markdown:
## Are you sure?
This action might not be possible to undo. Are you sure you want to continue?
THÔNG TRUNG TÂM ĐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIÊN THÔNG I ---------------------------------
Tài liệu giảng dạy
CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP TRONG MẠNG NGN
Biên soạn:
Nguyễn Việt Hùng
Hà nội tháng 5 năm 2007
i
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................... ...................i DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................... ...i DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................ ..................iii TỪ VIẾT TẮT........................................................................................... .......................iv PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG........................................................................... .............1 Chương 1: Phát triển của mạng viễn thông và phương thức truy truy nhập........................2 1.1 Các thế hệ mạng truy nhập và mạng viễn thông tương ứng.....................................2 1.1.1 Mạng NGN và các công nghệ truy nhập.............................. ..............................2 2.1.1 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập......................................... ........3 1.2 Công nghệ truy nhập hữu tuyến...................................................... .........................6 1.3 Công nghệ truy nhập vô tuyến.................................................... .............................6 1.4 Những công nghệ truy nhập hữu tuyến cạnh tranh.......................................... .........6 1.1.1 Công nghệ PLC..................................................................................... .............6 1.1.2 Công nghệ CM (CATV)................................................................. ....................8 1.5 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập.................................. ........................9 PHẦN II: CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP HỮU TUYẾN................................................... 10 Chương 2: Họ công nghệ xDSL ................................................................... ....................11 2.1 Công nghệ trong họ xDSL.................................................................................. ...11 2.2 Kiến trúc hệ thống........................................................................................ ..........15 1.1.3 Thiết bị nhà cung cấp dịch vụ kết nối...................................................... .........15 1.1.4 Phía khách hàng..................................................................... ..........................16 1.1.5 Mạch vòng thuê bao....................................................................... ..................16 2.3 ADSL, ADSL2, ADSL2+......................................................................... ..............16 1.1.6 ADSL...................................................................................... .........................17 2.3.1.1 Kĩ thuật điều chế......................................................... ..............................17 2.3.1.2 Kỹ thuật truyền dẫn song công................................................... ...............18 2.3.1.3 Nguyên lý thu phát............................................................... .....................21 1.1.7 ADSL2................................................................................... ..........................22 2.3.1.4 Giới thiệu chung............................................................................. ...........22 2.3.1.5 Các tính năng liên quan đến ứng dụng......................................................23 2.3.1.6 Các tính năng liên quan đến PMS-TC.................................. .....................24 2.3.1.7 Các tính năng liên quan đến PMD.................................................. ...........24 1.1.8 ADSL2+......................................................................................... ..................26 2.3.1.8 Giới thiệu chung ........................................................................... ............26 2.3.1.9 Mở rộng băng tần............................................................... .......................26 2.3.1.10 Ghép để đạt tốc độ cao hơn............................................ .........................27 2.3.1.11 Một số tính năng khác của ADSL2+.................................................. ......28 2.4 HDSL, HDSL2,SHDSL, HDSL4.......................................................... .................29 1.1.9 HDSL............................................................................................. ..................29 2.4.1.1 HDSL nguyên bản................................................................... ..................29 2.4.1.2 Khả năng và ứng dụng HDSL........................................ ...........................29 2.4.1.3 Truyền dẫn HDSL.......................................................... ...........................30 i
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
1.1.10 HDSL thế hệ thứ hai (HDSL2)........................................................... ............31 1.1.11 SHDSL.......................................................................................... .................31 1.1.12 HDSL4....................................................................................... ....................31 2.5 VDSL và VDSL2........................................................................ ..........................31 1.1.13 VDSL........................................................................................ .....................31 1.1.14 VDSL2..................................................................................... ......................33 2.6 Tình hình triển khai tại Việtnam................................................................... .........34 Chương 3: Công nghệ truy nhập quang .......................................................................... .35 3.1 Các mạng PON....................................................................................................... 35 3.2 APON.............................................................................................................. .......38 1.1.15 Cấu hình tham chiếu.................................................................................. .....38 3.2.1.1 OLT..................................................................................... .....................39 3.2.1.2 ONU............................................................................................ .............40 3.2.1.3 ODN............................................................................................ .............41 1.1.16 Các đặc tả cho APON............................................................................ .........42 1.1.17 Cấu trúc phân lớp APON............................................................................ ....43 3.2.1.4 Lớp vật lý .......................................................................... ......................44 3.2.1.5 Lớp hội tụ truyền dẫn TC.................................................. ........................44 3.3 EPON...................................................................................................... ...............44 1.1.18 Kiến trúc EPON.................................................................. ...........................44 1.1.19 Mô hình ngăn xếp EPON.................................................... ...........................45 1.1.20 Giao thức EPON............................................................................................. 46 1.1.21 Bảo mật trong EPON..................................................................................... .46 1.1.22 Những bước phát triển tiếp theo....................................................... ..............47 3.4 Metro Ethernet............................................................................. ..........................48 1.1.23 Lợi ích khi dùng dịch vụ Ethernet............................................... ...................48 3.4.1.1 Tính dễ sử dụng.............................................................................. ...........48 3.4.1.2 Hiệu quả về chi phí................................................................................ ...48 3.4.1.3 Tính linh hoạt.................................................................... .......................49 1.1.24 Mô hình dịch vụ Ethernet ................................................................. .............49 3.4.1.4 Kết nối Ethernet ảo............................................................................ .......49 3.4.1.5 Khuôn khổ định nghĩa dịch vụ Ethernet................................. ...................50 1.1.25 Các thuộc tính dịch vụ Ethernet........................................ .............................52 3.4.1.6 Ghép dịch vụ.................................................................... ........................52 3.4.1.7 Gộp nhóm............................................................................................ ......52 3.4.1.8 Đặc tính băng thông................................................... ..............................52 3.4.1.9 Thông số hiệu năng...................................................... ............................53 3.4.1.10 Vấn đề an ninh mạng (Network security)................................ ................53 1.1.26 Tình hình triển khai...................................................................... ..................53 1.1.27 Những công nghệ được sử dụng............................................................. ........56 3.4.1.11 Truyền tải Metro Ethernet qua SONET/SDH..........................................56 3.4.1.12 RPR........................................................................................ .................56 PHẦN III: CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN......................... ...........................58 Chương 4: Các mạng truy nhập không dây băng rộng ................................. ....................59 4.1 Giới thiệu chung................................................................................................ .....59 ii
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
4.2 Phát triển của truy nhập vô tuyến hội tụ đến 4G...................................................60 1.1.28 Hệ thống thông tin di động 2G và nền tảng CDMA.......................................61 4.2.1.1 GSM............................................................................................. .............61 4.2.1.2 IS-95.................................................................................................... ......62 4.2.1.3 GPRS..................................................................................................... ...63 1.1.29 Hệ thống 3G.................................................................................. .................63 4.2.1.4 IMT-2000 .................................................................. ..............................63 4.2.1.5 GPP2 & cdma2000.......................................................................... ..........64 1.1.30 WLAN........................................................................................................ ....65 1.1.31 Wimax............................................................................................ ................66 1.1.32 Hệ thống 4G.................................................................................. .................67 4.3 So sánh đánh giá các công nghệ............................................................... ..............67 Chương 5: Truy nhập qua vệ tinh.............................................................................. .......69 5.1 Giới thiệu chung................................................................................................ .....69 5.2 Hệ thống VSAT........................................................................................ ..............71 Chương 6: WLAN và WI-FI ......................................................................... ...................72 6.1 Giới thiệu chung................................................................................................ .....72 6.2 Kiến trúc WLAN............................................................................................ ........72 1.1.33 Cấu hình mạng WLAN ................................................................................ ..72 6.2.1.1 Cấu hình mạng WLAN độc lập .......................................... ......................73 6.2.1.2 Cấu hình mạng WLAN cơ sở............................................ ........................73 6.2.1.3 Kiến trúc đầy đủ của WLAN........................................................ .............74 1.1.34 Mô hình tham chiếu cơ bản IEEE 802.11.......................................... ............75 6.3 Chuẩn công nghệ ............................................................................................. ......76 6.4 Hệ thống thiết bị................................................................................................ .....79 1.1.35 Các card giao diện mạng vô tuyến ............................................................... ..79 1.1.36 Các điểm truy nhập vô tuyến ................................................................. ........79 1.1.37 Cầu nối vô tuyến từ xa..................................................... ..............................80 6.5 Bảo mật................................................................................................ .................81 1.1.38 Tập dịch vụ ID (SSID)........................................................ ...........................81 1.1.39 Giao thức bảo mật tương đương hữu tuyến (WEP)........................................82 1.1.40 Lọc địa chỉ MAC...................................................................................... ......83 6.6 Tình hình triển khai tại Việtnam..................................................................... ........84 Wimax ..................................................................................................................... ........85 6.7 Giới thiệu chung................................................................................................ .....85 1.1.41 Lịch sử Wimax.......................................................................... .....................85 1.1.42 Khái niệm Wimax......................................................... .................................86 1.1.43 Băng tần................................................................................ .........................86 6.8 Kiến trúc Wimax................................................................................ ....................87 1.1.44 Cấu hình mạng..................................................................... ..........................87 6.8.1.1 Cấu hình mạng điểm- đa điểm (PMP)................................. .....................87 6.8.1.2 Cấu hình mắt lưới MESH............................................................ .............87 1.1.45 Mô hình phân lớp...................................................................... .....................88 6.9 Chuẩn công nghệ ............................................................................................. ......89 1.1.46 Chuẩn 802.16-2001...................................................................... ..................90 iii
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
1.1.47 Chuẩn 802.16a-2003........................................................... ...........................91 1.1.48 Chuẩn 802.16c-2002........................................................... ...........................91 1.1.49 Chuẩn 802.16d-2004................................................................... ...................91 1.1.50 Chuẩn 802.16e-2005 .......................................................... ...........................92 6.10 Một số đặc điểm kỹ thuật của Wimax....................................... ...........................92 1.1.51 Lớp vật lý ................................................................................... ...................92 6.10.1.1 Khái niệm OFDM ................................................................................ ...93 6.10.1.2 OFDMA cho lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDMA...................................94 6.10.1.3 SOFDMA theo tỷ lệ (S-OFDMA).................................. .........................94 6.10.1.4 Kênh con hóa....................................................................................... ...95 1.1.52 Lớp MAC......................................................................................... ..............97 6.11 Hệ thống thiết bị........................................................................................ ...........99 6.12 Bảo mật............................................................................................ ..................103 6.13 Tình hình triển khai tại Việtnam............................................................... ..........103 TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... .........105 ....................................................................................................... ........................106
iv
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**DANH MỤC HÌNH VẼ
**
Ch¬ng 2:Hình 1.1: Mạng thế hệ sau và các công nghệ truy nhập.......................................3 Ch¬ng 3:Hình 1.2: Sự ra đời của các dòng thiết bị truy nhập.............................................4 Ch¬ng 4:Hình 1.3: Thiết bị DLC thế hệ 3.................................................................. .........5 Ch¬ng 5:Hình 1.4: Thiết bị truy nhập IP cho mạng thế hệ sau........................................ ....6 Ch¬ng 6:Hình 2.1: Lịch sử phát triển của các công nghệ trong họ xDSL.........................11 Ch¬ng 8:Hình 2.2: Bộ cung cấp mạch vòng thuê bao số xDSL........................ ................15 Ch¬ng 9:Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống ADSL............................................ ........................16 Ch¬ng 10:Hình 2.4: ADSL sử dụng và không sử dụng kĩ thuật triệt tiếng vọng...............18 Ch¬ng 11:Hình 2.5: Phân chia băng tần của kĩ thuật FDM.................................... ...........19 Ch¬ng 12:Hình 2.6: Phân chia băng tần của kĩ thuật EC............................ ......................20 Ch¬ng 13:Hình 2.7 Phân tách tín hiệu lên, xuống bằng phương pháp khử tiếng vọng.....20 Ch¬ng 14:Hình 2.8 : Sơ đồ khối thu và phát ADSL................................................... .......21 Ch¬ng 15:Hình 2.9: Tốc độ số liệu đường xuống của ADSL2+ so với ADSL2................27 Ch¬ng 16:Hình 2.10: Ghép hai đường ADSL2+....................................................... ........28 Ch¬ng 17:Hình 2.11: Khả năng cung cấp dịch vụ của kĩ thuật VDSL..............................32 Ch¬ng 19:Hình 2.12: Tình hình triển khai xDSL tại Việt nam của VNPT........................34 Ch¬ng 20:Hình 3.1: Sơ đồ logic hệ thống mạng PON.................................. ....................36 Ch¬ng 21:Hình 3.2: Cấu hình chung của một mạng PON................................................38 Ch¬ng 22:Hình 3.3: Cấu hình tham chiếu APON..................................... ........................38 Ch¬ng 23:Hình 3.4: Các khối chức năng trong OLT........................................................39 Ch¬ng 24:Hình 3.5: Các khối chức năng trong ONU.............................. .........................40 Ch¬ng 25:Hình 3.6: Cấu hình vật lý của ODN........................................ .........................42 Ch¬ng 26:Hình 3.7: Cấu trúc phân lớp mạng APON......................................... ...............43 Ch¬ng 27:Hình 3.8: Ngăn xếp EPON................................................................ ...............46 Ch¬ng 28:Hình 3.9 Mạng MAN thử nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh..........................53 Ch¬ng 29:Hình 3.10 Mạng MAN tại Ninh Bình ...................................................... ........55 Ch¬ng 30:Hình 4.1 : Các công nghệ truy nhập vô tuyến..................................................59 Ch¬ng 31:Hình 4.2: Xu hướng hội tụ của công nghệ truy nhập vô tuyến.........................60 Ch¬ng 32:Hình 4.3: Mốc lịch sử của truy nhập vô tuyến................................................ ..61 Ch¬ng 33:Hình 4.4: Sự phát triển lên 4G từ các công nghệ WAN....................................61 Ch¬ng 34:Hình 4.5: Hệ thống IMT 2000.............................................................. ............63 Ch¬ng 35:Hình 4.6 : Các công nghệ truy nhập vô tuyến cạnh tranh.................................68 Ch¬ng 36:Hình 5.1 Điện thoại di động Iridium...................................... ..........................70 Ch¬ng 37:Hình 6.1 Quá trình phát triển WLAN.................................................... ...........72 Ch¬ng 38:Hình 6.2: Cấu hình mạng WLAN độc lập.................................. ......................73 Ch¬ng 39:Hình 6.3 Cấu hình mạng WLAN cơ sở................................. ...........................74 Ch¬ng 40:Hình 6.4: Cấu hình WLAN dùng bộ lặp................................................ ..........74 Ch¬ng 41:Hình 6.5: Kiến trúc WLAN đầy đủ...................................... ............................75 Ch¬ng 42:Hình 6.8: Mô hình tham chiếu cơ bản IEEE 802.11.......................... ..............76 Ch¬ng 43:Hình 6.6: Mô hình tham chiếu....................................................................... ...78 Ch¬ng 44:Hình 6.9: Điểm truy nhập AP............................................... ............................80 Ch¬ng 45:Hình 6.10: Cầu nối vô tuyến............................................. ...............................81 i
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Ch¬ng 46:Hình 7.1: Cấu hình điểm-đa điểm (PMP).............................................. ...........87 Ch¬ng 47:Hình 7.2: Cấu hình mắt lưới MESH..................................................... ............88 Ch¬ng 48:Hình 7.3: Các phân lớp giao thức Wimax cho hai lớp cuối cùng.....................89 Ch¬ng 49:Hình 7.4: Vị trí của chuẩn IEEE 802.16 trong cấu trúc chuẩn IEEE 802 ........90 Ch¬ng 50:Hình 7.5: Quá trình truyền dẫn.................................................................. .......92 Ch¬ng 51:Hình 7.6: OFDM với 9 sóng mang con ..................................... .....................94 Ch¬ng 53:Hình 7.7: Ấn định khe thời gian trong OFDM.................................................96 Ch¬ng 54:Hình 7.8: Phân lớp MAC và các chức năng........................... ..........................98
ii
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**DANH MỤC BẢNG BIỂU
**
Ch¬ng 7:Bảng 2.1: Các công nghệ trong họ xDSL............................................. ..............13 Ch¬ng 18:Bảng 2.2: Tốc độ khoảng cách các loại VDSL.................................... .............32 Ch¬ng 52:Bảng 7.1: Các tham số của SOFDMA ................................................ .............95 Ch¬ng 55:Bảng 7.2: Thương hiệu của các nhà cung cấp thiết bị Wimax..........................99
iii
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**TỪ VIẾT TẮT
**
TỪ VIẾT TĂT ADC AAA AAS ACK ADSL AES AK AMC ANSI APON ARQ ASN ATM ATM ATP AWGN BE BER B-ISDN BPSK BR B-RAS BS BSN BTC BW BWA NGHĨA TIẾNG ANH Analog-to-Digital Converter Authentication, authorization and Account Adaptive Antenna System Acknowledgment Asymmetric Digital Subcriber Line Advance Ecryption Standard Authorization Key Adaptive Modulation and Coding American National Standards Institute ATM Passive Optical Network Automatic Retransmission Request Access Service Network Asynchronuos Transfer Mode Asynchronous Transfer Mode Access Termination Point Additive White Gauussian Noise Best Effort Bit Error Ratio B-Inergrated Service Digital Network Binary Phase shift Keying Bandwidth Request BroadBand Remote Access Server Base Station Block Sequence Number Block Turbo Code Bandwidth Broadband Wireless Access NGHĨA TIẾNG VIÊT Biến đổi số tương tự Nhận thực, cấp phép và lập tài khoản Hệ thống anten thích ứng Xác nhận Đường dây thuê bao số bất đối xứng Chuẩn mật mã nâng cao Khóa nhận thực Điều chế và mã hóa thích ứng Viện Quốc Gia Mỹ Mạng quang thụ động truyền dẫn không đồng bộ Yêu cầu truyền lại tự động Mạng dịch vụ truy nhập Phương thức truyền dẫn không đồng bộ Phương thức truyền không đồng bộ Điểm tham chiếu đầu cuối truy nhập Nhiễu Gauss trắng cộng Dịch vụ nỗ lực tốt nhất Tỉ số tín hiệu trên nhiễu Mạng số các dịch vụ tích hợp băng rộng Khóa chuyển pha nhị phân Yêu cầu băng thông Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa Trạm gốc Số thứ tự khối Mã Turbo khối Băng thông Truy nhập không dây băng rộng
iv
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
C/I CA CAP CBC CC CCI CCK CDMA CDMA CID CO CP CPE CPE CPS CRC CS CSMA CSN CTC DAMA DCD DCF DES DFE DFS DFT DHCP DL DLFP DMT DSA DSC DSL
Carrier to Interference Ratio Collision Avoidance Carrierless Amplitude and Phase modulation Cipher Block Chaining Confirmation Code Co-Channel Interference Complementary Coded Keying Code Division Multiple Access Code Division Multiple Access Connection Identifier Central Office Cyclic Prefix Customer Premises Equipment Customer Premises Equipment Common Part Sublayer Cyclic Redundancy Check Convergence Sublayer Carrier Sense Multiple Access Connection Service Network Concatenated Turbo Code Demand Assigned Multiple Access Downlink Channel Descriptor Distributed Control Function Data Encryption Standard Decision Feedback Equalization Dynamic Frequence Selecton Discrete Fourier Transform Dynamic Host Configuration Protocol Downlink Downlink Frame Preamble Discrete Multiple Tone Modulation Dynamic Services Addition Dynamic Services Change Digital Subcriber Line
Tỉ số tín hiệu/ nhiễu Tránh xung đột Điều chế biên độ pha không sóng mang Chuỗi khối mã hóa Mã xác nhận Nhiễu kênh liên kết Khóa mã hóa bổ sung Đa truy nhập phân chia theo mã Đa truy nhập phân chia theo mã Nhận dạng kết nối Trung tâm chuyển mạch Tiền tố tuần hoàn Thiết bị truyền thông cá nhân Thiết bị truyền thông cá nhân Lớp con phần chung Kiểm tra độ dư vòng tuần hoàn Lớp con hội tụ Đa truy nhập cảm nhận sóng mang Mạng dịch vụ kết nối Mã Turbo xoắn Đa truy nhập ấn định theo nhu cầu Miêu tả kênh đường xuống Chức năng điều khiển phân tán Chuẩn mật mã hóa dữ liệu Phân đoạn hồi tiếp quyết định Lựa chọn tần số động Biến đổi Fourier rời rạc Giao thức cấu hình Host động Đường xuống Tiền tố khung đường xuống Điều chế đa tần rời rạc Bổ sung các dịch vụ động Chuyển đổi các dịch vụ động Đường dây thuê bao số
v
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
DSLAM EAP EC ECB EDCA EDGE EKS ETSI ETSI EV-DO Ex FBSS FCH FDD FDD FDM FEC FEC FEXT FFT FFT FSAN FSH FTTC/B FTTCab FTTEx FTTH GMS GPC GPRS GPSS GSM
DSL Access Module Extensible Authentication Protocol Encryption Control Electronic Code Book Enhanced Distributed Control Access Enhanced Data Rates Encryption Key Sequence European Technical Standards Institute European Telecommunications Standards Institute Enhanced Version- Data Only Exchange Fast Base Station Switch Frame Control Header Frequency Division Duplexing Frequence Division Duplex Frequence Division Mutiplexing Forward Error Correction Forward Error Crrection Far-End Crosstalk Fast Fourier Transform Fast Fourier Transform Full Service Access Network Fragmentation Subheader Fiber To The Curb/Building Fiber To The Cabinet Fiber To The Exchage Fiber To The Home Global System for communication Grant Per Connection Generalized Packet Radio Service Grant Per Subscriber Station Global System For Mobile
Khối truy nhập DSL Giao thức nhận thực mở rộng Điều khiển mật mã hóa Sách mã điện tử Truy nhập điều khiển phân tán nâng cao Các tốc độ dữ liệu được nâng cấp Chuỗi khóa mật mã Viện Chuẩn kĩ thuật Châu Âu Viện các chuẩn viễn thông Châu Âu Chỉ dữ liệu-phiên bản nâng cao Tổng đài Chuyển mạch trạm gốc nhanh Tiêu đề điều khiển khung Song công phân chia theo tần số Song công phân chia theo tần số Ghép kênh phân chia theo tần số Sửa lỗi trước Hiệu chỉnh lỗi trước Xuyên âm đầu xa Biến đổi Fourier nhanh Chuyển đổi Fourier nhanh Tổ chức điều hành mạng truy nhập dịch vu đầy đủ Tiêu đề con phân đoạn Cáp quang tới khu vực/cao ốc Cáp quang đến tủ phân phối Cáp quang tới tổng đài Cáp quang tới nhà Hệ thống truyền thông di động toàn cầu Cấp phát trên mỗi trạm gốc Dịch vụ vô tuyến gói chung Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao Hệ thống toàn cầu cho truyền
Mobile
vi
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Communicatons HARQ HCS HFC HHO HSDPA HSUPA HT IDFT IEEE IFFT IMT IP IP ISDN ISI ISM ISP KEK LAN LMDS LOS LPF LSB MAC MAN MDHO MIMO MIP MISO MMDS Hybrid Automatic Retransmission Request Header Check Sequence Hybrid Fiber Coaxial Hard HandOver High Speed Downlink Packet Access High Speed Uplink Packet Access Header Type Inverse Discrete Fourier Transform Institute of Electrical and Electronic Engineers Inverse Fast Fourier Transform International Mobile T elecommunications Internet Protocol Internet Protocol Integrated Services Digital Network Inter-Symbol Interference Industrial Scientific and Medical Internet Service Provider Key Encryption Key Local Area Network Line Of Sight Low Pass Filter Least Significant Bit Medium Access Control Metropolitan Area Network Marco Diversity Handover Multiple Input Multiple Output Mobile Internet Protocol Multiple Input Single Output
thông di động Yêu cầu truyền lại tự động kết hợp Thứ tự kiểm tra tiêu đề Mạng lai cáp quang cáp đồng trục Chuyển giao cứng Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói đường lên tốc độ cao Loại tiêu đề Biến đổi ngược Fourier rời rạc Viện các kĩ sư điện và điện tử Biến đổi fourier ngược nhanh Viễn thông di động quốc tế Giao thức Internet Giao thức liên mạng Mạng số đa dịch vụ Nhiễu giữa các Symbol Công nghiệp khoa học và hóa học Nhà cung cấp dịch vụ Internet Khóa mật mã khóa Mạng vùng cục bộ Phân phối dịch vụ nội hạt Tầm nhìn thẳng Bộ lọc thông thấp Bít ít ý nghĩa nhất Điều khiển truy nhập phương tiện Mạng vùng thành thị Chuyển giao đa dạng bằng Marco Nhiều đầu vào nhiều đầu ra Giao thức Internet di động Nhiều đầu vào một đầu ra Phân phối dịch vụ đa kênh đa điểm
vii
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
MPLS MRC MS MSB NACK NAP NEXT NGN NLOS NTE OFDM OFDMA OLT ONU PAN PCF PDA PDU PHS PKM PLMN PLOAM PMD PMP PMS PN PON POTS PPP PS PSCN PSD
Multi Protocol Label Switching Maximum Ratio Combining Mobile Station Most Significant Bit Non-ACK Network Access Provider Near-End Crosstalk Next Generation Network Non Line Of Sight Network Termination Equipment Orthogonal Frequence Division Multiplexing Orthogonal Frequence Division Multiple Access Optical Line Terminal Optical Network Unit Personal Area Network Point Control Function Personal Digital Assistant Protocol Data Unit Payload Header Suppression Privacy Key Management Public Land Mobile Network cộng Physical Layer Operation Management Physical Medium Dependent Point to Multipoint Physical Medium Specific Packet Number Passive Optical Network Plain Old Teliphone Service Point to Point Protocol Physical Slot Packet Switched Core Network Power Spectral Density and
Giao thức chuyển mạch nhãn đơn giản Kết hợp tỉ số cực đại Trạm di động Bít ý nghĩa nhất Không xác nhận Nhà cung cấp truy nhập mạng Xuyên âm đầu gần Mạng kế tiếp Không tầm nhìn thẳng Thiết bị đầu cuối mạng Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Đầu cuối đường dây quang Đơn vị mạng quang Mạng cá nhân Chức năng điều khiển điểm Hỗ trợ cá nhân dùng kĩ thuật số Đơn vị dữ liệu giao thức Nén tiêu đề tải trọng Quản lí khóa bảo mật Mạng di động mặt đất công Quản lí và hoạt động của tầng vật lí Môi trường vật lí phụ thuộc Điểm-đa điểm Đặc tính môi trường vật lí Số gói Mạng quang thụ động Dịch vụ truyền thống Giao thức điểm-điểm Khe vật lí Mạng lõi chuyển mạch gói Mật độ phổ công suất
viii
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
PSH PSTN PTP QAM QPSK RAN REQ RFI RLC RS RTG Rx SA SAID SAP SDH SDU SHA SN SNR SOFDMA SOHO SONET SS SSCS STC STM TC TDD TDM TDMA
Packing Subheader Public Switch Telephone Network Point to Point Quadrature Amplitude Modulation Quadratura Phase Shift Keying Region Area Netwwork Request Radio Frequency Interference Radio Link Controller Reed-Solomon Receive Transition Gap Receiver Security Association Security Association Identifier Service Access Point Synchronous Digital Hierarchy Service Data Unit Secure Hash Algorithm Service Node Signal to Noise Ratio Scalable Orthogonal Frequence Division Multiple Access Small Office Home Office Synchronous Optical Network Subscriber Station Specify ServicesConvergence Sublayer Space Time Code Synchronuos Transfer Mode Transmission Convergence Time Division Duplex theo thời gian Time Division Multiplexing theo thời gian Time Division Multiple Access
Tiêu đề con gói Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Điểm-điểm Điều chế biên độ cầu phương Khóa chuyển pha cầu phương Mạng vùng địa phương Yêu cầu Nhiễu tần số vô tuyến Bộ điều khiển liên kết vô tuyến Mã Reed-Solomon Khoảng trống chuyển giao đầu thu Đầu thu Kết hợp bảo mật Nhận dạng kết hợp bảo mật Điểm truy nhập dịch vụ Hệ thống phân cấp kỉ thuật số đồng bộ Đơn vị dữ liệu dịch vụ Thuật toán xáo trộn bảo mật Node dịch vụ Tỉ số tín hiệu trên nhiễu Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao theo tỉ lệ Văn phòng gia đình văn phòng nhỏ Chuẩn xác định truyền thông trên cáp quang Trạm thuê bao Lớp con hội tụ các dịch vụ riêng Mã không gian thời gian Trường chuyển mạch đồng bộ Lớp hội tụ truyền dẫn Song công phân chia Ghép kênh phân chia Đa truy nhập phân chia theo mã
ix
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
TDMA TE TEK TFTP TLS TLV Tx UCD UGS UL UMTS UMTS UTRA UNI UTRAN VoIP VTU VTU-O VTU-R WAN WDM WEP Wi-Fi WLAN WMAN WME WPA xDSL XOR
Time Division Multiplexing Access Termination Equipment Traffic Encryption Key Trivial File Transfer Protocol Transport Layer Security Type/Length/Value Transmiter Uplink Channel Descriptor Unsolicited Grant Service Uplink Universal Mobile Telecommunication System UMTS terrestrial Radio Access User Network Interface UMTS terrestrial Radio Access Network Voice Over IP VDSL Transmission Unit VDSL Transmission Unit CO VDSL Transmission Unit Remote Wide Area Wavelength Division Multiplexing Wired Equivalent Privacy Wireless Fidelity Wireless LAN Wireless MAN Wi-Fi Mutlimedia Extensions Wi-Fi Protected Access Digital Subcriber Line Exclusive-OR
Đa truy nhập phân chia theo thời gian Thiết bị đầu cuối Khóa mật mã lưu lượng Giao thức truyền tệp thông thường Bảo mật lớp truyền tải Loại/ Độ dài/ Giá trị Đầu phát Miêu tả kênh đường lên Dịch vụ cấp phát không kết hợp Đường lên Hệ thống viễn thông cầu di động toàn
Truy nhập vô tuyến trên mặt đất Giao diện người dùng mạng Mạng truy nhập vô tuyến trên mặt đất UMTS Thoại qua IP Khối truyền dẫn VDSL Khối truyền dẫn VDSL phía tổng đài Khối truyền dẫn VDSL phía thuê bao xa Network mạng diện rộng Ghép kênh đa bước sóng Bảo mật đương lượng hữu tuyến Mạng LAN không dây Mạng MAN không dây Những mở rộng đa phương tiện Wi-Fi Truy nhập được bảo vệ Wi-Fi Họ công nghệ DSL Hàm cộng modul
x
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG
1
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**Chương 1:Phát triển của mạng viễn thông và phương thức truy truy nhập
**
1.1Các thế hệ mạng truy nhập và mạng viễn thông tương ứng
1.1.1Mạng NGN và các công nghệ truy nhập
Định nghĩa NGN Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều cách gọi khác nhau như Mạng đa dịch vụ, Mạng hội tụ, Mạng phân phối hay mạng nhiều lớp. Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới rất quan tâm đến NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõ ràng. Do vậy ta chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau: “ NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu, giữa cố định và di động.” Đặc điểm NGN NGN có 4 đặc điểm chính: • Nền tảng là hệ thống mở. • NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng các dịch vụ trên NGN phải độc lập với mạng lưới. • NGN là mạng chuyển mạch gói dựa trên một giao thức thống nhất. • Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng ngày càng tăng và có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu. Trong NGN giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng được áp dụng làm cơ sở cho mạng đa dịch vụ. Hiện tại mặc dù vẫn còn gặp nhiều khó khăn so với mạng chuyển mạch kênh về khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu, nhưng với tốc độ thay đổi nhanh chóng nhiều công nghệ mới đang được áp dụng sẽ sớm khắc phục điều này trong tương lai gần. Các công nghệ truy nhập và mạng NGN Như trong hình 1.1 để kết nối người dùng vào mạng NGN người ta có thể sử dụng một công nghệ hoặc có thể kết hợp một vài công nghệ khác nhau để tạo ra hàng loạt những phương thức kết nối khác nhau. Những công nghệ kết nối hiện nay đang được sử dụng phổ biến bao gồm : • Vô tuyến (GSM, 3G, 4G, WLAN, WMAN) • Hữu tuyến xDSL, PON, CATV, PLC
2
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Ch¬ng 2:Hình 1.1: Mạng thế hệ sau và các công nghệ truy nhập Tuy nhiên, để đạt được cấu trúc như mong muốn trên hình 1.1 thì mạng truy nhập nói riêng và mạng viễn thông nói chung phải trải qua những giai đoạn quá độ với nhiều trạng thái khác nhau tương ứng với những xuất phát điểm (mạng truyền số liệu, thoại truyền thống PSTN, mạng di động, mạng di động nội hạt) và giải pháp sử dụng khác nhau. Chúng ta có thể tổng kết lại (nhìn từ hướng phát triển từ mạng PSTN) những thế hệ của mạng truy nhập như trong mục sau.
