Đề tài Phân tích các công nghệ trong mạng truy nhập

MỤC LỤC š@&?› Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU š@&?› Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Ưu điểm của công nghệ truy nhập vô tuyến so với truy nhập hữu tuyến 9 2.1 Tốc độ tăng trưởng hằng năm của các thuê bao DSL (Digital Subcriber Line) trên toàn thế giới 11 2.2 Tóm tắt các thông số của họ DSL 20 2.3 Các loại dịch vụ của WiMAX 25 2.4 So sánh các mô hình trong mạng truy nhập quang 31 3.1 Bảng so sánh các kỹ thuật đa truy nhập 47 3.2 So sánh các công nghệ BPON, EPON ,GPON 51 4.1 Tốc độ hư hỏng và thời gian sửa chữa của các thành phần 60 4.2 Xác suất không dùng được và thời gian chết mong đợi cho các loại mô hình PON dạng cây 62 DANH MỤC HÌNH VẼ š@&?› Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Vị trí của mạng truy nhập trong mạng viễn thông 3 1.2 Phân loại các công nghệ truy nhập 5 2.1 Vấn đề nghẽn cổ chai băng thông của mạng truy nhập hiện nay 13 2.2 Hiệu quả sử dụng băng thông trên đôi dây đồng 14 2.3 Mô tả kết nối thiết bị ISDN-BA 16 2.4 Sự phân chia băng thông trong ADSL 18 2.5 Mô hình kết nối hệ thống ADSL 18 2.6 Mô hình mạng truyền hình cáp 21 2.7 Cấu trúc mạng truyền hình cáp 22 2.8 Mô hình điểm-điểm 29 2.9 Mô hình sao chủ động 30 2.10 Mô hình sao thụ động 31 3.1 Khoảng băng thông đáp ứng của các loại dịch vụ 33 3.2 Các mô hình PON 35 3.3 Các thành phần chủ động và thụ động trong một mạng PON 38 3.4 Hình ảnh thực tế của một OLT,OLT trong hình có thể dùng cho 704 thuê bao 40 3.5 Hình ảnh thực tế của một ONU 41 3.6 Mô hình TDMA PON 43 3.7 Truyền dữ liệu xuống trong TDMA PON 44 3.8 Truyền dữ liệu lên trong TDMA PON 45 3.9 Mô hình WDMA PON 46 3.10 Cấu trúc cell ATM 48 3.11 Cấu trúc khung Ethernet 50 4.1 Mô hình PON không có sự bảo vệ 54 4.2 PON có bảo vệ trung kế 55 4.3 PON có bảo vệ nhánh 57 4.4 Mô hình PON có bảo vệ trung kế và nhánh dùng cách ghép Cascade 58 4.5 PON có bảo vệ cây 60 4.6 Bảo vệ vòng ring dùng bộ chuyển mạch quang k:n 63 4.7 Bảo vệ vòng ring dùng bộ chuyển đổi dãy bước sóng, bộ ghép và bộ giải đa hợp 64 4.8 So sánh giá cả của các tỷ lệ bảo vệ 66 4.9 So sánh giá cả và xác suất sợi bị hỏng của các tỷ lệ bảo vệ 67 4.10 So sánh tỉ lệ mất gói với xác suất hỏng sợi của các tỷ lệ bảo vệ 67 5.1 Các kiến trúc dịch vụ mạng FTTx 70 5.2 Cấu trúc một mạng IP Video 75 5.3 Tỉ lệ băng thông rộng trên thế giới theo thống kê quý 4 năm 2007 77 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT š@&?› 2B1Q 2 Binary 1 Quarternary Hai nhị phân, một bậc bốn 4B3T 4 Binary 3 Ternary Bốn nhị phân, ba bậc ba ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Mạng thuê bao số không đồng bộ AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hóa dữ liệu mở rộng APON Asynchronous Transfer Mode Passive Optical Network Đây là chuẩn mạng PON đầu tiên. Nó chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng kinh doanh và dựa trên ATM. ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ ATU-C ATU-R ADSL Transceiver Unit at the Central office end ADSL Transceiver Unit at the Remote terminal end Một thiết bị điều chế cung cấp ADSL của đường dây điện thoại. Các thiết bị ở phía công ty viễn thông là ATU-C (Trung ương), mà là một dòng card cắm vào các DSLAM. Các đơn vị tại phía khách hàng là là ATU-R (từ xa), mà là cả một modem bên ngoài hoặc thẻ cắm vào máy PC BE Best Effort Là loại dịch vụ có chất lượng thay đổi phụ thuộc vào tài nguyên của mạng theo từng thời điểm, không có chất lượng dịch vụ tối thiểu nào được thỏa thuận giữa user và nhà cung cấp. BPON Broadband Passive Optical Network BPON là một chuẩn dựa trên APON. Nó hỗ trợ thêm công nghệ WDM, băng thông giành cho đường uplink là động và cao hơn. Nó cũng cung cấp một giao diện quản lý chuẩn OMCI giữa OLT và ONU/ONT cho phép nhiều nhà cung cấp dịch vụ cùng hoạt động. BPSK Binary Phase-Shift Keying BPSK (Binary Phase Shift Keying), tiếng Việt gọi là điều chế pha nhị phân, là kỹ thuật điều chế tín hiệu số với bit 0 tương ứng với tín hiệu sóng có pha = -90° và bit 1 tương ứng sóng mang có pha = 90° (hoặc ngược lại). BS Base Station BS (Base Station) là trạm thu phát sóng dùng trong các hệ thống truyền thông vô tuyến. CATV Community Antenna Television Network Mạng truyền hình anten địa phương (đại chúng) hay còn gọi là mạng truyền hình cáp. CM Cable Modem Bộ điều giải cáp CO Central Office Văn phòng (Tổng đài) trung tâm CPE Customer Premise Equipment Thiết bị trợ giúp người dùng DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu DMT Discrete Multitone Multitone rời rạc DMUX Demultiplexer Bộ giải đa hợp DSC Digital Cross Connect Kết nối kỹ thuật số DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số tập trung DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh bước sóng mật độ cao EC Echo Cancellation Kỹ thuật triệt tiếng dội EFM Ethernet in the First Mile Ethernet trong Mile đầu tiên (EFM), còn được gọi là IEEE 802.3ah, là tập hợp các giao thức quy định tại IEEE 802,3 định Ethernet trong các mạng truy cập, tức là đầu tiên hoặc dặm cuối cùng EMS Element Management System EMS (express mail service) là loại dịch vụ nhận gửi, vận chuyển và phát các loại thư, tài liệu, vật phẩm hàng hoá (bưu gửi) theo chỉ tiêu thời gian được Tổng Công ty Bưu chính – Viễn thông Việt Nam công bố trước. Ngoài ra, EMS còn viết tắt của Element Management System EPON Ethernet Passive Optical Network EPON (Ethernet PON) là một chuẩn của IEEE/EFM cho việc sử dụng Ethernet trong việc truyền dữ liệu. FCAPS Full range of fault- Configuration- Accounting- Performance- Security FCAPS là một tiêu chuẩn ITU mô hình quản lý doanh nghiệp FCS Frame Check Sequence Khung hình kiểm tra trình tự FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FIT Failure In Time Thất bại trong thời gian FSAN Full Service Access Netwoork Dịch vụ truy cập toàn mạng FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin FTTB Fiber To The Building Fiber To The Building (FTTB): sợi quang được dẫn tới chân của một tòa nhà cao tầng, từ đó thông qua phương tiện chuyển đổi (quang-điện) đấu nối tới từng người sử dụng riêng biệt. FTTC Fiber To The Curb Fiber To The Curb (FTTC): sợi quang được dẫn tới tủ cáp đặt trên lề đường cách khu vực khách hàng gần hơn 300m,từ đó sử dụng cáp đồng đấu nối tới người dùng. FTTH Fiber To The Home Fiber To The Home (FTTH): Sợi quang được dẫn tới ranh giới không gian sống, như một hộp cáp quang được đặt trên tường bên ngoài của một ngôi nhà. FTTN Fiber To The Node Fiber To The Node (FTTN): Sợi quang được dẫn tới node, nó cũng tương tự như FTTC, nhưng khoảng cách từ node tới khu vực khách hàng thì xa hơn, có thể tới vài kilomet. GPON Gigabit Passive Optical Network GPON (Gigabit PON): là sự nâng cấp của chuẩn BPON. Nó hỗ trợ tốc độ cao hơn, bảo mật được tăng cường và sự đa dạng trong việc lựa chọn giao thức lớp 2 :ATM, GEM, Ethernet. HDSL High bit rate Digital Subcriber Line Đường truyền thuê bao số tốc độ bit cao HFC Hybrid Fiber/Coax Cáp quang ghép đồng trục IDSL Integrated Services Digital Network Digital Subcriber Line Dịch vụ tích hợp mạng kỹ thuật số IP Internet Protocol Giao thức internet ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ISDN-BA Integrated Services Digital Network-Basic rate Access Mạng số tích hợp đa dịch vụ-Tỷ lệ cơ bản truy cập LAN Local Area Network Mạng địa phương ( mạng cục bộ ) LOS Light Of Sight Trực thị hay tầm nhìn thẳng MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MIMO Multiple-Input Multiple-Output MIMO (multi input multi output) trong truyền thông (communications) là kỹ thuật sử dụng nhiều ăng-ten phát và nhiều ăng-ten thu để truyền và nhận dữ liệu MPEG Moving Pictures Experts Group MPEG là tên viết tắt của hội phim ảnh thế giới (The Moving Picture Experts Group) là một sản phẩm nhóm mang tính ISO/IEC được phát triển cho các thiết bị âm thanh và hình ảnh bằng cách nén dữ liệu chuẩn MTTR Mean Time To Repair Thời gian để sửa chữa NLOS Non Light Of Sight Không trực xa hay không theo tầm nhìn thẳng nrtPS Non-real-time Polling Service Là loại dịch vụ không đáp ứng thời gian thực hỗ trợ cho dữ liệu gói có kích thước biển đổi và tốc độ thấp như FTP (File Transfer Protocol). NT Network Terminate Thiết bị kết cuối mạng OAN Optical Access Network Mạng quang chủ động (Truy cập mạng quang) OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OLT Optical Line Terminal Thiết bị quang (dòng thiết bị đầu cuối) ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang PCI Prestressed Concrete Institute Là một chuẩn để truyền dữ liệu giữa các thiết bị ngoại vi đến một bo mạch chủ. PCI được Intel phát triển để thay thế các bus cổ điển ISA và EISA vào những năm 1992. PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động POTS Plain Old Telephone Service. Dịch vụ điện thoại cũ QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ trực giao QPSK Quadrature Phase-Shift Keying Điều chế pha trực giao RADSL Rate-Adaptive Digital Subcriber Line RADSL là một thực hiện của ADSL mà tự động điều chỉnh tốc độ kết nối để điều chỉnh cho chất lượng của các đường dây điện thoại RADSL là một biến thể của bất đối xứng Digital Subscriber Line (ADSL) công nghệ rtPS Real-time Polling service rtPS là dịch vụ đáp ứng thời gian thực hỗ trợ dữ liệu gói kích thước biến đổi như MPEG (Moving Pictures Experts Group) video SDSL Symmetric Digital Subcriber Line Đối xứng đường thuê bao số SLA Service Lever Agreement SLA (viết tắt của Service Level Agreement) là một thỏa thuận hay hợp đồng được thiết lập giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ hoặc giữa các nhà cung cấp dịch vụ với nhau SS Subscriber Station Trạm thuê bao TA Terminal Adapter Thiết bị thích nghi đầu cuối analog TC-PAM Trellis Coded - Pulse Amplitude Modulation Mã điều chế biên độ xung TCM Trellis Code Modulation Điều chế mã giàn TDM Time Division Multiplex Thời gian phân chia TDMA Time Division Multiple Access Phương thức Đa truy cập phân chia theo thời gian UGS Unsolicited Grant Service UGS là loại dịch vụ đáp ứng thời gian thực hỗ trợ dữ liệu gói kích thước cố định như T1/E1 và VoIP (Voice over IP). USB Universal Serial Bus Đường truyền nối tiếp đa dụng VDSL Very high-speed Digital Subcriber Line VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line), là công nghệ DSL cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao, có thể cấu hình cho truyền thông bất đối xứng (tốc độ downlink thay đổi từ 13-55Mbps, tốc độ uplink tầm 1.5 Mbps) hoặc cho truyền thông đối xứng (tốc độ downlink/uplink tầm 34Mbps). VoIP Voice over Internet Protocol VoIP (Voice over Internet Protocol) là một hệ thống cho phép truyền tải thông tin tiếng nói trên nền giao thức IP. Đôi khi VoIP còn được biết đến bởi thuật ngữ điện thoại IP (IP telephony) VLAN Virtual Local Area Network VLAN (viết tắt của Virtual Local Area Network), hay mạng LAN ảo là một kỹ thuật cho phép tạo lập các mạng LAN độc lập một cách logic trên cùng một kiến trúc hạ tầng vật lý. Việc tạo lập nhiều mạng LAN ảo trong cùng một mạng cục bộ (giữa các khoa trong một trường học, giữa các cục trong một công ty,...) giúp giảm thiểu vùng broadcast cũng như tạo thuận lợi cho việc quản lý một mạng cục bộ rộng lớn. VSAT Very Small Aparture Terminal VSAT (Very Small Aperture Terminal) là thuật ngữ dùng trong truyền thông vệ tinh nhằm chỉ hệ thống thiết bị đầu cuối mở với anten mặt đất có đường kính nhỏ hơn 3m. WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WADM Wavelength Add-Drop Multiplexer Tách ghép bước sóng WC Wavelength Conversion Chuyển đổi bước sóng quang WDMA Wavelength Division Multiple Access Bước sóng đa truy nhập phân chia WCA Wavelength Conversion Array Bộ chuyển đổi dãy bước sóng LỜI MỞ ĐẦU ---oOo--- Internet băng rộng với công nghệ ADSL (sử dụng cáp đồng) đã tạo nên bước tiến bùng nổ trong việc truyền tải dữ liệu. Với khả năng kết nối, truyền dữ liệu gấp hàng chục đến hàng trăm lần modem quay số, ADSL đã biến Internet trở nên gần gũi và phổ biến với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Tuy nhiên, công nghệ ADSL đang phải đứng trước nguy cơ nhường vị trí thống trị bấy lâu nay cho một loại công nghệ truyền dẫn mới hơn, đó là công nghệ truyền dẫn cáp quang, thông qua kiến trúc mạng sử dụng cáp quang để kết nối viễn thông có tên FTTx. Mạng FTTx hiện đang được xem là sẽ đóng một vai trò rất quan trọng do tiềm năng cung cấp băng thông cho khách hàng lớn hơn so với cáp đồng, đáp ứng nhu cầu truyền thoại, dữ liệu và video trên nền IP. Các công nghệ thường được sử dụng để tạo dựng các mạng FTTx, bao gồm cả các mạng quang thụ động, các đường dây thuê bao số DSL, và các công nghệ nén video. Do đó để mạng FTTx hoạt động ổn định, cung cấp dịch vụ một cách liên tục cho khách hàng thì một số giải pháp bảo vệ cũng phải được triển khai. Tìm hiểu các phương pháp bảo vệ trong mạng truy nhập sợi quang là nội dung chính của đồ án tốt nghiệp này. Nội dung của đồ án bao gồm: Chương 1: Phân tích các công nghệ trong mạng truy nhập Chương 2: Xu hướng phát triển của mạng truy nhập Chương 3: Các đặc điểm kỹ thuật trong mạng quang thụ động Chương 4: Các phương pháp bảo vệ trong FTTx Chương 5: Các dịch vụ trên mạng FTTx và xu hướng phát triển. Chương 6: Chương trình Demo. Do có sự hạn chế về mặt thời gian cũng như năng lực của cá nhân nên nội dung của đồ án không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Em mong các thầy cô giáo và các bạn quan tâm đóng góp ý kiến thêm để đồ án này càng được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS. Nguyễn Tường Thành đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ trường Đại Học Quy Nhơn đã dạy dỗ chỉ bảo em trong suốt khóa học này. Kính mong quí thầy cô nhận xét và góp ý để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Tp.Qui Nhơn, ngày 10 tháng 06 năm 2010 Sinh viên Phan Văn Vĩnh Chương 1 PHÂN TÍCH CÁC CÔNG NGHỆ TRONG MẠNG TRUY NHẬP š@&?› 1.1. Giới thiệu tổng quan về mạng truy nhập: Trước khi giới thiệu các công nghệ truy nhập, chúng ta tìm hiểu thế nào là mạng truy nhập, nó ảnh hưởng đến toàn mạng viễn thông như thế nào, có những đặc điểm ra sao. 1.1.1. Định nghĩa mạng truy nhập: Mạng viễn thông cơ bản chia thành 3 phần chính: Mạng truyền dẫn, mạng truy nhập và mạng thuê bao (xem hình 1.1). Mạng truy nhập ở vị trí cuối của mạng viễn thông, trực tiếp đấu nối với thuê bao, nó bao gồm tất cả các thiết bị và đường dây được lắp đặt giữa trạm chuyển mạch nội hạt (tổng đài) với thiết bị đầu cuối thuê bao. Mạng truy nhập gồm các chức năng ghép kênh, nối chéo, truyền dẫn. Hình 1.1: Vị trí của mạng truy nhập trong mạng viễn thông 1.1.2. Các đặc điểm của mạng truy nhập: Mạng truy nhập có các đặc điểm sau: Hoàn thành việc ghép kênh, nối chéo và chức năng truyền dẫn, nó không có chức năng chuyển mạch, nó cung cấp giao diện tiêu chuẩn V5.x và có thể nối với bất kì loại thiết bị chuyển mạch nào. Cung cấp đa dịch vụ: Thoại, dữ liệu, hình ảnh,… Đường kính của mạng tương đối nhỏ: Mạng truy nhập chỉ nối tổng đài chuyển mạch với thuê bao, do đó cự ly truyền dẫn ngắn, khoảng vài ngàn mét đến hơn chục ngàn mét. Giá thành có liên quan đến thuê bao. Ví dụ: Thuê bao ở trung tâm thành phố chỉ cần 1 hay 2 ngàn mét dây truy nhập, trong khi thuê bao ở ngoại thành có thể cần hơn chục ngàn mét dây truy nhập. Do đó giá thành của thuê bao ở ngoại thành sẽ cao hơn so với giá thành của thuê bao ở trung tâm thành phố. Thi công đường dây phụ thuộc vào địa hình: Cấu trúc mạng lưới của mạng truy nhập có liên quan đến địa hình thực tế của thuê bao. Nói chung, đường dây đều lắp đặt theo đường phố nên mạng lưới rất phức tạp. Khả năng tổ chức mạng cao: Căn cứ vào tình hình thực tế, mạng truy nhập có thể cung cấp các hình thức tổ chức mạng lưới linh hoạt, đa dạng theo hình mạch vòng, hình sao, hình lưới, hình cây cùng với khả năng dự phòng, có lợi cho việc tối ưu hóa kiến trúc mạng viễn thông. 1.2. Các công nghệ truy nhập hiện nay: Công nghệ truy nhập hiện nay bao gồm truy nhập hữu tuyến và vô tuyến. Về truy nhập hữu tuyến có truy nhập cáp đồng và truy nhập cáp quang. Về truy nhập vô tuyến có truy nhập vô tuyến cố định và truy nhập vô tuyến di động. Mạng truy nhập Truy nhập hữu tuyến Truy nhập vô tuyến Truy nhập cáp đồng Truy nhập vô tuyến cố định Truy nhập cáp quang Truy nhập vô tuyến di động Hình 1.2: Phân loại các công nghệ truy nhập 1.2.1. Công nghệ truy nhập hữu tuyến: 1.2.1.1. Công nghệ truy nhập cáp đồng: Công nghệ truy nhập cáp đồng là trên đôi dây thuê bao không gia cảm, thông qua việc dùng công nghệ xử lý tín hiệu số tiên tiến để nâng cao dung lượng truyền dẫn trên đôi dây xoắn, cung cấp biện pháp truy nhập các loại dịch vụ cho thuê bao. Theo đà tiến bộ không ngừng của công nghệ, trên đường dây điện thoại thông thường (dây đồng xoắn đôi), yêu cầu truyền dẫn thông tin có tốc độ ngày càng cao là một biện pháp quan trọng để nâng cấp mạng truy nhập viễn thông hiện có. Thập kỷ 50 của thế kỷ 20, tốc độ truyền dẫn thoại của modem băng âm tần là 600 bps, thập kỷ 60 là 2.400 bps, thập kỷ 70 là 9.600 bps. Từ thập kỷ 80 đã phát minh ra TCM (Trellis Code Modulation: Điều chế mã giàn), đến nay tốc độ truyền dẫn thoại của modem băng âm tần đã được nâng lên rất nhiều, đã qua các giai đoạn 14,4 kbps; 33,6 kbps,… Hiện nay modem điều chế xung mã (PCM modem: Pulse Code Modulation modem) có tiêu chuẩn V.90, tốc độ đưa vào của nó là 33,6 kbps, tốc độ lấy ra là 56 kbps, gần với định luật Shannon qui định dung lượng lý thuyết của kênh điện thoại. Ưu điểm của công nghệ truy nhập cáp đồng: Giá thành thấp. Công nghệ đơn giản. Dễ thi công, lắp đặt do trình độ tay nghề đã quen. Nhược điểm: Bán kính vùng phục vụ tổng đài nhỏ (khoảng vài ngàn đến hơn chục ngàn mét). Khi truyền tần số cao dễ bị ảnh hưởng của xuyên âm (như xuyên âm đầu gần và xuyên âm đầu xa). Suy hao cao. Băng tần tương đối hẹp (từ 300 Hz đến 3400 Hz) do ban đầu mạng viễn thông chỉ thiết kế cho thoại (tốc độ bit bị giới hạn ở 64 kbps) nên chỉ thích hợp cho các dịch vụ thoại truyền thống và số liệu tốc độ thấp. Tính bảo mật không cao, dễ bị mắc rẽ để nghe trộm. Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu. Ví dụ như nhiễu từ đường dây điện lực. Đường kính dây dẫn thường là 0,4 mm hoặc 0,5 mm, trọng lượng cáp nặng (so với cáp quang). Không đáp ứng được nhu cầu phát triển lên mạng băng rộng (yêu cầu tốc độ trên 2 Mbps), đây là nhược điểm lớn nhất. 1.2.1.2. Công nghệ truy nhập cáp quang: Công nghệ truy nhập cáp quang là trong mạng truy nhập sử dụng cáp quang làm môi trường truyền dẫn chủ yếu để truyền thông tin thuê bao. So với công nghệ truy nhập dây đồng, nó có nhiều ưu điểm và triển vọng ứng dụng rất rộng lớn: Ưu điểm của công nghệ truy nhập cáp quang: Độ rộng băng thông cao (50 THz). Suy hao thấp (sợi đơn mode sử dụng rộng rãi ngày nay có suy hao 0,2 dB/km) nên cự ly truyền dẫn xa hơn so với cáp đồng. Bảo mật cao hơn do sợi quang khó câu nối , mắc rẽ. Chống nhiễu tốt hơn. Kích cỡ của cáp quang cũng nhỏ nhẹ hơn cáp đồng do đó dễ dàng lắp đặt (chỉ khó khăn ở việc hàn nối), đỡ hao phí sức lực cũng như các thiết bị chuyên chở cáp. Tránh được hiện tượng sét lan truyền trong đường dây thuê bao làm hư hỏng các thiết bị trong tổng đài. Dễ dàng khai thác, quản lý và bảo dưỡng. Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất của việc triển khai công nghệ truy nhập sợi quang là giá thành sợi quang và các thiết bị phục vụ cho mạng quang hiện nay khá đắt tiền. 1.2.2. Công nghệ truy nhập vô tuyến: Do một số trường hợp cấp bách hoặc do hoàn cảnh địa lý, lắp đặt dây truyền dẫn hữu tuyến mất nhiều thời gian và gặp khó khăn, lúc đó có thể xem xét việc áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến. Truy nhập vô tuyến cũng là một phương thức truy nhập quan trọng, sử dụng phù hợp với những khu vực nông thôn rộng lớn, khu vực sông nước, đồi núi và một số khu vực khó khăn trong việc đi dây. Công nghệ truy nhập vô tuyến là phương thức dùng toàn bộ hay một bộ phận vô tuyến từ giao diện nút dịch vụ đến bộ phận đầu cuối thuê bao. Tức là sử dụng vệ tinh, viba làm phương tiện truyền dẫn cung cấp các dịch vụ cho thuê bao. Mạng truy nhập vô tuyến bao gồm 2 loại lớn là mạng truy nhập vô tuyến cố định và mạng truy nhập vô tuyến di động. Trong đó mạng truy nhập vô tuyến cố định chủ yếu là phục vụ cho thuê bao có vị trí cố định hoặc thuê bao di động chỉ trong phạm vi rất hẹp. Đầu cuối thuê bao của nó chủ yếu là máy điện thoại, máy fax hoặc máy vi tính,… Phương thức thực hiện gồm: Hệ thống truy nhập vô tuyến cố định, trạm VSAT (Very Small Aparture Terminal), hệ thống viba điểm - đa điểm, hệ thống vệ tinh quảng bá trực tiếp,… Mạng truy nhập di động phục vụ cho thuê bao trong khi di chuyển, thuê bao có vị trí di động. Đầu cuối thuê bao gồm máy cầm tay, máy xách tay và máy đặt trên xe. Phương thức thực hiện gồm hệ thống thông tin di động toàn cầu, hệ thống thông tin di động vệ tinh, nhắn tin vô tuyến điện thoại di động không dây, điện thoại di động tổ ong, hệ thống điều độ nhóm,… Ưu điểm của công nghệ truy nhập vô tuyến so với truy nhập hữu tuyến: Bảng 1.1: Ưu điểm của công nghệ truy nhập vô tuyến so với truy nhập hữu tuyến Hữu tuyến Vô tuyến Sử dụng mạng cáp. Tốn thời gian lắp đặt. Chi phí đầu tư lớn. Thi công cáp ngầm phải đào đường, giải phóng mặt bằng thi công, cản trở giao thông. Mạng cáp treo làm mất mỹ quan đô thị. Công nghệ không dây. Khách hàng sẽ dễ dàng sử dụng hơn và có thể truy nhập mọi lúc mọi nơi. Giảm thời gian lắp đặt. Chi phí đầu tư ban đầu thấp. Không lệ thuộc nhiều vào vị trí địa lý, địa hình triển khai. Đáp ứng nhanh nhu cầu gia tăng dung lượng hệ thống khi cần thiết. Nhược điểm: Xuyên nhiễu lớn. Suy hao lớn, tần số càng cao thì suy hao càng lớn, do đó không thể nâng cao tốc độ bit. Hoạt động không ổn định do chịu ảnh hưởng của thời tiết. Băng tần của sóng vô tuyến hẹp hơn nhiều so với cáp quang. Khả năng bảo mật thông tin kém. 1.3. Kết luận: Chương này giới thiệu tổng quan về mạng truy nhập, chức năng, đặc điểm của mạng truy nhập đồng thời trình bày các công nghệ truy nhập hiện nay gồm truy nhập hữu tuyến (truy nhập cáp đồng - truy nhập cáp quang) và truy nhập vô tuyến (truy nhập vô tuyến cố định – truy nhập vô tuyến di động) cùng với sự so sánh ưu và nhược điểm của mỗi loại. Qua đó cho ta thấy được ưu thế của truy nhập sợi quang so với các môi trường truy nhập khác. Chương 2 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG TRUY NHẬP š@&?