nghiên cứu kỹ thuật định tuyến và bảo mật ip trong mạng thông tin vsat

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Nhiệm vụ luận văn
Mục lục
Tóm tắt luận văn
Danh mục các ký hiệu
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
Chương 1 3
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VSAT 3
VÀ VẤN ĐỀ TRUYỀN IP QUA MẠNG VSAT 3
1.1. Giới thiệu chung về thông tin VSAT 3
1.1.1. Khái niệm về thông tin VSAT 3
1.1.2. Cấu hình mạng VSAT 3
1.1.3. Băng tần cho thông tin VSAT 5
1.2. Các đặc tính tiêu biểu của mạng VSAT 8
1.2.2. Các yêu cầu đối với phần không gian 9
1.3. Cấu trúc các trạm mặt đất trong mạng VSAT 10
1.3.2. Cấu trúc trạm Hub 12
1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 14
1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 15
1.4.3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 15
1.5. Vấn đề giao thức đối với mạng VSAT 19
1.5.1. Cấu hình vật lý và giao thức của một mạng VSAT 19
1.5.2. Chuyển đổi giao thức (giả lập) 21
Chương 2 26
CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN VÀ BẢO MẬT IP 26
TRONG MẠNG THÔNG TIN VỆ TINH 26
Chương 3 60
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN VÀ BẢO MẬT IP 60

TRONG MẠNG VSAT QUÂN SỰ 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật định tuyến và bảo mật IP trong mạng
thông tin VSAT.
Tóm tắt: Giới thiệu một cách tổng quan về hệ thống thông tin VSAT,
công nghệ IP trong mạng VSAT. Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật cơ bản
định tuyến và bảo mật lớp IP trong mạng thông tin vệ tinh nói chung, mạng
thông tin VSAT nói riêng. Đi sâu vào tìm hiểu các ứng dụng của kỹ thuật
định tuyến và bảo mật IP trong mạng VSAT quân sự.
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
ADSL
Asymmetrical Digital Subscri
ber Line
Đường dây thuê bao số không
đối xứng
AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao
AH Authentication Header Tiêu đề xác thực
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên
BSS Broadcasting Satellite Service Dịch vụ vệ tinh quảng bá
CBT Core-based Tree Cây dựa vào lõi
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
DES Digital Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa số
DNS Domain Name System Hệ thống tên miền
DSA Digital Signature Algorithm Thuật toán chữ ký số
D-TDMA
Deterministic - Time
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo

thời gian - Xác định.
DVA Distance Vector Algorithm Thuật toán vector khoảng cách
DVB-S
Digital Video Broadcast via
Satellite
Truyền hình số quảng bá qua
vệ tinh
DVB-RCS
Digital Video Broadcast –
Return Channel via Satellite
Truyền hình số quảng bá có
kênh trở về qua vệ tinh
DVMRP
Distance Vector Multicast
Routing Protocol
Giao thức định tuyến
Multicast vector khoảng cách
EGP Exterior Gateway Protocol
Giao thức định tuyến cổng
ngoại vùng
EKE Explicit Key Exchange Trao đổi khóa công khai
EIGRP
Enhanced Interior Gateway
Routing Protocol
Giao thức định tuyến cổng nội
vùng nâng cao
EIRP
Equivalent Isotropic
Radiation Power
Công suất phát xạ đẳng hướng

tương đương
ESP Encapsulating Security Payload Tải trọng an toàn tóm lược
FDMA
Frequency Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số
FP Format Prefix Tiền tố định dạng
FMKE Flat Multicast Key Exchange
Trao đổi khóa Multicast phân
tầng
FSS Fixed Satellite Service Dịch vụ vệ tinh cố định
GKCS
Group Controller & Key
Server
Dịch vụ khóa và điều khiển
nhóm
HDLC
High-level Data Link
Control
Điều khiển liên kết dữ liệu ở
lớp cao
ICMP
Internet Control Message
Protocol
Giao thức bản tin điều khiển
Internet
IDEA
International Data Encryption
Algorithm

Thuật toán mã hóa dữ liệu
quốc tế
IDU In-Door Unit Khối thiết bị trong nhà
IETF Internet Engineering Task Nhóm chuyên trách kỹ thuật
Force Internet
IFL Interfacility Link Kết nối giữa các thiết bị
IGMP
Internet Group Management P
rotocol
Giao thức quản lý nhóm
Internet
IGRP
Interior Gateway Routing
Protocol
Giao thức định tuyến cổng nội
vùng
IP Internet protocol Giao thức Internet
IPSec Internet Protocol Security Bảo mật giao thức Internet
IPv4 IP address version 4 Địa chỉ IP phiên bản 4
IPv6 IP address version 6 Địa chỉ IP phiên bản 6
IS-IS
Intermediate System to
Intermediate System
Hệ thống trung gian đến hệ
thống trung gian
ISO
International Standards
Organization
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
ISP Internet Service Provider Cung cấp dịch vụ Internet

