Đồ án tốt nhiêp IP VSAT

ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 1 SVTH: Trần Minh Quang

Lời mở ñầu

Hiện nay trên thế giới và trong khu vực, có rất nhiều nước ñã có hệ thống Thông
tin vệ tinh riêng của mình. Hệ thống này cho phép ñáp ứng ñược các nhu cầu ngày
càng tăng của thông tin cũng như nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ ña dạng và
phong phú.
Hệ thống Thông tin vệ tinh có thể cung cấp các dịch vụ thông tin như: Thoại,
truyền số liệu, phát thanh, truyền hình, Internet… với dung lượng lớn, vùng phủ sóng
rộng, ñộ tin cậy và chất lượng thông tin cao.
ðề tài Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng phân tích tổng quan về hệ
thống 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. ðề tài này sẽ gồm hai phần :
Phần 1: Hệ thống mạng VSAT
Chương 1 : Tổng quan về mạng VSAT.
Chương 2 : Quá trình sử dụng vệ tinh cho mạng VSAT.
Chương 3 : Hoạt ñộng của mạng VSAT.
Chương 4 : Các khía cạnh liên quan ñến hoạt ñộng của mạng VSAT.
Phần 2 : Ứng dụng của hệ thống mạng VSAT
Chương 5 : Ứng dụng của hệ thống mạng VSAT
Mặc dù em ñã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian có hạn nên chắc chắn sẽ
không tránh khỏi thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận ñược sự góp ý của quý Thầy ñể
ñề tài của em ñược hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Xuân Trường ñã tận tình trực tiếp
hướng dẫn em, xin cám ơn quý Thầy cô của trường ðại học Giao Thông Vận Tải –
Cơ sở 2 ñã truyền thụ cho em những kiến thức bổ ích trong 5 năm học tập tại trường
và cảm ơn sự ñộng viên, giúp ñỡ của tập thể lớp Kỹ Thuật Viễn Thông – Khóa 45 ñể

tôi hoàn thành ñề tài này.
Sinh viên
Trần Minh Quang
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 2 SVTH: Trần Minh Quang

MỤC LỤC
Trang
PHẦN 1 : HỆ THỐNG MẠNG VSAT
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT 7

1.1 Khái niệm mạng VSAT 7

1.2 Cấu hình mạng VSAT 10

1.3 Kết nối thiết bị ñầu cuối người dùng 15

1.4 Các ứng dụng của mạng VSAT và các kiểu lưu lượng 16

1.4.1 Ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày 16

1.4.1.1 Các loại dịch vụ 16

1.4.1.2 Các kiểu lưu lượng 17

1.4.2 Mạng VSAT quân sự 19

1.5 Các ñối tượng liên quan ñến cung cấp và sử dụng dịch vụ VSAT 19

1.6 Các thành phần chủ yếu của mạng VSAT 21

1.6.1 Dạng hình sao hay hình lưới ? 21

1.6.1.1

Cấu trúc của luồng thông tin 22

1.6.1.2

Dung lượng và chất lượng ñường truyền 22

1.6.1.3

Trễ truyền dẫn 24

1.6.2 Dữ liệu / thoại / hình ảnh 24

1.6.3 Ấn ñịnh cố ñịnh và ấn ñịnh theo nhu cầu 24

1.6.3.1 Phương pháp ấn ñịnh cố ñịnh 25

1.6.3.2 Phương pháp ấn ñịnh theo nhu cầu 25

1.6.4 Các băng tần số 27

1.6.5 Các loại HUB 30

1.6.5.1 HUB lớn chuyên dụng 30

1.6.5.2 HUB dùng chung 30

1.6.5.3 Mini HUB 30

CHƯƠNG 2 : QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG VỆ TINH CHO MẠNG VSAT 31

ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 3 SVTH: Trần Minh Quang

2.1 Giới thiệu 31

2.2 Chức năng chuyển tiếp của vệ tinh 31

2.3 Tái sử dụng tần số 34

2.4 Quỹ ñạo vệ tinh 35

2.4.1 ðịnh luật vạn vật hấp dẫn của Newton 38

2.4.2 Các thông số quỹ ñạo 39

2.5 Vệ tinh ñịa tĩnh 39

2.5.1 Các thông số quỹ ñạo 39

2.5.2 Quá trình phóng vệ tinh 40

2.5.3 Khoảng cách của vệ tinh 42

2.5.4 Trễ truyền dẫn 43

2.5.6 Quá trình ñiều chỉnh quỹ ñạo 43

2.5.6.1 Hộp giữ trạm 43

2.5.6.2 Chức năng ñiều chỉnh 44

2.5.7 Hiệu ứng Doppler 44

CHƯƠNG 3 : HOẠT ðỘNG CỦA MẠNG VSAT 46

3.1 Quá trình lắp ñặt 46

3.1.1 HUB 46

3.1.2 VSAT 46

3.1.3 Hướng của anten 48

3.2 Các vấn ñề cần quan tâm của khách hàng 50

3.2.1 Giao diện của thiết bị ñầu cuối 51

3.2.2 Tính ñộc quyền của hãng sản xuất 51

3.2.3 Thời gian lắp ñặt 51

3.2.4 Truy cập dịch vụ 52

3.2.5 Tính linh hoạt 52

3.2.6 Khả năng khắc phục lỗi và hỏng hóc 52

3.2.7 Thời gian ñáp ứng 54

ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 4 SVTH: Trần Minh Quang

3.2.8 Chất lượng ñường truyền 55

3.2.9 ðộ khả dụng 56

3.2.9.1 ðộ khả dụng trạm mặt ñất phát và thu 56

3.2.9.2 ðộ khả dụng của phần không gian 57

3.2.9.3 ðộ khả dụng của tuyến 58

3.2.10 Quá trình bảo dưỡng 59

3.2.11 Các rủi ro 59

3.2.11.1 Bảo vệ con người và ñộng vật tránh khỏi sự bức xạ 60

3.2.11.2 Bảo vệ phần cứng 60

3.2.12 Chi phí 60

CHƯƠNG 4 : CÁC KHÍA CẠNH LIÊN QUAN ðẾN MẠNG VSAT 61

4.1 Các chức năng của mạng 61

4.2 Một số ñịnh nghĩa 61

4.2.1 Liên kết và kết nối 61

4.2.2 Tốc ñộ bit 62

4.2.3 Các giao thức 65

4.2.4 Trễ 65

4.2.5 Thông lượng 66

4.2.6 Hiệu suất kênh truyền 66

4.2.7 Tính hiệu dụng của kênh truyền 66

4.3 ðặc tính lưu lượng 66

4.3.1 Dự ñoán lưu lượng 66

4.3.2 Các phép ño lưu lượng 66

4.4 Mô hình tham chiếu OSI ñối với các thông tin số liệu 67

4.4.1 Lớp vật lý 69

4.4.2 Lớp liên kết số liệu 69

4.4.1.1

Quá trình phát hiện các khung bị hỏng, bị mất hoặc trùng nhau
và khắc phục lỗi 70

ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 5 SVTH: Trần Minh Quang

4.4.1.2

ðiều khiển luồng 71

4.4.3 Lớp mạng 71

4.4.3.1 ðịnh ñịa chỉ 72

4.4.3.2 ðịnh tuyến thông tin 72

4.4.3.3 ðiều khiển nghẽn 72

4.4.3.4

Tính cước 72

4.4.4 Lớp vận chuyển 72

4.4.4.1 Truyền dữ liệu từ ñầu cuối ñến ñầu cuối (end-to-end) 72

4.4.4.2 Ghép kênh 73

4.4.4.3 ðiều khiển luồng 73

4.4.5 Các lớp cao (5 ñến 7) 73

4.5 Cấu hình giao thức của mạng VSAT 73

4.5.1 Các cấu hình vật lý và giao thức của mạng VSAT 73

4.5.2 Quá trình chuyển ñổi giao thức 73

4.5.3 Các lý do ñể thực hiện hoán chuyển giao thức: 76

4.5.3.1 Ảnh hưởng ñến quá trình ñiều khiển lỗi 76

4.5.3.2 Ảnh hưởng ñến quá trình ñiều khiển luồng 77

4.6 ða truy nhập 78

4.6.1 Các giao thức ña truy nhập cơ bản 80

4.6.2 Các mạng dạng lưới 82

4.6.3 Mạng hình sao 85

4.6.3.1 Tuyến vào FDMA-SCPC (Inbound)/ tuyến ra FDMA–SCPC
(Outbound) 85

4.6.3.2 Tuyến vào FDMA – SCPC / tuyến ra FDMA - MCPC 85

4.6.3.3 Tuyến vào FDMA – SCPC / tuyến ra TDM - MCPC 86

4.6.3.4 Tuyến vào FDMA –MCPC / tuyến ra TDM -MCPC 87

4.6.3.5 Tuyến vào TDMA / tuyến ra TDM – MCPC 88

4.6.3.6 Tuyến vào FDMA – TDMA / tuyến ra FDMA – MCPC 90

4.6.3.7 CDMA 91

ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 6 SVTH: Trần Minh Quang

4.6.4 Khác biệt của quá trình ấn ñịnh cố ñịnh và ấn ñịnh theo yêu cầu 92

4.6.4.1 Ấn ñịnh cố ñịnh với FDMA (FA - FDMA) 92

4.6.4.2 Ấn ñịnh theo yêu cầu với FDMA (DA - FDMA) 94

4.6.4.3 Ấn ñịnh cố ñịnh với TDMA (FA - TDMA) 95

4.6.4.4 Ấn ñịnh theo nhu cầu với TDMA (DA – TDMA) 96

4.6.4.5 Thủ tục ña truy nhập ấn ñịnh theo nhu cầu (DAMA) 97

PHẦN 2 : ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG MẠNG VSAT
CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG MẠNG VSAT 100

5.1 Một số ứng dụng của mạng VSAT 100

5.2 Dịch vụ VSAT–IP 105

5.3 Khả năng áp dụng mạng VSAT trong viễn thông ở Việt Nam 106

5.3.1 Hiện trạng 106

5.3.2 Tiềm năng của dịch vụ VSAT trong lĩnh vực viễn thông, quảng bá.107

Kết luận 109

THUẬT NGỮ VÀ KÝ HIỆU 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112


ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 7 SVTH: Trần Minh Quang


PHẦN 1

HỆ THỐNG MẠNG VSAT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT

1.1 Khái niệm mạng VSAT
Ngành thông tin vệ tinh ñã trải qua một quá trình phát triển lâu dài từ sự khởi ñầu
ñơn giản cho ñến những hệ thống phức tạp, ñồng thời nó cũng ñang dần ñược hoàn
thiện và không ngừng phát triển trong tương lai. Cùng với việc hạ giá thành và kích
thước, số lượng trạm vệ tinh mặt ñất tăng lên không ngừng. Các trạm vệ tinh cỡ nhỏ,
với kích thước an-ten từ 0.6m ñến 2.4m ñã trở nên quen thuộc với tên gọi VSAT.
VSAT (Very Small Aperture Terminal) là trạm thông tin vệ tinh mặt ñất cỡ nhỏ ñược
phát triển từ những năm 1980 bởi Công ty Telcom General của Mỹ.

