Với công nghệ DSL đường dây cáp đồng xoắn đôi vẫn như cũ nhưng lắp thêm một số thiết bị cho phép nhà cung cấp dịch vụ thực hiện dịch vụ thoại và dữ liệu tốc độ cao. Ở phía thuê bao thoại được phát qua tín hiệu điện thoại tương tự vào vòng thuê bao cáp đồng. Số liệu cũng được truyền tải trên cùng
đường dây với thoại nhưng phải qua một bộ modem DSL phát số liệu qua tín hiệu số dung lượng lớn tần số cao. Những tín hiệu này được gởi từ thuê bao cho tổng đài nội hạt. Ở tổng đài nội hạt tín hiệu được chuyển sang cho một bộ
tách tín hiệu (splitter) và một hệ thống quản lý vòng thuê bao (local-loop management system) đến bộ ghép truy cập đường dây thuê bao số (DSLAM: Digital Subscriber Line Access Multiplexer). Bộ tách tín hiệu lọc tín hiệu điện thoại tiêu chuẩn và chuyển cho bộ chuyển mạch thoại còn tín hiệu số dung
Hoàng Tiến Dũng LVCH
lượng lớn được đưa đến bộ DSLAM để nhận biết, ghép tín hiệu từ nhiều đường dây thuê bao khác nhau. Hệ thống quản lý vòng thuê bao có thể nằm trước hoặc sau bộ tách tín hiệu có chức năng kiểm tra dịch vụđiện thoại thuần tuý (POTS: Plain Old Telephone Service) và kiểm tra tín hiệu số dung lượng lớn để trợ
giúp cài đặt dịch vụ, bảo dưỡng và sửa chữa. Từ DSLAM, dữ liệu số được đưa qua một bộđịnh tuyến (router) để chuyển đến mạng Internet.
Hình 2.1 Vòng thuê bao DSL
Để cung cấp dịch vụ truyền tải dữ liệu tốc độ cao và dịch vụ thoại đa kênh nhà cung cấp dịch vụ cần phải lắp đặt thêm nhiều thiết bị như minh hoạ ở hình vẽ 2.1. Ở tại thuê bao các đường dây thoại và số liệu được kết nối đến một thiết bị truy cập tích hợp (IAD: Integrated Access Device). Tại đây tín hiệu thoại
được gói hoá (packetize) và tín hiệu thoại dạng gói cùng với dữ liệu được ghép lại và được truyền dưới dạng tín hiệu số dung lượng lớn tần số cao đến tổng đài nội hạt (CO: Central Office). Ở tổng đài nội hạt tín hiệu được chuyển qua hệ
thống quản lý đường dây thuê bao và được tiếp nhận tại DSLAM. Hệ thống quản lý vòng thuê bao có chức năng kiểm tra dịch vụ điện thoại thuần tuý (POTS: Plain Old Telephone Service) và kiểm tra tín hiệu số dung lượng lớn để
trợ giúp cài đặt dịch vụ, bảo dưỡng và sửa chữa. Bộ DSLAM nhận biết và ghép tín hiệu từ nhiều đường dây thuê bao khác nhau.
Từ DSLAM, dữ liệu gói được đưa qua một bộ định tuyến (router) để
chuyển đến mạng PSTN hay Internet. Với mạng đường dây thuê bao số mới này đặc tính tín hiệu truyền giữa thuê bao và tổng đài khác với mạng tương tự
dải hẹp rất nhiều. Tín hiệu được truyền ở tần số cao hơn và phổ tần số rộng hơn. Thông tin đa dịch vụ, thoại đa kênh, dữ liệu tốc độ cao và video được truyền dưới dạng tín hiệu số. Để quản lý mạng này một cách hiệu quả nhà cung cấp dịch vụ cần phải có nhiều công cụ mới và nhiều chiến lược quản lý mạng mới.
