Chương 2 CÔNG NGHỆ IPTV TRÊN MẠNG xDSL
2.1. Công nghệ truy nhập xDSL
2.1.1. Lịch sử của xDSL
Định nghĩa khái niệm ban đầu của xDSL xuất hiện từ năm 1989, từ J.W Lechleider và các kỹ sư thuộc hãng Ballcore. Sự phát triển xDSL bắt đầu ở Đại học Standford và phòng thí nghiệm AT&T Bell Lab năm 1990.
DSL (Digital Subscriber Line) là công nghệ chuyển tải thông tin băng thông rộng đến nhà khách hàng hay đến doanh nghiệp nhỏ thông qua đường dây cáp đồng có sẵn của mạng điện thoại nội hạt. Vì vậy DSL không phải là mạng chuyển mạch giống như PSTN hay ATM mà DSL chính là mạng truy nhập (Access Network).
và tiêu chuẩn DSL dùng để truyền dữ liệu tốc độ cao trên đôi cáp xoắn. “x” có thể là viết tắt của: H, SH, I, V, A hay RA tuỳ thuộc vào loại dịch vụ sử dụng DSL. Công nghệ xDSL ngày xưa chỉ là hệ thống số dùng để thay thế công nghệ truyền số ISDN đã có. Ngày nay hệ thống xDSL cho phép truyền cả số và tương tự trên cùng một đôi cáp xoắn với tốc độ cao hơn rất nhiều. Mặc dù đã được chuẩn hóa nhưng có nhiều hệ thống xDSL phát triển theo các hướng riêng. Kết quả là một số thiêt bị xDSL khác nhau thì không đồng bộ nhau.
Hệ thống xDSL đầu tiên là đường dây thuê bao số tốc độ cao HDSL (High speed Digital Subscriber Line). Hệ thống HDSL truyền tốc độ cao (T1/E1) với khoảng cách xa mà không cần dùng trạm lập (repeater). Hệ thống HDSL này sử dụng 2 hoặc 3 đôi cáp truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 2Mbps. Sau đó công nghệ điều chế mới hiệu quả hơn dùng đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) cho phép hệ thống tăng tốc độ truyền dữ liệu từ trung tâm (cung cấp dịch vụ) đến nhà khách hàng lên đến 6Mbps (một số hệ thống ADSL cho tốc độ đến 8Mbps). Hệ thống ADSL được phát triển thành RADSL và G.Lite là loại ADSL có tốc độ thấp hơn. Để nâng cao hiệu quả của các thiết bị sử dụng ISDN thì một công nghệ DSL ra đời tương ứng với ISDN gọi là IDSL.
Trong kiểu truyền đối xứng dùng trong DSL có G.shdsl (Single pair HDSL) cho phép truyền với nhiều tốc độ khác nhau. VDSL truyền đối xứng đến tốc độ 26Mbps trên một khoản cách ngắn. VDSL cũng có thể truyền không đối xứng với tốc độ tối đa 52Mbps [9].
2.1.2. Lợi ích của xDSL
Sử dụng lại đường dây điện thoại có sẵn và sử dụng được nhiều dịch vụ như:
- Truy nhập internet
- Đào tạo từ xa
- Truyền dữ liệu
- Hội nghị truyền hình
- Game trực tuyến
Ngoài ra cuộc cách mạng của công nghệ DSL giải quyết được bài toán khó trong vấn đề truy nhập ngày nay:
- Tốc độ thấp do thiếu băng thông truyền hẹp
- Chiếm đường điện thoại khi truy nhập dữ liệu
- Nghẽn mạng chuyển mạch
- Giảm giá thành đầu tư mạng cáp
2.2. Nguyên lý xDSL 2.2.1. Cấu trúc của xDSL ` Mạng dữ liệu PSTN Modem DSL Modem DSL Modem DSL Mạng lõi Mạng truy nhập DSL 1.000 - 18.000 feet 52Mbps - 100Kbps xTU-R From other user DSLAM xTU-C Bộ tách Hình 2.1. Cấu trúc của xDSL
- DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer): là bộ ghép truy nhập DSL cho phép ghép nhiều users truyền chung vào một đường truyền tốc độ cao (như bộ tập trung). Việc sử dụng công nghệ DSLAM này làm giảm số đường kết nối vật lý giữa tổng đài trung tâm CO (Central office) với đường trục (Backbone). Kỹ thuật ghép kênh trong DSLAM có thể là ghép kênh phân chia thời gian TDM (Time Division Multiplex), chuyển tiếp khung Frame- Relay, IP hoặc phương thức truyền dẫn không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode). Thuận lợi của việc dùng kỹ thuật Frame-Relay, IP hoặc ATM là cho phép giới hạn tốc độ đường lên thấp hơn tốc độ đường truy nhập xuống đến các user, rất thích hợp cho dịch vụ truy nhập internet hơn.
