nghiên cứu ip trong mạng vsat và ứng dụng tại việt nam

1

Môc lôc

Trang
Trang phụ bìa
Nhiệm vụ luận văn
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU 1
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT
1.1. Giới thiệu 2
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh 2
1.1.2. Cấu trúc tổng thể của một đường thông tin vệ tinh 3
1.1.3. Các đặc điểm của thông tin vệ tinh 5
1.2. Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh 6
1.2.1. Các phương pháp đa truy nhập 6
1.2.2. Các băng tần cho thông tin vệ tinh 13
1.3. Tổng quan về mạng VSAT IP 14
1.4. Cấu trúc của hệ thống VSAT IP 16
1.4.1. Vệ tinh iPSTAR 16
1.4.2. Trạm cổng (Gateway) 18
1.4.3. Trạm thuê bao 21
1.5. Ưu, nhược điểm của hệ thống IP STAR 21
1.5.1. Ưu điểm 21
1.5.2. Nhược điểm 22
1.6. Giải pháp kỹ thuật cho hệ thống IP VSAT 22

1.6.1. Lưạ chọn công nghệ chuyển mạch gói IP 22


2

1.6.2. Lựa chọn công nghệ đa truy nhập vệ tinh 26
Chương 2
CÔNG NGHỆ IP TRONG MẠNG VSAT
2.1. Đóng gói IP 29
2.1.1. Khái niệm căn bản 29
2.1.2. Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu ở lớp cao (HDLC) 30
2.1.3. Giao thức điểm - điểm (PPP) 30
2.1.4. Điều khiển truy nhập môi trường 31
2.1.5. IP qua vệ tinh 31
2.2. Nối mạng vệ tinh IP 32
2.2.1. Định tuyến trên vệ tinh 33
2.2.2. IP di động trong mạng vệ tinh 34
2.2.3. Phân giải địa chỉ 37
2.3. Các phương thức bảo mật mạng cơ bản trong vệ tinh 37
2.3.1. Các phương thức bảo mật 38
2.3.2. Các hàm băm đơn hướng 39
2.3.3. Mã đối xứng (với khoá bảo mật) 39
2.3.4. Mã hoá bất đối xứng (bằng khoá công cộng/riêng) 40
2.3.5. Bảo mật mạng vệ tinh 41
2.4. Giao thức mạng IPv6 44
2.4.1. Nền tảng của IPv6 44
2.4.2. Địa chỉ IPv6 46
2.4.3. Mạng IPv6 qua vệ tinh 51
2.4.4. Chuyển đổi IPv6 52
2.4.5. Kỹ thuật đường hầm IPv6 qua mạng vệ tinh 52

2.4.6. Biên dịch 6to4 thông qua mạng vệ tinh 54
2.4.7. Các vấn đề với 6to4 55
2.5. Phát triển mạng vệ tinh trong tương lai 56


3


Chương 3
ỨNG DỤNG VSAT IP VÀO VIỆT NAM
3.1. Giới thiệu chung 59
3.2. Các dịch vụ của VSAT IP 60
3.2.1. Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng 60
3.2.2. Dịch vụ thoại VoIP và Fax 61
3.2.3. Dịch vụ mạng riêng ảo (VPN) 61
3.2.4. Dịch vụ GSM Trunking 62
3.2.5. Dịch vụ hội nghị truyền hình 63
3.2.6. Dịch vụ truyền hình quảng bá 63
3.2.7. Một số ứng dụng VSAT IP điển hình ở Việt Nam 64
3.3. Yêu cầu mạng lưới 66
3.3.1. Vị trí trung tâm 66
3.3.2. Vị trí ở xa 67
3.4. Hệ thống VoIP trong mạng VSAT 69
3.4.1. Yêu cầu hệ thống thoại 71
3.4.2. Giải pháp thoại trên nền IP thế hệ mới (VoIP NGN) 71
3.4.3. Giải pháp VoIP kết hợp tổng đài truyền thống 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88
1. Kết luận 88
2. Kiến nghị 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

1

Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t
ADSL
Asymetric Digital Subscriber Line
Đường dây thuê bao số không
đối xứng
ARP
Address Resolution Protocol
Giao thức phân giải địa chỉ
AS
Autonomous System
Hệ thống độc lập
ATA
Analog Telephony Adapter
Bộ tương thích điện thoại
tương tự với hệ thống số
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Chế độ truyền tải đồng bộ
BB
Base Band
Băng tần cơ sở
BSS
Broadcast Satellite Service
Dịch vụ vệ tinh quảng bá
BTS
Base Transceiver System

Hệ thống thu phát gốc
CDMA
Code Divison Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã
D/C
Down Converter
Bộ đổi tần xuống
DEM
Demodulation
Bộ giải điều chế
DNS
Domain Name Service
Dịch vụ phân giải tên miền
DSI
Digital Speech Interpolation
Kỹ thuật nội suy tiếng nói số
DVB-S
Digital Video Broadcasting –
Satellite
Quảng bá hình ảnh số qua vệ
tinh
EIRP
Equivalent Isotropic Radiated
Power
Công suất phát xạ đẳng hướng
tương đương
FDMA
Frequency Divison Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo

tần số
FSS
Fixed Satellite Service
Dịch vụ vệ tinh cố định
FTP
File Transfer Protocol
Giao thức truyền tệp
FXO
Foreign eXchange Office
Giao diện điện thoại phía tổng
đài
FXS
Foreign eXchange Subscriber
Gia diện điện thoại phía nhà
thuê bao
GEO
Geostationary Earth Orbit
Quỹ đạo địa tĩnh
GES
Gateway Earth Station
Trạm cổng mặt đất
GSM
Global System for Mobile
Hệ thống di động toàn cầu
HDLC
High level DataLink Control
Điều khiển liên kết dữ liệu
mức cao
HPA
High Power Amplifier

