3.1 Sự ra đời và chuẩn hoá của ADSL
ADSL hiện đang là công nghệ được chú ý nhất trong họ công nghệ xDSL. Hai đặc điểm riêng để phân biệt ADSL với các công nghệ DSL khác là truyền hai chiều tốc độ không đối xứng và cho phép truyền đồng thời cả tín hiệu thoại và số liệu trên một đôi dây đồng. Phần này sẽ đề cập tới lý do ra đời và sự chuẩn hoá của công nghệ này.
Xét trên một mạch vòng thuê bao giữa tổng đài và một khách hàng thì kênh hướng lên và hướng xuống có cùng một giới hạn băng thông nên dung lợng kênh chỉ phụ thuộc vào SNR theo mỗi hướng. Cấu trúc mạng truy nhập cáp đồng bao gồm những bó cáp nhiều đôi kéo từ tổng đài tới điểm phân phối rồi toả ra từng đôi dây tới từng nhà thuê bao. Do vậy, môi trường tạp âm phía tổng đài rất lớn gồm tất cả các thành phần tạp âm của từng đôi dây đồng và cả thành phần xuyên âm giữa các đôi dây trong cùng một bó và giữa các bó cáp với nhau. Khi tới gần đầu thuê bao, số đôi dây đồng ít đi nên xuyên âm trung bình ít hơn. Nghiên cứu đặc điểm này của mạch vòng thuê bao người ta thấy rằng : mặc dù công suất phát tín hiệu có thể đạt như nhau song trong quá trình truyền trên mạch vòng thì tín hiệu phát lên từ thuê bao đã bị suy hao nhiều nên SNR của kênh hướng lên tại tổng đài nhỏ hơn SNR của kênh hướng xuống tại thuê bao. Vì vậy dung lượng kênh hướng xuống đạt được cao hơn dung lượng kênh hướng lên hay nói cách khác chỉ có thể phát tín hiệu ở tốc độ lớn hơn từ tổng đài tới thuê bao xa chứ khó đạt được điều ngược lại. Điều này cũng phù hợp với nhu cầu của phần lớn khách hàng là cần tải về khối lượng dữ liệu lớn hơn là phát đi (ví dụ như truy cập Internet). Công nghệ đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL đã ra đời để giải quyết yêu cầu này từ ý tưởng của Dr. Joseph Lechleider ở hãng Bellcore từ năm 1989.
ADSL truyền tải cả thông tin số và tương tự trên một đôi dây đồng. Kênh truyền dẫn ADSL có thể được chia thành nhiều kênh số liệu tốc độ cao và cùng lúc phục vụ cho cả dịch vụ thoaị. Kênh ISDN và POTS được tách từ modem số nhờ các bộ lọc. Điều này cho phép truyền tín hiệu POTS và ISDN ngay cả khi hệ thống truyền số liệu tốc độ cao làm việc. Các kênh hướng xuống có thể đạt tốc độ 1,58 Mbit/s và kênh hướng lên từ 16 kbit/s640 kbit/s. Mỗi kênh số liệu có thể phân chia nhỏ hơn thành nhiều kênh tốc độ thấp hơn nếu cần (ví dụ một kênh cho truyền hình số và một kênh để truy nhập Internet). Tốc độ truyền số liệu tối đa của các modem ADSL thay đổi tuỳ khoảng cách từ thuê bao tới tổng đài, các mức nhiễu, cầu nối rẽ và chất lượng đường dây.
Ban đầu, ADSL được nghiên cứu ứng dụng cho dịch vụ video theo yêu cầu (VoD). Tốc độ dữ liệu luồng xuống trong lần thử nghiệm VoD đầu tiên là xấp xỉ 1,5 Mbit/s
đủ để phân phối các luồng video MPEG-1 theo khuyến nghị của CCITT H.226 và ITU MPEG. Tốc độ luồng lên khoảng 64 Kbit/s cũng đủ để người sử dụng gửi đi các yêu cầu đơn giản tới máy chủ video như lựa chọn chương trình, tạm dừng, tua thuận/nghịch …
Khi mạng Internet phát triển khắp nơi, ADSL rất phù hợp để đáp ứng nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao. Đường truyền dẫn ADSL cung cấp tốc độ dữ liệu tới 8 Mbit/s xuống khách hàng và 640 Kbit/s luồng lên mở rộng dung lượng truy nhập mà không cần lắp đặt thêm cáp mới. Ngoài ra, việc sử dụng ADSL sẽ chuyển lưu lượng dịch vụ Internet qua các mạng chuyển mạch gói hoặc ATM giúp hoạt động hiệu quả hơn, giải quyết được vấn đề tắc nghẽn trên mạng thoại.
