñược minh họa trong hình 4.22 và ñược gọi là “khoảng thời gian gọi”. Cuộc gọi này có liên quan tới : - Một ứng dụng tại máy chủ lắp ñặt tại HUB, hoặc - Một ñầu cuối người dùng nối với một trong số VSAT trên mạng. ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 98 SVTH: Trần Minh Quang Như minh họa trong hình 4.22, khi ñó VSAT gửi yêu cầu ñến trạm HUB bằng kênh báo hiệu hướng vào riêng, và HUB sẽ ấn ñịnh dung lượng yêu cầu nếu có ñến các VSAT tương ứng bằng các bản tin trả lời phát trên một kênh báo hiệu hướng ra và chuyển ñến quá trình ấn ñịnh dung lượng (tần số sóng mang, khe thời gian, mã). Hình 4.22 thủ tục ña truy nhập ấn ñịnh theo nhu cầu (DAMA) : (1) thiết lập kết nối từ ñầu cuối ñến máy chủ; (2) thiết lập kết nối từ ñầu cuối ñến ñầu cuối. ðối với kết nối giữa ñầu cuối người dùng và máy chủ, trễ của một ñáp ứng tới là trễ hai hop cộng với thời gian xử lý. ðối với kết nối giữa hai ñầu cuối người dùng, trạm HUB sẽ phát một bản tin ấn ñịnh ñến ñầu cuối ñích và ñợi bản tin chấp nhận cuộc gọi. ðiều này sẽ ngăn cản các dung lượng ấn ñịnh của cuộc gọi ñến trước khi bảo ñảm cuộc gọi có thể ñược chấp nhận tại ñầu cuối ñích. Lúc ñó trạm HUB sẽ ấn ñịnh dung lượng ñến VSAT chủ gọi. Khi ñó quá trình thiết lập kết nối sẽ tốn một khoảng thời gian bằng thời gian trễ 4 hop cộng với thời gian xử lý. Một khi kết nối ñược thiết lập từ ñầu cuối ñến ñầu cuối thì trạm HUB hoạt ñộng như một chuyển mạch. Ấn ñịnh theo nhu cầu ñòi hỏi quá trình báo hiệu hỏi/ñáp phải ấn ñịnh một số dung lượng mạng. Ngoài ra trễ dự trữ ñược xem như là thời gian báo hiệu ñể ñịnh tuyến và xử lý cuộc gọi. ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 99 SVTH: Trần Minh Quang Khi quá trình truy nhập của các VSAT ñến kênh báo hiệu ñược tổ chức theo phương thức ấn ñịnh cố ñịnh, nhu cầu giới hạn dung lượng kênh báo hiệu ñến mức chấp nhận ñược của dung lượng mạng tổng cộng sẽ làm giới hạn số lượng VSAT trong mạng. ðể khắc phục nhược ñiểm này và tăng khả năng mở rộng số lượng VSAT trong mạng người ta sử dụng phương thức truy nhập ngẫu nhiên (chẳng hạn như phương thức ña truy nhập phân chia theo thời gian ngẫu nhiên ALOHA…). ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 100 SVTH: Trần Minh Quang PHẦN 2 ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG MẠNG VSAT CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG MẠNG VSAT 5.1 Một số ứng dụng của mạng VSAT Mạng VSAT ñược sử dụng ñể cung cấp rất nhiều loại ứng dụng và ñược phân loại chủ yếu dựa trên hai hình thức cung cấp dịch vụ: quảng bá (hay ứng dụng một chiều), và ứng dụng tương tác (hay ứng dụng hai chiều). - Ứng dụng quảng bá : quảng bá là ứng dụng ñược phổ biến sớm nhất mà ñược cung cấp bởi mạng VSAT (hình 5.1). ðể thực hiện truyền tín hiệu hình ảnh ñến người sử dụng dịch vụ truyền hình vệ tinh, các ñài truyền hình có thể sử dụng tiêu chuẩn truyền hình truyền thống là NTSC, PAL hoặc SECAM với phương thức ñiều chế tần số (FM) hoặc sử dụng tiêu chuẩn truyền hình số mặt ñất DVB-S (Digital Video Broadcasting – Satellite) ñể truyền tín hiệu. Hình 5.1 Mô hình cung cấp ứng dụng truyền hình quảng bá bằng mạng VSAT ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 101 SVTH: Trần Minh Quang Một số ví dụ về ứng dụng quảng bá như :  Bảng báo giá, bảng kiểm kê hàng tồn kho.  