Một số quan ñiểm
xem trạm vệ tinh VSAT như là thiết bị ñầu cuối viễn thông (Terminal) thay vì sử
dụng khái niệm trạm mặt ñất (Earth Station) với cách nhìn trạm VSAT như là thiết bị
ñầu cuối của mạng viễn thông (thoại, fax, Internet…), của mạng quảng bá (xem
truyền hình) hoặc như là thiết bị chuyển ñổi lưu lượng trong nội bộ mạng VSAT.
Quan ñiểm này cũng hoàn toàn phù hợp với ñịnh nghĩa của Liên minh Viễn thông Thế
giới (ITU) về thiết bị ñầu cuối số liệu DTE (Data Teminal Equipment) là thực hiện
chức năng chuyển ñổi lưu lượng số liệu ñầu cuối.
VSAT là một trong những bước trung gian của xu hướng chung trong quá trình
giảm kích thước trạm mặt ñất kể từ khi vệ tinh ñầu tiên ñược phóng vào giữa những
năm 1960. Thực ra, quá trình phát triển của các trạm mặt ñất ñược khởi ñầu từ các
trạm mặt ñất Intelsat chuẩn A kích thước lớn ñược trang bị các anten rộng khoảng
30m, cho ñến hiện giờ thì kích thước anten ñược trang bị nhỏ khoảng 60cm cho mỗi
hướng thu truyền hình ñược phát quảng bá bởi các vệ tinh hay các ñầu cuối có chức
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng

GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 8 SVTH: Trần Minh Quang

năng ñịnh vị toàn cầu như máy thu hệ thống ñịnh vị toàn cầu.Và hiện nay thông dụng
là các máy ñiện thoại vệ tinh cầm tay (IRIDIUM, GLOBALSTAR) có kích thước bỏ
túi. Hình 1.1 sẽ minh họa cho xu hướng này.
Thực ra, nếu phân tích theo khía cạnh về kích thước trạm vệ tinh thì trạm VSAT
ñược xem là bước trung gian của quá trình phát triển từ trạm vệ tinh mặt ñất cỡ lớn
ñến máy ñầu cuối thông tin di ñộng vệ tinh hay từ nghiệp vụ thông tin cố ñịnh vệ tinh,
ñến nghiệp vụ thông tin di ñộng vệ tinh.












Hình 1.1 : bước phát triển của quá trình giảm kích thước trạm mặt ñất

Vì vậy, VSAT tại các mức thấp hơn của một dòng sản phẩm sẽ mang lại sự khác
nhau ñáng kể giữa các dịch vụ thông tin, tại các mức cao hơn là các trạm lớn hơn
(thường gọi là trạm trung kế) hỗ trợ cho các liên kết vệ tinh có dung lượng lớn. Chúng
chủ yếu ñược dùng trong các mạng chuyển mạch quốc tế ñể hỗ trợ cho các dịch vụ
ñiện thoại trung kế giữa các quốc gia hay giữa các lục ñịa khác nhau. Hình 1.2 sẽ
minh họa cách mà các trạm tập trung lưu lượng từ các thiết bị ñầu cuối người dùng
thông qua các tuyến liên kết trên mặt ñất, các tuyến này ñược xem là một phần của

mạng chuyển mạch công cộng của một quốc gia. Giá thành các trạm này khá ñắt,
1960

2000

Các trạm trung kế
Các trạm tuyến hẹp
Các trạm VSATs
Các trạm cá nhân và di ñộng
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 9 SVTH: Trần Minh Quang

khoảng 1 triệu ñô / 1vùng. Dung lượng ñường truyền trên một vùng khoảng vài ngàn
kênh thoại (tương ñương khoảng 100Mbps). Chúng ñược sở hữu và vận hành bởi các
nhà ñiều hành viễn thông quốc gia hoặc các công ty tư nhân lớn.

Hình 1.2 Các trạm trung kế

Tại các trạm VSAT thường ñược lắp ñặt các anten có bán kính nhỏ hơn 2.4m, các
trạm này không hỗ trợ cho các tuyến liên kết vệ tinh có dung lượng lớn, tuy nhiên nó
có ưu ñiểm là rẻ với chi phí sản xuất khoảng 1000USD ñến 5000USD và dễ dàng lắp


Nư
ớc A

Nư
ớc B

Thuê bao

Thuê bao

Liên kết mặt ñất
Tổng ñài trung
k
ế quốc tế

Tổng ñài trung
k
ế quốc gia

Tổng ñài trung
k
ế quốc gia

Tổng ñài trung
k
ế quốc tế

Tổng ñài
trung kế
qu
ốc tế

Tổng ñài
nội hạt
Tổng ñài
nội hạt
Tổng ñài
trung kế
qu
ốc tế

Vệ tinh
TRẠM
TRUNG KẾ
TRẠM

TRUNG KẾ
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 10 SVTH: Trần Minh Quang

ñặt ở bất kì nơi ñâu, có thể là trên nóc nhà hay chỗ ñậu xe. Chi phí lắp ñặt thường nhỏ
hơn 2000USD. Bắt nguồn từ việc chi phí của VSAT thấp mà khiến cho nó ngày càng
trở nên phổ biến, thị trường dịch vụ này tăng khoảng 20-25% trên một năm. Có
khoảng 50000 VSAT hoạt ñộng trên diện rộng vào năm 1990 và 12 năm sau thì số
lượng VSAT là 60000, và xu thế này ñang diễn ra theo chiều hướng tăng, nếu xét về
khía cạnh vận chuyển thì VSAT ñược xem là phương tiện ñể chuyên chở thông tin.

1.2 Cấu hình mạng VSAT
Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm một vệ tinh chuyển ñộng trên một quỹ ñạo
và nhiều trạm mặt ñất truy cập ñến nó. Cấu hình cơ bản nhất là trạm mặt ñất-vệ tinh-
trạm mặt ñất. Các VSAT ñược kết nối với nhau bởi các liên kết tần số vô tuyến thông
qua vệ tinh gồm tuyến lên (uplink) từ trạm mặt ñất ñến vệ tinh và tuyến xuống
(downlink) từ về tinh ñến trạm mặt ñất (hình 1.3).