Bộ khuếch đại công suất cao
IAX2
Inter-Asterisk eXchange2
Giao thức truyền tải trong
mạng VoIP
IDU
Indoor Unit
Khối thiết bị trong nhà
IGMP
Internet Group Management
Protocol
Giao thức quản lý nhóm
Internet


2

INTELSAT
International Telecommunications
Satellite Organization
Tổ chức vệ tinh thông tin quốc
tế
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
IP2TV
Internet Protocol to Television
Giao thức Internet trên truyền
hình
Ipsec

Internet Protocol security
Bảo mật giao thức Internet
IPv4/v6
Internet Protocol version 4/6
Giao thức Internet phiên bản
4/6
ISLs
Inter-Satellite Links
Các kết nối liên vệ tinh
ISP
Internet Service Provider
Nhà cung cấp d.vụ Internet
LAN
Local Area Network
Mạng vùng nội hạt
MCU
Multipoint Conference Unit
Bộ hội nghi truyền hình đa
điểm
NAT
Network Address Translation
Dịch địa chỉ mạng
NMS
Network Management System
Hệ thống quản lý mạng
ODU
Outdoor Unit
Khối thiết bị ngoài trời
OFDM
Orthogonal Fequency Divison

Multiplexing
Ghép kênh trực giao phân chia
theo tần số
OSPF
Open Shortest Part First
Đường ngắn nhất đầu tiên
được xác định
PBX
Private Branch eXchange
Tổng đài nội bộ
PSTN
Public Switching Telephone
Network
Mạng chuyển mạch công cộng
POP3
Post Office Protocol 3
Giao thức văn bản điên tử 3
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
QSPK
Quadrature Phase Shift Keying
Khóa dịch pha cầu phương
RRM
Radio Resouce Management
Quản lý tài nguyên vô tuyến
RSVP
Resource Reservation Protocol
Giao thức dành riêng tài
nguyên

RP
Render-Vous Point
Điểm gặp nhau
SCPC
Single Channel Per Carrier
Một kênh trên một sóng mang
SF/TDMA
Single Frequency/ Time Divison
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian một sóng mang
SIP
Session Initial Protocol
Giao thức khởi tạo phiên
SNR
Signal Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
SS7
Signaling System 7
Hệ thống báo hiệu số 7
TCP
Transmission Control protocol
Giao thức điều khiển truyền
dẫn
TDMA
Time Divison Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TTL
Time To Live

Thời gian tồn tại


3

U/C
Up Converter
Bộ đổi tần lên
UDP
Use Datagram Protocol
Giao thức dữ liệu người dùng
UES
User Earth Station
Trạm người dùng mặt đất
URL
Uniform Resource Location
Xác nhận tài nguyên đồng
dạng
UT
User Terminal
Các trạm thuê bao
VoD
Video - on – Demand
Truyền hình theo yêu cầu
VISTA
Vietnam Information for Science
and Technology Advance
Mạng thông tin khoa học và
công nghệ Việt Nam
VNPT

Vietnam Posts and
Telecommunications Group
Tập đoàn bưu chính viễn
thông Việt Nam
VoIP
Voice over Internet Protocol
Thoại trên giao thức Internet
VPN
Virtual Private Network
Mạng riêng ảo
VSAT
Very Small Aqerture Terminals
Các thiết bị đầu cuối khẩu độ
rất nhỏ
VTI
Vietnam Telecom International
Công ty viễn thông quốc tế










1

Danh môc c¸c h×nh vÏ

Trang
Hình 1.1. Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh 3
Hình 1.2. Các bộ phận của trạm mặt đất 4
Hình 1.3. Băng thông sóng mang các kỹ thuật FDMA, TDMA, CDMA 10
Hình 1.4. Sơ đồ cấp phát tài nguyên hệ thống MF/TDMA dạng lưới 12
Hình 1.5. Sơ đồ cấp phát tài nguyên trong giao thức Slotted ALOHA 13
Hình 1.6. Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số 14
Hình 1.7. Mạng VSAT –IP 15
Hình 1.8. Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1 17
Hình 1.9. Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1 tại Việt Nam 17
Hình 1.10. Sơ đồ khối chức năng trạm Gateway iPSTAR 19
Hình 1.11. So sánh cấu trúc trạm HUB theo công nghệ Mux và IP 24
Hình 1.12. So sánh cấu trúc trạm VSAT theo công nghệ Mux và IP 25
Hình 1.13. Ví dụ cấp phát băng thông cho các sóng mang 26
Hình 2.1. Định dạng gói IP 29
Hình 2.2. Cấu trúc khung HDLC 30
Hình 2.3. Cấu trúc khung của giao thức PPP 31
Hình 2.4. Định dạng khung của MAC 31
Hình 2.5. Trung tâm vệ tinh của kết nối đầu cuối tới Internet 32
Hình 2.6. Trung tâm vệ tinh của kết nối đoạn đầu tới Internet 33
Hình 2.7. Trung tâm vệ tinh của kết nối chuyển tiếp tới Internet 33
Hình 2.8. Trung tâm vệ tinh cố định so với sự dịch chuyển của trái đất 35
Hình 2.9. Hệ thống khoá bảo mật 40
Hình 2.10. Hệ thống khoá công cộng cho bảo mật và chứng thực 41
Hình 2.11. Mô hình truyền tải trong Ipv4 43
Hình 2.12. Mô hình đường hầm 43
Hình 2.13. Tường lửa bao gồm 2 bộ định tuyến và 1 cổng 43


