tổng quan về mạng viễn thông

Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông LỜI NÓI ĐẦU Trong lĩnh vực viễn thôngđã làm thay đổi bộ mặt, tính cách của trái đất. Đã hiện thực hoá khả năng liên kết của mỗi con người của mỗi quốc gia, gắn kết mọi người với nhau nhờ một mạng lưới viễn thông vô hình và hữu hình trên khắp trái đất và vũ trụ. Sự hội tụ trong lĩnh vực viễn thông cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu sử dụng và truyền dữ liệu của con ngưòi cũng tăng theo hàm số mũ. Nghành viễn thông đem lại sự hội tụ, hay sự thống nhất các dịch vụ truyền dữ liệu, dịch vụ thoại, video (truyền hình quảng bá, truyền hình theo yêu cầu) và dữ liệu Internet băng rộng thúc đẩy nghành công nghệ thông tin phat triển lên một tầng cao mới với đa dạng các loại hình dịch vụ chi phí rẻ hơn. Mạng viễn thông giúp người sử dụng có thể gọi điện thoại qua mạng Internet, có thể xem hình ảnh của bạn bè trên khắp mọi miền đất nước cũng như thế giới, có thể chia sẻ nguồn dữ liệu, có thể thực hiện những giao dịch mua bán với mọi người trên khắp thế giới một cách đơn giản… Dịch vụ nói chung và dịch vụ viễn thông nói riêng ngày nay càng khẳng định được vị trí, vai trò trong đời sống và trong nền kinh tế thời mở của, hội nhập. Số hoá mạng lưới, hiện đại hoá mạng lưới, hội tụ mạng chuyển đổi công nghệ từ mạng truyền thông sang mạng thế hệ mới (NGN) …với mục đích đáp ứng ngày càng cao của người sử dụng. Vì vậy lĩnh vực viễn thông đóng vai trò không thể thiếu trong toàn xã hội. Trong đợt thực tập này em được thầy Trần Văn Hội giao cho nghiên cứu đề tài Mạng Viễn Thông. Trong báo cáo tốt nghiệp em xin trình bày những các phần sau: - Trình bầy tổng quan về mạng viễn thông GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 1 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Em xin chân thành cảm ơn thầy giao Trần Văn Hội và anh Ngô Văn Huệ (Đài viễn thông Chợ Sông) đã giúp đỡ hướng dẫn em trong quá trình hoàn thành báo cáo này. Vì thời gian có hạn nên báo cáo của em không tránh khỏi nhưng thiếu sót, em mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nam, ngày 10 tháng 04 năm 2010 Học sinh Phạm Khương Duy GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 2 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông PHẦN I : LÝ THUYẾT 1. Khái niệm Viễn Thông Thuật ngữ Viễn Thông (télécommunication) được ghép từ từ communication (liên lạc) với tiền tố télé (từ xa). Edouard ESTAUNIE, người Pháp, chính là người đưa ra thuật ngữ télécommunication vào năm 1904. Thời bấy giờ từ télécommunication dùng để chỉ chung cho telegraph và telephone. Từ tiếng Anh gọi là telecommunication (không có dấu) hay người ta vẫn gọi tắt là telecom. Thuật ngữ viễn thông được dùng để chỉ tập hợp các thiết bị, các giao thức để truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác. Các thành phần cơ bản của một hệ thống viễn thông bao gồm (xem hình 1): Hình 1: Mô hình viễn thông cơ bản - Một máy phát (transmitter) ở nguồn (source). Máy phát sẽ lấy thông tin (information) và chuyển đổi nó thành tín hiệu (signal) để có thể truyền được. - Tín hiệu sẽ được truyền trên một kênh truyền (channel/medium). - Một máy thu (receiver) sẽ được đặt ở đích đến (sink) để thu nhận tín hiệu truyền từ nguồn và chuyển đổi tín hiệu ngược lại thành thông tin. Thực tế, viễn thông đã tồn tại từ rất xa xưa. Sơ khai nhất có thể kể đến việc liên lạc bằng cách đốt lửa cho bốc khói lên để báo động giặc đến. GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 3 