Lien Ket Mang Ip Qua He Thong Ve Tin the He Sau - Www.viet-eBook.co.Cc

8/8/2019 Lien Ket Mang Ip Qua He Thong Ve Tin the He Sau - Www.viet-eBook.co.Cc

http://slidepdf.com/reader/full/lien-ket-mang-ip-qua-he-thong-ve-tin-the-he-sau-wwwviet-ebookcocc 1/144

!!K Ñ oàaùn toát nghi eäp L ieân keát maïng I P qua heäthoáng veät inh theáheäsauK !

GVHD:VoõTröôøg Sôn 1 http://www.ebook.edu.vn SV TH : Vu õVa ê Tr öïc

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết

tắtTừ đầy đủ Ý ngh ĩ a

3DESTriple Data Encryption

StandardThuật toán mật mã 3DES

AD Analog to Digital Chuyển đổi tươ ng tự sang số

ADSLAsymmetric Digital

Subscriber Line

Công nghệ truy nhậ p đườ ng

dây thuê bao số bất đối xứng

AES

Advanced Encryption

Standard Chuẩn mật mã cao cấ p

AH Authentication Header Giao thức tiêu đề xác thực

APIApplication Programming

Interface

Giao diện chươ ng trình ứng

dụng

ATM Asynchronous Tranfer ModeCông nghệ truyền tải không

đồng bộ

ARIN American Registry for Internet Number

Tiêu chuẩn Mỹ cho địa chỉ Internet

BGP Border Gateway ProtocolGiao thức định tuyến cổng

miền

BICCBearer Independent Call

Control ProtocolGiao thức điều khiển cuộc gọi

độc lậ p vớ i kênh mang

ISDNIntegrated Services Digital

Network Mạng số đa dịch vụ tích hơ p

B-ISDNBroadband Integrated Services

Digital Network

Mạng số đa dịch vụ tích hợ p

băng r ộng

CA Certificate Authority Nhà phân phối chứng thực số

CCP Compression Control Protocol Giao thức điều khiển nén

CIR Committed Information Rate Tốc độ thông tin cam k ết

CHAP Challenge Handshake Giao thức xác thực bắt tay





Authentication Protocol. thách thức

CR Cell Relay Công nghệ chuyển tiế p tế bào

CSU Channel Service Unit Đơ n vị dịch vụ kênh

DCEData Communication

EquipmentThiết bị truyền thông dữ liệu

DES Data Encryption Standard Thuật toán mật mã DES

DHCPDynamic Host Configuration

ProtocolGiao thức cấu hình host động

DNS Domain Name System hệ thống tên miền

DSL Digital Subcriber Line Đườ ng dây thuê bao số

DSP Digital Signal Processors Bộ xử lý tín hiệu số

DSU Data Service Unit Đơ n vị dịch vụ dữ liệu

EAPExtensible Authentication

ProtocolGiao thức xác thực mở r ộng

ESP

Encapsulating Security

Payload

Giao thức tải tr ọng bảo mật

đóng gói

FCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung

FTP File Tranfer Protocol Giao thức truyền tệ p

FR Frame Relay Chuyển tiế p khung dữ liệu

GVPNS Global VPN Service Dịch vụ VPN toàn cầu

GREGeneric RoutingEncapsulation Đóng gói định tuyến chung

HTTP Hypertext Tranfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản

ICMPInternet Control Message

Protocol

Giao thức bản tin điều khiển

Internet

ICV Integrity Check Value Giá tr ị kiểm tra tính toàn vẹn

IETFInternet Engineering Task

ForceCơ quan chuẩn Internet





IKE Internet Key Exchange Giao thức trao đổi khoá Internet

IGP Interior Gateway ProtocolGiao thức định tuyến trong

miền

IN Intelligent Network Mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IP-Sec Internet Protocol Security Giao thức an ninh Internet

ISAKMP

Internet Security Asociasion

and Key Management

Protocol

Giao thức quản lý khoá và k ết

hợ p an ninh Internet

ISDNIntegrated Service Digital

Network Mạng số đa dịch vụ

ISOInternational Standard

OrganizationTổ chức chuẩn quốc tế

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấ p dịch vụ internet

L2F Layer 2 Forwarding Giao thức chuyển tiế p lớ p 2

L2TP Layer 2 Tunneling Protocol Giao thức đườ ng ngầm lớ p 2

LAC L2TP Access Concentrator Bộ tậ p trung truy cậ p L2TP

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển liên k ết

LNS L2TP Network Server Máy chủ mạng L2TP

MAC Message Authentication Code Mã xác thực bản tin

MD5 Message Digest 5 Thuật toán MD5

MG Media Gateway Cổng k ết nối phươ ng tiện

MGC Media Gateway Controller Thiết bị điều khiển truy nhậ p

MGCPMedia Gateway Control

Protocol

Giao thức điều khiển cổng k ết

nối phươ ng tiện

MIB Management InformationBase Cơ sở dữ liệu thông tin quản lý





MPLSMulti Protocol Laber

Switching

Bộ định tuyến chuyển mạch

nhãn

MPPEMicrosoft Point-to-Point

Encryption

Mã hoá điểm-điểm của

Microsoft

MTU Maximum Transfer Unit Đơ n vị truyền tải lớ n nhất

NAS Network Access Server Máy chủ truy nhậ p mạng

NAT Network Address Translation Biên dịch địa chỉ mạng

NCP Network Control Protocol Giao thức điều khiển mạng

NDIS

Network Driver Interface

Specification Xác định giao diện mạng

NFS Network File System Hệ thống tệ p mạng

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NSA National Security Agency Cơ quan an ninh quốc gia Mỹ

PAPPasswork Authentication

ProtocolGiao thức xác thực mật khẩu.

PDU Protocol Data Unit Đơ n vị dữ liệu giao thức

PKI Public Key Infrastructure Cơ sở hạ tầng khoá công khai

POP Point of presence Điểm truy cậ p truyền thống.

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm tớ i điểm

PPTPPoint to Point Tunneling

Protocol

Giao thức đườ ng ngầm điểm tớ i

điểm

PVC Permanrnent Virtual Circuit Mạng ảo cố định

QoS Quality of Service Chất lượ ng dịch vụ

RAS Remote Access Service Dịch vụ truy nhậ p từ xa

RADIUSRemote Authentication Dial-

In User Service

Dịch vụ xác thực ngườ i dùng

quay số từ xa

RRAS Routing and Remote AccessServer Máy chủ truy cậ p định hướ ngvà truy cậ p từ xa.





RTP Real-time Tranport ProtocolGiao thức truyền tải thờ i gian

thực

SA Securty Association K ết hợ p an ninh

SAD Security Association Database Cơ sở dữ liệu k ết hợ p an ninh

SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấ p số đồng bộ

SG Signling Gateway Cổng k ết nối báo hiệu

SIG Session Initiation Protocol Giao thức khở i tạo phiên

SNMPSimple Network Management

Protocol

Giao thức quản lý mạng đơ n

giản

SMTP Simple Mail Tranfer Protocol Giao thức truyền thư đơ n giản

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

SPD Security Policy DatabaseCơ sở dữ liệu chính sách an

ninh

SPI Sercurity Parameter Index Chỉ số thông số an ninh

SVC Switched Virtual Circuit Mạch ảo chuyển mạch

TACACSTerminal Access Control

System

Hệ thống điều khiển truy nhậ p

đầu cuối

TCP Transmission Control ProtocolGiao thức điều khiển truyền

thông

TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối

UNI User Network Interface Giao diện mạng ngườ i sử dụng

UDP User Datagram ProtocolGiao thức gói dữ liệu ngườ i

dùng

VC Virtual Circuit Kênh ảo

VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo

VNS Virtual Network Service Dịch vụ mạng ảo

VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đườ ng ảo





VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

WAN Wide Area Network Mạng diện r ộng

LỜ I NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng vớ i sự phát triển mạnh mẽ của khoa học-công nghệ thì nhu cầutrao đổi dữ liệu và các dịch vụ tiện ích của con ngườ i cũng tăng theo. Các phươ ngthức truyền dẫn hiện nay như là ADSL, leased-line, Frame-Relay… tuy đã phần nàođáp ứng đượ c nhu cầu đó nhưng hạn chế của mạng này là tính di động không cao vàtriển khai ở những nơ i địa hình phức tạ p vẫn còn là một tr ở ngại lớ n. Và mạng vệ tinhthực sự là một giải pháp tối ưu giải quyết đượ c cả 2 vấn đề trên vớ i việc cung cấ p

mạng băng r ộng thế hệ mớ i cung cấ p đa dịch vụ trên một thiết bị đầu cuối vớ i nền IPtốc độ cao, vớ i các dịch vụ đượ c cung cấ p tr ực tiế p đến khách hàng qua vệ tinh tránhđượ c xảy ra tắc nghẽn đườ ng truyền làm giảm tốc độ k ết nối chi phí ,ko mắc hơ n cácdịch vụ truyền thống quá nhiều , vệ tinh trong tươ ng lai không chỉ hướ ng tớ i hoạtđộng công ích mà là cung cấ p dịch vụ cho khách hàng vùng sâu vùng xa khó khăn về địa hình, vớ i những ưu thế trên thì vệ tinh ngày càng đượ c triền khai r ộng rãi trêntoàn thế giớ i ,một trong những công nghệ hiện nay đang đượ c sử dụng khá phổ biếnđó là truyền thông IP qua mạng vệ tinh.

Vớ i đồ án “liên k ết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sau” em hi vọng sẽ

góp phần làm rõ những đặc điểm chính về công nghệ đang đượ c ứng dụng r ộng rãinày.

Nội dung đồ án gồm 6 chươ ng:

Chươ ng 1: Lịch sử phát triển của vệ tinh. giớ i thiệu sơ lượ c về lịch sử phát triển của dịch vụ vệ tinh, ứng dụng của dịch vụ vệ tinh cũng như các định ngh ĩ a của ITU-R về các dịch vụ mạng.

Chươ ng 2:Mạng vệ tinh và các đặc điểm. giớ i thiệu về mạng vệ tinhnhư phần không gian của vệ tinh, tr ạm mặt đất, quỹ đạo, dải tần cũng

như các đặc điểm của mạng vệ tinh. Chươ ng 3:Khái niệm mạng và quỹ đạo vệ tinh trong chươ ng này ta tìmhiểu về quỹ đạo, tham số quỹ đạo, đặc điểm liên k ết vệ tinh các phươ ngthức điều chế cũng như k ỹ thuật đa truy nhậ p trong vệ tinh.

Chươ ng 4: Liên k ết mạng vệ tinh vớ i mạng trái đất. các thành phần vàk ết nối mạng, báo hiệu , lưu lượ ng, chuyển tiế p, truy nhậ p mạng. mạngđiện thoại k ỹ thuật số, mạng số tích hợ p đa dịch vụ qua vệ tinh sẽ đượ ctrình bày ở chươ ng 4.

Chươ ng 5: Giao thức internet (IP) qua vệ tinh. Trong chươ ng này ta sẽ

tìm hiểu về việc đóng gói IP, nối mạng vệ tinh IP, phát đa điểm IP quamạng vệ tinh.





Chươ ng 6: Bảo mật. Một vấn đề chính trong tất cả các mạng đó là vấnđề bảo mật, do đó trong chươ ng này ta sẽ tìm hiểu về các giao thứccũng như cách thức bảo mật trong mạng vệ tinh.

Mặc dù đã cố gắng trong khi làm đồ án nhưng vớ i khả năng và kiến thức còn

hạn chế do đó không thể tránh khỏi những sai sót, em mong nhận đượ c sự góp ý sửachữa của các thầy cô và các bạn

Em xin cảm ơ n các thầy cô tr ườ ng Đại Học Giao Thông Vận Tải đã dạy bảo và truyền cho chúng em những kiến thức quý báu trong suốt 5 năm qua. đặc biệtem xin chân thành cảm ơ n thầy Võ Tr ườ ng Sơ n và các thầy cô trong liên bộ mônĐiện-Điện tử đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

TP.HCM Tháng 12 năm 2008

Sinh viên thực hiện

Vũ Văn Tr ực





CHƯƠ NG 1. GIỚ I THIỆU

1.1. L ị ch sử phát tri ể n của vệ tinh

Vệ tinh đã có mối liên hệ chặt chẽ vớ i viễn thông và truyền hình ngay từ khi nómớ i hình thành, nhưng chỉ vài ngườ i chú ý điều này. Ngày nay,vệ tinh truyền nhữngchươ ng trình truyền hình tr ực tiế p tớ i từng nhà và cho phép chúng ta truyền những tinnhắn và truy cậ p Internet. Sauđây sẽ cho ta một tổng quan nhanh lịch sử của vệ tinh.

1.1.1. Sự khở i đầu của k ỉ nguyên vệ tinh và không gian

Công nghệ vệ tinh đã tiến bộ một cách đáng k ể từ khi vệ tinh nhân tạo đầu tiên

Sputnick đượ c phóng lên bở i Liên Xô vào 4/10/1957 và Courier-1B đượ c thí nghiệmđầu tiên tại Mỹ vào Tháng tám 1960.

Hợ p tác quốc tế đầu tiên để nghiên cứu vệ tinh cho dịch vụ truyền hình và ghépkênh thoại đượ c đánh dấu bở i thí nghiệm truyền thông ở bên kia bờ Đại tây dươ nggiữa Mỹ, Nướ c Pháp, Đức và Vươ ng quốc Anh vào 1962

1.1.2. Truyền thông vệ tinh đầu tiên: TV và điện thoại

Tổ chức Intelsat đượ c thành lậ p ban đầu vớ i 19 quốc gia và các bên đã ký k ết ban đầu vào Tháng tám 1964. Việc giớ i thiệu REARLY BIRD (Intelsat-1) đánh dấu

vệ tinh thông tin địa t ĩ nh thươ ng mại đầu tiên. Nó cung cấ p 240 mạch điện thoại vàmột kênh Ti vi giữa Mỹ, Nướ c Pháp, Đức và Vươ ng quốc Anh trong Tháng tư 1965.Vào 1967, vệ tinh Intelsat- II cung cấ p dịch vụ tươ ng ứng qua Đại tây dươ ng vànhững vùng Thái Bình Dươ ng. Từ 1968 đến 1970, Intelsat- III đạt đượ c hoạt độngtoàn thế giớ i vớ i 1500 mạch điện thoại và bốn kênh Ti vi. Lần đầu tiên vệ tinhIntelsatIV cung cấ p 4000 mạch điện thoại và hai kênh Ti vi trong Tháng giêng 1971và Intelsat- IVa cung cấ p 20 bộ phát-đáp (của) 6000 mạch và hai kênh Ti vi vớ i việcsử dụng phân tách chùm tia để sử dụng lại tần số

1.1.3. Sự phát triển của truyền dẫn vệ tinh số

Vào năm 1981, lần đầu tiên vệ tinh Intelsat V đạt đượ c dung lượ ng 12000 mạchvớ i hoạt động FDMA và TDMA, bộ phát-đáp băng r ộng 6/4 GHz và 14/11 GHz, vàsử dụng lại tần số bằng cách tách ra chùm tia và phân cực kép. Vào năm 1989, Vệ tinh Intelsat VI cung cấ p chuyển mạch TDMA trong vệ tinh lên đến 120000 mạch.Vào năm 1998, Intelsat VII, VIIa và vệ tinh Intelsat VIII đượ c phóng. Vào 2000, vệ tinh Intelsat- IX đạt đượ c 160000 mạch

1.1.4. Sự phát triển của truyền hình k ỹ thuật số qua vệ tinh(Direct To Home-DTH)

Trong năm 1999 lần đầu tiên Vệ tinh K-Ti vi cung cấ p 30 bộ phát đáp 14/ 11-

12 GHz cho 210 chươ ng trình truyền hình có khả năng truyền hình tr ực tiế p đến từnghộ dân và dịch vụ VSAT.





1.1.5. Sự phát triển của truyền thông vệ tinh biển

Trong Tháng sáu 1979, tổ chức Vệ tinh Biển Quốc tế (Inmarsat) đã đượ c thiếtlậ p để cung cấ p thông tin vệ tinh Biển toàn cầu vớ i 26 bên ký k ết ban đầu. Nó mở rađặc tính di động của thông tin vệ tinh.

1.1.6. Thông tin vệ tinh trong vùng và trong nướ cTại cấ p độ khu vực,tổ chức viễn thông vệ tinh Châu Âu(Eutelsat) đượ c thành

lậ p vớ i 17 quốc gia và đượ c kí k ết vào tháng 6/1977.Nhiều nướ c cũng phát triển hệ thống truyền thông vệ tinh nội địa của riêng mình, bao gồm Mỹ, Liên Xô, Canada, Nướ c Pháp, Đức, Vươ ng quốc Anh, Nhật bản, Trung quốc và một số nướ c khác

1.1.7. Mạng vệ tinh băng thông r ộng và mạng di động

K ể từ năm 1990, những phát triển quan tr ọng đã đượ c thực hiện trên nhữngmạng băng thông bao gồm k ỹ thuật chuyển mạch trong vệ tinh. Những vệ tinh không

địa t ĩ nh khác nhau đã đượ c phát triển cho dịch vụ vệ tinh di động (MSSs) và dịch vụ vệ tinh băng thông r ộng cố định (FSSs)

1.1.8. Internet qua mạng vệ tinh

Từ cuối những năm 1990 và đầu thế k ỷ 20, chúng ta đã thấy một sự gia tăng 1cách k ịch tính trong lưu lượ ng Internet qua truyền thông mạng. Mạng Vệ tinh đãđượ c sử dụng để truyền dẫn lưu lượ ng Internet tớ i điện thoại và truyền hình cho truycậ p và chuyển tiế p mạng.và điều này mang lại những cơ hội lớ n cũng như nhữngthách thức tớ i nền công nghiệ p vệ tinh.





1.2. Các ứ ng d ụng và các d ị ch vụ mạng vệ tinh

Hình1.1 các ứ ng d ụng và d ịch vụ của mạng vệ tinh

Vệ tinh nhân tạo hay còn đượ c gọi là các ngôi sao do con ngườ i chế tạo ra trên bầu tr ờ i, và đôi khi thườ ng bị nhầm vớ i những ngôi sao thật. Đối vớ i nhiều ngườ i thìnó đầy bí ẩn. Những nhà khoa học và k ỹ sư thì lại hay ví von, thườ ng gọi chúng làcác con chim hay tươ ng tự chim, các vệ tinh có thể tớ i những nơ i r ất xa mà các sinh

vật không tồn tại ở đó. Chúng có thể quan sát trái đất từ bầu tr ờ i, chúng giúp chúng tatìm thấy đườ ng trên khắ p thế giớ i, mang đến cho chúng ta các cuộc điện thoại,emails, duyệt web ,chuyển tiế p các chươ ng trình tivi qua bầu tr ờ i. Thật sự độ cao củavệ tinh xa bên ngoài khả năng của bất k ỳ loài chim thật nào. Khi những vệ tinh đượ csử dụng cho nối mạng, độ cao của nó cho phép thực hiện một vai trò duy nhất trongcơ sở hạ tầng mạng toàn cầu (GNI). Nối mạng vệ tinh là 1 l ĩ nh vực mở r ộng ,và đã phát triển một cách có ý ngh ĩ a từ lần đầu tiên ra đờ i của hệ thống thông tin vệ tinh,từ dịch vụ phát quảng bá điện thoại và truyền hình truyền thống tớ i mạng internet và băng thông r ộng hiện đại và truyền quảng bá vệ tinh số. Nhiều tiến bộ k ỹ thuật trong

vùng nối mạng dựa trên nối mạng vệ tinh. Vớ i việc yêu cầu gia tăng băng thông vàsự di động tớ i chân tr ờ i thì vệ tinh là một lựa chọn hợ p lý để cung cấ p dải thông lớ nhơ n vớ i phạm vi toàn cầu ,bên ngoài mạng quả đất, và hứa hẹn 1 buổi trình diễn ấntượ ng trong tươ ng lai. Vớ i sự phát triển của k ỹ thuật nối mạng, mạng vệ tinh đangtr ở nên ngày càng tích hợ p vào trong GNI . Vì vậy, những mạng trái đất và nhữnggiao thức làm việc vớ i Internet là một phần quan tr ọng của nối mạng vệ tinh. Mụcđích cuối cùng của nối mạng vệ tinh là cung cấ p những dịch vụ và những ứngdụng.cung cấ p những dịch vụ đầu cuối ngườ i sử dụng và các ứng dụng tr ực tiế p đếnngườ i sử dụng. Mạng Cung cấ p dịch vụ truyền tải để mang thông tin giữa nhữngngườ i dùng vớ i một khoảng cách nhất định. Hình 1.1 minh họa một cấu hình mạngvệ tinh tiêu biểu gồm có những mạng trái đất, những vệ tinh vớ i một mối liên k ết liên





vệ tinh (ISL), những tr ạm mặt đất cố định, những tr ạm mặt đất di động, những thiết bị đầu cuối xách tay và cầm tay, và những thiết bị đầu cuối ngườ i dùng k ết nối tớ i vệ tinh 1 cách tr ực tiế p hay thông qua những mạng trái đất.

1.2.1. Vai trò mạng vệ tinh

Trong mạng trái đất, các nút và mối liên k ết đượ c cần đạt đến những khoảngcách xa và những vùng bao phủ r ộng. Chúng đượ c tổ chức để đạt đượ c sự bảo trì vàvận hành mạng 1 cách kinh tế. Bản chất của vệ tinh đã làm cho chúng tr ở nên về khác nhau về căn bản vớ i những mạng trái đất dướ i dạng những khoảng cách, chia sẻ tài nguyên băng thông, k ỹ thuật truyền dẫn, thiết k ế, sự phát triển và hoạt động, vànhững chi phí và nhu cầu của những ngườ i sử dụng.

Về chức năng, mạng vệ tinh có thể cung cấ p k ết nối tr ực tiế p giữa đầu cuốingườ i dùng, k ết nối cho những thiết bị đầu cuối để truy nhậ p vào mạng trái đất vànhững k ết nối giữa các mạng trái đất. đầu cuối ngườ i dùng cung cấ p cung cấ p nhữngdịch vụ và ứng dụng tớ i mọi ngườ i thườ ng độc lậ p từ mạng vệ tinh ví dụ cùng mộtthiết bị đầu cuối có thể dùng để truy nhậ p mạng vệ tinh cũng như truy cậ p mạng tráiđất

Những thiết bị đầu cuối vệ tinh, cũng đượ c gọi là tr ạm mặt đất, và là phạm vitrái đất của mạng vệ tinh, cung cấ p những điểm truy nhậ p tớ i mạng vệ tinh cho đầucuối ngườ i dùng thông qua tr ạm mặt đất ngườ i dùng(USE) Và cho những mạng tráiđất qua tr ạm cổng trái đất(GES). Vệ tinh là hạt nhân của mạng vệ tinh và trung tâmcủa các mạng dướ i dạng cả những chức năng lẫn những k ết nối vật lý . Hình 1.2

minh họa mối quan hệ giữa đầu cuối ngườ i dùng, mạng mặt đất và mạng vệ tinhĐiển hình,mạng vệ tinh gồm có các vệ tinh liên k ết vài GES lớ n và nhiều UESnhỏ. Những GES nhỏ đượ c sử dụng để truy nhậ p tr ực tiế p bở i đầu cuối ngườ i dùngvà GES lớ n dùng cho k ết nối mạng trái đất . Những vệ tinh UES và GES đượ c địnhngh ĩ a là ranh giớ i của mạng vệ tinh., Đối vớ i đầu cuối xách tay và di động, chức năngđầu cuối ngườ i dùng và vệ tinh USE đượ c tích hợ p trong cùng 1 đơ n vị, nhưng đốivớ i đầu cuối xách tay anten của chúng có thể phân biệt đượ c.

Vai trò quan tr ọng nhất của mạng vệ tinh là cung cấ p sự truy nhậ p bở i đầu cuốingườ i dùng và liên k ết tớ i mạng trái đất mà các ứng dụng và dịch vụ cung cấ p bở i

mạng trái đất là điện thoại, truyền hình ,truy cậ p băng thông r ộng và k ết nối internetcó thể mở r ộng đến những nơ i mà cáp và sóng mặt đất không thể lắ p đặt và bảo trì.

Thêm vào đó, mạng vệ tinh cũng mang đến các dịch vụ và ứng dụng cho cáctàu bè, máy bay,xe cộ, không gian và những nơ i ngoài tầm của mạng mặt đất nhữngvệ tinh cũng đóng vai trò quan tr ọng trong quân đội, khí tượ ng thủy văn hệ thốngđịnh vị toàn cầu(GPS), quan sát môi tr ườ ng, dịch vụ truyền thông tin và những dữ liệu riêng tư và sự phát triển trong tươ ng lai của các úng dụng và dịch vụ mớ i cho phạm vi toàn cầu chẳng hạn mạng băng thông r ộng, thế hệ mớ i của mạng di động vàdịch vụ phát quảng bá số trên toàn thế giớ i.





Hình 1.2 M ố i quan hệ chứ c nă ng đầu cuố i ng ườ i dùng,mạng vệ tinh và mạng mặ t đấ t

1.2.2. Phần mềm và phần cứng mạng

Dướ i dạng xử lý,đầu cuối ngườ i dùng bao gồm phần mềm và phần cứng mạngvà các phần mềm ứng dụng. phần mềm và phần cứng mạng cung cấ p các chức năngvà cơ chế để truyền gửi thông tin trong 1 khuôn dạng đúng và sử dụng đúng các giaothức tại điểm truy nhậ p mạng tươ ng ứng, chúng cũng có thể nhận các thông tin từ

điểm truy nhậ p. Phần cứng Mạng cung cấ p những sự truyền tín hiệu sử dụng có hiệuquả và chi phí thấ p tài nguyên băng thông và những k ỹ thuật truyền. D ĩ nhiên , mộtliên k ết vô tuyến thườ ng đượ c làm để liên k ết đầu cuối ngườ i sử dụng còn cáp quangdung lượ ng lớ n đượ c dùng để liên k ết vớ i tr ục chính.

Vớ i sự tiến bộ của xử lý tín hiệu số (DSP), việc sử dụng phần cứng truyềnthống đang đượ c càng ngày càng thay thế bở i phần mềm để tăng tính linh hoạt củacấu hình lại, từ đây giảm bớ t những chi phí. Bở i vậy tỉ lệ của sự thực hiện càng ngàycàng cao trong phần mềm và ít trong phần cứng. Nhiều sự thực hiện phần cứng lầnđầu tiên đượ c thực hiện và mô phỏng trong phần mềm, Phần cứng là nền tảng của bất

k ỳ việc thực hiện hệ thống nào.Chẳng hạn, những hệ thống điện thoại truyền thống chủ yếu là phần cứng; và

những hệ thống điện thoại hiện đại và những mạng dữ liệu ,máy tính và Internet hiệnchủ yếu là phần mềm

1.2.3. Giao diện mạng vệ tinh

Điển hình,mạng vệ tinh có hai kiểu giao diện ngoài: một giữa vệ tinh USE vàđầu cuối ngườ i dùng; và mặt khác là giữa vệ tinh GES và mạng trái đất. Hiện tại, có ba kiểu giao diện: giữa UES và hệ thống tr ọng tải tối đa thông tin vệ tinh; Giữa GES

và hệ thống tr ọng tải tối đa thông tin vệ tinh; liên k ết (ISL) giữa những vệ tinh. Tất cả





sử dụng những liên k ết vô tuyến, ngoại tr ừ ISL chỉ có thể sử dụng những mối liên k ếtquang học .

Cũng như cáp vật lý,băng tần vô tuyến là những một trong số nhiều tài nguyênquan tr ọng và khan hiếm nhất cho sự truyền thông tin qua mạng vệ tinh. Không

giống những cáp, dải thông không thể là sản xuất, nó chỉ có thể dùng chung và sử dụng nó tối ưu. Tài nguyên quan tr ọng khác là công suất truyền. Nói riêng, công suất bị giớ i hạn cho đầu cuối ngườ i dùng yêu cầu sự di động

Băng thông và công suất truyền cùng nhau trong điều kiện truyền dẫn và môitr ườ ng xác định khả năng của mạng vệ tinh. Nối mạng vệ tinh chia sẻ nhiều kháiniệm vớ i nối mạng chung .Trong cấu trúc liên k ết nó có thể cấu hình trong cấu trúchình sao hoặc hình lướ i. Trong k ĩ thuật truyền dẫn nó có thể thiết lậ p k ết nối điểmđiểm, điểm – đa điểm,đa điểm- đa điểm.

Dướ i dạng giao diện, chúng ta có thể dễ dàng vẽ sơ đồ mạng vệ tinh Trongđiều kiện khái quát như giao diện ngườ i sử dụng mạng ( UNI) và giao diện nút mạng(NNI).

Khi hai mạng cần đượ c nối cùng nhau, một giao diện từ mạng tớ i mạng đượ cthiết lậ p, mà nó chính là giao diện của một nút mạng trong một mạng vớ i một nútmạng trong mạng khác. Chúng có những chức năng tươ ng tự như NNI. Bở i vậy, NNIcũng có thể đượ c dùng để biểu thị một giao diện từ mạng tớ i mạng.

1.2.4. Dịch vụ mạng

USE và GSE cung cấ p các dịch vụ mạng, trong mạng truyền thống chẳng hạndịch vụ đượ c phân làm 2 loại là dịch vụ thoại và dịch vụ vận chuyển, dịch vụ thoại là1 dịch vụ cấ p cao có thể đượ c sử dụng tr ực tiế p bở i ngườ i dùng như: điện thoại, dịchvụ Fax, dịch vụ video và dữ liệu .chất lượ ng của dịch vụ (QoS) tại mức này là ngườ idùng trung tâm, ví dụ QoS chỉ cho ngườ i sử dụng thấy đượ c chất lượ ng dịch vụ chẳng hạn điểm số trung bình khách quan(MOS), dịch vụ truyền tải là dịch vụ mứcthấ p hơ n cung cấ p bở i mạng để hỗ tr ợ cho dịch vụ thoại,QoS tại mức này là mạngtrung tâm, ví dụ: độ tr ễ truyền dẫn, méo tr ễ , truyền dẫn lỗi và tốc độ truyền dẫn….

Có các phươ ng pháp để ánh xạ giữa 2 mức của dịch vụ. mạng cần cấ p phát tàinguyên để yêu cầu QoS và tối ưu hoá các hoạt động của mạng, QoS mạng và QoSngườ i dùng có mâu thuẫn vớ i điều chỉnh khách quan lưu lượ ng mạng ví dụ :chúng tacó thể tăng QoS bằng cách giảm lưu lượ ng trong mạng hoặc gia tăng nguồn mạng tuynhiên điều này có thể làm giảm các dịch vụ mạng cho ngườ i khai thác mạng, ngườ ikhai thác mạng cũng có thể làm tăng các dịch vụ mạng bằng cách gia tăng lưu lượ ngmạng nhưng điều này có thể làm ảnh hưở ng tớ i QoS ngườ i dùng

1.2.5. Ứ ng dụng

Ứ ng dụng là sự k ết hợ p của một hoặc nhiều dịch vụ mạng. Chẳng hạn,nhữngứng dụng giáo dục từ xa và điều tr ị từ xa là những ứng dụng đượ c xây dựng dựa trên

việc k ết hợ p dịch vụ thoại, hình ảnh và dữ liệu. Sự k ết hợ p của thoại, hình ảnh và dữ liệu còn đượ c gọi là những dịch vụ đa phươ ng tiện. Một số ứng dụng có thể sử dụng





vớ i những dịch vụ mạng để tạo ra những ứng dụng mớ i.Dịch vụ là một thành phần cơ bản do mạng cung cấ p. Những ứng dụng đượ c xây dựng từ những thành phần cơ bảnnày .Thông thườ ng thuật ngữ ứng dụng và dịch vụ có thể thay thế cho nhau đượ ctrong câu văn ,nhưng đôi khi phân biệt chúng cũng tốt.

1.3. ITU-R sự đị nh nghĩ a d ị ch vụ mạng

Những ứng dụng của vệ tinh đượ c dựa trên những dịch vụ cơ bản của vệ tinh.Do bản chất của truyền thông vô tuyến,các dịch vụ của vệ tinh bị giớ i hạn bở i tần số vô tuyến sẵn có . Những dịch vụ vệ tinh khác nhau đượ c định ngh ĩ a, bao gồm: dịchvụ vệ tinh cố định (FSS) ,dịch vụ vệ tinh di động (MSS) và dịch vụ vệ tinh quảng bádo ITU- R lậ p k ế hoạch cấ p phát và quản lý băng thông.

1.3.1. Dịch vụ vệ tinh cố định

FSS đượ c định ngh ĩ a là một dịch vụ thông tin vô tuyến giữa một vị trí đã cho

trên bề mặt trái đất vớ i một hoặc nhiều vệ tinh đượ c sử dụng. Những tr ạm tại mặt đấtđượ c gọi là tr ạm mặt đất FSS, tr ạm đượ c đặt trên những vệ tinh , chủ yếu gồm có bộ phát-đáp vệ tinh và những anten, đượ c gọi là những tr ạm không gian FSS.

Tuy nhiên, những vệ tinh thế hệ mớ i có cả những hệ thống thông tin liên lạc phức tạ p onboard bao gồm cả chuyển mạch onboard. Truyền thông giữa những tr ạmmặt đất là k ết nối một vệ tinh hay nhiều vệ tinh thông qua ISL(inter-satellite link).Cũng có thể hai vệ tinh đượ c nối thông qua một tr ạm mặt đất chung mà không có mộtISL. FSS cũng bao gồm những liên k ết fiđơ chẳng hạn liên k ết giữa tr ạm mặt đất cố định và vệ tinh cho dịch vụ phát thanh vệ tinh (BSS) và dịch vụ vệ tinh di động

(MSS). FSS hỗ tr ợ tất cả mọi loại dịch vụ k ĩ thuật viễn thông và dữ liệu mạng như điện thoại, Fax, dữ liệu, video, Tivi, Internet và rađiô.

1.3.2. Dịch vụ vệ tinh di động

MSS đượ c định ngh ĩ a như một dịch vụ thông tin vô tuyến giữa những tr ạm mặtđất di động vớ i một hoặc nhiều vệ tinh, bao gồm MSS biển, hàng không và đất liền.Vì những yêu cầu di động, nên các thiết bị đầu cuối mặt đất di động thườ ng nhỏ, vàthậm chí là những thiết bị đầu cuối cầm tay.

1.3.3. Dịch vụ phát thanh vệ tinh

BSS là một dịch vụ thông tin vô tuyến mà trong đó những tín hiệu truyền đihay truyền ngượ c lại bằng vệ tinh nhằm mục đích là thu tr ực tiế p bở i ngườ i dùng sử dụng anten truyền hình chỉ thu (TVRO).Vệ tinh thực hiện cho BSS thườ ng đượ c gọilà những vệ tinh phát thanh tr ực tiế p ( DBS). Thu tr ực tiế p bao gồm tr ực tiế p tớ i từnghộ dân (DTH) và truyền hình cáp(CATV). Thế hệ mớ i của BSS có thể truyền ngượ clại thông qua vệ tinh.

1.3.4. Các dịch vụ vệ tinh khác

Một số dịch vụ vệ tinh khác đượ c thiết k ế cho những ứng dụng đặc biệt như

quân đội, xác định bằng vô tuyến, định vị, khí tượ ng học, nghiên cứu trái đất và thămdò không gian. Một bộ gồm những tr ạm không gian và những tr ạm mặt đất làm việc





cùng nhau để cung cấ p thông tin vô tuyến đượ c gọi là một hệ thống vệ tinh. Để tiệnhơ n, đôi khi 1 hệ thống vệ tinh hay một phần của nó đượ c gọi là một mạng vệ tinh.Chúng ta thấy r ằng trong phạm vi của giao thức mạng, hệ thống vệ tinh có thể khôngcần hỗ tr ợ tất cả các lớ p chức năng của ngăn xế p giao thức(lớ p vật lý,lớ p liên k ết, lớ p

mạng).

CHƯƠ NG 2. MẠNG VỆ TINH VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM

2.1. M ạng vệ tinh

Có hai loại k ỹ thuật truyền: truyền broadcast và truyền điểm-điểm. Mạng vệ tinh có thể hỗ tr ợ cả broadcast và k ết nối từ điểm tớ i điểm. Mạng vệ tinh thực sự hữuích nhất ở những nơ i có đặc điểm phạm vi r ộng quan tr ọng. Thực hiện nối mạng vệ tinh đóng một vai trò quan tr ọng trong cung cấ p phủ sóng toàn cầu. Có ba loại vai tròmà những vệ tinh có thể có trong mạng thông tin: mạng truy nhậ p , mạng chuyển tiế pvà broadcast

2.1.1. Mạng truy nhậ p

Truy nhậ p mạng cung cấ p sự truy nhậ p cho đầu cuối ngườ i dùng hay những

mạng riêng tư. Trong lịch sử mạng điện thoại, nó cung cấ p những k ết nối từ điệnthoại hay tổng đài nội bộ (PBX) đến những mạng điện thoại. thiết bị đầu cuối ngườ idùng k ết nối tớ i thiết bị đầu cuối trái đất vệ tinh dùng để truy nhậ p k ết nối tr ực tiế pvệ tinh. Ngày nay, ngoài mạng truy nhậ p điện thoại, truy nhậ p mạng cũng có thể làtruy nhậ p ISDN, truy nhậ p B-ISDN và truy nhậ p Internet

2.1.2. Mạng chuyển tiế p

Mạng chuyển tiế p cung cấ p k ết nối giữa những mạng hay chuyển mạch mạng. Nó thườ ng có dung lượ ng lớ n để hỗ tr ợ một số lượ ng lớ n k ết nối cho lưu lượ ng

mạng. Những ngườ i sử dụng không sự truy nhậ p tr ực tiế p tớ i nó. Bở i vậy nó thườ ngtrong suốt đối vớ i ngườ i sử dụng. Một ví dụ vệ tinh làm nhiệm vụ mạng chuyển tiế p





bao gồm nối mạng điện thoại quốc tế,ISDN,B-ISDN,mạng tr ục chính internet.Băngthông chia sẻ thườ ng sử dụng k ĩ thuật đa truy nhậ p gán cố định.

2.1.3. Mạng quảng bá

Vệ tinh hỗ tr ợ cả dịch vụ viễn thông lẫn dịch vụ phát thanh. Vệ tinh có thể cungcấ p những dịch vụ truyền thông r ất hiệu quả bao gồm phát quảng bá thoại và video số ( DVB- S) Và DVB vớ i kênh tr ở về thông qua vệ tinh (DVB- RCS).

2.1.4. Phần không gian của hệ thống vệ tinh

Thành phần chính của một hệ thống vệ tinh thông tin gồm có phạm vi khônggian:vệ tinh, và phạm vi trái đất: tr ạm mặt đất. Thiết k ế của mạng vệ tinh liên quantớ i những yêu cầu dịch vụ, quỹ đạo,vùng phủ sóng và sự chọn lọc dải tần số.

Vệ tinh là lõi của mạng vệ tinh gồm có một hệ thống con và nền hệ thốngtruyền thông. Nền hệ thống, còn gọi là bus cung cấ p cấu trúc hỗ tr ợ và cấ p nguồn

cho hệ thống con truyền thông,và cũng bao gồm điều chỉnh độ cao, điều khiển quỹ đạo, điều khiển nhiệt, theo dõi, đo lườ ng và điều khiển từ xa (TT & T) để bảo dưỡ ngnhững hoạt động bình thườ ng của hệ thống vệ tinh.

Hình 2.1 Minh hoạ phạm vi không gian và phạm vi mặ t đấ t

Hệ thống con viễn thông gồm có những bộ phát-đáp và anten.Anten đượ c ghépvớ i những bộ phát-đáp đượ c thiết k ế đặc biệt để cung cấ p vùng phủ sóng cho mạng

vệ tinh. Vệ tinh thế hệ mớ i có thể có bộ xử lý onboard (OBP) và bộ chuyển mạchonboard (OBS). Các loại bộ phát đáp khác nhau:





Những bộ phát-đáp Trong suốt cung cấ p chức năng chuyển tiế p nhữngtín hiệu vô tuyến , (sự) tiế p sức. Chúng nhận tín hiệu truyền từ tr ạm mặtđất và truyền ngượ c lại từ chúng tớ i các tr ạm mặt đất sau khi đã khuếchđại và biến đổi tần .Những vệ tinh vớ i những bộ phát-đáp trong suốt

đượ c gọi là những vệ tinh trong suốt. Bộ phát-đáp OBP cung cấ p những chức năng bổ sung bao gồm xử lý tínhiệu số (DSP), khôi phục và xử lý tín hiệu băng tần cơ sở tr ướ c khitruyền lại tín hiệu từ vệ tinh.tớ i tr ạm mặt đất. Những vệ tinh vớ i bộ phát-đáp OBP đượ c gọi là vệ tinh OBP.

Bộ phát-đáp OBS có những chức năng bổ sung so vớ i những bộ phát-đápOBP, cung cấ p chức năng chuyển mạch. Tươ ng tự như vậy ,vệ tinh vớ i bộ phát-đáp OBS đượ c gọi là vệ tinhOBS.

Ngoài ra, trung tâm điều khiển vệ tinh (SCC) và trung tâm điều khiển mạng

(NCC) hay trung tâm quản lý mạng (NMC)là một phần của phạm vi không gian đượ cđặt tại mặt đất:

Trung tâm điều khiển Vệ tinh (SCC): nó là hệ thống đặt ở mặt đất chiụ trách nhiệm về hoạt động của vệ tinh. Nó theo dõi tình tr ạng của hệ thốngcon vệ tinh khác nhau thông qua liên k ết đo từ xa,điều khiển vệ tinh hoạtđộng theo quỹ đạo danh định của nó thông qua mối liên k ết điều khiển từ xa. Nó (SCC) liên k ết vớ i vệ tinh thông qua những liên k ết dành riêng,khác vớ i những mối liên k ết truyền thông.Nó thườ ng bao gồm một tr ạmmặt đất và hệ thống vệ tinh GEO hay không GEO, nhận đo lườ ng từ xa

từ tr ạm vệ tinh và gửi lệnh điều khiển từ xa cho vệ tinh. Đôi khi, mộttrung tâm sao lưu đượ c xây dựng tại một vị trí khác để cải thiện độ tincậy và tính sẵn sàng

Trung tâm điều khiển mạng (NCC) hay trung tâm quản lý mạng (NMC):có các chức năng khác vớ i SCC. Những chức năng chính của nó là quảnlý lưu lượ ng mạng và liên k ết tài nguyên trong vệ tinh và trên mặt đất để đạt đượ c hiệu quả sử dụng mạng vệ tinh cho truyền thông.

Chi ti ế t về phần không gian của hệ thố ng thông tin vệ tinh

• BỘ PHÁT ĐÁP Tổ chức kênh của bộ phát đáp

Bộ phát đáp bao gồm tậ p hợ p các khối nối vớ i nhau để tạo nên một kênhthông tin duy nhất giữa anten thu và anten phát trên vệ tinh thông tin. Một số khốitrong bộ phát đáp có thể đượ c dùng chung cho nhiều bộ phát đáp khác.Tr ướ c khitrình bày chi tiết các khối khác nhau cuả bộ phát đáp, ta sẽ xét ngắn gọn tổ chức tầnsố cho thông tin vệ tinh băng C. Băng thông ấn định cho dịch vụ băng C là 500 MHzvà băng thông này đượ c chia thành các băng con, mỗi băng con dành cho một bộ phát đáp. Độ r ộng băng tần thông thườ ng của bộ phát đáp là 36 MHz vớ i đoạn băng bảo vệ giữa các bộ phát đáp là 4MHz.Vì thế băng tần 500 MHz có thể đảm bảo cho





12 bộ phát đáp. Bằng cách ly phân cực, ta có thể tăng số bộ phát đáp lên hai lần.Cách ly phân cực cho phép sử dụng cùng một tần số nhưng vớ i phân cực ngượ cchiều nhau cho hai bộ phát đáp. Để thu đượ c kênh của mình, các anten thu phải có phân cực trùng vớ i phân cực phát của kênh tươ ng ứng. Đối vớ i phân cực tuyến tính,

ta có thể cách ly phân cực bằng phân cực đứng và phân cực ngang. Đối vớ i phân cựctròn, cách lý phân cực nhận đượ c bằng cách sử dụng phân cực tròn tay phải và phâncực tròn tay trái. Vì các sóng mang vớ i phân cực đối nhau có thể chổng lần lên nhau,nên k ỹ thuật này đượ c gọi là tái sử dụng tần số.

Hình 2.2 cho thấy quy hoạch tần số và phân cực cho vệ tinh thông tin băng C

Hình 2.2 Quy hoạch t ần số và phân cự c(t ần số trên hình tính bằ ng MHz)

Cũng có thể tái sử dụng tần số bằng các anten búp hẹ p, và phươ ng thức này cóthể k ết hợ p vớ i tái sử dụng theo phân cực để cung cấ p độ r ộng băng tần hiệu dụng2000 MHz trên cơ sở độ rông thực tế 500 MHz.

