Các khái niệm ADSL cơ bản

Các khái niệm ADSL cơ bản

Tổng quan mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THUÊ BAO NỘI HẠT 1.1 Sự phát triển DSL 1.1.1 Xu hướng toàn cầu Trong “muà đông hạt nhân” năm 2001 sau kiện ngày tháng 11 thị trường viễn thông xuống DSL phát triển mạnh tăng 78% DSL vào đầu năm 2002 vươn lên dẫn đầu phương pháp truy xuất tốc độ cao toàn giới đạt 18,7 triệu thuê (theo Point Topic) bao vượt qua mặt đối thủ truyền kiếp cable modem 15 triệu thuê bao (theo Kinetic Strategies) Tuy nhiên, thị trường Bắc Mỹ số thuê bao DSL thua xa số thuê bao cable modem Số đường dây thuê bao số toàn giới tăng 36% tháng đầu năm 2002, từ 18,7 triệu lên đến 25,6 triệu So sút giảm so với tháng cuối năm 2001 tỷ lệ tăng trưởng 78% với 8,2 triệu đường dây lắp đặt Đây tháng có tỷ lệ phát triển thấp lịch sử ngắn ngủi DSL Hình 1.1 DSL tăng từ 880 000 đường dây năm 1999 lên 25,5 triệu đường dây vào cuối tháng năm 2002 Hình 1.2 Phân bố DSL giới tính đến 30 tháng năm 2002 Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp triển khai Nhưng nhìn vào trình phát triển DSL từ số 880 000 đường dây vào cuối năm 1999 đến 25,5 triệu đường dây vào cuối tháng năm thấy kết thời kỳ suy thoái khủng hoảng tài ngành viễn thông toàn giới dấu hiệu chựng lại lâu dài DSL Sự phát triển chậm lại vài vùng có tính thời vụ loại thị trường dịch vụ có xu hướng mạnh lên tháng cuối năm Hai cường quốc DSL Hàn Quốc Hoa Kỳ tình trạng chững lại theo thời vụ Thị trường Hàn Quốc đạt đến trạng thái bão hoà Hoa Kỳ phải đối mặt với khủng hoảng trầm trọng ngành viễn thông làm suy thoái tài đáng kể cho DSL Sự phát triển quốc gia khác đáng ý Nhật Bản hầu Tây Âu mạnh mẽ Tất quốc gia Hàn Quốc lâu đạt thị trường bão hoà 1.1.2 Các quốc gia vùng phát triển giới Vùng châu Á – Thái Bình Dương vùng phát triển DSL lớn với 10,7 triệu đường dây Vùng Bắc Mỹ 6,6 triệu đường dây Tây Âu gần lấp đầy chỗ trống lại Kế đó, vùng gây ý Nam Đông Á bao gồm Trung Quốc Ấn Độ với tổng số 1,1 triệu đường dây Phần lại giới bao gồm Mỹ La Tinh, Trung Đông châu Phi có tổng số 800 ngàn đường dây Tốc độ phát triển vùng ấn tượng Bắc Mỹ đạt tốc độ phát triển cao vào tháng cuối năm 2000 nên chậm lại Tuy nhiên, quốc gia châu Á – Thái Bình Dương dẫn đầu Hàn Quốc trở thành đối thủ cạnh tranh với Bắc Mỹ từ cuối năm 2000 ngày phát triển nhanh dù có chậm lại đôi chút tháng đầu năm 2002 Hiện thấy dấu hiệu cho cất cánh vùng Nam Đông Á, đặc biệt Trung Quốc Sự phát triển vùng khác (Mỹ La Tinh, Trung Đông, châu Phi Đông Âu) giai đoạn sơ khởi Tuy nhiên Ba Tây, Do Thái Estonia có mức độ phát triển tương đối Hình 1.3 Tốc độ tăng trưởng vùng: tiềm châu Á – Thái Bình Dương Tây Âu mạnh mẽ Về tổng số đường dây Hàn Quốc dẫn đầu Tuy nhiên, tương lai gần có lẽ bị Hoa Kỳ Nhật Bản qua mặt 12 tháng tới Hiện nay, Nhật Bản, Mỹ Đức phát triển nhanh Hàn Quốc Ba Tây cho