Ứng dụng công nghệ thông tin vệ tinh băng rộng iPSTAR tại việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----***-----

NGUYỄN THỊ MINH THẢO

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG RỘNG
IPSTAR TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Luận văn: Thạc sỹ kỹ thuật
Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Văn Cúc

Hà Nội, tháng 10/2009


Trang 1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU ................................... 7
MỞ ĐẦU ......................................................................................... 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG iPSTAR............ 11
1.1. Tình hình sử dụng thông tin vệ tinh VSAT tại Việt Nam ............................11
1.2. Các hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng trên thế giới................12
1.3. Hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng tại Việt Nam (iPSTAR)....14
1.3.1. Vệ tinh iPSTAR........................................................................................18
1.3.2. Trạm cổng - Gateway ...............................................................................20
1.3.2.1. Cấu hình trạm cổng.....................................................................20

1.3.2.2. Hoạt động của trạm Gateway .....................................................25
1.3.2.3. Ưu điểm nổi bật của iPSTAR Gateway .......................................28
1.3.3. Trạm đầu cuối thuê bao (UT) ...................................................................29
1.3.3.1. Đặc điểm chung...........................................................................29
1.3.3.2. UT có một số đặc điểm sau .........................................................30
1.4. Ưu nhược điểm chính của hệ thống iPSTAR ................................................30
1.4.1. Ưu điểm ....................................................................................................30
1.4.2. Nhược điểm ..............................................................................................31

CHƯƠNG 2: CÁC DỊCH VỤ CỦA HỆ THỐNG iPSTAR ...... 32
2.1. Dịch vụ truy cập Internet băng rộng..............................................................32
2.1.1. Dịch vụ cho cá nhân, doanh nghiệp..........................................................33
2.1.2. Dịch vụ MDU (Multi-Dwelling Units).....................................................34
2.1.3. Dịch vụ Hotspot........................................................................................35
2.2. Dịch vụ thoại VoIP ...........................................................................................36
2.2.1. Mô hình kết nối cuộc gọi trong mạng iPSTAR........................................37
2.2.2. Mô hình cuộc gọi giữa mạng iPSTAR với mạng ngoài ...........................39
2.3. Dịch vụ mạng riêng ảo - VPN .........................................................................41


Trang 2

2.4. Dịch vụ GSM Trunking ...................................................................................43
2.5. Dịch vụ truyền hình hội nghị - Video Conferencing .....................................44
2.6. Dịch vụ đào tạo từ xa (i-Learn).......................................................................45
2.7. Tổng kết.............................................................................................................46

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
ĐƯỜNG TRUYỀN IP SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
iPSTAR.......................................................................................... 47

3.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống iPSTAR ..................................................47
3.1.1. Hướng TOLL............................................................................................47
3.1.2. Hướng STAR............................................................................................48
3.2. Yếu tố ảnh hưởng tới truyền IP qua vệ tinh..................................................49
3.2.1. Ảnh hưởng của trễ đường truyền..............................................................49
3.2.1.1. Thời gian truyền toàn trình (RTT - Round-Trip Time) ...............49
3.2.1.2. Ảnh hưởng của RTT lớn tới các thuật toán điều khiển nghẽn ....51
3.2.1.3. Ảnh hưởng của RTT lớn tới kích thước cửa sổ ...........................53
3.2.1.4. Ảnh hưởng của RTT lớn tới sự thích nghi băng thông................54
3.2.2. Lỗi bit đường truyền.................................................................................54
3.3. Giải pháp nâng cao chất lượng truyền IP trong iPSTAR ............................55
3.3.1. Truyền không đối xứng và theo một hướng .............................................57
3.3.1.1. Sử dụng giao thức TCP không đối xứng và theo một phía .........57
3.3.1.2. Sử dụng định tuyến IP động ........................................................58
3.3.2. Giải pháp tăng kích thước cửa sổ TCP.....................................................59
3.3.2.1. Cửa sổ lớn TCP...........................................................................59
3.3.2.2. TCP với báo nhận có lựa chọn SACK.........................................59
3.3.2.3. Khởi đầu chậm, tránh nghẽn trước.............................................60
3.3.3. Sử dụng bộ tăng tốc TCP/IP .....................................................................61
3.3.4. Kết luận.....................................................................................................64


Trang 3

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
SỬ DỤNG GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN
IP.................................................................................................... 65
4.1. Đo chất lượng mạng .........................................................................................65
4.1.1. Các phép đo lớp mạng ..............................................................................66
4.1.2. Tại lớp truyền tải ......................................................................................66

4.1.3. Tại lớp ứng dụng ......................................................................................66
4.1.4. Tại cấp độ người sử dụng .........................................................................67
4.2. Phương pháp đo ...............................................................................................67
4.2.1. Phương pháp đo tích cực ..........................................................................67
4.2.1.1. Đo tại lớp ứng dụng ....................................................................68
4.2.1.2. Đo tại lớp truyền tải ....................................................................68
4.2.1.3. Đo tại lớp mạng...........................................................................69
4.2.2. Phương pháp đo thụ động.........................................................................69
4.2.2.1.

Đo lớp ứng dụng .....................................................................70

4.2.2.2.

Đo lớp truyền tải.....................................................................70

4.2.2.3.