› 2.1. Vấn đề nghẽn cổ chai băng thông của mạng truy nhập hiện nay: Ngày nay những kỹ thuật cải tiến như DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), khuếch đại quang, định tuyến đường quang (nối chéo bước sóng), bộ đa hợp xen rớt bước sóng WADM (Wavelength Add-Drop Multiplexer), và chuyển mạch tốc độ cao đã được triển khai để tăng dung lượng trong mạng truyền dẫn. Còn các mạng thuê bao (doanh nghiệp hay gia đình) thì kết nối theo mô hình mạng cục bộ (LAN: Local Area Network). Bằng cách dùng một hub hay swicth giá thành thấp (có thể kết nối từ 4 đến 16 thiết bị), mạng LAN cho phép nhiều máy tính chia sẽ chung một máy in hay một kết nối Internet với tốc độ lên đến 100 Mbps hay thậm chí 1000 Mbps. Yêu cầu về lưu lượng dữ liệu đang tăng với tốc độ rất cao. Tốc độ phát triển lưu lượng dữ liệu là 100% mỗi năm (khảo sát từ năm 1990). Đặc biệt giai đoạn từ năm 1995 đến 1996 có tốc độ phát triển lưu lượng dữ liệu đạt 1000%. Xu hướng này sẽ tiếp tục trong tương lai. Bảng 2.1: Tốc độ tăng trưởng hằng năm của các thuê bao DSL (Digital Subcriber Line) trên toàn thế giới Năm Số lượng thuê bao DSL 1999 882.000 2000 7.768.900 2001 18.813.700 2002 35.897.700 2003 63.840.000 Ghi chú: Số liệu do DSL forum thống kê Sự phát triển lưu lượng dữ liệu phụ thuộc vào thành phần định tính và định lượng: Thành phần định lượng liên quan đến sự tăng trưởng số lượng khách hàng của Internet. Ví dụ: Số lượng khách hàng DSL tăng 25 triệu trong năm 2003 (xem bảng 2.1). Thành phần định tính tăng là hệ quả của sự thay đổi mô hình thuê bao. Thuê bao ngày càng có nhiều kinh nghiệm trong việc sử dụng Internet và ngày càng dùng nhiều thời gian để kết nối mạng (online). Nghiên cứu thị trường chỉ ra rằng, sau khi nâng cấp lên kết nối băng rộng, khách hàng tăng 35% thời gian online so với trước. Những thuê bao băng rộng cũng thích dùng những ứng dụng băng thông cao như video - streaming (vừa download vừa xem video). SBC Communications báo cáo rằng 64% khách hàng DSL (Digital Subcriber Line) download video so với 36% của khách hàng dùng modem quay số (dial-up). Một phương hướng khác góp phần tăng sự sử dụng Internet là viễn thông. Ngày càng nhiều thuê bao truyền thông nhiều ngày trong tuần. Truy nhập một lượng thông tin lớn trên máy chủ (server), trao đổi một lượng dữ liệu lớn. Sự cải tiến của mạng truyền dẫn, mạng thuê bao cùng với sự phát triển của lưu lượng luồng Internet đã làm nổi rõ sự nghẽn cổ chai băng thông của mạng truy nhập hiện nay. Mạng truy nhập (khoảng vài Mbps) ) Nút thắt cổ chai Các loại thuê bao (LAN) 100 Mbps 1000 Mbps Mạng đường trục SONET/SDH Hình 2.1: Vấn đề nghẽn cổ chai băng thông của mạng truy nhập hiện nay 2.2. Các giải pháp băng rộng hiện tại: Giải pháp băng rộng triển khai rộng rãi ngày nay bao gồm mạng đường dây thuê bao số (DSL: Digital Subcriber Line), mạng Cable Modem (CM) hay còn gọi là mạng truyền hình cáp CATV (Community Antenna Television Networks) và WiMAX 2.2.1. DSL 2.2.1.1. Tổng quát về công nghệ DSL: Đường dây thuê bao số DSL (Digital Subscriber Line) là công nghệ truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao trên đôi dây cáp đồng truyền thống. DSL tận dụng khoảng băng thông rộng không sử dụng đến trên đôi dây cáp đồng (từ 4 kHz đến 1 MHz) để mã hóa số lượng dữ liệu lớn với tốc độ cao. Hình 2.2: Hiệu quả sử dụng băng thông trên đôi dây đồng Một số ưu điểm nổi bật khi sử dụng DSL: Có thể kết nối Internet và sử dụng điện thoại đồng thời trên cùng một đường dây. Khả năng truyền tải dữ liệu về mặt tốc độ cao hơn modem tương tự rất nhiều: ADSL (Asymmetric DSL) có tốc độ tải dữ liệu xuống (download) từ 1,5 - 8 Mbps nhanh hơn modem 56K 140 lần và ISDN (Integrated Services Digital Network) 128K 60 lần. Kết nối dành riêng cho mỗi thuê bao DSL nên hạn chế được tình trạng nghẽn mạch. DSL được sử dụng rộng rãi để cung cấp các dịch vụ thoại, truyền dữ liệu, hình ảnh, âm thanh, truy cập Internet, hội nghị truyền hình, trò chơi trực tuyến (game online), xem phim theo yêu cầu, xem tivi trực tuyến (tương tự như truyền hình cáp) và các loại dịch vụ băng thông rộng khác. Tốc độ DSL sẽ phụ thuộc phần lớn vào công nghệ sử dụng, ví dụ công nghệ IDSL (ISDN DSL) đạt tốc độ tối đa 144 kbps trong khi VDSL (Very high - speed DSL) đạt tốc độ lớn hơn 10 Mbps. Để sử dụng các dịch vụ DSL, thuê bao cần lắp đặt modem hoặc router DSL, thường được gọi là CPE (Customer Premise Equipment) hay ATU-R (ADSL Transceiver Unit at the Remote terminal end) có ý nghĩa chung là thiết bị đầu cuối. Trong khi nhà cung cấp dịch vụ (ví dụ như Ngành Bưu Điện) cần có DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer ) hoặc đơn vị đường dây băng rộng (theo thiết bị tổng đài) hoặc tủ tiếp cận thuê bao băng rộng (độc lập với thiết bị tổng đài), tất cả gọi chung là thiết bị trung tâm kết nối DSL (ATU - C: ADSL Transceiver Unit at the Central office end). Thông thường, các thiết bị đầu cuối có thể kết nối với thiết bị khách hàng qua cổng USB (Universal Serial Bus), cổng Ethernet 10 Base T hay qua giao tiếp PCI (Prestressed Concrete Institute) bên trong máy tính. Đối với nhà cung cấp dịch vụ DSL, hệ thống DSLAM thực hiện tiếp nhận và tích hợp các kết nối DSL, đưa vào đường truyền chung dung lượng cao đến mạng diện rộng (WAN: Wide Area Network) hay Internet. Hệ thống ATU-C có thể hỗ trợ nhiều loại công nghệ, giao thức và phương pháp điều chế DSL khác nhau. 2.2.1.2. Các loại DSL DSL có nhiều loại nên cũng còn được gọi là xDSL (chữ x có ý nghĩa diễn tả các loại DSL khác nhau). Ví dụ: ADSL (Asymmetric DSL), HDSL (High bit rate DSL), VDSL (Very high-speed DSL). NT (Network Terminate) - Thiết bị kết cuối mạng TA (Terminal Adapter) - Thiết bị thích nghi đầu cuối analog Hình 2.3: Mô tả kết nối thiết bị ISDN-BA ISDN-BA (Integrated Services Digital Network-Basic rate Access) Được xem là công nghệ đầu tiên của xDSL, có thể đồng thời mang dữ liệu, thoại, hình ảnh trên đôi cáp đồng truyền thống. Hai kênh B (mỗi kênh 64 kbps) mang dữ liệu, kênh D (16 kbps) sử dụng cho tín hiệu báo hiệu, thường được gọi 2B+D. ISDN-BA sử dụng mã đường dây 2B1Q (2 Binary 1 Quarternary) hay 4B3T (4 Binary 3 Ternary) và kỹ thuật triệt tiếng dội EC (Echo Cancellation). ISDN-BA cho phép truyền dẫn song công đối xứng với tốc độ tối đa 160 kbps trên đôi dây cáp đồng, trong đó dữ liệu sử dụng là 128 kbps. Khoảng băng tần cho ISDN-BA là 10 Hz-50 kHz. Khoảng cách cáp tối đa khoảng 5 km đối với cáp 0,5 mm. IDSL (ISDN DSL): Tương tự ISDN nhưng dữ liệu sử dụng đạt 144 kbps (hai kênh B 64 kbps và một kênh D 16 kbps). G.DMT hay “full rate”ADSL (Asymmetric DSL): Đường truyền ADSL là bất đối xứng, phần lớn băng thông dành cho hướng gởi dữ liệu cho thuê bao. ADSL phù hợp cho các ứng dụng mà lượng dữ liệu yêu cầu và đáp ứng của thuê bao nhỏ như truy cập Internet, cho thuê bao nhà riêng, các doanh nghiệp vừa và nhỏ.Tốc độ dữ liệu tải xuống (từ ATU-C đến thiết bị đầu cuối thuê bao) từ 32 kbps đến 8 Mbps, tốc độ dữ liệu tải lên (từ thiết bị đầu cuối thuê bao đến ATU-C) từ 64 kbps đến 800 kbps. ADSL có khả năng hỗ trợ dịch vụ thoại trên cùng đôi dây cáp đồng. Để sử dụng dịch vụ thoại trên ADSL, một loại thiết bị được gọi là bộ phân tách thoại (splitter) và bộ lọc thoại (micro filter) cần được lắp đặt cả hai phía thuê bao và trung tâm. ADSL sử dụng điều chế DMT (Discrete Multitone) và kỹ thuật chia tần số FDD (Frequency Division Duplexing) để phân chia băng thông cho dữ liệu theo 2 hướng xuống, hướng lên và thoại. Băng thông cho tín hiệu ADSL đạt từ 25 kHz đến 1,104 MHz. 0-4 kHz Băng thông 25-160 kHz 240 kHz-1,1 MHz Thoại Hướng lên Hướng xuống Hình 2.4: Sự phân chia băng thông trong ADSL Hình 2.5: Mô hình kết nối hệ thống ADSL G.Lite: Là phiên bản của ADSL, dựa trên chuẩn G.992.2 của liên minh viễn thông quốc tế ITU- T (International Telecommunications Union-Telecommunication Standardization Sector) sử dụng điều chế DMT. Công nghệ G.Lite thực hiện lọc băng thông tại tổng đài nên không cần lắp đặt bộ tách (splitter) thoại phía thuê bao, đạt tốc độ dữ liệu tải xuống 1,5 Mbps và tải lên 512 kbps. RADSL (Rate-Adaptive DSL): Tương tự ADSL, có khả năng điều chỉnh tốc độ phù hợp chất lượng đường truyền. HDSL (High bit rate DSL): Hệ thống truyền dẫn đối xứng tương tự T1 hay E1, đạt tốc độ 1,544 Mbps hay 2,048 Mbps, sử dụng mã đường dây 2B1Q hay CAP (Carrierless Amplitude Phase modulation). Hầu hết các hệ thống sử dụng qua 2 đôi cáp đồng xoắn. HDSL thường được sử dụng thay thế kênh thuê riêng E1/T1, cho phép khoảng cách cáp tối đa 4 km với cáp 0,5 mm. SDSL (Symmetric DSL): Dựa trên công nghệ HDSL, truyền dẫn đối xứng song công trên một đôi dây cáp đồng, tốc độ tối đa 2,32 Mbps. HDSL2: Ứng dụng tương tự SDSL và HDSL nhưng đạt tốc độ cao hơn và khoảng cách truyền dài hơn bằng việc sử dụng phương pháp điều chế biên độ xung mã trellis (TC-PAM: Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation). Sử dụng một đôi cáp truyền song công, tốc độ 1,544 Mbps hay 2,048 Mbps. G.SHDSL: Dựa theo chuẩn ITU-T, tương tự công nghệ HDSL nhưng hỗ trợ nhiều tính năng như điều chỉnh tốc độ và khoảng cách cáp lớn hơn các tiêu chuẩn tương ứng khác. Sử dụng mã đường dây TC-PAM. Sử dụng một đôi dây, đạt tốc độ 2,312 Mbps. Khi sử dụng hai đôi dây, tốc độ truyền dẫn tăng gấp đôi. Ngoài ra G.SHDSL tương hợp phổ với các loại xDSL khác trong cùng bó cáp. G.SHDSL được xem như loại công nghệ có thể thay thế T1, E1, HDSL, SDSL, HDSL2, ISDN và IDSL trong tương lai. VDSL (Very high-speed DSL): Công nghệ sử dụng băng thông rộng, tần số lên đến 30 MHz, đạt tốc độ cao đến 52 Mbps, nhưng khoảng cách cáp ngắn hơn ADSL, truyền dẫn đối xứng hoặc bất đối xứng. Bảng 2.2: Tóm tắt các thông số của họ DSL Loại DSL Băng tần sử dụng (kHz) Tốc độ tối đa IDSL/ISDN 10-50 128/144 kbps ADSL 25-1.100 G.dmt: Truyền xuống 8Mbps, truyền lên 800 kbps. G.Lite: Truyền xuống 1,5Mbps, truyền lên 512 kbps. HDSL 2B1Q (3 đôi) 0,1- 196 2 Mbps HDSL 2B1Q (2 đôi) 0,1- 292 2 Mbps HDSL CAP (1 đôi) 0,1- 485 2 Mbps SDSL 10-500 2,3 Mbps VDSL 300-10/20/30 MHz 52 Mbps 2.2.2. Mạng truyền hình cáp: Mạng truyền hình anten đại chúng (CATV: Community Antenna Television Networks) hay còn gọi là mạng truyền hình cáp ban đầu được thiết kế để cung cấp tín hiệu truyền hình tương tự quảng bá đến các thuê bao. Với mục đích quảng bá, mạng truyền hình cáp được xây dựng theo giản đồ hình cây. Thường thì CATV được xây dựng theo mô hình truy nhập hỗn hợp giữa cáp quang và cáp đồng trục (HFC: Hybrid Fiber/Coax) với sợi quang chạy giữa một video head end hay một hub đến một node quang, và đoạn còn lại đến thuê bao bằng cáp đồng trục (xem hình 2.6). Hình 2.6: Mô hình mạng truyền hình cáp Phần cáp đồng trục của mạng dùng những bộ khuếch đại để bù suy hao và tap coupler để tách tín hiệu giữa các thuê bao. Hình 2.7: Cấu trúc mạng truyền hình cáp Đối mặt với sự cạnh tranh từ các công ty viễn thông trong việc cung cấp dịch vụ Internet, các công ty truyền hình cáp đáp ứng bằng cách tích hợp dịch vụ dữ liệu trên mạng cáp HFC của họ. Sự tích hợp này yêu cầu thay thế những bộ khuếch đại (chỉ khuếch đại cho hướng xuống) đang dùng cho truyền hình tương tự bằng những bộ khuếch đại hai hướng cho phép khuếch đại luồng dữ liệu lên. Một giao thức đa truy nhập cũng phải được triển khai để chống đụng độ của dữ liệu truyền lên đồng thời của nhiều thuê bao. Một giới hạn của CATV khi phục vụ cho những dịch vụ truyền dữ liệu là kiến trúc này thực chất được thiết kế cho dịch vụ quảng bá truyền hình tương tự. Vì độ rộng phổ tổng cộng của cáp đồng trục vào khoảng 740 MHz, trong đó dải 400 MHz được chỉ định cho tín hiệu tương tự hướng xuống, và dải 300 MHz được chỉ định cho