ITU
International
Telecommunication Union
Liên minh viễn thông thế giới
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn
LKH Logical Key Hierarchy Phân tầng khóa logic
LSA Link State Algorithm Thuật toán trạng thái liên kết
LSR Label Switching Router Định tuyến chuyển mạch nhãn
MAC Message Authentication Code Mã xác thực bản tin
MCPC MultiChannel Per Carrier Đa kênh trên một sóng mang
MF-TDMA
Multi-Frequency Time
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian - Đa tần số
MKE Main Key Exchange Trao đổi khóa chính
MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NSAP Network Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ mạng
MSS Mobil Satellite Service Dịch vụ vệ tinh di động
NCC Network Control Centre Trung tâm điều khiển mạng
NGN Next generation network Mạng thế hệ mới
NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng
OBO Output Back Off Độ lùi công suất đầu ra
ODU Out-Door Unit Khối thiết bị ngoài trời
OSI Open System Interconnection Kết nối hệ thống mở
OSPF Open Shortest Past First
Đường dẫn đầu tiên ngắn nhất
mở rộng
PDU Protocol Data Unit Đơn vị giao thức dữ liệu

PIM-DM
Protocol Independent
Multicast - Dense Mode
Giao thức Multicast độc lập
chế độ tập trung
PIM-SM
Protocol Independent
Multicast - Sparse Mode
Giao thức Multicast độc lập
chế độ phân tán
PPP Point - to - Point Protocol Giao thức điểm - điểm
PSTN
Public Switched Telephone
Network
Mạng chuyển mạch điện thoại
công cộng
QKE Quick Key Exchange Trao đổi khóa nhanh
QPSK Quadrature Phase-Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương
QoS Quality of Service Chất lượng của dịch vụ
RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành riêng tài nguyên
RCST
Return Channel Satellite
Terminal
Thiết bị đầu cuối vệ tinh
SCPC Single Channel Per Carrier Đơn kênh trên một sóng mang
SF-TDMA
Single Frequency Time
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo

thời gian - Đơn tần số
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TDM Time Division Multiplex Ghép kênh theo thời gian
TDMA
Time Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng
VPN Virtual Private Networks Mạng riêng ảo
VSAT
Very Small Aperture
Terminal
Trạm đầu cuối có khẩu độ ăng
ten cực nhỏ
VoIP Voice over Internet Protocol
Truyền thoại qua giao thức
Internet
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Các băng tần ấn định cho thông tin vệ tinh 7
Bảng 2.1. Các tiêu đề mở rộng IPv6 32
Bảng 2.2. Phân bổ địa chỉ IPv6 33
Bảng 3.1. Các loại hình trạm VSAT 60
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Các dạng cấu trúc tiêu biểu của mạng VSAT 4
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của hấp thụ khí quyển vào tần số 6
Hình 1.3. Cấu trúc trạm VSAT 10

Hình 1.4. Cấu trúc cơ bản của một trạm Hub 12
Hình 1.5. Nguyên lý truyền dẫn theo FDMA (với 5 kênh con) 14
Hình 1.6. Nguyên lý truyền dẫn theo TDMA (với 5 khe thời gian) 15
Hình 1.7. Nguyên lý truyền dẫn theo CDMA (với 5 mã trải phổ) 16
Hình 1.8. Cấu hình vật lý và giao thức của một mạng VSAT 20
Hình 1.9. Cấu trúc trạm Hub theo công nghệ IP và chuyển mạch kênh 23
Hình 1.10. Cấu trúc trạm VSAT theo công nghệ IP và chuyển mạch kênh 24
Hình 1.11. Ví dụ cấp phát băng thông cho các sóng mang 25
Hình 2.1. Định dạng gói IP 26
Hình 2.2. Cấu trúc khung HDLC 27
Hình 2.3. Cấu trúc khung của giao thức PPP 28
Hình 2.4. Định dạng khung của MAC 28
Hình 2.5. Trung tâm vệ tinh của kết nối đoạn đầu tới Internet 29
Hình 2.6. Trung tâm vệ tinh của kết nối chuyển tiếp tới Internet 29
Hình 2.7. Trung tâm vệ tinh của kết nối đầu cuối tới Internet 30
Hình 2.8. Định dạng tiêu đề IPv6 31
Hình 2.9. Minh họa host có ngăn xếp kép 38
Hình 2.10. Đóng gói IPv6 vào IPv4 38
Hình 2.11. Đường hầm host – router qua mạng vệ tinh 39
Hình 2.12. Đường hầm router – router qua mạng vệ tinh 39
Hình 2.13. Chuyển dịch 6to4 thông qua mạng truy nhập vệ tinh 40
Hình 2.14. Chuyển dịch 6to4 thông qua mạng lõi vệ tinh 40
Hình 2.15. Chuyển đổi ứng dụng IPv6 41
Hình 2.16. Hệ thống khóa bí mật 44
Hình 2.17. Hệ thống khóa công cộng dành cho bảo mật và chứng thực 45
Hình 2.18. AH trong chế độ truyền tải 48
Hình 2.19. AH trong chế độ đường hầm 48
Hình 2.20. Tường lửa bao gồm 2 bộ định tuyến và 1 cổng 50
Hình 2.21. Mô tả thuật toán định tuyến vector khoảng cách 51
Hình 2.22. Mô tả thuật toán định tuyến trạng thái liên kết 52

