Công nghệ truyền dẫn bằng cáp sợi quang phát triển, việc ứng dụng để truyền dẫn các dạng tín hiệu nhƣ voice, data và video trên cáp quang đạt hiệu quả lớn cả về chất lƣợng và giá thành. Công nghệ truyền dẫn hiện tại đang trong quá trình hoàn thiện và có bƣớc đột phá với công nghệ Ghép kênh theo bƣớc sóng. Sử dụng công nghệ ghép kênh sẽ làm giảm số lƣợng sợi cáp dễ dàng cho công tác bảo hành bảo trì khi sự cố xảy ra.
Qua khảo sát, đánh giá sơ bộ số lƣợng sợi còn lại không đủ để tiến hành triển khai nâng cấp cải tạo mạng đảm bảo tiêu chuẩn đặt ra là 500 khách hàng/1 Node quang. Do vậy cần phải phát triển công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng mới có thể thực hiện đƣợc. Các phƣơng thức ghép kênh nhƣ sau:
(i) Sử dụng công nghệ CWDM
Là công nghệ đƣợc phát triển từ năm 1980 và đƣợc thƣơng mại từ năm 1990. Ứng dụng rộng rãi vào năm 1996. Chuẩn bƣớc sóng sử dụng theo tiêu chuẩn ITU-T G.694.2 [17]. Phân bố kênh bao gồm 18 kênh với độ rộng 1 kênh là 20 nm.
Hiện tại, truyền dẫn tín hiệu đƣờng về cho các HUB đang sử dụng băng S, băng C và băng L.
Hình 3.23 Dải bƣớc sóng sử dụng cho viễn thông (1)
(ii) Sử dụng công nghệ DWDM
Hình 3.24 Dải bƣớc sóng sử dụng cho viễn thông (2)
Hình vẽ trên là dải bƣớc sóng sử dụng cho viễn thông. Theo ITU tại băng C đƣợc quy chuẩn bƣớc sóng DWDM do băng tần này có độ suy hao đƣờng truyền nhỏ đó đƣợc sử dụng để truyền dẫn tín hiệu quảng bá.
(iii) Lựa chọn phương án
- Đƣờng tín hiệu Forward, sử dụng phƣơng án truyền dẫn DWDM với 8 bƣớc sóng trong dải bƣớc sóng 1530 nm tới 1560nm (Dải này hiện nay phù hợp với các bộ khuếch đại quang hiện có) và mỗi bƣớc sóng sẽ đƣợc quy hoạch phát cho 8 Node quang với dung lƣợng mỗi node là 500 khách hàng.
- Đối với đƣờng tín hiệu Return, sử dụng phƣơng án truyền dẫn CWDM với 16 bƣớc sóng độ rộng là 20 nm (Sẽ thực hiện ghép 16 Node hoặc 8 Node quang truyền dẫn trên 01 sợi quang về trung tâm).
Lý do lựa chọn nhƣ sau:
- Các bộ khuếch đại quang hiện đang khai thác có dải bƣớc sóng từ 1530 đến 1560 nm. Khi phát triển hệ thống thì vẫn sử dụng các bộ khuếch đại này.
- Triển khai dịch vụ gia tăng mới chỉ cần bổ xung máy phát DWDM mà không ảnh hƣởng tới hệ thống đang khai thác.
- Phát triển dịch vụ FTTP truyền dẫn quang đến nhà dân (Sử dụng cặp bƣớc sóng cho đƣờng Down Stream và đƣờng UP Stream để truyền dẫn dịch vụ kênh riêng cho khách hàng).
Phương án thiết kế
Hƣớng phát: Mỗi máy phát sẽ phát cho 8 Node ở cùng một bƣớc sóng và 4 máy phát phát ở 4 bƣớc sóng khác nhau sẽ đƣợc ghép lại rồi đƣa đến bộ khuếch đại, khuếch đại tín hiệu truyền ra ngoài mạng cáp. Tại các măng sông trên mạng cáp sẽ thực hiện tách các bƣớc sóng, có thể thực hiện tách 1 hoặc 2 bƣớc sóng cùng lúc tuỳ thuộc vào cách bố trí vị trí các Node quang.
