Thiết kế hệ thống tính toán thông tin vsatipstar

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VỆ TINH VSAT 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG. VSAT (Verry Small Aperture Terminal) trạm mặt đất khẩu độ nhỏ là một phương tiện truyền thông hiệu quả về mặt kinh tế với các đặc tính đặc trưng, VSAT ngày càng đóng vai trò quan trọng trong viễn thông phục vụ cho các ứng dụng nhất định nào đó. Trong chương này giải thích các khái niệm cơ bản về trạm mặt đất VSAT, sơ lược hoạt động và cấu trúc như thế nào cũng như các ứng dụng cụ thể. Ngoài ra còn trình bày tính năng trong ứng dụng và cả các giao diện mặt đất. 1.2 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG VSAT. 1.2.1 Giới thiệu chung. VSAT (Verry Small Aperture Terminal) trạm mặt đất khẩu độ nhỏ hay đầu cuối khẩu độ nhỏ, được sử dụng phổ biến trong dịch vụ vệ tinh cố định (FSS) - đây là kiểu phân phối dữ liệu trực tiếp tới người sử dụng. Tại Mỹ từ năm 1981 các hệ thống cỡ nhỏ được dùng cho các ứng dụng chuyên dùng và là các trạm mặt đất một chiều (One Way). Các trạm mặt đất được trang bị các anten với đường kính 0.6m và có khả năng thu dữ liệu với tốc độ bít thấp (0,3 ÷ 9,6 Kbit/s) và được phát đi thông qua trạm mặt đất trung tâm (Hub). Do việc thu được thực hiện trên anten có đường kính nhỏ như vậy vệ tinh cần phải có một hệ số phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) rất cao. Vì vậy việc ứng dụng kỹ thuật truy cập và điều chế trải phổ để tránh can nhiễu đến từ các hệ thống thông tin khác sử dụng cùng băng tần. Từ năm 1984, các hệ thống hai chiều (Two Way) vẫn dựa trên các nguyên lý trên cũng được đưa vào sử dụng. Tuy nhiên sau đó cũng xuất hiện thế hệ mới băng tần là 14/12Ghz, với khả năng đảm bảo thông lượng dữ liệu rất cao (64kbit/s) mặc dù đường kính anten có lớn hơn (trên 1.2m) và sử dụng kỹ thuật điều chế khác (kết hợp TDM/TDMA). 1.2.2 Đặc tính của hệ thống VSAT. Các trạm mặt đất VSAT thường sử dụng trong các mạng khép kín ở các ứng dụng có tính chuyên dụng, kể cả quảng bá thông tin lẫn trao đổi thông tin. Các trạm mặt đất VSAT (từ xa) thường thiết lập trực tiếp ở khuôn viên hoặc những nơi không được giám sát thường xuyên. Các trạm mặt đất VSAT thường là thành phần của một mạng hình sao bao gồm một trạm trung tâm (Hub) tương đối lớn và nhiều trạm VSAT từ xa. Tuy nhiên một vài mạng lại hoạt động theo cấu hình điểm nối điểm hoặc theo cấu hình mạng lưới không cần Hub. 1.3 CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG VSAT. 1.3.1 Tổng quát về tính ưu-nhược của hệ thống VSAT. Các hệ thống VSAT thường được sử dụng dưới hình thức tư nhân, một nhóm người sử dụng khép kín, hay các mạng thông tin số trong đó các trạm VSAT từ xa được thiêt lập trực tiếp tại khuôn viên của người sử dụng từ xa. Xét mạng VSAT có những ưu điểm so với các mạng thông tin mặt đất khác: Khả năng cung cấp dịch vụ lớn do tầm phủ sóng lớn. Việc triển khai mạng trở nên linh hoạt nhờ việc dễ dàng thay đổi cấu hình và cho phép thiết lập các VSAT mới ở bất kỳ nơi nào nằm trong vùng phủ sóng. Khả năng quảng bá thông tin, đặc biệt là đối với việc phân phối dữ liệu. Khả năng truyền dẫn với tốc độ bit cao, thường là 64, 128 Kbit/s hay hơn. Chi phí thông tin không phụ thuộc vào khoảng cách. Không có nút mạng trung gian giữa người sử dụng đầu cuối và hệ thống thông tin trung tâm (Hub). Điều này làm cho hệ thống VSAT có đặc tính hoạt động rất cao như độ tin cậy, độ sẵn dùng và chất lượng truyền dẫn cao (lỗi Bit-Ber thấp). Nhưng mạng VSAT cũng còn nhược điểm trễ truyền dẫn trên đường truyền vệ tinh. Do đó cần phải chú ý đến các giao thức ứng dụng và thông tin phải có khả năng thích ứng với việc xử lý thời gian trễ này (đặc biệt là mạng GSM). 1.3.2 Các ứng dụng trong thông tin một chiều. 