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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 13 Chƣơng 1 - GIỚI THIỆU 1. Lịch sử phát triển và ƣu nhƣợc điểm của truyền thông vệ tinh 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. 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.
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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 14 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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 15 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 đƣờng 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.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 16 Inter Satellite Link ( ISL) Mobile User Gateway Link MUL Link (MUL) GWL (GWL) Small cells (spot beams) ( Base ( station Footprint gateway ISDN PSTN GSM User data Hình 1.1 Hệ thống vệ tinh hỗ trợ cho truyền thông di động toàn cầu 1. 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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 17 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). Một số khái niệm và kiến thức cơ bản về truyền thông vệ tinh 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.