- Phan Hải Phương ĐỀ TÀI: MẠNG VSAT-IP BĂNG RỘNG VỆ TINH VINASAT-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội - Năm 2011 1TRANG PHỤ BÌA BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - Phan Hải Phương ĐỀ TÀI: MẠNG VSAT-IP BĂNG RỘNG VỆ TINH VINASAT-1 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. - VŨ VĂN YÊM Hà Nội - Năm 2011 2LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn “Mạng VSAT IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. - Tôi xin chân thành cám ơn đội ngũ kỹ sư Đài thông tin vệ tinh mặt đất Quế Dương - Trung tâm Kỹ thuật VTQT Quế Dương – Công ty Viễn thông Quốc tế (VTI) đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập, đánh giá phân tích số liệu thực tế trên hệ thống VSAT IP băng rộng Vinasat-1. - Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 03 năm 2011 Tác giả luận văn Phan Hải Phương 3MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT Khái quát chung Cấu trúc mạng VSAT Trạm VSAT Thiết bị ngoài trời (ODU Thiết bị trong nhà (IDU Trạm Hub Chức năng khai thác Chức năng quản trị Vệ tinh Chức năng lặp tín hiệu Vùng phủ sóng Ảnh hưởng của vùng phủ sóng tới hoạt động lặp tín hiệu vệ tinh Kỹ thuật sử dụng lại tần số Các kiểu cấu hình mạng VSAT Cấu hình mạng VSAT dạng lưới Cấu trúc mạng VSAT dạng sao Kỹ thuật đa truy nhập Kỹ thuật truy nhập trong mạng hình lưới Kỹ thuật truy cập trong mạng hình sao FDMA – SCPC chiều đến và đi FDMA – SCPC chiều đến và FDMA - MCPC chiều đi FDMA – SCPC chiều đến và TDM - MCPC chiều đi FDMA – MCPC chiều đến và TDM - MCPC chiều đi TDMA chiều đến và TDM - MCPC chiều đi FDMA -TDMA chiều đến và FDMA - MCPC chiều đi Phương thức gán băng tần vệ tinh cho VSAT Thế nào là gán cố định Gán cố định trong đa truy cập phân chia theo tần số (FA-FDMA Gán cố định trong đa truy cập phân chia theo thời gian (FA-TDMA Thế nào là gán theo yêu cầu Gán theo yêu cầu trong đa truy cập phân chia theo tần số(DA-FDMA Gán theo yêu cầu đa truy cập phân chia theo thời gian (DA-TDMA Thủ tục đa truy cập gán theo yêu cầu (DAMA Đa truy cập phân chia ngẫu nhiên theo thời gian Mạng IP trong hệ thống VSAT Các chức năng của mạng IP trong VSAT Ưu và nhược điểm của mạng IP trong VSAT Cấu trúc giao thức trong mạng VSAT Giao thức TCP trong mạng VSAT Sự cần thiết phải chuyển đổi giao thức TCP/IP trong mạng VSAT Giao thức IP trong mạng VSAT Khái niệm căn bản về đóng khung gói tin IP trong môi trường VSAT...53 1.7 Công nghệ DVB-S2 trong các hệ thống VSAT thế hệ mới Kết luận CHƯƠNG 2: MẠNG VSAT - IP BĂNG RỘNG VỆ TINH VINASAT Khái quát chung Hiện trạng các hệ thống thông tin vệ tinh tại Việt Nam Giới thiệu Mạng VSAT IP băng rộng vệ tinh VINASAT Vệ tinh VINASAT Trạm Hub Cấu trúc trạm Hub Trạm đầu cuối VSAT Phần thiết bị trong nhà (IDU Phần thiết bị bên ngoài (ODU Trạm cổng Gateway Nguyên lý hoạt động của Hệ thống VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat Hướng đến Hướng đi. - Nguyên lý lấy đồng bộ trong mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat Một số dịch vụ cung cấp trên mạng VSAT-IP băng rộng Vinasat Dịch vụ truy cập Internet băng rộng Dịch vụ VoIP Dịch vụ mạng riêng ảo (VPN Dịch vụ GSM Trunking Dịch vụ truyền hình hội nghị Dịch vụ đào tạo từ xa (I-Learning Kết luận CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO MỨC C/N DỰ PHÒNG CHO MẠNG VSAT-IP BĂNG RỘNG VỆ TINH VINASAT Khảo sát mạng VSAT - IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 tại Công ty VTI Tại hướng đi Tại hướng đến Giải pháp nâng cao mức C/N dự phòng cho mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat Cơ sở lý thuyết Tính toán mức dự phòng (Margin) thực tế Kết luận CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải bất đồng bộ AAL5 ATM Adaptation Layer 5 Lớp tương thích ATM loại 5 ACK Acknowledgement Gói tin xác nhận ACM Adaptive Code &Modulation Mã hóa điều chế thích nghi 16/32APSK 16/32 AmplitudePhase Shift Keying Khoá chuyển pha biên độ 16/32 mức BPSK Binary Phase Shift Keying Điều pha hai trạng thái BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BW Bandwidth Độ rộng băng tần. - BUC Block Up Converter Bộ đổi tần lên CDMA Code Division Multiplexed Access Đa truy cập phân chia theo mã Codec Coder/Decoder Bộ mã hoá/Bộ giải mã CCM Constant Code & Moduation Điều chế mã hóa không đổi DA Demand Assignment Gán theo yêu cầu DAMA Demand Assigned Multiple Access Đa truy cập theo yêu cầu DLA Dynamic Link Allocation Phân bổ đường kết nối động DEM Demodulator Bộ giải điều chế DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh DPS Data Protocol Server Server xử lý giao thức DRPP Data Remote Protocol ProcessorServer xử lý giao thức phía VSATDVB-S2 Digital Video Broadcasting – 2 ndGeneration Thế hệ 2 của hệ thống DVB sử dụng cho các dịch vụ băng rộng 6DVB-RCS Digital Video Broadcasting -Return Channel System Kênh hướng về của hệ thống DVBEb/N0 Energy Per Bit To Noise Density Ratio Tỷ số năng lượng bit/Mật độ tạp âm EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương FDMA Frequency Division Multiplexed Access Đa truy nhập phân chia theo tần sốFA Fixed Assignment Gán cố định GEO Geostationary Earth Orbit Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất lớn HDTV High Definition Television Truyền hình phân giải cao HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản HSP Hub Satellite Processor Server xử lý kết nối vệ tinh tại HubICMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet IDU In-Door Unit Khối thiết bị trong nhà INTELSAT International TELecommunication SATellite Tổ chức vệ tinh thông tin quốc tếIF Intermediate Frequency Tần số trung gian IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International TelecommunucationUnion Hiệp hội viễn thông quốc tế IB Inbound Hướng từ VSAT tới Hub IBSS Inbound Sub-System Phân hệ con hướng đến IPLex IP Encapsulator Bộ đóng gói khung IP LO Local Oscillator Bộ dao động nội LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo vệ tinh thấp LNB Low Noise Block Khối chuyển đổi tần hướng xuống LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp (vệ tinh) 7LDCP Low Density Parity Checking Mã hóa trong MOD Modulater Bộ điều chế MODEM Modulater/Demodulater Bộ điều chế /Giải điều chế MCPC Multiple Channel Per Carrier Đa kênh trên sóng mang MCR Multi- Carrier Receiver Bộ thu đa sóng mang MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền dẫn cực đại MPEG Motion Picture Expert Group Chuẩn MPEG ModCod Modulation and Coding Điều chế -Mã hóa NAT Network Address Translation Giao thức biên dịch địa chỉ mạngNS Network Segment Phân hệ mạng NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng NCR Network Clock Reference Tín hiệu tham chiếu đồng hồ hệ thống ODU Out-Door Unit Khối thiết bị ngoài trời 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 