- xTU-C (All the different Transceiver Units-Central): tất cả các khối máy thu phát khác nhau - phía tổng đài là thiết bị xDSL Transceiver đặt tại CO. Một DSLAM có thể chứa nhiều kiểu xTU-C khác nhau như: ATU-C cho ADSL, STU-C cho SHDSL, vTU-C cho VDSL...
- xTU-R (All the different Transceiver Units-Remote): tất cả các khối máy thu phát khác nhau - phía đầu xa là thiết bị xTU-R Tranceiver đặt tại phía đầu xa như tại phía khách hàng. xTU-R được kết nối cùng loại với xTU-C tương ứng. xTU-R đóng vai trò là tớ và nhận lệnh từ xTU-C chủ để điều chỉnh mức tín hiệu và tốc độ của luồng dữ liệu hay thực hiện chức năng hoạt động, quản lý và bảo dưỡng OAM (Operations, Administration and Maintenance).
2.2.2. Chức năng của lớp vật lý xDSL
- Thiết lập và giải phóng các mạch kết nối vật lý giữa hai thiết bị DSL
- Xác định các thông số đường dây: Đường kính cỡ cáp, chiều dài cáp, khoảng cách các rẽ nhánh cáp...
-Xác định mức công suất phát, điều chế tín hiệu
- Giám sát lỗi và hiển thị lỗi như tốc độ lỗi bits hoặc lỗi hệ thống quản lý
2.3. Các phiên bản của xDSL
Sự khác biệt giữa các phiên bản của DSL là về tốc độ dữ liệu truyền trên mạng cáp đồng có sẵn. Tùy theo lọai ứng dụng mà sử dụng lọai xDSL cho phù hợp. Các phiên bản của xDSL có thể chia làm 2 nhóm [3]:
Nhóm đối xứng (Symmetric): cho phép truyền với tốc độ bằng nhau
theo cả hai hướng từ user đến mạng lõi và ngược lại. Lọai này phù hợp cho các ứng dụng như Video conferencing hay kết nối luồng E1/T1.
IDSL (ISDN Digital Subscriber Line)
IDSL (đường dây thuê bao số ISDN) được phát triển từ Basic Rate ISDN và còn được gọi là ISDN DSL vì tốc độ truyền dữ liệu của nó cũng gần giống với tốc độ truyền dữ liệu của mạng liên kết số đa dịch vụ ISDN (Integrated Services Digital Network). Nó cũng sử dụng mã đường truyền ISDN là 2B1Q. Tuy nhiên,
dạng dữ liệu và ứng dụng của IDSL thì khác với ISDN. Sự khác biệt giữa IDSL và ISDN:
- IDSL không sử dụng quay số (Dial-up) còn ISDN thì dùng quay số.
- IDSL không sử dụng chuyển mạch như ISDN
- IDSL chỉ dùng một mạch điện còn ISDN dùng hai mạch điện
- IDSL không qua hệ thống tổng đài thọai CO mà chỉ kết nối vào thiết bị Router tương ứng tại CO, còn ISDN thì phải qua hệ thống chuyển mạch điện thọai.
