Tính toán, thiết kế tuyến thông tin vệ tinh VSAT IP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
-------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG
TIN VỆ TINH VSAT-IP

VŨ XUÂN TRUYỀN

Hà Nội - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
-------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG
TIN VỆ TINH VSAT-IP
VŨ XUÂN TRUYỀN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 60520203

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VŨ VĂN YÊM

Hà Nội - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài luận văn “Tính toán, thiết kế tuyến thông tin vệ
tinh VSAT IP” này là do em tự tìm hiểu và thực hiện. Nội dung luận văn có sự
tìm tòi, tham khảo nguồn mạng internet và có sử dụng các nguồn tài liệu cho
phép nằm trong danh mục tài liệu được tham khảo.
Tác giả

Vũ Xuân Truyền


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Văn Yêm người đã trực
tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp tài liệu và phương pháp luận nghiên cứu để
tôi hoàn thành đề tài luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo
Khoa Điện tử-Viễn thông, Kĩ thuật điện tử-Viện đại học mở Hà Nội và Đại học
Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, giúp đỡ trong quá
trình nghiên cứu, đánh giá và thực hiện luận văn này.
Trong quá trình nghiên cứu, mặc dù đã hết sức cô gắng nhưng chắc chắn
luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp, phê bình của
các thầy cô để luận văn được hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội ngày 20 tháng 09 năm 2015


MỤC LỤC
CÁC Từ VIếT TắT ..................................................................................................
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VSAT, VSAT -IP ....................... 2
1.1 Giới thiệu chương. ........................................................................................... 2
1.2 Khái quát về hệ thống VSAT. ......................................................................... 2
1.2.1 Khái quát về mạng VSAT............................................................................. 2
1.2.2 Các đặc điểm của VSAT. .............................................................................. 3
1.2.3 Ưu điểm và nhược điểm của mạng VSAT. .................................................. 5
1.3 Kiến trúc mạng VSAT. .................................................................................... 6
1.3.1 Giới thiệu. ...................................................................................................... 6
1.3.2 Mạng VSAT hình sao.................................................................................... 6
1.3.3 Mạng VSAT hình lưới. ................................................................................. 8
1.4 Các ứng dụng của hệ thống VSAT. ................................................................. 8
1.5 Các dịch vụ cung cấp và lưu lượng của mạng VSAT. .................................. 10
1.6. KHÁI QUÁT VỀ VSAT IP .......................................................................... 11
1.6.1 Tổng quan về mạng IPSTAR. .................................................................... 11
1.6.2 Giới thiệu về VSAT IP. ............................................................................... 11
1.6.3 Các ứng dụng của VSAT IP ....................................................................... 12
1.7 Kỹ thuật của mạng VSAT- IP. ...................................................................... 13
1.7.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA. ....................... 13
1.7.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA. .................. 14
1.7.3 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. ........................... 15
1.7.4 VSAT - IP sử dụng (FDMA/TDM). ........................................................... 16
1.8 Hoạt động của VSAT- IP. .............................................................................. 17
1.9 Công nghệ của IPSTAR................................................................................. 18
1.9.1 Công nghệ đoạn không gian: ...................................................................... 18
1.9.2 Công nghệ đoạn mặt đất. ............................................................................ 19


1.10 Kết luận chương........................................................................................... 19
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TUYẾN LÊN HỆ THỐNG VSAT IP21
2.1GIỚI THIỆU CHƯƠNG ................................................................................ 21

2.2

MÔ HÌNH, THÔNG SỐ VÀ CÁC BIỂU THỨC TÍNH TOÁN TRONG

HỆ THỐNG THÔN TIN VỆ TINH.................................................................... 21
2.2.1 Mô hình tuyến ............................................................................................. 21
2.2.2.Các thông số cần cho tính toán................................................................... 22
2.2.3.Tính toán cự ly thông tin, góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm
mặt đất ................................................................................................................. 23
2.2.4.Tính toán kết nối đường lên (UPLINK). .................................................... 25
2.3. ĐẶC ĐIỂM VÀ PHÂN TÍCH TUYẾN TRẠM MẶT ĐẤT – VỆ TINH ... 31
2.3.1.Các tham số của anten ................................................................................ 31
2.3.2 . Các suy hao ảnh hưởng tới chất lượng đường truyền ............................. 31
2.3.3 .Các biện pháp nâng cao chất lượng dịch vụ truyền ................................. 32
2.3.4.Nhiễu trong thông tin vệ tinh ..................................................................... 32
2.3.5.Kết luận chương.......................................................................................... 35
CHƯƠNG 3 :TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN VSAT-IP ............ 36
3.1.GIỚI THIỆU CHƯƠNG ............................................................................... 36
3.2.PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN VỆ TINH ................................................ 36
3.2.1.Mô hình phân tích ....................................................................................... 36
3.2.2.Các thông số cần cho tính toán đường truyền ........................................... 37
3.2.3.Những yếu tố cần xem xét khi phân tích tuyến ......................................... 42
3.2.4.Cự ly thông tin, góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm mặt đất .... 43
3.2.6. Thử nghiệm trạm mặt đất kết nối vệ tinh địa tĩnh ................................... 47
3.2.7. Các bước thực hiện .................................................................................... 49
3.2.8.Thực hiện tính toán trên Matlab ................................................................ 52
3.2.9.Kết luận chương.......................................................................................... 54
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VÀ ĐƯA RA CÁC PHƯƠNG PHÁP
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN HỆ THỐNG VSAT - IP .... 55

