Sự phát triển của hệ thống vệ tinh và phân tích cấu trúc mạng thông tin vệ tinh di động

i liên vệ tinh . Do tính phức tạp vốn có của việc thiết kế này và nhu cầu cần thiét phải có những phân tích lặp đi lặp lại cũng như tính linh hoạt của nó mà máy tính được dùng trong việc mô phỏng các định mức việc mô phỏng được tạo ra nhờ những phân bố theo vùng. II.3.5 Tác động của độ cao của vệ tinh Lấy hệ thống LEO làm mẫu chúng ta sẽ xem xét lại tác động của độ cao ảnh hưởng tới các hệ thống như thế nào nguồn lợi tối đa thu được từ một hệ thống. LEO phụ thuộc vào dung lượng của hệ thống trong khi nó vẫn duy trì được chất lượng bằng mọi biện pháp như độ trễ hoặc tỷ lệ các lỗi bit. Dung lượng của hệ thống được xác định như số kênh của mỗi vệ tinh và nhóm vệ tinh thuộc hệ thống và nó cũng phụ thuộc vào EIRP vệ tinh hiện có, phổ và tần số tái sử dụng trong khi phổ phụ thuộc vào mức qui định thì ETRP của vệ tinh và tần số tái sử dụng lại bị ảnh hưởng bởi độ cao của vệ tinh công suất của vệ tinh sẽ tăng theo độ cao và việc sử dụng phố với cùng số chùm sóng do đó việc giảm độ cao sẽ tăng dung lượng và giảm độ trễ. Những thông số của hệ thống quyết định độ cao của quỹ đạo + Độ trễ truyền dẫn + Sử dụng phổ + Công suất tầu vũ trụ + EIRP của đầu cuối người dùng Gavish và Kalvenr (1998) đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ cao vệ tinh trong khoảng 500-7500 km đến các tham số này và đã đưa ra một số kết luận thú vị. Nghiên cứu này cho thấy ở độ cao thấp làm tăng khả năng tái sử dụng tần số, dung lượng và công suất. Tuy nhiên những kết quả này liên quan đến độ trễ truyền sóng vẫn không rõ ràng. Việc tăng độ cao làm giảm độ trễ định tuyến trên mặt đất. Tuy nhiên khi sử dụng hệ thông kết nối liên vệ tinh thì độ cao trung bình trong khoảng cách được nghiên cứu đã đưa ra những độ trễ nhỏ nhất vì số nút chuyển mạch trong quỹ đạo mặt đất thấp tằng lên nhưng người ta cũng lưu ý răng độ trễ này phụ thuộc vào loại lưu lượng. Cùng với sự phát triển của công nghệ thì thời gian chuyển mạch sẽ giảm xuống. hơn nữa tái sử dụng tần số cũng tăng lên khi độ cao giảm. Tuy vậy vẫn có mặt hạn chế ở dung lượng nguồn của tầu vũ trụ ví dụ theo độ cao thì công xuất của máy bộ đàm tăng ảnh hưởng đến kích cỡ và trọng lượng của máy và thông lượng sẵn có. Ta thấy số lần tái sử dụng tần số trên toàn trái đất như là một hàm số của độ cao đối với một số kích cỡ anten tầu vũ trụ. Tái sử dụng ở một dải độ cao là 125 đối với chùm sóng 10 độ và 20 đối với chùm sóng 30 độ. Độ nhạy cảm của pin mặt trời và kích cỡ ac qui tương ứng với độ cao thì trọng lượng hệ thống nguồn cung sẽ tăng ngay cả khi dung lượng và chu kì che khuất giảm xuống điều này xẩy ra là do dung lượng tăng tuyến tính nhưng công suất lại tăng bình phương với độ cao. II.4 Những vấn đề về mạng Ngày nay các hệ thống truyền thông di động cá nhân đã phát triển với mục tiêu mở rộng các dịch vụ di động và cố định mặt đát cũng như cung cấp các dịch vụ hỗ trợ đặc biệt cho các hệ thống vệ tinh. Người ta đã hoàn thiện những hệ thống di động mặt đất ở những vùng tưởng như không thể có được hệ thống này. Trong một mạng như vậy thì việc có thể việc xắp xếp hợp lý đòi hỏi cần phải tạo ra những nhóm thuê bao hoặc những mạng cá nhân các mạng của MSS đã phát triển nhằm đáp ứng những đòi hỏi này và cũng có rất nhiều thay đổi trong cấu trúc mạng do những yếu tố khác nhau trong các dịch vụ về mạng đã đề cập ở trên. Cấu tạo mạng bao gồm 2 loại cấu tao theo hình lưới và cấu tạo theo hình sao. Cấu tạo theo hình lưới giúp các thê bao có thể hoàn toàn kết nối được với nhau trong khi đó ở cấu trúc mạng theo hình sao một trạm trung gian lớn với một số thuê bao không thể kết nối với nhau thông qua một một nút ở tâm các hệ thống MSS trước đây có cấu trúc dạng sao bởi vì sự kết nối giữa các thuê bao di động không được duy trì tại các vệ tinh có công xuất hạn chế những hệ thống gần đây thuộc MSS đã cung cấp dịch vụ kết nối trực tiếp giữa các thuê bao di động MSS có thể bao gồm một nhóm các thuê bao ở gần nhau trong một vùng dịch vụ giới hạn hoạt động ví vụ như ở trong một đoàn xe, hệ thống có thể là một phần của mạng công cộng. Trong phạm vi một mạng người ta có thể cung cấp việc kết nối theo chuyển mạch kênh hoặc mạng chuyển mạch gói với những dữ liệu trong một mạng chuyển mạch kênh việc kết nối được sắp xếp trước khi cuộc gọi bắt đầu. Ơ mạng chuyển mạch gói thì các thông tin được chuyển giao trọn gói thông qua môt đường truyền đặc biệt. Theo truyền thống việc truyền tiếng nói là điều rất quan trọng trong mạng truyền thông dân dụng vì thế các mạng MSS đều có cấu trúc chuyển mạch kênh. Do sự phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây của việc truyền dữ liệu và nhu cầu truyền dữ liệu một cách tiết kiệm, việc sử dụng các mạng truyền tin chuyển mạch gói đang tăng lên. Hình dạng của mạng phụ thuộc vào sự hoà hợp giữa mạng vệ tinh di động và các mạng tế bào mặt đất có ít sự kết hợp ở cấp mạng đối với MSS thế hệ thứ nhất và thế hệ thứ hai nhưng các hệ thống trong tương lai sẽ có nhiều sự tương đồng hơn. Một mạng vệ tinh gồm kết nối vô tuyến đối với các thuê bao di động, một hệ thống quản lý thuê bao di động, một trung tâm điều hành di động và một giao diện với mạng công cộng. Bản thân hệ thống MSS có 2 phần. Một bộ phận dùng cho truyền thông giữa các phần cố định của MSS và một bộ phận di động. Việc tiếp cận với mạng mặt đất phụ thuộc vào bản chất của dịch vụ mặt đất ví dụ của dịch vụ, những tiêu chuẩn và các giao thức giao diện tới các dịch vụ vệ tinh di động bao gồm điện thoại, Fax và X25, ISDN, IP, ATM, trong mỗi trường hợp, việc báo hiệu ở lớp vệ tinh được gói gọn trong mạng cố định. Việc báo hiệu liên quan với bộ phận di động tạo ra một sự kết nối ổn định, điều hành các thuê bao di động cũng như tài nguyên vô tuyến. Nó thực sự là một kết nối đáng tin cậy. Ngược lai việc báo hiệu giữa các bộ phận cố định của mạng MSS tạo nên sự kết nối thông tin giữa bộ phận cố định cấu thành như quản lý thông tin di động, tính cước. Các hệ thống thông tin mặt đất như GSM đã trọng một phương pháp báo hiệu hoàn hảo đó là hệ thống số 7 (SS7). Trong một ví dụ điển hình của hệ thống GSM, SS7 đã được thay đổi để phù hợp với các thuê bao di động băng cách thêm một số chi tiết như phần di động ứng dụng (MAP) Chú ý; OSI là một mô