2

Hình 2.14. Định dạng mào đầu gói IPv6 45
Hình 2.15. Cấu trúc địa chỉ toàn cầu tổng hợp 49
Hình 2.16. Minh họa host có ngăn xếp kép 52
Hình 2.17. Đóng gói IPv6 vào IPv4 53
Hình 2.18. Đường hầm host – router qua mạng vệ tinh 53
Hình 2.19. Đường hầm router – router qua mạng vệ tinh 54
Hình 2.20. Biên dịch 6to4 thông qua mạng truy nhập vệ tinh 54
Hình 2.21. Biên dịch 6to4 thông qua mạng lõi vệ tinh 55
Hình 2.22. Chuyển đổi ứng dụng IPv6 56
Hình 2.23. Một minh họa về phát triển mạng vệ tinh trong tương lai 57
Hình 2.24. Hội tụ giao thức 58
Hình 3.1. Mô hình dịch vụ truy nhập internet băng rộng 60
Hình 3.2. Mô hình dịch vụ thoại VoIP và fax 61
Hình 3.3. Mô hình dịch vụ mạng riêng ảo VPN 62
Hình 3.4. Mô hình dịch vụ GSM Trunking 62
Hình 3.5. Mô hình dịch vụ Video Conference 63
Hình 3.6. Mô hình cung cấp truyền hình quảng bá bằng mạng VSAT 64
Hình 3.7. Mô hình tổng quát giải pháp VoIP NGN 72
Hình 3.8. Mô hình VoIP vùng với điện thoại IP 75
Hình 3.9. Mô hình VoIP với PBX hỗ trợ FXO, FXS 76
Hình 3.10. Mô hình VoIP vùng với ATA 76
Hình 3.12. Giải pháp hỗn hợp 77
Hình 3.13. Mô hình đề xuất cho các vùng 77
Hình 3.13. Thiết bị ATA đảm bảo chống sét cho IP-PBX 78
Hình 3.14. Mô hình tổng thể hệ thống VoIP 79
Hình 3.15. Mô hình báo hiệu và thoại liên vùng 80
Hình 3.16. Mô hình báo hiệu và thoại nội vùng 80
Hình 3.17. Mô hình báo hiệu và thoại ra PSTN 81

3

Hình 3.18. Mô hình báo hiệu và thoại từ PSTN 82
Hình 3.19. Mô hình tổng quát giải pháp kết hợp tổng đài truyền thống 83
Hình 3.20. Gọi nội vùng 84
Hình 3.21. Gọi giữa các vùng 85
Hình 3.22. Gọi ra mạng PSTN 86
Hình 3.23. Cuộc gọi vào từ PSTN 87


1

MỞ ĐẦU
Những năm gần đây thông tin vệ tinh đang được xem như là một công
nghệ có nhiều ưu điểm trong việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, đặc biệt là
cung cấp dịch vụ cho những vùng, miền có địa hình hiểm trở phức tạp.
Truyền thông vệ tinh có ưu thế cho vùng phủ rộng, ít chịu ảnh hưởng của địa
hình, khí hậu, dung lượng lớn.
Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của thông tin vệ tinh là trễ truyền lan dài,
tỷ lệ lỗi bit tương đối cao và băng thông hạn chế so với các liên kết mặt đất
nên có không ít những vấn đề kỹ thuật đối với loại hình thông tin này.
Hơn nữa thế giới đang tích hợp các dịch vụ viễn thông theo hướng IP. Vì
vậy việc nghiên cứu công nghệ IP trong mạng vệ tinh VSAT nhằm đưa ra
những giải pháp thích hợp cho việc cung cấp dịch vụ viễn thông đảm bảo
khắc phục được những nhược điểm cố hữu vốn có của thông tin vệ tinh.
Xuất phát từ đó tôi đã thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: Nghiên
cứu IP trong mạng VSAT và ứng dụng tại Việt Nam.
Bố cục đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan mạng VSAT

Chương 2: Công nghệ IP trong mạng VSAT
Chương 3: Ứng dụng VSAT IP vào Việt Nam
Do điều kiện về thời gian cũng như những hạn chế về trình độ, mặc dù
đã rất cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy rất
mong nhận được sự đóng góp, nhận xét của người đọc để luận văn được hoàn
thiện hơn và có thể áp dụng những kiến thức này vào hoạt động chuyên môn.