4.1. Ưu nhược điểm của hệ thống VSAT- IP ...................................................... 55
4.1.1 Ưu điểm của hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR.................. 55
4.1.2. Nhược điểm của hệ thống ........................................................................ 56
4.2. Các đặc tính của đường truyền vệ tinh ảnh hưởng tới chất lượng của kết
nối sử dụng giao thức TCP .................................................................................. 56
4.2.1. Ảnh hưởng của độ trễ tới các thuật toán điều khiển tắc nghẽn ............. 57
4.2.2. Ảnh hưởng của tích số BDP lớn .............................................................. 61
4.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ lỗi lớn tới kết nối TCP qua vệ tinh ........................ 62
4.3. Các giải pháp cải tiến giao thức TCP........................................................... 63
4.3.1. Giải pháp tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn......................... 63
4.3.2. Giải pháp TCP với tuỳ chọn SACK ........................................................ 67
4.3.3. Các giải pháp thông báo mất gói do lỗi................................................... 72
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 74
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 75


DANH MụC HÌNH ảNH
Hình 1.1 Mạng VSAT .................................................................................................... 3
Hình 1.2 Ưu điểm của VSAT ........................................................................................ 5
Hình 1.3 Cấu hình sao và cấu hình lưới của mạng VSAT ........................................... 6
Hình1.4 Mạng VSAT hình sao ..................................................................................... 7
Hình 1.5 Ứng dụng tương tác........................................................................................ 9
Hình 1.7: Các ứng dụng của VSAT IP ....................................................................... 12
Hình 1.8 Đồ thị tần số - thời gian FDMA ................................................................... 13
Hình 1.9 TDMA ........................................................................................................... 15
Hình 1.10 Cơ chế hoạt động của VSAT - IP ............................................................... 17
Hình.2.1.Mô hình hoạt động của mạng VSAT-IP ...................................................... 21
Hình.2.2.Các tham số của đường truyền trạm mặt đất – vệ tinh .............................. 23
Hình.2.3.Tính toán góc ngẩng ..................................................................................... 24

Hình.2.4.Góc phương vị của vệ tinh ........................................................................... 25
Hình.2.5.Mô hình phân tích của tuyến lên ................................................................. 26
Hình-2.6:Nhiễu vệ tinh lân cận do chỉnh anten phát không đúng............................. 33
Hình-2.7:Nhiễu vệ tinh lân cận do công suất búp sóng phụ lớn ................................ 34
Hình-2.8: Nhiễu lân cận do búp sóng chính quá lớn .................................................. 34
Hình-2.9: Nhiễu vệ tinh lân cận do trùng đường đẳng mức EIRP............................ 34
Hình.3.1.Mô hình phân tích của tuyến xuống ............................................................ 37
Hình.3.2 (a)TDmin không bị nhiễu do mưa (b). TD bị nhiễu do mưa........................... 40
Hình -3.3:Nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống do búp sóng khác (vệ tinh) ................ 46
Hình.3.4:Nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống do trạm Getway khác ......................... 47
Hình 4.1: Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn ................................................... 57
vào thời gian ở pha khởi đầu chậm ............................................................................ 57
Hình 4.2. Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn ................................................... 58
Hình 4.3. Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 2048kbps). ..... 59
Hình 4.4. Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 256kbps) ........ 60


