ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trần Đình Tùng

CÁC CẢI TIẾN TCP

CHO ĐƯỜNG TRUYỀN VỆ TINH

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Mạng và truyền thông

Mã số: 1.01.10

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS, TS. Nguyễn Đình Việt

Hà Nội - 2008

2

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Thày giáo PGS., TS. Nguyễn

Đình Việt, ngƣời đã hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi rất chân tình. Nhờ có sự giúp đỡ

của Thày, tôi mới có thể hoàn thành luận văn của mình đồng thời cũng nâng

cao trình độ nhận thức về công nghệ thông tin nói chung và mạng máy tính nói

riêng. Kiến thức và sự nghiêm túc của Thày trong nghiên cứu khoa học luôn là

tấm gƣơng để tôi học tập.

Tôi xin cảm ơn các Thày, Cô giáo của trƣờng Đại học Công nghệ - Đại

học Quốc Gia Hà Nội đã định hƣớng, trang bị các kiến thức nền tảng cho tôi để

tôi có thể biết cách tƣ duy, tiếp cận các kiến thức chuyên sâu. Xin cảm ơn bạn

bè, đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến và hỗ trợ tôi rất nhiều trong suốt thời gian

học tập, nghiên cứu và viết luận văn.

Cuối cùng, tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn tới gia đình, những ngƣời thân

đã cổ vũ tinh thần cho tôi trong học tập cũng nhƣ cuộc sống.

Hà Nội, tháng 9 năm 2008

Trần Đình Tùng

3

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là sản phẩm

lao động của tôi. Nội dung của luận văn đƣợc xây dựng theo kiến thức của tôi

và đƣợc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu của các chuyên gia trong và ngoài

nƣớc, đƣợc ghi chú đầy đủ vào trong tài liệu tham khảo, có xuất xứ rõ ràng.

Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung và chịu mọi hình thức kỷ luật theo

quy định cho lời cam đoan của mình.

Hà Nội, tháng 9 năm 2008

4

Mục lục

Bảng thuật ngữ viết tắt ......................................................................................... 6

Danh mục các hình vẽ .......................................................................................... 8

Mở đầu ............................................................................................................... 10

Chƣơng 1 - GIỚI THIỆU ................................................................................... 13

1.1. Lịch sử phát triển và ƣu nhƣợc điểm của truyền thông vệ tinh ............... 13

1.1.1. Lịch sử phát triển của truyền thông vệ tinh....................................... 13

1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm của truyền thông vệ tinh .......................................... 16

1.2. Một số khái niệm và kiến thức cơ bản về truyền thông vệ tinh .............. 17

1.2.1. Các khái niệm cơ bản ........................................................................ 17

1.2.2 Các hệ thống vệ tinh ........................... Error! Bookmark not defined.

1.3. Kết nối mạng qua đƣờng truyền vệ tinh .. Error! Bookmark not defined.

1.3.1 Đặc điểm của đƣờng truyền vệ tinh và các vấn đề phải giải quyết

..................................................................... Error! Bookmark not defined.

1.3.2 Các giải pháp khắc phục .................... Error! Bookmark not defined.

Chƣơng 2 - CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG TRONG GIAO THỨC

TCP ..................................................................... Error! Bookmark not defined.

2.1 Sự phát triển của mạng Internet ................ Error! Bookmark not defined.

2.2 Kiến trúc mạng Internet ............................ Error! Bookmark not defined.

2.2.1 Mô hình tham chiếu ISO OSI ............. Error! Bookmark not defined.

2.2.2 Mô hình TCP/IP ................................. Error! Bookmark not defined.

2.3. Tổng quan về giao thức TCP ................... Error! Bookmark not defined.

2.3.1 Cấu trúc gói tin TCP........................... Error! Bookmark not defined.

2.3.2. Cơ chế hoạt động của TCP ................ Error! Bookmark not defined.

2.4. Một số thuật toán điều khiển lƣu lƣợng trong TCP Error! Bookmark not

defined.

2.4.1. Thuật toán “Khởi động chậm” – SS (Slow Start) .. Error! Bookmark

not defined.

5

2.4.2. Thuật toán “Tránh tắc nghẽn” – CA (Congestion Avoidance) .. Error!

Bookmark not defined.

2.4.3. Thuật toán “Phát lại nhanh” – FRTX (Fast Retransmit) ............ Error!

Bookmark not defined.

2.4.4. Thuật toán “Khôi phục nhanh” – FRCV (Fast Recovery) ......... Error!

Bookmark not defined.