2.1.1Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập
Hình 1.2 cho chúng ta thấy tiến trình phát triển của các thiết bị truy nhập trong mạng Viễn Thông. Dòng thiết bị hỗ trợ dịch vụ băng rộng đầu tiên và được tích hợp phía thuê bao là DLC thế hệ 3 hay NDLC ra đời vào những năm cuối thế kỷ 20. Thiết bị này có nhiều điểm tương đồng với ATM DSLAM do cùng sử dụng một công nghệ và kiến trúc tương tự nhau (Để hiểu thêm về DLC xem phụ lục A). NDLC thể đấu nối và phối hợp hoạt động với nhau tạo thành một mạng ATM diện rộng thống nhất, chuyển mạch gói với băng thông tương đối lớn cho phép cung cấp các dịch vụ dữ liệu một cách tương đối mềm dẻo (Hình 1.3). Đặc tính của dòng thiết bị này như sau: • Cung cấp giải pháp truy nhập băng rộng tạm thời qua mạng lõi ATM. • Sử dụng công nghệ xDSL để truy nhập dữ liệu tốc độ cao. • Chuẩn V5.x để giao diện với mạng PSTN. • Kết nối ATM với mạng đường trục hay qua mạng IP. • Hỗ trợ các dịch vụ thoại/fax, ISDN và dữ liệu băng rộng. 3
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Truy nhËp IP
Cuèi thËp kû 90 Gi÷a thËp kû 90
NGDLC
V5 DLC
N¨m 1970
1-2G DLC
N¨m 1890
C¸p ®ång
Ch¬ng 3:Hình 1.2: Sự ra đời của các dòng thiết bị truy nhập. Tuy nhiên dòng thiết bị này có một số nhược điểm sau: • Băng thông và dung lượng hạn chế. • Nút cổ chai trong vòng ring truy nhập nếu phần lớn các thuê bao đều sử dụng dịch vụ xDSL và nút cổ chai trong mạng lõi ATM. • Khó mở rộng dung lượng. • Kiến trúc phức tạp, qua nhiều lớp (Ip qua ATM qua SDH/DSL). • Giá thành và chi phí tương đối cao. Sau DLC thế hệ 3 là dòng thiết bị truy nhập IP hay IP-DSLAM. Đây là dòng thuê bao truy nhập tiên tiến nhất hội tụ nhiều công nghệ nền tảng trong mạng thế hệ sau NGN. Dòng thiết bị này chạy trên nền tảng mạng IP, IP-AN với những đặc điểm sau: • Băng thông/ Dung lượng hầu như không hạn chế (Trên thực tế hầu như không tắc nghẽn với băng thông trong khoảng 1-10Gbps). • Truy nhập băng rộng IP. • Dễ dàng mở rộng và tích hợp với mạng NGN (Trên nền mạng chuyển mạch mềm). • Cung cấp tất cả các dịch vụ qua một mạng Ip duy nhất mặc dù hệ thống này vẫn hỗ trợ các đầu cuối tương tự truyền thống. Thiết bị này phối hợp hoạt động với mạng IP qua media gateway. • Giá thành tính cho từng thuê bao và chi phí vận hành mạng thấp. • Kiến trúc đơn giản( IP over SDH) 4
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
PSTN DLC EX EX DLC
ATM
B-RAS
C¸p quang kÕ Trung C¸p ®ång IP
Ch¬ng 4:Hình 1.3: Thiết bị DLC thế hệ 3. Trong giai đoạn quá độ hiện nay, để việc đầu tư vào mạng truy nhập mang lại hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật thì ngoài giải pháp kéo thêm cáp đồng đến khu vực thuê bao còn có cách sử dụng các thiết bị truy nhập, quang hóa mạng truy nhập và tận dụng tối đa những công nghệ truy nhập vô tuyến, hơn nữa để phù hợp với xu thế tất yếu là tiến từ mạng PSTN lên mạng NGN khi mà mạng nội hạt chưa sẵn sàng hỗ trợ các thiết bị truy nhập IP tiên tiến nhất thì cần phải có dòng thiết bị truy nhập đáp ứng tất cả các yêu cầu sau: • Hỗ trợ các giao diện PSTN truyền thống, các đầu cuối analog. • Có khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng và các dịch vụ mới khác. • Hỗ trợ báo hiệu V5.x và có thể kết nối tới các tổng đài nội hạt đang sử dụng (Tức là làm việc như là thiết bị DLC). • Dễ dàng nâng cấp, tích hợp khi chuyển sang mạng NGN. • Đảm bảo thời gian triển khai và chi phí phát thiển thuê bao không quá cao.
5
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
PSTN POTS/PSTN Máy ĐT IP Gateway
IP hay MPLS xDSL Gateway truy nhập
Chuyển mạch mềm
IP hay MPLS switch-router
Ch¬ng 5:Hình 1.4: Thiết bị truy nhập IP cho mạng thế hệ sau.
**1.2Công nghệ truy nhập hữu tuyến
**
Hiện nay trên thị trường những nhà khai thác với cơ sở hạ tầng khác nhau đưa ra những dịch vụ truy nhập dựa trên công nghệ khác nhau : • Dial up, xDSL, ISDN dựa trên cáp đồng xoắn • CM trên mạng cáp truyền hình CATV • PLC trên mạng cáp điện lực • Truy nhập quang trên CATV, PLC Tuy nhiên xét về tính kinh tế cũng như sự ổn định về giải pháp kỹ thuật họ công nghệ xDSL vẫn là giải pháp hợp lý trong vòng 5 năm tới.
**1.3Công nghệ truy nhập vô tuyến
**
Với sự xuất hiện của Wimax, công nghệ truy nhập vô tuyến đã cho thấy sự hội tụ một cách rõ ràng, và mạng truy nhập vô tuyến sẽ tiến tới cung cấp dịch vụ kết nối có tốc độ cao hơn, và sẽ có sự thỏa hiệp giữa tính di động và tốc độ (QoS)
**1.4Những công nghệ truy nhập hữu tuyến cạnh tranh
**
1.1.1Công nghệ PLC
Việc sử dụng mạng lưới phân phối điện cho mục đích truyền thông đã được biết đến từ những năm đầu của thế kỷ 20. Bằng cách sử dụng phương thức điều chế khoá bật tắt (turn on-turn off carrier) các hệ thống PLC đầu tiên đã được sử dụng cho việc truyền thông nội bộ nhằm thực hiện nhiệm vụ điều khiển và đo đạc từ xa. Nhưng ở các hệ thống này tốc độ truyền tin rất thấp. Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, đặc biệt là công nghệ sản xuất vi mạch tích hợp cho từng ứng dụng đặc biệt ASIC 6
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
(Application Specific Integrated Circiut) đã cho phép PLC có những bước phát triển nhảy vọt và trở thành một trong những công nghệ truy nhập băng rộng, tốc độ cao đầy hứa hẹn. Trong một vài năm gần đây công nghệ PLC đang phát triển mạnh mẽ do những nguyên nhân sau: • Nhu cầu truy nhập Internet băng thông rộng đang bùng nổ. Trong khi các công nghệ truy nhập băng thông rộng khác vì các lý do khác nhau chưa đáp ứng được. • Mạng lưới điện hạ thế sẵn có ở khắp nơi, dải tần trên đường dây điện chưa được sử dụng hết. • Đối với các nhà khai thác viễn thông mới việc xây dựng mạng truy nhập để cung cấp dịch vụ trực tiếp tới khách hàng đòi hỏi chi phí lớn và tốn nhiều thời gian, công sức . Trong thực tế các hoạt động chuẩn hoá hệ thống truyền thông tốc độ cao PLC đang được tiến hành ở rất nhiều quốc gia, hàng loạt hệ thống PLC tốc độ cao đã và đang được cân nhắc thành sản phẩm thương mại. Tại mỗi hộ gia đình, có rất nhiều thiết bị số liệu và thiết bị điện sử dụng các ổ cắm điện, do đó không cần phải bàn cãi nhiều về khả năng truyền thông đa năng bằng việc sử dụng các ổ cắm điện giữa các thiết bị điện và số liệu. Không giống như các hệ thống LAN hồng ngoại hoặc vô tuyến, các thiết bị đầu cuối PLC có độ ổn định kết nối cao thậm chí khi cáp điện được chôn trong tường nhà. Hơn nữa, một ưu điểm đối với với mạng gia đình đó là PLC cung cấp khả năng kết nối tới mạng truy nhập, đây là một tính năng hấp dẫn của PLC khi nó thỏa mãn các nhu cầu về tốc độ số liệu. Thông thường, mạng truy nhập nội hạt hay đoạn kết nối cuối cùng đến thuê bao là phần chi phí tốn kém nhất cho một hệ thống truyền thông. Do những đặc điểm hấp dẫn nêu trên, PLC đã nhận được sự quan tâm hết sức đặc biệt của các nước Châu Âu, Bắc Mĩ, Nhật và gần đây là một số nước Châu á khác. ở Châu Âu, trong những năm gần đây đã có khá nhiều cuộc thử nghiệm mạng truy nhập và mạng gia đình sử dụng công nghệ PLC. Trong năm 1999, ETSI cũng đã đặt ra một dự án mang tên EP PLT (ETSI Project Powerline Telecommunication) để phát triển các tiêu chuẩn và các đặc tả kỹ thuật cho hệ thống PLC. Tháng 3 năm 2000, tại Thuỵ Sĩ, diễn đàn PLC đã được thiết lập nhằm mục tiêu liên kết các thành viên quan tâm đến công nghệ PLC bao gồm 51 thành viên tại 17 quốc gia và 3 lục địa. Tại Bắc Mĩ, liên minh công nghiệp Bắc Mĩ đã thiết lập một tổ chức có tên là HomePlug nhằm thực hiện mục tiêu cung cấp một diễn đàn để tạo ra các đặc tả mở cho phát triển hệ thống PLC cho các sản phẩm và mạng truy nhập tốc độ cao, mạng gia đình sử dụng công nghệ PLC. Hai lĩnh vực ứng dụng hiện nay của PLC là truy nhập nội hạt (last- mile access) và kết nối mạng trong nhà (in- house 7
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
networking). Các dịch vụ của PLC có thể được cung cấp đảm bảo luôn sẵn sàng tại mọi ổ điện và không cần thi công cáp bao gồm: • Truy nhập Internet băng thông rộng (tới 45Mbs hoặc hơn ), các kết nối này luôn online. • Dịch vụ thoại và fax. • Kết nối LAN trong nhà (in-house LAN) cho các máy PC và máy in. • Các dịch vụ băng hẹp khác ( house automation, health care...). Căn cứ vào dung lượng cung cấp và cấu hình sử dụng mà ta có thể phân loại công nghệ PLC. Xét băng tần sử dụng, tại Nhật, băng tần khụng cần đăng kí cho PLC từ 10-450 Khz trong khi tại Châu Âu là từ 10 -148.5 Khz (CENELEC: European Committee for Electronic Technical Standarzation). Các hệ thống PLC vận hành ở dải tần này sẽ được xem như là các hệ thống PLC băng hẹp.Gần đây nhiều quốc gia trong đó có Nhật đó bắt đầu cân nhắc đến việc mở rộng dải tần hoạt động cho PLC lên tới 30 Mhz. Tại Châu Âu, ETSI đó xác định kế hoạch phân bố băng tần từ 1,6 Mhz đến 10 Mhz được ấn định dành riêng cho truy nhập nội hạt, dải tần từ 10 Mhz đến 30 Mhz được ưu tiên dành cho ứng dụng mạng gia đình (in-house), những hệ thống như vậy có thể được coi là các hệ thống băng rộng. Tại Việt nam EVN đã thử nghiệp thành công PLC tại trụ sở Trần Nguyên Hãn, nhưng khả năng triển khai trên diện rộng vẫn còn để ngỏ. Nếu xét theo cấu hình xử dụng chúng ta có thể có những cấu hình PLC như: • Cấu hình Fiber-LV (Low Voltage) • Cấu hình MV&LV (Medium Voltage & Low Voltage) • Cấu hình MV & Wireless • Cấu hình FTTH (Fiber to the Home) Do bản chất sơ khai của đường cáp điện không phải là để truyền dẫn tín hiệu thông tin cho nên không có một sự đảm bảo hiệu năng nào khi thực hiện truyền thông trên cáp điện nhìn từ quan điểm truyền dẫn tín hiệu. Vấn đề lớn nhất của PLC là chống nhiễu (do các nguồn điện hoặc ngoài điện) và suy hao trên đường dây, cũng như tìm kiếm sự chấp nhận của thị trường. Vì vậy, PLC có thể gặp phải các đặc tính đặc biệt của kênh truyền dẫn sử dụng cáp điện, như là các đặc tính trở kháng thay đổi theo thời gian và rất thấp của đường dây điện, rất nhiều nhân tố gây ra các dạng tạp âm tín hiệu.
1.1.2Công nghệ CM (CATV)
Là công nghệ cho phép truy xuất thông tin tốc độ cao đến các server từ xa như Internet server hay VoD server qua mạng truyền hình cáp (Cáp đồng trục) với tốc độ thay đổi phụ thuộc vào hệ thống modem cáp, kiến trúc mạng cáp đồng trục và lưu lượng trên 8
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
modem. Tốc độ theo chiều xuống có thể lên đến 27Mbps, tuy nhiên đây là dung lượng tổng cộng của mọi người chia ra do cấu trúc mạng dạng nhánh, thường thì dung lượng của một thuê bao chỉ từ 1-3Mbps. ở chiều lên có thể đạt được 10Mbps nhưng thường là 1-2,5 Mbps Ưu điểm của modem cáp là tận dụng được mạng truyền hình cáp sẵn có nên giảm chi phí, các linh kiện tần số cao cần thiết cho hoạt động của modem cáp đã trở nên rất rẻ và được bán đại trà. Nhưng cũng do làm việc ở tần số cao và có đến 90% cáp đi trong nhà mà các cáp này thường được lắp đặt vội vã, cẩu thả nên dễ gây nhiễu cho tivivà các thiết bị khác, giải pháp ở đây là cần phải đi lại dây ở nhà. Hơn nữa do việc sử dụng chung các kênh đường lên nên dễ gây tắc nghẽn. Các nhà khai thác mạng cáp đồng trục đang tiến hành cải tiến hạ tầng mạng cáp bằng cách đưa thêm mạng cáp quang vào mạng cáp đồng trục thay truyền dẫn tương tự bằng truyền dẫn số được gọi là mạng lai ghép HFC: Mạng HFC cung cấp gần 100 kênh truyền dẫn tốc độ cao (6 MHz) cho mỗi kênh phân phối các luồng video tương tự, số, dữ liệu tới người sử dụng và có thể mở rộng các dịch vụ băng rộng nhờ modem cáp. Tuy nhiên do đường truyền HFC là chung nên băng thôngkhả dụng cho mỗi kênh khi có nhiều người sử dụng không cao bằng DSL.
1.5So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập
9
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
PHẦN II: CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP HỮU TUYẾN
10
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**Chương 2:Họ công nghệ xDSL
**
2.1Công nghệ trong họ xDSL
Như đã đề cập ở chương 1, xDSL là họ công nghệ đường dây thuê bao số gồm nhiều công nghệ có tốc độ, khoảng cách truyền dẫn khác nhau và được ứng dụng vào các dịch vụ khác nhau, với x thay cho các ký tự : A, H, V, I, S, … Lịch sử phát triển của các công nghệ trong họ được thể hiện trong hình 2.1 .
Ch¬ng 6:Hình 2.1: Lịch sử phát triển của các công nghệ trong họ xDSL Có thể phân loại xDSL theo đặc tính truyền dẫn giữa hai chiều lên và xuống như sau (Bảng 2.1 tổng kết đặc điểm của một số công nghệ trong họ ): • Truyền dẫn hai chiều đối xứng gồm: HDSL/HDSL2, SHDSL đã được chuẩn hoá và những phiên bản khác như: SDSL, IDSL… 11
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
• Truyền dẫn hai chiều không đối xứng gồm ADSL/ADSL. Lite (G.Lite), ADSL2, ADSL2+ đã được chuẩn hoá và một số tên gọi khác chưa được chuẩn hoá như: RADSL, UADSL, CDSL. • Công nghệ VDSL, VDSL2 cung cấp cả dịch vụ truyền dẫn đối xứng và không đối xứng. HDSL/HDSL 2 (High data rate DSL): Công nghệ đường dây thuê bao số truyền tốc độ dữ liệu cao HDSL sử dụng 2 đôi dây đồng trong đó mỗi đôi dây sử dụng hoàn toàn sông công để cung cấp dịch vụ T1 (1,544 Mb/s), 2 hoặc 3 đôi dây để cung cấp dịch vụ E1 (2,048 Mb/s) SDSL (Single pair DSL): Công nghệ DSL một đôi dây truyền đối xứng tốc độ 784 kb/s 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 128 Kb/s với khoảng cách nhỏ hơn 6,7 Km và tốc độ tối đa là 1024 Kb/s trong khoảng 3,5 Km. SHDSL: Là công nghệ kết hợp của HDSL 2 và SDSL với tốc độ thay đổi từ 192kbps đến 2,134 Mbps, khoảng cách tương ứng với tốc độ tối đa là 2km. Trong thực tế, nó có thể cấu hình ở dạng 2 đôi dây cung cấp tốc độ từ 384kbps đến 4,264Mbps. ADSL (Asymmetric DSL), ADSL2, ADSL2+: Công nghệ DSL không đối xứng được phát triển từ khi xuất hiện các nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao, các dịch vụ trực tuyến, video theo yêu cầu...vào đầu những năm 90. ADSL cung cấp tốc độ truyền dẫn không đối xứng lên tới 8 Mb/s luồng xuống và 16- 640 Kb/s luồng lên với khoảng cách truyền dẫn 5km và giảm đi khi tốc độ lên cao. Ưu điểm nổi bật của ADSL là cho phép khách hàng sử dụng đồng thời một đường dây thoại cho cả 2 dịch vụ: thoại và số liệu. Một dạng ADSL mới gọi là ADSL “Lite” hay ADSL không sử dụng bộ lọc đã xuất hiện từ đầu năm 1998 chủ yếu cho ứng dụng truy cập Internet tốc độ cao, kỹ thuật này không đòi hỏi bộ lọc phía thuê bao nên giá thành thiết bị và chi phí lắp đặt giảm đi tuy nhiên tốc độ luồng xuống chỉ còn 1,5 Mb/s. ADSL2 thêm những cải tiến về điều chế và mã hóa làm tăng hiệu quả sử dụng băng thông. ADSL2+ mở rộng băng tần cho chiều xuống tới 2.2 Mhz. ReachDSL là công nghệ DSL đối xứng đáp ứng nhu cầu của thuê bao về đường dây DSL tốc độ cao ở các khoảng cách xa. Để bổ sung cho công nghệ ADSL tiêu chuẩn (DMT hay G.lite), các sản phẩm ReachDSL cung cấp tốc độ dữ liệu từ 128 kbps đến 1 Mbps và được thiết kế để làm việc với điều kiện đường dây và đi dây trong nhà dễ dãi hơn. Một trong các lợi ích của ReachDSL là không cần phải lắp đặt các bộ tách dịch vụ thoại đơn thuần POTS. Điều này cho phép khách hàng hoàn toàn có thể tự lắp đặt các bộ microfilter.Khác với các hệ thống ADSL có độ dài vòng thuê bao giới hạn trong khoảng 6 12
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Km kể từ tổng đài, các hệ thống ReachDSL mở rộng dịch vụ đến hơn 6 500 m và hiện nay đã có các đường dây vượt quá 10 Km. VDSL (Very high data rate DSL): Công nghệ DSL tốc độ dữ liệu rất cao là công nghệ phù hợp cho kiến trúc mạng truy nhập sử dụng cáp quang tới cụm dân cư. VDSL truyền tốc độ dữ liệu cao qua các đường dây đồng xoắn đôi ở khoảng cách ngắn. Tốc độ luồng xuống tối đa đạt tới 52 Mb/s trong chiều dài 300 m. Với tốc độ luồng xuống thấp 1,5 Mb/s thì chiều dài cáp đạt tới 3,6 km. Tốc độ luồng lên trong chế độ không đối xứng là 1,6- 2,3 Mb/s. Ch¬ng 7:Bảng 2.1: Các công nghệ trong họ xDSL. Công nghệ IDSL Tốc độ Khoảng cách truyền dẫn 5km Số đôi dây 1 đôi Ứng dụng
144 Kb/s đối xứng 1,544Mb/s đối xứng 2,048Mb/s đối xứng 1,544Mb/s đối xứng 2,048Mb/s đối xứng 768kb/s đối xứng 1,544Mb/s hoặc 2,048Mb/s một chiều 5.6Mbps lên/xuống
Truyền thoại và số liệu
HDSL
3,6 km – 4,5 km
2 đôi 3 đôi
Cấp luồmgT1/E1 để truy xuất WAN. LAN, truy xuất server
HDSL2
3,6 km – 4,5 km
1 đôi
SDSL
7 km 3 km 7 km 1 đôi
Như HDSL nhưng thêm phần truy xuất đối xứng
SHDSL
3 km 5km (tốc độ càng cao thì khoảng cách càng
1, 2 đôi
Kết nối server
ADSL
7 Mbps xuống, 800 kbps lên
1 đôi
Truy xuất Internet, video on demand, interactive multimedia, truy xuất LAN từ xa
13
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
ngắn ) 5km (tốc độ càng 8 Mb/s xuống, 1 cao thì Mbps lên khoảng cách càng ngắn )
ADSL2
nhiều đôi dây
Truy xuất Internet, video on demand, interactive multimedia, truy xuất LAN từ xa
ADSL2+
5km (tốc độ càng nhiều Truy xuất Internet, video on 24 Mbps xuống 1 cao thì đôi demand, interactive multimedia, Mbps lên khoảng dây(tới truy xuất LAN từ xa cách càng 32 đôi) ngắn ) 5km (tốc độ càng Reach Truy xuất Internet, video on cao thì Extend demand, interactive multimedia, khoảng e truy xuất LAN từ xa cách càng ngắn ) 300 m – 1,5 km (tuỳ độ) tốc
ADSL2RE
8 Mbps down 1 Mbps up 26 Mb/s đối xứng
VDSL
13–52 Mb/s luồng xuống 1,5-2,3 Mb/s luồng lên
1 đôi
Như ADSL nhưng thêm HDTV(truyền hình tốc độ cao)
(tuỳ tốc độ) Với một họ các kỹ thuật DSL khác nhau, việc áp dụng chúng sao cho phù hợp và có hiệu quả cao là một vấn đề cần xem xét. Mỗi loại kỹ thuật có những tính năng, đặc thù và điểm mạnh, điểm yếu riêng. Trong họ xDSL thì các công nghê bất đối xứng như ADSL, ADSL2, ADSL2+ là những công nghệ được sử dụng nhiều nhất, phổ biến nhất trên thế giới. Nhận xét đánh giá về đặc điểm của xDSL: • Xây dựng tính mềm dẻo đủ mức cần thiết để hỗ trợ cho các ứng dụng. Tính mềm dẻo thể hiện ở đây là: Khả năng để hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ, khả
VDSL2
100Mbps lên/xuống G.993.2
300 m – 1,5 km 1 đôi
Như ADSL nhưng thêm HDTV(truyền hình tốc độ cao)
14
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
•
• • •
năng mở rộng để phát triển từ một vài thuê bao tới hàng ngàn thuê bao, khả năng quản lý tin cậy mạng điểm - điểm trong việc hỗ trợ những ứng. Cho phép mạng của nhà cung cấp dịch vụ NPS và người sử dụng dịch vụ tận dụng một số đặc tính của cấu trúc cơ sở hạ tầng hiện nay như những giao thức lớp 2, 3 giống như Frame Relay, ATM và IP và độ tin cậy những dịch vụ mạng. xDSL có thể triển khai những dịch vụ được dựa trên các gói tin hoặc tế bào giống như Frame Relay, IP hoặc ATM hay trên những dịch vụ kênh đồng bộ bit. xDSL đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi thời gian thực, tốc độ cao… Khả năng xDSL ngày càng phong phú với rất nhiều các phiên bản mới như ADSL2, HDSL2… Qua những kết quả nghiên cứu, các nhà cung cấp dịch vụ thừa nhận rằng họ công nghệ xDSL không phải là thế hệ tương lai của mạng truy nhập mà chỉ là giải pháp hiện tại của truy nhập mạng.
**2.2Kiến trúc hệ thống
**
Hệ thống xDSL bao gồm những thiết bị phía nhà cung cấp dịch vụ, những thiết bị khách hàng, những thiết bị này được nối với nhau thông qua mạch vòng đường dây thuê bao. Hình 2.2 thể hiện kiến trúc chung của môt hệ thống sử dụng xDSL, hình 2.3 thể hiện chi tiết những thiết bị trong một hệ thống ADSL thông dụng
Server truy nhaä p Internet
CO
PSTN
Thueâ 1 bao
Server truy nhaä p Intranet
POTS 1 TCP/IP Router Nuùtruy nhaä t p M U X ADSL 1 Thueâ n bao ADSL n ADSL n ADSL 1
Server truyeà hình n theo yeâ caà u u
ATM Switch
Server thoâg tin n q ng caù uaû o
PSTN
**Ch¬ng 8:Hình 2.2: Bộ cung cấp mạch vòng thuê bao số xDSL
**
1.1.3Thiết bị nhà cung cấp dịch vụ kết nối
Gồm có các bộ chia được lắp đặt nơi các mạch vòng thuê bao kết cuối trên giá phối dây chính MDF, đầu ra có hai đôi dây. Đôi thứ nhất kết nối tới mạng chuyển mạch thoại 15
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
để cung cấp dịch vụ thoại truyền thống. Đôi dây thứ hai kết nối tới khối kết cuối ADSL trung tâm (ATU-C). Để truyền dẫn hiệu quả, các khối ATU-C được kết hợp với chức năng ghép kênh tạo nên bộ ghép kênh truy nhập DSL (DSLAM) trong tổng đài trung tâm và được kết nối tới mạng các nhà cung cấp dịch vụ thông qua mạng băng rộng ATM hoặc IP.
1.1.4Phía khách hàng
Bao gồm các bộ chia được lắp đặt nơi các mạch vòng thuê bao kết cuối, đầu ra kết nối tới khối kết cuối ADSL đầu xa (ATU-R) tới đầu cuối khách hàng sử dụng ADSL và một đầu tới đầu cuối khách hàng sử dụng thoại.
1.1.5Mạch vòng thuê bao
Là một đôi dây đồng xoắn đôi nối cụm thuê bao và tổng đài trung tâm. Tuy nhiên, để hệ thống ADSL có thể triển khai được trên thực tế, thì ta phải xem xét được sự tương thích phổ của các dịch vụ ADSL trên mạch vòng thuê bao vì nó ảnh hưởng sâu sắc tới chất lượng dịch vụ ADSL.
Mạng băng rộng
Chuyển mạch ATM/IP ADSL . DSLAM ATU-C Bộ chia Bộ chia ATU-R
MDF
POTS/ISDN
Các đường không phải xDSL
PST
Chuyển mạch CO
Ch¬ng 9:Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống ADSL.
**2.3ADSL, ADSL2, ADSL2+
**
ADSL (Asymmetric DSL) Công nghệ DSL không đối xứng được phát triển từ khi xuất hiện các nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao, các dịch vụ trực tuyến, video theo yêu cầu...vào đầu những năm 90. ADSL cung cấp tốc độ truyền dẫn không đối xứng lên 16
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
tới 8 Mb/s luồng xuống và 16- 640 Kb/s luồng lên với khoảng cách truyền dẫn 5km và giảm đi khi tốc độ lên cao. Ưu điểm nổi bật của ADSL là cho phép khách hàng sử dụng đồng thời một đường dây thoại cho cả 2 dịch vụ: thoại và số liệu. Một dạng ADSL mới gọi là ADSL “Lite” hay ADSL không sử dụng bộ lọc đã xuất hiện từ đầu năm 1998 chủ yếu cho ứng dụng truy cập Internet tốc độ cao, kỹ thuật này không đòi hỏi bộ lọc phía thuê bao nên giá thành thiết bị và chi phí lắp đặt giảm đi tuy nhiên tốc độ luồng xuống chỉ còn 1,5 Mb/s. ADSL2 thêm những cải tiến về điều chế và mã hóa làm tăng hiệu quả sử dụng băng thông. ADSL2+ mở rộng băng tần cho chiều xuống tới 2.2 Mhz.
1.1.6ADSL
Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL là kỹ thuật truyền dẫn mạch vòng nội hạt đồng thời truyền tải trên cùng một đôi dây các dịch vụ sau: • Tốc độ bit thu (về phía thuê bao) lên tới gần 9 Mbit/s. • Tốc độ bit phát (về phía mạng) lên tới 1 Mbit/s. • Dịch vụ điện thoại truyền thống POTS. Hệ thống truyền dẫn được thiết kế để hoạt động trên cáp đồng xoắn đôi, nhiều cỡ dây hỗn hợp. Kỹ thuật truyền tải ADSL được xây dựng dựa trên điều kiện không có cuộn gia cảm và có một vài trường hợp hạn chế của nhánh rẽ được chấp nhận. Nhưng đã áp dụng công nghệ tiên tiến để nâng cao tốc độ truyền dẫn, có thể cung cấp cho thuê bao dịch vụ băng rộng một chiều như HDTV, dịch vụ số liệu tốc độ trung bình kiểu trao đổi và dịch vụ điện thoại thông thường.
2.3.1.1Kĩ thuật điều chế
Hiện có 3 kĩ thuật điều chế được sử dụng là QAM, CAP và DMT, kĩ thuật DMT (Discrete Multi- Tone Modulation) được sử dụng rộng rãi. Điều chế DMT là kĩ thuật điều chế đa sóng mang. DMT chia phổ tần số thành các chu kì kí hiệu. Mỗi chu kì kí hiệu có thể mang một số lượng bít nhất định. Phổ từ 26 kHz đến 1,1 MHz được chia thành các kênh 4 kHz và DMT mã hoá và điều chế tạo thành các kênh phụ 4 kHz. Các bít trong mỗi kênh phụ được điều chế bằng kĩ thuật QAM và đặt trong các sóng mang, hình 2.4.
17
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**Băng tần đường lên
**
0-4 kHz 25 kHz 200 kHz
**Băng tần đường xuống
**
~1,1 MHz
**Băng tần đường lên
**
0-4 kHz 25 kHz 200 kHz
**Băng tần đường xuống
**
~1,1 MHz
Ch¬ng 10:Hình 2.4: ADSL sử dụng và không sử dụng kĩ thuật triệt tiếng vọng Đối với bất kì loại mã đường truyền nào sử dụng một đôi dây cho việc truyền song công đều phải chia bưng tần hoạt động thành băng tần từ tổng đài tới thuê bao và băng tần từ thuê bao tới tổng đài (đơn giản là kĩ thuật ghép kênh theo tần số – FDM) hoặc phải sử dụng kĩ thuật xoá tiếng vọng. Tuy nhiên, trong kĩ thuật ADSL cả FDM và kĩ thuật xoá tiếng vọng có thể sử dụng kết hợp đồng thời điều này là do sự không đối xứng của băng tần ADSL, các dải tần có thể gối chồng lên nhau nhưng không trùng khít vào nhau. Đây là đặc thù riêng của ADSL so với các kĩ thuật DSL khác. Kĩ thuật xoá tiếng vọng có một số yếu điểm là bị ảnh hưởng lớn bởi tác động của xuyên âm đầu gần (NEXT); khi đó đầu thu có thể nhận tín hiệu được truyền sang từ hệ thống bên cạnh. Các hệ thống bên cạnh ở đây có thể là các đôi dây khác hoặc thậm chí là ngay bộ phát của hệ thống. Nừu bộ thu bỏ qua toàn bộ dải tần số mà đầu gần phát thì FDM sẽ tránh được xuyên âm đầu gần. Tất nhiên điều này đồng nghĩa với việc cắt bỏ một lượng băng tần hiệu dụng của hướng kia. Như vậy, sử dụng kĩ thuật xoá tiếng vọng sẽ làm cho hiệu suất băng tần cao hơn nhưng chi phí cho nó lại phức tạp và nhạy cảm. Kĩ thuật xoá tiếng vọng có thể sử dụng đối với tần số thấp nhất nên đạt hiệu quả cao hơn. Trong trường hợp dùng một đường truyền đồng thời cho cả hai hướng trên cùng một dải tần số cần phải kiểm soát tiếng vọng. Một cách kiểm soát tiếng vọng là chia tần số thành hai băng tần cho đường từ tổng đài tới thuê bao và ngược lại.
2.3.1.2Kỹ thuật truyền dẫn song công
Có 3 kĩ thuật truyền dẫn song công trên đôi dây đồng là: phân chia theo tần số (FDM), phân chia theo thời gian (TDM) và triệt tiếng vọng (EC). ADSL thường thực hiện kĩ thuật FDM và EC. Kĩ thuật ghép kênh theo tần số.
18
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Signal Power
256 channels
Channel Spacing 4.3125 kHz
4
2 5
13 8
Frequency [kHz] Downstream Data
1 104
Upstream Data
Ch¬ng 11:Hình 2.5: Phân chia băng tần của kĩ thuật FDM Kĩ thuật này cho phép dải tần phát tách khỏi dải tần thu để tránh tự xuyên âm và có dải tần bảo vệ giữa chúng. Phương pháp này có ưu điểm sau: • • • • • Triệt tiêu được NEXT vì hai dải tần số cách nhau bằng băng tần bảo vệ. Không cần sự đồng bộ giữa phát và thu. Đã được phát triển từ lâu nên đạt được sự chín muồi công nghệ. Tuy nhiên vẫn còn tồn tại một số nhược điểm: Không sử dụng hiệu quả băng thông vì luồng lên và xuống ở 2 dải tần khác biệt nhau và còn có dải tần bảo vệ. • Tốc độ luồng xuống ở dải tần cao nên bị giảm nhanh chóng khi cự ly truyền dẫn tăng do suy hao ở miền tần số cao nhanh. • Vẫn xảy ra hiện tượng NEXT mặc dù trường hợp lý tưởng các bó cáp đều cùng loại nhưng vẫn có các hệ thống DSL khác nhau hoạt động trong cùng bó cáp . 19
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Kỹ thuật triệt tiếng vọng EC Kỹ thuật này sử dụng một kênh duy nhất cho cả phát và thu nên phổ tín hiệu của chúng trùm lên nhau và tồn tại tiếng vọng của tín hiệu phát lẫn trong tín hiệu thu nên cần một bộ khử tiếng vọng tại phía thu. Tiếng vọng gồm tổ hợp hai loại: tiếng vọng đầu gần và đầu xa. Mục đích của bộ triệt tiếng vọng là triệt tiếng vọng đầu gần còn tín hiệu đầu xa ảnh hưởng không đáng kể nên có thể bỏ qua.
