Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là cụng nghệ mạng kết nối điểm – đa điểm. Mạng sử dụng cỏc bước súng khỏc nhau để truyền dữ liệu từ trung tõm dữ liệu IPTV tới cỏc điểm đớch mà khụng cú cỏc thành phần điện. Mạng quang thụ động được xõy dựng dựa trờn cỏc mạng FTTx theo cỏc tiờu chuẩn quốc tế. Tiờu chuẩn G.983 của ITU là tiờu chuẩn đang được sử dụng hiện nay. Mạng PON theo tiờu chuẩn G.983 bao gồm một kết cuối đường quang OLT (Optical Line Termination) được đặt tại trung tõm dữ liệu IPTV và một số cỏc kết cuối mạng quang ONT (Optical Network Termination) được lắp đặt tại thiết bị đầu cuối người dựng. Trong trường hợp này, cỏc kỹ thuật truyền tải dữ liệu tốc độ cao trờn cỏp đồng được sử dụng (vớ dụ như DSL) để truyền cỏc tớn hiệu IPTV vào thiết bị đầu cuối của mỗi hộ gia đỡnh.
Kết cuối đường quang OLT bao gồm cỏp quang và cỏc bộ chia quang để định tuyến lưu lượng mạng tới cỏc kết cuối mạng quang ONT.
- Cỏp quang: kết cuối OLT và cỏc ONT khỏc nhau được kết nối với nhau bằng cỏp quang. Với truyền dẫn bằng cỏp quang thỡ can nhiễu thấp và băng thụng cao. Theo tiờu chuẩn G.983 cho phộp mạng PON truyền cỏc tớn hiệu ỏnh sỏng được số húa với khoảng cỏch tối đa là 20 Km mà khụng sử dụng bộ khuếch đại.
- Bộ chia quang: Bộ chia quang được sử dụng để chia tớn hiệu tới thành những tớn hiệu đơn lẻ mà khụng thay đổi trạng thỏi của tớn hiệu, khụng biến đổi quang - điện hoặc điện – quang. Bộ chia quang cũng được sử dụng để kết hợp nhiều tớn hiệu quang thành một tớn hiệu quang đơn. Bộ chia quang cho phộp 32 hộ gia đỡnh chia sẻ băng thụng của mạng FFTx.
Cỏp quang và bộ chia quang là cỏc thiết bị thụ động, việc sử dụng cỏc thiết bị thụ động để truyền dẫn cỏc bước súng qua mạng mà khụng cần cung cấp nguồn từ xa để giảm chi phớ vận hành và bảo dưỡng.
Hỡnh 2.2. Mạng IPTV FTTH sử dụng cụng nghệ PON
Mục đớch chớnh của ONT là cung cấp cho cỏc thuờ bao IPTV một giao diện với mạng PON. Nú nhận luồng tớn hiệu dạng ỏnh sỏng, giỏm sỏt địa chỉ được gỏn trong cỏc gúi tin và chuyển đổi thành tớn cỏc tớn hiệu điện. Kết cuối ONT cú thế định vị ở bờn trong hoặc bờn ngoài nhà thuờ bao, được cung cấp nguồn từ trong nhà và bao gồm cỏc mạch vũng (bypass) cho phộp điện thoại vẫn hoạt động bỡnh thường khi nguồn bị hỏng. Phần lớn cỏc kết cuối ONT gồm cú
một giao diện Ethernet cho đường dữ liệu, một cổng RJ-11 cho kết nối vào hệ thống điện thoại gia đỡnh và một giao diện cỏp đồng trục để cung cấp cỏc kết nối tới Tivi. Kết cuối ONT cũng làm nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu thành tớn hiệu quang để truyền trờn mạng PON.
Cú 3 cụng nghệ mạng PON là BPON, EPON và GPON hỗ trợ cả truyền hỡnh vụ tuyến truyền thống và IPTV. Chi tiết cụ thể của mỗi cụng nghệ được tỡm hiểu trong cỏc phần sau.
2.2.1.1. BPON (BroadbandPON)
Mạng quang thụ động băng rộng BPON dựa trờn tiờu chuẩn G.983 của ITU-T. Đõy là topology mạng FTTx hỗ trợ cỏc tốc độ dữ liệu lờn đến 622 Mbps cho hướng xuống và 155 Mbps cho hướng lờn. Như vậy, đõy là phương thức truyền bất đối xứng, do luồng dữ liệu xuống trong truyền dẫn point-to-point là giữa OLT và ONT, ngược lại đường lờn là từ ONT được sinh ra tại cỏc khe thời gian để truyền dẫn dữ liệu.Việc gỏn cỏc khe thời gian làm giảm bớt sự xung đột lưu lượng giữu cỏc ONT trờn mạng; tuy nhiờn nú làm giảm toàn bộ tốc độ dữ liệu của kờnh thụng tin hướng lờn. Lưu ý rằng BPON cũng cú thể được cấu hỡnh để hỗ trợ lưu lượng dữ liệu đối xứng.
BPON sử dụng chuyển mạch ATM như là giao thức vận chuyển. Cỏc mạng dựa trờn nền ATM hầu hết đều phõn phối cỏc ứng dụng dữ liệu, thoại và video ở tốc độ cao. Chuyển mạch ATM chia tất cả thụng tin truyền đi thành cỏc block nhỏ gọi là cỏc cell, vỡ thế nú là cụng nghệ cú tốc độ rất cao. Cỏc cell được cố dịnh kớch thước, mỗi cell cú 5 byte header và trường thụng tin chứa 48 byte dữ liệu. Trường thụng tin của cell ATM mang nội dung IPTV, ngược lại header chứa thụng tin thớch hợp để thực hiện chức năng là giao thức ATM.
ATM đó được phõn loại như là giao thức định hướng kết nối, cỏc kết nối giữa đầu thu và đầu phỏt đó được thiết lập trước để truyền dữ liệu video IP trờn mạng. Khả năng giữ trước băng thụng để cho cỏc ứng dụng nhạy với độ trễ là một đặc tớnh khỏc của mạng ATM. Đõy là đặc tớnh thường được sử dụng để phõn phối cỏc dịch vụ IPTV.
Việc phõn phối cỏc kờnh riờng biệt cho cỏc dịch vụ khỏc nhau giỳp loại bỏ được can nhiễu.
2.2.1.2. EPON
Mạng quang thụ động EPON là mạng truy cập được phỏt triển bởi một nhúm gọi là EFM (Ethernet in the First Mile) của IEEE và được chấp nhận như là một chuẩn vào năm 2004. Như tờn của nú, EPON là mạng PON sử dụng Ethernet làm cơ chế truyền dẫn. Cỏc tốc độ hỗ trợ phụ thuộc vào khoảng cỏch giữa OLT và ONT. Lưu ý rằng cỏc mạng EPON chỉ hỗ trợ lưu lượng mạng Ethernet.
2.2.1.3. GPON
Mạng quang thụ động GPON là hệ thống truy cập dựa trờn tiờu chuẩn G.984 của ITU-T. GPON về cơ bản là nõng cấp cho BPON, GPON hỗ trợ cho cỏc tốc độ truyền dẫn hướng xuống cao hơn, cụ thể là 2,5 Gbits hướng xuống và 1,5 Gbits hướng lờn, đõy là cỏc tốc độ đạt được cho khoảng cỏch lờn tới 20 km. Ngoài ra GPON cũn hỗ trợ cỏc giao thức như Ethernet, ATM và SONET, và cỏc đặc tớnh bảo an được cải tiến.
GPON cung cấp cỏc hỗ trợ đa giao thức cho phộp cỏc nhà khai thỏc mạng tiếp tục cung cấp cho khỏch hàng cỏc dịch vụ viễn thụng truyền thống, trong khi cũng dễ dàng giới thiệu cỏc dịch vụ mới như IPTV vào hạ tầng mạng của họ. Bảng 2.1 túm tắt đặc tớnh của cỏc cụng nghệ mạng PON được sử dụng để truyền tải tớn hiệu IPTV.
Với sự quan tõm phỏt triển cụng nghệ mạng PON trong tương lai thành mạng truy cập dịch vụ đầy đủ, IEEE tiếp tục phỏt triển mạng PON thế hệ tiếp theo. Tại thời điểm này, đó bắt đầu cú hai cụng nghệ mạng PON mới đú là WDM-PON và 10G-PON.
