ADSL – KỸ THUẬT xDSL part 2 ppsx

Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 42 từ một đầu dây tới thiết bò thu ở đầu bên kia. Có 3 vấn đề nảy sinh khi ta loại bỏ giới hạn 3400Hz và đột ngột tăng cao tốc độ thông tin trên cáp đồng: - Suy hao (attenuation): là tiêu tán năng lượng của tín hiệu truyền dẫn trên đường dây. Việc đi dây trong nhà cũng góp phần làm suy hao tín hiệu. - Bridged tap: Các đoạn dây kéo dài không có kết thúc của vòng thuê bao gây ra thêm mất mát một số tần số xung quanh giá trò tần số có một phần tư bước sóng bằng độ dài đoạn kéo thêm. - Xuyên kênh (crosstalk): xuyên kênh giữa hai đôi dây trong một bó cáp gây ra bởi năng lượng điện mang theo trong mỗi đôi dây. Người ta thường so sánh truyền dẫn tín hiệu điện với lái xe hơi. Tốc độ xe hơi càng nhanh càng tốn nhiều nhiên liệu và càng mau phải đổ xăng. Với tín hiệu điện truyền trên cáp đồng thì sử dụng tần số càng cao sẽ càng làm giảm cự ly thông tin. Điều này là do tín hiệu tần số cao truyền qua cáp kim loại suy hao nhanh hơn tín hiệu tần số thấp. Một phương pháp để tối thiểu hoá suy hao là sử dụng dây trở kháng thấp. Dây cỡ lớn có trở kháng nhỏ hơn dây cỡ nhỏ nên làm suy hao tín hiệu ít hơn và tín hiệu có thể truyền được đến khoảng cách lớn hơn. Dó nhiên sử dụng dây cỡ lớn sẽ làm tăng nhanh chi phí cho mạng cáp tính trung bình trên từng metre dây. Vì vậy các công ty khai thác điện thoại thiết kế mạng cáp sử dụng cỡ dây nhỏ nhất có thể được cho dòch vụ truyền tải. Ở Bắc Mỹ (Hoa Kỳ, Gia Nã Đại và Mễ Tây Cơ), mạng cáp nội hạt thường là 24AWG và 26AWG. Quy tắc thiết kế được hầu hết các công ty điện thoại sử dụng là dùng cỡ dây nhỏ hơn một chút cho các vòng thuê bao gần tổng đài nội hạt để tiết kiệm tối đa khoảng không gian chiếm chỗ và dùng cỡ dây lớn hơn một chút cho các vòng thuê bao xa để mở rộng tối đa chiều dài vòng thuê bao. Trong hầu hết các thò trường ngoài Bắc Mỹ cỡ dây được xác đònh bằng đường kính với đơn vò đo là milimetre. Chẳng hạn 0,4 mm tương đương với 26 AWG và 0,5 mm tương đương với 24 AWG là các cỡ dây được sử dụng nhiều nhất trong khi ở các quốc gia đang phát triển đôi khi cỡ dây được sử dụng ở các vùng dân cư mới đã tăng lên đến 0,6 mm hay 0,9 mm. Sự không đồng nhất cỡ dây đã tăng thêm thách thức trong việc xác đònh thực hiện từng loại hệ thống DSL cho từng loại vòng thuê bao riêng biệt. Vào những năm đầu của thập kỷ 80 trong thế kỷ trước, các nhà cung cấp thiết bò đã đầu tư phát triển hướng đến ISDN tốc độ cơ sở cung cấp 2 kênh B (Binary channel) 64 kbps và một kênh D (Digital channel) dùng cho báo hiệu và truyền dữ liệu. Các bit dữ liệu nghiệp vụ thêm vào làm cho tốc độ đường truyền phải lên đến 160 kbps. Điều chủ yếu để đường dây ISDN có thể kéo dài đến 6000 m là sử dụng các vòng thuê bao cáp đồng không có cuộn phụ tải. Tuy nhiên kỹ thuật mã AMI đòi hỏi phải truyền tải ở tốc độ nhỏ hơn 160 000 Hz. Vào năm 1988 người ta tăng hiệu quả của mã AMI lên gấp đôi