Nghiên cứu nâng cao hiệu năng mạng thông tin vệ tinh Bộ Công an

-1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ & TRANG PHỤ BÌA NGUYỄN DUY TÙNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG THƠNG TIN VỆ TINH BỘ CƠNG AN Ngành: Cơng nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 605270 LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.THÁI HỒNG NHỊ HÀ NỘI – 2012 -3- MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ 10 MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 14 1.1 Tóm lược lịch sử phát triển 14 1.2 Hệ thống thông tin vệ tinh 16 1.3 Vệ tinh thông tin 17 1.3.1 Khái niệm phân loại 17 1.3.2 Cấu trúc, thông số vệ tinh 20 1.3.3 Vệ tinh thông tin Vinasat-I Vinasat-II 23 1.4 Trạm mặt đất 25 1.4.1 Trạm mặt đất trung tâm - trạm Hub 26 1.4.2 Trạm mặt đất đầu cuối 29 1.5 Mạng thông tin vệ tinh 30 1.6 Hiệu mạng thông tin vệ tinh 33 CHƯƠNG 2: NHU CẦU VÀ THỰC TRẠNG MẠNG THÔNG TIN VỆ TINH NGÀNH CÔNG AN 35 2.1 Nhu cầu thông tin vệ tinh ngành Công an 35 2.2 Thực trạng mạng thông tin vệ tinh ngành Công an 37 2.2.1 Cấu hình mạng 37 2.2.2 Công nghệ DVB-S2 sử dụng mạng thông tin vệ tinh ngành công an 40 2.2.3 Các loại trạm mặt đất 43 2.2.4 Địa điểm lắp đặt, trang bị 60 2.2.5 Một số vấn đề tồn 65 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN 68 3.1 Cơ sở tính tốn lượng đường truyền 68 -43.2 Phương pháp tính tốn số giá trị kinh nghiệm phục vụ thiết kế 71 3.3 Áp dụng tính tốn lượng đường truyền kết nối lưới mạng thơng tin vệ tinh ngành công an 78 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN MƠ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG 87 4.1 Giải pháp nâng cao chất lượng kết nối kiểu lưới mạng thông tin vệ tinh ngành công an 87 4.1.1 Nâng cao chất lượng kết nối lưới trạm VSAT cố định có truyền hình với xe thông tin động 87 4.1.2 Nâng cao chất lượng kết nối lưới trạm VSAT động có truyền hình với xe thông tin động 91 4.2 Giải pháp tiết kiệm băng thông sử dụng 95 4.2.1 Tăng mức điều chế sóng mang 95 4.2.2 Thay đổi hệ số mã sửa lỗi 97 4.2.3 Giảm tốc độ thông tin tuyến cách tăng cường tỉ lệ nén tin đầu vào 98 4.2.4 Giảm tỉ lệ % trạm hoạt động đồng thời 98 4.3 Giải pháp nâng cao hiệu hoạt động trạm Hub Hà Nội 99 4.3.1 Bố trí nhà trạm 99 4.3.2 Thay đổi hệ thống điều hòa làm mát 101 4.3.3 Xây dựng hệ quy trình khai thác vận hành 105 4.3.4 Các giải pháp bổ sung khác 107 KẾT LUẬN, ĐÓNG GÓP MỚI, VÀ ĐỀ XUẤT 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 -5- DANH MỤC KÝ HIỆU ρ Rsym (symbol/sec) Rbit (bit/sec) G (gain) D (m) λ (m) ηI Ps (W) PT (W) L1 (dB) TA (K) T0 (K) TLNB (K) d (m) Rearth (m) AGSO (m) φE φSS λE Al El FSL (dB) R (m) EIRP (dBW) G/TSAT Losses (dB) K (Joule/K) BN (Hz): Balloc (Hz) G/TES EIRPSAT (dBW) Rb (bit/sec) Hệ số rolloff Tốc độ ký hiệu luồng tín hiệu Tốc độ bit luồng tin Độ lợi ăng ten Đường kính ăng ten Bước sóng phát Hệ số mặt phản xạ ăng ten (illumination efficiency) Công suất đầu vào ăng ten Công suất đầu khuếch đại Mất mát truyền sóng qua feeder ống dẫn sóng Nhiệt tạp âm đầu vào ăng ten Nhiệt độ tạp âm môi trường Thường lấy giá trị 3000K Nhiệt độ tạp âm đầu vào khuếch đại tạp âm thấp hạ tần Khoảng cách từ ăng ten trạm mặt đất đến ăng ten vệ tinh Giá trị trung bình bán kính trái đất Bán kính quỹ đạo tròn suy từ định luật Kepler III Kinh độ trạm mặt đất Kinh độ vệ tinh Vĩ độ trạm mặt đất Góc phương vị ăng ten Góc ngẩng ăng ten Mất mát tín hiệu khơng gian tự (free space loss) Khoảng cách từ ăng ten trạm mặt đất đến ăng ten vệ tinh Công suất xạ đẳng hướng tương đương Hệ số phẩm chất ăng ten thu vệ tinh Mất mát đường truyền Hằng số Boltzmann 1,38*10-23 Joule/K, tính theo dB -228,6 dB Joule/K Băng thông nhiễu đầu vào máy thu Băng thơng chiếm dụng sóng vơ tuyến Hệ số phẩm chất ăng ten thu trạm mặt đất Công suất xạ đẳng hướng tương đương từ vệ tinh xuống mặt đất, vị trí đặt trạm Tốc độ bit luồng tín hiệu -6- DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ACI ACK AMP BEP BER BPF BPSK BSS CCI C/N DAMA dB D/C DEMOD DVB-S EIRP EIRP ES EIRP SL ES FDMA FEC FSK HPA IBO IDU IF IMUX IP LAN Adjacent Channel Interference ACKnowledgement Amplifier Bit Error Probability Bit Error Rate Band Pass Filter Binary Phase Shift Keying Broadcasting Satellite Service Co-Channel Interference Carrier to Noise ratio Demand Assignment Multiple Access deciBel Down-Converter DEMODulator Digital Video Broadcasting by Satellite Effective Isotropic Radiated Power Effective Isotropic Radiated Power of earth Effective Isotropic Radiated Power of satellite Earth Station Frequency Division Multiple Access Forward Error Correction Frequency Shift Keying High Power Amplifier Input Back-Off InDoor Unit Intermediate Frequency Input Multiplexer Internet Protocol Local Area Network Xuyên nhiễu kênh lân cận Báo nhận Bộ khuếch đại Xác suất lỗi bit Tỉ lệ lỗi bit Lọc thông dải Điều chế dịch pha mức Dịch vụ vệ tinh quảng bá Nhiễu đồng kênh Tỉ số sóng mạng nhiễu Đa truy nhập theo yêu cầu Decibel Bộ đổi tần xuống Bộ giải điều chế Quảng bá video qua vệ tinh Công suất xạ đẳng hướng hiệu dụng Công suất xạ đẳng hướng hiệu dụng trạm mặt đất Công suất xạ đẳng hướng hiệu dụng vệ tinh Trạm mặt đất Đa truy nhập theo tần số Mã sửa lỗi trước Khóa dịch pha Bộ khuếch đại cơng suất Lùi công suất đầu vào Khối nhà Trung tần Đầu vào ghép kênh Giao thức Internet Mạng nội -7LNA LO LNB MCPC MOD MUX FTDMA NMS OBO ODU PABX PBX PC PSD PSK QPSK RF RX SCPC SNG SSPA TCP TDM TDMA TTC TV TX VSAT Low Noise Amplifier Local Oscillator Low Noise Block Bộ khuếch đại tạp âm thấp Bộ dao động nội Bộ khuếch đại tạp âm thấp hạ tần Multiple Channels Per Carrier Đa kênh sóng mang MODulator Bộ điều chế MUltipleXer Bộ ghép kênh Frequency-Time Division Đa truy nhập theo tần số thời Multiple Access gian Network Management System Hệ thống quản lý mạng Output Back-Off Lùi công suất đầu OutDoor Unit Khối trời Private Automatic Branch Tổng đài chuyển mạch tự động eXchange Private (automatic) Branch Tổng đài nhỏ chuyển mạch tự eXchange động Personal Computer Máy tính cá nhân Power Spectral Density Mật độ phổ cơng suất Phase Shift Keying Khóa dịch pha Quaternary Phase Shift Keying Khóa dịch pha mức Radio Frequency Cao tần Receiver Bộ thu Single Channel Per Carrier Đơn kênh sóng mang Satellite News Gathering Xe thơng tin vệ tinh Solid State Power Amplifier Khuếch đại công suất thể rắn Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển phát Time Division Multiplex Ghép kênh theo thời gian Time Division Multiple Đa truy nhập theo thời gian Access Telemetry, Tracking and Đo xa, bám điều khiển Command TeleVision Truyền hình Transmitter Bộ phát Very Small Aperture Terminal Trạm đầu cuối độ nhỏ -8- DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Quy hoạch băng tần số vô tuyến 15 Bảng 1.2: Độ cao quỹ đạo chu kỳ quay vệ tinh quanh trái đất 18 Bảng 1.3: Thông số vệ tinh Intelsat IS-23 21 Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật vệ tinh IS-23 23 Bảng 1.5: Thông tin vệ tinh Vinasat - I, II 24 Bảng 1.6: EIRP phát đáp băng Ku vệ tinh Vinasat-I số thành phố lớn 25 Bảng 1.7: Phân loại trạm mặt đất theo chuẩn Intelsat 26 Bảng 2.1: Danh mục thiết bị trạm cố định có truyền hình 53 Bảng 2.2: Danh mục thiết bị trạm động có truyền hình 55 Bảng 2.3: Danh mục thiết bị trạm thoại cố định 56 Bảng 2.4: Thống kê thiết bị xe thông tin vệ tinh động 58 Bảng 2.5: Địa điểm trang bị 16 trạm cố định có truyền ảnh 61 Bảng 2.6: Địa điểm trang bị 04 trạm động có truyền ảnh 61 Bảng 2.7: Địa điểm trang bị 03 xe thông tin vệ tinh động loại lớn 61 Bảng 2.8: Địa điểm trang bị 26 xe thông tin vệ tinh động loại nhỏ 62 Bảng 2.9: Địa điểm trang bị 106 trạm thoại cố định động 65 Bảng 3.1: Cách xác định góc phương vị ăng ten trạm mặt đất 74 Bảng 3.2: Thơng số đầu vào tính tốn mơ tuyến thông tin vệ tinh 79 Bảng 3.3: Thông số đầu tính tốn mơ tuyến thơng tin vệ tinh 80 Bảng 3.4: Kết tính tốn đường truyền kết nối hình lưới xe thơng tin động Hub 82 Bảng 3.5: Kết tính toán đường truyền kết nối kiểu lưới trạm VSAT cố định có truyền hình xe thơng tin động 84 Bảng 3.6: Kết tính tốn đường truyền kết nối kiểu lưới trạm VSAT động có truyền hình xe thơng tin động 85 Bảng 4.1: Tóm tắt kết tính tốn đường truyền kết nối lưới trạm VSAT cố định có truyền hình xe thông tin động 88 Bảng 4.2: Kết tính tốn mơ kết nối lưới xe thông tin động VSAT cố định có truyền hình áp dụng tổng hợp ba giải pháp nâng cao hiệu 90 -9Bảng 4.3: Tính tốn mơ giải pháp tăng cơng suất khuếch đại lên 20W 91 Bảng 4.4: Tóm tắt kết tính tốn mô kết nối lưới trạm VSAT động có truyền