Nghiên cứu đánh giá kết quả ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa tại việt nam

Nghiên cứu đánh giá kết quả ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa tại việt nam

1 Nghd : TS Chu Văn Vệ - H : ĐHCN MỤC LỤC Nghd : TS Chu Văn Vệ - H : ĐHCN .1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG .12 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 12 VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG .12 1.2 Phần không gian 15 1.2.1 Cấu trúc 15 1.2.2 Vai trò trạm điều khiển 16 1.2.3 Phân hệ thông tin vệ tinh .17 1.3 Phần mặt đất 20 1.5 Các dải tần số sử dụng thông tin vệ tinh 22 1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến thông tin vệ tinh [2] [10] 23 1.6.1 Giới thiệu 23 1.6.2 Trạm mặt đất yếu tố liên quan 23 1.6.3 Các yếu tố liên quan đường xuống trạm thu mặt đất 26 1.6.4 Tham số phát đáp hệ thống vệ tinh ảnh hưởng đến tuyến truyền 32 CHƯƠNG 35 MẠNG VSAT DAMA TẠI VIỆT NAM 35 2.1 Đặc điểm chung mạng VSAT [1] 35 2.2 Trạm HUB .38 2.2.1 Phần cứng 38 2.2.2 Phần mềm .39 100 2.3 Trạm thuê bao xa 41 2.4 Nguyên lý hoạt động phương thức truy cập 46 2.4.1 Kênh vệ tinh 46 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 2.4.2 Sử dụng băng tần 52 2.4.3 Đặc tính tổng đài mạng VSAT .53 CHƯƠNG 57 HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH .57 BĂNG THÔNG RỘNG IP - STAR 57 3.1 IP qua vệ tinh 57 3.2 Hệ thống VSAT IP dịch vụ mạng VSAT IP băng thông rộng 57 3.2.1 Vệ tinh IPSTAR 58 3.2.2 Trạm cổng [7][8] 60 3.2.3 Giao tiếp không gian 62 3.2.4 Thiết bị phía thuê bao (UT) 68 3.2.5 Các ứng dụng hệ thống VSAT IPSTAR [9] 69 CHƯƠNG 78 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 78 4.1 Ưu nhược điểm hệ thống VSAT IPSTAR 78 4.1.1 Ưu điểm hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR .78 4.1.2 Nhược điểm hệ thống 79 4.2 Các đặc tính đường truyền vệ tinh ảnh hưởng tới chất lượng kết nối sử dụng giao thức TCP 79 4.2.1 Ảnh hưởng độ trễ tới thuật toán điều khiển tắc nghẽn 80 4.2.2 Ảnh hưởng tích số BDP lớn 84 4.2.3 Ảnh hưởng tỉ lệ lỗi lớn tới kết nối TCP qua vệ tinh 85 4.3 Các giải pháp cải tiến giao thức TCP 86 4.3.1 Giải pháp tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn 86 4.3.2 Giải pháp TCP với tuỳ chọn SACK 90 4.3.3 Các giải pháp thông báo gói lỗi 95 4.4 Dự báo nhu cầu dịch vụ qua hệ thống VSAT băng rộng 96 KẾT LUẬN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 100 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh ACK Acknowledgement BDP Bandwidth Delay Product Bit Error Rate Baseband Signal Processor Bandwidth C-Band Converter Module Cumulative Error Transport Explicit Notification Coder/Decoder Class of Service Channel Unit Demand Assigned Multiple Access Demodulater Demultiplexer Digital Interface Unit Energy Per Bit To Noise Density Ratio Echo Canceller Module Equivalent Isotropic Radiated Power Frequency Division Multiple Access Facsimile Interface Module Finish BER BSP BW CCM CETEN Codec CoS CU DAMA DEM DEMUX DIU Eb/No ECM EIRP FDMA FIM FIN Tiếng Việt Gói tin ACK phát từ phía thu xác nhận nhận gói tin có số thứ tự rõ nội dung gói ACK Tích số độ rộng băng tần độ trễ Giá trị biểu thị lượng liệu mạng Tỷ số lỗi bít Bộ xử lý tín hiệu băng sở Độ rộng băng tần Mạch đảo tần băng C Thông báo rõ lỗi tích luỹ truyền tải Bộ mã hoá/Bộ giải mã Lớp dịch vụ Khối kênh Đa truy nhập phân chia theo yêu cầu Bộ giải điều chế Bộ tách kênh Khối giao diện số Tỷ số lượng bit/Mật độ tạp âm Khối khử tiếng vọng Công suất xạ đẳng hướng tương đương Đa truy nhập phân chia theo tần số Mạch giao diện fax Gói tin FIN phía phát TCP sử dụng để thông báo kết thúc kết nối Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 100 FLP FTP GEO Forward Link Processor File Transfer Protocol Geostationary Earth Orbit HACK Header ChecKsum HPA High Powered Amplifier HyperText Transfer Protocol Inbound Control Channel Interface Converter Module Internet Control MessageProtocol In Door Unit Intermediate Frequency Internet Group Management Protocol Internet