Đối vớ i một trong số các nhóm phân cực, hình 2.3 cho thấy chi tiết hơ n sơ đồ

phân kênh cho 12 bộ phát đáp. Dải tần thu hay dải tần đườ ng lên là 5,925 đến 6,425GHz. Các sóng mang có thể đượ c thu trên một hay nhiều anten đồng phân cực. Bộ lọc vào cho qua toàn bộ băng tần 500 MHz đến mày thu chung và loại bỏ tạ p âmcũng vớ i nhiễu ngoài băng (nhiễu này có thể gây ra do các tín hiệu ảnh). Trong dảithông 500 MHz này có thể có r ất nhiều sóng mang đượ c điều chế và tất cảc các sóngmang này đều đượ c khuyếch đại, biến đổi tần số trong máy thu chung. Biến đổi tầnsố chuyển các sóng mang này vào băng tần số đườ ng xuống 3,7 đến 4,2 MHz vớ i độ r ộng 500 MHz. Sau đó các tín hiệu đượ c phân kênh vào các độ r ộng băng tần củatừng bộ phát đáp. Thông thườ ng độ r ộng băng tần cấ p cho mỗi bộ phát đáp là 36

MHz vớ i đoạn băng bảo vệ 4 MHz, vì thế 500MHz có thể đảm bảo kênh cho 12 bộ phát đáp. Bộ phát đáp có thể xử lý một sóng mang đượ c điều chế như tín hiệu TV





chẳng hạn hay có thể xử lý nhiều sóng mang đồng thờ i vớ i mỗi sóng mang đượ c điềuchế bở i tín hiệu điện thoại hay kênh băng gốc nào đó.

Hình 2.3 Các kênh của bộ phát đ áp vệ tinh

Các thiết bị của bộ phát đáp bao gồm: máy thu băng r ộng, bộ phân kênh, bộ khuếch đại và bộ ghép kênh.

• Phân hệ anten

Anten trên vệ tinh thực hiện chức năng kép: thu đườ ng lên và phát đườ ng xuống.Chúng có nhiều loại: từ các anten dipole có đặc tính vô hướ ng đến các anten tính

hướ ng cao phục vụ cho viễn thông, chuyển tiế p truyền hình và phát quảng bá.Búp sóng của anten thườ ng đượ c tạo ra bở i các anten kiểu phản xạ, thườ ng là bộ phảnxạ parabol tròn xoay. Hệ số khuếch đại của anten phản xạ parabol so vớ i bộ phát xạ đẳng hướ ng đượ c xác định theo phươ ng trình sau:

21 )(

λ

π η

DG =

trong đó λ là bướ c sóng của tín hiệu, D là đườ ng kính bộ phản xạ và ηI

là hiệu suất mặt mở (thườ ng có giá tr ị bằng 0,55). Độ r ộng búp sóng -3dB đượ c xác

định gần đúng như sau:





DdB

λ θ 703 ≅

Tỷ số D/λ đượ c coi là hệ số chủ chốt của các phươ ng trình trên: hệ số khuếchđại tỷ lệ thuận vớ i (D/λ)2 và độ r ộng búp sóng tỷ lệ nghịch vớ i D/λ. Vì thế hệ số

khuếch đại sẽ tăng khi độ r ộng búp sóng hẹ p hơ n bằng các tăng kích thướ c bộ phảnxạ và giảm bướ c sóng. Các bộ phản xạ kích thướ c lớ n là các bộ phản xạ băng6/4GHz. Các bộ phản xạ trong băng tần 14/12GHz vớ i cùng hiệu năng sẽ có kíchthướ c nhỏ hơ n nhiều

• Phân hệ thông tin

Hình 2.4 cho thấy phân hệ thông tin vệ tinh Morelos của Mexico để làm thí dụ.Tải tr ọng trên Morelos đượ c gọi là tải tr ọng lai ghép hay lưỡ ng băng vì nó mang các bộ phát đáp băng C và băng K. Trong băng C nó cung cấ p 12 kênh mỗi kênh r ộng

36 MHz và sáu kênh băng r ộng vớ i mỗi kênh r ộng 72 MHz. Trong băng K, nó cungcấ p bốn kênh vớ i mỗi kênh r ộng 108 MHz. Các kênh 36 MHz sử dụng các TWTA7-W vớ i dự phòng 12:14. Ngh ĩ a là 12 bộ dự phòng cho 14 bộ hoạt động. Các kênh72 MHz sử dụng các TWTA 10,5 W vớ i dự phòng 6:8. Các máy thu đượ c thiết k ế bằng linh kiện bán dẫn và vớ i dự phòng 2:4cho băng C và 1:2 cho băng K.

Anten vớ i bộ phản xạ tròn đườ ng kính 180 cm đượ c sử dụng cho băng C. Đâylà anten hai phân cực vớ i tiế p sóng riêng băng C cho các phân cực ngang và đứng.

Anten băng K có bộ phản xạ Elip. Nó có dàn tiế p sóng riêng để tạo ra vùng phủ sóng trên Mexico.





Bán cầu 6/4GHz

Vùng r ộng 6/4GHz phân cực vuông góc

Vùng hẹ p 14/11GHz phân cực đơ n

Hình 2.4 Các khả nă ng phủ sóng của vệ tinh Atlantic INTELSAT VI (l ư u ý: cácbúp sóng hẹ p 14/11GHz có thể khai thác và chuyể n d ịch theo yêu cầu)

• Phân hệ đo bám và điều khiển từ xa (TT&C)

Phân hệ TT&C (Telemetry, Tracking and Command: Đo từ xa, bám và điềukhiển) thực hiện một số chức năng thườ ng xuyên trên vệ tinh. Chức năng đo từ xacó thể hiểu như là đo trên một cự ly xa. Chẳng hạn tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ vớ ichất lượ ng đượ c đo, mã hoá nó và phát nó đến tr ạm xa (tr ạm mặt đất). Dữ liệu trongtín hiệu đo từ xa có cả thông tin độ cao nhận đượ c từ các bộ cảm biến mặt tr ờ i và tráiđất, thông tin môi tr ườ ng như cườ ng độ từ tr ườ ng và phươ ng, tần suất ảnh hưở ngcủa thiên thạch.... và các thông tin về tầu vũ tr ụ như: nhiệt độ, điện áp nguồn, ápsuất nhiên liệu. Một số tần số đượ c quốc tế quy định để phát tín hiệu đo từ xa chovệ tinh. Trong giai đoạn phóng vệ tinh, một kênh đặc biệt đượ c sử dụng cùng vớ ianten vô hướ ng. Khi vệ tinh đã vào quỹ đạo ổn định, một trong số các bộ phát đápthườ ng đượ c sử dụng cùng vớ i anten có hướ ng, khi xảy ra trình tr ạng khẩn cấ p kênhnày sẽ đượ c chuyển mạch tr ở về kênh đặc biệt khi phóng vệ tinh.

Có thể coi đo từ xa và điều khiển là các chức năng bù lẫn cho nhau. Phân hệ đo

từ xa phát thông tin về vệ tinh đến tr ạm mặt đất, còn phân hệ điều khiển thu các tínhiệu, thườ ng là tr ả lờ i cho thông tin đo từ xa. Phân hệ điều khiển giải điều chế và khi





cần thiết giải mã các tín hiệu điều khiển r ồi chuyển chúng đến thiết bị thích hợ p để thực hiện hành động cần thiết. Vì thế có thể thay đổi độ cao, đấu thêm hoặc cắt bớ t các kênh, định hướ ng lại anten hoặc duy trì quỹ đạo (maneuvers) theolệnh từ mặt đất. Để tránh thu và giải mã các lệnh giả, các tín hiệu điều khiển đượ c

mật mã hoá.Bám vệ tinh đượ c thực hiện bằng các tín hiệu hải đăng đượ c phát đi từ vệ tinh. Các tín hiệu này đượ c TT&C tr ạm mặt đất thu. Bám đặc biệt quan trong trongcác giai đoạn chuyển và dịch quỹ đạo của quá trình phóng vệ tinh. Khi vệ tinh đã ổnđịnh, vị trí của vệ tinh địa t ĩ nh có xu thế bị dịch do các lực nhiễu khác nhau. Vì thế phải có khả năng bám theo sự xê dịch của vệ tinh và phát đi các tín hiệu hiệu chỉnhtươ ng ứng. Các hải đăng bám có thể đượ c phát trong kênh đo từ xa hay bằng cácsóng mang hoa tiêu tại các tần số trong một trong số các kênh thông tin chính hay bở icác anten bám đặc biệt. Định k ỳ cũng cần có thông tin về khoảng cách từ vệ tinh đến

tr ạm mặt đất. Thông tin này đượ c xác định bằng cách đo tr ễ truyền các tín hiệu phátriêng cho mục đích đo cự ly.

Ta thấy r ằng các chức năng đo từ xa, bám và điều khiển là các khai thác phứctạ p đòi hỏi các phươ ng tiện đặc biệt dướ i đất ngoài các phân hệ TT&C trên vệ tinh.Hình 2.5 cho thấy sơ đồ khối cho các phươ ng tiện TT&C ở hệ thống vệ tinh Telesatcủa Canada.

Hình 2.5 H ệ thố ng đ iề u khiể n vệ tinh





2.1.5. Phạm vi mặt đất

Tr ạm mặt đất là một phần của mạng vệ tinh. Nó cung cấ p những chức năng phát và nhận các tín hiệu lưu lượ ng từ và tớ i những vệ tinh. Nó cũng tr ực tiế p cungcấ p những giao diện cho mạng trái đất hay tớ i những đầu cuối ngườ i dùng. Tr ạm mặt

đất có thể gồm có những phần sau đây: Anten phát và thu là những phần rõ ràng nhất của tr ạm mặt đất. Có nhiều

kích thướ c khác nằm trong phạm vi từ 0,5m tớ i 16 mét và hơ n nữa. Bộ khuếch đại tạ p âm thấ p của hệ thống thu vớ i độ ồn nằm trong khoảng

từ 30 K tớ i vài tr ăm K Bộ khuếch đại công suất cao (HPA) của máy phát vớ i công suất từ vài

oát đến vài kilôoat phụ thuộc vào dung lượ ng Điều chế,giải điều chế và dịch tần

Xử lý tín hiệu Giao diện mạng mặt đất hoặc đầu cuối ngườ i dùng

Chi ti ế t về phần mặt đấ t của hệ thố ng thông tin vệ tinh.

• CÁC HỆ THỐ NG TV GIA ĐÌNH, TVRO

Sơ đồ khối tổng quát của TVRO

Theo quy định truyền hình quảng bá tr ực tiế p đến máy thu TV gia đình đượ cthực hiện trong băng tần Ku (12 GHz). Dịch vụ này đượ c gọi là dịch vụ vệ tinhquảng bá tr ực tiế p (DBS: direct broadcast satellite). Tuỳ thuộc vào vùng địa lý ấn

định băng tần có thể hơ i thay đổi. Ở Mỹ, băng tần đườ ng xuống là 12,2 đến12,7GHz. Tuy nhiên, hiện này nhiều gia đình sử dụng các chảo khá to (đườ ng kínhkhoảng 3m) để thu các tín hiệu TV đườ ng xuống trong băng C (GHz). Các tín hiệuđườ ng xuống này không chủ định để thu gia đình mà dành cho việc chuyển đổi mạngđến các mạng phân phối truyền hình (các đài phát VHF, UHF và cáp truyền hình).Mặc dù có vẻ như thực tế thu các tín hiệu TV hiện nay đượ c thiết lậ p r ất tốt, nhưngnhiều nhân tố k ỹ thuật, thươ ng mại và pháp lụât ngăn cản việc thu này. Các khác biệt chính giữa các hệ thống TVRO (TV recieve only: chỉ thu TV) băng Ku và băng C là ở tần số công tác của khối ngoài tr ờ i và các vệ tinh dành cho DBS ở băng

Ku có EIRP (công suất phát xạ đẳng hướ ng tươ ng đươ ng) cao hơ n nhiều so vớ i băngC.

Hình 2.6 cho thấy các khối chính trong một hệ thống thu DBS của đầu cuối giađình. Tất nhiên cấu trúc này sẽ thay đổi trong các hệ thống khác nhau, nhưng sơ đồ này sẽ cung cấ p các khái niệm cơ sở về máy thu TV tươ ng tự (FM). Hiện nay TV số tr ực tiế p đến gia đình đang dẫn thay thế các hệ thống tươ ng tự, nhưng các khối ngoàitr ờ i vẫn giống nhau cho cả hai hệ thống.





Hình 2.6 S ơ đồ khố i đầu cuố i thu DBS-TV/FM gia đ ình

Khối ngoài tr ờ iKhối này bao gồm một anten thu tiế p sóng tr ực tiế p cho tổ hợ p khuếch đại tạ p

âm nhỏ/ biến đổi hạ tần. Thông thườ ng bộ phản xạ parabol đượ c sử dụng vớ i loa thuđặt ở tiêu điểm. Bình thườ ng thiết k ế có tiêu điểm đặt ngay tr ướ c bô phản xạ, nhưngtrong một số tr ườ ng hợ p để loại bỏ nhiễu tốt hơ n, bộ tiế p sóng (Feed) có thể đượ c đặtlệch như thấy trên hình vẽ.

Kinh nghiệm cho thấy r ằng có thể thu chất lượ ng đảm bảo bằng các bộ phản xạ có đườ ng kính từ 0,6 đến 1,6m (1,97-5,25 ft) và kích thướ c chỉ dẫn thông thườ ng là

0,9m (2,95ft) và 1,2m (3,94 ft). Trái lại đườ ng kính bộ phản xạ băng C (4GHz)thườ ng vào khoảng 3m (9,84 ft). Lưu ý r ằng hệ số khuếch đại anten tỷ lệ thuận vớ i(D/λ )2. So sánh khuếch đại của chảo 3m tại 4GHz vớ i chảo 1m tại 12 GHz, ta thấytrong cả hai tr ườ ng hợ p tỷ số D/λ =40, vì thế khuếch đại của chúng bằng nhau. Tuynhiên mặc dù suy hao truyền sóng tại 12 GHz cao hơ n nhiều so vớ i 4GHz, nhưng takhông cần anten thu có khuếch đại cao hơ n vì các vệ tinh quảng bá tr ực tiế p làm việcở công suất phát xạ đẳng hướ ng tươ ng đươ ng cao hơ n nhiều.

Băng tần đườ ng xuống dải 12,2 đến 12,7 GHz có độ r ộng 500 MHz cho phép32 kênh TV vớ i mỗi kênh có độ r ộng là 24 MHz. Tất nhiên các kênh cạnh nhau sẽ

phần nào chồng lấn lên nhau, nhưng các kênh này đượ c phân cực LHC và RHC đanxen để giảm nhiễu đến các mức cho phép. Sự phân bố tần số như vậy đượ c gọi là





đan xen phân cực. Loa thu có thể có bộ lọc phân cực đượ c chuyển mạch đến phâncực mong muốn dướ i sự điều khiển của khối trong nhà.

Loa thu tiế p sóng cho khối biến đổi tạ p âm nhỏ (LNC: low noise converter)hay khối k ết hợ p khuếch đại tạ p âm nhỏ (LNA: low noise amplifier) và biến đổi

(gọi chung là LNA/C). Khối k ết hợ p này đượ c gọi là LNB (Low Noise Block: khốitạ p âm nhỏ). LNB đảm bảo khuếch đại tín hiệu băng 12 GHz và biến đổi nó vào dảitần số thấ p hơ n để có thể sử dụng cáp đồng tr ục giá r ẻ nối đến khối trong nhà. Dảitần tín hiệu sau hạ tần là 950-1450 MHz (xem hình 2.6). Cáp đồng tr ục hoặc cápđôi dây đượ c sử dụng để truyền công suất một chiều cho khối ngoài tr ờ i. Ngoài racũng có các dây điều khiển chuyển mạch phân cực.

Khuếch đại tạ p âm nhỏ cần đượ c thực hiện tr ướ c đầu vào khối trong nhà để đảm bảo tỷ số tín hiệu trên tạ p âm yêu cầu. Ít khi bộ khuếch đại tạ p âm nhỏ đượ c đặttại phía đầu vào khối trong nhà vì nó có thể khuếch đại cả tạ p âm của cáp đồng tr ục.

Tất nhiên khi sử dụng LNA ngoài tr ờ i cần đảm bảo nó hoạt động đượ c trong điềukiện thờ i tiết thay đổi và có thể bị phá hoại hoặc đánh cắ p

Khối trong nhà cho TV tươ ng tự (FM)

Tín hiệu cấ p cho khối trong nhà thườ ng có băng tần r ộng từ 950 đến 1450MHz. Tr ướ c hết nó đượ c khuếch đại r ồi chuyển đến bộ lọc bám để chọn kênh cầnthiết (xem hình 2.6). Như đã nói, đan xen phân cực đượ c sử dụng vì thế khi thiết lâpmột bộ lọc phân cực ta chỉ có thể thu đượ c một nửa số kênh 32 MHz. Điều này giảmnhẹ hoạt động của bộ lọc bám vì bây giờ các kênh đan xen đượ c đặt cách xa nhau

hơ n. Sau đó kênh đượ c chọn đượ c biến đổi hạ tần: thườ ng từ dải 950 MHz vào 70MHz, tuy nhiên cũng có thể chọn các tần số khác trong dải VHF. Bộ khuếch đại 70MHz khuếch đại tín hiệu đến mức cần thiết cho giải điều chế. Sự khác biệt chính giữaDBS và TV thông thườ ng ở chỗ DBS sử dụng điều tần còn TV thông thườ ng sử dụngđiều biên (AM) ở dạng đơ n biên có nén (VSSB: Vestigal Single Sideband). Vì thế cần giải điều chế sóng mang 70 MHz và sau đó tái điều chế AM để tạo ra tín hiệuVSSB tr ướ c khi tiế p sóng cho các kênh VHF/UHF của máy TV tiêu chuẩn.

Máy thu DBS còn cung cấ p nhiều chức năng không đượ c thể hiện trên hình 2.6.

Chẳng hạn các tín hiệu Video và Audio sau giải điều chế ở đầu ra V/A có thể cungcấ p tr ực tiế p cho các đầu V/A của máy thu hình. Ngoài ra để giảm nhiễu ngườ i ta còn bổ sung vào sóng mang vệ tinh một dạng sóng phân tán năng lượ ng và máy thu DBScó nhiệm vụ loại bỏ tín hiệu này. Các đầu cuối cũng có thể đượ c trang bị các bộ lọcIF để giảm nhiễu từ các mạng TV mặt đất và có thể phải sử dụng bộ giải ngẫu nhiênhoá (giải mã) để thu một số chươ ng trình.

Hệ thống anten chủ

Hệ thống TV anten chủ (MATV: Master- Antena TV) đảm bảo thu các kênh

DBS/TV cho một nhóm ngườ i sử dụng, chẳng hạn cho các ngườ i thuê căn hộ trongtoà nhà. Hệ thống này gồm một khối ngoài tr ờ i (anten và LNA/C) tiế p sóng cho





nhiều khối trong nhà (xem hình 2.7). Hệ thống này căn bản giống như hệ thốnggia đình đã trình bầy ở trên nhưng cho phép từng ngườ i sử dụng truy nhậ p độc lậ pđến tất cả các kênh. Ư u điểm của hệ thống này là chỉ cần một khối ngoài tr ờ i, nhưng phải có các LNA/C và cáp tiế p sóng riêng cho từng phân cực. So vớ i hệ thống một

ngườ i sử dụng, cần có anten lớ n hơ n (đườ ng kính 2 đến 3 m) để đảm bảo tỷ số tínhiệu trên tạ p âm cho tất cả các khối trong nhà.

Bộ phản xạ parabol

Bộ chọnnhómkênh

Máy thu 1Bộ điều

chế 1

Nhóm kênh phân cựcLHC

Nhóm kênh phâncực RHC

Diplexer phâncực

Khối ngoài tr ờ i

Khối trong nhàBộ chiacông suất

LNA/C

LNA/C

Hình 2.7 H ệ thố ng anten chủ

Hệ thống anten tậ p thể Hệ thống TV anten tậ p thể (CATV: Community Atenna TV) sử dụng một khối

ngoài tr ờ i vớ i các tiế p sóng riêng cho từng phươ ng phân cực giống như hệ thốngMTAV để có thể cung cấ p tất cả các kênh đồng thờ i tại máy thu trong nhà. Thay vìsử dụng một máy thu riêng cho từng ngườ i sử dụng, tất cả các sóng mang đều đượ cgiải điều chế tại một hệ thống lọc-thu chung như ở hình 2.8. Sau đó tất cả các kênhđượ c k ết hợ p vào một tín hiệu ghép chung để truyền dẫn theo cáp đến các thuê bao.Đối vớ i các vùng xa, thay vì dùng cáp phân phối, ngườ i ta có thể phát lại quảng bá tinhiệu bằng một đài phát TV ở xa vớ i sử dung anten đườ ng kính 8m (26,2 ft) để thu tín

hiệu vệ tinh trong băng C.





Cũng có thể phân phối chươ ng trình thu từ vệ tinh bằng hệ thống CATV.

42 61 3 5

Bộ k ết hợ p

Máy thu băng r ộng

Máy thu băng r ộng

Các bộ lọc kênh

Các bộ giải điều chế

950-1450 từ các khối ngoài tr ờ i

Cáp phân phối

Hình 2.8 C ấ u trúc khố i trong nhà cho hệ thố ng TV anten t ậ p thể (CATV)

• Các tr ạm mặt đất phát thu

Trong các phần tr ướ c ta đã xét các tr ạm TV chỉ thu. Tất nhiên, ở một nơ i nàođó ta cần có một tram phát để hoàn thiện đườ ng truyền. Trong một số tr ườ ng hợ p chỉ cần tr ạm chỉ phát, chẳng hạn khi chuyển tiế p tín hiệu truyền hình đến các tr ạm chỉ thuTV ở xa.. Các tr ạm phát thu đảm bảo cả hai chức năng và thườ ng đượ c sử dụng choviễn thông vớ i lưu lượ ng bao hàm cả mạng TV.

Các phần tử cơ bản của một tr ạm mặt đất có dự phòng đượ c cho trên hình 2.9. Nhắc lại r ằng dự phòng có ngh ĩ a một số khối đượ c nhân đôi. Một khối đượ c dự phòng kép này khi bị sự cố sẽ tự động chuyển mạch đến khối dự phòng. Các khối dự phòng đượ c vẽ trên hình 2.9 ở dạng đườ ng ngắt quãng.





Hình 2.9 Các phần t ử că n bản của một tr ạm mặ t đấ t có d ự phòng

Sơ đồ khối chi tiết của tr ạm phát thu mặt đất đượ c cho ở hình 2.10, trong đóđể dễ nhìn ta không trình bày các khối dự phòng.

Hình 2.10 S ơ đồ chi tiế t một tr ạm thu phát

Nhìn từ phía dướ i sơ đồ, tr ướ c hết ta thấy thiết bị k ết nối tr ạm vệ tinh mặt đấtvớ i mạng viễn thông mặt đất. Để giải thích ta sẽ xét lưu lượ ng điện thoại. Lưu lượ ngnày có thể gồm nhiều kênh điện thoại đượ c ghép vớ i nhau theo tần số, hoặc thờ i gian.Ghép kênh này có thể khác vớ i ghép kênh cần thiết để truyền dẫn vệ tinh, vì thế khối

tiế p theo là thiết bị ghép kênh thực hiện lậ p khuôn dạng lại cho lưu lượ ng. Sau đó





luồng ghép đượ c điều chế ở trung tần (IF), thườ ng là 70 MHz. Nhiều tầng trung tầnsong song đượ c sử dụng cho từng sóng mang đượ c phát. Sau khuyếch đại IF 70 MHz,tín hiệu sau điều chế đượ c biến đổi nâng tần đến tần số sóng mang cần thiết. Nhiềusóng mang có thể đượ c phát cùng một lúc và mặc dù đây là các tần số khác nhau, các

sóng mang đượ c đặc tả theo tần số: các sóng mang 6GHz hay các sóng mang 14GHz.

Cần lưu ý r ằng mỗi sóng mang có thể đượ c sử dụng cho nhiều điểm nhận. Ngh ĩ a là chúng mang lưu lượ ng đến các tr ạm khác nhau. Chẳng hạn một sóng mangvi ba có thể mang lưu lượ ng đến Boston và New York. Cùng một sóng mang đượ cthu tại hai điểm, đượ c lọc ra bở i các bộ lọc tại tr ạm mặt đất thu.

Sau khi đi qua bộ biến đổi nâng tần, các sóng mang đượ c k ết hợ p và tín hiệutổng băng r ộng đượ c khuếch đại. Tín hiệu băng r ộng sau khuếch đại đựơ c tiế p sóngđến anten qua bộ ghép song công: Diplexer. Diplexer cho phép anten xử lý đồng thờ i

nhiều tín hiệu phát và thu.Anten tr ạm làm việc ở cả hai chế độ phát thu đồng thờ i nhưng tại các tần số

khác nhau. Trong băng C, đườ ng lên danh định hay tần số phát là 6GHz và đườ ngxuống hay tần số thu là 4GHz. Trong băng Ku, tần số đườ ng lên danh định là 14 GHzvà đườ ng xuống là 12 GHz. Do các anten khuếch đại cao đượ c sử dụng cho cả haiđườ ng, nên chúng có các búp sóng r ất hẹ p. Búp sóng hẹ p này cần thiết để ngăn chặnnhiễu giữa các đườ ng vệ tinh lân cận. Trong tr ườ ng hợ p băng C, cũng cần tránh nhiễuđến từ các tuyến vi ba mặt đất . Các tuyến vi ba mặt đất không hoạt động tại các tầnsố băng Ku.

Trong nhánh thu (phía phải của hình 2.10), tín hiệu thu đượ c khuếch đại trong bộ khuếch đại tạ p âm nhỏ sau đó đượ c chuyển đến bộ chia để tách thành các sóngmang khác nhau. Các sóng mang này đượ c biến đổi hạ tần đến băng IF r ồi đượ cchuyển đến khối ghép kênh để đượ c chỉnh lại khuôn dạng cần thiết cho mạng mặtđất.

Cần lưu ý r ằng dòng lưu lượ ng phía thu khác vớ i dòng này ở phía phát. Số lượ ng sóng mang, khối lượ ng lưu lượ ng đượ c mang sẽ khác nhau và luồng ghép đầura không nhất thiết phải mang các kênh điện thoại đượ c mang ở phía phát.

Tồn tại nhiều loại tr ạm mặt đất khác nhau phụ thuộc vào các yêu cầu dịch vụ.Theo ngh ĩ a r ộng có thể phân loại lưu lượ ng thành: tuyến lưu lượ ng cao, tuyến lưulượ ng trung bình và tuyến lưu lượ ng thấ p. Trong kênh tuyến lưu lượ ng thấ p, mộtkênh phát đáp (36 MHz) có thể mang nhiều sóng mang và mỗi sóng mang liên k ếtvớ i một kênh thoại riêng. Chế độ hoạt động này đượ c gọi là một sóng mang trên mộtkênh (SCPC: Single Carrier per Channel). Ngoài ra còn có chế độ đa truy nhậ p. Cụ thể về các chế độ này sẽ đượ c xét ở chươ ng các hệ thống thông tin vệ tinh FDMA vàTDMA. Kích thướ c anten thay đổi từ 3,6 m (11,8ft) đối vớ i các tr ạm di động trên xeđến 30 m (98,4ft) đối vớ i đầu cuối chính.





Kênh tuyến lưu lượ ng trung bình cũng đảm bảo đa truy nhậ p hoặc theo FDMAhoặc theo TDMA. Các chế độ đa truy nhậ p này cũng đượ c xét trong chươ ng tươ ngứng. Kích thướ c anten từ 30 m (89,4ft) cho tr ạm chính đến 10 m (32,8 ft) cho cáctr ạm xa.

Trong hệ thống tuyến lưu lượ ng cao, mỗi kênh vệ tinh (độ r ộng băng tần 36MHz) có thể mang 960 kênh thoại cho một đườ ng hoặc một kênh TV k ết hợ p vớ ikênh tiếng. Như vậy kênh phát đáp cho kênh tuyến lưu lượ ng lớ n mang một tín hiệu băng r ộng: có thể là TV hay luồng ghép các kênh thoại. Đườ ng kính anten của hệ thống này ít nhất là 30 m (98,4ft) đượ c thiết k ế cho tr ạm mặt đất tiêu chuẩn A củaINTELSAT. Các anten lớ n này có tr ọng lươ ng đến 250 tấn vì thế phải có nền đỡ r ấtchắc chắn và ổn định. Các anten đườ ng kính lớ n này đảm bảo các búp sóng r ất hẹ p vàvì thế phải tránh xê dịch để không làm lệch hướ ng anten. Đối vớ i vùng có băng vàtuyết r ơ i cần có lò sưở i bên trong.

Mặc dù các anten này đượ c sử dụng cho các vệ tinh địa t ĩ nh, nhưng vẫn xẩy ratrôi vệ tinh. Ảnh hưở ng này cùng vớ i búp sóng anten r ất hẹ p vì thế cần đảm bảo mộtgiớ i hạn nhất định về độ bám. Điều chỉnh từng nấc theo phươ ng vị và góc ngẩngđượ c thực hiện dướ i sự điều khiển của máy tính để đạt đượ c tín hiệu thu cực đại.

Việc đảm bảo liên tục nguồn nuôi cũng là một vấn đề quan tr ọng khi thiết k ế các tr ạm mặt đất phát thu. Tr ừ các tr ạm nhỏ nhất, cần thể sử dụng nguồn dự phòng từ điện mạng hoặc acquy và các máy phát điện. Nếu điện lướ i bị sự cố, các acquy lậ ptức thay thế. Đồng thờ i máy nổ đượ c đề và nhanh chóng thay thế các acqui.

2.1.6.

Quỹ đạo vệ tinhQuỹ đạo là một trong những tài nguyên quan tr ọng cho vệ tinh trong khônggian. Có nhiều cách khác nhau để phân loại quỹ đạo vệ tinh ( xem hình 2.6)

Theo độ cao của những vệ tinh, quỹ đạo vệ tinh có thể đượ c phân loại theonhững kiểu sau đây:

Quỹ đạo (vệ tinh) thấ p (LEO) có một phạm vi độ cao nhỏ hơ n 5000 km. Những vệ tinh nằm trong quỹ đạo này đượ c gọi là những vệ tinh LEO.Chu kì của vệ tinh là khoảng 2-4 giờ

Quỹ đạo (vệ tinh) trung bình (MEO) có phạm vi độ cao nằm trongkhoảng từ 5000-20.000Km .những vệ tinh nằm trong quỹ đạo này gọi làvệ tinh MEO. Chu k ỳ của vệ tinh là khoảng 4-12 giờ

Quỹ đạo Elip cao (HEO) có độ cao lớ n hơ n 20.000Km ,những vệ tinhnằm trong quỹ đạo này gọi là vệ tinh HEO,chu kì của vệ tinh lớ n hơ n 12h

GSO (Geostationary Orbit) hay GEO (Geostatinary Earth Orbit): quỹ đạođịa t ĩ nh





Hình 2.11 Qu ỹ đạo của vệ tinh

2.1.7. Dải tần số phát của vệ tinh

Dải tần số là tài nguyên quan tr ọng khác của liên k ết mạng vệ tinh và cũng làmột tài nguyên khan hiếm.

Phân bố tần số cho các dịch vụ vệ tinh là một quá trình r ất phức tạ p đòi hỏi sự

cộng tác quốc tế và có quy hoạch. Phân bố tần đượ c thực hiện dướ i sự bảo tr ợ củaLiên đoàn viễn thông quốc tế (ITU). Để tiện cho việc quy hoạch tần số, toàn thế giớ iđượ c chia thành ba vùng:

Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên xô cũ và Mông Cổ

Vùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ và Đảo Xanh

Vùng 3: Châu Á (tr ừ vùng 1), Úc và Tây nam Thái Bình Dươ ng

Trong các vùng này băng tần đượ c phân bổ cho các dịch vụ vệ tinh khác nhau,mặc dù một dịch vụ có thể đượ c cấ p phát các băng tần khác nhau ở các vùng khác

nhau. Các dịch vụ dovệ tinh cung cấ p bao gồm:

Các dịch vụ vệ tinh cố định (FSS) Các dịch vụ vệ tinh quảng bá (BSS) Các dịch vụ vệ tinh di động (MSS) Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng Các dịch vụ vệ tinh khí tượ ng

Từng phân loại trên lại đượ c chia thành các phân nhóm dịch vụ; chẳng hạn dịchvụ vệ tinh cố định cung cấ p các đườ ng truyền cho các mạng điện thoại hiện có cũng





như các tín hiệu truyền hình cho các hãng TV cáp để phân phối trên các hệ thống cáp.Các dịch vụ vệ tinh quảng bá có mục đích chủ yếu phát quảng bá tr ực tiế p đến giađình và đôi khi đượ c gọi là vệ tinh quảng bá tr ực tiế p (DBS:direct broadcast setellite),ở Châu Âu gọi là dịch vụ tr ực tiế p đến nhà (DTH: direct to home). Các dịch vụ vệ

tinh di động bao gồm: di động mặt đất, di động trên biển và di động trên máy bay.Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng bao gồm các hệ thống định vị toàn cầu và các vệ tinhcho các dịch vụ khí tượ ng thườ ng cung cấ p cả dịch vụ tìm kiếm và cứu hộ

Phạm vi tần số vô tuyến nằm trong khoảng từ 3 kHz đến 300 GHz, truyềnthông trên 60 GHz nói chung không thực hiện đượ c vì yêu cầu công suất cao và chi phí tốn kém cho thiết bị. Phần băng thông này đượ c sử dụng cho những mối liên k ếttruyền thông sóng cực ngắn (vi ba) mặt đất và cho truyền thông di động mặt đất như mạng GSM và 3G và mạng LAN không dây ngày nay

Ngoài ra, môi tr ườ ng truyền dẫn giữa vệ tinh và tr ạm mặt đất như mưa

,tuyết,khí và các nhân tố khác giớ i hạn đến công suất vệ tinh cũng như băng tần trongquá trình truyền thông vệ tinh.Hình sau cho ta thấy sự suy hao của các băng tần khácnhau do do mưa, sươ ng mù và khí.

Hình 2.12 sự suy hao của các bă ng t ần khác nhau do A:mư a,B:sươ ng mù,C: khí

Liên k ết công suất hạn chế bở i băng thông và công suất truyền đượ c dùng chotruyền dẫn.Dải thông tần số đượ c cấ p phát bở i ITU. Có vài băng tần đượ c cấ p phátcho truyền thông vệ tinh. Bảng 1.1 cho thấy các băng thông khác nhau dành chotruyền thông vệ tinh.





Các loại băng tần Giá tr ị(GHz)

VHF 0,1-0,3

UHF 0.3–1.12 L band 1.12–2.6

S band 2.6–3.95

C band 3.95–8.2

X band 8.2–12.4

Ku band 12.4–18K band 18.0–26.5

Ka band 26.5–40

V 40,0-75

W 75-110

mm 110-300µm 300-3000

Bảng 2.1 Các loại băng tần của truyền thông vệ tinh

Băng Ku là băng nằm dướ i băng K còn băng Ka là băng nằm trên K. Ku là băng hiện nay đượ c sử dụng cho các vệ tinh quảng bá tr ực tiế p và nó cũng đượ c sử dụng cho một số dịch vụ vệ tinh cố định. Băng C đượ c sử dụng cho các dịch vụ vệ tinh cố định và các dịch vụ quảng bá tr ực tiế p không đượ c sử dụng băng này. Băng

VHF đượ c sử dụng cho một số dịch vụ di động và đạo hàng và để truyền số liệu từ các vệ tinh thờ i tiết. Băng L đượ c sử dụng cho các dịch vụ di động và các hệ thốngđạo hàng. Đối vớ i các dịch vụ vệ tinh cố định trong băng C, phần băng đượ c sử dụngr ộng rãi nhất là vào khoảng từ 4 đến 6 GHz. Hầu như các tần số cao hơ n đượ c sử dụng cho đườ ng lên và thườ ng băng C đượ c ký hiệu là 6/4 GHz trong đó con số viếttr ướ c là tần số đườ ng lên. Đối vớ i dịch vụ quảng bá tr ực tiế p trong băng Ku, dảithườ ng đượ c sử dụng là vào khoảng từ 12 đến 14 GHz và đượ c ký hiệu là 14/12 GHz.Mặc dù các ấn định tần số đượ c thực hiện cụ thể hơ n và chúng có thể nằm ngoài cácgiá tr ị đượ c trích dẫn ở đây (chẳng hạn các ấn định tần số băng Ku có thể là 14,030GHz và 11,730 GHz), các giá tr ị gần đúng đượ c đưa ra ở trên hoàn toàn thoả mãn chocác tính toán có liên quan đến tần số





2.2. Đặc đ i ể m của mạng vệ tinh

Hầu hết hiện nay truyền thông vệ tinh sử dụng bộ lặ p tần số vô tuyến(RF) hayvệ tinh ”ống cong”.Hoạt động của 1 vệ tinh tối thiểu là khôi phục lại tín hiệu số đãnhận ,nó có thể mã hoá hoặc giải mã các chuỗi bit , nó cũng có thể có một số khối

chuyển mạch lớ n và đườ ng truyền giữa các vệ tinh(ISL)Đườ ng truyền vô tuyến (sử dụng sóng cực ngắn LOS) Cung cấ p đườ ng truyền

thực cho các bit và byte tại lớ p vật lý của mô hình quy chiếu phân lớ p. Có ba vấn đề k ỹ thuật cơ bản trong đườ ng truyền vô tuyến vệ tinh tớ i vệ tinh đượ c định vị ở khoảng cách r ất xa từ những tr ạm đầu cuối mặt đất .

Denomination Uplink (bandwith)Downlink (bandwith)

Typical utilisation in FSS for GEO

6/4C band 5.540-6.425(575MHz)

3.625-4.2MHz

International domestic satellite:

intelsat,USA,canada,china,france

Japan, indonesia

8/7 X band7.925-8.425

(500MHz)7.25-

7.75(500MHz)Govermental ,military satellites

10.95-11.2International domestic satellite:

Intelsat in region 1 and 3

11.45-11.712.2-12.75

(1000MHz)

Intelsat, Eutelsat,France,German,Spain,Russia

13-14/11-12

Ku band

13.75-14.5(750MHz)

10.95-11.2 International domestic satellite

Intelsat in region 2

11.45-11.7

12.5-12.75

(700MHz)

Intelsat, USA,Canada, Spain

17.3-18.1(800MHz)

BSS bandFeeder link for BSS18/12

30/20

Ka band27.5-30.0

(2500MHz)

17.7-20.2(2500MHz)

International domestic satellite

Intelsat EUROPE,USA,Japan

40/20 Ka band42.5-45.5

(3000MHz)

18.2-21.2

(3000MHz)Govermental ,military satellites

Bảng 2.2 ví dụ về sử dụng dải băng tần trong GEO





2.2.1. Độ tr ễ truyền sóng

Vấn đề đầu tiên cần giải quyết đó là đối vớ i khoảng cách xa. Đối vớ i vệ tinhGEO, thờ i gian yêu cầu truyền giữa những khoảng cách _ chẳng hạn, từ tr ạm mặt đấtnày tớ i tr ạm mặt đất khác là 250 ms. Thờ i gian truyền đi về sẽ là 2 x 250 hay 500ms.Thờ i gian truyền sóng này lớ n hơ n nhiều so vớ i tiêu chuẩn hệ thống mặt đất .Một trong những vấn đề chính đó là thờ i gian truyền sóng và k ết quả tiếng vọng trênmạch điện thoại. Độ đáp ứng tr ễ của những mạch dữ liệu nào đó cho các hệ thốngtruyền khối hay gói và yêu cầu lựa chọn cẩn thận của hệ thống báo hiệu điện thoạihoặc độ tr ễ do nối có thể tr ở nên thừa

2.2.2. Suy hao đườ ng truyền và giớ i hạn công suất

Vấn đề thứ hai là vớ i khoảng cách càng xa thì suy hao càng nhiều. Vớ i sóng

ngắn LOS ta có sự suy hao trong không gian tự do vào khoảng 145 dB. Trong tr ườ nghợ p vệ tinh nằm ở độ cao 22 300 miles hoạt động trong tần số 4.2 GHz, thì suy haotrong không gian tự do là 196 dB và tại 6 GHz là 199 dB và tại 14 GHz thì suy haokhoảng 207 dB. Vấn đề này hiện nay không thể khắc phục đượ c từ trái đất đến vệ tinh,Trong tr ườ ng hợ p này thì việc truyền vớ i công suất cao và các anten có độ lợ icao sẽ là một giải pháp tốt

Đườ ng truyền từ vệ tinh tớ i trái đất bị giớ i hạn công suất vì hai lý do sau:

Trong băng tần chia sẻ vớ i những dịch vụ tại mặt đất, phổ biến nhất là dảitần 4- GHz, để bảo đảm không giao thoa vớ i những dịch vụ khác; Và.

Trong bản thân vệ tinh, chúng có thể thu đượ c năng lượ ng chỉ từ pin mặttr ờ i. Vệ tinh nhận đượ c một nguồn năng lượ ng r ất lớ n từ mặt tr ờ i để điềuchế ra năng lượ ng cần thiết RF ; như vậy,ở đườ ng truyền xuống, từ vệ tinh đến trái đất, mức tín hiệu nhận đượ c sẽ là thấ p hơ n nhiều so vớ i trênnhững đườ ng truyền vô tuyến tươ ng ứng, và cụ thể là thấ p hơ n khoảng150 dBW

2.2.3. Không gian quỹ đạo và băng thông giớ i hạn đối vớ i vùng bao phủ của vệ tinh

Vấn đề thứ ba là sự tậ p trung nhiều vệ tinh . Quỹ đạo xích đạo của chúng ta bị lấ p đầy bở i những vệ tinh địa t ĩ nh. Giao thoa tần số sóng vô tuyến của hệ thống vệ tinh này sang hệ thống vệ tinh khác đang ngày càng gia tăng. Điều này thì càng đúnghơ n đối vớ i những hệ thống dùng anten nhỏ tại tr ạm đất vớ i việc mở r ộng độ r ộngchùm tia sẵn có của nó. Chính điều này làm bùng nổ sự tắc nghẽn tần số từ nhữngtr ạm phát.

2.2.4. Hoạt động phức tạ p của vệ tinh tầm thấ p(LEO)

Ngoài vệ tinh GEO, chúng ta cũng thấy hoạt động của hệ thống vệ tinh quỹ đạo

tầm thấ p, nó có thể mở ra tiềm năng của những vệ tinh. Những vệ tinh loại này cóquỹ đạo có độ cao thấ p nhất ở trên trái đất. Chính điều này có thể giảm bớ t vấn đề độ





tr ễ và suy hao đườ ng truyền , nhưng phát sinh nhiều sự phức tạ p hơ n trong việc bảotrì những đườ ng truyền dữ liệu giữa những thiết bị đầu cuối mặt đất và vệ tinh vì sự chuyển động nhanh của tậ p hợ p các vệ tinh LEO.

CHƯƠ NG 3. KHÁI NIỆM MẠNG VÀ QUỸ ĐẠO VỆ TINH

3.1. Các đị nh luật vật lý

Cũng như các tr ạm mặt đất di động cơ sở , hệ thống những thông tin vệ tinhcũng phải đượ c đặt trên một nền tảng hay kênh truyền. Những định luật vật lý cho phép chúng ta xác định đặt các tr ạm cơ sở trên bầu tr ờ i để hình thành một phần củamạng ở chỗ nào và như thế nào.

3.1.1. Ba định luật vật lý của Kepler a. Đị nh luật Kepler thứ nhấ t: qu ỹ đạo vệ tinh

Định luật Kepler thứ nhất phát biểu r ằng đườ ng chuyển động của một vệ tinhxung quang vật thể sơ cấ p sẽ là một hình elip. Một hình elip có hai tiêu điểm F1 vàF2 như thấy ở hình 3.1. Tâm khối lượ ng của hệ thống hai vật thể này đượ c gọi là tâm bary luôn luôn nằm tại một trong hai tiêu điểm. Trong tr ườ ng hợ p đượ c xét do sự khác biệt r ất lớ n giữa khối lượ ng của quả đất và vệ tinh, tâm khối lượ ng trùng vớ itâm của trái đất và vì thế tâm trái đất luôn nằm trong một tiêu điểm.

Hình 3.1 Các tiêu đ iể m F 1 ,F 2 bán tr ục chính a và bán tr ục phụ b của elip

Bán tr ục chính của Elip đượ c ký hiệu là a và bán tr ục phụ đượ c ký hiệu là b.Độ lệch tâm e đượ c xác định như sau:

e=a

ba 2−

Độ lệch tâm (tâm sai) và bán tr ục chính là hai thông số để xác định các vệ tinh

quay quanh trái đất. 0<e<1 đối vớ i một quỹ đạo vệ tinh. Khi e=0 quỹ đạo tr ở thànhđườ ng tròn.

