Tìm hiểu về công nghệ ADSL2+ và khả năng ứng dụng

Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng CHƯƠNG I . TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG VÀ MẠNG TRUY NHẬP 1.1. Mạng viễn thông hiện tại 1.1.1. Khái niệm về mạng viễn thông Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng. Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền dẫn và thiết bị đầu cuối. Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng Sinh viên thực hiện: TRẦN PHI HÙNG Lớp 46K - ĐTVT Giảng viên hướng dẫn: KS. ĐẶNG THÁI SƠN 10 Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng Hình 1.1. Các thành phần chính của mạng viễn thông  Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang. Các thuê bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt được nối vào tổng đài quá giang. Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế.  Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài hay giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền đưa tín hiệu thông tin. Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn giữa các tổng đài. Thiết bị truyền dẫn thuê bao thường là cáp kim loại tuy nhiên trong một số trường hợp có thể là cáp quang hoặc vô tuyến. Thiết bị truyền dẫn giữa các tổng đài thường là cáp quang đôi khi dùng cáp đồng trục, cáp xoán đôi hay viba…  Môi trường truyền dẫn bao gồm truyền dẫn vô tuyến và truyền dẫn hữu tuyến. Truyền dẫn hữu tuyến bao gồm dùng các cáp kim loại, cáp quang … để truyền tín hiệu. Truyền dẫn vô tuyến bao gồm viba và vệ tinh.  Thiết bị đầu cuối cho mạng truyền thông gồm máy điện thoại, máy Fax, máy tính, tổng đài PABX. Một cách khác có thể định nghĩa mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn. Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền dẫn tạo thành các cấp mạng khác nhau. Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT 11 Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng Hình 1.2: Cấu hình mạng cơ bản Mạng viễn thông hiện nay có cấu trúc khác nhau như: mạng lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng hay mạng thang. Các loại mạng này đều có nhược điểm và ưu điểm riêng phù hợp với từng vùng địa lý và lưu lượng. Về cơ bản mạng viễn thông được chia thành năm cấp nhưng trong từng trường hợp riêng có thể chỉ là bốn cấp, xu thế hiện nay cũng là giảm số cấp để quản lý thuận tiện và hiệu quả hơn. 1.1.2. Đặc điểm mạng viễn thông hiện nay Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó. Hiện tại có một số mạng truyền thống đang được khai thác như: mạng Telex, mạng điện thoại công cộng POTS (plane old telephone service), mạng truyền hình, mạng truyền số liệu, trong phạm vi cơ quan tổ chức hay văn phòng thì có mạng cục bộ LAN… Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác. Một số mạng điển hình đang khai thác :  PSTN (Publish Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại công cộng. PSTN phục vụ thoại bao gồm các tổng đài tương ứng với từng cấp. Hiện Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT 12 Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng mạng này đang được nâng cấp ở các tổng đài trung tâm cũng như phía đầu cuối khách hàng … để có thể khai thác thêm một số dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng này. Đây là một mạng rất phức tạp, rất cũ và rất rộng nhưng đóng vai trò rất lớn trong viễn thông.  ISDN (Intergrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp dịch vụ. ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng. Nó có nhiều cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào hiện trạng mạng viễn thông từng nơi. ISDN cung cấp nhiều kiểu kết nối với các tốc độ đáp ứng khác nhau do vậy có thể triển khai thêm một số dịch vụ mới so với PSTN tuy nhiên mạng này cũng không đủ khả năng thích ứng với sự phát triển của các loại hình dịch vụ ngày nay.  Mạng di động GSM (Glabol System For Mobile Telecom) là mạng cung cấp dịch vụ thoại như PSTN nhưng thông qua đường truy nhập vô tuyến. Mạng này chuyển mạch dựa trên công nghệ ghép kênh theo thời gian và công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số. Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ thu được lợi nhuận phần lớn từ các dịch vụ như Leased Line, Frame relay, ATM và các dịch vụ kết nối cơ bản. Tuy nhiên trong tương lai sẽ khác, lợi nhuận từ các dịch vụ trên sẽ giảm và đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ phải tìm ra các dịch vụ mới để khai thác và đảm bảo lợi nhuận. Trên con đường đó thì việc khai thác các dịch vụ dựa trên IP là một hướng đi đúng đắn và đã chứng tỏ rõ sự phù hợp qua một số dịch vụ mới được khai thác như dịch vụ mạng riêng ảo VPN… 1.1.3. Mạng viễn thông Việt Nam Nước ta hiện nay ngoài mạng chuyển mạch công cộng còn có các mạng của một số dịch vụ khác. Riêng mạng Telex là không kết nối vào mạng thoại của VNPT, các mạng khác đều kết nối vào mạng thoại của VNPT thông qua các đường trung kế các bộ tập chung các kênh thuê bao thông thường … Xét về khía cạnh hệ thống, mạng viễn thông Việt Nam gồm: mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập và các mạng chức năng Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT 13 Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng a. Hệ thống chuyển mạch Với cấu trúc mạng hiện nay thì mạng chuyển mạch của VNPT chia làm 4 cấp dựa trên các tổng đài chuyển tiếp quốc tế, chuyển tiếp quốc gia, nội tỉnh và nội hạt. Các tổng đài chuyển tiếp quốc tế được đặt tại ba trung tâm là Hà Nội, Tp HCM và Đà Nẵng, các tỉnh thành khác nhau có các cấu trúc mạng khác nhau với nhiều tổng đài Host. Các tổng đài hiện có phổ biến trên mạng viễn thông Việt Nam là: các tổng đài VKX liên doanh giữa Việt Nam và Hàn Quốc, A1000E của Alcatel, NEAX61∑ của NEC, AXE10 của Ericsson, EWSD của Siemens. Các công nghệ chuyển mạch đang sử dụng là chuyển mạch kênh cho mạng PSTN, X.25 cho mạng Frame relay và ATM cho truyền số liệu. Nhìn chung mạng chuyển mạch hiện nay còn nhiều cấp và việc điều khiển bị phân tán trong mạng (điều khiển nằm tại các tổng đài). b. Hệ thống truyền dẫn Mạng truyền dẫn của Việt Nam hiện nay sử dụng cả vô tuyến và hữu tuyến. Về vô tuyến có các hệ thống viba sử dụng công nghệ PDH bên cạnh đó còn có các đường truyền qua vệ tinh đi quốc tế. Trong truyền dẫn hữu tuyến thì phổ biến là cáp quang tuy vậy vẫn có những đoạn dùng các loại cáp khác. Về truyền dẫn quang thì Việt Nam đang khai thác các thiết bị của nhiều hãng khác nhau cho từng hệ thống. Các hệ thống truyền dẫn quang chủ yếu sử dụng công nghệ SDH với các cấp độ ghép các nhau như STM-4, STM-16 hay STM – 64 cho các tuyến liên tỉnh còn trong tỉnh có thể là STM-1 hay STM-4 tùy vào nhu cầu dung lượng thực tế và tương lai. Vừa qua VNPT đã đưa vào khai thác hệ thống truyền dẫn Backbone Bắc – Nam 20Gbit/s dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng DWDM sử dung thiết bị của Nortel c. Hệ thống báo hiệu Hiện tại mạng viễn thông Việt Nam sử dụng cả hai loại báo hiệu là R2 và SS7. Mạng báo hiệu SS7 đã và đang thay thế dần báo hiệu R2 trong từng công đoạn báo hiệu, tuy vậy với mạng thoại thì báo hiệu R2MFC vẫn được sử dụng phổ biến. Hệ thống SS7 đã được triển khai với một cấp STP (Signalling Transfer Point) tại ba trung tâm Hà Nội,Tp HCM và Đà Nẵng. Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT 14 Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng Hình 1.3. Hệ thống báo hiệu Việt Nam d. Hệ thống truy nhập Hiện tại trên mạng có nhiều loại truy nhập khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại mạng với từng loại dịch vụ. Trong di động, truyền hình ta có truy nhập vô tuyến với nhiều công nghệ khác nhau như MMDS, LMDS, GPRS, CDMA, FDAM…Gần đây còn có thêm truy nhập WLAN cũng được triển khai tại một số địa điểm. Về truy nhập hữu tuyến ta có truy nhập bằng thoại truyền thống, ADSL, truy nhập qua đường cáp truyền hình đường điện lực và công nghệ mong đợi sẽ là truy nhập quang tới từng hộ gia đình… e. Hệ thống quản lý Việt Nam đang trong quá trình xây dựng mạng quản lý tập trung NMS. Còn hiện tại thì mỗi hệ thống mạng riêng được quản lý bới các phương thức quản lý khác nhau. f. Hệ thống đồng bộ Mạng đồng bộ Việt Nam hoạt động theo nguyên tắc chủ tớ có dự phòng, bao gồm 4 cấp và hai loại giao diện chuyển giao tín hiệu đồng bộ chủ yếu là 2MHz và 2Mb/s. Mạng được phân chia làm 3 vùng độc lập, mỗi vùng có hai đồng hồ mẫu, một đồng hồ chính (Ceecium) và một đồng hồ dự phòng (GSP). Các đồng hồ được đặt tại trung tâm của 3 vùng và được điều khiển theo nguyên tắc chủ tớ. Các tổng đài quốc tế và tổng đài Toll trong mỗi vùng được điều khiển bởi đồng hồ chủ theo phương thức chủ tớ. Các tổng đài Tandem và Host tại các tỉnh hoạt động bám theo các tổng đài Toll và các tổng đài RSS đồng bộ theo tổng đài Host mà nó đấu tới, tất cả đều theo phương thức chủ tớ. Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT 15 Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng 1.1.4. Xu hướng phát triển ở Việt Nam Những năm gần đây, mạng lưới viễn thông Việt Nam đã có bước phát triển vượt bậc. 100% tỉnh, thành phố đã có tổng đài điện tử kỹ thuật số; 88,1% xã đã có điện thoại với trên 7 triệu thuê bao điện thoại, đạt mức độ 7 máy/100 dân. Về mạng truyền dẫn, ngoài mạng liên tỉnh và nội tỉnh, còn có mạng đường trục Bắc – Nam sử dụng cáp quang và vi ba số. Mạng viễn thông quốc tế có 8 trạm mặt đất thông tin vệ tinh Intersputnik, Intersat và 3 tổng đài quốc tế đặt tại Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và Đà Nẵng. Hiện nay, mạng này kết nối với mạng cáp quang biển quốc tế TVH (Thái Lan – Việt Nam – Hồng Kông) và mạng cáp quang SCS (Trung Quốc – Việt Nam – Lào – Thái Lan – Malaysia - Singapore). Đồng thời, Việt Nam cũng được tham gia khai thác tuyến cáp quang biển SEA-ME-WE3 nối từ Châu Âu sang Châu Á. Về thông tin di động, ba mạng VinaPhone, viettel và Mobifone phủ sóng 64/64 tỉnh, thành phố với tổng số hơn 3 triệu thuê bao đã thực hiện roaming và ứng dụng công nghệ mạng thông minh (Intelligent Network) để gia tăng các loại hình dịch vụ. Về mạng truyền dữ liệu, có 2 tổng đài Frame Relay Gateway quốc tế đặt tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Về mạng báo hiệu, hiện nay trên mạng viễn thông Việt Nam sử dụng cả hai loại báo hiệu R2 và SS7. Mạng báo hiệu số 7 (SS7) được đưa vào khai thác tại Việt Nam theo chiến lược triển khai từ trên xuống dưới theo tiêu chuẩn của ITU (khai thác thử nghiệm từ năm 1995 tại VTN và VTI). Cho đến nay, mạng báo hiệu số 7 đã hình thành với một cấp STP (Điểm chuyển mạch báo hiệu) tại 3 trung tâm (Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh) của 3 khu vực (Bắc, Trung, Nam) và đã phục vụ khá hiệu quả. Về mạng đồng bộ, hiện nay VNPT đã thực hiện xây dựng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 với ba đồng