2.5. Các phiên bản của giao thức TCP ........... Error! Bookmark not defined.

2.5.1. Tahoe ................................................. Error! Bookmark not defined.

2.5.2. Reno ................................................... Error! Bookmark not defined.

2.5.3. New-Reno .......................................... Error! Bookmark not defined.

2.5.4. SACK TCP ........................................ Error! Bookmark not defined.

2.6 Ƣu điểm của TCP trong mạng truyền thông ........... Error! Bookmark not

defined.

Chƣơng 3 - CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU SUẤT TCP TRONG MẠNG

CÓ ĐƢỜNG TRUYỀN VỆ TINH .................... Error! Bookmark not defined.

3.1. Sửa lỗi phía trƣớc - FEC (Forward Error Correction) .. Error! Bookmark

not defined.

3.2. TCP SACK .............................................. Error! Bookmark not defined.

3.3. TCP HACK (HeAder ChecKsum option) Error! Bookmark not defined.

3.4. TCP Trunk ............................................... Error! Bookmark not defined.

Chƣơng 4 - ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT TCP TRÊN ĐƢỜNG TRUYỀN VỆ

TINH BẰNG MÔ PHỎNG ................................ Error! Bookmark not defined.

4.1. Giới thiệu bộ phần mềm mô phỏng NS ... Error! Bookmark not defined.

4.2. Sử dụng phần mềm mô phỏng NS để mô phỏng đƣờng truyền vệ tinh

......................................................................... Error! Bookmark not defined.

4.2.1 Các tham số cơ bản của tổ hợp vệ tinh ............. Error! Bookmark not

defined.

4.2.2. Cài đặt vệ tinh và các trạm mặt đất ... Error! Bookmark not defined.

4.2.3. Kết nối vệ tinh ................................... Error! Bookmark not defined.

4.2.4. Hỗ trợ theo dõi .................................. Error! Bookmark not defined.

6

4.3 Đánh giá hiệu suất TCP khi hoạt động trên đƣờng truyền vệ tinh. ... Error!

Bookmark not defined.

4.3.1 Vệ tinh VINASAT-1 và các tham số đặc trƣng Error! Bookmark not

defined.

4.3.2 Cấu hình mạng mô phỏng .................. Error! Bookmark not defined.

4.3.3 Các thí nghiệm mô phỏng và kết quả . Error! Bookmark not defined.

Kết luận .............................................................. Error! Bookmark not defined.

Phƣơng hƣớng nghiên cứu tiếp theo .................. Error! Bookmark not defined.

Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 19

7

Bảng thuật ngữ viết tắt

ARPANET Advanced Research Projects Agency Network

ARQ Automatic Repeat reQuest

awin advertised window

CA Congestion Avoidance

CWND Congestion window

FEC Forward Error Correction

FRCV Fast Recovery

FRTX Fast Retransmit

FRCV Fast Recovery

GEO Geostationary Earth Orbit

GMB Guaranteed Minimum Bandwidth

GSL Ground to Satellite Link

HACK HeAder ChecKsum option

HEO High Elliptical Orbit

IP Internet Protocol

ISL Inter Satellite Link

ISN Initial Sequence Number

ISO International Standard Organization

LEO Low Earth Orbit

MEO Medium Earth Orbit

8

MSS Maximum Segment Size

NS Network Simulator

OSI Open Systems Interconnection

RMSS Receiver Maximum Segment Size

RTO Retransmit Timeout

RTT Round Trip Time

RWND Receiver Window

SACK TCP Selective ACKnowledgement TCP

SMSS Sender Maximum Segment Size

SS Slow Start

TCP Transmission Control Protocol

UDP User Datagram Protocol

9

Danh mục các hình vẽ

Hình 1.1 Hệ thống vệ tinh hỗ trợ cho truyền thông di động toàn cầu ............... 16

Hình 1.2 Các kiểu quỹ đạo vệ tinh ..................................................................... 18

Hình 2.1 Mô hình tham chiếu OSI 7 tầng .......... Error! Bookmark not defined.

Hình 2.2 Mô hình TCP/IP .................................. Error! Bookmark not defined.

Hình 2.3 Gói số liệu TCP với phần tiêu đề giả .. Error! Bookmark not defined.

Hình 2.4 Cấu trúc gói số liệu TCP ..................... Error! Bookmark not defined.

Hình 2.5 Phƣơng thức bắt tay ba bƣớc - thiết lập kết nối. Error! Bookmark not

defined.

Hình 2.6 Phƣơng thức bắt tay ba bƣớc - kết thúc kết nối. Error! Bookmark not

defined.

Hình 3.1 Thông lƣợng của TCP với FEC và không FEC . Error! Bookmark not

defined.

