Tiểu luận môn hệ thốngviễn thông 2 Đề tài tìm hiểu hệ thống mạng starlink

Với số lượng hơn 1.500 vệ tinh đã được phóng ra trong hai năm gần đây, Starlink rất có thể sẽ đóng góp cho thế giới một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp internet vệ tinh.. Starlink

TRƯỜNG ĐẠ I H Ọ C CÔNG NGHI Ệ P TP H Ồ  CHÍ MINH 

KHOA CÔNG NGH Ệ   ĐIỆ N T Ử  

Ti ể u lu ậ n 

 

Đề  tài: 

Tìm hi ể u h ệ  th ố ng m ạ ng Starlink 

 

Giảng Viên Hướ ng Dẫn  : TS Bùi Thư Cao 

Nhóm Thự c Hiện 

: Nhóm 10 

Sinh Viên  :Hà Văn Phú 

: Phạm Tuấn Kiệt  : Tr ần Tr ọng Nguy ễn : Phan Tấn Sang : Nguy ễn Viết Tuấn 

Lớ p Học Phần 

: DHDTVT17B - 420300355102

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2024 

M Ụ C L Ụ C

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNHẢNH 3

LỜI CẢM ƠN  4

LỜI MỞ ĐẦU 5

NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1 Tổng quan về mạng Starlink 6

1.1 Giới thiệu  6

1.2 Cấu trúc hệ thống mạng Starlink   7

1.3 Các loại vệ tinh  9

V0.9 (thử nghiệm)  9 V1.0 (đang hoạt động)  9 V1.5 (đang hoạt động)  10 1.4 Starlink hoạt động như thế nào?  10

1.5 Tốc độ của Starlink trong điều kiện khắc nghiệt  11

CHƯƠNG 2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống mạng Starlink 13

2.1 Ưu điểm  13

2.2  Nhược điểm của Starlink   14

2.3 So sánh hệ thống mạng Starlink với Mạng di động và Cáp quang 14

CHƯƠNG 3: Cơ hội và Thách thức của hệ thống mạng Starlink 15

3.1 Cơ hội  15

3.2 Thách thức  16

3.3 Starlink tại Việt Nam  17

3.4 Tóm tắt 18

K ẾT LUẬN 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

DANH M Ụ C HÌNH Ả NH 

Hình 1.Cách vệ tinh Starlink kết nối với các trạm phát sóng mặt đất và kết nối trực tiếp với điện thoại di động

Hình 2: Internet vệ tinh Starlink của SpaceX đạt tốc độ cao dù mưa tuyết

L Ờ  I C ẢM ƠN   Kính gửi thầy Bùi Thư Cao. 

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy vì những kiến thức thực tế và hữu ích

mà chúng em đã được học trong môn Hệ thống Viễn thông 2 Nhờ những bài giảng của thầy, chúng em đã có cái nhìn sâu sắc hơn về ngành Viễn thông và tự tin hơn khi ứng dụng kiến thức vào thực tế. Bên cạnh đó biết được thêm nhiều mô hình mạng Cũng như hiểu rõ hơn về các công nghệ, chuyên môn trong ngành mình đã học Cảm ơn thầy đã cho nhóm chúng em có cơ hội tìm hiểu một hệ thống mạng đang phát triển và tiềm năng của nó.  Chúng emxin trân trọng kính mời thầy có những góp ý để bài tiểu luận của nhóm được hoàn thiện hơn. 

Kính chúc thầy luôn mạnh khỏe và thành công trên con đường nghiên cứu và giảng dạy.  Nhóm em xin chân thành cảm ơn! 

L Ờ  I M Ở    ĐẦ U

Trong những năm gần đây, công nghệ truyền thông vệ tinh đã phát triển với những bước tiến vượt bậc Một trong những dự án nổi bật trong lĩnh vực này là Starlink của công ty SpaceX Trong khi cáp quang và mạng di động vẫn là những công nghệ truyền thống để cung cấp Internet, thì Starlink lại đại diện cho một hướng đi hoàn toàn mới Với ưu điểm vượt trội về khả năng phủ sóng và độ ổn định, Starlink đang thu hút sự quan tâm của cả người dùng cá nhân và doanh nghiệp. 

Với số lượng hơn 1.500 vệ tinh đã được phóng ra trong hai năm gần đây, Starlink rất có thể sẽ đóng góp cho thế giới một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp internet vệ tinh

Về sự tiến bộ công nghệ: Trong bài tiểu luận này, chúng em xin phân tích các nội dung và cáccác khía cạnh kỹ thuật của dự án tham vọng này với các tác động tiềm năng của dự án đến ngành viễn thông thế giới. 

