Đề tài nghiên cứu tốc độ công nghệ mạng ADSL

Các tham số thiết lập cấu hình ATM Có hai tham số cần phải thiết lập cấu hình một cách chính xác trên modemADSL để đảm bảo kết nối thành công tại mức ATM với DSLAM: • VPI - the Virtual P

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ADSL

1.1 Giới thiệu tổng quan kỹ thuật xDSL.

Mạng viễn thông phổ biến trên thế giới hay nước ta hiện nay là mạng sốliên kết (IDN – Integrated Digital Network) Mạng IDN là mạng viễn thôngtruyền dẫn số, liên kết các tổng đài số và cung cấp cho khách hàng các đườngdẫn thuê bao tương tự Trong xu hướng số hoá mạng viễn thông trên toàn thếgiới, mạng liên kết số đa dịch vụ ISDN (Intergated Services Digital Network) vàđường dây thuê bao số DSL (Digital Subcriber Line) đã đắp ứng được nhiệm vụ

số hoá mạng viễn thông đến tận phía khách hàng Có thể nói rằng ISDN là dịch

vụ DSL đầu tiên cung cấp cho khu dân cư giao diện tốc độ cơ sở BRI (BasicRate Interface): 44 Kbit/s, được cấu thành từ hai kênh B 64 Kbit/s và một kênh

Các đặc trưng chính của họ công nghệ xDSL hiện tại được mô tả trongbảng 1.1

Kỹ thuật Tốc độ dữ liệu Số đôi dây

sử dụng

Giới hạnkhoảngcách

Ứng dụng

56 Kbit/s 56 Kbit/s

downlink

Không giớihạn

Email, truy nhập LAN

từ xa

Analog

modem

28,8 hoặc 33,6Kbit/s uplink

Truy nhập Internet,intranet

(Không nén)Đối xứng

5 Km (thêmthiết bị cóthể mở rộngkhoảngcách)

Hội nghị truyền hình,

Dự phòng leased line.Các hoạt động thươngmại truy cập Internet/

intranet

Cable

modem

10– 30Mbit/sDownstream

0,128 - 10Mbit/sUpstream

50Km trêncáp đồngtrục (thêmthiết bị phụtrợ có thểtới 300 Km)

Truy cập Internet

ADSL

Lite

1 Mbit/sDownstream

512 Kbit/sUpstream

Sử dụng 1đôi dây

1,544 Mbit/sUpstream

Sử dụng 1đôi dây

5 Km(khoảngcách càngngắn tốc độcàng caohơn)

Truy nhập Internet/intranet, video theo yêucầu, truy cập mạngLAN từ xa, VoIP

ISDL 144 Kbit/s đối

xứng

5 Km (Cóthể mở rộngtới 300 Km)

Truy nhập Internet/intranet, video theo yêucầu, truy cập mạngLAN từ xa, VoIP.HDSL 1.544 Mbit/s

(T1) đối xứng

2.048 Mbit/s(E1) đối xứng

Sử dụng

1-3 đôi dây

Sử dụng 2đôi dây

3,6 Km –4,5 Km

Nội hạt, thay thế trung

kế T1/E1 có dùng bộlặp Kết nối các PBXvớinhau.Tập trung lưulượng Frame Relay, kếtnối các mạng LANSDSL 10544 Mbit/s

full duplex(T1)

2.048 Mbit/sfull duplex(E1)

Sử dụng 1đôi dây

3 Km Nội hạt, thay thế trung

kế T1/E1 có dùng bộlặp, kết nối các PBXvới nhau, kết nối cácmạng LAN

VDSL 13-52 Mbit/s

Downstream

1.5-2.3 Mbit/sUpstream(Đối xứng đạttới 34 Mbit/s )

Sử dụng 1đôi dây

300- 1.5Km(phụ thuộcvào tốc độ)

Truy cập MultimediaInternet, quảng bá cácchương trình TV

Nói chung kỹ thuật xDSL là kỹ thuật truyền dẫn cáp đồng, nó giải quyết nhữngvấn đề tắc nghẽn giữa những nhà cung cấp các dịch vụ mạng và những kháchhàng sử dụng những dịch vụ mạng đó

Kỹ thuật xDSL đạt được những tốc độ băng rộng trên môi trưòng mạng phổ biếnnhất trên thế giới là đường dây cáp điện thoại thông thường

1.2 Uu nhược điểm của công nghệ xDSL

1.2.1 Đặc điểm của công nghệ xDSL

 Tốc độ truyền dữ liệu thay đổi tuỳ theo từng phiên bản của công nghệxDSL và độ dài của mạch vòng thuê bao

• Đối với ADSL, chuẩn ADSL của ITU-T xác định tốc độhướng truyền xuống là 6.1 Mbit/s và 640 Kbit/s hướng lên

• Trong thực tế tốc độ tối đa 6.1 Mbit/s chỉ có thể đạt được nếukhoảng cách dưới 2,7 Km và giảm tới 1,5 Mbit/s hoặc thấp hơnnữa ở khoảng cách 4,5 Km

• Phiên bản có tốc độ cao nhất là VDSL, hỗ trợ tối đa đườngxuống là 55 Mbit/s ở khoảng cách 300 m và 13 Mbit/s nếukhoảng cách là 1,4 Km Tốc độ hướng lên nằm trong khoảng1,6 – 2,3 Mbit/s

 Mỗi người sử dụng có một đường riêng kết nối với DSLAM đặt tạitổng đài hoặc tại RT (trạm thiết bị tập trung thuê bao)

 Các dịch vụ hỗ trợ:

• Truyền số liệu và VoDSL (với voice gateway)

• ADSL chia sẻ cùng đường cáp đồng với thoại tương tự

• VDSL có thể hỗ trợ cho chuyển mạch truyền hình

 Yêu cầu kỹ thuật

• Đường cáp đồng “sạch”, không có cuộn cảm kéo dài (loadingcoil), không rẽ nhánh (bridge tap)

• Hạn chế khoảng cách đường truyền khoảng dưới 4,5 Km

• Không sử dụng các thiết bị DLC trong mạch thuê bao, nếu cóDLC thì DSLAM phải đặt tại các RT

 Thiết bị khách hàng ngoài xDSL modem

● Voice gateway nếu dùng VoDSL

1.2.2 Ưu điểm của công nghệ xDSL.