hình tham chiếu có ích trong việc tìm hiểu chức năng và cấu trúc mạng. Mô hình này chia thành 7 lớp theo logic mỗi lớp thể hiện một chức năng riêng biệt và giao tiếp theo chiều dọc. Trong quá trình truyền tin, thông tin từ lớp trên được lớp dưới tóm tắt bằng bộ phận có chứa thông tin ở lớp ngang bằng với nó (xem bảng 8.9) quá trình này được tiếp tục đến khi thông tin được truyền lên đến lớp vật lý và lớp này truyền các tín hiệu thông qua một phương tiện thông tin khách ví dụ như một vệ tinh kết nối để đến một nút khác. Trong quá trình kết nối thông tin với nút khác mỗi lớp sẽ truyền tin sang một lớp ngang bằng với nó sử dụng phiên bản truyền ngang nhau (Bảng II.4) Ưng dụng Đồ thị Hội nghị Vận chuyển Lớp mạng Lớp liên kết Lớp vật lý Ưng dụng Đồ thị Hội nghị Vận chuyển Lớp mạng Lớp liên kết Lớp vật lý Truyền dẫn Các tiêu chuẩn khác được sử dụng trong hệ thống phân phối là TCP, IP hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong Internet TCP/IP được ứng dụng trước OSI và khác hẳn với mô hình này ở nhiều điểm nó không xác định rõ kết nối dữ liệu tầng vật lý. Ba tầng trên cũng của OSI được dồn vào một tầng ứng dụng riêng lẻ, tâng trung chuyển hỗ trợ cho 2 phiên bản khác là TCP và UDP tầng Internet dưới nó dược vận hành bởi phiên bản internet (IP). Một cấu trúc mạng dựa trên mẫu OSI rất phù hợp với việc xác định rõ và tiêu chuẩn hoá mạng thông tin di động một tiêu chuẩn được công nhận cho phép các nhà sản xuất chuyên gia điều hành mạng và các nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng các sản phẩm một cách độc lập và cũng cho phép họ hội nhập vào bất cứ một hệ thống đang hoạt động nào. Xét ví dụ hệ thống mặt đất GSM những tiêu chuẩn về mạng của nó được ứng dụng rất nhiều trên toàn thế giới cho phép các thuê bao dùng điện thoại để truy cập vào các mạng khác do các tiêu chuẩn này được chấp nhận rộng rãi nên rất nhiều chuyên gia điều hanh MSS trong các hệ thống Iridium, Globalstar và ICO đã tạo những mô hình tương tự đơn giản hoá việc hội nhập mạng của họ với các hệ thống mặt đất GSM Hình II.4 trình bầy đặc tính một mô hình của hệ thống MSS trong OSI. Ngày nay không có một hệ thống tiêu chuẩn nào tương tự như MSS bởi hầu hết các chuyên gia đều thiết kế những hệ thống riêng biệt của họ tuy nhiên nỗ lực nhằm tiêu chuẩn hoá vẫn đang tiếp diễn ngay cả khi nó đã được chứng minh là rất khó. Các mạng vệ tinh phải đảm bảo các chức năng sau +Xử lý cuộc gọi + Chuyển mạch + Quản lí di động + Quản lí tài nguyên vô tuyến + Quản lí mạng + Bảo mật Quản lý người sử dụng (CM) Chuyển mạch di động Cổng 1 Mạng cố định Quản lý chòm vệ tinh Cổng n Quản lí di động (GW) Quản lí mạg (NM) Mạng công cộng Dịch vụ di động Mạng riêng Mảng không gian BM CM NM BM NM GW NM Hình II.4 mô tả chức năng chính của MSS Mảng không gian bao gồm 1 hay nhiều vệ tinh tạo sự kết nối mong muốn giữa các mảng cố định và di động. Một số chức năng của phần mặt đất đều có thể thực hiện toàn bộ hoặc một phần bởi mảng không gian. Khi các máy phát đáp tái sinh được sử dụng thì một vài chức năng quản lý mạng ví dụ định tuyến cuộc gọi có thể được chuyển tới mảng không gian. Quản lí chòm vệ tinh có liên quan tới các chức năng viễn thám và điều khiển từ xa đối với tình trạng hoạt động của vệ tinh. Sự phát triển của quỹ đạo không gian, sự điều chỉnh quỹ đạo khi có những sai sót trong không gian. chức năng quản lí mạng liên quan tới việc quản lí tài nguyên vô tuyến trong khoảng thời gian thực theo dõi phổ tần vô tuyến, chất lượng tín hiệu, dòng lưu thông trong mạng, ghi lại các dữ liệu về thuê bao và các thông tin khác có liên quan đến thuê bao cho hệ thống điều hành. Hệ thống điều hành di động đảm bảo vị trí của thuê bao trong cơ sở dữ liệu và phản hồi lại với hệ thống quản lí mạng và các cổng vào khi cuộc gọi được kết nối. Tất cả các cổng vào mạng đều thuộc sự quản lí của nhà cung cấp mạng (ví dụ như hệ thống ICO) hoặc thuộc vệ các chủ sở hữu tư nhân ( vi dụ với hệ thống Globalstar). Hệ thống quản lí kinh doanh tạo ra một trung tâm kinh doanh chịu chách nhiệm quản lí thanh toán của các khách hàng sư dụng mảng không gian nối với các cổng vào hoặc hệ thống quản lí mạng, để tiếp nhận các cuộc gọi được ghi lại, cập nhật các thônh tin về thuê bao hiện hành và tiếp nhận những thuê bao mới . Các dịch vụ di động giới thiệu rất nhiều loại dịch vụ áp dụng cho thuê bao di động bao gồm cả các dịch vụ hỗ trợ. Hiện đang có các loại dịch vụ như thoại, dữ liệu, Fax, nhắn tin, gửi tin nhắn , gọi khẩn cấp và các dịch vụ khác như chuyển cuộc gọi. Trung tâm lập kế hoạch mạng bao quát cảc việc quản lý mạng xu hướg kinh doanh chức năng của mạng chiến lược phát triển đối với những thay đổi của mạng như việc mơ rộng tầm phủ sóng giới thiệu các dịch vụ mới tái triển khai các vệ tinh trong mạng. Các hệ thống MSS khác nhau rất nhiều về dịch vụ, cấu trúc phần không gian và phần mặt đất. Hình II.5 giới thiệu một cấu trúc mạng khả thi để minh hoạ cho sự tác động qua lại giữa mạng và các bộ phận cấu thành đã được đề cập ở trên. Những sự khác nhau cơ bản nằm ở các kỹ năng vận dụng trong việc quản lí tài nguyên, ví dụ như việc quản lí tài nguyên có thể là phân bố, trái ngược hẳn với kiểu tập trung được minh hoạ ở hình. Tầng ứng dụng của hệ thống di động cung cấp dịch vụ mong muốn, cần thiết cho các thuê bao đây có thể là một loại dịch vụ thông qua mạng công cộng hay mạng tư nhân mà PSTN là một ví dụ tiêu biểu. Dịch vụ này hình thành do việc sử dụng một nghi thức điều hành cuộc gọi đạt tiêu chuẩn cùng với dịch vụ PSTN được đưa ra ở tầng ứng dụng. Điều này thể hiện rõ ở việc chuyển tiếng tới thuê bao điện thoại, cần phải thiết lập đường truyền và tần số sóng thông qua các quy trình điều hành cuộc gọi của mảng không gian. Chức năng quản lí di động thực hiện việc xác định vị trí của cuộc gọi di động và tạo đường truyền để duy trì cuộc gọi trong mạng chuyển mạch gói mỗi phần được xác lập một đường truyền riêng. Trong một cấu trúc dạng GSM thì chức năng quản lý thực hiện việc hỏi, thẩm vấn các đăng kí thuê bao thường xuyên và vãng lai để xác định vị trí của cuộc gọi và loại dịch vụ sử dụng. VLR HLR VLR HLR BMS MSC NCC Dịch vụ di động Vệ tinh GW#n PFN PLMN SCC GW#1 Hình II.5 Trong chiến lược định tuyến tập trung một cơ sở dư liệu bao gồm cả các thuê bao và mảng không gian đều được duy trì. Kỹ thuậy này dẽ gây nên những tổn thất nhất định và sẽ gộp thành mức chi phí đáng kể. Trong một chiến lược định tuyến phân bố cơ sở dữ liệu được phân bổ tới các cổng vào hoặc các vệ tinh, do đó phương pháp này tốt hơn. Mỗi nút có thể tạo một đường truyền riêng. Trong cả hai phương án các máy di động truyền các vị trí của chúng một cách đều đặn. Phương pháp này khá đơn giản vì không cần phải lưu cơ sở dữ liệu nhưng lại lãng phí các tài nguyên của mạng. Hệ thống quản lý tài nguyên vô tuyến tối đa hoá việc sử dụng phổ sẵn có và công suất tầu vũ trụ, bảo dảm tất cả hạn chế ràng buộc trong và ngoài hệ thống đều được giữ ở mức độ có thể chấp nhận được. II.4.1 Quản lí di động Mục đích chính của các hệ thống MSS là tạo ra một mạng di động cá nhân phổ biến và không giới hạn đặc điểm này của mạng đòi hỏi tính liên tục của dịch vụ trong các cuộc gọi đường dài và nội hạt có liên quan đến vị trí địa lí của mạng di động hiện đang có nhiều loại đường truyền sóng và mỗi loại thích nghi với một môi trường riêng biệt do đó một hệ thống mạngg tính phổ biến không thể chỉ dựa trên những hệ thống vệ tinh riêng điều này đưa chúng ta đến một khái niệm về mạng thông tin cá nhân mang tính phổ biến khái niệm này đã được toàn thế giới quan tâm từ thập kỷ trước Quản lí di động của các hệ thống di động đòi hỏi một số lượng nhất định các đặc trưng như sau + Tính kết nối mạng : là nơi các cuộc gọi được chuyển tới máy di động ở bất cứ nơi nào trong vùng phủ sóng + Chuyển vùng: là chức năng mạng cho phép các thuê bao thâm nhập vào các mạng khác ngoài MSC chủ + Chuyển giao: truyền các cuộc gọi trực tiếp từ về vệ tinh này sang vệ tinh khác. Trong một máy di động hoặc một cổng vào thì chuyển giao là rất cần thiết. Đối với MSS cấu trúc của hệ thống quản lí di động phụ thuộc vào một số yếu tố sau: + số lượng vùng phủ sóng vệ tinh: độ phức tạp của hệ thống tăng khi số lượng vùng phủ tăng + sự thay đổi vị trí vệ tinh: + Nhiều nhà khai thác: + Mức độ tích hợp với hệ thống mặt đất II.4.1.1. kết nối mạng và chuyển vùng Một hệ thống MSS kết nối với các mạng khác thông qua một hay nhiều cổng truyền số lượng cổng truyền phụ thuộc vào cấu trúc mảng không gian vùng phủ sóng và việc phân bố các đường truyền mặt đất và vị trí của chúng phụ thuộc sự lưu thông của đường truyền mặt đất, tính kinh tế, tính logic các yếu tố chinh trị, kế hoạch điều hành và kinh doanh của nhà điều hành. Việc kết nối mảng không gian được thực hiện do các đặc tính của dịch vụ, các đặc tính quỹ đạo của mảng không gian và vùng phủ sóng. Việc mở rộng các đường truyền mặt đất vẫn đang là vấn đề được quan tâm trong quá trình phát triển của ngành nghiên cứu địa hình mạng. Trong một hệ thống vệ tinh lưu chữ và chuyển tiếp một thuê bao truyền các thông tin bất cứ khi nào một vệ tinh xuất hiện và nhìn thấy được. Thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ tạm thời và được truyền ngay khi vệ tinh đó thuộc vùng nhìn thấy của điểm đến có thể là một cổng truyền tiếp sức với mạng mặt đất dung lượng của hệ thống này là CN bytes C: là khả năng lưu trữ của mỗi vệ tinh N: là tổng số vệ tinh Do đó thông lượng chính là sự trao đổi giữa dung lượng lưu trữ của vệ tinh và quy mô của chòm vệ tinh. Thông lượng của hệ thống được tăng lên nếu chức năng lưu trữ được truyền tới một trạm mặt đất nơi việc quản lí thông tin lưu trữ và định tuyến dễ dàng hơn và chi phí hiệu quả hơn. Ơ loại hệ thống này các tin nhắn được vệ tinh truyền ngay tới trạm mặt đất ngay khi nhận ra cổng truyền, cổng truyền sẽ truyền tin nhắn tới điểm nhận nhờ phương pháp hiệu quả nhất. Các dịch vụ tương tác lẫn nhau cho độ dự trữ thấp đối với độ trễ và vị thế việc kết nối các thuê bao gần nhau trở nên cấp thiết. Sự khác biệt giữa các cấu trúc là ở cách thức truyền tin trong một phương trức đơn giản nhất vùng phủ sóng được xác định là vùng được bao phủ bởi quy mô của các vệ tinh từ mỗi cổng truyền đơn lẻ. Mỗi cổng truyền chỉ được kết nối với một mạng cố định, vì số thuê bao được hạn chế trong phạm vi một vùng riêng biệt nên việc sắp xếp này là phù hợp nhất đối với một hệ thống khu vực. Khi tất cả các cổng truyền được kết nối và hệ thống điều hành di động được giới thiệu thì quy mô phủ sóng có thể được mở rộng. Một cuộc gọi từ thuê bao trong mạng cố định có thể truyền qua hệ thống mặt đất tới cổng truyền có thuê bao di động. Một đường truyền được hình thành từ những thông tin vị trí thông qua HLR/VLR tương tự như thế một thuê bao di động có thể gọi tới một thuê bao cố định thông qua cổng truyền mà nó được kết nối. Một điểm thích hợp đối với việc kết nối các thuê bao cố định có thể được hình thành bởi hệ thống quản lí di động thông qua số được gọi. Việc liên kết các cổng truyền phức tạp có thể dẫn tới sự chậm trễ và chi phí cao hơn, Ngược lại việc truyền qua mạng công cộng sẽ làm giảm bớt gánh nặng trong lắp đặt và duy trì việc kết nối. Người ta cố thể sử dụng một hay nhiều cổng truyền phụ thuộc vào diện tích của nước đó, hình minh hoạ 4 cổng truyền tại 4 vùnh phủ sóng Việc kết nối liên hợp của một hệ thống MSS khu vực sử dụng một cổng truyền nhưng phủ sóng ở nhiều quốc gia. điều này thực hiện được cần phải có sự liên kết với trung tâm điều hành quốc tế. Việc kết nối các vệ tinh mặt đất có thể là khá dài đối với một số quóc gia. Những vấn đề về tài chính có thể gia tăng thêm vào đó các kết nối này cũng ít tăng chi phí đối với các nhà kinh doanh. Thêm vào đó vấn đề về an ninh cũng được quan tâm khi các cuộc gọi được truyền qua một nước chủ nhà. Trong quá trình truyền cuộc gọi chúng ta cần lưu ý rằng các chi phí mà thuê bao phải trả bao gồm + phí sử dụng mảng không gian + phí cổng truyền + phí nhà khai thác tế bào, PSTN + phí cung cấp dịch vụ + phí cho thuê đường truyền Quy mô của các đường truyền mặt đất có thể bị thu hẹp do việc sử dụng hệ thống vệ tinh kết nối liên hợp (ISL). Trong loại cấu trúc vệ tinh này phần chính của đường truyền có thể hỗ trợ cho các vệ tinh kết nối liên hợp, do đó hệ thống có thể vận hành với một số lượng cổng truyền thấp hơn và ít phụ thuộc hơn vào các đường truyền mặt đất. Khi số cổng truyền tăng thì mạng hạn chế những sai sót nhờ có những đường truyền dư thừa hơn nữa việc lưu thông sẽ dễ dàng hơn. Tuy nhiên chi phí và tính phức tạp cũng tăng theo. Trong thực tế số lượng và vị trí của các cổng truyền phụ thuộc