Tr ục phụ

Tr ụcchính

Tâmelip





b. Đị nh luật Kepler thứ hai: vùng đượ c quét bở i vect ơ vệ tinh.

Định luật Kepler thứ hai phát biểu r ằng trong các khoảng thờ i gian bằng nhau,vệ tinh sẽ quét các diện tích bằng nhau trong mặt phẳng quỹ đạo của nó vớ i tiêuđiểm tại tâm bary (hình 3.2)

Hình 3.2 Định luật kepler thứ 2

Từ hình 2.2 ta thấy nêú coi r ằng vệ tich chuyển dịch các quãng đườ ng là S1 và

S2 mét trong 1 giây thì các diện tích A1 và A2 bằng nhau. Do S1 và S2 là tốc độ bay của vệ tinh nên từ định luật diện tích bằng nhau này, ta rút ra r ằng tốc độ S2 thấ phơ n tốc độ S1. Từ đây ta suy ra r ằng vệ tinh phải mất nhiều thờ i gian hơ n để bay hếtmột quãng đườ ng cho tr ướ c khi nó cách xa quả đất hơ n. Thuộc tính này đượ c sử dụng để tăng khoảng thờ i gian mà một vệ tinh có thể nhìn thấy các vùng quy định củaquả đất.

c. Đị nh luật Kepler thứ ba: chu k ỳ qu ỹ đạo

Định luật Kepler thứ ba phát biểu r ằng bình phươ ng chu k ỳ quỹ đạo tỷ lệ mũ ba vớ i khoảng cách trung bình giữa hai vật thể. Khoảng cách trung bình bằng bán tr ục chính a. Đối vớ i các vệ tinh nhân tạo bay quanh quả đất, ta có thể trình bàyđịnh luật Kepler thứ ba như sau:

A3= n

u

trong đó n là chuyển động trung bình của vệ tinh đo bằng radian trên giây vàμ là hằng số hấ p dẫn địa tâm quả đất. Vớ i a đo bằng mét, giá tr ị này là:

vệ tinh

A2

A2

S2

S2





μ = 3,986005×1014m3/sec2

Phươ ng trình 2.2 chỉ áp dụng cho tr ườ ng hợ p lý tưở ng khi một vệ tinh quayquanh một quả đất cầu lý tưở ng có khối lượ ng đồng đều và không bị tác độngnhiễu chẳng hạn sự kéo trôi của khí quyển.

Vớ i n đo bằng radian trên giây, chu k ỳ quỹ đạo đo bằng giây đượ c xác địnhnhư sau:

p= n

π 2

Ý ngh ĩ a của định luật Kepler thứ ba là nó cho thấy quan hệ cố định giữa chuk ỳ và kích thướ c. Một dang quỹ đạo quan tr ọng là quỹ đạo địa t ĩ nh chu k ỳ của quỹ đạo này đượ c xác định bở i chu k ỳ quay của quả đất. Thí dụ dướ i đây cho thấy sự

xác định bán kính gần đúng của quỹ đạo địa t ĩ nh.3.1.2. Ba định luật của Newton về chuyển động và định luật hấ p dẫn

a. M ột vật thể trong tr ạng thái t ĩ nh sẽ chỉ chuyể n động khi ch ị u ảnh hưở ng của

l ự c. Nó sẽ chuyể n động mãi theo chi ề u thẳ ng vớ i vận t ố c không đổ i (t ứ c là

chuyể n động thẳ ng đề u) chừ ng nào không có một l ự c khác tác động vào nó và

làm thay đổ i đườ ng đ

b. Khi một l ự c tác động vào một vật thể , nó sẽ thay đổ i động năng của vật theo

đ úng hướ ng mà nó tác d ụng. Gia t ố c (vận t ố c t ăng theo thờ i gian khi vật

chuyể n động) sẽ t ỉ l ệ thuận vớ i độ l ớ n của l ự c tác động.

2

2

dt r d

m F =

Hay am F .=

c. Khi một vật thể tác d ụng một l ự c vào một vật thể khác thì vật b ị tác d ụng này

cũng sẽ tác d ụng l ại một l ự c theo chi ề u ng ượ c l ại.

BA AB F F =

Quan tr ọng hơ n Newton còn đưa ra chứng minh toán học về lực hút của trái đấtvà đã tr ở thành định luật tr ọng lực phổ biến:

r

r

r m gm F

221

1=

Vectơ F là vectơ lực của vật m1 tác dụng lên vật m2 theo hướ ng từ m1 tớ i m2,

g=6,672.10-11m3/kg/s2 là hằng số gia tốc tr ọng lực , r là khoảng cách giữa 2 vật, vàr

r

là vectơ đơ n vị biểu diễn hướ ng từ m1 đến m2, chúng ta cũng có thể sử dụng công





thức này để biểu diễn lực giữa mặt tr ờ i và trái đất bằng cách cho m1 là khối lượ ng củamặt tr ờ i và m2 là khối lượ ng của trái đất.

3.2. Tham số qu ỹ đạo của vệ tinh.

Để định ngh ĩ a quỹ đạo của một vệ tinh trong không gian, yêu cầu tham số quỹ đạo. Hình dạng của một quỹ đạo đượ c mô tả bở i hai tham số: nửa tr ục chính (a) và độ lệch tâm (E). vị trí của mặt phẳng quỹ đạo trong không gian đượ c xác định bằngnhững tham số khác: độ nghiêng (i), độ xích kinh của nút (Ω ) và đối số điểm cậnđiểm (ϖ ). Nửa tr ục chính (a) cũng xác định chu k ỳ (T) của quỹ đạo vệ tinh mặt đất.

3.2.1. Nửa tr ục chính (a)

Tham số này xác định kích thướ c của quỹ đạo (Km). Nó đượ c định ngh ĩ a làmột nửa của tr ục chính, vớ i chiều dài của dây cung là qua 2 tiêu điểm của quỹ đạoellipse .Đối vớ i quỹ đạo vòng tròn, nửa tr ục chính (a) đơ n giản đó là bán kính của

vòng tròn. Hình 2.2 minh họa nửa tr ục chính và những tham số quỹ đạo khác.3.2.2. Độ lệch tâm (e)

Độ lệch tâm (e) xác định hình dạng của quỹ đạo.Là một hằng số hình họckhông có đơ n vị vớ i một giá tr ị là 0 và 1.Quỹ đạo vòng tròn thuần tuý có độ lệch tâm bằng 0. Những giá tr ị sau đây của E định ngh ĩ a những kiểu quỹ đạo vệ tinh:

Đối vớ i e=0 =>quỹ đạo là hình tròn Đối vớ i e<1 =>quỹ đạo là ellipse Đối vớ i e=1=> quỹ đạo là parabol

Đối vớ i e>1=>Quỹ đạo là hiperbol3.2.3. Độ nghiêng của quỹ đạo(i)

Độ nghiêng (i) xác định độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo đối vớ i mặt phẳngxích đạo trái đất và là một góc đượ c đo bằng độ. Nó đượ c định ngh ĩ a là 1 góc giữahai mặt phẳng xem hình 2.3. Một quỹ đạo vớ i độ nghiêng bằng 0 đượ c gọi là quỹ đạo xích đạo , quỹ đạo vớ i độ nghiêng bằng 900 đượ c gọi là quỹ đạo cực.Độ nghiêngcủa quỹ đạo nhỏ hơ n 90 độ thì cùng chiều quay vớ i thiên thế chủ và vớ i độ nghiêng(i) nằm trong khoảng 900-1800 thì ngượ c chiều vớ i thiên thể chủ .Độ nghiêng giớ i hạn

cực đại là 180 độ.Theo góc nghiêng (i) của mặt phẳng quỹ đạo, góc nghiêng giữa mặt phẳng trái

đất và mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh, quỹ đạo vệ tinh trình bày ở hình 2.4 có thể phânloại thành các loại sau:

Quỹ đạo xích đạo vớ i điều kiện i=0 chẳng hạn xích đạo trái đấtd Quỹ đạo nghiêng vớ i điều kiện 0<i<900 .Mặt phẳng quỹ đạo và mặt

phẳng xích đạo trái đất nghiêng vớ i nhau 1 góc là i Quỹ đạo cực nếu I = 900 . Mặt phẳng quỹ đạo chứa cực của trái đất.





mặ t phẳ ng qu ỹ đạo trùng mặ t phẳ ng xích đạo

mặ t phẳ ng qu ỹ đạo nghiêng 1 góc i (0<i<900 )

Hình 3.3 Độ nghiêng của qu ỹ đạo(i)

Quỹ đạo cực

Quỹ đạo nghiêng

Quỹ đạo xích đạo

Hình 3.4 Qu ỹ đạo cự c,nghiêng và xích đạo

3.2.4. Độ xích kinh của điểm (Ω) và đối số cận điểm (ω)

Độ xích kinh của điểm (Ω) là việc xác định độ quay của mặt phẳng quỹ đạo, vànó là một góc đượ c đo bằng độ. Nó đượ c định ngh ĩ a là một góc trong mặt phẳng xíchđạo , là góc giao của 2 đườ ng thẳng nằm trong mặt phẳng xích đạo và mặt phẳng quỹ đạo xem Hình 3.5





Hình 3.5 Độ xích kinh của đ iể m(0≤Ω≤360) Hình 3.6 Đố i số cận

đ iể m(0≤Ω≤360)Đối số cận điểm (ω) xác định độ quay của cận điểm trên mặt phẳng quỹ đạo

xem hình 3.6 và đơ n vị đượ c tính bằng độ

3.3. Qu ỹ đạo hữ u ích

Theo định luật Kepler thứ 3, chu kì quay của quỹ đạo vệ tinh là tỷ lệ vớ ikhoảng cách từ nó đến trái đất.Những vệ tinh nằm trong quỹ đạo thấ p, độ cao của nónằm khoảng vài tr ăm tớ i một nghìn Km có chu k ỳ quỹ đạo nhỏ hơ n 2 giờ , từ đó tathấy r ằng mặt tr ăng có độ cao 380.000Km và chu k ỳ quay của nó khoảng 27 ngày

đây chính là cơ sở tính toán lịch của ngườ i Trung Quốc và trái đất có chu k ỳ quỹ đạokhoảng 365 ngày đây là cơ sở tính toán 1 năm.

3.3.1. Quỹ đạo địa t ĩ nh trái đất

Quỹ đạo địa t ĩ nh là quỹ đạo tròn ngay phía trên xích đạo Trái Đất (v ĩ độ 0º).Bất k ỳ điểm nào trên mặt phẳng xích đạo đều quay tròn xung quanh Trái Đất theocùng một hướ ng và vớ i cùng một chu k ỳ (vận tốc góc) giống như sự tự quay của TráiĐất. Nó là tr ườ ng hợ p đặc biệt của quỹ đạo địa đồng bộ, và là quỹ đạo đượ c nhữngngườ i khai thác hoạt động của vệ tinh nhân tạo ưa thích (bao gồm các vệ tinh viễnthông và truyền hình). Các vị trí vệ tinh chỉ có thể khác nhau theo kinh độ.

Các quỹ đạo địa t ĩ nh là hữu ích do chúng làm cho vệ tinh dườ ng như là t ĩ nh đốivớ i điểm cố định nào đó trên Trái Đất. K ết quả là các ăng ten có thể hướ ng tớ i theomột phươ ng cố định mà vẫn duy trì đượ c k ết nối vớ i vệ tinh. Vệ tinh quay trên quỹ đạo theo hướ ng tự quay của Trái Đất ở độ cao khoảng 35.786 km (22.240 dặm) phíatrên mặt đất. Độ cao này là đáng chú ý do nó tạo ra chu k ỳ quỹ đạo bằng vớ i chu k ỳ tự quay của Trái Đất, còn đượ c biết đến như là ngày thiên văn

Nếu mặt phẳng quỹ đạo của một vệ tinh không trùng vớ i mặt phẳng xích đạocủa trái đất, thì quỹ đạo đó đượ c gọi là nghiêng, và góc giữa mặt phẳng quỹ đạo và

mặt phẳng xích đạo đượ c gọi là góc nghiêng.





Độ tr ễ lan truyền giữa tr ạm mặt đất và vệ tinh vào khoảng 0.125ms, một nhượ cđiểm lớ n của quỹ đạo địa t ĩ nh là lực hút của mặt tr ăng và mặt tr ờ i ảnh hưở ng đến quỹ đạo làm cho độ nghiêng quỹ đạo ngày càng tăng ,sức đẩy của vệ tinh có thể làm giảmsự xáo tr ộn này,nhưng k ể từ khi vệ tinh chỉ có thể mang số lượ ng nhiên liệu giớ i hạn

thì việc gia tăng độ nghiêng của quỹ đạo là một vấn đề cần đượ c lưu tâm đến trongmột số dự án. Dung lượ ng hạn chế của quỹ đạo địa t ĩ nh là một nhượ c điểm khác ,cácvệ tinh sử dụng cùng tần số phải đượ c tách biệt vớ i nhau nhằm tránh ảnh hưở ng lẫnnhau. Để bao phủ ở độ cao lớ n (lớ n hơ n 750) là không khả quan vì vậy để bao phủ toàn bộ trái đất không thể thực hiện đượ c vớ i 1 chòm điểm địa t ĩ nh mà theo tính toánđể có thể bao phủ đượ c toàn bộ trái đất cần 3 chòm điểm địa t ĩ nh.

3.3.2. Quỹ đạo ellipse cao

Quỹ đạo hình ellipse cao (HEO) khác vớ i những quỹ đạo vòng tròn. Nó chỉ cóthể phủ sóng khi vệ tinh chuyển động r ất chậm so vớ i bề mặt trái đất điều đó có ngh ĩ a

là khi nó nằm tại viễn điểm, điểm xa nhất so vớ i bề mặt trái đất . Hình 3.7 minh họamột quỹ đạo ellipse tiêu biểu:

Những quỹ đạo này nói chung nghiêng một góc 63.40 vì vậy quỹ đạo này gầnnhư đứng yên so đối vớ i bề mặt của trái đất. Độ nghiêng này cao cho phép bề r ộng bao phủ cao và Nga đã sử dụng những quỹ đạo ellipse Molnya và Tundra cho truyềnhình vệ tinh tớ i những vùng cao của Nga r ất tốt.

Những quỹ đạo ellipse là một ngoại lệ so vớ i nguyên tắc chung, nói chung nóchỉ nhắm tớ i cung cấ p có chọn lọc hơ n là phạm vi chung toàn thế giớ i.





Vệ tinh di chuyển chậmnhất tại điểm này

Vệ tinh di chuyển nhanhnhất tại điểm này

Quỹ đạo Ellipse

Quỹ đạo địat ĩ nh

a) b)

Hình 3.7 Qu ỹ đạo ellipse cao3.3.3. Quỹ đạo thấ p (LEO)

Vệ tinh LEO di chuyển nhanh hơ n vòng quay của trái đất, vì vậy chúng xuấthiện 1 cách liên tục trong vòng quay của trái đất. Hình 3.8 minh hoạ quỹ đạo và vùng phủ sóng của vệ tinh LEO.

Chòm vệ tinh là số lượ ng vệ tinh cần thiết để bao phủ hết toàn bộ trái đất

Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh và điểm trên quỹ đạo có thể xác định vị trí của vệ tinh. Đối vớ i chòm vệ tinh, có các kí hiệu và quy tắc đơ n giản để miêu tả vùng bao

phủ trái đất. có 2 dạng kí hiệu đượ c dùng để mô tả chòm vệ tinh đó là: Kí hiệu Walker (N/P/p): kí hiệu này chỉ: (số lượ ng vệ tinh trên mỗi mặt

phẳng /số mặt phẳng/số pha riêng biệt của mặt phẳng để điều khiển). Kí hiệu Ballard (NP,P,m): kí hiệu này chỉ (tổng số vệ tinh NP ,số mặt

phẳng P, hệ số điều hoà m mô tả sự dịch pha giữa các mặt phẳng)





Hình 3.8 Đườ ng di chuyể n của vệ tinh LEO

3.3.4. Các lực gây nhiễu quỹ đạo.Có nhiều tác động phụ gây ra nhiễu quỹ đạo vệ tinh trái đất. Một số nhân tố gây

nhiễu quỹ đạo :

• Ảnh hưở ng của trái đất không phải hình cầu.

Đối vớ i một mặt đất hình cầu, định luật Kepler thứ ba xác định chuyển độngtrung bình như sau:

n0= 3a

μ

Chỉ số 0 để biểu thị r ẳng k ết quả đượ c áp dụng cho trái đất cầu có khối lượ ngđồng đều lý tưở ng. Tuy nhiên ta biết r ằng trái đất không hoàn toàn hình cầu, xích đạohơ i phình ra còn cực thì hơ i dẹt vào và vì thế nó có dạng hình cầu dẹt. Khi xét đếnđặc điểm này của trái đất, chuyển động trung bình bị thay đổi và đượ c xác định theocông thức sau:

n=n0( )( ) ⎥

⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

−

−+5.12

21

1

sin5.111

ea

i K (a)

trong đó hằng số K 1 = 66063,1704 km2

. Sự dẹt của quả đất gần như không ảnhhưở ng lên bán tr ục chính a và nếu biết đượ c a ta dễ dàng tính đượ c chuyển độngtrung bình. Chu k ỳ quỹ đạo khi có xét đến tính dẹt của trái đất đượ c gọi là chu k ỳ dị thườ ng (từ cận điểm đến cận điểm). Chuyển dộng trung bình đượ c đặc tả trongcông bố của NASA là nghịch đảo của chu k ỳ dị thườ ng. Chu k ỳ dị thườ ng đượ c xácđịnh như sau:

pA= sec2

n

π

trong đó n đo bằng đượ c đo bằng radian trên giây.





Nếu ta biết đượ c n (như cho ở thông báo của NASA) ta có thể giải phươ ngtrình (a) vớ i lưu ý r ằng n0 cũng phụ thuộc vào a. Ta có thể giải phươ ng trình (a) để tìm a bằng cách tìm nghiệm của phươ ng trình sau:

n- 3a

μ ( )( ) 01

sin5.11

1 5.12

21

=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

−

−

+ ea

i K

Sự dẹt của quả đất gây ra hai sự quay của mặt phẳng quỹ đạo. Quay thứ nhấtđượ c gọi là sự dịch lùi (regression of nodes) các nút, trong đó dườ ng như các núttr ượ t dọc xích đạo. K ết quả là đườ ng các điểm nút trong mặt xích đạo bị quay xungquanh tâm trái đất. Như vậy góc lên đúng nút lên Ω bị dịch.

Nếu quỹ đạo là đồng hướ ng thì các nút tr ượ t sang tây và nếu quỹ đạo là ngượ chướ ng thì chúng tr ượ t sang đông. Nếu nhìn từ nút lên, vệ tinh trong quỹ đạo đồnghướ ng bay sang đông và trong quỹ đạo ngựơ c hướ ng bay sang tây. Như vậy các nút

di chuyển ngượ c chiều chuyển động vệ tinh, vì thế ta có thuật ngữ dịch lùi. Đối vớ iquỹ đạo cực (i=900) dịch lùi bằng không.

Ảnh hưở ng thứ hai là sự quay của đườ ng giữa các điểm cực trong mặt phẳng quỹ đạo dướ i đây ta sẽ xét ảnh hưở ng này. Cả hai ảnh hưở ng đều phụ thuộcvào chuyển động trung bình n,bán tr ục chính a và độ lệch tâm e. Các thông số nàyđượ c nhóm chung và một hệ số K xác định như sau:

K=( )222

1

1 ea

nK

−

K sẽ có cùng đơ n vị như n. Vậy vớ i n đo bằng rad/ngày, K sẽ đo bằngrad/ngày và vớ i n đo bằng 0/ngày K cũng đo bằng 0/ngày. Biểu thức gần đúng cho sự thay đổi Ω theo thờ i gian đượ c xác định như sau:

i K dt

d cos−=

Ω (b)

trong đó i là góc nghiêng

Tốc độ dịch lùi các nút sẽ có cùng đơ n vị như n.

Khi tốc độ thay đổi xác định theo phươ ng trình (b) có giá tr ị âm, dịch lùi về phía tây còn khi tốc độ này dươ ng dịch lùi về phía đông. Vì thế đối vớ i dịch lùi về phía đông, i phải lớ n hơ n 900 hay quỹ đạo phải ngượ c hướ ng. Ta có thể chọn giá tr ị a, e và i sao cho tốc độ quay là 0,98560/ngày về phía đông. Quỹ đạo này đượ c gọi làquỹ đạo đồng bộ mặt tr ờ i.

Một trong số các ảnh hưở ng gây ra do sự phình xích đạo là sự quay đườ ng cácđiểm cực, dẫn đến sự thay đổi agumen cận điểm xác định theo công thức sau:

)sin5.22( 2 i K dt

d −= (c)

ở đây đơ n vị cho tốc độ quay của đườ ng các điểm cực cũng là đơ n vị cho n





Khi góc nghiêng i bằng 63,4350; thành phần trong ngoặc bằng không và sẽ không xảy ra quay. Góc nghiêng này đượ c lựa chọn cho quỹ đạo vệ tinh Molnya của Nga.

Nếu ta ký hiệu thờ i gian k ỷ nguyên là t0, góc lên đúng của nút lên là Ω 0 và

agumen cận điểm là ω0 tại k ỷ nguyên, ta đượ c các giá tr ị mớ i cho Ω và ω tại t như sau:

)( 00 t t dt

d −

ΩΩ=Ω

)( 00 t t dt

d −Ω=ω

Cần nhớ r ằng quỹ đạo không phải là một thực thể vật lý và chính các lực doquả đất dẹt gây ra tác dụng lên vệ tinh làm thay đổi các thông số quỹ đạo. Vậykhác vớ i việc bay theo một quỹ đạo elip khép kín trong một mặt phẳng cố định, vệ tinh bị trôi do dịch lùi các điểm nút và v ĩ độ của điểm gần nhất (cận điểm) thay đổido sự quay của đườ ng các điểm cực. Hiểu đượ c điều này cho phép ta nhìn nhận vệ tinh bay theo một quỹ đạo elip khép kín nhưng vớ i quỹ đạo chuyển động tươ ng đốiso vớ i mặt đất do sự thay đổi của Ω và ω. Như đã nói ở trên, chu k ỳ PA là thờ igian cần thiết để vệ tinh bay từ cận điểm đến cận điểm mặc dù cận điểm đã dịchchuyển so vớ i quả đất.

Để làm thí dụ, giả thiết r ằng góc nghiêng bằng 900 sao cho dịch lùi các nút bằngkhông (từ phươ ng trình b) và tốc độ quay của đườ ng các điểm cực là -K/2 (từ phươ ng

trình c) ngoài ra xét tr ườ ng hợ p cận điểm tại thờ i điểm quan tr ắc ban đầu nằm ngaytrên nút lên. Một chu k ỳ sau, cận điểm sẽ ở góc -KPA/2 so vớ i nút lên hay nói mộtcách khác nó sẽ ở phía Nam so vớ i xích đạo. Thờ i gian giữa hai lần đi qua nút lên sẽ là PA(1+K/2n), đây sẽ là chu k ỳ đượ c quan sát từ trái đất. Nhắc lại r ằng K sẽ có cùngđơ n vị như n, ngh ĩ a là radian trên giây.

Ngoài việc phình ra của xích đạo, trong mặt phẳng xích đạo trái đất khônghoàn toàn là hình tròn, nó có một độ lệch tâm r ất nhỏ bậc 10-5. Độ lệch này đượ cgọi là tính elip xích đạo (equatorial ellipcity). Ảnh hưở ng của tính elip xích đạo lànó sẽ tạo ra một gradien hấ p dẫn gây ảnh hưở ng đáng k ể lên các vệ tinh trên quỹ

đạo địa t ĩ nh. Nói một các ngắn gọn, lý tưở ng vệ tinh trên quỹ đạo địa t ĩ nh phải cố định so vớ i trái đất. Gradien hấ p dẫn gây ra do tính elip xích đạo sẽ làm cho các vệ tinh trên quỹ đạo địa t ĩ nh trôi đến một điểm ổn định, điểm này trùng vớ i tr ục phụ của elip xích đạo. Hai điểm này phân cách nhau bở i một góc 1800 trên xích đạo nằmvào khoảng kinh độ 750E và 1050W. Để tránh cho các vệ tinh đang phục vụ bị trôicác thao tác giữ tr ạm đượ c thực hiện (Station Keeping Maneuvers). Vì các vệ tinhcũ dần dần bị trôi vào các điểm này nên chúng đượ c gọi là "ngh ĩ a trang vệ tinh".

Lưu ý r ằng ảnh hưở ng tính elip xích đạo là không đáng k ể đối vớ i hầu hết cácquỹ đạo vệ tinh khác.

• Sự kéo khí quyển





Đối vớ i các vệ tinh nằm gần trái đất thì ảnh hưở ng của sự kéo khí quyển(Atmospheric Drag) là đáng k ể . Do lực kéo lớ n nhất tại cận điểm và sự kéo này làmgiảm tốc độ của vệ tinh tại điểm này nên vệ tinh không đạt đến cùng độ cao viễnđiểm ở các vùng tiế p theo. K ết quả là bán tr ục chính và độ lệch tâm giảm. Sự kéo hầu

như không thay đổi các thông số khác của quỹ đạo bao gồm cả độ cao cận điểm.Biểu thức gần đúng để xác định sự thay đổi bán tr ục chính như sau:

a=a 0

32

)00'

0

0

( ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

−+ t t nn

n

Độ dị thườ ng trung bình cũng thay đổi biểu thức gần đúng xác định sự thay đổinày như sau :

20

'0 )(2

t t n

−=δ

Số vệ tinh: 25338 Năm k ỷ nguyên (hai chữ số cuối cùng của năm): 00 Ngày k ỷ nguyên (ngày và ngày phân đoạn của năm): 223,79688452Đạo hàm thờ i gian bậc nhất của chuyển động trung bình(vòng quay trun

bình/ngày2): 0,000000307Góc nghiêng (độ): 98,6328Góc lên đúng của nút lên (độ): 251,5324

Độ lệch tâm: 0,0011501Agumen cận điểm (độ) : 113,5534Độ dị thườ ng trung bình (độ): 246,6853Chuyển động trung bình (vòng/ngày): 14,23304826

Số vòng quay tại k ỷ nguyên (vòng quay/ngày): 11663

Từ bảng trên ta thấy đạo hàm theo thờ i gian bậc nhất của chuyển động trung bình (n0') là một số r ất nhỏ bằng 0,00000307 vòng/ngày. Như vậy sự thay đổi gâyra do sự kéo chỉ đáng k ể đối vớ i khoảng thờ i gian dài và vì thế đối vớ i mục đích hiện

thờ i ta có thể bỏ qua nó.• Ảnh hưở ng của mặt tr ăng và mặt tr ờ i

Lực hấ p dẫn chính là ảnh hưở ng lớ n nhất của mặt tr ăng và mặt tr ờ i lên vệ tinhtrái đất bên cạnh những chức năng của chính nó.

• Áp suất bức xạ mặt tr ờ i

Áp suất bức xạ mặt tr ờ i chính là nguyên nhân gây ra những sự chạm giữa vệ tinh và những phôtôn bức xạ từ Mặt tr ờ i, mà chúng hút đượ c hay phản xạ.





3.3.5. Độ cao của quỹ đạo và vùng bao phủ

Độ cao của vệ tinh càng cao thì vùng bao phủ càng lớ n đồng ngh ĩ a vớ i việc đóthì khoảng cách càng xa thì đòi hỏi công suất truyền càng lớ n Hình 3.9 sẽ minh hoạ mối liên hệ đơ n giản này:

Hình 3.9 M ố i liên hệ giữ a độ cao và vùng bao phủ

Từ đây ta có thể thấy đượ c vệ tinh GEO có độ cao cao nhất nên có vùng bao phủ r ộng nhất, vệ tinh LEO có độ cao thấ p nhất nên có vùng bao là nhỏ nhất và vệ tinh MEO nằm ở giữa. Vệ tinh GEO có vùng bao phủ là cố định và liên tục, nhưng vệ tinh LEO và MEO sẽ dần dần di chuyển ra xa khỏi vùng bao phủ. Điều này đã chứngminh r ằng vệ tinh LEO và MEO thuận lợ i trong việc cung cấ p cho thiết bị đầu cuốinhỏ và thấ p của hệ thống vệ tinh nhưng điều này cũng làm xuất hiện chi phí cao trongviệc phát triển và vận hành.

Tuy nhiên những nghiên cứu và phát triển của những chòm vệ tinh trong nămgần đây đã đạt đượ c tiến bộ vượ t bậc trong khía cạnh k ỹ thuật, kinh tế . Sẽ phải mất

một thờ i gian để có thể khai thác đầy đủ lợ i ích của chòm sao bằng việc giảm giáthành của hệ thống để tăng thêm doanh thu từ các dịch vụ và ứng dụng mớ i.

Nối mạng vệ tinh sẽ cung cấ p vùng phủ sóng cho trái đất, đặc biệt là nhữngvùng bên ngoài phạm vi phủ sóng của mạng mặt đất. Bở i vậy, trong mục này chúngta cần phải lấy quan điểm trái đất là trung tâm để xem xét mối quan hệ giữa nối mạngvệ tinh và trái đất

3.3.6. Độ lợ i của anten và độ r ộng của chùm tia

Trong thông tin vô tuyến, anten là một phần r ất quan tr ọng của liên k ết truyền

dẫn. Nó giúp tậ p trung năng lượ ng bức xạ về phía anten thu, nhưng thiết bị thu nhậnchỉ nhận đượ c một phần công suất. Hầu hết công suất tr ải đều lên trên một vùng r ộng.





Hình 3.10 minh họa một đồ thị bức xạ anten tiêu biểu đượ c xác định bở i kích thướ ccủa anten và tần số truyền đượ c dùng.

Độ tăng ích cực đại của anten đượ c biểu thị như sau:

G= Aη λ

π

⎟ ⎠

⎞

⎜⎝

⎛ 2

4

Trong đó f

c=λ và vận tốc của ánh sáng là 3.108m/s và f là tần số sóng điện từ ,

diện tích anten là A= 2 Dπ vớ i D là đườ ng kính

Theo phươ ng của qθ ,giá tr ị của độ lợ i là: (tươ ng đối đối vớ i anten đẳng hướ ng)

)(12)( 3max, dBdBi iGdBG θ θ θ −−=

Độ r ộng chùm tia của đồ thị bức xạ là:

fD

c

DdB 70703 ==λ

θ

Hình 3.10 Đồ thị đẳ ng hướ ng của anten

3.3.7. Tính toán vùng bao phủ

Độ cao của vệ tinh xác định vùng bao phủ của anten trái đất và khoảng cáchcủa tr ạm mặt đất từ mép vùng bao phủ đến vệ tinh:





θ

E R

E R

α

β

β

Hình 3.11 M ố i quan hệ giữ a góc ng ẩ ng và độ cao

Trong hình 3.11 OPS là tam giác vuông góc, ta có thể tính toán như sau:

α sin)( E E p RhS += (a)

α cos)( E E p RhO +=

β tan p p S A = (b)

Như vậy ta cũng có A p=ASsin β vớ i phươ ng trình (a) và (b) ta có đượ c:

β

α

β

β

cos

sin)(

sin

tan E E p RhS AS +==

Đối vớ i tr ườ ng hợ p đặc biệt khi 0= β ,AS=(hE + R E)sinα ta cũng có thể tính

cos E E

E

Rh

R

+=α sau đó tính

2

2 1)cos1(sin ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+

−=−=

E E

E

Rh

Raa vì vậy

(AS)2 = (hE+R E)2 - R E2 (c)

Ta có thể tính tr ực tiế p ,OAS tr ở thành tam giác vuông khi 0= β

(AS)2 + R E2= (hE + R E)2

Từ công thức này đưa đến k ết quả giống như công thức (c).

Vùng bao phủ cực đại có thể tính như sau:

Vùng bao phủ = 2 ⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+

−=

E E

E E E Rh

R R H R

12 2π π

3.3.8. Khoảng cách và độ tr ễ lan truyền từ tr ạm mặt đất đến vệ tinh

Hai góc đượ c dùng để định vị vệ tinh từ bất k ỳ điểm nào trên bề mặt của tráiđất.





Góc ngẩng ( β ): Góc ngẩng là góc giữa 1 điểm đượ c xem xét là ở vôcùng và vệ tinh, đượ c đo trong mặt phẳng chứa điểm đượ c xét là vệ tinhvà trung tâm của trái đất.

Góc phươ ng vị(α ):Góc phươ ng vị là góc đượ c đo trong mặt phẳng

ngang đượ c xác định là góc giữa hướ ng bắc địa lý và giao của mặt phẳng chứa điểm đượ c xem xét, vệ tinh và trung tâm của trái đất

E R

P

B

O

L

R

T

hA

θ

lξ

ϕ

N

sattelite

Hình 3.12 Khoảng cách giữ a tr ạm mặ t đấ t và vệ tinh

Khoảng cách từ trung tâm trái đất tớ i vệ tinh là : r = h + R E Khoảng cách giữa trung tâm trái đất và vệ tinh có thể tính như sau:

θ cos2222 r Rr R R E E −+=

θ

θ

β sin

costan r

R E −=

θ α

sin

cossinsin

L=

vớ i l l L sinsincoscoscoscos ϕ θ == cho GEO ta có 0= thì cos 1= và sin 0=ϕ

Độ tr ễ do truyền từ tr ạm mặt đất đến vệ tinh có thể tính như sau:

c

RT P =

vớ i C là vận tốc ánh sáng và bằng 3.108m/s

vì vậy độ tr ễ truyền theo 1 hướ ng từ một tr ạm này đến tr ạm khác là:

c

R RT P

21 +=

vớ i R 1 và R 2 là khoảng cách giữa tr ạm mặt đất và vệ tinh





3.4. Đặc đ i ể m liên k ế t vệ tinh và đ i ề u chế cho truyề n d ẫ n

Thành phần tín hiệu truyền dẫn cơ bản bao gồm sóng mang và tín hiệu điềuchế. Sóng mang là một sóng hình sin liên tục, không chứa đựng thông tin. Tín hiệuđiều chế là tín hiệu mang thông tin và sẽ đượ c truyền qua sóng mang. Nó có thể điều

chế (thay đổi) Biên độ, tần số hay pha của sóng mang dẫn tớ i những sơ đồ điều chế khác nhau: điều chế biên độ(AM), điều chế tần số(FM) và điều chế pha (PM). Tạiđầu thu bộ giải điều chế có thể tách tín hiệu mang thông tin ra từ sóng mang bằngcách xử lý giải điều chế và điều này phụ thuộc vào sơ đồ mã hoá đượ c sử dụng trongquá trình truyền, hình 3.13 minh hoạ các quá trình điều chế khác nhau . Quá trìnhđiều chế cho phép truyền các tín hiệu mang thông tin trên các tần số mang , ngườ i tacó thể sử dụng phươ ng pháp đa truy nhậ p tớ i tần số vô tuyền trong miền tần số.

Bên cạnh tín hiệu điều chế, những điều kiện kênh truyền vệ tinh cũng có thể gây ra những sự thay đổi tớ i biên độ, tần số hay pha của sóng mang vì vậy nó có thể

là nguyên nhân gây ra lỗi truyền dẫn do đó cần phải có những mã sửa lỗi để khôi phục lại nội dung có thể bị sai trong quá trình truyền dẫn.

3.4.1. Đặc điểm liên k ết vệ tinh

Không giống vớ i truyền bằng cáp, chất lượ ng của liên lạc vệ tinh không thể điều khiển. Liên lạc vệ tinh có thể là nguyên nhân gây ra suy hao truyền sóng ,điềunày phụ thuộc vào những nhân tố sau đây:

Tần số làm việc: suy hao của tín hiệu bở i sự hấ p thụ khí, sự khắc nghiệtcủa tầng đối lưu càng làm tăng độ suy hao đối vớ i tần số.

Góc ngẩng của Anten và sự phân cực: chiều dài của đườ ng truyền sóngqua tầng đối lưu biến đổi tỷ lệ nghịch vớ i góc ngẩng. Tươ ng ứng, suyhao truyền dẫn, tiếng ồn cũng tăng khi góc ngẩng giảm.

Độ cao của tr ạm mặt đất:đườ ng truyền giữa tr ạm mặt đất và vệ tinh sẽ ngắn hơ n nếu chiều cao của tr ạm mặt đất càng cao , do đó sẽ càng ít suyhao hơ n

Nhiệt độ tạ p âm tr ạm mặt đất: đây là mức độ ảnh hưở ng của nhiệt độ tạ p âm khí quyển tớ i nhiệt độ tạ p âm hệ thống vì vậy ảnh hưở ng của tạ pâm khí quyển lên đườ ng xuống gọi là tỷ số tín hiệu/nhiễu.

Vị trí địa lý :Lượ ng mưa và thờ i tiết gần tr ạm mặt đất là những nhân tố ban đầu trong việc xác định tần số và suy hao đườ ng truyền.

Hệ số phẩm chấtT

G :hệ số tăng ích biểu thị hiệu suất của đầu thu G; G

là thành phần khuếch đại tính bằng dexiben (dB) và T là nhiệt độ tạ pâm của hệ thống. Tỷ số này dùng để biểu thị chất lượ ng của tr ạm mặtđất còn gọi là hệ số phẩm chất tr ạm mặt đất.

Suy hao trong không gian tự do là suy hao công suất chính do truyền lan xa của

liên k ết vệ tinh. Tuy nhiên đó là suy hao lớ n hơ n so vớ i mọi suy hao khác, những suyhao khác cũng chỉ thêm vào suy hao chính vài dB. Tại những tần số 10 GHz và lớ n





hơ n, suy hao vì sự hấ p thụ khí quyển và mưa đặc biệt r ất đáng quan tâm. Tại nhữngtần số này, sóng điện từ tươ ng tác và va dội vớ i những phân tử khí của khí quyển nêngây ra suy hao tín hiệu. Quan tr ọng nhất là cộng hưở ng suy hao xuất hiện tại tần số 22,235 GHz do sự bốc hơ i nướ c và giữa tần số 53-65 GHz là khí oxy . Suy hao tại

những tần số khác thông thườ ng r ất nhỏ (nhỏ hơ n 1 dB). Những suy hao khí quyểnnày có thể đượ c tính toán và cả trong phươ ng trình liên k ết để xác định tác động củanó trên toàn bộ chất lượ ng của hệ thống.

Tại những tần số thấ p hơ n , nhỏ hơ n 1 GHz,suy hao do fading đa đườ ng có khả năng xảy ra cao nhất. Sự quay Faraday do tổng số lượ ng điện tích trong khí quyển tr ở nên đáng k ể hơ n, nhưng vớ i việc sử dụng sự phân cực thích hợ p, những suy hao nàycó thể kiểm soát trong truyền thông.

3.4.2. K ỹ thuật điều chế

Ta có thể mô tả toán học sóng mang như sau:

)2cos()( t f At C ccr π =

Trong đó Ac là biên độ sóng mang và f c là tần số sóng mang

• Ta có thể biểu diễn sóng đượ c điều biên như sau:

)2cos()]([)( t f t mk At S cac π +=

Trong đó m(t) là tín hiệu và k a là độ nhạy biên của bộ điều chế

• Ta có thể biểu diễn sóng đượ c điều tần như sau:

]))((2cos[)( t t mk f At S f cc += π

Trong đó f c là độ nhạy tần số của bộ điều chế

• Ta có thể biểu diễn sóng đượ c điều pha như sau:

)](2cos[)( t mk ft At S pcc += π

Trong đó k p là độ nhạy tần của bộ điều chế

Trong sóng đượ c điều tần đặt t t mk f t f c f ))((2)( += π θ có thể xem m(t) là nguyên

nhân gây ra sự thay đổi tần số t t mk f f

Δ=Δ )( , mà nó tươ ng đươ ng vớ i sự thay đổi pha

t t mk f t f f f cc f Δ+=ΔΔ+=Δ )]([2)( π θ do đó:

)(22)(

t mk f dt

t d f c

f π π

θ += và ∫ +=

t

f c f dt t mk t f t 0

)(22)( π π θ

Sóng đượ c điều tần đượ c tạo ra bằng cách sử dụng tần số mang k ết hợ p vớ i tínhiệu mang thông tin

Trong sóng đượ c điều pha )(2)( t mk t f t pc p += π θ ví dụ sóng điều pha đượ c tạo ra

bằng cách sử dụng tần số mang và tín hiệu thông tin vì vậy sóng điều pha có thể suyra từ sóng điều tần và ngượ c lại. điều pha và điều tần cũng có thể gọi là điều chế góc.





3.4.3. Sơ đồ điều chế khoá dịch pha (PSK) cho truyền dẫn vệ tinh

Những điều kiện liên k ết qua vệ tinh có thể thay đổi trong suốt quá trình truyềndẫn đối vớ i truyền dẫn số, độ cao của truyền dẫn cũng có thể thay đổi vớ i điều kiệnliên k ết. AM(Amplitude modulation) thì khó sử dụng. FM (Frequency modulation)

khó trong việc thực thi và không hiệu quả trong tận dụng dải thông. So sánh vớ i sơ đồ AM và FM, PM(Phase modulation) có những lợ i thế của FM và dễ dàng thực hiện vìvậy đối vớ i truyền dẫn vệ tinh thì PM đượ c sử dụng và có nhiều sơ đồ PM khác nhauđượ c phát triển để cân bằng các yếu tố như công suất ,tần số và thực hiện hiệu quả.

Điểu chế PSK là một phươ ng pháp hiệu quả nhất để truyền tín hiệu số, có thể nói phươ ng pháp điều chế PSK là phươ ng pháp điều chế triệt sóng mang do đó băngthông của tín hiệu PSK nhỏ hơ n băng thông của tín hiệu FSK nếu dùng cùng một tínhiệu dải nền nhưng ở phía thu phải có mạch dao động tạo sóng mang để thực hiệnviệc giải điều chế ; tín hiệu dao động này phải có cùng tần số và pha của sóng mang ở

máy phát.Các điều nói trên có thể thực hiện nhờ một vòng khoá pha biến thể gọi là vòng

Costas

• Băng thông

Ta xét tr ườ ng hợ p đơ n giản nhất là PSK nhị phân (Biphase PSK) đượ c minhhoạ trong hình 3.13 a) nếu là PSK đa pha thì thay tốc độ bit bằng tốc độ baud)

Trong PSK pha của sóng mang thay đổi giữa 2 tr ị số 00 và 1800 hiệu điện thế tức thờ i có thể viết:

)2sin()2sin( t f V t f V V cbcb PSK π π +=

biểu thức VPSK tươ ng tự như VFSK nhưng tần số f m và f s đượ c thay bằng f c nên băng thông là BW=(f c+2f f )-(f c-2f f )=4f f

BW=2br

Như vậy BWPSK <BWFSK nếu điều chế cùng tín hiệu dải nền hình 3.13 b) cho phổ tín hiệu PSK





bT

)2sin( t f cπ

)2sin( π π +t f c

)2sin()2sin( π π π ++= t f V t f V V cbcb PSK

Hình 3.13 a) PSK nhị phân

f f c 2− f f c 2+c f

br f BW f PSK 24 ==

Hình 3.13 b) Bă ng thông PSK

3.4.4. PSK 2 pha (BPSK-Binary phase shift keying)

Trong BPSK, ứng vớ i tín hiệu vào là các điện thế biểu diễn các logic 1, 0 ta cótín hiệu ra là các sóng mang hình sin có pha lệch nhau 180° (Hình 3.14) là sơ đồ khối mạch điều chế và giải điều chế BPSK

t wccos

t wccos+

t wccos−

Hình 3.14 a) Điề u chế BPSK và b) Giải đ iề u chế BPSK

Giả sử logic 1 đượ c đặc tr ưng bở i điện thế +Vdc và logic 0 đượ c đặc tr ưng bở i – Vdc bộ phận chính của mạch điều chế gồm một mạch nhân và một mạch tạo dao độngsóng mang cos t c . Tín hiệu logic và sóng mang đượ c đưa đến mạch nhân và ta đượ ctín hiệu +cos t cω hoặc -cos t c ở ngã ra của mạch này.





Ở máy thu, sóng mang đượ c tách từ tín hiệu vào, sau đó tr ộn vớ i tín hiệu vào để cho ra tín hiệu dạng t cω 2cos hoặc - t cω 2cos . Phân tích tín hiệu này ta thấy chúng gồmthành phần một chiều và hoạ tần bậc hai:

2

2cos1

cos

2 t

t

c

cω

+

= )

2

2cos1(cos2 t

t ccω

+−=−

Cho vào mạch lọc hạ thông, ta đượ c ở ngã ra các thành phần dc có cùng cựctính vớ i dữ liệu vào.

Mạch điều chế vòng (ring modulator) là một kiểu mẫu của mạch nhân đượ cmô tả ở (Hình 3.15)

Các diod A, B, C, D dẫn hay ngưng tùy thuộc hiệu thế đặt vào ngã X,Y trong

lúc tín hiệu vào ngã RS chỉ khiến các diod dẫn mạnh hay yếu mà thôi.Sóng mang đượ c đưa vào ngã RS, dữ liệu đượ c đưa vào ngã XY. Giả sử bit 1

khiến X dươ ng hơ n Y và ngượ c lại cho bit 0

Khi dữ liệu là bit 1 diod A và D dẫn điện, ứng vớ i bán k ỳ dươ ng củasóng mang diod A dẫn mạnh hơ n diod D, dòng điện chạy trong nửatrên của biến thế ra lớ n hơ n, ta đượ c tín hiệu ra cùng pha sóng mangvào.

