Nghiên cứu ứng dụng ALE 3G trong thông tin sóng ngắn

i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Lê Văn Ngọc LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, thầy, cô truyền đạt nhiều kiến thức quý giá Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp xây dựng cho phương pháp làm việc, nghiên cứu khoa học ngày hiệu Một luận văn hoàn chỉnh không công sức cá nhân thực mà có giúp sức từ thầy cô, bạn bè gia đình Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, với thời gian nghiên cứu có hạn, lĩnh vực nghiên cứu rộng, kết nghiên cứu chắn chưa thể thỏa mãn yêu cầu mức độ cao Tuy nhiên, với nỗ lực thân kết đạt được, hy vọng luận văn gợi mở cần thiết cho nghiên cứu sâu sau Tôi xin chân thành cám ơn Thầy Cô trường truyền đạt kiến thức cho suốt trình học Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Đức Nhân khoa VT1 – Học viện CNBCVT tận tình giúp đỡ thời gian làm luận văn Hà Nội, Ngày 28 tháng 04 năm 2014 ii Lê Văn Ngọc iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN .i Lê Văn Ngọc .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG .vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi Hình 1.1 Đồ thị mật độ điện tử tầng điện ly vi MỞ ĐẦU Chương1 - PHƯƠNG THỨC TRUYỀN SÓNG NGẮN QUA TẦNG ĐIỆN LY 1.1 Đặc điểm, cấu trúc tham số tầng điện ly .3 1.1.1 Đặc điểm cấu trúc tầng điện ly .3 1.1.2 Các tham số tầng điện ly 1.2 Bản đồ dự báo tần số phản xạ cực đại tầng điện ly 1.3 Tổn hao truyền sóng phản xạ từ tầng điện ly 1.4 Độ tin cậy đường truyền tin 1.5 Truyền tin sóng ngắn qua tầng điện ly 10 1.5.1 Đặc điểm 10 1.5.2 Điều kiện để đảm bảo liên lạc thông tin sóng ngắn 11 1.5.3 Hiện tượng pha đinh cách khắc phục 13 1.5.4 Ảnh hưởng chu kỳ xạ mặt trời đến truyền lan sóng ngắn 13 1.5.5 Ảnh hưởng nhiễu loạn điện từ đến truyền lan sóng ngắn 15 1.6 Kết luận chương 16 Chương ALE TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SÓNG NGẮN 17 2.1 Tổng quan ALE .17 2.1.1 Lịch sử hình thành ALE 17 2.1.2 Hoạt động ALE .18 2.1.3 Các tham số ALE 19 2.2 ALE 2G 20 2.2.1 Giới thiệu ALE 2G 20 2.2.2 Dạng sóng dùng ALE 2G .20 2.2.3 Mã sửa lỗi đường truyền FEC 21 2.2.4 Xáo trộn giải xáo trộn .24 2.2.5 Cấu trúc từ mã ALE .26 2.2.6 Đánh địa 28 29 2.3 ALE 3G 30 2.3.1 Tổng quan ALE 3G 30 2.3.2 Kiến trúc ALE 3G 31 iv 2.3.3 Các dạng sóng sử dụng ALE 3G 37 2.3.4 Sóng BW0 40 2.3.5 Dạng sóng cụm BW1 .44 2.3.6 Dạng sóng cụm BW2 .45 2.3.7 Dạng sóng cụm BW3 .46 2.3.8 Dạng sóng cụm BW4 .47 2.4 Kết luận chương 48 Chương 3: ỨNG DỤNG ALE 3G TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN ĐIỆN SÓNG NGẮN49 3.1 Tổng quan .49 3.2 Các ứng dụng hỗ trợ Internet 50 3.2.1 Hỗ trợ cho ứng dụng Internet 50 3.2.2 Những yêu cầu cụ thể chuyển thư điện tử qua HF 53 3.3 Hệ thống HF Cenluler 54 3.3.1 Mạng thông tin vô tuyến điện sóng ngắn theo mô hình mạng tổ ong 54 3.3.2 Các kỹ thuật công nghệ 54 3.3.3 Các tính tiêu 57 3.4 Một số kết đánh giá chế độ truyền đa hướng 57 3.4.1 Các tham số đánh giá .59 3.4.2 Kết phân tích 59 3.5 Kết luận 60 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 62 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt AGC ALE ALE 2G ALE 3G ALC FEC FSK HF HFNC HMTP MFSK MUF PN PSK SMTP SNR SSB TCP TLC UDP VHF Tiếng Anh Automatic gain control Automatic link establishment Second generation automatic link establishment Third generation automatic link establishment Automatic level control forward error correction Frequence shift key High frequency HF Node Controller HF mail transport protocol Multi frequence shift key Maximum Usable Frequency