vào một số yếu tố sau: + vùng phủ sóng ở một hay nhiều quốc gia hay trên toàn thế giới. + Sự gần kề của cổng truyền với sự lưu thông của hệ thống mặt đất cũng như tính logic của chúng. + Các yếu tố chính trị cũng ảnh hưởng đáng kể đến việc quyết định vị trí cổng truyền. + Yếu tố dung lượng của mảng không gian. Hệ thống Iridium bao gồm một cổng truyền khu vực phân bố trên toàn thế giới do 15 công ty điều hành. Hệ thống này có tính linh hoạt cao trong việc lựa chọn số lượng và vị trí của cổng truyền bởi nó sử dụng kết nối vệ tinh liên hợp theo lý thuyết, một cổng truyền đơn lẻ có thể hỗ trợ cho loại mạng này nhưng điều đó cũng sẽ làm tăng quy mô của thành phần mặt đất do đó sẽ tăng chi phí. Hệ thông GLOBALSTAR được thiết kế để hoạt động ở mỗi quốc gia cũng như các cổng truyền khu vực có thể hoặc không được kết nối liên hợp cùng nhau. Hệ thống này sử dụng cấu trúc cổng truyền có chức năng riêng tạo cho bộ phận vận hành tính độc lập trong việc vận hành mạng, cho phép mở rộng vùng phủ sóng nếu cần thiết. Hệ thống ICO bao gồm 12 cổng truyền khu vực riêng được gọi là SAN, kết nối liên hợp với nhau và cùng kết nối với PSTN/PDN và hai trung tâm điều hành mạng. SAN và các trung tâm điều hành mạng được kết nối thông qua một cáp quang dung lượng cao phức tạp nhằm tối thiểu hoá sự phụ thuộc vào các mạng công cộng. II.4.1. 2. Xử lí cuộc gọi Các kỹ thuật thiết lập cuộc gọi đã tiêu chuẩn hoá trong hệ thống thông tin mặt đất GSM đã dược áp dụng vào các hệ thống di động vệ tinh gần đây như ICO, Iridium hay ELLIPSO, làm đơn giản hoá sự hội nhập của GSM với các hệ thống khác và tối đa hoá lợi nhuận. Trong GSM mỗi đăng kí thuê bao di đông được đưa vào một vùng các thông tin về dịch vụ sử dụng, vị trí thanh toán và các dữ liệu khác được lưu trong HLR khi một máy di động thâm nhập vào một vùng khác ngoài MSC tự bản thân nó khai đăng kí với MSC. Phải thừa nhận rằng hệ thống di động được chấp nhận trên phạm vi toàn thế giới và cung cấp các dịch vụ hoàn hảo bộ phận quản lí nguồn sóng truyền cuộc gọi trên kênh thông tin mạng. Nếu trong một khoảng thời gian nhất định mà không có tín hiệu đáp lại thì bộ phận mặt đất sẽ nhận được thông báo khi máy di động có tín hiệu trả lời bộ phận quản lí tài nguyên truyền các nguồn tin đến cổng truyền máy di động, bước tiếp theo máy di động nhận tín hiệu thông báo như một hồi chuông báo cho biết sóng đã kết nối. Sau khi đã thực hiện các bước cần thiết cuộc gọi được tiến hành bất cứ sự trao đổi tín hiệu chức năng nào ví dụ như điều hành, chuyển giao hay kết thúc cuộc gọi đều được dẫn qua (IN BAND) trong kênh phân bố. Khi một cuộc gọi được thực hiện ở một máy di động yêu cầu sẽ được chuyển trên một kênh tiền phân bố HLR của mạng di động sẽ xác định loại di động và các yêu cầu dịch vụ. Sau khi đã được xác định bộ phận quản lí nguồn sóng sẽ chuyển các nguồn thông tin tới một cổng truyền mà tuỳ thuộc vào cấu tạo mạng cổng truyền có thể được xác định bởi máy di động hay mạng trên cơ sở một vài tiêu chí ví dụ như cổng truyền gần nhất với mạng gọi tới việc tạo ra sự kết nối giữa cổng truyền và máy di động được khẳng định (xác lập ) bằng một kỹ năng đơn giản gọi là “ loop back “ cùng lúc đó cổng truyền sẽ chuyển yêu cầu tới mạng dân dụng và ban đầu chỉ là một hồi chuông tới số máy được gọi sử dụng các quy trình tiêu chuẩn của mạng khi máy được gọi trả lời các thông tin được trao đổi II.4.1.3 Chuyển giao đây là quá trình thay đổi bước sóng vệ tinh hay cổng truyền trong quá trình gọi điều này là cần thiết bởi một số lý do sau Các vệ tinh thực hiện việc giao tiếp có thể chuyển xuống phía dưới độ cao quy định Trong khi sử dụng tính đa dạng của hệ thống người ta thấy xuất hiện một đường truyền vệ tinh tốt hơn Thuê bao ra khỏi vùng phủ sóng Bộ phận quản lí nguồn sóng quyết định thay đổi để giảm sự tắc ngẽn Các vệ tinh ra khỏi tầm kiểm soát của trạm Khi sử dụng các vệ tinh liên hợp thì việc chuyển giao sẽ xẩy ra giữa các vệ tinh Do sự kết nối tĩnh điện việc chuyển giao ở hệ thống vệ tinh địa tĩnh đơn giản hơn để tối thiểu hoá hoặc xoá bỏ việc chuyển giao giữa hệ thống sóng các vệ tinh đối lưu có thể triển khai hệ thống sóng giả tĩnh nghĩa là trong hệ thống này các bước sóng được cố định trên toàn bộ bề mặt trái đất cho tới khi vệ tinh di chuyển xuống phía dưới tầm quan sát khi đó một vệ tinh khác sẽ thay thế Loại hệ thống này đòi hỏi sự nhanh nhạy chính xác của các vệ tinh (Hình II.6) Trong phần này chúng ta sẽ làm rõ một số ý được trình bầy ở phần trước bằng những ví dụ sau: Hệ thống vệ tinh địa tĩnh: Các vệ tinh của hệ thống MSAT gồm có 6 spot beam 4 chùm này bao phủ các vùng tiếp giáp, đông ,tây, và các vùng phía tây của Mỹ và Canada, hai bang Alaska và Hawai, cũng như phía nam của Mỹ và Caribbean. Một điện thoại di động có thể gọi và nhận cuộc gọi từ bất cứ nơi nào trong những vùng này. Mỗi một điện thoại di động sẽ được định danh một vùng mặc định, và một chùm sóng tại thời điểm khởi tạo đăng ký. Cùng lúc đó, thông tin của các chùm sóng khác sẽ được lưu vào bộ nhớ của điện thoại. Khi điện thoại bật lên, nó tìm kênh mặc định quảng bá của nó, cố định kênh đó, giải nén các thông tin liên quan, và sẵn sàng nhận hoặc gọi điện, nếu kênh mặc định không có, thì điện thoại sẽ nhận dạng kênh nó nhận được, những thông tin này được truyền về trạm điều khiển và sau đó kênh này trở thành kênh mặc định của chiếc điện thoại đó đến khi nó chuyển sang một chùm tia khác. Vùng 1 Vùng 2 Vùng chuyển tiếp x a) Vùng 1 Vùng 2 x Vùng chuyển tiếp b) x Vị trí cũ Vị trí mới c) Vệ tinh dang thiết lập vùng A Beam A Beam B x d) Hình II.6 Một hệ thống quản lý di động được giới gần đây trong hệ thống Inmarsat để có thể sử dụng một số đơn trong tất cả các vùng. Hệ thống này yêu cầu mỗi điện thoại chỉ ra vị trí của nó. Thông tin này được nhận và lưu giữ trong cơ sở dữ liệu của trạm mặt đất để phục vụ mục đích định tuyến cuộc gọi. Hệ thống Inmarsat thế hệ 3 sử dụng 4-5 chùm tia cho mỗi vệ tinh. Vì vậy nó chở thành nhân tố chủ yếu để định vị điện thoại và tiến hành cuộc gọi. Hệ thống trên mặt đất và mặt biển cũng sử dụng công nghệ tương tự, nhưng ngược lại hệ thống của hàng không, là hệ thống có kiến trúc phân tán ( ví dụ các trạm mặt đất hoạt động độc lập rất ít bị điều khiển bởi trạm trung tâm.), thì lại sử dụng một mô hình khác. Trong hệ thống mặt