Khi dữ liệu là bit 0 diod B và C dẫn điện, ứng vớ i bán k ỳ dươ ng của

sóng mang diod B dẫn mạnh hơ n diod C, dòng điện chạy trong nửatrên của biến thế ra lớ n hơ n nhưng có chiều ngượ c lại (từ dướ i lên), tađượ c tín hiệu ra ngượ c pha sóng mang vào.

Khi không có sóng mang hoặc không có dữ liệu vào sẽ không có dòngđiện ở ngã ra.





Hình 3.15 M ạch đ iề u chế vòng

3.4.5. PSK 4 pha –PSK cầu phươ ng (4 PSK hay QPSK)

PSK 4 pha còn gọi là PSK cầu phươ ng (QPSK : Quadrature PSK) là mạch điềuchế cho tín hiệu ra có 1 trong 4 pha tùy theo tr ạng thái của một cặ p bit (dibit) dữ liệuvào, độ lệch pha của các tín hiệu ra là 900. (Hình 3.16) là sơ đồ khối mạch điều chế PSK 4 – pha

t w Hz f cc sin1600=

2

b f

2b f

Hình 3.16 S ơ đồ khố i mạch đ iề u chế PSK cầu phươ ng

Mạch chia bit (bit splitter) : chuyển dòng dữ liệu vào theo hai ngã I (In- phase) và Q (Quadrature). Những bit vào ngã I sẽ điều chế sóng mangcó pha ban đầu và những bit vào ngã Q sẽ điều chế sóng mang đã đượ clàm lệch pha 900

Vì các dữ liệu vào có thể là bit 1 hoặc 0, nên tín hiệu ở ngã ra mạchnhân I có thể là sinwct hoặc – sinwct và ở ngã ra Q có thể là coswcthoặc -coswct, các tín hiệu này đượ c tổng hợ p ở mạch tổng để cho ra 1

trong 4 tín hiệu mô tả ở (Hình 3.17)





Thí dụ, vớ i các bit ở ngã vào ab=01, tín hiệu ở ngã ra là - sinwct + coswct, tínhiệu này có thể thay thế bở i tín hiệu duy nhất có pha là 1350.

t wcsin

t wccos−

t wt w cc cossin −

t wccos−

t wccos t wt w cc cossin +

t wt w cc cossin −−

t wt w cc cossin +−

t wt w cc cossin −

t wcsint wcsin−

Hình 3.17 Các tín hiệu đầu ra

Giải mã PSK 4 pha:

t t cc ω ω sincos − t cω sin

Hình 3.18 M ạch giải mã PSK 4 pha

Mạch phục hồi sóng mang sẽ cho lại 1 sóng mang sin t c từ tín hiệu nhận đượ c,tín hiệu này đượ c cho thẳng vào mạch nhân ngã I và đượ c làm lệch 900 tr ướ c khiđượ c đưa vào mạch nhân ngã Q, tín hiệu ra ở các mạch nhân đượ c đưa vào mạch lọchạ thông để loại bỏ thành phần tần số cao, các thành phần DC sẽ đượ c tổng hợ p ở mạch tổng để cho lại dòng dữ liệu.

Giả sử tín hiệu vào là tín hiệu nhận đượ c trong ví dụ trên t t cc sincos −

Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã I là)2cos1(

2

12sin

2

1)sin(cossin t t t t t ccccc ω ω ω ω ω −−=−

Tín hiệu ra sau mạch lọc là điện thế dc -,tươ ng ứng bit 0

Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã Q là:

)2cos1(2

12sin

2

1)sin(coscos t t t t t ccccc ω ω ω ω ω ++−=−

Tín hiệu ra sau mạch lọc là điện thế dc + ,tươ ng ứng bit 1, mạch tổ hợ p bit sẽ

cho lại dữ liệu như đã phát : 01 (viết theo thứ tự ab)





Tốc độ truyền thông thườ ng của QPSK là 2400 bps vì vậy ở mạch điều chế tốcđộ của kênh I và Q là 1200 bps. Tốc độ biến đổi lớ n nhất của tín hiệu tươ ng ứngvớ i chuỗi liên tiế p các bit 1 và 0, chuỗi này đượ c biểu diễn bở i tín hiệu hình vuôngtần số 600 Hz, tín hiệu hình vuông bao gồm tần số cơ bản và các họa tần bậc lẻ.

Trong quá trình điều chế xuất hiện các băng cạnh chứa các họa tần này, mạch lọcBPF có nhiệm vụ loại bỏ thành phần tần số này.

3.4.6. Điều chế dịch pha cực tiểu dùng bộ lọc Gauss (GMSK)

Là k ỹ thuật điều chế tín hiệu số cho phép sự thay đổi pha (phase) là tối thiểugiữa các ký tự liên tiế p nhau. GMSK có đặc tính tươ ng tự như điều chế MSK, tuynhiên dạng xung (pulse shape) tín hiệu là hàm Gausian thay vì là hàm Sinuss như MSK.

Để nâng cao hiệu quả sử dụng băng thông và thực hiện sửa lỗi, có hai k ỹ thuậtcó thể đượ c áp dụng đó là:dịch pha tối thiểu và tạo xung vuông thông qua một bộ lọcGauss.

Đặt W biểu thị dải thông băng gốc 3 dB của bộ lọc tạo xung. Hàm truyền H(f)và đáp ứng xung h(t) đáp tuyến xung của bộ lọc xung đượ c định ngh ĩ a tươ ng ứng như sau:

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −=

2

2

2logexp)(

w

f f H

Và ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜

⎝

⎛ −= 22

2

2log

2exp

2log

2)( t w f h

π π

Đáp ứng của bộ lọc cho đơ n vị biên độ và thờ i gian xung T b của xung vuôngđượ c cho bở i công thức:

τ τ π π

τ τ d t wwd t t g

b

b

bT

b

T

T

T

T ∫ ∫ ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−=−=

2

2

222

2

)(2log

2exp

2log2

)()(2

Đáp ứng xung g(t) tạo thành tần số tạo dạng xung của bộ điều chế GMSK, vớ iWT b là bề r ộng dải thờ i gian không thứ nguyên thực hiện vai trò của một tham số

thiết k ế.Chẳng hạn ,khi WT b giảm thì thờ i gian tr ải ra của tần số tạo xung tươ ng ứng

tăng lên. Điều kiện giớ i hạn WT b = ∞ tươ ng ứng vớ i tr ườ ng hợ p MSK bình thườ ng,và khi WTb nhỏ hơ n phần tử đơ n vị thì việc gia tăng hơ n nữa của công suất truyềntậ p trung vào bên trong dải thông của tín hiệu GMSK.

3.4.7. Tỷ lệ lỗi bit (BER) :tham số đánh giá chất lượ ng của sơ đồ mã hoá

Lỗi bit xuất hiện trong kênh vệ tinh trong quá trình truyền dẫn. Tỷ lệ lỗi bit(BER) phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu/tạ p âm (S/N) tại thiết bị thu. Như vậy mức chấ p

nhận đượ c của tỷ lệ lỗi bit, tỷ số tín hiệu/tạ p âm tối thiểu nhất định phải đượ c bảođảm tại thiết bị thu và từ đó bảo trì trong chuyển phát.





Mối quan hệ giữa C/N và tỷ lệ lỗi bit của kênh là một biện pháp thực hiện chomối liên k ết số. Nó đượ c tính toán từ tỷ số sóng mang trên mật độ tạ p âm, tỷ số C/N0,đối vớ i sơ đồ điều chế đặc biệt bằng:

⎪⎩⎪⎨

⎧

−

−

=)/(log10

)(log10

10

10

0

0 bandwidthdatarate N C

datarate N C

N

E b

Tỷ số tốc độ bit (data rate) trên băng thông, R/B, đượ c gọi là hiệu suất phổ hayhiệu suất băng thông của điều chế. Đối vớ i một băng thông đã cho, giá tr ị E b/N0 phảiđủ lớ n để đạt đượ c tốc độ truyền bit vớ i hiệu suất lỗi tốt nằm trong giớ i hạn tỷ lệ lỗi bit hay xác suất lỗi bit.

Có những hàm sai số dùng để tính toán tỷ lệ lỗi symbol. Số bit trên symbol làlog2M, trong đó M là mức của sơ đồ điều chế. Tỷ lệ lỗi bit P p thì liên hệ vớ i tỷ lệ lỗi

symbol Ps bằng công thức:

)(log M

P P s

b =

Trên lý thuyết, hiệu suất lỗi có thể đượ c tính toán bằng cách sử dụng xác suấtGauss như sau:

∫ ∞

−==+>

y

dz z

x e yQ x X P 22

2

1)()(

π σ μ

,1)(,2/1)0( y yQQ −=−= khi 0≥ y

( ) yQe yerfc y

dz z 222

)(2

=≡ ∫ ∞

−

π

Bảng 3.1 cho ta hiệu suất lỗi chung cho một số sơ đồ điều chế thông dụng vàhình 3.19 cho ta một số k ết quả tính toán sử dụng thông số trong bảng

Sơ đồ điều chế PE symbol

QPSK nhất quán

BPSK nhất quán

MPSK nhất quán

)(21

0 N E erfc b

MSK )(2

1

0 N

E erfc b

GMSK )

2(

2

1

0 N

E erfc bα

vớ i α là hằng số phụ

thuộc vào bề r ộng dải thờ i gian WT b





BFSK nhất quán )2

(2

1

0 N

E erfc b

DPSK không nhất quán ⎟⎟ ⎠

⎞

⎜⎜⎝

⎛

− 0exp2

1

N

E b

BFSK không nhất quán ⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

0

exp2

1

N

E b

Bảng 3.1 Hiệu suất lỗi cho 1 số sơ đồ điều chế thông dụng

• QPSK: Quaternary Phase Shift Keying- điều chế pha tr ực giao hay điều chế pha cầu phươ ng .QPSK là 1 k ỹ thuật điều chế tín hiệu số, mã hóa 2 bit thành

1 symbols.• BPSK: Binary phase shift keying-điều chế pha nhị phân, là k ỹ thuật điều chế

tín hiệu số vớ i bit 0 tươ ng ứng vớ i tín hiệu sóng có pha = -90° và bit 1 tươ ngứng sóng mang có pha = 90° (hoặc ngượ c lại).

• MPSK: multiple phase shift keying

• MSK: Minimum Shift Keying

Điều chế dịch pha tối thiểu , là k ỹ thuật điều chế tín hiệu số cho phépsự thay đổi pha (phase) là tối thiểu giữa các ký tự liên tiế p nhau.

Ư u điểm của MSK chính là biên độ tín hiệu ít thay đổi do tối thiểu sự dịch pha, vì vậy sẽ tối ưu hiệu quả của bộ khuếch đại công suất phíasau.

MSK có đặc điểm gần giống vớ i điều chế OQPSK là trì hoãn thành phần tr ực giao của tín hiệu đi 1/2 chu k ỳ . Điểm khác biệt vớ i OQPSK là MSK sử dụng xung (pulse shape) điều chế là tín hiệu sinus thay vì làtín hiệu raised cosinus như OQPSK.

• GMSK: Gausian Minimum Shift Keying

• BFSK: Binary frenquency shift keying sử dụng 2 tần số sóng mang, tần số cao tươ ng ứng mức 1 tần số thấ p

tươ ng ứng mức 0

⎩⎨⎧

+

+=

0)2cos(

1)2cos()(

2

1

Binaryt f A

Binaryt f At S

c

c

θ π

θ π

Ít lỗi hơ n so vớ i ASK đượ c sử dụng truyền dữ liệu tốc độ 1200bps hay thấ p hơ n trên mạng

điện thoại





có thể dùng tần số cao 3-3MHz để truyền trên sóng radio hoặc đồngtr ục

• DPSK: Differential Phase Shift Keying

Điều chế di pha vi phân, là k ỹ thuật điều chế không đồng bộ (không cầnxác định pha sóng đến).

Để gửi bit 0 cộng thêm pha 180 vào dạng sóng, để gửi 1 ta giữ dạngsóng không đổi. Bộ thu do vậy phải có nhớ để có thể giải điều chế.

0 N E b

Hình 3.19 Hiệu suấ t t ạ p âm của sơ đồ đ iề u chế 3.4.8. Nối mạng vệ tinh trong lớ p vật lý

Trong phạm vi xem xét mô hình giao thức, nối mạng vệ tinh đượ c bắt đầu từ lớ p vật lý. Lớ p vật lý tiế p nhận các khung từ lớ p liên k ết , sau đó truyền các khungnày dướ i dạng một chuỗi bit tớ i các thực thể ngang hàng vớ i nó qua hệ thống vệ tinh.Phụ thuộc vào sự thực thi của tr ọng tải tối đa trong truyền thông vệ tinh, mà có thể cómột vệ tinh đơ n giản trong suốt chuyển tiế p tín hiệu vô tuyến từ đườ ng xuống tớ iđườ ng lên hoặc có thể có bộ xử lý onboard (OBP) để xử lý các tín hiệu số sau đóchuyển tiế p tớ i đườ ng xuống thậm chí nó còn cho phép những tải tr ọng phức tạ p hơ n bao gồm chức năng định tuyến và chuyển mạch.

Ở đây tậ p trung vào xem xét lớ p vật lý vớ i việc truyền và nhận những chuỗi bitvà tín hiệu vô tuyến thông qua hệ thống vệ tinh. Hình 3.20 cho thấy những chức nănglớ p vật lý của nối mạng vệ tinh trong phạm vi xem xét mô hình giao thức. Nó có thể đượ c xem là giữa đầu cuối ngườ i dùng phát sinh một chuỗi bit. Xử lý mã hoá chuỗivớ i chức năng mã hoá sửa sai và mã hoá kênh. Bộ điều chế sử dụng các tín hiệu đãđượ c mã hoá để điều chế sóng mang để truyền các tín hiệu thông qua liên k ết vệ tinh.

Trong mặt khác của mạng vệ tinh, một xử lý nghịch đảo sẽ đượ c thực hiện

tr ướ c khi đưa các chuỗi bit tớ i đầu cuối ngườ i dùng khác. Trong mạng vệ tinh thì quá





trình xử lý là trong suốt đối vớ i ngườ i dùng mà có thể bao gồm chức năng OBP kháchay thậm chí là các đườ ng truyền giữa các vệ tinh.

Trong mạng có dây, chuỗi bit số có thể đượ c mã hóa trong những tín hiệu bănggốc và đượ c truyền tr ực tiế p dọc theo dây. Tuy nhiên, vệ tinh sử dụng liên k ết vô

tuyến cho truyền dẫn, do đó đòi hỏi cần phải điều chế để tín hiệu có thể đượ c truyềnqua một kênh vô tuyến hay sóng mang

Thêm vào đó, mã sửa lỗi đượ c sử dụng tr ướ c mã hoá kênh để sửa chữa nhữnglỗi truyền có thể xảy ra, từ đó cải thiện chất lượ ng truyền dẫn bằng việc giảm bớ t xácsuất lỗi.

Hình 3.20 S ơ đồ khố i chứ c nă ng l ớ p vật lý của mạng vệ tinh

3.5. FEC-S ử a l ỗ i hướ ng t ớ i

Sửa lỗi hướ ng tớ i tr ướ c, là một hệ thống quản lý và sửa lỗi trong truyền thôngk ỹ thuật số. Nguyên tắc của FEC là ngườ i gửi thêm thông tin trùng lặ p vào trongthông điệ p gửi đi, điều đó cho phép ngườ i nhận có thể tự kiểm tra và sửa lỗi (nếu có)gây ra do kênh truyền. Lợ i điểm của FEC là không yêu cầu gửi lại thông tin.

FEC có hai loại chính: mã hóa khối và mã hóa chậ p.

K ỹ thuật FEC là đưa các đoạn dư vào thông tin truyền đi, sau đó khi ở đầu thukhi nhận đượ c dữ liệu sẽ sử dụng các thông tin dư này để kiểm tra lỗi và sửa lỗi nếucó lỗi xảy ra trong quá trình truyền dữ liệu đượ c minh hoạ trong hình 3.21

Mã FEC là một lớ p r ất r ộng nên ta chỉ giớ i thiệu tóm tắt về một số loại của mãFEC bao gồm mã khối tuyến tính,mã tuần hoàn, mã chậ p và mắt lướ i và mã turbo(MãTurbo (hay mã lốc) , là một k ỹ thuật mã hóa sửa sai (FEC). Turbo Codes thuộc họ mãlướ i (mã hóa theo Trellis) và đượ c xây dựng dựa trên 1 mã chậ p (Convolution Codes)

Sở d ĩ gọi là mã Turbo (lốc xoáy) vì cấu trúc giải mã đượ c thực hiện theo giải thuật





vòng lặ p (iteration) và sau mỗi vòng lặ p, tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR sẽ đượ c tăngdần)

nccc ,....,, 21k d d d ,....,, 21

nccc ,....,, 21k d d d ,....,, 21

Hình 3.21 Mã hoá sử a l ỗ i hướ ng t ớ i tr ướ c

3.5.1. Mã hoá khối tuyến tính

Mã khối tuyến tính là một lớ p mã đượ c dùng r ất phổ biến trong việc chống

nhiễu ,loại mã này đượ c xây dựng dựa trên các k ết quả của đại số tuyến tính ,ở đây tachỉ nghiên cứu về mã nhị phân.

• Định ngh ĩ a

Một mã khối có chiều dài n gồm 2k từ mã đượ c gọi là mã tuyến tính c(n,k) nếuvà chỉ nếu 2k từ mã hình thành một không gian vectơ con k chiều của không gianvectơ n chiều gồm tất cả các vectơ n thành phần trên tr ườ ng GF(2)

Tr ườ ng GF(2) (galois field(2)) là tr ườ ng nhị phân đồng thờ i phép cộng là phépcộng modul 2 (í hiệu là ⊕ ) còn phép nhân là phép và (AND)

0⊕ 0=0 0⊕ 1=1 1⊕ 0=1 1⊕ 1=1

0.0=0 0.1=0 1.0=0 1.1=1

Mã tuyến tính C(n,k) có mục đích mã hoá những khối tin (hay thông báo) k bitthành những từ mã n bit. Hay nói cách khác trong n bit của từ mã có chứa k bit thôngtin.

Mã khối là mã “mã không nhớ ” Mà ánh xạ k tín hiệu nhị phân vào tớ i n tín hiệunhị phân ra vớ i k n > đối vớ i phần dư.





Đặt m=[m0,m1,m2,….,mk-1] thành bit dữ liệu, b=[b0,b1,….,bn-k-1] và P thành)( k nk − hệ số ma tr ận thiết bị phát và thiết bị thu . ta có thể tạo ra các bit parity như

sau:

B=mP (*)

Nếu từ mã đượ c truyền là c=[b:m] ta sẽ có thể kiểm tra một số lỗi hoặc thậmchí sửa một số lỗi bằng cách sử dụng phươ ng trình (*)

Một ví dụ của mã tuyến tính là mã Harming (n,k) vớ i chiều dài mã là n=2r -1 số bit thông tin là 12 −−= r k r (hoặc r r k 21=−+ ) và số bit parity là k nr −= .

Mã Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH) là một loại của mã khối tuyến tínhvớ i các tham số sau:chiều dài khối 12 −= mn số bit thông tin là )( mt nk −≥ và khoảng

cách tối thiểu là 12min +≥ t d vớ i m là các số nguyên và2

12 −=

m

t là số lỗi lớ n nhất có

thể phát hiện đượ c.Mã Reed-Solomon(RS) là một lớ p phụ của mã BCH không nhị phân. Mã RS

(n,k) đượ c sử dụng đễ mã hoá m bit symbol trong khối gồm có )12( −= mn symbol= )12( −mm bit .Mã sửa lỗi RS có các tham số sau :chiều dài khối là )12( −= mn symbol, độ lớ n thông tin là k symbol ,độ lớ n kiểm tra parity là t k n 2)( =− symbol vàkhoảng cách tối thiểu là 12min +≥ t d symbol.

3.5.2. Mã tuần hoàn

Đặt g(X) là đa thức có bậc nhỏ nhất của (n-k) và cũng đượ c gọi là đa thức sinhcủa mã tuần hoàn và đượ c định ngh ĩ a như sau:

∑−−

=

−++=1

1

1)(k n

i

k nii X X g X g

Đặt 11

21

10 .....)( −

−+++= k k X m X m X m X m , và 1

12

11

0 .....)( −−−−+++= k n

k n X b X b X b X b ta có thể chia )( X m X k n− bằng đa thức sinh )( X g để nhận đượ c phần dư )( X b và cộng

)( X b vào )( X m X k n− để nhận đượ c )( X c .

Mã tuần hoàn thườ ng đượ c sử dụng cho mục đích kiểm tra lỗi vì nó có khả

năng phát hiện nhóm lỗi và cũng đượ c gọi là mã kiểm tra độ dư vòng (CRC)Bảng 3.2 cho ta một số mã CRC hữu ích.

CodeGenerator

polynomial )( X g k n −

Mã CRC-12 1212321 X X X X X +++++ 12

Mã CRC-12(USA) 161521 X X X +++ 16

Mã CRC-ITU 161251 X X X +++ 16





Bảng 3.2 Một số mã CRC hữu ích

Mã CRC nhị phân (n,k) có khả năng phát hiện các mẫu lỗi sau đây:

Tất cả các lỗi khối có chiều dài )( k n − hoặc nhỏ hơ n.

Một phần của lỗi khối có chiều dài bằng 1+− k n mà lớ n hơ n hoặc bằng)1(21 −−−− k n K ết hợ p của tất cả )1( min −d hoặc 1 vài lỗi, trong đó dmin là khoảng cách

nhỏ nhất của mã khối tuyến tính. khoảng cách này đượ c định ngh ĩ a làsố các vị trí bit khác nhau giữa 2 chuỗi mã và đượ c gọi là mã hamming.

Tất cả các mẫu lỗi vớ i số lẻ của lỗi nếu đa thức sinh )( X g cho các mãcó số chẵn vớ i hệ số khác 0.

3.5.3. Mã hoá lướ i mắt cáo và mã chậ p

Mã lướ i mắt cáo sử dụng “bộ nhớ ” bằng cách nhớ k-1 tín hiệu vào ngay phíatr ướ c khối đích của tín hiệu vào L. những tín hiệu nhị phân đầu vào( )1)1( −+=+− L K L K đượ c sử dụng để tạo ra [ ] L K n +− )1( tín hiệu nhị phân đầu ra

tươ ng ứng vớ i tín hiệu vào L. vì vậy chu k ỳ mã là[ ])1( −+ L K n

L .

Mã chậ p là 1 tậ p hợ p con của mã tuyến tính Trellis( mã lướ i mắt cáo). Mã chậ pcó thể đượ c ghép vớ i máy tr ạng thái hữu hạn lưu tr ữ ( )1− K bit thông tin, vào thờ iđiểm j, phần chứa chuỗi thông tin gần bit k nhất ) j j K jk j mmmm ,,...,, 121 −+−+− vớ i jm là bit

hiện tại. bộ giải mã mã chậ p tính như là bộ nhớ khi thử để đánh giá chuỗi dữ liệuthích hợ p nhất mà cung cấ p cho chuỗi mã bit nhận và đượ c gọi là phươ ng pháp tối ưucho giải mã mã chậ p. vào năm 1967 Andrew Viterbi đã phát triển k ỹ thuật giải mãmã chậ p sử dụng phươ ng pháp này mà k ể từ đó tr ở thành tiêu chuẩn cho việc giải mãmã chậ p.

3.5.4. Mã ghép

Những mã khối Tuyến tính hiệu quả hơ n trong việc sửa những chuỗi lỗi và mãchậ p có hiệu quả hơ n trong những lỗi ngẫu nhiên, tuy nhiên,ta có thể gây ra cácchuỗi lỗi nếu như xuất hiện quá nhiều lỗi ngẫu nhiên. Vào năm 1974, Joseph

Odenwalder k ết hợ p hai k ỹ thuật này để hình thành mã ghép.Theo thứ tự sắ p xế p thì mã khối đượ c sử dụng đầu tiên như là mã trong, sau đó

là mã chậ p đượ c sử dụng như mã ngoài để mã hoá, đối vớ i việc giải mã thì đầu tiên làmã chậ p ngoài sau đó là mã khối trong.

Hiệu quả có thể nâng cao hơ n nữa nếu có sự đan xen k ỹ thuật giữa hai giaiđoạn mã hoá làm giảm bất k ỳ nhóm nào mà có thể quá dài đối vớ i mã khối để giảiquyết một cách có hiệu quả. K ỹ thuật ghép xen là những hàm ánh xạ vào ra mà hoánvị vị trí của các bit hay symbol trong bản tin vì vậy vị trí của chuỗi bit ghép xen độclậ p đối vớ i chuỗi bit gốc, và các lỗi khối có thể đượ c làm ngẫu nhiên tr ở thành các lỗi





đơ n ngẫu nhiên phân bố vào trong chuỗi bit khi giải ghép xen.Một thiết bị hay mộtkhối chức năng của k ỹ thuật ghép xen thườ ng đượ c gọi là interleaver.

3.5.5. Mã Turbo

Vào năm 1993 Berrou, Glavieux và Thitimajashima đã đưa ra một sơ đồ mãhóa mớ i cho các mã chậ p đượ c gọi là mã Turbo (Hình 3.22). Trong sơ đồ này dòngthông tin vào đượ c mã hóa hai lần vớ i một bộ xáo tr ộn đặt giữa hai bộ mã hóa nhằmtạo ra hai dòng dữ liệu đượ c mã hóa có thể xem là độc lậ p thống kê vớ i nhau.

Hình 3.22 Bộ mã hoá Turbo

Trong sơ đồ này các bộ mã hóa thườ ng đượ c sử dụng là các bộ mã hóa cho mãchậ p có tốc độ R = 1/2 .

Các mã này đượ c sử dụng r ất hiệu quả trên các kênh phađinh. Ngườ i ta đãchứng tỏ r ằng hiệu năng của mã Turbo sẽ tăng khi tăng kích thướ c của bộ xáo tr ộn.Tuy nhiên trong nhiều ứng dụng quan tr ọng (chẳng hạn khi truyền tiếng nói), kíchthướ c bộ xáo tr ộn quá lớ n không sử dụng đượ c do k ết quả giải mã bị giữ chậm.

Ví dụ: Xét sơ dồ mã hóa Turbo có hàm truyền sau: (Hình 3.23)( )

21

1

x xG

+=

vớ i bộ xáo tr ộn đượ c mô tả bở i phép hoán vị ∏

∏= 4,1,5,2,0,9,6,7,3,8

)()1( xC

( )

( ) xC 2

∧

( )

( ) xC 3∧

( )

( ) xC 2∧

∧

m

∏

Hình 3.23

giả sử dãy vào là ( ) [ ] ( ) ( ) xC xm 11,1,0,1,0,1,0,0,1,1 ==

Khi đó dãy ra của bộ mã hoá thứ nhất là :





( )

( ) [ ]0,0,1,1,1,0,1,1,1,12

=∧

xC

Dãy bit đượ c hoán vị đưa vào bộ mã hoá thứ 2 là :

( ) [ ]1,1,0,0,1,1,1,0,0,1=∧

xm

Dãy ra của bộ mã hoá thứ 2 là :( )

( ) [ ]1,1,0,0,0,1,1,0,13

=∧

xC

Bộ trích chọn sẽ chọn đưa ra các bít đượ c gạch dướ i lần lượ t ở các đầu( )

( ) xC 2∧

và( )

( ) xC 3∧

Dãy bít đượ c mã hóa ở đầu ra có giá tr ị 2

1= R là:

( ) [ ]0,1,10,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,0,1,0,1,1,1,= xv

Khi không dùng bộ trích chọn dãy bít ra sẽ có tốc độ 3

1= R và sẽ có dạng:

( ) [ ]0,10,1,1,0,1,0,1,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,1,1,0,1,1,1,1,1,= xv

Dãy ra v(x) đượ c điều chế và phát qua kênh, ở đầu ra kênh tín hiệu nhận đượ cgiải điều chế để tạo ra vectơ ( ) ( ) xr 1 (tươ ng ứng vớ i ( ) ( ) xC 1 ) và ( ) ( ) xr 2 (tươ ng ứng vớ i

( ) ( ) xC 2 ) và ( ) ( ) xr 1 (tươ ng ứng vớ i ( ) ( ) xC 3 ),.

Hoạt động chung của thuật toán giải mã Turbo có thể mô tả như sau (xem hình3.24).

Dữ liệu ( ( ) ( ) ( ) ( ) xr xr 21 , ) đượ c đưa tớ i bộ giải mã 1. tr ướ c tiên bộ giải mã này sử dụng thông tin tiên nghiệm trên các bit đã phát và tạo ra các bít có xác suất xuất hiện phụ thuộc vào dữ liệu quan sát đượ c. Đầu ra đánh giá này của bộ giải mã 1 đượ c xáotr ộn theo luật hoán vị ∏ và đượ c đưa tớ i bộ giải mã 2 và đượ c làm thông tin tiênnghiệm. Cùng đưa tớ i bộ giải mã 2 là dữ liệu nhận đượ c ( ( ) ( ),1 xr ( ) ( ) xr 3 ) , cần chú ýr ằng ( ) ( ) xr 1 cần phải đưa đến bộ xáo tr ộn ∏. Đầu ra đánh giá của bộ giải mã 2 đượ c

giải xáo tr ộn bằng luật hoán vị ngượ c ∏ −1 và đượ c đưa tr ở lại làm thông tin tiênnghiệm cho bộ giải mã 1. Quá trình chuyển thông tin tiên nghiệm sẽ đượ c tiế p tụccho đến khi bộ giải mã quyết định r ằng quá trình đã hội tụ (hoặc cho tớ i khi đạt đượ cmột số lần lặ p nhất định)

Phần quan tr ọng nhất của thuật toán giải mã này là một thuật toán giải mã quyếtđịnh mềm, thuật toán này sẽ cung cấ p các đánh giá của các xác suất hiệu nghiệm chomỗi bít vào.





∏ −1

∏ −1

( )( ) xr 1

( )( ) xr 2

( )( ) xr 1

( )( ) xr 3

Hình 3.24 S ơ đồ khố i chứ c nă ng của bộ giải mã Turbo

3.5.6. Hoạt động của FEC

Thiết bị thu có thể giải mã hoá dữ liệu trong hầu hết các tr ườ ng hợ p ngay cả khidữ liệu đã bị hư hỏng trong suốt quá trình truyền, bằng cách sử dụng k ỹ thuật FEC .Thiết bị thu có thể không có khả năng để khôi phục dữ liệu nếu có quá nhiều mẫu bit bị hư hỏng, từ đó ta chỉ có thể cho phép một mức nhất định của lỗi. Ta thấy r ằng tỷ số

0 N

E b là tham số ảnh hưở ng tớ i hiệu suất lỗi của truyền dẫn vệ tinh đối vớ i mã hoá và

tài nguyên băng thông đã cho. FEC cho phép liên k ết qua vệ tinh đượ c phép truyềndẫn vớ i lỗi cao hơ n giải mã dữ liệu trong điều kiện hiệu suất lỗi. Đây là điều r ất hữuích khi truyền dẫn vệ tinh độc lậ p khó có thể đạt đượ c mức độ nhất định của hiệu suấtvì sự giớ i hạn của công suất truyền tại những điều kiện liên k ết nhất định.

Lấy một ví dụ : Giả thiết R Là tốc độ truyền thông tin, tốc độ mã hoá dữ liệu

Rc , như đượ c định ngh ĩ a đối vớ i mã khối (n,k) vớ i n bit đượ c gửi cho k bit thông tinlà

k

R R n

c = . Mối quan hệ của yêu cầu công suất giữa mã hóa và giải mã dữ liệu cho

cùng tỷ lệ lỗi bit là:

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ =⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛

=00 N

E

n

k

N

R

C

n

k

N

R

C

b

o

c

Những mã này phải tr ả một giá đó là yêu cầu băng thông lớ n hay tổng chi phí

lớ n (giảm lưu lượ ng thông tin) nhằm cung cấ p mã hoá có lợ i để duy trì chất lượ ngđườ ng truyền mong muốn có thể sử dụng cùng0 N

E b . Không đi sâu vào các phân tích

toán học chi tiết ,ta chỉ đưa ra mô tả ngắn gọn sử dụng hình 3.25.





)(0

dB N

E b

Hình 3.25 So sánh của mã FEC

3.6. K ỹ thuật đ a truy nhậ p

Thấy r ằng truyền dẫn vệ tinh sử dụng mô hình đa truy nhậ p trong môi tr ườ ngdùng chung. Có 3 dạng chính của mô hình đa truy nhậ p đượ c trình bày ở Hình 3.26:

Đa truy nhậ p phân chia theo tần số (FDMA) Đa truy nhậ p phân chia theo thờ i gian (TDMA) và Đa truy nhậ p phân chia theo mã (CDMA)

Hình 3.26 K ỹ thuật đ a truy nhậ p FDMA,TDMA và CDMA

Ghép kênh khác vớ i đa truy nhậ p , nó là chức năng tậ p trung vớ i việc chia sẻ tài

nguyên băng thông từ cùng một vị trí trong khi đa truy nhậ p chia sẻ cùng một tàinguyên từ các vị trí khác nhau xem Hình 3.27





Hình 3.27 So sánh giữ a khái niệm ghép kênh và đ a truy nhậ p

3.6.1. Đa truy nhậ p phân chia theo tần số (FDMA)

Trong phươ ng thức đa truy nhậ p phân chia theo tần số (FDMA), băngthông của kênh tr ạm lặ p đượ c chia thành các băng con và đượ c ấn định cho từngsóng mang phát đi từ tr ạm mặt đất. Đối vớ i kiểu truy nhậ p này các tr ạm mặt đất phátliên tục một số sóng mang ở các tần số khác nhau và các sóng mang này tạo nên cáckênh riêng. Để tránh nhiễu giữa các kênh lân cận gây ra do phươ ng thức điều chế, sự không hoàn thiện của các bộ dao động và các bộ lọc, cần đảm bảo khoảng bảo vệ

giữa các băng tần của các kênh cạnh nhau.Phụ thuộc vào các k ỹ thuật ghép kênh và điều chế ta có thể chia các sơ đồ

truyền dẫn FDMA thành các sơ đồ khác nhau. Phần dướ i đây ta sẽ xét các sơ đồ này.

a. Các sơ đồ truyề n d ẫ n

Các sơ đồ truyền dẫn khác nhau tươ ng ứng vớ i các tổ hợ p ghép kênh vàđiều chế khác nhau. Hình 3.28 cho ta thấy các tr ườ ng hợ p chung nhất.

• FDM/FM/FDMA

Ở cấu hình ghép kênh theo tần số, điều tần (FM) và đa truy nhậ p phân chiatheo tần số (FDM/FM/FDMA trên hình 3.28a) các tín hiệu băng tần gốc của ngườ isử dụng là tín hiệu tươ ng tự. Chúng đượ c k ết hợ p để tạo thành một tín hiệu ghépkênh phân chia theo tần số (FDM). Tần số tín hiệu tươ ng tự đượ c ghép kênh nói trênsẽ điều chế tần số (FM) cho một sóng mang, sóng mang này sẽ truy nhậ p đến vệ tinhở một tần số nhất định đồng thờ i cùng vớ i các tần số khác từ các tr ạm khác. Để giảm thiểu điều chế giao thoa, số lượ ng của các sóng mang định tuyến lưu lượ ngđượ c thực hiện theo nguyên lý 'một sóng mang trên một tr ạm phát'. Như vậy tínhiệu ghép kênh FDM bao gồm tất cả các tần số dành cho các tr ạm khác. Hình 3.29

cho ta thấy thí dụ về một mạng có ba tr ạm.• TDM/PSK/FDMA





Ở cấu hình ghép kênh theo thờ i gian, điều chế khoá chuyển pha (PSK) và đatruy nhậ p phân chia theo tần số (TDM/PSK/FDMA ở hình 3.28b) tín hiệu băng gốccủa ngườ i sử dụng là tín hiệu số. Chúng đượ c k ết hợ p để tạo ra một tín hiệu ghépkênh phân chia theo thờ i gian (TDM). Luồng bit thể hiện tín hiệu đượ c ghép này điều

chế một sóng mang theo phươ ng pháp điều chế pha PSK , tín hiệu này truy nhậ p đếnvệ tinh ở một tần số nhất định đồng thờ i cùng vớ i các sóng mang từ các tr ạm khác ở các tần số khác. Để giảm tối thiểu các sản phẩm của điều chế giao thoa số lượ ng cáctần số mang định tuyến lưu lượ ng đượ c thực hiện theo phươ ng pháp 'một sóng mangtrên một tr ạm phát'. Như vậy tín hiệu ghép kênh TDM bao gồm tất cả các tín hiệu phụ thuộc thờ i gian cho các tr ạm khác. Hình 3.29 cho thấy ví dụ của một mạng có batr ạm.

• SCPC/FDMA

Ở cấu hình một kênh trên một sóng mang (SCPC: Single Channel per Carrier)

và đa truy nhậ p phân chia theo tần số (SCPC/FDMA ở hình 3.28c) từng tín tín hiệu băng gốc của ngườ i sử sẽ điều chế tr ực tiế p một sóng mang ở dạng số (PSK) hoặctươ ng tự (FM) tuỳ theo tín hiệu đượ c sử dụng. Mỗi sóng mang truy nhậ p đến vệ tinhở tần số riêng của mình đồng thờ i vớ i các sóng mang từ cùng tr ạm này hay từ cáctr ạm khác ở các tần số khác. Như vậy định tuyến đượ c thực hiện trên nguyên lý 'mộtsóng mang trên một đườ ng truyền'.





Hình 3.28 Các cấ u hình truyề n d ẫ n FDMA.a)FDM/FM/FDMA;b)TDM/PSK/FDMA;c)SCPC/FDMA

b) Ghép kênh tín hiệu bă ng g ố c

c) S ơ đồ khố i tr ạm mặ t đấ t a

Hình 3.29 Ví d ụ về một hệ thố ng FDMA ba tr ạm sử d ụng định tuyế n “một sóng mang trên một tr ạm”

3.6.2. Đa truy nhậ p phân chia theo thờ i gian (TDMA)





Trong TDMA mỗi tr ạm mặt đất đượ c phân bố 1 khe thờ i gian của băng thôngcho việc truyền thông tin. mỗi khe thờ i gian có thể đượ c dùng để đồng bộ hoá quátrình truyền, điều khiển và thông tin ngườ i dùng. TDMA thuận lợ i hơ n trong việctruyền và xử lý các tín hiệu số. Hình 3.30 cho ta 1 ví dụ của TDMA .

Đối vớ i TDMA thì chỉ có 1 sóng mang đượ c truy cậ p vào bộ thu phát vệ tinhtại một thờ i điểm và toàn bộ công suất đườ ng xuống sẵn sàng cho việc truy nhậ p.TDMA có thể đạt đượ c hiệu suất cao trong việc tận dụng công suất cũng như tậndụng băng thông nếu thờ i gian bảo vệ bị mất đượ c giữ ở mức tối thiểu khi sử dụng k ỹ thuật điều chỉnh thờ i gian chính xác hơ n.

Thật vậy các khối TDMA truyền bở i tr ạm đầu cuối mặt đất phải không đượ cgiao thoa vớ i nhau bở i vậy mỗi tr ạm mặt đất phải đượ c bố trí thích hợ p và sau đóđiều khiển khối thờ i gian trong suốt quá trình truyền. Mỗi khối phải đến tr ạm thu phátvệ tinh đúng thờ i gian tiêu chuẩn tươ ng xứng vớ i thờ i gian tham khảo .Điều này để

đảm bảo r ằng không có 2 khối chồng lên nhau và khoảng thờ i gian bảo vệ giữa 2 khối bất k ỳ là đủ nhỏ để đạt đượ c hiệu quả truyền là cao nhất nhưng đủ lớ n để tránh nhữngchồng lấn giữa 2 khe thờ i gian.

Đồng bộ hoá là quá trình xử lý của việc cung cấ p các thông tin định giờ tại tấtcả các tr ạm và điều khiển các khối TDMA do đó chúng chỉ còn lại trong khe quyđịnh tất cả điều này phải hoạt động thậm chí thông qua mỗi tr ạm mặt đất là cố địnhtrong mối quan hệ vớ i vệ tinh GEO bở i vì vệ tinh GEO đượ c đặt tại kinh tuyến danhđịnh và đượ c xác định đặc tr ưng để di chuyển trong 1 “cửa sổ” vớ i mỗi cạnh 0.002 độ như đã thấy từ trung tâm của tr ạm mặt đất. hơ n nữa độ cao của vệ tinh biến thiên là

k ết quả của độ dư lệch tâm quỹ đạo do đó vệ tinh có thể ở mọi nơ i trong 1 hộ p có phạm vi là 75*75*85 Km3

Hiện tượ ng thuỷ triều của vệ tinh là nguyên nhân làm cho độ cao của vệ tinh biến thiên khoảng 85Km dẫn đến k ết quả là quay 1 vòng độ tr ễ thay đổi khoảng 500svà sự thay đổi tần số của tín hiệu đượ c biết như hiệu ứng Doppler

3.6.3. Đa truy nhậ p phân chia theo mã (CDMA)

CDMA là một k ỹ thuật truy cậ p sử dụng các k ỹ thuật tr ải phổ, nơ i mà mỗi tr ạmmặt đất chỉ sử dụng duy nhất sự tr ải mã để truy cậ p băng thông chia sẻ. Tất cả các mã

này tr ực giao vớ i nhau. Để phục vụ một số lượ ng lớ n ngườ i dùng, các mã phải baogồm một số lượ ng lớ n các bit dẫn đến k ết quả là đạt đượ c tín hiệu băng thông r ộng từ tất cả ngườ i dùng. Nó cũng đượ c biết đến như đa truy nhậ p tr ải phổ (SSMA) đặcđiểm của tr ải phổ là hoạt động này là có thể xảy ra trong mức cao của giao thoakhông tươ ng quan và đây là đặc tính quan tr ọng chống nhiễu trong truyền thông quânđội.

Hàm tr ải băng thông r ộng đượ c suy ra từ chuỗi mã giả ngẫu nhiên và k ết quả làtín hiệu đượ c truyền dẫn khi đó chiếm giữ tươ ng tự băng thông r ộng . Tại phía thu,những tín hiệu đầu vào là tươ ng quan vớ i cùng một hàm tr ải , đồng bộ cho các tín

hiệu, để khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Tại đầu thu tín hiệu ra, một phần nhỏ sản





phẩm tươ ng quan dư không mong muốn từ tín hiệu ngườ i dùng đưa đến k ết quả làtiếng ồn đượ c coi là tự giao thoa.

Như vậy khi số lượ ng ngườ i sử dụng trong hệ thống tăng lên, mức độ tiếng ồnsẽ tăng lên và làm suy hao hiệu suất tỷ lệ lỗi bit . Điều này sẽ gây ra một giớ i hạn vớ i

số lượ ng kênh tối đa cùng lúc có thể đượ c cung cấ p trong cùng một tổng thể tần số phân bổ. CDMA cho phép giảm dần dần hiệu suất vớ i việc tăng số lượ ng k ết nối.

3.7. Phân bố d ải t ần

Sơ đồ đa truy nhậ p cung cấ p k ỹ thuật để phân chia băng tần thành các băng tầnthích hợ p đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng và dịch vụ. Sơ đồ phân bố dải tần cungcấ p k ỹ thuật để phân bố băng thông trong điều kiện truyền dẫn băng thông và thờ igian

Sơ đồ phân bố dải tần có thể phân chia thành 3 lớ p đặc tr ưng là :truy cậ p theo

ấn định tr ướ c, truy cậ p theo yêu cầu đa truy nhậ p đa thích ứng và truy nhậ p ngẫunhiên .Những phươ ng pháp này có thể đượ c sử dụng để đáp ứng các yêu cầu của lưulượ ng ngườ i sử dụng khác nhau trong điều kiện của khoảng thờ i gian và tốc độ truyền. Những chươ ng trình có thể đượ c sử dụng riêng r ẽ hoặc k ết hợ p, tùy thuộc vàocác ứng dụng.

3.7.1. Phân phối truy cậ p theo ấn định tr ướ c

Vớ i phân phối cố định, k ết nối đầu cuối là 1 k ết nối thườ ng xuyên vớ i mộtlượ ng lớ n nguồn băng thông không đổi cho toàn bộ chu k ỳ sống của thiết bị đầu cuốihoặc cho một chu k ỳ thờ i gian dài (như năm.tháng,tuần hoặc ngày). Điều đó có ngh ĩ alà khi k ết nối này r ảnh r ỗi thì các khe không đượ c sử dụng (dẫn đến lãng phí)

3.7.2. Phân phối theo yêu cầu

Phân phối theo yêu cầu chỉ phân bố nguồn băng thông khi có nhu cầu, nó có 2 biến là :khoảng thờ i gian và tốc độ dữ liệu ,thờ i gian có thể cố định hoặc thay đổi.Cho 1 khoảng thờ i gian, tốc độ dữ liệu có thế cố định hoặc thay đổi.