Hình 3.2 Lựa chọn cho phép SACK TCP .......... Error! Bookmark not defined.

Hình 3.3 Khuôn dạng lựa chọn SACK TCP (length =n) .. Error! Bookmark not

defined.

Hình 3.4 Bên gửi TCP HACK khi đóng gói dữ liệu ......... Error! Bookmark not

defined.

Hình 3.5 Bên nhận TCP HACK ......................... Error! Bookmark not defined.

Hình 3.6 Bên gửi TCP HACK khi nhận ACK ... Error! Bookmark not defined.

Hình 3.7 TCP trunk ............................................ Error! Bookmark not defined.

Hình 3.8 Thực hiện TCP trunk ........................... Error! Bookmark not defined.

Hình 4.1: Cấu trúc của bộ mô phỏng NS-2 ........ Error! Bookmark not defined.

Hình 4.2: Các thành phần chính của mạng vệ tinh ........... Error! Bookmark not

defined.

Hình 4.3: Cấu trúc tập vết thông thƣờng của NSError! Bookmark not defined.

10

Hình 4.4: Vùng phủ sóng của băng tần C .......... Error! Bookmark not defined.

Hình 4.5: Vùng phủ sóng của băng tần Ku ........ Error! Bookmark not defined.

Hình 4.6: Cấu hình mô phỏng ........................... Error! Bookmark not defined.

Hình 4.7 Hệ số sử dụng đƣờng truyền của các phiên bản TCP khác nhau, kích

thƣớc cửa sổ phát thay đổi từ 32KB tới 256 KB, đƣờng truyền không lỗi. Error!

Bookmark not defined.

Hình 4.8: Độ trễ trung bình của các phiên bản TCP khác nhau, kích thƣớc cửa

sổ phát thay đổi từ 32KB tới 256 KB, đƣờng truyền không lỗi.................. Error!

Bookmark not defined.

Hình 4.9 Hệ số sử dụng đƣờng truyền của các phiên bản TCP khác, đƣờng

truyền có lỗi (mô hình lỗi Markov). ................... Error! Bookmark not defined.

Hình 4.10 Độ trễ trung bình của các phiên bản TCP khác, đƣờng truyền có lỗi

(mô hình lỗi Markov). ........................................ Error! Bookmark not defined.

Hình 4.11 Thăng giáng độ trễ trung bình của các phiên bản TCP khác, đƣờng

truyền có lỗi (mô hình lỗi Markov). ................... Error! Bookmark not defined.

Hình 4.12 Hệ số sử dụng đƣờng truyền trên đƣờng truyền T1, tọa độ vệ tinh

thay đổi từ 850E tới 132

0E, đƣờng truyền có lỗi.Error! Bookmark not defined.

11

Mở đầu

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã tạo tiền đề cho sự phát triển của

truyền thông vệ tinh, tới nay truyền thông vệ tinh đã đƣợc sử dụng rộng rãi và

các hệ thống vệ tinh đã trở thành một phần cơ sở hạ tầng của mạng máy tính

toàn cầu - Internet. Trên thế giới đã có rất nhiều hệ thống vệ tinh đƣợc thiết kế

và thực hiện, phục vụ cho mục đích trao đổi thông tin khắp toàn cầu. Thông tin

vệ tinh có rất nhiều các ƣu điểm nhƣ ổn định, ít bị tác động của môi trƣờng (địa

hình, động đất, phá hoại, …), diện tích phủ sóng rộng do đó cho phép nhanh

chóng liên lạc tới các vùng xa xôi hẻo lánh, nơi mà các hệ thống thông tin liên

lạc khác không thể với tới đƣợc.

Cùng với xu hƣớng phát triển khoa học công nghệ trên thế giới, Việt

Nam dần từng bƣớc chinh phục không gian, mà bƣớc tiến quan trọng đầu tiên là

sở hữu vệ tinh địa tĩnh VINASAT-1. VINASAT-1 không những giúp Việt Nam

chủ động hơn trong thông tin liên lạc, phục vụ thƣơng mại, an ninh, quốc phòng

mà còn khẳng định chủ quyền của Việt Nam trong không gian.

Với tốc độ tăng trƣởng kinh tế nhanh chóng của Việt Nam, cơ sở hạ tầng

nói chung trong đó có hạ tầng viễn thông phải đi trƣớc một bƣớc, đáp ứng đƣợc

nhu cầu tăng trƣởng kinh tế. Đặc điểm địa lý của Việt Nam là có bờ biển dài, có

nhiều núi non hiểm trở, có thềm lục địa rộng lớn, có rất nhiều đảo và quần đảo

cách xa đất liền. Do đó, để phát triển kinh tế và bảo vệ an ninh quốc phòng nhất

thiết phải có hệ thống thông tin liên lạc mạnh và phủ sóng rộng khắp. Hệ thống

thông tin vệ tinh sẽ đáp ứng cho chúng ta các yêu cầu đó.