Psuedo noise Phase shift key Simple mail transfer protocol Signal to noise ratio Single sideband Transmission control protocol Transmit level control User datagram protocol Very high frequency Tiếng Việt Điều khiển khuếch đại tự động Thiết lập đường truyền tự động Thiết lập đường truyền tự động hệ thứ hai Thiết lập đường truyền tự động hệ thứ ba Điều khiển mức tự động Sửa lỗi trước Khóa dịch tần Sóng ngắn Bộ điều khiển nút sóng ngắn Giao thức truyền tải thư HF Khóa dich đa tần Tần số khả dụng cực đại Tạp giả ngẫu nhiên Khóa dịch pha Giao thức truyền thư đơn giản Tỉ lệ tín hiệu tạp âm Đơn biên Giao thức điều khiển truyền liệu Điều khiển mức phát Giao thức gói liệu người dùng Sóng cực ngắn vi DANH MỤC CÁC BẢNG Chương Bảng 2.1Đặc trưng dạng sóng chùm………………………………………… Bảng 2.2 Không gian tín hiệu PSK Bảng 2.3 Giá trị chuỗi bảo vệ TLC/AGC Bảng 2.4 Các giá trị ký hiệu chuỗi mào đầu BW0 Bảng 2.5 Điều chế Walsh bít mã hóa thành chuỗi bít Bảng 2.6 Chuỗi trải tạp giả ngẫu nhiên BW0 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương Hình 1.1 Đồ thị mật độ điện tử tầng điện ly Hình 1.2 Các lớp tầng điện ly Hình 1.3 Bản đồ tần số MUF-4000 theo ngày Hình 1.4 Sự thay đổi hệ số hấp thụ theo tần số Hình 1.5 Độ tin cậy đường thông tin sóng ngắn cự ly liên lạc r>4000 km Hình 1.6 Độ tin cậy đường thông tin sóng ngắn cự ly liên lạc r≤4000 km Hình 1.7 Truyền lan sóng ngắn điều kiện truyền sóng bình thường Hình 1.8 Truyền lan sóng có tần số f > fMUF Hình 1.9 Truyền lan sóng có tần số f < fLUF Hình 1.10 Phân bố tần số ngày Hình 1.11 Pha đinh sóng ngắn giao thoa Hình 1.12 Pha đinh sóng ngắn biến đổi chiều cao tầng điện ly Hình 1.13 Pha đinh sóng ngắn khuếch tán tia sóng phản xạ Hình 1.14 Số lượng vệt đen tháng 11 năm 2007 Chương Hình 2.1 Các tầng kết nối liệu ALE Hình 2.2 Ma trận tạo mã Golay mở rộng (24,12) Hình 2.3 Ma trận kiểm tra chẵn lẻ mã Golay mở rộng ( 24,12) Hình 2.4 Mã hóa từ Golay vii Hình 2.5 Mã hóa giải mã Golay FEC Hình 2.6 Bít từ mã hóa xáo trộn Hình 2.7 Bít từ giải mã Hình 2.8 Cấu trúc từ ALE Hình 2.9 Bảng mã ký tự ASCII Hình 2.10 Giao thức HF 3G Hình 2.11 Cấu trúc địa chế độ đồng Hình 2.12 Mã xoắn ứng dụng BW0 Hình 2.13 Các giai đoạn loạt tín hiệu ALE 3G Hình 2.14 Phân chia khe thời gian Hình 2.15 Quá trình liên lạc ALE-3G Hình 2.14 Điều chế sóng mang Hình 2.15 Lược đồ thời gian BW0 Hình 2.16 Mã xoắn độ dài 7, tốc độ 1/2 Hình 2.17 Lược đồ thời gian BW1 Hình 2.18 Đặc trưng thời gian cấu trúc dạng sóng BW2 Hình 2.19 Lược đồ thời gian BW3 Hình 2.20 Lược đồ thời gian BW4 Chương Hình 3.1 Giao diện HF tới Internet Hình 3.2 Ứng dụng hoạt động tương tác thông qua cổng Internet Hình 3.3 Cổng thư tầng ứng dụng Hình 3.4 Mô hình liên lạc kiểu tổ ong Hình 3.5 Quá trình liên lạc Hình 3.6 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 4, kích thước file 5000 byte Hình 3.7 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 8, kích thước file 5000 byte Hình 3.8 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 4, kích thước file 100.000 byte Hình 3.9 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 8, kích thước file 100.000 byte MỞ ĐẦU ALE tên viết tắt "Automatic Link Establishment" có nghĩa "Thiết lập đường truyền tự động" dùng để hệ thống thông tin có khả tự động chọn kênh (tần số công tác) tốt tập hợp kênh chuẩn bị nhằm nâng cao độ tin cậy thông tin liên lạc điều kiện kênh truyền bị tác động mạnh nhiễu Thực tế, với tính chất thất thường môi trường truyền sóng (đặc biệt sóng ngắn truyền qua tầng điện ly), kênh tốt lúc hoàn toàn trở nên vô dụng vào lúc khác