Đo lớp mạng (lớp IP) .............................................................71

4.3. Mô hình đo kiểm và các kết quả đo................................................................72
4.3.1. Giải pháp tăng kích thước cửa sổ TCP.....................................................72
4.3.2. Sử dụng bộ tăng tốc TCP/IP .....................................................................77
4.3.3. Truyền không đối xứng và theo một hướng .............................................79
4.4. Tổng kết...........................................................................................................82

KẾT LUẬN ................................................................................... 83
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP ................................................... 84
TÓM TẮT ..................................................................................... 87

Trang 4

BẢNG DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
ACK

Tiếng Anh
Acknowledgement

Tiếng Việt
Gói tin xác nhận

BER

Bit Error Rate

Tỷ lệ lỗi bit

BDC

Block Down Converter

Bộ đổi tần xuống

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức định tuyến biên

BRM

Border Route Manager

Bộ quản lý định tuyến biên

BST

Boosted Session Transport

BUC

Block Up Converter
Code Division Multiplexed
Access

CDMA

Giao thức truyền tải phiên tăng
cường
Bộ đổi tần lên
Đa truy cập phân chia theo mã

CoS

Class of Service

Lớp dịch vụ

DAMA

Demand Assigned Multiple
Access

Đa truy cập theo yêu cầu

DLA

Dynamic Link Allocation

Phân bổ đường kết nối động

FDM

Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số

FDMA

Frequency Division Multiplexed
Access

Đa truy nhập phân chia theo tần
số

FLP

Forward Link Processor

Bộ xử lý tuyến lên

FTP

File Transfer Protocol

Giao thức truyền file

GEO

Geostationary Earth Orbit

Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh

GRE

Generic Routing Encapsulation

Giao thức mã hóa định tuyến

HPA

High Power Amplifier

Bộ khuếch đại công suất lớn

HTTP

Hyper Text Transfer Protocol

Giao thức truyền siêu văn bản

ICMP

Internet Group Management
Protocol

Giao thức quản lý nhóm Internet

IDU

In-Door Unit

Khối thiết bị trong nhà

INMARSA
T

INternational MARitime
SATellite
International
INTELSAT
TELecommunication SATellite

Vệ tinh hàng hải quốc tế
Tổ chức vệ tinh thông tin quốc tế


Trang 5

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IPR

Core IP Router

Bộ định tuyến IP lõi

ISP

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU

International
Telecommunucation Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

LDA

Line Driver Amplifier

Bộ khuếch đại tín hiệu band L

LEO

Low Earth Orbit

Quỹ đạo vệ tinh thấp

LNA

Low Noise Amplifier

Bộ khuếch đại tạp âm thấp

LUC

L-band Up Converter

Bộ chuyển đổi tần lên L-band

M&C

Management and Control

Điều khiển và quản lý

MEO

Medium Earth Orbit

Quỹ đạo vệ tinh trung bình

MTU

Maximum Transfer Unit

Đơn vị truyền dẫn cực đại

NAT

Network Address Translation

Giao thức biên dịch địa chỉ mạng

NMS

Network Management System

Hệ thống quản lý mạng

ODU

Out-Door Unit

Khối thiết bị ngoài trời

OFDM

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing

Kỹ thuật ghép kênh trực giao

phân chia theo tần số

OSPF

Open Shortest Path First

Giao thức định tuyến mạng IP

PSTN

Public Switching Telephone
Network

Mạng thoại công cộng

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Khoá chuyển pha cầu phương

RED

Random Early Detection

Cơ chế hủy bỏ sớm ngẫu nhiên

RF

Radio Frequency

Tần số cao tần

RRM

Radio Resource Management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

RTO

Retransmission Timeout

RTT

Round Trip Time

RTTM

Round Trip Time Measurement

Rx

Receiver

Khoảng thời gian chờ truyền lại
Khoảng thời gian mà một gói tin
gửi đi và nhận về ACK
Đo thời gian gửi một gói đi và
nhận về ACK
Máy thu

SACK

Selective Acknowledgement

Báo nhận có chọn lọc


Trang 6

SCPC
SCTP
SMTP
SNMP

Single Channel Per Carrier
Stream Control Transport
Protocol
Simple Mail Transfer Protocol
Simple Network Management
Protocol

Một kênh đơn trên một sóng

mang
Giao thức truyền tải điều khiển
luồng
Giao thức truyền thư đơn giản
Giao thức quản lý mạng đơn giản

STAR

Slotted Aloha TDMA Aloha
Return

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

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển vận tải

TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia thời gian

Time Division Multiplexed
Access

Telephone Earth Station

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
Trạm điện thoại mặt đất

TDMA
TES

TPC

Giao diện TOLL
Hướng từ Gateway đến trạm con
Turbo Product Code Orthogonal dùng phương pháp ghép kênh
phân chia tần số trực giao mã hoá
Frequency Multiplexed L-code
TPC
Mã hóa turbo
Turbo Product Code

TTL

Time To Live

Thời gian sống

Tx

Transmitter

Máy phát

U/C

Up Converter

Bộ đổi tần lên

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức nhận/gửi dữ liệu người
dùng

