Nghiên cứu cơ chế truyền thông và xây dựng công cụ phân tích, xử lý số liệu internet trên thông tin trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHAN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TRUYỀN THÔNG VÀ XÂY DỰNG CƠNG CỤ PHÂN TÍCH, XỬ LÝ SỐ LIỆU INTERNET TRÊN THÔNG TIN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHAN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TRUYỀN THƠNG VÀ XÂY DỰNG CƠNG CỤ PHÂN TÍCH, XỬ LÝ SỐ LIỆU INTERNET TRÊN THÔNG TIN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số: 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Tam Hà Nội - 2012 -1MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục thuật ngữ viết tắt Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH 1.1 Giới thiệu chung TTLL vệ tinh địa tĩnh 1.1.1 Đặc điểm thông tin vệ tinh địa tĩnh 1.1.2 Cấu trúc tổng quát hệ thống truyền tin vệ tinh 1.1.3 Nguyên lý thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh 1.1.4 Phân bố tần số cho hệ thống TTLLVT 1.2 Truyền tín hiệu số kênh truyền vệ tinh 1.2.1 Kênh truyền thông tin vệ tinh 1.2.1.1 Mơ hình kênh truyền 1.2.1.2 Đặc tính kỹ thuật kênh truyền 1.2.2 Truyền tín hiệu số 1.2.3 Ghép kênh TDM 1.2.3.1 Ghép kênh TDM đồng 1.2.3.2 Khung (Frames) 1.2.3.3 Kỹ thuật chuyển dịch luân phiên (Interleaving) 1.2.3.4 Bit đồng khung (Framing bits) 1.2.3.5 Ghép kênh phân thời không đồng 1.2.3.6 Ghép kênh đảo (Invert Multiplexing) 1.2.4 Mã hóa kênh truyền 1.2.4.1 Tổng quan 1.2.4.2 Mã xoắn (Convulotion Code) 1.2.4.3 Mã khối 1.2.4.4 Mã Reed-Solomon 1.2.5 Điều chế số 1.2.5.1 Tổng quan 1.2.5.2 Điều chế pha hai mức (BPSK) 1.2.5.3 Điều chế pha bốn mức (QPSK) 1.2.5.4 Điều chế pha mức (8-PSK) 1.2.5.5 Điều chế biên độ cầu phương, QAM 16 Chƣơng ĐA TRUY NHẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 2.1 Tổng quan -22.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 2.2.1 Tổng quan 2.2.2 Các mơ hình truyền tín hiệu đa truy nhập FDMA 2.2.3 Nhận xét chung 2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 2.3.1 Tổng quan 2.3.2 Tạo lập burst 2.3.3 Cấu trúc khung 2.3.4 Thu burst 2.3.5 Đồng hệ thống thông tin vệ tinh TDMA 2.3.6 Nhận xét chung 2.4 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 2.4.1 Tổng quan 2.4.2 Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp (DS-CDMA) 2.4.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH-CDMA) 2.4.4 Tạo mã đa truy nhập CDMA 2.4.5 Đồng đa truy nhập CDMA 2.4.6 Nhận xét chung đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Chƣơng CHƢƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 3.1 Phân tích cấu trúc liệu Internet thông tin liên lạc vệ tinh 3.1.1 Đặc thù số liệu đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh 3.1.2 Tổng quan mơ hình truyền liệu Internet 3.1.3 Chức cấu trúc giao thức truyền mơ hình TCP/IP 3.1.3.1 Tầng giao tiếp mạng (Network access Layer) 3.1.3.1.2 Chuẩn HDLC (Hyper Data Link Control) 3.1.3.1.3 Chuẩn PPP (Point To Point) 3.1.3.2 Tầng mạng (Network Layer) 3.1.3.2.1 Giới thiệu chung IP 3.1.3.2.2 Cấu trúc giao thức IPv4 3.1.3.3 Tầng giao vận (Transport Layer) 3.1.3.3.1 Cấu trúc giao thức TCP 3.1.3.3.2 Cấu trúc giao thức UDP 3.1.3.4 Tầng ứng dụng (Application Layer) 3.2 Chƣơng trình ứng dụng -33.2.1 Yêu cầu chương trình 3.2.2 Quy trình ứng dụng 3.2.3 Giao diện chương trình 3.2.4 Kết thử nghiệm KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC -6- Chữ viết tắt A/D An BER Bi BPSK Bi BPF Ba C/N Ca