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” em tự tìm hiểu thực Nội dung luận văn có tìm tòi, tham khảo nguồn mạng internet có sử dụng nguồn tài liệu cho phép nằm danh mục tài liệu tham khảo Tác giả Vũ Xuân Truyền LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Văn Yêm người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp tài liệu phương pháp luận nghiên cứu để hoàn thành đề tài luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Khoa Điện tử-Viễn thông, Kĩ thuật điện tử-Viện đại học mở Hà Nội Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ suốt trình học tập, giúp đỡ trình nghiên cứu, đánh giá thực luận văn Trong trình nghiên cứu, cô gắng chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp, phê bình thầy cô để luận văn hoàn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 20 tháng 09 năm 2015 MỤC LỤC CÁC Từ VIếT TắT MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VSAT, VSAT -IP 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Khái quát hệ thống VSAT 1.2.1 Khái quát mạng VSAT 1.2.2 Các đặc điểm VSAT 1.2.3 Ưu điểm nhược điểm mạng VSAT 1.3 Kiến trúc mạng VSAT 1.3.1 Giới thiệu 1.3.2 Mạng VSAT hình 1.3.3 Mạng VSAT hình lưới 1.4 Các ứng dụng hệ thống VSAT 1.5 Các dịch vụ cung cấp lưu lượng mạng VSAT 10 1.6 KHÁI QUÁT VỀ VSAT IP 11 1.6.1 Tổng quan mạng IPSTAR 11 1.6.2 Giới thiệu VSAT IP 11 1.6.3 Các ứng dụng VSAT IP 12 1.7 Kỹ thuật 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 VSAT- IP 17 1.9 Công nghệ 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 góc phương vị 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 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 thông tin vệ tinh 32 2.3.5.Kết luận chương 35 CHƯƠNG :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 phân tích tuyến 42 3.2.4.Cự ly thông tin, góc ngẩng góc phương vị 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 49 3.2.8.Thực tính toán 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 hệ thống VSAT- IP 55 4.1.1 Ưu điểm hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR 55 4.1.2 Nhược điểm hệ thống 56 4.2 Các đặc tính đường truyền vệ tinh ảnh hưởng tới chất lượng kết nối sử dụng giao thức TCP 56 4.2.1 Ảnh hưởng độ trễ tới thuật toán điều khiển tắc nghẽn 57 4.2.2 Ảnh hưởng tích số BDP lớn 61 4.2.3 Ảnh hưởng 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 gói lỗi 72 KẾT LUẬN 74 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH MụC HÌNH ảNH Hình 1.1 Mạng VSAT Hình 1.2 Ưu điểm VSAT Hình 1.3 Cấu hình cấu hình lưới mạng VSAT Hình1.4 Mạng VSAT hình Hình 1.5 Ứng dụng tương tác Hình 1.7: Các ứng dụng 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 VSAT - IP 17 Hình.2.1.Mô hình hoạt động mạng VSAT-IP 21 Hình.2.2.Các tham số đường truyền trạm mặt đất – vệ tinh 23 Hình.2.3.Tính toán góc ngẩng 24 Hình.2.4.Góc phương vị vệ tinh 25 Hình.2.5.Mô hình phân tích tuyến lên 26 Hình-2.6:Nhiễu vệ tinh lân cận chỉnh anten phát không 33 Hình-2.7:Nhiễu vệ tinh lân cận công suất búp sóng phụ lớn 34 Hình-2.8: Nhiễu lân cận búp sóng lớn 34 Hình-2.9: Nhiễu vệ tinh lân cận trùng đường đẳng mức EIRP 34 Hình.3.1.Mô hình phân tích tuyến xuống 37 Hình.3.2 (a)TDmin không bị nhiễu mưa (b) TD bị nhiễu mưa 40 Hình -3.3:Nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống búp sóng khác (vệ tinh) 46 Hình.3.4:Nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống trạm Getway khác 47 Hình 4.1: Sự phụ thuộc lượng byte truyền dẫn 57 vào thời gian pha khởi đầu chậm 57 Hình 4.2 Sự phụ thuộc lượng byte truyền dẫn 58 Hình 4.3 Sự phụ thuộc thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 2048kbps) 59 Hình 4.4 Sự phụ thuộc thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 256kbps) 60 Hình 4.5.Thời gian tải trang Web có kích thước khác 60 Hình 4.6 Thời gian tải trang Web có kích thước khác (kênh 256kbps) 61 Hình 4.7: Thông lượng hiệu dụng phụ thuộc BER 62 