hồ chủ PRC tại Hà Nội, Đà Nẵng, TP Hồ Chí Minh và một số đồng hồ thứ cấp SSU. Mạng đồng bộ Việt Nam hoạt động theo nguyên tắc chủ tớ có dự phòng, bao gồm 4 cấp, hai loại giao diện chuyển giao tín hiệu đồng bộ chủ yếu là 2 MHz và 2 Mb/s. Pha 3 của quá trình phát triển mạng đồng bộ đang được triển khai nhằm nâng cao hơn nữa chất lượng mạng và chất lượng dịch vụ. Theo đánh giá của các chuyên gia viễn thông, trước sự phát triển nhanh chóng của các mạng dữ liệu (dẫn đầu là mạng Internet với tốc độ tăng 200%/năm) và sự thay đổi không ngừng của công nghệ, mạng viễn thông Việt Nam nhất thiết phải có sự thay Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT 16 Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng đổi về công nghệ để theo kịp nhịp độ phát triển và nhu cầu của người sử dụng. Xu hướng phát triển mới hiện nay là hội tụ viễn thông - tin học: hội tụ về loại hình thông tin như: thoại, dữ liệu, âm nhạc và hình ảnh; Về ứng dụng như: Mạng riêng ảo-IP (IP- VPN), trung tâm-IP (IP-Center) hay bản tin hợp nhất (Unified Messaging); Về hình thức truy nhập như: Mạng chuyển mạch công cộng (PSTN), đường dây thuê bao số (xDSL), IP, cáp, vô tuyến, vệ tinh; và về thiết bị như: điện thoại, máy tính, máy di động Việc hội tụ viễn thông – tin học phải được thực hiện dựa trên nguyên tắc tạo ra một mạng có hạ tầng thông tin duy nhất; dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ nhanh chóng, đa dạng, hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động, giữa vô tuyến và hữu tuyến, và tích hợp cộng nghệ viễn thông, tin học. Yêu cầu đặt ra là mạng phải có cấu trúc đơn giản, linh hoạt, có tính mở, cung cấp các dịch vụ thoại và truyền số liệu trên cơ sở hạ tầng thông tin thống nhất . đáp ứng mục tiêu đa dạng hoá dịch vụ với giá thành thấp, giảm thiểu thời gian đưa dịch vụ mới ra thị trường, giảm chi phí khai thác mạng và dịch vụ đồng thời nâng cao hiệu quả đầu tư và tạo nguồn doanh thu mới ngoài doanh thu ngoài doanh thu từ các dịch vụ truyền thống. Theo định hướng đến năm 2015 của VNPT, mạng lưới viễn thông Việt Nam sẽ được phát triển theo hướng tích hợp giữa hai mạng thoại và dữ liệu và đưa ra mô hình mạng thế hệ kế tiếp NGN (Next Generation Network), gồm bốn lớp: lớp ứng dụng và dịch vụ, lớp điều khiển, lớp truyền tải và lớp truy nhập. 1.1.5. Xu hướng phát triển trên thế giới Thế giới đang bước vào kỷ nguyên thông tin mới bắt nguồn từ công nghệ, đa phương tiện, những biến động xã hội, toàn cầu hoá trong kinh doanh và giải trí, phát triển ngày càng nhiều khách hàng sử dụng phương tiện điện tử. Biểu hiện đầu tiên của xa lộ thông tin là Internet, sự phát triển của nó là minh hoạ sinh động cho những động thái hướng tới xã hội thông tin. Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển của các dịch vụ viễn thông. Mềm dẻo, linh hoạt và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu hướng tới của chúng. Nhiều loại hình dịch vụ viễn thông mới đã ra đời đáp ứng nhu cầu thông tin ngày càng cao của khách hàng. Dịch vụ ngày nay đã có những thay đổi về căn bản so với dịch vụ truyền thống trước đây (chẳng hạn như thoại). Lưu lượng thông tin cuộc gọi là sự hoà Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT 17 Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng trộn của các dịch vụ thoại và phi thoại. Lưu lượng phi thoại liên tục gia tăng và biến động rất nhiều. Hơn nữa cuộc gọi số liệu diễn ra trong khoảng thời gian tương đối dài so với thoại thông thường (chỉ vài phút). Chính những điều này đã gây một áp lực cho mạng viễn thông hiện nay, phải đảm bảo truyền tải thông tin