2

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT
1.1. Giới thiệu
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh
Ý tưởng về một hệ thống thông tin toàn cầu sử dụng vệ tinh bay xung
quanh quả đất đã được nhà bác học Arthur C. Clacker giới thiệu trong một tạp
chí Anh “ Wireless World” vào tháng 5 năm 1945.
Tháng 10 năm 1957 Liên Xô đã phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu
tiên trên thế giới Sputnik – 1 vào quỹ đạo mở ra một kỷ nguyên chinh phục vũ
trụ của con người đồng thời cũng là lần đầu tiên thông tin giữa trái đất và vũ
trụ được thực hiện.
Ngày 14-2-1963, NASA đã phóng vào qũy đạo địa tĩnh vệ tinh mang tên
SYNCOM I và đến 19-8-1964 tiếp tục phóng vệ tinh SYNCOM II có độ cao
bay tới 36.000km đã truyền hình trưc tiếp thế vận hội Olympic từ Nhật về
Mỹ.
Tháng 7-1964 thành lập tổ chức INTELSAT với sự tham gia của 19 quốc
gia. Năm 1969 INTELSAT hoàn thành một hệ thống thông tin toàn cầu với 3
vệ tinh ở trên qũy đạo địa tĩnh, lúc này truyền hình toàn cầu được thực hiện và
cùng một lúc mọi người trên trái đất có thể cùng được xem một chương trình
truyền hình. Đến tháng 3-1988 đã có 155 nước thành viên với 784 trạm mặt

đất hoạt động.
Ở Việt Nam, năm 1964 nước ta đã gia nhập tổ chức INTELSAT. Chúng
ta đang sử dụng vệ tinh EXPRESS ở 800E với các trạm hoa sen mặt đất. Năm
1998 chúng ta đã xây dựng trạm mặt đất làm việc với INTELSAT theo tiêu
chuẩn F2, đó là trạm VISTA I ở TP HCM làm việc với vệ tinh INTELSAT
604 ở 600E và trạm VISTA II ở Hà Nội làm việc với vệ tinh INTELSAT 602
ở 620E theo tiêu chuẩn D. Từ đó đến nay, Việt Nam đã xây dựng khá nhiều


3

trạm mặt đất thuộc sự quản lý của VTI (VNPT) tại Quế Dương (Hà Tây), tại
Đà Nẵng, Bình Dương. Trong năm 2008, Việt Nam đã phóng thành công vệ
tinh địa tĩnh.
1.1.2. Cấu trúc tổng thể của một đường thông tin vệ tinh
Hệ thống thông tin vệ tinh được hình thành từ 2 phần chính đó là không
gian và phần mặt đất:










Hình 1.1. Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh

 Phần không gian: gồm các vệ tinh và tất cả các trung tâm đặt ở mặt đất

để điều khiển và giám sát vệ tinh. Trung tâm điều khiển và giám sát vệ
tinh bao gồm trạm bám (tracking station), trạm đo xa (Telemetry
Station), trạm điều khiển (Control Station) cùng với trung tâm điều
khiển vệ tinh mà tại đó tất cả các thao tác liên quan đến công việc duy
trì vị trí của vệ tinh và kiểm tra các chức năng quan trọng của vệ tinh
được thực hiện.
 Phần mặt đất: Bao gồm trạm mặt đất chuẩn (TC) và trạm mặt đất lưu
lượng (TMĐ).
Đường liên lạc hệ thống thông tin vệ tinh được mô tả theo hình sau:



Phần không gian
Đường xuống
Tx

Phần mặt đất
Rx

Đường lên
Trạm điều khiển


4

Vệ tinh

HPA
Phần không gian
Phần mặt đất

IF
RF
RF
IF
BB
BB
TMĐ
TC
Downlink
f
d

Uplink
f
u


U/C

MOD

LNA

D/C

DEM

Hình 1.2. Các bộ phận của trạm mặt đất
BB: Băng tần cơ sở LNA: Bộ khuyếch đại tạp âm thấp
MOD : Bộ điều chế D/C: Bộ đổi tần xuống
U/C: Bộ đổi tần lên DEM: Bộ giải điều chế
HPA: Bộ khuếch đại
Hoạt động của hệ thống thông tin vệ tinh được mô tả như sau:
+ Tại đầu phát băng tần cơ sở (BB) như: Tín hiệu thoại, video, telex,
facsimile được điều chế lên thành tần số trung tần IF, sau đó được đổi lên
cao tần RF nhờ bộ đổi tần tuyến lên U/C. Tín hiệu được khuếch đại lên mức
công suất cao nhờ bộ HPA và qua anten phát lên vệ tinh.
+ Tại đầu anten thu của vệ tinh, tín hiệu thu được qua bộ khuếch đại,
qua đổi tần từ tần số tuyến lên thành tần số tuyến xuống, khuếch đại công suất
rồi phát xuống mặt đất nhờ anten phát.
+ Anten thu trạm mặt đất thu tín hiệu từ vệ tinh về, tín hiệu qua bộ
khuếch đại tạp âm thấp LNA, tần số siêu cao được biến đổi thành trung tần IF
nhờ bộ đổi tần xuống D/C, sau đó qua bộ giải điều chế DEM để phục hồi lại
băng tần cơ bản như ở trạm mặt đất phát.
+ Trạm mặt đất chuẩn có nhiệm vụ đồng bộ sự hoạt động của cả hệ
thống, đồng thời thực hiện việc đo từ xa các thông số của vệ tinh và điều
khiển vệ tinh bay đúng qũy đạo.
+ Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh được gọi là đường lên
(uplink) và đường hướng từ vệ tinh đến trạm mặt đất thu gọi là đường xuống