1.3.2.1 Phân phối dữ liệu và phân phối tín hiệu Video. Ứng dụng phân phối dữ liệu (truyền thông dữ liệu) là ứng dụng phổ biến nhất của thông tin một chiều, tức là phân phối thông tin dưới dạng tín hiệu số từ Hub tới tất cả các thuê bao hoặc một số các giới hạn trong thuê bao (như: tin tức, thông cáo báo chí, thông tin thời tiết, truyền hình giải trí ...). Việc phân phối tín hiệu Video tới các trạm VSAT có thể thực hiện dưới hai hình thức chính: Dùng VSAT thu các tín hiệu Video (hoặc truyền hình) ở tốc độ bít thấp (1.5 hay 2.4Mbit/s), tức là hoạt động theo chế độ bình thường. Thu các tín hiệu số hay tín hiệu TV/FM truyền thống (analog), dưới dạng chức năng phụ trợ của VSAT. Chức năng thường được thực hiện thông qua một cổng ra phụ ở khối chuyển đổi nhiễu thấp (LNC). 1.3.2.2 Thu nhập dữ liệu. Các VSAT một chiều có thể sử dụng ở hướng ngược lại từ trạm VSAT đến các Hub cho mục đích thu nhập dữ liệu. Nghĩa là truyền dữ liệu tự động thông qua VSAT từ các bộ cảm biến từ xa. Các ứng dụng phổ biến là giám sát khí tượng hay môi trường, giám sát mạng truyền tải điện tự động… 1.3.3 Các ứng dụng hai chiều. 1.3.3.1 Truyền dữ liệu. Thông tin vệ tinh VSAT hai chiều bổ sung thêm cho các dịch vụ thông tin một chiều ở trên, các dịch vụ thông tin VSAT hai chiều mang lại một phạm vi ứng dụng gần như không giới hạn. Đối với truyền dữ liệu, các mạng VSAT thương mại ngày càng sử dụng phổ biến cho rất nhiều hình thức truyền dữ liệu khác nhau, đặc biệt là với truyền dữ liệu hai chiều. Điều này làm cho tính linh động của mạng tăng lên rất nhiều và đặc biệt là đối với kiểu truyền dữ liệu và file theo phương pháp tương hổ hoặc theo kiểu luân phiên hỏi đáp. Trong thực tế các mạng VSAT hoạt động tương tự như “Mạng dữ liệu chuyển mạch gói (PSDN)”. Các ứng dụng điển hình của mạng như: chuyển đổi truyền trọn gói các file dữ liệu quản lý trong kinh doanh từ các chi nhánh về trung tâm xử lý dữ liệu, thu thập dữ liệu và đặc biệt cung cấp dịch vụ điều khiển và giám sát dữ liệu theo yêu cầu (SCADA), các dịch vụ thư điện tử, xử lý từ xa các VSAT có thể truy cập vào một máy tính chủ thông qua Hub. 1.3.3.2 Video hội nghị Đối với truyền Video hội nghị, theo sự phát triển kỹ thuật nén hình ảnh số, các bộ mã hoá và giải mã (coder) video tốc độ bít thấp đã tạo điều khiển cho việc thực thi hình thức video hội nghị phục vụ cho các hoạt động kinh doanh với mục đích tiết kiệm chi phí và thời gian đi lại. 1.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CỦA VSAT. 1.4.1 Tổng quan về các kiểu VSAT. Hầu hết các ứng dụng VSAT đều dựa trên khái niệm sau: - Mạng hình sao: Gồm một trạm mặt đất trung tâm gọi là Hub, được trang bị một anten tương đối lớn và một trạm mặt đất từ xa được trang bị anten cỡ nhỏ. Mọi đường thông tin giữa các trạm VSAT từ xa đều thông qua Hub. Luồng thông tin từ Hub tới VSAT được thực hiện trên kênh tuyến ra (outbound), còn luồng thông tin giữa VSAT tới Hub được thực hiện trên kênh tuyến vào (inbound). Các chế độ thông tin trên các kênh tuyến ra được phân phối đồng thời từ Hub tới các VSAT. Trong khi các kênh tuyến vào yêu cầu được phúc đáp riêng lẻ được thiêt lập từ mỗi một trạm VSAT từ xa tới Hub. Phần lớn các đặc điểm áp dụng cho thông tin hai chiều (các VSAT thu/phát). Tuy nhiên cũng có thể áp dụng được trong ứng dụng của mạng thông tin VSAT một chiều. 