a) Anten và khối thiết bị cao tần
Anten và khối thu phát cao tần của trạm Hub sử dụng chung anten và thiết bị
cao tần của trạm NOC với chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản:
¾ Đối với anten băng C:
Kích thước anten: 11 mét
Phân cực sóng: cả phân cực đứng/ngang cho 2 hướng
Tần số sóng mang: Phát: 6.425-6.725 GHz; Thu: 3.4-3.7 GHz Tăng ích anten: Phát: 55.7 dB Thu: 51.9 dB Hệ số G/T: 33 dB/K Công suất (SSPA): 350 W Suy hao ống dẫn sóng: 2.5 dB
69
Tần sốđầu vào: 950-1750 MHz (băng tần L)
¾ Đối với anten băng Ku:
Kích thước anten: 9 mét
Phân cực sóng: Lên: phân cực đứng; Xuống: phân cực ngang
Tần số sóng mang: Phát: 13.75-14.5 GHz (đứng); Thu: 10.95-11.7 GHz (ngang) Tăng ích anten: Phát: 60 dB; Thu: 58.5 dB Hệ số G/T: 34 dB/K Công suất (TWTA): 750 W Suy hao ống dẫn sóng: 8.5 dB Tần sốđầu vào: 950-1750 MHz (băng tần L)
b) Các thành phần chính bên trong trạm Hub
Hình 2.6 mô tả cấu trúc bên trong trạm Hub, bao gồm 04 phân hệ mạng (NS). Mỗi phân hệ đóng vai trò như một mạng con, quản lý một tập hợp các hệ
thống con bao gồm: Phân hệ con hướng đến (OBSS); Phân hệ con hướng đi (IBSS); Phân hệ con ứng dụng (AppSS); Các trạm VSAT.
70
Sau đây chúng ta sẽ xem xét kỹ các khối chức năng này:
Hình 2.7: Cấu trúc một phân hệ mạng
Phân hệ con hướng đến (IBSS): Theo sơ đồ trên phân hệ con hướng đến có chức năng giải điều chế, mã hoá lưu lượng tới từ hướng đến và sau đó gửi chúng tới phân hệứng dụng. Cụ thể, IBSS đảm nhiệm:
Nhận và giải điều chế các cụm bit hướng từ VSAT đến HUB.
Phân bổ các khe thời gian cho các trạm VSAT.
Sắp xếp lại thứ tự các cụm dữ liệu, đóng gói lại các gói tin theo định dạng mới và chuyển chúng tới khối DPS.
Phân bổ tài nguyên băng tần vệ tinh.
IBSS bao gồm các khối chức năng và số lượng sau:
Bộ thu đa sóng mang (MCR), có 12 MCR trên một HSP, 32 MCR trong
một phân hệ mạng (NS) và tổng cộng 128 MCR trong mạng.
Server xử lý kết nối vệ tinh (HSP), có 08 khối HSP trong một phân hệ
mạng và 10 HSP trong 1 mạng VSAT.
¾ Bộ thu đa sóng mang (MCR): là 1 thành phần của IBSS, có nhiệm vụ:
Thu nhận các tín hiệu RF (băng L) hướng đến từ bộ thu cao tần.
Giải điều chế tín hiệu RF.
71
Điều chế QPSK và 8PSK. Có 5 phương thức điều chế cho QPSK và 4 phương thức điều chế cho 8PSK.
Quản lý, điều khiển thông qua màn hình LCD từ hệ thống quản lý mạng. MCR hoạt động với 02 chếđộ:
Chế độ đa sóng mang - Chế độ bình thường: hỗ trợ các kênh đa sóng mang có tốc độ 156Ksps.
Chếđộ đơn sóng mang – Chếđộ cực đại: hỗ trợđơn kênh với các tốc độ
1536Ksps, 2048Ksps hay 2560Ksps.
Hình 2.8: Băng tần chiều đến của Bộ thu đa sóng mang với nhiều chế độ
Các chế độ được tự động lựa chọn bởi Server xử lý kết nối vệ tinh. Server này sẽ quyết định cấu hình Bộ thu đa sóng mang hiệu qủa nhất cho toàn bộ
băng thông hướng đến hiện có phụ thuộc vào kiểu sóng mang và số lượng kênh đã được cấu hình từ trước trong hệ thống.