Cụ thể, lời mở đầu giúp đưa ra được toàn cảnh về tiến trình phát triển của công nghệ truyền thông vệ tinh và sau đó đi sâu vào phân tích về dự án mới nhất Starlink cũng như vị trí của

nó trên trường quốc tế về kinh doanh internet

N Ộ I DUNG 

CHƯƠNG 1 Tổng quan v ề mạng Starlink 1.1 Giớ i thiệu

Trong kỷ nguyên số, Internet đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta Nhưng không phải ai cũng có cơ hội được tiếp cận với mạng Internet tốc độ cao và ổn định, đặc biệt là ở những vùng sâu vùng xa Giải pháp cho bài toán kết nối toàn cầu này có thể nằm ở một dự án đầy tham vọng của tỷ phú Elon Musk: hệ thống mạng vệ tinh Starlink Starlinklà một tập hợp các vệ tinh được xây dựng để cung cấp truy cập Internet vệtinh, bao gồm hàng ngàn vệ tinh nhỏ được sản xuất hàng loạt trên quỹ đạo thấp của Trái Đất (LEO), khoảng cách 550 km so với bề mặt Trái đất, hoạt động kết hợp với các máy thu phát mặt đất.Với việc sử dụng công nghệ vệ tinh, Starlink không giống như các dịch vụ di động truyền thống hay công nghệ 5G Nó cho phép các hộ gia đình, doanh nghiệp hoặc các vị trí xa xôi có thể kết nối với Internet mà không phụ thuộc vào hạ tầng viễn thông địa phương Điều này đem lại tiềm năng kết nối Internet rộng rãi và tiện lợi cho những nơi mà trước đây không thể tiếp cận được với dịch vụ Internet. 

Theo số liệu báo cáo được dẫn nguồn bởi trangcongnghe.com.vn, hiện SpaceX đã  phóng tổng cộng hơn 4.500 vệ tinh Internet Starlink, trong đó 4.200 vệ tinh đang hoạt động, giúp phủ sóng internet trên toàn cầu và phục vụ người dân ở những nơi xa xôi nhất trên Trái Đất. Tuy nhiên, hệ thống Internet vệ tinh Starlink vẫn chưa hoàn thiện, con số trên còn quá nhỏ so với số lượng SpaceX được phép triển khai là 12.000 vệ tinh, không dừng lại ở

đó SpaceX đã nộp đơn xin phê duyệt thêm cho 30.000 vệ tinh khác sau trong tương lai.  Mục đích của việc triển khai nhiều vệ tinh là đảm bảo phủ sóng Internet toàn cầu, nâng cao khả năng kết nối và giảm độ trễ trong truyền tải dữ liệu. Internet vệ tinh Starlink hoạt động tương tự như Internet cáp, ngoại trừ nó có thêm một số bộ phận.Hiện tại, dịch vụ này chưa chính thức được cung cấp tại Việt Nam Tuy nhiên, trong tương lai gần, SpaceX sẽ mở rộng phạm vi dịch vụ và kế hoạch của họ là phủ sóng toàn cầu. Thời điểm này thì dự án mới chỉ được hoạt động ở ở Bắc Mỹ và một số quốc gia Châu Âu

1.2 Cấu trúc hệ thống mạng Starlink

Bao gồm các thế hệ vệ tinh v0.9 và cao hơn

Ban đầu, thiết kế thiết lập các vệ tinh giai đoạn 1 ở độ cao khoảng 1.100- 1.300 km SpaceX yêu cầu hạ thấp 1584 vệ tinh đầu tiên và chậm nhất đến tháng 4 năm 2020 phải hạ tất cả các vệ tinh có quỹ đạo cao hơn khác xuống còn khoảng 550 km Sửa đổi này đã được phê duyệt vào tháng 4 năm2021

1.2.1 Phần cứng vệ tinh 

Các vệ tinh Internet dự kiến sẽ thuộc loại vệ tinh nhỏ (từ 100 đến 500 kg (220 đến 1.100 lb))

và dự định đặt trong quỹ đạo Trái đất thấp (LEO) ở độ cao khoảng 1.100 km (680 mi) , theo công bố vào năm 2015 Trong sự kiện này, lần đầu tiên SpaceX triển khai 60 vệ tinh vào tháng 5 năm 2019 Vệ tinh nặng 227 kg (500lb) đặt ở độ cao tương đối thấp 550 km (340mi), do lo ngại về môi trường không gian Các kế hoạch ban đầu (tính đến tháng 1 năm 2015) là tạo thành hệ thống với khoảng 4.000 vệ tinh liên kết chéo, nhiều hơn gấp đôi

so với số vệ tinh đang hoạt động trên quỹ đạo hiện tại. 