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Hoặc dùng tiếng kèn, trống, chuông, ám hiệu… để báo hiệu những mối nguy hiểm đang đến gần. Tiếp theo là sự ra đời của telegraph, rồi telephone. Và ngày nay thì có vô số loại hình viễn thông khác nhau, như Internet, hệ thống điện thoại di động, satellite, Bluetooth, infrared…. Trong bất cứ hệ thống viễn thông nào kể trên, chúng ta điều có thể nhận ra các thành phần cơ bản kể trên. Nhiệm vụ của viễn thông là làm thế nào để truyền thông tin nhanh, chính xác, chất lượng cao, bảo mật tốt, và dĩ nhiên là đáp ứng nhu cầu truyền thông của con người. Do đó có thể nói ngành viễn thông bao gồm tất cả các lĩnh vực nhằm góp phần vào việc thực hiện và cải tiến quá trình truyền thông. 2. Tổng quan các lĩnh vực trong viễn thông Mục đích của phần viết này là nhằm giới thiệu một cách tiếp cận các lĩnh vực khác nhau trong viễn thông dựa vào mô hình viễn thông ở hình 1. 2.1 Xử lý tín hiệu Trước tiên, cốt lõi của viễn thông là truyền thông tin. Thông tin là một phần quan trọng không thể thiếu. Thông tin trong viễn thông có nhiều dạng khác nhau, như tiếng nói, hình ảnh, video…. Mỗi thông tin có các thuộc tính khác nhau. Thông tin có thể tồn tại dưới 2 dạng: analog (tính hiệu liên tục theo thời gian hay còn gọi là tín hiệu tương tự) hoặc digital (tính hiệu số). Tín hiệu liên tục theo thời gian cũng được xử lý một cách hiệu quả theo qui trình: biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (biến đổi A/D), xử lý tín hiệu số (lọc, biến đổi, tách lấy thông tin, nén, lưu trử, truyền, ) và sau đó, nếu cần, phục hồi lại thành tín hiệu tương tự (biến đổi D/A) để phục vụ cho các mục đích cụ thể. Tất cả các xử lý thông tin như nén kích thước thông tin, chuyển đổi định dạng, giảm kích thước thông tin, watermaking, xóa nhiễu, tái chế, phục GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 4 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông hồi, nhận dạng … được gọi chung là xử lý tín hiệu (Signal Processing). Thực chất xử lý tín hiệu là một môn cơ sở không thể thiếu được cho nhiều ngành khoa học, kỹ thuật như: điện, điện tử, tự động hóa, tin học, vật lý và viễn thông. Xứ lý tín hiệu có nội dung khá rộng dựa trên một cơ sở toán học tương đối phức tạp. Nó có nhiều ứng dụng đa dạng, trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Rất khó phân biệt rạch ròi đâu là xử lý tín hiệu trong viễn thông, đâu không phải là cho viễn thông. Dưới đây chúng tôi xin giới thiệu một số khía cạnh của xử lý tín hiệu trong viễn thông: - Nhu cầu truyền thông tin multimedia (hình ảnh, âm thanh, video) với thời gian thực (real-time) ngày càng cao dẫn đến cần phải có các định dạng cho kích thước nhỏ và chất lượng tốt. Đó chính là một trong những nhiệm vụ của xử lý tín hiệu multimedia. - Bài toán nhận dạng: nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, chữ viết, chuẩn đoán bệnh qua telemedicine (y học từ xa thông qua Internet), xác định vị trí, tốc độ, đường đi của các vật thể liên lạc di động (mobile communicating object) , chuẩn đoán “bệnh” của một thiết bị viễn thông trong hệ thống (dựa vào các thông tin xác suất)… cũng là một dạng xử lý tín hiệu. - Trong truyền thông, thông tin thường bị nhiễu noise, echo, bị các hiệu ứng fading, đa đường, mixer (trộn lẫn thông tin từ nhiều nguồn)…. Thông tin thu được do đó cần phải được xử lý để làm giảm các hiệu ứng này. 2.2 Truyền thông kỹ thuật số Trước khi truyền đi, thông tin sẽ phải được mã hóa, nén, điều chế, v.v. được minh họa bởi sơ đồ truyền thông tin ở hình 2. Tất