Protocol Initial Sequence Number HTTP ICC ICM ICMP IDU IF IGMP IP ISN IW KCM Initial Window Ku-Band Converter Module LEO Low Earth Orbit LNA Low Noise Amplifier LQT Link Quality Test LRE Low Rate Encoding MCU Monitor Channel Unit MEO Medium Earth Orbit MOD Modulater MODEM Modulater/Demodulate r Bộ xử lý tuyến từ trạm chủ đến trạm Giao thức truyền File Quỹ đạo địa tĩnh Vệ tinh quỹ đạo có chu kì quay xung quanh chu kì tự quay trái đất Tuỳ chọn tổng tiêu đề, tuỳ chọn phía thu thông báo xác tiêu đề gói tin bị lỗi Bộ khuyếch đại công suất cao Giao thức truyền dẫn siêu văn Kênh kiểm soát vào Mạch chuyển đổi giao diện Giao thức tin điều khiển Internet Khối trời Tần số trung gian Giao thức quản lí nhóm Internet Giao thức Internet Số thứ tự khởi tạo-giá trị phía phát TCP tạo gán cho gói tin kết nối Kích thước cửa sổ khởi đầu Mạch đảo tần băng Ku Quỹ đạo thấp Bộ khuyếch đại tạp âm thấp Kiểm tra chất lượng đường truyền Mã hoá tốc độ thấp Khối kênh giám sát Quỹ đạo trung bình Bộ điều chế Bộ điều chế /Giải điều chế Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 100 MTU NCS NM OCC ODU OFDM QoS RG RRM RTO RTT Maximum Transfer Unit Network Control System Network Management Outbound Control Channel Out Door Unit Orthogonal Frequency Division Multiplexing Quality of Service Receive Groundstation Radio Resources Management Retransmission Timeout Round Trip Time SACK Selective Acknowlegement SCPC Single Channel Per Carrier Stream Control TransportProtocol Sender Groundstation STAR Interface Simple Mail Transfer Protocol Simple Network Management Protocol Store Programed Control SCPC TDMA Aloha SCTP SG SI SMTP SNMP SPC STAR Đơn vị truyền dẫn có kích thước lớn Hệ thống điều hành mạng Quản lý mạng Kênh kiểm soát Khối nhà Chất lượng dịch vụ Phía mặt đất phía thu Quản lý tài nguyên vô tuyến Khoảng thời gian chờ truyền lại, tính dựa RTT số biến khác Thời gian trễ vòng, tính khoảng thời gian từ thời điểm bit cuối gói tin rời khỏi phía phát thời điểm phía phát nhận bit gói tin xác nhận điều kiện mạng tắc nghẽn Xác nhận có lựa chọn, sử dụng tuỳ chọn phía thu xác nhận nhiều gói tin tới đích Đơn kênh sóng mang Giao thức truyền tải điều khiển luồng Phía mặt đất phía phát Giao tiếp STAR Giao thức truyền thư điện tử đơn giản Giao thức quản lí mạng đơn giản Bộ điều khiển theo chương trình kỹ thuật truy nhập Slotted Aloha, Aloha, Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 100 Return Link SYN TCP TCPA TDM TDMA TES TI TOLL TRIA TSN UDP VCU VSAT TDMA dùng cho hướng truyền từ trạm trạm chủ Synchronize Gói tin đồng Gói tin gửi thời điểm khởi tạo kết nối để đồng phía phát phía thu Transport Protocol Giao thức truyền tải Giao thức truyền tải gói tin tới đích cách tin cậy TCP Accelerator Bộ tối ưu TCP qua kênh vệ tinh Time Division Ghép kênh phân chia thời gian Multiplex Time Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo thời gian Access Telephony Earth Trạm điện thoại mặt đất Station TOLL Interface Giao tiếp TOLL TPC Orthogonal Hướng từ trạm chủ đến trạm dùng frequency division phương pháp ghép kênh phân chia tần số multiplexed L- code trực giao mã hoá TPC Link Transmit Receive Khối giao diện thu phát Interface Assembly Transmision Sequence Số thứ tự truyền tải Number User Datagram Giao thức truyền tải đơn vị liệu người Protocol dùng Giao thức truyền liệu cách không tin cậy Voice Channel Unit Khối kênh thoại Very Small Aperture Trạm mặt đất dung lượng nhỏ Terminal 100 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Trang Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh 16 Hình 1.2 Cửa sổ giữ trạm vệ tinh địa tĩnh 18 Hình 1.3 Phân hệ thông tin vệ tinh 19 Hình 1.4 Cấu trúc trạm mặt đất 22 Hình 1.5 Phân cực Ellipse 23 Hình 1.6 Anten vô hướng 25 Hình 1.7 Anten thực tế 25 Hình 1.8 Can nhiễu hệ thống thông tin vệ tinh 32 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 100 Hình 2.1 Tổng quan hệ thống 38 Hình 2.2 Bố trí trạm trung tâm (HUB) VSAT 39 Hình 2.3 Sơ đồ cấu hình trạm HUB 41 Hình 2.4 Tổng quát trạm VSAT 42 