Tốc độ hỗ trợ IDSL: 64, 128, 144 Kbps Số đôi dây cáp đồng sử dụng: 1
Khoảng cách truyền: 8 Km (0.5mm, 24AWG)
Ứng dụng: Game trực tuyến và audio/video tốc độ thấp
HDSL (High-Speed Digital Subscriber Line)/HDSL2
HTU-R Bộ chuyển
đổi DCS HTU-C
Tổng đài trung tâm
T1/E1 > 12.000 feet
T1/E1
T1/E1
Hình 2.2. Cấu trúc mạng HDSL
Công nghệ HDSL (đường dây thuê bao số tốc độ cao) sử dụng 2 đôi dây đồng để cung cấp dịch vụ T1 (1,544 Mbps), 3 đôi dây để cung cấp dịch vụ E1(2,048 Mbps) không cần lặp. Sử dụng mã đường truyền 2B1Q tăng số bit/baud thu phát đối xứng, mỗi đôi dây truyền một nửa dung lượng tốc độ 784Kbps nên khoảng cách truyền xa hơn và sử dụng kỹ thuật khử tiếng vọng để phân biệt tín hiệu thu phát.
Khi nhu cầu truy nhập các dịch vụ đối xứng tốc độ cao tăng lên, kỹ thuật HDSL2 thế hệ 2 ra đời để đáp ứng nhu cầu truyền T1, E1 chỉ trên một đôi dây đồng với một bộ thu phát nên có nhiều ưu điểm là hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau, sử dụng mã đường truyền hiệu quả hơn mã 2B1Q, khoảng cách truyền dẫn
xa hơn, có khả năng tương thích phổ với các dịch vụ DSL khác.
Do sử dụng cả tần số thoại nên không cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại nhưng công nghệ này được sử dụng rộng rãi cho các dịch vụ đối xứng trong mạng nội hạt thay thế các đường trung kế T1, E1 mà không cần sử dụng bộ lặp, kết nối mạng LAN.
Tiêu chuẩn sử dụng: ITU-T G991.1, ETSI TS 101 135V1.5.3 (2000-09) Tốc độ hỗ trợ HDSL: 2Mbps, 1.5Mbps và Nx64 kbps
Số đôi cáp đồng sử dụng: 1,2 hay 3 tùy thuộc vào model
Khoảng cách truyền: 3 đến 5 Km tùy lọai model: 2 hoặc 3 đôi cáp
Ưu điểm:
- Là công nghệ truyền dẫn đối xứng
- Tận dụng được cơ sở hạ tầng là cáp đồng
- Tốc độ cao có thể đạt từ T1 (1.544 Mbps) đến T3 (2.044Mbps)
- Khoảng cách truyền dẫn xa hơn
- Có khả năng tương thích phổ với các dịch vụ DSL khác
Nhược điểm:
- Không sử dụng để truyền dẫn được cả dữ liệu và tín hiệu thoại
- Khoảng cách truyền không xa bằng công nghệ bất đối xứng
SHDSL (single-pair HDSL)
STU-R STU-C
Tổng đài trung tâm
> 12.000 feet
` Mạng lõi 192 kbps - 23 Mbps Vị trí khách hàng
Hình 2.3. Cấu trúc mạng SHDSL
Công nghệ DSL một đôi dây (Single pair DSL) truyền đối xứng tốc độ 784Kbps trên một đôi dây, ghép kênh thoại và số liệu trên cùng một đường dây, sử dụng mã 2B1Q. Công nghệ này chưa có các tiêu chuẩn thống nhất nên không được phổ biến cho các dịch vụ tốc độ cao.
SDSL chỉ được ứng dụng trong việc truy cập trang Web, tải những tệp dữ liệu và thoại đồng thời với tốc độ 128Kbps với khoảng cách nhỏ hơn 6,7Km và tốc độ tối đa là 1024Kbps trong khoảng 3,5Km.