5

(downlink). Trong một băng tần, tần số của tuyến lên fu bao giờ cũng lớn hơn
tần số của tuyến xuống fd để phân biệt tần số lên và tần số xuống tại các bộ

phận đáp trên vệ tinh.
1.1.3. Các đặc điểm của thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử
dụng vệ tinh để chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm trên mặt đất. Vì trạm
chuyển tiếp vệ tinh có độ cao rất lớn nên thông tin vệ tinh có những ưu điểm
so với các hệ thống viễn thông khác đó là:
 Vùng phủ sóng lớn: Một vệ tinh có thể phủ sóng được một vùng rộng
lớn. Nếu có ba vệ tinh địa tĩnh phóng lên ở 3 vị trí thích hợp sẽ phủ
sóng toàn cầu, do đó cung cấp các dịch vụ thông tin toàn cầu.
 Dung lượng vệ tinh lớn: Với băng tần công tác rộng, nhờ áp dụng các
kỹ thuật sử dụng lại băng tần nên hệ thống thông tin vệ tinh cho phép
đạt tới dung lượng lớn trong một thời gian ngắn.
 Độ tin cậy thông tin cao: Tuyến thông tin vệ tinh chỉ có 3 trạm trong đó
vệ tinh chỉ đóng vai trò trạm lặp còn 2 trạm đầu cuối trên mặt đất, do
đó xác suất hư hỏng trên tuyến là rất thấp, độ tin cậy trung bình đạt
99,9% thời gian thông tin trong một năm.
 Chất lượng thông tin cao: Đường thông tin có chất lượng cao do các
ảnh hưởng nhiễu của khí quyển và Fading là không đáng kể. Tỷ lệ lỗi
bit có thể đạt 10
-9
.
 Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất: Do độ cao của vệ tinh lớn
nên thông tin vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi địa hình của thiên nhiên
như đồi núi, thành phố, đại dương Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ
tinh có thể truyền tới các vùng xa xôi hẻo lánh, hải đảo Bởi vậy thông
tin vệ tinh là phương tiện thông tin tốt nhất cho các vùng nông thôn,
miền núi, hải đảo và các vùng chưa phát triển.


6

 Cung cấp các dịnh vụ mới: Trước khi có thông tin vệ tinh, hầu hết các
dịch vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng sóng ngắn phản xạ qua tầng
điện ly. Thông tin này đã không đáp ứng được yêu cầu do chất lượng
xấu, dung lượng thấp, băng tần hẹp. Thông tin vệ tinh ra đời đã khắc
phục được nhiều nhược điểm của các loại hình thông tin trước đó và đã
cung cấp nhiều dịch vụ mới.
 Cung cấp các dịch vụ cá nhân cho khách hàng: Các trạm mặt đất nhỏ
với anten kích thước bé có thể truy cập đến các cơ sở dữ liệu và các hệ
thống quản lý thông tin. Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích
thước rất nhỏ gọi là VSAT (Very Small Aperture Terminals) thường
được đặt tại nhà của khách hàng hay các khu vực có yêu cầu dịch vụ
viễn thông yêu cầu các dịch vụ phổ thông với dung lượng nhỏ, do đó
cung cấp tốt các dịch vụ cá nhân cho khách hàng.
1.2. Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh
1.2.1. Các phương pháp đa truy nhập
Đa truy nhập là phương pháp để nhiều trạm mặt đất sử dụng chung bộ
phát đáp. Thông tin chuyển tải giữa nhiều trạm mặt đất (tức là thiết lập nhiều
tuyến liên lạc trạm - trạm) đồng thời được thực hiện trên cùng một kênh vệ
tinh.
Một cách tổng quát đa truy nhập trong thông tin vệ tinh được phân loại
như sau:
 Đa truy nhập chia theo tần số: FDMA
 Đa truy nhập chia theo thời gian: TDMA
 Đa truy nhập chia theo mã: CDMA
1.2.1.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
FDMA là phương pháp đa truy nhập trong đó băng thông bộ phát đáp
được chia thành các băng tần con và mỗi băng tần con được ấn định cho một

7

sóng mang tùy thuộc vào lưu lượng kênh truyền và phương thức điều chế áp
dụng. Với kiểu truy nhập này, các trạm mặt đất truy nhập bộ phát đáp một
cách liên tục tại những sóng mang khác nhau. Để hạn chế nhiễu kênh lân cận
giữa các sóng mang, cần phải có băng tần bảo vệ (Guard band) thích hợp giữa
các sóng mang lân cận.
Nhiễu xuyên điều chế ảnh hưởng lớn đến chất lượng dịch vụ cũng như
công suất vệ tinh. Do các bộ khuếch đại công suất cao trên vệ tinh là các thiết
bị phi tuyến, khi hoạt động ở chế độ đa sóng mang luôn yêu cầu có độ lùi đầu
vào (input Backoff) và do vậy giảm công suất đầu ra của vệ tinh.
Với các kết nối truyền dẫn đường trục dung lượng lớn hoặc truyền hình
quảng bá thì kỹ thuật phù hợp vẫn được áp dụng là FDMA.
 Ưu điểm
 Thủ tục truy nhập đơn giản.
 Cấu hình các trạm mặt đất đơn giản, thiết bị rẻ tiền, dễ khai thác
 Nhược điểm
 Thiếu tính linh hoạt khi cần lập lại cấu hình: để đảm bảo các thay
đổi về dung lượng cần thay đổi quy hoạch tần số và điều này có
nghĩa thay đổi các tần số phát, tần số thu, băng thông của các bộ
lọc ở các trạm mặt đất.
 Hiệu quả sử dụng băng thông và công suất bộ phát đáp không
cao vì mỗi kết nối sóng mang của FDMA luôn luôn chiếm băng
thông cho dù trạm có truyền dữ liệu hay không.
 FDMA có xuyên nhiễu điều chế giữa các sóng mang lân cận do
đó cần thiết phải điều chỉnh công suất của các trạm mặt đất.
1.2.1.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
Phương pháp truy nhập TDMA dựa trên việc phân chia thời gian sử dụng
bộ phát đáp thành các khe thời gian, giữa các khe thời gian có các khoảng bảo