tín hiệu số hướng xuống. Thông tin hướng lên chỉ vào khoảng 40 MHz. Dung lượng ở hướng lên này quá khiêm tốn khi phục vụ từ 500 đến 2000 thuê bao. 2.2.3. WiMAX WiMAX (IEEE 802.16) là công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng. Phạm vi phủ sóng của WiMAX có thể lên đến 50 km với tốc độ truyền tối đa là 70 Mbps (theo lý thuyết), chất lượng dịch vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ cho truy nhập cố định cũng như di động, sử dụng cả phổ tần được cấp phép và phổ tần không cần cấp phép. Kỹ thuật WiMAX dựa trên nền tảng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) và kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Hiện nay, công nghệ WiMAX đã có phiên bản đầu tiên dựa trên toàn bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 đang được thử nghiệm và sản xuất thiết bị. Phiên bản này chủ yếu hỗ trợ cho các kết nối cố định. Giai đoạn phát triển tiếp theo của WiMAX dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e, hỗ trợ cho cả kết nối cố định và di động, dự định sẽ được chuẩn hóa vào cuối năm 2006 và đi vào triển khai sản phẩm vào đầu năm 2007. Việc triển khai WiMAX trở nên dễ dàng ở khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa và những nơi dân cư đông đúc mà trước đó việc triển khai cơ sơ hạ tầng mạng hữu tuyến băng rộng gặp nhiều khó khăn. Vì thế, WiMAX được xem như công nghệ có hiệu quả kinh tế cao, phù hợp với các khu vực mà ở đó các công nghệ khác khó có thể cung cấp dịch vụ băng thông rộng. Theo đánh giá của các chuyên gia, WiMAX sẽ nhanh chóng vượt qua những công nghệ hiện có như Wi-Fi hay 3G, bởi khả năng kết nối băng rộng tốc độ cao trong phạm vi rộng lớn. Hơn nữa, việc cài đặt WiMAX dễ dàng, tiết kiệm cho các nhà cung cấp dịch vụ và giảm giá thành dịch vụ cho người sử dụng. Ưu điểm của WiMAX: Cấu trúc mạng linh hoạt: WiMAX hỗ trợ một vài cấu trúc mạng bao gồm điểm-điểm, điểm-đa điểm và các mạng bao phủ toàn diện. Bên cạnh đó, WiMAX cho thấy khả năng kết nối liên mạng cao, có thể kết nối với các mạng vô tuyến hiện nay như Wi-Fi hay 3G để có thể liên kết cung cấp và chia sẽ các dịch vụ băng rộng của nó cho các mạng này. Bảo mật tốt: WiMAX hỗ trợ AES (Advanced Encryption Standard) và DES (Data Encryption Standard). Bằng cách mã hóa kênh truyền giữa BS (Base Station) và SS (Subscriber Station), WiMAX hỗ trợ cho SS các công cụ bảo mật trên suốt giao tiếp vô tuyến. Các giao thức bảo mật được sử dụng trong WiMAX cũng hỗ trợ cho nhà khai thác mạng chống lại việc đánh cắp dịch vụ. WiMAX cũng hỗ trợ việc xây dựng các VLAN (Virtual Local Area Network) mà trong đó thông tin của các user khác nhau sử dụng cùng một BS được bảo vệ. Chất lượng dịch vụ cao và linh hoạt: WiMAX có thể cung cấp linh hoạt chất lượng dịch vụ cho từng loại dịch vụ cụ thể. Có bốn loại dịch vụ sau đây: Bảng 2.3: Các loại dịch vụ của WiMAX Loại dịch vụ Mô tả UGS (Unsolicited Grant Service) UGS là loại dịch vụ đáp ứng thời gian thực hỗ trợ dữ liệu gói kích thước cố định như T1/E1 và VoIP (Voice over IP). rtPS (Real-time Polling service) rtPS là dịch vụ đáp ứng thời gian thực hỗ trợ dữ liệu gói kích thước biến đổi như MPEG (Moving Pictures Experts Group) video. nrtPS (Non-real-time Polling Service) Là loại dịch vụ không đáp ứng thời gian thực hỗ trợ cho dữ liệu gói có kích thước biến đổi và tốc độ thấp như FTP (File Transfer Protocol). BE (Best Effort) Là loại dịch vụ có chất lượng thay đổi phụ thuộc vào tài nguyên của mạng theo từng thời điểm, không có chất lượng dịch vụ tối thiểu nào được thỏa thuận giữa user và nhà cung cấp. Có thể triển khai nhanh chóng và chi phí triển khai thấp: So với việc triển khai các mạng hữu tuyến, việc xây dựng một mạng WiMAX đơn giản và rút ngắn thời gian thi công rất nhiều. Cũng nhờ tính đơn giản trong triển khai và thiết bị được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất mà giá thành triển khai dịch vụ sẽ tương đối dễ chấp nhận đối với các nhà khai thác. Với người sử dụng chỉ cần lắp đặt các thiết bị giao tiếp là có thể sử dụng được dịch vụ. Nhiều cấp độ dịch vụ: Việc cung cấp chất lượng dịch vụ được quy định bởi SLA (Service Lever Agreement) giữa nhà cung cấp dịch vụ và user đầu cuối. Hơn nữa, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các SLA khác nhau cho từng user thậm chí các user này được giao tiếp với cùng một SS. Khả năng liên kết hoạt động cao: WiMAX dựa trên tiêu chuẩn quốc tế và được hỗ trợ bởi nhiều nhà cung cấp thiết bị và công nghệ. WiMAX hỗ trợ cho user dễ dàng trong việc di chuyển và sử dụng thiết bị truy nhập của họ ở những vị trí khác nhau, với những nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Khả năng liên kết hoạt động của WiMAX hỗ trợ cho các nhà khai thác dịch vụ trong việc triển khai sớm dịch vụ của mình vì có thể lựa chọn thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau cũng như được lợi về giá thành thiết bị do yếu tố cạnh tranh từ các nhà sản xuất. Hỗ trợ việc thay đổi vị trí cho các thiết bị truy nhập (Portable): Cũng giống như các mạng vô tuyến tế bào khác, khi một SS WiMAX được khởi động nó sẽ xác định các đặc điểm kênh truyền liên kết với BS , thực hiện đăng nhập vào cơ sở dữ liệu quản lý của hệ thống và thỏa thuận các đặc tính truyền dẫn của nó với hệ thống. Hỗ trợ truy nhập di động: Tiêu chuẩn IEEE 802.16e sẽ hỗ trợ truy nhập cho các SS di động. Hỗ trợ kỹ thuật MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), thủ tục chuyển giao cũng như điều khiển công suất đối với SS di chuyển với vận tốc dưới 160 kmph. Vùng phủ sóng lớn: WiMAX hỗ trợ nhiều mức điều chế khác nhau bao gồm BPSK (Binary Phase-Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying), 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation), và 64-QAM. Khi thiết bị sử dụng các bộ khuếch đại công suất cao kết hợp với các kiểu điều chế mức thấp như BPSK, QPSK thì trạm phát BS có thể phủ sóng trên một vùng rộng lớn nếu sử dụng mô hình đường truyền LOS (Light Of Sight) giữa BS và SS. Hỗ trợ mô hình NLOS (Non Light Of Sight): Với kỹ thuật OFDM, WiMAX có thể hỗ trợ cho mô hình truy nhập NLOS. Khả năng này cho phép WiMAX hỗ trợ được vùng phủ sóng rộng khắp hơn, với nhiều loại thiết bị truy nhập hơn. Dung lượng lớn: Nhờ khả năng hỗ trợ các kiểu điều chế mức cao, WiMAX có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lớn cho user giúp nâng cao dung lượng của hệ thống. 2.3. Xu hướng phát triển của mạng truy nhập: 2.3.1. Nhược điểm của các giải pháp băng rộng hiện tại: Các giải pháp băng rộng kể trên như DSL, Cable Modem hay WiMAX không tối ưu để vận chuyển luồng dữ liệu. Trong khi ADSL cung cấp nhiều băng thông hơn so với một modem quay số tương tự, nhưng nó cũng không thể được xem là băng rộng bởi vì nó không phục vụ tốt được những ứng dụng thoại, dữ liệu và video. Thêm vào đó, khoảng cách vật lý mà một CO (Central Office) có thể bao phủ với DSL bị giới hạn trong khoảng 18.000 ft (5,5 km). Thậm chí, để tăng mức độ bao phủ của DSL, remote DSLAM có thể được triển khai đến gần thuê bao. Thường thì nhà vận hành mạng không cung cấp dịch vụ DSL đến vị trí thuê bao xa CO hơn 12.000 ft vì giá triển khai và bảo dưỡng sẽ tăng. Trong mạng Cable Modem, chỉ một vài kênh tần số vô tuyến được chỉ định cho dữ liệu, trong khi phần lớn băng thông phục vụ cho dịch vụ truyền hình tương tự. Giải pháp WiMAX tuy có tốc độ truyền cao và phạm vi phủ sóng lớn. Nhưng vẫn chưa tối ưu bằng so với sử dụng mạng truy nhập sợi quang (sẽ giới thiệu ở phần tiếp theo). Hầu hết các nhà vận hành mạng nhận thấy rằng cần có một giải pháp truy nhập mới với dữ liệu tập trung là cần thiết, nó phải rẻ tiền, đơn giản, và có khả năng phân phối thoại, dữ liệu và dịch vụ truyền hình đến khách hàng trên một mạng duy nhất. Kiến trúc mới này sẽ được tối ưu cho luồng dữ liệu IP (Internet Protocol), giao thức thông tin đang thịnh hành hiện nay. 2.3.2. Giải pháp sợi quang: Sợi quang với những ưu điểm như băng thông cao, suy hao thấp, ít xuyên nhiễu (đã trình bày ở chương 1) sẽ là giải pháp băng rộng lý tưởng cho mạng truy nhập. Có thể triển khai sợi quang trong mạng truy nhập theo mô hình điểm-điểm, mô hình sao chủ động hay mô hình sao thụ động: Một cách đơn giản nhất để triển khai sợi quang trong mạng truy nhập là dùng mô hình Home Run Fiber ( hay còn gọi là mô hình điểm-điểm), tức là nối sợi quang trực tiếp từ CO (Central Office) đến mỗi thuê bao. Giả sử có N thuê bao với khoảng cách trung bình từ mỗi ONU (Optical Network Unit) đến OLT (Optical Line Terminal) là L km thì ta cần NxL km sợi quang và 2N bộ thu phát. Hình 2.8: Mô hình điểm-điểm Trong cấu hình điểm-điểm đã mô tả ở trên, để giảm chiều dài sợi quang thì ta có thể triển khai một Remote Switch tại vị trí tập trung các thuê bao để đa hợp và giải đa hợp tín hiệu giữa các thuê bao và CO, đây còn gọi là mô hình sao chủ động. Mô hình này chỉ cần L km chiều dài sợi nhưng cần 2N+2 bộ thu phát. Hình 2.9: Mô hình sao chủ động Việc dùng cấu hình Remote Switch ở trên vẫn chưa tối ưu vì còn phải tốn nguồn để duy trì hoạt động cho thiết bị này (đây là thiết bị chủ động). Vì thế, thật là hợp lý khi thay thế một Remote Switch chủ động bằng một bộ tách quang thụ động không đắt tiền. Khi đó ta có một mạng quang thụ động (PON: Passive Optical Network). PON sẽ giảm tối thiểu số các bộ thu phát quang, các đầu cuối CO, và chiều dài sợi. Ví dụ mô hình PON ở hình 2.8 có L km chiều dài sợi và N+1 bộ thu phát. Hình 2.10: Mô hình sao thụ động Bảng 2.4: So sánh các mô hình trong mạng truy nhập quang Mô hình Điểm - Điểm Sao chủ động PON Ưu điểm Kiến trúc đơn giản. Băng thông cao do mỗi thuê bao dùng riêng một sợi quang. Giảm được chiều dài sợi quang so với mô hình điểm -điểm. Giá thành giảm, công tác bảo trì đơn giản. Tối ưu về chiều dài sợi và các bộ thu phát so với 2 mô hình trước. Nhược điểm Đắt tiền vì việc phải triển khai sợi quang và các bộ thu phát riêng cho từng thuê bao. Băng thông thấp hơn mô hình điểm-điểm. Số bộ thu phát cao hơn mô hình điểm-điểm Tốn năng lượng và công tác bảo trì cho thiết bị Remote Switch. Qua bảng so sánh trên ta thấy PON là một giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập hiện nay. Chương tiếp theo sẽ trình bày các chi tiết kỹ thuật trong PON. 2.4. Kết luận Chương này trình bày sự tăng nhanh của lưu lượng luồng dữ liệu và các giải pháp băng rộng hiện tại (DSL, Cable Modem, WiMAX), qua đó cho ta thấy rõ được hiện tượng nghẽn cổ chai băng thông trong mạng truy nhập. Đồng thời, chương này còn nêu ra xu hướng phát triển của mạng truy nhập và nhược điểm của các giải pháp băng rộng hiện tại do đó sợi quang với những ưu điểm như băng thông cao, suy hao thấp, ít xuyên nhiễu... sẽ là giải pháp băng rộng lý tưởng cho mạng truy nhập. Qua sự so sánh các mô hình triển khai trong mạng truy nhập quang sẽ cho chúng ta thấy PON (mạng quang thụ động) là một giải pháp truy nhập băng rộng mới, tối ưu cho mạng truy nhập hiện nay. Chương 3 CÁC ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT TRONG MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG 3.1. Giới thiệu PON 3.1.1. Định nghĩa: Mạng quang thụ động (PON) hay còn gọi là mạng quang không nguồn là phần mạng truy nhập dùng sợi quang làm môi trường truyền dẫn. Ở trên môi trường truyền dẫn quang này chỉ có các thiết bị thụ động (không nguồn) như là sợi quang và bộ tách/ghép. PON ra đời nhằm hướng tới việc khắc