Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTX

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx

1.1 Giới thiệu chương

Chương này cho ta cái nhìn khái quát về sự ra đời, tình hình phát triển của mạng FTTx trên thế giới và tại Việt Nam cũng như những ứng dụng thực tiễn của mạng FTTx.

1.2 Nguồn gốc sự ra đời của mạng FTTx

Ngày càng nhiều dịch vụ truy cập băng rộng ra đời mà băng thông của các loại hình dịch vụ đó là rất lớn. Bảng 1.1 cho ta thấy nhu cầu về băng thông cho một số loại hình dịch vụ như vậy.

Bảng 0.1 Yêu cầu băng thông đối với một số loại hình dịch vụ

Service

Bandwidth (downstream)
Broadcast TV (MPEG 2)	2 - 6 Mbps
HDTV (MPEG 4)	6 - 12 Mbps
High speed internet	3 - 10 Mbps
Video Conferencing	300 - 570 Kbps
Voice/Video Telephony	64 - 570 Kbps
VoD	2 - 6 Mbps

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 90 trang tài liệu này.

Tính đến thời điểm tháng 9/2008 số thuê bao băng rộng ở nước ta vượt 1,8 triệu thuê bao. So với năm 2007 số lượng thuê bao tăng thêm khoảng 50%. Tốc độ tăng chậm một phần do ảnh hưởng của suy thoái kinh tế. Trong các năm sau tốc độ tăng trưởng sẽ tương đương và thậm chí là nhanh hơn bởi nền kinh tế ổn định và phát triển.

Biểu đồ Hình 1.1 dưới đây cho biết về tốc độ tăng trưởng thuê bao Internet tại Việt Nam tính từ năm 2008 đến năm 2012. Qua biểu đồ này, ta có thể thấy thị phần của thị trường Internet băng thông rộng sẽ tăng dần so với thị phần Internet chung và sẽ đạt mức tối đa 10% thị phần vào năm 2012.

Hình 1.1 Dự báo tăng trưởng Internet tại Việt Nam (nguồn CMC Telecom)

Tốc độ tăng số lượng người dùng Internet, cũng như số lượng thuê bao quy đổi tại Việt Nam đang dần đi vào ổn định ở mức 10 – 30%. Số lượng người gia tăng do tác động của hội nhập, phát triển và do tác động của công nghệ với mục tiêu ngày càng tạo điều kiện thuận lợi hơn cho người sử dụng với tốc độ ngày một cao. Trong sự phát triển đó thì một phần là sự chuyển đổi của người sử dụng Internet từ công nghệ cũ (dial up) sang các công nghệ mới (đặc biệt là ADSL). Minh chứng là tốc độ tăng thuê bao quy đổi khá ổn định khoảng 30%/năm nhưng tốc độ tăng thuê bao băng rộng trong suốt mấy năm qua luôn ở mức trên 200% năm.

Năng lực kết nối của các ISP ra quốc tế có tốc độ tăng nhanh qua các năm, ở mức trên 90% năm, điều đó chứng tỏ nhu cầu gia tăng cả về chất lượng cũng như số lượng người sử dụng Internet. Mạng Internet đường trục của Việt Nam thường được thiết kế với 3 port Internet đặt tại 3 miền, có hệ thống cáp biển và hệ thống cáp ngầm, chạy ring nhằm backup lẫn nhau khi có sự cố và chủ yếu vẫn kết nối với 3 điểm chính là Nhật Bản, Hồng Kông và Singapore thông qua chủ yếu hệ thống cáp quang biển. Đã có kết nối trung chuyển qua VNNIC và peering với nhau giữa các ISP nhằm tận dụng đường truyền và lưu lượng trong nước.

Rõ ràng, với yêu cầu bức thiết của thị trường viễn thông Việt Nam, các ISP đang ra sức tăng cường hạ tầng viễn thông mạng của mình để đáp ứng nhu cầu đó. Trên nền hạ tầng mạng như vậy có rất nhiều công nghệ truy nhập. Các công nghệ trong mạng truy nhập có thể được chia thành hai nhóm chính là:

Các công nghệ hữu tuyến:

 xDSL (Digital Subscriber Line): ADSL, HDSL, VDSL.. qua đường cáp đồng.

 FTTx: (FTTH, FTTB, FTTC, FTTN..) truy nhập băng rộng qua đường cáp

quang.

 Truy nhập băng rộng qua đường điện (Broadband over Power Line – BPL hay Power Line Communications – PLC).

Các công nghệ truy nhập vô tuyến:

 Truy nhập qua vệ tinh.

 Hệ thống truy nhập đa điểm nội hạt (LMDS – Local Multipoint Distribution System).

