Tổng quan về các công nghệ băng rộng

Tổng quan về các công nghệ băng rộng (Phần 1) Nguồn: khonggianit.vn 1.Mở đầu Cuộc cạnh tranh gia tăng chưa từng có trong các thị trường dịch vụ băng rộng đã buộc các nhà cung cấp dịch vụ băng rộng lập ra các chiến lược để phân phát các dịch vụ “tay ba” với thoại, dữ liệu và video được cung cấp chỉ bởi một kết nối duy nhất. Những năm vừa qua, khi Internet và Intranet đã phát triển mạnh thì các yêu cầu đối với các ứng dụng tập trung vào băng rộng, chẳng hạn như chia sẻ tệp đồng hàng và làm việc từ xa đã dẫn dến các nhu cầu không ngừng gia tăng về cung cấp băng thông rộng hơn. Có nhiều công nghệ cạnh tranh nhau có thể cung cấp băng thông cần thiết để phân phát các dịch vụ băng rộng, nhưng mỗi công nghệ đều có các hạn chế riêng về mặt độ rộng băng, độ tin cậy, giá cả và vùng bao ph Chúng ta hãy rà soát lại tình hình phát triển mới nhất trong các công nghệ truy nhập băng rộng hàng đầu và hãy đánh giá khả năng của những công nghệ công nghệ nào đáp ứng được các các yêu cầu của khách hàng băng rộng trong tương lai. Đồng thời cũng so sánh và đối chiếu các công nghệ này nhằm xác định xem công nghệ nào có tiếp tục là cái tốt nhất trong kết nối băng rộng hay không. 2. Các Công nghệ băng rộng cạnh tranh Nói chung, các giải pháp băng rộng có thể được phân loại thành hai nhóm: các ủ. công nghệ đường dây cố định hoặc các công nghệ không dây (vô tuyến). Các giải pháp đường dây cố định truyền thông qua một mạng vật lý để cung cấp một kết nối “có dây” trực tiếp từ khách hàng tới nhà cung cấp dịch vụ. Thí dụ điển hình của loại này là hệ thống POTS (hệ thống điện thoại kiểu cũ), trong đó khách hàng được kết nối vật lý tới nhà khai thác bằng một đôi dây xoắn bằng đồng. Các giải pháp không dây sử dụng các tần số vô tuyến hoặc vi ba để cung cấp một kết nối giữa khách hàng và mạng của nhà khai thác; kết nối điện thoại di động (ĐTDĐ) là một thí dụ rõ nhất. 2.1 Các Công nghệ Đường dây Cố định Các công nghệ băng rộng đường dây cố định dựa vào một kết nối vật lý trực tiếp tới công sở hoặc tư gia của thuê bao. Nhiều công nghệ băng rộng như modem cáp, đường dây thuê bao số (xDSL) và đường dây tải điện băng rộng (broadband powerline - BPL ) đã được phát triển để sử dụng một dạng kết nối thuê bao hiện hữu làm phương tiện truyền thông. Các hệ thống modem cáp sử dụng các mạng TV Cáp bằng cáp đồng trục và sợi quang hỗn hợp hiện có, các hệ thống xDSL sử dụng đôi dây đồng xoắn truyền thống vốn được các POTS dùng cho các dịch vụ điện thoại. Công nghệ BPL sử dụng các đường dây điện dẫn đến nhà thuê bao để vận chuyển các tín hiệu băng rộng. Cả 3 công nghệ kể trên đều cố gắng sử dụng mạng đường dây (điện thoại, điện) đã có nhằm tiết kiệm chi phí lắp đặt. Trong khi đó, các mạng FTTH hoặc FTTC (cáp quang tới vỉa hè) đòi hỏi việc lắp đặt các tuyến nối sợi quang mới từ tổng đài nội hạt (tổng đài trung tâm) tới tận, hoặc tới gần nhà thuê bao. Kết quả là, mặc dù sợi quang nổi tiếng cung cấp cái tốt nhất trong các khả năng băng thông rộng, nhưng chi phí lắp đặt của những mạng như vậy, cho tới gần đây, vẫn cao một cách khó chấp nhận. Các công nghệ đường dây cố định cần đánh giá ở đây bao gồm: - Cáp Đồng trục Sợi quang Hỗn hợp: TV Cáp và Modem Cáp. - Đường dây thuê bao số (xDSL) - Đường dây tải điện băng rộng (BPL) - Cáp quang tới nhà/vỉa hè. 2.1.1 Cáp Đồng trục Sợi quang Hỗn hợp: TV Cáp và Modem Cáp Các mạng TV cáp số có khả năng cung cấp băng thông truyền số liệu hai chiều bên cạnh các dịch vụ thoại và TV số. Sử dụng một modem cáp tại nhà khách hàng và một Hệ thống kết cuối Modem cáp (CMTS) tại head-end của mạng thông qua chuẩn HFC, DOCSIS 1.1, sẽ cung cấp một dịch vụ truyền dữ liệu với các tốc độ lên tới 30 Mbit/s trên một kênh 8 MHz (6 MHz ở Hoa Kỳ), sử dụng các kỹ thuật điều chế QAM. Hình 1. Các kiến trúc TV Cáp, HFC (Cáp Đồng trục-Cáp quang Hỗn hợp) Chuẩn HFC được thông qua mới đây, DOCSIS 3.0, có thể có băng thông 100 Mbit/s cho mỗi kênh trong tương lai gần. Truyền số liệu trên các mạng TV Cáp có ưu điểm là, ở đâu cáp đồng trục đang ở trạng thái tốt và đang có (hoặc có thể lắp đặt) các bộ khuếch đại RF để mở rộng tầm với của mạng, thì các băng thông tương đối cao có thể được cung cấp tới người dùng đầu cuối mà không bị gới hạn nào về cự li. Tuy nhiên, dịch vụ băng rộng của TV Cáp dựa vào một kiến trúc mạng dùng chung (Hình 1) đã dẫn đến sự hạn chế là lượng băng thông phân phát tới khách hàng phụ thuộc vào việc có bao nhiêu người dùng chung một kết nối ngược tới head-end. Thông thường, một dịch vụ 1Mbit/s luồng xuống và 128 kbit/s luồng lên được cung cấp (gần đây nhất là 3 – 5 Mbit/s luồng xuống), nhưng cao nhất chỉ 1.000 người dùng có thể dùng chung kết nối này tới head-end và do vậy băng thông thực tế có thể đạt được sẽ thấp hơn do tải của hệ thống bị vượt quá bởi các người dùng khác. 2.1.2 Đường dây Thuê bao Số (xDSL) Công nghệ DSL sử dụng kiến trúc điện thoại cáp đồng hiện có để tạo thuận lợi cho các kết nối dữ liệu tốc độ cao. Thiết bị DSL làm được việc này nhờ phân chia các tín hiệu thoại và dữ liệu trên đường dây điện thoại thành ba băng tần riêng biệt. Thí dụ đối với ADSL, các cuộc đàm thoại được vận chuyển trong băng tần 0 – 4 kHz (như trong tất cả các mạch POTS), kênh dữ liệu luồng lên được vận chuyển trong một băng tần giữa 25 và 160 kHz, kênh dữ liệu luồng xuống bắt đầu tại 240 kHz và lên tới khoảng 1,1 MHz. Các kỹ thuật điều chế số liệu phức tạp cho phép các tốc độ dữ liệu lên tới 12 Mbit/s. Các môđun truy nhập DSL (các DSLAM) được bố trí tại tổng đài nội hạt hoặc tại các nút trong mạng truy nhập để phát và thu các tín hiệu dữ liệu. Tuy nhiên, xDSL có một nhược điểm ở chỗ nó là một công nghệ nhạy cảm với cự li. Khi độ dài kết nối từ người dùng tới DSLAM tăng lên thì chất lượng tín hiệu giảm đi và tốc độ của kết nối tụt xuống (xem Hình 2). Có nhiều công nghệ DSL khác nhau, mà chủ yếu là ADSL (không đối xứng), SDSL (đối xứng), VDSL (tốc độ bít rất cao) và ADSL2+. Mới đây người ta đưa ra ADSL2++. Hình 2. Các kiến trúc mạng cho các dạng xDSL khác nhau. Chú ý rằng băng thông phụ thuộc vào cự li từ tổng đài nội hạt hoặc hộp đường phố đầu xa Bảng 1 chỉ rõ công nghệ ADSL có thể cung cấp các tốc độ luồng xuống tối đa là 12 Mbit/s và luồng lên tối đa là 640 kbit/s tại cự li khoảng 0,3 km. Giới hạn cự li tột cùng đối với dịch vụ ADSL là 5,4 km, nhưng tại cự li này, các tốc độ truyền dẫn bị giới hạn ở xấp xỉ 500 kbit/s. Để tối đa hóa vùng bao phủ mạng tới cự ly 5,4 km trọn vẹn, các tốc độ ADSL được cung cấp rộng rãi ở châu Âu là 500 kbit/s luồng xuống với các tốc độ luồng lên từ 128 kbit/s. Đối với các ứng dụng doanh nghiệp (DN), có thể dùng DSL đối xứng (SDSL), cho phép các tải xuống và lên tốc độ cao, nhưng đạt được băng thông khả dụng tối đa khoảng 3 Mbit/s. Với VoD cần ít nhất 3 Mbit/s và HDTV cần khoảng từ 15 đến 20 Mbit/s thì rõ ràng là cả ADSL, cả SDSL đều không thể đáp ứng các yêu cầu băng thông cho HDTV và phải gắng gượng để có thể cung cấp cho VoD và dịch vụ video căn bản qua toàn mạng. VDSL và ADSL2+ được giới thiệu mới đây có thể cung cấp băng thông đủ lớn cho các dịch vụ video. VDSL có thể cung cấp tới 52 Mbit/s nhưng chỉ trên các cự li rất ngắn. Do vậy, để cung cấp VDSL tới một tỷ lệ dân cư đáng kể thì các DSLAM cần được bố trí lại tại hộp đường phố (gần với thuê bao hơn) và các sợi quang tiếp sóng phải được lắp đặt tới tận các hộp đường phố. Các chi phí nâng cấp và lắp đặt cáp sợi quang như vậy là quá đắt đỏ so với công nghệ ADSL và việc triển khai VDSL đã bị hạn chế. Các công nghệ mới nhất xuất phát từ họ DSL là ADSL2+ và ADSL2++. ADSL2++ vẫn đang thời kỳ sơ khai và chưa được một chuẩn thích hợp nào hỗ trợ. Còn ADSL2+ thì đã được tiêu chuẩn hóa và cho phép truyền dẫn băng thông đủ cho một số dịch vụ video qua các cự li lớn hơn so với VDSL mà không cần bố trí lại DSLAM. Kết quả là ADSL2+ đang trở thành phương thức nâng cấp cho các nhà khai thác muốn cải thiện việc cung cấp dịch vụ ADSL tiêu chuẩn của họ. Bảng 1 Khả năng Băng thông so với cự li của xDSL. Chú ý rằng các khả năng tốc độ tối đa được trình bày là không khả dụng tại cự li tối đa. Luôn luôn có sự dung hòa giữa cự li và băng thông Công nghệ Dung lượng luồng lên tối đa Dung lượng luồng xuống tối đa Dải tối đa Dải xuống @ tối đa Dải tần ADSL 640kbit/s 12 Mbit/s (0,3km) 5,4km 1,5 Mbit/s 1,1 MHz SDSL 3 Mbit/s 3 Mbit/s 2,7km 2 Mbit/s 1,1 MHz ADSLA2+ 1 Mbit/s 26Mbit/s (0,3km) 3,6km 4Mbit/s 2,2 MHz VDSL 16Mbit/s 52Mbit/s (0,3km) 1,3km 13Mbit/s 12 MHz 2.1.3 Đường dây tải điện Băng rộng (BPL) Các hệ thống BPL cho phép truyền số liệu tốc độ cao qua các đường dây tải điện đang có và không cần đến sự xếp chồng mạng khi chúng có truy nhập trực tiếp tới các vùng bao trùm của ngành điện ở khắp mọi nơi. Các hệ thống BPL đang được đề xướng như một cách thức rẻ tiền để phục vụ số lượng lớn thuê bao băng rộng. Trong một hệ thống BPL, dữ liệu được phát