Hình 4.5.Thời gian tải các trang Web có kích thước khác nhau ............................... 60
Hình 4.6. Thời gian tải các trang Web có kích thước khác nhau (kênh 256kbps).... 61
Hình 4.7: Thông lượng hiệu dụng phụ thuộc BER .................................................... 62
Hình 4.8. Sự cải thiện thông lượng của kết nối TCP khi không có tắc nghẽn .......... 64
Hình 4.9: Sự cải thiện thông lượng của kết nối TCP khi có tắc nghẽn ..................... 65
Hình 4.10. Số lượng gói tin phải phát lại ở mạng có tỉ lệ mất gói cao ....................... 66
Hình 4.11. Cấu hình của thiết bị mô phỏng SACK .................................................... 68
Hình 4.12. Mô hình thực nghiệm dùng vệ tinh địa tĩnh ............................................. 68
Hình 4.13. Thông lượng đạt được khi truyền các file 100KB .................................... 69
Hình 4.14. Thông lượng đạt được khi truyền các file 1MB, 10MB ........................... 69
Hình 4.15. Thông lượng khi truyền file có kích thước 1MB và 10MB, ..................... 70
Hình 4.16. Thông lượng khi truyền dẫn các file 10MB, tỉ lệ mất gói là 2% và
5%. ............................................................................................................................... 71

CÁC Từ VIếT TắT
BER

Bit error ratio

Tỷ lệ lỗi bit

IP

Internet Protocol

Giao thức internet

CDMA Code division multiplex access

Đa truy nhập phân chia theo mã

DLA

Dynamic Link Allocation

Hệ thống quản lý băng thông.

DTE

Data Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối dữ liệu

E

Elevation

Góc ngẩng

Eb/No

Energy per bit over thermal Noise

Tỷ lệ năng lượng một bit trên

power (per Hz) ratio

csuất tạp âm nhiệt (/Hz)

Equivalent isotropic racliated power

Công suất bức xạ đẳng hướng

EIRP

tương đương
FDMA

Frequency Division Multiplex Access

Đa truy nhập phân chia theo tần
số

FSK

Fryquence shift keying

Khóa dịch tần số

FSS

Fixed satellite service

băng tần nghiệp vụ cố định vệ
tinh

GW

GetWay

Trạm cổng

HBE

Hub Baseband Equipment

Thiết bị băng gốc Hub

HPA

High power amplifiers

Bộ khuếch đại công suất cao

HPC

High power amplifiers and Convertor

Bộ đổi tần và k/đại công suất
cao

IBO

Input background color off

Độ lùi đầu vào

IDU

In-Door Unit

Khối bên trong

LNA

Low noise amplifiers

Khuếch đại tạp âm thấp

OBO

Output back off

Độ lùi đầu ra

ODU

Out-Door Unit

Khối bên ngoài

RF

Radio frequency

Tần số vô tuyến


TDMA

Time division multiplex access

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

SCADA Supervisory Control And Data

Thu dữ liệu và điều khiển giám

Acquisition

sát

UT

UserTerminal

Thiết bị đầu cuối được sử dụng

VSAT

Very Small Aperture Terminal

Có nghĩa là trạm vệ tinh có góc
mở rất nhỏ

ACK

Acknowledgement

Gói tin xác nhận

RTT

Round Trip Time

Khoảng thời gian gửi một gói đi
và nhận về ACK

RTTM

Round Trip Time Measurement

Đo thời gian gửi một gói đi và
nhận về ACK

SACK

Selective Acknowledgement

Báo nhận có chọn lọc

TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo thời
gian

TDMA

Time Division Multiplexesd Acess

Đa truy nhập phân chia theo
thời gian

UT

User Terminal

Đầu cuối người dùng

STAR

Slotted Aloha TDMA Aloha Return

3 kỹ thuật truy nhập slotted
Aloha,Aloha, TDMA dùng cho
hướng truyền từ trạm con về
Gateway


1

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và ứng dụng khoa học kỹ thuật
vào đời sống cũng như sự linh hoạt của con người đòi hỏi ở mức ngày càng cao hơn
và đa dạng, đặc biệt là vị trí địa lý của Việt Nam chúng ta hơn 1/3 là đồi núi,dó đó
mạng thông tin hữu tuyến không đáp ứng hết các nhu cầu trong đời sống hàng ngày
của con người.Các hệ thống thông tin vệ tinh trạm mặt đất VSAT,VSAT-IP ra đời
là để đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu của con người,cũng như đáp ứng được chất
lượng và dịch vụ giá thành rẻ trong thương mại.Vấn đề tài nguyên tần số rất hạn
hẹp,nên việc cấp phát kênh tần số đỏi hỏi phải được tối ưu để không làm ảnh hưởng
tới các hệ thống khác đồng thời giảm nhiễu trong hệ thống. Mặt khác do hệ thống
thông tin vệ tinh VSAT, VSAT-IP sử dụng trong môi trường truyền vô tuyến có suy
hao đường truyền lớn,đặc biệt là suy hao do mưa,giao thoa(interference) và các loại
nhiễu khác làm ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của hệ thống.
Đề tài “Tính toán,thiết kế tuyến thông tin vệ tinh VSAT-IP” được lựa chọn để
nghiên cứu vừa có ý nghĩa về mặt lý luận,vừa có ý nghĩa về mặt thực tiễn cao.
Nội dung luận văn gồm có 4 chương:
Chương 1:Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh VSAT,VSAT-IP
Trình bày tổng quan về thông tin vệ tinh VSAT,VSAT-IP