Hình 2.5 Cấu hình trạm thuê bao 43 Hình 2.6 Giao diện trạm thuê bao 44 Hình 2.7 Sơ đồ khối CU 45 Hình 2.8 Mô thiết lập gọi 54 Hình 3.1 Vùng phủ sóng vệ tinh IPSTAR 59 Hình 3.2 Vùng phủ sóng vệ tinh IPSTAR Việt Nam 60 Hình 3.3 Sơ đồ khối chức trạm cổng IPSTAR 60 Hình 3.4 Cấu trúc khung 64 Hình 3.5 Mô OFDM đơn giản 65 Hình 3.6 Các kiểu kênh Star Link 66 Hình 3.7 Cấu trúc khung Star Link cho loại kênh 66 Hình 3.8 Cấu hình trạm thuê bao 69 Hình 3.9 Cấu hình dịch vụ thoại VoIP 70 Hình 3.10 Cấu hình truy cập Internet băng rộng 71 Hình 3.11 Cấu hình cung cấp dịch vụ Hotspot 72 Hình 3.12 Cấu hình dịch vụ thuê kênh riêng IP mạng riêng VPN 73 Hình 3.13 Cấu hình dịch vụ GSM Trunking 74 Hình 3.14 Cấu hình cung cấp dịch vụ truyền hình hội nghị 75 Hình 3.15 Cấu hình cung cấp dịch vụ đào tạo từ xa 76 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 100 Hình 3.16 Cấu hình dịch vụ IP2TV 77 Hình 4.1 Sự phụ thuộc lượng byte truyền dẫn vào thời gian pha khởi đầu chậm Sự phụ thuộc lượng byte truyền dẫn vào thời gian pha tránh tắt nghẽn Sự phụ thuộc thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 2048 kbps) Sự phụ thuộc thông lượng hiệu dụng vàoRTT (kênh 256 kbps) Thời gian tải trang web có kích thước khác (kênh 2048 kbps) Thời gian tải trang web có kích thước khác (kênh 256 kbps) Thông lượng hiệu dụng phụ thuộc BER 80 87 Hình 4.9 Sự cải thiện thông luợng kết nối TCP tắc nghẽn Sự cải thiện thông lượng kết nối TCP có tắc nghẽn Hình 4.10 Số lượng gói tin phải phát lại mạng có tỷ lệ gói cao 89 Hình 4.11 Cấu hình thiết bị mô SACK 91 Hình 4.12 Mô hình thực nghiệm dùng vệ tinh địa tĩnh 91 Hình 4.13 Thông lượng đạt truyền file 100 kB trường hợp “no curruption” Thông lượng đạt đuợc truyền file 1MB,10MB trường hợp “no curruption” Thông lượng truyền file có kích thước 1MB 10MB tỷ lệ gói 1% Thông lượng truyền dẫn file 10 MB, tỷ lệ gói 2% 5% Dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ qua VSAT 92 Dự báo phát triển thuê bao thoại sử dụng qua hệ thống thông tin vệ tinh toàn quốc 98 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.14 Hình 4.15 Hình 4.16 Bảng Bảng 81 82 83 83 84 85 88 92 93 94 97 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 100 10 MỞ ĐẦU Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài Nửa cuối kỷ 20, với phát triển mạnh mẽ công nghệ viễn thông, việc đời lớn mạnh thông tin vệ tinh tất yếu để thay cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp tiếp mặt đất Hệ thống thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm bật so với hệ thống vô tuyến chuyển tiếp mặt đất, thể giá thành, khả quảng bá độ linh hoạt cao Kỹ thuật thông tin vệ tinh bao gồm công nghệ phức tạp đặc điểm truyền dẫn vệ tinh có đường truyền xa độ trễ lớn Điều đồng nghĩa với việc hệ thống vệ tinh phải chịu tổn hao môi trường, tạp âm, can nhiễu Các kỹ thuật thông tin vệ tinh thông dụng xử lý băng gốc, điều chế, khuếch đại công suất, đa truy nhập, bù tổn hao, chống lỗi, … Hệ thống VSAT (Verry Small Aperture Terminal) hệ thống thông tin vệ tinh với trạm đầu cuối có độ nhỏ, cung cấp đường truyền số liệu điện thoại số qua vệ tinh cần sử dụng anten có đường kính tương đối nhỏ Sự xuất không ảnh hưởng tới mạng có mà hỗ trợ để tăng 100 tính linh hoạt cho mạng Nó cung cấp tính ưu việt cho khách hàng sử dụng Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 87 đầu (trường hợp 1) giá trị biến cwnd Trong trường hợp 3, giá trị cửa sổ khởi đầu nhận 1, lúc TCP cho mạng bị tắc nghẽn nên tăng kích thước cửa sổ truyền dẫn làm cho mạng tắc nghẽn thêm Như việc tăng kích thước cửa sổ khởi đầu mang tính tuỳ chọn áp dụng pha khởi đầu chậm kết nối TCP khởi tạo 4.3.1.2 Các kết thực nghiệm với cửa sổ khởi đầu kích thước lớn Những thực nghiệm thực hệ thống mô hệ thống vệ tinh thông tin trường đại học tổng hợp Ohio Các thực nghiệm tiến hành cách sử dụng giao thức FTP để truyền file có kích thước khác qua thiết bị mô Thiết bị mô thiết lập với hai trường hợp sau đây: - Kích thước cửa sổ thu nhỏ để không xảy tắc nghẽn mạng - Kích