Hình 2.23. Minh họa các giao thức bên trong và ngoài AS 53
Hình 3.1. Cấu trúc tổng thể mạng VSAT quân sự 62
Hình 3.2: Cấu hình chia sẻ tải giữa hai trạm Hub 62
Hình 3.3. Kiến trúc SatIPSec 64
Hình 3.4. Bảo mật các gói tin IP Unicast bằng VPN 65
Hình 3.5. Bảo mật các gói tin IP Multicast bằng nhóm bảo mật Multicast 66
Hình 3.6. Cơ chế phân tầng khóa logic 70
Hình 3.7. IGMP trên vệ tinh: (a) Multicast tĩnh và (b) Multicast động 74
Hình 3.8. Ví dụ về RPF trong mạng mặt đất 77
Hình 3.9. Định tuyến cho Multicast trong mạng VSAT 78
Hình 3.10. Hạ tầng cơ sở mạng trạm Hub cho các ứng dụng IP 80
Hình 3.11. Sơ đồ nguyên lý của một trạm đầu cuối VSAT 82

MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ thì
nhu cầu trao đổi dữ liệu và các dịch vụ tiện ích của con người cũng tăng
theo. Các phương thức truyền dẫn hiện nay như là ADSL, leased-line,
Frame-Relay… tuy đã phần nào đáp ứng được nhu cầu đó nhưng hạn chế
của mạng này là tính di động không cao và triển khai ở những nơi địa hình
phức tạp vẫn còn là một trở ngại lớn.
Thông tin vệ tinh là một lĩnh vực đã được phát triển trên thế giới từ
hàng chục năm nay. Với những đặc điểm riêng, 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 sóng rộng, ít
chịu ảnh hưởng của địa hình, khí hậu, dung lượng lớn.
Có thể xem mạng VSAT là mạng cố định vệ tinh và dịch vụ VSAT là
dịch vụ cố định vệ tinh cho phép người sử dụng với ăng ten vệ tinh cỡ nhỏ có
thể sử dụng các loại hình dịch vụ viễn thông, truyền thông trực tiếp từ mạng
VSAT thông qua đường truyền dẫn vệ tinh.

Nhược điểm của truyền thông tin qua mạng VSAT là trễ truyền lan lớn,
tỷ lệ lỗi bit tương đối cao và băng thông hạn chế so với các hệ thống mặt đất
nên có không ít những vấn đề kỹ thuật đối với loại hình thông tin này.
Với những ưu thế về dung lượng và phạm vi phủ sóng, mạng thông tin
VSAT đã được xem xét, nghiên cứu để tích hợp vào đó nhiều dịch vụ mới,
trong đó có dịch vụ Internet. Xu hướng hiện nay là triển khai mạng băng rộng
thế hệ mới cung cấp đa dịch vụ trên nền IP tốc độ cao, trong đó các dịch vụ
được cung cấp trực tiếp đến khách hàng qua vệ tinh.
Định tuyến và bảo mật là các chức năng quan trọng không thể thiếu
trong tất cả cá loại hình viễn thông, đặc biệt là truyền thông tin qua mạng
1
VSAT. Việc tối ưu hoá các giải pháp định tuyến và bảo mật khi truyền IP qua
mạng VSAT sẽ mang lại hiệu quả kinh tế vô cùng to lớn. Từ thực tế trên, tác
giả thực hiện đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật định tuyến và bảo mật IP trong
mạng thông tin VSAT”.
Luận văn bao gồm các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin VSAT và vấn đề truyền IP
qua mạng VSAT.
Chương 2: Các giải pháp kỹ thuật định tuyến và bảo mật IP trong mạng
thông tin vệ tinh.
Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật định tuyến và bảo mật IP trong mạng
VSAT quân sự.
Do nội dung nghiên cứu của đề tài rộng, tài liệu tham khảo còn khan
hiếm và hiểu biết của bản thân còn hạn chế, nên luận văn không tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy giáo
và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn nữa.
2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VSAT
VÀ VẤN ĐỀ TRUYỀN IP QUA MẠNG VSAT