Mức truyền
POTS Bảo vệ
Lên
Xuống
Tần số
Ch¬ng 12:Hình 2.6: Phân chia băng tần của kĩ thuật EC
Như vậy, kỹ thuật này cho phép hai modem sử dụng toàn bộ băng thông có sẵn trên cả hai hướng.
Phát (lên) Tín hiệu hướng lên Thu (lên)
ADF
Hybrid Tiếng vọng (Echo)
Hybrid
ADF Phát (xuống)
Thu (xuống)
Tín hiệu hướng xuống
Ch¬ng 13:Hình 2.7 Phân tách tín hiệu lên, xuống bằng phương pháp khử tiếng vọng Khi tín hiệu truyền qua mạch sai động (hybrid), một phần tín hiệu vòng lại đầu thu do mạch hybrid không hoàn hảo. Bộ lọc số đáp ứng ADF được sử dụng có chức năng tạo ra một bản sao của tín hiệu vọng và tiếng vọng bị triệt hoàn toàn bằng cách trừ bản sao này với tín hiệu vọng thực tế 20
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Ưu điểm:
• Tận dụng hiệu quả băng thông vì phổ hai hướng trùm lên nhau. • Cải thiện đáng kể tốc độ truyền nhất là khi cự ly dài vì tín hiệu hướng xuống được sử dụng ở băng tần thấp là vùng mà suy hao nhỏ hơn. • Nhược điểm: • Không loại bỏ được NEXT do có nhiều hệ thống khác nhau làm việc trong cùng bó cáp mà bộ triệt tiếng vọng không thể loại bỏ được xuyên âm từ chúng. • Việc chế tạo những bộ lọc số thích ứng rất phức tạp nhất là khi làm việc với tần số cao. Vì vậy, các modem ADSL hiện nay vẫn sử dụng kiểu FDM khi yêu cầu tốc độ cao chưa gay gắt lắm.
2.3.1.3Nguyên lý thu phát
Data
EOC
CRC
Trén Tré
**Bé t¹ o khung AOC
**
AOC
Bit chØ thÞ chØ
CRC
Trén Tré
M· hãa § an xen S¾ xÕ p p RS vµ m· hãa M· hãa chï m chï RS ®Ó i m
I Thªm Thª D TiÒ n F tè T vßng
D/A
CRC Gi¶i trén Gi¶i m· Gi¶ tré Gi¶ Bé gi¶i gi¶ khung CRC Gi¶i trén Gi¶i m· Gi¶ tré Gi¶
Gi¶i Gi¶ ® xen an
Gi¶i Gi¶ m· gi¶i gi¶ s¾ p xÕ p
F D Q
D F T
T¸ ch TDQ tiÒ n tè vßng ADC+ fillter
Ch¬ng 14:Hình 2.8 : Sơ đồ khối thu và phát ADSL Khối tạo khung: Nhận các kênh dữ liệu, EOC, AOC và các bít chỉ thị rồi tạo khung và siêu khung theo tốc độ thoả thuận sau quá trình khởi tạo. Số liệu trên đường truyền dẫn ADSL được bố trí thành cấu trúc siêu khung. CRC: Tạo 8 bít kiểm tra lỗi và đặt trong khung thứ nhất của mỗi siêu khung. Trong một luồng, CRC sẽ kiểm tra tất cả các bít chuyển qua trừ các byte FEC, CRC của siêu khung trước đó và khung đồng bộ. CRC giúp phát hiện có bao nhiêu siêu khung sau khi thu xuất hiện một lỗi không thể sửa được bằng FEC. 21
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Khối trộn (Ngẫu nhiên hoá): Thực hiện trên luồng nhanh và luồng chậm một cách độc lập nhằm mục đích tránh các các bít giống nhau xuất hiện liên tiếp. Tại đầu thu quá trình diễn ra ngược lại với cùng qui luật. Khối FEC: Thêm bít dư vào phần dữ liệu nhằm sửa một số bít bị lỗi sau bộ giải điều chế phía thu (ở đây sử dụng mã Reed Solomon). Khối đan xen: Chỉ tồn tại trong luồng xen, để phân tán lỗi cụm tới các từ mã khác nhau sao cho số byte bị lỗi liên tiếp nằm trong khả năng sửa lỗi của loại mã đó. Tất nhiên, lúc này thông tin sẽ bị trễ hơn so với không đan xen. Sắp xếp tone: Là quá trình tách một số bít nhất định rồi gán vào một tone nhất định. Sau quá trình khởi tạo, số lượng bít gán cho mỗi tone đã được quyết định (có giá trị từ 0 đến 15 bít). Dữ liệu từ hai nguồn nhanh, chậm được đưa vào sắp xếp tone trước khi đưa đến bộ mã hoá DMT. Mã hoá: Sau khi sắp xếp tone, mỗi bin phải thực hiện mã hoá các bít này. Ngoài ra, khối mã hoá còn có chức năng điều chỉnh độ lợi kênh (Công suất) cho từng bin nhờ bảng giá trị bit/tone và độ lợi bin. Khối IDFT: Sau khi sắp xếp tonevà mã hoá sẽ tạo ra một số phức. Như vậy, sẽ có nhiều nhất là 256 số phức. Khối IDFT sẽ chuyển các số phức trong miền tần số này sang tín hiệu trong miền thời gian. Khối thêm tiền tố vòng: Để tạo ra kênh giả tuần hoàn giúp quá trình cân bằng trong miền tần số ở phía thu thuận lợi hơn. Khối biến đổi số-tương tự DAC và lọc dạng: Chuyển đổi các mức tín hiệu sang mức điện áp và pha khác nhau trên đường truyền. Bộ lọc để giới hạn tín hiệu phát trong băng thông của ADSL ..
1.1.7ADSL2 2.3.1.4Giới thiệu chung
ADSL2 là thế thứ hai của ADSL được chuẩn hoá trong ITU G.992.3 và G992.4 dựa trên chuẩn của thế hệ thứ nhất ITU G.992.1 và G.992.2. Tuy nhiên ADSL2 có nhiều cải tiến so với ADSL thế hệ thứ nhất. Nhờ những cải tiến nêu trên mà ADSL2 cải thiện đáng kể về tốc độ và khoảng cách so với ADSL. Với ADSL2 có thể đạt được tốc độ đường xuống trên 8Mbps và đường lên tới 800Kbps trên một đôi dây điện thoại. So với ADSL, ADSL2 tăng tốc độ đường xuống khoảng từ 50 đến 196Kbps và tăng tốc độ đường lên khoảng từ 32 đến 64Kbps. Mặt khác, với cùng tốc độ số liệu như ADSL, ADSL2 tăng khoảng cách so với ADSL từ 500 đến 1000feet (khoảng từ 150 đến 300m). Hình 3.29 mô tả một ví dụ về tốc độ và khoảng cách ADSL2 so với ADSL thế hệ thứ nhất. Trên đường đây điện thoại có cùng độ dài so với ADSL thì ADSL2 có tốc độ số liệu 22
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
tăng khoảng 50Kbps. Với cùng tốc độ như ADSL, ADSL2 đạt được khoảng cách tăng khoảng 600feet (khoảng 180m) so với ADSL, điều này làm tăng vùng phủ khoảng 6%. Có được kết quả này là do ADSL2 cải thiện hiệu quả điều chế, giảm tiêu đề khung, đạt được độ lợi mã hoá cao hơn, cải thiện trạng thái khởi tạo và tăng cường thuật toán xử lý tín hiệu... So với ADSL, ADSL2 bổ xung một số tính năng mới, đó là những tính năng liên quan đến Các tính năng liên quan đến ứng dụng, các tính năng liên quan đến PMSTC và các tính năng liên quan đến PMD.
2.3.1.5Các tính năng liên quan đến ứng dụng
Hỗ trợ ứng dụng ở chế độ hoàn toàn số ADSL đưa ra một chế độ tuỳ chọn cho phép truyền số liệu ADSL trên băng tần thoại do đó tăng thêm 256Kbps cho tộc độ dữ liệu đường lên. Chế độ này là lựa chọn hấp dẫn đối với các doanh nghiệp sử dụng dịch vụ thoại và số liệu trên các đường dây riêng biệt bởi vì nhờ chế độ này mà các doanh nghiệp đạt được các dịch vụ với tốc độ đường lên cao hơn. Hỗ trợ ứng dụng thoại trên băng tần ADSL Có ba phương thức cơ bản để truyền lưu lượng thoại trên đường dây cáp đồng sử dụng băng tần DSL đó là: Thoại qua chế độ truyền dẫn cận đồng bộ (VoATM), thoại qua giao thức internet (VoIP) và thoại phân kênh trên DSL (CVoDSL). Phương thức VoATM, thực hiện việc sắp xếp thoại đã được số hoá và thông tin báo hiệu vào các tế bào ATM, các tế bào này được truyền trên đường dây điện thoại và truyền qua mạng đến kết nối riêng ảo ATM. Tương tự phương thức thứ hai, VoIP cũng sắp xếp thoại đã được số hoá và thông tin báo hiệu vào các gói IP và truyền chúng trên đường dây điện thoại cùng với số liệu khác. Còn phương thức CVoDSL, là một cải tiến của công nghệ đường dây thuê bao số. Phương thức này truyền lưu lượng thoại TDM một cách trong suốt qua băng tần DSL. CVoDSL là duy nhất giữa các giải pháp thoại qua DSL trong đó nó truyền thoại trong lớp vật lý, cho phép truyền các kênh thoại trên băng tần DSL trong khi vẫn duy trì cả POTS và truy nhập Internet tốc độ cao. Đây là một phương thức đơn giản, linh hoạt, hiệu quả về mặt chi phí cho phép thiết bị thế hệ sau có chức năng thoại. Hỗ trợ chức năng ghép ngược ATM (IMA) trong ATM TPS-TC: Tốc độ số liệu tới khách hàng có thể tăng đáng kể bằng cách ghép nhiều đường điện thoại cùng nhau. Để thực hiện việc ghép, chuẩn ADSL2 hỗ trợ chức năng ghép ngược ATM (IMA) được triển khai cho cấu trúc ATM truyền thống. Thông qua IMA, ADSL2 có thể ghép hai hoặc nhiều đôi dây đồng trong một tuyến ADSL. Kết quả là đạt 23
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
được tốc độ đường xuống linh hoạt hơn cụ thể là : 20 Mbps trên 2 đôi ghép, 30 Mbps trên 3 đôi ghép, 40 Mbps trên 4 đôi ghép.
2.3.1.6Các tính năng liên quan đến PMS-TC
Việc phân khung linh hoạt hơn, hỗ trợ tới 4 khung mang, 4 đường: Số liệu được truyền khác nhau có thể đựơc tập hợp vào các cấu trúc khác nhau khi chúng truyền qua chức năng PMS-TC phát. Nhóm cấu trúc này được gọi là cấu trúc khung. Giảm tiêu đề khung Hệ thống ADSL2 giảm tiêu đề khung bằng cách sử dụng khung với các tiêu đề của khung có thể lập trình được. Do đó, không như trong chuẩn ADSL thế hệ thứ nhất số bit tiêu đề trên khung là cố định và chiếm 32Kbps của tải số liệu thực tế, trong chuẩn. ADSL2 số bit tiêu chuẩn trong khung có thể lập trình được chiếm từ 4 đến 32Kbp. Trong các hệ thống ADSL thế hệ thứ nhất, trên các đường dây điện thoại có tốc độ số liệu thấp (ví dụ 128Kbps) thì 32Kbps (hoặc 25% tốc độ số liệu tổng) được cung cấp phát cố định cho thông tin tiêu đề. Trong các hệ thống ADSL2, tốc độ số liệu tiêu đề có thể giảm xuống còn 4Kbps, do đó cung cấp thêm 28Kbps cho tải số liệu.
2.3.1.7Các tính năng liên quan đến PMD
Chuẩn đoán Việc xác định nguyên nhân của những vấn đề phát sinh trong quá trình cung cấp dịch vụ ADSL cho khách hàng là một trở ngại rất lớn trong tiến trình phát triển của ADSL. Để khắc phục vấn đề này, bộ thu phát ADSL2 đựơc tăng cường khả năng chuẩn đoán. Khả năng chuẩn đoán cung cấp các công cụ để giải quyết những vướng mắc trong và sau khởi tạo, để giám sát trong khi cung cấp dịch vụ và nâng cao năng lực. Để chuẩn đoán và giải quyết các vấn đề gặp phải thì các bộ thu phát ADSL2 cung cấp khả năng thực hiện đo tạp âm đường dây, suy giảm mạch vòng và tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) tại hai đầu đường dây. Kết quả của những phép đo này được tập hợp lại bằng cách sử dụng chế độ kiểm tra chuẩn đoán đặc biệt ngay cả khi chất lượng đường dây là quá tồi để có thể hoàn thành kết nối ADSL. Ngoài ra, ADSL2 bao gồm khả năng giám sát hiệu năng thời gian thực, khả năng này cung cấp thông tin về chất lượng đường dây và điều kiện tạp âm tại hai đầu đường dây. Thông tin này được xử lý bởi phần mền để giám sát chất lượng kết nối ADSL và tránh xảy ra các lỗi dịch vụ trong tương lai. Thông tin này cũng được sử dụng để quyết định xem một khách hàng có thể được cung cấp các dịch vụ có tốc độ số liệu cao hơn hay không. Thích ứng tốc độ 24
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Các đường dây điện thoại được bện với nhau trong bó cáp nhiều đôi chứa 25 hoặc nhiều hơn các đôi dây xoắn. Kết quả là tín hiệu điện từ một đôi gây ra từ trường trên các đôi gần kề trong bó cáp. Hiện tượng này được gọi là “xuyên âm” và có thể cản trở đặc tính tốc độ số liệu ADSL. Kết quả là những thay đổi của các mức xuyên âm có thể làm đứt kết nối trong ADSL. Xuyên âm chỉ là một nguyên nhân gây đứt kết nối trên hệ thống ADSL. Các nguyên nhân khác có thể là do nhiễu sóng vô tuyên AM, những thay đổi về nhiệt độ và nước trong bó cáp. ADSL2 giả quyết vấn đề này bằng cách thích ứng liên tục tốc độ số liệu theo thời gian thực. Cải tiến này, được gọi là thích ứng tốc độ liên tục (SRA), cho phép hệ thống ADSL2 thay đổi tốc độ của kết nối trong khi cung cấp dịch vụ mà không làm ngắt dịch vụ hoặc gây lỗi bit. ADSL2 phát hiện ra những thay đổi trong điều kiện kênh (ví dụ, một trạm vô tuyến AM nội hạt ngừng phát vào buổi tối) và thích ứng tốc độ số liệu với điều kiện mới trong suốt với người sử dụng. Khởi tạo nhanh Khởi tạo bộ thu phát ADSL được yêu cầu cho kết nối giữa ATU-C và ATU-R để thiết lập một tuyến thông tin giữa chúng. Ở ADSL thế hệ thứ nhất chỉ hỗ trợ chế độ khởi tạo thông thường. Tuy nhiên ở ADSL2 hỗ trợ cả hai chế độ: chế độ khởi tạo thông thường và chế độ khởi tạo nhanh. Thủ tục khởi tạo thông thường mất khoảng từ 10 tới 15 giây trong khi đó thủ tục khởi tạo nhanh chỉ mất khoảng từ 2 tới 3 giây. Có được điều này là do thủ tục khởi tạo nhanh dựa vào việc lưu trữ và sử dụng lại các tham số truyền dẫn từ khởi tạo thông thường trước đó nhờ đó giảm đáng kể thời gian điều khiển. Cải thiện về mặt công suất: Các bộ thu phát ADSL thế hệ thứ nhất hoạt động ở chế độ công suất lớn nhất suốt ngày đêm ngay cả khi không được sử dụng. Để đáp ứng vấn đề này, chuẩn ADSL2 đưa ra chế độ quản lý công suất giúp giảm công suất tiêu thụ trong khi đó vẫn duy trì chức năng luôn “luôn kết nối” của ADSL cho người sử dụng. Những chế độ này bao gồm: chế độ công suất L2 và chế độ công suất L3. Chế độ công suất L2 cho phép tiết kiệm đáng kể công suất tại khối thu phát ADSL ở trạm trung tâm (ATU-C) bằng cách vào và ra chế độ công suất thấp một cách nhanh chóng dựa trên lưu lượng Internet chạy trên kết nối ADSL. Chế độ công suất L2 là một trong những cải tiến quan trọng nhất của chuẩn ADSL2. Khi tải xuống các file dữ liệu lớn thì ADSL2 hoạt động ở chế độ công suất lớn nhất (được gọi là chế độ công suất “L0”) để cực đại tốc độ tải xuống. Khi lưu lượng Internet giảm, ví dụ như khi người sử dụng đang đọc một trang văn bản dài, thì các hệ thống ADSL2 có thể chuyển sang chế độ công suất thấp L2, trong chế độ này tốc độ số liệu giảm đáng kể và giảm công suất tiêu thụ. 25
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
1.1.8ADSL2+ 2.3.1.8Giới thiệu chung
Công nghệ ADSL2+ là thành viên mới nhất trong họ các chuẩn ADSL. ADSL2+ được chuẩn hoá trong ITU G.992.5 vào tháng 5 năm 2003. Có thể coi ADSL2+ là ADSL thế hệ thứ ba hoặc là phiên bản delta của ADSL thế hệ thứ hai (ADSL2). Cũng giống như ADSL2, ADSL2+ sử dụng đôi dây đồng xoắn để truyền đồng thời thoại và số liệu tốc độ cao giữa kết cuối mạng (ATU-C) và kết cuối khách hàng (ATU-R). Tuy nhiên băng tần của ADSL2+ có khác so với băng tần của ADSL2. Trong khi ADSL2 sử dụng băng tần từ 0-1,1Mhz thì ADSL2+ sử dụng băng tần từ 0-2,2Mhz. Cũng giống như ADSL2, ADSL2+ dành băng tần cơ sở để truyền thoại, băng tần thấp để truyền số liệu đưòng lên và băng tần cao để truyền số liệu đường xuống. Tuy nhiên, băng tần đường xuống của ADSL2+ gấp đôi so với băng tần đường xuống của ADSL2, do đó ADSL2+ tăng đáng kể tốc độ số liệu trên đường dây điện thoại có khoảng cách ngắn hơn 9Kilofeet (khoảng 3 km) Nhờ có tính năng mới thêm vào mà ADSL2+ có thể đạt được tốc độ số liệu đường xuống tới 25Mbps. Trên đường dây điện thoại có khoảng cách 3Kilôfeet (khoảng gần 1 km) tốc độ số liệu đường xuống có thể đạt được 24Mbps và có thể đạt được 20Mbps trên đường dây có khoảng cách 5Kilôfeet (khoảng 1.5 km). ADSL2+ là ADSL2 với băng tần mở rộng nó được chuẩn hoá dựa trên chuẩn của ADSL2. Do đó, ADSL2+ mang đầy đủ các đặc tính của ADSL2. Tuy nhiên, ở ADSL2+ còn có thêm một số tính năng mới nhằm đáp ứng tốc độ số liệu cao hơn trên mạch vòng có khoảng cách ngắn hơn. Một số tính năng mới được thêm vào như: mở rộng băng tần, ghép để đạt tốc độ cao hơn và một số tính năng khác của ADSL2+.
2.3.1.9Mở rộng băng tần
Trong khi hai thành viên trong họ các chuẩn ADSL2 là G.992.3(G.dmt.bis) và G.992.4(G.lite.bis) sử dụng băng tần đường xuống tới 1,1Mhz và 552Mhz tương ứng thì ADSL2+ sử dụng băng tần đường xuống tới 2.208Mhz tương ứng với 512 sóng mang phụ (Hình 3.30). Như vậy băng tần của ADSL2+ tăng gấp đôi so với băng tần đường xuống của ADSL2 còn băng tần đường lên của ADSL2+ không thay đổi so với ADSL2 Nhờ cải tiến đặc biệt này mà tốc độ số liệu đường xuống của ADSL2+ tăng gấp đôi so với ADSL2 trên đường dây điện thoại có khoảng cách dưới 4Kilofeet và cao hơn nhiều so với ADSL2 trên đường dây điện thoại có khoảng cách từ 4 đến 8Kilofeet. Tuy nhiên với đường dây điện thoại có khoảng cách lớn hơn 8Kilofeet thì tốc độ số liệu đường xuống của ADSL2+ tương tự như ADSL2 (Hình 2.9).
26
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Ch¬ng 15:Hình 2.9: Tốc độ số liệu đường xuống của ADSL2+ so với ADSL2 Với mục đích giảm xuyên âm thì ADSL2+ cung cấp khả năng chỉ sử dụng các tần số nằm trong khoảng từ 1.1Mhz tới 2.2Mhz bằng cách che các tần số thấp hơn 1.1Mhz. Điều này đặc biệt hữu dụng khi các dịch vụ ADSL từ trạm trung tâm (CO) và từ kết cuối đầu xa (RT) cùng nằm trên một cáp tới nhà khách hàng. Trong điều kiện này, nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai dịch vụ ADSL2 với băng tần đường xuống từ 0.14Mhz tới 1.1Mhz cho khách hàng cách xa trạm trung tâm (CO) với yêu cầu tốc độ số liệu không thực sự cao còn các khách hàng cách xa trạm trung tâm (CO) nhưng gần trạm kết cuối đầu xa (RT) với yêu cầu tốc độ số liệu cao thì có thể sử dụng dịch vụ ADSL2+ với băng tần đường xuống từ 1.1Mhz tới 2.2Mhz. Bằng cách này có thể loại bỏ hầu hết xuyên âm giữa các dịch vụ và đảm bảo được tốc độ đường dây từ trạm trung tâm.
2.3.1.10Ghép để đạt tốc độ cao hơn
Kỹ thuật ghép nhiều đường dây điện thoại nhằm mục đích đạt tốc độ số liệu cao hơn và cải thiện khoảng cách là kỹ thuật mới của họ công nghệ ADSL2. Cũng giống như ADSL2, việc ghép ở ADSL2+ cũng thực hiện ghép nhiều đường ADSL2+. Tuy nhiên, ở ADSL2+, việc ghép đạt được tốc độ số liệu cao hơn rất nhiều so với ADSL2. Như chỉ ra trên Hình 3.33, bằng cách ghép hai đường ADSL2+ có thể cung cấp cho khách hàng tốc độ số liệu lên đến 44Mbps trên đường dây có khoảng cách ngắn hơn 5Kilofeet (khoảng 1.5km). Trên các đường dây điện thoại có khoảng cách xa hơn, việc ghép hai đường ADSL2+ có thể hỗ trợ được tốc độ 8Mbps với khoảng cách trên 12Kilofeet (khoảng 3.6km). 27
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
DATA RATE (MBPS)
Bonded ADSL2+
ADSL2+ ADSL
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
LOOP LENGTH (KFT) Ch¬ng 16:Hình 2.10: Ghép hai đường ADSL2+ Việc ghép nhiều đôi dây điện thoại trong ADSL2+ có một số đặc điểm như sau: • Việc ghép hỗ trợ khả năng tự động giải phóng và khôi phục các đôi dây mà không vần sự can thiệp của con người. Mặt khác, việc ghép có thể được thực hiện tự động bằng phần mềm. • Việc ghép hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau (với tỷ lệ 4/1) giữa các đôi dây. Điều này rất có ý nghĩa trong trường hợp các đường dây đồng có dung lượng thấp hơn các đường dây khác thì không cần thiết phải giảm tốc độ số liệu trên các đường dây có dung lượng cao hơn. • Có thể ghép tới 32 đôi dây. • Các cổng (port) trên card đường dây ADSL2+ được ghép một cách ngẫu nhiên. Nghĩa là việc ghép được thực hiện bằng cách kết hợp bất kỳ cổng nào và việc ghép rất mềm dẻo. • Chuẩn ghép ATM được sử dụng trên bất kỳ lớp vật lý nào. Ngoài ADSL2+, nó có thể được sử dụng cho các dịch vụ DSL khác.
2.3.1.11Một số tính năng khác của ADSL2+
Ngoài các tính năng mới được trình bày ở trên, ADSL2+ còn có thêm một số tính năng mới như sau: • ADSL2+ có khả năng hỗ trợ tới 3 từ mã (Reed-Solomontrene) ký hiệu, trong khi đó ADSL2 chỉ có thể hỗ trợ tối đa 2 từ mã (Reed-Solomontrene) trên ký hiệu. Giá trị này được quy định khác nhau trong chuẩn ITU G.992.3 và G.992.5. Cụ thể là G.992.3 quy định số khung ghép số liệu trên ký tự và 28
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
số từ mã FEC trên ký hiệu cực đại là 2. Trong khi đó, G.992.5 quy định số khung ghép số liệu trên ký hiệu và số từ mã trên ký hiệu cực đại là 3. • Dưới sự điều khiển của người vận hành thông qua CO-MIB, việc điều khiển phổ đường xuống với PSD phát cực đại tại điểm tham chiếu U-C trên sóng mang phụ cho phép việc cấu hình theo yêu cầu của từng vùng (ví dụ, Bắc Mỹ, Châu Âu hoặc Nhật Bản) và cấu hình theo các môi trường triển khai (ví dụ, trạm trung tâm (CO) hoặc trạm đầu xa (RT)). • Việc định dạng phổ đường xuống trong thời gian showtime (dạng PSD phát trong băng thông là không phẳng) cải thiện linh hoạt của PSD phát đường xuống.
**2.4HDSL, HDSL2,SHDSL, HDSL4
**
1.1.9HDSL 2.4.1.1HDSL nguyên bản
Khái niệm ban đầu về HDSL (đường dây thuê bao số tốc độ cao) xuất hiện vào năm 1986 ở phòng thí nghiệm AT&T Bell và Bellcore. Các thiết kế thiết bị thu phát HDSL thực chất là thiết kế ISDN cơ bản ở mức cao hơn. Hệ thống HDSL mẫu xuất hiện năm 1989. Thiết bị HDSL đầu tiên được Bell Canada đưa vào hoạt động vào năm 1992 do công ty Tellabs Operation Inc sản xuất. Năm 1997 trên thế giới đã có khoảng 450000 đường dây HDSL đang hoạt động trong đó có khoảng 250000 đường dây HDSL ở Bắc Mỹ. Mỗi năm có hơn 150000 đường dây HDSL được lắp đặt. Tháng 10 năm 1998, ITU thông qua khuyến nghị G.991.1 cho HDSL thế hệ thứ nhất, tiêu chuẩn này dựa trên tiêu chuẩn ETSI TM-03036. ITU bắt đầu nghiên cứu xây dựng khuyến nghị HDSL thế hệ thứ 2 (HDSL2) gọi là G.991.2. HDSL được ưa dùng hơn T1 truyền thống là bởi vì HDSL cung cấp các đặc tính chuẩn đoán (bao gồm đo SNR) và HDSL gây xuyên âm ít hơn các hệ thống truyền dẫn khác do tín hiệu truyền được hạn chế trong băng tần hẹp hơn T1 truyền thống.
2.4.1.2Khả năng và ứng dụng HDSL
HDSL truyền tải hai hướng 1,544Mbit/s hoặc 2,048 Mbit/s trên đường dây điện thoại dài đến 3,7 km (12 kft) với dây 0,5 mm (24 AWG) đôi dây xoắn không có bộ lặp trung gian và có thể tăng chiều dài lên gấp đôi với 1 bộ lặp trung gian. Hơn 95% đường dây HDSL không có bộ lặp. HDSL là phương thức truyền dẫn tin cậy cho tất cả các vùng phục vụ với tỉ lệ lỗi bít là 10-9 đến 10-10. Hệ thống HDSL DS1 (1,544 Mb/s) sử dụng hai đôi dây, mỗi đôi dây truyền 768 kbit/s tải hiệu dụng (784 kbit/s tịnh) trên mỗi hướng. Do đó thuật ngữ song công được sử dụng để mô tả hệ thống truyền dẫn HDSL. Hệ thống HDSL E1 (2048 kbit/s) có thể lựa chọn sử dụng hai hoặc 3 đôi dây, mỗi đôi dây sử dụng hoàn toàn song công. HDSL 2,048 Mbit/s 3 đôi dây sử dụng bộ thu phát rất giống bộ thu phát hệ thống 1,544 Mbit/s. Mạch vòng HDSL 2,048 Mbit/s có thể có mạch rẽ nhưng không có cuộn cân bằng. 29
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Mặc dù ban đầu HDSL được mô tả là công nghệ cần lặp, nhưng các bộ lặp HDSL vẫn thường được sử dụng trên đường dây HDSL không bộ lặp có chiều dài từ 2,75 km đến 3,7 km (9 đến 12 kft). Đối với dây 24 AWG, có thể đạt được 7,3 km khi sử dụng một bộ lặp và 11 km (36 kft) khi dùng 2 bộ lặp. Độ dài thực sự có thể thấp hơn ở những nơi không thể đặt được bộ lặp chính xác ở vị trí trung gian. Ban đầu hệ thống HDSL hai bộ lặp được cấp nguồn bằng cách, bộ lặp thứ nhất được cấp qua đường dây từ CO, bộ lặp thứ hai được cấp nguồn từ phía thuê bao. Việc cấp nguồn từ phía thuê bao có hạn chế về quản lý và bảo dưỡng. Do nguồn tiêu thụ từ các bộ thu phát ngày nay là nhỏ nên người ta có thể cấp nguồn cho cả hai bộ lặp từ nguồn của CO.
2.4.1.3Truyền dẫn HDSL
Có một vài giải pháp được lựa chọn cho hệ thống HDSL nguyên thuỷ: song công đơn, đơn công kép và song công kép. Song công đơn chỉ cần sử dụng một đôi dây và một cặp thiết bị thu phát ở mỗi đầu của đường dây. Hai hướng truyền dẫn có thể được tách biệt bằng ghép kênh theo tần số (FDM) hoặc bằng truyền dẫn hỗn hợp triệt tiếng vọng. Tuy nhiên, truyền toàn bộ tải trên hầu hết các mạch vòng đều dựa trên công nghệ đầu những năm 90. Hơn nữa dải thông lớn cần phải quan tâm đến tương thích phổ với các hệ thống truyền dẫn khác. Hệ thống HDSL 1,544 Mbit/s đôi dây đơn (đôi khi gọi gọi là SDSL) phát triển vào đầu những năm 90 có độ dài mạch vòng ít hơn 6 kft trên đôi dây 26 AWG; do có khoảng ngắn này đã hạn chế rất lớn khả năng sử dụng của nó. Chỉ với kỹ thuật tiên tiến xuất hiện vào cuối năm 90 thì truyền dẫn 1,544 Mbit/s đơn song công mới trở thành hiện thực. HDSL2, mô tả ở phần 2.4.4, áp dụng truyền dẫn song công đơn. Truyền dẫn đơn công kép sử dụng hai đôi dây, với một đôi dây truyền toàn bộ tải theo một hướng và đôi dây thứ hai truyền toàn bộ tải theo hướng ngược lại. Phương pháp này rất đơn giản để tách tín hiệu ở hai hướng khác nhau của truyền dẫn. Khai thác T1 truyền thống sử dụng truyền dẫn đơn công kép. Truyền dẫn đơn công kép có nhược điểm truyền tín hiệu có băng tần lớn do đó có suy hao lớn và xuyên âm ở tần số cao. Do có xuyên âm các tín hiệu truyền trên hai đôi dây không hoàn toàn tách biệt. Do đó các thiết bị thu phát đơn công kép có thể đơn giản hơn nhưng hoạt động kém hơn song công kép. Truyền dẫn song công kép cải tiến độ dài mạch vòng và độ tương thích phổ bằng cách gửi một nửa thông tin trên mỗi đôi dây. HDSL giảm băng tần của tín hiệu truyền bằng cách sử dụng truyền dẫn ECH để truyền hai hướng cùng một băng tần. Năng lượng tín hiệu truyền của HDSL song công kép giảm dần đối với tần số lớn hơn 196 kHz. Kết quả là tín hiệu xuyên âm và suy hao giảm. Một ưu điểm khác của truyền dẫn song công kép là sử dụng một đôi dây có thể dễ dàng cung cấp hệ thống truyền dẫn nửa tốc độ.
30
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
1.1.10HDSL thế hệ thứ hai (HDSL2)
Tiêu chuẩn cho công nghệ HDSL thế hệ thứ hai xuất hiện vào năm 1995 có tốc độ bit và độ dài mạch vòng giống như HDSL thế hệ thứ nhất chỉ khác là sử dụng một đôi dây thay vì hai đôi dây. Giảm số lượng đôi dây là rất quan trọng bởi vì rất nhiều LECs thiếu các đôi dây dư ở một số vùng. HDSL2 có kỹ thuật mã hoá cao và điều chế phức tạp hơn. Lựa chọn kỹ càng tần số phát và thu cho HDSL2 để chống lại xuyên âm. Các phiên bản mới của HDSL mượn nhiều ý tưởng từ ADSL. Phiên bản tương thích tốc độ dường như đã xuất hiện. Người ta đang xem xét đặt băng tần số cho HDSL lên trên băng tần thoại tương tự hoặc trên ISDN cơ bản. Thuật ngữ SDSL (DSL đối xứng hay DSL đôi dây đơn) cũng được sử dụng để mô tả các phiên bản sau của HDSL.
1.1.11SHDSL
SHDSL là công nghệ kết hợp của HDSL 2 và SDSL với tốc độ thay đổi từ 192kbps đến 2,134 Mbps, khoảng cách tương ứng với tốc độ tối đa là 2km. Trong thực tế, nó có thể cấu hình ở dạng 2 đôi dây cung cấp tốc độ từ 384kbps đến 4,264Mbps.