CDMA Co DEMUX De FDMA Fr Ac FM Fr GSM Gl Co HDLC Hy IF In LNA Lo MUX M NRZ No PCM Pu PSK Ph PPP Po QAM QPSK Qu M Qu -7- RF Tần số vô tuyến RS Mã Reed-Solomon SCPC Một kênh đơn sóng mang TCP Giao thức TCP TCP/IP Mơ hình TCP/IP TDM Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian UDP UHF UW VHF VSAT 8PSK Giao thức UDP Tần số cực cao Từ Tần số cao Đầu cuối có độ mở nhỏ Điều chế pha mức -8Hình Danh mục hình vẽ Nội dung Trang 1-1 14 1-2 16 1-3 17 1-4 18 1-5 20 1-6.a, b 20, 21 1-7 21 1-8 1-9 1-10 1-11 1-12 1-13 1-14 1-15 1-16 1-17 1-18 1-19 1-20 1-21 1-22a,b, c Đồ thị chòm - Điều chế - Giải điều chế tín hiệu BPSK 22 22 23 23 24 24 25 27 27 29 29 30 31 31 32 -9- 1-23 Điều chế, giải điều chế BPSK với tín hiệu thực 32 1-24a,b Sơ đồ khối chức phát, thu điều chế QPSK 33, 34 1-25 Điều chế, giải điều chế QPSK với tín hiệu thực 34 126a,b,c Sơ đồ khối phát, phân bố tín hiệu, thu điều chế 8PSK 34, 35, 36 Điều chế, giải điều chế 8PSK với tín hiệu thực 36 Sơ đồ khối điều chế, giải điều chế QAM 37 1-27 1-28a,b 1-29 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10 2-11 2-12 2-13 3-1 Giản đồ pha, điều chế (giải điều chế) QAM16 với tín hiệu 38 thực Đa truy nhập phân chia theo tần số 39 Mơ hình đa truy nhập phân chia theo tần số 40 Mơ hình thác nước với tín hiệu thực vệ tinh 40 Mô tả dạng truyền theo đa truy nhập phân chia theo 41 tần số từ trạm mặt đất đến vệ tinh Mô tả hoạt động mạng TTVT hoạt động theo 43 nguyên lý TDMA Khung đa truy nhập phân chia theo thời gian( TDMA) 44 Mơ hình thác nước với tín hiệu thực vệ tinh 44 (TDMA) Mơ tả q trình tạo lập burst 44 Mơ tả ngun lý hoạt động hệ thống DS-CDMA 47 thông tin vệ tinh Mô tả sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống truyền dẫn đa truy nhập phân chia theo mã, ứng dụng kỹ thuật 48 nhảy tần (FH-CDMA) Mô tả nguyên lý tạo chuỗi mã giả ngẫu nhiên 48 Mô tả nguyên lý thu nhận chuỗi mã hệ thống DSCDMA Nguyên lý hoạt động trình bám mã Số liệu trung thực đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh(chu 49 50 51 -10kỳ 256 bit) 3-2 Ví dụ nhồi gỡ nhồi bit 52 3-3 Mơ hình lớp TCP/IP mơ hình 52 3-4 OSI Bộ giao thức mơ hình TCP/IP 53 3-5 Cấu trúc khung HDLC OSI 54 3-6 Cấu trúc khung HDLC 56 3-7 Cisco Cấu trúc khung PPP 57 3-8 Số liệu phân tích thực tế cấu trúc chuẩn 58 3-9 PPP Cấu trúc khung Ethernet II 58 3-10 Phân tích số liệu thực khung Ethernet II 59 3-11 Cấu trúc khung Ethernet II khung HDLC 59 Phân tích số liệu thực khung Ethernet II khung HDLC Cấu hình mạng Frame Relay 60 61 3-15 Luồng số Frame Relay thực đăng ký TTLL vệ tinh Cắt luồng số liệu theo cờ 7E (dạng 3-16 hexa) Kết thực xóa bit nhồi 62 3-17 Kết phân tích xác định giá trị 63 3-18 khung Cấu trúc header Ipv4 68 3-19 Cấu trúc header giao thức TCP 70 72 3-21 Phân tích, xác định dịch vụ mail (POP3) tầng ứng dụng Cấu trúc header giao thức UDP 3-22 Cấu trúc header giao thức RTP 73 3-12 3-13 3-14 3-20 3-23 3-24 Phân tích số liệu thực tế chuẩn thoại G.729 giao thức RTP Mơ hình thu, phân tích xử lý số liệu Internet vệ tinh 60 61 72 73 74 -76- Cắt bỏ cờ, gỡ bit nhồi, cắt toàn header khung; Xác định gói IP4, kích thước header kích thước gói IP, tìm địa đích, địa nguồn gói IP; Xác định giao thức TCP, UDP tầng giao vận, cắt bỏ header IP, header TCP header UDP Xác định loại dịch vụ gói số liệu đóng khung liệu file thu được, xử lý theo giao thức để lấy số liệu mang thơng tin; Tìm tất gói số liệu dịch vụ, phiên làm việc để ghép lại với theo thứ tự mà bên phát phát - Kết đầu chương trình xử lý ta thu file thông tin: html; doc; pdf; gif; mpeg; eml; xls; mp3; g729; Hình 3-26: Lưu đồ thuật toán xử lý số liệu Internet vệ tinh -77- Hình 3-27: Lưu đồ thuật tốn xử lý số liệu Internet vệ tinh với dạng HTTP 3.2.3 Giao diện chương trình -78- Hình 3-28: Giao diện phân tích, xử lý chương trình ứng dụng 3.2.4 Kết thử nghiệm Với cấu hình thu thực tế quan chúng tôi, tiến hành thử nghiệm công cụ với số liệu 05 vệ tinh địa tĩnh (Sinosat – 110.5 0E, Apstar 2R – 76.50E, Vinasat – 1320E, AsiaSat – 122.20E, Intelsat 906 – 64.20E) với bước sau: Bước 1: Tiến hành đặt tham số kỹ thuật (Tần số, Tốc độ truyền) cho hai trang thiết bị (qua máy tính (có card xử lý số) modem) với dạng giải điều chế, giải mã đường truyền giải xáo trộn (nếu có) Bước 2: Đăng ký số liệu với dung lượng tùy ý, nhỏ 50 Mb Bước 3: Dùng chương trình tiến hành phân tích với số liệu đăng ký Kết quả: Nhận chuẩn giao thức truyền mức giao tiếp mạng: PPP, HDLC, FrameRelay, Ethernet II; giao thức tầng mạng: IPv4; giao thức tầng giao vận: TCP, UDP; giao thức tầng ứng dụng: HTTP Thể giao thức theo mơ hình TCP/IP, với định dạng khung giao thức tầng -79Tách thể phần liệu (dạng Hexa Ascii) với lớp giao thức truyền Bước 4: Dùng chương trình tiến hành xử lý số liệu đăng ký Kết là: Xử lý dạng số liệu đăng ký thông tin liên lạc vệ tinh Cho phép lựa chọn lọc định dạng file theo mục đích Trên giao diện xử lý, trình xử lý thể giao thức truyền theo mơ hình TCP/IP Thể file xử lý với thông tin: tên file, giao thức tầng ứng dụng, kích thước, thời gian tạo, địa IP gửi, địa IP nhận Thống kê số lượng file xử lý theo: Documents (*.doc, *.docx, *.html, *.pdf, *.xls, *.xlsx, *.ppt, *.pptx), Emails (*.eml), Images (*.png, *.jpeg, *.gif, *.bmp), Lotus (*.nsf), Audio (*.g729), Video (*.avi, *.flv, *.mp3), Summary Kết chi tiết trình bày phụ lục: - Phụ lục 1: Hình ảnh kết phân tích luồng số liệu đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh - Phụ lục 2: Hình ảnh kết xử lý luồng số liệu đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh -80KẾT LUẬN  Kết đạt đƣợc Mục tiêu luận văn: Tìm hiểu chế truyền thông thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh, nguyên cứu số liệu, giao thức truyền thông tin liên lạc vệ tinh ứng dụng vào xây dựng cơng cụ phân tích, xử lý số liệu đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh Kết luận văn đạt được: Sau thời gian nghiên cứu thực luận văn “Nghiên cứu chế truyền thông xây dựng cơng cụ phân tích, xử lý số liệu Internet thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh” đạt số kết sau: - Nghiên cứu đặc điểm, tổng quan chung thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh Nghiên cứu nội dung liên quan đến nguyên lý truyền thông qua thông tin liên lạc vệ tinh: Kênh truyền, chế đa truy nhập thông tin liên lạc vệ tinh Nghiên cứu số liệu, giao thức truyền thông tin vệ tinh địa tĩnh Tiến hành phân tích với số liệu đăng ký Xây dựng cơng cụ phân tích xử lý số liệu Internet vệ tinh địa tĩnh với chuẩn giao thức truyền từ mức giao tiếp mạng: HDLC, PPP, FrameRelay, Ethernet II Do thời gian làm luận văn có hạn chế lĩnh vực cơng nghệ nên q trình trình bày luận văn khơng tránh khỏi sai sót Kính mong thầy đóng góp ý kiến để luận văn hồn thiện  Hƣớng phát triển Từ nghiên cứu thời gian làm luận văn, tơi xin có số đề xuất hướng phát triển sau:  Nghiên cứu rộng kiểu đa truy nhập khác thông tin liên lạc vệ tinh  