1.4.2 Kỹ thuật trải phổ trong mạng VSAT: Do VSAT là mạng thương mại tư nhân, các anten trạm mặt đất có kích thước nhỏ nên phải dùng kỹ thuật đa truy cập và điều chế trải phổ. Bởi đây là phương pháp duy nhất có thể hạn chế đến mức tối thiểu ảnh hưởng can nhiễu từ hệ thống RF khác (do đây là loại anten nhỏ mà chịu một tải lớn trên băng tần). Trong kỹ thuật trải phổ độ rộng của băng tần tín hiệu được tăng lên, thường thì thông qua mã hoá thông tin với một chuổi tín hiệu giả ngẫu nhiên. Với công suất cho trước, nó làm giảm đi đáng kể mật độ công suất. Ở đầu thu, tín hiệu ban đầu được khôi phục lại bằng cách tương quan các bit với chuổi gốc. Đối với mạng thông tin VSAT hai chiều sử dụng phương pháp đa truy cập trải phổ (thường sử dụng đa tuy cập phân chia theo mã: CDMA) dùng trong các kênh phát tuyến vào. Mặc dù các hệ thống VSAT sử dụng kỹ thuật trải phổ có khả năng thích ứng tốt với băng tần 6/4Ghz nhạy với nhiễu. Nhưng ưu điểm này tỏ ra không quan trọng khi các bộ phát đáp vệ tinh VSAT sử dụng băng tần 14/10-12Ghz. 1.4.3 Các VSAT sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số FDMA. Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) là phương pháp đa truy cập phổ biến nhất dùng để thiêt lập các đường truyền vệ tinh điểm đối điểm. Khi các sóng mang được đưa vào sử dụng thì các mạng điểm đối đa điểm được thiêt lập. Nếu các đặc tính của vệ tinh đặc biệt là thông số EIRP cho phép sử dụng các trạm mặt đất thu-phát cỡ nhỏ trong việc triển khai các đường truyền và các mạng như vậy, thì có thể gọi chúng là các mạng, các trạm mặt đất VSAT-FDMA. Chú ý, nếu có yêu cầu thì cần phải đảm bảo các đường thông tin trực tiếp liên kết giữa tất cả các trạm mặt đất và không cần đến một trạm trung tâm, ngoại trừ trường hợp mạng cần đến giám sát và điều khiển (C&M). 1.4.4 Các VSAT sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA. TDMA là phương pháp đa truy cập phân chia theo thời gian, TDMA thường đi kèm với ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM), là phương pháp đa truy cập hoàn toàn bằng kỹ thuật số rất hiệu quả cho việc thiêt lập các mạng có cấu hình điểm đối điểm, điểm đối đa điểm và cấu hình mạng lưới (Mesh). Tuy nhiên, TDMA ở dạng TDMA băng thông hẹp có thể là sự lựa chọn thích hợp nhất đối với các mạng thông tin có dung lượng vừa (dưới 40Mbit/s). Nếu các đặc tính của vệ tinh đặc biệt là thông số EIRP cho phép sử dụng các trạm mặt đất thu-phát cỡ nhỏ trong việc triển khai các đường truyền và các mạng như vậy, thì có thể gọi chúng là các mạng VSAT-TDMA. Chú ý rằng cần phải có một trạm trung tâm ít nhất là để cung cấp các tín hiệu đồng bộ chuẩn. Nhưng cũng cần chú ý rằng các kênh thông tin trực tiếp cũng có thể được thiết lập giữa tất cả các trạm mặt đất. 1.4.5 Các VSAT sử dụng kỹ thuật TDM/TDMA. Phần lớn các mạng VSAT hiện nay sử dụng kết hợp cả hai kỹ thuật TDM và TDMA, và hoạt động trong cấu trúc hình sao. Chi tiết của các hệ thống và mạng VSAT sử dụng TDM/TDMA chi tiết như sau: Các chế độ ghép kênh và truy cập của hệ thống VSAT TDM/TDMA: Trong các VSAT sử dụng kỹ thuật TDM/TDMA, một tuyến ra liên tục không sử dụng TDMA được tải bởi một sóng mang TDM (256 hoặc 512Kbit/s) phát đi từ một Hub, trong khi các kênh tuyến vào xuất phát từ sóng mang ra này được phát đi bởi các sóng mang TDMA có tốc độ bit thấp hơn (băng hẹp 64 hoặc 128Kbit) mỗi sóng mang tuyến vào sẽ chiếm một khoảng thời gian được phân chia giữa một số trạm VSAT (có thể lên tới 31 khe thời gian). Trong trường hợp nhiều trạm VSAT hơn thì các sóng mang TDMA ghép kênh sẽ được sử dụng. Cũng tương tự như các kênh sóng mang tuyến ra TDM, nó cũng dựa trên kỹ thuật FDMA. Hệ thống TDM/TDMA hình sao này và sự chiếm dụng của các bộ phát đáp vệ tinh như hình. Phần vệ tinh được phân bố Các kênh TDMA Tuyến vào Các kênh TDM Tuyến ra Các tần số Sóng mang RF Hình 1.1: Hoạt động của hệ thống VSAT sử dụng TDM/TDMA Từ VSAT số: 7,8,9 5,6 ... 1,2 Từ Hub Các bản tin tuyến ra thường được Hub chấp nhận ngay từ lần đầu tiên. Mỗi một trạm VSAT từ xa sẽ theo dõi toàn bộ luồng thông tin trên đường truyền tuyến ra, nhưng chỉ giải mã luồng thông tin tuyến ra khi nào được đánh địa chỉ tới một trong các cổng của nó (các giao diện mặt đất với người sử dụng). 