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

Mặc dù vậy, trước năm 2006 dịch vụ VSAT ở nước ta cũng chỉ mới dừng lại ở cung cấp dịch vụ thoại, FAX mà chưa phát huy hết các tiềm năng của mạng VSAT ở các loại hình ứng dụng khác như I

NGUYỄN THỊ MINH THẢO

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG RỘNG

IPSTAR TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Luận văn: Thạc sỹ kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Văn Cúc

Hà Nội, tháng 10/2009

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG iPSTAR 11

1.1 Tình hình sử dụng thông tin vệ tinh VSAT tại Việt Nam 11

1.2 Các hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng trên thế giới 12

1.3 Hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng tại Việt Nam (iPSTAR) 14

1.3.1 Vệ tinh iPSTAR 18

1.3.2 Trạm cổng - Gateway 20

1.3.2.1 Cấu hình trạm cổng 20

1.3.2.2 Hoạt động của trạm Gateway 25

1.3.2.3 Ưu điểm nổi bật của iPSTAR Gateway 28

1.3.3 Trạm đầu cuối thuê bao (UT) 29

1.3.3.1 Đặc điểm chung 29

1.3.3.2 UT có một số đặc điểm sau 30

1.4 Ưu nhược điểm chính của hệ thống iPSTAR 30

1.4.1 Ưu điểm 30

1.4.2 Nhược điểm 31

CHƯƠNG 2: CÁC DỊCH VỤ CỦA HỆ THỐNG iPSTAR 32

2.1 Dịch vụ truy cập Internet băng rộng 32

2.1.1 Dịch vụ cho cá nhân, doanh nghiệp 33

2.1.2 Dịch vụ MDU (Multi-Dwelling Units) 34

2.1.3 Dịch vụ Hotspot 35

2.2 Dịch vụ thoại VoIP 36

2.2.1 Mô hình kết nối cuộc gọi trong mạng iPSTAR 37

2.2.2 Mô hình cuộc gọi giữa mạng iPSTAR với mạng ngoài 39

2.3 Dịch vụ mạng riêng ảo - VPN 41

2.4 Dịch vụ GSM Trunking 43

2.5 Dịch vụ truyền hình hội nghị - Video Conferencing 44

2.6 Dịch vụ đào tạo từ xa (i-Learn) 45

2.7 Tổng kết 46

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

3.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống iPSTAR 47

3.1.1 Hướng TOLL 47

3.1.2 Hướng STAR 48

3.2 Yếu tố ảnh hưởng tới truyền IP qua vệ tinh 49

3.2.1 Ảnh hưởng của trễ đường truyền 49

3.2.1.1 Thời gian truyền toàn trình (RTT - Round-Trip Time) 49

3.2.1.2 Ảnh hưởng của RTT lớn tới các thuật toán điều khiển nghẽn 51

3.2.1.3 Ảnh hưởng của RTT lớn tới kích thước cửa sổ 53

3.2.1.4 Ảnh hưởng của RTT lớn tới sự thích nghi băng thông 54

3.2.2 Lỗi bit đường truyền 54

3.3 Giải pháp nâng cao chất lượng truyền IP trong iPSTAR 55

3.3.1 Truyền không đối xứng và theo một hướng 57

3.3.1.1 Sử dụng giao thức TCP không đối xứng và theo một phía 57

3.3.1.2 Sử dụng định tuyến IP động 58

3.3.2 Giải pháp tăng kích thước cửa sổ TCP 59

3.3.2.1 Cửa sổ lớn TCP 59

3.3.2.2 TCP với báo nhận có lựa chọn SACK 59

3.3.2.3 Khởi đầu chậm, tránh nghẽn trước 60

3.3.3 Sử dụng bộ tăng tốc TCP/IP 61

3.3.4 Kết luận 64

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

SỬ DỤNG GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN

IP 65

4.1 Đo chất lượng mạng 65

4.1.1 Các phép đo lớp mạng 66

4.1.2 Tại lớp truyền tải 66

4.1.3 Tại lớp ứng dụng 66

4.1.4 Tại cấp độ người sử dụng 67

4.2 Phương pháp đo 67

4.2.1 Phương pháp đo tích cực 67

4.2.1.1 Đo tại lớp ứng dụng 68

4.2.1.2 Đo tại lớp truyền tải 68

4.2.1.3 Đo tại lớp mạng 69

4.2.2 Phương pháp đo thụ động 69

4.2.2.1 Đo lớp ứng dụng 70

4.2.2.2 Đo lớp truyền tải 70

4.2.2.3 Đo lớp mạng (lớp IP) 71

4.3 Mô hình đo kiểm và các kết quả đo 72

4.3.1 Giải pháp tăng kích thước cửa sổ TCP 72

4.3.2 Sử dụng bộ tăng tốc TCP/IP 77

4.3.3 Truyền không đối xứng và theo một hướng 79

4.4 Tổng kết 82

KẾT LUẬN 83

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP 84

TÓM TẮT 87

BẢNG DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

cường

CDMA Code Division Multiplexed

DAMA Demand Assigned Multiple Access Đa truy cập theo yêu cầu

FDMA Frequency Division Multiplexed Access Đa truy nhập phân chia theo tần số

HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản

ICMP Internet Group Management

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ITU International Telecommunucation Union Hiệp hội viễn thông quốc tế

M&C Management and Control Điều khiển và quản lý

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Kỹ thuật ghép kênh trực giao phân chia theo tần số OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến mạng IP

PSTN Public Switching Telephone

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá chuyển pha cầu phương

RTT Round Trip Time Khoảng thời gian mà một gói tin gửi đi và nhận về ACK

RTTM Round Trip Time Measurement Đo thời gian gửi một gói đi và nhận về ACK

SACK Selective Acknowledgement Báo nhận có chọn lọc

SCPC Single Channel Per Carrier Một kênh đơn trên một sóng

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư đơn giản

SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giản

STAR Slotted Aloha TDMA Aloha Return

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

TDMA Time Division Multiplexed

Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TOLL Turbo Product Code Orthogonal Frequency Multiplexed L-code

Hướng từ Gateway đến trạm con dùng phương pháp ghép kênh phân chia tần số trực giao mã hoá TPC

dùng

VSAT Very Small Aperture Terminal Trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ

nhỏ

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống iPSTAR 17

Hình 1.2: Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1 18

Hình 1.4: Chương trình M&C điều khiển khối thiết bị cao tần 21

Hình 1.5: Sơ đồ khối chức năng trạm Gateway 22

Hình 1.6: Sơ đồ giao tiếp giữa RRM và các phần tử khác trong hệ thống 23

Hình 1.7: Cấu trúc khung hướng TOLL 26

Hình 1.8: Các kiểu kênh hướng STAR 27

Hình 1.9: Cấu trúc khung của hướng STAR cho loại 8 kênh 28

Hình 1.10: Thiết bị outdoor và indoor 1

Hình 2.1: Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng 33

Hình 2.2: Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng cho MDU 34

Hình 2.3: Dịch vụ Hotspot 35

Hình 2.4: Cấu hình cung cấp dịch vụ thoại VoIP 36

Hình 2.5: Mô hình cuộc gọi trong mạng iPSTAR 38

Hình 2.6: Mô hình điều khiển cuộc gọi H.323 39

Hình 2.7: Mô hình điều khiển cuộc gọi H.323 ra ngoài mạng iPSTAR 40

Hình 2.8: Cấu hình cung cấp dịch vụ thuê kênh IP và mạng riêng ảo VPN 41

Hình 2.9: Cấu hình cung cấp dịch vụ GSM Trunking 43

Hình 2.10: Cấu hình cung cấp ứng dụng truyền hình hội nghị 45

Hình 2.11: Cấu hình cung cấp ứng dụng đào tạo từ xa 46

Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động hướng TOLL 47

Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động hướng STAR 49

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn và thời gian ở pha khởi đầu chậm

52

Hình 3.4: Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn vào thời gian ở pha tránh tắc nghẽn 53

Hình 3.5: Kết nối Ethernet đến Ethernet qua nền IP 56

Hình 3.6: Định tuyến động IP 58

Hình 3.7: Ảnh hưởng của khởi đầu chậm và tránh nghẽn 60

Hình 4.1: Các đại lượng hiệu năng tại những lớp giao thức khác nhau 66

Hình 4.2: Đo thụ động tại những lớp giao thức khác nhau 70

Hình 4.3: Quan hệ giữa một số phương pháp đo thụ động lớp mạng 71

Hình 4.4: Mô hình đo kiểm sử dụng giải pháp tăng kích thước cửa sổ TCP 73

Hình 4.5: Mô hình đo kiểm sử dụng giải pháp bộ tăng tốc TCP/IP 77

Hình 4.6: Kết quả đo tốc độ và độ trễ khi bật chức năng NetGain 78

Hình 4.7: Kết quả đo tốc độ và độ trễ khi tắt chức năng NetGain 79

Hình 4.8: Mô hình đo kiểm theo giải pháp không đối xứng và theo một hướng 80

Hình 4.9: Mô hình mô phỏng theo giải pháp không đối xứng và theo một hướng 80

Hình 4.10: Kết quả của việc mô phỏng theo giải pháp không đối xứng và theo một hướng 82

MỞ ĐẦU

Để đáp ứng nhu cầu của một nền kinh tế mở, việc đầu tiên là phải gắn vai trò phương tiện giao tiếp với nhiệm vụ mở rộng giao thương kinh tế của các vùng miền Trong đó, ngành Bưu chính Viễn thông có vai trò làm cầu nối các vùng miền kinh

tế với thế giới bên ngoài Do đó cần xây dựng các dịch vụ dựa trên nền công nghệ hiện đại, có giá thành thấp và làm tăng giá trị lợi nhuận của doanh nghiệp Hệ thống iPSTAR băng rộng đa dịch vụ, hiện đại là công nghệ có thể đáp ứng yêu cầu nói trên với chất lượng dịch vụ cao, hiệu quả kinh tế lớn Việc nghiên cứu những vấn đề

lý thuyết, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của hệ thống iPSTAR và đưa ra các giải pháp khắc phục nhược điểm khi truyền qua vệ tinh có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của ngành Bưu chính Viễn thông nói riêng và phát triển kinh tế xã

hội Việt Nam nói chung Trước yêu cầu đó, đề tài “Ứng dụng công nghệ thông tin

vệ tinh băng rộng iPSTAR tại Việt Nam” được lựa chọn để nghiên cứu vừa có ý

nghĩa về mặt lý luận, vừa có ý nghĩa về mặt thực tiễn cao

Nội dung luận văn gồm có 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống iPSTAR

Trình bày tổng quan về tình hình sử dụng thông tin vệ tinh tại Việt Nam và phát triển các hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng trên thế giới Tổng quan

về hệ thống iPSTAR bao gồm trạm cổng, vệ tinh và các trạm đầu cuối thuê bao

Chương 2: Các dịch vụ của hệ thống iPSTAR

Trình bày về các dịch vụ và cấu hình các dịch vụ mà hệ thống iPSTAR có khả năng đáp ứng và hiện đang khai thác

Chương 3: Giải pháp cải thiện chất lượng đường truyền IP trong hệ thống iPSTAR

Chương này trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống và các giải pháp cải thiện chất lượng đường truyền vệ tinh

Chương 4: Phương pháp đo và đánh giá kết quả thực hiện giải pháp nâng cao chất lượng đường truyền IP trong hệ thống iPSTAR

Chương này bao gồm các nội dung về phương pháp đo chất lượng mạng IP Trên cơ sở đó tác giả thực hiện các phép đo thực nghiệm để đánh giá các giải pháp

áp dụng để nâng cao chất lượng đường truyền IP qua vệ tinh iPSTAR

Tôi xin cam đoan đây là luận văn do chính bản thân tôi làm không sao chép nguyên văn từ bất kỳ tài liệu nào, nếu sai tôi xin chịu mọi trách nhiệm

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới TS Trần Văn Cúc người đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và phương pháp luận nghiên cứu khoa học để tôi hoàn thành bản luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện tử - Viễn thông - Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới đội ngũ kỹ sư Đài thông tin vệ tinh Quế Dương đã hỗ trợ, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu, đánh giá

và thực hiện các bài đo trên hệ thống iPSTAR

Trong suốt quá trình nghiên cứu, mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp, phê bình của các thầy cô để luận văn được hoàn chỉnh hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 26 tháng 10 năm 2009

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG iPSTAR

Trong những năm gần đây, hệ thống viễn thông ở Việt Nam đã phát triển khá mạnh nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng theo nhịp độ tăng trưởng cao của nền kinh tế Với đặc điểm địa lý nhiều rừng núi, trải dài trên 2.000

km, mật độ đô thị hoá chưa cao của Việt Nam thì việc triển khai hạ tầng hệ thống viễn thông phục vụ cho tất cả các điểm vùng sâu, vùng xa và hải đào là rất khó có thể thực hiện được do kinh phí triển khai rất cao Để giải quyết bài toán đảm bảo thông tin liên lạc, đưa điện thoại, mạng Internet tới phục vụ an ninh quốc phòng, phát triển kinh tế xã hội cho những vùng hẻo lánh ở miền núi, biên giới, hải đảo và những giàn khoan trên biển (hệ thống cáp đồng, cáp quang, hoặc vi ba không đáp ứng được do hạn chế kỹ thuật, tài chính) thì giải pháp dùng thông tin vệ tinh là rất hiệu quả