bằng cách sử dụng truyền tải 2 bit thông tin trên mỗi chu kỳ tín hiệu hình sine hay baud. Mã đường dây này được gọi là mã 2 bit nhò phân một tín chữ số tứ phân (2B1Q: 2 Binary 1 Quaternary). Mã 2B1Q trên đường truyền BRI của ISDN sử dụng tầm tần số từ 0 đến xấp xỉ 80 000Hz và đạt đến tầm liên lạc 6 000 m. Năng lượng điện được truyền trên cáp đồng là sóng đã được điều chế và nó phát xạ năng lượng qua các vòng dây đồng lân cận trong cùng một bó cáp. Sự ghép năng lượng điện từ này gọi là xuyên kênh (crosstalk). Trong mạng điện thoại các dây dẫn đồng Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 43 cách điện được bó với nhau thành một chão cáp. Các hệ thống kế cận trong một chão cáp phát hoặc thu thông tin trong cùng một tầm tần số có thể tạo ra nhiễu xuyên kênh đáng kể. Đó là do tín hiệu xuyên kênh cảm kháng kết hợp với tín hiệu truyền trên đường dây. Kết quả là dạng sóng có hình dáng khác xa với dạng sóng được truyền đi. Xuyên kênh có thể phân thành 2 loại: - Xuyên kênh đầu gần (NEXT: Near End Crosstalk) là đáng kể nhất do tín hiệu năng lượng lớn từ các mạch kế cận có thể cảm ứng tạo ra xuyên kênh tương đối mạnh lên tín hiệu nguyên thủy. - Xuyên kênh đầu xa (FEXT: Far End Crosstalk) thường nhỏ hơn nhiều so với xuyên kênh đầu gần vì tín hiệu đầu xa bò suy hao khi nó chạy trên vòng thuê bao. Hình 2.8 Mô hình khái niệm NEXT/FEXT Xuyên kênh là yếu tố rất quan trọng trong việc thực hiện nhiều hệ thống. Vì vậy, việc thực hiện hệ thống DSL thường được nói đến kèm theo sự hiện diện của các hệ thống khác có khả năng tạo ra xuyên kênh. Chẳng hạn, độ dài tối đa của vòng thuê bao của một hệ thống DSL có thể được nói đến kèm theo sự hiện diện của 49 tác nhân gây nhiễu ISDN hay 24 tác nhân gây nhiễu HDSL nghóa là DSL đang sử dụng nằm trong một bó cáp 50 đôi có 49 đôi dây ISDN hoặc 24 mạch 4 dây HDSL. Vì vậy, các tham số thực hiện sẽ còn có tác dụng trong một thời gian dài. Phát và thu thông tin trên cùng một phổ tần số sẽ tự tạo ra nhiễu trong chính một vòng thuê bao. Nhiễu này khác với xuyên kênh vì dạng sóng ở phát đã được máy thu cùng đầu dây biết trước và có thể được loại trừ một cách hiệu quả từ tín hiệu thu đã bò suy hao. Phương pháp loại trừ thành phần sóng phát gọi là triệt tiếng dội (echo cancellation). Khi tác động của suy hao và nhiễu không lớn lắm thì các hệ thống DSL có thể phục hồi lại chính xác tín hiệu dưới dạng số. Tuy nhiên, khi tác động của các hiện tượng này khá lớn thì tín hiệu sẽ không phục hồi được chính xác ở đầu thu và sẽ xảy ra sai nhầm trong chuỗi bit phục hồi. Một vài hệ thống DSL dùng các phổ tần khác nhau để phát và thu tín hiệu. Phương pháp tách biệt tần số này gọi là ghép kênh phân tần (FDM: Frequency Division Multiplexing). Ưu điểm của của các hệ thống FDM so với các hệ thống triệt tiếng dội là loại trừ được xuyên kênh đầu gần NEXT vì hệ thống không thu tín hiệu cùng tần số với tín hiệu phát của các hệ thống lân cận. Xuyên kênh còn lại là FEXT nhưng FEXT xuyên kênh rất yếu do nguồn tạo ra FEXT ở tận đầu bên kia của vòng thuê bao làm suy hao FEXT rất nhiều. Vì vậy, các hệ thống FDM thường chống nhiễu từ các hệ thống lân cận tốt hơn so với các hệ thống triệt tiếng dội. Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 44 Một hiện tượng khá lý thú cần lưu ý là các hệ thống triệt tiếng dội tạo ra tự xuyên kênh (self NEXT). Tự xuyên kênh tạo ra nhiễu đáng kể cho các hệ thống triệt tiếng dội khác trong cùng một chão cáp. Vì vậy việc sử dụng nhiều hệ thống triệt tiếng dội giống nhau sẽ làm giảm khả năng kéo dài vòng thuê bao của cả nhóm trong cùng một chão cáp. Ví dụ, một hệ thống HSDL T1 dựa trên CAP hay 2B1Q riêng lẻ có thể đạt được độ dài 4 Km. Tuy nhiên khi thêm vài hệ thống dựa trên CAP hay 2B1Q thì độ dài vòng thuê bao tối đa chỉ còn 3 Km hay ngắn hơn nữa. Hiện tượng này hầu như xảy ra ở hầu hết các đường dây thuê bao số sử dụng phương pháp triệt tiếng dội. Do vậy khi chọn công nghệ DSL các nhà cung cấp dòch vụ phải kiểm tra việc thực hiện hệ thống với sự hiện diện của NEXT chắc chắn sẽ tồn tại khi có nhiều dòch vụ được sử dụng. Cách xử lý kỹ thuật của các hệ thống FDM là các tín hiệu của 2 chiều upstream và downstream chiếm giữ tầm tần số lớn hơn nhiều so với các hệ thống triệt tiếng dội chồng chập tín hiệu thu và phát làm giảm chiều dài tối đa của vòng thuê bao. Trong nhiều trường hợp suy hao là yếu tố chính khi thực hiện còn trong các trường hợp khác xuyên kênh lại là nhân tố ảnh hưởng chính. Vì vậy việc vận dụng tối ưu thay đổi tuỳ theo môi trường làm việc. Trong môi trường có các hệ thống giới hạn xuyên kênh đầu gần thì hệ thống triệt tiếng dội tỏ ra tốt hơn còn trong môi trường mà xuyên kênh đầu gần lấn át thì hệ thống FDM thực hiện tốt hơn. Hình 2.9 Đặc tính phổ tần của hệ thống tín hiệu triệt tiếng dội EC so với hệ thống tín hiệu ghép phân tần FDM Một cách để quản lý chắc chắn xuyên kênh là đầu tiên phải khảo sát các dòch vụ được sử dụng trong cùng một bó cáp và tránh việc những dòch vụ này tạo ra xuyên kênh. Ví dụ: phổ của đường truyền T1 AMI hay đường truyền E1 HDB3 ảnh hưởng xuyên kênh đến hầu hết các đường dây DSL. Do vậy, hầu hết các nhà cung cấp dòch vụ theo một quy tắc là không cho phép sử dụng các dòch vụ T1 hay E1 trong cùng một bó cáp với các đường dây DSL. Trong một cố gắng để kích thích sự cạnh tranh trên thò trường FCC đã tổ chức một hội nghò bàn tròn về quản lý phổ (Spectrum management) vào tháng 10 năm 1998 để đạt được tiêu chuẩn công nghiệp cho phép các nhà cung cấp dòch vụ khác nhau cùng chia nhau mạng cáp với các sản phẩm cạnh tranh. Kết quả của hội nghò bàn tròn là uỷ ban ANSI T1E1.4 (ANSI: American National Standardization Institute) được yêu cầu phát triển một tiêu chuẩn quản lý phổ vì những kinh nghiệm của họ trong lónh vực tiêu chuẩn hoá công nghệ thuê bao nội hạt. Tiến trình vẫn rất chậm chạp do phải đạt được quan hệ cân bằng giữa các tổ chức quản lý mạng