UT

User Terminal

Đầu cuối người dùng

VPN

Virtual Private Network

VSAT

Very Small Aperture Terminal

Mạng riêng ảo

Trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ
nhỏ

TI
TOLL

TOLL Interface


Trang 7

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống iPSTAR............................................................................17
Hình 1.2: Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1......................................................18
Hình 1.4: Chương trình M&C điều khiển khối thiết bị cao tần ................................21
Hình 1.5: Sơ đồ khối chức năng trạm Gateway ........................................................22
Hình 1.6: Sơ đồ giao tiếp giữa RRM và các phần tử khác trong hệ thống ...............23
Hình 1.7: Cấu trúc khung hướng TOLL ...................................................................26
Hình 1.8: Các kiểu kênh hướng STAR .....................................................................27
Hình 1.9: Cấu trúc khung của hướng STAR cho loại 8 kênh ...................................28
Hình 1.10: Thiết bị outdoor và indoor ........................................................................1
Hình 2.1: Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng .......................................................33
Hình 2.2: Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng cho MDU......................................34
Hình 2.3: Dịch vụ Hotspot ........................................................................................35
Hình 2.4: Cấu hình cung cấp dịch vụ thoại VoIP .....................................................36
Hình 2.5: Mô hình cuộc gọi trong mạng iPSTAR ....................................................38
Hình 2.6: Mô hình điều khiển cuộc gọi H.323..........................................................39
Hình 2.7: Mô hình điều khiển cuộc gọi H.323 ra ngoài mạng iPSTAR ...................40
Hình 2.8: Cấu hình cung cấp dịch vụ thuê kênh IP và mạng riêng ảo VPN.............41
Hình 2.9: Cấu hình cung cấp dịch vụ GSM Trunking ..............................................43

Hình 2.10: Cấu hình cung cấp ứng dụng truyền hình hội nghị.................................45
Hình 2.11: Cấu hình cung cấp ứng dụng đào tạo từ xa.............................................46
Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động hướng TOLL ..........................................................47
Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động hướng STAR ..........................................................49


Trang 8

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn và thời gian ở pha khởi đầu chậm
...................................................................................................................................52
Hình 3.4: Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn vào thời gian ở pha tránh tắc
nghẽn .........................................................................................................................53
Hình 3.5: Kết nối Ethernet đến Ethernet qua nền IP.................................................56
Hình 3.6: Định tuyến động IP ...................................................................................58
Hình 3.7: Ảnh hưởng của khởi đầu chậm và tránh nghẽn ........................................60
Hình 4.1: Các đại lượng hiệu năng tại những lớp giao thức khác nhau....................66
Hình 4.2: Đo thụ động tại những lớp giao thức khác nhau.......................................70
Hình 4.3: Quan hệ giữa một số phương pháp đo thụ động lớp mạng.......................71
Hình 4.4: Mô hình đo kiểm sử dụng giải pháp tăng kích thước cửa sổ TCP............73
Hình 4.5: Mô hình đo kiểm sử dụng giải pháp bộ tăng tốc TCP/IP .........................77
Hình 4.6: Kết quả đo tốc độ và độ trễ khi bật chức năng NetGain ...........................78
Hình 4.7: Kết quả đo tốc độ và độ trễ khi tắt chức năng NetGain............................79
Hình 4.8: Mô hình đo kiểm theo giải pháp không đối xứng và theo một hướng......80
Hình 4.9: Mô hình mô phỏng theo giải pháp không đối xứng và theo một hướng ..80
Hình 4.10: Kết quả của việc mô phỏng theo giải pháp không đối xứng và theo một
hướng.........................................................................................................................82


Trang 9

MỞ ĐẦU
Để đáp ứng nhu cầu của một nền kinh tế mở, việc đầu tiên là phải gắn vai trò
phương tiện giao tiếp với nhiệm vụ mở rộng giao thương kinh tế của các vùng miền.
Trong đó, ngành Bưu chính Viễn thông có vai trò làm cầu nối các vùng miền kinh
tế với thế giới bên ngoài. Do đó cần xây dựng các dịch vụ dựa trên nền công nghệ
hiện đại, có giá thành thấp và làm tăng giá trị lợi nhuận của doanh nghiệp. Hệ thống
iPSTAR băng rộng đa dịch vụ, hiện đại là công nghệ có thể đáp ứng yêu cầu nói
trên với chất lượng dịch vụ cao, hiệu quả kinh tế lớn. Việc nghiên cứu những vấn đề
lý thuyết, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của hệ thống iPSTAR và đưa ra các
giải pháp khắc phục nhược điểm khi truyền qua vệ tinh có ý nghĩa quan trọng đối
với sự phát triển của ngành Bưu chính Viễn thông nói riêng và phát triển kinh tế xã
hội Việt Nam nói chung. Trước yêu cầu đó, đề tài “Ứng dụng công nghệ thông tin
vệ tinh băng rộng iPSTAR tại Việt Nam” 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 iPSTAR
Trình bày tổng quan về tình hình sử dụng thông tin vệ tinh tại Việt Nam và
phát triển các hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng trên thế giới. Tổng quan
về hệ thống iPSTAR bao gồm trạm cổng, vệ tinh và các trạm đầu cuối thuê bao.
Chương 2: Các dịch vụ của hệ thống iPSTAR
Trình bày về các dịch vụ và cấu hình các dịch vụ mà hệ thống iPSTAR có
khả năng đáp ứng và hiện đang khai thác.
Chương 3: Giải pháp cải thiện chất lượng đường truyền IP trong hệ thống
iPSTAR
Chương này trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống và các giải pháp cải
thiện chất lượng đường truyền vệ tinh.