Chương 2:Tính toán thiết kế tuyến lên hệ thống VSAT-IP
Tính toán cư ly thông tin kết nối đường lên và kiểm tra xem có đạt yêu cầu
chất lượng hay không.
Chương 3:Tính toán,thiết kế tuyến thông tin hệ thống VSAT-IP
Tính toán tuyến thông tin và kiểm tra xem có đạt yêu cầu chất lượng hay
không.
Chương 4:Các phương pháp nâng cao chất lượng đường truyền hệ thống
VSAT-IP
Chương này trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống và các giải pháp cải
thiện chất lượng đường truyền vệ tinh.


2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VSAT,
VSAT -IP
1.1 Giới thiệu chương.
Chương này sẽ trình bày tổng quan về VSAT, VSAT-IP và các ứng dụng
điển hình, những ưu nhược điểm, những đặc tính, các kiến trúc mạng và các dịch vụ
của VSAT, VSAT-IP, kích thước và lưu lượng của mạng VSAT, VSAT-IP.
1.2 Khái quát về hệ thống VSAT.
1.2.1 Khái quát về mạng VSAT.
VSAT (Very Small Aperture Terminal) có nghĩa là trạm vệ tinh có góc mở
rất nhỏ.
Lịch sử phát triển của ngành thông tin vệ tinh đã trải một thời gian dài phát
triển, từ sự khởi đầu đơn giản cho đến những hệ thống phức tạp, ngày càng được
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 đất tăng
lên không ngừng. Các trạm vệ tinh cỡ nhỏ, với kích thước an-ten từ 1,2m đến 1,8m
đã trở nên quen thuộc với tên gọi VSAT (trạm vệ tinh có góc mở cực tiểu) được

phát triển từ những năm 1980 bởi Công ty Telcom General (Mỹ). Một số quan điểm
xem trạm vệ tinh VSAT như là thiết bị đầu cuối viễn thông (terminal) thay vì sử
dụng khái niệm trạm mặt đất (Earth station) 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.
Quan điểm này cũng hoàn toàn phù hợp với định nghĩa của Liên minh Viễn thông
Thế giới (ITU) về thiết bị đầu cuối số liệu DTE (Data Teminal Equipment) là thực
hiện chức năng chuyển đổi lưu lượng số liệu đầu cuối.
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 an-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.


3

1.2.2 Các đặc điểm của VSAT.
a) Kích thước và số lượng VSAT trong một mạng.
Mạng VSAT được xem như là một công cụ phục vụ cho khách hàng. Có thể
là một mạng độc lập hay một mạng con được triển khai trên cơ sở một mạng Hub
chia sẻ.

Hình 1.1 Mạng VSAT
Các trạm VSAT truyền dẫn số với tốc độ bit thấp và trung bình ( 2Mbps).
Về chất lượng thiết bị thì kích thước của mạng vẫn tuỳ thuộc vào dung
lượng luồng dữ liệu,dựa trên:
● Số lượng người sử dụng cần phục vụ, một người sử dụng cũng chính là
một trạm VSAT từ xa. Một trạm VSAT có thể phục vụ cho một số người sử dụng,
công ty hay là khu vực cần sử dụng bằng cách kết nối nó với một mạng dữ liệu nội
hạt (LAN) hoặc kể cả với một mạng mặt đất.

b) Yêu cầu về phần không gian (công suất và độ rộng băng tần vệ tinh)
Các yếu tố chính quyết định về yêu cầu về phân vùng không gian,chi phí