thước cửa sổ thu lớn để xảy tắc nghẽn mạng Hình 4.8 mô tả cải thiện thông lượng hiệu dụng kết nối với kích thước cửa sổ khởi đầu lớn so với kết nối có kích thước cửa sổ khởi đầu gói tin [5] Hình 4.8 Sự cải thiện thông lượng kết nối TCP tắc nghẽn Trong đó, nét gạch khác biểu thị cho file có kích thước khác 100 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 88 Hình 4.8 cho thấy tăng kích thước cửa sổ khởi đầu làm tăng thông lượng kết nối, đặc biệt truyền file có kích thước nhỏ Cụ thể, truyền file có kích thước 30kB, sử dụng cửa sổ khởi đầu có kích thước 32 gói tin, thông lượng tăng lên xấp xỉ 180% so với cửa sổ khởi đầu kích thước gói tin, sử dụng cửa sổ khởi đầu có kích thước gói tin thông lượng tăng lên 27% Sự tăng thông lượng với trường hợp truyền dẫn file nhỏ tiết kiệm thời gian truyền dẫn sử dụng cửa sổ khởi đầu có kích thước lớn Đối với trường hợp truyền dẫn file có kích thước lớn, thông lượng không cải thiện trường hợp file nhỏ Nguyên nhân thời gian tiết kiệm sử dụng cửa sổ khởi đầu kích thước lớn vào khoảng vài RTT nhỏ so với tổng thời gian truyền dẫn Cụ thể, truyền file có kích thước 5MB với cửa sổ khởi đầu có kích thước 32 gói tin, thông lượng cải thiện khoảng 3% so với kích thước cửa sổ khởi đầu Hình 4.9 kết thực nghiệm tương tự với cửa sổ thu có giá trị lớn đủ để làm tràn hàng đợi router trung gian Điều làm cho thời gian tồn kết nối lâu hơn, giá trị kích thước cửa sổ phát đạt tới giá trị kích thước cửa sổ thu trước kết nối kết thúc 100 Hình 4.9: Sự cải thiện thông lượng kết nối TCP có tắc nghẽn Trong đó, nét gạch khác biểu thị cho file có kích thước khác Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 89 Căn vào hình 4.9 ta thấy truyền file trung bình: 30kB, 100kB, 200kB, kết gần giống thực nghiệm Điều cho thấy phía phát phát xong gói tin trước biến cwnd đủ lớn để làm tràn hàng đợi router trung gian Khi truyền file có kích thước lớn 1MB hay 5MB thông lượng thay đổi không đáng kể với cửa sổ khởi đầu có giá trị khác Trong hai trường hợp thông lượng truyền file có kích thước lớn 5MB tương đương Do với file có kích thước lớn thời gian truyền dẫn dài, mạng có tắc nghẽn xảy nên khoảng thời gian mà pha khởi đầu chậm tiết kiệm không đáng kể so với thời gian tồn kết nối Trong trường hợp mạng có tỉ lệ gói cao, hình 4.10 tăng số lượng gói tin bị mạng kết nối sử dụng cửa sổ khởi đầu kích thước lớn so với cửa sổ khởi đầu kích thước gói tin Hình 4.10 Số lượng gói tin phải phát lại mạng có tỉ lệ gói cao Căn vào hình 4.10 ta thấy, kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn lớn gói tin, lượng gói tin phải phát lại kết nối tăng tuyến tính giá trị cửa sổ khởi đầu truyền dẫn tăng Như vậy, việc tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn cải thiện chất lượng kết nối TCP qua đường truyền vật lý tốc độ cao, lượng liệu cần truyền nhỏ Tuy vậy, trường hợp mạng có tỉ lệ gói lớn, tăng kích thước cửa sổ truyền dẫn làm cho tăng số lượng gói tin cần phải phát lại 100 kết nối, dẫn đến chất lượng kết nối TCP trường hợp giảm Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 90 4.3.2 Giải pháp TCP với tuỳ chọn SACK Cơ chế phát lại giao thức TCP chuẩn phát lại gói tin bị dựa hai dấu hiệu sau đây: - Quá thời gian truyền lại mà không nhận gói tin xác nhận từ phía thu - Phía phát nhận ba gói tin xác nhận ACK có số ACK giống Cơ chế có nhược điểm là: - Phía phát phát lại gói tin cửa sổ truyền dẫn - Phía phát phát lại cách không cần thiết gói tin tới đích Thật vậy, giả sử phía phát phát 20 gói tin, gói tin thứ 11 12 bị mất, gói tin 13, 14 15 tới đích Trường hợp thứ nhất, thời gian RTO mà phía phát không nhận gói tin xác nhận ACK cho gói tin thứ 11, phía phát giảm kích thước cửa sổ truyền dẫn xuống gói tin khởi động thuật toán khởi đầu chậm để truyền lại gói tin gói tin thứ 11, phía phát phải phát lại gói tin 13, 14 15 không cần thiết Trường hợp thứ hai, gói tin 13, 14, 15 tới đích phía thu phát gói tin xác nhận ACK trường ACK có giá trị 11 Như phía phát phát lại gói tin gói tin thứ 11, gói