1.5 Các đặc tính tiêu biểu của VSAT. 1.5.1 Kích thước mạng, số lượng VSAT trong một mạng. Mạng được định nghĩa ở đây như một công cụ phục vụ cho một nhóm người sử dụng khép kín. Nó có thể là một mạng hoàn toàn độc lập hoặc là một mạng con được triển khai trên cơ sở một Hub chia sẽ. Nhưng xét về mặt thiết bị thì kích thước của mạng vẫn tuỳ thuộc vào dung lượng luồng dữ liệu, tức là dựa trên: Số người cần phục vụ, nói chung một người sử dụng cũng chính là một VSAT (từ xa). Tuy nhiên một VSAT cũng có thể phục vụ cho một số người sử dụng bằng cách kết nối nó với một mạng dữ liệu nội hạt (LANs) hoặc kể cả với một mạng mặt đất. Đặc tính luồng dữ liệu, khả năng biến đổi và các yêu cầu về dung lượng. Ở đây các đặc điểm quan trọng nhất có liên quan đến các kiểu luồng dữ liệu và khả năng tương thích của nó, đó là: Các luồng dữ liệu tốc độ bit thấp liên kết qua lại. Tốc độ truyền bản tin mong muốn (nghĩa là khoảng thời gian trung bình giữa hai bản tin, đặc biệt là trong các thời điểm thông lượng là cực đại) và chiều dài bản tin cần truyền đi từ các VSAT từ xa. Nội dung của các bản tin phúc đáp từ Hub. Độ trể đáp ứng chấp nhận được. Chuyển đổi và chuyển tải dữ liệu khối. Có thể có các yêu cầu truyền dẫn với mật độ luồng thông tin cao ở tuyến ra và kể cả tuyến vào (ở thời gian cao điểm và không cao điểm). Có thể có các yêu cầu về luồng thông tin thoại. 1.5.2 Các yêu cầu đối với phần không gian. Các yếu tố chính quyết định các yêu cầu về phân vùng không gian (và vì vậy quyết định chi phí phân vùng không gian, là một phần quan trọng của chi phí toàn bộ hệ thống). Các đặc tính của bộ phát đáp vệ tinh (EIRP, dải biến đổi mật độ công suất thu, độ rộng băng tần). Thông số G/T của các trạm mặt đất thu, và đặc biệt là các trạm mặt đất từ xa. Số lượng và dữ liệu của các sóng mang TDM tuyến ra. Do kích thước nhỏ của anten VSAT nên đây chính là yếu tố quyết định chủ yếu cho toàn bộ thông số EIRP cần thiết của bộ phát đáp (bộ phát đáp thường hoạt động ở chế độ công suất giới hạn). Số lượng và tốc độ dữ liệu của các sóng mang TDM tuyến vào. Đây là yếu tố quyết định cho độ rộng băng tần của bộ phát đáp. Tất nhiên, bên cạnh đó vẫn còn một số yếu tố khác nữa như chất lượng truyền dẫn (lỗi BER), độ sẵn dùng và môi trường can nhiễu. 1.6 Các vấn đề chung về giao thức và giao diện mặt đất của mạng VSAT. Một mô hình mạng VSAT bao gồm không chỉ phần cứng của các trạm mặt đất mà còn cả phần mềm đầy đủ đảm bảo sự hoạt động của các đầu cuối (end-to-end)/(user-to-user), bao gồm các giao thức và các chức năng giao diện. 1.6.1 Mô hình giao thức mạng VSAT. Các phương thức thông tin định hướng gói thường được sử dụng trong các mạng VSAT. Trong các tuyến thông tin dữ liệu gói, thông tin được truyền đi bằng cách nhóm dữ liệu thành các gói. Tuy nhiên, việc các mạng VSAT hoạt động theo phương thức gói vẫn không bắt buộc những người sử dụng nhất thiết phải tuân theo thông tin gói, bởi vì các chức năng gói hóa có thể được thực hiện trong các khối giao thức người dùng ở các đầu cuối mạng VSAT. Trong các tuyến thông tin dữ liệu, các hệ thống mở giao thức với nhau thông qua các chức năng thông tin được chia thành các lớp. Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa (ISO) đã phối hợp với tiểu ban chuẩn hóa về thông tin viễn thông của ITU-R (ITU-T) để xây dựng nên mô hình tham chuẩn giao thức kết nối hệ thống mở (OSI), gồm 7 lớp. Bốn lớp trên chứa các giao thức thông tin điểm nối điểm giữa các hệ thống thông tin. Ba lớp dưới chứa các giao thức mạng và giao tiếp mạng phục vụ việc truyền ảo không lỗi (Virtually error-free transmition) các gói dữ liệu của người dùng qua các mạng. Các mạng dữ liệu chuyển mạch gói sử dụng các giao thức thông tin trong 3 lớp này để chuyển các dữ liệu của người sử dụng qua mạng và cung cấp các phục vụ cho 4 lớp trên có chứa các giao thức điểm - đối - điểm. - Lớp vật lý (lớp1) là lớp dưới cùng trong mô hình OSI. Lớp này bao gồm các đặc tính vật lý và các