Trang 10

Chương 4: Phương pháp đo và đánh giá kết quả thực hiện giải pháp nâng cao
chất lượng đường truyền IP trong hệ thống iPSTAR
Chương này bao gồm các nội dung về phương pháp đo chất lượng mạng IP.
Trên cơ sở đó tác giả thực hiện các phép đo thực nghiệm để đánh giá các giải pháp
áp dụng để nâng cao chất lượng đường truyền IP qua vệ tinh iPSTAR.
Tôi xin cam đoan đây là luận văn do chính bản thân tôi làm không sao chép
nguyên văn từ bất kỳ tài liệu nào, nếu sai tôi xin chịu mọi trách nhiệm.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Văn Cúc người đã trực tiếp
giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và phương pháp luận nghiên cứu khoa học để
tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo
Khoa Điện tử - Viễn thông - Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn và giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình học tập. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới đội ngũ kỹ sư Đài
thông tin vệ tinh Quế Dương đã hỗ trợ, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu, đánh giá
và thực hiện các bài đo trên hệ thống iPSTAR.
Trong suốt quá trình nghiên cứu, mặc dù đã hết sức cố 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 26 tháng 10 năm 2009
Nguyễn Thị Minh Thảo


Trang 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG iPSTAR
Trong những năm gần đây, hệ thống viễn thông ở Việt Nam đã phát triển khá
mạnh nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng theo nhịp độ tăng
trưởng cao của nền kinh tế... Với đặc điểm địa lý nhiều rừng núi, trải dài trên 2.000
km, mật độ đô thị hoá chưa cao của Việt Nam thì việc triển khai hạ tầng hệ thống
viễn thông phục vụ cho tất cả các điểm vùng sâu, vùng xa và hải đào là rất khó có

thể thực hiện được do kinh phí triển khai rất cao. Để giải quyết bài toán đảm bảo
thông tin liên lạc, đưa điện thoại, mạng Internet tới phục vụ an ninh quốc phòng,
phát triển kinh tế xã hội cho những vùng hẻo lánh ở miền núi, biên giới, hải đảo và
những giàn khoan trên biển... (hệ thống cáp đồng, cáp quang, hoặc vi ba không đáp
ứng được do hạn chế kỹ thuật, tài chính) thì giải pháp dùng thông tin vệ tinh là rất
hiệu quả.
1.1. Tình hình sử dụng thông tin vệ tinh VSAT tại Việt Nam
Việt Nam đã và đang có hai mạng VSAT hoạt động là SCPC/DAMA và
TDM/TDMA. Trang thiết bị của hai hệ thống này do hãng Hughes Network System
(HNS) cung cấp dựa trên các sản phẩm Telephone Earth Station (TES) Quantum,
Quantum Direct (QDS), Personal Earth Station (PES) đã được sử dụng rộng rãi trên
toàn thế giới từ những năm 1990.
Mạng SCPC/DAMA được đưa vào hoạt động từ năm 1996 cung cấp các dịch
vụ thoại, fax và truyền số liệu tốc độ thấp. Mạng TDM/TDMA được đưa vào hoạt
động từ năm 2000 cung cấp các dịch vụ truy nhập mạng Internet, X.25 và thiết lập
mạng dùng riêng với tốc độ upload đạt 64Kbps, download tới 128Kbps [1].
Mạng SCPC/DAMA có hơn 30 trạm TES và hơn 60 trạm QDS. Tuy nhiên,
các thiết bị của hệ thống mạng VSAT SCPC/DAMA đã lỗi thời và đang xuống cấp,
hoạt động không ổn định, không đáp ứng được tốc độ gia tăng số lượng thuê bao
như vũ bão hiện nay và trong tương lai. Mặt khác, năng lực của mạng VSAT
TDM/TDMA cũng không đáp ứng được yêu cầu hiện nay về tốc độ kết nối của
khách hàng (tốc độ tối đa mà mạng VSAT TDM/TDMA cung cấp được là 2Mbps).


Trang 12

Các trạm VSAT thuê bao có kích thước lớn (anten 1,8 - 2,4m), giá thành cao, triển
khai lắp đặt, bảo trì bảo dưỡng phức tạp; giá cước dịch vụ cao, khó khăn trong việc
phát triển khách hàng sử dụng dịch vụ...
Dịch vụ VSAT đã và đang đóng một vai trò rất tích cực cho phát triển của