Chính mà trước đây, khai thác thông tin dải sóng ngắn, người sử dụng phải huấn luyện tốt, có nhiều kinh nghiệm để thiết lập trì tay đường liên lạc trạm Công việc trình tốn thời gian, đòi hỏi nhiều chi phí thường không tin cậy Với giúp đỡ tiến công nghệ, lĩnh vực mạch tích hợp, nhà nghiên cứu bắt đầu quan tâm đến vấn đề làm để tự động hóa trình chọn kênh liên lạc tốt Tình hình trở lên cấp bách thông tin vô tuyến sử dụng lĩnh vực ngày đòi hỏi phải có độ tin cậy cao chấp nhận chậm trễ, gián đoạn trình kết nối tay Từ năm 1980, số nhà sản xuất thiết bị HF, hoàn toàn độc lập với nhau, đưa hệ thống ALE riêng giải pháp cho hệ thống HF có khả tự động kết nối trạm mà không cần giúp đỡ người vận hành Tất hệ thống ALE này, mức độ đó, bao gồm chức tương tự nhau: tự động gọi trả lời, gọi chọn lọc, tự động bắt tay, quét kênh chọn kênh phân tích chất lượng đường truyền Tất hệ thống làm việc theo cách riêng tạo nên phương pháp cho máy thu phát (trạm) tự động kết nối với máy thu phát (trạm) khác Những thiết bị gọi máy thu phát HF thích nghi Một vấn đề nẩy sinh sản phẩm nhà sản xuất HF riêng rẽ tính tương tác lẫn Trong chế độ tự động hóa cao máy thu phát HF mới, đảm bảo tự động kết nối mạng sử dụng thiết bị nhà sản xuất khác Các phương pháp truyền dẫn bắt tay không tương thích nhà sản xuất khác nên cần phải có tiêu chuẩn thống cho ALE Hai tiêu chuẩn ALE đời năm 1990 MIL-STD-188-141A dành cho thông tin quân FED-STD-1045 dành cho thông tin dân Sau nhiều lần chỉnh lý sửa đổi, tiêu chuẩn (năm 2002) MIL-STD-188-141B FED-STD-1045A chấp nhận Các tiêu chuẩn chuẩn hóa chức khởi xướng gọi, phát, trả lời tín hiệu xác nhận liên quan đến ALE Tín hiệu phát chứa thông tin địa để gọi chọn lọc trạm yêu cầu trạm trả lời nhận Các tiêu chuẩn xác định nghi thức cần thiết, định thời định nghĩa kỹ thuật, việc thực giao diện người sử dụng dành quyền cho nhà sản xuất cải tiến cụ thể hóa Hiện khoa học kỹ thuật ngày phát triển, với kỹ thuật mã hóa tín hiệu, hệ thống thông tin sóng ngắn cũng có bước phát triển vượt bậc công nghệ Vì đặt yêu cầu khả thiết lập đường truyền nhanh hơn, khả thiết lập đường truyền tốt hơn, khả hỗ trợ tốt cho giao thức ứng dụng Internet nên chuẩn ALE 3G đưa nhằm đáp ứng yêu cầu Chính lý mà chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng ALE 3G thông tin sóng ngắn” để làm luận văn cao học Nội dung luận văn gồm chương; Chương trình bày phương thức truyền sóng ngắn qua tầng điện ly gồm ảnh hưởng tầng điện ly truyền tin sóng ngắn, nhiễu vô tuyến, tổn hao truyền sóng qua tầng điện ly, độ tin cậy đường truyền tin; Chương trình bày ALE hệ thống thông tin sóng ngắn bao gồm giao thức ALE 2G ALE 3G; Chương trình bày ứng dụng ALE 3G thông tin vô tuyến điện sóng ngắn Chương1 - PHƯƠNG THỨC TRUYỀN SÓNG NGẮN QUA TẦNG ĐIỆN LY 1.1 Đặc điểm, cấu trúc tham số tầng điện ly 1.1.1 Đặc điểm cấu trúc tầng điện ly Tầng điện ly tầng nằm khí với độ cao từ (60 ÷ 500) Km có vai quan trọng hệ thống thông tin vô tuyến điện Như biết, thành phần cấu tạo tầng khí có nguyên tử khí gồm hạt nhân điện tử (electron) mang điện tích âm bao quanh Ở trạng thái cân bằng, chúng trung hòa điện Dưới tác dụng xạ quang, xạ hạt mặt trời, tác động sao, chuyển động thiên thạch, tia vũ trụ nên phân tử khí tầng điện ly bị ion hóa Hiện tượng ion hóa tầng điện ly tạo lớp dẫn điện nhiệt độ, áp suất thay đổi theo độ cao nên khả xạ ion hóa lớp khác thay đổi theo thời gian Bằng nhiều phương pháp thực nghiệm, dùng tín hiệu vô tuyến phát thẳng đứng lên tầng điện ly thu tín hiệu phản xạ để phân tích, người ta phân chia tầng điện ly thành bốn lớp là: D, E, F1 F2 Chiều cao h (km) 1000 800 600 400 200 150 Mặt trời hoạt động cực đại Mặt trời hoạt động cực tiểu Mật độ điện tử ban đêm 100 80 60 10 10 10 D 104 105 F2 F1 E Mật độ điện tử đêm ban 10 10 108 Ne(h) Electron/cm3 Hình 1.1 Đồ thị mật độ điện tử tầng điện ly [2] 49 Chương 3: ỨNG DỤNG ALE 3G TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN ĐIỆN SÓNG NGẮN 3.1 Tổng quan Ngày với tiến sở hạ tầng thông tin liên lạc, phát triển mạnh mẽ mạng Internet, cần thiết phải tương tác nhiều thiết bị hệ thống với Những thiết bị vô tuyến điện HF muốn tận dụng nguồn tài nguyên để mở rộng sở hạ tầng thông tin cho cộng đồng người dùng mới, cần phải đảm bảo công nghệ HF tương thích với kiến trúc Internet Bắt đầu với đặc tính hệ thống HF, khía cạnh quan trọng môi trường HF phân biệt với phương tiện truyền thông Internet phổ biến truyền khác ảnh hưởng: • hiệu ứng đa đường • fading • Sự thay đổi theo thời gian • Nhiễu loạn tầng điện ly hoạt động vết đen mặt trời theo ngày Sự độc đáo công nghệ HF chủ yếu kết giải vấn đề Đối với thiết bị vô tuyến điện tốc độ liệu đạt đường truyền thấp đáng kể so với tốc độ truyền Internet điều phải đặt số giới hạn chức để HF liên kết với Internet thực hiệu Các máy HF tốc độ liệu đạt 1200 bps, modem lên đến 9600 bps điều nảy sinh vấn đề ùn tắc hiệu suất kênh truyền, gây cho người sử dụng ứng dụng đa phương tiện thất vọng với tốc độ HF kết nối với Internet Để cải thiện tốc độ HF kết nối với Internet có số phương pháp sau: • Tăng phân bổ phổ HF liên kết • Nâng cao hiệu liệu modem ( bit / Hz) • Tăng nội dung thông tin ( giảm dư thừa ) luồng bít modem Một kỹ thuật không tốn để kết nối mạng HF Internet thể 50 hình 3.1 Ở đây, máy tính để bàn (có nhãn " gateway") thực phần mềm giao thức Internet sẵn có mà tuyến đường gói tin liên kết liệu kết nối Hình 3.1 cho thấy bảng mạch Ethernet HFNC máy tính này, phục vụ cửa ngõ tất nút truy cập thông qua Ethernet (có thể toàn Internet) tất nút truy cập từ trạm HF cục Hình 3.1 Giao diện HF tới Internet [7] 3.2 Các ứng dụng hỗ trợ Internet 3.2.1 Hỗ trợ cho ứng dụng Internet Khi mạng HF liên kết với mạng khác sử dụng giao thức IP, ứng dụng Internet sử dụng mô tả hình 3.2 Đối với ứng dụng Internet, ALE 3G (chỉ hình 3.2) cung cấp hiệu suất cao so với ALE 2G 51 Hình 3.2 Ứng dụng hoạt động tương tác thông qua cổng Internet [3] Khi máy chủ kết nối vào Internet thông qua mạng lưới HF ( máy chủ HF hình 3.2), hầu hết ứng dụng Internet gọi lên giao thức điều khiển truyển (TCP) giao thức gói liệu người sử dụng (UDP) cho dịch vụ truyền đầu - cuối đến máy chủ xa Nhóm giao thức này, yêu cầu dịch vụ IP để định tuyến gói liệu qua Internet Những nhà thiết kế mạng HF cần phải nhận thức số vấn đề có khả phát sinh TCP IP sử dụng mạng lưới HF: Hai giao thức làm việc thêm vào 40 bytes mào đầu cho ứng dụng PDU gởi Các chế tránh ùn tắc TCP làm giảm đáng kể thông lượng lần thay đổi đột ngột đường truyền liệu HF Đối với việc chuyển thư điện tử qua mạng HF, cổng thư điện tử vào tầng ứng dụng sử dụng biên mạng HF , nhờ loại bỏ cần thiết TCP bên mạng HF (xem hình 3.3) Tuy nhiên, ứng dụng tương tác (ví dụ, thiết bị đầu cuối từ xa, chuyển phát tập tin, duyệt web) thường đòi hỏi việc sử dụng TCP 52 Hình 3.3 Cổng thư tầng ứng dụng [3] Truyền thư điện tử: Thư chuyển mạng HF sử dụng HTMP, cổng thư nằm lớp ứng dụng (xem hình 3.3) sử dụng để chuyển SMTP HMTP biên mạng HF, TCP không sử dụng để truyền tải mail đường truyền HF Nhận thư gọi người sử dụng: Khi kết nối với người sử dụng thưa để sử dụng HMTP để đẩy tin nhắn đến máy