1.6.1.1. Lý do lựa chọn cụng nghệ chuyển mạch gúi IP
Lý do lựa chọn cụng nghệ chuyển mạch gúi IP (cụng nghệ IP) thay vỡ cụng nghệ chuyển mạch kờnh thụng thường là:
Thiết bị theo cụng nghệ chuyển mạch kờnh đó lạc hậu, do đú hiện nay cỏc thiết bị thụng tin vụ tuyến (TTVT) ở giải tần cơ sở cú xu hướng chuyển sang sử dụng cụng nghệ IP tớch hợp đa dịch vụ với chi phớ rẻ hơn, cấu hỡnh thiết bị đơn giản, dễ bảo trỡ và thay thế.
Cụng nghệ IP cho phộp tổ chức kết nối cỏc dịch vụ truyền số liệu, thoại, video,... của mạng TTVT với cỏc mạng hạ tầng viễn thụng đơn giản, thuận lợi hơn so với cụng nghệ chuyển mạch kờnh.
Cụng nghệ IP tiết kiệm chi phớ và nõng cao hiệu quả truyền dẫn, giảm chi phớ băng thụng vệ tinh do chỉ một súng mang được phỏt từ trạm HUB cho thoại, dữ liệu và thụng tin video được chia sẻ cho tất cả cỏc trạm VSAT, khụng yờu cầu độ dự phũng cụng suất (back-off) cao, do đú giỳp giảm kớch thước ăng ten và cụng suất mỏy phỏt trạm mặt đất.
Vấn đề bảo mật thụng tin cú thể thực hiện ở mức luồng IP, và điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế chế tạo cỏc thiết bị bảo mật (VSAT tới VSAT) với chi phớ thấp.
1.6.1.2. Về trạm HUB
Phương ỏn IP giảm độ phức tạp của thiết bị ở HUB:
+ Theo cụng nghệ Mux, mỗi một kết nối VSAT thỡ ở HUB cần phải cú một cặp Modem/Mux tương ứng và cựng cỏc thiết bị mó hoỏ bảo mật. Nếu mạng cú nhiều trạm VSAT thỡ khụng gian thiết bị trạm HUB sẽ tăng rất lớn theo tỉ lệ thuận với số kết nối.
+ Theo cụng nghệ IP cú số lượng thiết bị ớt hơn và đơn giản trong kết nối so với cụng nghệ ghộp kờnh Mux. Theo cụng nghệ IP, tại HUB chỉ cần 1 modem phỏt duy nhất một súng mang cho toàn bộ lưu lượng mạng, bộ giải điều chế cú thể chọn loại cú nhiều đầu vào trờn một thiết bị giỳp giảm số lượng cỏc thiết bị của HUB. Phương ỏn bảo mật tại HUB theo cụng nghệ IP cũng đơn giản hơn với 2 bộ mó luồng IP tuyến phỏt trước modem và tuyến
thu sau cỏc bộ demodulator. Trạm HUB cũng sẽ khụng yờu cầu (hoặc rất ớt) mức backoff cụng suất (3dB) so với phương ỏn nhiều súng mang (3-6dB). Điều này giảm mức yờu cầu EIRP của trạm HUB.
Việc so sỏnh hai loại trạm Hub trờn được thể hiện trờn hỡnh 1.11
Hỡnh 1.11. So sỏnh cấu trỳc trạm HUB theo cụng nghệ Mux và IP
1.6.1.3. Về trạm VSAT
+ Trạm VSAT theo cụng nghệ chuyển mạch kờnh (cụng nghệ Mux) và cụng nghệ IP cú cấu trỳc tương đương nhau, chỉ khỏc phần thiết bị ghộp kờnh băng tần cơ sở. Thiết bị router sử dụng loại ghộp kờnh đa dịch vụ được sản xuất rất nhiều, đa dạng về chủng loại và phự hợp kết nối giao diện IP. Tổ chức kết nối kờnh dịch vụ linh hoạt, dễ dàng nhờ việc định tuyến cỏc gúi tin theo địa chỉ IP.