Bảng 2.1. So sỏnh cỏc cụng nghệ mạng PON: BPON, EPON và GPON 2.2.2. Mạng quang tớch cực
Mạng quang tớch cực AON (Active optical network) sử dụng cỏc thành phần điện giữa trung tõm dữ liệu IPTV và đầu cuối người dựng. Trong thực tế, cấu trỳc mạng AON sử dụng cỏc chuyển mạch Ethernet đặt tại vị trớ giữa trung tõm dữ liệu IPTV và điểm kết cuối của mạng cỏp quang.
2.3. IPTV phõn phối trờn mạng ADSL
Trong một vài năm gần đõy cú một số lớn cỏc cụng ty điện thoại trờn khắp thế giới tuyờn bố tham gia vào thị trường IPTV. Sự tham gia của cỏc cụng ty viễn thụng vào thị trường đầy tiềm năng này, dẫn đến kết quả là cỏc nhà cung cấp truyền hỡnh cỏp và mạng băng rộng khụng dõy đưa ra cỏc dịch vụ thoại và truy cập Internet để cạnh tranh. Đỏp lại, cỏc cụng ty viễn thụng đang nắm giữ thuận lợi là hạ tầng mạng DSL bắt đầu đưa ra cỏc dịch vụ truyền hỡnh thế hệ tiếp theo cho thuờ bao của họ. Chỳ ý rằng DSL là cụng nghệ cho phộp cỏc nhà cung cấp viễn thụng phõn phối cỏc dịch vụ băng thụng lớn trờn sợi dõy cỏp đồng đang dựng chỉ để truyền thoại. Nú làm biến đổi hạ tầng mạng cỏp điện thoại đang tồn tại giữa tổng đài nội hạt và điện thoại nhà khỏch hàng thành đường dõy số tốc độ cao. Đõy là khả năng cho phộp cỏc cụng ty điện thoại sử dụng mạng đang cú của họ để cung cấp cỏc dịch vụ dữ liệu Internet tốc độ cao cho thuờ bao.
Băng thụng là một vấn đề quan trọng trong việc phõn phối cỏc dịch vụ IPTV thế hệ mới. Một số mạng băng rộng dựa trờn DSL hiện cú được kế thừa từ cỏc chuẩn DSL, nú khụng chỉ đơn giản là cú khả năng hỗ trợ cỏc dịch vụ video tốc độ cao. Hầu hết cỏc mạng đú bị hạn chế trong việc phõn phối luồng dữ liệu IP tới mỗi hộ gia đỡnh. Trong một số trường hợp nú khụng thể gửi tớn hiểu truyền
hỡnh chất lượng chuẩn trờn mạng truy cập DSL. Việc tăng quỏ trỡnh thực thi được yờu cầu cho IPTV cú thể đạt được bằng cỏch triển khai cỏc cụng nghệ DSL như ADSL, ADSL2+ và VDSL. Tổng quan về cỏc cụng nghệ và cỏch thức hoạt động được tỡm hiểu trong cỏc phần sau.
2.3.1. ADSL
Đường dõy thuờ bao kỹ thuật số bất đối xứng ADSL là kỹ thuật trong họ xDSL được sử dụng rộng rói nhất hiện nay trờn cỏc mạng viễn thụng thế giới. ADSL là cụng nghệ kết nối điểm – điểm, nú cho phộp cỏc nhà cung cấp viễn thụng phõn phối cỏc dịch vụ băng thụng rộng trờn đường dõy cỏp đồng điện thoại đang tồn tại. Nú được gọi là “bất đối xứng” vỡ thụng tin được truyền từ trung tõm dữ liệu tới thiết bị IPTVCD nhanh hơn thụng tin được truyền từ IPTVCD tới trung tõm dữ liệu. Cũng vỡ thế đặc tớnh kết nối điểm – điểm của ADSL loại trừ được cỏc biến đổi về băng thụng của mụi trường mạng chia sẻ.
Bằng việc sử dụng cỏc kỹ thuật đặc trưng, ADSL cho phộp tốc độ downstream là 8 Mbps và tốc độ upstream là 1,5 Mbps. Bởi vậy, một kết nối ADSL chỉ đủ cho đồng thời hai kờnh truyền hỡnh quảng bỏ theo chuẩn MPEG-2 và một kết nối Internet tốc độ cao. Điểm trở ngại chớnh của ADSL là phụ thuộc vào khoảng cỏch tớnh từ trung tõm dữ liệu của nhà cung cấp tới nhà khỏch hàng. Nếu nhà khỏch hàng ở gần trung tõm dữ liệu thỡ chất lượng dịch vụ tốt hơn những nhà ở xa. Dịch vụ ADSL giới hạn khoảng cỏch trờn là 18.000 ft hay 5,5 Km.
Cỏc thiết bị ADSL cung cấp một kết nối kỹ thuật số trờn mạng PSTN, tuy nhiờn tớn hiệu truyền là tớn hiệu tương tự. Cỏc mạch ADSL phải sử dụng tớn hiệu tương tự vỡ mạng mạch vũng nội hạt (local loop) khụng cú khả năng truyền cỏc tớn hiệu mó húa dạng số. Vỡ thế, một modem tại trung tõm dữ liệu IPTV chịu trỏch nhiệm chuyển đổi dữ liệu số thành cỏc tớn hiệu tương tự để cú thể truyền được. Tương tự, tại nhà khỏch hàng cũng cú một modem chịu trỏch nhiệm chuyển đổi cỏc tớn hiệu tương tự thành tớn hiệu số ban đầu trước khi đi vào thiết bị IPTVCD.
Hỡnh 2.3. IPTV trờn cấu trỳc mạng ADSL
Cỏc thiết bị được sử dụng để triển khai dịch vụ IPTV trờn mạng ADSL như trờn hỡnh 2.2 bao gồm:
- Modem ADSL: tại nhà thuờ bao cú một bộ thu phỏt ADSL hoặc modem. Modem thường kết nối bằng cổng USB hoặc giao tiếp Ethernet từ mạng gia đỡnh hoặc PC tới đường line DSL. Đa số modem hiện này đều được tớch hợp chức năng định tuyến để hỗ trợ cỏc dịch vụ dữ liệu và truy cập Internet tốc độ cao.
- Bộ lọc POTS (Plain Old Telephone Service): người dựng được kết nối với Internet bằng kết nối băng thụng rộng ADSL sẽ sử dụng một thiết bị gọi là bộ lọc POTS để lọc tớn hiệu dữ liệu từ cỏc tớn hiệu thoại. Bộ lọc sẽ lọc tớn hiệu tới thành tớn hiệu tần số thấp đưa tới điện thoại và tần số cao đưa tới mạng gia đỡnh.
- DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer - Bộ ghộp kờnh truy cập đường dõy thuờ bao số): tại mỗi tổng đài khu vực (Regional Office) của nhà cung cấp dịch vụ IPTV, DSLAM nhận cỏc kết nối của thuờ bao trờn đường dõy cỏp đồng, tập hợp chỳng lại và kết nối trở lại trung tõm dữ liệu IPTV bằng cỏp quang tốc độ cao dựa trờn mạng đường trục. Để triển khai IPTV, DSLAM thường hỗ trợ truyền dẫn đa điểm (multicast) vỡ thế khụng cần phải tỏi tạo lại cỏc kờnh cho từng yờu cầu từ một người xem IPTV. DSLAM chịu trỏch nhiệm trong
việc phõn phối nội dung IPTV từ tổng đài khu vực tới cỏc thuờ bao IPTV. DSLAM cú hai loại là DSLAM lớp 2 và DSLAM nhận biết IP.
+ DSLAM lớp 2: hoạt động tại lớp 2 trong mụ hỡnh OSI và thực hiện cỏc chức năng như chuyển mạch lưu lượng giữa Ethernet và ATM, chuyển tiếp cỏc lưu lượng mạng ngược dũng (up-stream) và ngăn ngừa can nhiễu giữa cỏc thờu bao IPTV. Việc chuyển mạch giữa cỏc mạch ảo ATM và cỏc gúi Ethernet ngược dũng được dễ dàng bằng cỏch sử dụng cơ chế bắc cầu.
+ DSLAM nhận biết IP: hỗ trợ cỏc giao thức IP hoạt động tại lớp 3 trong mụ hỡnh OSI. Cỏc chức năng tiờn tiến được tớch hợp trong cỏc DSLAM nhận biết IP là tỏi tạo cỏc kờnh truyền hỡnh quảng bỏ và kờnh thực hiện theo lệnh.