tin thứ 12 không phát lại phía phát không nhận thông tin gói tin Nguyên nhân hạn chế gói tin xác nhận ACK từ phía thu với trường ACK đủ để mang thông tin gói tin TCP với tuỳ chọn SACK (Selective Acknowlegedmen t- Xác nhận lựa chọn) khắc phục nhược điểm cách sử dụng thêm trường Option gói tin TCP để mang thông tin xác nhận cho nhiều gói tin TCP với tuỳ chọn SACK sử dụng trường Option gói tin TCP, thuật toán điều khiển tắc nghẽn TCP chuẩn không thay đổi chế hoạt động Để thấy rõ hiệu TCP với tuỳ chọn SACK, thực nghiệm tiến hành với hai thiết bị sau: - Thiết bị mô đường truyền vệ tinh: Thiết bị thiết lập tham số giống hệt với đường truyền vệ tinh Thiết bị có ưu điểm mềm dẻo việc thiết lập tham số mô đường truyền Cấu hình thiết bị sau : Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 100 91 Hình 4.11 Cấu hình thiết bị mô SACK Trong đó: Eror/Delay Box thiết bị có tác dụng làm trễ gói, gói, gây lỗi tương tự đường truyền vệ tinh thật - Vệ tinh thông tin có quỹ đạo địa tĩnh Mô sau: Hình 4.12 Mô hình thực nghiệm dùng vệ tinh địa tĩnh Trong hai trường hợp, thiết bị khách hàng máy chủ để thực nghiệm có cấu hình là: xử lý Pentium IV chạy hệ điều hành Linux a Kết thực nghiệm với thiết bị mô Thiết bị mô có đặc điểm thay đổi tham số mô cách dễ dàng, thực nghiệm tiến hành nhiều lần thiết bị với tham số điều chỉnh khác nhau: - Thiết bị mô thiết lập chế độ “no corruption” Thiết bị mô có thông số sau: RTT=510ms, tốc độ đường truyền 10MBps, 100 lỗi đường truyền Các file có độ lớn khác nhau: 100KB, 1MB 10MB gửi từ thiết bị đầu cuối khách hàng tới máy chủ Cửa sổ phát TCP có kích thước biến đổi từ 32KB đến 1024KB (Ở dùng giao thức TCP với kích thước Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 92 cửa sổ lớn cách sử dụng thêm phần tuỳ chọn tiêu đề gói tin TCP, giá trị phần tuỳ chọn hệ số nhân Kích thước cửa sổ lúc hệ số nhân với kích thước cửa sổ tiêu chuẩn 16 byte Giá trị hệ số nhân không vượt 214) Kết [3] biểu thị hình 4.13 4.14 Kích thước cửa sổ (KB) Hình 4.13 Thông lượng đạt truyền file 100KB trường hợp “no corruption” Kích thước cửa sổ KB Hình 4.14 Thông lượng đạt truyền file 1MB, 10MB trường hợp “no corruption” Trong đó, nét nối khác trường hợp giao thức TCP SACK giao thức TCP chuẩn (TCP NewReno) sử dụng 100 Từ hình 4.13 hình 4.14 ta thấy: Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 93 - Thông lượng truyền file nhỏ 100KB 1MB thấp thông lượng truyền file lớn 10MB Nguyên nhân kích thước file 100KB 1MB không đủ để tận dụng kích thước cửa sổ lớn tốc độ đường truyền - Trong môi trường thực nghiệm lỗi, khác TCP với tuỳ chọn SACK TCP chuẩn rõ ràng, trừ trường hợp với kích thước cửa sổ lớn Do TCP với tuỳ chọn SACK có khả xử lí gói tin bị cách sử dụng khối tuỳ chọn SACK nên thông lượng đạt lớn so với TCP chuẩn Khi truyền file 10MB với cửa sổ có kích thước 1024 KB, thông lượng TCP chuẩn TCP với tuỳ chọn SACK giảm, nhiên TCP chuẩn giảm nhiều Giải thích sau: với đường truyền có băng tần 10MB RTT=510ms, tích BDP 652,8KB, với cửa sổ có kích thước cửa sổ lớn giá trị xảy tắc nghẽn thông lượng giảm Do tăng kích thước cửa sổ ảnh hưởng xấu đến thông lượng SACK sử dụng - Thiết bị mô đặt chế độ “corruption” Thiết bị mô thiết lập với thông số sau đây: Tỉ lệ gói 1% tương ứng với BER = 0,9x10-6, RTT=510ms, tốc độ đường truyền 10MBps Các file có kích thước 1MB 10MB truyền với cửa sổ có kích thước khác Kết cho hình 4.15 Kích thước cửa sổ (KB) Hình 4.15 Thông lượng truyền file có kích thước 1MB 10MB, tỉ lệ gói 1% Từ hình 4.15 ta thấy TCP với tuỳ chọn SACK có thông lượng lớn so với TCP chuẩn Giống trường hợp trước, thông lượng giảm kích thước cửa sổ 100 lớn giá trị BDP=652,8KB có diện tắc nghẽn gói lỗi bit Khi truyền dẫn file có kích thước 10MB, so với trường hợp trước Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 94 thông lượng giảm nhiều tỉ lệ gói Thực nghiệm lặp lại với kích thước file 10MB, tỉ lệ gói 2% 0,5% Kết hình 4.16: Hình 4.16 Thông lượng truyền dẫn file 10MB, tỉ lệ gói 2% 5% Thông lượng trường hợp truyền