1.1.12HDSL4
Sử dụng 4 đôi dây để truyền tốc độ như ở trong HDSL2 do vậy nó có thể giảm băng tần sử dụng, kéo dài cự ly truyền dẫn, giảm số lượng trạm lặp, do vậy nó có thể đạt được cự li là 11kf thay vì 9 kf như HDSL2, đồng thời nó cũng làm giảm tác động nhiễn đến các hệ thống khác.
2.5 VDSL và VDSL2
1.1.13VDSL
Là một công nghệ trong họ xDSL VDSL (Very high data rate DSL) cung cấp các đường thuê bao số với tốc độ rất cao. Cũng như các dịch vụ khác trong họ xDSL như ADSL, HDSL, SDSL… kĩ thuật VDSL được sử dụng để cung cấp các dịch vụ băng rộng như các kênh tivi, truy nhập dữ liệu với tốc độ rất cao hội nghị qua video, video động, truyền tổ hợp dữ liệu và tín hiệu video trên cùng một đường dây… cho các thuê bao dân cư và kinh doanh trong lúc chưa lắp đặt được mạng cáp quang đến tận nhà thuê bao. Hình 2.11 mô tả các khả năng cung cấp dịch vụ của kĩ thuật VDSL. Kĩ thuật VDSL sử dụng phương thức truyền dẫn giống như ADSL nhưng kĩ thuật VDSL có khả năng cung cấp số liệu với tốc độ rất cao gần gấp 10 lần tốc độ truyền dẫn của ADSL , Hình 2.11. Tốc độ truyền dẫn của VDSL ở luồng xuống đạt tới 52 Mb/s trong chiều dài khoảng 300m, và luồng xuống đạt ở tốc độ thấp 1,5 Mb/s với chiều dài cáp 3,6km. Tốc độ luồng lên trong chế độ không đối xứng (là phương thức mà tốc độ truyền dẫn từ phía tổng đài tới thuê bao bằng tốc độ truyền dẫn từ thuê bao tới tổng đài) là 1,62,3 Mb/s. Tốc độ luồng trong chế độ đối xứng là 26 Mbps. Phương thức truyền dẫn không 31
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
đối xứng rất phù hợp để cung cấp dịch vụ tốc độ cao từ phía tổng đài tới thuê bao nên rất hay được sử dụng trong kĩ thuật VDSL. Trong VDSL cả hai kênh số liệu đều hoạt động ở tần số cao hơn tần số sử dụng cho thoại và ISDL nên cho phép cung cấp các dịch vụ VDSL bên cạnh các dịch vụ đang tồn tại. Khi cần tăng tốc độ luồng xuống hoặc chế độ đối xứng thì hệ thống VDSL sử dụng kĩ thuật triệt tiếng vọng. Công nghệ VDSL được ứng dụng trong truy cập dịch vụ băng rộng như dịch vụ Internet tốc độ cao, các chương trình Video theo yêu cầu. Ngoài việc có khả năng cung cấp tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ truyền dẫn của kĩ thuật ADSL kĩ thuật VDSL còn yêu cầu khoảng động nhỏ hơn kĩ thuật ADSL nên kĩ thuật truyền dẫn của VDSL không phức tạp bằng kĩ thuật truyền dẫn ADSL. Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng kĩ thuật này vẫn chưa được sử dụng rộng rãi đó là vì chưa lựa chọn được cơ chế điều chế, băng tần, phương pháp ghép kênh thích hợp. Hơn nữa, một số chipset của modem sử dụng kĩ thuật VDSL vẫn còn đắt nên kĩ thuật này chưa được sử dụng nhiều trong thực tế. Tuy nhiên đây là một kĩ thuật hứa hẹn trong một vài năm tiếp theo. Dịch Cáp quang ONU vụ Mạng vòng Cáp đồng
H U B
VDSL
VDSL
TE
STM Chuyển mạch gói ATM ATM Toàn bộ ATM Ch¬ng 17:Hình 2.11: Khả năng cung cấp dịch vụ của kĩ thuật VDSL Trong ý nghĩa là bước đệm để tiến tới mạng truy nhập quang (APON, BPON, GPON), VDSL được sử dụng trong các mạch vòng nội hạt để truyền tín hiệu từ khối mạng quang ONU tới các thuê bao. Bảng 2.2 mô tả tốc độ và khoảng cách từ ONU tới thuê bao. Ch¬ng 18:Bảng 2.2: Tốc độ khoảng cách các loại VDSL Tốc độ thu (Mbit/s) Tốc độ phát (Mbit/s) Khoảng cách (met) 32 STM Chuyển mạch gói
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
52 26 26 13 13
1.1.14VDSL2
6,4 3,2 26 13 26
1000- 300 2500- 800 1000- 300 1800- 600 3750- 1200
Là công nghệ mới nhất trong họ xDSL nó có thể cung cấp tốc độ lên tới 250Mbps, nó được thiết kế để cung cấp kết nối cho các dịnh vụ voice, video, data, HDTV và game tương tác. VDSL2 được miêu tả trong chuẩn G993.2, nó là sự mở rộng của chuẩn G993.1 dành cho VDSL, nó cung cấp các tốc độ bít bất đối xứng, đối xứng (song công) lên tới 250Mbps với băng tần sử dụng lên tới 30MHz. VDSL2 sẽ giảm tốc độ rất nhanh từ 250Mbps tại nguồn đến 100Mbps tại khoảng cách 500m, 50Mbps tại khoảng cách cỡ 1km, sau đó với cự ly từ 1,6km thì tốc độ của nó như là ADSL2+. VDSL2 deteriorates quickly from a theoretical maximum of 250 Mbit/s at 'source' to 100 Mbit/s at 0.5 km (1640 ft) and 50 Mbit/s at 1 km (3280 ft), but degrades at a much slower rate from there, and still outperforms VDSL. Starting from 1.6 km (1 mile) its performance is equal to ADSL2+. VDSL2 cũng cho phép hỗ trợ tốc độ luồng xuống từ 1 đến 4Mbps trong khoảng cách từ 4 đến 5km, do vậy nó không giống như VDSL nó có thể được sử dụng cho cả những cự li trung bình.
33
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
2.6 Tình hình triển khai tại Việtnam
Quảng Ninh
Pha 1+
Hải Dương
Hưng Yên
BĐ Hải Phòng
BĐ Hà Nội
Pha 1
Pha 2
Nghệ An
Tổng số thuê bao đến tháng 2năm 2006 là 96392
Huế
Đà Nẵng
xDSL
Pha 3 64/64
Đắk Lắk Lâm Đồng
Bình Dương Đồng Nai Kiên Giang
Khánh Hòa
Bà Rịa - Vũng Tàu
An Giang
BĐ Tp. HCM
Cần Thơ
Pha 1+
Ch¬ng 19:Hình 2.12: Tình hình triển khai xDSL tại Việt nam của VNPT xDSL đã được ứng dụng đơn lẻ trong các lĩnh vực ở Việt nam ngay từ những ngày đầu ra đời, nhưng mãi đến năm 2002 VNPT bắt đầu thử nghiệm để triển khai trên diện rộng với hai hệ thống sử dụng IP-DSLAM và ATM-DSLAM. Chi tiết về từng bước triển khai được thể hiện trên hình vẽ 2.12
34
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**Chương 3:Công nghệ truy nhập quang
**
3.1Các mạng PON
Ta có thể phân mạng truy nhập quang thành hệ thống tích cực và thụ động phụ thuộc vào các đặc tính của thiết bị đòi hỏi giữa trạm trung tâm và nhà của thuê bao. Hầu hết các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị Active components – tạm gọi là các thiết bị tích cực, tại tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ lẫn thiết bị đầu cuối của khách hàng cũng như các trạm lặp, các thiết bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên đường truyền. Tích cực có nghĩa là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một số thành phần, thường là bộ xử lý, các chíp nhớ… Với Passive Optical Networks – mạng quang thụ động – tất cả các thành phần tích cực giữa tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đường truyền. Việc thay thế các thiết bị tích cực sẽ tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ vì họ không còn cần đến năng lượng và các thiết bị chủ động trên đường truyền nữa. Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công việc đơn thuần như cho đi qua hoặc chặn ánh sáng lại… Vì thế, không cần năng lượng hay các động tác xử lý tín hiệu nào và từ đó, gần như kéo dài vô hạn thời gian trung bình giữa hai lần lỗi MTBF (Mean Time Between Failures), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà cung cấp dịch vụ. Một hệ thống mạng PON bao gồm các thiết bị kết cuối kênh quang (OLT – Optical line terminators) đặt tại CO và bộ các đơn vị mạng quang (ONU – Optical network Unit) được đặt tại nhà người sử dụng. Giữa chúng là hệ thống mạng quang (ODN – Optical distribution network) bao gồm cáp quang, các thiết bị ghép / tách thụ động (Xem Hình 3.1) Công nghệ truy nhập quang có thể được nhìn nhận theo mức cáp quang hóa mạng truy nhập với khái niệm về kiện trúc mạng FTTx theo kiểu cấu hình sao, bao gồm họ các kiến trúc sau: • Cáp quang tới tận Office FTTO. • Cáp quang tới tận khu dân cư FTTC. • Cáp quang tới tận khu công sở FTTB. • Cáp quang tới tận hộ gia đình FTTH.
35
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Ch¬ng 20:Hình 3.1: Sơ đồ logic hệ thống mạng PON Ngoài ra, như trên hình 3.2, căn cứ vào việc phân tách thông tin của người dùng ta có thể có các mạng PON như: WDMA PON, tuy nhiên do giá cả của giải pháp này đắt đỏ cho nên chưa là một giải pháp cho mạng truy nhập tại mức độ công nghệ hiện nay. Có một vài giải pháp cải tiến như là WRPON (giải pháp này sử dụng một AWG thay vì một bộ hợp tách quang dựa trên bước sóng), mặc dù vậy giá cả cũng không phải là rẻ. TDMA PON sử dụng gán các khe thời gian cho các thuê bao khác nhau và sử dụng hai bước sóng cho luồng lên và luồng xuống. TDMA PON được biết đến ban đầu là APON và sau đó được thay thế bởi tên là BPON năm 2001. Năm 1997 FSAN đề xuất lên ITU-T và sau đó một thời gian ITU-T đã công bố bộ chuẩn liên quan đến BPON cụ thể là : G983.1 : Năm 1998, trình bày về lớp vật lý của hệ thống APON/BPON. G983.2: Năm 1999, đặc tính của giao diện điều khiển và quản lý ONT G983.3: Phê chuẩn năm 2001, đặc tính mở rộng cung cấp những dịch vụ thông qua phân bổ bước sóng. G983.4 : Thông qua năm 2001, mô tả những cơ chế cần thiết để hỗ trợ phân bổ băng tần động trong các ONT của cùng một mạng PON. 36
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
G983.5: Thông qua năm 2002, xác định những cơ chế chuyển mạch bảo vệ cho BPON G983.6: Thông qua năm 2002, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều khiển cần thiết cho quản lý những chức năng chuyển mạch tại ONT G983.7: Thông qua năm 2001, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều khiển cần thiết cho quản lý những chức năm DBA tại ONT. G983.8: Thông qua năm 2003, xác định những mở rộng cho giao diện điều khiển cần thiết cho quản lý những dịch vụ mở rộng tại ONT. Sau đó để vượt qua ngưỡng tốc độ 622Mbps của BPON và tăng tính hiệu quả của BPON cho những lưu lượng số liệu, năm 2001 FSAN đã đưa ra GPON sử dụng GFP (Generic Framing Procedure), cho phép hoạt động ở chế độ khung thay đổi và tế bào ATM. Năm 2003- 2004, dựa trên những đề xuất của FSAN, ITU-T đã đưa ra hệ thống chuẩn về GPON (G984.1, G984.2 và G984.3), chi tiết về chuẩn này có thể tham khảo ở đĩa chuẩn ITU-T năm 2004, với những đặc điểm cơ bản sau: G984.1: mô tả những đặc tính chung của hệ thống GPON như là kiến trúc, tốc độ bit, bảo vệ và bảo mật G984.2: Xác định những thông số của GPON tại tốc độ lên là (155Mbps, 622Mbps, 1,5Gbps, 2, 5GBps ), xuống là (1,5Gbps và 2,5Gbps) G984.3 : Mô tả những đặc tính về khung hội tụ truyền dẫn của GPON; bản tin, phương pháp xác định khoảng, hoạt động, giám sát, những chức năng bảo dưỡng, và bảo mật. Với một hướng phát triển khác, khi mà Ethernet phát triển rộng khắp, mạng quang thụ động dựa trên Ethernet EPON hình thành năm 2001, đóng gói dữ liệu trong khung Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3, sử dụng mã đường 8b/10b hoạt động với tốc độ 1G sử dụng MAC của 802.3. Sau nay những phiên bản tiếp theo cho phép EPON hoạt động ở những tốc độ cao hơn nữa.
37
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Ch¬ng 21:Hình 3.2: Cấu hình chung của một mạng PON
3.2APON
1.1.15Cấu hình tham chiếu
Q3 Chức năng quản lý hệ thống mạng truy nhập
ONU
R/S
S/R
**ODN UNI AF ONU
**
IFPON IFPON
OLT
SNI
N ode dịch
vụ
Ch¬ng 22:Hình 3.3: Cấu hình tham chiếu APON Hệ thống bao gồm OLT, ONU, cáp quang sử dụng cấu hình PON trong đó có một bộ chia quang thụ động. Các ONU chia sẻ chung dung lượng của một sợi quang, khi sử 38
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
dụng bộ chia, vấn đề ta cần đặc biệt quan tâm là sự bảo mật. Ở đường lên, cần phải sử dụng giao thức một phương thức đa truy nhập. Mạng phân phối quang ODN cung cấp 1 hoặc nhiều hơn các đường dẫn quang từ OLT đến một hoặc nhiều hơn các ONU. Mỗi đường dẫn quang được định nghĩa giữa điểm tham chiếu S và R trong 1 cửa sổ bước sóng nhất định. Hai hướng truyền dẫn trong ODN được định nghĩa như sau: • Đường xuống cho tín hiệu từ OLT đến ONU • Đường lên cho tín hiệu từ ONU đến OLT Giao diện tại hai điểm tham chiếu S, R (được gọi chung là IFPON) hỗ trợ tất cả các thành phần giao thức cần thiết để cho phép truyền dẫn giữa OLT và ONU. ONU có thể có một chức năng thích ứng AF cho truyền dẫn đường dây thuê bao số DSL qua cáp đồng đến nhà thuê bao. OAN được quản lý thông qua giao diện quản trị Q3.
3.2.1.1 OLT
OLT có chức năng quản lý tất cả các hoạt động của APON. ONU và OLT cung cấp các dịch vụ truyền dẫn một cách trong suốt giữa UNI và SNI thông qua PON. OLT được kết nối đến mạng chuyển mạch thông qua các giao diện chuẩn V5.x, VB5.x, NNT’s. OLT bao gồm 3 phần: chức năng cổng dịch vụ, giao diện ODN, phần ghép các VP.
**Giao diện ODN . . . Giao diện ODN
**
Cấp nguồn
Phần lõi MUX
Phần dịch vụ SPF . . . SPF
Mạng . lõi . .
OAM
Ch¬ng 23:Hình 3.4: Các khối chức năng trong OLT Chức năng cổng dịch vụ SPF Chức năng này đóng vai trò giao tiếp với node dịch vụ. Chức năng cổng dịch vụ thực hiện chèn tế bào ATM vào tải trọng SDH đường lên, và tách tế bào ATM từ tải trọng SDH đường xuống. Chức năng này phải được dự phòng, do đó chuyển mạch bảo vệ là cần thiết. 39
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
MUX. MUX cung cấp kết nối VP giữa chức năng cổng dịch vụ SPF và giao diện ODN. Các VP khác nhau được gán vào các dịch vụ khác nhau tại IFPON. Các thông tin khác như báo hiệu, OAM được trao đổi nhờ các VC trong VP. Giao diện ODN Đầu cuối đường dây PON xử lý chuyển đổi quang điện. Giao diện ODN chèn các tế bào ATM vào tải trọng PON đường xuống và tách các tế bào ATM từ tải trọng đường lên.
3.2.1.2 ONU
ONU gồm giao diện ODN, cổng người dùng, chức năng ghép kênh/phân kênh truyền dẫn, dịch vụ & khách hàng, và cấp nguồn.
Phần dịch vụ Khách hàng UPF . . . UPF MUX
Phần lõi
Giao diện
ODN
. . ODN .
Cấp nguồn
Phần chung
OAM
Ch¬ng 24:Hình 3.5: Các khối chức năng trong ONU Giao diện ODN Giao diện ODN xử lý các quá trình chuyển đổi quang điện. Giao diện ODN trích các tế bào ATM từ tải trọng PON đường xuống và chèn các tế bào ATM vào tải trọng đường lên trên cơ sở đồng bộ từ sự định thời khung đường xuống. Ghép kênh Chỉ các tế bào ATM có hiệu lực mới có thể đi qua bộ phận ghép kênh do đó nhiều VP có thể chia sẻ băng thông đường lên một cách hiệu quả. Chức năng cổng người dùng UPF Chức năng cổng người dùng tương thích các yêu cầu UNI riêng biệt. OAN có thể hỗ trợ một số các truy nhập và các UNI khác nhau. Các UNU này yêu cầu các chức năng 40
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
riêng biệt phụ thuộc vào các đặc tả giao diện có liên quan. Tách các tế bào ATM đường xuống và chèn các tế bào ATM ở đường lên. Cấp nguồn Việc cấp nguồn cho ONU có thể được thực hiện độc lập
3.2.1.3 ODN
ODN cung cấp phương tiện truyền dẫn quang cho kết nối vật lý giữa OLT và ONU. Các ODN riêng lẻ có thể được kết hợp và mở rộng nhờ các bộ khuếch đại quang. Thành phần quang thụ động ODN bao gồm các thành phần quang thụ động: • Cáp và sợi quang đơn mode • Connector quang • Thiết bị rẽ nhánh quang thụ động • Bộ suy hao quang thụ động • Mối hàn Giao diện quang Hình 3.5 chỉ ra cấu hình tham chiếu mức vật lý thông thường của ODN Nếu ODN cần thêm các connector quang hoặc các thiết bị quang thụ động thì chúng sẽ được đặt giữa S và R, suy hao của chúng sẽ được tính đến trong các phép tính suy hao. ODN cung cấp đường quang giữa OLT và ONU, mỗi đường quang được định nghĩa là khoảng ở giữa các điểm tham chiếu tại một cửa sổ bước sóng nhất định. Các giao diện quang ở trong hình 5 là: • Oru, Ord Giao diện quang tại điểm tham chiếu S/R giữa ONU và ODN cho đường lên và đường xuống tương ứng. • Olu, Old Giao diện quang tại điểm tham chiếu R/S giữa OLT và ODN cho đường lên và đường xuống tương ứng.
41
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
R/S
R/S
**ONU1 Oru , Ord . . .
**
R/S
ODN
OLT
ONUn Oru , Ord
Olu , Old
**Ch¬ng 25:Hình 3.6: Cấu hình vật lý của ODN
**
1.1.16Các đặc tả cho APON
APON là sự kết hợp giữa phương thức truyền tải không đồng bộ ATM với mạng truy nhập quang thụ động PON. Mạng APON sử dụng công nghệ ATM là giao thức truyền tin. Công nghệ ATM cung cấp sự mềm dẻo theo khái niệm độ trong suốt dịch vụ và phân bổ băng tần,ngoài ra còn có những tính năng rất hữu ích cho hoạt động khai thác và bảo dưỡng các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối nhờ đó giảm được chi phí hoạt động của mạng. Các ưu điểm của ATM được kết hợp với môi trường truyền dẫn là sợi quang với tài nguyên băng tần dường như là vô hạn đã tạo ra một mạng truy nhập băng rộng được biết tới như là BPON (Broadband PON-mạng PON băng rộng). Như mọi hệ thống khác, APON cũng được chia thành các lớp, lớp con với các nhiệm vụ cụ thể. Các lớp này thuộc một trong hai mặt bằng. Một là mặt bằng dữ liệu có nhiệm vụ phân phối lưu lượng đến và đi từ các thiết bị đầu cuối, trong trường hợp này là các cổng tại OLT và ONU. Hai là mặt bằng điều khiển, hay mặt bằng OAM hay hệ thống hỗ trợ hoạt động (OSS), thực hiện các chức năng vận hành, điều khiển, quản lý. Những chức năng này có tính chất không liên tục, ví dụ như là các chức năng OAM: khởi tạo, khôi phục lỗi, báo cáo trạng thái, với trường hợp mạng quang có các chức năng riêng biệt như điều chỉnh công suất laser. Trong bài viết, ta sẽ liệt kê thông tin điều khiển chứa trong các trường tiêu đề, tiêu đề con, hay các phần thông tin mào đầu trước lưu lượng người dùng. Ta phải hiểu rằng, thông tin tiêu đề thuộc về 1 lớp sẽ không được nhìn thấy bởi các lớp ở trên tại cả phía gửi và phía nhận. Ta đã miêu tả cấu trúc ngữ pháp các bản tin bằng cách liệt kê từng bit, từng byte trong format bản tin. Thực tế, chỉ cần xem bản tin của một lớp nói gì, nghe gì ta có thể hoàn toàn biết chức năng của giao thức lớp đó.
42
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Hoạt động của APON cũng sẽ được đề cập đến qua bài viết thông qua việc mô tả quá trình trao đổi bản tin giữa các thực thể ngang hàng theo thời gian, việc trao đổi các lệnh và các đáp ứng giữa các lớp liền kề theo chiều dọc trong ngăn xếp giao thức.
1.1.17Cấu trúc phân lớp APON
Mô hình phân lớp mạng ATM gồm có lớp môi trường truyền dẫn và lớp đường, lớp môi trường truyền dẫn phân chia thành lớp môi trường vật lý và lớp hội tụ truyền dẫn. Trong mạng ATM-PON lớp đường tương ứng với lớp đường ảo của lớp ATM Lớp dưới cùng là lớp phương tiện vật lý thực hiện giao tiếp với phần quang của mạng (hay chính là mạng phân phối quang ODN). Lớp này thực hiện các chức năng: chuyển đổi điện-quang, nhận/truyền các tín hiệu đến/đi ở phương tiện vật lý tại một trong ba bước sóng quang (1310, 1490, 1550nm), kết nối với sợi quang của ODN. Cấu trúc của lớp tuân theo tập các tham số quang điện đã được chuẩn hóa. Lớp đường Lớp Môi trường truyền dẫn Lớp hội tụ truyền dẫn Lớp con Thích ứng Chuyển đổi tế bào ATM và các khung dữ liệu người dùng Lớp thích ứng của B-ISDN -Xắp xếp -Cấp phát khe tế bào Lớp con truyền dẫn -Cấp phát băng tần PON -Bảo mật và an toàn -Đồng chỉnh khung -Đồng bộ cụm(Burst) -Đồng bộ bit/byte Lớp vật lý -Tương thích E/O -Ghép bước sóng -Kết nối sợi quang Ch¬ng 26:Hình 3.7: Cấu trúc phân lớp mạng APON Giữa lớp phương tiện vật lý và lớp đường (giao điện mà qua đó tế bào ATM được phân phối tới lớp khách hàng) là lớp hội tụ truyền dẫn TC (tương ứng với lớp 2 trong mô hình OSI). Lớp TC được phân chia thành lớp con truyền dẫn PON và lớp con thích ứng nằm ở trên, tương ứng với lớp con hội tụ truyền dẫn của mô hình B-ISDN. Lớp con thích ứng được chuẩn hóa dựa trên chuẩn ATM trên cơ sở cáp đồng truyền thống [ITU I.732]. Chức năng của lớp này là chuyển đổi giữa khung 125µs mức người dùng (đơn vị dữ liệu giao thức PDU) và tế bào ATM.
43
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
3.2.1.4 Lớp vật lý
Lớp này không giống như các lớp trên là các thành phần phần cứng chứ không phải là phần mềm. Phần cứng này được định nghĩa bởi các chuẩn [G.983.1 & G.983.3] và tuân theo các tham số sau: • Tốc độ bit: 155.52 hoặc 622.08Mb/s ở đường xuống và 155.52Mb/s đường lên • Bước sóng: 1260 đến 1360nm đường lên, 1480 đến 1580nm đường xuống • Dạng lưu lượng: số ở cả hai hướng, hỗ trợ tương tự ở đường xuống • Tỉ lệ chia công suất quang: lên đến 32, con số này bị giới hạn bởi suy hao ODN
3.2.1.5Lớp hội tụ truyền dẫn TC
Lớp con truyền dẫn PON của lớp hội tụ truyền dẫn Lớp con truyền dẫn TS hoàn toàn làm việc với tế bào. Theo hướng về, lớp này nhận các tế bào từ tín hiệu điện do lớp phương tiện vật lý đưa đến, đồng bộ tại mức bit và byte, giới hạn tế bào và khung được xác định, mào đầu được tách và xử lý, chuyển các luồng tế bào lên lớp cao hơn tiếp theo. Theo hướng đi, quá trình xử lý diễn ra ngược lại. Trong lớp này, giao thức sắp xếp được sử dụng để đảm bảo rằng các tế bào đến từ các ONU khác nhau không chồng lấp lên nhau. Hai chức năng quan trọng khác mà chúng ta sẽ thảo luận ở sau là gán băng tần động (DBA) và mật mã Lớp con thích ứng của lớp hội tụ truyền dẫn Đây là lớp trong đó có sự chuyển đổi diễn ra giữa tế bào ATM và PDU (có thể là: SONET/SDH, xDSL, các PDU dựa trên khung 125µs [ITU I.732] của các công ty điện thoại). Lớp này không cung cấp giao diện với các lưu lượng trên cơ sở gói như Ethernet hay IP. Để cung cấp những giao diện này ta phải có 1 phần mềm chuyển đổi thêm vào, phần này không ở trong phạm vi chuẩn.
3.3EPON
1.1.18Kiến trúc EPON
Kiến trúc IEEE 802 cho rằng tất cả mọi trạm truyền thông trong từng phần của một mạng LAN đều được kết nối tới một thiết bị dùng chung. Trong một thiết bị dùng chung, tất cả các trạm đều được coi như thuộc về một phạm vi truy nhập đơn, ở đây phần lớn các trạm có thể phát tín hiệu ở một thời gian và tất cả các trạm khác có thể nhận tín hiệu trong toàn bộ khoảng thời gian đó. Những vùng đa truy nhập có thể được nối liền với nhau bằng một thiết bị được gọi là bridge. Những bridge lựa chọn chuyển tiếp những gói tin để tạo ra một cấu trúc của mạng LAN bao gồm toàn bộ các vùng truy nhập. Việc lựa chọn chuyển tiếp sẽ ngăn chặn 44
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
việc truyền dẫn một gói tin trong những vùng mà không chứa bất cứ một trạm đích của gói tin này. Cầu nối của nhiều LAN đuợc sử dụng mở rộng để cung cấp khả năng quản lý độc lập của những vùng truy nhập, để tăng số trạm hoặc phạm vi vật lý của một mạng xa hơn giới hạn của những phần LAN riêng biệt, và để cải thiện số lượng đầu vào. Trong một trường hợp ở xa, một vùng truy nhập có thể bao gồm một trạm. Tiêu biểu là nhiều vùng trạm đơn được kết nối bằng liên kết điểm - điểm (P2P) tới một bridge, cấu hình của một LAN chuyển mạch. Dựa vào khái niệm vùng truy nhập, những bridge không bao giờ chuyển tiếp một khung trở lại cổng lối vào của nó. Trong trường hợp vùng truy nhập bao gồm nhiều trạm, nó được cho rằng toàn bộ các trạm đã kết nối tới cổng giống nhau trên bridge có thể liên lạc với một trạm khác không thông qua bridge. Trong truờng hợp LAN chuyển mạch, không thể có sự dễ dàng tiếp nhận trong vùng truy nhập của nơi gửi, vì không có khung nào được chuyển tiếp trở lại. Có một vấn đề cần quan tâm trong phương thức hoạt động bridge này đó là: Người dùng đã kết nối tới những ONU khác trong cùng một PON không thể thuộc cùng LAN và không có khả năng liên lạc với một người dùng khác ở lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu). Nguyên nhân là phương tiện PON không cho phép các ONU liên lạc theo một hướng khác, bởi tính định hướng của những bộ tách/ghép thụ động. OLT chỉ có một cổng đơn kết nối tới tất cả các ONU, và một bridge được đặt vào trong OLT sẽ không bao giờ chuyển tiếp một khung dữ liệu trở lại cổng mà nó đi vào. Nhiệm vụ trong IEEE 802.3ah, vấn đề này đặt ra một câu hỏi về EPON tuân theo kiến trúc IEEE 802, đặc biệt với cầu nối P802.1D. Trong EPON có những cấu hình như sau : • Mô hình cấu hình điểm điểm (P2PE). • Mô hình chia sẻ phương tiện (SME) • Mô hình kết hợp P2PE và SME. • Giải pháp cuối cùng
1.1.19Mô hình ngăn xếp EPON
45
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Ch¬ng 27:Hình 3.8: Ngăn xếp EPON. Ngăn xếp của EPON đã có một sự thay đổi lớn so với Ethernet 802.3 ban đầu bởi vì những những chuẩn cấu hình của các PON. Ở lần xuất bản trước của chuẩn 802.3 đã sử dụng cấu hình điểm - điểm (P2P) mà ở đây các mạng PON yêu cầu cấu hình điểm - đa điểm (P2MP). Ngăn xếp EPON mới với một sự thích ứng cho P2MP được chỉ ra ở hình 3.8. Ở đây có bổ sung lớp điều khiển MAC đa điểm.
1.1.20Giao thức EPON.
Để xử lý các yêu cầu về lưu lượng trong luồng lên, EPON sử dụng giao thức điều khiển đa điểm MPCP. Đây là giao thức dựa trên việc truyền các khung, dựa trên việc truyền các bản tin điều khiển lớp MAC 64 byte. Các bản tin này kết hợp với lưu lượng đường xuống để cung cấp việc truyền dẫn tùy ý cho các khung Ethernet 802.3. Các chức năng của MPCP là : • • • • • Yêu cầu và phân bổ băng tần Thỏa thuận các tham số Quản lý và định thời luồng xuống từ các ONU để tránh đụng độ Sắp xếp và tối ưu hóa các khe thời gian luồng xuống để giám sát độ trễ Tự động khôi phục và đăng ký các ONU
1.1.21Bảo mật trong EPON
46
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Các kỹ thuật PON rất hạn chế trong việc chống nghe lén và chống ăn cắp các dịch vụ , những đề nghị về cơ cấu bảo mật trong tiêu chuẩn 802.3ah không có được những hỗ trợ cần thiết, thay vào đó là các tiêu chuẩn về cơ cấu bảo mật trong 802.1ae. Do các tiêu chuẩn này không hoàn thành vào đúng lúc các tiêu chuẩn về EPON ra đời nên hầu hết các mạng EPON được triển khai trên thế giới hiện nay đều sử dụng một cơ chế bảo mật duy nhất. Trong vài trường hợp, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn đưa ra cơ chế bảo mật riêng của mình, cơ chế này không những đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật cần thiết mà còn có thể được coi là môi trường giám sát nội hạt. Ví dụ, hệ thống mật mã hóa thông tin AES không có kế hoạch bảo mật khi được ứng dụng tại Trung Quốc và các nhà cung cấp EPON đã phải sử dụng phương pháp xáo trộn do công ty viễn thông Trung Quốc cung cấp để bảo mật cho đường xuống. Cơ cấu mật mã hóa của EPON được dựa trên thuật toán mật mã hóa tiên tiến AES (Advance Encryption Standard) do viện kỹ thuật và tiêu chuẩn của Hoa Kỳ xuất bản [FIPS197]. AES cho phép sử dụng các từ khóa 128 bit, 192 bit hay 256 bit. Cấu trúc khung Ethernet bao gồm cả phần mở đầu và IPG không bị thay đổi để phù hợp với các tiêu chuẩn của IEEE và tránh những bổ sung sau này của tiêu chuẩn IEEE 802.3. Để đảm bảo tính cá nhân cao, phương pháp này mật mã hóa toàn bộ một khung Ethernet, bao gồm cả phần header Ethernet và trường FCS. Các bản tin OAM và MPCP cũng được mật mã hóa.
1.1.22Những bước phát triển tiếp theo
Những tiềm năng của EPON là gì? Câu hỏi này đã được trả lời bởi nhóm làm việc IEEE 802.3 vào tháng 3 năm 2006 khi họ thành công trong việc nghiên cứu đạt được cấu hình EPON 10 Gb/s. EPON 10 Gb/s là một bước tiến mới trong việc tăng dung lượng, nó hỗ trợ hiệu quả cho việc truyền tín hiệu truyền hình chất lượng cao và nhu cầu hỗ trợ mạng đường trục vô tuyến thế hệ kế tiếp. Nghiên cứu của IEEE 802.3 về EPON 10 Gb/s tập trung vào định nghĩa một lớp vật lý điểm – đa điểm mới, duy trì lớp MAC, điều khiển MAC và tất cả các lớp bên trên không bị thay đổi theo phạm vi rộng nhất có thể. Điều này có nghĩa là các sóng mang vẫn có kiến trúc như cũ và có độ tương thích với hệ thống quản lý mạng (NMS), các hoạt động của lớp PON, quản lý và hệ thống OAM... Nhóm nghiên cứu EPON 10 Gb/s đã đặt ra những mục tiêu cho cả truyền dẫn trên đường dây đối xứng và bất đối xứng. Hệ thống đối xứng sẽ hoạt động ở tốc độ 10 Gb/s ở cả luồng lên và luồng xuống. Hệ thống bất đối xứng sử dụng luồng xuống 10 Gb/s và luồng lên 1 Gb/s, đa số giống như các tiêu chuẩn sẵn có của IEEE 802.3ah cho luồng lên.