phục hiện tượng nghẽn cổ chai băng thông ở mạng truy nhập hiện nay. Bằng cách đưa ra khoảng băng thông giữa T1 (1,5 Mbps) và OC3 (155 Mbps) để phục vụ cho mạng truy nhập (xem hình 3.1), PON đã giải quyết được vấn đề mà trước đây các kỹ thuật truy nhập khác không làm được. 64 k 144 k 1.5 M 45 M 155 M 1 G POTS ISDN DSL T1 T3 OC-3 Khoảng băng thông đáp ứng của PON Băng thông (bps) Dịch vụ Hình 3.1: Khoảng băng thông đáp ứng của các loại dịch vụ 3.1.2. Các mô hình của PON: PON là một mạng điểm-đa điểm, với một CO phục vụ nhiều thuê bao. Có nhiều mô hình tương thích với mạng truy nhập loại này, bao gồm cây, vòng hay bus (xem hình 3.2). (a) Mô hình cây (sử dụng bộ tách 1:N) (b) Mô hình vòng (dùng 2x2 tap coupler) (c) Mô hình bus (dùng 1x2 tap coupler) (d) Mô hình cây với sợi trung kế dự phòng (dùng bộ tách 2xN) Hình 3.2: Các mô hình PON Dùng 1:2 tap coupler quang và 1:N splitter quang để tách/ghép tín hiệu, PON có thể triển khai một cách mềm dẻo trong bất cứ mô hình nào. Ngoài ra, PON cũng có thể triển khai trong cấu hình dự phòng (xem chi tiết ở chương 4). Sự dự phòng có thể được thêm vào chỉ trong một phần hay tất cả các thành phần của PON, ví dụ như dự phòng trung kế (trunk) (xem hình 3.2d). Tất cả sự truyền dẫn trong PON được biểu diễn giữa một OLT (Optical Line Terminal) và một ONU (Optical Network Unit). OLT ở phía CO và kết nối mạng truy nhập quang OAN (OAN:Optical Access Network) đến mạng MAN (Metropolitan Area Network) hay mạng WAN, hay còn gọi là mạng backbone hoặc long-haul network. Tùy theo vị trí của ONU mà ta có các kiến trúc khác nhau: Nếu ONU nằm tại vị trí khách hàng ta có kiến trúc FTTH (Fiber To The Home) và FTTB (Fiber To The Building). Nếu ONU đặt tại vỉa hè, ta có kiến trúc FTTC (Fiber To The Curb). Ưu điểm của việc dùng PON trong mạng truy nhập thuê bao là: PON tăng khoảng cách truyền giữa CO và khách hàng. Một PON có thể hoạt động với khoảng cách 20 km cho mạch vòng (điều này vượt quá khả năng của DSL). PON tiết kiệm sợi ở cả tổng đài cục bộ và mạch vòng. Chỉ một thành phần của sợi cần cho trung kế, và chỉ một port trên PON được yêu cầu trong CO. Điều này cho phép một mức độ tập trung thiết bị CO dày đặc và ít tốn nguồn. PON cung cấp băng thông cao hơn vì dùng sợi quang. PON có thể dùng kỹ thuật WDMA (Wavelength Division Multiple Access) để tăng dung lượng. PON loại ra sự cần thiết của việc lắp đặt các bộ đa hợp và giải đa hợp chủ động trong vùng tách/ghép, vì thế nhà vận hành mạng không cần phải bảo trì và cung cấp nguồn cho các thiết bị đó nữa. Thay cho các thiết bị chủ động trong những vùng này, PON dùng các thành phần thụ động. 3.1.3. Các thành phần trong PON Trong PON có hai thành phần: Các thành phần thụ động được đặt ở phần mạng phân phối (hay còn gọi là phần ngoại vi) bao gồm một sợi cáp quang đơn mode, bộ tách/ghép, các khớp nối và mối hàn. Các thành phần chủ động như là OLT và các ONU được đặt tại 2 đầu của PON. Hình 3.3: Các thành phần chủ động và thụ động trong một mạng PON 3.1.3.1. Thành phần thụ động: Sợi quang Trong PON dùng sợi quang đơn mode để truyền tín hiệu vì sợi đơn mode có thể truyền được khoảng cách xa hơn (so với sợi đa mode) do không bị ảnh hưởng của tán sắc mode. Sợi đơn mode chuẩn được dùng hiện nay có suy hao 0,2 dB/km. Bộ tách/ghép quang: Khi lựa chọn các bộ tách ghép quang thì cần chú ý đến các thông số sau: Suy hao chèn (Insertion loss): Là sự suy hao công suất do quá trình sản xuất không hoàn thiện. Thường thì giá trị này nằm trong khoảng 0,1 đến 1 dB. Độ định hướng (Directive): Là tổng số công suất ngõ vào bị rò rỉ từ một ngõ vào sang ngõ vào khác. Bộ tách/ghép được xem là có độ định hướng cao nếu thông số này vào khoảng -40 đến -50 dB. 3.1.3.2. Thành phần chủ động: CO Trong CO gồm có OLT và các card giao tiếp. CO có nhiệm vụ cung cấp giao tiếp giữa PON và nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu, truyền hình, và mạng điện thoại. Ngoài ra CO cũng kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ hoạt động mạng thông qua một hệ thống quản lý nhân tố (EMS: Element Management System). Chức năng và đặc trưng của CO bao gồm: Giao tiếp đa dịch vụ với mạng WAN. Giao tiếp Gigabit Ethernet với PON … Chuyển mạch và định tuyến lớp 2 và 3. Đưa ra chất lượng dịch vụ và thoả thuận mức dịch vụ. Lưu lượng tập trung. Giao tiếp giữa mạng WAN và CO thông qua các loại thiết bị sau: Bộ nối chéo số (DSC: Digital Cross Connect) có nhiệm vụ vận chuyển lưu lượng TDM (Time Division Multiplex) không chuyển mạch (non-switched) và không chuyển mạch cục bộ (non-locally switched) đến mạng điện thoại. Giao tiếp DSC thông thường bao gồm DS1, DS3, STS-1 và OC-3. Voice gateway sẽ vận chuyển lưu lượng thoại TDM chuyển mạch cục bộ (locally switched TDM/voice traffic) đến mạng chuyển mạch thoại công cộng (PSTN: Public Switched Telephone Network ). IP router hay ATM Switch sẽ gửi luồng dữ liệu vào mạng dữ liệu. Những thiết bị mạng video sẽ vận chuyển luồng video vào mạng video. Hình 3.4: Hình ảnh thực tế của một OLT,OLT trong hình có thể dùng cho 704 thuê bao ONU ONU cung cấp giao tiếp giữa dữ liệu, video và thoại của khách hàng vào PON. Chức năng đầu tiên của ONU là nhận lưu lượng dưới dạng quang và chuyển chúng thành dạng mong muốn của khách hàng (Ethernet, IP multicast, T1,… ). Bởi vì mỗi một ONU định vị tại vị trí khách hàng trong ứng dụng FTTB hay FTTH nên thiết kế và giá thành của ONU là chìa khoá của sự chấp nhận và triển khai của hệ thống PON. Điển hình sự thanh toán ONU chiếm 70% giá thành hệ thống cho FTTB và trong FTTH là 80%. Các chức năng của ONU bao gồm: Giao tiếp khách hàng với POTS, T1, DS3, 10/100 BaseT, IP multicast và dịch vụ dành riêng bước sóng. Khả năng chuyển mạch và định tuyến lớp 2, 3 … Cung cấp dữ liệu tốc độ 64 kbps đến 1 Gbps. Giao tiếp chuẩn Ethernet nên không cần đến DSL modem hay Cable Modem nữa. Hình 3.5: Hình ảnh thực tế của một ONU EMS EMS quản lý những nhân tố khác nhau của PON và cung cấp giao tiếp với nhà cung cấp dịch vụ hoạt động mạng. Trách nhiệm quản lý của nó bao gồm quản lý tất cả các lỗi (Full range of fault), cấu hình (Configuration), thanh toán tiền (Accounting), thực hiện (Performance), và chức năng bảo mật (Security). Gọi chung là FCAPS. Chức năng và đặc trưng của EMS bao gồm: Chức năng FCAPS thông qua một giao diện với khách hàng. Khả năng quản lý nhiều thiết bị trong hệ thống PON. Hỗ trợ đồng thời hàng trăm giao diện với khách hàng. Giao tiếp chuẩn vào sự hoạt động của mạng lõi. 3.2. Các kỹ thuật đa truy nhập dùng trong PON: Trong hướng xuống (từ một OLT đến nhiều ONU), PON là một mạng điểm-đa điểm. OLT có thể dùng toàn bộ băng thông cho hướng xuống tại tất cả các thời điểm. Ở hướng lên (từ nhiều ONU đến OLT), PON là một mạng đa điểm-điểm, tức là nhiều ONU truyền đến một OLT. Vì thế, luồng dữ liệu từ những ONU khác nhau nếu truyền dữ liệu đồng thời có thể gây đụng độ. Do đó, trong hướng lên PON cần triển khai một vài kỹ thuật phân chia kênh để chống đụng độ và phân chia công bằng dung lượng và tài nguyên kênh trung kế sợi (sợi quang nằm giữa OLT và bộ tách/ghép). 3.2.1. TDMA PON Hình 3.6: Mô hình TDMA PON Giải pháp PON đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA PON: Time Division Multiple Access PON) được đưa ra để ngăn chận đụng độ dữ liệu, tức là mỗi ONU chỉ được truyền trong khe thời gian dành riêng của nó. Trong đó, hướng lên dùng một bước sóng để truyền dữ liệu và hướng xuống dùng một bước sóng khác để truyền dữ liệu. Ở mỗi phía (ONU và OLT) đều có bộ thu WDM để tách các kênh bước sóng cho bộ thu và bộ phát dữ liệu (xem hình 3.6). Hình 3.7: Truyền dữ liệu xuống trong TDMA PON Việc truyền dữ liệu xuống từ OLT đến nhiều ONU có thể thực hiện theo phương thức quảng bá hay multicast. Trong hình 3.7 mỗi gói mang một header duy nhất xác định dữ liệu nó dự định phân phát cho ONU-1, ONU-2, hay ONU-3. Tại bộ tách, luồng được phân chia thành 3 tín hiệu riêng rẽ, mỗi tín hiệu mang tất cả các gói gửi đến ONU. ONU sẽ nhận gói được gửi cho khách hàng (user) của mình và bỏ đi các gói mà gửi cho user trong ONU khác. Ví dụ, ONU-1 nhận gói 1, 2, và 3, tuy nhiên nó chỉ phân phối gói 1 đến end user 1. Hình 3.8: Truyền dữ liệu lên trong TDMA PON Hình 3.8 chỉ ra luồng lên được quản lý như thế nào. Bằng cách tận dụng phân chia đa hợp theo thời gian, mỗi khe thời gian được dành riêng cho một ONU. Khe thời gian được đồng bộ để gói lên từ một ONU không gây trở ngại với các gói dữ liệu từ ONU khác khi được ghép vào chung một sợi. Ví dụ, ONU-1 truyền gói của nó trong khe thời gian đầu tiên, ONU-2 truyền gói của nó trong khe thời gian thứ hai, và ONU-3 truyền gói của nó trong khe thời gian thứ 3. Một trong những ưu điểm của TDMA PON là tất cả ONU có thể hoạt động chung trên một bước sóng, tức là chỉ có một loại ONU cho tất cả các khách hàng. Tại OLT cũng cần một bộ thu đơn (không cần dùng bộ thu điều chỉnh bước sóng như WDMA PON). Dùng phương pháp này thì băng thông dành cho ONU sẽ thấp hơn (so với WDMA PON). Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép TDMA PON thay đổi hiệu quả băng thông chỉ định cho mỗi ONU bằng cách thay đổi kích cỡ khe thời gian, hay thậm chí triển khai đa hợp thống kê để tận dụng băng thông dùng được trong PON. 3.2.2. WDMA PON Một phương pháp cũng có thể dùng để phân chia những kênh ONU là dùng đa truy nhập ghép kênh theo bước sóng WDMA (WDMA: Wavelength Division Multiple Access), tức là mỗi ONU hoạt động trên một bước sóng khác nhau. Hình 3.9: Mô hình WDMA PON Như minh họa trong hình 3.9: Ở hướng lên mỗi user dùng một bước sóng khác nhau (từ λ5 đến λ8 ) để truyền dữ liệu. Các bước sóng này sẽ được bộ đa hợp WDM ghép lại và truyền trên sợi quang trung kế đến OLT. Ở hướng xuống OLT sẽ phát các bước sóng từ λ1 đến λ4 để truyền dữ liệu cho các user. Các bước sóng này sẽ được tách ra tại bộ giải đa hợp WDM để truyền đến user tương ứng. Giải pháp này yêu cầu giá thành cao vì: Thứ nhất nó yêu cầu một bộ thu điều chỉnh được hoặc một bộ thu mảng tại OLT để có thể nhận được nhiều kênh bước sóng. Ngoài ra nó còn yêu cầu phải có nhiều loại ONU, mỗi ONU sẽ phát bước sóng khác nhau. Trong mỗi ONU này sẽ dùng một laser với độ rộng phổ hẹp và có thể điều khiển được. Nếu ONU không đủ tiêu chuẩn sẽ gây ra nhiễu với những ONU khác trong PON. Dùng laser điều chỉnh được trong ONU sẽ kiểm soát được vấn đề này nhưng giá cao. Tuy nhiên giải pháp này có băng thông cao hơn so với TDMA PON Bảng 3.1: Bảng so sánh các kỹ thuật đa truy nhập Kỹ thuật Dung lượng Giá thành Khả năng cải tiến Độ tin cậy Điểm - điểm Cao nhất Cao nhất Dễ Tốt TDMA PON Cao Thấp Khó Tốt nhất WDMA PON Cao hơn TDMA PON nhưng nhỏ hơn điểm - điểm Cao hơn TDMA PON nhưng nhỏ hơn điểm- điểm Dễ Tốt hơn điểm-điểm nhưng nhỏ hơn TDMA PON 3.3. Các công nghệ trong TDMA PON Vì có nhiều ưu điểm hơn so với WDMA PON nên TDMA PON là kỹ thuật đa truy nhập ưa thích hiện nay. Có nhiều kiến trúc dựa trên TDMA PON đã được tiêu chuẩn hoá, bao gồm ATM PON (Asynchronous Transfer Mode PON), GPON (Gigabit PON) và EPON (Ethernet PON). 