hình xe thơng tin động 92 Bảng 4.5: Kết tính tốn mơ kết nối lưới xe thơng tin động VSAT động có truyền hình áp dụng tổng hợp ba giải pháp nâng cao hiệu 93 Bảng 4.6: Tính tốn mơ giải pháp tăng công suất khuếch đại lên 24W 94 Bảng 4.7: Kết mơ tính tốn giải pháp nâng mức điều chế lên 8PSK kết nối xe thông tin với Hub 96 Bảng 4.8: Thống kê yêu cầu diện tích nhà trạm 100 Bảng 4.9: Thống kê công suất tiêu thụ, công suất tỏa nhiệt thiết bị trung tần băng sở 103 Bảng 4.10: Kết tính tốn hệ cấp nguồn điều hòa làm mát trạm Hub 104 - 10 - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các phân đoạn hệ thống thông tin vệ tinh 17 Hình 1.2: Các quỹ đạo vệ tinh 18 Hình 1.3: Vệ tinh quỹ đạo tia chớp 19 Hình 1.4: Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh 20 Hình 1.5: Các khối chức vệ tinh 21 Hình 1.6: Vùng phủ búp sóng hướng tây IS-23 22 Hình 1.7: Vùng phủ sóng búp sóng hướng đơng IS-23 22 Hình 1.8: EIRP phát đáp băng Ku vệ tinh Vinasat-I 24 Hình 1.9: Sơ đồ khối trạm Hub 27 Hình 1.10: Sơ đồ khối trạm đầu cuối điển hình 29 Hình 1.11: Mạng thơng tin vệ tinh 31 Hình 1.12: Cấu trúc mạng hình 31 Hình 1.13: Cấu trúc mạng hình lưới 32 Hình 2.1: Kết nối kiểu mạng thông tin vệ tinh ngành cơng an 38 Hình 2.2: Kết nối kiểu lưới mạng thông tin vệ tinh ngành công an 39 Hình 2.3: Mạng thơng tin vệ tinh Bộ Cơng an 40 Hình 2.4: Sơ đồ khối chức hệ thống DVB-S2 42 Hình 2.5: Mặt trước rack thiết bị cao tần băng sở trạm Hub 46 Hình 2.6: Mặt sau rack thiết bị cao tần băng sở trạm Hub 47 Hình 2.7: Bộ khuếch đại công suất MPKO sử dụng 48 Hình 2.8: Bố trí nhà trạm Hub Hà Nội 49 Hình 2.9: Sơ đồ nguồn điện đầu vào Hub 51 Hình 2.10: Sơ đồ cấp nguồn phòng máy trạm Hub 52 Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý trạm cố định có truyền hình 54 Hình 2.12: Ăng ten trạm động triển khai nhanh 55 Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý trạm thoại cố định 56 Hình 2.14: Sơ đồ hệ thống tự động dị tìm vệ tinh xe thơng tin động 59 Hình 2.15: Xe thơng tin vệ tinh động 60 Hình 3.1: Đường lên đường xuống thơng tin vệ tinh 69 Hình 3.2: Sơ đồ tầng xử lý tín hiệu phát đáp 70 - 11 Hình 3.3: Các tầng xử lý tín hiệu trạm mặt đất thơng số 70 Hình 3.4: Ăng ten phát (a) ăng ten thu (b) 72 Hình 3.5: Tính khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh 74 Hình 3.6: Quan hệ tỉ lệ lỗi bit BER tỉ số Eb/No 77 Hình 3.7: Mơ hình kết nối lưới mạng thông tin vệ tinh ngành Công an 78 Hình 4.1: Chạy đồng thời 03 máy điều hòa buồng cao tần 102 Hình 4.2: Ảnh chụp phía sau khuếch đại cơng suất, rack cao tần 105 - 96 FEC rate Occuppied Bandwidth Allocated Bandwidth 3/4 3/4 3/4 3/4 819.2 819.20 409.60 409.60 kHz 955.73 955.73 477.87 477.87 kHz 10 15 10 15 W 5 dB UPLINK Total HPA Power + BO@carrier HPA Back-off Line loss to antenna Transmition carrier EIRP Uplink Frequency Uplink path length 1.5 0.5 1.5 0.5 dB 61.87 57.82 61.87 54.30 dBW 14000 14000 14000 14000 MHz 36,987,926 36,632,047 36,987,926 36,987,926 m Uplink path loss 206.73 206.64 206.73 206.73 dB TX antenna gain 58.37 46.56 58.37 43.04 dB Uplink rain margin 12 12 12 12 dB Misalignment margin 0.5 0.5 0.5 0.5 dB Clear Sky margin 0 0 dB Total uplink margin 12.5 12.5 12.5 12.5 dB 81.25 77.28 81.25 73.67 Uplink C/No Uplink C/N Flux Density @ Satellite 21.44 17.47 24.45 -112.98 -116.99 -112.98 16.88 dB -120.56 dBW/m2 DOWN LINK RX antenna gain Downlink Frequency Downlink path length Downlink path loss 44.46 56.28 40.94 56.28 dB 11000 11000 11000 11000 MHz 36,632,047 36,987,926 204.55 204.63 36,987,926 36,987,926 204.63 m 204.63 dB Downlink rain margin 7 7 dB Misalignment margin 0.5 0.5 0.5 0.5 dB 0 0 dB 7.5 7.5 7.5 7.5 dB Downlink C/No 76.92 84.63 73.31 81.07 Downlink C/N 17.11 24.83 16.52 24.28 dB Clear Sky margin Total downlink margin PERFORMANCE ANALYSIS C/N intermodulation 32.83 26.21 32.83 20.33 dB C/N Cross Polar Isolation 30 30 30 30 dB C/N Adjacent Satellite 20 20 20 20 dB C/N Adjacent Carrier 20 20 20 20 Total link C/No 75.55 76.54 72.66 72.95 dBHz System Eb/No 9.24 9.77 9.31 9.46 dB Carrier % EIRP 0.63 0.25 0.63 0.11 % Carrier % Bandwidth 2.65 2.65 1.33 1.33 % 1 1 SUMMARY Number of link Link % EIRP 0.89 0.74 Link % Bandwidth 5.31 2.65 1911.47 955.73 Total Bandwidth % % kHz Bảng 4.7: Kết mơ tính toán giải pháp