tốc độ cao với giá thành hạ. Ở một góc độ khác, sự ra đời của những dịch vụ mới này đòi hỏi phải có công nghệ thực thi tiên tiến. Việc chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang công nghệ số đã đem lại sức sống mới cho mạng viễn thông. Tuy nhiên, những loại hình dịch vụ trên luôn đòi hỏi nhà khai thác phải đầu tư nghiên cứu những công nghệ viễn thông mới ở cả lĩnh vực mạng và chế tạo thiết bị. Cấu hình mạng hợp lí và sử dụng các công nghệ chuyển giao thông tin tiên tiến là thử thách đối với nhà khai thác cũng như sản xuất thiết bị. Có thể khẳng định giai đoạn hiện nay là giai đoạn chuyển dịch giữa công nghệ thế hệ cũ (chuyển mạch kênh) sang dần công nghệ mới (chuyển mạch gói), điều đó không chỉ diễn ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trong các công ty khai thác dịch vụ, trong cách tiếp cận của các nhà khai thác khi cung cấp dịch vụ cho khách hàng. 1.2. Mạng PSTN và NGN 1.2.1. Mạng PSTN Sau hơn 120 năm sau khi máy điện thoại được phát minh, mạng điện thoại đã được triển khai rộng khắp trên toàn thế giới. Nhu cầu của con người là không có giới hạn và do đó các nhà cung cấp dịch vụ phải không ngừng phát triển dịch vụ cũng như cơ sở hạ tầng viễn thông để đáp ứng một cách tốt nhất các yêu cầu của khách hàng. Các công ty điện thoại đã có một khối lượng đầu tư khổng lồ vào mạng điện thoại. Ban đầu, các thiết kế chủ yếu được tính toán dành cho dịch vụ thoại. Nhưng trong thời gian gần đây, cùng với sự bùng nổ của Internet trên toàn cầu rất nhiều dịch vụ mới đã ra đời. Các dịch vụ này nói chung là có yêu cầu về độ rộng băng tần ngày càng lớn và không đối xứng. Do đó nó yêu cầu một cơ sở hạ tầng phải được nâng cấp và hiện đại hoá để có thể cung cấp được các dịch vụ này tới mọi khách hàng ở mọi nơi, mọi lúc. Hình 1.4 dưới đây mô tả một mạng viễn thông điện thoại điển hình. Trong mạng này, các thiết bị thuê bao được kết nối tới các tổng đài nội hạt thông qua một mạch vòng đường dây thuê bao. Nó được kết cuối tới tổng đài tại giá phối dây chính MDF (Main Distribution Frame). Các tổng đài được kết nối với nhau qua mạng Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT 18 Đồ án tốt nghiệp đại học Công nghệ ADSL2+ và ứng dụng liên đài (Inter-CO network). Với các tiến bộ của công nghệ truyền dẫn quang SDH (Synchronous Digital Hierrachy), hầu như các mạng liên đài đã được quang hoá toàn diện và đã đảm bảo đáp ứng được nhu cầu cung cấp các dịch vụ tốc độ cao cho các thuê bao. Nó có thể đảm bảo phục vụ cho tốc độ số liệu đường trục lên tới hàng chục Gbít. Hình 1.4. Mô hình mạng viễn thông hiện đại Tuy nhiên, khi nhìn ở góc độ mạng truy nhập vấn đề lại hoàn toàn khác. Hiện nay có trên một tỷ đường dây thuê bao trong mạng điện thoại PSTN trên toàn thế giới. Trong đó, hơn 95% là cáp xoắn đôi dành cho dịch vụ thoại thuần tuý và chiếm một tỷ lệ lớn trong vốn đầu tư vào cơ sở hạ tầng của các nhà cung cấp dịch vụ. Nhưng hệ thống này lại có một số hạn chế làm ảnh hưởng rất lớn đến khả năng cung cấp các dịch vụ truyền số liệu - là các nhu cầu gần như thiết yếu hiện nay. 1.2.2. Mạng NGN Mạng thế hệ sau NGN được xuất hiện vào cuối những năm 90 để đối mặt với một số vấn đề nổi lên trong viễn thông được đặc tính hóa bởi rất nhiều nhân tố: mở cửa cạnh tranh giữa các nhà khai thác trên toàn cầu trên cơ sở bãi bỏ những quy định lạc hậu về thị trường, khai thác lưu lượng dữ liệu được sử dụng trong Internet, Đinh Văn Thăng 46K - ĐTVT Hệ thống truyền dẫn Chuyển mạch thoại MDF Hệ thống DLC CO Inter-CO Network Các mạng cung cấp dịch vụ CO CO Mạng cung cấp các dịch vụ Mạng truy nhập DLC 19