thấy phát triển vượt bậc Trong 10 quốc gia có tỷ lệ phát triển nhanh tháng qua có đến quốc gia Tây Âu thống kê quốc gia có 100 000 đường Tổng quan mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh dây DSL Nga Mễ Tây Cơ có tỷ lệ phát triển cao số đường dây lại mức thấp Hình 1.4 Tổng số đường dây DSL 10 quốc gia dẫn đầu giới 1.1.3 Tỷ lệ phổ biến DSL Hàn Quốc dẫn đầu giới số đường dây DSL 100 dân Về số Đài Loan qua mặt Hương Cảng Đan Mạch qua mặt Gia Nã Đại Ấn tượng Nhật Bản vòng 18 tháng từ chỗ gần số không phát triển nhanh chóng lọt vào “top ten” giới số đường dây DSL 100 dân Hình 1.5 10 quốc gia dẫn đầu số đường dây lắp đặt tháng đầu năm 2002 Hình 1.6 10 quốc gia có tỷ lệ tăng trưởng DSL cao tháng đầu năm 2002 Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp triển khai Hình 1.7 10 quốc gia có tỷ lệ phổ biến DSL cao Trong Hoa Kỳ bị loại, đứng vị trí thứ 12 sau Tân Gia Ba Mặt khác Hoa Kỳ quốc gia có số thuê bao cable modem cao DSL (các quốc gia khác Gia Nã Đại, Hà Lan, Tân Gia Ba Úc Đại Lợi) Nhiều nước nhỏ lại có số đường dây DSL 100 dân cao Iceland với 5,3 Estonia Đông Âu lại có số 1,5 vượt qua Pháp, Ý Đại Lợi Liên Hiệp Anh 1.1.4 Xu hướng phát triển Hoa Kỳ dẫn đầu giới thị trường DSL ngày đầu nhanh chóng bị Hàn Quốc bắt kịp qua mặt Đức Nhật tiếp cận thị trường nhiều cách khác nhau, bắt đầu cất cánh từ năm 2001 tụt hậu so với Mỹ, Đại Hàn khoảng 15 tháng Hình 1.8 10 quốc gia có tỷ lệ đường dây PSTN chuyển sang DSL cao Cần nhận xét Mỹ Đại Hàn tháng cuối năm tỷ lệ phát triển cao tháng đầu năm Điều tương tự thị trường máy tính cá nhân hay điện thoại di động yếu tố phải kể đến dự báo Tình hình Hàn Quốc cho thấy dấu hiệu bão hoà dịch vụ thông tin tốc độ cao Cuối tháng năm 2002 Hàn Quốc có 3,3 triệu modem cáp đồng trục 5,7 triệu đường dây DSL, tương đương với 58 đường dây thông tin tốc độ cao 100 dân Trong đó, số kết nối Internet qua modem dial-up giảm xuống 520 ngàn hay đường dây 100 dân Rõ ràng phát triển thông tin tốc độ cao Hàn Quốc khó tăng thêm Tổng quan mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh Hình 1.9 Tình hình phát triển cường quốc DSL 1.1.5 Nguyên nhân phát triển DSL Với công nghệ DSL trở ngại kỹ thuật khắc phục dần Bên cạnh đó, hạ tầng sở pháp lý cho thông tin tốc độ cao ngày phát triển có chậm giảm bớt bất ổn đầu tư Khả DSL ngày phong phú có nhiều phiên cho DSL ADSL2 Splitterless ADSL2 ITU-T thông qua khuyến nghị 992.3 992.4 vào tháng năm 2002 Những phiên khác DSL đáp ứng nhu cầu điều kiện đường dây cụ thể Công nghệ DSL đáp ứng yêu cầu dịch vụ đòi hỏi thời gian thực, tốc độ cao mua sắm mạng, chơi trò chơi trực tuyến, chat, giáo dục, lên kế hoạch lại xem video 1.1.6 Triển vọng DSL Trong loại công nghệ truy xuất tốc độ cao DSL có tỷ lệ khách hàng doanh nghiệp cao nhất: 20% Với số đường dây tỷ giới DSL chiếm có 2,5% Dự báo đến cuối năm 2005 