• Công nghệ đã được kiểm nghiệm với nhiều triệu line hoạt động trên khắpthế giới Ở Châu Á Hàn Quốc là nước có mật độ thuê bao ADSL caonhất

• Chuẩn hoá bởi ITU-T

• Sử dụng hệ thống cáp đồng đã được triển khai rộng khắp ở các nhà khaithác

• Trong điều kiện thuận lợi, đầu tư cho mạng DSL không lớn đối với nhàkhai thác

1.2.3 Những thách thức chính của công nghệ xDSL

• Khó khăn khi triển khai mạng lưới, do mạng truy nhập không đồng bộ

• Chăm sóc khách hàng, tính cước

• Triển khai các dịch vụ gia tăng

• Hạn chế bởi khoảng cách và những hệ thống tập trung thuê bao côngnghệ cũ đã triển khai

• Triển vọng doanh thu tương đối tốt đối với các nhà khai thác chủ đạo, có

cơ sở hạ tầng viễn thông rộng khắp như VNPT, nhưng sẽ rất khó khăncho các nhà khai thác cạnh tranh Điều này đã được kiểm nghiệm trên thịtrường viễn thông Mỹ Trong những năm qua nhiều nhà khai thác nhỏ đãliên tục bị thua lỗ và phải đóng cửa

Công nghệ xDSL hướng tới thị trường chính là tư nhân và các doanh nghiệp vừa

và nhỏ Dịch vụ này có thể không tương thích với nhiều doanh nghiệp lớn, dochất lượng phục vụ không thường xuyên được đảm bảo Dự kiến trong một vàinăm tới, ở Việt Nam, con số thuê bao ADSL sẽ lên tới hàng nghìn

Tại Việt Nam, những vấn đề về chất lượng cáp, chất lượng đầu nối trong mạngtruy nhập cũng như một số thiết bị tập trung thuê bao gồm nhiều chủng loại khácnhau, sử dụng các công nghệ khác nhau trong những yếu tố kỹ thuật quan trọngcần lưu ý khi phát triển thuê bao xDSL

1.3 Kỹ thuật ADSL

1.3.1 ADSL là gì ?

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - đó là đường thuê bao số

không đối xứng, kỹ thuật truyền được sử dụng trên đường dây từ modem củathuê bao tới Nhà cung cấp dịch vụ

Hiểu một cách đơn giản nhất, ADSL là sự thay thế với tốc độ cao chothiết bị Modem hoặc ISDN giúp truy nhập Internet với tốc độ cao và nhanhhơn Các biểu đồ sau chỉ ra các tốc độ cao nhất có thể đạt được giữa các dịch

vụ cung cấp

Asymmetric: Tốc độ truyền không giống nhau ở hai chiều Tốc độ của chiều

xuống (từ mạng tới thuê bao) có thể nhanh gấp hơn 10 lần so với tốc độ củachiều lên (từ thuê bao tới mạng) Ðiều này phù hợp một cách tuyệt vời choviệc khai thác dịch vụ Internet khi mà chỉ cần nhấn chuột (tương ứng với lưu

lượng nhỏ thông tin mà thuê bao gửi đi) là có thể nhận được một lưu lượnglớn dữ liệu tải về từ Internet.

Digital: Các modem ADSL hoạt động ở mức bít (0 & 1) và dùng để chuyển

thông tin số hoá giữa các thiết bị số như các máy tính PC Chính ở khía cạnhnày thì ADSL không có gì khác với các Modem thông thường

Subscriber Line: ADSL tự nó chỉ hoạt động trên đường dây thuê bao bình

thường nối tới tổng đài nội hạt Ðường dây thuê bao này vẫn có thể được tiếptục sử dụng cho các cuộc gọi đi hoặc nghe điện thoại cùng một thời điểmthông qua thiết bị gọi là 'splitters' có chức năng tách thoại và dữ liệu trênđường dây

Mạch ADSL tạo nên 3 kênh thông tin trên đôi dây thuê bao:

o Một kênh tốc độ cao từ tổng đài tới thuê bao

o Một kênh tốc độ trung bình 2 chiều (phụ thuộc vào cấu trúc củaADSL)

o Một kênh thoại hoặc một kênh N- ISDN

Tốc độ đơn vị mà ADSL có thể cung cấp là 1,5 hoặc 2 Mbit/s trên một kênh từtổng đài đến thuê bao và 16 Kbit/s trên một kênh hai hướng Modem ADSLtương thích với truyền dẫn ATM, giao thức IP, bằng việc thay đổi tốc độ truyền

và phù hợp với các mào đầu của ATM cũng như IP Bảng I- 2 đưa ra khoảngcách tối đa cho phép mà vẫn đảm bảo chất lượng truyền dẫn ở một số tốc độ nhấtđịnh

Tốc độ(Mbps)

Loại dây Kích thước dây

(mm)

Khoảng cáchtruyền (m)

6,1 26 AWG 0,4 2700

1.3.2 Ứng dụng của ADSL

ADSL xác lập cách thức dữ liệu được truyền giữa thuê bao (nhà riênghoặc công sở) và tổng đài thoại nội hạt trên chính đường dây điện thoại bìnhthường Chúng ta vẫn thường gọi các đường dây này là ‘local loop'

Thực chất của ứng dụng ADSL không phải ở việc truyền dữ liệu đi/đếntổng đài điện thoại nội hạt mà là tạo ra khả năng truy nhập Internet với tốc độcao Như vậy, vấn đề nằm ở việc xác lập kết nối dữ liệu tới Nhà cung cấpdịch vụ Internet

Mặc dù chúng ta cho rằng ADSL được sử dụng để truyền dữ liệu bằng cácgiao thức Internet, nhưng trên thực tế việc thực hiện điều đó như thế nào lạikhông phải là đặc trưng kỹ thuật của ADSL

Hiện nay, phần lớn người ta ứng dụng ADSL cho truy nhập Internet tốc

độ cao và sử dụng các dịch vụ trên Internet một cách nhanh hơn

1.3.3 Cơ chế hoạt động

ADSL tìm cách khai thác phần băng thông tương tự còn chưa được sử

dụng trên đường dây nối từ thuê bao tới tổng đài nội hạt Ðường dây này

được thiết kế để chuyển tải dải phổ tần số (frequency spectrum) chiếm bởicuộc thoại bình thường Tuy nhiên, nó cũng có thể chuyển tải các tần số caohơn dải phổ tương đối hạn chế dành cho thoại Ðó là dải phổ mà ADSL sửdụng

Thoại cơ bản sử dụng dải tần số từ 300Hz tới 3,400Hz.