1.1 Tình hình sử dụng thông tin vệ tinh VSAT tại Việt Nam

Việt Nam đã và đang có hai mạng VSAT hoạt động là SCPC/DAMA và TDM/TDMA Trang thiết bị của hai hệ thống này do hãng Hughes Network System (HNS) cung cấp dựa trên các sản phẩm Telephone Earth Station (TES) Quantum, Quantum Direct (QDS), Personal Earth Station (PES) đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới từ những năm 1990

Mạng SCPC/DAMA được đưa vào hoạt động từ năm 1996 cung cấp các dịch

vụ thoại, fax và truyền số liệu tốc độ thấp Mạng TDM/TDMA được đưa vào hoạt động từ năm 2000 cung cấp các dịch vụ truy nhập mạng Internet, X.25 và thiết lập mạng dùng riêng với tốc độ upload đạt 64Kbps, download tới 128Kbps [1]

Mạng SCPC/DAMA có hơn 30 trạm TES và hơn 60 trạm QDS Tuy nhiên, các thiết bị của hệ thống mạng VSAT SCPC/DAMA đã lỗi thời và đang xuống cấp, hoạt động không ổn định, không đáp ứng được tốc độ gia tăng số lượng thuê bao như vũ bão hiện nay và trong tương lai Mặt khác, năng lực của mạng VSAT TDM/TDMA cũng không đáp ứng được yêu cầu hiện nay về tốc độ kết nối của khách hàng (tốc độ tối đa mà mạng VSAT TDM/TDMA cung cấp được là 2Mbps)

Các trạm VSAT thuê bao có kích thước lớn (anten 1,8 - 2,4m), giá thành cao, triển khai lắp đặt, bảo trì bảo dưỡng phức tạp; giá cước dịch vụ cao, khó khăn trong việc phát triển khách hàng sử dụng dịch vụ

Dịch vụ VSAT đã và đang đóng một vai trò rất tích cực cho phát triển của viễn thông Việt Nam, đặc biệt trong thực hiện cung cấp dịch vụ viễn thông cho các vùng biệt lập, biên giới, hải đảo hoặc các trường hợp ứng cứu thông tin khẩn cấp Mặc dù vậy, trước năm 2006 dịch vụ VSAT ở nước ta cũng chỉ mới dừng lại ở cung cấp dịch vụ thoại, FAX mà chưa phát huy hết các tiềm năng của mạng VSAT ở các loại hình ứng dụng khác như Internet băng rộng, truyền hình vệ tinh kỹ thuật số, truy nhập số liệu Sau 2006 cùng với sự tham gia của Tổng công ty Viettel vào thị trường này cũng như Đài truyền hình Việt Nam cung cấp dịch vụ truyền hình qua

vệ tinh (DTH) đã cho thấy nhận định này không phải là không có cơ sở

Đứng trước nhiệm vụ chính trị, chiến lược và tiềm năng phát triển dịch vụ VSAT của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam đã xây dựng một mạng VSAT băng rộng đa dịch vụ, có khả năng thay thế cả 2 mạng hiện tại nêu trên, đáp ứng được các nhu cầu hiện tại của khách hàng và nhiệm vụ đã đặt ra

1.2 Các hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng trên thế giới

Để cạnh tranh được với các phương tiện truyền dẫn khác trên mặt đất, xu hướng chung để phát triển mạng thông tin vệ tinh của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới là phục vụ khách hàng tốt hơn, nhiều dịch vụ hơn, độ tin cậy cao hơn, kích thước trạm đầu cuối nhỏ gọn để thuận tiện cho việc triển khai lắp đặt, và điều quan trọng nhất là giá thành phải thấp hơn Một trạm mặt đất đầu cuối phải có tốc độ lớn, băng thông rộng (broadband) để có thể truyền đa phương tiện (multimedia) gồm data, các văn bản, hình ảnh, âm thanh, đồ họa trên máy vi tính, các mạng điện thoại và truyền số liệu nội bộ

Sự phát triển mạnh mẽ của Internet và các ứng dụng dựa trên giao thức IP trên thế giới đã làm thay đổi cách thức liên lạc của người sử dụng với nhau, của các doanh nghiệp liên lạc với các chi nhánh Bất kỳ ai phải tải các trang Web với nội dung phong phú, hay các file phần mềm lớn từ Internet mà sử dụng modem dial-up

mới thấy hết được sự cần thiết của đường truyền tốc độ cao Do vậy các sản phẩm trạm thông tin mặt đất đã được phát triển trên cơ sở giao thức IP với đường truyền tốc độ cao để đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của khách hàng

Hiện có rất nhiều đối tác cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới có giải pháp thông tin vệ tinh băng rộng riêng của mình theo thống kê dưới đây [1]

Dự án Dịch vụ Băng tần hoạt động/Tốc độ Thời gian đưa

Hiện đang khai thác với các vệ tinh thường Q1/2005: phóng vệ tinh iPSTAR

Loral

CyberStar

Cung cấp kết nối Internet

băng rộng cho các khách

hàng ISPs, doanh nghiệp

trên phạm vi toàn cầu

Vệ tinh địa tĩnh, Ka-band Forward Link: 1-4 Mbps Return Link: 200-500 Kbps

Đang sử dụng các vệ tinh địa tĩnh truyền thống

để cung cấp dịch vụ

2004

Astrolink

Cung cấp kết nối Internet

băng rộng cho các khách

hàng ISPs, doanh nghiệp

trên phạm vi toàn cầu

Vệ tinh địa tĩnh, băng Ka Anten 70-200 cm 2003/2004

Spaceway Các dịch vụ thông tin băng

rộng

Vệ tinh địa tĩnh, băng Ku

Tốc độ 16 Kbps ÷ 6 Mbps Anten 66-350 cm

truyền dữ liệu IP

Download qua vệ tinh tốc

độ 1.5Mbps; Return path qua cáp mặt đất

Đang khai thác

Korea

Telecom

Internet qua vệ tinh tốc độ

cao

Downsload qua vệ tinh tốc

độ 1Mbps; return path qua cáp trên mặt đất

Đang khai thác Chunghwa

Đang khai thác

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

IP đầu tiên trong khu vực Châu Á - Thái bình Dương do tập đoàn Shin Satellite Plc (SSA) của Thái Lan xây dựng SSA đã hợp tác với VNPT/VTI để xây dựng mạng VSAT băng rộng iPSTAR tại Việt Nam từ năm 2005