+ Với cụng nghệ IP việc mó hoỏ bảo mật cho trạm VSAT rất thuận lợi với một thiết bị mó hoỏ luồng IP cho toàn bộ lưu lượng trạm. Dựng cụng nghệ Mux, mó luồng ghộp kờnh serial phức tạp hơn hoặc phải cần nhiều thiết bị mó
cho từng kờnh thụng tin riờng rẽ. Cụng nghệ Mux cần cấp băng thụng cho cổng thoại/fax giao diện 2 dõy FXS ớt nhất 24-32kbps mới đảm bảo cho thiết bị mó đầu cuối làm việc được.
Việc so sỏnh hai trạm VSAT trờn được thể hiện trong hỡnh 1.12
Hỡnh 1.12. So sỏnh cấu trỳc trạm VSAT theo cụng nghệ Mux và IP
1.6.1.4. Về băng thụng
Cấp phỏt băng thụng vệ tinh cho mạng theo cụng nghệ IP tiết kiệm hơn so với cụng nghệ Mux, vỡ chỉ cần phỏt một súng mang lớn cho toàn bộ lưu lượng HUB so với phỏt nhiều súng mạng nhỏ cho từng tuyến kết nối VSAT. Khi phỏt 1 súng mang duy nhất sẽ khụng cần cỏc khoảng bảo vệ giữa cỏc súng mang, giỳp sử dụng băng thụng vệ tinh hiệu quả hơn.
Băng thụng cấp cho lưu lượng kết nối của một tuyến VSAT theo cụng nghệ IP cũng hiệu quả hơn so với cụng nghệ Mux, vỡ chỉ khi cú kờnh liờn lạc thỡ mới chiếm đường truyền, kờnh thoại được nộn với tốc độ nhỏ, khi lưu lượng thoại trờn luồng ớt cú thể tăng dung lượng cho truyền dẫn gúi dữ liệu khỏc. So sỏnh băng thụng được thể hiện trong hỡnh 1.13.
Hỡnh 1.13. Vớ dụ cấp phỏt băng thụng cho cỏc súng mang 1.6.2. Lựa chọn cụng nghệ đa truy nhập vệ tinh
Cụng nghệ đa truy nhập vệ tinh được lựa chọn là cụng nghệ đa truy nhập phõn chia theo thời gian/đa tần số MF/TDMA, vỡ qua so sỏnh giữa phương thức truy nhập FDMA và MF/TDMA ta thấy:
+ Hiệu quả sử dụng băng thụng: phương thức MF/FDMA cú hiệu quả
sử dụng băng thụng vệ tinh tớnh trờn toàn mạng cao hơn so với FDMA. Do truy nhập theo MF/TDMA, đầu cuối chỉ phỏt khi cú nhu cầu truyền tin và khụng chiếm kờnh khi ở chế độ chỉ thu; ngược lại theo truy nhập FDMA, đầu cuối luụn chiếm băng thụng cho dự cú liờn lạc hay khụng.
+ Thiết bị ở trạm HUB: thiết bị ở HUB của MF/TDMA cú cấu trỳc nhỏ,
rộng mạng thờm trạm VSAT: với HUB dựng MF/FDMA chỉ cần bổ sung 1 hoặc một vài bộ demodulator cho hàng chục đến hàng trăm VSAT mới. Nhưng với HUB dựng FDMA, cứ mỗi VSAT nối vào mạng thỡ phải cần thờm 1 bộ demodulator tương ứng. Như vậy khả năng mở rộng và dự phũng thiết bị của HUB theo MF/TDMA rất linh hoạt, dễ dàng hơn rất nhiều so với cụng nghệ FDMA và chi phớ đầu tư thấp hơn cho mạng lớn.
+ Kớch thước trạm VSAT: trạm VSAT theo FDMA cú kớch thước tớnh
toỏn phự hợp với dung lượng truyền dẫn. Trạm VSAT MF/TDMA do phỏt rời rạc theo cỏc khe thời gian nờn tốc độ khi truyền (burst) cần cao hơn so với dung lượng truyền dẫn trung bỡnh; dẫn đến kớch thước ăng ten và mỏy phỏt lớn hơn so với trạm VSAT FDMA.
+ Khả năng bảo mật: súng mang VSAT trong MF/TDMA cú khả năng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
liờn tục nhảy tần trong nhiều đoạn băng tần và phỏt trong cỏc khoảng thời gian giỏn đoạn; súng mang của VSAT trong FDMA được phỏt liờn tục trong đoạn băng tần cấp phỏt cố định. Do vậy khả năng bảo mật của MF/TDMA cao hơn nhiều so với khi dựng FDMA.