nâng mức điều chế lên 8PSK kết nối xe thông tin với Hub Tuy nhiên, giải pháp không khả thi kết nối lưới (xe thơng tin với trạm có truyền hình, xe thơng tin với nhau) ngặt nghèo Eb/No toàn tuyến Thực tế cho thấy áp dụng giải pháp tăng mức điều chế dễ dàng dẫn - 97 đến suy giảm chất lượng kết nối lưới trầm trọng, chí khó thực khởi tạo kết nối điều kiện thời tiết không thuận lợi Như vậy, để tiết kiệm băng thơng áp dụng việc nâng mức điều chế lên 8PSK trạm đầu cuối hoạt động theo cấu hình mạng Trong mạng thông tin vệ tinh ngành công an, trạm hoạt động theo mạng bao gồm trạm VSAT thoại (106 trạm, số cho phép 30% có yêu cầu kết nối lúc), có dung lượng thấp 128kbps Băng thông chiếm dụng cho VSAT thoại 102KHz Tổng băng thông dùng cho VSAT thoại (điều chế QPSK) 106 * 30% * 102 = 3.245KHz Nếu sử dụng mức điều chế 8PSK tiết kiệm 1,6MHz băng thơng, chi phí th 61.408.850 VND/MHz*tháng (theo giá thuê băng thông VTI) Số tiền tiết kiệm năm là: 1,6 * 61.408.850 * 12 = 1.179.049.920 VND/năm 4.2.2 Thay đổi hệ số mã sửa lỗi Thay đổi hệ số mã sửa lỗi FEC tác động trực tiếp đến tỉ lệ số bit kiểm tra/số bit thông tin đầu vào, làm thay đổi dung lượng tin đầu song ảnh hưởng đến băng thông chiếm dụng lại không lớn Đối với dịch vụ băng rộng 1024kbps, áp dụng mã FEC ¾ thơng thường, điều chế QPSK băng thông chiếm dụng 819,2KHz Khi áp dụng mã FEC 7/8, băng thơng chiếm dụng giảm 100Khz xuống cịn 819KHz song đồng thời giảm 0,16dB Eb/No toàn tuyến Để đảm bảo yêu cầu chất lượng liên lạc, khuyến nghị không áp dụng biện pháp thay đổi hệ số mã sửa lỗi kết nối kiểu lưới Eb/No tuyến hạn chế Đối với dịch vụ trạm VSAT thoại 128kbps, dùng FEC ¾, điều chế QPSK băng thơng chiếm dụng 102KHz Đối với FEC 7/8, băng thơng chiếm dụng cịn 87,7KHz (giảm 15KHz) đồng thời giảm Eb/No toàn tuyến từ 9,1dB xuống 8,95dB (có thể chấp nhận được) Áp dụng giải pháp tổng băng thơng tiết giảm là: 15KHz* 106 (trạm) * 30% (số trạm hoạt động đồng thời) = 477KHz Chi phí th băng thơng tiết giảm năm là: 0,477 * 61.408.850 * 12 = 351.504.257VND/năm - 98 4.2.3 Giảm tốc độ thông tin tuyến cách tăng cường tỉ lệ nén tin đầu vào Trên thực tế vận hành khai thác cho thấy, giải pháp tăng mức nén tin đầu vào giải pháp không khuyến nghị thực làm suy giảm chất lượng hình ảnh truyền lớn Đối với dịch vụ truyền ảnh 1024kbps, nén xuống 512kbps hình ảnh hiển thị hình LCD 40 inch khơng cịn rõ nét, chi tiết nhỏ bị mờ, nhịe, đối tượng di chuyển ngang hình với tốc độ cao bị nhịe, khó nhìn rõ, hình giật Cách thức sử dụng việc bắt buộc phải trì kết nối xếp lên hết Bên cạnh đó, trạm thoại khơng trang bị thiết bị nén riêng nên việc thực nén thoại khó khăn (Trạm VSAT có truyền hình xe thông tin động sử dụng thiết bị nén ảnh trường S1970e-T) Do vậy, giải pháp tiết kiệm băng thông cách tăng cường tỉ lệ nén tin đầu vào không khả thi triển khai diện rộng tồn mạng Đây giải pháp tình để khắc phục điều kiện khó khăn, trì thơng tin liên lạc cho kết nối riêng rẽ, đáp ứng yêu cầu công tác nghiệp vụ trước mắt Về lâu dài, giải pháp nén tin phần mềm phần cứng trạm thoại cho phép giảm đáng kể băng thơng thoại, qua tiết kiệm chi phí hàng năm dành cho việc th băng thơng vệ tinh 4.2.4 Giảm tỉ lệ % trạm hoạt động đồng thời Giảm tỉ lệ % trạm hoạt động đồng thời toàn mạng giải pháp diện rộng, tác động đến toàn hệ thống Hiện hệ thống mạng trì tỉ lệ 30% trạm loại hoạt động lúc (có gọi) đáp ứng tốt yêu cầu cơng tác Việc giảm số trạm hoạt động đồng thời đồng nghĩa với việc giảm sâu lượng băng thông sử dụng Chỉ cần giảm 01 xe thông tin động loại nhỏ số xe phép chạy lúc tiết giảm 819KHz băng thơng tương đương 603.526.177 VND/năm kinh phí th kênh Bớt 01 xe thông tin động loại lớn, kinh phí tiết giảm năm cho việc thuê kênh 1,2 tỉ đồng Tuy nhiên, giảm số trạm hoạt động đồng thời gia tăng khả nghẽn mạng không đủ băng thông phân phối theo yêu cầu từ trạm đầu cuối Đối với mạng thông tin vệ tinh ngành công an mạng thông tin chủ yếu phục vụ công tác nghiệp vụ tác chiến, tham gia đảm bảo an ninh trật tự an tồn xã hội, điều khơng phép xảy Do vậy, áp dụng - 99 phương án giảm tỉ lệ % trạm hoạt động đồng thời không khả thi (các yếu tố khác giữ nguyên) Đặc điểm hệ thống DVB-S/S2 Hughes cung cấp thiết bị đầu cuối không chiếm dụng băng thơng khơng có gọi Các trạm trì kết nối 16Kbps khơng thường xun Trung tâm để tiếp nhận thông tin điều khiển, quản lý Khi có gọi, Hub tự động tìm khe thời gian tần số phù hợp để thiết lập kết nối, cung cấp băng thông cho trạm tham gia Hệ thống mạng thông tin vệ tinh đại ln có tính quy định mức/ cấp ưu tiên cho trạm, chí loại dịch vụ trạm Căn đặc tính dịch vụ truyền ảnh (1024Kbps trở lên), hội nghị truyền hình (512Kbps trở lên) dịch vụ chiếm băng thơng lớn, quan trọng, có mức độ ưu tiên cao loại hình dịch vụ song tần suất sử dụng thấp hẳn so với dịch vụ thoại, truyền số liệu Phương án án giảm tỉ lệ % trạm hoạt động đồng thời áp dụng thời gian hạn chế với việc điều chỉnh băng thông phân bổ cho dịch vụ Khi có yêu cầu, nhân viên vận hành thực thao tác chuyển băng thông dịch vụ thoại sang dịch vụ truyền ảnh, hội nghị truyền hình thơng qua việc thay đổi thơng số tần số trung tâm băng thơng nhóm sóng mang cho cụm trạm (carrier groups) Bằng cách dịch vụ băng rộng có đủ băng thơng hoạt động, trạm thoại liên tục rơi vào trạng thái kết nối, đứt gọi Cách thức yêu cầu nhân viên trực phải có thường xuyên tác động đến phần quản lý mạng, có hiểu biết tốt hệ thống, nắm thao tác server quản lý bắt buộc phải quy trình hóa Về lâu dài, việc thường xun thay đổi thông số hệ thống không tốt, dễ gây thay đổi khó kiểm sốt với mức ảnh hưởng trầm trọng, chí gây sập mạng Bên cạnh đó, công tác nhân viên kỹ thuật yêu cầu phải thơng báo trước từ phía trạm chuẩn bị có nhu cầu thực truyền ảnh, truyền hình hội nghị 4.3 Giải pháp nâng cao hiệu hoạt động trạm Hub Hà Nội Nâng cao hiệu hoạt động trạm Hub hay nói cách khác khắc phục điểm chưa hợp lý phát trình khai thác vận hành để hệ thống chạy trơn tru, xảy lỗi, phải can thiệp nhân công, cần thao tác phải có hướng dẫn chi tiết, tỉ mỉ, tránh sai sót khơng đáng có 4.3.1 Bố trí nhà trạm Trạm Hub trái tim mạng thông tin vệ tinh ngành công an, hoạt động liên tục, thường xuyên ngày lễ ngày nghỉ, tình hình thời tiết, - 100 vậy, việc bố trí nhà trạm để tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động trạm nhân viên vô quan trọng Thiết bị cao tần băng sở cần xếp buồng riêng tương tự thiết bị giao tiếp mạng Buồng đặt UPS hệ thống phân phối điện cần xếp riêng nhằm tránh ảnh hưởng lý hóa từ ắc quy dự phịng đến thiết bị điện tử có độ xác cao Thiết bị hoạt động có tiếng ồn lớn, cần bố trí buồng quản lý trực vận hành riêng, có cách âm tốt buồng thiết bị lân cận Do cán trực vận hành trạm Hub 365/24/7 nên cần thiết thu xếp buồng để nghỉ tạm trước sau ca trực Trong điều kiện diện tích cho phép, nên bố trí buồng chứa thiết bị, vật tư, linh kiện thay thế, dự phòng buồng họp khu vực đặt trạm Hub Máy phát điện dự phòng đặt nơi riêng rẽ cách xa khu vực đặt buồng thiết bị buồng làm việc Tổng hợp yêu cầu nhà trạm Hub có bảng 4.8 TT Nội dung Số lượng Diện tích (m2) Buồng đặt thiết bị cao tần, trung tần băng sở 01 30 Buồng giao tiếp mạng 01 20 Buồng phân phối điện UPS 01 20 Buồng quản lý trực vận hành 01 30 Buồng nghỉ tạm nhân viên 01 15 Buồng vật tư thiết bị, linh kiện thay thế, dự phòng 01 10 Nhà đặt máy phát điện 01 15 Buồng họp 01 15 Tổng diện tích mặt sử dụng 155 Bảng 4.8: Thống kê yêu cầu diện tích nhà trạm Do trạm Hub Hà Nội bố trí tầng tịa nhà tầng nên hạn chế diện tích sử dụng, có 03 buồng: buồng cao tần băng sở, buồng giao tiếp mạng UPS, buồng quản lý trực vận hành với tổng diện tích 72m2 Chương đề cập đến nhà trạm Hub Hà Nội Với diện tích 72m2 tại, tồn phần nhà trạm đủ để xếp 03 buồng, có buồng chứa thiết bị, buồng khai thác vận hành Máy phát điện có chỗ đặt riêng Hiện trạm Hub đảm bảo 03 buồng đặt thiết bị buồng thiết bị vệ tinh (cao tần băng sở), buồng giao tiếp mạng buồng quản lý - 101 khai thác vận hành Chưa kể đến khả phát triển mạng khó khăn thiếu diện tích làm bãi đặt ăng ten Theo tham khảo kinh nghiệm triển khai hệ thống tương tự, diện tích cần thiết cho phần nhà trạm 155m2, có 04 buồng đặt thiết bị vật tư, buồng trực vận hành, buồng họp trao đổi buồng nghỉ tạm cho nhân viên trước/sau ca trực Để có điều kiện thuận lợi cho vận hành khai thác hệ thống đáp ứng yêu cầu thông tin phục vụ huy đạo tác chiến nghiệp vụ, trạm Hub Hà Nội cần bổ sung thêm 03 buồng: - Buồng thiết bị, vật tư, linh phụ kiện thay thế, dự phòng; - Buồng nghỉ tạm cho nhân viên; - Buồng họp Đồng thời chia