Hình 1.3 Tuyến lên và tuyến xuống
Nói chung các tần số cao hơn ñược sử dụng cho tuyến lên và các tần số thấp hơn ñược
sử dụng cho tuyến xuống.
Một liên kết từ trạm này ñến trạm kia bao gồm tuyến lên và tuyến xuống ñược gọi
là một bước nhảy (hop). Mỗi liên kết tần số vô tuyến là một sóng mang ñược ñiều chế
ñể truyền tải thông tin. Về cơ bản, vệ tinh sẽ nhận ñược các sóng mang ñược gửi lên
từ các trạm mặt ñất trong miền quan sát của anten thu, khuếch ñại các sóng mang ñó,

Tr

ạm mặt
ñ
ất thu

Tuy
ến lên

Tuy
ến xuống

V
ệ tinh

Tr
ạm mặt
ñ
ất phát

Băng Ku : 14GHz
Băng C : 6GHz
Băng Ku : 11GHz
Băng C : 4GHz
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 11 SVTH: Trần Minh Quang

chuyển ñổi tần số của chúng ñến băng tần thấp hơn ñể ngăn ngừa khả năng nhiễu giữa
ñầu vào và ñầu ra, sau ñó thực hiện phát các sóng mang ñã ñược ñiều chế ñến trạm
mặt ñất ñược ñịnh vị trong miền quan sát của anten phát. Chu kì quỹ ñạo của vệ tinh

là khoảng thời gian ñể hoàn thành một vòng quay trên quỹ ñạo của nó so với trái ñất.
Khi một vệ tinh chuyển ñộng trên vòng tròn quỹ ñạo theo hướng quay của trái ñất thì
nó ñóng vai trò như một chuyển mạch cố ñịnh từ bất kì trạm mặt ñất nào.Hình 1.4
minh họa cho khía cạnh hình học của vệ tinh ñịa tĩnh.

Hình 1.4 vệ tinh ñịa tĩnh
Khoảng cách từ trạm mặt ñất ñến vệ tinh ñịa tĩnh là một trong các nguyên nhân
gây ra suy hao công suất sóng mang tần số vô tuyến, giá trị suy hao này khoảng
200dB cho cả tuyến lên và tuyến xuống, và trễ ñường truyền từ trạm mặt ñất này ñến
trạm mặt ñất khác thông qua vệ tinh (trễ ñường truyền cho một hop) khoảng 0.25s.
Các vệ tinh này có thể ñược sử dụng 24 giờ mỗi ngày, nó ñóng vai trò như một
chuyển mạch cố ñịnh ñể chuyển tiếp các sóng mang tần số vô tuyến hướng lên, sau ñó
các sóng mang này ñược truyền từ vệ tinh xuống tất cả các trạm mặt ñất mà có thể
nhìn thấy tự vệ tinh (vùng tối của trái ñất ñược minh họa như hình 1.4). Khi tất cả các
VSAT ñược nhìn thấy từ vệ tinh thì các sóng mang có thể chuyển tiếp bởi vệ tinh từ
bất kì VSAT này ñến VSAT khác trong cùng mạng, ñiều này ñược minh họa như trên
hình 1.5.
ðối với mạng VSAT dạng lưới (mesh) như hình 1.5, ta cần xét ñến những hạn chế
sau:
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 12 SVTH: Trần Minh Quang

- Thông thường, suy hao công suất sóng mang cho cả tuyến lên và tuyến xuống
(tương ñương một hop) khoảng 200dB.
- Công suất tần số vô tuyến của hệ thống thu và phát lại bị giới hạn, thông thường
khoảng vài chục W (watt).
- Kích thước của VSAT nhỏ, ñiều này gây hạn chế công suất phát và ñộ nhạy thu
của nó.

Hình 1.5 Mạng VSAT dạng lưới. (a) Ví dụ với ba VSAT (mũi tên biểu diễn luồng
thông tin ñược truyền thông qua quá trình chuyển tiếp sóng mang bằng vệ tinh) (b)
minh họa ñơn giản với một số lượng lớn các VSAT (mũi tên ñại diện cho liên kết 2
hướng tạo bởi 2 sóng mang truyền theo các hướng ñối diện)
Giải pháp sau ñây ñược dùng ñể thiết lập mạng có trạm lớn hơn VSAT ñược gọi là
HUB. Trạm HUB có kích thước anten khoảng 4 ñến 11m, giá trị này lớn hơn so với
kích thước anten của VSAT, do vậy ñộ lợi của nó sẽ lớn hơn so với anten của VSAT
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 13 SVTH: Trần Minh Quang

cổ ñiển và ñược lắp ñặt với máy phát có công suất lớn hơn. Trạm HUB này có khả
năng nhận ñược ñầy ñủ tất cả các sóng mang ñược phát bởi VSAT và truyền tải các
thông tin mong muốn ñến tất cả các VSAT bằng phương thức sóng mang riêng của
nó. Kiến trúc của mạng hình sao ñược mô tả trong hình 1.6 và hình 1.7 . ðường
truyền từ HUB ñến VSAT ñược gọi là tuyến ra (outbound link), từ VSAT ñến HUB
ñược gọi là tuyến vào (inbound link). Cả tuyến ra và tuyến vào ñều gồm có tuyến lên
vệ tinh và tuyến từ vệ tinh xuống.