thông số kỹ thuật của các kết nối dành cho việc truyền ở mức bit qua mạng và thông qua giao diện mạng. - Lớp liên kết dữ liệu (Lớp 2) chứa các thủ tục và giao thức thông tin giữa các đầu cuối của mạng, hoặc giữa các mạng với nhau. Các giao thức này thường thực hiện việc phát hiện và sửa lỗi cho các gói dữ liệu đã được đóng khung. Nếu các lỗi không thể sửa được, một thông báo lỗi sẽ được gửi tới lớp 3. Các giao thức này cũng có thể có các chức năng đánh địa chỉ và điều khiển luồng dữ liệu. Lớp 2 còn cung cấp khả năng đồng bộ giữa các đầu cuối và mạng. - Lớp mạng (lớp3) thiết lập, duy trì và kết thúc các kết nối dữ liệu qua mạng. Tại lớp 3 các gói dữ liệu được cung cấp các thông tin địa chỉ để thực hiện việc định tuyến qua mạng, các lỗi sẽ được sửa và các luồng gói dữ liệu sẽ được điều khiển. Các gói dữ liệu quá dài có thể sẽ được chia ra và sau đó được kết hợp lại. Các tuyến thông tin theo phương thức gói trong mạng VSAT thường chỉ dùng các chức năng và các chức năng thuộc 3 lớp OSI dưới cùng này. Chúng được sử dụng trong khuôn khổ mạng, cũng như các giao diện của nó với mạng bên ngoài. Các mạng VSAT được sử dụng chủ yếu dưới dạng các mạng dữ liệu riêng độc lập, kết nối một số đầu cuối dữ liệu của người sử dụng (hoặc một số nhóm đầu cuối). Các đầu cuối dữ liệu này giao tiếp với các VSAT ở xa, và với các máy chủ giao thức với trạm Hub của mạng VSAT. Gần đây, các mạng VSAT còn được dùng để kết nối những người sử dụng VSAT từ xa tới các mạng dữ liệu trên mặt đất (cả mạng công cộng lẫn mạng riêng), và có thể trong tương lai là mạng ISDN. Các kết nối này được thực hiện hoặc thông qua Hub hoặc thông qua một VSAT khác. 1.6.2 Kiến trúc bên trong của mạng VSAT và sự triển khai các giao thức. Xét về mặt giao thức và mặt các thủ tục thông tin, một mạng VSAT có thể được chia thành phần trung tâm của mạng và phần giao diện mạng. VSAT Các lớp cao dành cho người dùng Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Các lớp cao dành cho người dùng Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Cổng giao tiếp Giao thức Giao diện Giao diện vật lý Phần trung tâm mạng Cổng giao tiếp Giao thức Giao diện Giao diện vật lý Phần trung tâm mạng MẠNG VSAT TRẠM HUB Đầu cuối của người sử dụng Đầu cuối của người sử dụng Đường truyền mặt đất Đường truyền vệ tinh Hình 1.2: Kiến trúc giao thức của một mạng VSAT Các giao diện mạng được bố trí ở các điểm rìa của mạng mà thông qua đó người sử dụng mạng VSAT được kết nối với mạng VSAT. Một giao diện mạng cũng được cung cấp tại Hub mạng, nơi được kết nối tới một máy chủ hoặc một mạng mặt đất khác. Mỗi một giao diện mạng VSAT có thể được cấu hình sao cho hỗ trợ được một trong nhiều loại giao diện người dùng khác nhau, không phụ thuộc vào giao diện mạng VSAT khác. Các giao diện mạng dựa vào phần trung tâm của mạng để cung cấp một cấp độ dịch vụ nào đó. Phần trung tâm của mạng ( Network kernel ) Phần trung tâm của mạng VSAT có cấu trúc và giao thức thông tin của riêng nó nhằm mục đích truyền các dữ liệu thông qua phương tiện truyền tin vệ tinh theo phương pháp hiệu quả nhất. Phần trung tâm của mạng đảm bảo viêc thưc hiện phân phối dữ liệu đáng tin cậy và cả việc chỉ báo tình trạng mất mát dữ liệu do các loại lỗi khác nhau hoặc do lỗi thiết bị. Phần trung tâm của mạng gồm các chức năng sau: - Các giao thức truy cập vệ tinh. - Cơ chế đánh địa chỉ gói. - Các thủ tục điều khiển tắc nghẽn trên các kênh vệ tinh. - Định tuyến và chuyển mạch gói. - Quản trị mạng. Các chức năng quản trị mạng được sử dụng để cấu hình và vận hành mạng, ví dụ để cảnh báo cho người quản trị mạng một số trường hợp cần phải loại trừ trong một số giao diện với người sử dụng, chẳng hạn như hủy bỏ một đường tryền không mong muốn hoặc phát lại để truy cập. Giao thức truy cập vệ tinh Giao thức truy cập vệ tinh thường là bất