Sau khi phóng và điều chỉnh vệ tinh vào quỹ đạo thích hợp, cần thiết lập

đƣờng truyền thông giữa vệ tinh với vệ tinh và giữa vệ tinh và các trạm mặt đất.

Để truyền thông tin vệ tinh, có nhiều giao thức đã đƣợc sử dụng trong đó có

giao thức TCP/IP, tuy nhiên do đặc điểm của truyền thông vệ tinh rất khác so

với truyền thông mặt đất nên cần phải cải tiến TCP/IP cho phù hợp.

12

Nội dung đầu tiên của đề tài là nghiên cứu các kiến thức nền tảng của

TCP từ đó đề ra các hƣớng nghiên cứu cải tiến. Tiếp đó, đề tài sẽ tập trung vào

nghiên cứu bằng mô phỏng mạng có đƣờng truyền vệ tinh và đánh giá hiệu suất

của TCP và các phiên bản cải tiến của TCP trên đƣờng truyền vệ tinh.

Đề tài tập trung đi sâu phân tích các thuật toán điều khiển tắc nghẽn đƣợc

cài đặt trong các phiên bản của TCP, bao gồm thuật toán “khởi động chậm”,

“tránh tắc nghẽn”, “phát lại nhanh” và “khôi phục nhanh”.

Đề tài phân tích kỹ các giải pháp có thể đƣợc sử dụng để nâng cao hiệu

suất đƣờng truyền vệ tinh bao gồm: sửa lỗi phía trƣớc (FEC - Forward Error

Correction), SACK và TCP SACK, TCP HACK (HeAder ChecKsum option)

và TCP Trunk. Sau đó, thông qua công cụ mô phỏng NS để mô phỏng quá trình

truyền thông vệ tinh nhằm chỉ ra phiên bản TCP phù hợp, kích thƣớc cửa sổ

phát tối ƣu và vị trí tốt nhất của vệ tinh so với các trạm mặt đất.

Với mục tiêu trên, chúng tôi bố trí luận văn thành 4 chƣơng:

Chương 1: Giới thiệu

Nội dung của chƣơng này là giới thiệu chung về truyền thông vệ tinh,

phân tích các đặc điểm của đƣờng truyền vệ tinh, các vấn đề phát sinh khi kết

nối qua đƣờng truyền vệ tinh.

Chương 2: Cơ chế điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP

Chƣơng này sau khi giới thiệu về sự phát triển của Internet, mô hình kiến

trúc TCP/IP sẽ đi sâu vào phân tích giao thức TCP, một số thuật toán điều khiển

lƣu lƣợng trong TCP và các phiên bản của giao thức TCP.

Chương 3: Các giải pháp cải thiện hiệu suất TCP trong mạng có đường

truyền vệ tinh

Trong chƣơng này đề cập tới các giải pháp hay sử dụng để nâng cao hiệu

suất đƣờng truyền vệ tinh.

13

Chương 4: Đánh giá hiệu suất TCP trên đường truyền vệ tinh bằng mô

phỏng

Trong chƣơng này, phần đầu giới thiệu về công cụ mô phỏng thƣờng

đƣợc sử dụng trong nghiên cứu mô phỏng mạng, đó là NS (Network Simulator).

Sau đó thiết lập cấu hình mô phỏng và thực hiện việc mô phỏng đƣờng truyền

vệ tinh sử dụng các phiên bản TCP khác nhau.

Cuối cùng là phần kết luận và phƣơng hƣớng nghiên cứu tiếp theo của đề

tài.