Optic Node DEM UX 16 DWDM Transmiter 04 DWDM Transmiter 03 DWDM Transmiter 02 DWDM Transmiter 01 D W DM 4
Nguyªn lý c¶i t¹o m¹ng
M¹ng c¸p quang Headend
MS MS
Receiver for return part
1/ 4 1/ 4 M UX 16 8x Optic Node
Hình 3.25 Sơ đồ tổng quát đƣợc triển khai nâng cấp mạng 3.3.3 Triển khai DOCSIS 3.0
3.3.3.1 Giới thiệu tổng quan về DOCSIS
(i) Lịch sử ra đời của DOCSIS
Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) là một chuẩn viễn thông quốc tế cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao trên mạng CATV. Nó đƣợc sử dụng bởi nhiều nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp để cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao nhƣ Internet, VoIP, IPTV… trên mạng HFC.
DOCSIS đƣợc phát triển bởi CableLabs với sự đóng góp của các công ty ARRIS, BigBand Networks, Broadcom, Cisco, Conexant, Correlant, Harmonic, Intel, Motorola, Netgear, Technicolor, Terayon, và Texas Instruments.
Phiên bản đầu tiên là DOCSIS 1.0 đƣợc đƣa ra vào tháng 3 năm 1997, phiên bản bổ sung DOCSIS 1.1 (bổ sung thêm yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ QoS) theo sau vào tháng 4 năm 1999. Do nhu cầu tăng lên với các dịch vụ đối xứng nhƣ điện thoại IP, DOCSIS đƣợc sửa đổi để để tăng tốc độ upstream, DOCSIS 2.0 đƣợc đƣa ra vào tháng 12 năm 2001. Gần đây nhất, tiêu chuẩn DOCSIS lại đƣợc sửa lại để tăng đáng kể tốc độ truyền dẫn cả đƣờng downstream và đƣờng upstream và hỗ trợ Internet Protocol version 6 (IPTV). Phiên bản này DOCSIS 3.0 đƣợc đƣa ra vào tháng 8 năm 2006. Khả năng tƣơng thích đƣợc duy trì thông qua toàn bộ các phiên bản DOCSIS giữa cả CMTS và Cable Mordem. Ví dụ nếu ta chỉ có Cable Mordem chỉ hỗ trợ DOCSIS 1.0 và hệ thống đang chạy trên DOCSIS 2.0, kết nối giữa chúng sẽ đƣợc thiết lập với tốc độ của DOCSIS 1.0.
Vào cuối năm 2011, dự án triển khai áp dụng DOCSIS 3.0 nhanh nhất ở Bắc Mỹ dự kiến đƣợc thực hiện bởi công ty Shaw Cable, công bố có thể đạt tới tốc độ download : 250 Mbit/s upload :15 Mbit/s sẽ đƣợc triển khai trong nhiều giai đoạn và download : 120 Mbit/s upload : 20 Mbit/s với Videotron. Ủy ban viễn thông liên bang Mỹ (FCC) đã kêu gọi các nhà cung cấp dịch vụ cung cấp tốc độ dữ liệu chuẩn lên tới 100 Mbit/s tới 100 triệu hộ gia đình vào cuối thập kỉ này. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở Anh, nhà cung cấp dịch vụ mạng Virgin Media đã tuyên bố bắt đầu thử nghiệm với tốc độ download lên đến 1.5 Gbit/s và upload 150 Mbits/s dựa trên DOCSIS 3.0 vào 20 /4/2011 .
(ii) Sự biến đổi theo từng khu vực
Do việc phân phối băng tần cho một kênh giữa các nhà cung cấp dịch CATV của Châu Âu và Mỹ . Tiêu chuẩn DOCSIS đã đƣợc chỉnh sửa để có thể sử dụng ở Châu Âu và đƣợc xuất bản với tên gọi ―EuroDOCSIS‖. Sở dĩ có sự khác nhau về băng tần là do các các nhà cung cấp dịch vụ CATV ở Châu Âu (Việt Nam theo chuẩn Châu Âu) tuân theo chuẩn PAL với băng tần một kênh truyền hình cáp là 8 MHz, còn ở Bắc Mỹ tuân theo chuẩn ATSC trong đó băng tần một kênh chỉ một kênh chỉ có 6 MHz. Băng thông rộng hơn của EuroDOCSIS cho phép nhiều băng tần hơn đƣợc cấp cho đƣờng downstrean.
Phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ CATV ở Nhật và Colombia sử dụng phiên bản DOCSIS ở Bắc Mỹ.
(iii) Tiêu chuẩn quốc tế
Liên minh viễn thông quốc tế ITU-T đã phê duyệt các phiên bản khác nhau của DOCSIS nhƣ là một tiêu chuẩn quốc tế. DOCSIS 1.0 đƣợc phê chuẩn là khuyến nghị ITU-T J.112 Annex B [18]. Sau đó DOCSIS 1.1 đƣợc phê chuẩn là khuyến nghị ITT-T J.122 [22]. Gần đây nhất DOCSIS 3.0 đƣợc phê chuẩn là khuyến nghị J.222 (J.222.0, J.222.1, J.222.2, J.222.3).
Trong khi khuyến nghị ITU-T J.112 Annex B tƣơng ứng với EuroDOCSIS 1.1, Annex A mô tả một hệ thống Cable Morden cũ hơn của Châu Âu dựa trên chuẩn truyền ATM. Annex C mô tả một biến thể của DOCSIS 1.1 đƣợc thiết kế để hoạt động trong hệ thống CATV của Nhật. Khuyến nghị ITU-T J.122 tƣơng ứng với DOCSIS 2.x. J.122 Annex F tƣơng đứng với EuroDOCSIS 2.0 và J.1222 Annex J mô tả sự biến thể của DOCSIS 2.0 tại Nhật.
(iv) Các tính năng
DOCSIS cung cấp sự thay đổi lớn trong các sự lựa chọn trong mô hình OSI lớp 1 và lớp 2, đó là lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu.
Độ rộng kênh: Tất cả các phiên bản DOCSIS sử dụng các kênh hoặc 6 MHz (Bắc Mỹ) hoặc 8 MHz (EuroDOCSIS) để truyền dữ liệu Downstream. Với đƣờng Upstream, DOCSIS 1.0/1.1 xác định sử dụng các kênh với độ rộng từ 200 KHz đến 3.2 MHz. DOCSIS 2.0 cũng sử dụng 6.4 MHz, vẫn có thể sử dụng các kênh có độ rộng hẹp hơn tƣơng ứng với version 1.0/1.1.
Điều chế: Tất cả các phiên bản của DOCSIS đều sử dụng 64 QAM hay 256 QAM làm phƣơng thức điều chế dữ liệu đƣờng Downstream, chuẩn ITU-T J.83- AnnexB với các kênh 6 MHz và chuẩn DVB-C với các kênh 8 MHz (EuroDOCSIS). Dữ liệu đƣờng upstream sử dụng QPSK hay QAM 16 với DOCSIS 1.x và QPSK 8 QAM 16 QAM 32 QAM 64 QAM với DOCSIS 2.0 & 3.0 . DOCSIS 3.0 cũng hỗ trợ 128 QAM (S-CDMA)
Lớp liên kết dữ liệu- Data link layer:
DOCSIS sử dụng một số các phƣơng pháp đa truy nhập xác định cho đƣờng
upstrean, TDMA với DOCSIS 1.x và cả TDMA, S-CDMA với DOCSIS 2.0 và 3.0
Với DOCSIS 1.1 trở lên, MAC layer cũng bao gồm các tính năng mở rộng chất
lƣợng dịch vụ QoS để trợ giúp cho các ứng dụng với các yêu cầu cụ thể khi truyền dữ liệu nhƣ độ trễ thấp…
DOCSIS 3.0 hỗ trợ Channel Bonding cho phép nhiều kênh downstream và
upstream đƣợc sử dụng cùng nhau tại cùng một thời điểm bởi một thuê bao.