8

vệ. Trong TDMA, tất cả các trạm mặt đất trong hệ thống đều sử dụng chung
một tần số. Tuy nhiên tại một thời điểm xác định chỉ một trạm trong số các
trạm của hệ thống được phép phát lưu lượng của nó lên vệ tinh và chiếm toàn
bộ băng thông của bộ phát đáp đó. Lưu lượng truyền dẫn trong khoảng thời
gian cho phép (T
burst
) gọi là cụm tín hiệu (Burst). Để các Burst không chồng
lấn nhau tại máy thu vệ tinh, cần thiết phải có khoảng thời gian bảo vệ (Guard
time) giữa các Burst kế tiếp và đồng thời việc đồng bộ giữa các trạm mặt đất
trong mạng là tối cần thiết. Kỹ thuật TDMA do vậy liên quan đến qúa trình
tạo Burst, thu Burst và đồng bộ phát của các trạm mặt đất trong mạng.
Trong kỹ thuật TDMA, nếu một mạng có rất nhiều trạm đầu cuối VSAT
cùng phát về trên một băng thông duy nhất thì yêu cầu định thời cho mạng rất
cao, tốc độ phát của VSAT trên khe (bust) rất lớn, dẫn đến giá thành hệ thống
cao. Do vậy băng thông toàn mạng thường được phân chia thành nhiều đoạn
tần số, mỗi tần số được sử dụng cho một nhóm các VSAT phát về HUB, và ta
có kỹ thuật gọi là Đa truy nhập phân chia theo thời gian/Đa tần số
(MF/TDMA). Trạm HUB sẽ kiểm soát và cấp phát khe thời gian và đoạn
băng tần làm việc còn trống khi trạm VSAT có yêu cầu truyền tin. Điều này
sẽ giúp sử dụng quỹ đạo băng thông rất hiệu quả khi mạng có số lượng trạm
rất lớn và tương đối đồng nhất.
Số lượng VSAT trong một khe và độ rộng của khe tần số thường được
tính toán cân bằng giữa kích cỡ, giá thành trạm VSAT và hiệu suất sử dụng
khe tần số.
 Ưu điểm:
 Sử dụng công suất vệ tinh có hiệu quả
 Tính linh hoạt trong khai thác khi thay đổi nhu cầu lưu lượng:

muốn thay đổi chỉ cần thay đổi độ dài và vị trí các cụm được
điều khiển bằng phần mềm.


9

 Tăng dung lượng truyền dẫn lớn bằng kỹ thuật nội suy tiếng nói
số (DSI). Các kênh vô tuyến được ấn định cho người sử dụng chỉ
khi tín hiệu thoại được truyền dẫn. Kết hợp TDMA và DSI đảm
bảo tăng gấp ba hoặc bốn lần dung lượng truyền dẫn so với
MF/TDMA.
 Dễ dàng đấu nối với các mạng thông tin số mặt đất.
 Nhược điểm:
 Yêu cầu đồng bộ cụm
 Công suất phát cần thiết của trạm mặt đất là rất cao
1.2.1.3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
Trong phương thức đa truy nhập theo mã (CDMA) các trạm mặt đất sẽ
truy nhập bộ phát đáp vệ tinh cùng một lúc và cùng một tần số. Để có thể
phân biệt được các sóng mang với nhau, tại phía phát, mỗi bộ sóng mang sẽ
được nhân với một mã nhận dạng đặc biệt. Mã nhận dạng này cho phép máy
thu có thể tái tạo được sóng mang yêu cầu bằng cách nhân sóng mang thu
được với chính mã nhận dạng của sóng mang đó.
Tín hiệu sau khi nhân với mã nhận dạng sẽ được trải rộng ra về mặt phổ
tần chính vì thế mã nhận dạng được gọi là mã trải phổ và kỹ thuật CDMA dựa
trên nguyên lý trải phổ tín hiệu (Spread Spectrum).
* Nguyên lý đa truy nhập đạt được như sau: Tại phía phát các sóng mang
sẽ được nhân với các mã trải phổ và đều được phát lên vệ tinh. Tại phía thu,
các trạm mặt đất sẽ nhân các sóng mang thu được với bản sao mã trải phổ nên
chỉ có sóng mang mong muốn được nén phổ lại, còn các sóng mang khác sẽ
bị trải phổ một lần nữa và do vậy mật độ phổ công suất rất nhỏ. Để hệ thống

CDMA hoạt động tốt yêu cầu phải có sự đồng bộ mã trải phổ tốt giữa máy
phát và máy thu.
 Ưu điểm:


10

 Chịu được nhiễu và méo
 Chịu được sự thay đổi các thông số khác nhau của đường truyền
dẫn
 Bảo mật tiếng nói cao
 Nhược điểm:
 Hiệu quả sử dụng băng tần kém
 Độ rộng băng tần truyền dẫn yêu cầu lớn
Do đó phương pháp truy nhập CDMA phù hợp với các hệ thống có các
trạm lưu lượng nhỏ.
Các phương pháp đa truy nhập truyền thống trong thông tin vệ tinh được
mô tả trên hình 1.3.

Hình 1.3. Băng thông sóng mang các kỹ thuật FDMA, TDMA, CDMA


11

1.2.1.4. Các phương pháp truy nhập khác
 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian – đa tần số
(MF/TDMA)
Để kết hợp các ưu điểm của hai phương pháp đa truy nhập TDMA và
FDMA người ta đưa ra kỹ thuật Đa truy nhập phân chia theo thời gian/đa tần
số (MF/TDMA).