cả các quá trình diễn ra trong dây chuyền truyền thông tin như điều chế, encoder, mã hóa, v.v. thì được gọi chung là truyền thông kỹ thuật số (digital communication). GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 5 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Đôi khi người ta vẫn xem truyền thông kỹ thuật số là một dạng xử lý tín hiệu. Tuy nhiên, chung tôi muốn tách biệt nó ra khỏi phần xử lý tín hiệu vì nó mang nhiều đặc thù riêng. Kỹ thuật truyền thông số đã phát triển từ gần 60 năm qua, có thể tính từ khi ra đời lý thuyết thông tin của Claude Shannon (1948). Nhưng phải đến những năm 70’s thì những hệ thống đầu tiền sử dụng lý thuyết thông tin này mới ra đời vì đến lúc đấy thì tốc độ tính tóan của phần cứng mới đủ khả năng thực hiện các thuật tóan phức tạp của lý thuyết truyền thông. Hình 2: Sơ đồ truyền thông tin Mỗi một block trên hình 2 là một vấn đề nghiên cứu của truyền thông kỹ thuật số. Truyền thông kỹ thuật số xây dựng và phát triển các giao thức viễn thông ở lớp vật lý (physical) và lớp kết nối thông tin (data-link) (trong GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 6 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông mô hình 7 lớp của ISO mà sẽ được giới thiệu ở phần sau của bài viết này). Cùng với sự ra đời và phát triển của nhiều công nghệ truyền thông mới, đặc biệt là các công nghệ không dây, truyền thông kỹ thuật số cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu truyền thông với tốc độ nhanh và hiệu quả cao (ít lỗi). Các nghiên cứu nhằm tìm ra hoặc cải tiến các quá trình mã hóa, điều chế, các mã hóa sữa sai phối hợp phức tạp, các cách thức “access” vào kênh truyền có chọn lọc, các kỹ thuật trãi phổ mới vẫn đang tiếp diễn. Khuynh hướng thiết kế dây chuyền truyền thông có khả năng tự thích ứng (adaptive), có khả năng nhận thức (cognitive), có thể tự cấu hình (reconfigurable) để có thể truyền thông tin trên nhiều mạng truy cập khác nhau hay còn gọi là software defined radio (SDR) vẫn đang được tập trung nghiên cứu phát triển. Các kỹ thuật mới này đòi hỏi các thành phần RF (radio frequency) hoặc các bộ vi xử lý số (digital processor), bộ nhớ (memory) phải ngày càng cung cấp nhiều tính năng hơn với giá thành thấp hơn và năng lượng tiêu thụ thấp. 2.3 Truyền sóng điện từ/vô tuyến và điện tử RF Thông tin sau khi được chuyển đổi thành tín hiệu tương tự sẽ được truyền đi giữa máy phát và máy thu thông qua một môi trường hoặc dây dẫn (sóng điện từ) hoặc môi trường không dây dẫn (sóng vô tuyến). Trong viễn thông không dây, ngày này mọi người đều nói đến việc kết hợp nhiều angten để thu và phát sóng (MIMO) hoặc sử dụng angten thông minh (smart antenna) để tăng hiệu quả truyền sóng. Bên cạnh đó, những có gắng nhằm biến khả năng sử dụng đường dây tải điện kiêm đường dây tải thông tin cũng được tiếp tục nghiên cứu. GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 7 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Hình 3: Ví dụ mô hình đơn giản của máy thu kỹ thuật số Để truyền sóng thông tin, chúng ta cần phải có máy phát và máy thu. Hình 3 là ví dụ của một máy thu bao gồm angten, các bộ lọc, bộ trộn (mixer), các chuyển đổi A/D hoặc ngược lại D/A… Khía cạnh này của viễn thông gắn liền với lĩnh vực điện tử (vi mạch xử lý, FPGA, ASIC…) 2.4 Mạng viễn thông Thông thường, thông tin trao đổi giữa hai thực thể (source và sink) sẽ được truyền qua nhiều thực thể trung gian để tạo thành một đường nối (logical link) giữa 2 thực thể này. Tất cả các thực thể tham gia cấu thành cho quá