OB Outbound Hướng từ Hub tới VSAT OBSS Outbound Sub-System Phân hệ con hướng đi (từ Hub-VSAT) PSTN Public Switching Telephone Network Mạng thoại công cộng PCR Program Counter Reference Tín hiệu tham chiếu bộ đếm chương trình QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá chuyển pha cầu phương RF Radio Frequency Tần số cao tần RTT Round Trip Time Khoảng thời gian mà một gói tin gửi đi và nhận về ACK Rx Receiver Máy thu RSP Remote Satellite Processor Server xử lý kết nối vệ tinh phía 8VSAT RFT Radio Frequency Tranceiever Bộ thu phát cao tần SACK Selective Acknowledgement Báo nhận có chọn lọc SCPC Single Channel Per Carrier Một kênh đơn trên một sóng mangSCTP Stream Control Transport Protocol Giao thức truyền tải điều khiển luồng SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư đơn giản SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giảnSSPA Solid Sate Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất bán dẫn SYN Synchronize Gói tin đồng bộ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển vận tải TCPA TCP Accelerator Bộ tối ưu TCP qua kênh vệ tinh TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia thời gian TDMA Time Division Multiplexed AccessĐa truy nhập phân chia theo thời gian TES Telephone Earth Station Trạm điện thoại mặt đất TPC Turbo Product Code Mã hóa turbo TTL Time To Live Thời gian sống Tx Transmitter Máy phát TFP Time Frequency Plan Bảng khe thời gian tần số TT&C Telemetry, Tracking, Command Đo, bám, điều khiển (vệ tinh) U/C Up Converter Bộ đổi tần lên UDP User Datagram Protocol Giao thức nhận/gửi dữ liệu người dùng UT User Terminal Đầu cuối người dùng VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo VCM Variable Code & Modulation Điều chế mã hóa thay đổi VSAT Very Small Aperture Terminal Trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ nhỏ 9DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các giá trị tiêu biểu EIRP và G/T của vệ tinh địa tĩnh Bảng 1.2: Quan hệ giữa kích thước cửa sổ khởi tạo với thông lượng Bảng 2.1: Bảng phân bổ tần số băng C Bảng 2.2: Bảng phân bổ tần số băng Ku Bảng 3.1: Bảng hệ số hiệu chỉnh theo tốc độ Symbol của hệ thống Bảng 3.2: Bảng giá trị Es/N0 được thiết lập tại HSP DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu trúc trạm VSAT Hình 1.2: Phân hệ trạm Hub Hình 1.3: Cấu trúc 1 hệ thống vệ tinh Hình 1.4: Cấu trúc thiết bị tải tin vệ tinh Hình 1.5: Vùng phủ sóng toàn cầu Hình 1.6: Vùng phủ sóng khu vực Hình 1.7: Vùng phủ sóng điểm Hình 1.8: Liên kết các búp sóng bằng các kết nối thường trực Hình 1.9: Kỹ thuật tái sử dụng tần số: (a) phân cực trực giao. - (b) phân tách theo góc búp sóng trong vệ tinh kiểu Multibeam Hình 1.10: Mô hình của tuyến lên và xuống Hình 1.11: Vệ tinh địa tĩnh Hình 1.12: Mạng VSAT dạng lưới: (a) 3 trạm VSAT. - (b) cấu hình đơn giản với 1 số lượng lớn trạm VSAT Hình 1.13: Mạng VSAT dạng sao 2 chiều: (a) 4 trạm VSAT. - (b) cấu hình đơn giản với 1 số lượng lớn trạm VSAT Hình 1.14: Kỹ thuật đa truy cập với các cấu hình mạng khác nhau Hình 1.15 Cấu trúc mạng lưới với N trạm VSAT sử dụng SCPC trong FDMA ....31 Hình 1.16: Ghép kênh MCPC từ 1 trạm tới nhiều trạm Hình 1.17: Mạng hình sao 2 chiều sử dụng 2 sóng mang SCPC (FDMA Hình 1.18: Mạng hình sao 2 chiều sử dụng 1 sóng mang SCPC hướng VSAT-Hub và 1 sóng mang MCPC với kỹ thuật TDM hướng Hub -VSAT Hình 