chủ người sử dụng đó, thư trích máy chủ mà người sử dụng truy cập bình thường đường truyền HF đơn giản Một giao thức truy thư (Giao thức nhận thư HF) sử dụng để kéo thư từ máy chủ đến máy người dùng Các ứng dụng khác: Các ứng dụng tương tác chuyển tập tin truyền siêu văn (hỗ trợ trang web toàn giới) sử dụng giao thức Internet cho ứng dụng sau: Ứng dụng Giao thức Đầu cuối từ xa Telnet Truyền tải tập tin Giao thức truyển tải tập tin FTP Truyền tải siêu văn Giao thức truyển tải siêu văn bản(HTTP) TCP thực máy máy chủ hỗ trợ Tham khảo RFC 854 RFC 959 RFC-2068 ứng dụng IP giao thức liên quan dùng máy máy chủ thông qua cổng mạng (được gọi router), kết nối mạng HF với mạng khác (xem hình 3.2) Không cần TCP IP nút HF khác 53 3.2.2 Những yêu cầu cụ thể chuyển thư điện tử qua HF Các giao thức thư điện tử: HMTP sử dụng để đẩy tin nhắn email thông qua mạng HF từ máy chủ mail đến máy chủ mail Một giao thức chuyển thư phiên 3(POP3) giao thức truy cập thư Internet phiên (IMAP4) sử dụng mạng HF để nhận (“đẩy “) thư tin nhắn từ máy chủ Giao thức chuyển mail HF: Giao thức chuyển thư HF (HMTP) phiên mở rộng Giao thức Chuyển thư đơn giản (SMTP) Các máy khách HMTP máy chủ sử dụng SMTP theo RFC 821, giao thức dịch vụ mở rộng SMTP (EHLO) theo RFC 1651 kết nối lệnh với RFC 1854 Nhóm lệnh HMTP: Khi kết nối với máy chủ có hỗ trợ lệnh song song, khách hàng HTMP nhóm lệnh đến mức tối đa cho phép theo RFC 1854 Tất lệnh thiết lập, bao gồm RSET (nếu yêu cầu), MAIL, RCTP, and DATA, cho tin nhắn gởi nhóm đơn giản Nhiều tin nhắn gởi đến máy chủ liên kết cách thêm thiết lập lệnh cho tin nhắn kèm theo sau đến tin nhắn Khi kết nối vào máy chủ không hỗ trợ lệnh liên kết, máy khách HMTP thi hành SMTP chế độ phối hợp chặt chẽ phù hợp với RFC 821 HMTP qua TCP: Khi HMTP sử dụng máy chủ truyền TCP, quan sát TCP cổng 25 (cổng biết đến phổ biến SMTP) nói chung, dùng giao thức TCP theo cách thức dùng SMTP HMTP TCP: Khi TCP không sử dụng để truyền tải liệu HMTP, máy chủ HMTP lắng nghe cho gọi vào điểm truy cập mạng (NSAP) máy chủ mạng HF Các giao thức nhận thư HF: Khi người dùng truy cập(ví dụ, người dùng không thường xuyên để nhận e-mail), HMTP không thích hợp cho việc phân phối thư đến người sử dụng Trong trường hợp này, POP3 theo RFC1939 IMAP4 theo RFC 1730 sử dụng để nhận thư từ 54 máy chủ thả thư.(xem mục 2.1) Tin nhắn gởi người dùng chuyển tải đến máy chủ sử dụng HMTP 3.3 Hệ thống HF Cenluler 3.3.1 Mạng thông tin vô tuyến điện sóng ngắn theo mô hình mạng tổ ong Mạng vô tuyến điện sóng ngắn theo mô hình tổ ong giống mạng điện thoại di động (còn gọi mạng điện thoại tổ ong), bao gồm đối tượng thông tin di động (các điện đài vô tuyến điện HF) trạm cố định (trạm vô tuyến điện HF với công suất lớn) Các điện đài di động trạm cố định kết nối với thành mạng lưới rộng lớn, đối tượng định danh (tương tự số thuê bao di động) Khi người sử dụng cần thực gọi, thay đặt tần số cách thủ công truyền thống, người sử dụng việc gọi định danh điện đài cần gọi trình lại từ việc chọn tần số, tổ chức trì liên lạc tiến hành cách tự động thông qua trung tâm điều hành tập trung (tương tự tổng đài mạng điện thoại di động) Quá trình liên lạc điện đài với trạm cố định thực thông qua kênh vô tuyến sóng ngắn, trạm cố định với thường thông qua đường thông tin hữu tuyến cáp quang, mạng WAN, mạng Internet, v.v theo giao thức truyền thông IP (Internet Protocol – Hình 3.4 Mô hình liên lạc kiểu tổ ong Giao thức truyền thông Internet) 3.3.2 Các kỹ thuật công nghệ Hệ thống sử dụng công nghệ tiên tiến ALE 3G (Automatic Link Establishment