đôi buồng đặt UPS + hệ thống phân phối điện + thiết bị giao tiếp mạng thành hai phần riêng rẽ để tránh ảnh hưởng hóa lý từ ắc quy dự phòng UPS đến thiết bị điện tử xác: - Buồng phân phối điện UPS; - Buồng giao tiếp mạng Do toàn trạm Hub đặt tầng tòa nhà tầng trụ sở chung nhiều đơn vị khác nhau, diện tích lượng buồng làm việc cố định nhu cầu sử dụng ngày gia tăng, nên dù có ý kiến xin thêm buồng làm việc song đơn vị chủ quản chưa thể bổ sung cho trạm Hub 4.3.2 Thay đổi hệ thống điều hòa làm mát Việc bố trí hệ thống điều hịa chưa hợp lý: Tồn trạm Hub sử dụng 06 điều hòa cây, đạt 24.000Btu/h Buồng giao tiếp mạng buồng khai thác vận hành buồng có 01 máy điều hịa đạt yêu cầu buồng cao tần có 04 máy điều hịa cây, nhiên, có máy chạy, máy cịn lại dự phòng, máy chạy thay đổi luân phiên Khi có nhân viên làm việc buồng cao tần, thường phải chạy lúc 03 máy điều hòa mức làm mát tối đa 160C - 102 - Hình 4.1: Chạy đồng thời 03 máy điều hịa buồng cao tần Thơng thường, thiết bị trạm Hub hãng cung cấp có thơng số, tiêu nhiệt - điện kèm Thiết bị trạm Hub bao gồm: - Thiết bị phần cao tần (nâng/ hạ tần, khuếch đại công suất, LNB, điều khiển ăng ten) - Thiết bị trung tần băng sở (điều chế, server quản lý mạng, ) - Thiết bị giao tiếp mạng (router, switch, chuyển đổi quang-điện, SIP server, chuyển đổi báo hiệu, ghép kênh quang ) - Thiết bị đầu cuối vận hành khai thác (PCs, máy chiếu, projector, hình LCD ) - Thiết bị cấp, phân phối nguồn (máy nổ, bảng phân phối điện, UPS) - Thiết bị chiếu sáng - Thiết bị hút lọc gió (quạt hút/thổi gió, máy hút ẩm) - Thiết bị điều hịa khơng khí Phần thiết bị trung tần băng sở điển hình có tổng cơng suất tiêu thụ điện trung bình ước tính 2kW, tối đa 8W nhiệt tỏa khoảng 5500Btu/h Xem bảng 4.9 Dự phịng khác dự phịng làm lạnh có tính đến điều kiện buồng bị mặt trời chiếu sáng trực tiếp, vách ngăn giữ nhiệt kém, dự phòng cho việc lắp đặt thêm thiết bị tương lai Thông thường cơng suất tiêu thụ thiết bị tính W, kW Để chuyển sang Btu/h sử dụng công thức sau: BTU/giờ = Watt x 3.41 (hoặc Watt = BTU/giờ x 0.293) (3.16.2) - 103 Đối với buồng giao tiếp mạng có 01 rack thiết bị tương đương rack thiết bị trung tần-băng sở, có cơng suất tiêu thụ điện 2kW, công suất tỏa nhiệt 6800Btu/h Bảng 4.9: Thống kê công suất tiêu thụ, công suất tỏa nhiệt thiết bị trung tần băng sở Buồng vận hành khai thác rộng 30m2 có 10 máy tính để bàn, 04 hình LCD 40 inch, thiết bị truyền hình hội nghị, thiết bị ghi lưu trữ trung bình 04 cán trực đồng thời, tổng công suất tiêu thụ 6kW, công suất tỏa nhiệt 20.000Btu/h Tổng công suất tiêu thụ thiết bị thông tin-viễn thông: W= 2+5+2+6 =15kW (3.17.1) Tổng công suất tỏa nhiệt thiết bị là: HG=5.500+16.000+6.800+20.000=48.300Btu/h (3.16.4) Tổng công suất làm lạnh hệ thống điều hịa tồn trạm Hub cần đảm bảo tối thiểu (chưa tính đến dự phòng yếu tố khác): 48.300*1,3 = 62.790Btu/h (3.16.5) Nếu tính dự phịng 30% cho phát triển tương lai tổng cơng suất làm mát u cầu là: 67.990*130% = 88.387Btu/h (3.16.6) - 104 Công suất tiêu thụ hệ điều hòa (lựa chọn dùng máy điều hịa dạng cơng suất 24.000Btu, cơng suất tiêu thụ điện 1,75kW): roundup( 88.387/24.000, 0)*1,75=7kW (3.17.2) Công suất tiêu thụ hệ thống chiếu sáng khoảng 2kW với tổng diện tích mặt 155m2 Tổng cơng suất tiêu thụ điện trạm Hub tính: 15+7+2=24kW (3.17) Kết tính tốn hệ phụ trợ xem bảng 4.10 TT Nội dung Công suất tiêu thụ Công suất tỏa nhiệt Buồng cao tần + băng sở 7kW 21.500 Btu/h Buồng quản lý vận hành 6kW 20.000 Btu/h Buồng giao tiếp mạng 2kW 6.800 Btu/h Chiếu sáng + Điều hịa 9kW Tổng cơng suất tiêu thụ điện Tổng cơng suất điều hịa làm mát 24kW 88.387 Btu/h Bảng 4.10: Kết tính tốn hệ cấp nguồn điều hòa làm mát trạm Hub Như vậy, theo tính tốn với thiết bị có trạm Hub, công suất tiêu thụ điện 24kW tổng cơng suất điều hịa làm mát 88.387 Btu/h Tồn trạm Hub sử dụng 06 điều hịa cây, đạt 24.000Btu/h Buồng giao tiếp mạng buồng khai thác vận hành buồng có 01 máy điều hịa Buồng cao tần có 04 máy điều hịa cây, nhiên, có máy chạy, máy lại dự phòng, máy chạy thay đổi luân phiên Khi có nhân viên làm việc buồng cao tần thường phải sử dụng đến 03 máy điều hịa lúc ngồi trời khoảng 30 độ C Các phân tích tính tốn cho thấy: tổng công suất làm mát máy điều hòa trạm Hub lên đến x 24.000 = 144.000 Btu/h