dẫn file 10MB với kích thước cửa sổ 1024MB, tỉ lệ gói khác tóm tắt bảng sau: Tỉ lệ gói Thông lượng TCP với tuỳ chọn SACK Thông lượng TCP chuẩn Chênh lệch 0,5% 37055 37653 598 1% 29509 29798 289 2% 18463 18684 221 Với kích thước cửa sổ lớn (1024KB), tỉ lệ gói lớn chất lượng TCP với tuỳ chọn SACK xấp xỉ so với TCP chuẩn Điều hai nguyên nhân: Thứ nhất: trường tuỳ chọn SACK giới hạn khối liệu thể có nhiều khối liệu bị tắc nghẽn gói Do trường tuỳ chọn không đủ không gian để thông báo cho phía phát biết gói tin bị Thứ hai: tỉ lệ gói lớn nên có trường hợp phía thu không nhận gói tin cả, gói tin xác nhận phát trở lại phía phát Cả hai trường hợp dẫn tới truyền lại dựa RTO thông 100 lượng giảm b Kết thực nghiệm với đường truyền vệ tinh Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 95 Kênh truyền vệ tinh có tốc độ 2Mbps RTT 510ms Các file có kích thước 1MB 10MB truyền từ thiết bị đầu cuối khách hàng tới máy chủ Kích thước cửa sổ phát 64KB, 128KB 256KB Kết ghi bảng sau lấy trung bình cộng thông lượng qua lần thực nghiệm Truyền file 1MB Truyền file 10MB TCP chuẩn SACK TCP chuẩn SACK 13 14 16,5 17,6 128KB 13,75 15 16,5 18,5 256KB 12,5 13 15,75 17,75 64KB Các kết thu tương đương kết thực nghiệm thiết bị mô Tất trường hợp SACK cho kết tốt TCP chuẩn Thông lượng giảm kích thước cửa sổ tăng đặc biệt kích thước cửa sổ 256KB lớn tích BDP đường truyền (2Mbpsx510ms=130,56KB) Qua kết thực nghiệm ta có nhận xét: - Qua đường truyền vệ tinh thông lượng TCP với tùy chọn SACK lớn so với TCP chuẩn - Trong trường hợp lỗi lớn, kích thước cửa sổ phát lớn, đặc biệt kích thước cửa sổ phát lớn so với tích số BDP đường truyền, thông lượng TCP với tuỳ chọn SACK không cải thiện nhiều so với TCP chuẩn chí 4.3.3 Các giải pháp thông báo gói lỗi Hiện tượng gói tin truyền dẫn số liệu hai nguyên nhân sau: (1) Do lỗi trình truyền dẫn gây nên (2) Do mạng bị tắc nghẽn nên gói tin bị huỷ router trung gian Một nhược điểm giao thức TCP chuẩn khả xác định xác nguyên nhân gói Mỗi phía phát xác định gói, giao thức TCP cho dấu hiệu tắc nghẽn mạng giảm tốc độ phát 100 để tránh không cho mạng rơi vào tình trạng tắc nghẽn hoàn toàn Trong trường hợp gói lỗi gây nên việc giảm tốc độ phát gây nên lãng phí băng thông đường Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 96 truyền thực tế mạng không bị tắc nghẽn tiếp nhận nhiều gói tin Do sử dụng giao thức TCP vào đường truyền tỉ lệ lỗi bit lớn đường truyền vệ tinh làm giảm thông lượng kết nối TCP Các giải pháp thông báo gói lỗi cung cấp chế bổ sung cho giao thức TCP để phía phát nhận nguyên nhân gói từ định phù hợp tránh lãng phí băng thông đường truyền Các giải pháp thông báo gói lỗi phân biệt hai trường hợp sau đây: Trường hợp có đủ thông tin gói tin bị mất: Một số thông tin phần tiêu đề gói tin IP TCP địa IP phía phát, địa IP phía thu, địa cổng TCP phía phát địa cổng TCP phía thu, số thứ tự gói tin TCP khôi phục lại xác từ gói tin bị lỗi Trường hợp không đủ thông tin gói tin bị mất: Tất thông tin phần tiêu đề gói tin TCP gói tin IP bị lỗi bị hỏng, không sử dụng Trên sở phân biệt hai trường hợp trên, giải pháp đưa chế để giải cho trường hợp Cụ thể, giải pháp sử dụng tuỳ chọn HACK để giải trường hợp có đủ thông tin tiêu đề gói tin lỗi, giải pháp CETEN để giải trương hợp thông tin gói tin bị lỗi [6] 4.4 Dự báo nhu cầu dịch vụ qua hệ thống VSAT băng rộng - Bảng 1: Dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ qua VSAT - Bảng 2: Dự báo phát triển thuê bao thoại sử dụng qua hệ thống thông tin vệ tinh toàn quốc 100 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 97 100 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 98 100 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 99 KẾT LUẬN Khi Việt Nam tiến hành công nghiệp hoá - đại hoá, vai trò ngành Viễn thông phát triển kinh tế - xã hội ngày trở nên quan trọng Việc phát triển sở hạ tầng viễn thông mạnh không tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế mà góp phần đảm bảo phân phối phúc lợi cách công xã hội Khi thông