CHƯƠ NG 4. LIÊN K ẾT MẠNG VỆ TINH VỚ I MẠNG TRÁI ĐẤT

4.1. Khái ni ệ m nố i mạng

Mạng lướ i viễn thông ban đầu đã đượ c thiết k ế, phát triển và tối ưu hóa đối vớ itruyền chất lượ ng thoại ở băng hẹ p 3,1 kHz trong dịch vụ điện thoại thờ i gian thực.

Trong thế hệ đầu của mạng dữ liệu diện r ộng, con ngườ i cố gắng sử dụng đầyđủ băng tần 3,1 kHz cho thông tin liên lạc dữ liệu mà không có thêm chi phí của mộtcơ sở hạ tầng mạng lướ i.

Vào thờ i gian này tốc độ truyền dẫn dữ liệu còn tươ ng đối chậm, thêm vào đódịch vụ điện thoại, mạng cũng chỉ có thể hỗ tr ợ truyền tín hiệu không thoại chẳng hạnFax ,truyền dẫn điều chế và truyền toàn bộ dữ liệu số. Vớ i một số phạm vi, mạng lướ i bưu chính, viễn thông có thể đáp ứng các nhu cầu truyền dữ liệu, thông tin liên lạc.Vì sự phát triển của máy vi tính như thiết bị đầu cuối mạng, mạng lướ i dữ liệu tốc độ cao đã đượ c phát triển để đáp ứng nhu cầu thông tin liên lạc của dữ liệu. Điều nàydẫn đến sự phát triển của các loại mạng khác nhau cho các dịch vụ khác nhau.Lưulượ ng trong mạng liệu ngày càng tr ở nên lớ n hơ n. Việc tăng lưu lượ ng mạng đã dẫnđến việc tạo ra cơ hội cho truyền dẫn dịch vụ thoại thông qua mạng dữ liệu. Đầu cuốingườ i dùng dung lượ ng lớ n và k ỹ thuật mạng có khả năng hội tụ dịch vụ thoại vàdịch vụ dữ liệu và cũng như dịch vụ phát thanh. Một loại mớ i của mạng, mạng lướ i băng thông r ộng đã đượ c phát triển để hỗ tr ợ hội tụ các dịch vụ và các mạng.

Tất cả những bướ c phát triển này là r ất to lớ n đối vớ i các dịch vụ và ứng dụngmớ i nhưng cũng là những thách thức to lớ n đối vớ i liên k ết mạng giữa các loại mạngkhác nhau.

Một trong những vấn đề lớ n trong mạng điện thoại là các thiết bị đầu cuối vàcác mạng đượ c thiết k ế quá k ỹ đến nỗi bất k ỳ sự thay đổi nào bên này đều dẫn đến sự hạn chế từ bên kia . Các mạng mớ i thử tách riêng chức năng của đầu cuối ngườ i dùngra khỏi mạng lướ i vì vậy các thiết bị đầu cuối ngườ i dùng cung cấ p các dịch vụ màkhông có quan hệ quá nhiều đến việc làm thế nào lưu lượ ng đượ c truyền qua mạng vàhệ thống mạng cung cấ p các loại mô hình truyền dẫn khác nhau có mối quan hệ ít về

việc làm thế nào các thiết bị đầu cuối phải xử lý lưu lượ ng.Chúng ta sẽ theo các nguyên tắc tươ ng tự để thảo luận về vấn đề nối mạng vệ

tinh vớ i mạng trái đất ví dụ những yêu cầu nào từ tr ạm mặt đất và làm thế nào mạngvệ tinh sẽ có khả năng đáp ứng những yêu cầu đó cho mục đích nối mạng.

Một mạng riêng lớ n và trung bình bao gồm một vài hệ thống liên k ết thoại đađườ ng (MTLS). Từ ngữ “mạng công ty” hoặc “mạng doanh nghiệ p” đôi khi đượ c sử dụng để mô tả một mạng riêng lớ n, tại một số nướ c trên thế giớ i những khái niệm nàyđượ c dùng để khái niệm cho một nhóm của liên k ết giữa các mạng riêng vớ i nhau.Từ quan điểm của nối mạng , không có sự khác nhau giữa mạng riêng lớ n và một vài





mạng liên k ết nhỏ vì vậy chỉ có thuật ngữ “mạng riêng” sẽ đượ c sử dụng để xém xétcác loại mạng này.

Mạng riêng có thể là mạng đầu cuối (trong những mạng đó thiết bị đầu cuốiđượ c k ết nối). Nó cũng có thể cung cấ p các k ết nối truyền dẫn giữa các mạng khác, ta

sẽ nhấn mạnh đối vớ i tr ườ ng hợ p của những mạng có k ết cuối chẳng hạn tr ườ ng hợ ptruyền dẫn mạng là hoàn toàn tươ ng tự tớ i mạng công cộng.

Chúng ta sẽ tậ p trung hơ n vào nguyên tắc của tất cả các loại k ết nối trong mạnghoặc ngoài mạng hơ n là đi sâu vào chi tiết về cách thức hoạt động bất k ể số lượ ngcủa mạng công cộng hay mạng riêng có liên quan hoặc cấu hình đặc tr ưng trongmạng mà nó liên k ết đến vì vậy sẽ không có hạn chế trong hệ thống mạng đối vớ ikích thướ c,cấu hình, phân cấ p, k ỹ thuật đượ c sử dụng cũng như không phải trên thiết bị mạng.

Mặc dù tất cả các mạng truyền thông hiện nay đều là k ỹ thuật số (hầu hết toàn bộ ở châu âu) quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến trong miền tần số vẫn còn sử dụngnhư là trong mạng tươ ng tự. D ĩ nhiên ta sẽ tậ p trung hơ n vào việc thảo luận mạng k ỹ thuật số do sự phổ biến của việc truyền dẫn tín hiệu số đa phươ ng tiện và xử lý tínhiệu số trong các thiết bị chuyển mạch.

4.2. Thuật ng ữ nố i mạng

Tr ướ c khi đi sâu vào chi tiết chúng ta sẽ giải thích một số thuật ngữ có liênquan đến khái niệm:

+ Điểm chuẩn(tham chiếu): là một nhóm khái niệm tại giao 2 nhómchức năng không chồng chéo lên nhau. Hai nhóm chức năng trao đổithông tin thông qua điểm chuẩn sử dụng cùng nhóm khái niệm đãđượ c định ngh ĩ a.

+ Nối mạng : là một thuật ngữ chung mô tả 2 hệ thống hoặc phân hệ trao đổi thông tin và bao gồm cả hai khía cạnh liên k ết và dịch vụ nốimạng.

+ Liên mạng: mô tả các khái niệm của việc liên k ết giữa các mạng khácnhau vớ i nhau để cung cấ p các dịch vụ tươ ng thích thông qua các

mạng đó.+ Dịch vụ nối mạng :mô tả các khái niệm mà toàn bộ hay giớ i hạn dịchvụ của một mạng đượ c chuyển đổi hoặc làm cho có giá tr ị trong dịchvụ khác (tươ ng tự) của mạng tươ ng tự hoặc mạng khác.

+ Đơ n vị nối mạng (IWU): là một thực thể vật lý đượ c xác định giữađiểm tham chiếu bao gồm một hoặc nhiều chức năng nối mạng, nóđượ c dùng để k ết nối 2 nhóm chức năng. Nếu nó không có các điểmtham chiếu chung ,ánh xạ ,biến đổi thì yêu cầu 2 nhóm chức năng để truyền thông vớ i nhau





4.2.1. Mạng riêng

Thuật ngữ 'mạng riêng' đượ c sử dụng để mô tả một mạng lướ i cung cấ p cáctính năng mà chỉ giớ i hạn đến một thành viên trong nhóm đối lậ p là mạng công cộng(PSTN) có sẵn cho mọi ngườ i nói chung.

Nói chung, mạng riêng là một mạng đầu cuối và bao gồm một vài nút liên k ếtvớ i nhau (ví dụ như PBXs, routers, gateway), vớ i các liên k ết đến các mạng khácthông qua chủ yếu mạng lướ i công cộng.

Một mạng riêng có các đặc điểm sau:

+ Nó thườ ng bao gồm nhiều hơ n một yếu tố nút mạng k ết nối vớ i nhauthông qua mạng công cộng hoặc mạng leased line hoặc mạng riêng ảo(VPN)

+ Nó cung cấ p chức năng mạng và tất cả các đặc điểm khác chỉ tớ i một

ngườ i dùng hoặc một nhóm ngườ i dùng và nó không thể truy cậ p vàomạng chung

+ Nó không bị giớ i hạn bở i kích thướ c địa lý hoặc một vùng,miền quốcgia riêng biệt nào, hầu hết mạng riêng sử dụng k ỹ thuật LAN trongmạng đơ n.

+ Nó cũng không giớ i hạn trong việc chú ý đến số lượ ng mở r ộng vàđiểm truy nhậ p tớ i các mạng khác

4.2.2. Mạng công cộng

Thuật ngữ mạng công cộng đề cậ p đến mạng cung cấ p chức năng truyền dẫn,chuyển mạch và định tuyến cũng như các đặc điểm mà mạng công cộng sẵn có và nócũng không giớ i hạn đến nhóm ngườ i dùng cụ thể nào. Trong phạm vi này, từ “côngcộng” không bao hàm bất k ỳ mối liên hệ nào tớ i tình tr ạng hợ p pháp của nhà điềuhành mạng

Trong một số tr ườ ng hợ p, mạng công cộng có thể chỉ cung cấ p giớ i hạn một số tính năng. Trong môi tr ườ ng cạnh tranh mạng công cộng có thể đượ c giớ i hạn để phục vụ có giớ i hạn ngườ i dùng hoặc giớ i hạn các đặc điểm riêng biệt hoặc các chứcnăng. Nói chung mạng công cộng cung cấ p điểm truy cậ p đến các mạng khác hoặccác thiết bị đầu cuối chỉ trong một khu vực địa lý cụ thể.

Từ quan điểm k ết nối end-to-end ,mạng công cộng hoặc có thể là một mạngchuyển tiế p (liên k ết giữa 2 mạng khác nhau vớ i nhau) hoặc như là k ết hợ p của mạngchuyển tiế p và mạng đầu cuối trong tr ườ ng hợ p mạng công cộng cung cấ p các k ết nốitớ i các thiết bị đầu cuối chẳng hạn như điện thoại ,PBXs,router và gateway.

4.2.3. Mặt chất lượ ng của dịch vụ điện thoại

Trong mạng lướ i điện thoại, mặt chất lượ ng đượ c đi vào xem xét ở cả 2 mặt làmáy điện thoại và các thành phần khác nhau trong mạng, sự nhận thức của chất lượ ng

truyền giọng nói trong suốt quá trình hội thoại là chủ yếu là đánh giá “chủ quan”.Khái niệm chất lượ ng có thể không đượ c coi là đại lượ ng r ờ i r ạc duy nhất nhưng có





thể thay đổi phụ thuộc vào k ỳ vọng đủ của ngườ i dùng “chất lượ ng truyền thoại” chocuộc điện thoại 3.1KHz đối vớ i dạng đầu cuối (ví dụ máy cầm tay) cũng như các dịchvụ đặc biệt (ví dụ không dây). Sự xem xét từ end-to-end thì đượ c tính đến từ miệngcủa ngườ i này đến tai ngườ i kia.

Đối vớ i việc đánh giá chất lượ ng trong một cấu hình và hiệu quả hoạt động của“sự thử nghiệm chủ quan” ITU-T đã phát triển một vài phươ ng pháp. Một trongnhững phươ ng pháp phổ biến nhất đó là kiểm tra hoạt động trong phòng thì nghiệm(ví dụ chỉ kiểm tra nghe) vì vậy những đối tượ ng kiểm tra đượ c yêu cầu phân loại để nắm đượ c chất lượ ng trong bảng liệt kê, ví dụ “đánh giá chất lượ ng” có thể chia làm5 cấ p là :tệ, kém ,khá, tốt và xuất sắc.

Các điểm số này đượ c dùng để tính toán giá tr ị trung bình của việc đánh giá thử nghiệm của một số đối tượ ng cho kiểm tra cùng một cấu hình. K ết quả đó cũng đượ cgọi là điểm đánh giá trung bình (MOS) trong đó có thể về mặt lý thuyết là khoảng

giữa 1 và 5. Việc đánh giá về chất lượ ng truyền thoại cũng có thể đạt đượ c bằng việctính toán % của tất cả cá nhân đượ c kiểm định đánh giá cấu hình chẳng hạn “tốt hoặcr ất tốt” “dở hoặc r ất dở ”. Đối vớ i một k ết nối những k ết quả này đượ c thể hiện như “phần tr ăm tốt hoặc r ất tốt” (%GoB) hoặc “phần tr ăm xấu hoặc r ất xấu” (%PoW), vìvậy đó là một công việc phức tạ p để đánh giá chất lượ ng của các dịch vụ trong mạngđiện thoại, và liên quan đến việc thu thậ p các thông tin cần thiết trong các thành phầnmạng khác nhau trong việc khảo sát cấu hình. ITU-T đã phát triển một số phươ ng pháp và công cụ để đánh giá QoS thông qua mạng điện thoại

Trong mạng k ỹ thuật số, sự hư hỏng của bất cứ thành phần nào trong mạng

không làm ảnh hưở ng từ thành phần đó đến các thành phần khác vì vậy chất lượ ngcủa dịch vụ có thể đánh giá cho mỗi yếu tố riêng r ẽ. Ví dụ các thiết bị đầu cuối mạnghiện đại có khả năng đệm tín hiệu thoại đã đượ c số hoá hoặc đưa âm thanh vào bộ nhớ tr ướ c khi xuất ra ngoài, các thiết bị đầu cuối cũng nên tạo ra sự tự do của thờ igian giữ là bao nhiêu lâu cũng như đệm tín hiệu thoại là bao nhiêu, tươ ng tự trong cácmạng hiện đại việc xử lý các tín hiệu thoại đã đượ c số hoá trong các khung hoặc cácgói cũng nên cho sự tự do của thờ i gian để xử lý là bao nhiêu và kích thướ c củakhung hay của gói là bao nhiêu.

4.2.4. Hệ thống mạng IP

Hệ thống mạng IP đượ c phát triển dựa trên giao thức truyền dẫn internet thôngqua các loại k ỹ thuật mạng khác nhau bao gồm mạng LAN,WAN,mạng không dây vàmạng vệ tinh. Từ giao thức cổng định tuyến điểm quan sát,thế giớ i bao gồm hệ thốngtự quản (AS) và các đườ ng k ết nối giữa chúng vớ i nhau. Hai hệ thống tự quản có thể đượ c coi là liên k ết vớ i nhau nếu như tồn tại một đườ ng giữa bảng định tuyến trongmỗi mạng.

Mạng có thể đượ c phân loại thành 3 loại: loại đầu tiên là mạng nhánh r ẽ, vớ ichỉ một BGP định tuyến k ết nối ra bên ngoài vì vậy không thể sử dụng cho lưu lượ ng

chuyển tiế p. Loại thứ 2 là mạng đa k ết nối có thể sử dụng cho lưu lượ ng chuyển tiế pngoại tr ừ chúng từ chối vận chuyển lưu lượ ng chuyển tiế p, và cuối cùng là mạng





chuyển tiế p. Mỗi AS có cấu trúc tươ ng tự. Mạng r ẽ nhánh truyền lưu lượ ng đi vànhận lưu lượ ng từ mạng xươ ng sống, và mạng xươ ng sống truyền lưu lượ ng giữa AS

Các loại mạng bao gồm:

+ Mạng riêng nội bộ doanh nghiệ p (LANs)

+ Nhà cung cấ p dịch vụ internet (ISP) thông qua mạng WAN

+ Liên mạng công cộng (k ết nối vớ i WAN)

Chúng bao gồm router nội bộ và router biên (ví dụ giữa mạng LAN và WAN).Mạng điện thoại có thể đượ c dùng để liên k ết bộ định tuyến vớ i nhau và liên k ết giữacác thiết bị đầu cuối IP tớ i ISPs. Hệ thống mạng IP dựa vào giao thức internet (IP) vàcung cấ p truyền gói cơ bản của dữ liệu vì vậy số hoá tín hiệu thoại sẽ đượ c chia thànhcác segment(đoạn) nhỏ cho giao thức turyền thờ i gian thực (RTP) trong lớ p ứngdụng, giao thức dữ liệu ngườ i dùng tại giao thức lớ p truyền dẫn và sau đó là giao thức

liên mạng (IP) tại lớ p mạng.Mào đầu của những lớ p giao thức nói chung bao gồm những dữ liệu sau:

+ Thông tin đặc tr ưng để phân chia ứng dụng vớ i thờ i gian thực.

+ Số cổng để nhận dạng xử lý các ứng dụng thờ i gian thực

+ Địa chỉ IP để phân phối các gói

+ Địa chỉ vật lý mạng và các khung để truyền dẫn các gói IP

Cuối cùng bên nhận các đoạn tín hiệu thoại đượ c dùng để khôi phục lại chuỗi

tín hiệu thoại số liên tục. Đối vớ i dịch vụ dữ liệu phi thờ i gian thực giao thức điềukhiển truyền dẫn (TCP) đượ c sử dụng tại lớ p truyền dẫn.

4.3. Các thành phần và k ế t nố i mạng

Các thành phần mạng trong k ết nối end-to-end có thể phân loại thành 3 nhómchính là :tr ạm đầu cuối mạng, các k ết nối mạng và các nút mạng.

4.3.1. Tr ạm đầu cuối mạng

Vớ i khía cạnh truyền dẫn thoại, thiết bị đầu cuối là tất cả các loại máy điệnthoại, số hoặc tươ ng tự ,có dây ,vô tuyến hoặc di động bao gồm cả giao diện âm

thanh từ tai và miệng ngườ i dùng, các thành phần này đượ c đặc tr ưng bằng mức âmlượ ng thu (SLR) và mức âm lượ ng phát (RLR) của chúng mà góp phần vào định mứcâm lượ ng tổng thể của k ết nối (OLR). Một thông số khác , chẳng hạn mức âm lượ ngđã khử tr ắc âm (STMR), công suất phụ âm ngườ i nghe (LSTR), thiết k ế của thiết bị cầm tay, đáp ứng tần số trong gửi và nhận tr ực tiế p và mức nhiễu cũng như góp phầnđánh giá k ết nối end-to-end của chất lượ ng truyền dẫn tín hiệu thoại.

Trong tr ườ ng hợ p không dây hoặc hệ thống dựa trên IP, có thể bị tăng thêm sự biến dạng và tr ễ phụ thuộc vào thuật toán mã hoá và điều chế đượ c sử dụng trong cácgiao diện, tuy nhiên vớ i mạng gói thì có một lợ i thế lớ n trong thiết bị đầu cuối vớ i

công suất và công suất xử lý vượ t qua các vấn đề của mạng điện thoại.





4.3.2. Nút mạng

Nút mạng là tất cả các loại thiết bị chuyển mạch ví dụ như PBXs nội bộ vàchuyển mạch trong mạng điện thoại và các router trong mạng internet. Các nút mạngnày có thể sử dụng công nghệ chuyển mạch số hoặc tươ ng tự hoặc dựa trên chuyển

mạch gói ,góp phần chính trong suy hao của hệ thống tươ ng tự là mất và tiếng ồntrong mạng viễn thông nơ i cuộc hội thoại diễn ra trong vòng 2 dây hoặc 4 dây hoặcgiữa các giao diện thiết bị chuyển mạch, tín hiệu phản xạ cũng góp phần vào việc làmsuy hao như là nguồn cho hiệu ứng dội vang. hệ thống chuyển mạch số góp phần vàođộ tr ễ của đầu cuối tớ i đầu cuối do xử lý tín hiệu và cũng như số lượ ng méo lượ ng tử hoá k ết hợ p vớ i bộ đệm số và chuyển đổi mã.

4.3.3. Nút k ết nối

K ết nối mạng sử dụng tất cả các loại phươ ng tiện như các bộ phận giữa các nútmạng và giữa các nút vớ i các thiết bị đầu cuối mạng . Phươ ng tiện vật lý của nhữngk ết nối này có thể là kim loại (đồng), cáp quang hoặc vô tuyến. Dạng của tín hiệuhoặc là một tín hiệu tươ ng tự hoặc k ỹ thuật số. Sự suy hao k ết hợ p vớ i truyền dẫn tínhiệu tươ ng tự bao gồm truyền thờ i gian (nói chung tỷ lệ vớ i khoảng cách),suy hao,đáp ứng tần số và tiếng ồn (chủ yếu do can nhiễu theo kinh tuyến). Sự suy hao do đápứng tần số và tiếng ồn thông thườ ng có thể bỏ qua khi độ dài đườ ng truyền là nhỏ hoặc trung bình.

Đối vớ i truyền dẫn tín hiệu số, sự suy hao chủ yếu là nguyên nhân của thờ i giantruyền thông qua kim loại, quang và truyền thông vô tuyến, đối vớ i phần không dây

độ tr ễ đượ c đưa ra thêm, phụ thuộc vào việc sử dụng thuật toán mã hoá và điều chế. Nơ i k ết nối bao gồm chuyển đổi tín hiệu tươ ng tự sang tín hiệu số, tổn hao và méo làcác nhân tố suy giảm thêm vào. Ghép kênh nói chung đượ c dùng để truyền nhiềukênh thông qua một môi tr ườ ng vật lý.

Độ đa dạng của các hệ thống ghép kênh đượ c sử dụng trong các mạng lướ i hiệnnay như:

+ Ghép kênh phân chia theo thờ i gian(TDM)

+ Thiết bị nhân mạch số(DCME)

+

Các mạng gói ,hướ ng k ết nối (ATM), và không k ết nối(Ethernet,LAN,IP…)

Trong mạng điện thoại, các k ết nối hỗ tr ợ hoặc điều chế xung mã 64Kbit/s hoặcgần đây hơ n giớ i thiệu công nghệ nén dựa trên mã hoá tốc độ bit thấ p. Trong mạng băng thông r ộng, các k ết nối sẽ có khả năng hỗ tr ợ lưu lượ ng của dữ liệu và hình ảnhtại tốc độ cao hơ n đặc biệt là đối vớ i các dịch vụ thoại qua điện thoại.

4.3.4. K ết nối end-to-end

Các k ết nối end-to-end giữa 2 đầu cuối ngườ i dùng có thể gần như tr ướ c mắt

nhưng cũng có thể xa tận chân tr ờ i, các k ết nối này có thể chỉ bao hàm một mạng





riêng hoặc tổng đài nội hạt hoặc mạng riêng và tổng đài nội bộ k ết nối vớ i khoảngcách xa trong trong mạng công cộng và k ết nối quốc tế.

Trong mạng điện thoại,ưu điểm của cuộc gọi đến và cuộc gọi đi là khở i đầuhoặc k ết thúc chỉ bên trong vùng cuộc gọi nội hạt. Chúng ta có thể phân chia lưu

lượ ng thành vùng gọi,cuộc gọi nội hạt khoảng cách xa và cuộc gọi quốc tế vì vậy số lượ ng lớ n của đầu cuối ngườ i dùng có thể đượ c hỗ tr ợ bở i một số lươ ng nhỏ k ết nốinội hạt khoảng cách xa ,tươ ng tự ta có thể sử dụng các k ết nối quốc tế nhỏ hơ n để hỗ tr ợ cho các cuộc gọi trong nướ c.

K ết nối end-to-end cũng có thể bao gồm các loại k ỹ thuật mạng khác nhau baogồm cáp,quang, mạng không dây hoặc mạng vệ tinh trái đất, tất cả các k ỹ thuật nàygóp phần vào các cách thức hoạt động khác nhau của mạng và chất lượ ng của dịch vụ k ết nối. Đánh đổi có thể tạo ra sự khác nhau giữa các k ỹ thuật vì vậy chất lượ ng k ếtnối end-to-end có thể đượ c chấ p nhận bở i ngườ i dùng.

Ví dụ đối vớ i mức của chất lượ ng điện thoại có thể chấ p nhận đượ c, một mongchờ hợ p lý có thể là sự suy hao của k ết nối không nên làm ảnh hưở ng hoặc méo quátrình truyền thông bình thườ ng bở i độ tr ễ ,tiếng ồn, tiếng vang hoặc các nhân tố hư hỏng khác,tuy nhiên cùng một mức chất lượ ng có thể không đượ c chấ p nhận chonghe nhạc. Mức chất lượ ng có thể chấ p nhận đượ c biến đổi cũng phụ thuộc vào việcxem xét đến vấn đề kinh tế.

4.3.5. Cấu hình tham khảo

Cấu hình tham khảo cho ta một cái nhìn tổng quát về k ết nối đầu cuối-đầu cuối

và xem xét tất cả các thiết bị đầu cuối, nút và các k ết nối mà gây ra suy hao của hạotđộng và chất lượ ng dịch vụ của k ết nối end-to end.

Do tính đa dạng của phân cấ p, cấu trúc, routing ,số lượ ng và loại k ỹ thuật khácnhau trong hệ thống mạng. Các k ỹ thuật mạng khác nhau (như không dây,cáp và vệ tinh) có thể đóng các vai trò khác nhau trong cấu hình tham khảo. Ở đây chúng ta chỉ xem xét một số cấu hình tham khào tiêu biểu mà có thể sử dụng trong việc đánh giáhoạt động cũng như chất lượ ng dịch vụ của mạng vớ i các k ỹ thuật khác nhau và vaitrò của chúng trong việc cung cấ p các dịch vụ mạng.





Hình 4.1 C ấ u hình cơ bản của truy cậ p và truyề n d ẫ n mạng

Hình 4.1 cho ta thấy cấu hình tham khảo cơ bản của mạng điện thoại. Nóichung bao gồm mô hình quốc tế ,mạng công cộng , mạng riêng và toàn bộ k ết nối ,

Giả định là cho phép suy hao giữa các điểm truy nhậ p đối vớ i cuộc gọi nằmtrong mạng công cộng quốc gia đượ c phân bố một cách đối xứng vớ i sự tham chiếutừ k ết nối quốc tế mà có thể xem như trung tâm ảo của mạng công cộng cho cuộc gọiquốc tế. Đối vớ i các k ết nối không gồm k ết nối quốc tế các trung tâm ảo tưong đươ ngcó thể giả định là nằm trong phần của một mạng có phạm vi lớ n như là mạng côngcộng trong hình 4.1

Mạng riêng bình thườ ng k ết nối vớ i tổng đài nội bộ (ví dụ LEC) thườ ng phâncấ p thấ p và điểm k ết nối chung vào mạng công cộng . Nó cũng có thể k ết nối tr ực

tiế p vớ i mạng công cộng thông qua mức phân cấ p cấ p cao ví dụ một k ết nối quốc tế , phân nhánh tổng đài nội bộ .Trong một số tr ườ ng hợ p, đặc biệt là các mạng riêng lớ nnhánh r ẽ có thể cho phép sự phân bố các tham số truyền dẫn đặc tr ưng nhiều hơ n vídụ độ tr ễ .

Mạng riêng ảo (VPN) mặc dù đượ c cung cấ p bở i nhà điều hành mạng côngcộng nên có thể đượ c coi là một phần riêng của mạng riêng, tươ ng tự đối vớ i kênhthuê riêng liên k ết mạng riêng thườ ng cung cấ p bở i mạng công cộng. Mạng riêng vớ ik ết nối VPN và đườ ng dây thuê riêng có một số quan hệ mật thiết đến chất lượ ngdịch vụ và hoạt động của end-to-end.

4.4. Báo hi ệ u và l ư u l ượ ng mạng

Liên mạng bao gồm các loại lưu lượ ng sau: lưu lượ ng ngườ i dùng ,lưu lượ ng báo hiệu và lưu lượ ng quản lý . lưu lượ ng ngườ i dùng thì đượ c tạo ra và dùng tr ựctiế p tại đầu cuối ngườ i dùng . Lưu lượ ng báo hiệu đượ c truyền cho các thuê bao k ếtnối vớ i các thuê bao khác thông qua mạng. Lưu lượ ng quản lý cung cấ p thông tintrong mạng cho việc điều khiển có hiệu quả của lưu lượ ng ngườ i dùng và nguồn tàinguyên mạng để đáp ứng yêu cầu chất lượ ng dịch vụ mạng của lưu lượ ng ngườ idùng. Lưu lượ ng ngườ i dùng phụ thuộc vào lớ p ứng dụng cái mà tiêu thụ chính mộtlượ ng lớ n nguồn tài nguyên mạng (chẳng hạn băng thông). Lưu lượ ng quản lý cũng





tiêu thụ một lượ ng đáng k ể tài nguyên. Hình 4.2 minh hoạ mối quan hệ giữa chứcnăng ngườ i dùng ,báo hiệu và quản lý

Điều khiển cuộc gọi

Chuyển mạch

Quản lý mạng

Các chức năng của hệ thống khai

thác(OSF)Chức năng trung gian(MF)

Quản lý mạng

Báo hiệu và điều khiển mạng

Mạng truyền dẫn lưu lượ ng ngườ idùng

Khối chuyển mạch

Lưu lượ ng quản

lý

Lưu lượ ng báo hiệu

Lưu lượ ngngườ i dùng

Hình 4.2:M ố i quan hệ giữ a chứ c nă ng ng ườ i dùng,báo hiệu và quản lý4.4.1. Lưu lượ ng ngườ i dùng và các dịch vụ mạng

Lưu lượ ng ngườ i dùng đượ c tạo ra bở i một loạt các dịch vụ của ngườ i sử dụng.Mạng vệ tinh có khả năng hỗ tr ợ phạm vi r ộng của dịch vụ viễn thông bao gồm điệnthoại ,Fax,dữ liệu, ISDN,B-ISDN… . Hình 4.3 mô tả một số loại k ết nối và giao diệnmạng. Điện thoại, Fax và các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ thấ p khác nhau thườ ngdựa trên truyền dẫn tươ ng tự ngày nay chúng đượ c triển khai thực hiện và phát triểndựa trên công nghệ k ỹ thuật số . Trong truyền dẫn tươ ng tự băng thông của mạng thì

đượ c phân phối trong vùng tần số trong suốt thờ i gian k ết nối mạng ,trong l ĩ nh vực k ỹ thuật số băng thông mạng đượ c phân bố trong miền thờ i gian.

Hình 4.3: ví d ụ của k ế t nố i và giao diện mạng.

Việc sử dụng sóng mang ghép kênh phân chia theo thờ i gian k ỹ thuật số, đặc biệt khi k ết hợ p vớ i k ỹ thuật chẳng hạn điều xung mã vi sai thích ứng (ADPCM), mãhoá bit tốc độ thấ p và nội suy tiếng nói k ỹ thuật số (DSI) vớ i thiết bị nhân mạch số (DCME) có thể làm tăng lưu lượ ng truyền dẫn trong điều kiện một số lượ ng lớ n kênhtrên cùng sóng mang.

Đối vớ i dịch vụ ISDN truy cậ p ngườ i dùng cơ bản gồm 2 kênh là kênh B64kbps và kênh D 16kbps nó có thể hỗ tr ợ dịch vụ thoại k ỹ thuật số ,dữ liệu 64kbpstrong chế độ chuyển mạch gói và chuyển mạch mạch ,điện báo,Fax và video quét





chậm . Truy cậ p chính vớ i tốc độ 2.048Mbps ở châu Âu và 1.544Mbps tại bắc mỹ và Nhật Bản nó có thể hỗ tr ợ Fax nhanh, hội nghị truyền hình ,truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao và âm thanh chất lượ ng cao hoặc các kênh chươ ng trình âm thanh và dịch vụ chuyển mạch gói dữ liệu ,nó cũng có thể hỗ tr ợ ghép luồng dữ liệu thấ p hơ n 64kbps.

Đối vớ i dịch vụ băng r ộng ISDN ngườ i dùng có thể truy cậ p tốc độ cao 155.520Mbpshoặc cao hơ n, nó có thể hỗ tr ợ tích hợ p thoại, hình ảnh và dữ liệu hoặc k ết hợ p tất cả các điều này như là dịch vụ đa phươ ng tiện.

Sử dụng vệ tinh phải đi đến một tính toán yêu cầu của thuê bao end-to-endcũng như liên k ết báo hiệu/định tuyến của cấu hình mạng đặc tr ưng .Các yêu cầu củacác dịch vụ này cũng có thể khác nhau tuỳ thuộc vào việc hoặc chúng đượ c mang đitrên các mạch riêng trong mạng chính hoặc k ết nối chuyển mạch

4.4.2. Hệ thống tín hiệu và báo hiệu lưu lượ ng

Theo truyền thống, nói chung mạng điện thoại đượ c phân loại thành báo hiệuthuê bao và báo hiệu liên chuyển mạch và về mặt chức năng phân thành báo hiệu âmhiệu ,báo hiệu giám sát và báo hiệu địa chỉ. Báo hiệu thuê bao nói chuyển mạch nội bộ r ằng thuê bao muốn k ết nối tớ i thuê bao khác bằng cách bấm số xác định thuê baoxa. Báo hiệu liên chuyển mạch cung cấ p thông tin cho phép chuyển mạch để địnhtuyến đúng cuộc gọi, nó cũng cung cấ p giám sát cuộc gọi trong suốt đườ ng đi, báohiệu cung cấ p thông tin cho nhà điều hành mạng để tính phí cho việc sử dụng cácdịch vụ mạng

Báo hiệu âm hiệu cung cấ p các cảnh báo (như chuông, tin nhắn, tín hiệu gác

máy) và xử lý cuộc gọi (như tín hiệu quay số, âm bận và chuông hồi báo ). Báo hiệugiám sát cung cấ p điều khiển hướ ng tớ i từ đầu cuối ngườ i dùng tớ i chuyển mạch nội bộ để chiếm ,giữ hoặc giải phóng k ết nối và tr ạng thái ngượ c lại bao gồm r ỗi ,bận vàngắt k ết nối. Báo hiệu địa chỉ đượ c tạo ra từ đầu cuối ngườ i dùng bằng cách quay số hoặc quay số k ỹ thuật số và đượ c dùng bở i mạng để định tuyến cuộc gọi.

Hai yếu tố cần đượ c cân bằng là độ tr ễ tín hiệu sau khi ngườ i dùng quay số và báo hiệu tính cướ c cho thiết lậ p cuộc gọi như mạng cần đảm bảo nhu cầu liên k ết chođến khi cuộc gọi đượ c thiết lậ p thành công hay thất bại

4.4.3. Báo hiệu trong dải

Trong mạng điện thoại, báo hiệu trong dải đề cậ p đến hệ thống báo hiệu sử dụng trong âm thoại ,hoặc âm trong kênh âm tiêu chuẩn để truyền thông tin báo hiệu. Nó cũng đượ c chia thành 3 loại :một tần số (SF),hai tần số (TF) và đa tần số (MF). Như kênh thoại tiêu chuẩn chiếm băng tần số từ 300-3400Hz, hệ thống tín hiệu SF vàTF sử dụng băng tần tậ p trung năng lượ ng thoại thấ p .

Tín hiệu SF thì hầu hết đượ c sử dụng cho giám sát. Thông thườ ng hầu hết sử dụng tần số 2600Hz đặc biệt là Bắc Mỹ. Trong truyền dẫn 2 dây tần số 2600Hz đượ csử dụng cho một hướ ng và 2400Hz theo hướ ng khác và hình 4.4 a mô tả khái niệm

báo hiệu trong băng của tần số 2600Hz, hình 4.4b minh hoạ 2 báo hiệu ngoài dải





3700Hz sử dụng ở Bắc Mỹ hoặc 3825Hz dùng cho ITU .Tươ ng tự trong mạng số cũng có báo hiệu trong dải và báo hiệu ngoài dải như ở hình 4.5.

Hình 4.4 Báo hiệu trong bă ng và báo hiệu ngoài bă ng mạng t ươ ng t ự

Hình 4.5 Báo hiệu trong bă ng và báo hiệu ngoài bă ng mạng k ỹ thuật số

Báo hiệu 2 tần số thì đượ c sử dụng cho cả giám sát (đườ ng tín hiệu) và báo

hiệu địa chỉ. Hệ thống báo hiệu SF và TF thì thườ ng liên k ết vớ i hoạt động sóngmang (FDM). Dòng báo hiệu giám sát “r ỗi” đề cậ p đến điều kiện gác máy trong khitr ạng thái bận đề cậ p đến điều kiện nhấc máy vì vậy đối vớ i báo hiệu đườ ng dây có 2tín hiệu âm chuông là tín hiệu âm khi r ảnh và tín hiệu âm khi bận.

Ta có thể nhận thấy r ằng một vấn đề lớ n vớ i báo hiệu trong dải là khả năng “nói át ”,điều này đề cậ p đến sự kích hoạt sớ m hoặc là mất tác dụng của thiết bị giámsát do một chuỗi âm thanh không mong muốn thông qua việc sử dụng kênh thôngdụng. Âm thanh như vậy có thể mô phỏng theo âm SF (thiết bị giám sát sẽ chuyểnkênh tr ở về tr ạng thái r ỗi) Để tránh khả năng “ nói át ” trong mạch SF mạch tr ễ thờ igian hoặc bộ lọc khe có thể đượ c sử dụng để bỏ qua âm tín hiệu, chẳng hạn bộ lọc có





thể là nguyên nhân làm giảm thoại tr ừ khi chúng đượ c tắt trong cuộc đàm thoại,chúng phải đượ c tắt nếu mạch dùng cho truyền dữ liệu . Vì vậy hệ thống tín hiệu TFhoặc MF có khả năng giải quyết đượ c các vấn đề mà hệ thống SF mắc phải.Tín hiệuTF đượ c sử dụng r ộng rãi cho báo hiệu địa chỉ .

Báo hiệu đa tần MF đượ c sử dụng r ộng rãi trong báo hiệu địa chỉ giữa cácchuyển mạch, nó là một phươ ng pháp trong băng sử dụng 5 hay 6 âm tần, 2 lần cùngmột thờ i điểm vớ i mỗi thờ i điểm có 4 tần số khác nhau tạo ra tín hiệu đặc tr ưng của16 nút bấm của điện thoại

4.4.4. Báo hiệu ngoài dải

Vớ i báo hiệu ngoài dải thì thông tin giám sát đượ c truyền trên 3400Hz của dảithoại thông thườ ng . Trong tất cả các tr ườ ng hợ p nó là hệ thống báo hiệu đơ n tần.Thuận lợ i của báo hiệu ngoài dải là hệ thống có thể sử dụng hoặc “âm mở ” hoặc “âmtắt” khi r ảnh. “talk-down” có thể không xảy ra vì tất cả các thông tin giám sát vượ t raxa khỏi dải từ đoạn thông tin thoại của kênh.

Tần số ngoài dải đượ c ưu tiên là 3825Hz trong khi tần số 3700Hz thì đượ c sử dụng r ộng rãi tại US (xem hình 4.4b). Báo hiệu ngoài dải thì đượ c ưa chuộng hơ nnhưng hạn chế là khi có yêu cầu nối kênh thì tín hiệu đầu ra cũng phải đượ c nối theo.

4.4.5. Báo hiệu kênh liên k ết và không liên k ết

Thông thườ ng, báo hiệu thườ ng đi cùng vớ i lưu lượ ng trên cùng một kênh. Nóđượ c liên k ết vớ i cùng một môi tr ườ ng, tín hiệu này có thể đi cùng hoặc không đicùng trên một đườ ng truyền hoặc một môi tr ườ ng . Thông thườ ng loại tín hiệu nàythườ ng đượ c truyền trên kênh riêng để điều khiển một nhóm kênh. Một ví dụ điểnhình là luồng PCM E1 ở Châu Âu trong đó một kênh truyền số riêng biệt hỗ tr ợ tất cả báo hiệu giám sát cho 30 kênh lưu lượ ng . Nó cũng liên k ết báo hiệu kênh nếu nótruyền chung một môi tr ườ ng và đườ ng truyền như là liên k ết vớ i kênh lưu lượ ng . Nếu tín hiệu kênh riêng đi theo con đườ ng khác sử dụng môi tr ườ ng khác thì nó đượ cgọi là báo hiệu không liên k ết. Xem hình 4.6 hệ thống báo hiệu số 7 (ITU-T SS7)thườ ng sử dụng kênh riêng nhưng có thể liên k ết hoặc không liên k ết. Báo hiệu kênhkhông liên k ết còn đượ c gọi là báo hiệu kênh không k ết hợ p.





Chuyểnmạchmạng

Xử lý

SF

SF

SF

SFsender

SFsender

SF

SF

SFChuyểnmạchmạng

Xử lý

Tổng dài BTổng đài ATínhiệu

Tín hiệuTrung k ế

a)Tiêu chuẩn liên quan báo hiệukênh


Xử lýĐầucuốiCCS

ĐầucuốiCCS


Xử lý

Tổng dài BTổng đài A

Trung k ế

b)Báo hiệu kênh riêng vớ i báo hiệu kênh chung (CCS)

Hình 4.6 Báo hiệu liên k ế t và riêng

4.4.6. Hệ thống báo hiệu số bảy ITU-T( ITU-T SS7)

ITU-T đã phát triển để đáp ứng nhu cầu nâng cao báo hiệu của tất cả các mạngk ỹ thuật số dựa trên kênh 74kb/s nó có phươ ng thức hoạt động hoàn toàn khác vớ i hệ thống báo hiệu thông thườ ng, tuy nhiên nó phải cung cấ p mạch giám sát, báo hiệu địachỉ , xử lý cuộc gọi và tín hiệu cảnh báo. Nó là một mạng dữ liệu dành riêng để báo

hiệu giữa liên chuyển mạch có thể đượ c tóm tắt như sau:

+ Nó đượ c tối ưu hoá cho hoạt động mạng số nơ i chuyển mạch đượ c sử dụng để lưu tr ữ các chươ ng trình điều khiển (SPC)

+ Nó đáp ứng yêu cầu truyền thông tin cho thực hiện liên xử lý củamạng số đa truyền thông như là điều khiển cuộc gọi, điều khiển từ xa ,truy cậ p và quản lý mạng cơ sở dữ liệu và bảo trì báo hiệu

+ Nó cung cấ p việc truyền thông tin tin cậy trong chuỗi chính xác màkhông bị mất hoặc bị lặ p





Từ năm 1980 nó đượ c biết đến như là hệ thống báo hiệu cho ISDN . Mô hìnhhệ thống mạng báo hiệu số 7 bao gồm các nút mạng , điểm báo hiệu giớ i hạn màđượ c nối liền vớ i nhau thông qua liên k ết báo hiệu điểm -điểm vớ i tất cả các liên k ếtgiữa 2 SP (signalling point) thì đượ c gọi là tậ p liên k ết . Bản tin giữa 2 SP có thể

đượ c định tuyến thông qua tậ p liên k ết liên k ết tr ực tiế p giữa 2 điểm, điều này đượ cxem như là chế độ liên k ết của báo hiệu. Bản tin cũng có thể đượ c định tuyến thôngqua một hoặc nhiểu điểm chuyển tiế p tin nhắn trung gian tại lớ p mạng ,đượ c gọi làchế độ báo hiệu không liên k ết , nó hỗ tr ợ tr ườ ng hợ p của định tuyến t ĩ nh đượ c gọi làchế độ tựa liên k ết, trong đó định tuyến chỉ thay đổi đáp ứng tớ i sự việc như là lỗiliên k ết hoặc thêm SP mớ i. Chức năng chuyển tiế p bản tin của lớ p mạng đượ c gọi làđiểm chuyển giao báo hiệu.

Có một số các mối quan hệ giữa báo hiệu số 7 và mô hình tham chiếu OSI/ISOminh hoạ như hình 4.7:

Hình 4.7 M ố i quan hệ giữ a báo hiệu số 7 và mô hình tham chiế u OSI

Có thể thấy r ằng hệ thống báo hiệu số 7 có 3 lớ p tươ ng úng vớ i lớ p 1 đến lớ p 3của mô hình tham chiếu OSI trong mạng truyền thông . Xử lý ứng dụng trong mạng

truyền thông gọi chức năng giao thức để giao tiế p các mạng vớ i nhau trong nhiều phươ ng thức như là “end users”. Hệ thống báo hiệu cũng bao gồm hoạt động vậnhành ,quản lý và bảo dưỡ ng liên quan đến quá trình truyền thông, lớ p phụ số 4 của hệ thống báo hiệu số 7 tươ ng ứng vớ i 4 lớ p trên của mô hình OSI và bao gồm cả nhómngườ i dùng và nhóm điều khiển k ết nối báo hiệu (SCCP).