Chứng khoán, hợp ñồng, thông tin mặt hàng.  Dự báo thời tiết, tỉ số thể thao, thông tin báo chí, thông tin công ty - tổ chức - cơ sở.  Phát thanh  Hội nghị truyền hình số hoặc giải trí  Phân phối internet… Các ứng dụng Internet qua vệ tinh giúp cho nhà cung cấp dịch vụ thay thế ñược nhu cầu sử dụng Internet qua các ñường truyền tốc ñộ cao trên mặt ñất. Hơn nữa các nhà cung cấp có thể truyền lưu lượng Internet trên các sóng mang truyền hình số có sẵn do ñó sẽ ñạt hiểu quả về chi phí. Hình 5.2 quảng bá Internet thông qua ñường truyền vệ tinh - Ứng dụng tương tác (thoại, Internet, truyền dữ liệu, ...) là ứng dụng thông tin hai chiều cung cấp cho người sử dụng ñược thực hiện thông qua mạng VSAT. Ngoài ra, Trạm quảng bá VSAT chỉ thu (ñược ñặt trên nóc nhà) Máy tính ñầu cuối người dùng có gắn card thu tín hiệu vệ tinh ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 102 SVTH: Trần Minh Quang mạng VSAT còn ñược ứng dụng làm truyền dẫn trong mạng viễn thông và các ứng dụng khác, chẳng hạn như : a) Các dịch vụ dữ liệu hai chiều : • Truyền dữ liệu cho các cơ quan tài chính, các nhà môi giới chứng khoán, ngân hàng; • Quản lý sự hoạt ñộng của các ñiểm kinh doanh cho các siêu thị, shop bán lẻ, trạm xăng dầu, cửa hàng thức ăn nhẹ, các thiết bị rút tiền tự ñộng ATM hay các máy giao dịch qua thẻ tính dụng; • Truyền các thông tin ñăng kí trước và xác nhận cho hàng không, khách sạn, ñiểm cho thuê xe, các công ty du lịch. • Xử lý từ xa và mở rộng mạng LAN… Hình 5.3 Các ứng dụng của dịch vụ dữ liệu hai chiều. ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 103 SVTH: Trần Minh Quang b) Các dịch vụ thoại hai chiều : • Các dịch vụ thoại cho các công ty kinh doanh và các mạng riêng. • Mở rộng khả năng mạng PSTN ñến các vùng nông thôn, hải ñảo. Hình 5.4 các ứng dụng thoại Một thiết bị VSAT cũng ñủ linh hoạt ñể thực hiện một kết nối thoại ñơn ñối với các mức lưu lượng rất thấp, hay nhiều kết nối ñến tổng ñài nội bộ cơ quan PABX. Hơn nữa một thiết bị VSAT có thể kết nối ñến trạm gốc ñể mở rộng các dịch vụ sử dụng mạch vòng vô tuyến nội hạt WLL (Wiless Local Loop). Sự kết hợp của mạng VSAT và WLL có thể mở rộng ñược các dịch vụ thoại cơ bản cho những nơi ñang sử dụng các công nghệ khác mà kém hiệu quả về chi phí. Ví dụ một VSAT ñược trang bị 8 kênh vệ tinh và một trạm gốc WLL có thể phục vụ ñược một số lượng 500 ñiện thoại. Các ñiện thoại ở ñây có thể là ñiện thoại thẻ không dây ñược cấp nguồn bởi năng lượng mặt trời hay các ñiện thoại không dây cố ñịnh cho các ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 104 SVTH: Trần Minh Quang người dùng nội ñịa hay kinh doanh. Bán kính vùng phủ sóng cho một ñơn vị WLL thông thường từ 12 ñến 20 dặm. Ba minh họa ứng dụng kết hợp mạng VSAT và mạch vòng vô tuyến nội hạt ñể cung cấp dịch vụ cho vùng nông thôn. Hình 5.5 ứng dụng kết hợp mạng VSAT và WLL c) Các dịch vụ truyền hình hai chiều : Các tốc ñộ nén hiện thời cho phép quá trình hội nghị truyền hình tại tốc ñộ 64 kbps. Tuy nhiên sự dung hòa tốt nhất giữa chất lượng và chi phí ñược thiết lập tại tốc ñộ 384 kbps. Các người dùng VSAT thông thường thực hiện truyền hình trên tuyến ra (từ trung tâm ñến các nhánh) tại tốc ñộ 384 kbps