4

phân vùng không gian là chi phí của toàn bộ hệ thống:
● Các đặc tính của bộ phát đáp vệ tinh như là công suất phát xạ đẳng hướng
tương đương (EIRP), dải biến đổi mật độ công suất và độ rộng băng tần.
● Thông số G/T của các trạm mặt đất thu và các trạm VSAT từ xa.
● Số lượng và tốc độ dữ liệu của sóng mang TDM tuyến ra. Do kích thước
nhỏ của anten VSAT nên đây chính là yếu tố quyết định chủ yếu cho toàn bộ công
suất phát xạ đẳng hướng tương đương 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 sóng mang TDM tuyến vào, là yếu tố quyết
định chủ yếu cho độ rộng băng tần của bộ phát đáp.
Bên cạnh đó còn có các yêu cầu về chất lượng truyền dẫn (tỷ lệ lỗi bít BER),
độ sẵn dùng, môi trường can nhiễu, hiện tượng Fading...
c) Tần số sử dụng của mạng VSAT
Mạng VSAT thường sử dụng băng tần nghiệp vụ cố định vệ tinh (FSS –
fixed satellite service) được quy định bởi ITU (trừ trường hợp mạng VSAT được
sử dụng cho cung cấp dịch vụ phát thanh hoặc truyền hình quảng bá thì sử dụng
băng tần nghiệp vụ quảng bá vệ tinh BSS) là băng tần C và băng tần Ku. Đối với
băng tần sử dụng của mạng VSAT là băng tần Ku và băng C thì các ưu, nhược điểm
được tóm tắt ở bảng sau:
Ưu điểm

Nhược điểm

Băng Thiết bị sẵn có

An-ten lớn (1 đến 3 m)
tần C Ít bị ảnh hưởng của thời Ảnh hưởng bởi nhiễu vệ tinh và nhiễu
tiết
mặt đất
Dùng chung băng tần với nhiều hệ
thông vi-ba
Băng Kích thước an-ten nhỏ
tần
(từ 0.6m đến 1.8m)
Ku
Nhiễu mặt đất thấp

Thiết bị không sẵn có
Ảnh hưởng nhiều bởi thời tiết


5

1.2.3 Ưu điểm và nhược điểm của mạng VSAT.
a) Ưu điểm.
● Khả năng cung cấp dịch vụ lớn do tầm phủ sóng của vệ tinh lớn.
● Khả năng truyền dẫn với tốc độ bit cao thường là 64 Kbps hay 128 Kbps
có thể là hơn thế nữa.
● Khả năng quảng bá thông tin cao.
● Chi phí thông tin phụ thuộc vào khoảng cách.
● Cung cấp 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 chất lượng truyền dẫn tốt ( tỉ lệ lỗi bit < 10-7 ).
● Thiết lập các trạm VSAT ở bất kỳ nơi nào nằm trong vùng phủ sóng.

Hình 1.2 Ưu điểm của VSAT
b) Nhược điểm.
● Nhạy cảm với nhiễu, do mạng VSAT sử dụng anten cỡ nhỏ nên búp
sóng của anten 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


6

hình phải có phương pháp mã hoá, bảo mật phù hợp để bảo vệ trước việc thu
trộm thông tin bất hợp pháp.
● Khả năng khôi phục hệ thống khi có sự cố vệ tinh, điều này xảy 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 xảy ra sự cố như trên bắt buộc phải chuyển sang
vệ tinh dự phòng và dẫn đến người sử dụng cũng phải điều chỉnh anten đến vị trí
phù hợp.
● Trễ truyền dẫn trên đường truyền vệ tinh
Vì vậy trong thông tin phải có mạch triệt tiếng dội có chất lượng cao để giảm tối
đa ảnh hưởng của trẽ truyền dẫn.
1.3 Kiến trúc mạng VSAT.
1.3.1 Giới thiệu.
Có ba cấu hình tiêu biểu của mạng VSAT: mạng sao (STAR), mạng lưới
(MESH) và cấu hình kết hợp cả mạng sao và mạng lưới

Hình 1.3 Cấu hình sao và cấu hình lưới của mạng VSAT
1.3.2 Mạng VSAT hình sao.
Mạng VSAT hình sao (Star) gồm có NSAT và một trạm Hub. Mỗi trạm
VSAT có thể phát tới k sóng mang, tương ứng với các kết nối giữa các đầu cuối gắn

7

tới VSAT và tương ứng với những ứng dụng tại máy tính chủ kết nối với trạm Hub.
Hầu hết các mạng VSAT đều sử dụng cấu hình này vì với độ tăng ích (một tham số
ảnh hưởng đến hiệu suất) anten của trạm chủ HUB sẽ cho phép tối ưu phần không
gian và giảm nhỏ kích thước anten của người sử dụng. Các mạng hình sao có thể
được sử dụng để triển khai các đường truyền một chiều hay hai chiều giữa các trạm
Hub và các trạm VSAT từ xa.Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của cấu hình sao là
trễ đường truyền thông giữa trạm VSAT và VSAT.
* Một số đặc tính cơ bản của mạng hình sao:
● Khả năng thiết lập đồng thời các tuyến thông tin giữa trạm Hub với các trạm
VSAT, kể cả một chiều lẫn hai chiều.
● Vấn đề kinh tế, mô hình tối ưu của mỗi trạm mặt đất ( Hub và VSAT) sao
cho chi phí (Thiết bị và phần không gian) phải tương xứng với lưu lượng thông tin
của nó.