Có 3 nhóm ngườ i dùng :nhóm ngườ i dùng điện thoại(TUP), nhóm ngườ i dùngdữ liệu(DUP) và nhóm ngườ i dùng ISDN (ISDN). Lớ p 1 đến lớ p 3 cùng tạo thànhnhóm truyền bản tin (MTP). SCCP cung cấ p các chức năng bổ sung tớ i MTP cho cả 2dịch vụ hướ ng k ết nối và không k ết nối để truyền thông tin báo hiệu mạch liên quan

và không liên quan giữa các chuyển mạch và các trung tâm chuyên dụng trong mạng





truyền thông thông qua mạng báo hiệu số 7, nó ở trên MTP trong mức 4 cùng vớ i phần ngườ i dùng

4.4.7. Quản lý mạng

Trong mô hình tham chiếu OSI có 5 loại chức năng quản lý mạng đượ c địnhngh ĩ a như sau:

+ Quản lý tên và cấu hình.

+ Quản lý hoạt động.

+ Quản lý bảo trì.

+ Quản lý tính cướ c và

+ Quản lý bảo mật.

Quản lý tên và cấu hình bao gồm một bộ các chức năng và công cụ để xác định

và quản lý các thành phần mạng. Chức năng bao gồm khả năng thay đổi cấu hình củađối tưọng, chỉ định tên cho đối tượ ng , thu thậ p thông tin tr ạng thái từ các đối tượ ng(thườ ng xuyên và trong khi khẩn cấ p) và điều khiển tr ạng thái của đối tượ ng. Hoạtđộng bảo trì bao gồm một bộ chức năng và công cụ hỗ tr ợ hoạt động lậ p k ế hoạch vàcải tiến của hệ thống bao gồm cơ chế theo dõi và phân tích hoạt động, tham số QoS,điều chỉnh và điều khiển hệ thống mạng. Quản lý bảo trì bao gồm một bộ các chứcnăng và công cụ để xác định và đối phó vớ i các hoạt động không bình thườ ng của hệ thống mạng bao gồm chức năng và cơ chế thu thậ p các báo cáo lỗi ,chuẩn đoán ,xácđịnh nguồn lỗi và có những hành động k ị p thờ i.

Quản lý tính cướ c bao gồm một bộ các chức năng và công cụ để hỗ tr ợ tínhcướ c cho việc sử dụng tài nguyên mạng bao gồm chức năng và cơ chế để thông báocho ngườ i dùng những chi phí phát sinh ,giớ i hạn việc sử dụng tài nguyên bằng cáchthiết lậ p một giớ i hạn chi phí k ết hợ p vớ i giá cướ c khi có nhiều tài nguyên mạngđượ c sử dụng và tính toán cướ c phí cho khách hàng.

Quản lý bảo mật bao gồm một bộ các chức năng và công cụ để hỗ tr ợ cho chứcnăng quản lý và quản lý bảo vệ các đối tượ ng bao gồm chứng thực, cho phép ,điềukhiển truy nhậ p, mã hoá và giải mã hóa và đăng nhậ p bảo mật. Chú ý r ằng quản lý bảo mật thì đượ c dùng cho cung cấ p bảo mật cho mạng hơ n là cho ngườ i dùng.

4.4.8. Chức năng điều chỉnh và hoạt động của hệ thống mạng

Quản lý mạng đượ c thực hiện trong hệ thống khai thác mạng bao gồm chứcnăng đặc biệt và chức năng chung ngườ i dùng , sau đó đượ c chia thành chức năng cơ sở hạ tầng và chức năng ngườ i dùng chung .

Chức năng cơ sở hạ tầng cung cấ p cơ sở liên quan đến máy tính có khả năngxử lý một vùng r ộng lớ n bao gồm các dịch vụ như là truyền thông vật lý ,truyềnthông báo, lưu tr ữ và phục hồi dữ liệu và giao diện giữa ngườ i và máy (chẳng hạnmáy tính tr ạm vớ i hệ điều hành windows).





Chức năng ngườ i dùng chung là các dịch vụ chung trong hệ điều hành mạng,chúng có thể hỗ tr ợ một số chức năng ngườ i dùng cụ thể . Một số chức năng chung cóthể đượ c liệt kê trong các ví dụ sau :

+ Giám sát: dùng để theo dõi hệ thống và các thông số hệ thống cơ bản

tại một vị trí từ xa.+ Thống kê,phân phối dữ liệu và thu thậ p dữ liệu: để thống kê việc tạo

và và cậ p nhật, để thu thậ p các dữ liệu hệ thống và cung cấ p các chứcnăng khác vớ i dữ liệu hệ thống

+ Thực hiện kiểm tra và điều khiển kiểm tra :phụ thuộc vào mục đíchcủa việc kiểm tra ,cho dù nó đượ c thực hiện để phát hiện lỗi hoặc để thử lại hoạt động đúng của một yếu tố hay một đơ n vị , kiểm tra đượ cthực hiện tươ ng tự như vậy . Kiểm tra đượ c sử dụng bở i thiết lậ p bảodưỡ ng cho các thiết bị hoặc các tính năng mớ i thực hiện quản lý và

vận hành bình thườ ng. Hoạt động bảo vệ điều khiển cấu hình có thể tr ở nên phức tạ p nếu việc kiểm tra sử dụng tài nguyên mạng bổ sungđể làm giảm thiểu nguồn tài nguyên sử dụng cho việc kiểm tra và sử dụng tối đa hệ thống sẵn có trong suốt quá trình kiểm tra.

+ Quản lý cấu hình : Dùng theo dõi cấu hình thực tế của các mạng vàcũng như biết về mạng hợ p lệ hoặc cấu hình các yếu tố mạng để cấuhình lại mạng hoặc thành phần mạng hoặc để hỗ tr ợ cấu hình lại nếucần thiết.

+

Hệ điều hành mạng: bao gồm 4 lớ p chức năng quản lý :quản lý kinhdoanh, quản lý dịch vụ quản lý mạng và quản lý các yếu tố vớ i kinhdoanh nằm tại đỉnh của lớ p và thành phần nằm tại đáy như hình 4.8





Hình 4.8 Các l ớ p của chứ c nă ng quản lý trong hệ thố ng vận hành mạng(NOS)

• Quản lý kinh doanh :bao gồm chức năng cấn thiết để triển khai thực hiệnchính sách và chiến lượ c vớ i các tổ chức sở hữu và điều hành các dịch vụ vàcũng có thể là mạng. Các chức năng này vẫn còn bị ảnh hưở ng cao của điềukhiển chẳng hạn như luật pháp hay yếu tố kinh tế v ĩ mô và có thể bao gồmchính sách thuế và chiến lượ c quản lý chất lượ ng mà đưa ra những hướ ngdẫn về hoạt động của dịch vụ khi mà thiết bị hoặc mạng hoạt động bị suygiảm.

• Quản lý dịch vụ: bao gồm các dịch vụ đặc biệt như :điện thoại, dữ liệu,internet hoặc các dịch vụ băng thông r ộng , các dịch vụ này có thể đượ c triểnkhai thực hiện trên một số mạng . Chức năng có thể bao gồm chức năng liênquan ngườ i dùng (như là : hồ sơ đăng ký, quyền truy cậ p, hồ sơ sử dụng vàtài khoản) cài đặt và bảo trì các thiết bị cung cấ p các dịch vụ do nó bổ sungvào thiết bị mạng

• Quản lý mạng :cung cấ p các chức năng để quản lý các vấn đề trong mạng bao gồm cấu hình mạng , phân tích hoạt động và thống kê giám sát.

• Quản lý thành phần mạng : cung cấ p chức năng để quản lý số lượ ng thành phần mạng trong một vùng , những tính năng này hầu hết thườ ng tậ p trungvào bảo trì nhưng cũng có thể bao gồm khả năng cấu hình và một số thốngkê giám sát các thành phần mạng, nó không cung cấ p cho mạng phươ ng diệnlớ n.

Chức năng trung gian (MF) hoạt động trên những thông tin chuyển giữa chứcnăng thành phần mạng và chức năng hệ thống khai thác để đạt đượ c sự thuận lợ i vàhiệu quả trong truyền thông. Nó có chức năng bao gồm điều khiển truyền thông,chuyển đổi giao thức, xử lý dữ liệu và chức năng truyền thông ban đầu, nó cũng bao

gồm việc lưu tr ữ và xử lý dữ liệu.





4.5. Truy nhậ p và truyề n chuyể n ti ế p mạng

Theo khuyến nghị UTU-T Y.101 truy nhậ p mạng đượ c định ngh ĩ a như là thựchiện bao gồm các đối tượ ng (chẳng hạn như thiết bị cáp , phươ ng tiện truyền dẫn…)mà cung cấ p theo yêu cầu khả năng truyền dẫn cho việc cung cấ p dịch vụ truyền

thông giữa mạng và thiết bị ngườ i dùng. Chuyển tiế p mạng có thể xem như là một bộ các nút và các liên k ết nhằm cung cấ p k ết nối giữa hai hoặc nhiều điểm xác định để tạo ra liên lạc giữa chúng , giao diện cũng đượ c xác định trong điều kiện công suất vàchức năng cho phép phát triển độc lậ p của thiết bị ngườ i dùng và mạng và có mộtgiao diện mớ i đượ c phát triển để phù hợ p vớ i thiết bị ngườ i dùng mớ i vớ i dung lượ nglớ n và chức năng mớ i. Sự phát triển của truy nhậ p và chuyển tiế p mạng có thể thấy làtừ truyền tươ ng tự từ mạng điện thoại sang mạng điện thoại truyền số, chế độ truyềnđồng bộ trong mạng chuyển tiế p, tích hợ p của mạng điện thoại và dữ liệu ISDN,mạng internet , các mạng băng thông r ộng trong B-ISDN….

4.5.1. Mạng điện thoại tươ ng tự Hầu hết tất cả các mạng ngày nay đều là k ỹ thuật số , nhưng các k ết nối từ

nhiều khu dân cư đến các tổng đài nội bộ vẫn là truyền dẫn tươ ng tự . Họ đang dầndần làm giảm hết bằng cách thiết lậ p mạng băng thông r ộng như đườ ng dây thuê baosố bất đối (ADSL). ADSL là một k ỹ thuật điều chế và giải điều chế mà biến đổi đôidây xoắn điện thoại thành đườ ng truy nhậ p cho truyền thông đa phươ ng tiện và dữ liệu tốc độ cao, tốc độ bit truyền trong cả 2 hướ ng khác nhau vớ i tỷ lệ là từ 1 tớ i 8giữa đầu cuối ngườ i dùng và chuyển mạch nội bộ.

Chúng ta xem xét mạng điện thoại tươ ng tự không phải vì bản thân nó là mộtcông nghệ hiện đại cho tươ ng lai mà bở i vì các nguyên tắc thiết k ế, triển khai thựchiện, điều khiển , bảo trì và cải tiến hoạt động vớ i mạng lướ i đã đượ c sử dụng trongnhiều năm và vẫn còn r ất quan tr ọng đối vớ i chúng ta ngày nay và vẫn sẽ quan tr ọngtrong tươ ng lai ,tất nhiên là có những nguyên tắc đượ c sử dụng và cải thiện trong bốicảnh mạng lướ i mớ i.

Mạng điện thoại đã đượ c thiết k ế tốt, đượ c thiết k ế và tối ưu tốt cho dịch vụ điện thoại, trong bối cảnh kiến thức và công nghệ sẵn có, các dịch vụ ngườ i dùng làđiện thoại, nguồn tài nguyên mạng là kênh và băng thông 4Khz đã đượ c phân phối

cho mỗi kênh để hỗ tr ợ chất lượ ng tốt chấ p nhận đượ c của dịch vụ.4.5.2. Khái niệm k ỹ thuật lưu lượ ng mạng điện thoại

Các mạng đượ c tính toán kích thướ c sao cho cung cấ p dịch vụ đến một số lượ ng lớ n ngườ i dân (hầu hết hộ dân và văn phòng ngày nay) vớ i kênh 4Khz có tínhđến yếu tố kinh tế như là nhu cầu ngườ i dùng và giá thành của mạng để đáp ứng nhucầu đó. Có sự phát triển tốt về lý thuyết tớ i chế độ lưu lượ ng ngườ i dùng , tài nguyênmạng ,hoạt động của mạng và loại mạng.

+ Lưu lượ ng đượ c mô tả là các mẫu của thờ i gian đến và thờ i gian giữ .

Lưu lượ ng đượ c đo bằng Erlang, tên của một nhà toán học ngườ i ĐanMạch cho những đóng góp của ông đối vớ i k ỹ thuật lưu lượ ng mạng





điện thoại , Erlang là một đơ n vị không có thứ nguyên ,Erlang đượ cđịnh ngh ĩ a là số lượ ng cuộc gọi A và thờ i gian giữ trung bình tronggiờ H của những cuộc gọi đó A*H Erlang. Một Erlang đặc tr ưng chomột cuộc gọi kéo dài trong một giờ hoặc một mạch bị chiếm trong

một giờ .+ Mạng có thể sẵn sàng cung cấ p đầy đủ nguồn tài nguyên để đáp ứngyêu cầu của tất cả lưu lượ ng nhưng tốn kém hoặc có những giớ i hạnđể đáp ứng hầu hết các yêu cầu về kinh tế. Mạng cũng cho phép lưulượ ng xế p hàng chờ cho tớ i khi tài nguyên mạng có thể sẵn sàng hoặccho mức độ ưu tiên hoặc một số loại giải pháp cho một phần của lưulượ ng.

+ Tiêu chuẩn của hiệu suất cho phép đo định lượ ng hiệu suất của mạngvớ i bao gồm các tham số :xác suất tr ễ, độ tr ễ trung bình, xác suất của

độ tr ễ vượ t quá một khoảng giá tr ị thờ i gian, số lượ ng độ tr ễ cuộc gọivà số lượ ng cuộc gọi bị chặn.

+ Lớ p dịch vụ là một trong các tham số đượ c sử dụng để tính toán xácsuất mất cuộc gọi đượ c thực hiện do mạng và kì vọng của ngườ i dùngnhư chất lượ ng dịch vụ có thể chấ p nhận đượ c. Có các công thức toánhọc đượ c xây dựng để giải quyết những yếu tố này trong các mô hìnhcổ điển trong điều kiện phân phối cuộc gọi đến và thờ i gian giữ ,số lượ ng tài nguyên lưu lượ ng sẵn có cho các mạch và xử lý các cuộc gọimất. Một số công thức toán học hữu ích và đơ n giản và có thể đượ c

tóm tắt như sau:• Công thức Erlang B để tính lớ p dịch vụ EB là:

∑=

=n

x

X x

N n

B

A

A E

0

! )(

Trong đó N là số mạch có sẵn và A có ngh ĩ a là lưu lượ ng đượ c cung cấ p trongErlang.

Công thức giả thiết số lượ ng nguồn là vô hạn, bằng mật độ lưu lượ ng trên mỗinguồn và lưu lượ ng của cuộc gọi mất bị xoá.

• Công thức Poisson dùng tính toán xác suất cuộc gọi bị mất hoặc bị tr ễ (P) dokhông đủ số lượ ng kênh (n) vớ i lưu lượ ng đượ c cung cấ p (A) là :

∑∞

=

−=n x

x A

x

Ae P

!

Công thức giả thiết số lượ ng nguồn là vô tận, bằng mật độ lưu lượ ng trên mỗinguồn và cuộc gọi mất bị chiếm.

• Công thức Erlang C là:





∑−

= −+

−=1

0 !!

!n

x

n x

n

An

n

n

A

x

A An

n

n

A

P

Công thức giả thiết số lượ ng nguồn là vô hạn, cuộc gọi mất bị tr ễ, thờ i giannắm giữ và cuộc gọi đượ c cung cấ p trong yêu cầu của hướ ng đến theo hàm mũ.

• Công thức nhị thức là : x s

n x

s

A s

A

x

s

s

A s P ⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −

−⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −= ∑

−

=

− 111

Công thức giả thiết số lượ ng nguồn(s) là vô tận , bằng mật độ lưu lượ ng trênmỗi nguồn và cuộc gọi mất bị chiếm giữ.

4.5.3. Truy cậ p mạng vệ tinh trong miền tần số Trong miền tần số, ta có thể thấy mỗi tín hiệu kênh thoại thì đượ c phân bố một

băng thông 4Khz để truy nhậ p vào tổng đài nội bộ hoặc nhiều kênh đơ n đượ c ghépcùng nhau để tạo thành truyền dẫn phân cấ p . Để truyền dẫn kênh thoai thông qua vệ tinh,sóng mang phải đượ c tạo ra mà phù hợ p cho truyền dẫn vô tuyến vệ tinh trongviệc phân bố băng tần tần số và tín hiệu kênh điều chế sao cho sóng mang có thể truyền thông qua vệ tinh.

Tại bên nhận bộ xử lý giải điều chế có thể tách tín hiệu kênh từ sóng mang dođó ngườ i nhận có thể nhận lại đượ c tín hiệu thoại ban đầu đượ c gửi tớ i đầu cuối

ngườ i dùng hoặc tớ i mạng mà có thể định tuyến tín hiệu tớ i đầu cuối ngườ i dùng. Nếu điều chế tín hiệu sóng mang đơ n kênh ta gọi là mỗi kênh một sóng

mang(SCPC) ví dụ vớ i mỗi sóng mang chỉ mang một kênh thông tin, nó thườ ng đượ csử dụng cho ngườ i dùng có thể k ết nối tớ i mạng hoặc các đầu cuối khác như là truynhậ p mạng. Nó cũng có thể đượ c sử dụng để làm việc như là định tuyến để k ết nốicác tổng đài nội bộ tớ i các mạng nơ i có mật độ lưu lượ ng thấ p.

Nếu điều chế sóng mang một nhóm kênh ta gọi là đa kênh trên mỗi sóng mang(MCPC). Nó thườ ng đượ c dùng cho để liên k ết giữa mạng như là mạng chuyển tiế p

hoặc tổng đài nội bộ tớ i mạng truy nhậ p.4.5.4. Chuyển mạch mạch onboard

Nếu tất cả các k ết nối giữa các tr ạm mặt đất sử dụng chùm tia đơ n bao phủ toàn bộ trái đất , thì không cần có bất cứ chức năng chuyển mạch nào trên vệ tinh. Nếu sử dụng chùm tia đa điểm, có một thuận lợ i lớ n để sử dụng chuyển mạch onboard, từ khinó cho phép tr ạm mặt đất truyền đa kênh tớ i nhiều chùm điểm tại cùng một thờ i điểmmà không cần phân kênh trên tr ạm truyền dẫn mặt đất, do đó chuyển mạch onboardsẽ mang lại cho mạng vệ tinh tiềm lực và tính linh hoạt cao tiết kiệm tài nguyên băngthông.





Hình 4.9 mô tả khái niệm chuyển mạch onboard vớ i 2 chùm điểm, nếu như không có chức năng chuyển mạch thì 2 quá trình truyền dẫn phải đượ c tách ra tạitr ạm truyền dẫn mặt đất sử dụng 2 ống uốn cong khác nhau một cho k ết nối bên trongchùm điểm và một đườ ng khác thì dùng cho k ết nối giữa các chùm điểm, nếu các tín

hiệu giống nhau thì đượ c truyền trong cả hai chùm điểm, nó sẽ yêu cầu tách đườ ngtruyền của tín hiệu giống nhau làm 2 do đó nó cần 2 lần băng thông tại đườ ng truyềnlên, nó cũng có thể tái sử dụng cùng một băng tần trong chùm điểm khác nhau. Bằngcách sử dụng chuyển mạch onboard, tất cả các kênh có thể đượ c truyền vớ i nhau vàsẽ đượ c chuyển mạch trên vệ tinh tớ i các đích tr ạm mặt đất của chúng trong các chùmđiểm khác nhau. Nếu các tín hiệu tươ ng tự nhau mà đượ c truyền trong các chùmđiểm khác nhau , chuyển mạch onboard có thể có khả năng nhân đôi tín hiệu giốngnhau để truyền tớ i các chùm điểm mà cần nhiều truyền dẫn tại tr ạm truyền mặt đất, băng thông tần số giống nhau có thể đượ c sử dụng trong 2 chùm điểm bằng cách sử dụng các biện pháp thích hợ p để tránh nhiễu có thể xảy ra.

Hình 4.9 Minh hoạ của chuyể n mạch onboard.

4.6. M ạng đ i ệ n thoại k ỹ thuật số

Trong đầu những năm 1970 hệ thống truyền dẫn k ỹ thuật số đã bắt đầu xuấthiện, lần đầu tiên đề xuất sử dụng phươ ng pháp điều chế xung mã vào năm 1937.PCM cho phép dạng sóng tươ ng tự chẳng hạn tiếng nói con ngườ i có thể biểu diễnthành dạng nhị phân (dạng số). Nó có khả năng biểu diễn tín hiệu thoại tươ ng tự chuẩn 4Khz dướ i dạng chuỗi bit số 64kbit/s.

Tiềm năng của xử lý k ỹ thuật số cho phép hệ thống truyền dẫn mang lại lợ inhuận nhiều hơ n bằng cách k ết hợ p nhiều kênh PCM và truyền chúng xuống cùngcặ p cáp đồng tr ục giống như tr ướ c đây đã từng sử dụng bở i tín hiệu tươ ng tự đơ n





4.6.1. Ghép kênh phân cấ p số

Ở châu Âu và sau đó ở nhiều phần trên thế giớ i, sơ đồ tiêu chuẩn TDM đã đượ cthông qua ,nhờ đó 30 kênh 64kbps đượ c k ết hợ p cùng vớ i 2 kênh sóng mang điềukhiển thông tin bao gồm báo hiệu và đồng bộ để tạo ra kênh vớ i tốc độ bit

2,048Mbit/s. Như yêu cầu của điện thoại tiếng tăng lên , và mức độ lưu lượ ng của mạng

cũng tăng lên cao hơ n bao giờ hết, điều đó đã tr ở nên rõ ràng r ằng chuẩn tín hiệu2,048Mbit/s đã không đủ để đáp ứng vớ i lưu lượ ng tải xuất hiện trong mạng trung k ế.để tránh việc phải sử dụng số lượ ng quá lớ n liên k ết 2,048Mbit/s, ngườ i ta đã quyếtđịnh tạo ra thêm một cấ p ghép kênh. Các chuẩn tham gia ở Châu Âu thông qua việck ết hợ p 4 kênh 2.048Kbit/s tạo thành một kênh tốc độ 8.448Kbit/s.

Mức ghép kênh này hơ i có một chút khác so vớ i tr ướ c đó trong đó tín hiệu đếnđượ c k ết hợ p một bit tại một thờ i điểm thay vì một byte tại một thờ i điểm ví dụ sự xen k ẽ bit thì đượ c sử dụng ngượ c vớ i xen k ẽ byte, như nếu cần phát sinh một mứcmớ i của ghép kênh ta có thể thêm vào chuẩn 34.368Mbit/s, 139.246Kbit/s và thậmchí tốc độ cao hơ n nữa để tạo ra phân cấ p ghép kênh như hình 4.10.

Tại khu vực bắc Mỹ và Nhật Bản sử dụng các phươ ng thức ghép kênh phân cấ pkhác nhưng cũng dựa trên nguyên tắc giống nhau

4.6.2. Truyền dẫn k ỹ thuật số và chuyển mạch onboard vệ tinh

Tín hiệu số có thể đượ c xử lý trong miền tần số do đó bên cạnh việc chia sẻ tàinguyên băng thông trong miền tần số tr ạm mặt đất cũng có thể chia sẻ băng thôngtrong miền thờ i gian ,ghép kênh phân chia theo thờ i gian có thể sử dụng cho truyềndẫn vệ tinh tại nhiều mức phân cấ p truyền dẫn như hình 4.10. Về chuyển mạchonboard, k ỹ thuật chuyển mạch thờ i gian có thể đượ c thườ ng xuyên sử dụng làm việcvớ i chuyển mạch mạch (hoặc chuyển mạch không gian).





Bộ thích ứng tốcđộ bit

Bộ thích ứng tốcđộ bit

Máy tạodao động

chủ

Chèn bit điều chỉnh ít

Chèn bit điều chỉnh nhiều

1 0 1 0

1 1 0

J J 0 1 0

J J J 1 1 0

Bit vào “nhanh” tạikênh 2Mbit/s

Bit vào “chậm” tạikênh 2Mbit/s

Chuỗi bit ghépkênh tốc độ cao

Hình 4.11 Minh hoạ của khái niệm phân cấ p số cận đồng bộ(PDH)

Cùng một vấn đề vớ i đồng bộ , như đã mô tả ở trên xuất hiện tại mọi mức của phân cấ p ghép kênh vì vậy các bit điều chỉnh đượ c thêm vào tại mỗi tầng, sử dụnghoạt động cận đồng bộ trong suốt phân cấ p dẫn đến ra đờ i thuật ngữ phân cấ p số cậnđồng bộ.

4.6.4. Hạn chế của PDH

Ghép kênh và phân kênh luồng bit tốc độ thấ p thành luồng bit tốc độ cao dườ ngnhư có vẻ đon giản và dễ dàng nhưng trên thực tế thì ko dễ dàng cũng như đơ n giản.Sử dụng bit diều chỉnh tại mỗi mức trong PDH có ngh ĩ a là nhận dạng chính xác vị trícủa luồng bit tốc độ thấ p trong luồng bit tốc độ cao là điều không thể ví dụ để truynhậ p vào luồng E1 2.048Mbit/s trong luồng E4 139.246Mbit/s thì luồng E4 phải

đượ c phân kênh thành luồng E3 34.368 và luồng E2 8.448Mbit/s như trong hình 4.12khi yêu cầu về đườ ng E1 đượ c xác định và đượ c tách ra, kênh phải đượ c ghép tr ở lạithành luồng E4. Do đó vấn đề “tách và chèn” kênh không tạo nên mô hình k ết nốilinh hoạt hoặc dịch vụ k ết nối tốc độ cao, trong khi “núi ghép kênh” yêu cầu r ất tốnkém vể chi phí.

Hình 4.12 Ghép kênh và phân kênh để chèn nút mạng vào mạng PDH

Một vấn đề khác liên quan đến một số lượ ng khổng lồ thiết bị ghép kênh trongmạng đó là điều khiển. Trên đườ ng mạng luồng E1 có thể đượ c chuyển thông qua





một số switch. chỉ có một cách chắc chắn r ằng nó đi đúng đườ ng để giữ an toàn cho bản tin của các k ết nối của thiết bị. Chẳng hạn như số lượ ng kích hoạt k ết nối lại tănglên nó sẽ tr ở nên khó khăn hơ n trong việc giữ các bản tin hiện tại và khả năng lỗicũng tăng. Các lỗi có thể không chỉ gây ảnh hưở ng tớ i các k ết nối đượ c thiết lậ p mà

còn làm hỏng các k ết nối đang mang lưu lượ ng thực.Tốc độ bit của PDH không cao (tốc độ bit cao nhất đượ c chuẩn hoá là140Mbit/s trên mạng viễn thông quốc tế) không thể đáp ứng cho nhu cầu phát triểncác dịch vụ băng r ộng hiện tại và trong tươ ng lai.

Thiết bị PDH cồng k ềnh, các thiết bị ghép kênh và thiết bị đầu cuối thườ ng độclậ p nhau.

Trên mạng viễn thông tồn tại 2 tiêu chuẩn phân cấ p khác nhau: chuẩn Châu Âuvà Châu Mỹ, gây khó khăn và phức tạ p khi nâng cấ p, mở r ộng và k ết nối các mạngvớ i nhau.

Một hạn chế khác của PDH là thiếu khả năng giám sát hiệu suất. Nhà cung cấ pđang chịu áp lực ngày càng gia tăng để cung cấ p cho các khách hàng là doanh nghiệ pvớ i việc cải tiến hiệu suất và hoạt động lỗi.Các mặt hạn chế trên của PDH sẽ đượ ckhắc phục khi sử dụng phân cấ p truyền dẫn đồng bộ SDH.

4.7. Phân cấ p mạng số đồng bộ (SDH)

Để hiểu đúng khái niệm về SDH/SONET, tr ướ c hết ta cần hiểu đúng thế nào làđồng bộ, không đồng bộ và cận đồng bộ. Trong tậ p các tín hiệu đồng bộ, việc chuyểntiế p số liệu trong tín hiệu xảy ra ở chính xác cùng một tốc độ. Tuy nhiên vẫn có sự lệch pha giữa những lần chuyển giao của hai tín hiệu, và sự lệch pha này nằm tronggiớ i hạn cho phép. Sự lệch pha này có thể do suy hao, tr ễ thờ i gian hay jitter trongmạng truyền dẫn. Trong mạng đồng bộ, tất cả các đồng hồ đều tham chiếu đến mộtđồng hồ chuẩn cơ sở PRC. Độ chính xác của PRC là 10-12 - 10-11 và đượ c lấy từ đồng hồ nguyên tử Cesium.Hai tín hiệu số là cận đồng bộ nếu sự chuyển tiế p xảy ragần như ở cùng tốc độ, và bất k ỳ sự thay đổi nào cũng đượ c cưỡ ng bức trong mộtgiớ i hạn nhỏ. Ví dụ nếu có hai mạng tươ ng tác vớ i nhau, xung đồng hồ của chúng cóthể lấy từ hai PRC khác nhau. Mặc dù các PRC này vô cùng chính xác, nhưng vẫn cósự khác nhau giữa hai loại. Điều này gọi là sự sai khác cận đồng bộ.Trong tr ườ ng hợ p

mạng không đồng bộ, sự chuyển giao tín hiệu không nhất thiết phải xảy ra ở cùng tốcđộ. Trong tr ườ ng hợ p này, không đồng bộ có ngh ĩ a là sai khác giữa hai đồng hồ lớ nhơ n sai khác cận đồng bộ. Ví dụ, nếu hai đồng hồ lấy từ dao động thạch anh tự do,chúng đượ c gọi là không đồng bộ. Phân cấ p số cận đồng bộ SDH và mạng quangđồng bộ SONET chỉ một tậ p hợ p các tốc độ truyền dẫn bằng cáp sợ i quang có thể truyền tải tín hiệu số vớ i dung lượ ng khác nhau.

Ngườ i ta chấ p nhận r ộng rãi r ằng một phươ ng thức ghép kênh mớ i có thể đượ cđồng bộ và không chỉ dựa trên việc chèn bit, gọi là PDH, mà còn dựa trên việc chèn byte, là các cấu trúc ghép kênh từ 64kbit/s đến tốc độ cơ sở 1,544kbit/s (1,5Mbit/s) và

2,048kbit/s (2Mbit/s).SDH đượ c định ngh ĩ a bở i Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu





(ETSI), đượ c sử dụng ở r ất nhiều nướ c trên thế giớ i. Nhật Bản và Bắc Mỹ cũng xâydựng các tiêu chuẩn về SDH riêng. SONET do Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa K ỳ pháttriển và đượ c ứng dụng ở Bắc Mỹ.

4.7.1. Các chuẩn SDH

Tiêu chuẩn mớ i xuất hiện lần đầu tiên là SONET do công ty Bellcore (Mỹ) đưara, đượ c chỉnh sửa nhiều lần tr ướ c khi tr ở thành tiêu chẩn SDH quốc tế. Cả SDH vàSONET đượ c giớ i thiệu r ộng rãi giữa những năm 1988 và 1992. SDH đượ c địnhngh ĩ a bở i Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI), đượ c sử dụng ở r ất nhiềunướ c trên thế giớ i. Nhật Bản và Bắc Mỹ cũng xây dựng các tiêu chuẩn về SDH riêng.SONET do Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa K ỳ phát triển và đượ c ứng dụng ở Bắc Mỹ.

Bảng dướ i đây thể hiện các tốc độ tiêu chuẩn của SDH và SONET.Mặc dùSONET và SDH đượ c đưa ra ban đầu cho truyền dẫn cáp quang, nhưng các hệ thốngSDH hiện tại vẫn tươ ng thích cao vớ i cả SDH và SONET.

Tín hiệu SONET tốc độ bit Mbt/s Tín hiệu SDH Dung lượ ngSONET

Dung lượ ng SDH

STS-1, OC-1 51,840 STM-0 28DS1,hoặc 1DS-3

21E1

STS-3, OC-3 155,520 STM-1 84DS-1, hoặc3DS-3

63E1, hoặc 1E4

STS-12, OC-12 622,080 STM-4 336DS-1,hoặc12DS-3

252E1, hoặc 4E4

STS-48, OC-48 2488,320 STM-16 1344DS-1, hoặc48DS-3

1008E1, hoặc16E4

STS-192, OC-192

9953,280 STM-64 5376DS-1, hoặc192DS-3

4032E1,hoặc 64E4

Bảng : phân cấ p đồng bộ SDH/SONET

ANSI ITU-T

Tín hiệu Tốc độ bit Số kênh Tín hiệu Tốc độ bit Số kênh

DS-0 64 Kbit/s 1 DS-0 64 Kbit/s 64 Kbit/s 1 64 Kbit/s

DS-1 1,544 Mbit/s 24 DS-0 E1 2,048 Mbit/s 1 E1

DS-2 6,312 Mbit/s 96 DS-0 E2 8,450 Mbit/s 4 E1

DS-3 44,7 Mbit/s 28 DS-1 E3 34 Mbit/s 16 E1

E4 144 Mbit/s 64 E1





Bảng phân cấ p không đồng bộ ANSI/ITU-T

4.7.2. Nguyên tắc ghép kênh

Hệ thống số đồng bộ đượ c hình thành từ các hệ thống cận đồng bộ khác nhau,các hệ thống cận đồng bộ này có thể thuộc hệ Châu Âu hoặc Bắc Mỹ. Đầu vào củacác hệ thống đồng bộ cơ sở là các luồng cận đồng bộ có tốc độ bít khác nhau, đượ cghép lại thành nhiều bướ c, mỗi bướ c lại đượ c đưa vào các bit điều khiển, quản lý và phối hợ p tốc độ. Khi đó, đầu ra đượ c một luồng đồng bộ cơ sở . Các luồng đồng bộ cơ sở đượ c nâng lên N lần thành các luồng đồng bộ cấ p N. Cấu trúc bộ ghép SDH như hình 4.12

Các chữ số trong hình này liên quan đế n các t ố c độ truyề n d ẫ n cận đồng bộ như sau:

11Tươ ng ứng vớ i 1554 Kbit/s

12 Tươ ng ứng vớ i 2048 Kbit/s






Chữ số đầu tiên đại diện cho mức phân cấ p truyền dẫn như quy định trongG702-"Tốc độ bit của các cấ p truyền dẫn số", và chữ số thứ hai đặc tr ưng cho tốc độ thấ p hơ n (1) và cao hơ n (2). Còn chữ số 4 là mức thứ 4, bằng 140 Mbit/s có trong tiêuchuẩn Châu Âu và Bắc Mỹ. Các khối có ký hiệu và chức năng sau đây:

• C-n: (n = 1-->4) là các contener: Phần tử này có kích thướ c đủ để chứa các byte tải tr ọng thuộc một trong các luồng cận đồng bộ.

• VC-n: là các contener ảo:

Contener ảo cơ sở (n = 1,2): gồm một C-n (n = 1,2) đơ n cộng thêm các

byte mang thông tin điều khiển và giám sát tuyến nối hai VC-n này vàgọi là POH.





Contener ảo bậc cao hơ n VC-n (n = 3,4): gồm một C-n (n = 3,4) đơ n vàtậ p hợ p các nhóm khối nhánh (TUG-2S) hoặc một tậ p của TU-3S cùngvớ i các byte mang thông tin điều khiển và giám sát tuyến nối hai VC-nvà đượ c gọi là POH.

Con tr ỏ đượ c sử dụng để tìm các phần khác nhau của AU và TU gọi làcontainer ảo VC. Con tr ỏ AU xác định ở VC bậc cao hơ n và con tr ỏ TU xác định ở VC bậc thấ p hơ n. Ví dụ AU-3 gồm VC-3 cộng vớ i một con tr ỏ, TU-2 gồm VC-2cộng vớ i một con tr ỏ.

Một VC là một thực thể tải chạy trên mạng đượ c tạo ra và hủy đi ở điểm k ếtcuối dịch vụ hoặc ở gần điểm đó. Các tín hiệu lưu lượ ng PDH đượ c ánh xạ tớ i cáccontainer vớ i kích thướ c phù hợ p vớ i yêu cầu băng thông, sử dụng các bit đơ n để bám tốc độ đồng hồ khi cần thiết. Các POH đượ c thêm vào sau đó cho mục đích quảnlý, tạo một VC. Phần mào đầu này đượ c bỏ đi sau khi VC bị hủy và tín hiệu gốc ban

đầu đượ c tái tạo lại. Mỗi tín hiệu PDH đượ c ánh xạ vơ i VC của nó, và các VC vớ icùng kích thướ c không đáng k ể đượ c ghép lại bằng cách chèn byte tạo thành tải SDH.

• TU-n (n = 1,2,3) là khối nhánh: gồm một VC cộng thêm một con tr ỏ khốinhánh. Con tr ỏ khối nhánh chỉ thị sự đồng bộ pha của VC-n đối vớ i POH củaVC mức cao hơ n tiế p theo. Con tr ỏ khối nhánh có vị trí cố định so vớ i POHmức cao hơ n.

• AU-3S (S = 1 hoặc 2) và AU-N (N=4): gồm một VC bậc cao cộng thêm contr ỏ khối quản lý. Con tr ỏ khối quản lý có vị trí cố định trong khung STM-1

và thể hiện quan hệ về pha của VC bậc cao hơ n4.7.3. Cấu trúc khung STM-1

Khung STM-1 bao gồm 2430 bytes và thườ ng đượ c chia làm hai vùng, tươ ngứng vớ i 9 hàng x 270 cột. Độ dài khung là 125 ms, tươ ng ứng vớ i tần số của khung là8000 Hz. Tốc độ truyền dẫn của một byte trong khung là 64 Kbit/s. Khung STM-1gồm 3 khối:

• Khối tr ọng tải Payload

• Khối con tr ỏ AU

• Khối SOH

Các byte trong khung STM-1 đượ c truyền từng hàng một và truyền từ trái sang phải, bắt đầu từ hàng thứ nhất và cột thứ nhất. Như vậy, sau 9 byte SOH (tr ừ hàng 4là 9 byte AU) là 261 byte tải tr ọng đượ c truyền xen k ẽ.

+ Phần điều khiển SOH: gồm có 8x9 byte, gồm các byte cần thiết cho dịch vụ như từ mã đồng bộ khung, các byte bổ sung để giám sát, điều khiển và quản lý.

+ Phần tr ọng tải : các tín hiệu phân nhánh, các tín hiệu POH trong khuyến nghị G.703 của CCITT từ 2 Mbit/s đến 140 Mbit/s đượ c truyền tải trong cùng tải tr ọnggồm có 9x261 byte.





+ Phần con tr ỏ: Quan hệ thờ i gian giữa tr ọng tải và khung STM-1 đượ c ghi lạinhờ con tr ỏ, ngoài ra nó còn định vị các tín hiệu phân nhánh ở trong khối tải tr ọng.Do đó, sau khi diễn giải con tr ỏ một cách thích hợ p thì có khả năng truy nhậ p tớ i từngkênh của ngườ i sử dụng độc lậ p ở bất k ỳ thờ i điểm nào, mà không cần tách luồng

STM-1. Con tr ỏ ở hàng thứ tư, cột từ 1 --> 9 gọi là con tr ỏ vùng A, còn con tr ỏ ở hàng 1-->3 và cột 11-->14 gọi là con tr ỏ vùng B. Khung STM-1 có độ dài 125ms, cótần số là 8000 Hz, như vậy đượ c truyền 8000 lần/s. Do đó, tốc độ bit của tín hiệuSTM-1 là : 8000 x 9 x 270 x 8 = 155520 kbit/s

9 B y t e ( 9 h à n g )

Hình 4.13 C ấ u trúc khung STM-1

Các mức cao hơ n STM-N của phân cấ p đồng bộ đượ c hình thành bở i cách chèn bytevào phần tải của N tín hiệu STM-1, thêm các mào đầu gấ p N lần mào đầu của STM-1và lấ p đầy vớ i dữ liệu quản lý và giá tr ị con tr ỏ phù hợ p.





Hình 4.14: cấ u trúc khung STM-4

4.7.4. Ánh xạ từ PDH lên SDH

Khuyến nghị cũng định ngh ĩ a cấu trúc ghép kênh nhờ đó tín hiệu STM-1 có thể mang một số lượ ng bit tốc độ thấ p như là tải tr ọng vì vậy cho phép tín hiệu PDHđang có đượ c mang đi thông qua mạng đồng bộ như trong hình 4.15

Hình 4.15 Ánh xạ t ừ PDH lên SDH

Tất cả các tín hiệu cận giữa 1,5Mbit/s và 140Mbit/s là phù hợ p vớ i cách mà họ có thể k ết hợ p từ dạng tín hiệu STM-1 đã đượ c định ngh ĩ a trong khuyến nghị G.709.SDH định ngh ĩ a số lượ ng “container” tươ ng ứng vớ i mỗi tốc độ cận đồng bộ. Thôngtin từ tín hiệu cận đồng bộ sẽ đượ c gắn vào các container tươ ng ứng. sau đó mỗicontainer sẽ có một số thông tin điều khiển đượ c biết đến như là mào đầu đườ ng

(POH) đượ c gắn vào nó. Container cùng vớ i POH hình thành nên container ảo (VC).





Trong mạng đồng bộ tất cả các thiết bị đều đượ c đồng bộ vớ i toàn thể đồng hồ mạng đó là một chú ý quan tr ọng. Tuy nhiên, những tr ễ liên quan tớ i liên k ết truyềnthì thờ i gian có thể khác một chút, k ết quả là vị trí của container ảo trong khung cóthể không cố định. Những thay đổi này có thể đượ c điều chỉnh bằng cách liên k ết con

tr ỏ vớ i mỗi VC con tr ỏ sẽ cho biết vị trí đầu của VC trong quan hệ của khung STM-1nó cũng có thể đượ c tăng hoặc giảm phụ thuộc vào độ cần thiết để làm thích ứng vị trí của VC.G709 định ngh ĩ a các k ết hơ p khác nhau của container ảo mà có thể sử dụng để làm đầy vùng tải tr ọng của khung STM-1. Quá trình tải container và gắn màođầu đượ c lặ p lại trong nhiều mức của SDH k ết quả là container nhỏ đượ c chứa vàocontainer lớ n hơ n, quá trình xử lý này đượ c lặ p lại cho tớ i khi kích thướ c lớ n nhất củaVC đượ c làm đầy và sau đó nó sẽ đượ c đưa vào trong tải trong của khung STM-1(giớ i thiệu trong hình 4.15)

Khi phần tải tr ọng của khung STM-1 đầy, một số byte thông tin điều khiển sẽ

đượ c thêm vào khung để tạo thành dạng “vùng mào đầu”. Mục đích của chúng làcung cấ p kênh truyền thông cho các chức năng chẳng hạn như OAM ,phươ ng tiện vàđiều chỉnh.

Khi đượ c yêu cầu tốc độ truyền lớ n hơ n 155Mbit/s trong mạng đồng bộ, nó đạtđượ c bằng cách sử dụng mô hình ghép kênh xen byte tươ ng đối đơ n giản, theo cáchnày có thể đạt đượ c tốc độ 622Mbit/s (STM-4) và 2.4Gbit/s (STM-16).

4.7.5. Lợ i ích của SDH

SDH mang lại nhều lợ i ích to lớ n cho nhà cung cấ p mạng:

• Tốc độ truyền dẫn cao: Tốc độ truyền dẫn có thể đạt tớ i 10Gbit/s, do đó phùhợ p vớ i các mạng đườ ng tr ục, mạng lõi.

• Chức năng xen/r ẽ kênh đơ n giản: so vớ i PDH, SDH dễ dàng chèn các luồngtốc độ thấ p vào luồng tốc độ cao, và cũng như lấy các luồng tốc đọ thấ p hơ nra khỏi các luồng tốc đọ cao hơ n.

• Khả năng đáp ứng cao và dung lượ ng phù hợ p: vớ i SDH, nhà cung cấ p dễ dàng và nhanh chóng đáp ứng yêu cầu của khách hàng. Các phần tử mạngđượ c quản lý và điều khiẻn từ trung tâm, sử dụng hệ thống TNM.

• Độ tin cậy cao: mạng SDH hiện đại có nhiều cơ chế bảo vệ và dự phòngkhác nhau. Lỗi một phần tử trong mạng không thể gây lỗi toàn bộ hệ thống.

• Làm nền tảng của nhiều dịch vụ tươ ng lai: Ngay bây giờ , mạng SDH đã lànền tảng cho các dịch vụ POTS, ISDN, di động...Nó cũng dề dàng đáp ứngđượ c các dịch vụ video theo yêu cầu, truyền hình số quảng bá...

• K ết nối dễ dàng vớ i các hệ thống khác: Giao diện SDH đượ c tiêu chuẩn hóatoàn cầu, có thể k ết hợ p nhiều phần tử khác nhau trong cùng một mạng vàtươ ng tác vớ i các mạng khác dễ dàng.