viễn thông Việt Nam, đặc biệt trong thực hiện cung cấp dịch vụ viễn thông cho các
vùng biệt lập, biên giới, hải đảo hoặc các trường hợp ứng cứu thông tin khẩn cấp.
Mặc dù vậy, trước năm 2006 dịch vụ VSAT ở nước ta cũng chỉ mới dừng lại ở cung
cấp dịch vụ thoại, FAX mà chưa phát huy hết các tiềm năng của mạng VSAT ở các
loại hình ứng dụng khác như Internet băng rộng, truyền hình vệ tinh kỹ thuật số,
truy nhập số liệu. Sau 2006 cùng với sự tham gia của Tổng công ty Viettel vào thị
trường này cũng như Đài truyền hình Việt Nam cung cấp dịch vụ truyền hình qua
vệ tinh (DTH) đã cho thấy nhận định này không phải là không có cơ sở.
Đứng trước nhiệm vụ chính trị, chiến lược và tiềm năng phát triển dịch vụ
VSAT của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam đã xây dựng một mạng
VSAT băng rộng đa dịch vụ, có khả năng thay thế cả 2 mạng hiện tại nêu trên, đáp
ứng được các nhu cầu hiện tại của khách hàng và nhiệm vụ đã đặt ra.
1.2. Các hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng trên thế giới
Để cạnh tranh được với các phương tiện truyền dẫn khác trên mặt đất, xu
hướng chung để phát triển mạng thông tin vệ tinh của các nhà cung cấp dịch vụ viễn
thông trên thế giới là phục vụ khách hàng tốt hơn, nhiều dịch vụ hơn, độ tin cậy cao
hơn, kích thước trạm đầu cuối nhỏ gọn để thuận tiện cho việc triển khai lắp đặt, và
điều quan trọng nhất là giá thành phải thấp hơn. Một trạm mặt đất đầu cuối phải có
tốc độ lớn, băng thông rộng (broadband) để có thể truyền đa phương tiện
(multimedia) gồm data, các văn bản, hình ảnh, âm thanh, đồ họa trên máy vi tính,
các mạng điện thoại và truyền số liệu nội bộ...
Sự phát triển mạnh mẽ của Internet và các ứng dụng dựa trên giao thức IP
trên thế giới đã làm thay đổi cách thức liên lạc của người sử dụng với nhau, của các
doanh nghiệp liên lạc với các chi nhánh... Bất kỳ ai phải tải các trang Web với nội
dung phong phú, hay các file phần mềm lớn từ Internet mà sử dụng modem dial-up


Trang 13

mới thấy hết được sự cần thiết của đường truyền tốc độ cao. Do vậy các sản phẩm

trạm thông tin mặt đất đã được phát triển trên cơ sở giao thức IP với đường truyền
tốc độ cao để đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của khách hàng.
Hiện có rất nhiều đối tác cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới có giải
pháp thông tin vệ tinh băng rộng riêng của mình theo thống kê dưới đây [1].
Dự án

Dịch vụ

Băng tần hoạt động/Tốc độ

Thời gian đưa
vào khai thác

Vệ tinh băng rộng 2 chiều
Hiện đang
khai thác với
Dịch vụ IP băng rộng qua
các vệ tinh
iPSTAR
vệ tinh (Khu vực Châu Á
thường.
Thái Bình Dương).
Q1/2005:
phóng vệ tinh
iPSTAR
Đang sử dụng
Cung cấp kết nối Internet
các vệ tinh
Vệ tinh địa tĩnh, Ka-band
Loral

băng rộng cho các khách
địa tĩnh
Forward Link: 1-4 Mbps
CyberStar hàng ISPs, doanh nghiệp...
truyền thống
Return Link: 200-500 Kbps
trên phạm vi toàn cầu
để cung cấp
dịch vụ
Bán sỉ dung lượng vệ tinh Hệ thông vệ tinh LEO, hỗ
băng rộng cho các nhà
trợ lưu lượng dạng burst.
Skybridge
2004
cung cấp dịch vụ để bán lẻ Tốc độ downlink tới 20
(phạm vi toàn cầu)
Mbps và uplink là 2 Mbps
Cung cấp kết nối Internet
Vệ tinh địa tĩnh, băng Ka
băng rộng cho các khách
Astrolink
Anten 70-200 cm
2003/2004
hàng ISPs, doanh nghiệp...
trên phạm vi toàn cầu
Vệ tinh địa tĩnh, băng Ku.
Các dịch vụ thông tin băng
Spaceway
Tốc độ 16 Kbps ÷ 6 Mbps 2006-2007
rộng

Anten 66-350 cm.
Dự án "Internet in the sky"
Uplink: 0,128 ÷100 Mbps.
Teledesic sử dụng vệ tinh tầm trung2004/2005
Downlink:720 Mbps
MEO
Vệ tinh băng rộng một chiều
Internet tốc độ cao,
Download qua vệ tinh tốc
Đang khai
AsiaSat
Multicasting, các dịch vụ độ 1.5Mbps; Return path
thác
truyền dữ liệu IP.
qua cáp mặt đất
Vệ tinh địa tĩnh, Băng Ku
Forward Link ≤ 8 Mbps
Return Link ≤ 4 Mbps
Anten trạm Đầu cuối: 0,751,2m


Trang 14

Korea
Telecom

Downsload qua vệ tinh tốc
Internet qua vệ tinh tốc độ
Đang khai
độ 1Mbps; return path qua

cao
thác
cáp trên mặt đất

Chunghwa
Telecom/Hi
net;
AsiaCast HiCast Direct PC Internet
qua vệ tinh CHT-ST 1
Network
Systems;
HiCast
Direct PC
Dịch vụ truy cập Internet
băng rộng trên cơ sở ứng
ChinaCast
dụng VSAT hợp tác với
ChinaNet

tốc độ download 400 Kbps Đang khai
÷ 3 Mbps
thác

Uplink: 56 Kbps,
Downlink: 4Mbps

Đang khai
thác

Trong đó dự án iPSTAR là dự án vệ tinh băng rộng 2 chiều dùng công nghệ

IP đầu tiên trong khu vực Châu Á - Thái bình Dương do tập đoàn Shin Satellite Plc
(SSA) của Thái Lan xây dựng. SSA đã hợp tác với VNPT/VTI để xây dựng mạng
VSAT băng rộng iPSTAR tại Việt Nam từ năm 2005.
1.3. Hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng tại Việt Nam (iPSTAR)
Sự hình thành và phát triển của hệ thống iPSTAR được đánh dấu bằng các
mốc thời gian chính như sau [1,15]:

- Năm 1996: SSA liên kết với một số đối tác nghiên cứu công nghệ thông tin băng
rộng.