3.3.1. ATM PON Năm 1995, một nhóm các nhà vận hành mạng với tên gọi là FSAN (Full Service Access Netwoork) đã được thành lập với mục đích thống nhất mạng truy nhập băng rộng. Các thành viên FSAN đã phát triển một mạng truy nhập PON đặc trưng với ATM (Asynchronous Transfer Mode) là giao thức lớp 2. Đó gọi là ATM PON hay APON, sau này còn được gọi là BPON (Broadband PON) tức là PON băng rộng. Hiểu một cách đơn giản là dùng kiến trúc PON cho mạng truy nhập với phương thức đóng gói dữ liệu để truyền là ATM. Việc chọn phát triển APON tại thời điểm đó là do: Thứ nhất, chọn công nghệ ATM bởi vì nó tương thích với nhiều giao thức. Thứ hai, chọn PON bởi vì nó là giải pháp quang băng rộng kinh tế nhất. Dạng ATM PON này đã được chấp nhận là một chuẩn của ITU-T (G.983). Khuyến nghị G.983.1 đưa ra một kiến trúc BPON đối xứng với tốc độ truyền lên và xuống là 155 Mbps. Vào năm 2001 đã được chỉnh sửa lại là tốc độ bất đối xứng với 155 Mbps truyền lên và 622 Mbps truyền xuống. Header (5 byte) Payload (48 byte) ATM cell (53 byte) Hình 3.10 : Cấu trúc cell ATM Tuy nhiên việc dùng ATM PON cho mạng truy nhập bộc lộ những hạn chế sau: Nguyên lý của ATM là chia dữ liệu ra thành từng gói nhỏ có kích thước cố định 53 byte (48 byte payload và 5 byte overhead). Dạng dữ liệu này không tương xứng với giao thức Internet (IP: Internet Protocol) bởi vì IP có thể truyền gói dữ liệu với chiều dài lên đến 65,535 byte. Việc phân đoạn dữ liệu thành 48 byte payload và 5 byte overhead sẽ làm mất thời gian và phức tạp. Vì thế giá thành của ONU và OLT sẽ tăng lên. Hơn nữa, mỗi gói nhỏ đều cần 5 byte overhead do đó băng thông cũng sẽ bị lãng phí. Nếu một cell ATM bị hư hỏng hay mất đi thì sẽ làm hỏng cả gói IP. Nhưng các cell còn lại trong gói IP đó vẫn được truyền và nhận (và sẽ loại bỏ sau đó). Vì thế sẽ làm lãng phí băng thông. Ngoài ra, nó cũng không cung cấp đủ khả năng cho video, không đủ băng thông, phức tạp và thiết bị thì đắt tiền. Với những nhược điểm nêu trên, APON không được xem là giải pháp cho mạng truy nhập, giải pháp mới hiện nay là EPON. 3.3.2. Ethernet PON Đầu năm 2001, IEEE thành lập một nhóm gọi là EFM (Ethernet in the First Mile). Nhóm này có nhiệm vụ triển khai kỹ thuật Ethernet vào mạng truy nhập thuê bao. Dựa trên nền tảng Ethernet, nhóm này tập trung vào triển khai Ethernet PON. Ethernet PON (EPON) là một mạng PON cơ bản mà dữ liệu truyền trong nó được đóng gói dưới dạng khung Ethernet được định nghĩa theo chuẩn IEEE 802.3. Ngày nay, với sự phát triển của Fast Ethernet, Gigabit Ethernet và bây giờ là 10 Gigabit Ethernet thì việc triển khai PON dựa trên công nghệ Ethernet (còn gọi là EPON) sẽ loại trừ được những nhược điểm của APON, tức là cung cấp băng thông lớn hơn cho các dịch vụ, kiến trúc đơn giản và với giá thành thấp hơn. So với APON, EPON có những ưu điểm sau: Dữ liệu trong Ethernet PON được vận chuyển với chiều dài gói biến đổi và có thể lên đến 1,518 byte theo chuẩn IEEE 802.3 cho Ethernet. Điều này giúp EPON tương xứng với IP hơn APON. Việc thiết lập overhead trong EPON mất 38 byte, nhưng với kích thước gói biến đổi theo chuẩn Ethernet (có thể là 40 byte, 576 byte hay 1500 byte) thì việc lãng phí băng thông trong việc thiết lập overhead của EPON là thấp hơn APON. 8 byte preamble 14 byte Ethernet Header Payload (nhiều kích cỡ, có thể lên đến 1500 byte) 4 byte FCS (Frame Check Sequence) 12 byte IFG (Interframe Gap) Hình 3.11: Cấu trúc khung Ethernet 3.3.3. GPON Với sự xuất hiện của EPON tốc độ Gigabit, nhóm FSAN đã thấy rõ sự cần thiết của một kiến trúc mạng với tốc độ bit cao hơn và được cải tiến một cách có hiệu quả cho luồng dữ liệu. Tuy nhiên, với đặc điểm kỹ thuật của lớp vật lý trong BPON thì khó có thể triển khai tốc độ bit trên 622 Mbps. Mà PON dựa trên ATM thì lại không hiệu quả cho luồng dữ liệu IP. Để khắc phục điều này, năm 2001, FSAN đã nỗ lực thiết lập ra một hệ thống PON hoạt động ở tốc độ trên 1 Gbps, gọi là GFP PON (Generic Framing Procedure PON), hay còn gọi là GPON (Gigabit PON) và hiện nay đã được công nhận là một chuẩn của ITU-T (G.984). Ưu điểm: Tốc độ cao (truyền xuống 2,5 Gbps, tốc độ truyền lên 1,2 Gbps). GPON cho phép truyền cả ATM cell, dạng khung Ethernet và TDM. Tuy nhiên giải pháp này đắt tiền hơn so với các giải pháp ở trên. Bảng 3.2: So sánh các công nghệ BPON, EPON ,GPON Kỹ thuật BPON EPON GPON Tốc độ (Mbps) Hướng xuống: 1244, 622, 155 Hướng lên: 622,155 Hướng xuống: 1244 Hướng lên: 1244 Hướng xuống: 2488, 1244 Hướng lên: 2488,1244, 622, 155 Tỷ lệ tách 32 16 64 Chế độ truyền ATM Ethernet ATM, Ethernet, TDM Video Overlay Có Không Có Chuẩn ITU-T G.983.x IEEE 802.11 ITU-T G.984.x Khoảng cách 20 km 10 đến 20 km Tối đa 60 km 3.4. Kết luận: Chương này giới thiệu tổng quan về mạng quang thụ động PON, tập trung trình bày các đặc điểm kỹ thuật của nó như các kỹ thuật đa truy nhập (WDMA, TDMA), các công nghệ (APON, EPON, GPON), đồng thời so sánh ưu nhược điểm của các đặc điểm kỹ thuật này. Chương 4 CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ TRONG FTTx š@&?› Những mạng truy nhập khác nhau thì yêu cầu những giản đồ bảo vệ khác nhau. Để mạng truy nhập sợi quang hoạt động ổn định, cung cấp dịch vụ liên tục và đáng tin cậy cho khách hàng thì cần phải triển khai các mô hình bảo vệ. Để đạt được điều này, một sự dự phòng phải được thêm vào PON bằng cách cung cấp nhiều sự thay thế. Việc dự phòng có thể được thêm vào trong một phần hay toàn bộ trong mô hình PON. 4.1. Các mô hình bảo vệ dạng cây: Gọi: uc là xác suất không dùng được của một thành phần c. Ug là xác suất không dùng được của một nhóm các thành phần. Cả uc và Ug đều được mong đợi là nhỏ. Ta có các nhóm thành phần sau: Nhóm trung kế (trunk group) gồm sợi trung kế (từ OLT đến splitter), bộ phát OLT và bộ thu OLT. Nhóm nhánh (branch group) gồm sợi nhánh (từ splitter đến ONU), bộ thu ONU và bộ phát ONU. Ngoài ra còn một nhóm riêng chỉ có bộ tách (splitter) gọi là nhóm tách (splitter group). Xác suất không dùng được của nhóm trung kế được tính toán như sau: Utrunk= 1 – (1 – uOLT_Tx)(1 –uOLT_Rx)(1 –utrunk) (4.1) Với: uOLT_Tx là xác suất không dùng được của bộ phát OLT. uOLT_Rx là xác suất không dùng được của bộ thu OLT. Và utrunk là xác suất không dùng được của sợi quang trung kế. Tương tự, xác suất không dùng được của nhóm nhánh là: Ubranch = 1 – (1 –uONU_Tx)(1 –uONU_Rx)(1 –ubranch) (4.2) Với: uONU_Tx là xác suất không dùng được của bộ phát ONU. uONU_Rx là xác suất không dùng được của bộ thu ONU. Và ubranch là xác suất không dùng được của sợi quang nhánh. Cuối cùng, với nhóm có bộ tách, ta có xác suất không dùng được của nhóm này là: Usplit= usplit (4.3) Với usplit là xác suất không dùng được của bộ tách. 4.1.1. Cây không có sự bảo vệ: Đầu tiên chúng ta xem xét xác suất không dùng được của một PON không có sự bảo vệ (xem hình 4.1). Vì các nhóm trung kế, nhóm tách và nhóm nhánh được nối theo chuỗi, nên dễ dàng thấy rằng xác suất không dùng được của toàn bộ dịch vụ PON không được bảo vệ này là: U = 1 – (1 – Utrunk)(1 – Usplit)(1 – Ubranch) (4.4) Hình 4.1: Mô hình PON không có sự bảo vệ 4.1.2. Bảo vệ trung kế: Hình 4.2 minh họa một PON được bảo vệ trung kế. Sợi trung kế, bộ thu OLT, và bộ phát OLT là những nhân tố cần bảo vệ nhất trong PON. Sự hư hỏng của bất kì thành phần nào ở trung kế sẽ làm cho tất cả các khách hàng (user) của PON mất đi dịch vụ. Cấu hình bảo vệ trung kế nhằm vào bảo vệ các nhân tố kể trên với lượng dự phòng tối thiểu. Trong một cấu hình bảo vệ trung kế, OLT được trang bị bộ thu phát sơ cấp và thứ cấp và dùng 2 sợi trung kế để định tuyến đến bộ tách 2xN. Ở hướng xuống chỉ dùng một sợi trung kế để truyền, ở hướng lên dữ liệu được tách ra thành 2 hướng. Ở điều kiện thường, OLT dùng bộ thu phát sơ cấp. Nếu phát hiện ra một kết nối bị sự cố thì OLT chuyển sang bộ thu phát thứ cấp. Cấu hình bảo vệ trung kế ở hình 4.2 có xác suất không dùng được là: U = 1 – (1 – U2trunk)(1 – Usplit)(1 – Ubranch) (4.5) Mô hình PON có bảo vệ trung kế b) Mô tả chi tiết của mô hình PON có bảo vệ trung kế Hình 4.2: PON có bảo vệ trung kế Trong giản đồ trên sự tăng giá thành chủ yếu so với mô hình cây không bảo vệ là do việc thay đổi định tuyến ở phần sợi trung kế từ CO đến bộ tách. 4.1.3. Bảo vệ nhánh: Hình 4.3 trình bày một PON được bảo vệ nhánh. Giản đồ bảo vệ nhánh dùng một sợi trung kế kết nối đến bộ tách 1x2N. Từ bộ tách mỗi nhánh sẽ có 2 sợi kết nối đến mỗi ONU. Khi một ONU phát hiện mất tín hiệu, nó sẽ chuyển từ bộ thu phát sơ cấp sang bộ thu phát thứ cấp. Giản đồ này có xác suất không dùng được là: U = 1 – (1 – Utrunk)(1 – Usplit)(1 – U2branch) (4.6) Mô hình PON có bảo vệ nhánh b) Mô tả chi tiết của mô hình PON có bảo vệ nhánh Hình 4.3: PON có bảo vệ nhánh Một nhược điểm của giản đồ này là nó yêu cầu một tỷ lệ tách lớn gấp đôi. Điều này có thể ảnh hưởng đến phạm vi hoạt động tối đa hay khả năng fan-out tối đa của PON. Giá thiết bị chủ yếu của giản đồ này là ở sự thêm vào dự phòng các bộ thu phát ONU. 4.1.4. Bảo vệ trung kế và nhánh: Hình 4.4 chỉ ra một PON có bảo vệ trung kế và nhánh. Mô hình này có 2 sợi trung kế kết nối đến 2N nhánh (2 nhánh cho mỗi ONU ). Ta có thể dùng bộ tách 2x2N, nhưng để việc bảo vệ được tốt hơn, ta có thể dùng bộ tách cascade thay cho thiết bị tách 2x2N. Như hình 4.4 minh họa, tín hiệu ở hướng xuống đầu tiên truyền qua một bộ tách 1x2 và sau đó thông qua một bộ tách 2xN. Nếu những bộ tách này là những thiết bị riêng rẽ, thì sự hư hỏng của một bộ tách trong chúng không ảnh hưởng đến những bộ tách còn lại. Cấu hình này thì cũng bị ảnh hưởng bởi sự tăng tỷ lệ tách. Tuy nhiên, nó cung cấp xác suất không dùng được thấp hơn. Để đơn giản hàm xác suất, cúng ta gộp bộ tách đầu tiên với nhóm trung kế và gọi đó là nhóm trung kế + bộ tách. Tương tự ta gộp bộ tách thứ hai với nhóm nhánh và gọi đó là nhóm nhánh + bộ tách. Công thức tính toán xác suất không dùng được như sau: Utrunk+splitter = 1 – (1 – Utrunk)(1 – Usplit) (4.7) Ubranch+splitter = 1 – (1 – Ubranch)(1 – Usplit) (4.8) U=1 – (1– U2trunk+splitter )(1 – U2branch+splitter) (4.9) Hình 4.4: Mô hình PON có bảo vệ trung kế và nhánh dùng cách ghép Cascade Giá thực hiện giản đồ bảo vệ này lớn hơn giá của các giản đồ ở trên bởi vì giá cung cấp cho việc thay đổi định tuyến trung kế và bộ thu phát trên mỗi ONU. 4.1.5. Bảo vệ cây: Cuối cùng, hình 4.5 đưa ra một cấu trúc cây PON có dự phòng, tức là hoàn toàn nhân đôi toàn bộ thiết bị và sợi. OLT và tất cả ONU được trang bị 2 bộ thu phát. Mô hình này không bị tăng tỷ lệ tách giống như giản đồ bảo vệ nhánh và giản đồ bảo vệ trung kế và nhánh. Cấu hình cây bảo vệ dùng số lượng sợi và các bộ thu phát giống cấu hình bảo vệ trung kế và nhánh. Tuy nhiên, nó có xác suất không dùng được cao hơn so với giản đồ bảo vệ trung kế và nhánh. Xác suất không dùng được được tính như sau: U = [1 – (1 – Utrunk)(1 – Usplit)(1 – Ubranch )]2 (4.10) (a)Mô hình PON có sự bảo vệ cây (b) Mô tả chi tiết của mô hình PON có sự bảo vệ cây Hình 4.5: PON có bảo vệ cây 4.1.6. Thống kê xác suất không dùng được của các mô hình PON dạng cây: Bảng 4.1: Tốc độ hư hỏng và thời gian sửa chữa của các thành phần Thành phần Failure in time (FIT) Mean time to repair (MTTR), h uc Xác suất không dùng được = FITx MTTR/109 h Sợi trung kế (20km) 2283 12 utrunk 2,74 x 10-5 Sợi nhánh 1712 12 ubranch 2,05 x 10-5 Bộ tách/ghép 114 12 usplit 1,37 x 10-6 Bộ phát OLT 3424 2 UOLT_Tx 6,85 x 10-6 Bộ thu OLT 1142 2 UOLT_Rx 2,28 x 10-6 Bộ phát ONU 1712 6 UONU_Tx 1,03 x 10-5 Bộ thu ONU 1142 6 UONU_Rx 6,85 x 10-6 Chúng ta thu được những giá trị bằng số cho thành phần xác suất không dùng được từ tốc độ hư hỏng và tổng hợp chúng trong bảng 4.1. Thông số FIT (Failure-In- Time) tượng trưng cho số