tin liên lạc phát triển dịch vụ viễn thông cung cấp rộng khắp toàn quốc, không người dân thành thị mà nông thôn hưởng lợi ích y tế, giáo dục văn hoá Việc sử dụng dịch vụ Viễn thông làm tăng suất lao động cải thiện chất lượng sống toàn dân Do đặc điểm địa hình Việt Nam phức tạp, có nhiều khu vực đồi núi hiểm trở, hẻo lánh đảo xa xôi, khó khăn cho việc thiết lập tuyến thông tin tầm thấp truyền thống cáp đồng trục, cáp quang, vi ba ,việc triển khai mạng thông tin vệ tinh VSAT thực nước ta từ năm 1996 mang lại hiệu cao mặt phát triển kinh tế đảm bảo phục vụ tốt tình hình an ninh trị chủ quyền lãnh thổ quốc gia Sau thời gian tập trung nghiên cứu tìm hiểu, với giúp đỡ tận tình Giáo viên hướng dẫn, hoàn thành luận văn “Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam” Luận văn trình bày vấn đề chung thông tin vệ tinh, yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết lập kênh thông tin qua vệ tinh, đồng thời nghiên cứu cụ thể cấu trúc, đặc điểm ứng dụng mạng VSAT Việt Nam, làm rõ tính ưu việt hệ thống mạng VSAT đặc thù Việt Nam, nêu số giải pháp kỹ thuật sử dụng để cải thiện chất lượng tuyến thông tin vệ tin VSAT băng rộng sử dụng giao thức IP, đồng thời đưa dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ qua mạng VSAT Việt Nam Tuy nhiên khoảng thời gian hạn chế, mạng VSAT Việt Nam có thay đổi công nghệ, giải pháp cung cấp dịch vụ luận văn cần giúp đỡ từ Thầy cô bạn để hoàn thiện Tôi xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Chu Văn Vệ, Thầy Cô giáo bạn 100 giúp đỡ để hoàn thành luận văn Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 100 Hướng nghiên cứu tiếp theo: Trên sở tìm hiểu, nghiên cứu mạng VSAT Việt Nam, nguyên lý yếu tố kỹ thuật thông tin vệ tinh, khuynh hướng mô hình kinh tế phát triển giúp nhà thiết kế mạng việc gộp chức thể khả quan thiết kế mạng vệ tinh Qua phân tích đánh giá mô hình nay, mở rộng công việc tạo nhiều lợi ích hơn, gợi ý nghiên cứu sâu hơn: Phân tích hiệu suất giao thức IP chuyển mạch gói ATM liên quan đến chất lượng dịch vụ việc ứng dụng thoại thời gian thực tế với kênh có trễ băng thông lớn kênh mạng vệ tinh GEO Nghiên cứu khả cung cấp dịch vụ vệ tinh qua vệ tinh VINASAT, phương án mở rộng thiết lập dịch vụ vệ tinh VINASAT Nghiên cứu ảnh hưởng nén thoại lưu lượng mạng điện thoại vệ tinh sử dụng kỹ thuật truy cập khác Nghiên cứu cải tiến lưu lượng tương tác giao thức mạng thoại vệ tinh kết nối với mạng nội hạt vô tuyến dịch vụ thoại/dữ liệu không dây, tế bào công nghệ hệ Nghiên cứu công nghệ vệ tinh trạm mặt đất cho băng tần Ka, V dùng mạng số vệ tinh tự xử lý Nghiên cứu đánh giá nhu cầu sử dụng dịch vụ phương án phát triển mạng VSAT đạt hiệu ứng dụng cao 100 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Maral (1995), VSAT Networks, John Wiley&Sons Ltd, New York [2] G Maral & M Bousquet (1993), Satellite Communications System, John Wiley & Sons Ltd, New York [3] Lillykuti Jacob, K.N Srijith, Huang Duo, A.L Ananda (2002), Effectiveness of TCP SACK over Satellite Links, Centre for Internet Research School of Computing National University of Singapore [4] Mark Allman (1997), Improving TCP performance over Satellite channels, Ohio University [5] Morihiro Kouda (2002), Proxy Mechanism of Multiplexing TCP Connections over Satellite Internet, Osaka University [6] Nesrine Chaher, Chadi Barakat, Walid Dabbous, Eitan Altman (1998), Improving TCP/IP over Geostationary Satellite Links, INRIA - France [7] Shin Satellite PLC & Ipstar Co.,Ltd (2005), Basic Satellite Communication, Bangkok [8] Shin Satellite PLC & Ipstar Co.,Ltd (2005), Ipstar System Overview”, Bangkok [9] Shin Satellite PLC & Ipstar Co.,Ltd (2004), IPSTAR Applications, Bangkok [10] Walter L.Morgan & Gary D.Gordon (1989), Communication Satellite Handbook, Wiley Interscience Publication, New York 100 Nghiên cứu đánh giá kết ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa Việt Nam | [...]