đất và mặt biển (Inmarsat B và M ), một bản tin ngắn được truyền đi để các điện thoại nhận dạng được tần số định danh của chùm sóng. Tần số của mỗi kênh quảng bá được mã hoá cố định trong điện thoại, do đó các thay đổi của tần số định dạng các chùm sóng có thể cập nhật qua bản tin ngắn. Để cố định các cuộc gọi di động, điện thoại được đánh dấu bởi trung tâm điều khiển mạng (NCS) trên kênh quảng bá để cố định các điện thoại đang bật. Để thông báo có cuộc gọi đến, mỗi điện thoại phải có phản ứng với tần số định danh của nó. Trung tâm điều khiển mạng (NCS) sẽ chỉ định một kênh trong các chùm sóng. Kích cỡ của chùm sóng được khống chế bởi cấp độ của tần số định danh chùm sóng. Khi điện thoại thực hiện cuộc gọi, nó yêu cầu một kênh trong các chùm sóng hiện thời. Sau đó trung tâm điều khiển mạng (NCS) sẽ thiết lập cuộc gọi trong chùm được lựa chọn. Nếu tất cả các kênh trong chùm sóng đang bận, một kênh khacs được lấy ra từ chùm sóng quảng bá. Không có sự chuyển giao giữa các chùm sóng và các vệ tinh. Trong hệ thống của hàng không, dựa trên nền tảng các trạm mặt đất với các chùm sóng cố định từ mặt đất, khi có các chùm sóng được phát trong kênh quảng bá. Một điện thoại của hệ thống này thiết lập chùm sóng hiện thời của nó bằng cách tự kiểm tra chùm sóng trong vùng của nó. Chùm sóng ưu tiên sẽ được đánh dấu đêns trạm mặt đất để thực hiện cuộc gọi, ở đây cũng không có sự chuyển giao giữa các chùm sóng và các vệ tinh. Hệ thống siêu mặt đất: Một cách tiếp cận tương tự như trên được đề xuất với hệ thống MTSAT với sự khác biệt là : các tần số vủa các chùm sóng có thể sử dụng lại được thay vì mỗi chùm dùng một tần số duy nhất để tránh phải dùng một số lượng lớn các tần số gây lãng phí miền tần số. Do đó các điện thoại nhận thông tin về chùm sóng và miền từ bản tin thay vì dựa vào tần số. Khi một điệnnthoại tiến ra ngoài rìa một chùm sóng, nó cập nhật vị trí mới của nó với trung tâm điều khiển. Với một hệ thống phục vụ theo miền, Ví dụ: chỉ được phép dùng trong một số vùng, thì điện thoại cần phải gửi thông tin chính xác về vị trí của nó, ví dụ: sử dụng hệ thống GPS. Khi đó có thể cấm cuộc gọi khi vào vùng cấm. Trong hệ thống siêu địa tĩnh, sựchuyển giao chùm sóng là cần thiết cho các điện thoại di chuyển với tốc độ cao. Tương tự như vậy sự chuyển giao chùm sóng trong hệ thống không phải là vệ tinh địa tĩnh để phù hợp với sự di chuyển của vệ tinh. Sự chuyển giao này đảm bảo cho liên lạc được thông suốt. Hệ thống không địa tĩnh: Trong hệ thống này, hệ thống quản lý cần phải quản lý được sự di chuyển của vệ tinh với điện thoại. Sự di chuyển của vệ tinh có thể dự đoán được, vì vậy việc định tuyến cho điện thoại đến vệ tinh thích hợp có thể thực hiện bằng phép toán đơn giản, cung cấp bởi các thông số về quỹ đạo vệ tinh có ở trên gateway. Với kiến trúc GSM, thì điện thoại sẽ định kỳ gửi thông tin vị trí của nó qua vệ tinh đến HLR thông qua gateway của vệ tinh tại thời điểm đó, hoặc thông qua các liên kết nộ bộ các vệ tinh (ISL) nếu được sử dụng. Khi có sự chuyển giao của các chùm sóng và vệ tinh tương tự như sự chuyển giao ô và các trạm BTS trong hệ thống Cenllular Chức năng của hệ thống quản lý mạng : + Quản lý thuê bao, tạo thuê bao mới, sửa đổi thông tin và cước của các thuê bao hiện hành. + Quản lý cơ sở dữ liệu về thiết bị của người sử dụng. + Quản lý tình trạng thiết bị của người sử dụng, kiểm tra các trường hợp sử dụng bất hợp pháp. + Thông kê lưu lượng mạng để hoạch định , + Tạo báo cáo, bao gồm báo cáo về lỗi và các thay đổi của mạng. Quản lý bảo mật Yêu cầu bảo mật tuỳ thuộc vào từng nhà cung cấp, nhưng bao gồm vài chức năng sau: + Đảm bảo bí mật cá nhân. + Chứng thực thuê bao. + Các dữ liệu và tín hiệu bảo mật. Nhiệm vụ của thuê bao và cổng vào: Cổng vào: Để tránh ngắt quãng sự truyền sóng và các chức năng khác của mạng, trước khi được đưa vào mạng, các trạm được kiểm tra tất cả các thông số. Bao gồm việc kiểm tra tính tương thích về sóng, kiểm tra các dịch vụ được cung cấp bởi trạm mặt đất. Một trạm mặt đất sẽ được đưa vào mạng khi hoàn thành tất cả các cuộc kiểm tra. Các trạm di động mặt đất: Để đảm bảo một trạm đủ tiêu chuẩn vận hành, nó phải được kiểm tra kỹ càng. Các cuộc kiểm tra được thiết kế để kiểm tra thiết bị đầu cuối đáp ứng đúng với tín hiệu và giao thức điều khiển của mạng, khả năng truy cập, chất lượng thoại và truyền dữ liệu, chức năng an toàn, khả năng tiếp nhận bản tin quản lý, khả năng kết nối tới mạng công cộng và mạng riêng, công suất phát. Khi một thuê bao bắt đầu dịch vụ, thì thiết bị đầu cuối phải được cấu hình định tuyến, tính cước và tài khoản, và nó được cấp phát định danh để tính cước. Ngoài ra những yêu cầu về an toàn, phụ thuộc tuỳ từng lĩnh vực. Chú ý chất lượng thoại: Để bảo đảm chất lượng thoại, thì phải cân nhắc các điều sau khi thiết kế đường truyền dẫn trong hệ thống di động: + Chất lượng mã hoá tiếg nói của trạm mặt đất + Khả năng điều khiển tiếng vang trong đường truyền, + Chất lượng các đường truyền cố định, bao gồm đuờng truyền cố định của hệ thống di động. Các thông số truyền dẫn ảnh hưởng đến chất lượng thoại như: trễ truyền dẫn, mức thoại tại đầu phát và thu, méo lượng tử gây ra bởi bộ mã hoá và giải mã thoại, nhiễu do nhiệt đọ, nhiễu đa đường, nhiễu xuyên kênh và trễ nhóm. Vì vậy ta cần phải chia nhỏ sự suy giảm trong các thành phần khác nhau của đường truyền, bao gồm các kết nối đến mạng khác và ra quốc tế. Vì vậy ta cần có một kế hoạch thiết lập chuẩn chung, và nếu cần thì có thể làm cam kết chất lượng. Tại nhiều nước như Mỹ, các hiệp hội các nha điều hành mạng có những thoả thuận chung về thiết kế mạng và các liên kết nội bộ. Sự trễ đường truyền trong mạng di động đòi hỏi phải có bộ điều khiển tiếng vang tốt, bởi vì sự suy giảm có thể cảm nhận được sẽ tăng lên khi độ trễ đường truyền tăng lê. Trễ phát sinh trong quá trình mã hoá tiếng nói, mã hoá kênh và truyền dẫn. Thiết bị đầu cuối di động thường phải hoạt động trong môi trường nhiều tiếng ồn và vì vậy nó cần phải có âm thanh tốt. II.5 Quản lý mạng Việc quản lý mạng (TMN) được CCITT định nghĩa theo chuẩn M.30. Trong định nghĩa này có khái niệm về chức năng của mạng MSS. Khái niệm này được cung cấp cho mạng di động mặt đất như mạng GSM và mạng MSS. Đây là cơ sở của một mạng quản lý thống nhất, nhờ đó các nhà điều khiển mạng