1.1. Giới thiệu chung về thông tin VSAT
1.1.1. Khái niệm về thông tin VSAT
Trong quá trình phát triển của thông tin vệ tinh, cùng với việc hạ giá
thành và kích thước, số lượng trạm thông tin vệ tinh mặt đất tăng lên không
ngừng. Các trạm mặt đất cỡ nhỏ, với kích thước ăng ten nhỏ hơn 3,5m đã trở
nên quen thuộc với tên gọi VSAT (Very Small Apperture Terminal) - trạm
đầu cuối có khẩu độ rất nhỏ, được phát triển từ những năm 1980 bởi hiệp hội
General Telecom (Mỹ). Theo định nghĩa của Liên minh Viễn thông Thế giới
(ITU) về thiết bị đầu cuối số liệu là thực hiện chức năng chuyển đổi lưu
lượng số liệu đầu cuối thì có thể xem trạm VSAT như là thiết bị đầu cuối
viễn thông thay vì sử dụng khái niệm trạm mặt đất với cách nhìn trạm VSAT
như là thiết bị đầu cuối của mạng viễn thông (thoại, fax, Internet), của mạng
quảng bá (xem truyền hình), hoặc như là thiết bị chuyển đổi lưu lượng trong
nội bộ mạng VSAT.
Có thể xem mạng VSAT là mạng cố định vệ tinh và dịch vụ VSAT là
dịch vụ cố định vệ tinh cho phép người sử dụng với ăng ten vệ tinh cỡ nhỏ có
thể sử dụng các loại hình dịch vụ viễn thông, truyền thông trực tiếp từ mạng
VSAT thông qua đường truyền dẫn vệ tinh.
1.1.2. Cấu hình mạng VSAT
Mạng VSAT sử dụng vệ tinh địa tĩnh có độ cao 35786 km so với bề
mặt trái đất và độ trễ đường truyền cho một bước nhảy khoảng 0.25 s (theo
đường trạm mặt đất - vệ tinh - trạm mặt đất). Có ba cấu hình tiêu biểu của
mạng VSAT: mạng sao (Star), mạng lưới (Mesh) và cấu hình kết hợp
(Hybridge) cả mạng sao và mạng lưới (hình 1.1).
3
Hình 1.1. Các dạng cấu trúc tiêu biểu của mạng VSAT
Trong cấu trúc dạng hình sao (hình 1.1a), mỗi đầu cuối VSAT chỉ phát
và thu dữ liệu tới Hub. Nhưng các đầu cuối VSAT vẫn có thể liên lạc với
nhau thông qua Hub bằng cách sử dụng một bước nhảy kép qua vệ tinh. Đa số
các mạng VSAT sử dụng dạng hình sao bởi vì độ khuếch đại ăng ten lớn tại