1.3 Hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng tại Việt Nam (iPSTAR)

Sự hình thành và phát triển của hệ thống iPSTAR được đánh dấu bằng các mốc thời gian chính như sau [1,15]:

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

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

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

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

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

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

- Tháng 3/2000: Tổ chức cuộc họp lần thứ nhất các nhà khai thác dịch vụ quốc gia

- National Service Operator (NSO) của iPSTAR tại Bankok cho các đối tác quốc

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

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

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

- Tháng 11/2000: Hoàn thành thiết kế sơ bộ vệ tinh iPSTAR

- Tháng 3/2001: Baycom (Malaysia) ký thoả thuận với SSA và trở thành Nhà cung cấp dịch vụ quốc gia – National Service Provider (NSP) đầu tiên

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

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

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

- Quý I/2005: Phóng vệ tinh iPSTAR-1

Như vậy sự hình thành và phát triển của hệ thống iPSTAR bắt đầu từ năm

1996 và cho đến nay hệ thống đã cơ bản hoàn thiện và đưa vào sử dụng ở Việt nam

từ năm 2005

iPSTAR là hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng, có cấu trúc mạng hình sao

sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói băng rộng Hệ thống gồm 03 thành phần cơ bản

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

phương thức ghép phân chia theo thời gian (TDM) kết hợp với kỹ thuật ghép kênh trực giao phân chia theo tần số (OFDM) Để đạt hiệu suất truyền dẫn cao các kênh này được mã hoá TPC (Turbo Product Codes), điều chế L-codes Hướng ngược lại

từ UT đến Gateway, các kênh tốc độ thấp sử dụng cùng phương pháp truyền dẫn kết hợp kỹ thuật đa truy nhập dựa trên nhu cầu sử dụng của khách hàng, kiểu truy nhập ALOHA sử dụng để điều khiển lưu lượng Slotted ALOHA, TDMA truy nhập truyền tải dữ liệu [12,13,15] Sơ đồ hệ thống được đưa ra trong hình 1.1

1.3.1 Vệ tinh iPSTAR

- Vị trí quỹ đạo: 120 độ Đông

- Nhà sản xuất: Space Systems/Loral (Palo Alto, Mỹ)

- Model: FS-1300L

- Số bộ phát đáp: 114

- Công suất: 14 KW

- Tuổi đời hoạt động: 12 năm

- Ngày phóng/đưa vào khai thác: Quý I - 2005

Dung lượng băng thông cho khách hàng sử dụng: 45 Gbps (25/20) cho tuyến lên và tuyến xuống Dung lượng danh định tiêu chuẩn tính theo anten 1,2m [13]

- Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR (Hình 1.2) bao gồm 94 búp phủ trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương, trong đó có:

• 84 búp phủ hẹp

• 3 búp phủ rộng

• 7 búp phủ quảng bá

- 18 búp phủ hẹp băng Ka với dung lượng băng thông lớn nhất

Hình 1.2: Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1

- Sử dụng công nghệ vùng phủ sóng nhiều tia (spot beam) để tăng khả năng tái sử dụng tần số, cho phép mở rộng phổ tần làm việc, tăng dung lượng băng tần vệ tinh (lên đến 45Gbps) và với mật độ công suất tín hiệu rất cao (EIRP=60 dbW) cho phép giảm kích thước anten trạm đầu cuối

Vệ tinh thường Vệ tinh iPSTAR

- Sử dụng băng tần Ka cho tuyến Gateway - UT (Forward link), truy nhập TDM-OFDM, tốc độ tới 8 Mbps

- Sử dụng băng tần Ku cho tuyến UT - Gateway (Return link), truy nhập TDMA, tốc độ 128 Kbps tới 4 Mbps [13]

Hệ thống các trạm Gateway của iPSTAR sử dụng băng tần Ka Hệ thống iPSTAR dự kiến sẽ có 18 trạm Gateway được lắp đặt trong vùng phủ sóng của vệ tinh, được xây dựng tại các địa điểm như sau [12]:

1 Bangkok, Thailand 10 Taipei, Taiwan

2 Beijing, China 11 Kuala Lumpur, Malaysia

3 Guangzhou, China 12 Seoul, Korea

4 Shanghai, China 13 Tokyo, Japan

5 Jakarta, Indonesia 14 Manila, The Philippines

6 Delhi, India 15 Hanoi, Vietnam

7 Mumbai, India 16 Phnom Penh, Cambodia

8 Kalgoorlie, Australia 17 Rangoon, Myanmar

9 Broken Hill, Australia 18 Auckland, New Zealand

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

Băng tần RF (MHz)

Băng thông số danh định

(MBps) Loại beam Beam số

Tuyến lên Tuyến về Tuyến lên Tuyến về

Broadcast

Hình 1.3: Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1 tại Việt Nam

1.3.2 Trạm cổng - Gateway

1.3.2.1 Cấu hình trạm cổng

Cấu hình trạm cổng bao gồm các thành phần sau [5,11,15]:

- Antenna: đường kính 8 - 11m cho cả trạm chính và trạm dự phòng

- Khối thiết bị cao tần bao gồm:

• Máy phát (HPA): có chức năng khuếch đại tín hiệu RF từ đầu ra của BUC để đạt được mức công suất phát theo yêu cầu để phát lên vệ tinh

• Đổi tần lên (U/C): hệ thống này sử dụng 2 bộ đổi tần lên đó là LUC và BUC

Bộ LUC có chức năng đổi tần và tiền khuếch đại tín hiệu IF 140 MHz sang tần

số band L (950 MHz -1.450 MHz) Bộ BUC có chức năng đổi tần và tiền khuếch đại tín hiệu band L (950 MHz - 1.450 MHz) lên tần số band Ka Băng tần Ka phát được chia thành 3 dải:

• Đổi tần xuống (D/C): Sử dụng bộ BDC có chức năng khuếch đại tín hiệu Ka

và đổi tần từ tần số băng Ka xuống tần số band L (950 MHz - 1.450 MHz) Trong hệ thống này sử dụng 2 dải băng tần Ka thu:

o Low band 18,300 - 18,675 GHz

o High band 19,700 - 20,200 GHz

• Ngoài ra còn sử dụng thêm bộ LDA để khuếch đại tín hiệu band L nhận được

từ BDC rồi phân bổ tới các Dstar [5]

Hình 1.4: Chương trình M&C điều khiển khối thiết bị cao tần

• Khuếch đại tạp âm thấp (LNA): có chức năng khuếch đại mức tín hiệu thu được từ vệ tinh trong dải băng Ka rồi đưa sang bộ BDC

• Khối điều khiển hệ thống cao tần ở Gateway chính và dự phòng: là phần mềm M&C quản lý, giám sát và lưu trữ các dữ liệu của hệ thống cao tần (bao gồm băng Ka và L)