2.1.3 Kỹ thuật DSL
Mạng PSTN mạng thuê bao nội hạt của nó được thiết kế theo tiêu chuẩn giới hạn truyền dẫn kênh thoại tương tự 3400Hz. Ví dụ: điện thoại, MODEM quay số, MODEM fax, đều được giới hạn truyền dẫn trên đường dây điện thoại với phổ tần số từ 0 Hz đến 3400Hz. Tốc độ thông tin cao nhất có thểđạt được trong phổ tần số 3400Hz là 35kbps và thực tế đã đạt được 33,6 kbps. Vậy làm
Hoàng Tiến Dũng LVCH
cách nào công nghệ DSL có thể đạt được tốc độ thông tin hàng triệu bit mỗi giây trên cùng một môi trường truyền dẫn cáp đồng như vậy. Câu trả lời thật
đơn giản: loại bỏ giới hạn 3400Hz! DSL cũng như T1 và E1 trước đó sử dụng dải tần số rộng hơn kênh thoại. Có 3 vấn đề nảy sinh khi ta loại bỏ giới hạn 3400Hz và đột ngột tăng cao tốc độ thông tin trên cáp đồng:
- Suy hao (attenuation): là tiêu tán năng lượng của tín hiệu truyền dẫn trên
đường dây. Việc đi dây trong nhà cũng góp phần làm suy hao tín hiệu. - Bridged tap: Các đoạn dây kéo dài không có kết thúc của vòng thuê bao
gây ra thêm mất mát một số tần số xung quanh giá trị tần số có một phần tư bước sóng bằng độ dài đoạn kéo thêm.
- Xuyên kênh (crosstalk): xuyên kênh giữa hai đôi dây trong một bó cáp gây ra bởi năng lượng điện mang theo trong mỗi đôi dây.
Người ta thường so sánh truyền dẫn tín hiệu điện với lái xe hơi. Tốc độ xe hơi càng nhanh càng tốn nhiều nhiên liệu và càng mau phải đổ xăng. Với tín hiệu điện truyền trên cáp đồng thì sử dụng tần số càng cao sẽ càng làm giảm cự
ly thông tin. Điều này là do tín hiệu tần số cao truyền qua cáp kim loại suy hao nhanh hơn tín hiệu tần số thấp. Một phương pháp để tối thiểu hoá suy hao là sử
dụng dây trở kháng thấp. Dây cỡ lớn có trở kháng nhỏ hơn dây cỡ nhỏ nên làm suy hao tín hiệu ít hơn và tín hiệu có thể truyền được đến khoảng cách lớn hơn. Dĩ nhiên sử dụng dây cỡ lớn sẽ làm tăng nhanh chi phí cho mạng cáp tính trung bình trên từng metre dây. Vì vậy các công ty khai thác điện thoại thiết kế mạng cáp sử dụng cỡ dây nhỏ nhất có thểđược cho dịch vụ truyền tải.