trình trao đổi thông tin này tạo thành một mạng (network) viễn thông. Hình 4: Ví dụ mạng ad hoc GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 8 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Một ví dụ đơn giản về mạng đó là mạng ad hoc như ở hình 4. Trong mạng này, bất kỳ 2 thực thể nào cũng có thể liên lạc với nhau hoặc trực tiếp, hoặc thông qua các thực thể trung gian khác. Một ví dụ phức tạp hơn là thực thể A kết từ PDA tới AP wifi bằng không dây. AP wifi lại nối kết phía sau modem ADSL đến SDLAM (cáp ADSL). DSLAM sẽ nối kết vào mạng lõi. Ở đâu bên kia, thực thể đối thoại B nối kết vào mạng lõi thông qua mạng di động UMTS chẳng hạn. Mô hình mạng vừa miêu tả ở trên được thể hiện ở hình 5 dưới đây. Hình 5: Kiến trúc mạng viễn thông Nhìn về kiến trúc mạng, ta có thể dễ dàng phân biệt 2 mạng: mạng GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 9 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông truy cập (access network) và mạng lõi (core network/ transport network). Sự phân chia này khá rõ ràng trong mô hình mạng tế bào. - Mạng lõi/trục: Khuynh hướng phát triển của mạng lõi sẽ là mạng IP (IP- based core) để cho phép nối kết nhiều công nghệ mạng truy cập khác nhau lại với nhau dễ dàng và bởi vì thông tin trong tương lai sẽ hoàn toàn ở dạng gói. Vấn đề của mạng lõi là làm thể nào để chuyển gói thông tin thật nhanh (hàng trăm Gbps trở lên). Ý tưởng chủ đạo để thực hiện điều đó là cắt gói thông tin thành từng gói nhỏ (giống trong ATM), hoặc thực hiện routing ở mức độ thấp hơn IP chẳng hạn dựa vào label như trong MPLS, hoặc VCI/VPI trong ATM, hoặc Ethernet. Bên cạnh người ta cũng đưa khái niệm chất lượng dịch vụ (Quality of Service) vào trong mạng lõi (DiffServ, Intserv, RSVP…). Một ví dụ về mạng lõi hội tụ các mạng ATM, Ethernet, Voice, Frame Relay, IP nhờ vào MPLS được thể hiện ở hình 6. Lớp vật lý trong mạng lõi sử dụng các kỹ thuật truyền cáp quang như SDH, SONET, WDM để có thể vận chuyển thông tin với tốc độ cao. Hình 6: Mạng lõi trong tương lai sử dụng MPLS GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 10 [...]... máy điện thoại - Xử lý và lắp mạng Internet, ADSL, cáp quang - Học hỏi về các thiết bị BTS, máy nổ, kéo cáp, chuyển đổi các tư thiết bị viễn thông đã nắm bắt được các mạng cáp của đài quản lý Đài viễn thông Chợ Sông là nhà đầu tư hạ tầng mạng viễn thông thông ti cũng như cung cấp các giải pháp, sản phẩm và dịch vụ thông tin truyền thông đặc biệt là trong lĩnh vực hệ thống mạng truyền số liệu đa dịch... đợi mạng Internet sẽ đáp ứng các ứng dụng thông tin thoại mà hiện nay mạng chuyển mạch thoại và mạng ISDN đang thực hiện Intranet là một mạng internet dành riêng Người sử dụng mạng là người thuộc về một tổ chức Mạng này có thể kết nối được tới Internet song có tường lửa bảo vệ vùng mạng riêng cho mình Extranet là sự kết nối của nhiều mạng intranet qua mạng Internet Các mạng intranet được kết nối thông. .. được hai mạng điện thoại cung cấp là mạng điện thoại cố định (mạng điện thoại chuyển mạch công cộng –PSTN, mạng viễn thông cơ bản đầu tiên cung cấp dịch vụ điện thoại cố định) và mạng thông tin di động (còn gọi là mạng điện thoại di động, mạng ra đời sau có khả năng cung cấp tính năng di động cho thuê bao sử dụng dịch vụ điện thoại) 1. 