và trên tuyến vào (từ các nhánh ñến trung tâm) tại tốc ñộ 64 kbps. Cấu hình này ñảm bảo ñược chất lượng trên tuyến ra và tiết kiệm tốc ñộ trên tuyến vào. Nếu người dùng cần chất lượng ñối xứng thì tuyến vào cũng ñược thiết lập tại tốc ñộ 384 kbps. Trạm chủ HUB VSAT và trạm phát sóng Truyền dẫn sử dụng kỹ thuật VSAT Cung cấp dịch vụ qua truyền dẫn mạch vòng vô tuyến nội hạt Thị trấn, làng, xã ðiện thoại thẻ Hộ dùng riêng ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 105 SVTH: Trần Minh Quang 5.2 Dịch vụ VSAT–IP Dịch vụ VSAT là dịch vụ cố ñịnh vệ tinh cho phép người sử dụng với anten vệ tinh cỡ nhỏ có kích thước từ 0,6m ñến 12,4m có thể sử dụng các loại hình dịch vụ viễn thông, truyền thông trực tiếp từ mạng VSAT thông qua ñường truyền dẫn vệ tinh. Dịch vụ VSAT IP là dịch vụ VSAT sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng iPStar ñể cung cấp các dịch vụ viễn thông trên nền giao thức IP (Internet Protocol). Các vệ tinh iPStar sử dụng công nghệ nhân băng tần bằng việc dùng nhiều búp sóng nhỏ (spot beam) phủ chụp ñể truyền tải, tạo ra băng thông lớn hơn nhiều so với vệ tinh thông thường. Các máy trạm tại mặt ñất nhận sóng của vệ tinh, chuyển tải ñể hoạt ñộng như các máy trạm bình thường của mạng mặt ñất. Phương thức truyền tải trên mạng VSAT sử dụng vệ tinh (truyền vô tuyến). Trạm VSAT thực chất như một tổng ñài, chỉ khác về phương pháp truyền tải không qua cáp quang, dây nối như mạng mặt ñất, mà dùng sóng vệ tinh nhưng vẫn ñảm bảo ñược ñộ lớn băng thông và chất lượng truyền tải dữ liệu bằng công nghệ tiên tiến. Hình 5.6 ứng dụng của dịch vụ VSAT-IP ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 106 SVTH: Trần Minh Quang Dịch vụ VSAT-IP ñược thiết kế ñể truyền tốc ñộ rất cao, tích hợp các ứng dụng nhằm ñáp ứng nhu cầu của tất cả mọi tổ chức, tập ñoàn lớn cần có băng thông rộng, các doanh nghiệp vừa và nhỏ có nhu cầu băng tần cao tùy lúc, và người dùng cá nhân muốn sử dụng dịch vụ truy nhập băng rộng. Với VSAT-IP, tạo ra một dạng kết nối băng rộng có chi phí băng tần hợp lý, linh hoạt cho nhiều ứng dụng như download và upload nhanh chóng file có dung lượng lớn, dịch vụ truyền hình hội nghị, dịch vụ thoại, dịch vụ truyền dẫn phát sóng, kênh thuê riêng, mạng riêng ảo – VPN, dịch vụ Internet không dây trong một tòa nhà văn phòng hay chung cư... ðặc biệt, dịch vụ ñược cung cấp tới cả các vùng sâu, vùng xa, nơi biên giới, hải ñảo với những ñịa hình phức tạp nhất. Mô tả dịch vụ: Dùng bộ Anten VSAT-IP ñể thu tín hiệu Internet tốc ñộ cao từ vệ tinh THAICOM4: ðầu tiên ta lắp ñặt 1 trạm VSAT-IP ñặt ở trung tâm của những xã có nhu cầu sử dụng ñường truyền tốc ñộ cao nhưng chưa có dịch vụ ADSL. Tại nơi ñặt trạm VSAT-IP, ta ñưa tín hiệu Internet vào 1 Switch thứ nhất. Sau ñó ta dùng cáp RJ45 kéo từ Switch ñặt tại trạm VSAT-IP ñến những ñịa ñiểm trên. Mỗi ñịa ñiểm này ta có thể gắn 1 Switch thứ hai nữa ñể chia sẻ tín hiệu Internet cho các máy trong một ñiểm. Trạm VSAT-IP tự ñộng cấp ñịa chỉ IP cho nên tùy theo số lượng máy tính truy cập mà thiết bị sẽ cấp cho mỗi máy. Mặc ñịnh sẽ cấp là 254 ñịa chỉ IP tương ứng với 254 máy tính truy cập cùng 1 lúc. ðối tượng sử dụng dịch vụ: các xã vùng sâu vùng xa, các ñơn vị, công ty có nhu cầu sử dụng. Hình thức