47
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Điểm nhấn mạnh của cấu trúc đối xứng là ở hoạt động truyền dẫn theo chế độ cụm ở tốc độ 10 Gb/s. Mã hóa đường dây 64b/66b được dùng trong lớp vật lý Ethernet 10 Gb/s là cần thiết ở FEC. EPON 10 Gb/s được đánh giá là có tính hiệu quả kinh tế cao, nó cung cấp băng thông lớn hơn mạng CATV sử dụng DOSIS 3.0. Đây chính là nguyên nhân chủ yếu làm cho EPON 10 Gb/s là một công nghệ có khả năng thay thế cho các mạng CATV thế hệ tiếp theo. Nó cũng cho phép thay đổi một cách đột biến băng thông dữ liệu sẵn có cho các thuê bao mà không cần việc người quản lý đường dây thay đổi cách phân phối video sẵn có.
3.4Metro Ethernet
1.1.23Lợi ích khi dùng dịch vụ Ethernet
Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã cung cấp dịch vụ Metro Ethernet. Một số nhà cung cấp đã mở rộng dịch vụ Ethernet vuợt xa phạm vi mạng nội thị (MAN) và vuơn đến phạm vi mạng diện rộng (WAN). Hàng ngàn thuê bao đã được sử dụng dịch vụ Ethernet và số lượng thuê bao đang tăng lên một cách nhanh chóng. Những thuê bao này bị thu hút bởi những lợi ích của dịch vụ Ethernet đem lại, bao gồm: • Tính dễ sử dụng. • Hiệu quả về chi phí (cost effectiveness). • Linh hoạt.
3.4.1.1Tính dễ sử dụng
Dịch vụ Ethernet dựa trên một giao diện Ethernet (Ethernet interface) chuẩn, phổ biến dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ (LAN). Hầu như tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kết nối dùng Ethernet, vì vậy việc sử dụng Ethernet để kết nối với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình hoạt động và các chức năng quản trị, quản lí và cung cấp(OAM &P).
3.4.1.2 Hiệu quả về chi phí
Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tư (CAPEX-capital expense) và chi phí vận hành (OPEX-operation expense): • Một là, do sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện Ethernet có chi phí không đắt. • Hai là, ít tốn kém hơn những dịch vụ cạnh tranh khác do giá thành thiết bị thấp, chi phí quản trị và vận hành thấp hơn. • Ba là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao tăng thêm băng thông một cách khá mềm dẻo.. Điều này cho phép thuê bao thêm băng thông khi cần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần.
48
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
3.4.1.3 Tính linh hoạt
Dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao thiết lập mạng của họ theo những cách hoặc là phức tạp hơn hoặc là không thể thực hiện với các dịch vụ truyền thống khác. Ví dụ: một công ty thuê một giao tiếp Ethernet đơn có thể kết nối nhiều mạng ở vị trí khác nhau để thành lập một Intranet VPN của họ, kết nối những đối tác kinh doanh thành Extranet VPN hoặc kết nối Internet tốc độ cao đến ISP. Với dịch vụ Ethenet, các thuê bao cũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng thông trong vài phút thay vì trong vài ngày ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác (Frame relay, ATM,…). Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao phải mua thiết bị mới hay ISP cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ.
1.1.24Mô hình dịch vụ Ethernet
Tất cả các dịch vụ Ethernet sẽ có một vài thuộc tính chung, những dịch vụ khác nhau sẽ khác nhau về một số các thuộc tính. Dịch vụ Ethernet được cung cấp bởi mạng Metro Ethernet Network (MEN) của nhà cung cấp. Thiết bị khách hàng CE (Customer Equipment) gắn vào mạng MEN qua giao tiếp người sử dụng-mạng UNI (User-Network Interface) sử dụng chuẩn giao diện Ethernet chuẩn với tốc độ 10Mbit/s, 100Mbit/s, 1Gbit/s hoặc 10Gbit/s. Có thể có nhiều UNIs kết nối đến MEN từ một vị trí. Những dịch vụ được xác định theo quan điểm của thuê bao. Những dịch vụ này dùng các công nghệ truyền dẫn hay các giao thức ở MEN khác nhau như SONET, DWDM, MPLS, GFP, … Tuy nhiên, dưới góc độ thuê bao, kết nối mạng về phía thuê bao của giao diện UNI là Ethernet.
3.4.1.4 Kết nối Ethernet ảo
Một thuộc tính cơ bản của dịch vụ Ethernet là kết nối Ethernet ảo (EVC-Ethernet Virtual Connection). EVC được định nghĩa bởi MEF là “một sự kết hợp của hai hay nhiều UNIs trong đó UNI là một giao diện Ethernet, là điểm ranh giới giữa thiết bị khách hàng và mạng MEN của nhà cung cấp dịch vụ. Nói một cách đơn giản, EVC thực hiện 2 chức năng: • Kết nối hai hay nhiều vị trí thuê bao (chính xác là UNIs), cho phép truyền các frame Ethernet giữa chúng. • Ngăn chặn dữ liệu truyền giữa những vị trí thuê bao (UNI) không cùng EVC tương tự. Khả năng này cho phép EVC cung cấp tính riêng tư và sự bảo mật tương tự Permanent Virtual Circuit (PVC) của Frame Relay hay ATM. Hai quy tắc cơ bản sau chi phối, điều khiển việc truyền các Ethernet frame trên EVC. Thứ nhất, các Ethernet frame đi vào MEN không bao giờ được quay trở lại UNI mà nó xuất phát. Thứ hai, các địa chỉ MAC của trong Ethernet frame giữ nguyên không 49
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
thay đổi từ nguồn đến đích. Ngược lại với mạng định tuyến (routed network), các tiêu đề (header) Ethernet frame bị thay đổi khi qua router. Dựa trên những đặc điểm này, EVC có thể được sử dụng để xây dựng mạng riêng ảo lớp 2 (Layer 2 Virtual Private Network-VPN). MEF định nghĩa 2 kiểu của EVCs. • Điểm-điểm(Point-to-point). • Đa điểm - điểm (Multipoint-to-Multipoint). EVC có thể được dùng để xây dựng mạng riêng ảo lớp 2 (Layer 2 Virtual Private Network-VPN). Ngoài những điểm chung này, dịch vụ Ethernet có thể thay đổi với nhiều cách khác nhau. Phần này thảo luận về những dạng khác nhau của dịch vụ Ethernet và một vài đặc điểm quan trọng phân biệt chúng từ những dịch vụ khác.
3.4.1.5Khuôn khổ định nghĩa dịch vụ Ethernet.
Để giúp những thuê bao có thể hiểu rõ hơn sự khác nhau trong các Dịch vụ Ethernet, MEF đã phát triển các Khuôn khổ Định nghĩa dịch vụ Ethernet. Mục tiêu của hệ thống này là: • Định nghĩa và đặt tên cho các kiểu dịch vụ Ethernet. • Định nghĩa những thuộc tính (attribute) và các thông số của thuộc tính (attribut parameters) được dùng để định nghĩa một dịch vụ Ethernet riêng biệt. Hiện tại MEF đã và đang xác định (vì chưa thành chuẩn) hai kiểu dịch vụ Ethernet: • Kiểu Ethernet Line (E-Line) Service – dịch vụ điểm-điểm (point-to-point) • Kiểu LAN (E-LAN) Service – dịch vụ đa điểm - đa điểm (multipoint-tomultipoint) Để định rõ một cách hoàn toàn về dịch vụ Ethernet, nhà cung cấp phải xác định kiểu dịch vụ và UNI; các thuộc tính của dịch vụ EVC đã kết hợp với kiểu dịch vụ đó. Các thuộc tính này có thể được tập hợp lại theo những dạng sau: • • • • • • • • • Giao diện vật lý (Ethernet Physical Interface). Thông số lưu lượng (Traffic Parameters) Thông số về hiệu năng (Performance Parameters). Lớp dịch vụ (Class of Service). Service Frame Delivery Hỗ trợ các thẻ VLAN (VLAN Tag Support) Ghép dịch vụ (Service Multiplexing). Gộp nhóm (Bundling). Lọc bảo mật (Sercurity Filters). 50
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Kiểu dịch vụ Ethernet Line Kiểu Ethernet Line (E-Line Service) cung cấp kết nối Ethernet ảo điểm-điểm giữa 2 UNIs. Dạng đơn giản nhất, dịch vụ E-Line có thể cung cấp băng thông đối xứng cho dữ liệu gửi nhận trên hai hướng không có các đảm bảo tốc độ giữa hai UNI 10 Mbps.. Dạng phức tạp hơn, dịch vụ E-line có thể cung cấp CIR (Commited Information Rate) và thuộc tính về độ trễ, jitter,… Ghép dịch vụ (service multiplexing) cho phép kết hợp nhiều EVC trên một cổng vật lý UNI duy nhất. Một dịch vụ E-Line có thể cung cấp point-to-point EVCs giữa UNIs tương tự như việc sử dụng Frame Relay PVCs để nối liền các site với nhau. Một dịch vụ E-Line cũng cung cấp việc kết nối point-to-point giữa UNIs tương tự với một dịch vụ thuê kênh riêng TDM. Dịch vụ E-Line cũng có một vài đặc điểm cơ bản như Frame Delay, Fram Jitter và Frame Loss tối thiểu và không có ghép dịch vụ (Service Multiplexing), tức là yêu cầu giao diện vật lý UNI riêng biệt cho mỗi EVC Tóm lại, một E-Line Service có thể được dùng để xây dựng những dịch vụ tương tự như Frame Relay hay thuê kênh riêng (private leased line). Tuy nhiên, băng thông Ethernet và việc kết nối thì tốt hơn nhiều… Một E-Line Service có thể được dùng để xây dựng các dịch vụ tương tự như Frame Relay hay kênh thuê riêng (private leased line). Kiểu dịch vụ Ethernet LAN Kiểu dịch vụ Ethernet LAN (E-LAN) cung cấp kết nối đa điểm, tức là nó có thể kết nối 2 hoặc hơn nhiều UNIs. Dữ liệu của thuê bao được gửi từ một UNI có thể được nhận tại một hoặc nhiều dữ liệu của UNIs khác. Mỗi site (UNI) được kết nối với một multipoint EVC. Khi những site mới (UNIs) được thêm vào, chúng sẽ được liên kết với multipoint EVC nêu trên do vậy nên đơn giản hóa việc cung cấp và kích hoạt (activation) dịch vụ. Theo quan điểm của thuê bao, dịch vụ E LAN làm cho MEN trông giống một mạng LAN ảo. Dịch vụ E-LAN Service có thể cung cấp một CIR (Committed Information Rate), kết hợp CBS (Committed Burst Size), EIR (Excess Information Rate) với EBS (Excess Burst Size) và độ trễ, jitter, và tổn thất khung (frame lost). E-LAN Service với cấu hình point-to-point E-LAN service có thể được sử dụng để liên kết chỉ với 2 UNIs (sites). Trong khi điều này có thể xảy ra tương tự một E-Line Service, có nhiều sự khác biệt khá quan trọng. Với dịch vụ E-LAN, khi một UNI (site) mới được thêm vào, một EVC mới phải được thiết lập để liên kết UNI mới với một trong những UNIs hiện thời.
51
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Với dịch vụ E-LAN, khi UNI mới cần được thêm vào ta không cần thêm EVC mới mà đơn giản chỉ thêm UNI mới vào EVC đa điểm cũ. Vì thế, E-LAN Service đòi hỏi chỉ một EVC để hoàn tất việc kết nối multi-site. Nói chung, dịch vụ E-LAN có thể kết nối nhiều địa điểm với nhau, ít phức tạp hơn việc sử dụng những công nghệ như Frame Relay hoặc ATM. Tóm lại, MEF định nghĩa hai kiểu dịch vụ chính E-Line và E-LAN, tuy nhiên các hãng, tổ chức tham gia MEF có cách sử dụng tên cho hai lọai dịch vụ này khác nhau. Ví dụ như Cisco đưa ra các dịch vụ Ethernet Relay Service (ERS) và Ethernet Wire Service (EWS) cho loại E-Line; Ethernet Relay Multipoint Service (ERMS) và Ethernet Multipoint Service (EMS) cho loại E-LAN
1.1.25Các thuộc tính dịch vụ Ethernet 3.4.1.6 Ghép dịch vụ
Ghép dịch vụ cho phép nhiều UNI thuộc về các EVC khác nhau. UNI như vậy gọi là UNI được ghép dịch vụ (service multiplexed UNI). Khi UNI chỉ thuộc một EVC thì UNI này gọi là UNI không ghép dịch vụ (non - multiplexed UNI). Lợi ích của ghép kênh dịch vụ cho phép chỉ cần một cổng giao diện UNI có thể hỗ trợ nhiều kết nối EVC. Điều này làm giảm chi phí thêm cổng UNI và dễ dàng trong việc quản trị. VLAN được cấu hình tại cổng thiết bị khác hàng CE kết nối với UNI được gọi là CE- VLAN. Như vậy, tại mỗi UNI có một ánh xạ (mapping) giữa CE-VLAN và EVC. Điều này gần giống như ánh xạ giữa DLCI và PVC trong Frame Relay.
3.4.1.7Gộp nhóm
Trong cấu trúc frame của 802.1Q thì có một trường 12 bit là VLAN tag. Nhu vậy có tối đa là 4096 VLAN cho một miền lớp 2. Với tính năng gộp nhóm, có nhiều hơn một CE-VLAN được ánh xạ vào một EVC tại UNI. Khi tất cả VLAN đều được ánh xạ vào một EVC thì EVC đó có thuộc tính gộp nhóm tất cả trong một.
3.4.1.8 Đặc tính băng thông
MEF địng nghĩa đặc tính băng thông được ứng dụng ở UNI hay cho một EVC. Đặc tính băng thông là một giới hạn mà khung Ethernet có thể xuyên qua UNI. Có thể có đặc tính băng thông riêng rẽ cho những khung vào bên trong MEN và cho những khung đi ra khỏi MEN. Thông số CIR cho một Frame Relay PVC là một vídụ của đặc tính băng thông.
52
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
3.4.1.9 Thông số hiệu năng
Các thông số này ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ mà thuê bao cảm nhận được. Thông số hiệu năng được đánh giá qua các thông số sau: • • • • Độ khả dụng Độ trễ khung Độ trượt khung Tỉ lệ tổn thất khung
3.4.1.10Vấn đề an ninh mạng (Network security)
Mạng Metro Ethernet cung cấp mạng riêng ảo lớp 2 (layer 2 VPN) nên những vấn đề an ninh tồn tại tại lớp 2 này như: Từ chối dịch vụ (DoS: Denial of Service), tràn ngập MAC (MAC flooding) giả mạo địa chỉ MAC (MAC spoofing) cần đặc biệt quan tâm.
1.1.26Tình hình triển khai
Hiện nay VNPT đã có chu trương và đã triển khai thử nghiệp mạng MAN sử dụng Metro Ethernet tại những tỉnh thành lớn trong cả nước. Trên hình dưới đây mô tả cấu hình thử nghiệm tại thành phố Hồ Chí Minh và Ninh Bình.
Ch¬ng 28:Hình 3.9 Mạng MAN thử nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh Với cấu hình của Ninh Bình như hình vẽ ở dưới những thiết bị sẽ cần được trang bị sẽ được liệt kê sơ lược như trong bảng dưới đây. 53
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Trang bị mới 24 node MSAN với tổng dung lượng 97300 POTS (thoại), 13224 ports ADSL2+, 164 ports SHDSL tại các trung tâm huyện, thị xã và các khu vực dân cư tập trung lưu lượng cao. Trang bị mới 24 trạm CES (Carrier Ethernet Switch) với 109 port FE, 84 port GE và 23 port 10GE. Bảng 3.7 Số liệu các loại cổng trên thiết bị MSAN và CES STT Địa điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thoại Ninh Bình 17.190 Ninh Tiến 1.522 Tân Thành 4.421 Hoa Lư 2.916 Gián 4.638 Gia Viễn 3.715 Liên Sơn 896 Nho Quan 4.260 Rịa 1.953 Yên Sơn 1.626 Cầu Vân 4.254 Tam Điệp 10.633 Đền Dâu 4.440 Quang Sơn 1.655 Ninh Sơn 3.784 Khánh Phú 2.459 Yên Khánh 2.320 Qui Hậu 3.676 Kim Sơn 7.225 Lai Thành 1.566 Chợ Bút 4.162 Yên Mô 4.331 Thanh Sơn 2.762 Khánh Thuỷ 896 Tổng 97.300 MSAN ADSL2+ SHDSL 1.473 35 456 4 774 12 966 5 498 6 633 8 171 0 906 8 240 3 204 3 405 3 1.137 10 429 9 222 7 918 4 231 3 705 9 279 3 927 10 222 3 198 3 588 8 486 5 156 3 13.224 164 FE 11 4 3 7 7 7 1 7 3 2 4 8 3 4 4 3 7 3 7 1 3 7 2 1 109 CES GE 6 4 2 2 2 4 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 6 4 4 4 4 4 4 4 84 10GE 3 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 23
54
Ch¬ng 29:Hình 3.10 Mạng MAN tại Ninh Bình
55
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
1.1.27Những công nghệ được sử dụng
Như chúng ta có thể thấy trên mô hình triển khai những công nghệ có thể được sử dụng dụng đó là : • • • • Truyền tải Ethernet qua SDH, EOS RPR EPON với công nghệ cụ thể là GE MPLS và GMPLS
3.4.1.11Truyền tải Metro Ethernet qua SONET/SDH
Khái niệm truyền dữ liệu qua mạng SONET/SDH là cơ cấu truyền tải lưu lượng cung cấp một số chức năng và các giao diện nhằm mục đích tăng hiệu quả của việc truyền dữ liệu qua mạng SONET/SDH. Mục tiêu quan trọng nhất mà các hướng công nghệ nói trên cần phải thực hiện được đó là phối hợp hỗ trợ lẫn nhau để thực hiện chức năng cài đặt chỉ định băng thông cho các dịch vụ một cách hiệu quả mà không ảnh hưởng tới lưu lượng đang được truyền qua mạng SONET/SDH hiện tại. Điều này có nghĩa là mạng sẽ đảm bảo được chức năng hỗ trợ truyền tải lưu lượng dịch vụ của mạng hiện có và triển khai các loại hình dịch vụ mới. Thêm vào đó EOS cần cung cấp chức năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS với mức độ chấp nhận nào đó cho các loại dịch vụ mới, mềm dẻo và linh hoạt trong việc hỗ trợ truyền tải lưu lượng truyền tải bởi các giao thức khác nhau qua mạng. Cơ cấu của truyền dữ liệu qua mạng SONET/SDH bao gồm 3 giao thức chính: Thủ tục đóng khung tổng quát GFR (Generic Framing Procedure), kỹ thuật liên kết chuỗi ảo VCAT (Virtual Concatenation) và cơ cấu điều chỉnh dung lượng đường thông LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme). Cả 3 giao thức này đã được ITU-T chuẩn hoá lần lượt bởi các tiêu chuẩn G7041/Y.1303, G.704, G.7042/Y.1305. Giao thức GFR cung cấp thủ tục đóng gói khung dữ liệu cho các dạng lưu lượng khác nhau (Ethernet, IP/PPP, RPR..) vào các phương tiện truyền dẫn TDM như là SONET/SDH hoặc các hệ thống truyền tải quang OTN (Optical Transport Network). Giao thức VCAT cung cấp các thủ tục cài đặt băng thông cho kênh kết nối mềm dẻo hơn so với những thủ tục áp dụng trong hệ thống truyền dẫn TDM trước đó. Giao thức LCAS cung cấp thủ tục báo hiệu đầu cuối tới đầu cuối để thực hiện chức năng điều chỉnh động dung lượng băng thông cho các kết nối khi sử dụng VCAT trong kết nối SONET/SDH.
3.4.1.12RPR
Tháng 12 năm 2000, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu về công nghệ mạng vòng gói phục hồi (IEEE 802.17) nhằm đưa ra các tiêu chuẩn cho giao thức RPR. Công nghệ RPR được sử dụng để truyền tải các gói số liệu trên mạng vòng ở tốc độ hàng Gigabit/s. 56
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Giải pháp này sử dụng các Router kết nối cáp quang với công nghệ mới RPR hỗ trợ IP hoặc thậm chí MPLS đáp ứng tất cả các dịch vụ khác nhau. RPR là công nghệ chủ đạo cho mạng đô thị thế hệ mới đang được các hãng viễn thông lớn tập trung phát triển (50 nhà sản xuất thiết bị và chip - Cisco, Nortel, Siemens, Redstone, …). Công nghệ này kết hợp tính ưu việt của phương thức bảo vệ đường như ở công nghệ SDH cho phép khả năng hồi phục tuyến cực nhanh ở mức 50 ms. Cùng với khả năng đánh địa chỉ kết nối theo địa chỉ (dùng địa chỉ MAC) và phân loại lưu lượng cho chất lượng dịch vụ như ở công nghệ Ethernet ở lớp 1. RPR đã thừa kế hai đặc trưng quan trọng của mạng SONET/SDH. • Có thể kết nối theo cấu hình RING. • Có thể khôi phục đường truyền nhanh khi đường cáp quang bị đứt <50ms. Ngoài ra, RPR còn có các ưu điểm chính: • Đa dạng phân lớp dịch vụ (CoS). • Sự linh hoạt của lớp vật lý: RPR có thể tương thích với các tiêu chuẩn lớp vật lý của Ethernet, SONET và DWDM. • Cho phép chuyển tải lưu lượng theo phương thức quảng bá . • Có khả năng mở rộng quy mô mạng cao. • Điều chỉnh băng thông giữa các người sử dụng (Fairness) và điều khiển sự tắc nghẽn lưu lượng trong mạng. RPR sử dụng vòng song hướng gồm hai sợi quang truyền ngược chiều nhau, cả hai vòng đồng thời được sử dụng để truyền dữ liệu và điều khiển. RPR cho phép nhà cung ứng giảm chi phí thiết bị phần cứng cũng như thời gian giám sát mạng. Trong RPR không có khái niệm khe thời gian, toàn bộ băng thông được ấn định cho lưu lượng. Bằng cách tính khả năng mạng và dự báo yêu cầu lưu lượng, RPR ghép thống kê và phân phối công bằng băng thông cho các node trên vòng để tránh tắc nghẽn có thể mang lại lợi ích hơn nhiều so với vòng SDH/SONET dựa trên ghép kênh phân chia theo thời gian. RPR là giao thức lớp MAC vận hành ở lớp 2 của mô hình OSI, nó không nhận biết lớp 1 nên độc lập với truyền dẫn nên có thể làm việc với WDM, SDH hay truyền dẫn dựa trên Ethernet (sử dụng GBIC – Gigabit Interface Converter) ngoài ra, RPR đi từ thiết bị đa lớp đến dịch vụ mạng thông minh lớp 3 như MPLS, MPLS kết hợp thiết bị rìa mạng IP lớp 3 với thiết bị lớp 2 như ATM, Frame relay. Sự kết hợp độ tin cậy và khả năng phục hồi của RPR với ưu điểm quản lý lưu lượng và khả năng mở rộng của MPLS VPN và MPLS TE được xem là giải pháp xây dựng MAN trên thế giới hiện nay.
57
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
PHẦN III: CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN
58
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**Chương 4:Các mạng truy nhập không dây băng rộng
**
4.1Giới thiệu chung
Chúng ta có thể nhìn nhận truy nhập vô tuyến theo quan điểm của IEEE theo hình 4.1 dưới đây:
PAN
“M¹ ng vï ng c¸ nh© n” Bluetooth 802.15
LAN
“M¹ ng vï ng néi h¹ t” 802.11b 802.11g 802.11a HiperLAN2
MAN
“M¹ ng vï ng trung t© m” 802.11 802.16 MMDS LMDS
WAN
“M¹ ng vï ng réng” 2.5G/3G GSM/GPRS CDMA/1x/3x 4G
é u n Tèc ® sè liÖ cao h¬ Tèc ® sè liÖ cao h¬ Tèc ® sè liÖ thÊp h¬ é u n é u n Tèc ® sè liÖ thÊp é u Kho¶ng c¸ch ng¾ n K/c trung b× dµi h¬ Kho¶ng c¸ch dµi h¬ nh n K/c trung b× nh n Notebook/PC ® n th.bÞ M¸y tÝ Õ / Truy nhËp ® n km Õ nh-M¸y tÝ nh C¸c m¸y cÇm tay & M¸y in/Bµn phÝ .tho¹ i m/§ cuèi cï ng, cè ®nh th.bÞPDA ® n Internet Þ vµtí i Internet Õ
<1 Mbps
2 ® n 54+Mbps Õ
22+Mbps
10 ® n 384 Kbps Õ Đến 1Gbps
Ch¬ng 30:Hình 4.1 : Các công nghệ truy nhập vô tuyến Theo đó căn cứ vào vùng bao phủ hệ thống thiết bị chúng ta có các mạng diện hẹp PAN với những ví dụ công nghệ như Bluetooth, Wireless USB. Các mạng diện nội hạt với điển hình là công nghệ WLAN với những chuẩn cho lớp vật lý 802.11a, 802.11b, 802.11g. Tiếp theo là các mạng diện rộng hơn với những cải tiến của chuấn 801.11, những mạng truy nhập vô tuyến đa kênh đa điểm, đa kênh đa điểm nội hạt (MMDS và LMDS) với xuất phát điểm là dùng để quảng bá tín hiệu truyền hình. Cuối cùng là mạng diện rộng với các thế hệ của điện thoại tế bào và cộng thêm vào đó hệ thống truy nhập sử dụng vệ tinh. Sau đây chúng ta sẽ xem xét hướng phát triển của từng nhánh công nghệ một, chúng ta sẽ làm sáng tỏ một thực tế rằng các hệ thông truy nhập vô tuyến đang hội tụ lại ở thế hệ thứ 4 4G
59
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**4.2Phát triển của truy nhập vô tuyến hội tụ đến 4G
**
Như chúng ta đã đề cập đến từ trên, để tiến tới thế hệ thứ 4 mạng truy nhập vô tuyến sẽ hội tụ lại từ hai hướng, Hình 4.2:
1G (~95) Analog 2G (96~01) Digital 3G(02~04) Multimedia 4G (05~)
Analog Cellular Digital Cellular
Voice & Video Mobility Centric
**IMT-2000 (UMTS) Wireless Multimedia (IP Based Voice/Video)
**
• Outdoor 5.15-5.35GHz 2550Mbps • Indoor 60-65GHz 155-622Mbps
Wired LAN
IEEE802.11b Wireless LAN
HiperLAN2 IEEE802.11a Bluetooth
High Speed Data / Stationary Centric
Ch¬ng 31:Hình 4.2: Xu hướng hội tụ của công nghệ truy nhập vô tuyến • Hướng 1: từ phía các hệ thống cá nhân, nội hạt, thành phố (với những đại diện điển hình WLAN và Wimax) • Hướng 2: từ phía các hệ thống diện rộng (với các đại diện là GSM, IMT2000, WCDMA) Trên hình 4.2 mô tả rõ hai xu hướng phát triển này, hình 4.3 những xu hướng đó được miêu tả với những mốc thời gian cụ thể.
60
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Capacity / Throughput
** 4G Mobile Communications Network Evolution
**
OFDM-based Nomadic System
WLAN – 3G Interworking
IMTIMT -2000 Roadmap
Mobile Grid Network/ Ubiquitous OFDM-based Network New Mobile Access
cdma2000 1x EV-DO
HSDPA cdma2000 1x EV-DV
HSDPA Enhancement
4G Network
cdma2000 1x EV-DV Enhancement
Harmonization
W-CDMA
cdma2000 1x
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2010 2013
Peak Data Rate
2015
**Ch¬ng 32:Hình 4.3: Mốc lịch sử của truy nhập vô tuyến
**
1.1.28Hệ thống thông tin di động 2G và nền tảng CDMA 4.2.1.1GSM
IS-136/CDPD IS-136+(PRS)
**EDGE/ IS-136HS HSDPA W-CDMA
**
Cdma2000 1x EV
GSM
HSCSD/GPRS
PDC
Mobile Multimedia - Integrated Packet Data
IS-95A
IS-95B
cdma2000(1x)
7-28.8 kbps
57-115 kbps
0.144 ~2 Mbps
~ 10 Mbps
~ 100 Mbps /1Gbps
2nd Generation (~ 1998)
2.5th Generation (~2000~)
3rd Generation (2002~)
4th Generation (~2010~)
Ch¬ng 33:Hình 4.4: Sự phát triển lên 4G từ các công nghệ WAN Trong những năm đầu của thập kỷ 1980, hội nghị viễn thông và bưu điện châu Âu (CEPT) đưa ra nhóm di động đặc biệt (Group Special Mobile) với mục tiêu là phát triển chuẩn Pan-European cho thông tin tế bào số. Dự án này có tên là GSM và hệ thống thực 61
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
hiện các chuẩn tương ứng, hệ thống toàn cầu cho thông tin di động, cũng được viết tắt là GSM. Từ đó đến nay, các mạng GSM, kể cả mạng GSM theo khái niệm gốc hoặc các phát triển của nó, phát triển rộng khắp trên thế giới và được coi là kế hoạch thành công. Các hệ thống GSM hoạt động ở dải tần khoảng 900 MHz (GSM-900), 1.8 GHz (gsm1800), hoặc 1.9GHz (GSM-1900). GSM-900 là mạng tế bào GSM gốc đáp ứng các vùng rộng lớn (macro cell) và để hoạt động với các đầu cuối nguồn lớn. GSM sử dụng TDMA với tốc độ dữ liệu thấp cỡ trên dưới 10kbps.
4.2.1.2IS-95
Vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990, QUALCOMM, Inc. của San Diego đưa ra đa truy nhập phân chia theo mã, CDMA. Các thử nghiệm và việc chế tạo mạng thành công đã đưa TIA và EIA chấp nhận hệ thống QUALCOMM như chuẩn tạm thời của họ, "TIA/EIA/IS-95 - chuẩn tương thích giữa trạm gốc -trạm di động cho hệ thống di động trải phổ băng rộng hai chế độ". Các đặc điểm kỹ thuật của TIA/EIA/IS-95 được thiết lập để hệ thống hoạt động ở hai chế độ cơ bản (tương tự và số), cả hai chế độ trong cùng dải tần. Khả năng hoạt động ở hai chế độ thuận tiện cho việc chuyển tiếp từ môi trường tương tự sang môi trường số. Mặc dù tương thích, các hệ thống số và tương tự khá khác nhau. TIA/EIA/IS-95 hỗ trợ kỹ thuật trải phổ liên tục trực tiếp với các kênh kép băng thông 1.25 MHz. Việc hai hệ thống số và tương tự cùng tồn tại tức là các trạm di động hai chế độ có thể đặt và nhận các cuộc gọi từ bất cứ hệ thống nào và ngược lại, tất cả các hệ thống có thể đặt và nhận các cuộc gọi từ bất cứ trạm di động nào. Các hoạt động ngược lại như miêu tả trên yêu cầu một số chú ý. Một trạm di động có thể khởi tạo một cuộc gọi với hệ thống CDMA và trong khi cuộc gọi vẫn đang trong quá trình xử lý, nó có thể chuyển sang hệ thống tương tự, nếu có yêu cầu. Một số đổi mới đã được đưa vào hệ thống CDMA so với các hệ thống tế bào ban đầu. Chuyển giao mềm chính là một điểm mới ngoài ra còn có những sự đổi mới khác được đưa ra trọng hệ thống CDMA như là việc sử dụng các bộ thu hệ thống định vị toàn cầu (GPS) tại các trạm gốc. Các hệ thống CDMA ban đầu được sử dụng với các đặc tính kỹ thuật TIA/EIA/IS-95. Các đặc tính kỹ thuật của version A được phát triển lện TIA/EIA/IS-94B, trong đó các đặc tính mới có liên quan tới truyền dữ liệu tốc độ cao hơn, các thuật toán chuyển giao mềm, các kỹ thuật điều khiển năng lượng. Tên cdmaOne được sử dụng để xác định hoạt động với công nghệ CDMA với kỹ thuật khác.
62
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
4.2.1.3 GPRS
Để hỗ trợ một cách hiệu quả một vài loại lưu lượng tạo ra bởi nhiều loại ứng dụng, mạng tổng hộp phải cung cấp được các dịch vụ dữ liệu gói. Với mục tiêu ấy, ba công nghệ dữ liệu, được đưa vào các hệ thống vô tuyến, xuất hiện một xen nhau để sử dụng cho các ứng dụng gói trong các mạng vô tuyến: Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS), TIA/EIA/IS95B, và dữ liệu tốc độ cao (HDR). Việc đưa ra GPRS trong mạng vô tuyến di động cho phép cải thiện khả năng của hệ thống GSM sẵn có, một số cải thiện chính là : • Sử dụng cả hai loại dịch vụ chuyển mạch kênh và dịch vụ chuyển mạch gói. • Sử dụng tài nguyên vô tuyến tốt hơn. • Tính cước dựa trên dung lượng.
1.1.29Hệ thống 3G 4.2.1.4IMT-2000
Khái niệm hệ thống di động thế hệ thứ 3 (3G) được đưa ra bởi IMT-2000. Về cốt lõi, một hệ thống 3G phải cung cấp: • Các dịch vụ đa phương tiện, trong các hoạt động chế độ kênh và gói. • Các lĩnh vực người sử dụng như tư nhân, công cộng, thương mại, dân cư, và các lĩnh vực khác. • Các mạng dựa trên mặt đất và vệ tinh. • Thiết bị bỏ túi cá nhân, thiết bị trên xe cộ, và bất cứ đầu cuối đặc biết khác.