1Mạng PSTN Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) là mạng dịch... biệt các hệ thống thông tin di động khác nhau: thông tin di động nội vùng (còn gọi là thông tin vô tuyến nội hạt, mạch vòng vô tuyến nội hạt ), thông tin di động toàn cầu GSM, thông tin di động CDMA Hình 10 cho ta thấy cấu trúc chung của mạng thông tin di động tế bào Hình 10: Mạng thông tin di động tế bào Trong đó: GVHD: Trần Văn Hội 23 HS: Phạm Khương Duy Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông -Thiết bị... của mạng khi tham gia các hoạt động truyền thông phải tuân theo, gọi là các giao thức của mạng (Protocols) GVHD: Trần Văn Hội 27 HS: Phạm Khương Duy Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Hình 11: Mạng máy tính -Cấu hình mạng (Topology) Cấu hình mạng là cấu trúc hình học không gian của mạng, thực chất là cách bố trí vị trí vật lý các nút (node) và cách thức kết nối chúng lại với nhau Có hai kiểu cấu trúc mạng, ... tập Mạng Viễn Thông truyền - Giao thức mạng máy tính Ngoài các quy định về đường truyền vật lý đảm bảo truyền dữ liệu dưới dạng chuỗi bit giữa các thành phần trong mạng, còn phải có các tiến trình (Proccess), các quy định nhằm duy trì cho mọi hoạt động truyền thông được chính xác và thông suốt Các thành phần của mạng muốn trao đổi thông tin với nhau trước tiên chúng phải hiểu nhau, đàm phán với nhau về. .. truyền đưa thông tin giữa các điểm như cáp đồng, cáp quang hoặc thậm chí là môi trường vô tuyến (với điện thoại kéo dài) Trong một mạng viễn thông, các hệ thống truyền dẫn sẽ kết nối các tổng đài với nhau và các hệ thống truyền dẫn này còn được gọi là mạng truyền dẫn hay mạng truyền tải Chú ý rằng, số lượng kênh thoại (là một GVHD: Trần Văn Hội 22 HS: Phạm Khương Duy Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông đơn... thông qua một số mạng khác như đã liệt kê ở trên, trong đó việc truyền số liệu qua mạng máy tính, mạng Internet đang phát triển rất mạnh mẽ Chúng ta sẽ nghiên cứu về các mạng này ở phần sau GVHD: Trần Văn Hội 25 HS: Phạm Khương Duy Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Khi thực hiện truyền số liệu trên mạng, người sử dụng đòi hỏi một số yêu cầu như: chất lượng truyền, tốc độ, vấn đề an toàn và bảo mật thông. .. các thông tin tham khảo khác GVHD: Trần Văn Hội 24 HS: Phạm Khương Duy Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông -Bộ đăng ký định vị thuê bao khách VLR: là một cơ sở dữ liệu của MSC lưu giữ các thông tin tạm thời về thuê bao như vị trí hiện tại của thuê bao 2.1.2 Mạng truyền số liệu Truyền số liệu là một loại hình rất phổ biến trong thời đại thông tin hiện nay Đó là một trong các loại hình dịch vụ viễn thông. .. nối vào một đường truyền vòng tròn khép kín Các nút truy nhập vào mạng theo kiểu nốitiếp nhau Hình 12 minh họa các cấu trúc mạng máy tính điển hình GVHD: Trần Văn Hội 33 HS: Phạm Khương Duy Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Hình 12: Một số cấu trúc (topo) mạng máy tính 2.1.4 Công nghệ mạng Internet/Intranet/Extranet Mạng Internet là mạng thông tin máy tính được triển khai và phát triển mạnh vào những . tài Mạng Viễn Thông. Trong báo cáo tốt nghiệp em xin trình bày những các phần sau: - Trình bầy tổng quan về mạng viễn thông GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 1 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Em. đổi thông tin này tạo thành một mạng (network) viễn thông. Hình 4: Ví dụ mạng ad hoc GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 8 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông Một ví dụ đơn giản về mạng đó là mạng. trúc mạng viễn thông Nhìn về kiến trúc mạng, ta có thể dễ dàng phân biệt 2 mạng: mạng GVHD: Trần Văn Hội HS: Phạm Khương Duy 9 Báo cáo thực tập Mạng Viễn Thông truy cập (access network) và mạng