Third Generation– tự động thiết lập đường truyền hệ thứ ba), vô 55 tuyến điện IP (Internet Protocol – chuẩn truyền thông mạng) kỹ thuật điều hành tập trung Công nghệ ALE 3G công nghệ cho phép thiết lập trì đường truyền cách tự động với hiệu độ tin cậy cao Khi chế độ chờ, thiết bị tự động quét tín hiệu truyền đến đánh giá chất lượng đường truyền từ thiết bị khác, lưu vào sở liệu Thông tin lưu bao gồm chất lượng đường truyền từ thiết bị (theo định danh) tần số thời điểm khác Khi cần liên lạc với thiết bị đó, tần số cho chất lượng đường truyền tốt hai thiết bị lựa chọn để liên lạc Nếu không liên lạc được, thiết bị tự động chọn tần số cho chất lượng đường truyền tốt thứ hai, chọn tần số liên lạc Khi chất lượng đường truyền xấu không liên lạc được, thiết bị tự động chọn lại tần số khác thiết lập lại phiên liên lạc mà không cần can thiệp người sử dụng Trong mạng thông tin sóng ngắn theo mô hình tổ ong, công nghệ ALE 3G phát triển thêm bậc Các thiết bị không liên lạc trực tiếp với trước mà liên lạc thông qua trạm cố định Khi chế độ chờ, điện đài di động thu thông tin phát từ trạm cố định đánh giá chất lượng đường truyền từ trạm cố định Tương tự, trạm cố định tiến hành thu thập đánh giá chất lượng đường truyền từ điện đài di động Thông tin liên tục cập nhật vào sở liệu gửi trung tâm điều hành tập trung Khi hai điện đài cần liên lạc với nhau, trạm cố định tần số cho chất lượng đường truyền tốt chọn để liên lạc Nếu không liên lạc được, hệ thống xét tiếp trạm cố định tần số cho chất lượng đường truyền tốt thứ hai, thiết lập phiên liên lạc Khi chất lượng đường truyền xấu không liên lạc được, hệ thống tự động đổi sang trạm cố định tần số để trì phiên liên lạc Các thao tác thiết lập đường truyền, trì phiên liên lạc thực thông qua trung tâm điều hành tập trung sử dụng kỹ thuật điều hành tập trung Trung tâm điều hành nhận thông tin chất lượng đường truyền từ điện đài 56 di động trạm cố định, quản lý tình trạng điện đài, trạm cố định tần số Khi có liên lạc yêu cầu, trung tâm điều hành phải vào tình trạng hệ thống để chọn đường liên lạc tốt Khi chất lượng đường truyền xấu đi, trung tâm điều hành phải tự động thiết lập lại đường liên lạc khác nhằm đảm bảo giảm thiểu ngắt quãng Hình 3.5 Quá trình liên lạc Công nghệ vô tuyến điện IP kết hợp vô tuyến điện sóng ngắn với chuẩn truyền thông mạng IP Thông tin (thoại số liệu) từ điện đài di động mã hóa dạng số truyền kênh vô tuyến đến trạm cố định Trạm cố định giải điều chế thông tin từ kênh vô tuyến thành dạng số truyền đến trạm cố định khác thông qua giao thức mạng IP Trong giao thức mạng IP, liệu chia thành khung với kích thước cho trước, đóng gói với thông tin phụ trợ địa gửi, địa nhận, kích thước gói, thứ tự gói, v.v gửi theo nhiều đường Khi bên nhận nhận đủ gói tin (có thể theo thứ tự khác nhau) khung tách từ gói ghép lại thành liệu ban đầu Đây kỹ thuật có độ linh động tin cậy cao, sử dụng phổ biến đề truyền liệu máy tính mạng máy tính Trong hệ thống thông tin theo mô hình tổ ong, liệu truyền trạm cố định tổ chức theo giao thức IP nhằm tận dụng ưu chuẩn giao thức đơn giản hóa việc thiết kế hệ thống Đồng thời, tận dụng phần cứng có mạng 57 WAN, mạng Internet, v.v đa dạng hóa loại kênh truyền trạm cố định, từ nâng cao khả liên lạc 3.3.3 Các tính tiêu Hệ thống thông tin sóng ngắn theo mô hình mạng tổ ong có nhiều tính trội như: - Tự động thiết lập chất lượng đường truyền tốt nhất, bao gồm việc chọn trạm cố định, tần số trì liên lạc - Mở rộng phạm vi liên lạc, tầm phủ sóng kết hợp nhiều nhóm, nhiều mạng liên lạc khác - Cho phép báo