Hình1.4 Mạng VSAT hình sao
Bảng dưới đây đưa ra các dịch vụ điển hình được cung cấp bởi mạng VSAT,
các kiểu dịch vụ của mạng VSAT một chiều và hai chiều:


8

Mạng VSAT một chiều
Thị trường chứng khoán, tỷ giá hối
đoái, cổ phiếu.
Tin tức, thông cáo báo chí...từ các
hãng thông tấn.

Các danh mục giá cả, các bản lưu
kiểm kê từ các nhà sản xuất và công
ty tương mại đưa các thông tin thời
tiết từ các trạm khí tượng thuỷ văn
để đến các sân bay.
Phân phối các tài liệu fax từ các
trung tâm quản lý. Phân phối tín
hiệu video, truyền hình trong các
ứng dụng thương mại.

Mạng VSAT hai chiều
Các hoạt động tài chính, ngân hàng,
bảo hiểm... chuyển đổi và truyền các
file dữ liệu quản lý kinh doanh.
Các hoạt động tại các điểm kinh doanh,
đặc biệt hoạt động quản lý hằng ngày ở
các siêu thị, các điểm bán lẻ...
Kiểm tra thẻ tín dụng tại các máy giao
dịch tự động.
Cung cấp dịch vụ giữ chỗ trước cho các
ngành kinh doanh như hàng không, du
lịch, khách sạn..
Thu nhập dữ liệu và cung cấp các dịch
vụ điều khiển. Thư điện tử (Email)

1.3.3 Mạng VSAT hình lưới.
Cấu hình lưới cho phép các trạm VSAT được liên hệ trực tiếp với nhau. Một
trạm chủ HUB được thiết lập để điều khiển các quá trình thiết lập liên lạc nhưng
không cần thiết cho điều khiển lưu lượng. Trong một số trường hợp cụ thể, một
trạm VSAT được kết hợp cùng các chức năng quản lý và điều khiển nên xem như

không có trạm chủ HUB.
Đối với các mạng VSAT Meshed, có những hạn chế sau đây:
- Hạn chế Transponder vệ tinh.
- Kích thước VSAT nhỏ do đó bị hạn chế công suất phát cũng như độ nhạy thu.
Từ những hạn chế nêu trên, có thể thấy tín hiệu sau khi giải điều chế gởi đi
cho đầu thu có thể không đạt được yêu cầu chất lượng. Do đó, một kết nối trực tiếp
từ VSAT đến VSAT có thể không được chấp nhận.
1.4 Các ứng dụng của hệ thống VSAT.
* Các ứng dụng trong quảng bá: Ứng dụng phổ biến nhất của hệ thống này
là giám sát môi trường hay khí tượng , giám sát các đường ống dẫn và mạng truyền
tải điện từ các trạm tự động.


9

* Ứng dụng tương tác ( Thoại, internet, truyền dữ liệu,…) là ứng dụng
thông tin hai chiều cung cấp cho người sử dụng được thực hiện thông qua mạng
VSAT. Ngoài ra mạng VSAT còn được ứng dụng làm truyền dẫn trong mạng viễn
thông và các ứng dụng khác.
VSAT hai chiều sẽ bổ sung cho các dịch vụ một chiều đã nói trên và mang
lại phạm vi ứng dụng rất rộng rãi.

Hình 1.5 Ứng dụng tương tác
* Ứng dụng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA Supervisory control and data acquisition) là loại dịch vụ hai chiều tương ứng với
một giao dịch trên giây hoặc trên phút đối với mỗi đầu cuối. Ví dụ về các ứng dụng
đang kiểm soát và giám sát đường ống, hệ thống nhà ga, các tiện ích điện và tài
nguyên nước.
*Ứng dụng mạng VSAT quân sự:
Mạng VSAT đã được chấp nhận bởi nhiều lực lượng quân sự trên thế giới.
Quả thực, sự linh hoạt trong việc triển khai các VSAT làm cho VSAT trở thành một

phương tiện truyền thông có giá trị có thể lắp đặt các trạm tạm thời nhỏ tạm thời,


10

liên kết giữa các đơn vị chiến đấu với trụ sở chỉ huy chính, nơi lắp đặt trạm HUB
trung tâm
1.5 Các dịch vụ cung cấp và lưu lượng của mạng VSAT.
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 để thiết lập mạng VSAT của mình.
Việc cung cấp dịch vụ VSAT được thực hiện trực tiếp giữa doanh nghiệp cung cấp
dịch vụ VSAT (là doanh nghiệp viễn thông và được cơ quan quản lý có thẩm quyền
cấp giấy phép được thiết lập mạng và cung cấp dịch vụ cố định vệ tinh VSAT) và
người sử dụng dịch vụ thông qua hợp đồng ký kết giữa hai bên. Ngoài ra, để 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 điện cho trạm VSAT của mình theo quy định.