14

Chương 1 - GIỚI THIỆU

1.1. Lịch sử phát triển và ưu nhược điểm của truyền thông vệ tinh

1.1.1. Lịch sử phát triển của truyền thông vệ tinh

Ngƣời đầu tiên đã nghĩ ra vệ tinh nhân tạo dùng cho truyền thông là nhà

viết truyện khoa học giả tƣởng Arthur C. Clarke vào năm 1945. Ông đã nghiên

cứu về cách phóng các vệ tinh, quỹ đạo của chúng và nhiều khía cạnh khác cho

việc thành lập một hệ thống vệ tinh nhân tạo bao phủ thế giới. Ông cũng đề

xuất việc sử dụng 3 vệ tinh địa tĩnh (geostationary) cho một hệ thống viễn

thông, đủ để phủ sóng cho toàn bộ Trái Đất. Vệ tinh nhân tạo đầu tiên là

SPUTNIK 1 đƣợc Liên bang Xô viết phóng lên ngày 4 tháng 10 năm 1957 đã

chứng minh cho ý tƣởng của Arthur C. Clarke. Sự kiện này là một là động lực

thúc đẩy lớn lao đối với truyền thông vệ tinh của cả thế giới. Về mặt công nghệ,

SPUTNIK không thể so sánh đƣợc với các vệ tinh hiện đại ngày nay. Nó chỉ

đơn thuần phát ra các tín hiệu radio “bíp bíp” một cách đều đặn. Thế nhƣng, đó

quả thực là một bƣớc tiến to lớn của con ngƣời trong việc chinh phục không

gian. Chỉ ba năm sau vào năm 1960, vệ tinh ECHO của Mĩ trở thành vệ tinh

truyền thông thực thụ đầu tiên của nhân loại với khả năng tiếp nhận và phản hồi

lại các tín hiệu radio. Tiếp theo ECHO, vệ tinh địa tĩnh đầu tiên SYNCOM ra

đời năm 1963 với ƣu điểm lớn nhất là giữ đƣợc vị trí tƣơng đối cố định so với

mặt đất. Khả năng tuyệt vời này đặt nền tảng cho việc phủ sóng các chƣơng

trình thời sự toàn nƣớc Mĩ tại thời đó.

Sau đó, hàng loạt các vệ tinh thƣơng mại đƣợc đƣa lên quỹ đạo nhƣ

INTELSAT-1, vệ tinh nặng 68 kg này cung cấp 240 kênh điện thoại song công

tƣơng đƣơng với một kênh truyền hình. Vệ tinh INTELSAT-2 và INTELSAT-3

với số kênh thoại lên tới 1200 kênh. Tới năm 1976 ra đời của MARISAT cung

cấp dịch vụ truyền thông cho các phƣơng tiện giao thông đƣờng thủy, từ đó

ngƣời ta thấy các ăng-ten parabol bắt đầu xuất hiện trên tầu thuyền, giúp các tầu

15

thuyền có thể liên lạc thƣờng xuyên với nhau và liên lạc với đất liền trong các

hành trình khắp nơi trên thế giới. Hệ thống điện thoại vệ tinh di động đầu tiên,

INMARSAT-A, đƣợc giới thiệu vào năm 1982. Sáu năm sau là INMARSAT-C.

Đến năm 1993, các hệ thống điện thoại vệ tinh đƣợc số hóa toàn bộ.

Năm 1998 đánh dấu thế hệ truyền thông vệ tính mới với sự ra đời của các

tổ hợp vệ tinh Iridium, đây là dự án đầy tham vọng của Motorola nhằm xây

dựng một hệ thống vệ thông tin di động phủ sóng khắp toàn cầu. Ban đầu dự án

Iridium đƣợc thiết kế bao gồm 77 vệ tinh tạo thành một mạng lƣới mà khi hoàn

thành sẽ cho phép 2 điểm bất kỳ trên trái đất có thể liên lạc đƣợc với nhau. Tên

của hệ thống (Iridium) đƣợc đặt theo tên của nguyên tố thứ 77 trong bảng hệ

thống tuần hoàn, 77 vệ tinh quay quanh trái đất nhƣ 77 electron quay quanh hạt

nhân nguyên tố Iridium. Khi triển khai thực tế, vì lý do kinh tế nên số vệ tinh

đƣợc tính toán lại và chỉ còn là 66 vệ tinh, tuy nhiên tên của hệ thống vẫn đƣợc

đặt nhƣ ban đầu. Khi đƣa vào vận hành, hệ thống vệ tinh Iridium đã đƣợc coi

nhƣ một thành tựu sáng chói của khoa học kỹ thuật.

Một hệ thống vệ tinh đáng chú ý khác là hệ thống Globalstar, với 48 vệ

tinh cung cấp các kênh truyền thƣơng mại cho thấy sự phát triển thật ấn tƣợng

của truyền thông vệ tinh chỉ sau hơn 30 năm kể từ ngày ra đời.