ITU
Synchronous CDMA
Cdma2000 (TIA) - DS-CDMA - MC-CDMA CDMA I (TTA)
OHG
cdma2000
ITU-R TG8/1 (99.11)
IMT-2000 CDMA MC (IMT-MC) IMT-2000 CDMA DS (IMT-DS)
Asynchronous CDMA
W-CDMA (ETSI) W-CDMA (JPN) W-CDMA (USA) CDMA II (TTA) TD-CDMA (ETSI) TD-SCDMA (CHN)
W-CDMA
IMT-2000 TDD CDMA (IMT-TC)
TD-CDMA
IMT-2000 TDMA Single-Carrier (IMT-SC) IMT-2000 FDMA/TDMA (IMT-FT)
TDMA Method UWC-136 (USA)
Ch¬ng 34:Hình 4.5: Hệ thống IMT 2000 Các đặc tính xác định của IMT-2000 bao gồm:
63
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Mức độ tương đồng cao trong các thiết kế trên toàn thế giới. Tính tương thích của các dịch vụ trong IMT-2000 và các mạng cố định. Chất lượng cao Đầu cuối nhỏ được sử dụng rộng rãi. Khả năng của các ứng dụng đa phương tiện và dải rộng của các dịch vụ và các đầu cuối IMT-2000 có thể được thực hiện như mạng độc lập hoặc như một phần tích hợp của các mạng cố định. Các hệ thống 3G cung cấp khả năng modul hoá về cả hai mặt dung lượng và chức năng. Trái ngược với QoS cố định trong hệ thống vô tuyến 1G và 2G (được xác định như sự cố gắng tốt nhất), các hệ thống 3G cung cấp QoS mềm dẻo. Các ứng dụng của nó và người sử dụng có thể được ấn định một QoS mặc định với các điều chỉnh sao cho thích hợp với QoS mong muốn. Các tài nguyên khi đó được phân phối tuỳ theo hàng loạt các tham số như các hiện trạng QoS căn cứ bởi số thuê bao điện thoại, tải hệ thống, các điều kiện truyền, loại lưu lượng (cái này tuỳ thuộc vào ứng dụng), và các yếu tố khác. Tóm lại, các mục tiêu chính của các mạng 3G như sau: • Sự chấp nhận toàn cầu về tập các chuẩn nòng cốt cho giao diện vô tuyến. • Thúc đẩy roaming toàn cầu. • Hỗ trợ hiệu quả dải rộng các dịch vụ dữ liệu bao gồm cả đa phương tiện. Trên thực tế, các hệ thống 3G được triển khai với hai mục đích chính: • Để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ và chất lượng như các mạng cố định. • Cung cấp truy nhập internet.
4.2.1.5GPP2 & cdma2000
• • • • •
Giao diện vô tuyến đa sóng mạng IMT-2000 CDMA được nhắc đến với cdma2000. Nó là giao diện vô tuyến trải phổ băng rộng được thiết kế để đạt được các yêu cầu của hệ thống vô tuyến 3G cũng như các yêu cầu của sự phát triển của các chuẩn họ 2G TIA/EIA95-B. cdma2000 cung cấp khả năng tương thích ngược lại với TIA/EIA-95-B. Khả năng tương thích ngược cho phép cơ sở hạ tầng của cdma2000 hỗ trợ các trạm di động TIA/EIA-95-B và cho phép các trạm di động cdma2000 hoạt động được với các hệ thống TIA/EIA-95-B. cdma2000 đề xuất ra khả năng tương thích ngược với cdmaOne để cung cấp việc chuyển giao mềm từ các mạng 2G lên 3G. Một khía cạnh quan trọng của khả năng tương thích ngược là khả năng hỗ trợ việc bao phủ các mạng cdma2000 và cdmaOne với cùng phổ. cdma2000 thực hiện các yêu cầu truyền dẫn băng rộng theo hai cách khác nhau. Việc truyền dẫn lên có thể sử dụng hoặc kỹ thuật trải phổ trực tiếp hoặc kỹ thuật đa sóng mang. Việc thực hiện MC đối với đường lên của cdma2000 tạo điều kiện thuận lợi cho thiết kế chồng lấp cdmaOne và cdma2000. Trong việc thực hiện MC, hệ thống cdma2000 64
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Nx1.25 Mhz (với N=1,3,6,9, hoặc 12) có thể chồng lấp N sóng mang liên tục của cdmaOne, với N là số tốc độ phân tán SR . SR 2 được dùng để chỉ 1X và SR 3 để chỉ 3X, đó là hai kỹ thuật được định nghĩa trong các chuẩn cdma2000. Cdma2000 cũng hỗ trợ việc sử dụng lại các chuẩn dịch vụ đã có của cdmaOne, như các dịch vụ liên quan đến thoại, các dịch vụ dữ liệu, các dịch vụ tin nhắn,…Việc chuyển giao đầy đủ các cuộc gọi dữ liệu và thoại từ một hệ thống tới một hệ thống khác là đặc điểm rất hay được hỗ trợ bởi cdmaOne và cdma2000. Khả năng thực hiện chuyển giao mềm giữa hệ thống cdmaOne và cdma200 cho phép các nhà hoạt động xây dựng dần dần các mạng cdma2000 khi có nhu cầu tăng cường dịch vụ và thêm dung lượng.
1.1.30WLAN
Công nghệ hữu tuyến Ethernet được giới thiệu vào năm 1970, với tốc độ 10 Mbps, hơn hẳn tốc độ của các công nghệ không dây khác hiện có ở thời điểm đó. Vào năm 1985 FCC cho phép phát triển cho thương mại hệ thống WLAN sử dụng băng tần ISM. Băng tần ISM đã rất hấp dẫn các đại lý cung cấp khi không cần phải có sự cấp phép của FCC để hoạt động trong băng tần này. Mạng vô tuyến băng rộng đầu tiên, WLAN được xây dựng trên cơ sở họ các chuẩn IEEE 802.11. Chuẩn IEEE 802.11 đầu tiên được phát hành vào 1997, chiếm 83.5MHz băng thông trong băng tần 2.4GHz không cấp phép. Nó sử dụng điều chế PSK với trải phổ nhảy tần FHSS và trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS. Tốc độ dữ liệu lên đến 2Mbps được hỗ trợ với CSMA/CA, sử dụng cho truy nhập ngẫu nhiên. Chuẩn đầu tiên được mở rộng vào 1999 để tạo ra chuẩn 802.11b, hoạt động trong cùng băng tần nhưng chỉ sử dụng DSSS. Cung cấp tốc độ kênh truyền cực đại lên đến 11Mbps với tốc độ dữ liệu người dùng cực đại khoảng 1.6Mbps. Phạm vi truyền dẫn đạt tới 150m. Kiến trúc mạng trong 802.11b là hình sao hoặc ngang cấp, mặc dù đặc tính ngang cấp không được sử dụng điển hình. Chuẩn này đã được triển khai và sử dụng rộng rãi với các nhà sản xuất thiết bị tích hợp các card 802.11b vào các máy tính xách tay. Chuẩn 802.11a được hoàn thành vào 1999 như một sự mở rộng của 802.11b để cải thiện tốc độ dữ liệu của 802.11b. Chuẩn 802.11a chiếm 300MHz phổ trong băng NII 5GHz. Thực tế, 300MHz phổ được phân chia thành ba băng con 100MHz. Một băng thấp từ 5.15-5.25GHz, một băng ở giữa từ 5.25-5.35GHz, một băng trên từ 5.725-5.825GHz. Mỗi kênh chiếm 20MHz, ngoại trừ các phần cuối của băng giữa và băng thấp là 30MHz. Có ba mức công suất phát cực đại được chỉ ra là 40mW cho băng thấp, 200mW cho băng giữa và 800mW cho băng cao. Những giới hạn này nhằm ám chỉ rằng băng thấp hầu như chỉ phù hợp cho các ứng dụng trong nhà, băng giữa cho ngoài trời và trong nhà còn băng cao cho ngoài trời. Điều chế và mã hóa tỉ lệ biến đổi được sử dụng cho mỗi kênh. Các loại điều chế biến đổi qua BPSK, QPSK, 16QAM và 64QAM và các tỉ lệ mã hóa xoắn biến đổi qua 1/2, 2/3 và 3/4. Điều này dẫn đến tốc độ dữ liệu cực đại mỗi kênh là 54MHz. Với 65
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
các hệ thống trong nhà, sóng mang 5GHz kết hợp với giới hạn công suất trong băng thấp giảm phạm vi của 802.11a so với 802.11b và cũng khó hơn để tín hiệu xuyên qua các bức tường và các vật cản khác. Chuẩn 802.11a sử dụng đa truy nhập OFDM thay vì FHSS và DSSS. Chuẩn 802.11g được hoàn thành vào 2003, kết hợp ưu điểm của 802.11a và 802.11b với tốc độ dữ liệu lên đến 54Mbps trong băng tần 2.5GHz cho phạm vi lớn hơn. Chuẩn này tiếp tục tương thích với 802.11b vì thế các điểm truy nhập 802.11g sẽ làm việc với các bộ thích ứng mạng vô tuyến 802.11a. Tuy nhiên, 802.11g sử dụng OFDM, lược đồ điều chế và mã hóa của 802.11a. Cả các điểm truy nhập và các Card LAN đều phù hợp với cả ba chuẩn để tránh không tương thích. Họ chuẩn 802.11a/b/g được xem như là WiFi, cho độ tin cậy vô tuyến.
1.1.31Wimax
Wimax là khả năng khai thác liên mạng toàn cầu đối với truy nhập vi ba. Wimax là một công nghệ không dây dựa trên chuẩn 802.16 cung cấp các kết nối băng rộng thông lượng cao qua khoảng cách xa. Công nghệ Wimax bao gồm các sóng vi ba để truyền dữ liệu không dây. Wimax được dùng cho một số ứng dụng như kết nối băng rộng đầu cuối, các hotspot và các kết nối tốc độ cao cho các khách hàng kinh doanh. Nó cung cấp kết nối mạng vùng thành thị không dây MAN với tốc độ lên tới 70Mbps và các trạm gốc Wimax trung bình có thể bao phủ từ 5 đến 10km. Các chuẩn cố định và di động đều được sử dụng trong cả băng tần cấp phép và không cấp phép. Tuy nhiên miền tần số cho chuẩn cố định là 2-11GHz trong khi chuẩn di động là dưới 6GHz. IEEE 802.16 định nghĩa các lớp vật lý khác nhau: • Wireless MAN-SC layer • Wireless MAN-SCa layer • WirelessMAN-OFDM Layer • WirelessMAN-OFDMA Layer • Wireless HUMAN Những lớp vật lý được định nghĩa chi tiết bao gồm 5 loại trong đó hiện nay sự dụng chủ yếu loại thứ 3 và thứ tư. Hai loại này dựa chủ yếu trên nguyên lý OFDM và OFDMA Các đặc tính chính của lớp vật lí này bao gồm: • Hỗ trợ TDD và FDD • TDMA UL • TDM DL 66
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
• Điều chế khối thích ứng và mã hóa FEC cho cả đường UL và DL • Truyền theo khung để cải thiện sự cân bằng (một chiều) và thực hiện ước lượng kênh qua NLOS và mở rộng môi trường trễ trải phổ. • Kí hiệu được đóng thành gói. • Mã hóa soắn FEC sử dụng mã Reed Solomon và chèn Pragmatic TCM • FEC sử dụng tùy chọn BTC và CTC • Không sử dụng FEC tùy chọn sử dụng ARQ để điều khiển lỗi. • Tùy chọn tính phân tập chuyển tiếp STC. • Ngoại trừ các yêu cầu khác, quá trình truyền tin tương tự cho cả hướng đường lên UL và đường xuống DL. Lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDM dựa trên điều chế OFDM được thiết kế để hoạt động cho đường truyền trong phạm vi không truyền thẳng NLOS trong dải tần từ 2-11 GHz. Hỗ trợ song công TDD, FDD. Lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDMA: dựa trên kỹ thuật điều chế OFDMA được thiết kế để hoạt động đối với đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS trong dải tần 2-11 GHz. Trong dải tần được cấp phép, hai phương pháp song công được sử dụng là FDD và TDD, FDD SSs có thể là bán song công (H-FDD). Trong dải tần không cấp phép, sử dụng phương pháp song công TDD.
1.1.32Hệ thống 4G
Ngay cả trước khi các mạng 3G được khai trương và đưa vào sử dụng hoàn toàn, nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau đã xem xét đến dạng tiếp theo của công nghệ tế bào, hay còn gọi là 4G. Cho đến bây giơ chưa có định dạng chung cho 4G, nhưng mạng thế hệ mới có thể là dựa trên IP, cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 100 Mbps và hỗ trợ khả năng di dộng toàn cầu. Một lộ trình hướng tới mạng này là sự hội tụ của các công nghệ như tế bào 3G và Wireless LANs (WLANs).
**4.3So sánh đánh giá các công nghệ
**
Qua những phần trình bày ở trên thì khi mà hệ thống 4G chưa đưa vào khai thác trên diện rộng thì ở mỗi vùng hoạt động vẫn còn có sự cạnh tranh giữa những công nghệ đến từ những hướng phát triển khác nhau (xem hình 4.6) đó là CDMA 2000, WCDMA (GSM), đó là CDMA và Wimax, và WLAN và Wimax. Có nhiều ý kiến khi Wimax mới ra đời với ưu việt về tốc độ và cự li bao phủ có thể đánh bại những đối thủ khác, tuy nhiên vấn đề quản lý khai thác dịch vụ và bảo mật lại cản trở nó triển khai trên diện rộng vuợt ra khỏi phạm vi ứng dụng cho truy nhập số liệu nội hạt.
67
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
2001
2002
144kbps CDMA2000 (1X) GPRS
2003
2004
2010 ?
2G
8 ~ 64kbps
3G
384kbps ~ 2Mbps CDMA2000 (1X EV-DO) WCDMA WLAN CDMA2000 (1X EV-DV)
4G
~ 100Mbps
IS-95A/B
GSM
4G
WLAN
2M(2.4GHz)
WLAN
11M(2.4GHz)
54M(5GHz)
Wimax
STC Đa anten
Kênh MIMO
Điều chế đa sóng mang
**Xử lý không gian thời gian STP
**
Ch¬ng 35:Hình 4.6 : Các công nghệ truy nhập vô tuyến cạnh tranh
68
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**Chương 5: Truy nhập qua vệ tinh
**
5.1Giới thiệu chung
Một kênh vệ tinh truyền thông trực tiếp có thể dễ dàng hoạt động ở tốc độ dữ liệu 23 Mbps. Tuy nhiên, tốc độ phổ biến nhất là khoảng 400 kbps (dịch vụ Direct PC). Các hệ thống hiện nay sử dụng các quỹ đạo địa tĩnh (GEO:Geosynchronous Earth Orbit) ở độ cao 22500 dặm (khoảng một phần một phần mười khoảng cách từ quả đất đến mặt trăng). Khoảng cách lớn này làm tăng thời gian trễ của dịch vụ hai chiều tức các dịch vụ tương tác. Tuy nhiên, các hệ thống vệ tinh nhân tạo thế hệ mới như hệ thống vệ tinh nhân tạo Iridium và hệ thống vệ tinh nhân tạo Teledesic sử dụng các quỹ đạo thấp hơn nhiền LEO (Low Earth Orbit) có thời gian trễ nhỏ nhất và tiêu thụ năng lượng máy phát nhỏ hơn. Một vấn đề lớn của các nhà cung cấp dịch vụ qua hệ thống thông tin vệ tinh là giá cả. Ưu điểm lớn nhất và đặc biệt của các hệ thống GEO là tầm phủ sóng rộng. Vệ tinh nhân tạo làm cho vùng phủ sóng trở nên lớn nhất. Thông tin vệ tinh hoàn toàn không phụ thuộc vào điều kiện địa lý như thung lũng, núi non, biển cả,...Thông tin vệ tinh phụ vụ không bị ảnh hưởng bởi khoảng cách. Một vệ tinh nhân tạo phục vụ các điểm cách xa nhau hàng ngàn cây số cũng giống với khi phục vụ cho hai nhà hàng xóm. Điều này vẫn đúng khi nào các địa điểm phục vụ của hệ thống thông tin vệ tinh vẫn còn nằm trong tầm phủ sóng của nó. Mặt khác hệ thống thông tin vệ tinh cũng có những nhược điểm trầm trọng về mặt kỹ thuật của nó. Các dịch vụ dựa vào thông tin có thể bị máy bay che khuất và dĩ nhiên cũng có thể bị các vệ tinh có quỹ đạo thấp hơn che khuất. Ánh sáng mặt trời cũng có thể tác động lên tín hiệu và tín hiệu có thể bị mất một thời gian khi mặt trời đi qua sau các vệ tinh trong các ngày đông chí và hạ chí. Một vài hiệu ứng mặt trời làm cho bầu khí quyển phồng lên và các vệ tinh có quỹ đạo thấp phải chuyển động đều đặn để tránh khỏi bị khí quyển lôi kéo. Tuổi thọ của một vệ tinh được xác định bởi lượng nhiên liệu nó mang theo. Tác động nhỏ của trọng trường phải được cân bằng bằng việc đốt định kỳ tên lửa. Khi nhiên liệu cạn kiệt thì vệ tinh nhân tạo trở nên vô dụng. Trở ngại cuối cùng của các hệ thống thông tin vệ tinh là sự có mặt của quá nhiều vệ tinh cũng gây ra rắc rối. Các vị trí vệ tinh thuận lợi của các vệ tinh GEO đã được chiếm giữ từ nhiều năm qua. Tình hình cũng sẽ xảy ra tương tự đối với các vệ tinh LEO. Dĩ nhiên, việc chia nhau dải thông hạn chế giữa lượng người sử dụng khổng lồ sẽ trở thành một bài toán nan giải. Có một vài hệ thống LEO như:
69
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
• Iridium có 66 vệ tính có mục đích của hệ thống vệ tinh nhân tạo Iridium là dùng cho hệ thống điện thoại di động cấu hình sử dụng được thể hiện trên hình 5.1 • Teledesic còng gọi là “Internet trên trời” (Internet in the sky) lại chủ đích nhằm vào dịch vụ truy xuất Internet bao gồm 288 vệ tinh nhân tạo của Teledesic có giá thành xấp xỉ 9 tỷ dollar. • Globalstar, một công ty con của hãng Loral and Qualcomm có hệ thống 48 vệ tinh với giá thành 2,6 tỷ dollar với mục đích chính là dùng cho các ứng dụng dữ liệu truyền thống, điện thoại và fax. • Skybridge dữ kiến sẽ phóng 64 vệ tinh với giá thành tổng cộng là 3,5 tỷ dollar.
IridiumSatelites Ka-band Ka-band
L-band Acronautical Ka-band IridiumGatew ay Iridium Pager IridiumGatew ay Wireless Customers TerrestrialSw ittch Iridium Telephone
Ch¬ng 36:Hình 5.1 Điện thoại di động Iridium Một số hệ thống GEO như : • Hệ thống Direct PC của Hughes Communications vẫn là mạng truy nhập Internet qua vệ tinh lớn nhất hiện nay (Hình 5.2). Tốc độ truy xuất Internet theo chiều downstream từ 200 kbps đến 400 kbps sẽ được mở rộng bằng hệ thống GEO dự kiến Hughes Spaceway gồm 8 vệ tinh nhân tạo hoạt động ở tốc độ 6 Mbps với giá thành tổng cộng là 3 tỷ dollar. • Hệ thống Expressway gồm 14 vệ tinh nhân tạo có giá thành 4 tỷ dollar cho phép truy xuất theo chiều downstream lên đến 1,5 Mbps.
70
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Direct PC
el l ite S at h dis
Send Receive
Internet
Hình 5.2: Nguyên lý hoạt động của DirectPC
**5.2Hệ thống VSAT
**
VSAT xuất phát từ đường kính của đĩa parabol mà nó sử dụng nó có cỡ từ 0.5m đến 2.5 m. Một mạng VSAT bao gồm một trạm mặt đất vệ tinh và những kết cuối VSAT. Thông thương VSAT cung cấp kết nối với tốc độ là 56Kbps, có thể đạt được tốc độ của luông T1 hoặc E1. VSAT cũng có thể cung cấp thông tin mang tính thời gian thực trong một khoảng thời gian ngăn. Có 3 lý do để người ta sử dụng VSAT đó là: • Kinh tế • Thiết lập mạng riêng • Cung cấp kết nối chất lượng trong khi điều kiện xung quan không đảm bảo Chi tiết hơn về những thông số kỹ thuật của VSAT có thể tham khao thêm ở tài liệu [2].
71
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Chương 6:WLAN và WI-FI
6.1Giới thiệu chung
Lịch sử phát triển WLAN có thể tóm tắt thành ba thế hệ như sau : • Thế hệ đầu : hoạt động tại băng tần 900-928 Mhz (băng ISM), với tốc độ nhỏ hơn 860 kbps. Do hạn hẹp về băng tần (nhiều ứng dụng vô tuyến khác cùng chạy trên băng tần này) nên các công nghệ ở giai đoạn này không phát triển được. • Thế hệ thứ hai: hoạt động tại băng 2,4 Ghz – 2,483 Ghz, tốc độ đạt 2 Mbps, sử dụng kỹ thuật trải phổ và ghép kênh nhưng cũng bị hạn chế băng tần. • Thế hệ thứ ba: hoạt động tại các băng tần 2,4 Ghz (sử dụng các phương pháp điều chế phức tạp hơn) đạt tốc độ 11 Mbps, 5 Ghz và 17 Ghz, tốc độ lên tới 54 Mbps.
Speed Network Radio
860 Kbps Độc quyền Proprietary 900 MHz
1 &1 & 2 Mbps 2 Mbps
11 Mbps Theo tiêu chuẩn
2.4 GHz
2.4 GHz
IEEE 802.11 được phê chuẩn
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
Ch¬ng 37:Hình 6.1 Quá trình phát triển WLAN. Các tổ chức tiêu chuẩn lớn như IEEE và ETSI liên tục đưa ra và cập nhật các tiêu chuẩn cho WLAN 802.11, HiperLAN của mình. Mác chứng nhận Wi-Fi là để cung cấp cho các khách hàng sự đảm bảo rằng các sản phẩm mang logo này sẽ hoạt động cùng với nhau. Các thành viên nhóm WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) bao gồm số lượng ngày càng tăng các nhà sản xuất WLAN hàng đầu trong đó có các hệ thống của Cisco. Wi-Fi đã trở nên đồng nghĩa với công nghệ vô tuyến 802.11 trong nhiều bài báo liên quan đến chủ đề này. Tuy nhiên, Wi-Fi không phải là một tiêu chuẩn công nghệ, nó chỉ đảm bảo về khả năng hoạt động tương tác giữa các nhà sản xuất thành viên. Nói cách khác, người sử dụng có thể có phần cứng tuân theo 802.11 mà vẫn không được coi là WiFi.
**6.2Kiến trúc WLAN
**
1.1.33Cấu hình mạng WLAN
72
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Tùy vào ứng dụng cụ thể Wlan có thể có những cấu hình như : • Cấu hình mạng WLAN độc lập • Cấu hình mạng WLAN cơ sở, có thể dùng thêm trạm lặp • Kiến trúc đầy đủ của WLAN
6.2.1.1Cấu hình mạng WLAN độc lập
Về cơ bản, hai máy tính được trang bị thêm card adapter vô tuyến có thể hình thành một mạng độc lập khi chúng ở trong dải tần của nhau. Với các hệ điều hành dùng đang được sử dụng rộng rãi như Windows 95, Windows NT có thể cài đặt cấu hình mạng này một cách dề dàng. Đây là cấu hình mạng ngang cấp hay còn gọi là mạng ad hoc. Các mạng hình thành theo nhu cầu như vậy không cần thiết phải quản lý hay thiết lập cấu hình từ trước. Nút di động có thể truy cập vào các tài nguyên của các máy khác mà không phải qua một máy chủ trung tâm. Cấu hình mạng độc lập được mô tả như hình 6.2.
Tr¹mdi ® éng
Server
Tr¹mdi ® éng
Tr¹mdi ® éng
**Ch¬ng 38:Hình 6.2: Cấu hình mạng WLAN độc lập.
**
6.2.1.2Cấu hình mạng WLAN cơ sở
Một điểm truy nhập có thể mở rộng khoảng cách giữa hai WLAN độc lập khi nó hoạt động như một bộ lặp làm tăng hai lần cự ly giữa các nút di động. Các điểm truy nhập AP sẽ gắn với mạng đường trục hữu tuyến và giao tiếp với các thiết bị di động trong vùng phủ sóng của một ô. AP đóng vai trò điều khiển cell và điều khiển lưu lượng tới mạng (hình 6.3). Trong cấu hình WLAN cơ sở, các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếp với các điểm truy nhập. 73
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Ô vô tuyến LAN đường trục
Điểm truy nhập AP
Các trạm di động
Ch¬ng 39:Hình 6.3 Cấu hình mạng WLAN cơ sở. Như vậy, cấu hình WLAN cơ sở sẽ bao gồm các nút di động được nối vào mạng hữu tuyến, chuyển dịch từ thông tin vô tuyến sang thông tin hữu tuyến thông qua một điểm truy nhập. Điểm truy nhập AP có thể là trạm gốc (đối với cơ sở hạ tầng hữu tuyến) hoặc cầu vô tuyến đối với cơ sở hạ tầng vô tuyến. Các bộ lặp có thể được sử dụng để tăng khoảng cách vùng phủ sóng trong trường hợp kết nối đến mạng đường trục khó thực hiện. Việc này yêu cầu chồng lấn 50% của AP trên mạng đường trục và bộ lặp. Tốc độ dữ liệu sẽ giảm do thời gian thu và phát lại(hình 6.4).
Kênh 1 LAN đường trục Kênh 1 Ô vô tuyến có trạm lặp
Điểm truy nhập AP
Các trạm di động
**Ch¬ng 40:Hình 6.4: Cấu hình WLAN dùng bộ lặp.
**
6.2.1.3Kiến trúc đầy đủ của WLAN
Mạng WLAN có kiến trúc đầy đủ như hình vẽ sau: 74
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Ch¬ng 41:Hình 6.5: Kiến trúc WLAN đầy đủ. Trong mạng WLAN cấu hình đầy đủ các thiết bị tập trung lưu lượng và đảm bảo tính riêng tư bảo mật cho thuê bao số liệu khi kết nối vào mạng được bổ xung thêm vào.
1.1.34Mô hình tham chiếu cơ bản IEEE 802.11
Như chỉ ra trong hình 6.6, chuẩn IEEE 802.11 chứa những khuyến nghị liên quan đến hai lớp cuối trong mô hình OSI., trong đó lớp vật lý của IEEE 802.11 được phân chia thành 2 phân lớp: • Phân lớp phụ thuộc môi trường vật lý PMD liên quan tới các đặc trưng của môi trường vô tuyến (các loại lớp vật lý DSSS, FHSS, DFIR) và xác định phương pháp thu và phát dữ liệu qua môi trường (ví dụ điều chế và mã hoá). • Phân lớp thủ tục hội tụ lớp vật lý PLCP xác định phương pháp chuyển đổi đơn vị dữ liệu giao thức MPDU thành các gói phù hợp với phân lớp PMD. Nó cũng thực hiện cảm ứng sóng mang (truy nhập kênh) cho phân lớp MAC. Phân lớp MAC xác định một cơ chế truy nhập cơ bản (dựa trên CSMA) cho các nút di động để truy nhập vào môi trường vô tuyến. Nó có thể thực hiện cả phần tách rời và mã hoá các gói dữ liệu. Quản lý lớp vật lý PHY liên quan tới thích ứng các trạng thái kênh khác nhau và duy trì cơ sở thông tin quản lý lớp PHY. Quản lý phân lớp MAC liên quan tới các vấn đề đồng bộ, quản lý nguồn, ghép và tách. Ngoài ra nó duy trì MIB của phân lớp MAC. Cuối cùng quản lý trạm xác định các lớp quản lý PHY và MAC tương tác với nhau như thế nào. Trong mô hình tham chiếu kiến trúc IEEE 802.11 ở hình 2.6, hầu hết các lớp vật lý bao gồm ba thực thể chức năng: chức năng phụ thuộc môi trường vật lý PMD, PLCL và chức năng quản lý lớp. Dịch vụ lớp vật lý được cung cấp cho thực thể MAC tại các STA thông qua điểm truy nhập dịch vụ SAP gọi là PHY-SAP. Bộ các hàm nguyên thuỷ cũng 75
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
được định nghĩa để mô tả giao diện giữa phân lớp giao thức hội tụ lớp vật lý PLCP và phân lớp PMD, gọi là PMD-SAP.
MAC_SAP
MAC sublayer Thực thể quản lý phân lớp MAC MLME_PLME_SAP MLME_SAP Thực thể quản lý trạm PLME_SAP
Data Link Layer
PHY_SAP
PLCL Sublayer
Physical Layer
PMD_SAP Thực thể quản lý phân lớp PHY PMD Sublayer
Ch¬ng 42:Hình 6.8: Mô hình tham chiếu cơ bản IEEE 802.11.
**6.3Chuẩn công nghệ
**
Năm 1990, Hiệp hội các kỹ sư điện và điện tử IEEE đã thành lập một tổ chức để phát triển tiêu chuẩn cho WLAN hoạt động ở tốc độ 1 và 2 Mbps. Năm 1992, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu thành lập một hiệp hội để xây dựng tiêu chuẩn WLAN tốc độ cao hoạt động ở tốc độ khoảng 20 Mbps. Từ đó đến nay hai tổ chức này liên tục đưa ra các phiên bản mới của các tiêu chuẩn cho WLAN. Tiêu chuẩn đang thông dụng nhất hiện nay là IEEE 802.11b. Các tiêu chuẩn WLAN 802.11 bị ảnh hưởng rất nhiều của các thiết bị WLAN đang có trên thị trường. Do đó mặc dù công việc tiêu chuẩn đã tiến hành trong một thời gian dài để hoàn thiện (do số lượng nhiều nhà sản xuất thiết bị khác nhau) nhưng nó vẫn là tiêu chuẩn phổ thông nhất. Hiện nay có rất nhiều tiêu chuẩn áp dụng cho WLAN, bảng sau sẽ tóm tắt các chuẩn WLAN hiện đang phổ biến trên thế giới. Bảng 2.1 Tóm tắt các tiêu chuẩn WLAN trên thế giới Chuẩn IEEE 802.11 IEEE 802.11b IEEE 802.11a Tần số 900 MHz 2,4 GHz 900 MHz 5 GHz Tốc độ 300 Kbps 11 Mbps 54 Mbps Ghép kênh FHSS DSSS FHSS OFDM Ghi chú
Được sử dụng phổ biến nhất Mới hơn, nhanh hơn, dùng tần số cao hơn 76
IEEE 802.11e
5 GHz UNII
54 Mbps
OFDM
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
IEEE 802.11g IEEE 802.11h IEEE 802.11i IEEE/ETSI 802.11j ETSI HiperLAN ETSI HiperLAN 2 SIG Bluetooth HomeRF OpenAir LAN hồng ngoại
2,4 GHz ISM
54 Mbps
5 GHz UNII 5,15-5,3 GHz 17,1-17,3 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz 350 000 GHz
54 Mbps 23,5 Mbps 54 Mbps 1 Mbps 10 Mbps 1,6 Mbps 4 Mbps
DSSS FHSS OFDM OFDM OFDM GMSK GMSK FHSS FHSS FHSS
Nhanh và tương thích với 802.11b
Dùng cho Voice/ Video Dùng cho mạng cá nhân (PAN) QoS, mật mã tốt Chỉ dùng trong một phòng, không ảnh hưởng tới sức khoẻ
Tiêu chuẩn WLAN IEEE 802.11 được đưa ra bởi hiệp hội LMSC 802 của IEEE. Tiêu chuẩn được phát triển qua sáu phiên bản dự thảo và phiên bản cuối cùng được thông qua ngày 26/06/1997. Tiêu chuẩn cho phép nhiều nhà cung cấp thiết bị phát triển các thiết bị kết nối LAN trên phạm vi toàn cầu đối với băng tần công nghiệp, khoa học, y tế 2,4 GHz. Việc tiêu chuẩn hoá vẫn đang được tiếp tục để đạt được chứng chỉ tiêu chuẩn ISO/IEC và tiêu chuẩn IEEE. Năm 1997 IEEE đã chấp nhận tiêu chuẩn đầu tiên cho WLAN-IEEE Std 802.111997. Tiêu chuẩn này đã được sữa chữa và bổ xung vào năm 1999. IEEE Std 802.11-1997 xác định MAC, các giao thức quản lý MAC và các dịch vụ, và ba lớp vật lý . Ba lớp vật lý bao gồm PHY băng tần cơ sở hồng ngoại, một PHY vô tuyến trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS trong băng 2.4 GHz và một PHY trải phổ nhảy tần FHSS trong băng 2,4 GHz. Tất cả 3 lớp vật lý mô tả hai hoạt động ở tốc độ 1 và 2 Mbps. Hiện nay nhóm nghiên cứu IEEE 802.11 đang phát triển hai lớp PHY mới. Thứ nhất IEEE 802.11a nghiên cứu ghép kênh miền tần số trực giao OFDM trong băng tần UNII để vận chuyển dữ liệu lên tới 54 Mbps. Thứ hai là tiêu chuẩn IEEE 802.11b đang nghiên cứu mở rộng PHY DSSS trong băng 2,4 GHz để truyền dữ liệu với tốc độ tới 11 Mbps. Tiêu chuẩn IEEE 802.11 xác định kết nối vô tuyến đối với các nút cố định, các thiết bị cầm tay và thiết bị di động trong một vùng địa lý nhất định. Đặc biệt nó xác định một giao diện giữa trạm vô tuyến và một điểm truy nhập cũng như giữa các trạm vô tuyến với 77
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
nhau. Cũng giống như các tiêu chuẩn IEEE 802.x khác, tiêu chuẩn IEEE 802.11 xác định PHY và MAC. Tuy nhiên lớp MAC 802.11 cũng thực hiện các chức năng mà thường liên quan tới các giao thức lớp cao hơn (ví dụ như phân đoạn, khôi phục lỗi, quản lý di động và tiêu thụ nguồn). Các chức năng bổ xung này cho phép lớp MAC giấu các đặc trưng của lớp vật lý vô tuyến đối với các lớp trên. Hình sau cho thấy rõ vị trí của tiêu chuẩn 802.11 trong mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở :
M« h× tham chiÕ OSI nh u Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer TCP IP Logical Link Control(LLC) 802.2 Medium Access Control (MAC)
HÖthèng ® u hµ iÒ nh m¹ng
802.11
Ch¬ng 43:Hình 6.6: Mô hình tham chiếu. Về cơ bản lớp MAC là chương trình tại bộ xử lý, nó quản lý và duy trì liên lạc giữa card giao tiếp mạng NIC và AP qua việc sắp xếp truy cập đến các kênh vô tuyến được chia sẻ. Mục tiêu của lớp MAC là cung cấp các chức năng: sắp xếp địa chỉ, phát và kiểm tra các khung kiểm soát cho môi trường được chia sẻ của lớp vật lý. MAC có nhiệm vụ điều chỉnh việc sử dụng môi trường vô tuyến và việc này được thực hiện thông qua cơ chêd truy nhập kênh, chia các tài nguyên chính giữa các nút, kênh vô tuyến. Lớp vật lý PHY là giao tiếp trung gian giữa MAC và thiết bị vô tuyến, có nhiệm vụ chuyển và nhận khung dữ liệu qua việc chia sẻ thiết bị vô tuyến. PHY cung cấp 3 chức năng. Thứ nhất là cung cấp việc trao đổi khung giữa MAC và PHY qua sự điều khiển các giao thức hội tụ lớp vật lý PLCP, là lớp con giữa MAC và lớp phụ thuộc phương tiện vật ýlý PMD. Thứ hai, PHY sử dụng tín hiệu và kỹ thuật trải phổ để truyền các khung dữ liệu trên thiết bị trung gian với sự điều khiển của PMD. Thứ ba, PHY cung cấp việc cảm ứng môi trường cho lớp MAC.