Trong một hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian một tần số
(SF/TDMA) truyền thống, toàn bộ dung lượng được cấp phát theo các khe
thời gian. Trong khoảng thời gian của một khe, một trạm đơn có quyền truy
nhập toàn bộ băng thông với SNR lớn nhất có thể. Nếu phải tăng dung lượng
mạng trong hệ thống SF/TDMA thì tốc độ thông tin của tất cả các trạm cũng
phải tăng. Vì vậy cần phải tăng công suất phát xạ đẳng hướng tương đương
(EIRP) và G/T của tất cả các trạm đầu cuối kể cả những trạm có lưu lượng
thông tin thấp. Đây là nhược điểm chính mà có thể khắc phục bằng kỹ thuật
TDMA đa tần. Trong hệ thống MF/TDMA dung lượng được cấp phát theo cả
hai chiều thời gian và tần số. Một trạm có thể phát trên một khe thời gian và
trên một trong các kênh tần số đã cho.
Trái với SF/TDMA, tốc độ truyền của trạm đầu cuối có thể giữ nguyên
khi tăng dung lượng mạng bằng cách thêm các kênh tần số. Do đó các tham
số của thiết bị đầu cuối (EIRP, G/T) không cần phải thay đổi. Vì vậy hệ thống
TDMA đa tần có hiệu quả về mặt giá thành và khả năng mở rộng do giá thành
thiết bị đầu cuối trong thông tin vệ tinh phụ thuộc phần lớn vào kích thước
anten và công suất phát.
Hình 1.4 chỉ ra một cấu trúc hai chiều thời gian – tần số (bảng cấp phát)
trong một hệ thống vệ tinh hình lưới. Trục thời gian được chia nhỏ thành các
khe và các khung thời gian, trục tần số gồm một số kênh tần số. Cụm chuẩn
(RB) được gửi bởi trạm chuẩn ở đầu mỗi khung trên một kênh riêng cho phép


12

tất cả các trạm nhận và duy trì đồng bộ về mặt thời gian. Ngoài ra nó còn
chứa bảng cấp phát để các trạm biết khe thời gian và kênh tần số nào chúng
phải dùng để phát và nhận các cụm dữ liệu. Trong hình trên, S
1
 S

2
xác định
một cụm được phát bởi trạm 1 và nhận bởi trạm 2. Các trạm nhận được bộ mô
tả cụm này cùng với thông tin về đồng bộ thời gian để các modem nhảy tần
tương xứng với nhau. Vì khả năng mở rộng nên MF/TDMA được sử dụng rất
nhiều trong các hệ thống VSAT.

Hình 1.4. Sơ đồ cấp phát tài nguyên hệ thống MF/TDMA dạng lưới

 Phương thức truy nhập ngẫu nhiên Slotted ALOHA
Giao thức ALOHA cho phép mọi máy trạm có thể truy nhập burst vào
bất kì thời điểm nào, không chú ý đến việc các trạm khác có sử dụng đường
truyền hay không. Như vậy ALOHA là một giao thức không đảm bảo là
khung dữ liệu được truyền đi có gặp xung đột hay không. Do đó người ta đã
cải tiến giao thức ALOHA thành giao thức ALOHA phân khe (slotted
ALOHA). Khi này quá trình phát dữ liệu chỉ xảy ra khi máy trạm gặp khe thời
gian đã đồng bộ ( synchronized slotted times ).
+ Thời gian được chia thành các khe (slot) bằng nhau
+ Dữ liệu có cùng kích thước (1 slot)
+ Các nút phải đồng bộ thời gian


13


Hình 1.5. Sơ đồ cấp phát tài nguyên trong giao thức Slotted ALOHA
Hoạt động:
 Các nút sẽ gửi đi khe tiếp theo nếu nó nhận được một khung mới.
 Nếu nó không có va chạm thì nó sẽ gửi đi khung mới bắt đầu từ slot
tiếp theo.

 Nếu có va chạm thì nó sẽ phát lại khung tại thời điểm slot tiếp theo
với xác suất cho trước tới khi thành công thì thôi.
Giao thức Slotted ALOHA với nhiều ưu điểm như đơn giản, tính phân bố
cao, cung cấp kênh một cách linh hoạt với tốc độ truyền cao rất thích hợp cho
truy cập trong thông tin vệ tinh.
1.2.2. Các băng tần cho thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin sử dụng phương thức truyền dẫn
vô tuyến, bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ
thông tin vệ tinh là rất quan trọng. Nó phải thỏa mà hai điều kiện cơ bản:
 Không gây can nhiễu lên các hệ thống khác cũng như các dịch vụ
thông tin vô tuyến trong mạng.
 Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thước và giá thành của
thiết bị.
“Cửa sổ tần số vô tuyến” trong thông tin vệ tinh là khoảng từ 1GHz đến
10 GHz , trong khoảng này suy hao do tầng điện ly và tầng đối lưu là không
đáng kể và suy hao truyền sóng gần như suy hao không gian tự do.