+ Dung lượng truyền tin băng rộng: tốc độ truyền tin của đường từ
VSAT về HUB luụn khụng đổi, do vậy khú cú thể tăng dung lượng truyền dẫn của trạm khi cú nhu cầu băng rộng như IP/Video. Với VSAT yờu cầu 4 kờnh thoại, 1-2 kờnh số liệu tốc độ thấp thỡ tổng dung lượng đường inbound theo FDMA thường giới hạn tới 128kbps. Với khả năng cấp khe thời gian linh động của MF/TDMA, cho phộp một trạm đầu cuối cú thể phỏt trờn nhiều khe thời gian liờn tiếp khi cú nhu cầu truyền dẫn cao, tốc độ cú thể đạt được tới vài trăm kbps.
+ Cụng nghệ MF/TDMA: yờu cầu khả năng định thời trong mạng rất
chớnh xỏc để đồng bộ hệ thống. Khả năng định thời cao cho phộp cú thể chia nhỏ khe thời gian, đồng nghĩa với khả năng nhiều trạm VSAT đồng thời kết
nối trờn cựng đoạn băng tần vệ tinh với hiệu suất truyền tin cao. MF/TDMA là cụng nghệ mới phỏt triển cho cỏc mạng VSAT đa dịch vụ.
Kết luận chương
Chương 1 đề cập đến những vấn đề cơ bản của thụng tin vệ tinh như: Cấu trỳc tổng thể của một đường thụng tin vệ tinh, cỏc đặc điểm cơ bản của thụng tin vệ tinh, quỹ đạo của vệ tinh và cỏc vấn đề khỏc như cỏc phương phỏp đa truy nhập và cỏc băng tần cho thụng tin vệ tinh. Tỡm hiểu về hệ thống IP VSAT, cấu trỳc tổng thể, ưu nhược điểm và cỏc giải phỏp kỹ thuật lựa chọn cho hệ thống
Chương 2
CễNG NGHỆ IP TRONG MẠNG VSAT 2.1. Đúng gúi IP
Đúng gúi gúi IP là cỏch làm cho IP cú thể đi qua bất kỳ kỹ thuật mạng nào. Đú là một kỹ thuật được sử dụng để đúng gúi gúi IP vào khung dữ liệu, do đú nú phự hợp cho việc truyền dẫn trờn cỏc cụng nghệ mạng. Cỏc cụng nghệ mạng khỏc nhau cú thể sử dụng cỏc định dạng khung, kớch thước khung hoặc tốc độ bit dựng cho truyền dẫn gúi IP khỏc nhau. Cỏc IP được đúng gúi sẽ đặt trong trường tải trọng của một khung dữ liệu lớp liờn kết dữ liệu để truyền dẫn qua mạng. Vớ dụ mạng Ethernet, token ring, LAN khụng dõy chỳng cú cỏc định dạng khung tiờu chuẩn để đúng gúi cỏc gúi IP.
2.1.1. Khỏi niệm căn bản
Hiện nay, cú nhiều kỹ thuật đúng gúi được sử dụng tuỳ thuộc vào cỏc định dạng khung dữ liệu khỏc nhau. Nhiều trường hợp, gúi IP quỏ lớn được đưa vào trường tải trọng của khung dữ liệu. Trong trường hợp này, cỏc gúi IP phải được chia ra thành cỏc phần nhỏ hơn (phõn mảnh) để cỏc gúi IP cú thể mang trờn nhiều khung. Ngoài ra, cỏc mào đầu được gắn thờm vào mỗi đoạn để cú thể đi tới đỳng đớch, gúi IP gốc cú thể được ghộp lại từ cỏc phõn đoạn. Cú thể nhận thấy rằng quỏ trỡnh đúng gúi cú thể cú một số tỏc động đỏng kể đến hiệu suất mạng do việc phải xử lý thờm cỏc mào đầu. Hỡnh 2.1 mụ tả khỏi niệm đúng gúi gúi IP.