Tiêu chuẩn sử dụng: ITU-T G991.2, ETSI TS 101 524V1.1.3 (2001-11) Tốc độ hỗ trợ SHDSL: 192 kbps đến 2.312 Mbps
Số đôi cáp đồng sử dụng: 1
Khoảng cách truyền: 3 đến 10 Km tùy thuộc tốc độ
Ưu điểm:
- Dễ triển khai do sử dụng cơ sở mạng điện thoại sẵn có
- Tốc độ của dữ liệu lên tới 2,3Mbps download và upload với cùng một tốc độ
- Có khả năng hỗ trợ một số dịch vụ mạng như VoIP, VPṆ
- Phù hợp với các doanh nghiệp lớn
- Chức năng LAN-to-LAN
Nhược điểm:
- Không sử dụng được đồng thời fax và voice
- Chi phí tương đối cao
Nhóm không đối xứng (Asymmetric): cho phép truyền với tốc độ khác
nhau theo cả hai hướng từ user đến mạng lõi và ngược lại. Tốc độ truyền dữ liệu phụ thuộc vào hướng truyền (hướng lên: upstream từ user đến mạng lõi, hướng xuống Downstream từ mạng lõi về users). Lọai này thích hợp cho các dịch vụ như: Truy cập internet, VoD sử dụng tốc độ downstream nhanh hơn tốc độ upstream.
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) Internet Bộ chuyển mạch ATM Bộ tách MDF Bộ tách POTS/ISDN ATU-R Bộ chuyển mạch tổng đài trung tâm PSTN ` ATU-C DSLAM > 18.000 feet POTS
or ISDN (e.g.DSL1)Lines > 8Mbps DS Mạch vòng nội hạt Đường trục tốc độ cao Hình 2.4. Cấu trúc mạng ADSL
ADSL (đường dây thuê bao số không đối xứng) rất thích hợp cho ứng dụng VoD và truy cập internet. ADSL là kỹ thuật tương thích với ứng dụng tốc độ cao khi dùng kỹ thuật điều chế đa tone rời rạc DMT (Discrete Multi Tone). Thiết bị ADSL có thể dùng ghép kênh phân chia theo tần số FDM (Frequency Division Multiplex) hoặc loại bỏ tiếng vọng Echo Cancellation.
ADSL có thể cho tốc độ downstream từ 384 Kbps đến 8Mbps, với chiều dài 5.5 Km, tốc độ downstream đạt đến 8 Mbps tùy thuộc vào chất lượng của đường dây. Tốc độ của đường upstream từ 64 kbps đến 768 kbps.
ADSL chủ yếu dùng để truy cập internet trên cùng đôi cáp đồng của dịch vụ điện thoại truyền thống POTS (Plain old Telephone Service) thông qua POTS Splitters.
Tiêu chuẩn sử dụng: ITU-T G922.1, ANSI T1.413 Tốc độ hỗ trợ: Download 6-8 Mbps, Upload 640 kbps Số đôi cáp đồng sử dụng: 1
Khoảng cách truyền: 2 đến 8 Km tùy thuộc tốc độ
Ưu điểm:
lên nhỏ hơn nhiều so với hướng xuống. Do đó tình trạng nhiễu xuyên âm đầu gần sẽ được giảm đi rất nhiều
- Độ tin cậy và bảo mật cao
- Dễ triển khai do sử dụng cơ sở mạng điện thoại sẵn có
- Chi phí hợp lý
- Có thể tải dữ liệu về vơi tốc độ 8Mbps
- Sử dụng đồng thời fax, voice mà không cần ngắt mạng
- Có khả năng hỗ trợ một số dịch vụ như VoIP, VPN
- Phù hợp với các doanh nghiệp vừa và lớn
- Nếu các thành phần của ADSL bị lỗi thì đường dây sẽ vẫn hoạt động với vai trò của dịch vụ điện thoại truyền thống POTS
Nhược điểm:
- ADSL không triển khai được cho tất cả mọi đường dây thuê bao
- Tốc độ ADSL phụ thuộc nhiều vào khoảng cách từ thuê bao đến DSLAM, vòng thuê bao càng dài thì tốc độ càng thấp
- Tốc độ đường lên và đường xuống chênh lệch nhau khá lớn
ADSL.Lite (G.Lite) (Splitterless ADSL)
Internet Bộ chuyển mạch ATM Bộ tách MDF ATU-R Bộ chuyển mạch tổng đài trung tâm PSTN ` ATU-C DSLAM > 18.000 feet POTS
or ISDN (e.g.DSL1)Lines
> 8Mbps DS Mạch vòng nội hạt Đường trục tốc độ cao Màng lọc microfilter Hình 2.5. Cấu trúc mạng G.Lite
G.Lite cũng giống như ADSL nhưng không dùng splitter tại phía khách hành. G.Lite dùng kỹ thuật điều chế DMT và có tốc độ downstream 1.5 Mbps, upstream 384 kbps.