số đường dây DSL đạt đến số 200 triệu 1.2 Mạng viễn thông 1.2.1 Hiện trạng mạng điện thoại Các công ty điện thoại 120 năm qua có khối lượng đầu tư khổng lồ vào mạng điện thoại Ban đầu thiết kế chủ yếu dành cho dịch vụ thoại Sau đó, mạng điện thoại trải qua vô số lần đại hoá, nâng cấp sở hạ tầng để có tiến lớn kỹ thuật truyền dẫn, chuyển mạch Trên thực tế hệ thống truyền dẫn tốc độ cao sử dụng cáp quang có mặt tất công ty điện thoại hùng hậu toàn thề giới Sử dụng cáp quang cải thiện chất lượng dịch vụ, nâng cao khả lưu thoại giảm thiểu vận hành người Kết tổng đài điện thoại có khả cung cấp dịch vụ lớn Tuy nhiên, vấn đề có khác ta xét đến mạng truy xuất vòng thuê bao kết nối người sử dụng mạng điện thoại Từ vị trí thuê bao máy thiết bị đầu cuối kết nối với phận chuyển mạch tổng đài qua dàn MDF (Main Distribution Frame) Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp triển khai MDF điểm trung tâm kết thúc đường dây thuê bao tổng đài nội hạt Các tổng đài nội hạt kết nối với qua mạng liên đài (inter-CO network) Mạng liên đài bao gồm hệ thống kết nối – truy xuất số (DACS: Digital Access and Cross-connect Systems) thiết bị truyền dẫn PDH Gần mạng liên đài sử dụng công nghệ truyền dẫn tiên tiến SONET hay SDH Các công ty khai thác điện thoại không đủ khả xử lý lưu lượng gọi liệu Đó mạng điện thoại thiết kế để xử lý gọi điện thoại với thời gian sử dụng tương đối ngắn, thường kéo dài vài phút gọi số liệu kéo dài đến hàng Hệ người sử dụng thường xuyên bị nghẽn mạch, không thực gọi Một thuê bao Internet kết nối có xu hướng muốn giữ chúng mà không chịu log off sợ không kết nối lại gây lãng phí lớn cho tài nguyên phía người sử dụng mạng Hình 1.10 Mạng điện thoại điển hình 1.2.2 Hạn chế vòng thuê bao điện thoại DSL công nghệ truy xuất thiết bị DSL sử dụng mạng truy xuất nên phải từ mạng truy xuất nội hạt Mạng truy xuất nội hạt bao gồm vòng thuê bao nội hạt thiết bị liên quan nối từ vị trí người sử dụng tới tổng đài Mạng truy xuất điển hình gồm bó cáp mang hàng ngàn đôi cáp đến tập điểm phối cáp (FDI: Feeder Distribution Interface) Nhiều thuê bao cách xa tổng đài cần phải có vòng thuê bao dài Một vấn đề vòng thuê bao dài suy hao lượng tín hiệu điện làm cho tín hiệu suy yếu Điều tương tự tín hiệu vô tuyến, cách xa máy phát tín hiệu suy hao tỷ số tín hiệu nhiễu Các công ty điện thoại có cách để xử lý vòng thuê bao dài: Sử dụng cuộn tải để sửa đổi đặc tính điện vòng thuê bao cho phép truyền dẫn thoại chất lượng tốt qua khoảng cách dài Tổng quan mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh 5400m Khi cuộn tải đặt đường dây cách đặn 1800m cuộn Các cuộn tải không tương thích với đặc tính tần số cao truyền dẫn DSL phải tháo dỡ trước cung cấp dịch vụ dựa sở DSL Mức độ sử dụng cáp có tải mạng truy xuất nội hạt công ty điện thoại khác thường khoảng 20% số vòng thuê bao có dùng