78
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Nếu căn cứ vào phân lớp trong mô hình như trong hình 6.6 ta có các chuẩn trong họ 802.11 được bố trí như trong hình vẽ sau:
Higher Layers
820.11c 820.11f 820.11d 820.11e 820.11h 820.11i 820.11a 820.11b 820.11g
MAC
PHY
Hình 6.7: Các chuẩn trong họ 802.11.
**6.4Hệ thống thiết bị
**
1.1.35Các card giao diện mạng vô tuyến
Giống như các card biến đổi thích ứng card giao diện vô tuyến trao đổi thông tin với hệ thống điều hành mạng thông qua một bộ điều khiển chuyên dụng, qua đó cho phép các ứng dụng sử dụng mạng vô tuyến để truyền dữ liệu. Tuy nhiên nó khác với card biến đổi thích ứng là không cần bất kỳ dây cáp nào nối chúng với mạng và cho phép đặt lại các nút mạng mà không cần thay đổi cáp mạng hoặc thay đổi các kết nối tới các hub.
1.1.36Các điểm truy nhập vô tuyến
Các vùng phủ sóng được tạo ra xung quanh các điểm truy nhập, các vùng này liên kết giữa các nút di động và cơ sở hạ tầng hữu tuyến. Nó làm cho WLAN biến thành một phần mở rộng của mạng hữu tuyến. Vì các điểm truy nhập cho phép mở rộng các vùng phủ sóng nên các WLAN rất ổn định và các điểm truy nhập bổ xung có thể triển khai trong cả toà nhà hay một khuôn viên trường đại học để tạo ra các vùng truy nhập vô tuyến rộng lớn (hình 1.2). Ngoài chức năng trao đổi thông tin với các mạng không dây mà còn lọc lưu lượng và thực hiện các chức năng cầu nối tiêu chuẩn. Do băng thông băng thông ghép đôi không đối xứng giữa thông tin vô tuyến và hữu tuyến nên cần một điểm truy nhập có bộ đệm thích hợp và các tài nguyên của bộ nhớ. Các bộ đệm cũng chủ yếu dùng để lưu các gói dữ liệu ở điểm truy nhập khi một nút di động cố gắng di chuyển khỏi vùng phủ sóng hoặc khi một nút di động hoạt động ở chế độ công suất thấp. 79
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
LAN đường trục AP
Các trạm di động
Ch¬ng 44:Hình 6.9: Điểm truy nhập AP. Các điểm truy nhập trao đổi với nhau qua mạng hữu tuyến để quản lý các nút di động. Vì các điểm truy nhập được kết nối với mạng hữu tuyến nên mỗi nút di động sẽ truy nhập vào các tài nguyên của máy chủ cũng như các nút di động khác. Mỗi điểm truy cập có thể phục vụ nhiều nút di động, số lượng cụ thể phụ thuộc vào số lượng và bản chất của truyền dẫn. Nhiều ứng dụng thực tế bao gồm một điểm truy nhập đơn và 15-50 nút di động Một điểm truy nhập không cần điều khiển truy nhập từ nhiều nút di động (có nghĩa là nó có thể hoạt động với một giao thức truy nhập ngẫu nhiên phân tán như là CSMA). Tuy nhiên một giao thức đa truy nhập tập trung được điều khiển bởi một điểm truy nhập sẽ có nhiều thuận lợi. Các lựa chọn giao diện mạng hữu tuyến chung tới điểm truy nhập gồm có 10 base2, 10 baseT, modem cáp và modem ADSL, ISDN. Một số card giao diện mạng vô tuyến có thể sử dụng kết hợp với các điểm truy nhập vô tuyến.
1.1.37Cầu nối vô tuyến từ xa
Các cầu vô tuyến từ xa tương tự như các điểm truy nhập trừ trường hợp chúng được sử dụng cho các kênh bên ngoài. Phụ thuộc vào khoảng cách và vùng mà có thể cần tới các anten ngoài. Các cầu này được thiết kế để kết nối các mạng với nhau, đặc biệt trong các toà nhà và xa khoảng 32km. Chúng cung cấp một lựa chọn nhanh chóng và rẻ tiền so với lắp đặt cáp hoặc đường điện thoại thuê riêng, và thường được sử dụng khi các kết nối 80
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
truyền thống không khả thi (ví dụ qua các sông, vướng địa hình, các khu vực riêng, đường cao tốc, minh hoạ trong hình 1.3). Khác với các liên kết cáp và các mạch điện thoại chuyên dụng các cầu vô tuyến có thể lọc lưu lượng và đảm bảo rằng các mạng được kết nối không mất các lưu lượng cần thiết.
S ite
Locality
Ch¬ng 45:Hình 6.10: Cầu nối vô tuyến.
6.5 Bảo mật
Không giống như các hệ thống hữu tuyến được bảo vệ vật lý, các mạng vô tuyến không cố định trong một phạm vi. Chúng có di chuyển ra xa khoảng một 1000 bước chân ngoài ranh giới của vị trí gốc với một laptop và một anten thu. Những điều này làm cho mạng WLAN rất dễ bị xâm phạm và khó khăn trong bảo mật. 802.11 có ba phưong thức cơ bản để bảo mật cho WLAN là : SSID, WEP và MAC address filtering.
1.1.38Tập dịch vụ ID (SSID)
SID là một chuỗi được sử dụng để định nghĩa một vùng phổ biến xung quanh các điểm truy nhập nhận (APs). Sự khác nhau giữa các SSID trên các AP có thể cho phép chồng chập các mạng vô tuyến. SSID là một ý tưởng về một mật khẩu gốc mà không có nó các máy tính (máy khách ) không thể kết nối mạng. Tuy nhiên, yêu cầu này có thể dễ dàng bị gạt qua một bên bởi vì các AP quảng bá SSID nhiều lần trong một giây và bất kỳ công cụ phân tích 802.11 nào như là Airmagnet, NetStumbler, hay Wildpackets Airopeek có thể được sử dụng để đọc nó. Bởi vì những người sử dụng thường định cấu hình các máy khách, điều này làm cho các mật khẩu được biết rộng rãi. Những người sử dụng có nên thay đổi SSID của họ không? Tất nhiên, mặc dù SSID không bổ sung bất kỳ lớp bảo mật nào, nó nên được thay đổi khỏi các giá trị mặc 81
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
định vì rằng nó làm cho những người khác không thể ngẫu nhiên sử dụng mạng của người sử dụng hợp pháp.
1.1.39Giao thức bảo mật tương đương hữu tuyến (WEP)
Tiêu chuẩn 802.11 định nghĩa một phương thức mật mã hoá và nhận thực gọi là WEP (giao thức bảo mật tương đương hữu tuyến) để giảm nhẹ những lo lắng về bảo mật. Nói chung, nhận thực được sử dụng để bảo vệ chống lại những truy nhập trái phép tới mạng, trong khi mật mã hoá được sử dụng để đánh bại những người nghe trộm khi cố gắng thực hiện giải mật mã bắt giữ được. 802.11 sử dụng WEP cho cả mật mã hoá và nhận thực. Có bốn tuỳ chọn sẵn có khi sử dụng WEP: • • • • Không sử dụng WEP Sử dụng WEP chỉ để mật mã hóa. Sử dụng WEP chỉ để nhận thực. Sử dụng WEP đề nhận thực và mã hoá.
Mật mã hóa WEP dựa trên thuật toán RC4, thuật toán này sử dụng một khoá 40 bit cùng với một vec tơ khởi tạo (IV) ngẫu nhiên 24 bit để mã hóa việc truyền dẫn dữ liệu vô tuyến. Nếu được phép, cùng một khoá WEP phải được sử dụng trên tất cả các máy khách và các AP cho các truyền thông. Để ngăn chặn truy nhập trái phép, WEP cũng định nghĩa một giao thức nhận thực. Có hai dạng nhận thực được định nghĩa bởi 802.11 là : Nhận thực hệ thống mở và Nhận thực khoá dùng chung. Nhận thực hệ thống mở cho phép bất kỳ máy khách 802.11b kết hợp với AP và bỏ qua quá trình nhận thực. Không diễn ra nhận thực máy khách hoặc mật mã hoá dữ liệu. Nó có thể được sử dụng cho truy nhập WLAN công cộng, truy nhập WLAN công cộng có thể tìm thấy trong các cửa hàng cafe, sân bay, các khác sạn, các trung tâm hội nghị, và các những nơi gặp gỡ tương tự khác. Ở đây, tính công cộng được yêu cầu cho sử dụng mạng. Mạng mở nhận thực người sử dụng dựa trên tên mật khẩu người sử dụng trên một trang Web đăng nhập an toàn. Để khép kín các mạng, chế độ này có thể được sử dụng khi các phương thức nhận thực khác được cung cấp. Trong việc sử dụng nhận thực khoá dùng chung, AP gửi một challenge phrase tới một radio khách yêu cầu nhận thực. Radio khách mã hóa challenge phrase dựa vào khoá dùng chung và trả nó về cho AP. Nếu AP giải mã thành công nó trở về bản tin challenge
82
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
gốc, nó chứng tỏ rằng máy khách có khoá riêng chính xác. Khi đó máy khách được tạo một kết nối mạng. Đối với người quan sát ngẫu nhiên, dường như thấy rằng quá trình nhận thực khoá dùng chung là an toàn hơn quá trình nhận thực khoá mở. Tuy nhiên, cả challenge phrase (được gửi trong một văn bản không mã hoá) và challenge là sẵn có, một hacker có thể tìm thấy khoá WEP. Vì thế không phải nhận thực hệ thống mở mà cũng không phải nhận thực khóa riêng là an toàn. Bởi vì tiêu chuẩn 802.11 dựa vào các dịch vụ quản lý khoá ngoài để phân phối các khoá bí mật tới mỗi trạm và không chi rõ các dịch vụ phân phối khoá, hầu hết các máy khách 802.11 truy nhập các Card và các AP dựa trên phân phối khoá nhân công. Điều này nghĩa là các khoá giữ nguyên không thay đổi trừ khi nhà quản lý thay đổi chúng. Những khó khăn do trạng thái không thay đổi của các khoá và quá trình quản lý khoá nhân công cũng như việc thay đổi các khoá trên mỗi trạm trong một mạng lớn có thể tiêu tốn rất nhiều thời gian. Hơn nữa, do tính di động vốn có của dân số và không có một phương pháp hợp lý để quản lý tác vụ này, nhà quản lý mạng có thể phải chịu áp lực rất lớn để hoàn thành việc này trong một khung thời gian hợp lý. Một lo lắng khác là sức mạnh của WEP vì rằng nó chỉ cung cấp bốn khoá mật mã tĩnh dùng chung. Điều này nghĩa là bốn khoá mật mã hóa là giống nhau cho tất cả các máy và các AP tại mọi thời điểm một máy khách truy nhập vào mạng. Với đủ thời gian, “sự gần gũi (trạng thái về thời gian và không gian)”, và các công cụ dowload từ Web, các hackers có thể xác định khoá mật mã đã sử dụng và giải mã dữ liệu. Từ việc WEP có thể bị bẻ gãy, người sử dụng có nên sử dụng WEP không? nếu người sử dụng không có cái gì khác, thì vẫn nên dùng WEP vì nó sẽ gây khó khăn hơn cho các Hacker có khả năng .
1.1.40Lọc địa chỉ MAC
Ngoài hai cơ chế bảo mật cơ bản mà 802.11 cung cấp, nhiều công ty đã triển khai lọc địa chi MAC trong các sản phẩm của họ. Cơ chế này là không hoàn hảo. Bộ lọc địa chỉ MAC bao gồm các địa chỉ MAC của các Card giao diện mạng vô tuyến (NIC), có thể kết hợp với AP đã cho bất kỳ. Một số nhà cung cấp đã cung cấp các công cụ tự động quá trình nhập và cập nhật; mặt khác, đây là một xử lý nhân công hoàn toàn. Một bộ lọc MAC cũng không không bảo mật mạnh bởi vì nó dễ dàng để tìm ra các địa chỉ MAC tốt với một Niffer (tên chương trình phân tích mạng), khi đó bằng việc sử dụng các driver Linux sẵn có trên Internet cho hầu hết các Card truy nhập máy khách 83
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
802.11, người sử dụng có thể xác định cấu hình địa chỉ MAC sniffed vào trong Card và giành quyền truy nhập tới mạng. Mặc dù không bảo mật hoàn hảo, lọc địa chỉ MAC có tác dụng làm cho ai đó khó khăn hơn khi giành quyền truy nhập mạng. Có hai phương thức khác đã đề cập bởi Wi-Fi, sử dụng các khoá phiên và một hệ thống VPN, có thể triển khai được cho bảo mật Wi-Fi. Để mà hiểu được mức độ bảo mật bao nhiêu là cần thiết cho một ứng dụng thực tế, điều quan trọng là phải hiểu các mối đe doạ và các tấn công có thể xảy ra.
**6.6Tình hình triển khai tại Việtnam
**
Để chuẩn bị cho Seagame 22, VDC đã triển khai dịch vụ WiFi hàng loại, sau đó khi WiFi đã trở nên phổ biến tại Việtnam thì việc sử dụng nó như là một kết nối linh động cho mạng nội hạt được sử dụng rộng rãi. Chi tiết về mô hình triển khai rộng rãi của VDC có thể tham khảo ở tài liệu [14].
84
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Wimax
6.7Giới thiệu chung
Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy cập Internet phổ biến hiện nay như quay số qua Modem thoại, hay các đường thuê kênh riêng, hoặc sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di động hay mạng Wi-Fi. Mỗi phương pháp truy nhập có đặc điểm riêng. Đối với Modem thoại thì tốc độ quá thấp, ADSL thì tốc độ có thể lên tới 8Mbps nhưng cần có đường kết nối riêng thì giá thành đắt mà gặp nhiều khó khăn trong quá trình triển khai đối với những khu vực có địa hình phức tạp. Hệ thống thông tin điện thoại di động hiện nay cung cấp tốc độ 9.6Kbps thấp so với nhu cầu của người sử dụng, ngay cả với các mạng thế hệ sau GSM như GPRS (2.5G) cho phép truy cập ở tốc độ lên tới 171.2Kb/s hay EDGE khoảng 300-400Kb/s cũng chưa thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng khi sử dụng các dịch vụ Internet. Hệ thống điện thoại di động tiếp theo 3G thì tốc độ truy cập Internet cũng không vượt qua 2Mb/s. Với Wi-Fi (chính là mạng LAN không dây) chỉ có thể áp dụng cho các máy tính trao đổi thông tin với khoảng cách ngắn. Với thực tế như vậy, Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy nhập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và Wi-Fi. Hệ thống Wimax có khả năng cung cấp đường truyền với tốc độ lên tới 70Mbps và với bán kính phủ sóng của một trạm anten phát BS lên tới 50Km. Mô hình phủ sóng của mạng Wimax tương tự như mạng điện thoại tế bào. Bên cạnh đó, Wimax cũng hoạt động mềm dẻo như Wi-Fi khi truy cập mạng. Mỗi khi một máy tính muốn truy cập mạng nó sẽ tự động kết nối tới trạm anten Wimax gần nhất.
1.1.41Lịch sử Wimax
Nhóm công tác IEEE 802.16 là nhóm đầu tiên chịu trách nhiệm phát triển chuẩn 802.16 bao gồm giao diện vô tuyến cho truy nhập không dây băng rộng. Hoạt động của nhóm khởi đầu trong một cuộc họp vào 08/1998. Ban đầu nhóm tập trung vào việc phát triển các chuẩn và giao diện vô tuyến cho băng tần 10-60GHz. Sau đó dự án sửa đổi dẫn đến việc tán thành chuẩn IEEE 802.16a tập trung vào băng tần 2-11GHz. Các chi tiết kĩ thuật giao diện vô tuyến 802.16a được phê chuẩn cuối cùng vào 01/2003. ETSI đã tạo ra chuẩn MAN không dây cho băng tần 2-11GHz vào 10/2003 còn được gọi là HiperMAN. Chuẩn HiperMAN về cơ bản là theo sự hướng dẫn 802.16. Chuẩn HiperMAN cung cấp việc truyền thông cho mạng không dây trong các băng tần 211GHz ở Châu Âu. Nhóm làm việc HiperMAN tận dụng lược đồ điều chế OFDM FFT 256 điểm. Đó là một trong những lược đồ điều chế được định nghĩa trong chuẩn IEEE 802.16a. Wimax Forum giữ vai trò liên minh tương tự như sự liên minh Wi-Fi trong WLAN, hỗ trợ phát triển các sản phẩm MAN vô tuyến dựa trên các chuẩn của Viện nghiên cứu của các kĩ sư điện và điện tử (IEEE) và viện nghiên cứu các chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI). Wimax Forum tin rằng một chuẩn chung cho truy nhập vô tuyến băng rộng (BWA) sẽ làm giảm chi phí thiết bị và thúc đẩy việc cải thiện hiệu năng. Bên cạnh đó, các nhà khai thác BWA sẽ không bị ràng buộc với một nhà cung cấp thiết bị duy nhất do các trạm gốc (BS) sẽ tương thích với thiết bị truyền thông cá nhân CPE của nhiều nhà cung 85
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
cấp. Wimax Forum ban đầu tập trung vào truyền thông cố định cho dải tần 10-66GHz, việc mở rộng quy mô lớn bắt đầu vào 01/2003 và chuyển sang cả lĩnh vực di động. Wimax dựa trên cơ sở tương thích toàn cầu được kết hợp bởi các chuẩn IEEE 802.162004 và IEEE 802.16e của IEEE và ETSI HiperMAN của ETSI. Trong đó IEEE 802.162004 cho cố định và IEEE 802.16e cho dữ liệu di động tốc độ cao.
1.1.42Khái niệm Wimax
Wimax là khả năng khai thác liên mạng toàn cầu đối với truy nhập vi ba (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Wimax là một công nghệ không dây dựa trên chuẩn 802.16 cung cấp các kết nối băng rộng thông lượng cao qua khoảng cách xa. Công nghệ Wimax bao gồm các sóng vi ba để truyền dữ liệu không dây. Wimax được dùng cho một số ứng dụng như kết nối băng rộng đầu cuối, các hotspot và các kết nối tốc độ cao cho các khách hàng kinh doanh. Nó cung cấp kết nối mạng vùng thành thị không dây MAN với tốc độ lên tới 70Mbps và các trạm gốc Wimax trung bình có thể bao phủ từ 5 đến 10km. Các chuẩn cố định và di động đều được sử dụng trong cả băng tần cấp phép và không cấp phép. Tuy nhiên miền tần số cho chuẩn cố định là 2-11GHz trong khi chuẩn di động là dưới 6GHz. Wimax hỗ trợ cả tầm nhìn thẳng LOS ở phạm vi lên đến 50km và ở tầm nhìn không thẳng NLOS khoảng từ 6-10km cho thiết bị truyền thông cá nhân CPE cố định. Tốc độ dữ liệu đỉnh cho chuẩn cố định sẽ hỗ trợ lên đến 70Mbps mỗi thuê bao, trong phổ 20MHz nhưng tốc độ dữ liệu tiêu chuẩn sẽ hơn 20-30Mbps. Các ứng dụng di động sẽ cũng được hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh 30Mbps mỗi thuê bao trong phổ 10MHz, tốc độ tiêu chuẩn 3-5Mbps. Các trạm gốc sẽ hỗ trợ 280Mbps để đáp ứng nhu cầu của hàng ngàn người sử dụng cùng một lúc.
1.1.43Băng tần
IEEE 802.16-2004 dựa trên kĩ thuật OFDM và được thiết kế cho các hoạt động trong các băng tần 2-11GHz hỗ trợ các lược đồ điều chế thích ứng và mã hóa. Đây là một giải pháp không dây cho truy nhập Internet băng rộng cố định, cung cấp sự tương tác, giải pháp phân loại sóng mang cho các thiết bị đầu cuối. Nó có thể được dùng trong các băng tần được cấp phép và không cấp phép. Các băng tần được cấp phép • 2.3GHz (2.3-2.4) • 2.5GHz (2.5-2.7) • 3.5GHz (3.4-3.7) Các băng tần không cấp phép • 3.5GHz(3.65-3.70) • 5.8GHz (5.725-5.85) IEEE 802.16e hoạt động trong băng tần không cấp phép 2.3GHz, 2.5GHz và 3.5GHz. 86
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**6.8Kiến trúc Wimax
**
1.1.44Cấu hình mạng
Công nghệ Wimax hỗ trợ mạng PMP và một dạng của cấu hình mạng phân tán là mạng lưới MESH.
6.8.1.1 Cấu hình mạng điểm- đa điểm (PMP)
PMP là một mạng truy nhập với một hoặc nhiều BS có công suất lớn và nhiều SS nhỏ hơn. Người dùng có thể ngay lập tức truy nhập mạng chỉ sau khi lắp đặt thiết bị người dùng. SS có thể sử dụng các anten tính hướng đến các BS, ở các BS có thể có nhiều anten có hướng tác dụng theo mọi hướng hay một cung. Với cấu hình này trạm gốc BS là điểm trung tâm cho các trạm thuê bao SS. Ở hướng DL có thể là quảng bá, đa điểm hay đơn điểm. Kết nối của một SS đến BS được đặc trưng qua nhận dạng kết nối CID.
**Ch¬ng 46:Hình 7.1: Cấu hình điểm-đa điểm (PMP)
**
6.8.1.2 Cấu hình mắt lưới MESH
Với cấu hình này SS có thể liên lạc trực tiếp với nhau. Trạm gốc Mesh BS kết nối với một mạng ở bên ngoài mạng MESH Một số điểm phân biệt • Neighbor: Kết nối trực tiếp đến một node mạng • Neighborhood: Tất cả các neighbor khác • Extended neighborhood: Tất cả các neighbor từ neighborhood Kiểu MESH khác PMP là trong kiểu PMP các SS chỉ liên hệ với BS và tất cả lưu lượng đi qua BS trong khi trong kiểu MESH tất cả các node có thể liên lạc với mỗi node khác một cách trực tiếp hoặc bằng định tuyến nhiều bước thông qua các SS khác.
87
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Một hệ thống với truy nhập đến một kết nối backhaul được gọi là Mesh BS, trong khi các hệ thống còn lại được gọi là Mesh SS. Dù cho MESH có một hệ thống được gọi là Mesh BS, hệ thống này cũng phải phối hợp quảng bá với các node khác.
Ch¬ng 47:Hình 7.2: Cấu hình mắt lưới MESH Backhaul là các anten điểm-điểm được dùng để kết nối các BS được định vị qua khoảng cách xa. Một mạng MESH có thể sử dụng hai loại lập lịch quảng bá. Với kiểu lập lịch phân tán, các hệ thống trong phạm vi 2 bước của mỗi cell khác nhau chia sẻ cách lập lịch và hợp tác để đảm bảo tránh xung đột và chấp nhận tài nguyên. MESH lập lịch tập trung dựa vào Mesh BS để tập hợp các yêu cầu tài nguyên từ các Mesh SS trong một dải bất kì và phân phối các yêu cầu này với khả năng cụ thể. Khả năng này được chia sẻ với các Mesh SS khác mà dữ liệu của người dùng được chuyển tiếp thông qua các Mesh SS đó trao đổi với Mesh BS. Trong kiểu MESH, phân loại QoS được thực hiện trên nền tảng từng gói hơn là được kết hợp với các liên kết như trong kiểu PMP. Do đó chỉ có một liên kết giữa giữa hai node Mesh liên lạc với nhau.
1.1.45Mô hình phân lớp
Hình 7.3 miêu tả phân lớp giao thức Wimax cho hai lớp cuối cùng trong mô hình OSI:
88
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
CS SAP Service specific Convergence Sublayer (CS) MAC SAP MAC MAC Common Part Sublayer (MAC CPS)
Privacy Sublayer PHY SAP PHY Physical Layer (PHY)
Ch¬ng 48:Hình 7.3: Các phân lớp giao thức Wimax cho hai lớp cuối cùng
**6.9Chuẩn công nghệ
**
Chuẩn IEEE 802.16 đặc tả lớp vật lý (PHY) và lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) đối với truy nhập băng rộng trong một mạng khu vực đô thị (MAN). Chuẩn IEEE 802.16 điền đầy các lỗ hổng giữa lớp liên kết logic IEEE 802.2 và giao diện vô tuyến. Cùng với khả năng của bridging theo chuẩn IEEE 802.1, các chuẩn này và các kỹ thuật truy nhập ở lớp cao hơn của chúng có thể được sử dụng để tạo ra một mạng hỗn loạn (routable). Hình 7.4 minh họa vị trí của chuẩn 802.16 trong cấu trúc các chuẩn IEEE 802. Trong khi chuẩn 802.16 chỉ đặc tả một lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC), nó đã trải qua hàng loạt sự sửa đổi. Sự sửa đổi này thêm vào sự đặc tả vài lớp vật lý khác nhau, như vị trí phổ tần mới, cả dải tần cho phép và dải tần không cho phép cũng xuất hiện. Để ngăn cản sự lộn xộn, một bản tóm tắt ngắn gọn của nhiều sự mở rộng và phạm vi dải tần khác nhau của các chuẩn được thể hiện ở dưới đây.
89
**Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
**
SE C U RI T Y
M
**Ch¬ng 49:Hình 7.4: Vị trí của chuẩn IEEE 802.16 trong cấu trúc chuẩn IEEE 802
**
1.1.46Chuẩn 802.16-2001
Chuẩn IEEE 802.16-2001 đặc tả sự chuẩn hóa các lớp MAC và PHY dành cho việc cung cấp truy nhập vô tuyến băng rộng cố định trong các kết nối điểm-điểm, điểm-đa điểm. Với kỹ thuật điều chế sóng mang đơn trong dải tần 10-66GHz, 802.16-2001 cung cấp sự hỗ trợ cho cả truyền song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD). Ở các phân lớp con, IEEE802.16-2001 xác định lớp MAC cơ bản để phục vụ cho tất cả các sự thay đổi của các chuẩn. Trong khi 802.11 dựa vào CSMA/CA để quyết định khi các node trong mạng được chấp nhận truyền, lớp MAC của IEEE 802.16—2001 sử dụng toàn bộ các mô hình khác nhau để điều khiển truyền dẫn. Thời gian truyền dẫn, giữa các khoảng thời gian truyền dẫn và thời gian điều chế được gán bởi một trạm gốc (BS) và chia sẻ với toàn bộ các node trong mạng trong khuôn dạng của bản đồ phát quảng bá đường lên hoặc đường xuống. Bằng lược đồ thời gian truyền, sự ‘khuấy động’ các node ẩn có thể tránh được. Các thuê bao chỉ cần “nghe” các trạm gốc nhiều hơn các node khác trong mạng vô tuyến cục bộ WLAN. Ngoài ra, thuật toán lập danh mục ổn định khi các thuê xảy ra vấn đề quả tải hoặc các vấn đề liên quan tới quá tải. Trạm thuê bao có thể đàm phán phần dải thông được cấp trong một cụm tới một cụm cơ bản, với điều kiện quá trình lập danh mục mềm dẻo. Các kỹ thuật điều chế bao gồm QPSK, QAM-16 và QAM-64. Các kỹ thuật này có thể thay đổi từ khung tới khung và từ SS tới SS phụ thuộc vào tình trạng của sự kết nối. Kỹ thuật điều chế và kỹ thuật tự sửa lỗi hướng về phía trước (FEC) mềm dẻo để trong các điều kiện đường truyền cụ thể cho phép mạng thích ứng nhanh với các điều kiện thời tiết, như mưa tạnh, vv…. Các thông số truyền dẫn ban đầu được điều chỉnh qua một quá trình tương tác gọi là Initial Ranging. Quá trình này, BS cung cấp năng lượng, điều chế và định thời thông tin phản hồi tới SS cũng được chỉ dẫn trên một ‘ongoing’ cơ bản (đường tới SS). Thực hiện cả song công của kênh đường lên và đường xuống, sử dụng kỹ thuật TDD hoặc FDD. Quan trọng hơn nữa, IEEE 802.16-2001 kết hợp chặt chẽ các tính năng để cung cấp QoS khác nhau xuống tới lớp vật lý. Hỗ trợ QoS xung quanh việc xây dựng khái niệm các luồng dịch vụ được nhận ra đủ để đáp ứng yêu cầu của người dùng mà được gọi là 90
M A N A G E M E N T
TM
80 2.1
O V E R VI E W & A R C HI TE C T U R E
TM
Công nghệ truy nhập trong NGN
**802.2TM LOGICALLINK 802.1TM BRIDGING 802.3TM
**
MEDIUM ACCESS
80 2.2
80 2.1 0T
802.4TM
MEDIUM ACCESS
802.5TM
MEDIUM ACCESS
802.6TM
MEDIUM ACCESS
802.11TM
MEDIUM ACCESS
802.15TM
MEDIUM ACCESS
802.16TM
MEDIUM ACCESS
DATA LINK LAYER
802.3 PHYSICAL
802.4 PHYSICAL
802.5 PHYSICAL
802.6 PHYSICAL
802.11 PHYSICAL
802.15 PHYSICAL
802.16 PHYSICAL
PHYSICAL LAYER
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Service Flow ID. Luồng dịch vụ được đặc trưng bởi các tham số QoS của chúng, nó có thể được sử dụng để định rõ các tham số như góc trễ tối đa, độ jitter phù hợp. Luồng dịch vụ có thể bắt đầu ở BS hoặc SS theo một hướng duy nhất. Ở các lớp cao hơn, phải được phục vụ cùng với luồng dịch vụ để đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối ví dụ như DiffServ. Nhóm là việc IEEE 802.16 cũng giới thiệu vài đặc điểm bảo mật. Bảo mật trong IEEE 802.16 chủ yếu trong phân lớp con phần riêng. Mục tiêu của phân lớp con phần riêng là cung cấp sự bảo mật dọc theo các kết nối vô tuyến trong mạng. Để hoàn thành điều này, thực hiện mã hóa dữ liệu giữa BS và SS. Để ngăn chặn kể trộm dịch vụ, SS có thể sử dụng X.509 để kiểm soát các SS. Kể cả xác nhận là các khóa (key) và địa chỉ lớp MAC của các SS công công. Chi tiết cụ thể của phân lớp con phần riêng sẽ được thảo luận trong phần sau.
1.1.47Chuẩn 802.16a-2003
IEEE 802.16a là một phiên bản sửa đổi từ chuẩn cơ bản, được thông qua bởi chuẩn băng rộng IEEE trong 1/2003. Quan trọng hơn, chuẩn IEEE 802.16a mở rộng thêm sự hỗ trợ trong băng tần cho phép 2-11GHz, nó mở ra nhiều thị trường công nghệ tiềm năng. Sự hoạt động theo đường truyền NLOS trở thành hiện thực khi hoạt động trong dải tần 2-11 GHz, mở rộng vùng địa lý của mạng. Sự truyền dẫn đa đường có thể trở thành một sự cản trở. Chuẩn IEEE 802-16a bao gồm cả việc đặc tả lớp PHY và tăng lớp MAC để phù hợp với sự truyền dẫn đa đường và việc giảm bớt các giao diện. Các đặc trưng đã được thêm vào để cho phép các kỹ thuật quản lý công suất tiến tiến và ma trận anten thích ứng. Ngoài ra lựa chọn OFDM như là một sự lựa chọn để điều chế sóng mang đơn. Để cung cấp một cơ cấu cho việc giảm các giao diện khi mà xuất hiện nhiều mạng, chuẩn IEEE 802.16a thêm vào phương pháp điều chế OFDMA để lựa chọn trong phạm vi dải tần 211GHz hiện có. Với nhiều yếu tố yêu cầu các đặc tính của phân lớp con phần riêng vấn đề bảo mật được cải thiện. Các đặc tính riêng được sử dụng để chứng minh chắc chắn người gửi các bản tin MAC. IEEE 802.16 thêm vào sự hỗ trợ tùy chọn cho các mạng hình lưới (Mesh), nơi mà lưu lượng có thể định tuyến từ trạm thuê bao tới trạm thuê bao. Đó là một sự thay đổi từ mô hình điểm-đa điểm (PMP), nơi mà lưu lượng chỉ được cho phép giữa BS và SS. IEEE 802.16 thêm vào sự đặc tả lớp MAC phù hợp đã làm cho lược đồ truyền dẫn của SS là một phần của lưới (Mesh), nhưng nó không hiện rõ tới SS.
