ADSL – KỸ THUẬT xDSL part 3 ppsx

Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 48 tách dòch vụ (splitter) POTS được lắp thêm ở cả tổng đài nội hạt và phía người sử dụng dòch vụ cho phép sử dụng vòng thuê bao cáp đồng truyền dẫn đồng thời dữ liệu tốc độ cao và một kênh điện thoại khi dòch vụ dựa trên DSL đang sử dụng có hỗ trợ các dòch vụ này. Các bộ tách dòch vụ POTS thường có 2 cấu hình: cấu hình đơn được thiết kế để lắp ở nhà riêng thuê bao và cấu hình nhiều dây được thiết kế để lắp đặt ở tổng đài nội hạt. Lưu ý rằng trong khi nhiều sơ đồ mã đường dây DSL hỗ trợ một kênh dòch vụ điện thoại đơn thuần POTS thì một số sơ đồ mã đường dây DSL khác lại không hỗ trợ loại dòch vụ này. Bộ tách dòch vụ điện thoại đơn thuần POTS có thể là dạng tích cực hoặc dạng thụ động: - Bộ tách dòch vụ điện thoại đơn thuần POTS thụ động không cần phải được cấp thêm nguồn điện bên ngoài. Bộ tách dòch vụ điện thoại đơn thuần POTS thụ động hỗ trợ các dòch vụ thường trực như số điện thoại khẩn cấp 911 (ở Hợp chủng quốc Hoa Kỳ) ngay cả khi nguồn điện nhà đèn bò mất ở DSLAM hay MODEM DSL. - Bộ tách dòch vụ điện thoại đơn thuần POTS tích cực phải được cấp nguồn từ bên ngoài cho điện thoại và tín hiệu DSL để hoạt động trên đôi dây cáp đồng. Khi mất điện thì muốn duy trì các dòch vụ thường trực như số điện thoại khẩn cấp 911 (ở Hợp chủng quốc Hoa Kỳ) ngay cả khi nguồn điện nhà đèn bò mất ở DSLAM hay MODEM DSL phải có thêm nguồn điện dự phòng. Ngày nay, các loại DSL như G.dmt ADSL, G.lite, ReachDSL và RADSL có thể được lắp đặt mà không cần bộ tách dòch vụ điện thoại POTS riêng ở thiết bò tài sản khách hàng (CPE: Customer Premises Equipment). Thay vào đó là các thiết bò thụ động gọi là các bộ microfilter được người sử dụng gắn giữa mỗi thiết bò điện thoại đơn thuần (như máy điện thoại, máy điện thoại không dây, máy trả lời điện thoại, máy fax nhóm 3 hay MODEM tương tự) với đường dây. Mạch microfilter thực chất chỉ là một bộ lọc thông thấp cho phép tín hiệu dải tần âm thoại đi qua và loại bỏ tín hiệu trong dải tần DSL để loại trừ xuyên kênh. Ưu điểm của phương pháp này là trong khi các bộ tách dòch vụ POTS truyền thống được người lắp đặt của các công ty cung cấp dòch vụ lắp ở thiết bò giao tiếp mạng (NID: Network Interface Device) thì các bộ microfilter được người sử dụng tự gắn dễ dàng khỏi phải gọi cho công ty cung cấp đến lắp đặt. Với các loại dòch vụ dựa trên DSL thực hiện qua các kết nối điện thoại đơn thuần POTS thì đây là chọn lựa quan trọng nhất khi lắp đặt. Trong khi các sản phẩm dựa trên RADSL cung cấp khả năng tách tần số các đường thoại đơn thuần POTS khỏi dòch vụ số liệu phổ tần dải thì một vài kỹ thuật không sử dụng bộ tách dòch vụ mới hơn như ReachDSL và G.lite đều cung cấp giải pháp trộn dòch vụ số với POTS dải nền mà vẫn bảo đảm cho tất cả các thành phần lưu lượng. Hơn nữa, một vài kỹ thuật không sử dụng bộ tách dòch vụ POTS đã đưa ra việc dò động các trạng thái nhấc, gác máy gọi là “fast retrain”. Khi nhấc máy những sản phẩm này tự động dòch tần số và giảm phần tần số thấp hơn của tín hiệu số để loại nhiễu tín hiệu âm tần và khi gác máy trở lại tín hiệu số lại tự động chuyển dòch về phía tần số thấp để cung cấp dòch vụ với tốc độ cao nhất có thể có được. Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 49 Các hệ thống DSLAM thế hệ thứ nhất và thứ hai căn bản là các hệ thống dòch vụ dữ liệu Internet thực hiện nhiệm vụ tập hợp nhiều kết nối DSL bằng cách sử dụng PPP (Point to point protocol: nghi thức điểm nối điểm) và các mạch ảo thường trực ATM để kết nối các người sử dụng với nhà cung cấp Internet. Phương pháp này tỏ ra thích hợp cho việc tập trung đơn giản các dòch vụ với nổ lực lớn nhất nhưng lại cồng kềnh và bất khả thi khi nhà cung cấp dòch vụ cố gắng đem lại cho khách hàng đa dòch vụ và nhiều mức chất lượng dòch vụ khác nhau. Khách hàng sử dụng DSLAM thế hệ thứ nhất về cơ bản bò giới hạn ở một mức chất lượng trên các kết nối PVC (Permanent Virtual Circuit). Mô hình đa dòch vụ ngày nay được thiết kế để cung cấp cho khách hàng không chỉ các truy nhập Internet tốc độ cao mà còn cả các dòch vụ trong môi trường thương mại như FRoDSL, VPN và VoDSL vốn đòi hỏi một phương tiện bảo đảm chất lượng dòch vụ phức tạp hơn nhiều. Vậy, làm sao những bộ DSLAM thế hệ sắp tới có thể cung cấp các dòch vụ như vậy? Có nhiều cách để đạt được điều đó nhưng chúng đều có điểm giống nhau là tận dụng cơ chế chất lượng dòch vụ có sẵn trong ATM. Có lẽ một trong những phần tử thiết yếu nhất của một hệ thống DSL toàn diện là hệ thống quản lý mạng (NMS: Network Management System). Các ứng dụng thương mại đòi hỏi hỗ trợ quản lý mạng tin cậy và phải được đưa vào bất cứ kế hoạch dòch vụ dựa trên DSL nào. Hệ thống DSL và các thành phần quản lý của nó phải được chia phần một cách an toàn để cho phép nhà cung cấp dòch vụ và người sử dụng dòch vụ ở dân dụng hay thương mại đều có thể quản lý được. Như vậy kích thước của một mạng DSL có thể biến đổi từ nhỏ cho đến rất lớn nên hệ thống quản lý cũng phải được điều chỉnh quy mô để thích ứng với những khác biệt này mà không mất mát chức năng quản lý. Các hệ thống quản lý phải mềm dẻo và đủ sức mạnh để hỗ trợ đa dòch vụ. Các dòch vụ mới được DSL đưa ra như các dòch vụ true end-to-end frame relay, VoDSL và VPN đòi hỏi sự tuân thủ chặt chẽ các tham số quản lý chất lượng, đo đạc và giám sát những tham số này để bảo đảm theo đúng thoả thuận mức dòch vụ (SLA: Service Level Agreement). SLA là những thoả thuận giữa nhà cung cấp dòch vụ và thuê bao dòch vụ và thường bao gồm một vài loại bồi thường tài chính cho bất cứ một sự không tuân thủ nào. Hệ thống quản lý mạng sử dụng mô hình tiến xa hơn nhiều so với mô hình cơ bản, cho phép các nhà cung cấp dòch vụ và người sử dụng chọn, cung cấp dòch vụ, giám sát thực hiện và báo cáo mức độ thực hiện so với SLA. 2.2 Các phiên bản DSL Các hệ thống thu phát hiện nay có thể đạt được tốc độ của T1 hay E1 trên chỉ một đôi dây thuê bao ở cự ly của một hệ thống HDSL thông thường. Ứng dụng HDSL T1 hay E1 trên một đôi dây được gọi là SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line). Thực ra, thuật ngữ SDSL được dùng rộng rãi hơn và nó dùng để nói đến các dòch vụ đối xứng với tốc độ khác nhau trên một đôi dây. Về nguyên lý, sự chuyển từ 4 dây sang 2 dây chỉ là độ dài vòng. Bằng cách chia thông tin trên 2 đôi dây, các hệ thống HDSL có thể hoạt động trên tần số thấp hơn SDSL, kết quả là độ dài vòng thuê bao lớn hơn. Tuy nhiên trên thò trường độ dài vòng thuê bao SDSL T1 đạt được xấp xỉ 3,3 Km trong khi HDSL cũng chỉ khoảng 3,6 Km với cùng cỡ dây 24 AWG là sự khác biệt không đáng kể. Trong khi đó các đường dây SDSL cung cấp dòch vụ T1/E1 chỉ với một đôi dây là một khác biệt đáng chú ý. Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 50 Mặc dù HDSL và SDSL đã được đưa vào sử dụng hàng loạt người ta vẫn không ngừng nghiên cứu và phát triển các mã đường dây mới cho đường dây DSL đối xứng. Có 2 kỹ thuật DSL đối xứng đã được tung ra thò trường: - G.shdsl: là một tiêu chuẩn mới của SDSL. Tiêu chuẩn này đưa ra tốc độ truyền số liệu từ 192 kbps đến 2,3 Mbps với độ dài vòng thuê bao tối đa hơn SDSL 30% và cải thiện tính tương hợp phổ với các phiên bản DSL khác trong mạng. - HDSL2: là tiêu chuẩn của ANSI để thay thế HDSL. HDSL2 cũng đưa ra tốc độ truyền số liệu 1544 kbps như giải pháp HDSL 4 dây truyền thống nhưng với ưu điểm chỉ sử dụng một đôi dây cáp đồng cộng với ưu điểm là giải pháp được tiêu chuẩn hoá cho nhiều nhà cung cấp thiết bò. HDSL2 chỉ sử dụng trong khu vực Bắc Mỹ nên một số nhà cung cấp vẫn xây dựng thiết bò dựa trên đặc tính G.shdsl. Hình 2.12 So sánh tốc độ đường truyền giữa HDSL/SDSL với HDSL2/SDSL2 Việc kéo dài cực đại vòng thuê bao với các loại mã đường dây khác nhau đã làm phát sinh nghiên cứu về đặc tính của bản thân mạng nội hạt. Nghiên cứu này cho thấy rằng có thể phát tín hiệu từ tổng đài đến thuê bao qua được khoảng cách lớn hơn chiều ngược lại. Điều này liên quan đến xuyên kênh, xuyên kênh bên phía tổng đài rất đáng kể so với phía thuê bao. Hiện tượng này là do càng gần tổng đài các mạch vòng thuê bao càng được ghép nhiều vào những bó cáp lớn, mỗi mạch lại tạo ra một xuyên kênh. Trong khi đó càng xa tổng đài đến đầu bên phía thuê bao các vòng thuê bao càng bò phân nhánh và càng ít vòng thuê bao đi song song. Vì vậy xuyên kênh được tạo ra ít hơn từ các bó cáp xa tổng đài. Một cách tận dụng đặc điểm của mạng cáp nội hạt nữa là khi dùng hệ thống FDM phải bảo đảm tín hiệu phát từ thuê bao đến tổng đài có tần số thấp hơn vì tần số thấp suy hao ít hơn tín hiệu tần số cao. Điều này bảo đảm tín hiệu nhận được càng cao càng tốt khi nó đến được môi trường tổng đài đầy rẫy xuyên kênh. Tóm lại, truyền số liệu từ tổng đài đến thuê bao sẽ có tốc độ cao hơn chiều ngược lại: truyền số liệu từ thuê bao đến tổng đài. Các thiết bò được thiết kế theo khái niệm này cung cấp việc truyền số liệu tốc độ cao hơn theo chiều từ tổng đài đến thuê bao gọi là thiết bò đường dây thuê bao số bất đối xứng (ADSL: Asymmetric DigitalSubscriber Line). Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 51 Đảo ngược hướng của hệ thống ASDL đêå cung cấp kênh thông tin tốc độ cao hơn cho mạng và kênh thông tin tốc độ thấp hơn cho người sử dụng sẽ làm giảm cự ly tối đa của vòng thuê bao. Thêm vào đó, nếu cấu hình này được cung cấp trong cùng một bó cáp với ADSL theo chiều ngược lại sẽ tạo ra tự xuyên kênh làm cho một hay cả hai không hoạt động được. Nếu cung cấp dòch vụ như vậy thì phải cung cấp trong bó cáp riêng. Gần như đồng thời với lúc tính bất đối xứng của các vòng thuê bao được ghi nhận thì các công ty điện thoại đang rất quan tâm đến việc cung cấp các dòch vụ video giải trí. Điều quan tâm này được thúc đẩy bởi mong muốn tăng doanh thu qua các dòch vụ mới. Hình 2.13 Đặc tính phổ tần tín hiệu CAP và DMT Vào cuối năm 1992, 3 loại mã đường dây có khả năng nhất trong việc cung cấp cho các dòch vụ video tốc độ cao xuất hiện là: - QAM: Quadrature Amplitude and Phase Modulation, một loại mã đường dây dùng trong kỹ thuật MODEM từ 20 năm qua. - CAP lúc đầu được đưa ra cho HDSL và thực ra là một biến thể của QAM. - DMT: Discrete MultiTone là kỹ thuật đường dây được AT&T Bell Labs đăng ký bản quyền (nhưng không sử dụng) từ hơn 20 năm nay. Không giống như 2B1Q sử dụng kỹ thuật tín hiệu dải nền (baseband) phát tín hiệu gồm cả tần số 0 Hz (tín hiệu một chiều) các loại mã đường dây sử dụng dải thông dải (passband) và có thể được thiết kế để hoạt động trên bất kỳ tầm tần số nào. ADSL ngay từ đầu đã được thiết kế cho dòch vụ dân dụng nên cần tồn tại độc lập với dòch vụ điện thoại thuần túy. Vì vậy, thuộc tính dải tần của ADSL phải được tận dụng để tách (hay ghép phân tần FDM) với POTS (Plain Old Telephone Service), kênh thông tin upstream từ người sử dụng dòch vụ tới mạng và kênh thông tin downstream từ mạng tới người sử dụng dòch vụ. Ngoài kỹ thuật FDM một vài công nghệ DSL bao gồm cả DMT được thiết kế cung cấp kỹ thuật triệt tiếng dội cho các kênh upstream và downstream để tối thiểu hoá việc sử dụng tần số cao và tối ưu hoá độ dài vòng thuê bao. Tuy nhiên việc sử dụng các hệ thống triệt tiếng dội này sẽ giảm khi số dòch vụ cùng loại trong một bó cáp ngày càng tăng. Vào năm 1992 và đầu năm 1993 nhóm làm việc ANSI T1E1.4 (ANSI T1E1.4 Working Group) chọn một loại mã đường dây đơn cho tiêu chuẩn ADSL Video Dial Tone. Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 52 Nhóm làm việc tập trung vào các dòch vụ video khác nhau từ video ghi sẵn nén sẵn (pre- recorded, pre-compressed) MPEG-1 (Motion Picture Experts Group) cho đến hệ thống có thể cung cấp đến 4 kênh video MPEG-1 cùng lúc hay một kênh MPEG-2 mã hoá thời gian thực ở tốc độ 6 Mbps. Sự tập trung cuối cùng hướng đến việc tối đa hoá độ dài vòng thuê bao với những tốc độ xác đònh tối ưu cho video. Bản chất video đồng bộ bit yêu cầu một tốc độ dữ liệu cố đònh để tránh sự suy giảm chất lượng hình ảnh video. Mặc dù về lý thuyết các loại mã đường dây đều có hiệu quả như nhau nhưng chỉ có DMT là mã đường dây đầu tiên được chọn dùng cung cấp dòch vụ 6 Mbps và được chọn làm tiêu chuẩn chính thức cho ADSL dùng cho dòch vụ Video Dial Tone. Bên cạnh đó các hệ thống dựa trên CAP cũng được sử dụng trên toàn thế giới cho các dòch vụ ADSL và Video Dial Tone. Trên nhiều thò trường Video Dial Tone khó có thể cạnh tranh giá cả với truyền hình cáp và truyền hình vệ tinh nên nó đang bắt đầu nhanh chóng biến khỏi thò trường Bắc Mỹ (Hoa Kỳ, Gia Nã Đại và Mễ Tây Cơ). Tiêu chuẩn gần đây nhất dành cho ADSL được ITU (International Telecommunication Union) đưa ra trong khuyến nghò G.dmt hay G.992 và ANSI (T1.413 Issue 2) cũng dựa trên kỹ thuật DMT và là cơ sở cho hầu hết các dòch vụ ADSL ngày nay. Tuy nhiên, một vài nhà cung cấp vẫn còn sử dụng hệ thống dựa vào kỹ thuật CAP trên mạng của mình. Hình 2.14 Phổ tần của ADSL tiêu biểu Trải qua sự thăng trầm của Video Dial Tone nền công nghiệp thông tin ở Hoa Kỳ nhận ra rằng thực ra nhiều ứng dụng số liệu cũng có bản chất bất đối xứng. Ví dụ rõ ràng nhất là truy xuất Internet. Người sử dụng thường gửi đi một lượng rất nhỏ thông tin đến nhà cung cấp dòch vụ Internet để yêu cầu download dữ liệu, hình ảnh, âm thanh hay file video. Để đáp ứng, máy chủ bắt đầu gửi file với tốc độ số liệu mạng cung cấp cho thuê bao ở xa. Về bản chất các sự vận chuyển này là bất đối xứng. Trong khoảng thời gian này, Internet là một hiện tượng hoàn toàn mới với tốc