có thể quản lý các thành phần, các thiết bị của các nhà sản xuất liên lạc với nhau. Đồng thời nó còn bao gồm các chức năng quản trị hệ thống, cấu hình hệ thống, điều hành mạng, bảo dưỡng , quản lý bảo mật và quản lý sự mở rộng. Mạng truyền dẫn dùng cho mạng quản lý là một mạng viễn thông độc lập và giao tiếp với các thành phần khác của mạng quản lý tuỳ thuộc vào yêu cầu giám sát. Mạng quản lý là chìa khoá để điều hành tốt một mạng MSS. Sự quản lý được thực hiện ở mức toàn mạng bằng việc giám sát từng thành phần của mạng. Mục đích của mạng là: + Đảm bảo chất lượng dịch vụ bằng cách đo trực tiếp chất lượng đầu cuối - đầu cuối. + Đảm bảo độ ổn định bằng cách đo liên tục trong trường hợp mạng có thành phần bị lỗi. + Giám sát các thành phần khác nhau của mạng, bao gồm các báo cáo về tình trạng không bình thường, các phân tích và hoạt động sửa lỗi. + Đảm bảo hiệu quả mạng cao nhất, như phân phối tài nguyên ở bất cứ nơi nào bất cứ khi nào. Việc giám sát mạng đòi hỏi phải tập trung một số lượng lớn các thông số. Các hệ thống điều khiển cố gắng hiển thị dữ liệu bằng cách thân thiện nhất ví dụ thông qua giao diện đồ hoạ. Một vài tính năng thiết yếu của hệ thống giám sát là: + Giám sát trung tâm. + Hiển thị và giám sát sơ đồ toàn mạng để có thể phát hiện lỗi dễ dàng, có khả năng hiển thị những thành phần nhỏ nhất để có thể phân tích lỗi nhanh nhất. + Có khả năng cung cấp thông tin về tình trạng hoạt động để có các thông số giúp quá trình phân tích lỗi, dữ liệu trạng thái hoạt động còn hữu dụng để thiết lập cảnh báo. Bằng việc cập nhật thông số chất lượng của mạng, người quản trị mạng có thể đảm bảo đầu cuối - đầu cuối. Những thông số này có thể là thông số EIRP của vệ tinh khi có lưu lượng, tần số sóng mang, tỉ lệ nhiễu của sóng nhận được, lưu lượng mạng, số lần lặp lại yêu cầu trong một quá trình ARQ, thời gian truyền tin nhắn qua một số gatewa, số lượng cuộc gọi lỗi, thời gian giữ cuộc gọi. Mạng MSS không điều khiển được chất lượng cuộc gọi ở mạng khác. Việc quản lý cấu hình mạng là việc gửi thông tin đến di động và các cổng vào bao gồm cả việc gửi tần số nhận dạng kênh, nhận dạng Cổng vào, Chức năng quản lý acount bao gồm: tạo,sửa, xoá, và tính cước. Việc đo chất lượng của tín hiệu là cần thiết, đặc biệt trong trường hợp mạng hoạt động quá tải. Trong suốt thời gian đó, vệ tinh hoạt động quá tải, dẫn đến nhiễu nội bộ tăng, có thể làm suy giảm chất lượng EIRP. Ngoài ra còn những phép đo như là cấp dịch vụ hoặc thời gian kết nối đầu cuối - đầu cuối. II.5.1 Quản lý tài nguyên sóng vô tuyến Lợi nhuận thu được của một nhà khai thác phụ thuộc vào tài nguyên vệ tinh của họ như tổnh số vệ tinh, và băng thông của họ. Do đó điều mà các nhà khai thác quan tâm là khả năng sử dụng hiệu quả tài nguyên băng tần. Then chốt trong việc sử dụng hiệu quả băng tần là việc sắp xếp các kênh vô tuyến trong các bộ thu phát và trong mạng, đó gọi là kế hoạch phân bố tần số. Ngoài ra ta cũng cần quan tâm đến công suất phát của từng vệ tinh, điều này phụ thuộc vào công nghệ tại thời điểm chế tạo vệ tinh. Hệ thống MSS đòi hỏi công suất phát mỗi kênh phải lớn để cung cấp dịch vụ, do đó việc quản lý công suất phải được thực hiện hiệu quả để đem lại lợi nhuận cao từ nguồn tài nguyên giới hạ. II.5.1.1: Quản lý băng tần: Việc quản lý băng tần là việc gán tần số sóng mang cho vệ tinh và mạng hiệu quả nhất có thể, lên danh sách băng tần cho tương lai như biểu đồ dưới đây: Các nha quản trị mạng MSS sử dụng băng tần dựa vào việc nghiên cứu thị trường, và khi các thông tin quan trọng sẵn sàng, các phân tích điển hình hoặc kết hợp các yếu tố đó. Các yêu cầu về băng thông được thông qua bởi các cuộc gặp mặt giữa các nhà khai thác hoặc chính phủ. Còn hơn cả là một vấn đề mang tính hoạt động, quản lý phổ yêu cầu lập kế hoạch chi tiết với việc các tần số được phân cho báo hiệu và truyền tin một cách hiệu quả nhất để đáp ứng các nhu cầu vè truyền tin thời gian thực, áp dụng các hạn chế, quy định và tối ưu hoá và trở thành kế hoạch tần số mà yêu cầu phải được duy trì chính xác. Các bảng tần số được phổ biến đến nhiều thành phần của mạng như các trạm điều khiển mạng, trung tâm điều khiển mạng, các hệ thống giám sát lưu lượng, phân tích hệ thống... Do đó các giao diện xuất khẩu phù hợp được xây dựng để chuyển giao kịp thời các kế hoạch tần số. Phần lớn các nhiệm vụ hoạt động có liên quan đến quản lý phổ đều linh hoạt do các nhu cầu thay đổi liên tục. Một nhiệm vụ có liên quan đo là giám sát việc sử dụng phổ và việc phân tích xu hướng sử dụng phổ để lập kế hoạch. Phần còn lại sẽ bàn về quá trình lập ra kế hoạch tần số một trong những phần kho khăn hơn về kỹ thuật của việc quản lý phổ. Các yêu cầu về kênh được tạo ra nhờ việc phân tích xu hướng sử dụng lưu lượng mới đây và các sự kiện mà có thể làm xu hướng. Việc sử dụng lưu lượng được giám sát như thời gian chiếm giữ, khối lượng dữ liệu và các sự cố cuộc gọi do nghẽn mạch và các lý do khác. Số liệu này được phân tích thành các xu hướng dẫn tới một tập hợp các yêu cầu chi tiết về mặt số lượng các kênh dành cho truyền thông tin và các sóng mang báo hiệu. Quá trình phân bố tần số tạo ra một bảng tần số tuân theo các hạn chế và chất lượng dịch vụ mong muốn. Quá trình phân bổ tần số đưa ra một danh sách tần số tương ứng. Với các ràng buộc đưa ra và thoả mãn chất lượng dịch vụ yêu cầu. Dựa vào các yêu cầu mà một tần số được lựa chọn trong dải tần cho phép trên cơ sở tính toán sử dụng lại các ma trận tần số theo những luật nào đó. Quá trình lựa chọn này đưa ra một kế hoạch tần số khả thi tại thời điểm t bằng cách xem xét các vị trí tương đối của các vệ tinh với các vùng phủ sóng. Các ràng buộc sau đó được kiểm tra để biết rằng tất cả các xem xét thực tế như là dải tần máy thu, sóng mang báo hiệu, và nhiễu cho phép có được thoả mãn hay không. Cuối cung các sóng mang sẽ được lựa chọn dựa trên các thuật toán tối ưu nào đấy. Quá trình này có thể lặp lại tại một thời điểm T1 nào đó, nếu cần thiết. Việc theo dõi đo đạc chất lượng dịch vụ trên cơ sở thoả mãn của người dùng cũng như sự hoàn hảo của hệ thống cũng rất cần thiết. Đầu ra của quá trình đo đạc này có thể được dùng để quy hoạch tần số theo những quy tắc nào đó, ví dụ thông tin đo đạc có thể cho chúng ta biết sự suy giảm tín hiệu trên một hay nhiều kênh nào đấy và các vấn