Phần mềm M&C system được viết bằng ngôn ngữ Visual C++ gồm có M&C Server và M&C Client Nó luôn luôn hiển thị và cập nhật liên tục trạng thái của các thiết bị kết nối vào hệ thống, do đó người dùng có thể quản lý, giám sát các thiết bị một cách hiệu quả và dễ dàng [5]

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

Hình 1.5: Sơ đồ khối chức năng trạm Gateway

- Bộ xử lý hướng lên (FLP): bao gồm phần mềm chạy trên máy chủ, thực hiện các chức năng TCPA, lọc và sắp xếp các gói tin IP đúng thứ tự ưu tiên theo chất lượng dịch vụ (QoS) và phân loại dịch vụ (CoS) trước khi gửi tới TOLL Interface (TI) Ngoài ra FLP còn có chức năng giám sát hoạt động, giám sát lỗi và tương tác với thiết bị quản lý tài nguyên (RRM) phân bổ tài nguyên đường truyền cho

RF

Antenna

& HPA TOLL

Tx

STAR Rx

TI TCPA

(NettGain)

FLP Server ISPs

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

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

Hình 1.6: Sơ đồ giao tiếp giữa RRM và các phần tử khác trong hệ thống

RRM phân bổ tài nguyên đường truyền bao gồm: tần số, băng thông, khe thời gian (time slots), mã hoá, điều chế và độ tăng ích (gain) trên cơ sở các yêu cầu kết nối của các UT và tài nguyên sẵn có, với mục đích giành cho mỗi UT chất lượng dịch vụ (QoS) tốt nhất có thể phù hợp theo cấp độ dịch vụ (CoS) đã được thiết lập cho mỗi UT Ngoài ra RRM còn có chức năng theo dõi và giám sát để

hệ thống luôn hoạt động một cách tối ưu

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

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

- Bộ thu STAR: nhận tín hiệu băng Ka từ vệ tinh, chuyển đổi tới dải tần 950 - 1.450 MHz sau đó thực hiện tách kênh, giải điều chế và giải mã tín hiệu Các gói tin TCP (BST), UDP được lọc ra và gửi tới SI để ghép lại với các gói IP bị phân mảnh khác để gửi tới các thiết bị đầu cuối Mỗi khối STAR-Rx có dung lượng truyền dẫn tới 4 Mbps [13,14,15]

- Giao diện STAR (SI): nhận các gói tin TCP, UDP từ STAR-Rx, sau đó xử lý và sắp xếp thành các gói tin IP rồi gửi tới IPR theo sự điểu khiển của RRM Ngoài

ra SI còn có các chức năng khác: xử lý các bản tin báo hiệu giữa trạm cổng và UT; giám sát hoạt động của kênh để kịp thời báo cáo cho RRM để đưa ra sự điều chỉnh phù hợp Mỗi SI làm việc được với 10 STAR-Rx Mỗi gateway có tối đa tới 10 SI Mỗi SI có thể cho phép tới 20.000 trạm VSAT IP kết nối đồng thời

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

- Máy chủ lưu trữ cuộc gọi và tính cước (Acounting server/Call Record server) nhận dữ liệu từ NMS và lưu trữ tại cơ sở dữ liệu nội bộ để phục vụ cho mục đích tính cước Tuỳ thuộc vào ứng dụng cung cấp mà trạm Gateway còn được trang bị thêm:

• Các đường truyền kết nối băng rộng với mạng Internet, trụ sở khách hàng cho các mục đích cung cấp người sử dụng đầu cuối truy cập mạng Internet băng rộng, mạng dùng riêng

• Content Server, VoD Server : cho ứng dụng cung cấp thông tin, chương trình

TV theo yêu cầu

• CallManager Server: cho ứng dụng thoại, fax

• Video Conferencing Server: cho truyền hình hội nghị

1.3.2.2 Hoạt động của trạm Gateway

Trạm Gateway làm việc ở băng tần Ka, được thiết kế hoạt động theo cấu hình dự phòng (1+1) cho phần cao tần, anten chính và dự phòng được phân tập theo không gian, cách nhau từ 40 đến 60 km, để tránh ảnh hưởng của thời tiết Hệ thống cao tần tại hai địa điểm được kết nối trực tiếp với nhau bằng hệ thống truyền dẫn cáp quang

- Hướng TOLL: Hướng truyền dẫn từ Gateway đến trạm UT được viết tắt từ

(Turbo Product Coded Orthogonal Frequency Multiplexed L-coded Link), trong đó: mã hoá Turbo được sử dụng để cải thiện tỷ lệ bit lỗi (BER); ghép kênh OFDM (ghép kênh theo các dải tần số trực giao, trong đó mỗi dải tần lại được truy nhập theo thời gian - kỹ thuật TDM) để tăng dung lượng truyền dẫn; L-code (được thiết kế riêng cho trạm Gateway) kết hợp của kỹ thuật sửa lỗi và điều chế nhằm nâng cao chất lượng đường truyền phù hợp cho những điều kiện thời tiết khác nhau

Luồng tín hiệu OFDM của TOLL Link ghép từ 16 kênh 3.375MHz (được gọi là

‘band’) truyền đi trên dải thông tới 54MHz, các kênh được đánh số 8, 9, 10, 11,

12, 13, 14, 15, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 từ tần số thấp nhất tới tần số cao nhất Mỗi một yêu cầu kênh từ các trạm UT được RRM gán theo trình tự từ kênh trung tâm tiếp đến là kênh gần nhất bên trái rồi bên phải tương ứng (ví dụ: 0, 15, 1, 14, 2, 13, 3…) Mỗi kênh 3.375MHz lại được phân thành 256 khe thời gian (time slots) trong một khung, mỗi slot mang 4.096 symbols, trong đó 4 slots đầu dùng cho đồng bộ và điều khiển liên lạc trong hệ thống Các trạm UT trên cùng kênh trong cùng khung có thể sử dụng các phương thức điều chế, mã hoá khác nhau tuỳ theo dịch vụ của trạm UT và điều kiện thời tiết nơi đặt trạm UT Do đó mỗi khung

hướng TOLL có 256 x 4.096 = 1.048.576 symbols, và khoảng thời gian mỗi khung là 1.048.576 symbols/3.375 Msymbols/sec = 0,311 sec [13]