độ phát triển thuê bao chưa từng có. Điều bận tâm lớn nhất của tất cả các người sử dụng Internet là phải mất quá nhiều thời gian để download các file dữ liệu với tốc độ dữ liệu của MODEM hay thậm chí cả ISDN. Vì vậy, khi có nhu cầu dòch vụ mới thì ADSL lại trở nên hấp dẫn để cung cấp dòch vụ truy xuất Internet. Video là một ứng dụng của DSL không hoàn toàn biến mất nhưng video dựa trên IP (Internet Protocol) và các hệ thống tiện ích như RealMedia hay Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 53 Windows Media đã trở nên ngày càng phổ biến và đa dạng. Sử dụng các sơ đồ mã hoá như tiêu chuẩn công nghiệp MPEG-2 hay mới hơn cho phép nén video càng tốt hơn và video dựa trên IP tiếp tục là một ứng dụng đứng vững với DSL. Khi ứng dụng là video đồng bộ bit đường dây DSL phải hoạt động ở tốc độ cố đònh. Tuy nhiên dữ liệu lại hoạt động ở một tầm tốc độ rộng hơn. Tác động duy nhất là tốc độ càng chậm sẽ càng mất nhiều thời gian vận chuyển các file lớn. Vì vậy, với ứng dụng số liệu ta có thể tuỳ chọn giảm tốc độ đường dây để cho phép dòch vụ được cung cấp cho các đường dây thuê bao dài hơn. Cả CAP và DMT đều được sửa đổi để tối ưu hoá dòch vụ dựa trên cơ sở từng vòng thuê bao và ứng dụng này gọi là đường dây thuê bao số thích ứng tốc độ (RADSL: Rate Adaptive Digital Subscriber Line). Công nghệ RADSL cung cấp tuỳ chọn cho phép máy thu, phát bắt đầu bằng cách tăng dần tốc độ đường dây đến tốc độ tối đa có thể đạt được mà vẫn tin cậy trên một đường dây cụ thể. Trong khi đặc tính này ban đầu được thiết kế để đơn giản hoá việc lắp đặt dòch vụ thì nó cũng giúp các nhà cung cấp dòch vụ một tuỳ chọn giảm bớt mức độ dòch vụ khi chất lượng vòng thuê bao giảm. Ngày nay có nhiều công nghệ DSL khác cũng cung cấp tốc độ biến đổi và các nhà cung cấp dòch vụ sử dụng chức năng thay đổi tốc độ để kiểm tra mức độ chấp nhận đối với các dòch vụ khác nhau. Hình 2.15 ADSL không có bộ lọc microfilter Như vậy, công nghệ thông tin đã phát triển vượt bậc kể từ khi tiêu chuẩn ADSL dành cho Video Dial Tone ra đời vào năm 1993. Nhóm làm việc T1E1 của ANSI đã thiết lập tiêu chuẩn RADSL gọi là ANSI TR59. FCC cũng có một trích dẫn đặc biệt nêu RADSL là một công nghệ tương hợp phổ cho thoại và các công nghệ DSL khác trong cùng một vòng thuê bao. Sự tiến công của các nhà cung cấp dòch vụ mới chắc chắn sẽ đem lại những biến chuyển cho công nghệ DSL. Ngay cả khi ADSL và SDSL đang được sử dụng đại trà trên thò trường thì những thay đổi vẫn được phát triển và tiếp thò để thoả mãn nhu cầu của từng vùng thò trường DSL. Ngoài tốc độ dữ liệu được IDSL cung cấp còn có các công nghệ khác cung cấp cho dân dụng hay văn phòng nhỏ/ văn phòng gia đình (SOHO: Small Office/ Home Office). Những công nghệ này có tầm hoạt động từ 128 kbps tới 2048 kbps. . cho ADSL được ITU (International Telecommunication Union) đưa ra trong khuyến nghò G.dmt hay G.992 và ANSI (T1.4 13 Issue 2) cũng dựa trên kỹ thuật DMT và là cơ sở cho hầu hết các dòch vụ ADSL. loại mã đường dây dùng trong kỹ thuật MODEM từ 20 năm qua. - CAP lúc đầu được đưa ra cho HDSL và thực ra là một biến thể của QAM. - DMT: Discrete MultiTone là kỹ thuật đường dây được AT&T. tin downstream từ mạng tới người sử dụng dòch vụ. Ngoài kỹ thuật FDM một vài công nghệ DSL bao gồm cả DMT được thiết kế cung cấp kỹ thuật triệt tiếng dội cho các kênh upstream và downstream