Sắ p tớ i, công nghệ ghép kênh phân chia theo bướ c sóng DWDM sẵn sàng đượ csử dụng thay thế cho SDH. Công nghệ này có thể truyền nhiều bướ c sóng trong cùng





sợ i quang đơ n mode. Hiện tại có thể truyền 16 bướ c sóng, từ 1520nm đến 1580nm,do đó tốc độ truyền dẫn có thể đạt tớ i 40Gbit/s và cao hơ n nữa trên một sợ i quang.Do đó, có thể nói r ằng DWDM là công nghệ truyền dẫn quang của tươ ng lai.

4.7.6. Mạng quang đồng bộ

Tại bắc mỹ ANSI công bố chuẩn SONET mà đượ c phát triển trong cùngkhoảng thờ i gian sử dụng cùng nguyên tắc như SDH và có thể coi như một nhóm củachuẩn SDH trên toàn thế giớ i, tuy nhiên cũng có một vài khác biệt khối cơ bản trongSONET là tín hiệu truyền dẫn đồng bộ mức 1(STS-1) mà nhỏ hơ n ba lần STM-1trong điều kiện tốc độ bit và kích thướ c khung nó có cùng tốc độ bit 51,840Mbit/svớ i sóng mang quang mức 1(OC-1). Khung STS-1 bao gồm 9*90 byte vớ i khoảngthờ i gian của khung là 125 micro giây trong đó 3 cột đượ c sử dụng như là mào đầutruyền dẫn và 87 cột như tải tr ọng STS-1 đượ c gọi là bao thư dung lượ ng

4.7.7. SDH qua mạng vệ tinh-mô hình intelsat

Các chuẩn ITU-T và ITU-R cùng vớ i intelsat đã kí k ết phát triển một loạt cáccấu hình mạng SDH tươ ng thích vớ i vệ tinh hình thành nên phần của liên k ết truyềndẫn. Nhóm nghiên cứu số 4 ITU-R chịu trách nhiệm nghiên cứu tính ứng dụng củacác khuyến nghị của ITU-R tớ i mạng truyền dẫn vệ tinh.SDH không đượ c thiết k ế cho truyền dẫn các tín hiệu ở tốc độ cơ bản bở i vì sẽ gặ p phải một thách thức lớ n để thực hiện và vận hành một hệ thống mạng vệ tinh tại tốc độ bit 155.520Kbit/s, cáccấu hình mạng khác sẽ đượ c nghiên cứu để cho phép các thành phần SDH liên quanhoạt động đượ c tại tốc độ bit thấ p bất k ỳ khi nào cần để truyền tín hiệu SDH thông

qua mạng vệ tinh những cấu hình này đượ c gọi tắt là các “mô hình” Những mô hình sau định ngh ĩ a các lựa chọn khác nhau để hỗ tr ợ SDH thôngqua vệ tinh, đượ c tóm tắt như sau:

• Truyền dẫn đầy đủ STM-1 (điểm-điểm) thông qua bộ phát đáp chuẩn70MHz, điều này yêu cầu phải có 1 bộ điều chế để chuyển đổi tín hiệu số STM-1 thành dạng tín hiệu tươ ng tự đề truyền thông qua bộ phát đáp chuẩn70Mhz.

• Liên k ết vệ tinh IDR PDH tốc độ bit cao thì thườ ng đượ c sử dụng cho khôi

phục cáp ngầm (mặc dù đôi khi có một số ngoại lệ) nhưng để phát triển hoànthiện lên thành một hệ thống vệ tinh dành cho cáp SDH dung lượ ng cao thìkhông đượ c coi là có hiệu quả kinh tế cho việc sử dụng tài nguyên vệ tinh.

• Giảm tốc độ của STM(STM-R) đườ ng lên vớ i STM-1 đườ ng xuống (điểmtớ i đa điểm) mô hình này đề nghị một hệ thống đa đích và những yêu cầutrên những bảng xử lý của SDH tuy nhiên thuận lợ i là bộ phát đáp sử dụnglinh hoạt cho vận hành mạng bằng cách sử dụng hệ thống . Hầu hết các nhàđiều hành mạng thông thườ ng không thích cách tiế p cận này vì lý do đặc tínhvà độ tin cậy. Cách tiế p cận này có thể ngăn chặn sự thay thế sử dụng các bộ

phát đáp trong tươ ng lai và thêm vào đó phức tạ p hơ n nữa là khả năng làmgiảm độ tin cậy và thờ i gian sống của vệ tinh và tăng chi phí ban đầu của nó.





Tốc độ dữ liệu trung bình mở r ộng. Phươ ng pháp này đượ c ủng hộ nhiều hơ n bở i số lưọng chữ ký lớ n hơ n từ đó nó vẫn giữ đượ c tính linh hoạt vốn có của hệ thốngvệ tinh (đượ c coi như là một lợ i thế lớ n đối vớ i hệ thống cáp) và nó sẽ yêu cầu thayđổi từ hệ thống vệ tinh và tr ạm mặt đất r ất ít, ngoài ra SDH vẫn giữ đượ c lợ i thế về

quản lý bao gồm giám sát hoạt động đườ ng truyền end-to-end, nhãn tín hiệu và các phần khác của mào đầu.

Công việc phát triển đã chú tr ọng vào việc xác định khía cạnh nào của kênhtruyền thông dữ liệu mà cũng có thể đượ c mang đi vớ i IDR. Từ khi tốc độ bit IDR cókhả năng hỗ tr ợ một khoảng tín hiệu PDH tại tốc độ bit thấ p hơ n nhiều STM-1, nó cóthể đượ c triển khai vớ i sự sắ p xế p lại một cách tối thiểu sơ đồ thu phát băng thôngvớ i khả năng tr ộn PDH và SDH tươ ng thích vớ i sóng mang IDR.

Công việc phát triển đã tiến hành để điều chỉnh các bộ điều chế IDR đang có để tươ ng thích vớ i SDH có tốc độ bit thấ p hơ n là việc phải tốn kém cho việc phát triển

bộ giải điều chế mớ i (ví dụ cho các tuỳ chọn STM-1 và STM-R) lựa chọn này sẽ đượ c sử dụng r ộng rãi trong vận hành mạng lướ i vệ tinh hiện nay.

Liên k ết IDR PDH vớ i SDH để chuyển đổi PDH tại tr ạm mặt đất đây chính làmột lựa chọn đơ n giản nhất cho tất cả các nhà điều hành tươ ng thích vớ i bất k ỳ SDHnào. Tuy nhiên tất cả các thuận lợ i của SDH đang mất đi thêm vào đó vớ i chi phí phátsinh trong việc đầu tư các thiết bịt chuyển đổi SDH thành PDH. Trong những ngàyđầu của việc triển khai SDH, nó có thể chỉ có một vài phươ ng pháp tuy nhiên vớ i tốcđộ phát triển của những k ỹ thuật mớ i tất cả các thiết bị chuyển đổi tr ở nên lỗi thờ imột cách nhanh chóng

4.8. M ạng tích hợ p số đ a d ị ch vụ (ISDN)

Mạng tích hợ p số đa dịch vụ ISDN bao gồm một loạt các khuyến nghị của ITU-T cho các thuê bao dịch vụ, dịch vụ ngườ i dùng/mạng lướ i khả năng liên k ết mạng để đảm bảo mức độ tươ ng thích quốc tế. ISDN là một cố gắng của ITU-T vớ i các chuẩnđể tích hợ p mạng thoại và dữ liệu cho một loạt các dịch vụ r ộng khắ p vớ i k ết nối trêntoàn thế giớ i.

Các chuẩn ISDN giải thích một loạt các khái niệm và các nguyên tắc liên quan.Họ cũng mô tả chi tiết khía cạnh dịch vụ và mạng của ISDN bao gồm cả khả năng

dịch vụ, về mặt tổng thể mạng lướ i và chức năng giao diện ngườ i dùng mạng (UNI)và giao diện liên mạng vớ i hàng loạt lớ n các giao thức lớ n

4.8.1. Giao diện tốc độ cơ bản

Giao diện tốc độ cơ bản đượ c xác định trong khuyến nghị L.430 của ITU-T.Khuyến nghị này định ngh ĩ a truyền thông ISDN giữa các thiết bị đầu cuối . BRI baogồm 2 kênh: kênh B mỗi kênh tốc độ 64Kbit/s và kênh D tốc độ 16Bkit/s (2B+D)

Kênh B là kênh ngườ i dùng cơ bản và có thể phục vụ toàn bộ các loại lưulượ ng bao gồm thoại k ỹ thuật số, dữ liệu và hình ảnh chậm trong chế độ chuyển mạch

gói hay chuyển mạch mạch





Kênh D chủ yếu đượ c dùng cho báo hiệu đượ c yêu cầu điều khiển kênh Bnhưng cũng có thể dùng cho thông điệ p định hướ ng gói dữ liệu như trong hình 4.16.Kênh B sẽ đượ c định tuyến tớ i các điểm dịch vụ lựa chọn vớ i báo hiệu (thông tin S),đo từ xa (thông tin t) và chuyển mạch gói dữ liệu tốc độ thấ p ( thông tin P)

>64Kbit/sChuyển mạch/không

chuyển mạch

64Kbit/sChuyển mạch/không

chuyển mạch

Chuyển mạch gói

Báo hiệu kênh chung

LELE TETE

Báo hiệu ngườ idùng mạng

Báo hiệu ngườ idùng-ngườ i dùng

Hình 4.16 Đặ c đ iể m cấ u trúc cơ bản của ISDN

Thành phần ISDN bao gồm :thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị thích ứng đầu cuối(TA), thiết bị k ết cuối mạng (NT), thiết bị k ết cuối đườ ng dây (LE) , thiết bị đầu cuốitổng đài. Tốc độ truy nhậ p cơ bản có thể sử dụng cấu hình điểm-điểm hoặc điểm tớ iđa điểm giữa các LE và TE

Số lượ ng điểm tham chiếu đượ c xác định trong ISDN. Những điểm tham chiếunày định ngh ĩ a giao diện logic các nhóm chức năng chẳng hạn TAs và NT1s. Điểmtham chiếu ISDN bao gồm R (điểm tham chiếu giữa thiết bị phi ISDN và TA), S(điểm tham chiếu giữa đầu cuối ngườ i dùng và NT2), T( điểm tham chiếu giữa thiết bị NT1 và NT2), U (điểm tham chiếu giữa thiết bị NT1 và thiết bị k ết cuối đườ ngtruyền). Điểm tham chiếu U chỉ có thể phù hợ p tại bắc mỹ nơ i mà các nhà cung cấ pcác dịch vụ mạng không cung cấ p chức năng NT1 Hình 4.17 trình bày các điểm thamchiếu và các nhóm chức năng của ISDN. Có 3 thiết bị đượ c gia tăng để chuyển mạchISDN tại văn phòng trung tâm, 2 trong số thiết bị đó là tươ ng thích ISDN mà họ cóthể kèm theo thông qua điểm tham chiếu S tớ i thiết bị NT2 . Thiết bị thứ 3( điện thoạichuẩn phi ISDN) thì đượ c kèm theo thông qua điểm tham chiếu R tớ i TA. Bất k ỳ mộtthiết bị nào trong các thiết bị đó cũng có thể đượ c kèm theo thiết bị NT1/2 mà có thể thay thế cả NT1 và NT2.





Hình 4.17 đ iể m tham chiế u và nhóm chứ c nă ng ISDN bă ng hẹ p (N-ISDN)

Tại bắc mỹ NT1 là thiết bị tài sản khách hàng (CPE) , NT2 là loại thiết bị phứctạ p hơ n đượ c tìm thấy trong tổng đài nhánh riêng k ỹ thuật số mà hoạt động ở giaothức lớ p 2 và 3 và các dịch vụ tậ p trung. Thiết bị NT1/2 cũng tồn tại nó là một thiết bị đơ n mà k ết hợ p chức năng của NT1 và NT2

4.8.2. Giao diện tốc độ sơ cấ p

Giao diện tốc độ sơ cấ p PRI đượ c định ngh ĩ a bở i giao thức lớ p vật lý và bở inhững giao thức cao hơ n bao gồm LAPD. Nó có đầy đủ nối tiế p điểm-điểm songcông,cấu hình đồng bộ. Khuyến nghị G703,G704 của ITU-T định ngh ĩ a giao diệnđiện và dạng khung có 2 giao diện khác nhau:

• Bắc Mỹ T1(1.544Mbit/s) ghép 24 kênh B. Một khung PRI có 193bit trong đó192 bit bằng 24*8bit dành cho ngườ i dùng.

• Châu Âu E1(2.048Mbit/s) ghép 32 kênh B một khung PRI có 256 bit bằng32*8bit bao gồm 240bit 30*8 bit dùng cho lưu lượ ng ,8 bit dùng cho địnhkhung và đồng bộ ,8 bit dùng cho báo hiệu và điều khiển.

4.8.3. Lớ p vật lý ISDN (lớ p 1)

Lớ p vật lý ISDN cung cấ p khả năng truyền dẫn cho kênh B và kênh D dướ idạng chuỗi bit đượ c mã hoá vớ i chức năng định thờ i và đồng bộ. Nó cũng cung cấ pkhả năng báo hiệu cho phép các thiết bị đầu cuối và thiết bị mạng truy nhậ p đến tàinguyên kênh D và sử dụng kênh D để điều khiển kênh B.

Lớ p vật lý ISDN(lớ p 1) có định dạng khung khác nhau tuỳ thuộc vào khung làvào (từ đầu cuối vào mạng) hay ra (từ mạng tớ i các đầu cuối) như trong hình 4.19

Các khung có độ dài 48bit trong đó có 36 bit là dữ liệu. Bit F cung cấ p chứcnăng đồng bộ ,bit L điều chỉnh giá tr ị trung bình bit , bit E đượ c dùng để giải quyếttranh chấ p khi một số đầu cuối trên đườ ng bus thụ động tranh chấ p kênh, bit A kíchhoạt thiết bị, bit S chưa đượ c gán. Bit B1,B2,D đượ c sử dụng cho kênh B và kênh D.Thiết bị ngườ i dùng đa ISDN có thể đượ c gắn theo luật tự nhiên vào một mạch, trongcấu hình này sự va chạm có thể xuất hiện nếu 2 thiết bị đầu cuối truyền đồng thờ i, do

đó ISDN cung cấ p tính năng xác định liên k ết tranh chấ p. Khi NT nhận bit D từ TE





nó phản hồi nó ngượ c lại trong vị trí bit E k ế tiế p ,TE sẽ chờ bit E k ế tiế p tươ ng tự như nó truyền bit D lần cuối.

Thiết bị đầu cuối có thể không truyền trong kênh D tr ừ khi chúng đầu tiên kiểmtra số lượ ng bit “1” (biểu thị không tín hiệu) tươ ng ứng vớ i độ ưu tiên đượ c thiết lậ p

tr ướ c, nếu TE kiểm tra bit trong kênh phản hồi E mà nó khác bit D quá trình truyền sẽ bị dừng ngay lậ p tức, k ỹ thuật đơ n giản này chắc chắn một điều r ằng chỉ có một thiết bị đầu cuối truyền tại một thờ i điểm.

Sau khi truyền thành công bản tin D, mức độ ưu tiên của thiết bị đầu cuối bị giảm đi do nó đòi hỏi kiểm tra thêm bit “1” trong hàng tr ướ c khi truyền .Thiết bị đầucuối có thể ko cần tăng mức độ ưu tiên của nó tr ừ khi tất cả các thiết bị trên cùngđườ ng truyền đều có cơ hội để truyền bản tin D. K ết nối điện thoại có mức độ ưu tiêncao hơ n tất cả các dịch vụ khác và thông tin báo hiệu có độ ưu tiên cao hơ n thông tinkhông báo hiệu.

A F

A F

Hình 4.18 Định d ạng khung t ại đ iể m tham chiế u T và S

4.8.4. Lớ p liên k ết ISDN (lớ p 2)

Lớ p 2 của giao thức báo hiệu là thủ tục liên k ết truy nhậ p kênh D(LAP-D) nódựa trên hệ thống LAP-B đượ c sử dụng trong X-25. LAP-D tươ ng tự như điều khiểnliên k ết dữ liệu mức cao (HDLC) và thủ tục truy nhậ p tuyến cân bằng (LAP-B). LAP-D như tên viết tắt của nó đượ c sử dụng trên kênh D để đảm bào điều khiển và luồngthông tin báo hiệu đượ c nhận một cách chính xác. Định dạng khung LAP-D trình bàynhư hình 4.19. Giống như HDLC nó đượ c sử dụng cho khung giám sát, thông tin vàkhông đánh số. Giao thức LAP-D đượ c xác định chính thức trong ITU-T Q920 vàQ921 cho báo hiệu ,tr ườ ng cờ và tr ườ ng điều khiển trong LAP-D thì giống nhau vớ iHDLC,tr ườ ng địa chỉ trong LAP-D có thể một byte hoặc 2 byte, nếu bit địa chỉ mở

r ộng của byte đầu tiên đượ c thiết lậ p thì địa chỉ có chiều dài là một byte, nếu khôngthì tr ườ ng địa chỉ là 2 byte. Byte đầu tiên của tr ườ ng địa chỉ chứa bộ nhận dạng điểm





truy nhậ p dịch vụ (SAPI) vớ i cổng nhận dạng tại dịch vụ LAP-D đượ c cung cấ p tạilớ p 3. C/R cho biết khung có chứa yêu cầu hoặc đáp ứng hay không. Bộ nhận dạngdiểm cuối thiết bị đầu cuối(TEI) xác định một hay nhiều thiết bị đầu cuối. TEI tất cả là “1” cho biết là quảng bá (broadcast).

01111110

Địa chỉ octet 1

Địa chỉ octet 2

Điều khiển octet 1

Điều khiển octet 2

Lớ p 3Thông tin

Khung tổng kiểm tra 1

Khung tổng kiểm tra 1

01111110

SAPI

TEI

C/R EA0

EA1

1

1

1

1

1

2

1

Cờ

Cờ

SAPI: phần tử nhận dạng điểm truy nhậ p dịch vụ TEI: bộ nhận dạng điểm cuối của thiết bị đầu cuối.

EA0/EA1 : địa chỉ bit mở r ộng

C/R : đáp ứng lệnh

biến

Hình 4.19 C ấ u trúc khung LAP-D (l ớ p 2)

4.8.5. Lớ p mạng ISDN (lớ p 3)

Lớ p 3 đượ c xác định dùng cho báo hiệu ISDN : ITU-T I450 (cũng đượ c biếtnhư ITU-T Q930 và ITU-T I451 (đượ c biết như là ITU-T Q931) những giao thức nàyhỗ tr ợ ngườ i dùng tớ i ngườ i dùng, k ết nối chuyển mạch gói và chuyển mạch mạch.Sự đa dạng của thiết lậ p, k ết thúc cuộc gọi, thông tin và các bản tin hỗn hợ p theo lý

thuyết thì bao gồm : setup, connect, release, user information, cancel, status vàdisconnect.

Những bản tin này có chức năng tươ ng tự như đượ c cung cấ p trong giao thứcX25. Hình 4.20 chỉ ra các giai đoạn điển hình của cuộc gọi chuyển mạch mạch ISDN.





Hình 4.20 Minh hoạ báo hiệu l ớ p 3 ISDN

4.9. ISDN qua mạng vệ tinh

Do mạng vệ tinh có sẵn nên dễ dàng sử dụng mạng vệ tinh để mở r ộng mạng

ISDN trên phạm vi toàn thế giớ i.Mặc dù mạng vệ tinh không có giớ i hạn trong việc sử dụng bất k ỳ hệ thống

truyền dẫn đặc tr ưng nào điều quan tr ọng là từ k ỹ thuật vô tuyến vệ tinh phải xem xétlàm thế nào để các hệ thống truyền dẫn vệ tinh từ hệ thống truyền thống có thể hỗ tr ợ ISDN, hiệu suất lỗi truyền dẫn vệ tinh ảnh hưở ng tớ i ISDN và làm thế nào truyền tr ễ thông qua liên k ết vệ tinh tác động tớ i sự hoạt động của ISDN.

Chức năng của ITU-R SG4 là xác định các yêu cầu liên quan đến điều kiện vàhiệu suất cho các liên k ết vệ tinh để truyền các kênh ISDN và chuyển đổi các chuẩn

ITU trong điều kiện mà có ý ngh ĩ a đối vớ i vệ tinh trong tổng thể k ết nối ISDN.4.9.1. K ết nối chuẩn giả định ISDN ITU-T (IRX)

k ết nối chuẩn giả định ISDN (IRX) đượ c định ngh ĩ a trong khuyến nghị ITU-TG.821. Nó đượ c dùng để xác định các yêu cầu về hiệu quả hoạt động của phần truyềndẫn chính trong tổng thể k ết nối end-to-end. Khoảng cách điểm tham chiếu của tổngthể k ết nối end-to-end là 27500Km mà có khả năng k ết nối dài nhất dọc theo bề mặttrái đất giữa các thuê bao (tại điểm tham chiếu T).

Ba phân đoạn cơ bản đượ c xác định vớ i khoảng cách mà đượ c dự tính sẽ tr ở thành khoảng cách tiêu biểu của một phần trong k ết nối tổng thể end-to-end trong bốicảnh IRX, mà đượ c phân bố cho phép giảm hiệu suất của phân đoạn từ 30%, 30% và





40% tớ i mức thấ p,trung bình và mức cao. 30% của phân đoạn cấ p thấ p đượ c chia sẻ bở i 2 mặt của k ết nối từ đầu cuối ngườ i dùng tớ i tổng đài nội bộ

Tươ ng tự có 2 phân đoạn mức trung bình từ tổng đài nội bộ tớ i tổng đài quốc tế chia sẻ 30% . Liên k ết vệ tinh của dịch vụ vệ tinh cố định tươ ng đươ ng vớ i một nửa

của phân đoạn cấ p cao là 20% nếu sử dụng trong k ết nối ISDN end-to-end.Trong điều kiện khoảng cách phân đoạn cấ p cao có giá tr ị 12500Km, phân

đoạn thấ p và trung bình trong một mặt của k ết nối có giá tr ị 1250Km và mặt khác1250Km. Liên k ết vệ tinh có giá tr ị 12500Km nếu sử dụng cho k ết nối ISDN end-to-end.

4.9.2. Đườ ng truyền số chuẩn giả định ITU-R cho vệ tinh

ITU-R định ngh ĩ a đườ ng truyền số chuẩn giả định trong ITU-R S.521 để nghiên cứu sử dụng liên k ết vệ tinh cố định trong phần của ISDN HRX định ngh ĩ a

bở i ITU-T như trong hình 4.21 và 4.22 HRDP sẽ bao gồm liên k ết trái đất-vệ tinh-tráiđất có thể liên k ết một vệ tinh hay nhiều vệ tinh trong vùng không gian và giao diệnvớ i mạng mặt đất thích hợ p tớ i HRDP.

Hình 4.21 Đườ ng truyề n số giả định chuẩ n

Hình 4.22 HRDP trong ITU-T IRX t ại t ố c độ 64Kbit/s

HRDP sẽ điều tiết các loại truy nhậ p khác nhau như đơ n kênh hoặc TDMA và

cho phép sử dụng các k ỹ thuật như là nội suy tiếng nói k ỹ thuật số (DSI) hoặc là mã





hoá tốc độ thấ p (LRE) trong các thiết bị ghép kênh số, thêm vào đó tr ạm mặt đất sẽ bao gồm các thiết bị để bù cho các tác động của truyền dẫn liên k ết vệ tinh trong cácthờ i gian biến đổi do chuyển động của vệ tinh mà có ý ngh ĩ a đặc biệt trong truyềndẫn số trong miền thờ i gian như là PDH.

ITUR HRDP sử dụng 12500Km từ IRX để phát triển hiệu quả và mục đích sẵncó, khoảng cách đượ c xác định bằng cách dựa vào các tính toán cấu hình mạng vệ tinh khác nhau vớ i tối đa số hop đơ n bao phủ tươ ng đươ ng trái đất khoảng cáchkhoảng 16000Km. Do đó trong hầu hết các tr ườ ng hợ p của vệ tinh đượ c sử dụngtrong phân vùng quốc tế của k ết nối vớ i 2 điểm đích thườ ng ít hơ n 1000Km từ ngườ idùng . Trong thực tế điểm đích mạng lướ i vệ tinh nên đượ c thiết k ế gần nhất có thể tớ i đầu cuối ngườ i dùng

4.9.3. Mục tiêu hiệu quả

Mạng vệ tinh hỗ tr ợ ISDH nên cho phép k ết nối end-to-end để đáp ứng các mụctiêu hiệu quả đượ c xác định bở i ITU-T. ITU-R đã phát triển các khuyến nghị cho vệ tinh để đạt đượ c mục tiêu hiệu quả trong k ết nối end-to-end:

• ITU-R S.614 về mục tiêu chất lượ ng đối vớ i mạch ISDN 64Kbit/s cho cácđặc điểm liên quan tớ i ITU-T G.821 (xem bảng 4.1 và 4.2).

• ITU-R S.1062 về hiệu suất lỗi đối vớ i hoạt động HDRP tại hoặc trên tốc độ cơ bản cho các đặc điểm liên quan tớ i ITU-T G.826 (xem bảng 4.3).

Các điều kiện đo Tỷ lệ lỗi bit điện thoại số Tỷ lệ lỗi bit ISDN

64Kbit/s20% của một tháng

(Giá tr ị trung bình 10 phút)

10-6 -

10% của một tháng(Giá tr ị trung bình 10

phút)- 10-7

2% của một tháng(Giá tr ị trung bình 10

phút)- 10-7

0.3% của một tháng(Giá tr ị trung bình 1 phút)

10-3 -

0.05% của một tháng(Giá tr ị trung bình 1 giây)

10-4 -

0.03% của một tháng(Giá tr ị trung bình 1 giây)

- 10-3

Bảng 4.1 Chỉ tiêu chất lượ ng cho điện thoại k ỹ thuật số và ISDN 64Kbit/s





Phân loại hiệu suất Định ngh ĩ a chỉ tiêu end-to-endCác chỉ tiêu HRDP

vệ tinh

Giây suy giảmkhoảng cách giữacác phút vớ iBER>10-6 (nhiều

hơ n 4lỗi/phút)

<10% <2%

Giây bị lỗi nghiêmtr ọng

khoảng cách giữacác phút vớ iBER>10-3

<0.2% <0.03%

Giây bị lỗikhoảng cách giữacác phút vớ i một

hoặc nhiều lỗi<8% <1.6%

Bảng 4.2 Chỉ tiêu hiệu suất lỗi tổng thể end-to-end và HRDP vệ tinh cho các k ết nốiISDN quốc tế

4.9.4. Mô hình nối mạng vệ tinh vớ i mạng ISDN

Nối liền mạng vệ tinh tớ i ISDN nên có khả năng hỗ tr ợ tất cả các dịch vụ ISDN.Như mạng vệ tinh tối thiểu cần hỗ tr ợ chế độ mạch ISDN mang dịch vụ mà đòihỏi phải có đủ khả năng cho các kênh khác nhau từ 64Kbit/s cho tớ i 1920Kbit/s cộngthêm là kênh D 16Kbit/s hoặc là 64Kbit/s. Ngoài ra nếu mạng vệ tinh đượ c dùng chotruyền thông dữ liệu thì cũng hợ p lý để hỗ tr ợ chế độ gói ISDN mang dịch vụ.Mạng

vệ tinh sẽ có thể hỗ tr ợ một số dịch vụ bổ sung như là địa chỉ phụ, quay số tr ực tiế p,số nhiều thuê bao và nhóm thân thiết.

Mạng vệ tinh thì thườ ng đượ c xem như là một phần của k ết nối mạng ngườ idùng tớ i ISDN thông qua đầu cuối mạng NT2. Hình 4.23 minh hoạ một node phân phối mạng lướ i ISDN khách hàng. ISDN có thể tham khảo tại điểm tham chiếu giaodiện tốc độ cơ bản hay sơ cấ p T thông qua đầu cuối mạng NT1. NT2 tạo thành một phần của mạng khách hàng thườ ng sử dụng hệ thống VSAT. NT2 có thể đượ c xemnhư là nút của phân phối PABX, trong khi giao diện S tiêu chuẩn đại diện cho giaodiện giữa thiết bị đầu cuối PABX. Hình 4.24 minh hoạ đa nút phân phối mạng ISDN

khách hàng.vệ tinh đượ c sử dụng để k ết nối một vài mạng riêng ISDN(nút) vớ i mỗi nút là

một tr ạm mặt đất, đầu cuối mạng NT1 và một vài đầu cuối ngườ i dùng . Trong cả haimô hình mạng riêng ISDN(nút) đượ c k ết nối tớ i mạng ISDN công cộng thông quaHub . Trong tr ườ ng hợ p của VSAT các đầu cuối có thể truyền thông vớ i nhau thôngqua Hub nếu nó có cấu hình là hình sao và truyền thông tr ực tiế p vớ i nhau nếu nó cócấu hình lướ i.





Hình 4.23 M ạng ISDN khách hàng đượ c phân phố i đơ n nút

Hình 4.24 M ạng ISDN khách hàng đượ c phân phố i đ a nút





CHƯƠ NG 5. GIAO THỨ C INTERNET(IP) QUA MẠNG VỆ TINH

5.1. Các đ i ể m nhìn khác nhau của liên k ế t mạng vệ tinh

Tươ ng tự như mạng mặt đất, mạng vệ tinh làm cho mạng internet ngày càng giatăng lưu lượ ng .Bây giờ nó còn đượ c ứng dụng trong mạng lướ i điện thoại. Hiện naymạng lướ i internet chủ yếu đượ c cung cấ p bở i các ứng dung và dịch vu internet cổ điển ví dụ như là www, FTP và emails. Mạng lướ i vệ tinh chỉ cần hỗ tr ợ những tiệních của mạng internet cổ điển để có thể cung cấ p chất lượ ng truyền thông tốt nhất

Sự k ết hợ p của viễn thông và internet là tiền đề để phát triển của công nghệ đàm thoại qua IP (VoiIP) hội nghị và các dịch vụ quảng cáo qua IP. Vì vậy các gói IPđượ c kì vọng là sẽ ứng dụng r ộng rãi hơ n trong các giai đoạn của dịch vụ và ứngdụng thông qua mạng vệ tinh, muốn làm đượ c điều này thì đòi hỏi chất lượ ng củadịch vụ (QoS) từ mạng IP

r ất nhiều những nghiên cứu và phát triển đã đượ c ứng dụng vào mạng vệ tinhđể hỗ tr ợ đa truyền thông thờ i gian thực kiểu mớ i và đa ứng dụng yêu cầu QoS. IPđượ c thiết k ế để không phụ thuộc vào bất k ỳ công nghệ mạng nào vì thế nó có thể đượ c điều chỉnh cho phủ hợ p vớ i tất cả công nghệ mạng sẵn có. Đối vớ i mạng vệ tinh, thì chúng ta có 3 công nghệ mạng vệ tinh liên quan đến IP vệ tinh đó là :

• Satellite telecommunication networks (mạng truyền thông vệ tinh):đã cung

cấ p các dịch vụ vệ tinh(như là thoại, Fax, Dữ liệu…) trong nhiều năm qua vàcũng cung cấ p truy cậ p internet và k ết nối mạng con internet bằng cách sử dụng liên k ết điểm diểm.

• Khái niệm mạng môi tr ườ ng chia sẻ gói vệ tinh dựa trên đầu cuối khẩu độ r ấtnhỏ hỗ tr ợ các loại giao tác của dịch vụ dữ liệu trong nhiều năm và nó cũng phù hợ p vớ i hỗ tr ợ IP.

• Truyền hình quảng bá k ỹ thuật số (DVB) IP qua DVB thông qua vệ tinh cótiềm năng cung cấ p truy nhậ p băng thông r ộng trên vùng r ộng lớ n. DVB –S

cung cấ p dịch vụ quảng bá một chiều đầu cưối ngườ i dùng có thể chỉ nhậnnhận dữ liệu thông qua vệ tinh. Đối vớ i các dịch vụ internet liên k ết đượ ccung cấ p ngượ c lại bằng cách sử dụng các liên k ết quay số thông qua cácmạng truyền thông .DVB-RCS cung cấ p các liên k ết ngượ c lại thông qua vệ tinh để các đầu cuối ngườ i dùng có thể truy nhậ p internet thông qua vệ tinh.Điều này loại bỏ tất cả các khó khăn do các liên k ết ngượ c thông qua mạngtruyền thông trái đất vì vậy cho phép đầu cuối ngườ i dùng linh hoạt hơ n vàdi động hơ n.





5.1.1. Điểm nhìn giao thức chính của mạng IP vệ tinh

Điểm nhìn giao thức trung tâm của mạng vệ tinh IP nhấn mạnh giao thức ngănxế p và giao thức chức năng trong phạm vi mô hình tham chiếu. Hình 5.1 minh hoạ mối liên quan giữa IP và các k ỹ thuật mạng khác IP cung cấ p một mạng lướ i đồng bộ

xoá đi các khác biệt giữa các k ỹ thuật khác nhau, các mạng khác nhau có thể truyềncác gói IP vớ i nhiều cách thức khác nhau.

Mạng vệ tinh bao gồm các mạng k ết nối định hướ ng, mạng môi tr ườ ng chia sẻ điểm tớ i đa điểm phi k ết nối, mạng quảng bá cho truyền thông điểm-điểm và truyềnthông điểm-đa điểm. Mạng trái đất bao gồm LAN,MAN,WAN, quay số, các mạngmạch và mạng gói. Mạng LAN thườ ng dựa trên môi tr ườ ng chia sẻ và mạng WANdựa trên k ết nối điểm-điểm.

Hình 5.1 M ố i quan hệ giữ a IP và các k ỹ thuật mạng khác nhau

5.1.2. Điểm nhìn vệ tinh trung tâm của mạng mặt đất và internet

Điểm nhìn vệ tinh trung tâm nhấn mạnh bản thân mạng vệ tinh,ví dụ vệ tinh(GEO hoặc phi GEO) đượ c xem như là cơ sở hạ tầng cố định và tất cả các cơ sở hạ tầng mặt đất đượ c xem như liên quan đến vệ tinh. Hình 5.2 mô tả điểm nhìn trungtâm vệ tinh của mạng mặt đất. Hình 5.3 chỉ ra sơ đồ điểm nhìn từ trung tâm trái đất

tớ i trung tâm vệ tinh điểm nhìn của trái đất và vệ tinh LEO( GG OOO = là vectơ từ Otớ i vị trí của vệ tinh GEO OG và Gr r = là quỹ đạo GEO vớ i bán kính R G ) mà quỹ đạo

mặt trái đất và vệ tinh có thể đượ c biểu diễn như sau:

( )( ) E G

G

G R R R

Or −

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛ −

−= 1

2

22

γ

Trong đó R E là bán kính của trái đất và:





( )( ) LG

G

G R R R

Or −

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛ −

−= 1

2

22

γ

Trong đó R L là bán kính của quỹ đạo vệ tinh LEO

Để hỗ tr ợ mạng IP, mạng vệ tinh phải hỗ tr ợ khung dữ liệu để mang các gói IPqua k ỹ thuật mạng. Định tuyến mang các gói IP từ khung của một loại mạng và mở gói gói IP tại khung của loại mạng khác để làm cho phù hợ p vớ i quá trình truyềntrong các k ỹ thuật mạng.





Hình 5.2 Điể m nhìn trung tâm vệ tinh của mạng trái đấ t

( )( ) E G

G

G R R R

Or −

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ −

−= 1

2

2

2

γ

( )( )

LG

G

G R R R

Or −

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ −

−= 1

2

22

γ

GO

E R

L R

G R

L Rr =

E Rr =

Hình 5.3 Ánh xạ đ iể m nhìn t ừ trung tâm trái đấ t t ớ i đ iể m nhìn trung tâm GEO

5.1.3. Điểm nhìn trung tâm mạng của mạng vệ tinh

Hệ thống và k ỹ thuật mạng vệ tinh tậ p trung vào 2 mặt:vùng không gian vàvùng mặt đất . Trong vùng không gian (tải trong truyền thông vệ tinh) nhiều loại k ỹ thuật có thể đượ c sử dụng bao gồm bộ phát đáp trong suốt(ống cong), xử lý onboard,chuyển mạch mạch onboard, chuyển mạch gói onboard (cũng có thể chuyển mạch

ATM), chuyển mạch DVB-S và DVB-RCS hoặc định tuyến IP.





Tổng quan trung tâm mạng của hệ thống vệ tinh nhấn mạnh đến chức năngmạng hơ n là k ỹ thuật vệ tinh, tuy nhiên ngườ i sử dụng xem các loại mạng và k ết nốilogic khác nhau hơ n là các k ỹ thuật mạng và sự triển khai vật lý. Hình 5.4 trình bàytổng quan trung tâm mạng của mạng vệ tinh.

Hình 5.4 Điể m nhìn trung tâm trái đấ t của mạng vệ tinh

Tất cả các chức năng thêm vào là gia tăng độ phức tạ p của tải tr ọng vệ tinhtrong khả năng hỗ tr ợ cấu trúc liên k ết đa chùm điểm “sao” (điểm đến đa điểm có tâm

tại gateway tr ạm mặt đất) và “lướ i” (đa điểm tớ i đa điểm) vì vậy có khả năng thất bạinhưng chúng cũng cung cấ p nhiều lợ i ích của việc sử dụng tối ưu hoá băng thông vànguồn công suất.

Vệ tinh trong tươ ng lai vớ i chức năng chuyển mạch DVB onboard sẽ có thể tích hợ p dịch vụ quảng bá và tươ ng tác bằng việc k ết hợ p vớ i chuẩn DVB-S và DVB-RCS . khôi phục tải tr ọng DVB-S có thể ghép thông tin từ các nguồn khác nhau vàomột chuẩn luồng DVB-S đườ ng xuống. Một ví dụ khác của việc sử dụng chuyểnmạch onboard DVB là liên k ết mạng các LAN sử dụng IP thông qua đóng góiMPEG-2, thông qua khôi phục lại tải tr ọng vệ tinh.

Thực hiện các chức năng phụ thuộc vào yêu cầu của việc vận hành và bảo mậtmạng để mang lại độ tin cậy và hiệu quả về giá thành của vệ tinh.

5.2. Đóng gói IP

Đóng gói gói IP là một cách làm cho IP có thể thông qua bất k ỳ k ỹ thuật mạngnào. Đó là một k ỹ thuật dùng đóng gói gói IP vào khung dữ liệu do đó nó phù hợ pcho việc truyền thông qua các công nghệ mạng. các công nghệ mạng khác nhau cóthể đượ c sử dụng trong các định dạng khung, kích thướ c khung hoặc tốc độ bit dùngcho truyền dẫn gói IP khác nhau. Các IP đượ c đóng gói sẽ đặt các gói vào trong

khung tải tr ọng lớ p liên k ết dữ liệu dùng cho truyền dẫn qua mạng. Ví dụ mạngEthernet, token ring, LAN không dây chúng có các định dạng khung tiêu chuẩn để đóng gói các gói IP

5.2.1. Khái niệm căn bản

Do định dạng khung khác nhau cho nên k ỹ thuật dùng để đóng gói cũng có thể khác nhau, đôi khi gói IP quá lớ n không vừa vớ i khung tải tr ọng trong tr ườ ng hợ pnày các gói IP phải đượ c chia ra thành các phần nhỏ hơ n (phân mảnh) để các gói IPcó thể truyền qua nhiều khung. Trong tr ườ ng hợ p này các mào đầu đượ c gắn thêmvào mỗi đoạn để có thể đi tớ i đúng đích, gói IP gốc có thể ráp tr ở lại từ các mảnh. Cóthể nhận thấy r ằng quá trình xử lý đóng gói có thể có một số tác động đáng k ể đến





hiệu suất mạng do việc phải xử lý thêm các mào đầu. Hình 5.5 mô tả khái niệm đónggói gói IP.

Hình 5.6 Khái niệm cơ bản của đ óng gói IP

5.2.2. Giao thức điều khiển liên k ết dữ liệu ở lớ p cao (HDLC)

HDLC là một giao thức tiêu chuẩn quốc tế tại lớ p 2(lớ p liên k ết) đây là mộtgiao thức quan tr ọng và đượ c sử dụng r ộng rãi tại lớ p 2. Nó định ngh ĩ a 3 loại tr ạm(chuẩn, thứ cấ p và hỗn hợ p), 2 cấu hình liên k ết (cân bằng và không cân bằng) và 3chế độ truyển dữ liệu( đáp ứng bình thưòng (NRM), đáp ứng không đồng bộ (AMR)và đáp ứng cân bằng không đồng bộ (ABM). Hình 5.6 mô tả cấu trúc khung HDLC.

Hình 5.7 C ấ u trúc khung HDLC

Bit định hướ ng dựa trên k ỹ thuật chèn bit và bao gồm 2 cờ mẫu 8 bit 01111110để nhận dạng điểm đầu và điểm cuối của khung và tr ườ ng 8 bit địa chỉ dùng để xácđịnh các thiết bị đầu cuối và tr ườ ng 8 bit điều khiển đượ c sử dụng để định ngh ĩ a 3loại khung (khung thông tin,khung giám sát và khung không số). Tr ườ ng tải tr ọngdùng để mang dữ liệu (lớ p liên k ết dữ liệu bao gồm gói IP) và 16 bit dùng để kiểm tralỗi CRC





5.2.3. Giao thức điểm-điểm (PPP)

Khung HDLC đượ c làm thích nghi vớ i giao thức PPP (điểm-điểm) là mộtchuẩn internet đượ c sử dụng r ộng rãi trong k ết nối bằng quay số. PPP đượ c dùng choviệc kiểm tra lỗi, hỗ tr ợ đa giao thức thêm vào IP, cho phép các địa chỉ có thể thươ ng

lượ ng thờ i gian k ết nối và cho phép chứng thực. Hình 5.7 mô tả cấu trúc khung củaPPP.

Cờ 01111110

Điều khiển00000011

Giao thứcTổng kiểm

traCờ

01111110Địa chỉ

11111111

1 1 1 1 hoặc 2 2 hoặc 4 1Byte

Tải tr ọng

Thay đổi

Mặc định là 2Mặc định là

1500

Binh thườ ng 2 nhưng cóthể thươ ng lượ ng 4

Mặc định Mặc định hoặc khung 0 số0: net layer protocol1: khác

Hình 5.7 C ấ u trúc khung của giao thứ c đ iể m-đ iể m

5.2.4. Điều khiển truy nhậ p môi tr ườ ng

HDLC và PPP đượ c thiết k ế cho việc truyền thông qua môi tr ườ ng k ết nốiđiểm-điểm. Đối vớ i mạng có môi tr ườ ng chia sẻ, lớ p bổ sung đượ c biết đến như làlớ p phụ điều khiển truy nhậ p môi tr ườ ng (MAC) của lớ p liên k ết đượ c dùng để k ếtnối một số lưọng lớ n tr ạm vào mạng mà không đưa đầy đủ chi tiết. Hình 5.8 minhhoạ định dạng của khung MAC.

Hình 5.8 Định d ạng khung của khung MAC 5.2.5. IP qua vệ tinh

Để hỗ tr ợ IP qua vệ tinh thì mạng vệ tinh cần phải cung cấ p các cấu trúc khungmà các gói dữ liệu có thể đóng gói vào trong khung và truyền thông qua vệ tinh từ điểm truy nhậ p này đến điểm truy nhậ p khác. Trong môi tr ườ ng mạng vệ tinh khungcó thể đượ c dựa trên tiêu chuẩn giao thức lớ p liên k ết dữ liệu.

Đóng gói IP cũng đượ c định ngh ĩ a trên mạng đang tồn tại như là liên k ết quaysố, ATM, DVB-S và DVB-RCS mà hỗ tr ợ các giao thức internet hoặc liên mạng vớ iinternet. Mạng ATM dùng lớ p tươ ng thích ATM loại 5(AAL5) để đóng gói gói IP





dùng truyền mạng ATM và trong DVB-S gói IP bao gồm quảng bá đượ c đóng góitrong tiêu đề kiểu Ethernet sử dụng chuẩn đượ c gọi là đóng gói đa giao thức(MPE).

Nó cũng có thể đóng gói gói IP vào một gói IP khác ví dụ tạo nên một đườ nghầm để truyền gói IP từ mạng internet này tớ i một mạng internet khác

5.3. N ố i mạng vệ tinh IP

Một lợ i ích đặc biệt quan trong mà mạng vệ tinh cung cấ p đó là mở r ộng phạmvi địa lý trên toàn bộ trái đất (bao gồm đất liền, biển và bầu tr ờ i),lợ i ích của chúngđượ c đưa đến số lượ ng lớ n ngườ i dùng trên quy mô lớ n và làm giảm các chi phíngườ i dùng. Một vệ tinh có thể thực hiện nhiều vai trò khác nhau trong mạnginternet:

• K ết nối đoạn cuối : (như trong hình 5.9) đầu cuối ngườ i dùng k ết nối tr ựctiế p vớ i vệ tinh mà cung cấ p liên k ết phía tr ướ c hoặc phía sau tr ực tiế p. K ết

nối nguồn lưu lượ ng tớ i dây tiế p sóng (feeder) vệ tinh hoặc các tr ạm Hubthông qua liên k ết internet, đườ ng hầm hoặc quay số. nó là đoạn cuối để tiế pcận đến ngườ i dùng.