- Tháng 7/1997: SSA bắt đầu tài trợ cho chương trình phát triển cộng nghệ thông
tin băng rộng và cùng Codespace Inc (Mỹ) tiến hành nghiên cứu.

- Tháng 3/1998 - 3/1999: 4 ứng dụng phát minh được đăng ký với cơ quan quản lý
bản quyền Hoa kỳ trong lĩnh vực thông tin vệ tinh băng rộng.

- Tháng 9/1999: SSA ký kết hợp đồng với Efficient Channel Coding Inc. (ECC) để
phát triển thiết bị đầu cuối thế hệ thứ nhất cho vệ tinh băng rộng.

- Tháng 10/1999: Giao tài liệu thầu RFP của iPSTAR cho các hãng sản xuất vệ
tinh tiềm năng.


Trang 15

- Tháng 2/2000: SSA ký kết hợp đồng với Efficient Channel Coding Inc. (ECC) để
chế tạo thử nghiệm thiết bị đầu cuối thế hệ thứ nhất cho vệ tinh băng rộng.

- Tháng 3/2000: Tổ chức cuộc họp lần thứ nhất các nhà khai thác dịch vụ quốc gia
- National Service Operator (NSO) của iPSTAR tại Bankok cho các đối tác quốc

tế tiềm năng, có sự tham gia của 15 công ty viễn thông hàng đầu trong khu vực.
SSA thành lập iPSTAR Company Limited (iPSTAR Co.) với 98% vốn của SSA,
thay mặt SSA trong việc cung cấp dịch vụ và thiết bị vệ tinh thuộc hệ thống
iPSTAR.

- Tháng 5/2000: SSA ký hợp đồng với NERA Satcom AS để phát triển thiết bị
trạm Gateway thứ nhất cho vệ tinh băng rộng.

- Tháng 7/2000: SSA ký hợp đồng với Space System Loral (SS/L) để chế tạo vệ
tinh iPSTAR và thiết bị trạm điều khiển.

- Tháng 11/2000: Hoàn thành thiết kế sơ bộ vệ tinh iPSTAR
- Tháng 3/2001: Baycom (Malaysia) ký thoả thuận với SSA và trở thành Nhà cung
cấp dịch vụ quốc gia – National Service Provider (NSP) đầu tiên.

- Tháng 4/2001: Lần đầu tiên, một hệ thống hoàn chỉnh (trạm cổng, máy phát, máy
thu, thiết bị đầu cuối) cho iPSTAR được trình diễn.

- Tháng 7/2001: Hội nghị hàng năm iPSTAR. Giới thiệu phiên bản Beta thế hệ thứ
nhất của hệ thống iPSTAR.

- Năm 2002/2003: Xây dựng các trạm cổng tại Thái Lan, Miến Điện, Philipin,
Myanma, Trung Quốc, Ấn Độ, Úc.

- Quý I/2005: Phóng vệ tinh iPSTAR-1.
Như vậy sự hình thành và phát triển của hệ thống iPSTAR bắt đầu từ năm
1996 và cho đến nay hệ thống đã cơ bản hoàn thiện và đưa vào sử dụng ở Việt nam
từ năm 2005.
iPSTAR là hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng, có cấu trúc mạng hình sao
sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói băng rộng. Hệ thống gồm 03 thành phần cơ bản

là trạm cổng (Gateway), vệ tinh iPSTAR và các trạm vệ tinh thuê bao VSAT IP
(User Terminal - UT). Các gói dữ liệu từ trạm Gateway gửi tới trạm UT theo


Trang 16

phương thức ghép phân chia theo thời gian (TDM) kết hợp với kỹ thuật ghép kênh
trực giao phân chia theo tần số (OFDM). Để đạt hiệu suất truyền dẫn cao các kênh
này được mã hoá TPC (Turbo Product Codes), điều chế L-codes. 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 [12,13,15]. Sơ đồ hệ thống được đưa ra trong hình 1.1.


Trang 17

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống iPSTAR


Trang 18

1.3.1. Vệ tinh iPSTAR
- Vị trí quỹ đạo: 120 độ Đông
- Nhà sản xuất: Space Systems/Loral (Palo Alto, Mỹ)
- Model: FS-1300L
- Số bộ phát đáp: 114
- Công suất: 14 KW
- Tuổi đời hoạt động: 12 năm
- Ngày phóng/đưa vào khai thác: Quý I - 2005

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 anten 1,2m [13].
- Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR (Hình 1.2) bao gồm 94 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.
Vệ tinh thường

Vệ tinh iPSTAR

Hình 1.2: Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1
- 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 (lên đến 45Gbps) và với mật độ công suất tín hiệu rất cao
(EIRP=60 dbW) cho phép giảm kích thước anten trạm đầu cuối.