1.19: Mạng hình sao với ghép kênh phân chia theo thời gian các kết nối 2 chiều được truyền trên 2 sóng mang MCPC hướng VSAT-Hub và Hub –VSAT ......35 Hình 1.20: Mạng hình sao với kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian.......35 Hình 1.21: So sánh tốc độ bit và công suất sóng mang FDMA và TDMA Hình 1.22: Mạng hình sao sử dụng phương thức kết hợp FDMA – TDMA cho hướng đến Hub và FDMA - MCPC hướng đi VSAT Hình 1.23: Nguyên lý gán cố định Hình 1.24: Kỹ thuật FA – FDMA (với K Hình 1.25: Kỹ thuật FA – TDMA Hình 1.26: Nguyên lý gán theo yêu cầu Hình 1.27: Kỹ thuật DA – FDMA (với K Hình 1.28: Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian Hình 1.29: Thủ tục đa truy cập gán theo yêu cầu Hình 1.30: Trễ trong thiết lập kết nối và truyền dẫn đối với bản tin dài và ngắn.43 Hình 1.31: Nguyên lý S-ALOHA Hình 1.32: Cấu trúc giao thức trong mạng VSAT Hình 1.33: Giao thức TCP trong mạng VSAT Hình 1.34: Kỹ thuật đóng gói tin IP Hình 1.35: Cấu trúc khung HDLC Hình 1.36: Cấu trúc 1 khung PPP Hình 1.37: Định dạng của khung MAC Hình 1.38: Bốn kiểu điều chế trong DVB-S Hình 1.39: Ứng dụng mã hóa điều chế thích nghi trong mạng VSAT băng rộng ..59 Hình 1.40: Hiệu quả phổ của DVB-S2 so với các tiêu chuẩn khác Hình 2.1: Kiến trúc mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh VINASAT Hình 2.2: Vệ tinh VINASAT Hình 2.3: Vùng phủ sóng băng C Hình 2.4: Sơ đồ phân cực băng Ku Hình 2.5: Vùng phủ sóng băng Ku Hình 2.6: Cấu trúc trạm Hub mạng VSAT - IP băng rộng vệ tinh VINASAT-1 .....69 Hình 2.7: Cấu trúc một phân hệ mạng Hình 2.8: Băng tần chiều đến của Bộ thu đa sóng mang với nhiều chế độ Hình 2.9: Giao diện Bộ thu đa sóng mang với các phần tử khác trong mạng .......71 Hình 2.10: Giao diện Server kết nối vệ tinh với các phần tử khác trong mạng .....72 Hình 2.11: Các thành phần thuộc phân hệ con hướng đi của 1 phân hệ mạng .....73 Hình 2.12: Giao diện và vai trò của IPlex với các phần tử khác trong mạng........74 Hình 2.13: Chuyển mạch cao tần kết nối dạng ma trận IPLEX - Bộ điều chế.......74 Hình 2.14: Giao diện, vai trò của Server xử lý giao thức trong mạng VSAT-IP....76 Hình 2.15: Cấu trúc hệ thống quản lý mạng VSAT-IP băng rộng Vinasat Hình 2.16: Thiết bị đầu cuối loại SkyEdge II VSAT IP Hình 2.17: Thiết bị đầu cuối loại VSAT loại PRO Hình 2.18: Đặc tính công suất vào/ra của BUC Hình 2.19: Mô hình hướng dữ liệu lưu chuyển trên kênh hướng đến Hub Hình 2.20: Hướng dữ liệu khi qua VSAT đến trạm Hub Hình 2.21: Quá trình xử lý thông tin tại trạm Hub Hình 2.22: Mô hình hướng dữ liệu đi tới trạm VSAT Hình 2.23: Hướng dữ liệu lưu chuyển qua Server quản lý chất lượng dịch vụ......84 13Hình 2.24: Định dạng dữ liệu khi qua Bộ đóng gói khung IP Hình 2.25: Quá trình dữ liệu sau khi đi qua Bộ điều chế Hình 2.26: Hướng đi của dữ liệu khi qua VSAT Hình 2.27: Cơ chế lấy đồng bộ trong mạng VSAT-IP băng rộng Vinasat Hình 3.1: Mức Es/N0 của một trạm VSAT cho dịch vụ GSM Trunking Hình 3.2: Bảng kiểu điều chế tương ứng với mức Es/N Hình 3.3: Kiểu điều chế VSAT đang sử dụng Hình 3.4: Kiểu điều chế VSAT thay đổi cho phù hợp với điều kiện kênh vệ tinh ...91 Hình 3.5: Mức ES/N0 của một trạm VSAT cho dịch vụ GSM Trunking Hình 3.6: Bảng khe thời gian hệ thống cho hướng đến Hình 3.7: VSAT trong ví dụ trên sử dụng loại khe thời gian 8PSK FEC Hình 3.8: VSAT đang có nhu cầu sử dụng 64 khe trên một Superframe Hình 