Hình 4.8 Sự cải thiện thông lượng kết nối TCP tắc nghẽn 64 Hình 4.9: Sự cải thiện thông lượng kết nối TCP có tắc nghẽn 65 Hình 4.10 Số lượng gói tin phải phát lại mạng có tỉ lệ gói cao 66 Hình 4.11 Cấu hình thiết bị mô SACK 68 Hình 4.12 Mô hình thực nghiệm dùng vệ tinh địa tĩnh 68 Hình 4.13 Thông lượng đạt truyền file 100KB 69 Hình 4.14 Thông lượng đạt truyền file 1MB, 10MB 69 Hình 4.15 Thông lượng truyền file có kích thước 1MB 10MB, 70 Hình 4.16 Thông lượng truyền dẫn file 10MB, tỉ lệ gói 2% 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 liệu E Elevation Góc ngẩng Eb/No Energy per bit over thermal Noise Tỷ lệ lượng bit power (per Hz) ratio csuất tạp âm nhiệt (/Hz) Equivalent isotropic racliated power Công suất 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 k/đại công suất cao IBO Input background color off Độ lùi đầu vào IDU In-Door Unit Khối bên LNA Low noise amplifiers Khuếch đại tạp âm thấp OBO Output back off Độ lùi đầu ODU Out-Door Unit Khối bên RF Radio frequency Tần số vô tuyến 61 Trễ đường truyền (giây) Hình 4.6 Thời gian tải trang Web có kích thước khác (kênh 256kbps) Hình 4.5 4.6 cho thấy thời gian tải trang Web tăng theo trễ đường truyền Do chất lượng dịch vụ Web thời gian thực giảm truyền qua đường truyền vệ tinh 4.2.2 Ảnh hưởng tích số BDP lớn Như trình bày trên, TCP sử dụng thuật toán khởi đầu chậm thuật toán tránh tắc nghẽn để điều khiển luồng liệu Internet Đối với thuật toán khởi đầu chậm, kích thước cửa sổ ban đầu (cwnd =1), sau phía phát nhận tin xác nhận có số ACK không số với tin trước đó, cwnd tăng lên lượng Quá trình tiếp diễn cwnd = ssthresh xảy gói Trong trường hợp cwnd đạt đến ngưỡng ssthresh, thuật toán tránh tắc nghẽn khởi động cwnd tăng chậm hơn, cụ thể tăng 1gói tin cho RTT Trong trường hợp xảy gói tin, biến cwnd ssthresh bị giảm, thuật toán khôi phục nhanh khởi động TCP cho giá trị sau ssthresh phản ánh dung lượng mạng cách xác Giá trị BDP lượng liệu giao thức mà lượng liệu chưa xác nhận đến đích Đối với kết nối TCP sử dụng đường truyền vệ tinh tích số thường lớn Ví dụ, đường truyền vệ tinh có tốc độ 2Mbps, độ trễ 0,5s, ta tính BDP = 2x0,5 = 1(Mb) Khi dung lượng đệm mạng nhỏ nhiều so với BDP, xảy tượng tràn đệm sớm gói tin trình thuật toán khởi đầu chậm, trước sử dụng hết băng tần Trường hợp phía phát phát với tốc độ cao trình khởi đầu chậm (hai gói tin cho lần sau nhận tin xác nhận), mạng có đệm không lớn để đáp ứng tốc độ phát xảy tượng tràn đệm sớm Kích thước cửa sổ xảy tượng tràn sớm nhỏ so với dung lượng thực mạng, 62 nhiên TCP coi cửa sổ lớn đạt tự động giảm ssthresh thông lượng giảm 4.2.3 Ảnh hưởng tỉ lệ lỗi lớn tới kết nối TCP qua vệ tinh Như phân tích giao thức TCP phân biệt gói lỗi hay gói tắc nghẽn Khi nhận tượng gói, giao thức TCP cho mạng bị tắc nghẽn phía phát giảm tốc độ phát để tránh tắc nghẽn Tuy nhiên gói lỗi bit việc giảm tốc độ phát không cần thiết mạng có khả tiếp nhận gói tin Điều làm giảm thông lượng hiệu dụng kết nối, đặc biệt đường truyền có lỗi lớn đường truyền vệ tinh Hình 4.7 phụ thuộc thông lượng hiệu dụng vào tỉ số lỗi bit với kết nối có giá trị kích thước cửa sổ thu khác Hình 4.7: Thông lượng hiệu dụng phụ thuộc BER Trong đó, đường cong khác biểu thị cho kết nối với kích thước cửa sổ khác -7 Với tỉ số lỗi bit lớn 10 , thông lượng hiệu dụng kết nối có kích thước cửa sổ thu lớn giảm rõ rệt Các kết nối có kích thước cửa sổ thu nhỏ chịu ảnh hưởng lỗi Điều giải thích sau: với xác suất lỗi bít, xác suất xảy lỗi bít kết nối kích thước cửa sổ lớn cao so với xác suất xảy lỗi bit kết nối có kích thước cửa sổ nhỏ Các kết nối TCP qua vệ -6 tinh thường có giá trị BER khoảng 10 , hệ thống cáp quang giá trị BER 63 -9 khoảng10 , hình 4.7 cho thấy với kết nối TCP có kích thước cửa sổ thu thông lượng kết nối vệ tinh 25% so với hệ thống cáp quang 4.3 Các giải pháp cải tiến giao thức TCP Các giải pháp đề cập bao gồm: - Tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn - Sử dụng giao thức TCP với tuỳ chọn SACK - Các giải pháp thông báo gói lỗi 4.3.1 Giải pháp tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn 4.3.1.1 Nguyên lý thực Trong pha khởi đầu chậm giao thức TCP chuẩn, thuật toán khởi đầu chậm tăng kích thước cửa sổ truyền dẫn (luôn khởi tạo giá trị gói tin), sau giá trị tăng lên có gói tin xác nhận tới đích Cơ chế có hai hạn chế sau: (1) Phải nhiều thời gian để kích thước cửa sổ truyền dẫn phía phát tăng đến giá trị cửa sổ phía thu, dẫn đến thông lượng hiệu dụng kết nối giảm (2) Số lượng gói tin phát vào mạng pha khởi đầu chậm so với khả đáp ứng mạng, tức hiệu suất sử dụng độ rộng băng tần kết nối TCP thấp Giải pháp đưa để giải hai vấn đề tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn Sự thay đổi cửa sổ khởi đầu kết nối khoảng thời gian RTT sau thủ tục bắt tay ba đường TCP Cả hai gói tin SYN/ACK gói tin xác nhận ACK thủ tục bắt tay tăng kích thước cửa sổ khởi đầu Nếu gói tin SYN hay SYN/ACK bị mất, cửa sổ khởi đầu sử dụng phía phát sau truyền lại gói tin SYN phải có kích thước gói tin Như trình bày, TCP sử dụng thuật toán khởi đầu chậm ba trường hợp sau đây: - Khởi đầu kết nối (khởi tạo cửa sổ) - Truyền lại sau khoảng thời gian dài mà kết nối không truyền (khởi tạo lại cửa sổ) - Truyền lại sau chờ RTO (mất gói tin) Trong ba trường hợp trên, kích thước cửa sổ khởi đầu lớn áp dụng trường hợp Trường hợp 2, cửa sổ khởi tạo lại thiết lập giá trị nhỏ giá trị cửa sổ khởi 64 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 a) 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 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 65 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 Hình 4.9: Sự cải thiện thông lượng kết nối TCP có tắc nghẽn 66 Trong đó, nét gạch khác biểu thị cho file có kích thước khác 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 kết nối, dẫn đến chất lượng kết nối TCP trường hợp giảm 67 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 : 68 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, 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 69 kích thước biến đổi từ 32KB đến 1024KB (Ở dùng giao thức TCP với kích thước 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 16 nhân với kích thước cửa sổ tiêu chuẩn byte Giá trị hệ số nhân không 14 vượt ) Kết 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 Từ hình 4.13 hình 4.14 ta thấy: 70 - 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 = -6 0,9x10 , 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 lớn giá trị BDP=652,8KB có diện tắc nghẽn gói lỗi 71 bit Khi truyền dẫn file có kích thước 10MB, so với trường hợp trước 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 72 Cả hai trường hợp dẫn tới truyền lại dựa RTO thông lượng giảm b Kết thực nghiệm với đường truyền vệ tinh 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 64KB 13 14 16,5 17,6 128KB 13,75 15 16,5 18,5 256KB 12,5 13 15,75 17,75 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 73 (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 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 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 Kết luận chương Đánh giá hệ thống xét yếu tố đặc thù ảnh hưởng tới chất lượng truyền tín hiệu đặc tính trế truyền dẫn xác suất lỗi bit cao gây gói thời gian phục hồi chậm…,thông qua phân tích yếu tố đó, số giải pháp kỹ thuật đưa áp dụng hạn chế lỗi quan trọng 74 KẾT LUẬN Cùng với phát triển công nghệ thông tin, dịch vụ truyền thông đa phương tiện ngày đa dạng thể vai trò quan trọng phát triển đất nước Ở nước ta mạng VSAT băng hẹp sử dụng cho ứng dụng : thoại, fax, truyền số liệu tốc độ thấp…Với yêu cầu chất lượng dịch vụ thoại fax cần sử dụng băng hẹp, yêu cầu cao thời gian thực, dịch vụ truyền số liệu internet lại yêu cầu băng rộng thời gian thực cao, việc cung cấp dịch vụ truyền số liệu băng rộng giao thức IP xu tất yếu Nó làm tăng tốc độ đường truyền, khả tránh tắc nghẽn lớn, có khả tái sử dụng tần số, cho phép mở rộng phổ tần làm việc rộng so với vệ tinh thông thường Với trạm VSAT cỡ nhỏ liên lạc với qua hệ thống vệ tinh iPSTAR cho chất lượng truyền tín hiệu tốt Hiện thông tin vệ tinh VSAT-IP với ưu điểm trở thành phương tiện hữu hiệu cung cấp kết nối cho dịch vụ ( phát thanh, truyền hình, Internet, thoại ) Với hệ thống VSAT-IP hệ thống thông tin vệ tinh đem lại hiệu chất lượng dịch vụ cao tới miền tổ quốc…Luận văn muốn giới thiệu hệ thống thông tin vệ tinh VSAT VSAT-IP,đồng thời tính toán,thiết kế hai tuyến quan trọng hệ thống tuyến lên tuyến xuống hệ thống thông tin vệ tinh VSAT-IP.Cuối đưa số phương pháp nâng cao chất lượng đường truyền hệ thống VSAT-IP 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hệ thống thông tin vệ tinh – Tập + (NXB Bưu Điện 2008) –PGS.TS Thái Hồng Nhị [2] Lê Đình Dũng (2005), Lý thuyết thông tin vệ tinh địa tĩnh ứng dụng tính toán đường truyền cho kênh thuê riêng qua vệ tinh, Luận văn tốt nghiệp đại học trường Đại Học Công Nghệ, Hà Nội [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2007), Thông tin vệ tinh, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, Hà Nội [4] Trung Đức (2012), “Thông số kỹ thuật công nghệ truyền dẫn vệ tinh DVB-S2” [5] Nguyễn Đình Lương Phạm Văn Đương (2007), Công nghệ thông tin vệ tinh, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [6] Thông tin vệ tinh, giảng, 2002 [7] http://diendanvetinh.com.vn/t2217-topic [8] Luanvan.co/hethongvetinhvsat [9] Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh-Trường Đại học kĩ thuật –Đại học Đà Nẵng, 2002 [10] Nguyễn Trung Tấn, Bài giảng thông tin vệ tinh, Khoa vô tuyến điện tử.Học viện kĩ thuật quân [11] Thẩm Đức Phương,Thông tin vệ tinh, giảng, Đại học Công nghệ ĐHQGHN [...]... 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... 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... yêu cầu, từ đó kiểm tra xem tuyến đạt chất lượng so với yêu cầu hay không Qua đó, dựa vào các thông số tính được để lựa chọn các cấu hình cần thiết cho việc thiết lập trạm mặt đất trong thông tin vệ tinh 2.2 MÔ HÌNH, THÔNG SỐ VÀ CÁC BIỂU THỨC TÍNH TOÁN TRONG HỆ THỐNG THÔN TIN VỆ TINH 2.2.1 Mô hình tuyến Hình.2.1.Mô hình hoạt động của mạng VSAT- IP 22 2.2.2.Các thông số cần cho tính toán Cấu hình trạm mặt... 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... Các đặc điểm của thiết bị (suy hao fiđơ, suy hao phân cực anten, đặ tính bộ lọc,…) để biết hệ số dự trữ kết nối b .Vệ tinh - Vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo - Mức EIRP của vệ tinh, hệ số phẩm chất của vệ tinh - Băng thông máy phát đáp, dạng phân cực, dải tấn làm việc - Mật độ thông lượng bão hòa - Mức lùi công suất đầu vào (IBO), đầu ra (OBO) Khi xem xét đến nhiễu các nhà vận hành vệ tinh sử dụng nhiều... 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. .. độ lớn băng thông và chất lượng truyền tải dữ liệu bằng các công nghệ tiên tiến 1.9 Công nghệ của IPSTAR IPSTAR là hệ thống vệ tinh (VSAT) với những công nghệ đột phá và đón đầu đảm bảo chất lượng và giá thành hạ Được thiết kế cho truyền thông băng rộng, 2 chiều, tốc độ cao, trên nền IP, hoàn toàn hỗ trợ kết nối Internet thông thường IPSTAR sử dụng: Công nghệ TIÊN TIẾN + Vệ tinh ĐỊA TĨNH IPSTAR : Các... 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. .. 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. .. tạo ra băng thông lớn hơn nhiều so với vệ tinh thông thường Các máy trạm tại mặt đất nhận sóng của vệ tinh, chuyển tải để hoạt động như các 18 máy trạm bình thường của mạng mặt đất Phương thức truyền tải trên mạng VSAT sử dụng vệ tinh (truyền vô tuyến) Trạm VSAT thực chất như một tổng đài, chỉ khác về phương pháp truyền tải không qua cáp quang, dây nối như mạng mặt đất, mà dùng sóng vệ tinh nhưng vẫn