FDS slot 3

FDS Slot 2

User Slot 255

SYNC Slot 0 RAC Slot 1

RAC Slot 1

RAC Slot 1

SYNC Slot 0 SYNC Slot 0

FDS Slot 2

FDS Slot 2

FDS Slot 2 FDS

slot 3 FDS slot 3

FDS slot 3 User

Slot 4 User Slot 4

User Slot 4

User Slot 255 User Slot 255

User Slot 255

RAC Slot 1

Frequency

Time

FDS slot 3

FDS Slot 2

User Slot 255

SYNC Slot 0 RAC Slot 1

RAC Slot 1

RAC Slot 1

SYNC Slot 0 SYNC Slot 0

FDS Slot 2

FDS Slot 2

FDS Slot 2 FDS

slot 3 FDS slot 3

FDS slot 3 User

Slot 4 User Slot 4

User Slot 4

User Slot 255 User Slot 255

User Slot 255

RAC Slot 1

Frequency

Time

Hình 1.7: Cấu trúc khung hướng TOLL

- Hướng STAR: Đường truyền dẫn từ trạm UT đến Gateway (Slotted Aloha

TDMA Aloha Return Link) để chỉ 3 kỹ thuật truy nhập Slotted Aloha, Aloha, TDMA dùng cho hướng truyền này Mỗi một phương thức truy nhập được sử dụng linh hoạt thông qua điều khiển của RRM phù hợp cho loại dịch vụ hay lưu lượng gán cho mỗi trạm UT Một dải tần 500MHz chia thành 237 băng con, mỗi băng có độ rộng 2,11MHz (gọi là ‘STAR band’), mỗi STAR band có thể được chia thành một trong năm loại kênh (sóng mang) tuỳ vào đặc tính lưu lượng và kiểu truy nhập như sau [13,15]:

• 16 kênh (132 kHz ~ 160 kbps mỗi kênh đối với kênh TDMA lớn hoặc 116 kbps cho các kênh TDMA nhỏ)

• 8 kênh (264 kHz ~ 320 kbps mỗi kênh)

• 4 kênh (527 kHz ~ 640 kbps mỗi kênh)

• 2 kênh (1,056 MHz ~ 1.280 kbps mỗi kênh)

• 1 kênh (2,110 MHz ~ 2.560 kbps mỗi kênh)

Hình 1.8: Các kiểu kênh hướng STAR

Mỗi một sóng mang lại được phân theo các định dạng khung (TDM) khác nhau, trong mỗi khung có thể được phân thành 256, 128, 64, 32 hoặc 16 time slots tuỳ thuộc đặc tính liên lạc của trạm UT Khoảng thời gian cho một khung của hướng STAR cũng giống hướng TOLL là 0,311sec và do tốc độ hướng STAR được thiết kế bằng nửa tốc độ hướng TOLL nên mỗi khung STAR cho có tổng cộng là 524.288 symbols Sau đây là một ví dụ về cấu trúc khung của hướng STAR cho loại 8 kênh, 64 slot, điều chế QPSK [13]:

500MHz Transmit Band divided into 237 bands of 2.1094MHz each

2.1094MHz

524288 Total QPSK symbols / frame

0.311 sec

TPC Block Period 0

8 channels 263.67KHz each

TPC Block Period 31

Hình 1.9: Cấu trúc khung của hướng STAR cho loại 8 kênh

1.3.2.3 Ưu điểm nổi bật của iPSTAR Gateway

- Cung cấp lớp dịch vụ và chất lượng dịch vụ CoS/QoS trên nền tảng IP Mỗi một

UT được phân bổ theo nhóm CoS trên cơ sở khả năng thực hiện của nó Mỗi một nhóm CoS/QoS cũng sẽ được trao cho một thứ tự ưu tiên

- Tối ưu hoá lưu lượng thoại và Internet nhờ bộ tăng tốc TCP

- Sử dụng kỹ thuật phân bổ đường truyền linh hoạt, cho phép bất cứ một kênh TOLL và STAR hoạt động với sự điều chế hiệu quả phổ tín hiệu lớn và mã sửa sai mức cao trong điều kiện bình thường

- Hỗ trợ quản lý từng phần cụ thể, cho phép nhà khai thác điều khiển và quản lý bất kỳ thành phần nào của trạm Gateway bằng một thiết bị đầu cuối đơn lẻ

- Hỗ trợ cho nhiều ISP, các ISP có thể phục vụ khách hàng của họ thông qua hệ thống iPSTAR Gateway và các thiết bị đấu nối vào UT Gateway quản lý nhóm

khách hàng của ISP trên cơ sở tách riêng nhóm địa chỉ IP và phần thanh toán cho từng ISP

- Hỗ trợ 4 mức ưu tiên cho quản lý lưu lượng

1.3.3 Trạm đầu cuối thuê bao (UT)

1.3.3.1 Đặc điểm chung

Các thiết bị trạm UT gồm có khối ODU và khối IDU [14]

- Khối thiết bị ngoài trời (ODU) bao gồm:

- Dải tần số thu, phát: Băng Ku

- Tốc độ Download: Tối đa 4 Mbps

- Tốc độ Upload: Tối đa 2 Mbps;

Hình 1.10: Thiết bị outdoor và indoor

- Sử dụng công suất phát và hiệu suất băng thông linh hoạt, cho phép phân bổ băng thông hợp lý dựa trên đặc điểm lưu lượng từng khách hàng

- Sử dụng kỹ thuật điều chế QPSK, phương thức truy nhập TDMA, Slotted ALOHA

- Giao diện mạng 10/100 (RJ45), USB

- Hỗ trợ các giao thức UDP/TCP/IP, MAC, NAT, IP Routing và H.323

- Nguồn điện cung cấp: 100-240 VAC và -48 DC (có thể đặt từ 12-48V)

- Công suất điện tiêu thụ: 70 W

1.3.3.2 UT có một số đặc điểm sau

- Loại Profesional Series: cung cấp giao diện mạng Ethernet, USB

- Loại Special Enterprise Series: cung cấp giao diện mạng Ethernet, USB, hỗ trợ giao thức GRE, L2TP và PPTP cho dịch vụ VPN

- Triển khai lắp đặt:

• Thông thường, các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng antenna loại 1,2m để lắp đặt tại địa điểm của khách hàng Với kích thước nhỏ hơn nhiều so với antenna của VSAT DAMA, TDM/TDMA hiện tại (nhỏ nhất 1,8m), việc vận chuyển, lắp đặt các trạm VSAT IP sẽ dễ dàng hơn rất nhiều

• Không phải sử dụng thiết bị đo chuyên dụng (phân tích phổ) để lắp trạm VSAT IP như đối với VSAT DAMA, TDM/TDMA

1.4 Ưu nhược điểm chính của hệ thống iPSTAR

- Thiết bị mặt đất: Sử dụng kỹ thuật phân bổ đường truyền linh hoạt (Dynamic Link Allocation) cho phép tự động điều chỉnh phương thức điều chế, mã hóa và

tăng ích để đảm bảo tính khả dụng cho từng trạm VSAT IP, vì vậy đã giải quyết được vấn đề suy hao do mưa, đạt được độ khả dụng tới 99%