Lớp mạng-Network Layer:
DOCSIS Modem đƣợc quản lý thông qua địa chi IP
DOCSIS 3.0 thêm tính năng quản lý trên IPv6
DOCSIS 2.0 cũng cho phép hỗ trợ IPv6 trên DOCSIS 2.0 CM thông qua việc
(v) Lưu lượng
Bảng 3.3 So sánh lƣu lƣợng các chuẩn DOCSIS
Version Dowsnstream Upstream Cấu hình kênh Lƣu lƣợng DOCSIS Lƣu lƣợng Euro DOCSIS Cấu hình kênh Lƣu lƣợng Số kênh nhỏ nhất có thể chọn Số kênh nhỏ nhất phần cứng cần phải hỗ trợ Số kênh đƣợc chọn Số kênh lớn nhất Số kênh nhỏ nhất có thể chọn Số kênh nhỏ nhất phần cứng cần phải hỗ trợ Số kênh đƣợc chọn Số kênh lớn nhất 1.x 1 1 1 1 42.88 (38) Mbit/s 55.62(50) Mbit/s 1 1 1 1 10.24(9) Mbit/s 2.0 1 1 1 1 42.88 (38) Mbit/s 55.62 (50) Mbit/s 1 1 1 1 30.72(27) Mbit/s 3.0 1 4 m Không định nghĩa m x 42.88 (38)Mbits/s m x 55.62 (50)Mbits/s 1 4 n Không định nghĩa n x 30.72 (27)Mbit/s
Số lƣợng các kênh mà hệ thống có thể hỗ trợ đƣợc xác định phụ thuộc vào hệ thống đƣợc cấu hình nhƣ thế nào. Ví dụ băng thông trong cả hai chiều downstream và upstream phụ thuộc vào độ rộng của các kênh đƣợc chọn, và phần cứng hạn chế số lƣợng các kênh trên mỗi hƣớng truyền (downstream và upstream)
(vi) Thiết bị:
Hình 3.26 Kiến trúc DOCSIS
Kiến trúc DOCSIS bao gồm 2 thành phần chính là: Cable Modem (CM) đặt tại
các thuê bao và Cable Modem Termination System (CMTS) đặt tại CATV headend. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CMTS đƣợc sử dụng để cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao nhƣ Internet hay VoIP over HFC. CMTS cung cấp nhiều tính năng giống nhƣ DSLAM trong hệ thống DSL.
CMTS đƣợc kết nối với mạng Internet Back bone. CMTS cũng đƣợc kết nối với một số server khác nhƣ Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) server, Time of Day (ToD) server.
CMTS về cơ bản có các cổng downstream và upstream riêng biệt. Tuy thế cả hai đƣờng kết nối downstream và đƣờng upstream đều chạy trên cùng một đƣờng cáp đồng trục trong mạng HFC tới các thuê bao. Để hạn chế nhiễu trên đƣờng upstream mỗi cổng upstream thƣờng đƣợc kết nối tới một node quang duy nhất, trong khi một cổng downstream thƣờng đƣợc chia sẻ cho một số lƣợng nhỏ các node quang. Vì vậy thƣờng có nhiều cổng upstream hơn cổng downstream trên cùng một CMTS. Thông thƣờng một CMTS thƣờng có 4 hay 6 cổng upstream ứng với mỗi cổng downstream.
Trƣớc khi triển khai DOCSIS 1.1 hay cao hơn nữa các nhà cung cấp dịch vụ CATV cần phải nâng cấp mạng HFC thành mạng hai chiều hỗ trợ đƣờng upstream. Nếu không có đƣờng upstream tiêu chuẩn cũ DOCSIS 1.0 vẫn cho phép truyền dữ liệu trên HFC và Internet bằng cách sử dụng các đƣờng upstream trên các đƣờng day điên thoại truyền thống. Nếu mạng HFC đã là mạng 2 chiều, khả năng cao là DOCSIS 1.x hay cao hơn có thể triển khai đƣợc.
Tại nhà khách hàng máy tính hay các thiết bị ngoại vi khác viết tắt là CPE đƣợc kết nối tới CM, CM đƣợc kết nối với CMTS thông qua mạng HFC. CMTS sau đó sẽ định tuyến giữa HFC và Internet.
3.3.3.2 DOCSIS 3.0
DOCSIS 3.0 là mở rộng của DOCSIS 1.x và 2.0 tăng thêm dung lƣợng bằng
cách thêm công nghệ Channel bonding cho DOCSIS downstream và upstream.