song thực tế hoạt động mức 120.000 Btu/h Riêng buồng cao tần băng sở sử dụng công suất làm mát 72.000Btu/h Không thế, buồng cao tần, điều hịa ln phải chạy hết công suất (làm lạnh nhiệt độ thấp 160C), luân phiên thay đổi để tránh trường hợp hỏng hóc hoạt động lâu với mức công suất làm lạnh tối đa Trong đó, sử dụng quạt hút gió để đưa thẳng khí nóng từ phía sau khuếch đại cơng suất ngồi buồng đặt thiết bị cơng suất tỏa nhiệt thiết bị buồng cao tần băng sở 21.500Btu/h, “giải nhiệt” điều hòa loại sử dụng - 105 Việc bố trí máy điều hịa làm mát lãng phí, tiêu tốn điện có nguy xảy trục trặc cao Giải pháp cần áp dụng sớm tốt lắp đặt thêm đường ống hút đưa khí nóng từ phía sau khuếch đại cao tần khỏi buồng chứa thay tăng số lượng cơng suất làm mát để làm mát khí nóng tỏa từ khuếch đại Bằng cách này, việc sử dụng 01 điều hòa buồng cao tần băng sở hồn tồn có thể, vừa tiết kiệm điện tiêu thụ, vừa tăng hiệu làm mát hệ thống, lại giảm số lượng máy điều hịa sử dụng Các máy chưa dùng điều chuyển sang phận khác phục vụ công tác thường xun Hình 4.2: Ảnh chụp phía sau khuếch đại công suất, rack cao tần 4.3.3 Xây dựng hệ quy trình khai thác vận hành Quy trình dược xây dựng với mục đích chuẩn hóa cơng việc có tính ổn định cao, thay đổi nội dung, không nhiều biến động kết cần đạt cách thức thực Do vậy, quy trình thường nhiều đơn vị điều hành, khai thác, sản xuất ý xây dựng áp dụng Đối với đơn vị hoạt động kinh doanh, quy trình phổ biến tính bất định cao hoạt động doanh nghiệp, có thường tập trung vào quy trình liên quan đến thủ tục tài Việc xây dựng ban hành quy trình nhằm đảm bảo hạn chế tối thiểu sai hỏng thao tác gây trình khai thác vận hành Đồng thời quy trình tạo hành lang đảm bảo trách nhiệm cá nhân tham gia quản lý điều hành hệ thống Quy trình đảm bảo trì đồng cần thiết - 106 hoạt động nhiều cá nhân, nhiều thành phần khác công việc, hệ thống với mục đích Xây dựng quy trình nội dung có tính ứng dụng cao thực tế Tuy nhiên, để xây dựng hệ thống quy trình hồn chỉnh cho mạng thơng tin vệ tinh Bộ Cơng an cần có sử đầu tư thích đáng kiến thức, kinh nghiệm thực tế, thời gian, nhân lực tài Đổi lại ổn định, an toàn sẵn sàng cao, khả sửa chữa phục hồi nhanh hệ thống sau gặp lỗi Việc xây dựng quy trình khai thác vận hành cho mạng thông tin ngành công an cần thiết không nên để chậm trễ thêm Về bản, hệ thống quy trình khai thác vận hành mạng thông tin vệ tinh ngành công an bao gồm: Quy trình quản lý nhà trạm Quy trình vận hành, khai thác trạm đầu cuối thoại cố định Quy trình vận hành, khai thác trạm đầu cuối thoại động Quy trình vận hành, khai thác trạm đầu cuối cố định có truyền hình Quy trình vận hành, khai thác trạm đầu cuối động có truyền hình Quy trình vận hành, khai thác xe thơng tin vệ tinh Quy trình khai thác vận hành trạm Hub có nội dung sau - Quy trình khai vận hành hệ thống nguồn hệ phụ trợ - Quy trình khai thác vận hành ăng ten - Quy trình khai thác vận hành hệ cao tần băng sở - Quy trình khai thác vận hành hệ giao tiếp mạng - Quy trình khai thác dịch vụ truyền ảnh - Quy trình khai thác dịch vụ hội nghị truyền hình - Quy trình khai thác hệ thống thoại IP - Quy trình báo cáo, thực nhiệm vụ, xử lý xảy cố - Quy trình phối hợp vận hành với đơn vị ngành Cho đến nay, số quy trình xây dựng quy trình số 2, 3, 4, 5, quy trình bật tắt hệ thống thiết bị trạm Hub song chưa đầy đủ, thiếu đồng bộ, nhiều điểm chưa thống nội dung, hình thức lẫn kiến thức chun mơn Đặc biệt Quy trình báo cáo, thực nhiệm vụ, xử lý xảy cố Quy trình phối hợp vận hành với đơn vị ngồi ngành chưa có, làm theo kinh nghiệm, gây chồng chéo, khó kiểm sốt, hiệu cơng tác khơng cao - 107 4.3.4 Các giải pháp bổ sung khác Về mặt quản lý: bất cập thiết bị khắc phục phần nhờ tinh nhuệ lực lượng vận hành hệ thống Trong hầu hết tình huống, trừ có mưa lớn, nhân viên khai thác thành thạo điều chỉnh thơng số trạm (tăng công suất phát, giảm bước tốc độ luồng tin đầu vào thông qua việc điều chỉnh hệ số nén, điều chỉnh hệ số điều chế mã hóa hợp lý) để kết nối lưới đạt yêu cầu chất lượng Để thực giải pháp cần ý đến công tác phát triển cán bộ: đào tạo chu đáo cán vận hành khai thác; trang bị kiến thức thông tin vệ tinh chuyên sâu hệ thống sử dụng; phát nhân tố có tiềm để tập trung đào tạo, phát triển, bổ nhiệm chức vụ cán kỹ thuật chủ chốt; phân cơng hợp lý nhân tố để nghiên cứu có hiểu biết chuyên sâu thành phần hệ thống (cao tần, băng sở, giao tiếp mạng, nguồn điện hệ phụ trợ, VoIP, M&C ) từ tăng cường hiệu trao đổi học tập lẫn nhau, đẩy nhanh tiến trình nắm bắt Bên cạnh đó, cần nghiêm túc thực việc xây dựng hệ quy trình khai thác vận hành để hỗ trợ công việc hàng ngày đồng thời tạo điều kiện để nhân viên dễ dàng tiếp cận hệ thống Về mặt định hướng đạo: việc định hướng đạo thiết phải cân nhắc khả công nghệ nhu cầu thông tin liên lạc Trong trường hợp trạm kết nối mạng lưới, xác định yêu cầu liên lạc trực tiếp xe thông tin động với với VSAT có truyền hình khơng thể thay thế, cần có định hướng rõ cơng tác phối hợp với đơn vị điều hành vệ tinh, xác định nguồn kinh phí nâng cao hiệu hệ thống, sớm xây dựng phê duyệt đưa vào sử dụng quy trình khai thác, quản lý, vận hành mạng thông tin vệ tinh ngành công an đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho công tác phát triển cán bộ, lựa chọn, cất nhắc cán có lực chun mơn tốt vào vị trí tham mưu, huy lĩnh vực chuyên ngành - 108 - KẾT LUẬN, ĐÓNG GÓP MỚI, ĐỀ XUẤT Nâng cao hiệu hệ thống thơng tin vệ tinh ngành cơng an có vai trò quan trọng hàng đầu sau triển khai mạng Việc nâng cao hiệu dựa sở hoạt động thực tế hệ thống tính tốn lý thuyết, sau kiểm nghiệm thiết bị trước áp dụng để phục vụ công tác Trên sở tồn bộc lộ trình khai thác vận hành, luận văn phân tích xác định nguyên nhân, từ đề xuất giải pháp nâng cao hiệu mạng Luận văn phân tích chi tiết tính khả thi giải pháp, rõ ưu nhược điểm làm đề xuất áp dụng giải pháp hiệu Với thời gian 02 năm kể từ tháng năm 2010 mạng thơng tin ngành cơng an thức thơng luồng kỹ thuật, giải pháp đề xuất luận văn có thời gian đưa vào thực tế để kiểm nghiệm, đánh giá, có kết Các đóng góp luận văn cụ thể là: Trên sở tượng thực tế xảy trình khai thác hệ thống, phân tích, tính tốn chun môn để nhận biết rõ nguyên nhân tồn chất lượng mạng lưới từ đề xuất giải pháp khắc phục, nâng cao hiệu mạng thông tin vệ tinh ngành cơng an Nêu, phân tích khoa học, kiểm nghiệm đưa vào áp dụng thực tế giải pháp nâng cao chất lượng kết nối mạng hình lưới thơng qua điều chỉnh tổng hợp nhiều yếu tố: nén tín hiệu đầu vào, hệ số mã sửa lỗi, phương thức điều chế tuyến thông tin đồng thời hai phía thu phát, kết hợp với điều chỉnh cơng suất phát Nêu, phân tích khoa học đánh giá chi tiết hiệu kinh tế việc tiết giảm chi phí th băng thơng vệ tinh đề xuất giải pháp giảm băng thông mạng thông tin vệ tinh ngành công an sử dụng thông qua điều chỉnh thơng số tuyến mạng hình đảm bảo chất lượng thông tin theo yêu cầu Nêu, phân tích khoa học số tồn công tác vận hành trạm Hub Hà Nội như: bố trí nhà trạm, hệ thống điều hịa làm mát khí, hệ thống quy trình khai thác; có đánh giá hiệu hoạt động, sở đề xuất phương án khắc phục Một số giải pháp kỹ thuật áp dụng có hiệu công tác thường xuyên, số chưa quan tâm mức dù chưa có phương án thay Trở ngại việc thực giải pháp nâng cao hiệu mạng không nằm vấn đề chuyên môn hay trình độ, kiến - 109 thức, kinh nghiệm đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật tham gia quản lý, vận hành khai thác hệ thống Quy trình khai thác vận hành hệ thống mạng gần chưa quan tâm đạo xây dựng Việc chậm tháo gỡ tồn bộc lộ trình triển khai, xây dựng mạng thơng tin vệ tinh gây sai sót khơng thể sửa chữa, sửa chữa với giá đắt, lâu dài không tác động đến hoạt động hệ thống thiết bị mà người, chí ảnh hưởng đến giai đoạn dài đường phát triển chung lĩnh vực thông tin liên lạc ngành công an - 110 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Quang Hiệu, Lê Anh Dũng (1999), “Một phương pháp tính tốn để thiết kế trạm mặt đất mạng thơng tin vệ tinh VSAT”, Tạp chí Bưu viễn thông [2] Thái Hồng Nhị (2008), Hệ thống thông tin vệ tinh tập 2, NXB Bưu điện, Hà Nội [3] Dennis Roddy (2001), Satellite Communications 3rd Edition, McGrawHill, United State of America [4] Dirk Breynaert, Maximilien d’Oreye de Lantremange (2005), “Analysis of the bandwidth eifficiency of DVB-S2 in a typical data distribution network”, Newtec CCBN2005, Beijing [5] Gérard Maral, (2003), VSAT Network 2rd Edition, John Wiley & Sons, England [6] Tri T Ha (1990), Digital Satellite Communications 2nd Edition, McGraw-Hill, Singapore