và các nhà cung cấp dòch vụ. Tuy nhiên người ta mong đợi thỏa thuận sẽ đạt được một thời gian ngắn sắp tới với sự thông Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 45 qua của FCC về những vấn đề cơ bản của tiêu chuẩn trong tương lai. Nền công nghiệp sẽ sử dụng tiêu chuẩn này làm cơ sở cho phát triển công nghệ và các quy tắc sử dụng vòng thuê bao. Mục tiêu của tiêu chuẩn là cho phép đổi mới và cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dòch vụ cũng như giữa các nhà cung cấp thiết bò trong khi vẫn bảo vệ các dòch vụ hiện có. Điều này có được từ các hạn chế về công suất phát, tần số tín hiệu và độ dài vòng thuê bao. Chín nhóm quản lý tần số được xây dựng bao gồm phổ tần số của các độ rộng khác nhau và giới hạn độ dài vòng thuê bao của chúng. Phổ tần số rộng hơn sẽ cho phép tốc độ số liệu cao hơn nhưng lại hạn chế độ dài vòng thuê bao nhiều hơn. 2.1.4 Các thành phần của hệ thống DSL Như đã đề cập ở các chương trước, cơ sở hạ tầng mạng cáp đồng hiện nay vốn được thiết kế để truyền tải dòch thoại và trên thực tế nó đã thực hiện rất xuất sắc. Tuy nhiên, mạng điện thoại hiện tại không thích hợp cho việc truyền dữ liệu tốc độ cao. Hình 2.18 minh hoạ một cấu hình mạng truyền thống cung cấp dòch vụ truyền số liệu tốc độ thấp (chẳng hạn, 28,8 kbps) và dữ liệu tốc độ cao. Ở phía khách hàng được bố trí một MODEM tương tự cung cấp kết nối tốc độ thấp với mạng truy nhập nội hạt hoặc một DSU (Digital Service Unit) hay NTU (Network Termination Unit) dùng cho kết nối tốc độ cao như các dòch vụ 56/64 kbps hay T1/E1. Khi chuyển từ thế giới tương tự tốc độ thấp sang thế giới số tốc độ cao người ta đã thực hiện một biến đổi quan trọng. Trong khi tín hiệu MODEM tương tự được truyền tải qua hệ thống chuyển mạch điện thoại (cung cấp khả năng quay số toàn thế giới) thì tất cả dữ liệu tốc độ cao đều đi vòng qua hệ thống chuyển mạch này. Đó là do các hệ thống chuyển mạch điện thoại không được thiết kế để truyền tải dữ liệu tốc độ cao. Hình 2.10 Truyền dữ liệu vào mạng điện thoại truyền thống Ở hình vẽ 2.10 người ta có thể bố trí các mạch dữ liệu số tốc độ cao qua vòng thuê bao, xuyên qua DACS (Digital Access and Cross-Connect System) và hệ thống truyền dẫn, vòng qua khỏi hệ thống chuyển mạch điện thoại. Về tổng quát có thể nói các dòch vụ dữ liệu số tốc độ thấp dựa trên kỹ thuật MODEM truyền thống tích hợp rất tốt với mạng điện thoại đơn thuần vì các hệ thống chuyển mạch điện thoại đã được tính đến Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 46 trong các giải pháp truyền số liệu này. Trong khi đó, các dòch vụ tốc độ cao phải được cấu hình trong một mạng chuyên biệt hoàn toàn tránh các hệ thống chuyển mạch điện thoại. Khái niệm này sẽ được mở rộng khi ta khảo sát các cấu hình riêng của DSL. Khi sử dụng công nghệ DSL trên vòng thuê bao sẽ cho phép thực hiện dòch vụ truy nhập tốc độ cao không cần bố trí các trạm tiếp vận. Khi sử dụng các dòch vụ dựa trên DSL