Hiện nay, vệ tinh đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực sau:

Nghiên cứu khoa học: Do có diện tích quan sát rộng nên vệ tinh đã đƣợc sử

dụng rộng rãi trong nghiên cứu trái đất, môi trƣờng cũng nhƣ dự báo thời

tiết. Sử dụng các công nghệ hiện đại, vệ tinh còn có khả năng nhìn sâu vào

trong lòng đất phục vụ các nghiên cứu địa chất, thăm dò tài nguyên. Ngoài

ra, với ƣu điểm không bị cản trở bởi tầng khí quyển, các vệ tinh đã tỏ ra rất

hiệu quả trong nghiên cứu thiên văn, vũ trụ.

16

Định vị: Các hệ thống định vị và định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh đã trở nên

phổ biến với mọi ngƣời và tham gia vào nhiều mặt của đời sống, kinh tế xã

hội từ tránh tắc nghẽn giao thông, định vị trí trên đất liền, trên biển, ...

Quân sự: Là một trong những ứng dụng đầu tiên mà loài ngƣời nghĩ tới. Vệ

tinh đƣợc sử dụng tham gia các nhiệm vụ trinh sát, chụp ảnh do thám, gây

nhiễu, phá hủy hạ tầng truyền thông đối phƣơng. Bên cạnh đó, thông tin liên

lạc trong quân sự sử dụng vệ tinh cũng tỏ ra an toàn hơn trƣớc sự tấn công

bằng các vũ khí thông thƣờng của kẻ thù.

Thông tin liên lạc: Vệ tinh có điểm ƣu việt mà không một hệ thống ăng ten

hay truyền hình cáp nào có đƣợc là bán kính phủ sóng rộng lớn. Chỉ có

truyền thông vệ tinh mới phủ sóng đƣợc tới các vùng xa xôi nhƣ các hải đảo,

các vùng cực, ... Đối với truyền thông di động, những ƣu điểm của truyền

thông vệ tinh đƣợc đặc biệt phát huy.

Làm đường trục cho điện thoại toàn cầu: Ngay từ khi ra đời truyền thông

vệ tinh đã đóng vai trò quan trọng trong liên lạc toàn cầu, đƣờng truyền vệ

tinh có băng thông rộng, có thể truyền đƣợc rất nhiều các kênh truyền điện

thoại.

Kết nối tới những vùng xa xôi hẻo lánh: Nhiều khu vực trên thế giới khó

có thể kéo các đƣờng truyền hữu tuyến do các nguyên nhân chủ quan (chính

trị, quân sự) cũng nhƣ khách quan (các yếu tố địa lý), khi đó đƣờng truyền

vệ tinh là lựa chọn lý tƣởng.

Thông tin di động toàn cầu: thƣờng sử dụng vệ tinh quỹ đạo thấp vì độ trễ

nhỏ hơn so với vệ tinh địa tĩnh.

17

Hình 1.1 Hệ thống vệ tinh hỗ trợ cho truyền thông di động toàn cầu

1.1.2. Ưu nhược điểm của truyền thông vệ tinh

Ƣu điểm nổi bật của truyền thông vệ tinh là có diện tính phủ sóng rộng

lớn, có thể truyền theo phƣơng thức điểm – đa điểm (point to multipoint) tới

nhiều điểm thu khác nhau trên mặt đất. Sử dụng vệ tinh có thể đƣa các dịch vụ

phát thanh, truyền hình, thông tin liên lạc tới các vùng sâu, vùng xa của các

vùng lãnh thổ rộng lớn với chi phí thấp hơn nhiều so với việc xây dựng hàng

loạt các trạm mặt đất chuyển tiếp tín hiệu.

Tuy nhiên do khoảng cách từ vệ tinh tới trái đất lớn nên mặc dù tín hiệu

đƣợc truyền đi với vận tốc ánh sáng nhƣng tín hiệu truyền từ vệ tinh phải mất từ

hàng chục tới trên một trăm mili giây mới tới đƣợc mặt đất. Đặc điểm này tạo

ra độ trễ truyền thông lớn, ảnh hƣởng đến các dịch vụ có tính tƣơng tác và các

dịch vụ thời gian thực. Đây là yếu tố không thể khắc phục đối với việc sử dụng

các vệ tinh có quỹ đạo lớn nhƣ vệ tinh địa tĩnh.

( (

ISDN PSTN GSM

User data

Mobile User

Link (MUL)

Inter Satellite Link

( ISL)

Gateway Link

(GWL) GWL

MUL

Small cells

(spot beams)

Footprint

Base

station

gateway

18

Do vệ tinh hoạt động độc lập trong không gian, nguồn năng lƣợng cung

cấp cho vệ tinh hoạt động chỉ có thể là năng lƣợng dự trữ (nhƣ pin nhiên liệu)

hay năng lƣợng mặt trời. Các thiết bị trên vệ tinh liên tục bị bức xạ vũ trụ lại

không thể bảo trì, thay thế do đó tuổi thọ của vệ tinh tƣơng đối thấp. Hơn nữa

chi phí cho việc nghiên cứu, chế tạo vệ tinh và chi phí phóng vệ tinh rất lớn, đó

cũng là những nguyên nhân kìm hãm sự phát triển của truyền thông vệ tinh.