Cụng nghệ ADSL là một ý tưởng cho cỏc dịch vụ tương tỏc khỏc nhau, tuy nhiờn, đú khụng phải là giải phỏp tốt nhất để phõn phối nội dung IPTV do cỏc nguyờn nhõn sau:
- Tốc độ dữ liệu: tốc độ tối đa của ADSL là 8 Mbps chỉ hỗ trợ sử dụng tốt cho hai kờnh truyền hỡnh chất lượng cao và một số lưu lượng Internet, tuy nhiờn, nú sẽ khụng thể đỏp ứng được cho cỏc nhà cung cấp IPTV khi phõn phối cỏc chương trỡnh lớn tới thuờ bao của họ.
- Tớnh tương tỏc: vỡ cụng nghệ ADSL tốc độ download thấp hơn tốc độ upload, do vậy nú sẽ hạn chế trong việc cung cấp cỏc dịch vụ ngang hàng (peer- topeer) yờu cầu băng thụng download và upload bằng nhau.
Cũng vỡ thế, cỏc nhà cung cấp dịch vụ mạng đó bắt đầu triển khai cỏc cụng nghệ ADSL tiờn tiến để khắc phục cỏc hạn chế, và ADSL2 là một trong cỏc cụng nghệ đú.
2.3.2. ADSL2
Cỏc chuẩn của họ ADSL2 được đưa ra để đỏp ứng cỏc yờu cầu về băng thụng, hỗ trợ cho cỏc ứng dụng yờu cầu băng thụng lớn như IPTV. Cú 3 loại khỏc nhau của họ ADSL2:
- ADSL2: ADSL2 là phiờn bản đầu tiờn của ADSL2 được phờ chuẩn bởi ITU vào năm 2003. ADSL2 bao gồm một số cải tiến so với chuẩn ADSL gốc là
đặt tờn khỏc, cỏc tốc độ download cao hơn và khoảng cỏch từ tổng đài trung tõm tới modem của thuờ bao xa hơn.
- ADSL2+: ADSL2+ được chuẩn húa sau ADSL2. Đõy là chuẩn xõy dựng trờn ADSL2 và cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ mạng đưa ra cỏc tốc độ lờn tới 20 Mbps và hoạt động tốt trong khoảng 1,5 Km tớnh từ tổng đài trung tõm tới modem nhà thuờ bao.
- ADSL(Reach): cụng nghệ phỏt triển ADSL2 để vượt lờn khoảng cỏch 1,5 Km tớnh từ tổng đài trung tõm tới nhà thuờ bao được gọi là ADSL mở rộng hay viết tắt là RE-ADSL2 (ADSL- Reach). RE-ADSL2 đó được chuẩn húa năm 2003 cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ IPTV tăng khoảng cỏch lờn tới 6 Km tớnh từ tổng đài trung tõm gần nhất tới nhà thuờ bao. Nú là cụng nghệ tốt nhất thực thi được trong giới hạn về khoảng cỏch và tốc độ trờn cỏc sợi cỏp đồng.
2.3.3. VDSL
Đường dõy thuờ bao số tốc độ cao VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) dựa trờn những nguyờn lý cơ bản như cụng nghệ ADSL2+. Nú là cụng nghệ DSL mới nhất và phức tạp nhất tại thời điểm này, và nú đó được phỏt triển để khắc phục cỏc khuyết điểm của cỏc phiờn bản cụng nghệ truy cập ADSL trước đõy. Nú loại trừ được hiện tượng “thắt cổ trai” và hỗ trợ khả năng tốc độ rất lớn cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ đủ điều kiện để đưa ra cho cỏc thuờ bao IPTV rất nhiều dịch vụ để lựa chọn bao gồm cả VoD và truyền hỡnh quảng bỏ định dạng HD. VDSL cũng được thiết kế để hỗ trợ cỏc truyền dẫn của chuyển mạch ATM và lưu lượng IP trờn cỏp đồng, điều đú rất cú lợi cho cỏc nhà cung cấp khi họ muốn kế thừa cỏc mạng ATM trờn hạ tầng mạng IP. Một số