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét, thoại và dữ liệu ADSL chia xẻ cùng mộtđường dây thuê bao ra sao Trên thực tế, các splitter được sử dụng để đảmbảo dữ liệu và thoại không xâm phạm lẫn nhau trên đường truyền

Các tần số mà mạch vòng có thể chuyển tải, hay nói cách khác là khốilượng dữ liệu có thể chuyển tải, sẽ phụ thuộc vào các nhân tố sau:

• Khoảng cách từ tổng đài nội hạt

• Kiểu và độ dầy đường dây

• Kiểu và số lượng các mối nối trên đường dây

• Mật độ các đường dây chuyển tải ADSL, ISDN và các tín hiệu phithoại khác

• Mật độ các đường dây chuyển tải tín hiệu radio

1.3.4 Ưu điểm của ADSL so với PSTN & ISDN

(1) PSTN và ISDN là các công nghệ quay số (dial-up)

ADSL là 'liên tục/ always-on" tức kết nối trực tiếp.

(2) PSTN và ISDN cho phép chúng ta sử dụng fax, dữ liệu, thoại, dữ liệu tớiInternet, dữ liệu tới các thiết bị khác

ADSL chỉ chuyển tải dữ liệu tới Internet.

(3) PSTN và ISDN cho phép chúng ta tuỳ chọn ISP nào mà ta muốn kết nối

ADSL kết nối chúng ta tới một ISP định trước.

(4) ISDN chạy ở tốc độ cơ sở 64kbps hoặc 128kbps

ADSL có thể tải dữ liệu về với tốc độ tới 8Mbps.

(5) PSTN ngắt truy nhập tới Internet khi chúng ta thực hiện cuộc gọi

ADSL cho phép vừa sử dụng Internet trong khi vẫn có thể thực hiện cuộc gọi đồng thời.

(6) Kết nối internet qua đường PSTN và ISDN bằng phương thức quay số cótính cước nội hạt

ADSL không tính cước nội hạt.

Ghi chú:

• Mặc dù modem ADSL luôn ở chế độ kết nối thường trực, nhưng vẫn

có thể cần phải thực hiện lệnh kết nối Internet trên máy PC

• Các dịch vụ như fax và thoại có thể được thực hiện cũng trên kết nối

dữ liệu ADSL tới Internet

• Trên thực tế, tốc độ download tiêu biểu đối với dịch vụ ADSL gia đìnhthường đạt tới (up to) 400kbps

• Dùng bao nhiêu, trả bấy nhiêu Cấu trúc cước theo lưu lượng sử dụng(Hoặc theo thời gian sử dụng)

• Không hạn chế số người sử dụng khi chia sẻ kết nối Internet trongmạng nội bộ

1.3.5 Các thành phần của ADSL

Trong phần này chúng ta sẽ lần lượt mô tả chức năng của từng thành phầncủa ADSL, bắt đầu từ Modem ADSL tới Nhà cung cấp dịch vụ Internet.Chúng ta cũng xem xét ở phía ISP để lọc ra những thành phần cơ bản mà họ

sử dụng để cung cấp dịch vụ ADSL

(2) Modem ADSL làm việc như thế nào?

ADSL hoạt động bằng cách vận hành cùng lúc nhiều modem, trong đómỗi modem sử dụng phần băng thông riêng có thể

Sơ đồ trên đây chỉ mô phỏng một cách tương đối, nhưng qua đó ta có thểnhận thấy ADSL sử dụng rất nhiều modem riêng lẻ hoạt động song song đểkhai thác băng thông tối đa và cung cấp một tốc độ rất cao

Mỗi đường kẻ sọc đen ở trên thể hiện một modem và chúng hoạt động tạicác tần số hoàn toàn khác nhau Trên thực tế có thể tới 255 modem hoạt độngtrên một đường ADSL Ðiểm đặc biệt ở chỗ ADSL sử dụng dải tần số từ26kHz tới 1.1MHz trong 10MHz của băng thông thoại Tất cả 255 modemsnày được vận hành chỉ trên một con chíp đơn

Lượng dữ liệu mà mỗi modem có thể truyền tải phụ thuộc vào các đặcđiểm của đường dây tại tần số mà modem đó chiếm Một số modem có thểkhông làm việc một chút nào vì sự gây nhiễu từ nguồn tín hiệu bên ngoàichẳng hạn như bởi một đường dây (local loop) khác hoặc nguồn phát vô

tuyến nào đó Các modem ở tần số cao hơn thông thường lại truyền tải được

ít dữ liệu hơn bởi lý ở tần số càng cao thì sự suy hao càng lớn, đặc biệt là trênmột khoảng cách dài

(3) Mạch vòng / Local Loop là gì ?

'Local loop' là thuật ngữ dùng để chỉ các đường dây điện thoại bình

thường nối từ vị trí người sử dụng tới công ty điện thoại It is only on the

local loop that ADSL communications actually take place.

Nguyên nhân xuất hiện thuật ngữ local loop - đó là người nghe (điệnthoại) được kết nối vào hai đường dây mà nếu nhìn từ tổng đài điện thoại thìchúng tạo ra một mạch vòng local loop

1.3.6 Các thành phần ADSL từ phía Nhà cung cấp dịch vụ

Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu xem các ISP thực hiện cung cấp ADSL nhưthế nào

Phạm vi Nhà cung cấp dịch vụ gồm có ba thành phần quan trọng :

 DSLAM - DSL Access Multiplexer

 BAS - Broadband Access Server

 ISP - Internet Service Provider

1.3.6.1 DSLAM là gì?

DSLAM (Digtal Subscriber Line Access Multiplexer) - Bộ dồn kênh truy

nhập đường thuê bao số - là một thiết bị đầu cuối DSL được đặt tại địa điểmcủa nhà cung cấp dịch vụ mạng DSLAM tập trung luồng dữ liệu từ các mạchvòng DSL và tổ hợp thành tốc độ cao hơn như tốc độ T1, E1 hoặc tốc độATM của OC-3 (155 Mbps)….rồi đưa tới Internet hay mạng dữ liệu

Một thiết bị DSLAM có thể tập hợp nhiều kết nối thuê bao ADSL - có thểnhiều tới hàng trăm thuê bao - và tụ lại trên một kết nối cáp quang Sợi cápquang này thường được nối tới thiết bị gọi là BAS - Broadband AccessServer, nhưng nó cũng có thể không nối trực tiếp tới BAS vì BAS có thểđược đặt tại bất cứ đâu

DSLAM là thiết bị đặt ở phía tổng đài, là điểm cuối của kết nối ADSL

Nó chứa vô số các modem ADSL bố trí về một phía hướng tới các mạchvòng và phía kia là kết nối cáp quang

1.3.6.2 BAS là gì?

BAS (Broadband Access Server) là thiết bị đặt giữa DSLAM và POP của

ISP Một thiết bị BAS có thể phục vụ cho nhiều DSLAM

Các giao thức truyền thông được đóng gói để truyền dữ liệu thông qua kếtnối ADSL, vì vậy mục đích của BAS là mở gói để hoàn trả lại các giao thức

đó trước khi đi vào Internet Nó cũng đảm bảo cho kết nối của bạn tới ISPđược chính xác giống như khi bạn sử dụng modem quay số hoặc ISDN

Như chú giải ở trên, ADSL không chỉ rõ các giao thức được sử dụng đểtạo thành kết nối tới Internet Phương pháp mà PC và Modem sử dụng bắtbuộc phải giống như BAS sử dụng để cho kết nối thực hiện được.

Thông thường ADSL sử dụng hai giao thức chính là :

PPPoE - PPP over Ethernet Protocol PPPoA - Point to Point Protocol over ATM 1.3.7 Kết nối mạng

Dưới đây sẽ trình bày về những giao thức truyền thông được sử dụng trênkết nối ADSL

Khi kết nối vào Internet, bạn sử dụng các giao thức chạy ở tầng vậnchuyển TCP/IP (chẳng hạn như HTTP - giao thức được sử dụng bởi các web-browser) Quá trình này là giống nhau với các kiểu truy nhập quay số quaPSTN, ISDN và ADSL

1.3.7.1 Các giao thức được sử dụng giữa Modem và BAS

Khi quay số PSTN/ISDN để truy nhập vào Internet, chúng ta sử dụng giaothức gọi là PPP để vận chuyển dữ liệu TCP/IP và kiểm tra cũng như xác thựctên và mật khẩu người truy nhập

Trong ADSL, PPP cũng thường được sử dụng để kiểm tra tên và mật khẩutruy nhập và ATM thì luôn được sử dụng ở mức thấp nhất Kết nối điển hìnhnhư dưới đây :

1.3.7.2 Vai trò của ATM

ATM - Asynchronous Transfer Mode - được sử dụng như là công cụ

chuyển tải cho ADSL ở mức thấp Lý do vì đó là cách thuận tiện và mềm dẻođối với các công ty thoại muốn kéo dài khoảng cách kết nối từ DSLAM tớiBAS giúp họ có thể đặt BAS ở bất cứ đâu trên mạng

Các tham số thiết lập cấu hình ATM

Có hai tham số cần phải thiết lập cấu hình một cách chính xác trên modemADSL để đảm bảo kết nối thành công tại mức ATM với DSLAM:

• VPI - the Virtual Path Identifier

• VCI - the Virtual Channel Identifier

1.3.8 Cấu trúc của ADSL

PPP là giao thức dùng để vận chuyển lưu lượng Internet tới ISP dọc theo

các kết nối modem và ISDN PPP kết hợp chặt chẽ các yếu tố xác thực kiểm tra tên/mật khẩu - và đó là lý do chính mà người ta dùng PPP vớiADSL

-Mặc dù BAS thực thi giao thức PPP và tiến hành việc xác thực, nhưngthực ra việc đó được thực hiện bằng cách truy nhập vào các cơ sở dữ liệukhách hàng đặt tại ISP Bằng cách đó, ISP biết được rằng các kết nối doBAS định tuyến tới - đã được xác thực thông qua giao dịch với cơ sở dữ liệuriêng của ISP.

1.3.9 Modem ADSL trên thực tế

Modem ADSL thông minh bản thân nó đã tích hợp sẵn các giao thứctruyền thông cần thiết (Như thiết bị modem ADSL Router hoặc modem được

sử dụng kết nối qua cổng Card Ethernet 10/100Mb) nên chỉ việc lựa chọn vàkhai báo VPI/VCI cho modem

Còn modem ADSL thụ động thì phải hoạt động dựa trên hệ điều hành củamáy tính để cung cấp các giao thức cần thiết Các loại modem này bắt buộcphải cài đặt phần mềm điều khiển modem và thiết lập các giao thức PPP,VPI/VCI Việc cấu hình như vậy phức tạp và đòi hỏi thời gian nhiều hơn

Chỉ có Windows 98SE, Windows Me, và Windows 2000/XP là có cài

sẵn cơ chế thực thi ATM, vì thế người ta ít sử dụng các modem thụ động trênthực tế Mặc dù các modem thông minh có hỗ trợ các giao thức cần thiếtnhưng chúng vẫn có thể được dùng cho các hệ điều hành nói trên

Các modem thụ động có thể nối với PC thông qua giao diện USB, hoặc cóthể được sản xuất dưới dạng PCI card để cắm thẳng trên bảng mạch chủ củaPC

Lưu ý là việc khai thác giao thức ATM không có nghĩa là cần phải có cardmạng ATM cho PC - đó chỉ là cơ chế hỗ trợ bằng phần mềm trong hệ điềuhành.