- Tốc độ đường truyền cao

- Đa dịch vụ, đáp ứng được nhu cầu thông tin đa dạng của khách hàng

- Kích thước trạm đầu cuối nhỏ gọn (anten kích thước 0,84m - 1,2m - 1,8m)

- Tính cước, giám sát mạng, nâng cấp phần mềm, phần cứng đều có thể thực hiện tại trạm Gateway

1.4.2 Nhược điểm

- Nhược điểm cố hữu của thông tin vệ tinh là chịu ảnh hưởng tác động của thời tiết

và đặc biệt nhạy cảm hơn ở băng tần Ka, Ku Thông tin có thể bị gián đoạn với lượng mưa >100mm/h

- Thiết bị iPSTAR sử dụng đa dạng kỹ thuật điều chế, mã hoá cho phép tự động phân bổ đường truyền linh hoạt là công nghệ độc quyền, thực hiện quản lý khai thác các phần tử mạng tập trung tại trạm Gateway do đó các thiết bị mặt đất sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp thiết bị iPSTAR bao gồm cả trang thiết bị trạm Gateway và các trạm VSAT IP

CHƯƠNG 2: CÁC DỊCH VỤ CỦA HỆ THỐNG iPSTAR

Hệ thống iPSTAR cho phép triển khai rất nhiều ứng dụng khác nhau dựa trên giao thức IP, với mục tiêu cung cấp đường truyền băng rộng cho các đối tượng khách hàng là các cá nhân, công sở, xí nghiệp, các ISP Hệ thống sử dụng kỹ thuật truy nhập vệ tinh đa dạng cho phép cung cấp đường truyền cho khách hàng theo 2 hình thức tốc độ cam kết hoặc phương thức truy cập chia sẻ băng thông, với đặc tính này khách hàng có thể thanh toán cước phí sử dụng dịch vụ theo giá cước cố định hàng tháng hoặc thanh toán trên cơ sở dữ liệu thực tế khách hàng gửi và nhận Các dịch vụ của hệ thống bao gồm:

- Dịch vụ Truyền hình theo nhu cầu

- Dịch vụ đào tạo từ xa (i-Learn)

2.1 Dịch vụ truy cập Internet băng rộng

Dịch vụ truy cập Internet băng rộng qua vệ tinh, với kích thước trạm đầu cuối nhỏ gọn, nguồn tiêu thụ thấp, triển khai lắp đặt và cung cấp dịch vụ nhanh (trong vòng khoảng 2 tiếng), sẽ là giải pháp lựa chọn tốt nhất để đáp ứng kịp thời nhu cầu về dịch vụ Internet băng rộng hiện nay và trong tương lai tại các khu vực vùng sâu, xa, biên giới hải đảo nơi khó hoặc không thể triển khai cáp đất

Hình 2.1: Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng

Hệ thống iPSTAR cung cấp đường truyền băng rộng cho khách hàng với tốc

độ download lên tới 8 Mbps, tốc độ upload đạt tới 4 Mbps [13,15] Dựa trên đường truyền băng rộng iPSTAR cung cấp giải pháp mạng cho từng nhóm đối tượng khách hàng riêng

Dịch vụ Internet cung cấp cho khách hàng theo 2 phương thức băng tần dùng riêng (dedicated bandwith), hoặc chia sẻ băng thông (shared bandwith) tuỳ vào cấp

độ yêu cầu về tốc độ truy cập của khách hàng Sau đây là ví dụ về cấu hình tốc độ:

Băng tần dùng riêng Tải nhẹ Tải trung bình Tải lớn

2.1.1 Dịch vụ cho cá nhân, doanh nghiệp

- Cấu hình bao gồm trạm Gateway, trạm UT và Internet backbone Trạm Gateway được kết nối với Internet backbone qua hệ thống truyền dẫn cáp quang

iPSTAR Network Box

C

iPSTAR Gateway T

- Máy tính người sử dụng hoặc mạng LAN khách hàng được kết nối trực tiếp với

UT theo chuẩn giao diện mạng RJ45

- Cước được tính trên cơ sở mỗi tài khoản cho mỗi trạm

2.1.2 Dịch vụ MDU (Multi-Dwelling Units)

Hình 2.2: Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng cho MDU

- Đối tượng phục vụ của MDU là các khách sạn, chung cư, café Mỗi trạm UT có thể cung cấp nhiều tài khoản tới mỗi hộ sử dụng

- Cấu hình cung cấp dịch vụ bao gồm trạm Gateway, trạm UT, Radius Server, Access gateway

- Trạm Gateway được kết nối với Internet backbone qua cáp quang hoặc tuyến truyền dẫn SDH

- Radius Server được lắp đặt tại trạm Gateway thực hiện chức năng lưu trữ dữ liệu chi tiết cuộc gọi (CDR) phục vụ mục đích tính cước Cước được cung cấp theo thẻ trả trước, trả sau, theo byte hoặc theo thời gian

- Khách hàng truy nhập sử dụng dịch vụ mạng phải có tài khoản đã được đăng ký hoặc sử dụng thẻ phát hành của nhà cung cấp dịch vụ

- Access gateway thực hiện chức năng quản lý quyền truy nhập sử dụng dịch vụ

của khách hàng

2.1.3 Dịch vụ Hotspot

Dịch vụ truy nhập WLAN công cộng, hay còn gọi là Hospot, là dịch vụ cho phép người sử dụng có thể truy cập Internet băng rộng từ các máy tính sách tay hoặc thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số liên lạc bằng phương thức vô tuyến (PDA – Personal Digital Assistant) qua mạng LAN theo phương thức vô tuyến tiêu chuẩn IEEE 802.11b đã được chứng nhận Wi-Fi (Wireless Fidelity) Người sử dụng kết nối vô tuyến tới một điểm (thiết bị) truy cập, thiết bị này có tính năng như một trạm cổng nội bộ, có nhiệm vụ quản lý việc đăng nhập, cấp phép, trạng thái hơn thế nó còn có khả năng cập nhật các thông tin của các Hotspot khác từ một thiết bị chuyên dụng khác đặt tại Gateway để đáp ứng được yêu cầu Roaming của người truy cập

Hình 2.3: Dịch vụ Hotspot

Dịch vụ Hotspot mang lại cho người sử dụng nhiều thuận tiện, chỉ bằng một tài khoản riêng, khách hàng có thể truy cập dịch vụ ở bất kỳ một Hotspot nào thuộc vùng phủ sóng của vệ tinh Với một tài khoản di động (roaming account), người sử dụng có thể truy nhập Internet tại nhà, văn phòng, sân bay, bệnh viện, café …