Vào những năm đầu của thập kỷ 80 trong thế kỷ trước, các nhà cung cấp thiết bị đã đầu tư phát triển hướng đến ISDN tốc độ cơ sở cung cấp 2 kênh B (Bearer channel) 64 kbps và một kênh D (Data channel) dùng cho báo hiệu và truyền dữ liệu. Các bit dữ liệu nghiệp vụ thêm vào làm cho tốc độđường truyền phải lên đến 160 kbps. Điều chủ yếu để đường dây ISDN có thể kéo dài đến 6000 m là sử dụng các vòng thuê bao cáp đồng không có cuộn phụ tải. Tuy nhiên kỹ thuật mã AMI đòi hỏi phải truyền tải ở tốc độ nhỏ hơn 160 000 Hz. Vào năm 1988 người ta tăng hiệu quả của mã AMI lên gấp đôi bằng cách sử
dụng truyền tải 2 bit thông tin trên mỗi chu kỳ tín hiệu hình sine hay baud. Mã
đường dây này được gọi là mã 2 bit nhị phân một tín chữ số tứ phân (2B1Q: 2 Binary 1 Quaternary). Mã 2B1Q trên đường truyền BRI của ISDN sử dụng tầm tần số từ 0 đến xấp xỉ 80 000Hz và đạt đến tầm liên lạc 6000 m. Năng lượng
điện được truyền trên cáp đồng là sóng đã được điều chế và nó phát xạ năng lượng qua các vòng dây đồng lân cận trong cùng một bó cáp. Sự ghép năng lượng điện từ này gọi là xuyên kênh (crosstalk). Trong mạng điện thoại các dây dẫn đồng cách điện được bó với nhau thành một chão cáp. Các hệ thống kế cận trong một chão cáp phát hoặc thu thông tin trong cùng một tầm tần số có thể
tạo ra nhiễu xuyên kênh đáng kể. Đó là do tín hiệu xuyên kênh cảm kháng kết hợp với tín hiệu truyền trên đường dây. Kết quả là dạng sóng có hình dáng khác xa với dạng sóng được truyền đi. Xuyên kênh có thể phân thành 2 loại:
Hoàng Tiến Dũng LVCH
- Xuyên kênh đầu gần (NEXT: Near End Crosstalk) là đáng kể nhất do tín hiệu năng lượng lớn từ các mạch kế cận có thể cảm ứng tạo ra xuyên kênh tương đối mạnh lên tín hiệu nguyên thủy.
- Xuyên kênh đầu xa (FEXT: Far End Crosstalk) thường nhỏ hơn nhiều so với xuyên kênh đầu gần vì tín hiệu đầu xa bị suy hao khi nó chạy trên vòng thuê bao.
Hình 2.2 Mô hình khái niệm NEXT/FEXT
Xuyên kênh là yếu tố rất quan trọng trong việc thực hiện nhiều hệ thống. Vì vậy, việc thực hiện hệ thống DSL thường được nói đến kèm theo sự hiện diện của các hệ thống khác có khả năng tạo ra xuyên kênh. Chẳng hạn, độ dài tối đa của vòng thuê bao của một hệ thống DSL có thểđược nói đến kèm theo sự hiện diện của 49 tác nhân gây nhiễu ISDN hay 24 tác nhân gây nhiễu HDSL nghĩa là DSL đang sử dụng nằm trong một bó cáp 50 đôi có 49 đôi dây ISDN hoặc 24 mạch 4 dây HDSL. Vì vậy, các tham số thực hiện sẽ còn có tác dụng trong một thời gian dài.
Khi tác động của suy hao và nhiễu không lớn lắm thì các hệ thống DSL có thể phục hồi lại chính xác tín hiệu dưới dạng số. Tuy nhiên, khi tác động của các hiện tượng này khá lớn thì tín hiệu sẽ không phục hồi được chính xác ởđầu thu và sẽ xảy ra sai nhầm trong chuỗi bit phục hồi. Một vài hệ thống DSL dùng các phổ tần khác nhau để phát và thu tín hiệu. Phương pháp tách biệt tần số này gọi là ghép kênh phân tần (FDM: Frequency Division Multiplexing). Ưu điểm của của các hệ thống FDM so với các hệ thống triệt tiếng dội là loại trừ được xuyên kênh đầu gần NEXT vì hệ thống không thu tín hiệu cùng tần số với tín hiệu phát của các hệ thống lân cận. Xuyên kênh còn lại là FEXT nhưng FEXT xuyên kênh rất yếu do nguồn tạo ra FEXT ở tận đầu bên kia của vòng thuê bao làm suy hao FEXT rất nhiều. Vì vậy, các hệ thống FDM thường chống nhiễu từ
các hệ thống lân cận tốt hơn so với các hệ thống triệt tiếng dội.
2.1.4 Các thành phần của hệ thống DSL
Nhưđã đề cập ở các chương trước, cơ sở hạ tầng mạng cáp đồng hiện nay vốn được thiết kế để truyền tải dịch thoại và trên thực tế nó đã thực hiện rất xuất sắc. Tuy nhiên, mạng điện thoại hiện tại không thích hợp cho việc truyền dữ liệu tốc độ cao.
Hoàng Tiến Dũng LVCH
Hình 2.3 Sơđồđiển hình dịch vụ dựa trên DSL
Thành phần này cung cấp giao tiếp truyền dẫn chính cho hệ thống DSLAM. Thiết bị này có thể cung cấp các giao tiếp cụ thể như T1/E1, T3/E3, OC-1, OC-3, OC-12, STS- 1 và STS-3.
Mạng thuê bao nội hạt tận dụng mạng thuê bao điện thoại liên đài làm cơ
sở. Để cung cấp khả năng kết nối giữa các nhà cung cấp dịch vụ và người sử
dụng dịch vụ cần phải lắp đặt thêm nhiều thiết bị như các hệ thống chuyển mạch frame relay, ATM và các bộ định tuyến. Các thiết bị chuyển mạch ATM
đang ngày càng được sử dụng nhiều và các thế hệ DSLAM sắp tới sẽ bao gồm cả chuyển mạch ATM.
Một khái niệm cần đề cập đến là nút truy nhập (AN: Access Node) là nơi
đặt các thiết bị chuyển mạch và định tuyến. Tùy thuộc vào quy mô của mạng thuê bao và giá thành liên quan đến việc chuyển vận mà có thể bố trí một hay nhiều AN trên mạng thuê bao nội hạt. Với các thế hệ DSLAM mới được tích hợp cả AN kết hợp với các hệ thống chuyển mạch ATM.
DSLAM được bố trí cạnh tổng đài nội hạt và là nền tảng của giải pháp DSL. Về mặt chức năng DSLAM tập hợp lưu lượng dữ liệu từ các vòng thuê bao DSL vào xương sống của mạng để kết nối với phần còn lại của mạng. DSLAM cung cấp dịch vụ vận chuyển gói số liệu, tế bào số liệu hay các ứng dụng chế độ mạch qua việc tập trung các đường dây DSL vào các ngõ ra
10Base-T, 100Base-T, T1/E1 T3/E3 hay ATM. Ngày nay một vài DSLAM đã
được nhiệt đới hoá để có thể lắp đặt ở những vùng không có điều hoà nhiệt độ.
Điều này cho phép lắp đặt các DSLAM tại các remote terminal hay các tủ đặt bên lề đường thay vì phải lắp đặt tại tổng đài nội hạt. Khả năng di chuyển DSLAM tới những vị trí xa tổng đài (cùng với công nghệ vòng thuê bao mở
rộng) làm tăng nhanh ảnh hưởng của các nhà cung cấp dịch vụ, cho phép cung cấp dịch vụ đến những khách hàng mà bình thường DSL không thể vươn tới
được. Ngoài chức năng tập trung thì tùy thuộc vào từng dịch vụđược cung cấp một DSLAM có thể có thêm các chức năng khác. Trong một vài trường hợp một DSLAM có thể có khả năng được yêu cầu mở các gói số liệu để thực hiện
Hoàng Tiến Dũng LVCH
một tác vụ nào đó. Ví dụ, để hỗ trợ việc gán địa chỉ IP động bằng DHCP (Dynamic Host Control Protocol) mỗi gói phải được xem xét để chuyển đến
đích đúng của nó.
Thiết bị kết thúc (endpoint) DSL MODEM/router là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng dùng để kết nối người sử dụng dịch vụ với vòng thuê bao DSL. Kết nối kết thúc
DSL thường là 10Base-T, V.35, ATM hay T1/E1. Các sản phẩm đời mới của người sử dụng cũng hỗ trợ các phương pháp giao tiếp internal khác như
USB, IEEE 1394 hay PCI.
Thêm vào đó thiết bị kết thúc DSL tại CPE (Customer Premises
Equipment: thiết bị tài sản khách hàng) đang được phát triển với các cổng được thiết kế hỗ trợ cho từng ứng dụng riêng biệt như cổng RJ11 dành cho dịch vụ
thoại, cổng video dành cho dịch vụ video dựa trên DSL và các giao tiếp mạng mới như Home PNA (Home Phoneline Networking Alliance) hay các giao tiếp mạng như Ethernet vô tuyến 802.11. Các thiết bị kết thúc DSL của tài sản khách hàng có một số cấu hình khác nhau tùy thuộc vào dịch vụ cụ thể được cung cấp. Ngoài việc cung cấp chức năng cơ bản của một MODEM DSL nhiều thiết bị kết thúc còn có thêm một số chức năng như định tuyến, ghép kênh TDM hay ghép kênh ATM.
Các thiết bị DSL end point phải có các đặc tính sau:
- có khả năng cung cấp thống kê quản lý lớp 1, lớp 2 như tỷ số SNR chẳng hạn,
- có khả năng cung cấp thống kê MIB lớp 3 nhưđếm gói chẳng hạn, - phải hoàn toàn quản lý được từ phía các nhà cung cấp dịch vụ mà không
cần cử nhân viên đến tận nơi,
- hỗ trợ thực hiện giám sát trực tiếp để nhanh chóng dò sai hỏng, cách ly và thực hiện sửa chữa,
- có khả năng tải từ xa các phần mềm nâng cấp,
- giao tiếp tốt với các thiết bị của hãng khai thác trung gian như thiết bị
truy cập tích hợp IAD chẳng hạn.
Các thiết bị kết thúc định tuyến đem lại sự mềm dẻo cho IP từ vị trí khách hàng. Với một thiết bị kết thúc IP-aware có thể tạo ra và duy trì được các mạng nội bộ, cho phép phân đoạn hiệu quả các LAN từ xa cũng như việc nhận dạng dòng dữ liệu downstream là multicast hay unicast. Vùng đa dịch vụ cũng có thể được các người sử dụng LAN từ xa tận dụng cùng lúc. Vùng đa dịch vụ trở nên quan trọng khi ta có một nhóm lớn các người sử dụng cần truy nhập các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Các bộ tách dịch vụ (splitter) POTS được lắp thêm
ở cả tổng đài nội hạt và phía người sử dụng dịch vụ cho phép sử dụng vòng thuê bao cáp đồng truyền dẫn đồng thời dữ liệu tốc độ cao và một kênh điện
Hoàng Tiến Dũng LVCH
thoại khi dịch vụ dựa trên DSL đang sử dụng có hỗ trợ các dịch vụ này. Các bộ
tách dịch vụ POTS thường có 2 cấu hình: cấu hình đơn được thiết kếđể lắp ở
nhà riêng thuê bao và cấu hình nhiều dây được thiết kếđể lắp đặt ở tổng đài nội hạt. Lưu ý rằng trong khi nhiều sơđồ mã đường dây DSL hỗ trợ một kênh dịch vụ điện thoại đơn thuần POTS thì một số sơ đồ mã đường dây DSL khác lại không hỗ trợ loại dịch vụ này.
Bộ tách dịch vụ điện thoại đơn thuần POTS có thể là dạng tích cực hoặc dạng thụđộng:
- Bộ tách dịch vụ điện thoại đơn thuần POTS thụ động không cần phải
được cấp thêm nguồn điện bên ngoài. Bộ tách dịch vụ điện thoại đơn thuần POTS thụ động hỗ trợ các dịch vụ thường trực như số điện thoại khẩn cấp 911 (ở Hợp chủng quốc Hoa Kỳ) ngay cả khi nguồn điện nhà
đèn bị mất ở DSLAM hay MODEM DSL.
- Bộ tách dịch vụ điện thoại đơn thuần POTS tích cực phải được cấp nguồn từ bên ngoài cho điện thoại và tín hiệu DSL để hoạt động trên đôi