1.3.10 Mối tương quan giữa thoại và ADSL

ADSL cho phép cùng lúc vừa truy nhập Internet tốc độ cao lại vừa có thểthực hiện cuộc gọi cũng trên đường dây đó

Thiết bị chuyên dụng Splitters được sử dụng để tách riêng các tần số caodùng cho ADSL và các tần số thấp dùng cho thoại Như vậy, người ta thườngđặt các Splitters tại mỗi đầu của đường dây - phía thuê bao và phía DSLAM

 Thoại và ADSL cùng chung sống ra sao?

Tại phía thuê bao, các tần số thấp được chuyển đến máy điện thoại còncác tần số cao đi đến modem ADSL Tại các tổng đài, các tần số thấp đượcchuyển sang mạng thoại PSTN còn các tần số cao đi đến ISP

 Tốc độ đa dạng

Tốc độ của kết nối giữa modem ADSL và DSLAM phụ thuộc vào khoảngcách đường truyền và tốc độ tối đa được cấu hình sẵn trên cổng của DSLAM.Còn tốc độ kết nối vào Internet lại còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữanhư dưới đây :

• Số người dùng kết nối vào cùng một DSLAM và thực tế có bao nhiềungười dùng đang khai thác kết nối.

• Tốc độ kết nối giữa DSLAM và BAS

• Bao nhiêu card DSLAM cùng nối vào một BAS và bao nhiêu ngườidùng đang khai thác thực tế kết nối

• Tốc độ kết nối giữa BAS và ISP

• Bao nhiêu BAS kết nối vào ISP và bao nhiêu người dùng thực tế đangkhai thác

• Tốc độ của kết nối từ ISP tới mạng Internet toàn cầu

• Bao nhiêu thuê bao của ISP đang khai thác (qua các giao tiếp khácnhau như quay số PSTN/ ISDN và ADSL)

• ISP tổ chức caching và proxy ra sao, liệu thông tin mà bạn cần khaithác đã được lưu trữ trên Cache chưa hay phải tải về từ Internet

CHƯƠNG 2 MÔI TRƯỜNG CÁP ĐÔI DÂY XOẮN

Trong chương này chúng ta sẽ đề cập những vấn đề sau:

• Lịch sử phát triển của cáp đôi dây xoắn

• Tính chất về điện và tính chất về lý của cáp đôi dây xoắn

• Các tham số đường truyền

• Nguồn gốc cơ bản của các phương trình nhiễu xuyên âm

2.1 Tóm lược lịch sử của cáp đôi dây xoắn

Quá trình hình thành và phát triển của đường dây điện thoại đã diễn ra từnhững thế kỷ trước, ban đầu thì phần lớn chúng chỉ được dùng để truyền thôngtin từ các bàn điện thoại hay tín hiệu điện báo

Vào năm 1844, Samuel F B Morse là người đâu tiên xây dựng tuyếnđiện báo chạy ngầm dưới đất với mục đích thương mại giữa Baltimore,Maryland và Washington Tuy vậy dự án này đã không thành công chỉ vì Morse

đã nhận ra rằng sự suy giảm tín hiệu do ảnh hưởng của môi trường là rất lớn.Morse đã không nản chí, ông tiếp tục quyết định theo đổi ý tưởng của mình, lầnnày ông cho xây dựng tuyến trên không vì ông nghĩ như thế sẽ tốt hơn Trênđoạn đường trải dài 40 dặm, Ông cho lắp đặt 700 cột bằng gỗ với khoảng cáchgiữa các cột là 300 feet (≈ 92 m), và dây sẽ được chạy trên đỉnh của các cột Đâychính là tiền thân của mạng điện thoại ngày nay

Sau khi điên thoại ngày càng được phát triển rộng khắp thì nhu cầu về dâydẫn tăng lên rất nhanh từ đó xuất hiện các tuyến cáp (một tuyến cáp bao gồm rấtnhiều dây đơn cách điện chạy chung trong một ống cáp) Tuy nhiên một vấn đềđầu tiên gặp phải khi sử dụng cáp đó là nhiễu xuyên âm giữa các dây bên trongcáp.

Trong nhiều năm sau có rất nhiều dự án nghiên cứu cố gắng làm giảmnhiễu xuyên âm trên cáp, song chủ yếu là phân chia với các lớp vỏ bọc các sợicáp đơn hoặc là tiếp đất tại những khoảng nhất định Nhưng đến cuối năm 1881một phát minh vĩ đại ra đời, đó là phát minh của Alexander Graham Bell Ôngdùng đã dùng hai dây kim loại xoắn vào nhau tạo thành cái gọi là mạng đôi dâyxoắn và sau này chúng ta hay gọi là cáp đôi dây xoắn Cáp đôi dây xoắn bắt đầuphát triển từ đó, với nhiều loại với nhiều kích cỡ khác nhau

2.2 Tín hiệu mode chung và tín hiệu mode riêng

Một khái niệm quan trọng để hiểu về cáp đôi dây xoắn đó là sự khác nhaugiữa tín hiệu mode chung và tín hiệu mode riêng Tín hiệu mode riêng được tạo

ra giữa hai dây cấu thành đôi dây xoắn còn tín hiệu mode chung là tín hiệu đượctạo ra giữa hai dây đơn của đôi dây xoắn và đất Tín hiệu mode riêng đôi khiđược gọi là tín hiệu kim loại (metallic signals), tín hiệu mode chung đôi khiđược gọi là tín hiệu dọc (longitudinal signals) Hình dưới đây sẽ chỉ ra sự hìnhthành của tín hiệu mode chung và tín hiệu mode riêng

Hình 2.1 - Sự khác nhau giữa tín hiệu mode riêng và mode chung.