... thụng tin v tinh trong thc t cú th t 30dB (1000ln) hoc ln hn khi hai v tinh t cỏch nhau khong 20 trờn qu o, ngay c nu cỏc anten ca chỳng cựng chiu vo mt v trớ [2] 100 Nghiờn cu ỏnh giỏ kt qu ng dng h thng thụng tin v tinh dựng trm mt t cú Antenna c nh (VSAT) cho vựng sõu vựng xa ti Vit Nam | 31 Vệ tinh 2 Vệ tinh 1 Quỹ đạo địa tĩnh Đường tín hiệu mong muốn Đường tín hiệu can nhiễu Đồ thị bức xạ Trạm mặt. .. vi ng thụng tin viba trờn mt t Cú hai trng hp mt ng thụng tin viba trờn mt t can nhiu vi mt h thng thụng tin v tinh Trng hp 1: ng thụng tin viba mt t cú cựng tn s lm vic vi ng lờn ca h thng thụng tin v tinh, bi vy tớn hiu viba mt t c trn 100 vi tớn hiu u vo mỏy thu v tinh Nghiờn cu ỏnh giỏ kt qu ng dng h thng thụng tin v tinh dựng trm mt t cú Antenna c nh (VSAT) cho vựng sõu vựng xa ti Vit Nam | 30 Trng... v tinh, cỏc yu t bờn ngoi nh hng n cht lng ng truyn qua v tinh, xu th cụng ngh 100 Chng 2: Mng VSAT DAMA ti Vit Nam Trỡnh by tng quan v h thng thụng tin VSAT DAMA v cỏc vn liờn quan n trin khai ti vựng sõu vựng xa xụi, vựng hi o ti Vit Nam Nghiờn cu ỏnh giỏ kt qu ng dng h thng thụng tin v tinh dựng trm mt t cú Antenna c nh (VSAT) cho vựng sõu vựng xa ti Vit Nam | 12 Chng 3 : H thng thụng tin v tinh. .. cht cho h thng thu V tinh thụng tin yờu cu giỏ tr G/T c th cho cỏc tiờu chun trm mt t c a ra trong tiờu chun IESS iu ny cng cú ngha l cỏc trm khụng gian cn 100 cung cp nhng thụng s G/T cn thit cho trm mt t V tinh thụng tin s cung cp y yờu cu k thut ỏp ng nhng c tớnh ca mi dch v Nghiờn cu ỏnh giỏ kt qu ng dng h thng thụng tin v tinh dựng trm mt t cú Antenna c nh (VSAT) cho vựng sõu vựng xa ti Vit Nam. .. cú th truyn tin i xa ngi ta mong mun xõy dng c cỏc antenna rt cao nhng li phi n nh v vng chc S ra i ca v tinh chớnh l tho món nhu cu ú Vi v tinh, ngui ta cú th truyn súng i rt xa v d dng thụng tin trờn ton cu hn bt c mt h thng mng no khỏc Thụng qua v tinh INTELSAT, ln u tiờn hai trm i din trờn hai b i Tõy Dng ó thụng tin c cho nhau Do cú kh nng ph súng rng ln cho nờn v tinh rt thớch hp cho cỏc phng... giỏ kt qu ng dng h thng thụng tin v tinh dựng trm mt t cú Antenna c nh (VSAT) cho vựng sõu vựng xa ti Vit Nam | 14 Cỏc v tinh bay trong khụng gian cỏch xa mt t, nng lng ch yu dựng cho cỏc ng c phn lc iu khin l cỏc loi nhiờn liu lng hoc rn c v tinh mang theo trờn boong Lng nhiờn liu d tr ny khụng th quỏ ln vỡ kh nng ca cỏc tờn la y cú gii hn, ng thi nú s lm cho kớch thc v tinh tng lờn ỏng k do phi tng... ca thựng cha Nu nh v tinh ó dựng ht lng nhiờn liu ny thỡ chỳng ta khụng th iu khin v tinh c na tc l khụng cũn duy trỡ c n nh ca tuyn Khi ú v tinh coi nh ó hng v nh th núi chung tui th ca v tinh thng thp hn cỏc thit b thụng tin mt t khỏc lm cho v tinh hot ng tr li, ngi ta cn thu hi li v tinh sa cha v tip thờm nhiờn liu Sau ú ngi ta phi phúng li nú lờn qu o Vic khụi phc cỏc v tinh ó ht tui th ny ht... Trái Đất 0.1 85km 75km Độ trượt vệ tinh: Bắc Nam (NS) 0.05 Đông Tây (EW) Độ lệch tâm : 0.001 Đường Xích Đạo Quỹ đạo danh định của vệ tinh địa tĩnh Hỡnh 1.2 : Ca s gi trm i vi v tinh a tnh S dao ng ca v tinh a tnh xung quanh v trớ tng i rừ rng s lm cho thi gian truyn dn gia trm v v tinh luụn b thay i ng thi nú cũn gõy ra hiu ng Doppler i vi súng mang Tt c nhng nh hng ny u gõy nờn nhng khú khn cho quỏ... thụng tin v tinh Ngc li, can nhiu gia h thng thụng tin v tinh vi ng viba trờn mt t cng l mt vn c bit l khi mỏy phỏt ca trm mt t lm vic cựng tn s vi ng thụng tin viba mt t, cú kh nng mt tớn hiu can nhiu mnh s trn ln vi tớn hiu ng thụng tin mt t b S can nhiu vi v tinh bờn cnh: Hỡnh v di õy cho ta thy can nhiu xy ra gia cỏc h thng thụng tin v tinh Nu chỳng ta xem xột tớn hiu can nhiu t h thng v tinh. .. thụng tin ca v tinh dnh cho mt phõn cc Na cũn li ca phõn cc kia cú s tng t 100 1.2.3.5 B ghộp cụng sut (MUX): Trc khi ra antenna phỏt ATx tớn hiu ca cỏc Transponder cỏc bng tn con khỏc nhau phi c ghộp li vi nhau Yờu cu ghộp phi m bo lm sao Nghiờn cu ỏnh giỏ kt qu ng dng h thng thụng tin v tinh dựng trm mt t cú Antenna c nh (VSAT) cho vựng sõu vựng xa ti Vit Nam | 20 cho s can nhiu gia cỏc kờnh v tinh