bận báo gọi nhỡ - Tận dụng tối đa hiệu băng tần - Nâng cao chất lượng liên lạc, cho phép trao đổi thông tin với tốc độ cao hơn, ổn định tin cậy - Cho phép thực nhiều chế độ liên lạc: thoại số, thoại mật, truyền số liệu, v.v - Trang bị sẵn chuẩn vô tuyến điện IP - Cho phép lưu lại lịch sử gọi - Dễ dàng khai thác, sử dụng cho người kinh nghiệm - Cho phép kết hợp với nhiều mạng liên lạc khác mạng điện thoại, mạng Internet, VOIP - Cho phép điều hành hệ thống tập trung, thống 3.4 Một số kết đánh giá chế độ truyền đa hướng Với thay đổi ALE 3G, phép đo xác suất kết nối hệ thống ALE cho thấy hiệu tốt hệ so với hệ Các kết điều kiện kênh khác cho thấy hình 3.6 Các kết đo cho thấy mức xác suất kết nối, hệ thống ALE 3G hoạt động điều kiện kênh khó khăn (SNR thấp khoảng 6-8 dB) so với hệ thống ALE 2G 58 Hình 3.6 So sánh hiệu hệ thống ALE 2G 3G điều kiện kênh khác nhau: kênh AWGN, kênh tốt (Good) kênh xấu (Poor) theo ITU-R [7] Nhờ cải thiện hiệu hệ thống ALE 3G nên nhiều ứng dụng truyền tin liệu tốc độ cao triển khai Một ứng dụng điển hình hệ thống ALE 3G kết nối liệu đa hướng (multicast) Không mạng không dây khác, trạm thành viên mạng vô tuyến sóng ngắn trực tiếp kết nối với theo kiểu chặng (1 hop) Do giao thức truyền đa hướng hiệu mạng vô tuyến sóng ngắn không đòi hỏi tạo trì đa hướng Trong mạng vô tuyến sóng ngắn giao thức truyền đa hướng P_MUL (ACP-142) sử dụng để cung cấp dịch vụ multicast tin cậy cho người dùng [6] Đối với kết nối liệu đa hướng phải tính toán thời gian yêu cầu cho cài đặt kết nối nhận báo nhận tầng ứng dụng Dưới sử dụng số liệu thống kê để tính toán cho lưu lượng truyền đa hướng hệ thống ALE 3G Lớp liên kết 3G hoạt động theo chế độ quảng bá sau thiết lập kết nối, sử dụng lớp ứng dụng xác nhận độ tin cậy Trong trường hợp liệu có 59 thể gửi việc sử dụng dạng sóng chùm 3G modem liệu liên tục 3.4.1 Các tham số đánh giá Thời gian để gửi tin nhắn đa hướng ( Tcycle): Thời gian tính từ lức bắt đầu thiết lập kết nối đến tất người nhận gửi tin báo nhận Thời gian báo nhận cho người nhận: Tack = Tack-success + ( Psuccess − )* Tfail ( 3.1 ) Trong Tack-success thời gian báo nhận thành công; Psuccess xác suất báo nhận thành công; Tfail thời gian báo nhận lỗi Thời gian báo nhận cho N người nhận: N TN-ack= N*Tack-success + ∑(P j =1 success ( j) − 1)T fail (3.2) Lưu lượng chu kỳ: Số lượng bít trung bình liệu nhận không lỗi suốt chu kỳ chia cho Tcycle X= ( frames / transmission)(bits / frame)(1 − FER ) TCycle (3.3) Trong đó: FER tỉ lệ lỗi khung, ý khung lỗi kênh truyền chu kỳ sau 3.4.2 Kết phân tích Hình 3.6 hình 3.7 kết tổng lưu lượng bốn chế độ lưu lượng gửi đa hướng với thông báo ngắn (5000 byte) Số lượng người nhận hình 3.6 hình 3.7, cân lưu lượng SNR thể rõ ràng hình Do tranh chấp thời gian tin báo nhận nên tốc độ liệu tỉ lệ nghịch với số lượng người nhận, tốc độ liệu tăng người nhận giảm số người nhận nhiều Đối với thông báo ngắn dạng sóng lựa chọn BW3-32 SNR thấp (8-10 dB), SNR cao dùng hai dạng sóng BW2 cung cấp cho lưu lượng tốt 60 Hình 3.6 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 4, kích thước file 5000 byte [6] Hình 3.7 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 8, kích thước file 5000 byte [6] Ở hình 3.8 hình 3.9 lưu lượng tải trọng lớn 100.000 byte, dạng sóng sử dụng tốt trường hợp BW2x2 ( SNR 10 dB hơn) Hình 3.8 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 4, kích thước file 100.000 byte [6] Hình 3.9 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 8, kích thước file 100.000 byte [6] 3.5 Kết luận Phương pháp tổ chức