Hình 1.6 Mạng VSAT hình sao hai hướng. (a) Ví dụ với 4 VSAT (
mũi tên biểu diễn
luồng thông tin ñược truyền thông qua quá trình chuyển tiếp sóng mang bằng vệ
tinh) (b) minh họa ñơn giản với một số lượng lớn các VSAT (mũi tên ñại diện cho
liên kết 2 hướng tạo bởi 2 sóng mang truyền theo các hướng ñối diện)
Kênh vệ
tinh
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng

GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 14 SVTH: Trần Minh Quang


Có 2 kiểu mạng VSAT hình sao :
- Các mạng hai hướng (hình 1.6) là mạng mà các VSAT có khả năng phát và
thu. Các mạng này thường hỗ trợ cho các lưu lượng hai chiều.
- Các mạng ñơn hướng (hình 1.7) là mạng trong ñó HUB làm nhiệm vụ phát
sóng mang còn VSAT chỉ có chức năng nhận. Cấu hình này thường dùng cho các dịch
vụ quảng bá từ site trung tâm (nơi ñặt HUB) ñến các site từ xa (nơi ñặt các VSAT chỉ
nhận).

Hình 1.7
Mạng VSAT hình sao ñơn hướng. (a) Ví dụ với 4 VSAT (
mũi tên biểu diễn
luồng thông tin ñược truyền thông qua quá trình chuyển tiếp sóng mang hướng ra
bằng vệ tinh) (b) minh họa ñơn giản với một số lượng lớn các VSAT (mũi tên ñại
diện cho liên kết ña hướng)
Kênh vệ
tinh

ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 15 SVTH: Trần Minh Quang

1.3 Kết nối thiết bị ñầu cuối người dùng
Các thiết bị ñầu cuối người dùng ñược kết nối ñến các VSAT và có thể giao tiếp
với nhau thông qua mạng VSAT. Kết nối hai hướng giữa các thiết bị ñầu cuối người
dùng có thể thiết lập theo hai cách tùy thuộc vào cấu hình của mạng VSAT :

- Nhờ các liên kết trực tiếp từ VSAT ñến VSAT thông qua vệ tinh nên các thông số
của ñường truyền ñáp ứng ñược chất lượng yêu cầu. Kiểu liên kết này ñược ứng dụng
chủ yếu trong cấu hình mạng dạng lưới trong ñó có sử dụng thiết bị ñầu cuối người
dùng (như ñược minh họa trong hình 1.8).

Hình 1.8 Kết nối thiết bị ñầu cuối người dùng trong mạng VSAT dạng lưới
- Các liên kết hai hop thông qua vệ tinh trong mạng hình sao với hop ñầu tiên từ
VSAT ñến HUB còn hop thứ hai dùng HUB như một chuyển mạch ñến VSAT ñích
(như ñược minh họa trong hình 1.9)








Hình 1.9 Kết nối thiết bị ñầu cuối người dùng sử dụng HUB như một chuyển
mạch trong mạng hình sao
Vệ tinh
Anten 1.8-2.4m Anten 1.8-2.4m
ðầu cuối người dùng
ðầu cuối người dùng
Vệ tinh
Anten 0.6-1.8m
Anten 0.6-1.8m
HUB
Anten 4-11m
ðầu cuối
người

dùng
ðầu cuối
người
dùng
ðầu cuối
người
dùng
ðầu cuối
người
dùng


I
nbound

Out
bound

ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 16 SVTH: Trần Minh Quang

So sánh hình 1.8 và 1.9 ta nhận thấy kích thước anten của VSAT trong cấu hình mạng
hình sao nhỏ hơn so với cấu hình dạng lưới. Có ñược ñiều này nhờ sự liên kết giữa
HUB với các VSAT trong cấu hình mạng hình sao có tác dụng cấp thêm nguồn cho
các tuyến ra và cải thiện khả năng thu sóng mang phát bởi các VSAT trên tuyến vào.
1.4

Các ứng dụng của mạng VSAT và các kiểu lưu lượng

Mạng VSAT ñược ứng dụng cả trong lĩnh vực quân sự lẫn trong ñời sống hằng ngày
1.4.1 Ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày
1.4.1.1 Các loại dịch vụ
Như ñã trình bày trong phần trên, mạng VSAT có thể ñược cấu hình theo kiểu mạng
ñơn hơn hay hai hướng. Bảng 1.1 ñưa ra ví vụ về các dịch vụ ñược hỗ trợ bởi mạng
VSAT. Cần lưu ý rằng hầu hết các dịch vụ ñược hỗ trợ bởi mạng VSAT hai hướng
ñều xử lý các lưu lượng dữ liệu tương tác trừ thông tin thoại và thu thập tin tức vệ
tinh. Các dịch vụ thoại thường có ñộ trễ vào khoảng 0.25s ñến 0.5s phụ thuộc vào cấu
hình mạng ñược chọn.
Bảng 1.1 Ví dụ về các dịch vụ ñược hỗ trợ bởi mạng VSAT
Mạng VSAT một hướng
Thị trường chứng khoáng và quảng bá tin tức.
ðào tạo, giáo dục từ xa.
Quảng bá các tài liệu liên quan ñến lĩnh vực tài chính
Giới thiệu sản phẩm mới tại các ñịa ñiểm phân tán về phương diện ñịa lý.
Quảng bá hình ảnh hay các chương trình truyền hình.
Các dịch vụ quảng cáo.
Mạng VSAT hai hướng
Quản lý thông tin trao ñổi giữa các máy tính với nhau.
Hội nghị truyền hình tốc ñộ cao.
Truy vấn cơ sở dữ liệu.
Giao dịch ngân hàng, máy bán hàng tự ñộng
Các hệ thống ñăng kí
Giám sát bán hàng, ñiều khiển quá trình kiểm kê
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 17 SVTH: Trần Minh Quang

Dữ liệu ña phương tiện, truyền ảnh
Thu thập tin tức vệ tinh
Hội nghị truyền hình
Thông tin thoại
ðiều khiển xử lý và ño từ xa