Gúi IP
Cờ Tiờu đề Tải trọng Phần
đuụi Cờ
2.1.2. Giao thức điều khiển liờn kết dữ liệu ở lớp cao (HDLC)
HDLC là một giao thức tiờu chuẩn quốc tế tại lớp 2 (lớp liờn kết) đõy là một giao thức quan trọng và được sử dụng rộng rói tại lớp 2. Nú định nghĩa 3 loại trạm (chuẩn, thứ cấp và hỗn hợp), 2 cấu hỡnh liờn kết (cõn bằng và khụng cõn bằng) và 3 chế độ truyển dữ liệu (đỏp ứng bỡnh thường (NRM), đỏp ứng khụng đồng bộ (AMR) và đỏp ứng cõn bằng khụng đồng bộ (ABM). Hỡnh 2.2 mụ tả cấu trỳc khung HDLC.
Cờ
01111110 Địa chỉ Điều khiển Tải trọng Tổng kiểm tra Cờ 01111110 Bits 8 8 8 >= 0 16 8 1 Số trỡnh tự P/F Kế tiếp 1 0 Loại P/F Kế tiếp
1 1 Loại P/F Thay đổi
Bits 1 3 1 3
a) Khung thụng tin
b) Khung giỏm sỏt
c) Khung khụng đỏnh số
Hỡnh 2.2. Cấu trỳc khung HDLC
Bit định hướng dựa trờn kỹ thuật chốn bit và bao gồm 2 cờ mẫu 8 bit 01111110 để nhận dạng điểm đầu và điểm cuối của khung và trường 8 bit địa chỉ dựng để xỏc định cỏc thiết bị đầu cuối và trường 8 bit điều khiển được sử dụng để định nghĩa 3 loại khung (khung thụng tin, khung giỏm sỏt và khung khụng số). Trường tải trọng dựng để mang dữ liệu (lớp liờn kết dữ liệu bao gồm gúi IP) và 16 bit dựng để kiểm tra lỗi CRC.
2.1.3. Giao thức điểm - điểm (PPP)
Khung HDLC tương thớch với giao thức PPP (điểm-điểm), PPP là một chuẩn Internet được sử dụng rộng rói trong kết nối bằng quay số. PPP được dựng cho việc kiểm tra lỗi, hỗ trợ đa giao thức thờm vào IP, cho phộp cỏc địa
chỉ cú thể thoả thuận thời gian kết nối và cho phộp chứng thực. Hỡnh 2.3 mụ tả cấu trỳc khung của PPP. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cờ 01111110 Địa chỉ 11111111 Điều khiển 00000011 Tải trọng Tổng kiểm tra Cờ 01111110
Bytes 1 1 1 Biến đổi 2 hoặc 4 1
Giao thức 00000011 1 hoặc 2 Mặc định Mặc định dựng cho khung khụng đỏnh số 0: Giao thức lớp mạng 1: Cỏc giao thức khỏc
Hỡnh 2.3. Cấu trỳc khung của giao thức PPP 2.1.4. Điều khiển truy nhập mụi trường
HDLC và PPP được thiết kế cho việc truyền thụng qua mụi trường kết nối điểm-điểm. Đối với mạng cú mụi trường chia sẻ, lớp bổ sung được biết đến như là lớp con điều khiển truy nhập mụi trường (MAC) của lớp liờn kết được dựng để kết nối một số lượng lớn trạm vào mạng. Hỡnh 2.4 minh hoạ định dạng khung của MAC.
Điều khiển
MAC Địa chỉ MAC đớch Địa chỉ MAC
nguồn Tải trọng cho gúi IP đó đúng gúi
Tổng kiểm tra
Hỡnh 2.4. Định dạng khung của MAC 2.1.5. IP qua vệ tinh
Để hỗ trợ truyền IP qua vệ tinh thỡ mạng vệ tinh cần phải cung cấp cỏc cấu trỳc khung mà cỏc gúi dữ liệu cú thể đúng gúi vào trong khung và truyền thụng qua vệ tinh từ điểm truy nhập này đến điểm truy nhập khỏc. Trong mụi trường mạng vệ tinh, khung cú thể được dựa trờn tiờu chuẩn giao thức lớp liờn kết dữ liệu. Đúng gúi IP cũng được định nghĩa trờn mạng hiện tại, như là liờn kết quay số, ATM, DVB-S và DVB-RCS mà hỗ trợ cỏc giao thức Internet hoặc liờn mạng với Internet. Mạng ATM dựng lớp tương thớch ATM loại 5(AAL5) để đúng gúi gúi IP truyền trờn mạng ATM và trong DVB-S gúi IP
bao gồm quảng bỏ được đúng gúi trong tiờu đề kiểu Ethernet sử dụng chuẩn được gọi là đúng gúi đa giao thức (MPE). Nú cũng cú thể đúng gúi gúi IP vào một gúi IP khỏc vớ dụ tạo nờn một đường hầm để truyền gúi IP từ mạng Internet này tới một mạng Internet khỏc.