Bộ thu đa sóng mang có giao diện và kết nối với hệ thống quản lý mạng và Server xử lý kết nối vệ tinh như hình bên dưới. Trong quá trình khởi động Bộ
thu đa sóng mang sẽ nhận các thông số và cấu hình trực tiếp từ hệ thống quản lý mạng qua các VLAN, sau đó nhận các thông tin về phân bổ kênh từ Khối Server xử lý kết nối vệ tinh.
72
¾ Server xử lý kết nối vệ tinh (HSP): Là 01 Server điều khiển kết nối vệ tinh, thiết bị này chiếm một vị trí quan trọng trong trạm Hub nó có khả năng tạo các bảng khe thời gian –tần số (TFP) độc lập. Server xử lý kết nối vệ tinhcó thể cài
đặt và cấu hình trực tiếp từ hệ thống quản lý mạng. Các chức năng của Server xử
lý kết nối vệ tinh có thể phân theo chức năng điều khiển luồng hay theo hoạch
định tần số (như phân bổ các khe thời gian, tỷ lệđiều chế - mã hóa, bảng RCS). Server xử lý kết nối vệ tinh có các chức năng như sau:
Sắp xếp lại thứ tự các khe thời gian -tần số.
Đóng gói lại lưu lượng ATM sử dụng lớp tương thích ATM loại 5 (AAL5).
Tạo các khung Backbone.
Phân phát các khung đường trục tớí Server xử lý giao thức.
Thu thập, phân bổ và ánh xạ các yêu cầu về dung lượng đường truyền của trạm VSAT.
Phân bổ phương thức điều chế -mã hoá cho từng trạm VSAT, đồng thời thực hiện thông báo tới hệ thống quản lý mạng và Server xử lý giao thức.
Phân phối các bảng RCS cho tất cả các trạm VSAT trong phân hệ.
Quản lý Bảng phân bổ các khe thời gian-tần số.
Hình 2.10: Giao diện Server kết nối vệ tinh với các phần tử khác trong mạng
Theo sơđồ trên các trạm VSAT sẽ gửi thông báo về tỷ số Eb/N0 tới Server xử lý kết nối vệ tinh. Server xử lý kết nối vệ tinh sẽ ghép thông tin này với chế độ mã
73
hoá điều chế tương ứng, đồng thời thông báo cho hệ thống quản lý mạng và Server xử lý giao thức trên kênh hướng đến. Cùng lúc đó, Server xử lý kết nối vệ
tinh nhận lưu lượng hướng đến từ Bộ thu đa sóng mang, sắp xếp lại thứ tự các khung thời gian tần số, đóng gói lại các tế bào ATM thành các khung đường trục và gửi chúng tới Server xử lý giao thức. Ngoài ra, Server xử lý kết nối vệ tinh còn tạo một số bảng RCS để gửi tới các trạm VSAT và Bộđóng gói khu IP trên kênh hướng đi.
Phân hệ con hướng đi (OBSS): có nhiệm vụ tập hợp lưu lượng để gửi đến các trạm VSAT; ghép kênh, điều chế lưu lượng hướng đi vào 1 sóng mang. Chuẩn DVS-S2 của hệ thống VSAT-IP cho phép sử dụng đồng thời nhiều chế độ mã hoá - điều chế khác nhau. Hệ thống có khả năng thay đổi một các linh hoạt phương thức điều chế- mã hoá thích hợp theo từng khung thông tin của 1 kênh căn cứ vào các bản tin thông báo về cường độ tín hiệu gửi đến từ các trạm VSAT. Phân hệ con hướng đi bao gồm các khối: Bộđóng gói khung IP; Bộđiều chế vệ tinh; Chuyển mạch cao tần (băng L).