cân bằng. Có một số dậng truy cập từ VSAT đến Hub thông dụng đang được sử dụng như: Aloha chia khe (slotted Aloha) hoặc TDMA dành riêng (reservation TDMA). Theo hướng từ Hub đến VSAT, phương thức truy cập thường là TDMA. Các giao thức thông tin dữ liệu bên trong mạng. Các giao thức truy cập điểm-điểm, điểm đa điểm có thể được sử dụng để thiết lập các đường thông tin đáng tin cậy thông qua mạng, trong đó có cả các chức năng khôi phục lỗi và điều khiển luồng dữ liệu. Đây là các giao thức thông tin bên trong mạng được thiết kế dành riêng cho cho việc truyền dẫn qua vệ tinh trong mạng VSAT. Các yếu tố cần được đưa vào tính toán khi thiết kế các giao thức bên trong mạng VSAT bao gồm các đặc tính quan trọng của mạng như: topology hình sao của các mạng VSAT cũng như cũng như các phương pháp đa truy cập. Các đặc tính này có ảnh hưởng lớn đến thông lượng dữ liệu và thời gian thiết lập cuộc gọi của mạng VSAT. Các thông tin đã được gói hóa được cấu trúc thành các khuôn dạng có chứa cả các mã điều khiển lỗi để thông báo là đã nhận đúng hoặc loại bỏ các gói thông tin nhận được nhưng bị lỗi và yêu cầu phát lại. Trong các mạng VSAT sử dụng TDMA/RA để truyền các gói dữ liệu từ VSAT đến Hub thì quá trình chỉ báo (ACK) và quá trình phát lại gói tin đều nằm dưới sự điều khiển của phần mềm quản trị mạng VSAT. Tỉ lệ lỗi bit BER trên đường truyền vệ tinh phải đủ thấp để tránh hiện tượng phát lại quá nhiều lần các bản tin. Nếu các cơ chế sửa lỗi ở các thiết bị đầu cuối (end-to-end) trong các lớp cao hơn được sử dụng thì có thể dẫn đến thông lượng thông tin rất thấp do dữ liệu bị lỗi sẽ được lặp lại sau một thời gian trễ rất dài. Nếu không có các phương pháp sửa lỗi tại các lớp thấp thì tỉ lệ lỗi bit BER trên đường truyền vệ tinh sẽ phải thấp hơn nhiều. Chức năng chuyển mạch gói Các mạng VSAT với cấu hình hình sao chủ yếu là các mạng chuyển mạch gói với một trung tâm chuyển mạch gói đảm nhận các chức năng định tuyến và chuyển mạch. Các chức năng chuyển mạch được triển khai thông qua các thiết bị xử lý băng gốc và thiết bị điều khiển trong các trạm mặt đất VSAT và Hub. Có hai cơ chế chuyển mạch gói cơ bản: datagram và kênh ảo. Với datagram, các gói được phân phối với một độ tin cậy nhất định. Kênh ảo đảm bảo sự phân phối tuần tự các gói tin và không có sự nhân đôi. Trong mạng VSAT thì các cơ chế đều có ưu điểm và nhược điểm. Các kênh ảo yêu cầu ít thông tin mào đầu cho một gói dữ liệu hơn nhưng sự cần thiết phải duy trí các thông tin trạng thái ở mỗi kết nối trong mạng có thể sẽ trở thành một vấn đề phức tạp trong một mạng VSAT lớn có một số lượng lớn kết nối cần được hỗ trợ. Với phần thông tin mào đầu lớn hơn trong một gói, một chuyển mạch trên cơ sở datagram có thể đảm bảo một thông lượng cao hơn và mang lại một ưu điểm quan trọng: khả năng khởi động lại không cần thiết lập lại các kết nối trên mạng. Mô hình bên trong của một mạng chuyển mạch gói có thể được xem như một liên mạng giữa các hệ thống chuyển mạch và các thành phần xử lý. Do vậy các giao thức lớp mạng các giao thức lớp mạng trong mô hình OSI được sử dụng làm kiến trúc cho việc xây dựng cấu trúc bên trong của một mạng chuyển mạch gói VSAT. Một số mạng đã sử dụng chuyển mạch gói cải tiến để cung cấp chức năng X.25 PSDN. Các mạng VSAT khác nhau có thể sử dụng các giao thức thích hợp để thực hiện cùng các chức năng đó. Các chức năng chính trong chuyển mạch gói VSAT là: - Điều khiển đa truy cập vệ tinh - Truyền tín hiệu đáng tin cậy. - Định tuyến dữ liệu giữa các VSAT và máy chủ. - Kết nối tới các hệ thống quản trị mạng. - Kết nối tới các mạng khác. Các cổng giao tiếp ( Gateway ) Mỗi cổng giao tiếp mạng bao gồm chức năng cổng giao tiếp (Gateway) thực hiện việc chuyển đổi giao thức, và nếu cần thiết điều chỉnh giao thức. Chuyển đổi giao thức Khi kết nối mạng thông tin dữ liệu với nhau, một cổng giao tiếp nói chung thực hiện việc chuyển đổi tại các lớp OSI cao giữa các giao thức thông tin mạng không đồng dạng (ví dụ các cổng giao tiếp thư điện tử và các cổng giao tiếp truyền tin). Chức năng cổng giao tiếp mạng VSAT nhất thiết phải thực hiện việc chuyển đổi các lớp thấp giữa các giao thức thông tin mạng của người dùng và các giao thức bên trong mạng VSAT. Cổng giao tiếp mạng VSAT cho phép truy cập vào phần chính của mạng, thực hiện việc đóng gói dữ liệu và biên dịch địa chỉ. Trong tất cả các trường hợp, mỗi loại giao thức giao thức người dùng đều có các chức năng cổng giao tiếp cần thiết của riêng nó.Cả Hub lẫn VSAT đều có thể cung cấp các giao tiếp mạng với cấu trúc này, cấu trúc mà chúng ta cấu hình để hỗ trợ bất kì loại nào trong các loại giao thức người dùng. Nó có ưu điểm là nó có sẵn bên trong mạng không phụ thuộc vào các giao thức người dùng. Điều này cho phếp mạng dễ dàng thích nghi khi hỗ trợ các kiểu giao tiếp người dùng khác nhau. 1.7 KẾT NỐI VỚI CÁC DTE ĐỊNH HƯỚNG GÓI CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG VÀ VỚI CÁC MẠNG DỮ LIỆU MẶT ĐẤT. 1.7.1 Kết nối với các DTE của người sử dụng. Các mạng VSAT điển hình có một số loại giao tiếp mạng, mỗi loại chứa các giao tiếp lớp vật lý và giao thức giao tiếp với người dùng để đảm bảo sự giao tiếp hoàn hảo với các thiết bị đầu cuối dữ liệu cục bộ của người sử dụng (DTE). Các giao tiếp này cũng có thể hiện diện giữa các thiết bị Hub VSAT và các máy chủ. Giao tiếp lớp vật lý. Giao tiếp vật lý thực hiện kết nối vật lý từ DTE người dùng tới giao tiếp mạng VSAT. Mỗi hệ thống VSAT thường có một số giao tiếp vật lý độc lập và có thể cấu hình được. Chúng hổ trợ cho các chuẩn vật lý đồng bộ và không đồng bộ ở các tốc độ bit dữ liệu khác nhau. Giao tiếp giao thức người dùng. Giao tiếp giao thức người dùng được kết hợp với mỗi giao tiếp vật lý để kết nối hoàn hảo những người dùng vào mạng thông qua một chức năng thiết bị đầu cuối kênh dữ liệu (DCE) hoàn chỉnh ở lớp 2 và 3. Các giao tiếp giao thức người dùng hiện nay cho phép các thiết bị người dùng kết nối tới mạng theo giao thức riêng của mình. Hầu hết các hệ thống VSAT được hổ trợ ít nhất là các giao thức người dùng X25... Ngoài các giao tiếp người dùng được sử dụng rất thường xuyên này một mạng VSAT còn có thể dễ dàng thích nghi với các giao tiếp riêng bởi vì các sự thay đổi tong giao tiếp chỉ được giới hạn ở người dùng chứ không phải trên toàn bộ mạng. Giao thức X25. Trong các mạng X25 mặt đất, mỗi nút mạng đảm nhận việc chỉ báo nội bộ về tình trạng nhận các gói dữ liệu. Vì vậy giao thức người dùng X25 giao tiếp với mạng VSAT đơn giản hơn so với SDLC hoặc BISYNC. Giao tiếp vật lý giữa DTE X25 của người sử dụng với mạng dựa trên cơ sở chuẩn V24 của khiến nghị ITU-T. Giao tiếp giao thức người dùng của giao tiếp mạng VSAT tuân theo đầy đủ giao thức X25 trong khiến nghị ITU-T ở lớp 2 và 3. Cổng giao tiếp này thực hiện việc chuyển đổi giao thức giữa giao thức truy cập X25 và giao thức bên trong mạng VSAT và đồng thời điều khiển cả kênh ảo giữa các đầu cuối. Giao tiếp giao thức người dùng thực hiện cục bộ việc chỉ báo thu/phát ở lớp 2 và 3 tới các thiết bị người dùng, cũng giống như các node và các DCE trong các người X25 mặt đất. Nếu không tính đến trễ vệ tinh trong giao tiếp X25 cục bộ này, thì các giá trị định thời và các kích thước cửa sổ của các giao thức X25 lớp 2 và 3 trong thiết bị người dùng sẽ không cần phải được điều chỉnh khi sử dụng với các mạng VSAT. Giá trị định thời của các thủ tục trong lớp 3 có yêu cầu chuyển đổi giữa các đầu cuối thì lớn hơn đáng kể so với độ trễ đi-về của vệ tinh, do đó chúng được duy trì không đổi trong thiết bị người dùng. Các lớp trong mô hình OSI của ISO Đầu cuối VSAT Hub Máy chủ SDLC thứ cấp RS232C Giao thức lớp mạng SDLC sơ cấp