Cuối cùng, do tín hiệu vệ tinh phải đi qua tầng khí quyển dày đặc của trái

đất, nơi có rất nhiều hiện tƣợng thiên nhiên nhƣ mây, mƣa và sƣơng mù làm

ảnh hƣởng xấu tới chất lƣợng truyền. Truyền thông vệ tinh có tỷ suất lỗi bit cao,

dao động từ 10-4

đến 10-7

(so với 10-12

khi sử dụng cáp đồng chất lƣợng cao).

1.2. Một số khái niệm và kiến thức cơ bản về truyền thông vệ tinh

1.2.1. Các khái niệm cơ bản

Vệ tinh địa tĩnh – GEO (Geostationary Earth Orbit): Là vệ tinh đƣợc phóng

lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36.000km so với đƣờng xích đạo, vệ tinh loại

này quay xung quanh trái đất một vòng mất 24 giờ. Do chu kỳ quay của vệ tinh

bằng chu kỳ quay của trái đất xung quanh trục của nó và theo hƣớng Đông cùng

với hƣớng quay của trái đất, bởi vậy vệ tinh dƣờng nhƣ đứng yên khi quan sát

từ mặt đất, nên đƣợc gọi là vệ tinh địa tĩnh. Vệ tinh địa tĩnh có thể đảm bảo

thông tin ổn định liên tục và có nhiều ƣu điểm hơn vệ tinh quỹ đạo thấp khi sử

dụng làm vệ tinh thông tin.

Nếu ba vệ tinh địa tĩnh đƣợc đặt cách đều nhau trong mặt phẳng xích đạo

thì có thể thiết lập các đƣờng truyền thông tin liên kết các vùng trên trái đất

bằng cách chuyển tiếp qua một hoặc hai vệ tinh. Điều này cho phép xây dựng

một mạng thông tin trên toàn thế giới.

19

Hình 1.2 Các kiểu quỹ đạo vệ tinh

Vệ tinh quỹ đạo trung bình – MEO (Medium Earth Orbit): Là vệ tinh có độ

cao từ 6000 đến 20000 km so với bề mặt trái đất, chu kỳ quay quanh quỹ đạo là

từ 5 đến 12 giờ, thời gian quan sát thấy vệ tinh tại một điểm trên trái đất từ 2

đến 4 giờ. MEO thƣờng đƣợc sử dụng trong thông tin di động hay thông tin

radio. Hệ thống MEO cần khoảng 12 vệ tinh để phủ sóng toàn cầu.

Vệ tinh quỹ đạo thấp – LEO (Low Earth Orbit): Là các vệ tinh có độ cao

trong khoảng từ 500 đến 1500 km so với bề mặt trái đất, chu kỳ quay quanh quỹ

đạo từ 95 đến 120 phút. Thời gian quan sát thấy vệ tinh LEO khoảng dƣới 10

phút. Việc bố trí các vệ tinh LEO gần nhau có thuận lợi là thời gian để dữ liệu

phát đi từ một vệ tinh đến các vệ tinh lân cận là rất ngắn, do đó tác dụng tiếp

sức tƣơng hỗ toàn cầu giữa các mạng và loại hình hội thoại vô tuyến truyền

hình sẽ có hiệu quả và hấp dẫn hơn. Nhƣng hệ thống LEO đòi hỏi phải có

khoảng 60 vệ tinh loại này mới bao trùm hết bề mặt địa cầu.

1000 km

10.000 km

35.768

km

GEO

(inmarsat)

MEO

(ICO) Inner and

outer

Van Allen

belts

HEO

LEO

(Globalstar,

Indium)

20

Tài liệu tham khảo

Tài liệu tiếng Việt

[1] Nguyễn Đình Lƣơng, Nguyễn Thanh Việt, “Các hệ thống thông tin vệ tinh,

hệ thống - kỹ thuật - công nghệ”, Nhà xuất bản Bƣu điện, 2002.

[2] Nguyễn Đình Việt, Bài giảng “Đánh giá hiệu năng mạng”, Chuyên ngành

Mạng và Truyền thông máy tính, Khoa CNTT, Trƣờng Đại học Công

nghệ, ĐHQGHN, 2008.