2.2. Nối mạng vệ tinh IP
Một lợi ớch đặc biệt quan trong mà mạng vệ tinh cung cấp đú là mở rộng phạm vi địa lý trờn toàn bộ trỏi đất (bao gồm đất liền, biển và bầu trời), lợi ớch của chỳng được đưa đến số lượng lớn người dựng trờn quy mụ lớn và làm giảm cỏc chi phớ người dựng. Một vệ tinh cú thể thực hiện nhiều vai trũ khỏc nhau trong mạng Internet:
Kết nối đầu cuối: (như trong hỡnh 2.5) đầu cuối người dựng kết nối trực tiếp với vệ tinh mà cung cấp liờn kết trực tiếp hướng đi và hướng về. Nguồn lưu lượng kết nối với trạm tiếp súng vệ tinh hoặc trạm Hub thụng qua Internet, đường hầm hoặc cỏc liờn kết quay số. Đú là những trạm cuối cựng kết nối với đầu cuối người sử dụng.
Hỡnh 2.5. Trung tõm vệ tinh của kết nối đầu cuối tới Internet
Kết nối chuyển tiếp (như trong hỡnh 2.7) vệ tinh cung cấp cỏc kết nối giữa cỏc trạm cổng Internet hoặc trạm cổng ISP. Lưu lượng được định
tuyến thụng qua cỏc liờn kết vệ tinh theo cỏc giao thức định tuyến và cỏc metric liờn kết đó được xỏc định trong mạng để giảm thiểu chi phớ kết nối và đỏp ứng cỏc yờu cấu khắt khe về QoS đối với nguồn lưu lượng.
Hỡnh 2.6. Trung tõm vệ tinh của kết nối đoạn đầu tới Internet
Hỡnh 2.7. Trung tõm vệ tinh của kết nối chuyển tiếp tới Internet
Kết nối đoạn đầu (như trong hỡnh 2.6) mạng vệ tinh cung cấp kết nối hướng đi và hưúng về tới một lượng lớn cỏc ISP. Cỏc gúi IP bắt đầu từ server của nhà cung cấp tới đầu cuối người dựng. Giống như kết nối đầu cuối, cỏc server cú thể kết nối trực tiếp tới dõy dẫn súng vệ tinh
hoặc trạm Hub hoặc thụng qua đường hầm Internet hoặc liờn kết quay số.
2.2.1. Định tuyến trờn vệ tinh
Lợi ớch của một bộ định tuyến IP trong khụng gian là nú cho phộp mạng vệ tinh cú thể tớch hợp vào mạng Internet toàn cầu sử dụng thuật toỏn định tuyến tiờu chuẩn. Mạng Internet bao gồm nhiều mạng con được biết như là hệ thống tự trị (AS – Autonomous system) hoặc cỏc miền.
Trong mạng vệ tinh GEO thụng thường chỉ cú một vệ tinh phủ một vựng rộng lớn để tạo thành cỏc mạng con và khụng cú định tuyến trong mạng vệ tinh. Với một chũm điểm cú nhiều vệ tinh tạo nờn mạng con để bao phủ toàn bộ trỏi đất. Vỡ vậy định tuyến trong mạng chũm điểm vệ tinh là bắt buộc. Mối quan hệ liờn kết giữa cỏc vệ tinh trong cựng mặt phẳng quỹ đạo là cố định nhưng biến đổi động trong cỏc mặt phẳng khỏc.
Kể từ khi vị trớ của cỏc vệ tinh được dự bỏo trước thỡ cú khả năng sử dụng những dự bỏo này để cập nhật động cỏc bảng định tuyến trờn vệ tinh và nõng cao cỏc thuật toỏn định tuyến.
2.2.2. IP di động trong mạng vệ tinh
Do vệ tinh GEO cú vựng bao phủ rộng, nờn ta cú thể coi mạng trỏi đất được kết nối cố định trong cựng một mạng con vệ tinh và kết nối tới đầu cưối người dựng trong suốt quỏ trỡnh truyền thụng. Tuy nhiờn đối với mạng với