Các vệ tinh sẽ sử dụng các liên kết quang học và công nghệ xử lý kỹ thuật số theo giai đoạn trong các dải băng tần Ku và Ka Các vệ tinh ban đầu được  phóng mà không có liên kết laser Các liên kết laser giữa các vệ tinh đã được thử nghiệm thành công vào cuối năm 2020

Các vệ tinh sẽ được sản xuất hàng loạt, với chi phí thấp hơn nhiều so với các vệ tinh hiện

có trước đây Vào tháng 2 năm 2015, SpaceX đã yêu cầu FCC xem xét việc sử dụng phát minh mới của mình với phổ băng tần Ka trong tương lai trước khi FCC cam kết các quy định về mạng truyền thông 5G, vì SpaceX là một công ty mới tham gia vào thị trường truyền thông vệ tinh Hệ thống vệ tinh liên lạc quỹ đạo địa tĩnh SpaceX sẽ hoạt động ở dải tần số cao trên 24 GHz

Lưu lượng truy cập Internet qua vệ tinh địa tĩnh có độ trễ khứ hồi theo lý thuyết tối thiểu

là 477 mili giây (mili giây; giữa người dùng và cổng mặt đất), nhưng trên thực tế, các vệ tinh hiện tại có độ trễ từ 600 mili giây trở lên Các vệ tinh Starlink đang quay xung quanh

ở độ cao 1⁄105 đến 1⁄30 độ cao của quỹ đạo địa tĩnh, do đó cung cấp độ trễ thực tế hơn khoảng 25 đến 35 ms, tương đương với các mạng cáp và cáp quang hiện có Hệ thống sẽ

sử dụng một giao thức mới, peer -to- peer, được cho là "đơn giản hơn IPv6", nó cũng sẽ kết hợp mã hóa end-to-end nguyên bản. 

Các vệ tinh Starlink sử dụng động cơ đẩy hiệu ứng Hall với khí krypton để nâng quỹ đạo

và giữ ổn định Động cơ đẩy Krypton Hall có xu hướng xói mòn kênh nhiên liệu cao hơn đáng kể so với hệ thống đẩy điện tương tự hoạt động bằng khí xenon, nhưng khí krypton dồi dào hơn và có giá thành rẻ hơn rất nhiều. 

1.2.2 Thiết bị thu phát mặt đất 

Hệ thống sẽ không được kết nối trực tiếp từ vệ tinh của nó với thiết bị (không giống như các hệ thống vệ tinh Iridium, Globalstar, Thuraya và Inmarsat tương tự) Thay vào đó, nó

sẽ được kết nối với thiết bị thu phát có kích thước bằng hộp bánh pizza, có ăng-ten xoay theo từng giai đoạn và theo dõi các vệ tinh Các thiết bị thu phát có thể được gắn ở bất cứ đâu, miễn là chúng có thể hướng lên bầu trời Thiết bị có thể tự điều chỉnh góc để tối ưu tín hiệu

Các báo cáo hạn chế từ những người dùng thử nghiệm sớm của chòm sao hệ thống vệ tinh vào tháng 8 năm 2020 cho thấy người dùng có tốc độ tải xuống từ 11 đến 60 Mbit/s và tốc 

độ tải lên từ 5 đến 18 Mbit/s 

1.2.3 Thiết bị người dùng: 

Antenna: Một ăng-ten đặc biệt được lắp đặt tại nhà hoặc trên phương tiện để kết nối trực tiếp với các vệ tinh Starlink. 

Router:Thiết bị chuyển đổi tín hiệu nhận được từ ăng-ten thành tín hiệu Wi-Fi để các thiết

 bị khác trong nhà có thể kết nối. 

1.3 Các loại vệ tinh 

V0.9 (thử nghiệm) 

60 vệ tinh Starlink v0.9, được phóng vào tháng 5 năm 2019, có các đặc điểm sau: 

  Thiết kế bảng điều khiển phẳng với nhiều ăng-ten băng tần cao và một pin năng lượng mặt trời duy nhất. 