ADSL ngày càng được chuẩn hoá một cách đầy đủ, ban đầu là ở tầng vật lý, tiếp đó là các giao thức tầng cao. ANSI đã đưa ra chuẩn hoá cho mã đường của ADSL là DMT, và sử dụng các phương pháp truyền dẫn song công như FDM hoặc EC và chuẩn của ANSI cho ADSL được phát hành vào năm 1995 với tên gọi là T.413i2. ITU dựa trên nhiều tham khảo của các tổ chức chuẩn hoá đã đưa ra một loạt các chuẩn cho ADSL gồm:
G.992.1 (G.dmt)- phiên bản quốc tế hoá của T1.413i2 với các phần phụ lục cho ADSL tốc độ đầy đủ
G.992.2 (G.lite)-chuẩn hoá ADSL lite để hỗ trợ cho thị trường Internet rộng lớn và các ứng dụng của khách hàng
G.994.1 (G.hs)-các thủ tục bắt tay
G.996.1 (G.test)- các thủ tục kiển tra cho các modem xDSL
G.997.1 (G.ploam)- các hoạt động, quản trị, bảo dưỡng tầng vật lý cho modem xDSL
ADSL forum quan tâm đến chuẩn hoá các giao thức tầng cao như ATM cho ADSL, truyền gói trên ADSL, các giao thức quản lý mạng…
Gần đây nhất, ADSL đã được xem như một phương tiện lý tưởng cho các ứng dụng viễn thông và truy cập Internet.
3.2 Cấu trúc hệ thống ADSL:
Mạch vòng thuê bao là một đôi dây đồng xoắn đôi nối cụm thuê bao và tổng đài trung tâm. Đối với ADSL full-rate (cung cấp tốc độ 6÷8 Mbit/s luồng xuống), bộ Splitter được lắp đặt tại cả hai đầu cuối mạch vòng. Phía khách hàng modem ADSL mà dây ADSL kết nối tới gọi là khối kết cuối ADSL đầu xa (ATU-R). ở phía tổng đài, các bộ Splitter được lắp đặt nơi các mạch vòng thuê bao kết cuối trên giá phối dây chính MDF, đầu ra có hai đôi dây. Đôi thứ nhất kết nối tới mạng chuyển mạch thoại để cung cấp dịch vụ thoại truyền thống. Đôi dây thứ hai kết nối tới khối kết cuối ADSL trung tâm (ATU-C).
Để truyền dẫn hiệu quả, các khối ATU-C được kết hợp với chức năng ghép kênh tạo nên bộ ghép kênh truy nhập DSL (DSLAM) trong tổng đài trung tâm và được kết nối tới mạng các nhà cung cấp dịch vụ. Cấu hình DSLAM gồm các ngăn giá, cấu trúc panel và môi trường hoạt động tối đa cho 500 đường ADSL. DSLAM được thiết kế để được đấu nối tới một chuyển mạch ATM hoặc một kết nối chéo ATM qua giao diện STM-1 155Mbit/s. Khởi đầu DSLAM chỉ yêu cầu cung cấp mạch ảo cố định PVC. Kênh chuyển mạch ảo SVC sẽ được yêu cầu để cung cấp cho chuyển tải IP và các dịch vụ khác. Sự chuyển đổi từ PVC sang SVC có thể nhờ nâng cấp phần mềm. Số liệu qua ADSL được đóng gói trong các tế bào ATM. DSLAM cần có khả năng xử lý các tế bào ATM để thực hiện ghép kênh lưu lượng thống kê. Tổng tốc độ các đường ADSL qua tất cả các khối ATU-C có thể lớn hơn tốc độ đường STM-1. Để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các kết nối ATM cần có các bộ đệm và hàng đợi. Đối với lưu lượng số liệu trên cơ sở TCP/IP thì giao diện số dành riêng là không hiệu quả và không cần thiết. Vì vậy tất cả các kênh ADSL có thể được ghép kênh thống kê bước đầu qua một mạng LAN ở tổng đài trung tâm trước khi được kết nối tới mạng chính truyền số liệu. Mỗi bộ thu phát ADSL yêu cầu một giao diện mạng LAN. Lưu lượng bên ngoài tới mạng LAN được kết nối tới một
mạng máy tính riêng hoặc công cộng thông qua một bộ định tuyến. Lưu lượng số liệu tập trung có thể kết nối hoặc không kết nối tới một mạng máy tính thông qua một chuyển mạch số. Vì tất cả các khối ATU-C đều gần nhau và mạng LAN chỉ có vai trò như một bộ tập trung lưu lượng nên chức năng của LAN và bộ định tuyến có thể được kết hợp lại tạo thành một bộ tập trung ATU-C. Bộ tập trung này có thể bao gồm cả DSLAM nếu giao thức ATM được thực hiện trên bộ tập trung và trên đường ADSL.