dữ liệu nhận được ở tổng đài nội hạt đi vòng qua hệ thống chuyển mạch điện thoại và được tập trung, chuyển sang mạng liên đài. Như chúng ta sẽ thấy ở phần sau, một bộ DSLAM được sử dụng để tập hợp các kênh số liệu trước khi chuyển đi. Hơn nữa, ta sẽ thấy cách DSLAM sử dụng công nghệ ghép gói và tế bào vào TDM làm cho hiệu quả tốc độ tăng cao. Hình vẽ 2.11 minh hoạ một sơ đồ điển hình của mạng DSL. Mạng cần phải thiết lập một vài loại thiết bò mạng số liệu để thực hiện các dòch vụ số liệu tốc độ cao. Hình vẽ cũng cho thấy một DSLAM đa dòch vụ được bố trí ở tổng đài nội hạt và một điểm kết thúc DSL được lắp đặt ở văn phòng hoặc nhà riêng của thuê bao. Thường các điểm kết thúc DSL là các bộ MODEM, các bộ đònh tuyến (router) hay các thiết bò truy xuất tích hợp (IAD: Integrated Access Device) có khả năng chấp nhận cả thoại và số liệu. Tốc độ truyền dẫn có thể lên đến 8 Mbps hoặc hơn nữa tùy thuộc vào một số yếu tố bao gồm cả thiết bò, độ dài vòng thuê bao và tình trạng chất lượng vòng thuê bao. Hình 2.11 Sơ đồ điển hình dòch vụ dựa trên DSL Thành phần này cung cấp giao tiếp truyền dẫn chính cho hệ thống DSLAM. Thiết bò này có thể cung cấp các giao tiếp cụ thể như T1/E1, T3/E3, OC-1, OC-3, OC-12, STS- 1 và STS-3. Mạng thuê bao nội hạt tận dụng mạng thuê bao điện thoại liên đài làm cơ sở. Để cung cấp khả năng kết nối giữa các nhà cung cấp dòch vụ và người sử dụng dòch vụ cần phải lắp đặt thêm nhiều thiết bò như các hệ thống chuyển mạch frame relay, ATM và các bộ đònh tuyến. Các thiết bò chuyển mạch ATM đang ngày càng được sử dụng nhiều và các thế hệ DSLAM sắp tới sẽ bao gồm cả chuyển mạch ATM. Một khái niệm cần đề cập đến là nút truy nhập (AN: Access Node) là nơi đặt các thiết bò chuyển mạch và đònh tuyến. Tùy thuộc vào quy mô của mạng thuê bao và giá thành liên quan đến việc chuyển vận mà có thể bố trí một hay nhiều AN trên mạng thuê Kỹ thuật xDSL Đặng Quốc Anh 47 bao nội hạt. Với các thế hệ DSLAM mới được tích hợp cả AN kết hợp với các hệ thống chuyển mạch ATM. DSLAM được bố trí cạnh tổng đài nội hạt và là nền tảng của giải pháp DSL. Về mặt chức năng DSLAM tập hợp lưu lượng dữ liệu từ các vòng thuê bao DSL vào xương sống của mạng để kết nối với phần còn lại của mạng. DSLAM cung cấp dòch vụ vận chuyển gói số liệu, tế bào số liệu hay các ứng dụng chế độ mạch qua việc tập trung các đường dây DSL vào các ngõ ra 10Base-T, 100Base-T, T1/E1 T3/E3 hay ATM. Ngày nay một vài DSLAM đã được nhiệt đới hoá để có thể lắp đặt ở những vùng không có điều hoà nhiệt độ. Điều này cho phép lắp đặt các DSLAM tại các remote terminal hay các tủ đặt bên lề đường thay vì phải lắp đặt tại tổng đài nội hạt. Khả năng di chuyển DSLAM tới những vò trí xa tổng đài (cùng với công nghệ vòng thuê bao mở rộng) làm tăng nhanh ảnh hưởng của các nhà cung cấp dòch vụ, cho phép cung cấp dòch vụ đến những khách hàng mà bình thường DSL không thể vươn tới được. Ngoài chức năng tập trung thì tùy thuộc vào