Hub tối ưu được việc sử dụng đoạn không gian và giảm thiểu được kích thước
của đầu cuối VSAT. Nhược điểm của dạng hình sao là trễ đường truyền từ
VSAT tới VSAT lớn gấp đôi so với truyền một bước nhảy cho nên có thể
không đáp ứng được một số yêu cầu của người dùng.
Dạng hình lưới (hình 1.1b) cho phép tất cả các đầu cuối VSAT liên lạc
trực tiếp với nhau. Có thể cần một trạm Hub để thiết lập và kết thúc quá trình
liên lạc nhưng không liên quan tới việc truyền tải thông tin. Đôi khi một trạm
đầu cuối được trang bị các thiết bị giám sát và quản lý mạng và người ta nói
rằng mạng làm việc không cần Hub. Dạng hình lưới có ưu điểm là người
dùng có thể liên lạc trực tiếp với nhau không cần phải qua trạm Hub mặt đất,
và liên lạc giữa các trạm VSAT thực hiện qua một bước nhảy, do đó đáp ứng
4
được các yêu cầu về trễ của người dùng. Nhược điểm của nó là bởi vì mỗi
VSAT phải có đủ công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) và hệ số
phẩm chất (G/T) để liên lạc với các VSAT khác nên yêu cầu các ăng ten và bộ
khuếch đại công suất có kích thước lớn hơn so với dạng hình sao. Mặt khác
EIRP và G/T của các thiết bị đầu cuối người dùng thấp, dẫn tới hiệu quả sử
dụng bộ phát đáp tương đối thấp. Cấu trúc dạng hình lưới thường phù hợp với
các ứng dụng thoại ở đó không thể bỏ qua trễ đường truyền.
Dạng lai ghép giữa dạng hình sao và dạng lưới cho phép một nhóm các
đầu cuối VSAT liên lạc với nhau theo dạng hình lưới còn những cái khác chỉ
liên lạc với nhau theo dạng hình sao. Cấu trúc này phù hợp với các mạng mà ở
đó một số VSAT có nhu cầu thông lượng giữa chúng với nhau lớn hơn so với
các trạm đầu cuối khác. Các trạm có nhu cầu thông lượng lớn có thể được cung
cấp theo dạng hình lưới để giảm chi phí thiết bị tại Hub và băng tần vệ tinh cần
thiết cho một bước nhảy kép. Phần còn lại của mạng có thể liên lạc với một trạm
bất kỳ trong nhóm hình lưới này hoặc với mỗi trạm khác qua mạng hình sao.
1.1.3. Băng tần cho thông tin VSAT
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 nói chung và thông tin VSAT nói riêng phải thoả mãn hai
điều kiện cơ bản sau:
- Không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng
như các dịch vụ thông tin vệ tinh trong mạng.
- Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thước và giá thành của thiết bị.
Như chúng ta biết, khí quyển trái đất được chia làm ba tầng: lớp khí
quyển dưới cùng rải từ mặt đất lên độ cao khoảng 11 km gọi là tầng đối lưu.
Các hiện tượng thời tiết như mưa, bão, sương mù đều xẩy ra trong tầng đối
lưu. Tiếp đến là tầng bình lưu, có giới hạn trên khoảng 35 km, và trên cùng là
tầng điện ly có độ cao khoảng từ 50 km đến 400 km.
5
Tầng điện ly là một lớp khí bị ion hoá mạnh nên mật độ chất khí chủ yếu
là các điện tử tự do và các ion. Nó có tính chất hấp thụ và phản xạ sóng vô
tuyến điện. Bằng khảo sát thực tế người ta thấy tầng điện ly chỉ phản xạ đối với
băng sóng ngắn trở xuống. Tần số càng cao ảnh hưởng bởi tầng điện ly càng ít,
ở các tần số trong băng vi ba hầu như không bị ảnh hưởng bởi tầng điện ly.
Trong tầng đối lưu sóng vô tuyến điện bị hấp thụ bởi các phân tử khí
như oxy, hơi nước (H
2
O), CO
2
v.v cũng như trong mưa và sương mù. Nhưng
ở các tần số khoảng 6 GHz trở xuống hấp thụ không đáng kể, có thể bỏ qua.
Khoảng tần số đó được gọi là cửa sổ vô tuyến, như chỉ ra trên hình 1.2.
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của hấp thụ khí quyển vào tần số
Nếu sử dụng băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” tức là khoảng từ
1GHz đến 10 GHz thì suy hao do tầng điện ly và tầng đối lưu gây ra là không
đáng kể và suy hao truyền sóng gần như bằng suy hao không gian tự do.
Vì vậy, băng tần lý tưởng nhất sử dụng cho thông tin vệ tinh cũng như
các hệ thống vi ba khác là băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” vì các tần số

nằm trong khoảng tần số này có suy hao trong khí quyển là 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 vi ba trên mặt đất, hơn nữa băng tần của thông tin
vệ tinh rất rộng nên ngoài các băng tần nằm ở dải tần số này được ấn định cho
6
thông tin vệ tinh thì phải sử dụng thêm các băng tần khác. Các băng tần đó
được quy định như trên bảng 1.1.
Bảng 1.1. Các băng tần ấn định cho thông tin vệ tinh
Ký hiệu Dải tần Phạm vi sử dụng
L (1,5 - 1,6) GHz Dịch vụ thông tin di động (MSS)
S (2,0 - 2,7) GHz Dịch vụ phát thanh, truyền hình (BSS)
C (3,7 - 7,075) GHz Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
X (7,25 - 8,425) GHz Các vệ tinh chuyên dùng quân sự
Ku (10,7 - 14,5) GHz Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
K (17,3 - 18,1) GHz Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
Ka (17,7 - 31) GHz Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
Q 44 GHz Liên lạc giữa các vệ tinh.
Mạng VSAT thường sử dụng băng tần số nghiệp vụ cố định vệ tinh
(FSS) được quy định bởi ITU là băng tần C và băng tần Ku. Băng C nằm ở
khoảng giữa “cửa sổ vô tuyến” ít bị suy hao trong khí quyển quả đất cũng như
trong các điều kiện khí tượng như mưa, sương mù Băng K
u
được sử dụng
rộng rãi sau băng C cho viễn thông công cộng, do tần số cao nên cho phép các
trạm mặt đất sử dụng ăng ten kích thước nhỏ.
1.1.4. Đặc điểm của thông tin VSAT
Các trạm 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 VSAT thường được lắp đặt trực tiếp ở trong một khuôn viên