1.4.1.2 Các kiểu lưu lượng
Tùy thuộc vào loại dịch vụ, luồng lưu lượng giữa HUB và các VSAT có thể khác
nhau về ñặc tính và yêu cầu.
- Truyền hay quảng bá dữ liệu thuộc loại dịch vụ một hướng, có khả năng truyền dữ
liệu với dung lượng nằm trong khoảng từ 1-100 MB, các dịch vụ này thường không
chú trọng ñến trễ nhưng yêu cầu ñộ tin cậy của dữ liệu ñược truyền phải cao chẳng
hạn như quá trình máy tính tải về và quảng bá dữ liệu ñến các site từ xa.
- Các dữ liệu tương tác là dịch vụ hai hướng ñáp ứng ñược nhiều giao dịch trên một
phút hay trên một thiết bị ñầu cuối, các gói tin ñược truyền có ñộ dài từ 50-250 byte
và có thể ñược truyền cả trên tuyến ra và vào. Thời gian ñáp ứng yêu cầu thông
thường khoảng vài giây.
- Yêu cầu / ñáp ứng là dịch vụ hai hướng ñáp ứng ñược nhiều giao dịch trên một
phút hay trên một thiết bị ñầu cuối. Các gói vào (thông thường có ñộ dài từ 30-100
byte) thường ngắn hơn các gói ra (thông thường từ 500-2000 byte).Thời gian ñáp ứng
yêu cầu vào khoảng vài giây.
- ðiều khiển giám sát và truy vấn dữ liệu (SCADA) là dịch vụ hai hướng ñáp ứng
ñược một giao dịch trên một giây (hoặc phút) trên một thiết bị ñầu cuối. Các gói vào
(khoảng 100 byte) thường dài hơn các gói ra (khoảng 10byte). Thời gian ñáp ứng yêu
cầu nằm trong khoảng vài giây ñến vài phút.Bảng 1.2 minh họa cho phần trình bày
trên.
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 18 SVTH: Trần Minh Quang

Bảng 1.2 Các kiểu lưu lượng
ðộ dài gói tin Kiểu lưu
lượng
Hướng ra Hướng vào
Thời gian ñáp
ứng yêu cầu
Chế ñộ sử
dụng
Ví dụ
Truyền
hay
quảng bá
dữ liệu
Không
liên quan
1-100 MB Không quan
tâm ñến trễ
Dùng trong
suốt chu kì tải
lưu lượng thấp

Máy tính tải
hay quảng
bá dữ liệu
ñến các site
từ xa
Các dữ
liệu
tương tác

50–250
byte
50-250 byte Vài giây Nhiều giao
dịch trên một
phút trên một
thiết bị ñầu
cuối
Giao dịch
ngân hàng
Yêu cầu /
ñáp ứng
30-100
byte
500-2000
byte
Vài giây Nhiều giao
dịch trên một
phút trên một
thiết bị ñầu
cuối
ðăng kí
chuyến bay,
truy vấn cơ
sở dữ liệu
ðiều
khiển
giám sát
và truy
vấn dữ
liệu

(SCADA)

100byte 10 byte Vài giây / phút

Một giao dịch
trên một
giây/phút trên
một thiết bị
ñầu cuối
ðiều khiển,
giám sát
ñường ống
hay nguồn
nước.

ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 19 SVTH: Trần Minh Quang

1.4.2 Mạng VSAT quân sự
Mạng VSAT ñược chấp nhận bởi nhiều lực lượng quân ñội trên thế giới.Do vậy
mức ñộ phức tạp vốn có trong quá trình triển khai các VSAT ñã khiến cho chúng trở
thành phương tiện có giá trị trong quá trình thiết lập các liên kết thông tin tạm thời
giữa các ñơn vị nhỏ trên chiến trường và trụ sở chính nằm gần trung tâm. Băng tần số
ñược sử dụng là băng X với tần số tuyến lên từ 7.9-8.4GHz, và tần số tuyến xuống từ
7.25-7.75GHz.Các VSAT ñược dùng trong lĩnh vực quân sự thường có kích thước
nhỏ, trọng lượng nhẹ, trạm nguồn thấp ñể dễ dàng hoạt ñộng trong ñiều kiện chiến
ñấu.
1.5 Các ñối tượng liên quan ñến cung cấp và sử dụng dịch vụ VSAT

Các ứng dụng của mạng VSAT ñược trình bày rõ ràng trong phần trước chỉ ra rằng
công nghê VSAT ñáp ứng ñược trong lĩnh vực kinh doanh và trong quân sự. Các ñối
tượng của mạng VSAT bao gồm :
- Người sử dụng thường là nhân viên của các công ty sử dụng thiết bị ñầu cuối
thông tin văn phòng như máy vi tính, máy ñiện thoại hay máy fax.
- Nhà khai thác mạng VSAT thường là công ty của người sử dụng nếu như công
ty ñó sở hữu mạng hoặc là công ty viễn thông (nhiều nước có nhà ñiều hành viễn
thông cộng ñồng quốc gia) sau ñó cho thuê các dịch vụ. Nhà ñiều hành mạng VSAT
là khách hàng của nhà cung cấp mạng hay nhà cung cấp thiết bị.
- Nhà cung cấp mạng VSAT có khả năng hiểu biết kỹ thuật ñể ñịnh hướng cho
quá trình lắp ñặt mạng. Nó sẽ làm nhiệm vụ chỉnh sửa và phác họa chi tiết hệ thống
quản lý mạng (NMS) và thiết kế phần mềm tương ứng. ðầu vào của nó là nhu cầu
khách hàng, và khách hàng ở ñây chính là các nhà ñiều hành mạng. Nhà cung cấp
mạng có thể là một công ty riêng hay là nhà ñiều hành viễn thông quốc gia.
- Nhà cung cấp thiết bị sẽ có chức năng bán các VSAT hay các HUB mà nó sản
xuất, nó có thể là nhà cung cấp mạng hay là một ñối tượng khác.
ðể mạng VSAT làm việc, một số dung lượng vệ tinh phải ñược cung cấp. Vệ tinh có
thể ñược sở hữu bởi các công ty của người sử dụng và ñược ñiều hành bởi các ñối tác
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 20 SVTH: Trần Minh Quang

khác. ðối tác này có thể là nhà ñiều hành vệ tinh riêng quốc tế. Hình 1.11 sẽ minh họa
cho vấn ñề này