cuộn tải - Thiết lập nhiều thiết bị để tiếp nhận tín hiệu điểm trung gian để tập hợp tổng đài nội hạt Các điểm trung gian bao gồm thiết bị chuyển mạch thiết bị truyền dẫn dung lượng lớn hay đơn giản trung tâm tập trung dây (SWC: Serving Wire Center) thiết bị chuyển mạch lại có thiết bị truyền dẫn kết nối với tổng đài nội hạt Trong mạng điện thoại lúc đầu kết thúc vòng thuê bao cáp đồng trực tiếp tổng đài nội hạt trình bảo dưỡng đường dây thuê bao dài hậu việc phát triển nhiều đường dây thuê bao làm tất yếu phát sinh nhu cầu thay đổi kiến trúc mạng truy xuất nội hạt Cáp quang kết nối hiệu hàng ngàn thuê bao từ tổng đài đến tổng đài khác lại đắt tiền để kết nối đến thuê bao riêng lẻ Vì giải pháp dung hoà kết thúc đường dây thuê bao điểm trung gian gần với thuê bao gọi DLC (Digital Loop Carrier: Bộ cung cấp vòng thuê bao số) Những điểm trung gian gọi thiết bị đầu cuối DLC phía khách hàng (RT: remote terminal) Một thuận lợi kết thúc đường dây thuê bao thiết bị đầu cuối từ xa DLC giảm độ dài đường dây đồng vòng thuê bao cải thiện độ tin cậy dịch vụ Một thuận lợi dịch vụ điện thoại tuý (POTS: Plain Old Telephone Service) ghép lại thành luồng T1 hay E1 để truyền dẫn tới tổng đài nội hạt cáp quang Tuy nhiên, RT giải nhiều vấn đề dịch vụ điện thoại tuý lại tạo nhiều rắc rối triển khai cung cấp dịch vụ dựa sở DSL DSL cung cấp qua đường dây cáp đồng liên tục nên dịch vụ dựa DSL kết nối tới RT cổng DSL phải kết thúc RT để tín hiệu DSL biến đổi thành dạng tương thích với DLC Mức độ sử dụng DLC thay đổi tuỳ công ty điện thoại dao động từ không sử dụng hoàn toàn sử dụng cho khoảng 30% đường dây thuê bao mạng truy xuất nội hạt Hiện có tỷ đường dây thuê bao mạng PSTN (Public Switched Telephone Network) toàn giới Hơn 95% số cáp xoắn đôi dành cho dịch vụ điện thoại tuý Dịch vụ điện thoại tuý thiết kế để truyền tải âm thoại cần dải tần để bảo đảm trung thực từ 300 đến 3400Hz Dịch vụ dải hẹp vốn cung cấp cho điện thoại truyền dẫn tín hiệu modem tương tự tốc độ từ 9,6 tới Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp triển khai 33,6 kbps gần 56 kbps Một phần nhỏ PSTN cung cấp dịch vụ ISDN (Integrated Services Digital Netword) BRI (Basic Rate Interface) Vòng thuê bao tương tự sử dụng tốt hệ thống truyền tải thoại Tuy nhiên, không đủ khả để truyền tải ứng dụng khác liệu video Dải tần âm thoại từ 300 đến 3400KHz mã hoá PCM (Pulse Code Modulation: điều chế mã hoá xung) 64kbps Mạch vòng thuê bao mạng cáp nội hạt thiết kế cho yêu cầu âm thoại mà hoàn toàn không dành cho nhu cầu liệu video Mạch vòng thuê bao hạn chế dùng cho truyền tải số liệu video Ví dụ, đôi lúc truyền file liệu phải từ vài phút đến hàng tiếng đồng hồ Hình 1.11 Cuộn tải Hình 1.12 UDLC Tổng quan mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh Hình 1.13 IDLC Bridged tap nhánh rẽ đường dây thuê bao không nằm đường