hoặc những nơi không được giám sát thường xuyên.
Các trạm VSAT thường là thành phần của một mạng hình sao bao gồm
một trạm trung tâm (Hub) tương đối lớn và nhiều trạm VSAT ở xa. Tuy
nhiên, một vài mạng lại hoạt động theo cấu hình điểm nối điểm hoặc theo cấu
hình mạng lưới không cần Hub.
7
* Ưu điểm của thông tin VSAT:
- Loại trừ được yếu tố địa hình, khoảng cách.
- Cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, từ cung cấp dịch vụ
quảng bá đến dịch vụ viễn thông, Internet; từ việc sử dụng làm truyền dẫn cho
mạng viễn thông đến sử dụng làm truyền dẫn cho thiết lập mạng dùng riêng.
- Có tính khả chuyển cao trong thay đổi loại hình dịch vụ cung cấp và
cấu hình mạng.
- Có chất lượng truyền dẫn tốt (tỷ lệ lỗi bít <10
-7
).
* Nhược điểm của thông tin VSAT:
- Nhạy cảm với nhiễu: Do mạng VSAT sử dụng ăng ten cỡ nhỏ nên búp
sóng của ăng ten rất lớn và khả năng gây nhiễu cũng như can nhiễu rất lớn.
- Dễ bị thu trộm thông tin do vùng phủ sóng của vệ tinh rất lớn; đặc
biệt trong truyền hình vệ tinh. Điều này bắt buộc các nhà cung cấp dịch vụ
truyền hình vệ tinh phải có phương pháp mã hoá, bảo mật phù hợp để bảo vệ
việc thu thông tin bất hợp pháp.
- Khả năng khôi phục hệ thống khi có sự cố vệ tinh; điều này xẩy ra do
mạng VSAT chỉ sử dụng một vệ tinh để thiết lập kênh truyền dẫn đến người
sử dụng dịch vụ. Trong trường hợp xẩy ra sự cố như trên, bắt buộc phải
chuyển sang vệ tinh dự phòng và dẫn đến người sử dụng cũng phải điều chỉnh
ăng ten đến vị trí phù hợp.
Với những ưu, nhược điểm trên, đặc biệt là ưu điểm không phụ thuộc địa
hình và việc giảm giá thành của thiết bị đầu cuối vệ tinh, mạng VSAT được phát

triển rất nhanh để cung cấp các dịch vụ viễn thông, quảng bá và là một trong
những giải pháp cho các tổ chức, cá nhân sử dụng để thiết lập mạng dùng riêng.
1.2. Các đặc tính tiêu biểu của mạng VSAT
1.2.1. 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
8
một mạng con được triển khai trên cơ sở một Hub dùng chung. 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 ở 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 bộ (LAN) 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 với nhau.
+ 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 trễ đáp ứng chấp nhận được.
+ Chuyển đổi và truyền tải khối dữ liệu.
+ 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.
1.2.2. 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).
- Hệ số phẩm chất (G/T) của các trạm mặt đất thu, và đặc biệt là các
trạm mặt đất ở xa.
9
- Số lượng và dữ liệu của sóng mang TDM tuyến ra. Do kích thước nhỏ
của ăng ten 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 (BER), độ sẵn sàng và môi trường can nhiễu.
1.3. Cấu trúc các trạm mặt đất trong mạng VSAT
1.3.1. Cấu trúc trạm VSAT
Hình 1.3. Cấu trúc trạm VSAT
Hình 1.3 chỉ ra cấu trúc cơ bản của một trạm VSAT gồm 02 phần thiết
bị riêng biệt: khối thiết bị ngoài trời (ODU – Out Door Unit) và khối thiết bị
trong nhà (IDU – In Door Unit). Khối thiết bị ngoài trời là giao tiếp VSAT
với vệ tinh, còn khối thiết bị trong nhà là giao tiếp VSAT với thiết bị đầu cuối
của người dùng hoặc mạng cục bộ (LAN).
10
1.3.1.1. Khối thiết bị ngoài trời
Khối thiết bị ngoài trời gồm: ăng ten, khuếch đại công suất phát,
chuyển đổi tần lên, chuyển đổi tần xuống, khuếch đại tạp âm thấp. ODU được
xác định bởi các tham số quan trọng sau:
- Băng tần phát và thu.
- Kích thước bước sóng thu/phát để điều chỉnh tần số của sóng mang
phát hoặc điều hưởng tần số sóng mang thu.

- Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) xác định chất
lượng của đường lên. EIRP phụ thuộc vào giá trị tăng ích của ăng ten và công
suất đầu ra bộ khuếch đại công suất phát.
- Hệ số phẩm chất (G/T) xác định chất lượng đường xuống. G/T phụ
thuộc vào tăng ích thu của ăng ten và nhiệt tạp âm máy thu.
- Biến đổi độ lợi theo búp sóng phụ ăng ten với góc lệch trục mà kiểm
soát EIRP và G/T lệch trục, do đó xác định các mức nhiễu tạo ra và thu được.
Ngoài ra cũng cần phải xem xét đến các tham số như dải nhiệt độ làm
việc, khả năng chịu đựng gió khi làm việc, mưa, độ ẩm.
1.3.1.2. Thiết bị trong nhà
Một khối IDU điển hình chứa một mạch trung tần, một modem và một bộ
xử lý tín hiệu băng gốc. IDU thường được lắp đặt ở đầu cuối dữ liệu người dùng
và được kết nối trực tiếp đến các đầu cuối này thông qua giao tiếp thông tin dữ
liệu chuẩn. IDU và ODU được nối với nhau bởi cáp IFL (Interfacility Link). Các
tham số quan trọng của IDU là:
- Số cổng.
- Loại cổng: giao tiếp cơ khí, điện, chức năng và thủ tục. Những cái này
thường được qui định theo các chuẩn.
- Tốc độ dữ liệu trên mỗi cổng: đây là tốc độ dữ liệu lớn nhất có thể
được trao đổi giữa thiết bị đầu cuối của người dùng và IDU của VSAT trên
mỗi cổng. Tốc độ dữ liệu thực tế có thể thấp hơn.
11
1.3.2. Cấu trúc trạm Hub
Hình 1.4 trình bày một cấu trúc tổng quát của một trạm Hub. Ngoại trừ
kích thước và số lượng thiết bị thì giữa trạm Hub và trạm VSAT chỉ khác nhau
chút ít về chức năng. Sự khác nhau chính là khối trong nhà của trạm Hub giao
tiếp với một máy chủ hoặc với một mạng chuyển mạch công cộng, hoặc các
đường dành riêng tuỳ thuộc vào trạm Hub là dùng chung hay dùng riêng.
Hình 1.4. Cấu trúc cơ bản của một trạm Hub
Trạm Hub luôn được trang bị một hệ thống quản lý mạng (NMS - Network

Management System). NMS là một máy tính hoặc trạm làm việc có trang bị
phần mềm chuyên dụng được dùng để khai thác và quản trị mạng. Máy tính
này được nối với mỗi VSAT trong mạng bằng một mạch ảo cố định.
Các mạng VSAT thường được thiết kế theo một mạng cấu trúc hình sao
mà trong đó một trạm mặt đất trung tâm và được gọi là Hub, và được nối kết
đến một lượng lớn các trạm VSAT đặt phân tán rải rác ở xa về phương diện
địa lý. Trong hầu hết các ứng dụng, Hub có thể được kết nối qua một đường
truyền trên mặt đất đến một máy tính chủ. Các thông báo quản lý luôn được
trao đổi giữa NMS với các VSAT và cạnh tranh với lưu lượng bình thường
đối với tài nguyên mạng.
12
1.3.2.1. Chức năng khai thác mạng
Chức năng khai thác liên quan tới quản trị mạng và cung cấp khả năng
để tái cấu hình mạng một cách linh hoạt bằng cách thêm hoặc xoá bỏ các trạm
VSAT, sóng mang và giao tiếp mạng. Chức năng khai thác còn bao gồm việc
giám sát và điều khiển chất lượng, trạng thái của Hub và mỗi trạm VSAT
cùng tất cả các cổng dữ liệu có liên quan của mạng. Điều này đòi hỏi các công
cụ quản lý khai thác cung cấp việc cấp phát và kết nối các trạm VSAT theo
thời gian thực, quản lý và điều khiển cấu hình lắp đặt mới.
Phần mềm điều khiển mạng cho phép cấp phát linh hoạt, tự động dung
lượng cho các VSAT có lưu lượng tương tác dạng cụm, và tới các VSAT mà
thỉnh thoảng có lưu lượng luồng.
NMS thông báo cho nhà khai thác mạng biết trong trường hợp dung
lượng bão hoà (làm cản trở các trạm VSAT truy nhập vào dịch vụ). NMS điều
khiển tất cả các vấn đề liên quan đến cảnh báo hỏng hóc. Thông thường khi
có một trạm VSAT bị mất nguồn thì NMS sẽ tải xuống tất cả các phần mềm
liên quan và các thông số của hệ thống để khởi động lại.
1.3.2.2. Chức năng quản lý
Chức năng quản lý giải quyết các vấn đề về kiểm tra thiết bị, lưu trữ
việc sử dụng mạng, bảo mật và lập hoá đơn. NMS duy trì một tài khoản của