Tín hiệu dữ liệu và tín hiệu thoại trên đôi dây xoắn luôn luôn được truyềnnhư các tín hiệu đơn Tín hiệu mode chung là một dạng điển hình của sự ảnhhưởng ra bên ngoài chẳng hạn như sự cảm ứng tại tần số 60 Hz từ các tuyến gầnnguồn, nhiễu RF từ các trạm phát sóng Radio và trên các băng đang hoạt động

từ đó dẫn đến sự suy giảm tín hiệu trên các đôi dây xoắn khác

Tại phía thu của hệ thống cáp đôi dây xoắn, ở đây chỉ với các tín hiệu cómức điện áp khác nhau mới được xử lý để thu được thông tin còn đối với các tínhiệu mode chung sẽ được loại bỏ bởi các bộ khuếch đại cân bằng biến đổi vớikết quả giảm giá trị điện áp trên các dây đơn của đôi dây xoắn Chẳng hạn ta xét

ví dụ sau về quá trình loại bỏ tín hiệu mode chung trên đôi dây xoắn

Hình 2.2 - Mô hình khử tín hiệu mode chung trên cáp đôi dây xoắn

2.3 Hệ thống đôi dây song công

Trong trường hợp chúng ta không có kinh nghiệm xử lý các ứng dụng củacáp đôi dây thì chúng ta có thể sử dụng hai dây để gửi thông tin trên cả haihướng đồng thời hoặc có thể hoạt động trên theo phương thức song công, đây cóthể được xem là một trường hợp đặc biệt vì thực ra thì trong các hệ thống songcông việc sử dụng cáp đôi dây xoắn là một việc rất đơn giản Hình dưới đây đưa

ra hệ thống hoạt động theo phương thức song công

Hình 2.3 - Mô hình cơ chế hoạt động song công.

Từ hình trên ta có, cáp đôi dây xoắn là một phần của cả hệ thống và đượcgọi là tuyến hai dây, tuyến đảm nhận quá trình phân chia việc nhận và truyền tínhiệu trên mỗi đầu cuối được gọi là tuyến bốn dây Quá trình chuyển đổi tại mỗiđầu cuối của cáp đôi dây xoắn giữa tuyến hai dây và tuyến bốn dây được gọi làchuyển đổi hai dây bốn dây hoặc có thể được gọi bằng một cách đơn giản là bộsai động (hybrid) Giả sử ta cần truyền tín hiệu từ side1 sang side2, tín hiệu cầntruyền được đưa tới điểm A qua bộ TX1 đến điểm B, sau khi qua bộ sai động tínhiệu được truyền lên đường truyền Tại điểm B một phần tín hiệu sẽ bị đưangược trở về đầu thu của side1 gây ra hiện tượng dội vang và tín hiệu này đượcgọi là tín hiệu echo Để triệt echo, ở đây sử dụng bộ lọc cân bằng B1 Tại side2,tín hiệu gốc từ đường truyền sau khi qua bộ biến đổi hai dây bốn dây sẽ đượcđưa đến đầu thu D của side2 Cũng giống như bên side1, ở đây bộ lọc cân bằngB2 có tác dụng triệt tín hiệu echo

Việc sử dụng bộ sai động (hybrid) ở đây với mục đích là để đạt được khả năngtruyền thông song công trên cáp đôi dây xoắn, đây chính là một dạng điển hìnhcủa các hệ thống thoại và một số hệ thống huỷ echo như ISDN, HDSL và mộtvài hệ thống ADSL Tuy nhiên đối với các hệ thống khác, nhất là đối với các hệthống có khả năng cung cấp được tốc độ bit cao thì ở đây người ta không sử

dụng hệ thống khử echo bởi vì các bộ khử tín hiệu echo này thường yêu cầu các

bộ lọc rất phức tạp và phải chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số tại đầu vào

Do vậy những hệ thống này thường dùng các phương pháp khác như phươngpháp phân chia theo tần số (FDM) và phân chia theo thời gian (TDM)

2.4 Đặc tính vật lý

Với một số lượng lớn cáp đôi dây xoắn đã được triển khai trong nhữngnăm vừa qua, việc quan tâm đến cáp đôi dây xoắn không chỉ dừng lại ở mức độxem xét các đặc tính chung của đôi dây mà cần phải phân tích toàn bộ, một cáchtổng thể các đặc điểm của tất cả các loại cáp đã được triển khai Do vậy phầndưới đây sẽ phân tích một vài đặc tính khác nhau của cáp đôi dây xoắn

2.4.1 Vỏ cáp.

Về mặt cấu tạo thì cáp đôi dây xoắn thường bao gồm rất nhiều đôi dâyxoắn chứa trong một vỏ cáp Số lượng đôi dây xoắn trong một sợi cáp có thể là 1hoặc có thể lên đến 4200 đôi dây Đối với các loại cáp dùng cho các tuyến thuêbao thì thường có từ 25 đến 100 đôi dây xoắn và chúng được phân biệt theo chỉthị màu trên mỗi dây Mỗi dây trong đôi dây xoắn đều được bao bọc bởi một lớpcách điện Đối với các thế hệ dây trước thì người ta thường dùng giấy làm lớpcách điện và thường được gọi là lớp cách điện bột giấy Ngày nay chất cách điệnthường dùng nhất là plastic bao gồm polyethylen, polypropylen, PVC và thườngđược gọi là lớp cách điện plastic hoặc là PIC Ngoài ra một vài tuyến cáp cònchèn thêm một vài chất hoá học chẳng hạn như gel (một loại đặc quánh) để làmtăng thêm khả năng chống ẩm đối với môi trường

Các vỏ cáp thường được bao bọc bởi một lớp kim loại, lớp kim loại nàyđược nối với đất tại đầu cuối của cáp để có tác dụng làm giảm ảnh hưởng từ các

nguồn bên ngoài Đối với các đôi dây xoắn thì bước xoắn là một hằng số vàthường là từ 6 đến 18 cm trên dọc chiều dài của đôi dây.

2.4.2 Đặc tính Gauges và đường.