từng dòch vụ được cung cấp một DSLAM có thể có thêm các chức năng khác. Trong một vài trường hợp một DSLAM có thể có khả năng được yêu cầu mở các gói số liệu để thực hiện một tác vụ nào đó. Ví dụ, để hỗ trợ việc gán đòa chỉ IP động bằng DHCP (Dynamic Host Control Protocol) mỗi gói phải được xem xét để chuyển đến đích đúng của nó. Thiết bò kết thúc (endpoint) DSL MODEM/router là thiết bò đầu cuối phía người sử dụng dùng để kết nối người sử dụng dòch vụ với vòng thuê bao DSL. Kết nối kết thúc DSL thường là 10Base-T, V.35, ATM hay T1/E1. Các sản phẩm đời mới của người sử dụng cũng hỗ trợ các phương pháp giao tiếp internal khác như USB, IEEE 1394 hay PCI. Thêm vào đó thiết bò kết thúc DSL tại CPE (Customer Premises Equipment: thiết bò tài sản khách hàng) đang được phát triển với các cổng được thiết kế hỗ trợ cho từng ứng dụng riêng biệt như cổng RJ11 dành cho dòch vụ thoại, cổng video dành cho dòch vụ video dựa trên DSL và các giao tiếp mạng mới như Home PNA (Home Phoneline Networking Alliance) hay các giao tiếp mạng như Ethernet vô tuyến 802.11. Các thiết bò kết thúc DSL của tài sản khách hàng có một số cấu hình khác nhau tùy thuộc vào dòch vụ cụ thể được cung cấp. Ngoài việc cung cấp chức năng cơ bản của một MODEM DSL nhiều thiết bò kết thúc còn có thêm một số chức năng như đònh tuyến, ghép kênh TDM hay ghép kênh ATM. Các thiết bò DSL endpoint phải có các đặc tính sau: - có khả năng cung cấp thống kê quản lý lớp 1, lớp 2 như tỷ số SNR chẳng hạn, - có khả năng cung cấp thống kê MIB lớp 3 như đếm gói chẳng hạn, - phải hoàn toàn quản lý được từ phía các nhà cung cấp dòch vụ mà không cần cử nhân viên đến tận nơi, - hỗ trợ thực hiện giám sát trực tiếp để nhanh chóng dò sai hỏng, cách ly và thực hiện sửa chữa, - có khả năng tải từ xa các phần mềm nâng cấp, - giao tiếp tốt với các thiết bò của hãng khai thác trung gian như thiết bò truy xuất tích hợp IAD chẳng hạn. Các thiết bò kết thúc đònh tuyến đem lại sự mềm dẻo cho IP từ vò trí khách hàng. Với một thiết bò kết thúc IP-aware có thể tạo ra và duy trì được các mạng nội bộ, cho phép phân đoạn hiệu quả các LAN từ xa cũng như việc nhận dạng dòng dữ liệu downstream là multicast hay unicast. Vùng đa dòch vụ cũng có thể được các người sử dụng LAN từ xa tận dụng cùng lúc. Vùng đa dòch vụ trở nên quan trọng khi ta có một nhóm lớn các người sử dụng cần truy nhập các nhà cung cấp dòch vụ khác nhau. Các bộ . tín hiệu hình sine hay baud. Mã đường dây này được gọi là mã 2 bit nhò phân một tín chữ số tứ phân (2B1Q: 2 Binary 1 Quaternary). Mã 2B1Q trên đường truyền BRI của ISDN sử dụng tầm tần số từ 0. tốc độ thấp dựa trên kỹ thuật MODEM truyền thống tích hợp rất tốt với mạng điện thoại đơn thuần vì các hệ thống chuyển mạch điện thoại đã được tính đến Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp. Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 42 từ một đầu dây tới thiết bò thu ở đầu bên kia. Có 3 vấn đề nảy sinh khi