các VSAT được lắp đặt và vận hành, cấu hình thiết bị trong Hub và trong mỗi
trạm VSAT, và cấu hình cổng của mỗi giao tiếp mạng. Thông tin này luôn sẵn
có khi người khai thác yêu cầu, cùng với thông tin thống kê về lưu lượng, số
lỗi, thời gian trễ truyền dữ liệu trung bình. Những thông tin này có thể được
phân tích, được in hàng ngày, hàng tuần hay hàng tháng và được lưu giữ trên
các thiết bị lưu giữ phục vụ cho mục đích tham khảo sau này.
1.4. Các phương pháp đa truy nhập trong mạng VSAT
Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm,
nghĩa là một vệ tinh có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử
dụng kỹ thuật đa truy nhập. Các kỹ thuật đa truy nhập vệ tinh cơ bản của các
13
trạm mặt đất được ứng dụng rộng rãi là: đa truy nhập phân chia theo tần số
(FDMA - Frequency Division Multiple Acces), đa truy nhập phân chia theo
thời gian (TDMA - Time Division Multiple Acces) và đa truy nhập phân chia
theo mã (CDMA - Code Division Multiple Acces).
1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
FDMA là kỹ thuật đa truy nhập vệ tinh truyền thống và được sử dụng
rộng rãi từ lâu. Trong FDMA, mỗi kết nối sóng mang giữa các trạm mặt đất
qua vệ tinh được cấp phát một tần số khác nhau trên bộ phát đáp. Độ rộng
băng thông cấp phát cho một sóng mang được ấn định trước tuỳ thuộc vào lưu
lượng kênh truyền và phương thức điều chế áp dụng.
Các sóng mang có thể là đơn kênh trên một sóng mang (SCPC - Single
Channel Per Carrier) hoặc đa kênh trên một sóng mang (MCPC - MultiChannel
Per Carrier) hoặc sóng mang điều chế số. Một trạm đầu cuối mặt đất có nhiều
loại kênh dịch vụ như: thoại, số liệu, được ghép lại thành luồng duy nhất theo
phương thức ghép kênh phân chia theo tần số hoặc ghép kênh phân chia theo
thời gian. Phương thức điều chế sóng mang phổ biến thường dùng là QPSK và
FEC Reed-Solomon Viterbi (RSV).
Hình 1.5. Nguyên lý truyền dẫn theo FDMA (với 5 kênh con)
Kỹ thuật FDMA đơn giản về cấu trúc, thiết bị rẻ tiền nhưng số lượng

thiết bị trạm Hub sẽ rất lớn nếu mạng có nhiều trạm VSAT cùng kết nối. Hiệu
quả sử dụng băng thông vệ tinh không cao, vì mỗi kết nối sóng mang của
FDMA luôn luôn chiếm băng thông cho dù trạm có truyền dữ liệu hay không.
Và giữa các sóng mang lân cận cần có khoảng bảo vệ để tránh gây nhiễu sang
14
nhau. Ngoài ra, FDMA còn có nhược điểm là xuyên nhiễu điều chế giữa các
sóng mang lân cận, và cần có dự phòng mức lùi công suất đầu ra máy phát
(OBO - Output Back Off) khi một trạm phát nhiều sóng mang đồng thời.
1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA được trình bày
trên hình 1.6. Các kết nối sóng mang của nhiều trạm đầu cuối được thực hiện
trên cùng đoạn băng tần. Trong một đoạn tần số, mỗi khi có yêu cầu truyền tin,
trạm đầu cuối được phân bổ một khe thời gian xác định để phát thông tin. Tại
mỗi thời điểm chỉ có một sóng mang của một trạm hoạt động, do đó xuyên nhiễu
điều chế ít và không yêu cầu lùi công suất (Back-off) trên vệ tinh.
Hình 1.6. Nguyên lý truyền dẫn theo TDMA (với 5 khe thời gian)
Khoảng thời gian phát thông tin của một trạm đầu cuối phải được định
thời chính xác và không lấn sang trạm đầu cuối khác. Do vậy cần có sự đồng
bộ thời gian chính xác trong hệ thống. Hệ thống TDMA đơn giản có các khe
thời gian được ấn định cố định. Hệ thống phức tạp thường cho phép tạo các
khe thời gian theo yêu cầu truyền dẫn của trạm.
Một đặc điểm khác của TDMA là do truyền dẫn theo các khoảng thời gian
rời rạc, nên mỗi lần trạm đầu cuối phát thông tin (burst), yêu cầu tốc độ phát cao
hơn nhiều so với dung lượng truyền dẫn thực sự của trạm. Điều này dẫn đến yêu
cầu EIRP của trạm cao hơn so với dùng kỹ thuật FDMA có cùng dung lượng.
1.4.3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)
Kỹ thuật trải phổ được ứng dụng nhiều trong các hệ thống thông tin vô
tuyến quân sự và được đưa vào thông tin vệ tinh trong những năm gần đây.
15