3.9: Tham số về hướng đến của một trạm VSAT Hình 3.10: Tham số các sóng mang hướng đến Hình 3.11: Tham số về khe thời gian hướng đến Hình 3.12: Đồ thị theo dõi tốc độ sử dụng của VSAT Hình 3.13: Mức margin 0.5dB Hình 3.14: Mức margin 1.65 dB Hình 3.15: Các mức điều chế - mã hóa khác nhau được Server xử lý kết nối vệ tinh tại Hub thiết lập theo điều kiện đường truyền MỞ ĐẦU Chúng ta đang sống trong những tháng năm của thời kỳ bùng nổ nền khoa học kỹ thuật của nhân loại. - Đứng trước cơ hội của nền văn minh khoa học kỹ thuật thế giới, Việt Nam đã nhanh chóng nắm bắt đón đầu những công nghệ tiên tiến hiện đại của thế giới. - Làm chủ 1 hệ thống vệ tinh viễn thông có công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới như vệ tinh Vinasat-1 đã từ lâu đã là niềm mơ ước của biết bao con người Việt Nam chúng ta để phục vụ phát triển kinh tế đất nước. - Việc khảo sát, nghiên cứu những vấn đề về mặt lý thuyết, nguyên lý hoạt động và thực hiện phân tích đánh giá 1 mạng VSAT IP băng rộng hiện đại làm việc với vệ tinh Vinasat-1 để từ đó đề xuất những giải pháp nhằm nâng cao chất lượng hệ thống có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với sự phát triển của Ngành Bưu chính viễn thông nói riêng và đối với sự phát triển kinh tế đất nước nói chung. - Tôi đã thực hiện đề tài về: “Mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1” để nghiên cứu vừa có ý nghĩa về mặt lý luận, vừa có ý nghĩa về mặt thực tiễn cao. - Nội dung luận văn bao gồm 04 chương: Chương 1: Tổng quan về mạng VSAT Trong chương này trình bày khái niệm về VSAT. - mạng VSAT. - cấu hình mạng VSAT thông dụng. - các kỹ thuật truy nhập. - các phương thức gán băng tần vệ tinh. - giao thức TCP/IP trong mạng VSAT, cũng như tại sao phải chuyển đổi giao thức TCP trong môi trường VSAT. - cuối cùng là giới thiệu về công nghệ DVB-S2 trong mạng VSAT băng rộng hiện nay, thế mạnh của DVB-S2 so với những chuẩn thông thường. - Chương 2: Mạng VSAT - IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 Chương này giới thiệu về hiện trạng các mạng VSAT của Việt Nam từ trước tới nay. - sự cần thiết phải có 1 mạng VSAT IP băng rộng hoạt động với vệ tinh Vinasat tại Việt Nam. - cấu trúc tổng thể mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1. - nguyên lý hoạt động và các đặc tính kỹ thuật của các khối chức năng bên trong 15mạng như: trạm Hub, VSAT. - một số dịch vụ đang được triển khai trên mạng VSAT - IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1. - Chương 3: Khảo sát, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức C/N dự phòng cho mạng VSAT- IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1. - Chương này bao gồm nội dung về việc thu thập số liệu thực tế của mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 theo các hướng đi và đến. - Trên cơ sở đó tác giả tiến hành phân tích, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức C/N dự phòng cho mạng VSAT –IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1. - Chương 4: Kết luận & Kiến nghị Nội dung chương này nhằm đánh giá và rút ra kết luận về đề tài nghiên cứu, đồng thời tác giả đưa ra một số kiến nghị, cũng như hướng nghiên cứu tiếp theo về mạng VSAT–IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 nhằm mục đích nâng cao hơn nữa chất lượng cung cấp dịch vụ của mạng trong tương lai.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt