Xu hướng của viễn thông thế giới hiện nay là chỉ cần một mạng viễn thông để cung cấp các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao (Multimedia Network). Để đáp ứng được yêu cầu trên, đòi hỏi mạng viễn thông phải có dải thông rộng, có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao thời gian thực. Mạng viễn thông như vậy được gọi là một mạng truy nhập băng rộng (Broadband Access Network). Để có thể triển khai mạng truy nhập dựa trên cấu trúc mạng viễn thông có sẵn, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang triển khai mạnh mẽ công nghệ ADSL (truyền số liệu tốc độ cao trên đôi dây đồng xoắn) và dần tiến lên quang hoá hoàn toàn mạng viễn thông nhằm tạo ra một mạng viễn thông có thể cung cấp mọi loại hình dịch vụ (Full Service Access Network).
1.5.1.1Mạng cáp quang
a) Thuận lợi
- Mạng truyền hình cáp dựa trên cấu trúc mạng cáp quang hỗ trợ đầy đủ hệ thống IP với băng thông lớn dễ dàng triển khai cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao.
- Chi phí đầu tư hạ tầng cáp ngoại vi rẻ hơn, khả năng chống nhiễu, suy hao thấp hơn nhiều so với cáp đồng.
18
- Chiều dài cáp thuê bao có thể triển khai cho khách hàng xa hơn nhiều so với mạng xDSL.
- Người sử dụng có thể đồng thời xem truyền hình cáp và truy cập Internet
- Truy cập Internet với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các mạng ADSL.
b)Khó khăn
- Phải kết nối mạng truyền hình cáp với mạng truyền số liệu.
- Dễ bị đứt gãy sợi quang hơn so với sợi cáp đồng.
- Chi phí đầu tư thiết bị đầu cuối, đài trạm đắt hơn cáp đồng.
Tuy nhiên, các thiết bị cho hạ tầng cáp quang và đặc biệt là PON được nhiều hãng phát triển với giá cả ngày càng thấp. Bên cạnh đó, mạng cáp quang có thể cung cấp dịch vụ với tốc độ cao và ổn định hơn so với các mạng truy nhập theo công nghệ xDSL. Như vậy, triển khai mạng truyền hình cáp trên hạ tầng cáp quang là phương án khả thi phù hợp với tình hình phát triển chung của viễn thông Việt Nam.
c) Lựa chọn công nghệ
Mạng quang tích cực AON sử dụng một số thiết bị quang tích cực để phân chia tín hiệu là : switch, DSLAM… Mỗi tín hiệu đi ra từ phía nhà cung cấp sẽ được đưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu. Dưới đây là kiến trúc đơn giản của mạng AON.
Hình 1.7 Kiến trúc đơn giải của mạng AON [3]
Một nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực chính là ở thiết bị chuyển mạch. Thiết bị chuyển mạch phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông
19
tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại để truyền đi nên sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTH. Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này rất đắt, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập.
Mạng quang thụ động PON là một hệ thống mạng mà các thiết bị truyền dẫn quang là các thiết bị thụ động.
Hình 1.8 Kiến trúc mạng PON [3]
Ưu điểm của PON là nó sử dụng các bộ tách/ghép quang thu ̣ đô ̣ng, có giá thành rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, ít phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, không cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa phòng máy trung tâm và phía người dùng. Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảo dưỡng, vận hành. Nhờ đó mà kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp quang và giảm chi phí cho thiết bị tại nhà cung cấp do nó cho phép nhiều người dùng chia sẻ chung một sợi quang.
20
Hình 1.9 Các mô hình cung cấp FTTx
Để phục vụ cho 32 khách hàng, giả sử khoảng cách từ nhà khách hàng đến nhà cung cấp dịch vụ (CO) trung bình là 200m. Khoảng cách từ CO đến POP là 1km thì:
Với mô hình thứ nhất (FTTH-AON) ta cần:
32 hoặc 64 sợi quang dài 200m.
64 module truyền nhận tín hiệu quang (Transceiver)
Với mô hình thứ 2 (FTTC):
1 ethernet switch hoặc DSLAM.
1 hoặc 2 sợi quang dài 100m từ CO đến switch và 64 sợi quang 100m từ switch đến từng nhà khách hàng
66 module
Với mô hình thứ 3 (FTTH-PON):
1 splitter quang (không tiêu thụ điện).
1 sợi quang 1 km từ CO đến switch và 32 sợi quang từ switch đến nhà khách hàng.
33 module.
Mô hình thứ 3 đỡ tốn thiết bị, thiết bị rẻ và vẫn đảm bảo cung cấp dịch vụ cho khách hàng.
21
So sánh PON và AON:
STT AON PON Phù hợp với ISP
1
Mỗi KH được cung cấp một đường truyền riêng và một module quang
Các KH dùng chung 1 đường truyền từ OLT tới bộ chia.
PON giảm được số lượng cáp quang truyền, module quang
2
Đường truyền cho mỗi KH có thể lên tới 100Mbps – 1Gbps Dễ dàng nâng cấp băng thông cho KH. Các KH chia sẻ băng thông, do đó có thể tận dụng tối đa băng thông, không để trống lãng phí. Việc nâng băng thông cho từng KH sẽ khó hơn do phụ thuộc nhiều hơn vào băng thông dư thừa của port.
Cả 2 phương án đều phù hợp nhu cầu ở Việt Nam về tốc độ đường truyền vẫn thấp, thường chỉ 10-60Mbps. 3 Có thể cung cấp đường truyền xa tới 60km Thực tế triển khai trong khoảng 3Km
Chỉ có thể cung cấp đường truyền khoảng 20Km
Thực tế triển khai ở khoảng cách nhỏ hơn 3km
Đều đáp ứng được mật độ KH lại thưa thớt hay đông, với PON có thể giảm tỷ lệ chia để tăng khoảng cách truyền. 4 Các KH độc lập nhau, đảm bảo bảo mật Các KH dùng chung nên có thể dùng mã hóa AES để bảo mật Phù hợp để triển khai 5 Việc nâng cấp mở rộng hạ tầng đồng nghĩa với tăng thêm thiết bị, tốn kém
Mỗi OLT có thể gánh nhiều ONU, phụ thuộc vào bộ chia, nâng cấp bộ chia đơn giản và rẻ hơn
Tính kinh tế của PON cao hơn
6
Các KH độc lập nên việc bảo trì sẽ khó khăn và đơn lẻ
Bảo trì một đường dây duy nhất, thuận tiện hơn
PON có ưu thế hơn
22
Kết luận: các so sánh và đánh giá cho thấy, các đặc tính như: chỉ tiêu chất lượng (Performance Metrics), tải (Load), năng suất truyền qua (Throughput), .., của PON đáp ứng tốt nhu cầu hiện tại và tương lai. Ngoài ra, PON tỏ ra có có ưu thế vượt trội so với AON về khả năng mở rộng, quang hóa hạ tầng đang là xu hướng tất yếu hiện nay nên chọn công nghệ PON làm công nghệ truyền dẫn cho hạ tầng truy cập.
1.5.1.2Mạng HFC
Nắm bắt được xu hướng phát triển trên, các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp trên thế giới cũng đã đầu tư rất lớn vào việc cung cấp dịch vụ Inernet và truyền số liệu qua mạng cáp. Việc triển khai thông tin truyền số liệu và các dịch vụ đa phương tiện qua mạng truyền hình cáp sẽ gặp phải những thuận lợi và khó khăn như sau:
a) Thuận lợi
- Mạng truyền hình cáp dựa trên cấu trúc mạng HFC hỗ trợ đầy đủ hệ thống IP cho dải thông lớn dễ dàng triển khai cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao dựa trên công nghệ EoC (ethernet over coaxial).
- Đầu tư các thiết bị truyền dẫn hai chiều sẽ thấp hơn nhiều so với các thiết bị truyền dẫn một chiều.
- Việc truyền số liệu sẽ chỉ sử dụng tần số thấp không ảnh hưởng đến tín hiệu truyền hình.
- Người sử dụng có thể đồng thời xem truyền hình cáp và truy cập Internet
- Truy cập Internet với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các mạng ADSL.
b)Khó khăn
- Phải kết nối mạng truyền hình cáp với mạng truyền số liệu.
- Việc cung cấp dịch vụ và quản lý thuê bao truyền số liệu và đa phương tiện rất khác với việc quản lý thuê bao truyền hình cáp, nên có thể gây khó khăn cho việc quản lý đồng thời hai dịch vụ này.
Tuy nhiên, các thiết bị cung cấp dịch vụ Internet đến thuê bao hiện nay rất phổ biến, được nhiều hãng phát triển với giá cả ngày càng thấp. Bên cạnh đó, mạng cáp có thể cung cấp dịch vụ với tốc độ cao và ổn định hơn so với các mạng truy nhập theo phương thức gián tiếp hay mạng ADSL. Như vậy, triển khai mạng dịch vụ truy nhập
23
Internet và truyền số liệu trên mạng truyền hình cáp băng thông rộng là phương án khả thi phù hợp với tình hình phát triển chung của viễn thông Việt Nam.
c) Lựa chọn chuẩn cho các ứng dụng Internet và truyền số liệu
Hiện nay tồn tại 3 chuẩn cho truyền dẫn số các dịch vụ tương tác trên mạng truyền hình cáp rất nổi tiếng và cạnh tranh với nhau là EoC, DOCSIS, DVB-RCC.
DOCSIS (viết tắt của Data Over Cable System Interface Specification- Đặc tả giao diện truyền số liệu trên mạng cáp) ra đời bởi MCNS (Multimedia Cable Network System-Hiệp hội các mạng cáp đa dịch vụ) vào tháng 1-1996. Tháng 3-1998, DOCSIS đã có phiên bản đầu tiên DOCSIS 1.0 được ITU-T thông qua và được chính thức ban hành thành chuẩn quốc tế cho truyền dẫn các dịch vụ tương tác qua mạng cáp. Đến 31- 12-2001, DOCSIS đã có các version mới là 1.1, rồi 2.0 nhằm hoàn thiện hơn những ứng dụng, đặc biệt là các ứng dụng 2 chiều. Ngoài tiêu chuẩn DOCSIS, tổ chức DOCSIS còn đưa ra các mô tả kỹ thuật nhằm hỗ trợ phát triển dịch vụ tương tác qua mạng như OpenCable, PacketCable, CableNet.
Ban đầu DOCSIS được sử dụng cho các hệ thống truyền hình cáp tại Châu Mỹ, vì thế quy định dải tần số cho hướng lên là 5-42MHz, cho các kênh hướng xuống là từ 88-860MHz, với băng tần 6MHz cho mỗi kênh. Tuy nhiên, nhằm mục đích phù hợp với các hệ thống dựa trên DVB-C, DOCSIS đã có thêm một lựa chọn cho các hệ thống truyền hình cáp tại Châu Âu là Euro-DOCSIS, trong đó quy định dải tần số cho kênh hướng lên là 5-65MHz, các kênh hướng xuống sẽ có dải thông 8Mhz, những thay đổi này chỉ nằm tại lớp vật lý trong khi đó lớp MAC và các lớp cao hơn sẽ không thay đổi. Dải thông cung cấp cho các kênh hướng lên có thể từ 200kHz đến 3,2 MHz, tín hiệu có thể được điều chế 2 phương thức là QPSK hoặc 16QAM, tốc độ có thể đạt được của các kênh hướng lên được mô tả trong bảng sau:
Dải tần
kênh upstream
Tốc độ bít
khi điều chế QPSK
Tốc độ bít
Khi điều chế 16QAM
200 kHz 320 kbit/s 640Kb/s
400 kHz 640 kbit/s 1,28 Mbit/s
24 Dải tần kênh upstream Tốc độ bít khi điều chế QPSK Tốc độ bít
Khi điều chế 16QAM
1,6 MHz 2,56 Mbit/s 5,12 Mbit/s
3,2 MHz 5,12 Mbit/s 10,24 Mbit/s
Bảng 1.4 Dải thông và tốc độ kênh DOCSIS
DVB-RCC (Digital Video Broadcasting-Return Channel via Cable) được ra đời bởi sự kết hợp giữa DVB, DAVIC (Digital Audio/Visual Consortium), IEEE 802.14 và ATM Forum, Euro - CableLabs. DVB-RCC ra đời chậm hơn DOCSIS 1.0 hơn một năm và được nhiều nhà cung cấp đa dịch vụ (MSO) tại Châu Âu và một số nhà cung cấp giải pháp lớn chấp nhận. Version đầu tiên, DVB-RCC v1 được ETSI thông qua và ban hành qua chuẩn ETS 300 800. Sau đó Version thứ 2, DVB-RCC v2 có nhiều cải tiến so với phiên bản trước được ETSI thông qua và ban hành qua chuẩn ETS 200 800, tháng 4- 2000. Thực chất DVB-RCC dựa trên bộ chuẩn DAVIC của tổ chức DAVIC, hiện nay DAVIC đã giải tán, các vấn đề nghiên cứu cũng như các tài liệu của DAVIC tiếp tục được DVB sử dụng. Các chuyên gia của DVB đang nghiên cứu và sắp đưa ra version thứ 3 DVB-RCC v3. Đến nay, DVB-RCC là đối thủ cạnh tranh duy nhất với DOCSIS trong lĩnh vực này.
Trong hệ thống DVB-RCC, các kênh dữ liệu và báo hiệu được đóng gói và truyền tải theo phương thức truyền tải không đồng bộ (ATM-Ansynchrony Tranmission Mode), ATM được phát triển nhằm hướng tới mục đích truyền tất cả các loại dữ liệu qua một mạng viễn thông tích hợp băng rộng duy nhất (B-ISDN). Sử dụng phương thức đóng gói ATM, cho phép các hệ thống có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền số liệu, các dịch vụ tương tác có tốc độ cao và đặc biệt là khả năng cung cấp QoS (Qualify of Service) cho các dịch vụ nhạy cảm với thời gian.
So sánh DOCSIS và DVB-RCC
Vì DOCSIS được phát triển tại Bắc Mỹ, cho nên các thông số của nó sẽ không phù hợp với các mạng cáp tại Châu Âu và Việt Nam, chỉ có Euro-DOCSIS có các thông số phù hợp với chuẩn truyền hình Châu Âu và Việt Nam, vì thế ta sẽ so sánh giữa Euro - DOCSIS và DVB-RCC.
25
Khả năng kỹ thuật: Tốc độ số liệu có thể đạt được: Cả EuroDOCSIS lẫn DVB- RCC đều có khả năng cung cấp dòng số liệu hướng xuống và hướng lên với tốc độ lên đến 52Mb/s cho mỗi dải thông 8MHz. Với tốc độ hướng lên, DOCSIS có khả năng cung cấp dòng bit lên tới 10Mb/s (với phương thức điều chế 16QAM, ở dải thông 3,2MHz), còn DVB-RCC có thể cung cấp tốc độ 6,176Mb/s (với phương thức điều chế QPSK ở dải thông 4MHz). Như vậy hiện tại DVB-RCC không có khả năng cung cấp tốc độ hướng lên lớn hơn 6,176Mb/s vì phương thức điều chế được sử dụng là QPSK trong khi đó EuroDOCSIS có khả năng điều chế cả QPSK và QAM.
Năng lực truyền dẫn: Viện nghiên cứu viễn thông Canada đã tiến hành đánh giá năng lực của 3 giao thức điều khiển truy nhập đường truyền MAC (MAC-Media Access Control protocol) là DOCSIS 1.1, DAVIC 1.2 và IEEE 802.14 (dự thảo). Kết quả của đánh giá này đã được công bố trên một tạp chí kỹ thuật viễn thông rất uy tín là IEEE Journal on Selected Areas in Communication, Vol.18, No.7, July 2000. Như đã nói, DVB-RCC thực chất là kết hợp giữa DVB-C và DAVIC vì thế đánh giá năng lực của DAVIC1.2 cũng là đánh giá năng lực của DVB-RCC. Do EuroDOCSIS 1.1 hoàn toàn giống DOCSIS 1.1 tại các lớp bậc cao và chỉ khác ở lớp vật lý cho nên đánh giá năng lực MAC của DOCSIS cũng là đánh giá năng lực MAC của EuroDOCSIS. Vì vậy ta có thể dùng kết quả nghiên cứu này để đánh giá năng lực của EuroDOCSIS và DVB-RCC.
THÔNG SỐ
KỸ THUẬT EURO-DOCSIS DVB-RCC
Tốc độ dòng dữ liệu xuống
Set-Top Box & Cable Modem trong dải
38Mbps : 64QAM 52Mbps : 256QAM
(Theo chuẩn ITU-T J 83 Annex A FEC cho kênh truyền hình 8MHz.)
Cable Modem trong dải: 38Mbps : 64QAM 52Mbps : 256QAM
(Theo chuẩn ITU-T J 83 Annex A FEC cho kênh truyền hình 8MHz.)
Setop box OOB: 1.544 Mbs; 3.088Mbs
26 Tốc độ dòng dữ liệu lên 0.320, 0.640, 1.280, 2.560 và 5.12 Mbps với QPSK 0.320, 0.640, 1.280, 2.560, 5.120 và 10.24 Mbps với QAM 16 Dải tần 5-65MHz 256Kbps; 1.544Mbps, 3.088Mbps và 6.176 Mbps với QPSK Dải tần 5-65 MHz
Hiệu suất Đạt hiệu suất 80% với dịch vụ truyền tải dữ liệu và âm thanh, tốc độ đạt tới 10.24 Mbps
Đạt hiệu suất 50-70% ở tốc độ 3.088 Mbps.
Dịch vụ Truy cập Internet, truyền hình tương tác tốc độ cao, Voice IP, SNMP.
Truy cập Internet, truyền hình tương tác tốc độ cao, Voice IP, SNMP.
Giao thức chuẩn Variable Length, Native IP with QoS.
ATM cell transport, with adaptation layer translation. Bảo mật Base-Line Privacy.
Sử dụng mã hóa 56 bit DES CBS Base-Line Privacy Plus (1.1)
Mã hóa bao gồm như một tùy chọn.
Bảng 1.5 So sánh thông số kỹ thuật của 2 chuẩn EURO-DOCSIS và DVB-RCC
EoC (Ethernet over Coaxial) công nghệ truy cập được phát triển cách đây 13 năm. EoC, được đưa vào Trung Quốc vào năm 1997, truyền dẫn các khung Ethernet trên sợi cáp đồng trục.
Nằm trong chuẩn 10BASE5 trong IEEE 802.3 chuẩn Ethernet hoạt động trên cáp