Hình 1.6 Các đối tượng liên quan đến cung cấp và sử dụng dịch vụ VSAT
● Kích thước và lưu lượng của mạng VSAT:
Phát quảng bá và phân phối dữ liệu thuộc về dịch vụ một chiều, thường được
hiểu truyền file từ 1 Mbyte đến 100 Mbyte dữ liệu. Loại dịch vụ này không ảnh


11

hưởng nhiều về trễ nhưng lại yêu cầu tính nguyên vẹn cao của dữ liệu được truyền
như trong ứng dụng tải xuống máy tính và phân phối dữ liệu đến các vị trí từ xa.
Dữ liệu tương tác là dịch vụ hai chiều tương ứng với số phiên giao dịch trên
phút cho một đầu cuối với các gói tin đơn dài 50byte đến 250byte trong cả liên kết
tuyến ra và tuyến vào. Trong thời gian phúc đáp yêu cầu thường là một vài giây,

như trong ứng dụng về giao dịch ngân hàng và chuyển tài khoản điện tử tại nơi bán.
Hỏi/đáp là dịch vụ hai chiều tương ứng với một số phiên giao dịch trên phút
cho một đầu cuối. Các gói tuyến vào thường 30byte đến 100byte ngắn hơn các gói
tuyến ra thường 599byte đến 2000byte... Thời gian phúc đáp là một vài giây. Như là
trong các ứng dụng đặt phòng khách sạn, đặt chỗ máy bay hay các câu hỏi dữ liệu.
1.6. KHÁI QUÁT VỀ VSAT IP
1.6.1 Tổng quan về mạng IPSTAR.
1.6.2 Giới thiệu về VSAT IP.
Hệ thống VSAT-IP cung cấp các dịch vụ viễn thông trên nền IP băng rộng
qua vệ tinh bằng các trạm mặt đất cỡ nhỏ (VSAT), là vệ tinh băng rộng đầu tiên
trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương do tập đoàn Shin Satellite Plc của Thái
Lan vận hành và khai thác Hệ thống VSAT–IP được thiết kế theo cấu trúc mạng
hình sao với các thành phần cơ bản gồm trạm cổng (GateWay), các trạm VSAT
thuê bao (UT- User Terminal) và vệ tinh IPSTAR.
Trên cơ sở hạn chế của các mạng VSAT băng hẹp hiện nay chỉ cung cấp dịch
vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp. Do đó cần triển khai mạng VSAT băng rộng
thế hệ mới, cung cấp đa dịch vụ trên một thiết bị đầu cuối trên nền IP tốc độ cao.
Tính năng của các dịch vụ cung cấp trên mạng VSAT băng rộng cũng giống như
các dịch vụ trên nền IP hiện có trên các mạng mặt đất như :Thoại (VoIP); truy nhập
Internet tốc độ cao (MegaN); Mạng riêng ảo (MegaWAN),... và các dịch vụ gia tăng
trên nền IP khác, chỉ khác là phương thức truyền ở đây sử dụng vệ tinh (truyền vô
tuyến).
VSAT-IP là một mạng băng rộng thế hệ mới sử dụng hệ thống vệ tinh
IPSTAR, cung cấp đa dịch vụ từ một thiết bị đầu cuối trên nền IP tốc độ cao áp


12

dụng công nghệ phủ sóng nhiều búp hẹp (spot beams) để tái sử dụng tần số, mở
rộng phổ tần làm việc rộng hơn rất nhiều so với các vệ tinh thông thường, tăng công

suất cho từng spot beam. Nó gồm ba thành phần cơ bản là: trạm cổng (Gateway), vệ
tinh IPSTAR và các trạm vệ tinh thuê bao (User Terminal-UT).
1.6.3 Các ứng dụng của VSAT IP
Các ứng dụng chính của VSAT-IP: Điện thoại, Fax, Internet băng rộng, kênh
thuê riêng, truyền hình hội nghị ...
IPSTAR là giải pháp truy nhập băng rộng hiệu quả cho các vùng không thể
khai thác các giải pháp truy nhập mặt đất, đặc biệt là vùng sâu vùng xa. IPSTAR kết
hợp tất cả các lợi thế của các phát triển công nghệ mới trong anten, thiết bị trạm mặt
đất và công nghệ hệ thống vệ tinh băng rộng.