Nghiên cứu mở rộng với nhiều giao thức truyền khác, mức giao tiếp mạng như: ATM, X.25, ODLC, …  Sử dụng mã nguồn mở Wireshark, nghiên cứu tích hợp cơng cụ phân tích, xử lý vào chương trình Wireshark -81TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Thái Hồng Nhị (2008); Hệ thống thông tin vệ tinh; Nhà xuất Bưu điện; tr 9, 123-136 [2].Biên dịch: KS Nguyễn Đình Lương; Hiệu định: PGS.TS Phạm Văn Đương (1997); Cơng nghệ thông tin vệ tinh; Nhà XB Khoa học Kỹ thuật [3] Biên dịch, Hiệu đính: TS Nguyễn Quốc Bình (2003); Các hệ thống thơng tin trình bày thông qua sử dụng Matlab; Học viện kỹ thuật quân [4] Hồ Văn Quân, Lý Thuyết Thông Tin, Khoa CNTT, Đại học Bách Khoa TP.HCM Tiếng Anh [5] G Maral & M Bousquet (2009); Satellite Communications System; 5th Edition; John Wiley & Son Ltd, New York; [6] Walter L.Morgan & Gary D.Gordon (1989), Communication Satellite Handbook, Wiley Interscience Publication, New York [7] Jonh G.Proakis & Masoud Salehi (2002); Communication System Engineering; Prentice Hall [8] Nesrine Chaher, Chadi Barakat, Walid Dabbous, Eitan Altman (1998), Improving TCP/IP over Geostationary Satellite Links, INRIA - France [9] Radcom Ltd (1999); A comprehensive review of data and telecommunications protocols and technologies for network managers and field service engineers; Second Edition: July 1999 [10] Drew Heywood & Rob Scrimger (1997); Networking with Microsoft TCP/IP, Certified Administrator’s Resource Edition -82PHỤ LỤC Phụ lục 1: Hình ảnh kết phân tích luồng số liệu đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh Phụ lục 2: Hình ảnh kết xử lý luồng số liệu đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh -83Phụ lục   Phân tích số liệu HDLC Hình 4-1: Phân tích số liệu với giao thức truyền HDLC Phân tích số liệu PPP Hình 4-2: Phân tích số liệu với giao thức truyền PPP -84-   Phân tích số liệu ETHERNET Hình 4-3: Phân tích số liệu với giao thức truyền ETHERNET Phân tích số liệu FrameRelay Hình 4-4: Phân tích số liệu kênh số 11 dạng truyền FrameRelay đa khung -85- Hình 4-5: Phân tích số liệu kênh số 07 dạng truyền FrameRelay đa khung Hình 4-6: Phân tích số liệu kênh số 07 dạng truyền FrameRelay đơn khung -86Phụ lục   Kết xử lý số liệu HDLC Hình 4-7: Kết xử lý số liệu giao thức truyền HDLC Kết xử lý số liệu PPP Hình 4-8: Kết xử lý số liệu giao thức truyền PPP -87-   Kết xử lý số liệu ETHERNET Hình 4-9: Kết xử lý số liệu giao thức truyền ETHERNET Kết xử lý số liệu FrameRelay Hình 4-10: Kết xử lý số liệu giao thức truyền FrameRelay -88-  Kết file xử lý Hình 4-11: Xử lý dịch vụ email (POP3, SMTP, IMAP …) Hình 4-12: Xử lý ảnh (*.jpg, *.gif, *.bmp, *.png, …) -89- Hình 4-13: Xử lý dịch vụ thoại (*.g729) Hình 4-14: Xử lý tài liệu (*.html, *.doc, *.xls, *.pdf, …) ... cụ phân tích giao thức truyền, xử lý số liệu Internet thơng tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh Vì lựa chọn ? ?Nghiên cứu chế truyền thông xây dựng cơng cụ phân tích, xử lý số liệu Internet thông tin liên. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHAN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TRUYỀN THÔNG VÀ XÂY DỰNG CƠNG CỤ PHÂN TÍCH, XỬ LÝ SỐ LIỆU INTERNET TRÊN THÔNG TIN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên... xử lý số liệu đăng ký thông tin liên lạc vệ tinh) -14Chƣơng TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH 1.1 Giới thiệu chung TTLL vệ tinh địa tĩnh 1.1.1 Đặc điểm thơng tin vệ tinh địa tĩnh