Hình 1.10 Các ñối tượng liên quan ñến cung cấp và sử dụng dịch vụ mạng VSAT
Tuy nhiên ở Việt Nam thì mô hình trên có thể thu gọn ở ba cấp ñối tượng (như hình
1.11). Trong ñó, doanh nghiệp viễn thông cung cấp dịch vụ VSAT có trách nhiệm

thuê dung lượng vệ tinh của nhà khai thác dịch vụ vệ tinh ñể thiết lập mạng VSAT
của mình. Việc cung cấp dịch vụ VSAT ñược thực hiện trực tiếp giữa doanh nghiệp
cung cấp dịch vụ VSAT (là doanh nghiệp viễn thông và ñược cơ quan quản lý có
thẩm quyền cấp giấy phép ñược thiết lập mạng và cung cấp dịch vụ cố ñịnh vệ tinh
VSAT) và người sử dụng dịch vụ thông qua hợp ñồng ký kết giữa hai bên. Ngoài ra,
ñể sử dụng dịch vụ VSAT, người sử dụng dịch vụ VSAT phải có Giấy phép sử dụng
tần số và thiết bị thu phát vô tuyến ñiện cho trạm VSAT của mình theo quy ñịnh.
Nhà khai thác vệ tinh
Nhà khai thác viễn thông
riêng hay c
ộng
ñ
ồng

Nhà khai thác viễn thông
riêng hay cộng ñồng hoặc
công ty người dùng
Công ty sản xuất
Nhân viên công ty
ðầu cuối
ðầu cuối ðầu cuối
Các
VSAT
Dung lượng
vệ tinh
Nhà cung
cấp mạng
VSAT
Nhà khai
thác mạng

VSAT
Nhà cung
cấp thiết bị

Người sử
dụng
ðầu cuối
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 21 SVTH: Trần Minh Quang


















Hình 1.11 Các ñối tượng liên quan ñến cung cấp và sử dụng dịch vụ mạng VSAT

ở Việt Nam

1.6 Các thành phần chủ yếu của mạng VSAT
1.6.1 Dạng hình sao hay hình lưới ?
Phần 1.2 ñã giới thiệu hai loại kiến trúc mạng là dạng hình sao và dạng hình lưới.
Câu hỏi ñược ñặt ra là kiến trúc nào sẽ thích hợp hơn ?
Câu trả lời tùy thuộc vào ba yếu tố sau :
- Cấu trúc của luồng thông tin trong mạng
- Dung lượng và chất lượng ñường truyền ñược yêu cầu.
- Trễ truyền dẫn

Nhà khai thác vệ tinh
(cung cấp dung lượng vệ tinh)
Doanh nghiệp viễn thông (*)
(thiết lập mạng và cung cấp dịch vụ VSAT)

Người sử dụng dịch vụ VSAT
(*): trong một số trường hợp thì trạm chủ HUB do tổ chức, cá nhân dùng ñể thiết
lập mạng dùng riêng
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 22 SVTH: Trần Minh Quang

1.6.1.1 Cấu trúc của luồng thông tin
Mạng VSAT có thể hỗ trợ các loại ứng dụng khác nhau, mỗi loại có một cấu hình
mạng tối ưu nhất :
- Quảng bá : site trung tâm sẽ phân phối thông tin cho các site từ xa mà không có
luồng thông tin gửi theo hướng ngược lại. Vì vậy mạng một hướng hình sao sẽ ñáp
ứng ñược dịch vụ này với chi phí thấp nhất.

- Mạng cộng ñồng : thông thường hầu hết các công ty ñều có cấu trúc tập trung trong
ñó quá trình quản trị và quản lý mạng ñược thực hiện tại site trung tâm, còn quá trình
sản xuất hay bán hàng sẽ thực hiện tại các site rải rác trên một khu vực ñịa lý. Thông
tin từ các site từ xa ñược tập trung tại site trung tâm còn thông tin từ site trung tâm
phải ñược phân phối ñến các site từ xa
- Hoạt ñộng tương tác giữa các site ñược phân phối : các công ty hay các tổ chức có
cấu trúc phân phối thường bao gôm nhiều site tương tác với nhau.
1.6.1.2 Dung lượng và chất lượng ñường truyền
ðường truyền ñược xét ở ñây là liên kết từ VSAT phát ñến VSAT thu, mỗi liên
kết bao gồm nhiều phần. Chẳng hạn như liên kết ñơn hop gồm một tuyến lên và một
tuyến xuống (hình 1.3), liên kết hai hop gồm hai liên kết ñơn hop, một ñược dùng cho
ngõ vào và một ñược dùng cho ngõ ra (hình 1.9).
Khi ñề cập ñến chất lượng ñường truyền thì phải dựa vào chất lượng của tín hiệu
ñược ñưa ra. Thật ra, có hai loại tín hiệu liên quan ñến nhau ñó là sóng mang ñược
ñiều chế tại ñầu vào của máy thu và tín hiệu băng gốc ñược phát ñến thiết bị ñầu cuối
người dùng (hình 1.12) .ðầu vào của máy thu ñược kết cuối với liên kết tần số vô
tuyến tổng thể từ trạm phát ñến trạm thu với hai thành phần liên kết là tuyến lên và
tuyến xuống. Giao diện trạm mặt ñất ñến các thiết bị ñầu cuối người dùng kết cuối
liên kết băng gốc từ người dùng ñến người dùng tại ngõ ra của thiết bị phát các bit ñi
(nguồn tin) ñến ñầu vào của thiết bị mà các bit ñược phát ñến.



ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 23 SVTH: Trần Minh Quang

Hình 1.12 Liên kết tần số vô tuyến tổng thể và liên kết băng gốc từ người dùng ñến
người dùng.

Chất lượng ñường truyền của liên kết tần số vô tuyến ñược ño bởi tỉ số (C/N
0
)
T
tại
ñầu vào của trạm thu, trong ñó C là công suất sóng mang thu và N
0
là mật ñộ phổ
công suất của tạp âm.
Chất lượng ñường truyền băng gốc ñược xác ñịnh bởi tỉ lệ lỗi bit BER, nó ñược
xác ñịnh bởi giá trị E
b
/N
0
tại ñầu vào máy thu trong ñó E
b
(J) là năng lượng trên một
bit thông tin còn N
0

(WHz
-1
) là mật ñộ phổ công suất của tạp âm. Tỉ số năng lượng bit
thu ñược trên mật ñộ phổ tạp âm E
b
/N
0
phụ thuộc vào chất lượng liên kết tần số vô
tuyến tổng thể(C/N
0
)
T
và dung lượng ñường truyền ñược ño bởi tốc ñộ bit thông tin
R
b
:

b
Tb
R
NC
N
E )/(
0
0
=

(1.1)

Vệ tinh
Liên kết RF tổng
ðầu cuối người dùng
Tuyến xuống
Tuyến lên
ñích
ðầu cuối người dùng
Nguồn
tin
Liên kết băng gốc từ người
dùng ñến người dùng
ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 24 SVTH: Trần Minh Quang

Hình 1.13 EIRP ñối với G/T trong mạng VSAT. ðường cong 1 : hop ñơn từ VSAT ñên
VSAT trong mạng dạng hình lưới. ðường cong 2 : một cặp hop từ VSAT ñên VSAT thông
qua HUB. R
b
tăng ñồng nghĩa vời việc dung lượng ñường truyền giảm.

Hình 1.13 mô tả mối quan hệ giữa EIRP với G/T trong mạng VSAT nhằm xem xét
chất lượng tín hiệu băng gốc ñược ñưa ra trong giới hạn của hằng số BER.
1.6.1.3 Trễ truyền dẫn
Với liên kết ñơn hop từ VSAT ñến VSAT trong mạng dạng lưới thì có trễ truyền
dẫn khoảng 0.25s. Với liên kết hai hop từ VSAT ñến VSAT thông qua HUB, trễ
truyền dẫn tăng lên gấp ñôi và có giá trị khoảng 0.5s.
1.6.2 Dữ liệu / thoại / hình ảnh
Tùy theo nhu cầu mà khách hàng có thể muốn phát một loại tín hiệu hay hỗn hợp
các loại tín hiệu khác nhau. Dữ liệu và thoại ñược phát ở dạng số trong khi ñó video
có thể ñược phát ở dạng tương tự lẫn số. Khi số hóa các tín hiệu video có thể ñạt ñược
hiệu suất băng thông nhờ vào kỹ thuật nén.
1.6.3 Ấn ñịnh cố ñịnh và ấn ñịnh theo nhu cầu
Trạm mặt ñất của mạng VSAT giao tiếp thông qua vệ tinh bằng phương thức sóng
mang ñiều chế. Bất kì sóng mang nào ñược ấn ñịnh một phần tài nguyên ñược cung
Hop ñôi
Hop ñơn
R
b
tăng
BER cho
trước
(G/T)
VSAT
(G/T)

HUB

(EIRP)
VSAT

(EIRP)
HUB

Tuyến vào

Tuyến ra

ðồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống mạng VSAT và ứng dụng


GVHD : Th.S Trần Xuân Trường 25 SVTH: Trần Minh Quang

cấp thông qua vệ tinh ñều nằm trong một giới hạn băng thông cho phép. Có hai
phương pháp ấn ñịnh cơ bản là ấn ñịnh cố ñịnh và ấn ñịnh theo nhu cầu.
1.6.3.1 Phương pháp ấn ñịnh cố ñịnh
Hình 1.14 minh họa nguyên lý ấn ñịnh cố ñịnh. Ở ñây không những cấu hình
mạng dạng hình sao ñược xét trong hình mà nguyên lý này còn ứng dụng trong cấu
hình mạng hình lưới. Tài nguyên mạng ñược chia sẻ một cách cố ñịnh cho tất cả các
trạm bất kể yêu cầu lưu lượng.

Hình 1.14 Nguyên lý ấn ñịnh cố ñịnh

1.6.3.2 Phương pháp ấn ñịnh theo nhu cầu
VSAT chỉ sử dụng lưu lượng ñược yêu cầu cho quá trình truyền dẫn riêng và giải
phóng lưu lượng quá mức quy ñịnh ñược sử dụng bởi các VSAT khác. Tất nhiên là

việc chia sẽ khác nhau này chỉ ñược thực hiện trong giới hạn tổng lưu lượng vệ tinh
ñược phân phối cho các mạng (như minh họa trong hình 1.15)
Ấn ñịnh theo nhu cầu ñược thực hiện thông qua phương thức yêu cầu dung lượng
ñược phát bởi các VSAT riêng lẻ. Các yêu cầu ñó ñược phát ñến trạm HUB, hoặc ñến
trạm ñiều khiển lưu lượng.



Tài nguyên
vệ tinh
Chia sẻ cố
ñịnh
Các VSAT
phát
Các VSAT
thu