Hình 2.11: Các thành phần thuộc phân hệ con hướng đi của 1 phân hệ mạng
¾ Bộđóng gói khung IP: có nhiệm vụđóng gói các gói tin IP đến từ Server xử lý giao thức theo định dạng khung MPEG-2, các khung dữ liệu này sau đó được sắp xếp thành hàng tuỳ thuộc vào kiểu điều chế - mã hóa. Với những khung có cùng một kiểu điều chế- mã hoá sẽ được xếp vào 1 loại khung đường trục và
74
Theo hình 2.12, bộ đóng gói tin IP nhận các tín hiệu DVB-RCS từ khối Server xử lý kết nối vệ tinh sau đó chuyển chúng tới bộ điều chế, đồng thời nhận dữ
liệu từ Server xử lý giao thức. Toàn bộ thông số cấu hình của bộđóng gói khung
IP do NMS thực hiện. Trong hệ thống VSAT, có 08 khe PMC (Card PCI
Mezzanine ), 04 PMC trên 1 bộ đóng gói khung IP. Mỗi bộđóng gói khung IP
có thể hỗ trợ tốc độ lên tới 300Mbps.
Hình 2.12: Giao diện và vai trò của IPlex với các phần tử khác trong mạng
¾ Chuyển mạch cao tần (RF Switch): Kết nối giữa Bộ điều chế và Bộ đóng gói khung IP. Hình 2.13 là cấu hình một phân hệ con hướng đi với 04 phân hệ mạng NS được đấu nối theo kểu ma trận thông qua chuyển mạch ma trận ASI để kết nối tới 5 mô đun điều chế theo chếđộ dự phòng 4:1.
75
¾ Bộ điều chế vệ tinh: Làm nhiệm vụ tiếp nhận các luồng dữ liệu đường trục
từ Bộ đóng gói khung IP, mã hóa sửa lỗi, bao gồm mã hoá ngoài BCH và mã
hoá trong LDPC, gắn kênh Pilot, thiết lập hệ số Roll-off (0,2). Khối điều chế
thực hiện điều chế tín hiệu lên sóng mang theo chuẩn DVB-S/S2. Bên cạnh đó, bộđiều chế còn cung cấp cho các trạm VSAT tín hiệu đồng hồ chuẩn thông qua các gói tin PCR được gửi đi từ Hub. Dưới đây là thông số về Khối điều chế:
Điều chế theo chuẩn DVB-S và DVB-S2.
Hỗ trợđiều chế mã hóa DVB-S, DVB-S2 CCM và DVB-S2 ACM.
Cung cấp nguồn đồng bộ cho VSAT (NCR).
Tín hiệu đầu ra băng L, tần số từ 950-1750 (+/- 1KHz).
Tần số tham chiếu chuẩn 10MHz.
Kiểu điều chế: QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK.
Tốc độ ký tự (Symbol rate): từ 0.3 – 45Msps.
Hệ số Roll-off: 20%, 25%. 30%, 35%.
Phân hệ con ứng dụng (AppSS): Phân hệ ứng dụng có nhiệm vụ tập hợp và phân phát lưu lượng đi/đến từ mạng của khách hàng. Phân hệ ứng dụng bao gồm:
Server xử lý giao thức dữ liệu (DPS);
Server quản lý chất lượng dịch vụ với cấu hình dự phòng 1:1. Sau đây chúng ta sẽ xem xét chức năng các khối này.
¾ Server xử lý giao thức dữ liệu (DPS): là mô đun xử lý giao thức IP gắn
được trên rack 19 inch có vai trò như 1 giao diện giữa mạng vệ tinh và mạng
đất liền, hoạt động ở cả 2 chế độ tĩnh và động. DPS nhận các lệnh cấu hình, dự phòng, cài đặt từ NMS, có khả năng phân tách các loại lưu lượng thành các kênh riêng biệt trước khi gửi chúng trên hướng đi loại lưu lượng như: Data, VoIP, Multicast, Abis. Trong đó chếđộđộng DPS có chức năng:
Cân bằng tải giữa các Server xử lý giao thức. Ở chế độ này Server xử
lý giao thức sẽ gửi các bản tin theo nhóm thông báo về tình trạng tài nguyên CPU của mình với các Server xử lý giao thức khác.