3.3 Mô hình tham chiếu của hệ thống ADSL
Mô hình hệ thống do ADSL Forum đưa ra:
Trong đó:
- Mạng băng rộng là hệ thống chuyển mạch với tốc độ trên 1,5/2,0 Mbps (tốc độ của luồng T1/E1).
- Mạng băng hẹp là hệ thống chuyển mạch với tốc độ dưới 1,5/2,0 Mbps (tốc độ của luồng T1/E1).
- Mạng phân bổ dữ liệu phía nhà thuê bao là hệ thống kết nối ATU-R tới các modul dịch vụ. Cấu hình kết nối có thể là điểm nối điểm hoặc điểm nối đa điểm, có thể là một đường dây nối hoặc một mạng tích cực.
- POTS là các dịch vụ thoại đơn thuần.
- PSTN là mạng chuyển mạch thoại công cộng.
- Module Dịch vụ (SM) thực hiện các chức năng thích ứng của thiết bị đầu cuối như các set - top box, các giao diện máy tính hay LAN router.
- Splitter bao gồm các bộ lọc thực thi chức năng tách các tín hiệu tần số cao (ADSL) được lắp đặt ở cả phía nhà cung cấp cũng như phía nhà thuê bao. Bộ
splitter có thể được tích hợp vào bộ ATU, tách rời về mặt vật lý khỏi ATU hay có bộ lọc thông cao tách rời khỏi bộ lọc thông thấp, trong đó chức năng bộ lọc thông thấp tách rời về mặt vật lý khỏi ATU. Trong một số trường hợp, POTS splitter và các chức năng thoại thông thường có thể được sử dụng.
- T-SM là giao diện giữa ATU-R và mạng phân bổ dữ liệu phía nhà thuê bao, nó có thể hoàn toàn giống giao diện T khi mạng chỉ là đường dây điểm nối điểm. Một ATU-R có thể có nhiều loại giao diện T-SM khác nhau (ví dụ như một giao diện T1/E1 và một giao diện Ethernet).
- T là giao diện giữa mạng phân bổ dữ liệu phía nhà thuê bao và các Module Dịch vụ. Nó có thể giống như T-SM khi mạng chỉ là đường dây điểm nối điểm. Chú ý rằng giao diện T có thể không tồn tại một cách vật lý khi ATU-R được tích hợp vào trong một Module dịch vụ.
- U-C là giao diện giữa POTS splitter và ATU-C. Chú ý rằng tiêu chuẩn ANSI T1.413 hiện không định nghĩa một giao diện như vậy và việc phân chia POTS splitter khỏi ATU-C làm nảy sinh một số khó khăn về mặt chuẩn hoá giao diện này.
- U-R là giao diện giữa mạch vòng thuê bao và ATU-R (analog).
- U-R2 là giao diện giữa POTS splitter và ATU-R. Chú ý rằng tiêu chuẩn ANSI T 1.413 hiện không định nghĩa một giao diện như vậy và việc phân chia POTS splitter khỏi ATU-R làm nảy sinh một số khó khăn về mặt tiêu chuẩn hoá giao diện này.
- U-C2 là giao diện giữa POST Splitter và ATU-C.
Các kênh mang của ADSL:
Một hệ thống ADSL có thể vận chuyển 7 kênh mang đồng thời. Tốc độ của các kênh mang có thể là 1,536 Mbit/s hoặc 2,048 Mbit/s là bội số của 32 Kbit/s – bước thay đổi tốc độ truyền của DMT.
Có 4 kênh mang một chiều độc lập hướng xuống được mang nhãn từ AS 0-AS3:
+ Kênh mang AS 0 mang tốc độ số liệu 32 Kbit/s÷6,144 Mbit/s
+ AS 1 mang tốc độ từ 32 Kbit/s ÷ 4,608 Mbit/s.
+ AS 2 mang tốc độ từ 32 Kbit/s ÷ 3,072 Mbit/s.
+ AS 3 mang tốc độ từ 32 Kbit/s ÷ 1,536 Mbit/s.
Tốc độ của các kênh đều là bội số của 32 Kbit/s. AS 0 là kênh bắt buộc phải cung cấp còn các kênh khác là tuỳ chọn.
Có 3 kênh mang hai chiều mang nhãn LS 0 – LS 2. Kênh mang LS 0 mang tốc độ số liệu 16 kbit/s và 32 ÷ 640 Kbit/s. LS 1và LS2 cũng mang tốc độ 32 ÷640 Kbit/s đều là bội số của 32Kbit/s. LS 0 là bắt buộc, LS 1 và LS 2 là tuỳ chọn. Tốc độ dữ
liệu 16 Kbit/s dành cho một kênh điều khiển bắt buộc gọi là kênh C. Mặc dù 3 kênh này truyền hai hướng nhưng chúng thường được sử dụng cho luồng số liệu hướng lên.