lần hư hỏng trong 109 giờ. Xác suất không dùng được của một thiết bị đơn giản là FIT của nó trên một đơn vị thời gian nhân với thời gian sữa chữa MTTR (Mean Time To Repair) của nó. Giá trị đặc trưng của việc sữa chữa sợi là 12 giờ. Một sự thay thế thành phần tại CO mất khoảng 2 giờ, trong khi một sự thay thế thành phần tại vị trí khách hàng mất khoảng 6 giờ. Bảng 4.2 so sánh xác suất không thực hiện dịch vụ trên một ONU cho một cây thụ động không bảo vệ và các mô hình dự phòng. Thời gian chết được tính toán bằng cách nhân xác suất không dùng được với số phút trong một năm. Một PON dạng cây không bảo vệ (nghĩa là không có sự dự phòng) có thời gian chết xấp xỉ 40 phút/năm, tương ứng với xác suất dùng được là 99,992%. Dữ liệu trong bảng 4.2 đề nghị thời gian chết cho giản đồ bảo vệ trung kế và giản đồ bảo vệ nhánh gần bằng nhau. Cả 2 giản đồ này giảm được thời gian chết một nửa so với cây không bảo vệ. Việc giảm thời gian chết từ 40 phút đến 20 phút/năm tương ứng với sự tăng khả năng dùng được từ 99,992 đến 99,996%. Những giản đồ mà cung cấp dự phòng đầy đủ (bảo vệ cây và bảo vệ trung kế và nhánh) có thời gian chết thấp hơn. Trong ví dụ trên, chúng ta chỉ xem xét thời gian chết bởi sợi bị hỏng, bộ tách bị hỏng và bộ thu phát bị hỏng. Toàn bộ thời gian chết cũng bị ảnh hưởng bởi các nhân tố như nguồn bị hỏng và lỗi của nhà vận hành. Thêm vào đó, sự hư hỏng bên ngoài phần truy nhập của mạng cũng có thể đóng góp vào thời gian chết. Bảng 4.2: Xác suất không dùng được và thời gian chết mong đợi cho các loại mô hình PON dạng cây Cấu hình Xác suất không dùng được Thời gian chết mong đợi (phút/năm) Cây không có bảo vệ 7,56 x 10-5 39,72 Bảo vệ trung kế 3,90 x 10-5 20,52 Bảo vệ nhánh 3,79 x 10-5 19,92 Bảo vệ trung kế và nhánh 1,31 x 10-9 0,00069 Bảo vệ cây 5,71 x 10-9 0,0030 4.2. Giới thiệu một số mô hình bảo vệ dạng vòng: 4.2.1. Các mô hình bảo vệ dạng vòng Chúng ta đưa ra phương pháp bảo vệ k:n cho PON loại vòng ring. Trong phương pháp này, mỗi OLT có n card giao tiếp hoạt động và k card giao tiếp bảo vệ (k card giao tiếp bảo vệ này được nối đến bộ chuyển mạch quang k:n). Bộ chuyển mạch quang có thể được điều khiển cục bộ bởi OLT, vì thế không cần có thiết bị chủ động nào trong mạng phân phối quang. Nhưng nhược điểm của giải pháp này là phải triển khai nhiều sợi quang dài. Hình 4.6: Bảo vệ vòng ring dùng bộ chuyển mạch quang k:n Bộ chuyển mạch quang k:n thì đắt tiền. Hình 4.7 đưa ra một mô hình mới bằng cách dùng một bộ chuyển đổi dãy bước sóng (Wavelength Conversion Array) ở CO cùng với bộ ghép và bộ giải đa hợp (DMUX: Demultiplexer) trong mạng phân phối quang. Nếu giá của bộ chuyển đổi dãy bước sóng được giảm thì mô hình này rất khả thi. Hình 4.7: Bảo vệ vòng ring dùng bộ chuyển đổi dãy bước sóng, bộ ghép và bộ giải đa hợp 4.2.2. Phân tích giá cả và tỷ lệ mất gói: Sự phân tích giá cả được thực hiện bằng cách so sánh loại bảo vệ 1:1 và k:n. Ta giả sử rằng xác suất hỏng của card làm việc là 0 và xác suất hỏng của sợi (line) là p. Vì thế, xác suất của 2 sợi hỏng đồng thời là p2 . Với n hệ thống PON, xác suất của bất cứ 2 sợi hỏng đồng thời là : Cn2p2(1– p)(n – 2) (4.11) Giả sử rằng giá của PON card (làm việc hay bảo vệ) là B và giá của sợi phục hồi là R (bao gồm giá mua và sữa chữa). Với n card PON làm việc và n card PON bảo vệ, giá tổng cộng của bảo vệ 1:1 là: Vì thế, với bảo vệ k:n thì giá tổng cộng là: Với S là giá của bộ chuyển mạch quang k:n. Ta giả sử rằng p rất nhỏ (<0,001). Ta có thể dùng xấp xỉ bậc một cho các hàm trên và ta có: Ta có thể dùng xấp xỉ bậc một cho các hàm trên và ta có: Vì thế, khi số lượng sợi hư lớn, tỷ lệ mất gói của n card làm việc là: Trong hình 4.8, giá của cả 2 phương pháp bảo vệ liên quan đến card giao tiếp B, với p = 10- 4 , R = 3B, S xấp xỉ B và k từ 1 đến 6. Trong hình 4.9, n = 16, R = 3B và k từ 1 đến 6, rõ ràng thấy rằng bảo vệ k:n là phương pháp bảo vệ hiệu quả về giá cả hơn. Sự lựa chọn k phụ thuộc vào tỷ lệ mất gói. Trong hình 4.10, ta có thể thấy rằng tỷ lệ mất gói thấp nếu k lớn. Hình 4.8: So sánh giá cả của các tỷ lệ bảo vệ Hình 4.9: So sánh giá cả và xác suất sợi bị hỏng của các tỷ lệ bảo vệ Hình 4.10: So sánh tỉ lệ mất gói với xác suất hỏng sợi của các tỷ lệ bảo vệ 4.3. Kết luận: Chương này trình bày các mô hình bảo vệ trong PON gồm mô hình bảo vệ trung kế, mô hình bảo vệ nhánh, mô hình bảo vệ trung kế và nhánh dùng cách ghép cascade , mô hình bảo vệ cây, mô hình bảo vệ dạng vòng và xác suất không dùng được, thời gian chết của các loại mô hình bảo vệ trong PON cũng như ưu điểm, khuyết điểm của mỗi loại. Qua đó giúp cho nhà vận hành mạng có thể chọn lựa việc dự phòng thích hợp để đảm bảo chất lượng hoạt động của mạng được tốt hơn. Chương 5 CÁC DỊCH VỤ TRÊN MẠNG FTTx VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN š@&?› Các nhà cung cấp dịch vụ đang sử dụng mạng FTTx như một trong những công cụ hữu hiệu của chiến lược cạnh trạnh để cung cấp bộ 3 dịch vụ - Triple Play, bao gồm: thoại, dữ liệu và video trên nền IP. Các công nghệ thường được sử dụng để tạo dựng các mạng FTTx, bao gồm cả các mạng quang thụ động, các đường dây thuê bao số (DSL), và các công nghệ nén video đều tiếp cận đến mức giá cả cạnh tranh. Do yêu cầu để triển khai mạng FTTx không quá khó khăn, các nhà cung cấp dịch vụ phải bảo đảm dịch vụ Triple Play mà họ cung cấp hoạt động hoàn hảo. Nếu mạng cơ sở hạ tầng FTTx đã được triển khai mà chất lượng lại không cao thì các nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải đối mặt với nguy cơ vĩnh viễn mất đi các khách hàng trung thành vào tay các đối thủ cạnh tranh, những người cung cấp các gói dịch vụ tương tự nhưng với chất lượng cao hơn. 5.1. Xây dựng các khối bộ ba dịch vụ (Triple Play): Các dịch vụ Triple Play có thể được cung cấp nhờ nhiều công nghệ truy cập khác nhau trên cùng một mạng là FTTx. FTTx thực ra là một tập hợp các kiến trúc mạng mới được thiết kế để mang các dịch vụ băng rộng tới các khách hàng cuối cùng. Sợi quang có hoặc không được sử dụng trong tất cả các kết nối từ nhà cung cấp đến khách hàng cũng như trong kiến trúc FTTP. Công nghệ xDSL, ví dụ ADSL2+, có thể được sử dụng ở những kilomet cuối nhằm kết nối từ nút quang tới thiết bị cuối phía khách hàng (CPE). Thực tế, ở hầu hết các mạng FTTx, sợi quang, cáp đồng, cáp đồng trục, giao tiếp không dây hoặc một vài sự kết hợp của những phương tiện này sẽ mang các tín hiệu truyền tải các ứng dụng Triple Play tới các thiết bị mạng tích hợp, các máy thu hình, và các bộ chuyển đổi trong các ứng dụng VoIP và thoại thông thường. Khi triển khai các dịch vụ Triple Play theo kiến trúc FTTx thì việc kiểm tra tất cả các phương tiện truyền dẫn vật lý được sử dụng, đặc biệt là phần mạng truy cập bằng cáp đồng, trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Việc kiểm tra nhiều lớp của mạng cùng với các ứng dụng cung cấp phải được tiến hành trong toàn bộ vòng đời của mạng - từ giai đoạn lắp đặt, cung cấp dịch vụ, và bảo đảm dịch vụ. Để kiểm tra lớp vật lý cũng như các ứng dụng trong toàn bộ chu kỳ sống của mạng, rất nhiều phương pháp đo và loại thiết bị khác nhau cần được sử dụng ở rất nhiều điểm khác nhau trên mạng. Hình 5.1: Các kiến trúc dịch vụ mạng FTTx Trong giai đoạn lắp đặt mạng, cần tiến hành xác định đặc tính sợi quang và các thông tin về suy hao chèn (insertion loss) và suy hao phản xạ ngược (optical return loss). Trong giai đoạn cung cấp dịch vụ, cần tiến hành đo công suất quang, hiệu suất truyền dữ liệu xDSL, đánh giá chất lượng thoại, video và dữ liệu. Khi mạng đã được triển khai và cung cấp các dịch vụ, việc kiểm tra đảm bảo dịch vụ trở thành một yêu cầu bắt buộc. Các kỹ thuật viên trên tuyến phải có khả năng cách ly các lỗi hiệu quả, thực hiện đánh giá dịch vụ đầu cuối-đầu cuối, và hỗ trợ quá trình phân tích sự cố một cách hiệu quả. 5.2. Kiểm tra các dịch vụ Triple Play: Tương tự như việc triển khai lớp vật lý, việc triển khai các dịch vụ Triple Play được thực hiện theo ba giai đoạn khác nhau: lắp đặt các thành phần mạng và đánh giá sơ bộ chất lượng mạng, cung cấp dịch vụ tới khách hàng, và bảo trì, bảo đảm dịch vụ. Mỗi giai đoạn trong vòng đời của mạng lại mang đến những thách thức khác nhau cho mỗi dịch vụ Triple Play. 5.2.1. Dịch vụ IP Video: Trước khi cung cấp dịch vụ IP video, nhà cung cấp dịch vụ phải xác định sự phù hợp của mạng truy cập của khách hàng với dịch vụ IP video. Các cơ chế quản lý Lớp dịch vụ Video (Video Class of Service), ví dụ như việc phân chia nhãn VLAN (VLAN tag segregation), lập kế hoạch tải lưu lượng, và đảm bảo phải được xác định. Thiết bị DSLAM phải được nâng cấp để hỗ trợ chức năng thu phát gói (Internet Group Management Protocol-IGMP) và chức năng IP multicast. Cấu hình phía mạng truy cập cũng cần được thiết lập để có thể hỗ trợ các băng thông được yêu cầu đối với dịch vụ IP video. Đặc biệt, nó phải thoả mãn được yêu cầu truyền 3 kênh video đồng thời. Sau khi tất cả những vấn đề trên đã được giải quyết, tiến trình cung cấp các thành phần cần thiết của mạng và việc kết nối có thể bắt đầu. Các thành phần mạng cần lắp đặt và kiểm tra bao gồm các cổng DSLAM, Gateway phía khách hàng, các dây mạng đi trong nhà khách hàng và các bộ giải mã tín hiệu truyền hình số (STB -Set Top Box). Ngoài ra, việc đánh giá lại chất lượng của liên kết mạng truy cập cũng cần tiến hành. Khi tạo mới và cung cấp dịch vụ IP video, cần phải đánh giá và thu thập thông tin về chất lượng dịch vụ và các lỗi xảy ra. Việc khắc phục sự cố dựa trên những tình huống giả lập phải được thực hiện trước khi hoàn tất việc cài đặt dịch vụ. Trường hợp lý tưởng nhất là lưu lại được các bản báo cáo đo của khâu này trong quá trình triển khai dịch vụ và sau này dùng để tham chiếu cho các hoạt động bảo trì và bảo đảm dịch vụ. Sử dụng dữ liệu đã được lưu lại này sẽ được góp phần cải thiện đáng kể thời gian sửa chữa, khắc phục sự cố (Mean-time-to-repair MTTR) mà nhờ đó, khách hàng được sử dụng dịch vụ chất lượng ổn định. Để cải thiện quá trình lắp đặt mạng và dịch vụ, các thiết bị đo kiểm có thể giúp kỹ thuật viên trên tuyến kiểm tra ba tham số trước khi cung cấp dịch vụ IP video, bao gồm: hiệu suất đường xDSL, cung cấp dịch vụ video, và chất lượng dịch vụ video (QoS) . Thiết bị phải có khả năng mô phỏng STB của khách hàng, lấy các luồng dữ liệu chương trình video, và xác định tính hợp chuẩn của các giá trị QoS được thiết lập bởi nhà cung cấp dịch vụ cho mỗi tham số. Các kết quả đo kiểm QoS Video hiển thị trên thiết bị đo kiểm của kỹ thuật viên sẽ cho biết tất cả các tham số quan trọng ảnh hưởng tới luồng video. Ví dụ, nếu jitter tham chiếu đồng hồ chương trình (Program Clock Reference - PCR) cao, bộ giải mã không thể giải mã đúng tải video. Vấn đề trễ đối với IGMP ảnh hưởng tới thời gian cần để chuyển đổi giữa các kênh video quảng bá và do đó, là một yếu tố quan trọng liên quan đến cảm nhận của khách hàng về chất lượng dịch vụ mà họ nhận được (customer experience). Số gói tin bị mất trong luồng truyền dẫn video, được đo bằng bộ chỉ thị lỗi liên tiếp, là tham số quan trọng nhất trong số 3 tham số được nêu ra ở đây. Thiết bị cũng nên có khả năng thiết lập các giới hạn Đạt/Không đạt (Pass/Fail) cho mỗi tham số này, làm tăng tính chắc chắn tổng các hoạt động vận hành thực tế và giúp cải thiện quá trình đảm bảo dịch vụ IP video. Để khắc phụ sự cố của IP video, các kỹ thuật viên