- Cấu hình cung cấp dịch vụ bao gồm trạm Gateway, UT, Radius Server, Access point

- Radius server được lắp đặt tại trạm Gateway thực hiện chức năng lưu trữ dữ liệu

chi tiết cuộc gọi (CDR) phục vụ mục đích tính cước Ngoài ra Radius server còn cập nhật thông tin phục vụ yêu cầu Roaming của khách hàng

- Access point (điểm truy nhập dịch vụ theo phương thức vô tuyến) thực hiện chức năng quản lý quyền truy nhập sử dụng dịch vụ của khách hàng

- Khách hàng sử dụng dịch vụ theo phương thức truy nhập không dây IEEE 802.11b

2.2 Dịch vụ thoại VoIP

Hình 2.4: Cấu hình cung cấp dịch vụ thoại VoIP

Giải pháp của iPSTAR bao gồm 03 thành phần cơ bản Voice gateway, Gatekeeper/CallManager và thiết bị biến đổi IP-thoại analog (ATA)

- Voice gateway thực hiện chức năng giao tiếp giữa mạng IP và mạng PSTN

- Call Manager là phần trung tâm của hệ thống VoIP iPSTAR có chức năng xử lý cuộc gọi dựa trên phần mềm Nó có thể hỗ trợ giao thức H.323, SCCP, MGCP Call Manager cung cấp các chức năng chính sau: xử lý cuộc gọi, báo hiệu và điều khiển thiết bị, quản lý quay số (Dial plan), quản lý đặc điểm điện thoại, các dịch

vụ thư mục (directory)

- Thiết bị ATA cung cấp giao diện kết nối với máy điện thoại thông thường hoặc

kết nối với tổng đài PBX

Điểm đặc biệt của iPSTAR cung cấp dịch vụ thoại, fax cho vùng nông thôn

là sử dụng IDU loại Voice Series loại này cung cấp 01 cổng RJ11

Giao thức mạng sử dụng tiêu chuẩn H.323, chuẩn mã G.723 và G.729

Chuẩn mã hóa thoại (codec) được đề xuất sử dụng tuỳ thuộc vào thiết bị đầu cuối,

có thể là G.711, G.729, G.723.1 Nếu tổng số tiêu đề gói (packet overhead) = 40

bytes (header of IP 20 + UDP 8 + RTP 12), mỗi cuộc gọi theo các chuẩn mã hóa

này ước lượng cần băng thông như bảng sau:

Số khung trong tải (frame per pkt)

Kích cỡ tải IP (bytes)

Chu

kỳ gói (msec)

Tốc độ gói (pps)

Cỡ gói (bytes)

Yêu cầu

BW (bps) G.723

2.2.1 Mô hình kết nối cuộc gọi trong mạng iPSTAR

Đối với thiết bị trong mạng iPSTAR, thiết bị CallManager sẽ làm nhiệm vụ

kiểm soát cuộc gọi đối với các thuê bao trong mạng, như sau:

- Thiết lập cuộc gọi từ thuê bao A

- E.164 trong Callmanager tìm kiếm thuê bao B

- Yêu cầu được gửi đến thuê bao B

- Chuông kêu tại B và chuông phản hồi tới A

- Thuê bao B nhấc máy

- Cuộc gọi được thiết lập giữa A và B

Hình 2.5: Mô hình cuộc gọi trong mạng iPSTAR

Thuê bao A muốn thực hiện cuộc gọi đến thuê bao B thì người dùng nhấc máy A và quay số của máy B, các số này được gửi đến Call Manager (là thiết bị xử

lý cuộc gọi) Tiếp đó, Call Manager tìm địa chỉ và xác định cách định tuyến cuộc gọi Sau khi Call Manager báo hiệu điện thoại A qua IP để khởi tạo chuông phản hồi thì A nghe chuông, Call Manager cũng khởi tạo chuông làm cho B đổ chuông Khi người dùng tại B nhấc máy thì đường truyền thông RTP được thiết lập trực tiếp giữa A và B và người dùng có thể bắt đầu đàm thoại Các IP Phone không cần thông tin với Call Manager nữa cho đến khi A hoặc B yêu cầu chuyển cuộc gọi, điện thoại hội nghị hoặc kết thúc cuộc gọi Các IP Phone trao đổi lưu lượng thoại qua chuẩn G.729 hay G.723 hay G.711 tùy theo Call Manager quy định và tùy theo băng thông vệ tinh Cuộc gọi được thực hiện hoàn toàn trên nền IP của mạng iPSTAR (Hình 2.4)

Ngoài ra, Call Manager có khả năng hỗ trợ giao tiếp với các Voice Gateway qua các giao thức như H323, MGCP và giao tiếp với Gatekeeper qua H323 Chi tiết

về việc giao tiếp giữa Call Manager với Voice Gateway và Gatekeeper sẽ được mô

tả trong những phần sau

2.2.2 Mô hình cuộc gọi giữa mạng iPSTAR với mạng ngoài

Gateway được dùng để kết nối các hệ thống khác nhau, ví dụ như kết nối các thuê bao trong mạng iPSTAR gọi sang mạng PSTN Có hai giao thức chính được dùng để giao tiếp giữa CallManager và các gateway là giao thức điều khiển cổng phương tiện (MGCP - Media Gateway Control Protocol) và H.323 Trong thiết kế này CallManager sẽ dùng giao thức H.323 v2 để giao tiếp với các gateway thông qua sự điều khiển của Gatekeeper

Gatekeeper dùng để điều khiển kết nối giữa hệ thống Call Manager với các gateway để tránh trường hợp bị tắc nghẽn khi có nhiều cuộc gọi vượt quá dung lượng đường truyền Gatekeeper thường được tích hợp trong thiết bị router H.323 (ví dụ: Cisco router 3600) Call Manager sẽ giao tiếp với gatekeeper bằng giao thức H.323 Hình 2.6 trình bày mô hình kết nối tiêu biểu giữa CallManager và Gateway thông qua trung kế được điều khiển bởi Gatekeeper bằng cách dùng giao thức H.323 v2 Đây cũng là mô hình kết nối được dùng cho hệ thống VoIP iPSTAR Hệ thống Call Manager sẽ chỉ khai báo duy nhất cấu hình kết nối trung kế H.225 với Gatekeeper mà không cần phải khai báo cấu hình kết nối trung kế với từng gateway riêng lẻ Gatekeeper có nhiệm vụ cung cấp thông tin kết nối của các Gateway hiện

có cho CallManager Ngoài ra Gatekeeper còn có chức năng quản lý băng thông kết nối giữa hai hệ thống

Hình 2.6: Mô hình điều khiển cuộc gọi H.323