thoại trực tiếp tổng đài nội hạt thiết bị đầu cuối thuê bao Bridged tap đôi dây không sử dụng nối với điểm trung gian đoạn kéo dài đôi dây xa vị trí thiết bị đầu cuối thuê bao Hình 1.14 Nhánh rẽ Hình 1.15 Ảnh hưởng nhánh rẽ đến suy hao tín hiệu truyền đường dây Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp triển khai Mặt khác, hầu hết hệ thống xây dựng sở điện thoại sử dụng khe 64kbps có dung lượng (bandwith) cố định đối xứng Dung lượng cho gọi điện thoại không thay đổi suốt thời gian điện đàm thuê bao gọi bị gọi gác máy dung lượng sử dụng cho gọi khác Nếu thời gian gọi thuê bao im lặng dung lượng sử dụng 64kbps Trong loại ứng dụng khác liệu video lại cần dung lượng động, biến đổi bất đối xứng Theo nghiên cứu hãng Bell Labs (Bell Labs Technical Journal, (2), Spring, 1997, trang 42 – 67) hầu hết lưu lượng Internet bất đối xứng: lưu lượng gởi theo hướng nhiều hướng ngược lại dó nhiên hệ thống điện thoại có dung lượng đối xứng không tối ưu cho lưu lượng Internet Hình 1.16 Ảnh hưởng nhánh rẽ đến tỷ số SNR tín hiệu truyền đường dây Việc truy xuất Internet bị chậm chạp phần hạn chế mạch vòng thuê bao phần hạn chế khả cung cấp dịch vụ nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP: Internet Service Provider) không đáp ứng kịp nhu cầu Internet phát triển tăng vọt làm cho lưu lượng Internet tăng vọt Một ví dụ lần hạ giá thuê bao dịch vụ AOL (American Online) vào mùa thu năm 1996 cho phép truy xuất thoải mái Internet tháng giá $19,95 dẫn tới khả đáp ứng truy xuất 30 triệu Internet tháng AOL không chịu nỗi lưu lượng tăng lên đến 60 triệu tháng vào tháng 11 năm 1996 Người sử dụng AOL phải thường xuyên bị thông báo bận dịch vụ không thực làm cho nhiều người ngưng thuê bao AOL 1.3 Các phương pháp truy xuất 1.3.1 Modem tương tự Trong năm đầu lịch sử máy tính cách chừng 30 năm trước, kết nối mạng hoạt động tốc độ khoảng 300 đến 600 bit/s đủ Khoảng 10 năm gần modem 9.6kbps xem công cụ liên lạc tốc độ cao modem 9,6kbps thực tế đáp ứng nhiều ứng dụng nhiên thực chậm chạp ứng dụng liên quan đến đồ hoạ video Ví dụ: người sử dụng vào mạng để tải đồ thời tiết với tốc độ truyền liệu 9600bit/s phải 40 giây để tải đồ trắng đen chất lượng Với đồ màu độ phân giải cao phải chờ đến vài phút Ngay 10 ... tín hiệu nhiễu Các công ty điện thoại có cách để xử lý vòng thuê bao dài: Sử dụng cuộn tải để sửa đổi đặc tính điện vòng thuê bao cho phép truyền dẫn thoại chất lượng tốt qua khoảng cách dài Tổng... số đường dây Hàn Quốc dẫn đầu Tuy nhiên, tương lai gần có lẽ bị Hoa Kỳ Nhật Bản qua mặt 12 tháng tới Hiện nay, Nhật Bản, Mỹ Đức phát triển nhanh Hàn Quốc Ba Tây cho thấy phát triển vượt bậc Trong... phát triển có chậm giảm bớt bất ổn đầu tư Khả DSL ngày phong phú có nhiều phiên cho DSL ADSL2 Splitterless ADSL2 ITU-T thông qua khuyến nghị 992.3 992.4 vào tháng năm 2002 Những phiên khác DSL