  Khối lượng: 227 kg (500 lb)

  Động cơ hiệu ứng Hall sử dụng krypton làm nhiên liệu, để điều chỉnh vị trí trên quỹ đạo, duy trì độ cao. 

  Hệ thống định vị Star Tracker. 

  Có thể sử dụng dữ liệu mảnh vỡ do Bộ Quốc phòng cung cấp để tự động tránh va chạm. 

  Độ cao 550 km (340 dặm). 

  95% "tất cả các thành phần của thiết kế này sẽ nhanh chóng bốc cháy trong bầu khí quyển của Trái đất vào cuối vòng đời của mỗi vệ tinh". 

V1.0 (đang hoạt động)

Các vệ tinh Starlink v1.0, được phóng từ tháng 11 năm 2019, có các đặc điểm bổ sung sau: 

  100% "tất cả các thành phần của thiết kế này sẽ nhanh chóng cháy trong bầu khí quyển của Trái đất vào cuối vòng đời của mỗi vệ tinh." 

  Thêm vào ăng ten băng tần Ka. 

  Khối lượng: 260 kg (570 lb)

  Một trong số chúng, được đánh số 1130 và được gọi là DarkSat, đã giảm độ phản xạ ánh sáng bằng cách sử dụng một lớp phủ đặc biệt, nhưng phương pháp này đã bị loại

 bỏ do các vấn đề nhiệt và hệ số phản xạ IR. 

  Các vệ tinh gần đây có kính che để chặn ánh sáng mặt trời phản xạ từ các bộ phận của

vệ tinh. 

V1.5 (đang hoạt động) 

Lô 10 vệ tinh đầu tiên được phóng lên quỹ đạo cực 97,5 ° vào ngày 24 tháng 1 năm 2021

sử dụng tia laser để liên lạc giữa các vệ tinh. 

Thêm 338 vệ tinh được trang bị laser sẽ phóng lên quỹ đạo địa cực từ Vandenberg SpaceX

đã phóng 51 vệ tinh được trang bị laser này vào ngày 14 tháng 9 năm 2021. 

Hình 1.Cách vệ tinh Starlink kết nối với các trạm phát sóng mặt đất và kết nối trực tiếp

với điện thoại di động Ảnh:SpaceX   1.4 Starlink hoạt động như thế nào?

1 Mạng lưới vệ tinh bao phủ toàn cầu 

Các vệ tinh này được phân bố trên nhiều quỹ đạo khác nhau để đảm bảo phủ sóng toàn cầu.  Các vệ tinh liên kết với nhau tạo thành một mạng lưới khổng lồ, giúp truyền tín hiệu một cách hiệu quả. 

2 Truyền tín hiệu từ thiết bị người dùng đến vệ tinh 

Tại mỗi địa điểm sử dụng dịch vụ Starlink, người dùng sẽ được cung cấp một ăng-ten đặc  biệt Khi người dùng kết nối một thiết bị vào mạng Wi-Fi do ăng-ten Starlink cung cấp, tín hiệu sẽ được phát lên không gian. 

3 Tín hiệu được chuyển tiếp giữa các vệ tinh 

Tín hiệu từ thiết bị người dùng sẽ được truyền đến vệ tinh Starlink gần nhất. Vệ tinh này

sẽ tiếp nhận tín hiệu và chuyển tiếp đến các vệ tinh khác trong mạng Chuyển tiếp: lưới, chođến khi tín hiệu đến được vệ tinh có đường truyền trực tiếp đến trạm mặt đất. 

4 Kết nối với trạm mặt đất 

Trạm mặt đất là những trạm thu phát đặt trên Trái Đất, kết nối với mạng lưới internet hiện

có.Vệ tinh sẽ truyền tín hiệu đến trạm mặt đất gần nhất Tại đây, tín hiệu sẽ được xử lý và đưa vào mạng internet toàn cầu. 

5 Dữ liệu được truyền ngược lại 

Khi người dùng truy cập một trang web hoặc tải xuống dữ liệu, quá trình truyền tín hiệu sẽ diễn ra theo chiều ngược lại Dữ liệu sẽ được truyền từ mạng internet toàn cầu đến trạm mặt đất, sau đó được chuyển tiếp qua các vệ tinh và cuối cùng đến thiết bị của người dùng.  1.5 Tốc độ của Starlinktrong điều kiện khắc nghiệt

Dịch vụ Internet vệ tinh Starlink của SpaceX vẫn duy trì tốc độ hơn 150 Mb/giây trong điều kiện gió mạnh, bề mặt thiết bị đầu cuối bị đóng băng. 