Hầu hết các đôi dây xoắn thường được xác định thông qua chỉ số gaugeAWG (American Wire Gauge), chỉ số này thường dùng để biểu thị số đo đườngkính của lõi đồng cấu tạo nên đôi dây xoắn Đối với các loại đôi dây xoắn thôngdụng thì chỉ số gauges là #19, #22, #24, và #26 với dải đường kính từ 0.912 mmđến 0.404 mm, chỉ số gauges nhỏ tương ứng với giá trị đường kính lớn Các ứngdụng ADSL thì thường dùng các tuyến có chỉ số Gauges là #24 và #26 Bảngdưới đây đưa ra một vài thông số đặc trưng của đôi dây xoắn:

3 16 Mbps 16 Mbps dùng cho 10BaseT và 4 Mbps dùng cho Token Ring

4 20 Mbps 10BaseT và 16 Mbps Token Ring

5 100 Mbps 10/100BaseT, một số kỹ thuật cáp đồng tốc độ cao

Đối với kỹ thuật xDSL thì thường dùng cáp loại 3 hoặc cao hơn.

2.5 Đặc tính điện.

Trong hầu hết các tuyến truyền dẫn, các tham số cơ bản chủ yếu đượcquan tâm nhiều nhất thường là trở kháng, dung kháng, cảm kháng và độ dẫnnạp, các tham số này được gọi là tham số RLCG Vì trong khuổn khổ đồ án này

ta chỉ xét chủ yếu đến kỹ thuật ADSL do vậy ở đây ta chỉ đề cập đến cáp đôi dâyxoắn có chỉ số Gauges là #24 và #26 Đối với loại cáp này, trong trường hợp khixét ở dải băng thoại thì tham số RLCG là hằng số, còn đối với trường hợp xét tạicác tần số lớn hơn tần số băng thoại thì các tham số như trở kháng, cảm kháng

và độ dẫn nạp thay đổi theo tần số hoặc cũng có thể thay đổi theo chỉ số Gauges.Riêng đối với dung kháng thì thường luôn không bị thay đổi theo cả tần số vàchỉ số Gauges

Tuỳ vào từng trường hợp mà ta có thể đưa ra các điều kiện, giá trị của cáctham số cho tuyến cáp ta cần xét Do vậy ở đây chỉ đưa ra hai giả thiết hay đượcdùng trong quá trình phân tích tuyến Giả thiết thứ nhất hay còn gọi là mô hìnhRLCG phân tích, với giả thiết này thì ảnh hưởng của độ dẫn nạp được bỏ qua(giá trị độ dẫn nạp bằng 0 trong mọi trường hợp), giá trị cảm kháng và dungkháng là hằng số tại mọi giá trị tần số còn trở kháng phụ thuộc vào tần số theohàm mũ Trường hợp này được dùng chủ yếu khi ta cần tính các thông số trong

mô hình nhiễu xuyên âm đầu gần và nhiễu xuyên âm đầu xa

Giả thiết thứ hai còn gọi là mô hình RLCG bằng số, được dùng chủ yếu cho việc tính toán các tham số của cáp đôi dây xoắn, với giả thiết này cho phép

ta có thể tính toán một cách chính xác sự ảnh hưởng của tần số đến đặc tính của cáp đôi dây xoắn

ở đây R0, C0, L0 là các hằng số và các được xác định trong bảng sau:

Parameter #24 Gauge #26 Gauge

Với các hằng số được xác định theo bảng sau:

Từ các đồ thị trên ta nhận thấy: Đối với trở kháng trong cả hai mô hình thì

tại các giá trị tần số lớn hơn 100 kHz, giá trị trở kháng phụ thuộc rõ rệt vào f 1/2,đây chính là do ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt tại tần số cao đối với tuyến cápđồng

Đối với giá trị cảm kháng trong hình 2.5 ta nhận thấy, trong cả hai tuyến

#24, # 26 giá trị cảm kháng bắt đầu giảm mạnh khi tần số tăng lên trên 100 kHz

2.6 Tham số đường truyền.

Từ các tham số RLCG của tuyến truyền dẫn chúng ta xác định được haitham số chung dùng cho tuyến truyền dẫn đó là giá trị mức điện áp và dòng điệntrên tuyến Dưới đây là công thức tính mức điện áp tại các điểm z trên tuyếntruyền dẫn có độ dài L:

Trong đó:

γ :hằng số truyền

Z0(f) : trở kháng đặc tính

V0(f) : điện áp nguồn

ΓL(f) : hệ số phản xạ, và được xác định theo công thức sau:

Ta nhận thấy công suất được truyền đến tải trên đường truyền sẽ là lớnnhất khi trở kháng đặc tính của đường truyền bằng với trở kháng của tải, trườnghợp này ta gọi là phối hợp trở kháng Đối với DSL trường hợp này được coi làlời giải cho bài toán tối ưu, vì trong hệ thống DSL, tải đầu cuối là ở phía trướckênh thu do vậy việc đạt được giá trị công suất tối đa tại đầu thu là một điềuquan trọng cho sự hoạt động hệ thống

Từ những điều kiện trên ta rút ra được ZL(f) = Z0(f)

 hệ số phản xạ ΓL(f) = 0 thay vào (2.9) ta được:

Trong đó hằng số truyền dẫn γ được xác định theo công thức sau:

thay vào (2.11) ta được:

Hàm truyền giữa nguồn với một điểm z trên tuyến truyền dẫn là H(f) và đượcxác định bởi công thức sau:

Từ (2.14) ta nhận thấy, phần thực của hằng số truyền xác định mức điện áp sẽthay đổi trên chiều dài của tuyến truyền dẫn là bao nhiêu, còn phần ảo xác định

sự thay đổi về độ lớn của góc pha

2.6.1 Hằng số truyền dẫn.

Trong phần này chủ yếu đề cập đến công thức xác định hằng số truyềndẫn của cáp đôi dây xoắn tại các thành phần tần số cao Có hai giả thiết cơ bản

về đặc tính của hằng số truyền dẫn được đưa ra ở đây:

o Giả thiết thứ nhất jωC >> G hoặc tương đương, G = 0

o Giả thiết thứ hai jωL >R

Ở đây điều kiện hai ít chắc chắn hơn điều kiện một, các giả thiết trên xét vớicáp đôi dây xoắn #24 và #26 tại tần số lớn hơn 100 kHz