RS232C Giao thức Datagram Modem/Code của VSAT Giao thức lớp mạng Giao thức Datagram Modem/Code của VSAT SDLC thứ cấp RS232C SDLC sơ cấp RS232C Hình 1.3: Cấu hình hổ trợ giao thức SDLC. 1.7.2 Kết nối với các mạng dữ liệu mặt đất chuyển mạch gói (PSPDN). Trong các mạng PSPDN, các DTE người dùng được kết nối tới các DCE của PSPDN thông qua sử dụng giao thức X25. Các DTE không đồng bộ có thể được kết nối tới mạng theo giao thức X28 và một chức năng PAD (lắp ghép/phân chia gói). Các mạng PSPDN được kết nối với nhau thông qua các cổng giao tiếp mạng với một giao tiếp X75 ở giữa. Dữ liệu được truyền qua mạng dưới dạng các gói tin đi qua các chuyển mạch gói (node) có nhiệm vụ định tuyến các gói tin này. Mỗi gói tin mang một header chứa thông tin địa chỉ. Không như trong các mạng chuyển mạch kênh, trong các chuyển mạch gói không có một kết nối nào được duy trì lâu dài trên mạng giữa các DTE đang thông tin. Một số khả năng kết nối mạng VSAT và mạng PSPDN có thể được áp dụng: Mạng VSAT thay thế cho một phần mạng PSPDN mặt đất. Mạng VSAT như một mạng con trung chuyển giữa các PSPDN. Một mạng VSAT truy cập vào một mạng PSPDN thông qua một giao tiếp mạng tại Hub hoặc tại một trong các trạm VSAT. Thông thường mạng VSAT truy cập vào mạng PSPDN được dùng phổ biến nhất và được chính thức hóa qua quá trình phát triển của các chuẩn quốc tế. Khả năng này của mạng VSAT xem như một dạng triển khai đặc biệt của mạng dữ liệu dành riêng được kết nối tới PSPDN thông qua một giao tiếp người dùng tiêu chuẩn của PSPDN. Cổng giao tiếp X25/VSAT đảm nhận các chức năng như: biên dịch địa chỉ, định tuyến quản lý kênh ảo, chuyển đổi số liệu và điều khiển luồng giữa lớp 3 của nó và các cổng giao tiếp ở xa. Khi một gói tin yêu cầu kết nối ở lớp 3 được nhận tại một cổng giao tiếp từ một giao diện mạng của nó, cổng này sẽ thực hiện chức năng quản lý và điều khiển kênh ảo của mình. Nó chuyển đổi gói tin này phù hợp với mạng và gắn địa chỉ mạng tương ứng trước khi chuyển đến phần chính của mạng để truyền đến các cổng giao tiếp ở xa. Sau khi nhận được gói tin này, cổng giao tiếp ở xa tiến hành cắt bỏ ngững thông tin được gắn vào bởi cổng giao tiếp gởi, rồi tiến hành chuyển đổi khuôn dạng gói tin và đưa tới giao diện mạng cục bộ của nó. Sau đó gói tin này được gởi cho đầu cuối người dùng thông qua các lớp thấp nhất. Các vấn đề về hoạt động: Các yêu cầu kết nối mạng VSAT/PSPDN tùy thuộc vào quá trình truy cập của mạng VSAT dành riêng tới mạng PSPDN. Bên cạnh các yêu cầu giao tiếp có tính bắt buộc, thì một số chỉ tiêu chất lượng mạng cũng cần được đáp ứng. Các yêu cầu chất lượng gồm thông lượng, độ trễ. Các mạng VSAT còn có thêm một số đặc tính làm giảm chất lượng cho toàn bộ các kết nối. Để so sánh, trong mạng PSPDN mặt đất dưới điều kiện tải bình thường thì thời gian truyền qua mạng đối với cả hai loại gói tin yêu cầu kết nối và chấp nhận kết nối xấp xỉ 0.6s. Mặc dù độ trễ truyền dẫn node tới node trong mạng mặt đất là nhỏ hơn đáng kể, nhưng với số lượng node cao hơn nhiều thì thời gian thiết lập cuộc gọi có thể so sánh với mạng VSAT. Trong suốt khoảng thời gian truyền số liệu của một kết nối, cả hai loại mạng đều thực hiện chỉ báo cục bộ và vì vậy độ trễ truyền gói được xem như một chiều. Trong mạng VSAT độ trễ trung chuyển lần lược vào khoảng 0.5 đến 1s đối với cấu hình một bước chuyển và hai bước chuyển. Trong khi mạng dữ liệu mặt đất, độ trễ trung chuyển xấp xỉ 0.4s. 1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG. Vệ tinh VSAT đảm bảo tính thông tin xuyên lục địa với những ưu điểm mà các loại thông tin khác không thể có, với mạng lưới của nó tạo thành hệ thống thông tin khép kín toàn cầu. Thực chất của kỹ thuật thông tin vệ tinh là kỹ thuật truyền dẫn mà trong đó môi trường truyền dẫn là không gian vũ trụ rất phức tạp với khoảng cách lớn.