Trang 19

- Sử dụng băng tần Ka cho tuyến Gateway - UT (Forward link), truy nhập
TDM-OFDM, tốc độ tới 8 Mbps.
- Sử dụng băng tần Ku cho tuyến UT - Gateway (Return link), truy nhập
TDMA, tốc độ 128 Kbps tới 4 Mbps [13].
Hệ thống các trạm Gateway của iPSTAR sử dụng băng tần Ka. Hệ thống
iPSTAR dự kiến sẽ có 18 trạm Gateway được lắp đặt trong vùng phủ sóng của vệ
tinh, được xây dựng tại các địa điểm như sau [12]:
1. Bangkok, Thailand

10. Taipei, Taiwan

2. Beijing, China

11. Kuala Lumpur, Malaysia

3. Guangzhou, China

12. Seoul, Korea

4. Shanghai, China

13. Tokyo, Japan

5. Jakarta, Indonesia

14. Manila, The Philippines

6. Delhi, India

15. Hanoi, Vietnam

7. Mumbai, India

16. Phnom Penh, Cambodia

8. Kalgoorlie, Australia

17. Rangoon, Myanmar

9. Broken Hill, Australia

18. Auckland, New Zealand

Hệ thống iPSTAR của Việt Nam có 4 spot beam bao phủ toàn bộ lãnh thổ
Việt Nam (hình 1.3) và 01 broadcast beam, hoạt động ở băng tần Ka và Ku với
dung lượng thiết kế khoảng 2 Gbps (cho cả 2 chiều lên, xuống). Dung lượng cụ thể
được phân bổ như sau:
Băng tần RF
(MHz)
Tuyến lên
Tuyến về

Băng thông số danh định
(MBps)
Tuyến lên
Tuyến về

Loại beam

Beam số

Spot beams

205, 206
210, 211

684

464

947

954

Broadcast
beam

#2

30

N/A

25

N/A


Trang 20

Hình 1.3: Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1 tại Việt Nam
1.3.2. Trạm cổng - Gateway
1.3.2.1. Cấu hình trạm cổng
Cấu hình trạm cổng bao gồm các thành phần sau [5,11,15]:

- Antenna: đường kính 8 - 11m cho cả trạm chính và trạm dự phòng
- Khối thiết bị cao tần bao gồm:
• Máy phát (HPA): có chức năng khuếch đại tín hiệu RF từ đầu ra của BUC để
đạt được mức công suất phát theo yêu cầu để phát lên vệ tinh.

• Đổi tần lên (U/C): hệ thống này sử dụng 2 bộ đổi tần lên đó là LUC và BUC.
Bộ LUC có chức năng đổi tần và tiền khuếch đại tín hiệu IF 140 MHz sang tần
số band L (950 MHz -1.450 MHz). Bộ BUC có chức năng đổi tần và tiền
khuếch đại tín hiệu band L (950 MHz - 1.450 MHz) lên tần số band Ka. Băng
tần Ka phát được chia thành 3 dải:
o Low band: 27,00 - 27,55 GHz
o Medium band: 28,35 - 28,60 GHz
o High band: 29,50 - 30,05 GHz
Trong hệ thống iPSTAR sử dụng dải tần Low band và High band [5].


Trang 21

• Đổi tần xuống (D/C): Sử dụng bộ BDC có chức năng khuếch đại tín hiệu Ka
và đổi tần từ tần số băng Ka xuống tần số band L (950 MHz - 1.450 MHz).
Trong hệ thống này sử dụng 2 dải băng tần Ka thu:
o Low band 18,300 - 18,675 GHz
o High band 19,700 - 20,200 GHz

• Ngoài ra còn sử dụng thêm bộ LDA để khuếch đại tín hiệu band L nhận được
từ BDC rồi phân bổ tới các Dstar [5].

Hình 1.4: Chương trình M&C điều khiển khối thiết bị cao tần
• Khuếch đại tạp âm thấp (LNA): có chức năng khuếch đại mức tín hiệu thu
được từ vệ tinh trong dải băng Ka rồi đưa sang bộ BDC.


Trang 22

• Khối điều khiển hệ thống cao tần ở Gateway chính và dự phòng: là phần mềm
M&C quản lý, giám sát và lưu trữ các dữ liệu của hệ thống cao tần (bao gồm
băng Ka và L).
Phần mềm M&C system được viết bằng ngôn ngữ Visual C++ gồm có M&C
Server và M&C Client. Nó luôn luôn hiển thị và cập nhật liên tục trạng thái của các
thiết bị kết nối vào hệ thống, do đó người dùng có thể quản lý, giám sát các thiết bị
một cách hiệu quả và dễ dàng [5].

- Bộ định tuyến (IPR): thực hiện trên một router riêng biệt có năng lực chuyển
mạch và định tuyến; định tuyến các gói tin IP vào, ra giữa các thiết bị trong mạng
iPSTAR và các mạng bên ngoài. Router sử dụng giao thức BGP (Border
Gateway Protocol) để trao đổi thông tin định tuyến trong mạng, dựa trên chương
trình quản lý định tuyến BRM (Border Route Manager).
PSTN
Ka band
140MHz

SGGW
TI

ISPs

Core
IP
Router

TCPA
(NettGain)
FLP
Server

Antenna
& HPA

TOLL
Tx
RF

SI

950-1450MHz
Ka band

Antenna
& HPA

STAR
Rx

950-1450MHz
950-1450MHz
NM/
RRM

Accounting
Server

Hình 1.5: Sơ đồ khối chức năng trạm Gateway

- Bộ xử lý hướng lên (FLP): bao gồm phần mềm chạy trên máy chủ, thực hiện các

chức năng TCPA, lọc và sắp xếp các gói tin IP đúng thứ tự ưu tiên theo chất
lượng dịch vụ (QoS) và phân loại dịch vụ (CoS) trước khi gửi tới TOLL Interface
(TI). Ngoài ra FLP còn có chức năng giám sát hoạt động, giám sát lỗi và tương
tác với thiết bị quản lý tài nguyên (RRM) phân bổ tài nguyên đường truyền cho


Trang 23

các UT. Bản tin cước từ TI và SI được hợp nhất tại đây rồi chuyển tới NMS và
máy chủ tính cước.

- Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM): Đây là phần tử đặc biệt quan trọng của trạm
cổng, có chức năng quản lý các nguồn tài nguyên đường truyền vệ tinh, phân bổ
hay giải phóng dung lượng cho các UT mỗi khi các trạm log-on hay log-off khỏi
mạng và điều khiển các chức năng thực hiện trên TI, SI.
FL

TI

TOLL
Tx

RR

IPR

SI

STAR
Rx

NM
Dữ liệu
Thông tin điều khiển

Hình 1.6: Sơ đồ giao tiếp giữa RRM và các phần tử khác trong hệ thống
RRM phân bổ tài nguyên đường truyền bao gồm: tần số, băng thông, khe thời
gian (time slots), mã hoá, điều chế và độ tăng ích (gain) trên cơ sở các yêu cầu
kết nối của các UT và tài nguyên sẵn có, với mục đích giành cho mỗi UT chất
lượng dịch vụ (QoS) tốt nhất có thể phù hợp theo cấp độ dịch vụ (CoS) đã được
thiết lập cho mỗi UT. Ngoài ra RRM còn có chức năng theo dõi và giám sát để
hệ thống luôn hoạt động một cách tối ưu.

- Giao diện TOLL (TI): gồm thiết bị phần cứng và phần mềm giao tiếp với thiết bị
phát TOLL (TOLL Tx). TI nhận các gói tin gửi từ FLP, sau đó sắp xếp và đóng
gói, dưới sự điều khiển của RRM, theo định dạng khung của TOLL trước khi gửi
tới TOLL-Tx. Mỗi TI làm việc với 1 TOLL-Tx.


Trang 24

- Bộ phát TOLL (TOLL Tx): nhận luồng bit đã được định dạng từ TI, mã hoá
TPC, điều chế (QPSK, 8-PAH, 16-PAH), ghép kênh OFDM và đổi thành trung
tần 140 MHz, sau đó đổi lên band L (950 - 1.450 Mhz) và băng Ka, phát lên vệ
tinh. Mỗi trạm Gateway có tối đa tới 12 khối TOLL-Tx làm việc và 2 khối dự
phòng. Mỗi khối TOLL-Tx cho phép 20.000 trạm UT kết nối đồng thời, với dung
lượng truyền dẫn lên tới 186 Mbps [13,14,15].

- Bộ thu STAR: nhận tín hiệu băng Ka từ vệ tinh, chuyển đổi tới dải tần 950 1.450 MHz sau đó thực hiện tách kênh, giải điều chế và giải mã tín hiệu. Các gói
tin TCP (BST), UDP được lọc ra và gửi tới SI để ghép lại với các gói IP bị phân

mảnh khác để gửi tới các thiết bị đầu cuối. Mỗi khối STAR-Rx có dung lượng
truyền dẫn tới 4 Mbps [13,14,15].

- Giao diện STAR (SI): nhận các gói tin TCP, UDP từ STAR-Rx, sau đó xử lý và
sắp xếp thành các gói tin IP rồi gửi tới IPR theo sự điểu khiển của RRM. Ngoài
ra SI còn có các chức năng khác: xử lý các bản tin báo hiệu giữa trạm cổng và
UT; giám sát hoạt động của kênh để kịp thời báo cáo cho RRM để đưa ra sự điều
chỉnh phù hợp. Mỗi SI làm việc được với 10 STAR-Rx. Mỗi gateway có tối đa
tới 10 SI. Mỗi SI có thể cho phép tới 20.000 trạm VSAT IP kết nối đồng thời.

- Hệ thống quản lý mạng (NMS): thực hiện các chức năng về quản trị mạng chung
như: quản lý lỗi, phát hiện và đưa ra các cảnh báo mỗi khi có sự cố về phần cứng
hay phần mềm; quản lý cấu hình, cập nhật theo dõi các thay đổi về cấu hình hoạt
động của các thiết bị; quản lý truy nhập mạng, cấp tên, mật khẩu và quyền truy
nhập cho từng người sử dụng; quản lý hệ thống tính cước…

- Máy chủ lưu trữ cuộc gọi và tính cước (Acounting server/Call Record server)
nhận dữ liệu từ NMS và lưu trữ tại cơ sở dữ liệu nội bộ để phục vụ cho mục đích
tính cước. Tuỳ thuộc vào ứng dụng cung cấp mà trạm Gateway còn được trang bị
thêm:
• Các đường truyền kết nối băng rộng với mạng Internet, trụ sở khách hàng cho
các mục đích cung cấp người sử dụng đầu cuối truy cập mạng Internet băng
rộng, mạng dùng riêng...