trên tuyến có thể sử dụng thiết bị đo kiểm của họ để phát hiện trường hợp lỗi IP, ví dụ như lỗi điểm ảnh video hoặc lỗi đứng hình. Hai lỗi trên xảy ra là do mất gói dữ liệu, jitter gói quá lớn, hoặc cả hai. Nếu không phát hiện ra lỗi nào ở lớp vật lý của liên kết truy cập được kiểm tra thì có thể việc mất gói xảy ra ở đường lên (upstream) của DSLAM. Jitter PCR liên quan tới một kênh video, xác định vấn đề xảy ra ở headend, với việc chèn thêm các Local Ad, hoặc với các hoạt động chuyển đổi mã tín hiệu nguồn. Việc mất gói tin gây ra nhiều ảnh hưởng khác nhau. Ví dụ, nếu mất một gói mang khung B trong một tín hiệu video MPEG-2 sẽ chỉ ảnh hưởng tới một hoặc hai khung của luồng video; nếu mất một gói mang một khung I thì sẽ ảnh hưởng tới tất cả các khung cho tới tận khung I tiếp theo. Thường thì từ 14 đến 15 khung sẽ bị ảnh hưởng tùy thuộc vào thiết lập kích thước nhóm hình (Group of Picture – GOP). Việc giám sát liên tục luồng các gói tin là cần thiết để đảm bảo rằng các ứng dụng IP video đạt tới chất lượng mà các khách hàng trông đợi từ những nhà cung cấp dịch vụ video cạnh tranh. Yêu cầu về chất lượng mà họ mong muốn nhận được phải tốt hơn, hoặc ít nhất là bằng với chất lượng mà họ đã nhận được trước đó. 5.2.2. Dịch vụ thoại IP: Muốn tạo và cung cấp một ứng dụng thoại IP cho doanh nghiệp thì phải xác định được tính phù hợp của mạng doanh nghiệp khi lưu lượng nhạy cảm với trễ của dịch vụ VoIP. Các tính năng lớp dịch vụ (Class-of-Service-CoS) phải tồn tại trong các bộ định tuyến (router), và mạng phải được sửa hoặc lắp đặt lại để phù hợp với lưu lượng thoại được thêm vào. Kế hoạch tải lưu lượng có thể ảnh hưởng tới thiết bị mạng, đặc biệt là với các yêu cầu về băng thông giao diện WAN. Các thỏa thuận về mức dịch vụ mới (Service Level Agreement - SLA) cần được thiết lập. Trong giai đoạn lắp đặt, cần lắp đặt và kiểm tra các thiết bị truy cập tích hợp (Integrated Access Device–IAD), gateway thoại, bộ định tuyến và điện thoại IP. Việc kiểm tra lớp vật lý của các liên kết WAN cũng phải được thực hiện. Theo đó, các thành phần mạng và các kết nối cần thiết có thể được cung cấp, và đường cáp mới được lắp đặt cho những điểm kết cuối mới (ví dụ các điện thoại IP hoặc các bộ chuyển đổi (adapter). Khi dịch vụ được triển khai, kỹ thuật viên tập trung vào việc kiểm tra QoS VoIP và bố trí các điện thoại IP trong thực tế. Họ cũng cần xử lý lỗi và các vấn đề liên quan đến chất lượng dịch vụ trước khi hoàn tất việc cung cấp dịch vụ cho khách hàng. Tương tự như với ứng dụng IP video, cần phải thu thập các báo cáo kết quả đo ở giai đoạn này và lưu lại để sử dụng trong tương lai. Khi xảy ra sự cố dịch vụ thì những bản báo cáo này sẽ giúp rút ngắn thời gian giải quyết sự cố. Khi triển khai dịch vụ thoại IP, các kỹ thuật viên cần xác định tính kết nối từ phía khách hàng tới các gateway báo hiệu, cung cấp dịch vụ và chất lượng cuộc gọi. Họ có thể đánh giá chất lượng cuộc gọi bằng cách thực hiện các cuộc gọi kiểm tra trong nội bộ mạng IP (on-network test call) và các cuộc gọi sang mạng PSTN (off-network test call). Các tham số cuộc gọi quan trọng cần kiểm tra bao gồm: trễ gói, mất gói và jitter. Tuy nhiên, MOS (Mean Opinion Score) sẽ là tham số SLA quan trong nhất được sử dụng để đo chất lượng VoIP một cách tổng thể. Hình 5.2: Cấu trúc một mạng IP Video Ở giai đoạn đảm bảo dịch vụ, rất nhiều vấn đề có thể làm giảm chất lượng dịch vụ VoIP, bao gồm vấn đề liên quan tới khu vực mạng phía khách hàng gây ra bởi bộ đàm thoại, hiệu suất của bộ xử lý/DSP, thiết bị thu/phát âm thanh, và hiệu suất hoạt động của bộ loại bỏ tiếng vọng trong mạng. Các chuyển giao mạng giữa mạng gói và mạng TDM thường được quản lý bởi một chuyển mạch gateway thoại là những điểm kiểm tra quan trọng trong tất cả các mạng.  5.2.3. Dịch vụ dữ liệu IP Internet: Để cung cấp dịch vụ dữ liệu IP Internet tới các thuê bao FTTx thì mỗi khách hàng cần được thiết lập một tài khoản ISP (Internet Service Provider account – ISP account). Bên cạnh đó, kế hoạch về lưu lượng tải cũng cần sửa đổi để phù hợp với luồng dữ liệu được thêm vào. Các máy chủ truy cập dịch vụ băng rộng ở xa (Broadband Remote Access Server – BRAS) sẽ bị ảnh hưởng, do đó việc hoạch định băng thông và định tuyến/điều khiển phải được hoàn thiện. Bên cạnh việc thiết lập kết nối tới các ISP và cung cấp các thành phần mạng cần thiết cho luồng dữ liệu tăng thêm và xử lý lớp dịch vụ (CoS), các cổng DSLAM có thể được cấu hình lại để hỗ trợ tuyến trễ kép (dual-latency path) trong môi trường ứng dụng hỗn hợp này. Để kết thúc quá trình cài đặt, các kỹ thuật viên phải đánh giá hiệu suất hoạt động lớp vật lý DSL, mức độ kết nối tới ISP, và thông lượng của dịch vụ dữ liệu. Việc này được tiến hành bằng cách sử dụng một công cụ kiểm tra với khả năng tích hợp trình duyệt Web (Web Browser) và thông lượng FTP. Sử dụng các tập tin (file) kiểm tra có dung lượng có thể lựa chọn được bởi người dùng và tiến hành kiểm tra cả đường lên và đường xuống, bài đo thông lượng FTP sẽ kiểm tra hiệu suất của liên kết sát với các mô hình triển khai trong thực tế hơn là chỉ kiểm tra đơn giản mỗi đường xuống của liên kết. Thực hiện bài kiểm tra HTTP sử dụng một trình duyệt Web cũng có lợi trong việc đảm bảo rằng kết nối/truy cập ISP của người dùng cuối vẫn chạy hoàn hảo. Một khi dịch vụ dữ liệu IP Internet được triển khai thì độ chính xác của dịch vụ cung cấp cũng cần phải được đánh giá xem có hợp chuẩn hay không. Và một lần nữa, các bản báo cáo về bất kỳ sự cố hay vấn đề gì đều nên được lưu lại để sử dụng làm tài liệu tham khảo trong tương lai. 5.2.4. Gói ba dịch vụ (Triple Play) cần bộ đo kiểm cả ba dịch vụ (Triple Testing): Việc kiểm tra phải được thực hiện ở rất nhiều lớp, bao gồm: lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu, lớp mạng và lớp ứng dụng. Nếu chỉ đơn thuần kiểm tra lớp vật lý ở mạng truy cập thì không thể phát hiện ra các vấn đề QoS tiềm ẩn mà có thể ảnh hưởng tới các ứng dụng Triple Play dựa trên gói. Hiển nhiên là việc truyền gói tin chịu ảnh hưởng của luồng gói đầu cuối tới đầu cuối. Các nhà cung cấp dịch vụ triển khai các mạng FTTx cần có chiến lược hoàn chỉnh về dịch vụ và đo kiểm tin cậy dựa trên sự hiểu biết sâu sắc về ứng dụng được cung cấp để theo đó sẽ lắp đặt, cung cấp và bảo dưỡng chất lượng của các dịch vụ. 5.3. Xu hướng phát triển Dự kiến FTTx sẽ dần thay thế ADSL trong tương lai gần một khi băng thông ADSL không đủ sức cung cấp đồng thời các dịch vụ trực tuyến trong cùng một thời điểm. FTTx cung cấp 1 IP tĩnh thích hợp với các doanh nghiệp, tổ chức triển khai dễ dàng các dịch vụ trực tuyến như IP Camera, lưu trữ mail, truyền dữ liệu tốc độ cao...Theo một báo cáo mới nhất của Heavy Reading, số hộ gia đình sử dụng kết nối băng rộng FTTx trên toàn thế giới sẽ tăng trưởng hàng năm trên 30% cho đến năm 2012 và đạt 89 triệu hộ khi đó. Hiện Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ là các quốc gia đi đầu trong lĩnh vực băng thông rộng sử dụng công nghệ cáp quang này. Hình 5.3: Tỉ lệ băng thông rộng trên thế giới theo thống kê quý 4 năm 2007 Công nghệ FTTx đã có khoảng 20 triệu kết nối toàn cầu, chỉ tính riêng ở 3 nước Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ đã có thêm khoảng 6 triệu thuê bao, trong đó châu Á được đánh giá là thị trường có tiềm năng phát triển lớn. Theo dự đoán, vào cuối năm 2012, riêng châu Á sẽ có 54 triệu kết nối FTTx, tiếp theo là châu Âu/ khu vực Trung Đông/ châu Phi với 16 triệu, rồi đến Bắc Mỹ và Nam Mỹ với 15 triệu. Hiện nay, quá trình chuyển đổi sang FTTx đang được thực hiện ở nhiều nước, gồm Đan Mạch, Pháp, Hồng Kông, Nhật Bản, Hàn Quốc, Thụy Điển, Đài Loan và Mỹ. 5.4. Kết luận Các nhà cung cấp dịch vụ đang sử dụng mạng FTTx như một trong những công cụ hữu hiệu của chiến lược cạnh trạnh để cung cấp bộ 3 dịch vụ - Triple Play, bao gồm: thoại, dữ liệu và video trên nền IP. Các công nghệ thường được sử dụng để tạo dựng các mạng FTTx, bao gồm cả các mạng quang thụ động, các đường dây thuê bao số DSL, và các công nghệ nén video đều tiếp cận đến mức giá cả cạnh tranh. Do yêu cầu để triển khai mạng FTTx không quá khó khăn, các nhà cung cấp dịch vụ phải bảo đảm dịch vụ Triple Play mà họ cung cấp hoạt động hoàn hảo. Nếu mạng cơ sở hạ tầng FTTx đã được triển khai mà chất lượng lại không cao thì các nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải đối mặt với nguy cơ vĩnh viễn mất đi các khách hàng trung thành vào tay các đối thủ cạnh tranh, những người cung cấp các gói dịch vụ tương tự nhưng với chất lượng cao hơn do đó các nhà cung cấp dịch vụ phải đưa ra xu hướng phát triển tốt nhất đem lại chất lượng cao nhất cho khách hàng của mình. Chương 6 CHƯƠNG TRÌNH DEMO š@&?› 6.1. Giới thiệu: Chương trình Demo được thực hiện bằng phần mềm Macromedia Flash8 Chương trình minh họa: Một số mô hình bảo vệ trong truy nhập sợi quang. Cách thức truyền dữ liệu khi đường truyền chính bị hỏng (ở cả hướng lên và hướng xuống). 6.2. Thực hiện chương trình: Chương trình bao gồm các mô hình bảo vệ: Bảo vệ nhánh ở hướng xuống. Bảo vệ nhánh ở hướng lên. Bảo vệ trung kế ở hướng xuống. Bảo vệ trung kế ở hướng lên. Bảo vệ cây ở hướng xuống. Bảo vệ cây ở hướng lên. Bảo vệ dạng vòng ring. Trong mỗi mô hình có 2 nút “play” và “stop” phục vụ cho việc chạy và dừng chương trình ở những đoạn cần thiết. KẾT LUẬN š@&?› Mạng quang ra đời đã đánh dấu một thành tựu lớn trong công nghệ viễn thông. Dung lượng truyền dẫn lớn của nó sẽ thỏa mãn các nhu cầu của khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Hiện nay mạng truyền dẫn cơ bản đã được quang hóa, mạng thuê bao thì dùng kết nối LAN tốc độ cao, giải pháp sợi quang cho mạng truy nhập sẽ khắc phục được hiện tượng nghẽn cổ chai băng thông. Đồ án đi từ chỗ phân tích nhược điểm của các giải pháp truy nhập hiện tại, đưa ra giải pháp truy nhập sợi quang với nhiều ưu điểm hơn và cuối cùng là đề ra các phương pháp bảo vệ trong mạng truy nhập sợi quang. Hạn chế của đề tài: Chưa tìm hiểu về cách thức bắt tay giao tiếp giữa OLT và ONU (thông qua các tín hiệu GATE, REPORT). Chưa thực hiện được bài toán thiết kế một mô hình bảo vệ cụ thể. Hướng phát triển của đề tài: Tìm hiểu tổng quan kiến trúc của một mạng quang thụ động (các giao thức, cách thức bắt tay giao tiếp). Mô phỏng bài toán thiết kế một mô hình bảo vệ cụ thể. Đề tài mà em báo cáo, đó là những kiến thức được tiếp thu từ những bài giảng trên lớp, những chỉ bảo tận tình của thầy, cô. Tuy vậy, vì những kiến thức còn hạn chế, những khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài và hơn nữa là thiếu kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi những sai sót, những hạn chế của cá nhân. Do vậy, em mong muốn tiếp tục nhận được những chỉ bảo của thầy, cô để đề tài của em có tính thực tế hơn và giúp em ngày càng hoàn thiện bản thân. TÀI LIỆU THAM KHẢO š@&?› [1] Công nghệ truy nhập đa dịch vụ. Ks. Phạm Đình Luận, Ts. Lê Thanh Dũng (2001). Nhà xuất bản Bưu Điện. [2] Ethernet Passive Optical Networks. Glen Kramer (2005). McGraw - Hill Companies. [3] Hướng dẫn kỹ thuật thi công lắp đặt, bảo trì đường dây xDSL. Đặng Quốc Anh (2002). Tài liệu giảng dạy Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. [4] Fiber To The Home the new empowerment. Paul E. Green Jr (2006). John Wiley & Sons, Inc. [5] The Topology Analysis of Feasible FTTH network. Shun-Kai Yang (2004).