Hình 5.9 Đ

iể m nhìn trung tâm v

ệtinh c

ủa k

ế t n

ố iđ oạn cu

ố i

• K ết nối chuyển tiế p (như trong hình 5.11) vệ tinh cung cấ p các k ết nối giữacác gateway internet hoặc giữa các gateway ISP. Lưu lượ ng đượ c định tuyếnthông qua các liên k ết vệ tinh tớ i các giao thức định tuyến đã đượ c xác địnhvà định ngh ĩ a các metric liên k ết trong mạng để giảm thiểu chi phí k ết nối vàđáp ứng các yêu cấu khắt khe về QoS đối vớ i nguồn lưu lượ ng.





Điểm truynhậ p

Mạng vệ tinh

Bề mặt trái đất

Vùng bao phủ

Host

Tr ạm mặtđất

gateway

ISP1

ISP2

ISP3

ISP4

ISP5

ISP6Tr ạm mặt

đấtgateway

Hình 5.11 Điể m nhìn trung tâm vệ tinh vớ i k ế t nố i chuyể n tiế p t ớ i internet • k ết nối đoạn đầu (như trong hình 5.10) mạng vệ tinh cung cấ p k ết nối liên

k ết hướ ng tớ i và hưóng ngượ c tớ i một lượ ng lớ n các ISP. Các gói IP bắt đầutừ nhà cung cấ p như đoạn đầu của chuyến hành trình của họ tớ i đầu cuốingườ i dùng. Như k ết nối đoạn cuối nhà cung cấ p dịch vụ có thể k ết nối tớ iống dẫn sóng vệ tinh hoặc tr ạm Hub tr ực tiế p hoặc thông qua đườ ng hầminternet hoặc liên k ết quay số.

Hình 5.10 Điể m nhìn trung tâm vệ tinh vớ i k ế t nố i đ oạn đầu t ớ i internet

5.3.1. Định tuyến trên vệ tinh

Lợ i ích của việc định tuyến IP trong không gian là nó cho phép mạng vệ tinh cóthể tích hợ p vào mạng internet toàn cầu sử dụng thuật toán định tuyến tiêu chuẩn.Mạng internet bao gồm nhiều mạng con đượ c biết như là hệ thống tự quản hoặc tênmiền





Trong mạng vệ tinh GEO thông thườ ng chỉ có một vệ tinh phủ một vùng r ộnglớ n để tạo thành các mạng con và không có định tuyến trong mạng vệ tinh. Vớ i mộtchòm điểm có nhiều vệ tinh tạo nên mạng con để bao phủ toàn bộ trái đất vì vậy địnhtuyến trong mạng chòm điểm vệ tinh là bắt buộc. Mối quan hệ liên k ết giữa các vệ

tinh trong cùng mặt phẳng quỹ đạo là cố định nhưng biến đổi thành động trong cácmặt phẳng khác.

K ể từ khi vị trí của các vệ tinh đượ c dự báo tr ướ c thì có khả năng sử dụngnhững dự báo này để cậ p nhật động các bảng định tuyến trên vệ tinh và gia tăng cácthuật toán định tuyến.

5.3.2. IP di động trong mạng vệ tinh

Do vệ tinh GEO có vùng bao phủ r ộng, nên ta có thể coi mạng trái đất đượ c k ếtnối v ĩ nh viễn trong cùng một mạng con vệ tinh và phiên đầu cưối ngườ i dùng trongsuốt quá trình truyền thông, tuy nhiên đối vớ i mạng vớ i chòm điểm vệ tinh LEO mốiquan hệ giữa mạng vệ tinh và đầu cuối ngườ i dùng và mạng trái đất thì thay đổi liêntục, vì vậy nảy sinh một số vấn đề liên quan đến mạng di động:

• Thiết lậ p lại k ết nối vật lý vớ i các mạng vệ tinh.

• Thờ i gian để cậ p nhật thông tin về các bảng định tuyến để các gói IP có thể đượ c định tuyến đến đúng đích.

• Tính di động trong mạng vệ tinh.

• Tính di động giữa mạng trái đất và mạng vệ tinh.

Ở đây thảo luận dựa trên các giao thức chuẩn internet cho IP di động (RFC2002)

Trong các giải pháp tiêu chuẩn, cho phép các nút di động sử dụng 2 địa chỉ IP:Một địa chỉ nhà cố định(home address) và một địa chỉ chăm sóc (care-of address) địachỉ này thay đổi vào mỗi thờ i điểm truy nhậ p. Chúng ta lấy điểm nhìn vệ tinh trungtâm của mạng vệ tinh làm điểm cố định nhưng tất cả mọi thứ trên trái đất thì chuyểnđộng bao gồm cả đầu cuối ngườ i dùng và mạng mặt đất như trong hình 5.12





Hình 5.12 Điể m nhìn vệ tinh trung tâm vớ i trái đấ t là chuyể n động.Trong chuẩn IP động , sự k ết nối các lớ p truyền tải sẵn có đượ c duy trì giống

như là một nút di động di chuyển từ nơ i này đến nơ i khác trong đó đia chỉ IP vẫnđượ c giữ nguyên. Hầu hết các ứng dụng internet các đượ c sử dụng ngày nay là dựatrên TCP. Một k ết nối TCP đượ c xác định bở i thông số: địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IPđích, số cổng nguồn và số cổng đích

Bất k ỳ sự thay đổi nào của bốn yếu tố này cũng sẽ dẫn đến mất và phá vỡ k ếtnối. Mặt khác, sự phân phối chính xác các gói đến các nút di động hiện hành thì phụ

thuộc vào số mạng đượ c đính kèm trong các địa chỉ nút IP di động, số mạng này thìthay đổi tại mỗi điểm đính kèm mớ i.

Trong IP di động, các home address là địa chỉ t ĩ nh và đượ c sử dụng, ví dụ, để xác định các k ết nối TCP. Care of address thì thay đổi tại mỗi điểm đính kèm mớ i vàđịa chỉ này đượ c coi là một địa chỉ quan trong của nút IP di động; thông qua địa chỉ này chúng ta xác định đượ c số mạng và nút di động trong mô hình mạng. Các homeaddress làm cho các nút di động có thể nhận đượ c dữ liệu một cách liên tục trongmạng của nó, nơ i lưu giữ các yêu cầu của IP di động đượ c gọi là home agent. Bất cứ khi nào mà nút di động không đượ c gắn liền vớ i mạng chủ (do đó nó gắn vớ i một

mạng ngoài nào đó), home gent nhận tất cả các gói đượ c xác định tr ướ c của nút diđộng và sắ p xế p chúng để phân phối đến các nút di động hiện thờ i. Khi nút di động dichuyển đến một vị trí mớ i chúng sẽ đăng kí một care-of address mớ i vớ i home agent.Để nhận đượ c gói từ home agent tớ i điểm di động, các home agent sẽ phát gói tin từ mạng chủ đến care-of address, hơ n nũa nó phát yêu cầu tớ i care-of address để biếnđổi hoặc chuyển hướ ng gói IP. Khi các gói đến care-of address sự biến đổi ngượ c lạisẽ đượ c sử dụng để gói một lần nữa xuất hiện trong địa chỉ nút di động như là địa chỉ IP đích.

Khi gói đến điểm di động, gửi tớ i home address nó sẽ đượ c xử lý đúng theo

TCP/IP. Trong IP di động home agent chuyển hướ ng gói từ mạng chủ tớ i care-of adddress bằng cách xây dựng header IP mớ i mà chứa các nút di động care-of address





như địa chỉ đích IP. Header mớ i này sau đóng gói hoặc bảo vệ trong các gói nguyênthuỷ, vì địa chỉ nút di động không ảnh hưở ng đến định tuyến các gói đã đượ c đónggói cho đến khi nó đến care-of address, do đó đóng gói còn có tên gọi là đườ ng hầmmà r ẽ mạch thườ ng do ảnh hưở ng của định tuyến IP.

IP di động thì đượ c hiểu đúng nhất là sự k ết hợ p của 3 cơ chế riêng:• Phát hiện care-of address:chi nhánh advertisement và chi nhánh solicitation

(RFC 1256).

• Đăng ký care-of address: thủ tục đăng ký bắt đầu khi nút di động đi vào vùngcủa một chi nhánh ngoài, gửi một yêu cầu đăng ký vớ i thông tin care-of address. Khi home agent nhận đượ c yêu cầu này nó(thườ ng) thêm các thôngtin cần thiết vào bảng định tuyến, chấ p nhận yêu cầu và gở i ngượ c bản tin tr ả lờ i đăng ký tớ i nút di động. Đăng ký đượ c chứng thực bằng cách sử dụng

Message Digest 5(MD5)• Tạo đườ ng hầm care-of address: theo mặc định cơ chế đóng gói phải hỗ tr ợ

tất cả các đại lý di động là cơ chế IP lồng nhau (tunnelling). Đóng gói tốithiểu thì phức tạ p hơ n một chút so vớ i tunnelling bở i vì một số thông tin từ tiêu đề tunnel đượ c k ết hợ p vớ i tiêu đề đóng gói tối thiểu bên trong để thiếtlậ p lại tiêu đề IP nguyên thuỷ. Mặt khác tiêu đề mào đầu làm giảm chi phí.

5.3.3. Xác định địa chỉ

Xác định địa chí IP đượ c gọi là ánh xạ và cấu hình địa chỉ. Các k ỹ thuật mạngkhác nhau có thể sử dụng các mô hình xác định địa chỉ khác nhau để gán địa chỉ đượ cgọi là địa chỉ vật lý dành cho các thiết bị. Trong LAN IEEE.802 sử dụng 48 bit địachỉ đính kèm vớ i mỗi thiết bị, mạng ATM sử dụng 15 chữ số thậ p phân để đánh địachỉ và ISDN sử dụng sơ đồ địa chỉ ITU-T E.164. Tươ ng tự trong mạng vệ tinh mỗinhóm tr ạm mặt đất hoặc gateway có địa chỉ vật lý cho k ết nối mạch hoặc truyền góituy nhiên việc định tuyến để liên k ết vớ i nhau bằng mạng vệ tinh lại chỉ có thể biếtđượ c bằng địa chỉ IP của các định tuyến khác do đó yêu cầu địa chỉ phải đượ c ánh xạ giữa mỗi địa chỉ IP và địa chỉ vật lý liên quan vì vậy việc trao đổi gói giữa các router có thể đượ c thực hiện thông qua mạng vệ tinh sử dụng địa chỉ vật lý. Chi tiết chínhxác của việc ánh xạ này phụ thuộc vào các giao thức liên k ết dữ liệu lớ p dướ i đượ c sử dụng trên các vệ tinh.5.4. IP multicast qua mạng vệ tinh

Sự thành công của việc phát quảng bá dịch vụ vệ tinh k ỹ thuật số (cho TV vàvô tuyến) và bản chất không đối xứng của luồng lưu lượ ng IP đã đượ c k ết hợ p dẫnđến k ết quả là hệ thống vệ tinh có khả năng hỗ tr ợ truy nhậ p internet tốc độ cao, từ đónó là một bướ c cơ bản để xem xét thêm khả năng khai thác quảng bá của vệ tinh:nghiên cứu phát quảng bá IP qua vệ tinh.

mạng vệ tinh có thể là một phần của cây định tuyến IP multicast tại nguồn, tr ục

hoặc k ết thúc của nhánh những gói IP chuyển tiế p hướ ng về đích chúng. Hình 5.13





minh hoạ một ví dụ về mô hình mạng và hình sao sử dụng trong dự án GEOCASTtrên IP multicast của vệ tinh GEO đượ c tài tr ợ trong khuôn khổ chươ ng trình EU thứ 5

Hình 5.13 H ệ thố ng GEOCAST vớ i mô hình mạng hình sao và l ướ i

5.4.1. IP multicast

Ở chươ ng này chúng sẽ nghiên cứu về công nghệ IP multicast. Multicast cho phép một nguồn mạng truyền thông gửi một dữ liệu đến nhiều nơ i cùng một lúc trongkhi chỉ có một bản sao dữ liệu duy nhất đượ c truyền đi. Sau đó mạng sẽ tạo ra một bản sao và gửi nó đến ngườ i nhận nếu cần thiết.

Multicast đượ c coi là một phần của ba loại truyền thông :

• Unicast: truyền dữ liệu từ 1 điểm nguồn đến 1 điểm đích( ví dụ tải một trangweb từ một server đến trình duyệt của ngườ i dùng hoặc copy từ server nàyđến một server khác

• Multicast: truyền dữ liệu từ một điểm nguồn đến nhiều điềm đích, định ngh ĩ a

này cũng bao hàm mạng truyền thông có nhiều nguồn (ví dụ đa điểm– đađiểm) một ví dụ gần đây chính là hội nghị truyền hình tại đó các bên thamgia có thể đượ c coi như là nguồn đơ n multicast đến các ngườ i tham gia khác.

• Broadcast: truyền dữ liệu từ một một nguồn tớ i tất cả các ngườ i nhận trongmiền (ví dụ như trong mạng LAN hoặc từ vệ tinh tớ i tất cả các ngườ i nhậntrong chùm vết vệ tinh). Các thuận lợ i của multicast là :

Giảm băng thông sử dụng mạng: ví dụ nếu gói dữ liệu đượ c multicastđến 100 ngườ i nhận thì nguồn chỉ gửi một bản sao của mỗi gói dữ liệu.Mạng sẽ chuyển hướ ng gói này tớ i đích khi cần gửi gói trên các liên k ết

mạng khác nhau để tớ i đượ c tất cả các đích thì chỉ cần tạo nhiều bảnsao của gói dữ liệu do đó chỉ có bản sao của mỗi gói đượ c truyền đi





thông qua bất k ỳ đườ ng nào trong mạng và tổng tải tr ọng của mạng làgiảm 100 lần so vớ i k ết nối unicast. Đây là một lợ i ích vô cùng quantr ọng trong hệ thống vệ tinh nơ i mà tài nguyên là vô cùng hạn chế vàđắt.

Giảm tải xử lý nguồn: nguồn đích không cần duy trì tr ạng thái thông tinvề liên k ết truyền thông giữa mỗi cá nhân ngườ i nhận.

Multicast có thể có nỗ lực cao nhất hoặc đáng tin cậy, “nỗ lực cao nhất” khôngcó ngh ĩ a k ỹ thuật là đảm bảo r ằng gói dữ liệu truyền từ bất k ỳ nguồn multicast nào thìđượ c nhận bở i tất cả hoặc bất k ỳ ngườ i nhận nào và thườ ng thì đượ c thực hiện bở itruyền gói UDP nguồn trên một địa chỉ multicast. “độ tin cậy” có ngh ĩ a k ỹ thuật làthực hiện đảm bảo r ằng tất cả các gói dữ liệu thì đượ c gửi từ một nguồn : điều nàyđòi hỏi giao thức multicast đáng tin cậy.

5.4.2. Xác định địa chỉ IP multicast

Vớ i mỗi đầu cuối hoặc host trong mạng internet thì đượ c nhận dạng bằng mộtđịa chỉ IP là duy nhất. Trong IP version 4 địa chỉ IP có 32 bit đượ c chia thành số network và số host mà tươ ng ứng dùng để xác định mạng và đầu cuối đượ c đính kèmmỗi mạng. Một gói dữ liệu IP unicast bình thườ ng bao gồm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong tiêu đề (header) gói IP, router sẽ sử dụng địa chỉ đích để định tuyến gói tintừ nguồn tớ i đích như vậy cơ chế này có thể không đượ c sử dụng cho mục đíchmulticast từ khi đầu cuối nguồn có thể không biết khi nào, ở đâu và đầu cuối nào cố nhận gói tin do đó có một dải địa chỉ đượ c thiết lậ p chỉ dành cho mục đích multicast,dải địa chỉ đó đượ c gọi là lớ p D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255. Không giống như lớ p A, B, C những địa chỉ này không có liên k ết đến bất k ỳ số mạng vật lý hoặc số host nhưng thay vào đó nó liên k ết vớ i nhóm multicast giống như kênh vô tuyến cácthành viên của nhóm nhận gói multicast đượ c gửi đến địa chỉ này và địa chỉ này đượ csử dụng bở i các router multicast để định tuyến gói IP multicast tớ i các ngườ i dùngđăng ký là thành viên nhóm multicast. Cơ chế mà các đầu cuối đăng ký cho mộtnhóm gọi là IGMP đượ c mô tả như bên dướ i:

5.4.3. Quản lý nhóm Multicast

Để thực hiện hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng, mạng chỉ gửi những gói

multicast tớ i những mạng và mạng con mà các ngườ i dùng thuộc nhóm multicast.Giao thức phát đa điểm (multicast) nhóm internet cho phép các host hoặc đầu cuốithiết lậ p một k ết nối vào nhận truyền multicast. IGMP hỗ tr ợ 3 loại bản tin là: báocáo, truy vấn và r ờ i khỏi. Đầu cuối nào muốn nhận truyền multicast phải phát ra bảntin IGMP tham gia mà đượ c nhận từ router gần nhất. Bản báo cáo này xác định địachỉ IP multicast lớ p D của nhóm tham gia. Router sau đó sử dụng giao thức địnhtuyến multicast (đượ c trình bày sau) để xác định đườ ng đến nguồn. Để xác định tr ạngthái của thiết bị đầu cuối nhận multicast thỉnh thoảng router cũng phát một IGMPtruy vấn tớ i thiết bị đầu cuối trong mạng hoặc mạng con. Khi thiết bị đầu cuối nhận

đượ c chẳng hạn truy vấn nó sẽ đặt thờ i gian r ờ i cho mỗi thành viên nhóm. Khi thờ igian này hết hạn thiết bị đầu cuối phát bản tin báo cáo IGMP để xác định r ằng nó vẫn





muốn nhận việc truyền multicast, tuy nhiên để xoá bỏ bản sao báo cáo cho các địa chỉ cùng nhóm D. Nếu đầu cuối đã nhận đượ c bản báo cáo từ các nhóm đầu cuối khác nósẽ dừng quá trình của nó lại và không gửi báo cáo nữa. Lợ i ích của điều này là tránhlàm quá tải mạng con vì những báo cáo IGMP

Khi một đầu cuối muốn k ết thúc việc nhận sự truyền dẫn multicast nó cần cómột bản tin cho phép IGMP. Những thư cho phép đượ c hỗ tr ợ trong IGMP phiên bản2. Ở phiên bản 1 một máy chủ hoặc một đầu cuối biến đổi một cách ổn định nóthườ ng ở trong tình tr ạng không phải là thành viên và không có thư gửi đến router. Nếu tất cả các thành viên của nhóm trong một subnet có lỗi thì router sẽ khôngchuyển bất kì gói multicast nào khác đến subnet đó nữa

5.4.4. Định tuyến IP multicast

Trong một router IP bình thườ ng đượ c sử dụng cho unicast, các bảng địnhtuyến chứa những thông tin để xác định đườ ng dẫn đến địa chỉ các IP đích. Tuynhiên, các bảng định tuyến này không hữu ích cho IP multicast từ khi các góimulticast không chứa thông tin về vị trí của các gói đích. Do đó giao thức định tuyếnvà các bảng định tuyến khác sẽ đượ c sử dụng.

Địa chỉ giao thức định tuyến multicast giúp cho việc đồng nhất hoá router để dữ liệu đượ c truyền qua mạng từ nguồn và đến tất cả các điểm đích của nó, điều này thìlàm giảm tối thiểu nguồn mạng cần thiết cho công việc này. Trong IP multicast, thì bảng định tuyến router tỏ ra có hiệu quả hơ n trong việc định hướ ng từ các đích đếncác nguồn hơ n là từ các nguồn đến các đích, tr ừ khi có một địa chỉ nguồn trong gói

dữ liệu IP tươ ng ứng vớ i một địa điểm vật lí xác định. K ỹ thuật “đườ ngống”(tunnelling) cũng có thể đượ c dùng để hỗ tr ợ các multicast qua các router màkhông cần dùng đến khả năng multicast. Một số giao thức định tuyến multicast đượ c phát triển bở i IETE. Gồm có những multicast mở r ộng là : OSPF(M-OSPF)giao thứcđịnh tuyến phát đa phươ ng theo vectơ khoảng cách(DVMRP)giao thức multicast độclậ p và chế độ giảm tải(PIM-SM), chế độ tăng cườ ng PIM(PIM-SM) và cây cơ bảnchính (CBT). Ở đây chúng ta chỉ xem xét sơ lượ c về nguyên tắc hoạt động của 2 giaothức DVMRP và PIM-DM, DVMRP và PIM-DM là thuật toán “làm đầy và vét cạn”;trong giao thức này, khi một nguồn bắt đầu gửi dữ liệu, các giao thức sẽ làm đầymạng bằng các dữ liệu. Tất cả các router không có đính kèm multicast nhận gửi mộtsẽ gửi một thông điệ p báo lỗi về cho nguồn(tức là các router này biết r ằng chúng đãkhông nhận đượ c vì chúng không có báo cáo gia nhậ p IGMP). Những giao thức nàycó một bất tiện đó là ở tr ạng thái “ vét cạn” chúng yêu cầu tất cả các router (ví dụ chúng ta cần vét cạn những địa chỉ multicast), bao gồm luôn cả những router khôngcó nhận multicast xuống.

Giao thức làm đầy và vét cạn còn sử dụng con đườ ng ngượ c lại (RPF) để chuyển tiế p những gói multicast từ nguồn đến ngườ i nhận: giao diện RPF cho tất cả các gói là giao diện mà router sẽ sử dụng để để gửi gói unicast đến gói nguồn (hình5.14 minh hoạ nguyên tắc này trong một mạng trái đất





Nếu một gói có trong giao diện RPF thì nó làm đầy tất cả các giao diện khác(tr ừ khi chúng đã vét cạn tr ướ c đó). Nhưng nếu gói đến bất k ỳ giao diện khác nó sẽ không có gì ảnh hưở ng đến hệ thống cả. Điều này đảm bào hiệu quả làm đầy và ngănngừa các gói lặ p.

DVMRP sử dụng chính bảng định tuyến của nó để xác định con đườ ng tốt nhấtdẫn tớ i nguồn, trong khi PIM-DM thì sử dụng một cơ sở giao là thức định tuyếnunicast.

Hình 5.14 Ví d ụ RPF trái đấ t

5.4.5. Phạm vi IP multicast

Phạm vi là cơ chế để điều khiển lớ p địa lý của việc truyền multicast, bằng cách

sử dụng thờ i gian sống (TTL)phần trong IP header. Nó sẽ cho mạng biết khoảng cách(khoảng cách giữa các router) bất k ỳ gói IP đượ c phép truyền đi, cho phép các nguồnIP multicast xác định đượ c có nên gửi các gói đến mạng con, các domain lớ n hoặctoàn internet hay không. Điều này đượ c thực hiện bằng cách giảm TTL ở mỗi router 1 đơ n vị. Khi chuyển các gói đến chặng k ế tiế p và loại ra các gói nếu TTL bằng 0.Mỗi mạng con có một bộ lọc hoặc tườ ng lửa để loại ra những gói không hợ p yêu cầu,công việc này vượ t ra khỏi tầm điều khiển của nguồn multicast. Công việc này có thể xảy ra khi mà TTL quá nhỏ( không đáng k ể). Các gói IP multicast có thể đến vớ i tấtcả các thành viên trong nhóm mặc dù họ ở các vùng khác nhau

5.4.6. Tr ạng thái IGMP trong môi tr ườ ng vệ tinh

Trong môi tr ườ ng vệ tinh, phươ ng thức quản lí nhóm multicast cùng vớ i phươ ng thức phạm vi có thể cung cấ p một giải pháp hữu hiệu để hỗ tr ợ IP multicasttớ i một lượ ng lớ n ngườ i dùng ở nhiều vùng miền khác nhau. Tuy nhiên trên vệ tinh phải xây dựng một tr ạng thái IGMP tươ ng thích, như chúng ta đã từng tìm hiểu, trongquy ướ c mạng LAN mặt đất, một báo cáo IGMP đượ c thu bở i một ngườ i nhậnmulticast khác trong mạng LAN, và điều này ngăn ngừa mạng LAN bị các báo cáolàm đầy. Trong hệ thống vệ tinh, các tr ạm mặt đất có thể không nhận ra nhau, việccung cấ p nhiều multicast ngườ i nhận trong hệ thống vệ tinh( khoảng 105 hoặc 106)





nhiều báo cáo IGMP có thể là nguyên nhân chính gây ra tắc mạng vì lưu lươ ngIGMP. Vì thế cần phải đượ c triển khai một số IGMP và multicast thích hợ p

Có 2 lựa chọn như sau, ví dụ minh hoạ về một multicast từ cổng mặt đất liênk ết ngượ c đến nhiều đầu cuối ngườ i dùng thông qua một router như hình 5.15

• Kênh multicast đượ c cấu hình để truyền qua liên k ết vệ tinh r ồi tải xuốngmỗi router, vớ i lưu lượ ng IGMP chỉ hoạt động giữa router và đầu cuối ngườ idùng như trong hình 5.15(a)thì không có sự truyền dẫn của lưu lượ ng IGMPtrong không khí trong tr ườ ng hợ p này. Đây là một giải pháp đơ n giản nhưngtươ ng đối hiệu quả nó cho phép tiết kiệm tài nguyên cong suất vệ tinh. Nếukhông có kênh multicast đặc biệt trong bất kì vị trí nào.

Hình 5.15 a) IGMP qua vệ tinh: Multicast t ĩ nh

• Những kênh multicast(như quy ướ c về mạng mặt đất)truyền thông qua liênk ết vệ tinh nếu có một hoặc nhiều hơ n một ngườ i dùng cuối. Thông điệ pIGMP lúc này đượ c truyền thông qua không khí. Khi một router ngườ i nhậntải xuống một bản báo cáo IGMP từ một đầu cuối sau IGMP tìm kiếm , hoặcrouter phải truyền thông điệ p IGMP qua vệ tinh cho tất cả các tr ạm khác để tránh làm đầy mạng, hay những ngườ i nhận khác cũng phải truyền thôngđiệ p IGMP là mạng đã bị đầy như trong hình 5.15(b)





Hình 5.15 b)IGMP qua vệ tinh: Multicast động

Trong k ỹ thuật không có router trong việc tại dữ liệu xuống, IGMP theo dõi(IGMP snooping) đượ c sử dụng để chuyển tiế p lưu lươ ng multicast đến cácthành viên trong nhóm tránh việc truyền IGMP trong môi tr ườ ng không khí.Một hệ thống vệ tinh linh động cho phép multicast từ bất k ỳ ngườ i dùng nàocũng tr ở nên phức tạ p hơ n, ví dụ một vệ tinh vớ i manh chuyển đổi ATM, vớ ithư IGMP đượ c kích hoạt truyền lại, riêng từng mạch ảo đến nhiều mạch ảokhác nhau(VCs)cần phải đượ c thiết lậ p nguồn tại mặt đất bở i một vệ tinh cóchùm tia hẹ p.





CHƯƠ NG 6. BẢO MẬT

6.1. Bảo mật mạng căn bản

Bảo mật mạng nói chung là nhằm bảo vệ ngườ i dùng (bao gồm vị trí chính xáccủa ngườ i dùng) dữ liệu và lưu lượ ng truy cậ p đến từ các thành viên lưu lượ ng tínhiệu truy nhậ p và cũng là để bảo vệ các nhà điều hành mạng chống lại các thành viênsử dụng và đăng kí không thích hợ p. Công cụ cơ bản trong bảo mật internet là sử dụng khoá công khai và khoá hệ thống cơ bản, hệ thống bảo vệ bằng tườ ng lửa vàmật khẩu.

An ninh internet là r ất quan trong và cực k ỳ khó trong mạnh vệ tinh, nó baogồm các tổ chức an ninh kinh tế chính tri khác nhau trên toàn thế giớ i. Và nó cũng bao gồm việc làm thế nào khi giao tiế p ra ngoài ( ví dụ như là máy tính ngườ i dùng

và mạng) để làm đượ c điều này thì cần hiểu rõ về các phần cứng và các giao thứctrong mạng

6.1.1. Tiế p cận bảo mật

Mã hoá bảo mật có thể đượ c tiến hành bở i 2 phươ ng pháp tiế p cận :

• Tiế p cận layer to layer: Trong tr ườ ng hợ p này lớ p máy tính (thườ ng là lớ p 3-lớ p IP hoặc lớ p 4 -lớ p TCP và UDP)nhận một tậ p tin giải mã từ lớ p trên,đóng gói tậ p tin trong một đơ n vị giao thức dữ liệu (PDU), và mã hoá toàn bộ khung tr ướ c khi gửi nó đến một phần khác, ở đó, lớ p tươ ng ứng của mỗi

đối tượ ng sẽ giải mã PDU tr ướ c khi gửi chúng đến các lớ p cao hơ n. Tuynhiên để làm đượ c điều này thì các router trong mạng phải đượ c cung cấ pđầy đủ cách mã hoá khung.

• Tiế p cận end to end: Trong tr ườ ng hợ p này các tậ p tin sẽ đượ c mã hoá tr ựctiế p tại lớ p ứng dụng bở i ngườ i dùng và tậ p tin đã đượ c mã hoá sẽ đượ c gửitớ i lớ p thấ p hơ n. Điều đó có ngh ĩ a là chỉ có phần tải tr ọng dữ liệu của khungsẽ đượ c mã hoá (khác vớ i tr ườ ng hợ p trên là cả khung đượ c mã hoá)

Ở tr ườ ng hợ p thứ 2, việc mã hoá chỉ xảy ra một cách gián tiế p trên lưu lượ ng

mạng, và điều này chỉ xảy ra khi mà thuật toán mã hóa làm ảnh hưở ng lên kích thướ cdữ liệu đượ c truyền đi. Tr ườ ng hợ p này thì giống như thuật toán băm hoặc RSA

Trong tr ườ ng hợ p đầu thì loại mã hoá này bao gồm cả phần mào đầu khung, vìvậy làm giảm hiệu quả truyền tải tr ọng dữ liệu. Đây là một loại cơ chế đượ c bổ sungtrong Ipv4 và Ipv6, nó khác vớ i các cơ chế khác. Trong Ipv4 thì mã hoá là một tuỳ chọn đượ c kích hoạt trong tr ườ ng “tuỳ chọn” của mào đầu (bit thứ 6 trong dãy 32 bit), trong Ipv6 nó bao gồm cả những phần tiêu đề mở r ộng (từ tr ườ ng tuỳ chọn đượ csử dụng trong Ipv6) của 64 bit. Một hệ quả khác có thể nảy sinh là khi mà thêm vàonhững tiêu đề và sự thay đổi kích thướ c khung làm xuất hiện các bản tin cho phiên

trao đổi chìa khoá và điều này thì không xảy ra trong điều kiện bình thườ ng (ví dụ không có mã hoá)





6.1.2. Hàm băm đơ n hướ ng

Hàm Băm đơ n hướ ng H(M) hoạt động trên bản tin M có độ dài tuỳ ý nó tạo ramột mã băm có độ dài cố định đầu ra h=H(M).

Nhiều hàm làm thay đổi độ dài đầu vào và cho ngượ c tr ở lại đầu ra có độ dài cố định.

• Cho M ta dễ dàng tính toán ra h.

• Cho h khó tìm ra đượ c M

• Cho M khó để tìm ra đượ c bản tin M’ sao cho H(M)=H(M’)

Sự khó khăn ở đây phụ thuộc vào mức độ bảo mật tại mỗi vị trí nhưng đa số các ứng dụng hiện nay xác định “độ khó” là cần 264 hoặc nhiều phép tính hơ n nữa để giải. Các loại hàm hiện nay bao gồm MD4, MD5 và thuật toán băm an toàn(SHA).

Từ quan điểm mạng trên những thuật toán này thườ ng đượ c sử dụng cho mục đíchchứng thực.

6.1.3. Mật mã đối xứng(vớ i khoá bảo mật)

Một thuật toán mã hoá vớ i khoá bí mật làm thay đổi bản tin M có độ dài tuỳ ýthành bản tin mã hoá Ek (M)=C có độ dài tươ ng tự sử dụng khoá k và biến đổi ngượ clại (Dk (M)) sử dụng cùng khoá hình 6.1.

Mã hóa Giải mã

CVăn bản chuyển

thành mã

Mạng vệ tinh

Bản tin M

Khoá bí mậtK

Bản tin M

Khoá bí mậtK

Hình 6.1 H ệ thố ng khoá bí mật

Thuật toán này xác định những đặc tính sau:

• Dk (Ek (M)) = M

• Cho M và k dễ dàng tính toán ra đượ c C

• Cho C và k dễ dàng tính toán ra đượ c M

• Cho M và C thì khó tìm ra đượ c k





Và tất nhiên trong tr ườ ng hợ p này r ất khó khăn để tính toán ra k vì vớ i thuậttoán mã hoá dữ liệu tiêu chuẩn (DES) k có độ dài 256bit và thuật toán mã hoá dữ liệuquốc tế (IDEA) thì k có độ dài 2128 bit.

Những thuật toán này thì đượ c sử dụng cho mục đích “đóng gói bảo mật dữ

liệu” trong mạng (ví dụ mã hoá dữ liệu) và thườ ng đượ c sử dụng trong l ĩ nh vựcthươ ng mại điện tử.

6.1.4. Mật mã bất đối xứng(vớ i khoá chung và riêng)

Trái vớ i tr ườ ng hơ p tr ướ c, những thuật toán này sử dụng 2 khoá khác nhau(hình 6.2) một khoá e dùng để mã hoá (gọi là khoá công cộng) và một khoá d dùng để giải mã (gọi là khoá riêng).

H ệ thố ng khoá công cộng dành cho bảo mật

H ệ thố ng khoá công cộng dành cho chứ ng thự c

Hình 6.2 H ệ thố ng khoá công cộng dành cho t ừ ng ng ườ i và cho chứ ng thự c

Xác định C=Ee(M) và M=Dd(C)

• Dd(Ee(M) =M

• Cho M và e dễ dàng tính toán đượ c C





• Cho C và d dễ dàng tính toán đượ c M

• Cho M và C khó tìm ra đượ c e và d

• Cho e khó tìm ra đượ c d

• Cho d khó tìm ra đượ c e2 khoá này “độc lậ p” , khoá mã hoá có thể đượ c biết r ộng rãi đó là lý do vì sao

nó đượ c gọi là khoá công khai, ngượ c lại khoá riêng chỉ đượ c biết để đối tượ ng giảimã bản tin .

Thuật toán phổ biến của loại này là RSA (đượ c đặt tên của 3 nhà sáng lậ p làRivest, Shamir and Adleman). những thuật toán này đượ c sử dụng phổ biến trongmã hoá truyền (hình 6.2a) hoặc dùng cho chứng thực (hình 6.2b) giữa 2 hoặc nhiềungườ i muốn giao tiế p bằng phươ ng pháp bảo mật.

6.2. Bảo mật nố i mạng vệ tinhThách thức bảo mật trong môi tr ườ ng mạng vệ tinh đượ c coi là một trong

những tr ở ngại chính để triển khai và phổ biến r ộng rãi của truyền đa điểm IP vệ tinhvà các ứng dụng đa phươ ng tiện nói chung. Vấn đề chính đó là nghe tr ộm và hoạtđộng đột nhậ p ngày càng dễ dàng hơ n trong mạng mặt đất cố định hoặc mạng di độngdo tính chất của vệ tinh là phát sóng.

Thêm vào đó độ tr ễ lớ n và tỷ lệ lỗi bit cao trong hệ thống vệ tinh là nguyênnhân gây nên mất đồng bộ bảo mật mạng vệ tinh. Đây là một yêu cầu cần xem xétcẩn thận hệ thống mã hoá để ngăn chặn sự xuống cấ p của QoS do xử lý mã hoá. Mộtvấn đề nữa, đặc biệt là multicast (truyền đa điểm) là số lượ ng thành viên của nhómmulticast có thể sẽ r ất lớ n và có thể thay đổi thườ ng xuyên.

6.2.1. IP security (IPsec)

ở đây chúng ta chỉ thảo luận các vấn đề liên quan đến chũ đề bảo mật IP(IPSec).

Giao thức bảo mật IP đượ c sử dụng để cung cấ p cách mã hoá tươ ng thích dựatrên dịch vụ bảo mật (ví dụ như bảo mật, chứng thực và tính toàn vẹn) tại lớ p IP.

Nó bao gồm giao thức chứng thực: chứng thực tiêu đề (AH), giao thức bảo mật:đóng gói bảo mật tải tr ọng (ESP) và nó cũng bao gồm việc thiết lậ p liên k ết bảo mậtinternet và giao thức quản lý khoá (ISAKMP).

IP AH và ESP có thể đượ c ứng dụng độc lậ p hoặc k ết hơ p vớ i nhau. mỗi giaothức có thể hoạt động trong một hoặc 2 chế độ: chế độ transport hoặc chế độ tunnel(hình 6.3).





Hình 6.3 Chế độ transport trong IPv4

Cơ chế bảo mật của giao thức là chỉ thiết lậ p lên lớ p dữ liệu và thông tin liênquan tớ i sự hoạt động của lớ p IP như nội dung trong tiêu đề của IP thì không bảo vệ.Trong chế độ tunnel thì cả phía trên lớ pgiao thức dữ liệu và phần tiêu đề của gói IPđượ c bảo vệ hoặc đưa vào hầm thông qua đóng gói.

chế độ transport thì đượ c dành cho bảo vệ end-to-end và chỉ có thể đượ c triểnkhai bở i nguồn và đích host của gói dữ liệu IP ban đầu. Chế độ tunnel có thể đượ cdùng giữa các tườ ng lửa. Ipsec cho phép chúng ta xem xét bảo mật như là phát ra

end-to-end, đượ c quản lý bở i đối tượ ng sở hữu dữ liệu, điều này so sánh vớ i bảo mậtlớ p liên k ết dữ liệu mà đượ c cung cấ p bở i nhà điều hành vệ tinh hoặc nhà điều hànhmạng.

Bộ lọc cũng có thể đượ c thiết lậ p bên trong các tườ ng lửa để chặn một số gói IPvào mạng dựa trên địa chỉ IP và số cổng. Nó cũng có cơ chế bảo mật tại lớ p transportnhư là secure socket layer (SSL) tại lớ p liên k ết hoặc lớ p vật lý.

Hình 6.4 Chế độ tunnelling(trong cả Ipv4 và Ipv6)

6.2.2. VPN vệ tinh (Satellite VPN)

Một tườ ng lửa bao gồm 2 router có khả năng lọc gói IP và cửa ngõ ứng dụngcho kiểm tra lớ p cao như hình 6.5.





Hình 6.5 VPN trong vệ tinh

Một cái ở đầu vào dùng để kiểm tra các gói vào và một ở đầu ra để kiểm tra góiđầu ra. Một cổng ứng dụng, giữa các router thực hiện thêm việc kiểm tra giao thức dữ liệu lớ p cao bao gồm TCP, UDP, email, WWW và các ứng dụng dữ liệu khác.

Đây là cấu hình nhằm đảm bảo không có bất cứ gói nào vào hay ra mà không phải thông qua cổng ứng dụng. Bộ lọc gói đượ c điều khiển bằng bảng và kiểm tra cácgói nguyên. Cổng ứng dụng kiểm tra nội dung, kích thướ c bản tin và tiêu đề. IPSecđượ c sử dụng để cung cấ p sự bảo mật giữa các mạng công ty thông qua môi tr ườ ngcông cộng internet.

6.2.3. Bảo mật IP multicast

Trong bảo mật IP multicast, một trong những vấn đề chính là đảm bảo r ằngkhoá dùng để mã hoá lưu lượ ng tất cả các thành viên của nhóm đều biết và chỉ cónhững thành viên này, đây là vấn đề then chốt của việc phân phối và quản lý khoá.Kích thướ c và tr ạng thái của nhóm multicast có ảnh hưở ng r ất lớ n đến hệ thống phân phối và quản lý khoá, đặc biệt là các nhóm lớ n. Có một số cấu trúc cho quản lý khoámà đang đượ c nghiên cứu gần đây.

Một mặt khác mà nghiên cứu cần đảm bảo r ằng quản lý khoá là có khả năngthay đổi đối vớ i một nhóm quá lớ n trong multicast vệ tinh; một trong những cơ chế có triển vọng nhất là phân cấ p khoá hợ p lý. Những khoá này có thể dùng trong cấutrúc bảo mật như IPSec, nghiên cứu này đang đượ c điều khiển chỉ đạo độc lậ p cho bất k ỳ vệ tinh nào, nhưng k ết quả dự kiến đượ c áp dụng cho bảo mật hệ thốngmulticast IP vệ tinh.

Để giải quyết vấn đề phức tạ p trong cậ p nhật khoá (rekey) tại những vùng cóquy mô lớ n, khái niệm phân cấ p khoá hợ p lý (LKH) có thể đượ c sử dụng như tronghình 6.6. Khoá đượ c tổ chức vào cấu trúc cây, mỗi ngườ i dùng thì đượ c phân phốimột chuỗi các khoá cho phép một số trùng từ “lá” tớ i “gốc”. Ngườ i dùng có thể đượ cnhóm lại dựa trên cây này đễ họ chia sẻ một số khoá chung do đó một bản tin có thể đượ c phát quảng bá để cậ p nhật các khoá của một nhóm ngườ i dùng.





P h â n c ấ p c ủ a k h o á

Hình 6.6 Mô hình của phân cấ p khoá hợ p lý (LHK)





K ẾT LUẬNLiên k ết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sau cho phép liên k ết các mạng

mặt đất vớ i nhau thông qua hệ thống vệ tinh. Vớ i những ưu thế về tính linh động, phạm vi hoạt động bao phủ trên toàn thế giớ i, dễ dàng triển khai đối vớ i các vùng hải

đảo xa xôi. Thêm vào đó do dựa trên công nghệ là IP sẵn có điều đó làm tăng khả năng bảo trì, quản lý, triển khai trên diện r ộng, công nghệ ngày càng đượ c cải tiếndẫn đến chất lượ ng của các dịch vụ do vệ tinh cung cấ p ngày càng đượ c cải tiến mộtcách đáng k ể. Truyền thông IP qua vệ tinh thực sự là một công nghệ đầy triển vọng phát triển trong tươ ng lai.

Trong phạm vi đồ án đã tìm hiểu một cách sơ lượ c về hệ thống vệ tinh, các đặcđiểm cũng như cách thức hoạt động.

Sau đó đồ án đã tìm hiểu về công nghệ IP một đặc tr ưng của mạng mặt đất,

cách thức đóng gói, các giao thức dùng trong mạng vệ tinh như liên k ết dữ liệu lớ pcao (HDCL), giao thức điểm-điểm (PPP) và định tuyến trong mạng vệ tinh làm chomột gói tin có thể đến đượ c đúng đích mà nó cần chuyển đến.

Cuối cùng đồ án đề cậ p đến một vấn đề có thể nói là một thách thức lớ n đối vớ itất cả các mạng không chỉ riêng mạng IP qua hệ thống vệ tinh đó là bảo mật. Đặcđiểm của mạng vệ tinh chính là truyền bằng vô tuyến cho nên khả năng nghe tr ộm dữ liệu cũng như xâm nhậ p vào mạng bất hợ p pháp là r ất lớ n dẫn đến một yêu cầu bứcthiết là bảo vệ tính riêng tư cũng như tính toàn vẹn của dữ liệu đượ c truyền đi.

Trong giai đoạn hiện nay, khi xu hướ ng của mạng viễn thông là IP hóa hay

chuyển sang mạng thế hệ mớ i NGN. Một trong những ưu việt của NGN là tích hợ pgiữa cố định và di động. Vì vậy, trong tươ ng lai IP-vệ tinh sẽ đượ c ứng dụng cho điệnthoại di động, các dịch vụ đa phươ ng tiện. Khi đó, các dịch vụ viễn thông sẽ r ất linhhoạt, k ết hợ p giữa truyền hình ảnh, số liệu và thoại. Đây cũng chính là hướ ng pháttriển tiế p theo của để tài.

Do kiến thức em còn hạn chế mà các vấn đề liên quan tớ i mạng vệ tinh khár ộng nên trong phạm vi đề tài không thể đề cậ p hết đượ c và không thể tránh khỏi saisót, em mong nhận đượ c sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn. Em chân thànhcảm ơ n.




TÀI LIỆU THAM KHẢO[1].Zhili Sun, Satellite Networking: Principles and Protocols.

[2].Linghang Fan, Haitham Cruickshank, Zhili Sun, IP Networking over Next-Generation Satellite Systems ,7-2007.

[3].PGS.Ts. Nguyễn Bình, Lý Thuyết Thông Tin, 2006.

[4].Ths.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông Tin Vệ Tinh, 2007

[5].Nguyễn Quốc Tuấn, ISDN And Broadband ISDN With Frame Relay AndATM, 2002.

[6].Website Tạ p Chí Bưu Chính Viễn Thông, www.tapchibcvt.gov.vn.

Lien Ket Mang Ip Qua He Thong Ve Tin the He Sau - Www.viet-eBook.co.Cc

Documents

Transcript of Lien Ket Mang Ip Qua He Thong Ve Tin the He Sau - Www.viet-eBook.co.Cc