Hình 2: Internet vệ tinh Starlink của SpaceX đạt tốc độ cao dù mưa tuyết Ảnh:  Reddit 

Đa số ý kiến cho biết tốc độ Internet trung bình của họ tăng hơn 20 Mb/giây khi xảy ra tình trạng tuyết rơi dày đặc, kể cả khi bộ thu phát đầu cuối bị tuyết phủ kín Tuy vậy, cũng có không ít trường hợp kết nối kém khi thời tiết khắc nghiệt Một số người dùng dịch vụ Internet của SpaceX nói rằng tốc độ tải xuống trên mạng của họ còn 20 -30 Mb/giây, tốc

độ tải lên còn 3 -4 Mb/giây Số khác thừa nhận tốc độ trung bình của họ cao hơn một chút, với 50- 100 Mb/giây, nhưng vẫn thấp hơn 150 Mb/giây như SpaceX công bố Bên cạnh tuyết rơi, thiết bị đầu cuối của Starlink còn chống chịu được những cơn gió mạnh Theo thử nghiệm của tài khoản YouTube Adventures With Kramer, nó có thể chịu được sức gió trên 280 km/giờ, trong khi vẫn giữ tốc độ kết nối Internet từ 110 đến 120 Mb/giây. 

Chương 2  Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống mạng Starlink 2.1 Ưu điểm

  Phủ sóng rộng: Starlink có khả năng cung cấp Internet đến những khu vực xa xôi,

hẻo lánh trên Trái Đất mà các mạng truyền thống khó tiếp cận, như vùng nông thôn,

hải đảo, hoặc các khu vực bị thiên tai tàn phá

  Tốc độ cao vàổn định: Starlink cung cấp tốc độ Internet khá cao, có thể so sánh vớ i các k ết nối cáp quang tại nhiều khu vực Bên cạnh đó, hệ thống này cũng cho thấ y

độ ổn định đáng kể, ít bị ảnh hưở ng bở i các yếu tố môi trường như thờ i tiết

  Linh hoạt: Starlink cung cấp khả năng di động cao, ngườ i dùng có thể dễ dàng di chuyển thiết bị của mình đến nhiều địa điểm khác nhau mà không cần phải cài đặt

lại

  Tiềm năng phát triển: V ớ i việc liên tục nâng cấp và mở  rộng mạng lướ i, Starlink

hứa hẹn sẽ mang đến nhiều cải tiến về tốc độ, độ phủ sóng và các tính năng mớ i trong tương lai. 

  Giá internet của Starlink có tính cạnh tranh R ẻ hơn internet cáp và vệ tinhở  các  vùng nông thôn và ngoại ô.Ở nhiều nơi, ngườ i dùng ngoại ô trả cùng số tiền như ngườ i dùng thành phố nhưng nhận đượ c internet chậm hơn nhiều Ví dụ,ở  các thành

phố, đôi khi mọi ngườ i phải trả 50-60 đô la cho internet 100/10 (tải xuống 100 Mbps,

tải lên 10 Mbps) Nhưng ở  các vùng nông thôn, ngườ i dùng phải trả hơn 100 đô la nhưng chỉ nhận đượ c internet 10/1 (tải xuống 10 Mbps, tải lên 1 Mbps) Trong khi

đó, Starlink chỉ tính phí 99 đô la cho tốc độ không giớ i hạn

  Phục hồi thảm họa nhanh hơn:Bất cứ khi nào thảm họa xả y raở  một khu vực, phải

mất nhiều ngày, thậm chí nhiều tuần, để khôi phục dịch vụ internet Bão, lốc xoáy, cháy rừng hoặc lũ lụt có thể gây hư hại nghiêm trọng cho cáp internet Sau một cơn bão lớ n, việc sửa chữa những sợi cáp đó không chỉ tốn kém mà còn mất thờ i gian  Nhưng, internet Starlink không bị mất k ết nối internet do thảm họa trái đất Ngay khi bầu trời quang đãng, bạn có thể nhận đượ c internet Starlink Nó có hàng ngàn

trạm gốc trên toàn thế giớ i Ngay cả khi một số trạm gốc ngừng hoạt động do thờ i

tiết xấu, các trạm gốc khác sẽ cung cấp internet cho các vệ tinh Starlink