G.Lite cũng dùng chung đường dây điện thọai của POTS để truy cập Internet nhưng không dùng splitter tại phía khách hàng (CPE) mà chỉ dùng splitter tại CO.
Tiêu chuẩn sử dụng: ITU-T G922.2
Tốc độ hỗ trợ: Download 1.5 Mbps, Upload 384 Kbps Số đôi cáp đồng sử dụng: 1
Khoảng cách truyền: 3 đến 8 Km tùy thuộc tốc độ
VDSL (Very high-Speed Digital Subscriber Line)
` > 18.000 feet > 52Mbps DS ONU Tổng đài trung tâm Modem VDSL Bộ tách Bộ tách Set Top Box ONU ONU ONU Modem VDSL < 4.500 feet Mạch vòng nội hạt Mạng Filter Ring Hình 2.6. Cấu trúc mạng VDSL
VDSL (đường dây thuê bao số tốc độ rất cao) hỗ trợ cả 2 mode đối xứng và không đối xứng. VDSL cho tốc độ downstream đến 52Mbps với khoảng cách 0.3Km và tốc độ 13Mbps cho 1Km.
Trong modes đối xứng VDSL đạt tốc độ 26Mbps với khoảng cách 0.3Km và tốc độ 13Mbps cho 1Km. VDSL rất thích hợp cho các ứng dụng băng rộng trong tương lai. Ứng dụng chính của VDSL là ứng dụng Video
on Demand (VoD) hay các ứng dụng multimedia.
Tiêu chuẩn sử dụng: ETSI TS 101 270-2 V1.1.1 (2001-02) Tốc độ hỗ trợ: 52Mbps trong modes không đối xứng và 26Mbps trong modes đối xứng
Số đôi cáp đồng sử dụng: 1
Khoảng cách truyền với tốc độ tối đa: 300m
Ưu điểm:
- Dễ triển khai do sử dụng cơ sở mạng điện thoại sẵn có
- Chi phí hợp lý
- Tốc độ cao nhất đạt 52Mbps
- Sử dụng đồng thời fax, voice tích hợp Splitter
- Chức năng LAN-to-LAN
Nhược điểm:
- Hỗ trợ khoảng cách tối đa là 1,2Km
So sánh giữa các lọai phiên bản xDSL
Bảng 2.1. So sánh giữa các lọai phiên bản xDSL
Công nghệ Tốc độ Khoảng cách truyền dẫn
Số đôi dây đồng sử dụng IDSL 144 Kbps đối xứng 5 km 1 đôi HDSL 1,544 Mbps đối xứng 2,048 Mbps đối xứng 3,6-4,5 km 2 đôi 3 đôi HDSL2 1,544 Mbps đối xứng 2,048 Mbps đối xứng 3,6-4,5 km 1 đôi SHDSL 768 Mbps đối xứng 2,048 Mbps một chiều 7 km 3 km 1 đôi
ADSL 1,5-8 Mbps luồng xuống
1,544 Mbps đối xứng 5 km 1 đôi VDSL 26 Mbps đối xứng 13-52 Mbps luồng xuống 1,5-2,3 Mbps luồng lên 300 m-1 km 1 đôi