Với các giả thiết trên, (2.12) được viết lại như sau:

Trong (2.15) giả thiết thứ nhất dùng để khử độ dẫn nạp Từ (2.15) ta có thể viếtlại như sau:

Từ (2.12) và (2.16) ta rút ra được giá trị phần thực và phần ảo của hằng sốtruyền dẫn:

Trong đó: α0 và β0 là hằng số

Dưới đây là các đồ thị biểu thị ảnh hưởng của tần số đến các đặc tính của đườngtruyền:

Các hình 2.10 đến 2.13 chỉ ra độ lớn góc pha của hàm truyền đối vớituyến cáp #24 và #26 Từ đó ta nhận thấy sự suy giảm trên cáp tăng khôngnhững khi chiều dài cáp tăng mà còn khi tần số làm việc tăng.

2.6.2 Trở kháng đặc tính.

Trở kháng đặc tính Z0 của bất kỳ một tuyến truyền dẫn nào đều được xácđịnh theo các tham số RLCG của tuyến truyền dẫn và được cho bởi công thứcsau (2.19):

Từ (2.19) ta nhận thấy trở kháng đặc tính không phụ thuộc vào chiều dài củatuyến truyền dẫn Hình (h 2.14) và (h 2.15) dưới đây đưa ra độ lớn biên độ vàpha của trở kháng đặc tính trên tuyến cáp đôi dây xoắn #24 và #26 như sau:

Hình 2.14 - Độ lớn biên độ của đặc tính trở kháng trên cáp đôi dây xoắn.

Hình 2.15 - Độ lớn pha của trở kháng đặc tính trên cáp đôi dây xoắn

Từ đồ thị trên ta nhận thấy, mặc dù trở kháng đặc tính phụ thuộc vào tần

số, khi tần số càng tăng thì trở kháng đặc tính càng giảm, trở kháng đặc tínhgiảm đến một mức ngưỡng (giá trị này xấp xỉ 100 Ω) thì không giảm nữa cho dùtần số tiếp tục tăng, giá trị ngưỡng này được gọi là trở kháng thuần trở Tuynhiên trong các hệ thống thực tế thì không bao giờ đạt được giá trị này và giá trịnày được gọi là giá trị ảo

2.7 Nhiễu xuyên âm.

Phần này chúng ta đưa ra các định nghĩa về nhiễu xuyên âm cũng như cácphương trình toán học tính toán các giá trị nhiễu này

Nhiễu xuyên âm được định nghĩa đơn giản là tín hiệu trên đường truyềnnày bị gây nhiễu bởi bản thân các tín hiệu trên đường truyền khác Chẳng hạn taxét đối với các tuyến cáp, về mặt cấu tạo thì trong một sợi cáp bao gồm nhiềudây dẫn riêng biệt, khi ta truyền tín hiệu trên cáp thì khả năng nhiễu tín hiệu lênnhau giữa các dây trong cáp là rất lớn

Dưới đây chúng ta sẽ xét đến các loại nhiễu cũng như các mô hình đểkhắc phục ảnh hưởng của các loại nhiễu này Các hình 2.10 đến 2.13 chỉ ra độlớn góc pha của hàm truyền đối với tuyến cáp #24 và #26 Từ đó ta nhận thấy sựsuy giảm trên cáp tăng không những khi chiều dài cáp tăng mà còn khi tần sốlàm việc tăng.

2.7.1 Các loại nhiễu xuyên âm.

Về cơ bản thì có hai loại nhiễu xuyên âm được chú ý nhiều nhất đó lànhiễu xuyên âm đầu gần NEXT (near-end crosstalk) và nhiễu xuyên âm đầu xaFEXT (far-end crosstalk) Hình dưới đây đưa ra mô hình hoạt động của hai loạinhiễu xuyên âm này:

Hình 2.16 - Mô hình nguyên lý hoạt động của NEXT và FEXT

Từ sơ đồ trên ta thấy, tín hiệu nhiễu đầu gần NEXT chỉ phải truyền quamột độ dài rất bé (bé hơn đối với trường hợp FEXT) của cáp đôi dây xoắn trướckhi gây nhiễu lên các tuyến khác, do vậy nhiễu đầu gần thường gây ảnh hưởngnghiêm trọng hơn so với loại FEXT Có một chú ý ở đây là nhiễu NEXT vàFEXT có thể cùng một lúc được tạo ra trên đôi dây

2.7.2 Các mô hình bất đối xứng.

Giả sử ta xét trường hợp có hai đôi dây xoắn đặt gần nhau, lúc này cácthành phần dung kháng và cảm kháng sẽ được tạo ra giữa các dây với nhau vàgiữa dây với đất Qua quá trình phân tích ta nhận thấy nhiễu xuyên âm sẽ hìnhthành khi xuất hiện trạng thái không cân bằng giữa hai thành phần dung kháng

và cảm kháng

Thực tế có rất nhiều mô hình không đối xứng, song ở đây do khuôn khổcủa đồ án chúng ta chỉ xét đến hai mô hình quan trọng nhất đó là mô hình dungkháng không đối xứng và mô hình cảm kháng không đối xứng

2.7.2.1 Mô hình dung kháng bất đối xứng.

Xét mô hình trong hình 2.17 dưới đây:

Hình 2.17 - Mô hình dung kháng trên cáp đôi dây xoắn.

Đối với bốn dây đang xét trong mô hình ta có: trên mỗi dây bản thân đềutồn tại cảm kháng nội, độ dẫn nạp và dung kháng so với đất Ở đây trở khánggiữa các dây là không đáng kể do vậy độ dẫn nạp có thể hoàn toàn là dungkháng và để cho tiện, ta có thể viết Y = jωC Từ sơ đồ trên ta tính được mứcđiện áp và cường độ dòng điện trên mỗi dây tại điểm (x+∆x) trên đường truyền

và được cho bởi các công thức sau:

Từ các công thức trên ta có thể viết dưới dạng ma trận sau (2.28):