14







Hình 1.6. Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số
Như đã thấy băng tần lý tưởng sử dụng trong thông tin vệ tinh và thông
tin viba nằm trong “cửa sổ vô tuyến”, vì các tần số trong “cửa sổ vô tuyến” có

suy hao trong khí quyển nhỏ nhất, trong điều kiện bình thường có thể bỏ qua.
Tuy nhiên các tần số nằm trong “cửa sổ vô tuyến” được sử dụng nhiều cho
các hệ thống thông tin viba trên mặt đất, hơn nữa băng tần sử dụng cho thông
tin vệ tinh rất rộng nên ngoài băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” được ấn
định cho thông tin vệ tinh thì phải sử dụng thêm các băng tần khác. Các băng
tần đó được quy định như sau:
Bảng 1.1. Các băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinh
Khoảng tần số
Ký hiệu
Sử dụng điển hình
1,5 – 1,6 GHz
2,0 – 2,7 GHz
3,7 – 7,25 GHz
7,25 – 8,4 GHz
10,7 – 18 GHz
18 – 31 GHz
44 GHz
L
S
C
X
Ku
Ka
Q
Dịch vụ thông tin di động (MSS)
Dịch vụ phát thanh, truyền hình (BSS)
Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
Các vệ tinh chuyên dùng quân sự
Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)

Các vệ tinh nội địa

1.3. Tổng quan về mạng VSAT IP
VSAT IP là hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng, có cấu trúc mạng hình
sao sử dụng kỹ chuyển mạch gói băng rộng. Hệ thống gồm 3 thành phần cơ
Cửa sổ vô tuyến
Hấp thụ dB
Tần số (GHz)
Hấp
thụ do
tầng
điện ly
0,5 1 5 10 50
1000


100



10



1


15

bản: trạm cổng (Gateway), vệ tinh IPSTAR và các trạm thuê bao (User

Terminal-UT). Các gói dữ liệu từ trạm Gateway gửi tới trạm UT theo phương
thức ghép phân chia thời gian (TDM) kết hợp với kỹ thuật ghép kênh trực
giao phân chia theo tần số (OFDM) (hướng TOLL). Hướng ngược lại từ UT
đến Gateway, các kênh tốc độ thấp sử dụng cùng phương pháp truyền dẫn kết
hợp kỹ thuật đa truy nhập dựa trên nhu cầu sử dụng của khách hàng, kiểu truy
nhập ALOHA sử dụng để điều khiển lưu lượng, Slotted ALOHA, TDMA truy
nhập truyền tải dữ liệu (hướng STAR).


Hình 1.7. Mạng VSAT –IP

Trạm cổng (Gateway) có chức năng truy nhập vào mạng công cộng
(VSAT là mạng độc lập, phải thông qua cổng để vào mạng công cộng - mạng
nội địa truy xuất tài nguyên). Sau đó, tài nguyên Internet và viễn thông từ
trạm cổng sẽ được gửi dưới dạng các gói dữ liệu tới trạm vệ tinh thuê bao
(UT). Các vệ tinh iPSTAR sử dụng công nghệ nhân băng tần bằng việc dùng
nhiều búp sóng nhỏ (spot beam) phủ chụp để truyền tải, tạo ra băng thông lớn
hơn nhiều so với vệ tinh thông thường. Các máy trạm tại mặt đất nhận sóng
Mạng trục
Internet

Data
Center

Mạng VoIP
NOC

Hướng thu (Gateway - UT)
8-11 Mbps
Hướng phát (UT - Gateway)
2.5-4 Mbps


Trạm phủ sóng di
động
(Biên giới, hải đảo…)

Thoại nông thôn
Vệ tinh iPSTAR
Trạm cổng
Thoại Internet
băng rộng
PoP có ở các
ISP
Tổng đài di động
(BSC,MSC)
+Intranet, IP/VPR
+Mạng viễn thông công cộng
Mạng KTR, NGN

(Intranet, IP/VPN)


16

của vệ tinh, chuyển tải để hoạt động như các máy trạm bình thường của mạng
mặt đất. Phương thức truyền tải trên mạng VSAT sử dụng vệ tinh (truyền vô
tuyến). Trạm VSAT thực chất như một tổng đài, chỉ khác về phương pháp
truyền tải không qua cáp quang, dây nối như mạng mặt đất, mà dùng sóng vệ
tinh nhưng vẫn đảm bảo được độ lớn băng thông và chất lượng truyền tải dữ
liệu bằng các công nghệ tiên tiến.
1.4. Cấu trúc của hệ thống VSAT IP
Hệ thống VSAT IP gồm 3 thành phần cơ bản: trạm cổng (Gateway), vệ
tinh iPSTAR và các trạm thuê bao (User Terminal-UT).
1.4.1. Vệ tinh iPSTAR
 Vị trí quỹ đạo: 120
0
E
 Số bộ phát đáp : 112
 Công suất : 14 KW
 Tuổi thọ hoạt động : 12 năm
Dung lượng băng thông cho khách hàng sử dụng: 45 Gbps (25/20) cho
tuyến lên và tuyến xuống. Dung lượng danh định tiêu chuẩn tính theo ăng-ten
1,2m. Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR (hình 1.8) bao gồm các búp phủ
trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương, trong đó có:
+ 84 búp phủ hẹp.
+ 3 búp phủ rộng.
+ 7 búp phủ quảng bá.
+ 18 búp phủ hẹp băng Ka với dung lượng băng thông lớn nhất.
+ Sử dụng công nghệ vùng phủ sóng nhiều tia (spot beam) để tăng khả

năng tái sử dụng tần số, cho phép mở rộng phổ tần làm việc, tăng dung lượng
băng tần vệ tinh và với mật độ công suất tín hiệu rất cao (EIRP=60 dbW) cho
phép giảm kích thước ăng-ten trạm đầu cuối.