mạng thông tin kiểu tổ ong mở rộng phạm vi liên lạc, cải thiện chất lượng liên lạc cách đáng kể Hơn nữa, việc khai thác sử dụng đơn giản nhanh chóng nhiều, người sử dụng việc gọi định danh 61 giống gọi điện thoại, tất phần việc lại tiến hành tự động Quá trình truyền thông tin chia làm nhiều khâu, chất lượng đường truyền xấu đi, hệ thống khắc phục cách tối ưu khâu yếu Việc điều hành mạng thông tin thống nhất, tập trung, thuận tiện cho công tác quản lý, tổ chức Tuy nhiên, mô hình đòi hỏi chi phí để xây dựng mạng lưới trạm Việc vận hành trung tâm điều hành tương đối phức tạp Các trạm xây dựng cố định nên điều kiện tác chiến thực, bị đối phương công hay áp chế Do đó, thích hợp cho mục đích dân quân cho nước có hệ thống phòng thủ vững 62 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Hiện việc biến đổi môi trường, khí hậu trái đất dẫn đến thay đổi tầng điện ly, điều ảnh hưởng lớn đến thông tin liên lạc vô tuyến điện sóng ngắn Bên cạnh với phát triển khoa học kỹ thuật ngày cao ngày hệ thống thông tin vô tuyến điện không bó hẹp phạm vi liên lạc máy sóng ngắn với nhau, hay máy vô tuyến điện sóng cực ngắn với nhau, mà hệ thống gồm nhiều thiết bị truyền dẫn, điện thoại IP, máy vô tuyến điện, mạng Internet… gắn kết với Chuẩn ALE 3G cho thiết bị vô tuyến điện sóng ngắn đáp ứng yêu cầu Qua việc nghiên cứu luận văn tác giả phương thức truyền sóng qua tầng điện ly, cấu trúc tầng điện ly ảnh hưởng tầng điện ly đến liên lạc thông tin sóng ngắn Luận văn tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn thiết lập đường truyền tự động ( ALE ) ALE 2G ALE 3G nêu rõ tham số ALE, bước xử lý tín hiệu ALE 2G dạng sóng dùng ALE 2G giới thiệu từ ALE, cấu trúc địa dùng ALE 2G Đối với ALE 3G tác giả nghiên cứu khái quát chung ALE 3G dạng sóng từ BW0 ÷ BW4 sử dụng giao thức, nghiên cứu sâu dạng sóng BW0 Bên cạnh tác giả đưa mô hình ứng dụng hệ thống thông tin vô tuyến điện sóng ngắn sử dụng giao thức ALE 3G Hạn chế luận văn, giao thức ALE 3G chưa áp dụng rộng rãi mạng thông tin vô tuyến điện sóng ngắn giới, Việt Nam chưa có thiết bị liên lạc vô tuyến trang bị giao thức việc nghiên cứu mô hình thực tế hạn chế Tác giả chưa đưa mô dạng sóng chuẩn ALE 63 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đỗ Quốc Chinh, Đinh Thế Cường, Trần Văn Khẩn (2006), Cơ sở kỹ thuật thông tin vô tuyến, NXB Học viện kỹ thuật quân [2] Đàm Hồng Đào, Nguyễn Tùng Hưng (2007), Truyền sóng vô tuyến điện, NXB Binh chủng Thông tin liên lạc Tiếng Anh [3] Department of Defense Interface Standard (1999), MIL-STD-188-141B [4] Eric E.Johnson (1999), Analysis of Third – Generation HF ALE Technologies [5] Eric E.Johnson (2004) Third generation and wideband HF communications [6] Eric E.Johnson, Huiyan Zhang (2005), A Third – Generation Multicast Protocol for HF Wireless Networks [7] Institute for Telecommunication Sciences (1998), High frequency radio automatic link establistment application handbook ... bày ALE hệ thống thông tin sóng ngắn bao gồm giao thức ALE 2G ALE 3G; Chương trình bày ứng dụng ALE 3G thông tin vô tuyến điện sóng ngắn 3 Chương1 - PHƯƠNG THỨC TRUYỀN SÓNG NGẮN QUA TẦNG ĐIỆN LY... 1.4 Độ tin cậy đường truyền tin Đối với kênh thông tin độ tin cậy tham số quan trọng Trong hệ thống thông tin sóng ngắn, độ tin cậy đường thông tin đánh giá xác suất đảm bảo liên lạc thông suốt... tốt cho giao thức ứng dụng Internet nên chuẩn ALE 3G đưa nhằm đáp ứng yêu cầu Chính lý mà chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng ALE 3G thông tin sóng ngắn để làm luận văn cao học Nội dung luận văn