qua đường dây điện đang có như một tín hiệu tần số cao điện áp thấp, tín hiệu này được ghép với tín hiệu điện lưới tần số thấp điện áp cao. Băng tần truyền dẫn đã được chọn lọc để bảo đảm can nhiễu tối thiểu tới tín hiệu điện lưới đang hoạt động. Các tốc độ dữ liệu điển hình đang được thử nghiệm hiện nay là 2 đến 3 Mbit/s, song các nhà sản xuất chỉ ra rằng, các hệ thống thương mại được chào hàng lên đến 200 Mbit/s rồi sẽ trở thành khả dụng. Tuy nhiên, không có một cách thức nâng cấp rõ ràng nào để đi tới các tốc độ dữ liệu cao hơn. Hầu hết các hệ thống BPL hiện tại chỉ giới hạn ở cự li 1 km trong phạm vi lưới điện hạ áp, nhưng một số nhà khai thác đang mở rộng tầm với này sang lưới điện trung áp. Thử nghiệm đã cho thấy rằng BPL đòi hỏi một chi phí đầu tư cao, để nâng cấp mạng truyền tải điện và vòng qua các máy biến thế, để hỗ trợ các dịch vụ băng rộng tốc độ cao và tin cậy. Ngoài ra, các tần số dùng cho BPL thường gây can nhiễu với truyền dẫn vô tuyến nghiệp dư và do vậy, một số cuộc thử BPL đã bị phản đối đáng kể. Hiện tại, do chi phí cao và do thiếu một đường lối nâng cấp cho nên dường như nó không thể xuất hiện như một công nghệ băng rộng dẫn đầu, nhưng vẫn là một lựa chọn băng rộng đường dây cố định thích hợp. 2.1.4 Cáp quang tới Nhà /Vỉa hè FTTx là một thuật ngữ chung chỉ những công nghệ đưa sợi quang tới thuê bao. Tuy nhiên, không phải tất cả các giải pháp sợi quang trong các mạng truy nhập đều đem thẳng cáp sợi quang tới nhà thuê bao như được trình bày trong Hình 4. Một số công nghệ truy nhập nào đó có dựa vào cáp sợi quang như VDSL đem cáp sợi quang từ tổng đài nội hạt (tổng đài trung tâm) xuống một nút trong mạng truy nhập hoặc tới vỉa hè, nơi các thiết bị được lắp đặt trong một hộp đường phố để biến đổi các tín hiệu từ quang sang điện, được chuẩn bị sẵn cho chặng cuối cùng tới thuê bao bằng đôi dây đồng xoắn. Mức cung cấp cáp sợi quang như thế này trong mạng có thể được gọi là FTTC (Fiber to the Curb - cáp quang tới vỉa hè) hoặc FTTN (Fiber to The Node - cáp quang tới nút mạng). Các kiến trúc khác gồm có FTTB (Fiber to the Building- cáp quang tới cao ốc) hoặc FTTP (Fiber to the Premises - cáp quang tới tư gia), trong đó cáp sợi quang được đem tới tận cao ốc và sau đó được phân bố giữa các thuê bao cư trú qua đôi dây đồng xoắn hoặc sử dụng công nghệ không dây. FTTH là giải pháp truy nhập cáp sợi quang căn bản nhất, trong đó, mỗi thuê bao được kết nối tới một sợi quang. Hình 3. Kiến trúc mạng quang thụ động (PON) Khi FTTH đã hoàn thiện, các ứng dụng đã tập trung vào hai giải pháp được nhất trí chung. Giải pháp thứ nhất là Mạng quang thụ động (Passive Optical Network - PON). Các PON đã được mô tả cho FTTH ngay từ năm 1986. Trong kiến trúc này, tín hiệu chính từ tổng đài nội hạt được chia tách một cách thụ động sao cho nó được dùng chung giữa 16 đến 32 thuê bao (xem Hình 3). Tính riêng tư được bảo đảm bằng việc dịch thời gian và sự mã hóa cá nhân cho lưu lượng của