1.1.48Chuẩn 802.16c-2002
Tháng 12/2002, uỷ ban các tiêu chuẩn IEEE phê chuẩn bổ sung chuẩn IEEE 802.16c. Sự bổ sung này để hiệu chỉnh một vài lỗi và sự mâu thuẫn trong chuẩn cơ bản, mô tả chi tiết hệ thống trong dải tần 10-60 GHz.
1.1.49Chuẩn 802.16d-2004
IEEE 802.16-2001, 802.16a và 802.16c được tích hợp trong chuẩn IEEE 802.162004 được chứng nhận trong 24/6/2004 và đã được công bố vào tháng 12/2004. Phiên bản này bắt đầu được phát triển như việc đặc tả một hệ thống dưới cái tên IEEE 802.16-REVd nhưng đã đủ để công bố như là một sự tái bản thành công của các chuẩn cơ bản IEEE 91
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
802.16. IEEE 802.16-2004 là một phiên bản được chuẩn hóa để sử dụng cho việc chứng nhận Wimax.
1.1.50Chuẩn 802.16e-2005
Chuẩn IEEE 802.16e-2005 được chứng nhận vào cuối tháng 12/2005. IEEE 802.16e thêm vào tính di động cho các chuẩn hiện tại, sử dụng SOFDMA thay cho OFDM trong chuẩn IEEE 802.16d. IEEE 802.16e cho phép chuyển giao tín hiệu tốc độ cao cần thiết cho truyền thông với những người dùng di chuyển ở tốc độ của phương tiện giao thông.
**6.10Một số đặc điểm kỹ thuật của Wimax
**
1.1.51Lớp vật lý
Các kí hiệu burst framed
Bit nguồn
Bit ngẫu nhiên Ngẫu nhiên hóa Ánh xạ FEC và QAM
Kí hiệu QAM
Các kí hiệu duplex framed
I
Bust Framing
I Q
I
Duplex Framing
Tx Filtering Tx Filtering
I
Q
Điều chế QAM
Q
Điều khiển công suất
Q
Ch¬ng 50:Hình 7.5: Quá trình truyền dẫn IEEE 802.16 định nghĩa các lớp vật lý khác nhau: • • • • • Wireless MAN-SC layer Wireless MAN-SCa layer WirelessMAN-OFDM Layer WirelessMAN-OFDMA Layer Wireless HUMAN
Các lớp vật lý này sử dụng các kỹ thuật điều chế mã hóa khác nhau nhưng quá trình truyền dẫn của chúng bao giờ cũng gồm các bước sau theo hình 7.5. Dữ liệu ban đầu được ngẫu nhiên hóa, mã hóa FEC và được ánh xạ thành các kí hiệu QAM. Các kí hiệu QAM được sắp sếp trong các khung trong một cụm (burts) bản tin. Các cụm kí hiệu này sẽ được ghép trong một khung song công. Các thành phần kí hiệu I và Q sẽ được chèn ở trong các bộ lọc dạng xung, được điều chế cầu phương tới một tần số sóng mang, và thực hiện điều khiển biên độ và công suất để được công suất đầu ra phù hợp để truyền đi. Wireless MAN-SC layer: dựa trên công nghệ sóng mang đơn được thiết kế cho đường truyền hoạt động trong tầm nhìn thẳng LOS trong dải tần số cao từ 10-66GHz. Hỗ trợ song công TDD, FDD. 92
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Lớp vật lý vô tuyến MAN-Csa: dựa trên công nghệ sóng mang đơn và được thiết kế cho đường truyền NLOS trong băng tần 2-11 GHz. Hỗ trợ song công TDD, FDD. Các đặc tính trong lớp vật lí này bao gồm: • • • • • • • • • • • Hỗ trợ TDD và FDD TDMA UL TDM DL Điều chế khối thích ứng và mã hóa FEC cho cả đường UL và DL Truyền theo khung để cải thiện sự cân bằng (một chiều) và thực hiện ước lượng kênh qua NLOS và mở rộng môi trường trễ trải phổ. Kí hiệu được đóng thành gói. Mã hóa soắn FEC sử dụng mã Reed Solomon và chèn Pragmatic TCM FEC sử dụng tùy chọn BTC và CTC Không sử dụng FEC tùy chọn sử dụng ARQ để điều khiển lỗi. Tùy chọn tính phân tập chuyển tiếp STC. Ngoại trừ các yêu cầu khác, quá trình truyền tin tương tự cho cả hướng đường lên UL và đường xuống DL.
Lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDM dựa trên điều chế OFDM được thiết kế để hoạt động cho đường truyền trong phạm vi không truyền thẳng NLOS trong dải tần từ 2-11 GHz. Hỗ trợ song công TDD, FDD. Lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDMA: dựa trên kỹ thuật điều chế OFDMA được thiết kế để hoạt động đối với đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS trong dải tần 2-11 GHz. Trong dải tần được cấp phép, hai phương pháp song công được sử dụng là FDD và TDD, FDD SSs có thể là bán song công (H-FDD). Trong dải tần không cấp phép, sử dụng phương pháp song công TDD. Lớp vật lý vô tuyến HUMAN: Tần số kênh trung tâm theo công thức: • Kênh tần số trung tâm (MHz) = 5000 + 5 . nch (n= 0 - 199) • Độ rộng kênh là 5 MHz, dải tần công tác là 5-6 GHz. Wimax Forum đã quyết định rằng các mặt phẳng kiểm tra tính tương tác đầu tiên và các chứng nhận cuối cùng sẽ hỗ trợ FFT OFDM PHY 256 điểm (chung giữa IEEE 802.16-2004 và ETSI HiperMAN) với Wimax cố định và OFDMA, SOFDMA đối với Wimax di động.
6.10.1.1Khái niệm OFDM
OFDM là một kĩ thuật hấp dẫn sử dụng cho các hệ thống truyền thông số liệu tốc độ cao. Nó được phát triển từ 2 kĩ thuật quan trọng là ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) và truyền thông đa sóng mang. OFDM thêm đặc điểm trực giao vào FDM đa sóng mang. Trực giao nghĩa là không gây ra nhiễu lên nhau. Trong OFDM các sóng mang con được thiết kế để trực giao. Điều này cho phép các sóng mang con chồng lên nhau và tiết kiệm băng tần. Do đó, OFDM 93
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
đạt được cả tốc độ dữ liệu cao và hiệu suất trải phổ cao. Để giải điều chế tín hiệu, cần một chuyển đổi Fourier rời rạc (DFT). 9 sóng mang con
**Tần số Ch¬ng 51:Hình 7.6: OFDM với 9 sóng mang con
**
6.10.1.2OFDMA cho lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDMA
Như ta đã biết OFDM có thể hỗ trợ việc truyền một người dùng hoặc truy nhập nhiều người dùng. Khi OFDM được kết hợp với TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian) chúng ta được OFDM-TDMA. Khi OFDM kết hợp với FDMA thì tạo ra OFDMA (đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao). Kĩ thuật đa truy nhập OFDM-TDMA ấn định các khe thời gian cho mỗi người dùng. Trong một khe thời gian, tất cả các sóng mang con được dành riêng định vị cho một người dùng. OFDMA cho phép nhiều người dùng truy nhập các sóng mang con cùng một lúc. Ở mỗi đơn vị thời gian, tất cả các người dùng có thể truy nhập. Việc ấn định các sóng mang con cho một người dùng có thể thay đổi ở mỗi đơn vị thời gian.
6.10.1.3SOFDMA theo tỷ lệ (S-OFDMA)
Đây là một đặc điểm bổ xung cho IEEE 802.16e để hỗ trợ chuyển giao dễ dàng. Trong OFDM-TDMA và OFDMA, số lượng sóng mang con thường được giữ bằng nhau với phổ có sẵn. Số sóng mang con không thay đổi dẫn đến không gian sóng mang con thay đổi trong các hệ thống khác nhau. Điều này làm cho việc chuyển giao giữa các hệ thống gặp khó khăn. Ngoài ra, mỗi hệ thống cần một thiết kế riêng và chi phí cao. OFDMA theo tỉ lệ (-SOFDMA) giải quyết các vấn đề này bằng cách giữ cho không gian sóng mang con không thay đổi. Nói cách khác, số sóng mang con có thể tăng hoặc giảm với những thay đổi trong một băng tần cho trước. Ví dụ, nếu một băng tần 5MHz được chia thành 512 sóng mang con, một băng tần 10MHz sẽ được chia thành 1024 sóng mang con. Bởi vì không gian sóng mang con là giữ nguyên trong S-OFDMA nên một máy di động có thể chuyển giao giữa các hệ thống một cách suôn sẻ. Ngoài ra, với không gian sóng mang con không thay đổi, một thiết kế là phù hợp cho nhiều hệ thống và có thể tái sử dụng. Chi phí cho thiết kế và sản phẩm sẽ thấp hơn. IEEEE 802.16e-2005 kiểu MAN-OFDMA vô tuyến dựa trên cơ sở nội dung của OFDMA theo tỉ lệ (SOFDMA). SOFDMA hỗ trợ một phạm vi rộng băng tần để tập trung 94
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
linh động vào nhu cầu cho việc cấp phát đa dạng phổ và các yêu cầu sử dụng mới. Tính quy mô được hỗ trợ bằng cách hiệu chỉnh kích cỡ FFT trong khi cố định không gian tần số sóng mang con ở 10.94kHz. Do đơn vị tài nguyên là băng tần sóng mang con và khoảng thời gian symbol là cố định, nên tác động đến lớp cao hơn là tối thiểu khi cùng tỉ lệ băng tần. Ch¬ng 52:Bảng 7.1: Các tham số của SOFDMA Các tham số Băng tần kênh truyền hệ thống (MHz) Tần số lấy mẫu ( MHz) Kích cỡ FFT (NFFT) Số kênh con Không gian tần số sóng mang con Thời gian symbol hữu ích (Tb=1/f) Thời gian bảo vệ (Tg=Tb/8) Khoảng thời gian symbol OFDMA (Tg+Tb) Số lượng symbol OFDMA (khung 5ms) Các giá trị 1.25 5 1.4 5.6 128 512 2 8 10.94kHz 91.4 micro giây 11.4 micro giây 102.9 micro giây 48 10 11.2 1024 16 20 22.4 2048 32
S-OFDMA cho phép các kích cỡ FFT nhỏ hơn để cải thiện hiệu suất cho các kênh truyền với băng thông thấp hơn, có thể giảm kích cỡ FFT nhưng giữ nguyên không gian sóng mang con là hằng số độc lập với băng thông khi băng thông giảm hoàn toàn. S-OFDMA mang lại một thuận lợi hơn OFDMA. Nó tỉ lệ kích cỡ của chuyển đổi Fourier nhanh với băng tần kênh để giữ cho không gian sóng mang không đổi qua các băng tần kênh khác nhau. Không gian sóng mang không đổi làm cho hiệu suất dùng phổ cao hơn trong các kênh rộng và giảm chi phí trong các kênh hẹp.
6.10.1.4 Kênh con hóa
Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) cho phép một số các sóng mang con được gán cho các người dùng khác nhau. Ví dụ, sóng mang con 1, 3 và 7 có thể được gán cho người dùng 1 và sóng mang con 2, 5 và 9 cho người dùng 2. Các nhóm sóng mang con này được xem như các kênh con. Kênh con hóa định nghĩa các kênh con mà có thể cấp phát cho các thuê bao khác nhau tùy thuộc vào điều kiện kênh truyền và các yêu cầu dữ liệu khác. Điều này mang lại cho các nhà khai thác tính mềm dẻo cao hơn trong quản lí băng tần và công suất phát đồng thời sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn. Ví dụ trong cùng một khe thời gian mà công suất phát lớn hơn có thể được cấp phát cho người dùng với điều kiện kênh truyền kém thuận lợi hơn, trong khi công suất thấp hơn cho các người dùng trong các vị trí tốt hơn. Cải thiện độ bao phủ trong các tòa nhà có thể đạt được bằng cách cấp phát công suất cao hơn cho các kênh con được ấn định cho các thiết bị người dùng bên trong. Kênh con hóa trong đường lên mang lại sự cải thiện hiệu năng, khi công suất phát từ thiết bị người dùng có nhiều hạn chế. Trong OFDM, các thiết bị người dùng phát sử 95
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
dụng toàn bộ không gian sóng mang. OFDMA hỗ trợ đa truy nhập, cho phép các thiết bị người dùng phát chỉ qua một kênh con được cấp phát cho chúng. Trong OFDMA với 2048 sóng mang và 32 kênh con, nếu chỉ một kênh con được cấp phát cho một thiết bị, tất cả công suất phát sẽ được tập trung trong 1/32 phổ có sẵn và có thể mang lại độ khuếch đại cao. Đa truy nhập trở nên thuận lợi khi sử dụng các kênh rộng. OFDMA khai thác tính đa dạng tần số của kênh truyền đa đường bằng cách mã hóa và đan xen thông tin qua các sóng mang con trước khi truyền. Điều chế OFDMA có thể được thực hiện với chuyển đổi Fourier ngược nhanh với hiệu suất cao, điều này cho phép số lượng lớn sóng mang con (lên tới 2048) với độ phức tạp thấp. Trong một hệ thống OFDMA, tài nguyên là có sẵn trong miền thời gian bởi các symbol OFDMA và trong miền tần số bởi các sóng mang con. Các tài nguyên tần số và thời gian có thể được sắp xếp trong một kênh con để cung cấp đến các người dùng cụ thể. OFDMA là một lược đồ ghép kênh/đa truy nhập mà cung cấp thao tác ghép kênh các luồng dữ liệu từ nhiều người dùng lên các kênh con đường xuống và đa truy nhập bởi các kênh con đường lên. Trong OFDM các thiết bị người dùng được ấn định các khe thời gian cho truyền dẫn, nhưng chỉ một thiết bị người dùng có thể phát trong một khe thời gian.
Các sóng mang
Người dùng 1
Người dùng 2
Người dùng 3
Symbol FFT
Thời gian
Người dùng 4
Ch¬ng 53:Hình 7.7: Ấn định khe thời gian trong OFDM Trong OFDMA mỗi kênh con cho phép nhiều người dùng có thể phát ở cùng một thời điểm qua các kênh con được cấp phát cho chúng. 96
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
1.1.52Lớp MAC
Lớp MAC là hướng kết nối bao gồm ba phân lớp con. Lớp con hội tụ dịch vụ riêng (SSCS) cung cấp mọi sự biến đổi hay ánh xạ dữ liệu mạng ngoài, nhận dữ liệu mạng ngoài qua điểm truy nhập dịch vụ CS SAP, các MAC SDU (đơn vị dữ liệu dịch vụ) được nhận bởi lớp con phần chung MAC CPS thông qua MAC SAP. Bao gồm việc phân loại các SDU mạng ngoài và kết hợp chúng với nhận dạng luồng dịch vụ MAC thích hợp (SFID) và nhận dạng kết nối (CID). Nó có thể cũng bao gồm các chức năng như nén tiêu đề tải trọng (PHS). Nhiều chi tiết kĩ thuật CS được cung cấp cho giao diện với nhiều loại giao thức. Định dạng bên trong của tải trọng CS là duy nhất với mỗi CS, và các MAC CPS không yêu cầu hiểu dược định dạng của nó hay phân tích bất kì thông tin nào từ tải trọng CS. MAC CPS cung cấp các chức năng MAC chính của việc truy nhập hệ thống, cấp phát độ rộng dải tần, thiết lập và duy trì kết nối. Nó nhận dữ liệu từ nhiều CS thông qua MAC SAP, phân loại thành các kết nối MAC cụ thể. QoS được áp dụng cho việc truyền và lập lịch dữ liệu thông qua lớp PHY sử dụng 4 loại dịch vụ cơ bản.
97
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Quy mô chuẩn hóa
CS SAP Lớp con hội tụ dịch vụ đặc biệt (MAC SSCS)
Thực thể quản lí Lớp con hội tụ dịch vụ đặc biệt SSCS
MAC
MAC SAP
**Lớp con phần chung MAC (MAC CPS) Lớp con bảo mật (MAC SS)
**
PHY SAP
Thực thể quản lí Lớp con phần chung MAC Lớp con bảo mật
PHY
Lớp vật lí (PHY)
**Thực thể quản lí PHY
**
Mặt bằng quản lí
mặt bằng dữ liệu/ điều khiển
Ch¬ng 54:Hình 7.8: Phân lớp MAC và các chức năng Có hai loại kết nối đó là các kết nối quản lý và kết nối truyền tải dữ liệu. Các kết nối quản lí có ba loại: cơ bản, sơ cấp và thứ cấp. Một kết nối cơ bản được tạo ra cho mỗi MS khi nó gia nhập vào mạng. Kết nối sơ cấp cũng được tạo ra cho mỗi MS ở thời điểm vào mạng nhưng đuợc dùng cho các bản tin quản lí dung sai trễ. Loại kết nối quản lí thứ ba, loại thứ cấp được dùng cho các bản tin quản lí IP tóm lược (như DHCP, SNMP, TFP). Các kết nối truyền tải dữ liệu có thể được cung cấp hoặc được thiết lập theo yêu cầu. Chúng được dùng cho các luồng lưu lượng người dùng. Đơn điểm hoặc đa điểm có thể được dùng cho truyền dẫn.
Hệ thống quản lí mạng
98
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**6.11Hệ thống thiết bị
**
Wimax là một công nghệ mới ra đời hoạt động dựa theo chuẩn IEEE 802.16. Mạng Wimax có nhiều tính năng ưu việt hơn các mạng trước đó. Ngoài khả năng cung cấp đa dịch vụ nó còn có thể cung cấp các kết nối băng rộng tùy theo nhu cầu sử dụng của khách hàng. Các thiết bị sản xuất theo chuẩn thì vừa mới được chứng nhận, đáp ứng nhu cầu xây dựng mạng của các nhà cung cấp. Thiết bị dựa trên chuẩn IEEE 802.16-2004 đã được chứng nhận vào 4/2005 cho phép mạng Wimax có thể cung cấp các dịch vụ cố định như VoIP, Internet băng thông rộng….Mặc dù được sản xuất theo chuẩn cố định nhưng các thiết bị này có thể dễ dàng được nâng cấp bằng phần mềm theo chuẩn 802.16e để cung cấp các dịch vụ cho khách hàng mà đang di chuyển. Mới đây thôi, Intel đã sản xuất thành công chip dựa theo chuẩn IEEE 802.16e và vào 8/2006 các thiết bị Wimax dựa trên chuẩn IEEE 802.16e đã được chứng nhận, làm tăng thêm khả năng dùng di động cho khách hàng. Mạng dựa trên các thiết bị này có thể cung cấp các dịch vụ có tính di động cao, băng thông rộng. Hiện nay, nền công nghiệp sản xuất thiết bị cho Wimax đang được phát triển rất mạnh mẽ bởi chính những hãng sản xuất, cung ứng các thiết bị vô tuyến điện tử hàng đầu thế giới. Thương hiệu của những hãng cho trong bảng 7.2 dưới đây. Ch¬ng 55:Bảng 7.2: Thương hiệu của các nhà cung cấp thiết bị Wimax Vendor Adaptix AirSpan Alcatel Alvarion Aperto Networks Arraycom Axcera Axxcelera Cambridge Broadband AB Access WalkAIR, eMGW AS4020 Multiservice Proprietary WimaxWiBRO 802.16e Motion 2100 Motion ASWipLL, AS.MAX AS MAX AS4030 road map Evolium OEM Wimax base Alvarion station BreezeAccess BreezeMAX BreezeMAX Breeze2000 road map PacketWave PacketMAX PacketMAX iBurst ExcelMAX (3.5) AB Max (5.8) VectaMAX 99 Wimax2004
ExcelAir 70
VectaSTAR
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Vendor Ericsson Flarion/Qualcomm Harris IPWireless Motorola Navini NextNet Nortel PointRed Technologies Proxim Wireless Redline Samsung
Multiservice Proprietary
Wimax2004 OEM Airspan
Wimax802.16e Road map
WiBRO
ClearBurst MB MOTOwi4 Canopy products MOTOwi4 UltraLite products RipWave MX Road map Road map LG/Nortel LG/Nortel joint with Airspan joint venture venture MicroRed Tsunami AN100 TeraMAX RedMAX RAS bs, CPEchips Road map in existing terminals WayMAX WayMAX Family road @vantage map SoftAir System Angel (named changed to Symmetry Symmetry ONE ONE) Access 5830 and FOX Road map Symmetry MX Tsunami MP.16
Expedience
Siemens Soma
SR Telecom Trango Broadband UTStarcom
AirStar
100
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Vendor
Multiservice Proprietary V251,Wireless Modem, V3000 wireless hub LMS Family Space time processing technology Ultima 3, AWE, Libra families ZXBWA-3E
Wimax2004
Wimax802.16e
WiBRO
Vyyo WaveRider/ WaveWireless Wavion
Road map
WiLAN ZTE
Libra MX ZiMax
Các nhà cung cấp thiết bị cho Wimax có thể chia làm hai loại, đó là các nhà cung cấp thiết bị Wimax cố định sau đó tiến tới cung cấp cả thiết bị Wimax di động và các nhà cung cấp thiết bị cho Wimax nhưng chỉ hướng tới thị trường Wimax di động. Các nhà cung cấp các thiết bị Wimax mà nhắm tới các thiết bị trường di động ngay từ đầu đó là: Adaptix Inc.; Alcatel; LG Electronics Inc.; Motorola Inc.; Navini Networks Inc.; Ericsson AB. Nokia Corp.; Nortel Networks Ltd; Posdata Co. Ltd; Samsung Electronics Co. Ltd; Lucent Technologies Inc.;
Các nhà cung cấp thiết bị Wimax nhắm tới thị trường Wimax cố định sau đó chuyển hướng sang cung cấp cho thị trường Wimax di động là: Airspan Networks Inc.; Alvarion Ltd; Aperto Networks; Cambridge Broadband Ltd; Navini Networks Inc.; Proxim Corp.; Redline Communications Inc.; Siemens AG; SR Telecom Inc.; Wi-LAN Inc.; ZTE Corp.
Có rất nhiều hãng lớn tham gia sản xuất các chip và thiết bị cho Wimax, đó là các hãng nổi tiếng như: 101
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
Altera Corp.; Beceem Communications Inc.; Fujitsu Ltd.; Intel Corp.;
Sequans Communications; TeleCIS Wireless Inc.; Wavesat Wireless Inc.; Xilinx Inc.
Các hãng này mới cung cấp được chip phục vụ cho việc sản xuất các thiết bị Wimax cố định, còn chip cho thiết bị Wimax di động thì mới chỉ đưa ra giới thiệu, sản phẩm được sản xuất theo chuẩn này còn rất hạn chế. Chính vì thế mà trên thị trường hiện nay đa số vẫn là các thiết bị Wimax cố định. Để phục vụ cho tính di động, các thiết bị được sản xuất theo chuẩn cố định có thể được nâng cấp bằng phần mềm hoạt động được trong mạng di động. Đó cũng là một tính năng được tích hợp trong chip cố định khi chuẩn 802.16e được chứng nhận. Chi tiết hơn về thông tin các thiết bị tham khảo thêm tài liệu [15] Sản phẩm thiết bị cho Wimax hầu hết đều hoạt động trong các dải tần số công tác thuộc dải tần thấp (2-11 GHz) tương ứng với hai lớp 256 OFDM PHY và 2048 OFDMA PHY. Các những thiết bị hoạt động trong cả dải tần thấp này nhưng cũng có một số thiết bị của một vài hãng có phân chia ra theo tần số sóng mang, theo một dải tần công tác nhất định. Để có thể thấy rõ các thiết bị trong mạng Wimax, chúng ta có thể xem cấu trúc mạng cụ thể của một hãng sau. Như hình 3.1 trên ta có thể thấy, một mạng bắt buộc phải có các BS và CPE, ngoài ra nó còn có các bachaul và các giao thức quản lý mạng hay các bộ ghép luồng lưu lượng.
Hình 3.1: Kiến trúc hệ thống AS.MAX của hãngAirSpan
102
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
6.12Bảo mật
Cũng giống như môi trường vô tuyến khác, Wimax cũng chịu một áp lực về bảo mật rất lớn, do các mô hình kinh doanh chưa rõ ràng nên những biện pháp bảo mật đầy đủ từ phía các nhà quản trị mạng chưa được đề cập đến, tuy nhiên bản thân Wimax cũng có những biện pháp bảo mật riêng. Lớp con bảo mật MAC 802.16 (lớp con phần riêng MAC) tập trung vào các chức năng bảo mật gắn liền với các khung lớp MAC. Có thể xem lớp con này gồm hai giao thức thành phần: • Giao thức đóng gói: Giao thức này định nghĩa tập “các bộ mật mã” hỗ trợ việc mật mã gói dữ liệu giữa BS và SS. Các bộ này chứa thông tin về mật mã hóa dữ liệu và các thuật toán nhận thực, và các qui tắc để áp dụng các thuật toán này vào tải trọng MAC PDU. • Giao thức quản lí khóa: Giao thức này thuộc về việc quản lí và phân phối vật liệu khóa từ BS đến SS. Giao thức được lựa chọn ở đây là giao thức quản lí khóa bảo mật (PKM) đã được phát triển trong các modem cáp DOCSIS-compliant. Chi tiếp về những biện pháp bảo mật này có thể tham khảo thêm ở tài liệu [10]
**6.13Tình hình triển khai tại Việtnam
**
Đầu năm 2006, thủ tướng chính phủ cho phép các tổng công ty viễn thông ở Việt Nam: Tổng công ty viễn thông Việt Nam (VNPT), Tổng công ty truyền thông đa phương tiện (VTC), công ty cổ phần viễn thông FPT Telecom, tổng công ty viễn thông quân đội Viettel triển khai các dịch vụ Wimax. Hiện nay, tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT) và một số doanh nghiệp khác đang trong giai đoạn tích cực triển khai thử nghiệm công nghệ Wimax tại Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Bắc Ninh và Lào Cai. VDC hợp tác cùng Intel khảo sát mặt bằng và lắp đặt thiết bị tại Lào Cai cho hệ thống Fixed Wimax, hệ thống thử nghiệm bao gồm một trạm phát sóng BTS và modem không dây tại 20 trạm đầu cuối tiếp nhận dịch vụ được phân bố ở nhiều địa phương. Lễ công bố giai đoạn thử nghiệm chính thức được tổ chức vào tháng 10/2006. Hai dịch vụ được thử nghiệm đó là Internet băng thông rộng và điện thoại VoIP. Về phía FPT Telecom, lãnh đạo doanh nghiệp này cho biết, FPT sẽ cung cấp cả hai dạng Mobile Wimax và Fixed Wimax ở các dải tần 2,3 GHz và 3.3 GHz. Hiện nay, FPT đang trong giai đoạn lựa chọn thiết bị, thử nghiệm kỹ thuật và nghiên cứu các dự án tiền thử nghiệm. Về phía Viettel Internet cho biết họ sẽ thử nghiệm Mobile Wimax bởi vì Fixed đã được thử nghiệm thành công ở nhiều nước. Bốn nhà cung cấp Việt Nam hiện tại (VNPT, FPT, VTC và Viettel) chỉ đang được cấp phép thử nghiệm dịch vụ Wimax cố định, trên tần số 3.3GHz đến 3.4GHz. Dự kiến, trong năm 2007, Bộ BCVT sẽ cấp phép cung cấp dịch vụ Wimax di động. Wimax di 103
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
động mới là triển vọng lớn nhất của Wimax. Với công nghệ này, người dùng đầu cuối có thể được sử dụng Internet tốc độ cao lên đến 1Mbps, tại bất kỳ nơi nào trong vùng phủ sóng bán kính rộng nhiều km. Thiết bị đầu cuối của dịch vụ Wimax di động có thể là các card PCMCIA, USB, hoặc đã được tích hợp sẵn vào trong con chip máy tính (kiểu như công nghệ Centrino của Intel). Hiện nay, tại Việt Nam đang tiến hành dự án thí điểm Fixed Wimax 802.16 - 2004 Rev.d với tần số 3,3 GHz - 3,4 GHz tại Lào Cai do công ty điện toán và truyền số liệu (VDC) hợp tác cùng Cơ quan hợp tác phát triển quốc tế Hoa Kỳ tại Việt Nam (USAID). Những ứng dụng công nghệ vô tuyến băng rộng thế hệ mới sẽ được cung cấp thí điểm trong 6 tháng (từ tháng 7 đến tháng 12), trong đó sử dụng một trạm phát chính và khoảng 20 trạm kết nối dân dụng. Có 18 địa điểm tại Lào Cai được lựa chọn tham gia thử nghiệm gồm 6 trường học, một số cơ sở y tế, điểm bưu điện văn hoá xã, ủy ban xã, doanh nghiệp vừa và nhỏ và một gia đình nông dân chưa từng tiếp xúc với công nghệ hiện đại. Các dịch vụ được đưa vào thử nghiệm là thoại và Internet tốc độ cao. Dự án có tổng chi phí khoảng 500.000 - 600.000 USD, trong đó USAID hỗ trợ 250.000 USD. Theo nhà cung cấp dịch vụ, các chương trình khác cũng đang trong giai đoạn lập kế hoạch sử dụng vệ tinh để kết nối, mở rộng Wimax đến những vùng xa khó đến bằng đường bộ. Sự hợp tác này là một phần của chương trình băng thông rộng châu Á (Asian Broadband Campaign - ABC) của Intel. Hãng sẽ cung cấp kiến thức sâu rộng về băng thông rộng vô tuyến, công nghệ silicon và các dịch vụ công nghệ cho các chính phủ, những nhà quản lý thông tin liên lạc, các cơ quan thuộc lĩnh vực giáo dục, y tế và nông nghiệp cũng như những nhà cung cấp viễn thông nhằm giúp chuẩn bị và thực hiện thử nghiệm công nghệ Wimax. So với công nghệ hữu tuyến thì mạng vô tuyến có chi phí thấp và xây dựng nhanh hơn, do đó những nhà cung cấp dịch vụ có thể linh động hơn trong việc mang đến cho các cộng đồng thiếu dịch vụ này một nền kinh tế tri thức hiện đại toàn cầu với mức chi phí vừa phải. Việc thử nghiệm được tiến hành trên hai lĩnh vực. Truy nhập Internet tốc độ cao dựa trên mạng Wimax và ứng dụng gọi điện thoại qua giao thức IP. Cụ thể về phương án thử nghiệm cũng như kết quả thử nghiệm có thể tham khảo thêm ở tài liệu [10]
104
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
**TÀI LIỆU THAM KHẢO
**
[1].Albert Azzam và Niel Ransom, Broad band Access Technologies, McGraw- Hill,1999. [2].Roger L. Freeman, Fundamentals of Telecommunications, Second Edition , John Wiley & Sons Ltd, 2005. [3].Thomas Starr, Massimo Sorbara, John M. Cioffi, Peter J. Silverman, DSL Advances, Prentice Hall , 2002. [4].Philip Golden, Hervé Dedieu, Krista Jacobsen, Fundamentals of DSL Technology, Taylor & Francis Group, 2006. [5].Nguyễn Việt Hùng, Công nghệ ADSL, Bài giảng TTĐTBCVT 1, năm 2004, 2005, 2006. [6].Shlomo Ovadia, Broadband Cable TV Access Networks: from technologies to applications, Prentice Hall, 2001. [7].Halid Hrasnica Abdelfatteh Haidine Ralf Lehnert, Broadband Powerline
Communications Networks, John Wiley & Sons Ltd, 2004. [8].Savo G. Glisic, Advanced Wireless Networks 4G Technologies, John Wiley and Sons, Jun.2006. [9].David Tse, Pramod Viswanath, “Fundamentals of Wireless Communication”, Cambridge University Press, 2005. [10].Nguyễn Việt Hùng, Công nghệ truy nhập băng rộng Wimax, Bài giảng Trung Tâm Đào Tạo Bưu chính Viễn thông I, tháng 10 năm 2006. [11].Chinlon Lin, Broadband Optical Access Networks and Fiber-to-the-Home Systems Technologies and Deployment Strategies, John Wiley & Sons Ltd, 2006. [12].Thomas Hardjono, Lakshminath R. Dondeti, Security in Wireless LANs and MANs, Artechouse, 2004. [13]. Glen Kramer,”Ethernet Passive Optical Networks”, Mc Graw Hill, 2005. [14].Vũ Trí Trung, “Triển khai và ứng dụng WLAN”, Đồ án tốt nghiệp- Học viện CNBCVT, 2005. 105
Nguyễn Việt Hùng – Mạng Viễn thông – Viễn thông I
Công nghệ truy nhập trong NGN
[15].Tạ Tiến Quang, “Wimax và ứng dung”, Đề tài SVNCKH, Học viện CNBCVT, 2006 [16].Nguyễn Thúy Điệp, “Công nghệ Wimax”, Đồ án tốt nghiệp đại học, Học viên CNBCVT, 2006. [17].Nguyễn Quý Sỹ, Nguyễn Việt Cương, “Kỹ thuật mạng và cung cấp dịch vụ ADSL”, Tài liệu giảng dậy, Học viện CNBCVT, tháng 4 năm 2003.
106

X-Served-By: cache, cache-dca17743-DCA

Set-Cookie: stg=665; Domain=.scribd.com; Path=/; Expires=Sat, 19-Feb-28 08:11:17 GMT

X-Page-Type: docview

X-Cache: MISS, MISS

Cache-Control: no-cache

Vary: Accept-Encoding, User-Agent