Hình 1.7: Các ứng dụng của VSAT IP
* Lợi ích khi sử dụng
- Đa dịch vụ
Với VSAT-IP, ngoài dịch vụ điện thoại, chúng ta có cơ hội sử dụng các ứng
dụng chỉ có ở dịch vụ băng rộng như truy cập Internet tốc độ cao, truyền hình hội
nghị, đào tạo từ xa ...
- Cước phí hợp lý
VSAT-IP sử dụng những công nghệ viễn thông mới nhất để giảm tối đa chi
phí cung cấp dịch vụ.


13

- Phạm vi phục vụ lớn
Dịch vụ được cung cấp tới cả các vùng sâu, vùng xa, nơi biên giới, hải đảo
với những địa hình phức tạp nhất.
- Bảo mật thông tin tốt
Thông tin của chúng ta được đảm bảo an toàn khi sử dụng dịch vụ VSAT-IP.
- Thời gian cung cấp ngắn
Do thiết bị gọn nhẹ, dễ lắp đặt; thủ tục đăng ký dịch vụ đơn giản nên thời

gian cung cấp dịch vụ VSAT-IP được rút ngắn hơn nhiều so với các dịch vụ VSAT
truyền thống.
1.7 Kỹ thuật của mạng VSAT- IP.
Các phương thức đa truy nhập hiện nay bao gồm ba kỹ thuật đa truy nhập cơ
bản:
- FDMA ( đa truy nhập phân chia theo tần số )
- TDMA ( đa truy nhập phân chia theo thời gian )
- CDMA ( đa truy nhập phân chia theo mã)
1.7.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA.
FDMA (Frequency Division Multiplex Access) là loại đa truy nhập được
dùng phổ biến trong thông tin vệ tinh, trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất phát đi
một sóng mang có tần số khác với tần số sóng mang của các trạm mặt đất khác.

Hình 1.8 Đồ thị tần số - thời gian FDMA
Độ rộng luồng phát đáp (thường là 36MHz hoặc 72 MHz) được phân chia
cho mỗi trạm mặt đất để phát đi ở các tần số riêng biệt cho mỗi trạm. Khi nhận,


14

trạm mặt đất điều chỉnh máy thu của chúng đến tần số mong muốn để khôi phục lưu
lượng thông tin đã dành cho trạm. Các tín hiệu được truyền đi đồng thời nhưng ở
các tần số khác tương ứng với mỗi sóng mang. Việc phát đi lưu lượng sẽ chiếm
băng tần qui định ở luồng phát đáp dành cho chúng. Các sóng mang được phân cách
với nhau bằng băng tần bảo vệ thích hợp sao cho chúng không chồng lấn lên nhau.
Trong hệ thống Thông tin vệ tinh dùng FDMA thì mỗi trạm mặt đất khi phát
tín hiệu thì được làm việc với một phần bộ phát đáp đã được dành riêng trước cho
trạm đó
Phương pháp này cho phép tất cả các trạm truyền dẫn liên tục.
● Ưu điểm của FDMA: là không cần thiết điều khiển định thời đồng bộ và

các thiết bị sử dụng khá đơn giản. Hiệu quả sử dụng công suất vệ tinh của nó là khá
tốt.
● Nhược điểm của FDMA: vì các kênh truyền dẫn được phân chia theo
một thước đo vật lý là tần số. Nên phương pháp này thiếu linh hoạt trong việc thay
đổi cách phân phối kênh và hiệu quả thấp khi số sóng mang tăng. Nhưng bù lại
phương pháp này có thủ tục truy nhập đơn giản, các cấu hình phương tiện trạm mặt
đất cũng đơn giản hơn.
Phương pháp FDMA có thể chia thành hai loại : phương pháp đa kênh trên
một sóng mang MCPC ( Multiple Channel Per Carrier), phương pháp Một kênh trên
một sóng mang SCPC ( Signal Channel Per Carrier).
1.7.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA.
Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA( Time Division Multiple
Access) là một phương pháp tiêu biểu được sử dụng đa truy nhập hoàn toàn bằng
kỹ thuật số rất có hiệu quả cho việc thiết lập ( dựa trên cơ sở phân chia các khe thời
gian) các mạng có cấu hình điểm nối điểm, điểm nối đa điểm, và cấu hình mạng
lưới. Hệ thống TDMA có thể sử dụng tốt nhất công suất vệ tinh. Vì tất cả các trạm
đều sử dụng cùng một tần số nên bộ phát đáp chỉ được chuyển tiếp các tín hiệu của
một trạm tại thời điểm nhất định. Do đó có thể thay đổi dễ dàng dung lượng truyền