[3] Nguyễn Đình Việt. “Nghiên cứu phương pháp đánh giá và cải thiện hiệu

năng giao thức TCP cho mạng máy tính”, Luận án Tiến sĩ, 2003

[4] Kiều Xuân Đƣờng, “Thông tin vệ tinh”, Trƣờng Đại học Giao thông Vận

tải, 2001.

[5] Vũ Duy Lợi, “Mạng thông tin máy tính”, Nhà xuất bản Thế giới, Hà Nội,

2002.

Tài liệu tiếng Anh

[6] Ashish Natani, Jagannadha Jakilinki, Mansoor Moshin, Vijay Sharna, “TCP

for Wireless Networks”, Nov. 12, 2001.

[7] Brian D. Noble, M. Satyanarayanan, Giao T. Nguyen, Randy H. Katz,

“Trace-Based Mobile Network Emulation”, ACM SIGCOMM ’97,

Cannes, France, Sep. 1997.

[8] Gary Comparentto and Rafols Rmirez, “Trends in Mobile Satellite

Technology”, 0018-9162 © 1997 IEEE

[9] G. T. Nguyen, R. H. Katz, B. D. Noble, and M. Satyanarayanan (1996), “A

tracebased approach for modeling wireless channel behavior”, Proc.

Winter SimulationConf., Dec. 1996.

[10] Jae Chung, Mark Claypool, “NS by Example”.

[11] Jochen H. Schiler, “Mobile Communications”, Addison – Wesley, 2000.

21

[12] John. J. Lemmon, “Wireless Link Statical Bit Error Model”, NTIA Report

02-394, Jun. 2002.

[13] Kevin Fall and Sally Floyd, “Simulation-based Comparisons of Tahoe,

Reno, and SACK TCP”

[14] Jacobson, V. and R. Braden, "TCP Extensions for Long- Delay Paths",

RFC 1072, October 1988.

[15] Marc Greis & VINT Group, “NS Tutorial”.

[16] M. Mathis, J. Mahdvi, S. Floyd, and A. Romanow, “TCP selective

acknowledgement options”, Internet RFC 2018, 1996.

[17] N. D. Viet, “TCP Enhancement and performance over network with

wireless link”.

[18] Kevin Fall, Kannan Varadhan, “NS Manual”, The VINT Project, 2008.

[19] V. Jacobson, R. Braden, and D. Borman, “TCP extensions for high

performance”, Internet RFC 1323, 1992.

[20] V. Jacobson, Michael J. Karels, “Congestion Avoidance and Control”,

Nov. 1988.

[21] R. K. Balan, B. P. Lee, K. R. R. Kumar, L. Jacob, W. K. G. Seah, A. L.

Ananda, “TCP HACK: TCP Header Checksum Option to improve

Performance over Lossy Links”, National University of Singapore.

[22] Lillykutty Jacob, K.N. Srijith, Huang Duo, A.L. Ananda, “Effectiveness of

TCP SACK, TCP HACK and TCP Trunk over Satellite Links”, IEEE, 2002.

[23] R. Braden, “T/TCP – TCP extensions for transactionis, functional

specification”, Internet RFC 1644, 1994.

[24] J. Mogul and S. Deering, “Path MTU discovery”, Internet RFC 1191,

1990.

22

[25] T. R. Henderson, R. H. Katz, “Transport Protocols for Internet-

Compatible Satellite Networks”, IEEE Journal on Selected Areas in

Comm, vol. 17, no. 2, Feb. 1999.

[26] I. Cidon, A. Khamisy, M. Sidi, "Analysis of Packet Loss Processes in

High-Speed Networks", IEEE Trans. on Inf. Theory, vol. 39, no. 1, January

1993.

[27] Henrik Lundqvist, Gunnar Karlsson, “TCP with End-to-end Forward

Error Correction”, Department of Microelectronics and Information

Technology, KTH, Royal Institute of Technology, 2002.

[28] S. Y. Wang, H. T. Kung, “TCP Trunking: Design, Implementation and

Performance”, Division of Engineering and Applied Sciences, Harvard

University, Cambridge, MA 02138, USA.

[29] S.Y. Wang, H.T. Kung, “TCP Trunking for Bandwidth Management of

Aggregate Traffic”, Division of Engineering and Applied Sciences,

Harvard University, Cambridge, MA 02138, USA.

[30] Douglas E. Comer, “Internetworking with TCP/IP”, Volume 1: Principles,

Protocols and Architecture, Prentice Hall, 1994.

[31] W. Stallings, “Data and Computer Communication”, Prentice Hall, 1997.

[32] http://www.vinasat.com.vn