cung cấp:  Cung cấp theo yêu cầu của khách hàng  Cung cấp theo hợp ñồng trọn gói 5.3 Khả năng áp dụng mạng VSAT trong viễn thông ở Việt Nam 5.3.1 Hiện trạng Trước ñây, dịch vụ VSAT ở nước ta cũng chỉ mới dừng lại ở cung cấp dịch vụ thoại, fax mà chưa phát huy hết các tiềm năng của mạng VSAT ở các loại hình ứng ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 107 SVTH: Trần Minh Quang dụng khác như Internet băng rộng, truyền hình vệ tinh kỹ thuật số, truy nhập số liệu.... Kể từ khi công ty Viễn Thông Quốc tế-VTI (thuộc Tập ñoàn Bưu Chính Viễn Thông Việt Nam) hợp tác với ñối tác nước ngoài như Shin Satellite Public Company Limited (Thái Lan) ñã cho thấy ứng dụng từ VSAT thật sự phát triển. ðiển hình như ðài Truyền Hình Việt Nam cung cấp dịch vụ truyền hình qua vệ tinh (DTH- Direct To Home) có mặt ở hầu hết các tỉnh, thành trong cả nước; sở Khoa Học Công Nghệ ðồng Nai ñã ứng dụng công nghệ này ñưa Internet về nông thôn. Dịch vụ VSAT ñã và ñang ñóng một vai trò rất tích cực cho phát triển của viễn thông Việt Nam, ñặc biệt trong thực hiện cung cấp dịch vụ viễn thông cho các vùng biệt lập, biên giới, hải ñảo hoặc các trường hợp ứng cứu thông tin khẩn cấp. Dịch vụ VSAT ở nước ta không chỉ cung cấp dịch vụ thoại, FAX mà nó ñang dần phát huy hết các tiềm năng của mạng VSAT ở các loại hình ứng dụng khác như Internet băng rộng, truyền hình vệ tinh kỹ thuật số, truy nhập số liệu, .... Trong thời gian gần ñây, cùng với sự tham gia của Công ty Viettel vào thị trường này cũng như ðài truyền hình Việt Nam cung cấp dịch vụ truyền hình qua vệ tinh (DTH) ñã cho thấy nhận ñịnh này không phải là không có cơ sở. 5.3.2 Tiềm năng của dịch vụ VSAT trong lĩnh vực viễn thông, quảng bá ðể tham gia, phát triển thành công mạng VSAT, doanh nghiệp viễn thông ở Việt Nam có rất nhiều phương án lựa chọn về phát triển dịch vụ từ các ứng dụng của mạng VSAT, một số ứng dụng tiêu biểu như sau: a. Dịch vụ Internet tốc ñộ cao; b. Dịch vụ truyền hình vệ tinh kỹ thuật số (DTH); c. Dịch vụ kênh thuê riêng; d. Làm truyền dẫn cho kết nối mạng viễn thông (làm truyền dẫn cho mạng di ñộng ở các vùng biệt lập; kết hợp WLL trong cung cấp dịch vụ ở vùng nông thôn, ...); e. Giải pháp thông tin trong tình trạng khẩn cấp. Ngoài ra, với ñặc ñiểm không bị phụ thuộc vào khoảng cách, vị trí ñịa lý, mạng VSAT sẽ là một giải pháp kỹ thuật mang tính chiến lược trong quá trình thực hiện ñẩy mạnh việc phổ cập dịch vụ viễn thông ở Việt Nam. ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 108 SVTH: Trần Minh Quang Dự báo trong thời gian tới, dịch vụ VSAT ở Việt Nam sẽ có những bước phát triển nhanh mang tính ñột phá trên cơ sở có thêm sự tham gia của doanh nghiệp mới, ña dạng về loại hình dịch vụ trong lĩnh vực viễn thông, quảng bá và nhu cầu về dịch vụ viễn thông, truyền thông ngày càng cao của xã hội. ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 109 SVTH: Trần Minh Quang Kết luận Mạng VSAT hiện nay ñang là một trong những ứng dụng rất phổ biến.Với những ưu thế về tính linh ñộng, phạm vi hoạt ñộng bao phủ toàn thế giới, dễ dàng triển khai với ở các vùng hải ñảo xa xôi, mạng VSAT ñang dần thu hút ñược một lượng lớn khách hàng tham gia sử dung. ðặc biệt sự phát triển của công nghệ truy nhập băng rộng VSAT–IP trong thời gian gần ñây ñã cho thấy ñược tầm ảnh hưởng của nó, và chắc chắn công nghệ này sẽ còn vươn xa hơn trong tương lai. Nội dung của ñồ án ñã phân tích tổng quan về mạng và dịch vụ VSAT, một số vấn ñề liên quan ñến quản lý và ñánh giá tiềm năng phát triển loại hình dịch vụ này ở Việt Nam. Việc triển khai thành công dịch vụ VSAT ở Việt Nam cũng là tiền ñề cho triển khai thành công của dự án VINASAT nói riêng và sự phát triển của thông tin vệ tinh ở Việt Nam nói chung. Do kiến thức em còn hạn chế mà các vấn ñề liên quan tới mạng vệ tinh khá rộng nên trong phạm vi ñề tài em không thể ñề cập hết ñược và không thể tránh khỏi sai sót, vì vậy em rất mong nhận ñược sự ñóng góp ý kiến của các thầy và các bạn ñể ñề tài của em hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn. ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 110 SVTH: Trần Minh Quang THUẬT NGỮ VÀ KÝ HIỆU Ký hiệu Thuật ngữ Nghĩa Apogee Cực viễn (viễn ñiểm). BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit. CCIR Consultative Committee International Radio Ủy ban tư vấn vô tuyến quốc tế. CDMA Code Division Mulile Access ða truy nhập phân chia theo mã. DBS Direct Broadcast Sattellite Vệ tinh quảng bá trực tiếp. DEM Demodulator Bộ giải ñiều chế. DEMUX Demultiplexer Bộ phân/tách kênh. DTH Direct To Home Truyền hình trực tiếp ñến nhà. Eb/N0 Tỉ số năng lượng bit / mật ñộ tạp âm. EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power Công suất phát xạ ñẳng hướng tương ñương. ES Earth Station Trạm mặt ñất. FDMA Frequency Division Multiple Access ða truy nhập phân chia theo tần số. FEC Forward Error Code Mã sửa lỗi trước. GEO Geostationary Earth Orbit Quỹ ñạo ñịa tĩnh. GSO Geostationary Orbit Quỹ ñạo ñịa tĩnh. HPA High Power Amlifier Bộ khuếch ñại công suất cao. IF Intermediate Frequency Trung tần. INTELSAT International Telecommunications Satellite Organization Tổ chức vệ tinh viễn thông quốc tế. ITU Internationnal Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 111 SVTH: Trần Minh Quang LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch ñại tạp âm thấp. MOD Modulator Bộ ñiều chế MUX Multiplexer Bộ ghép kênh. NASA National Aeronautics and Space Administration Cục quản trị hàng không và vũ trụ quốc gia. Perigee Cực cận (cận ñiểm). RF Radio Frequency Tần số vô tuyến. SCPC Singer Channel Per Channel ðơn kênh trên sóng mang. TDMA Time Division Multiple Access ða truy nhập phân chia theo thời gian. TT&C Telemetry, tracking & Control ðo từ xa, bám và ñiều khiển. TWT Travelling Wave Tube ðèn sóng chạy. UW Unique Word Từ duy nhất. U/C Up Converter Bộ biến ñổi nâng tần. VOW Voice Orderwire Kênh nghiệp vụ thoại. WH West Hesmispheric Beam Búp sóng bán cầu Tây WZ West Zone Beam Búp sóng khu vực phía Tây. ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 112 SVTH: Trần Minh Quang TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] John Wiley & Sons, VSAT Networks, 2003. [2] Kiều Xuân ðường, Bài giảng Thông tin Vệ tinh, 2001. [3] Nhà XBKH & KT, Công nghệ Thông tin Vệ tinh, 1997. [4] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin Vệ tinh, 2007. [5] INTELSAT application Support and Training Department, INTELSAT VSAT handbook, 1998. [6] một số website tham khảo :