DOCSIS 3.0 đƣợc công nhận nhất vì năng lực truyền tải tăng nhanh với luồng dữ liệu IP dowmstream và upstream, gấp 4 lần so với DOCSIS 2.0 và 12 lần so với DOCSIS 1.x. Trong DOCSIS 1.x và 2.0, CMTS truyền dữ liệu tới Cable Modem sử dụng một kênh QAM downstream (gọi tắt là kênh DS). DOCSIS 3.0 đƣợc phát triển vài phƣơng thức để cho phép kiến trúc CMTS mới giao tiếp với DOCSIS 3.0 Cable Mordem sử dụng 4 kênh DS. Vì vậy nếu một kênh QAM 256 có thể truyền đi đƣợc 38 Mbps thì 4 kênh sẽ truyền đƣợc 152Mbps. Tƣơng tự, DOCSIS 1.x/2.0 CM truyền dữ liệu tới CMTS sử dụng một kênh upstream RF sử dụng một số cách điều chế số khác nhau trong dạng TDMA hay (S-CDMA). Trong DOCSIS 3.0, các đặc tính kĩ thuật mới cho phép 4 kênh upstream có thể đƣợc ghép nối (bond) với nhau.
Bảng sau đây cho thấy tốc độ truyền có thể đạt đƣợc khi channel bonding đƣợc sử dụng, bảng đó cũng đồng thời cho thấy DOCSIS 3.0 Downstream với 8 kênh đƣợc đƣợc ghép với nhau (bonded), vì vậy nâng dung lƣợng dữ liệu lên 343.04 Mbps. Hãng Broadcom một trong số những nhà sản xuất chipset cho Cable Modem Chip hiện tại đã có các chip hỗ trợ liên kết 8 kênh downstream. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ hiện nay đang có xu hƣớng mong đợi sử dụng nhiều hơn 4 kênh.
Bảng 3.4 So sánh tốc độ truyền các chuẩn DOCSIS
(i) Những đặc điểm đặc biệt về DOCSIS 3.0 so với 1.x và 2.0
- Tốc độ Upstream và DownStream cao hơn do các tính năng:
Hỗ trợ cấu trúc Modular CMTS Channel Bonding
Mở rộng băng thông upstream từ 5-42 MHz thành 5-85 MHz để cung cấp thêm băng thông cho chiều Upstream.
Tăng thêm 200Mbps năng lực băng thông
- Dynamic Frequency Assignment – Cấp phát tần số động: Hoạt động cùng với channel bonding để tăng tốc độ upstream và down stream
Hình 3.27 Cấp phát tần số động với DOCSIS 2.0
Với DOCSIS 2.0 tần số CMTS (đồng nghĩa với băng thông) từ CMTS đƣợc cố định cho mỗi khách hàng, nghĩa là mỗi khách hàng sẽ chỉ có duy nhất một tần số và băng thông trên tần số này cố định dành cho họ.
Ngƣợc lại với DOSIS 3.0 tần số đƣợc gán một cách động, điều này cho phép nhiều băng thông có thể đƣợc cung cấp tới nhà khách hàng thông qua việc gán các tần số nếu cần thiết.
Hình 3.28 Cấp phát tần số động với DOCSIS 3 .0 - Nâng cao tính bảo mật
Có các giao thức mới để phát hiện các truy nhập không hợp lệ, ăn cắp dịch vụ và từ chối dịch vụ.
Khả năng mã hóa tốt hơn.
- Độ trễ thấp hơn và giảm mất mát các gói dữ liệu - Hỗ trợ Ipv6
Hỗ trợ mở rộng khoảng địa chỉ IP rộng hơn. Hỗ trợ VPN.
- DOCSIS 3.0 cung cấp vài lợi thế cho các nhà cung cấp dịch vụ:
Nếu một thiết bị hỏng hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động bình thƣờng ngay cả khi không có thiết bị thích hợp thay thế.
Hình 3.29 Hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động bình thƣờng nếu một thiết bị hỏng
Khi một khách hàng nào đó sinh ra nhiễu vào hệ thống, tần số allocate cho khách hàng này có thể bị reclaim.
Hình 3.30 Tự động phát hiện và cô lập nhiễu hệ thống - Channel Bonding (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cable Lab đã thiết lập nên DOCSIS 3.0 Channel Bonding. Mục đích của sáng kiến này là phát triển một cách tiếp cận tiêu chuẩn hóa để liên kết nhiều kênh vật lý vào cùng một kênh đơn, ảo và băng thông cao. Điều này đạt đƣợc bằng cách ghép kênh nghịch đảo nhiều kênh RF để tạo ra một kênh logic đơn.
Khoảng 40 Mbps băng thông downstream trong một kênh RF 6 MHz hay (8 MHz). Với DOCSIS 3.0 nhiều kênh RF có thể đƣợc sử dụng để tăng tổng băng thông.