đề này sẽ được thông báo tới những bộ phận cụ thể của nơi quản lý dịch vụ. Tuy theo phương pháp tối ưu hoá hay các tham số nào được sử dụng mà các quá trình phân bổ tần số khác nhau sẽ được sử dụng. Ngoài nhiễu liên điều chế còn có một số yếu tố có thể gây ảnh hưởng đến việc suy giảm tín hiệu, chẳng hạn nhiễu gây bởi các phổ tần phát ra của các trạm vệ tinh khác hay nhiễu mặt đất tại các vùng lãnh thổ và nhiễu của nội bộ hệ thống. Một hệ thống có thể trở nên tắc nghẽn do nhiễu khi một số lượng lớn các chùm sóng được phát ra, hệt như vấn đề của mạng di động mặt đất. Trường hợp phức tạp nhất của việc quy hoạch tần số là khi mà tổ hợp của vệ tinh không mặt đất bao gồm các vệ tinh với một số lượng lớn các chùm tia phát ra do sự thay đổi không gian của nhiễu. Một số tác giả đã sử dụng nhiễu liên điều chế như là một chuẩn tối ưu, các kênh được gán tần số theo thứ tự tăng dần từ kênh tốt nhất đến kênh sấu nhất tính theo nhiễu liên điều chế. Nếu như người quản lý tần số vô tuyến gán các sóng mang theo thứ tụ tăng dần thì sự suy giảm tín hiệu sẽ trở nên tồi tệ nhất khi tải tăng bởi vì những sóng mang được gán trước sẽ có chất lượng tốt hơn. Khi hệ thống không toàn tải trong cả ngày thì hệ quả của nhiễu liên điều chế gây nên cho người dùng là không đáng kể trong hầu hết thời gian của ngày. Các sóng mang khởi động thoại có lợi thế hơn 2-3dB tính theo nhiễu liên điều chế. Những phương pháp này không quan tâm nhiễu khi tối ưu phân bổ tần số, thêm vào đó nhiễu liên điều chế thường chiếm một phần rất nhỏ trong khoảng nhiễu dự trữ. Đối với các hệ thống vệ tinh địa tĩnh các cấu trúc anten là bất dịch trên mặt đất và do vậy nhiễu địa lý là không đổi trong khi đó đối với hệ thống không mặt đất thì các loại nhiễu này biến động liên tục. Do vậy việc quản lý tần số sẽ đơn giản hơn đối với các hệ thông vệ tinh địa tĩnh. ở đây việc điều chỉnh kế hoạch tần số chỉ cần thiết khi có sự thay đổi về lưu lượng mạng trong khi đối với hệ thống vệ tinh không mặt đất thì phải quan tâm đồng thời đến cả lưu lượng mạng và nhiễu khi điều chỉnh. Tốc độ điều chỉnh kế hoạch tần số phù hợp với các yêu cầu về lưu lượng. Thông thường các hệ thống vệ tinh sử dụng phương pháp gán cố định, tức là các danh sách tần số không thay đổi và những người quản lý tài nguyên tần số quản lý việc gán tần số theo thời gian thực theo những quy tắc định sẵn. Phương pháp này cũng được áp dụng đối với mạng di động mặt đất thế hệ thứ nhất và thứ hai. Phương pháp này phù hợp khi nhu cầu về lưu lượng đã được dự toán trước, xem như phân bố đồng đều trong vùng phủ sóng và thường là thấp, do vậy các nhu cầu về dung lượng rất rễ quản lý. Mỗi chùm tia được phân bổ các kênh sao cho chúng thoả mãn nhu cầu tối đa và các danh sách tần số được cập nhật để đáp ứng nhu cầu về lưu lượng. Các phương pháp này có thể được áp dụng cho các hệ thống không địa tĩnh. Các phương pháp gán tĩnh trở nên không hiệu quả khi phân bố lưu lượng không đồng nhất và biến động theo thời gian. Đối với phương pháp gán tần động, các danh sách tần số được thay đổi gần như tức thời đối với nhu cầu, đảm bảo rằng nhiễu được giữ cố định trong khoảng cho phép tại mọi thời điểm. Trong hệ thống quản lý tập trung, các danh sách tần số được chuẩn bị tập trung và truyền đến mỗi địa điểm quản lý tài nguyên. Tốc độ truyền phụ thuộc vào các biến của hệ thống, sự biến động của lưu lượng, khả năng tối ưu thời gian thực, số cuộc gọi chuyển vùng cho phép,....Trong hệ thống quản lý phân tán, các kế hoạch tần số được các cổng vào chuẩn bị một cách cục bộ, với một số thông tin phản hồi từ các cổng vào khác hoặc các phép đo đạc thời gian thực. Dựa trên những khả năng này, quản lý tài nguyên có thể giả thiết những kiến trúc sau: + Các kế hoạch tần số được thiết lập sao cho mỗi gatewaycó thể đưa ra được các danh sách tần số mà không cần phải thông tin với các gateway khác. Kiến trúc này rất thích hợp cho các hệ thống vệ tinh không mặt đất, có thể sử dụng trong hệ thống MEO, tuy nhiên có thể sẽ trở nên không thể quản lý được đối với các hệ thống vệ tinh LEO do sự thay đổi liên tục của nhiễu và lưu lượng. + Các kế hoạch tần số được thiết lập sao cho các gateway có thể mượn kênh lẫn nhau theo thời gian thực miễn là chúng không vượt quá giới hạn nhiễu. + Các kế hoạch tần số được thiết lập tại mỗi gateway một cách độc lập qua các phép đo đạc nhiễu thời gian thực hoặc phản hồi từ các gateway hoặc các hệ thống quản lý mạng. + Quản lý tài nguyên dựa theo Spacescray : các vệ tinh tính toán các kế hoạch tần số một cách độc lập dựa vào các thuật toán downloact từ mặt đất. + Quản lý tài nguyên dựa theo Spacescray : các kế hoạch tần số được thiết lập từ mặt đất và được tải liên tục đều đặn tới các trung tâm quản lý tài nguyên. + Các phương pháp tổng hợp: Sự phân bố tĩnh và động được kết hợp để có một kết quả tối ưu. Dải cố định sẽ được dùng cho một ngưỡng lưu lượng nhất định, dải động sẽ được dùng để phục vụ những lưu lượng vượt quá ngưỡng đó và được chia sẻ bởi các quy tắc. + Quyết định dựa trên vệ tinh: Trong phương pháp phân tán này, việc gán tần số được thực hiện độc lập bởi các vệ tinh dựa trên tỷ số CNR. Phương án này có thể được đơn giản hoá bằng cách xoá bỏ các đường nối liên vệ tinh, chẳng hạn trong hệ thống ORBCOM. Khả năng phân bố theo người dùng cũng được xem xét, ở đó người dùng sẽ gửi kênh ưa thích trong yêu cầu gán qua các phép đo đạc của riêng họ. Một hệ thống kiểu Iridum được đánh giá qua mô phỏng máy tính. Quyết định dựa trên trạm mặt đất: Trong phương pháp này các kênh được quản lý tại các trạm mặt đất thay vì trên các vệ tinh. Các kênh được gán dựa trên cơ sở đo đạc nhiễu trên các kênh lựa chọn tại các trạm cũng như các máy di động được gọi. Phương án này được thử nghiệm đối với hệ thống Iridium LEO. Phương án này số lượng các phép thử để tìm ra một kênh rỗi có thể trở nen lớn trong điều kiện tải nặng, gây nên trễ trong quá trình thiết lập cuộc gọi và làm giảm độ tin cậy trong quá trình chuyển tiếp vùng. + Tối thiểu hoá hàm chi phí : Trong phương án này các vệ tinh gán các kênh một cách độc lập mà không cần thông tin gì khác từ các vệ tinh hay gateway khác, qua đó tối thiểu hàm chi phí cấp dịch vụ kênh tối ưu trong mọi thời điểm được lựa chọn sao cho nó làm tối thiểu số lượng các chùm tia không sử dụng được do nhiễu gây nên. Như