76
Với các trạm VSAT được kết nối với Server xử lý giao thức, thì các Server xử lý giao thức khác sẽđược thông báo không được phép thiết lập tới VSAT. Ngay lập tức các Server xử lý giao thức khác sẽ huỷ bó các định tuyến tới trạm VSAT đó.
Với chếđộ động, tất cả các Server xử lý giao thức tham gia trong quá trình cân bằng tải phải được kết nối tới cùng một Router biên. Giao thức RIP2 được cấu hình giữa các Router biên và Server xử lý giao thức.
Các chức năng chính của Server xử lý giao thức:
Mã hoá/giả mã luồng dữ liệu đường trục (Backbone data).
Định tuyến các gói tin tới các Router biên hoặc thiết bị đóng gói khung IP.
Cung cấp cơ chế tối ưu hóa giao thức TCP (tăng tốc TCP, TCP Spoofing) để phù hợp với môi trường vệ tinh có độ trễ lớn.
Đánh dấu các gói tin về kiểu điều chế- mã hoá.
Theo dõi luồng dữ liệu khối đến từ thiết bịđóng gói khung IP.
Giám sát tốc độ truyền thông tin cực đại của Hub (Hub MIR).
Gửi các thông tin về tốc độ bit hướng đi tới Server quản lý chất lượng.
77
Khi hệ thống khởi động, khối DPS nhận các thông số về cấu hình từ NMS. Khối HSP sau đó sẽ thông báo tới NMS và DPS thông số về điều chế mã hoá của tất cả
các trạm VSAT mà nó quản lý đồng thời gắn những thông tin này vào phần đầu mỗi gói tin IP. Ngoài ra DPS còn thực hiện mã hoá luồng dữ liệu đường trục và gửi chúng khối IPlex, điều khiển tốc độ dữ liệu của Server QoS để tránh hiện tượng tràn lưu lượng. Khối DPS và IPlex cùng tương tác với nhau nhịp nhàng trong hệ thống.
¾ Server Quản lý chất lượng dịch vụ: có nhiệm vụ giám sát và hạn chế lưu lượng tới Hub; Ngăn chặn nguy cơ tràn dữ liệu; Áp đặt các chính sách, định dạng lưu lượng; Tạo các báo cáo chi tiết, biểu đồ phục vụ công tác phân tích lưu lượng. Đối với hệ thống sử dụng kỹ thuật mã hoá điều chế thích nghi thì tốc độ
bit dữ liệu trên các kênh hướng đi được thay đổi liên tục theo thời gian. Để tránh hiện tượng tràn bộ nhớ của server xử lý giao thức, khối IPlex có nhiệm vụ thông báo kịp thời cho DPS về tốc độ dữ liệu hiện thời trên hướng đi để DPS thông báo cho QoS Server. Bằng cách này QoS Server sẽ biết được tốc độ lưu lượng hiện tại trên kênh OB và hạn chế lưu lượng tới hệ thống. Các thống số về QoS có thể dễ dàng được thiết lập bởi nhà khai thác hệ thống thông qua hệ thống quản lý mạng (NMS).
Hệ thống quản lý mạng (NMS): Hệ thống quản lý mạng được thiết kế với giao diện kiểu đồ hoạ (GUI) trên môi trường Windows, hỗ trợ giao thức quản lý mạng SNMP thông dụng, có cấu trúc kiểu Client - Server cho phép người khai thác trạm Hub dễ dàng thực hiện các nhiệm vụ: Cấu hình hệ thống; Quản lý khai thác; Giám sát, điều khiển; Cảnh báo, phát hiện sự cố; Thu thập số liệu; Lưu lại các hoạt động của hệ thống.
Server quản lý mạng và phần mềm trình duyệt được kết nối thông qua Router truy cập từ xa (RAR) đây là kết nối VPN an toàn, các trình duyệt kết nối với nhau thông qua VLAN 16. Server quản lý mạng có thể giao tiếp với tất cả các khối chức năng khác bên trong trạm Hub như: OBSS, IBSS, AppSS cũng như
78
Hình 2.15: Cấu trúc hệ thống quản lý mạng VSAT-IP băng rộng Vinasat -1