mỗi thuê bao. Lưu lượng luồng lên là có thể có nhờ đồng bộ hóa TDMA. Các chi phí tổng đài và mạng cố định được chia sẻ giữa tất cả các thuê bao. Điều này làm giảm bớt giá thành chủ yếu cho mỗi thuê bao. Giải pháp PON có lợi lớn vì không có các thiết bị điện tử đặt ngoài trời, do đó làm giảm tính phức tạp của mạng và giảm các chi phí vòng đời đồng thời lại cải thiện được độ tin cậy. Kiến trúc FTTH phổ biến thứ hai là mạng điểm-nối-điểm (P2P), thường được gọi là Mạng Ethernet toàn quang (All Optical Ethernet Network - AOEN) (Hình 4). Trong giải pháp này, mỗi gia đình được kết nối thẳng tới tổng đài nội hạt bằng cáp sợi quang. Nó cung cấp một đường dây kết nối dùng riêng tới nhà khai thác cho mỗi thuê bao và đó là ưu điểm chính của các mạng P2P so với các mạng PON. Các đường dây kết nối dùng riêng của một mạng P2P tạo điều kiện thuận tiện cho việc cung ứng dịch vụ đặc trưng thuê bao. Băng thông thuê bao rộng hơn với độ an toàn lưu lượng được tăng cường, và cung cấp các dịch vụ đối xứng một cách đơn giản. Kiến trúc mạng P2P tương tự như thiết kế mạng LAN DN chung, và do vậy nó có ưu điểm là có thể sử dụng các cấu kiện và thiết bị đang có sẵn, việc này giúp làm giảm chi phí của hệ thống. Tuy nhiên, các mạng P2P đòi hỏi các hoạt động ngoài hiện trường và điều này có thể làm tăng các chi phí lắp đặt, vận hành và vòng đời và còn làm giảm độ tin cậy. Các tiêu chuẩn đã được thiết lập cho cả hai mạng PON và P2P và đang hiện hữu các nhà cung ứng cả các hệ thống PON và P2P, chào hàng mời sử dụng cả ATM cả truyền dẫn IP/Ethernet trên cả hai kiểu kiến trúc. Kết quả là có rất nhiều nhà sản xuất đang chào hàng các sản phẩm nối mạng PON và P2P với giá cả càng ngày càng cạnh tranh. Hình 4. Các kiến trúc cho các mạng P2P khác nhau, kể cả các kết nối cáp sợi quang P2P trực tiếp “chạy về nhà”, tiếp cáp sợi quang tới hộp đường phố của VDSL (sợi quang tới cáp đồng) và tiếp cáp sợi quang tới hộp đường phố toàn quang Các hệ thống PON Ethernet (EPON) hiện tại có thể hoạt động cao tới 1 Gbit/s trên các cự li tới 20 km, phân phát băng thông cao hơn 40 lần so với băng thông mà ADSL+ có thể đạt được tại cự li 1 km. Chẳng bao lâu nữa, các hệ thống EPON sẽ cung cấp bộ chia tách 2,5 Gbit/s giữa 64 người dùng (mặc dù 32 người dùng là thích hợp hơn). Ngay cả với băng thông EPON dùng chung giữa 64 người dùng thì băng thông được chào mời cho khách hàng FTTH có thể vượt khá xa cái mà các dịch vụ cáp hoặc ADSL2+ có thể đạt được trên một vùng bao phủ tròn 20 km. Ngoài ra, PON Ghép kênh Chia theo Bước sóng (WDM PON) hiện đang được triển khai. Bằng việc đem một kênh cáp quang duy nhất tới mỗi thuê bao (loại bỏ việc dùng chung băng thông), công nghệ này sẽ tiếp tục tăng băng thông mà các hệ thống PON có thể cung cấp. Như vậy, cáp sợi quang, đóng vai trò một phương tiện truyền thông, cung cấp băng thông gần như vô hạn trên các cự li lớn hơn nhiều so với tất cả các đối thủ cạnh tranh là điều không còn phải nghi ngờ.