đã đề cập, phương pháp này không quan tâm đến nhiễu liên vệ tinh do vậy phải cần sự điều chỉnh thích hợp cho các ứng dụng thực tiễn khi mà tổ hợp vệ tinh bao gồm hơn một vệ tinh, qua đấy nhắc rằng các hệ thống vệ tinh mặt đất có thể làm việc với chỉ một vệ tinh. Một cách tiếp cận để đơn giản hoá sự phát triển kế hoạch tận số cho các hệ thống vệ tinh không mặt đất là việc sử dụng cấu trúc sử dụng lại tần số như (Hình II.5.1) Trong phương án này các chùm tia an ten được nhằm để bao phủ những vùng định sẵn trên mặt đất một cách đồng bộ, do vậy mô phỏng được hệ thống vệ 1 2 3 4 8 7 6 5 S2 t=0 S2 t=t1 S1 t=0 S1 t=t1 Chuyển mạch Không được phép phát Hình II.5.1 tinh mặt đất thêm vào đó số lượng các vệ tinh và thiết bị chuyển tiếp đầu cuối được giảm xuống Hình II.5.2 mô tả . Chúng ta sẽ tóm tắt các chiến lược quản lý kênh của các hệ thống Iridium, Slobalstar và ICO mỗi hệ thống có một cách tiếp cận riêng dựa vào sự khác nhau của phân bố hình học của các vệ tinh cũng như đặc điểm tín hiệu. Các vệ tinh Iridium bao gồm 48 chùm tia trên một vệ tinh do vậy sẽ có 2150 chùm tia làm việc trên mặt đất. Hệ thống này sử dụng phân bố theo tần số TDMA với 7 ô một cluster, cho phép sử dụng lạitanf số tăng lên 180 lần trên trế giới. Quá trình phân bố tần số không được phân bố công khai vì chúng là các tài liệu phát minh. F B A E C D G C D G F B A E A E C D G F B G F B A E C D C D G F B A E B A E C D G F G F B A E C D Hình II.5.2 Do sự phân bố của các vệ tinh là phân cực nên các vệ tinh sẽ gặp nhau khi chúng tiến đến điểm cực làm cho miền chồng lấn của các dải phủ sóng tăng lên. Cấu trúc tái sử dụng tần được duy trì cho toàn bộ quỹ đạo bằng cách tắt dần các chùm tia có miền phủ sóng trùng nhau, đièu này thực hiện được bởi vì quỹ đạo của các vệ tinh có thể dự đoán trước được. Tuy vậy cũng cần lưu ý rằng hệ thống này bỏ qua tính năng ( diversity) một cách có chủ định nhằm tăng tính hiệu quả của việc sử dụng dải tần cho phép. Hệ thống Globalstar sử dụng phương pháp truy cập phân chia theo tần số với CDMA băng rộng, phương pháp này giảm thiểu hạn chế trong việc tái sử dụng lại tần số do tính chất triệt nhiễu của đièu chế trải phổ. Một phương pháp trải phổ dãy trực tiếp CDMA với tần số 1.23MHz và phương pháp điều chế QPSK với dải truyền dẫn trải dài trên 13 kênh 1.23MHz. Mỗi gateway sử dụng một mã duy nhất cho phép sự phân cách tín hiệu giữa các trạm khác nhau trên mặt đất, các chùm tia và các vệ tinh. Để tránh cho các mã không phủ nhau giữa các chùm tia khác nhau, các gateway áp dụng các khe thời gian lệch nhau khác nhau cho các chùm tia khác nhau. Trong trường hợp ngược lại các máy di động sử dụng chuỗi nhị phân Tuy nhiên sử dụng các khoảng thời gian lệch nhau tuỳ vào vùng sử dụng để cho phép nhận dạng người dùng. Hệ thống ICO là một hệ thống MEO 10 vệ tinh được đặt trong hai mặt phẳng nghiêng các chi tiết về việc quản lý tần số rất ít được công bố rộng rãi. Như đã biết các kế hoạch tần số được thiết lập một cách cục bộ, bằng cách xem xét các đặc tính của quỹ đạo vệ tinh cũng như các chùm tia phủ sóng, sự biến động hàng ngày của lưu lượng và các yếu tố khác như nhiễu. Các kênh được gán tần sao cho các kênh cùng tần số trong một vệ tịnh hay giữa các vệ tịnh có một khoảng cách đủ lớn dải tần được chia thành các khối không trùng nhau, các khối này sau đó được phân bố giữa các mặt phẳng quỹ đạo, trên một mặt phẳng thì mỗi khối lại được chia thành các tập hợp tần số và đối với mỗi vệ tinh, các tập này sẽ được gán sao cho chúng không gây nên nhiễu lẫn nhau. Nhiễu liên vệ tinh được quản lý sao cho dải tần được gán cho các chùm tia chính của một vệ tinh không chồng lên dải phổ được gán cho chùm tia phụ của vệ tinh dằng trước và tương tự, dải phổ được gán cho chùm tia chính của vệ tinh cũng không chồng lên dải phổ được gán cho chùm tia dằng sau. II.5.1.2 Phân tích lưu lượng Các danh sáchtần số được sử dụng phải phù hợp với nhu cầu lưu lượng mạng nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ. Đối với một mạng MSS, lưu lượng thay đổi trong những khoảng thời gian ngắn tính bằng phút hay giờ với xu hướng thay đổi lưu lượng được thay đổi trong tuần hay tháng. Những sự biến động này sẽ được mô hinh hoá theo những cách khác nhau tuỳ theo từng trường hợp cụ thể. Trong một mạng chuyển mạch kênh, lưu lượng được tính theo đơn vị Erlangsvaf có thể chuyển đổi thành số lượng mạch cần sử dụng trong mô hình Poisson hay Erlang. Để phỏng đoán số lượng mạch RF cho một mạng chuyển mạch gói cần phải biết thêm một số thông tin khác như là thời gian phân phát gói, lưu lượngg được chuyền tới các đầu cuối, tải trung bình trên kênh. Xu hướng biến động của lưu lượng tronh một khoảng thời gian gắn . Chúng ta biết rằng lưu lượng tải trên các mạng vệ tinh biến động theo ngày với giờ cao điểm thuộc giờ hành chính.Khi một dịch vụ được cung cấp trong nhiều vùng với múi gìơ khác nhau sơ đồ lưu lượng hàng ngày của mỗi múi giờ đều biến động theo giờ hành chính của múi giờ đó, do vậy lưu lượng cao nhất truyền qua vệ tinh sẽ dịch chuyển từ múi giờ phía đông sang phía tây. Lời nói đầu 3 Chương I: Sự phát triển của hệ thống thông tin di động vệ tinh 4 I: Sự phát triển của ngành viễn thông di động 4 I.1: Hệ thống mặt đất 4 I.1.2: Hệ thống thông tin vệ tinh 5 I.1.3: Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh 8 I.1.4: Các kế hoạch kinh doanh 17 I.1.5: Những quan tâm điều chỉnh 18 I.1.6: Những quan tâm 18 I.1.7: So sánh các hệ thống thông tin di động 20 I.1.8: Giới hạn thực tế 20 I.1.9: Các hệ thống vệ tinh có liên quan 23 Chương II: Cấu trúc mạng thông tin vệ tinh di động II.1: Giới thiệu 25 II.2: Giao diện vô tuyến 26 II.3: Phát triển hệ thống 30 II.3.1 Các ảnh hưởng 31 II.3.1.1 Kiểu dịch vụ thông tin 31 II.3.1.2 Thị trường 32 II.3.1.3 Vùng phủ sóng 33 II.3.1.4 Chi phí 34 II.3.2 Các ràng buộc hạn chế 34 II.3.2.1 Về kinh doanh 34 II.3.2.2 Mạng 35 II.3.2.3 Phần cứng 35 II.3.2.4 Các vấn đề liên quan 35 II.3.3 Tổng hợp hệ thống 36 II.3.4 Phân tích về sự cân đối kỹ thuật 36 II.3.5 Tác động của độ cao của vệ tinh 36 II.4 Các vấn đề về mạng 39 II.4.1 Quản lý di động 46 II.4.1.1 Kết nố mạng và chuyển vùng 47 II.4.1.2 Xử lý cuộc gọi 49 II.4.1.3 Chuyển giao 51 II.5 Quản lý mạng 56 II.5.1 Quản lý tài nguyên vô tuyến 58 II.5.1.1 Quản lý băng tần 58 II.5.1.2 Phân tích lưu lượng 65