 WiFi, WiMAX.

 3G, HSPA.

Công nghệ xDSL: tận dụng hệ thống hạ tầng cáp điện thoại bằng đồng có sẵn để truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao, xDSL tách băng thông trên đường điện thoại thành hai: một phần nhỏ dành cho truyền âm thoại, phần lớn dành cho truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao. xDSL có nhiều biến thể như ADSL (Asymetric DSL), ADSL2, ADSL2+, VDSL (Very high bit-rate DSL), HDSL..

Cáp truyền hình: Truy nhập Internet tốc độ cao qua đường truyền hình cáp là mô hình lai ghép HFC (Hybrid Fiber Coaxial), tận dụng cơ sơ hạ tầng cáp quang và cáp đồng trục của mạng truyền hình cáp, cho phép kết nối Internet với tốc độ download tối đa lên tới 10Mbps và tốc độ upload lên tới 2Mbps cao hơn nhiều so với tốc độ đường ADSL (8 Mbps download, 600 Kbps upload). Mạng cáp CATV truyền thống chỉ truyền tải thông tin 1 chiều từ nhà cung cấp nội dung chương trình (các kênh TV) tới các thuê bao. Để sử dụng được Internet – loại hình thông tin hai chiều thì các nhà cung cấp truyền hình cáp cần phải đầu tư nâng cấp thiết bị để có

khả năng truyền tải thông tin theo chiều ngược lại từ phía đầu cuối khách hàng. Đồng thời cần có các kết nối ra Internet qua các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba. Điều này là một nhược điểm của phương án này vì cần chi phí triển khai, duy tu và bảo dưỡng cao.

WiFi: là công nghệ mạng nội bộ không dây (WLAN) dựa trên tiêu chuẩn IEEE

802.11. WiFi đã và đang được sử dụng rất rộng rãi ở các nơi công cộng. Tuy nhiên Wifi không thích hợp là công nghệ truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ vì khoảng cách bao phủ quá ngắn (dưới 100m). Với công nghệ Wi-Fi, các trạm đầu cuối truy nhập theo điểm truy cập (Access point) trên cơ sở ngẫu nhiên. Vì thế, trạm xa điểm truy cập dễ bị đứt kết nối hơn so với trạm ở gần. Điều này hạn chế việc triển khai những dịch vụ chất lượng cao như IPTV, VoIP...

WiMAX: là một công nghệ truy cập không dây băng rộng do diễn đàn WiMAX (WiMAX Forum) xây dựng và hướng đến cung cấp các dịch vụ từ cố định đến di động, nó cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp và DSL, đặc biệt hữu ích đối với các vùng không triển khai được công nghệ DSL. WiMAX có thể cung cấp tốc độ hàng chục Mbps tới người sử dụng và trong khoảng cách hàng chục km theo chuẩn IEEE 802.16, tầm hoạt động có thể lên tới 50 km đối với các trạm cố định, và 5 - 15km cho di động.

Tuy WiMAX có nhiều điểm ưu việt như vậy và có thể cạnh tranh với các xDSL cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu băng thông cỡ Gigabit tới người dùng. Việc triển khai công nghệ này cũng có những khó khăn nhất định. Mặt khác giá cả thiết bị đầu cuối hiện còn đắt, dải tần mà WiMAX sử dụng không tương thích tại mọi quốc gia. Mặt khác, quỹ băng tấn có hạn chỉ có thể cấp cho một số nhà khai thác. Ngoài ra WiMAX sử dụng sóng vô tuyến nên chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố môi trường.

Để đáp ứng được nhu cầu cấp thiết cho thị trường viễn thông về cả mặt tốc độ,

loại hình dịch vụ… , người ta nghĩ đến một công nghệ truy nhập mới FTTx.

1.3 Định nghĩa

FTTx (Fiber To The x) là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo từ các thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao. Trong đó, sợi quang có hoặc không được sử dụng trong tất cả các kết nối từ nhà cung cấp đến khách hàng. “x” được hiểu là một ký hiệu đại diện cho các loại hình mạng khác nhau như FTTH, FTTC, FTTB, FTTN... Do đó nó có thể thay thế cơ sở hạ tầng cáp đồng hiện tại như dây điện thoại, cáp đồng trục. Đây là một kiến trúc mạng tương đối mới và đang phát triển nhanh chóng bằng cách cung cấp băng thông lớn hơn cho người dùng. Hiện nay, công nghệ cáp quang có thể cung cấp đường truyền cân bằng lên tới tốc độ 100 Mbps.

1.4 Phân loại

1.4.1 Phân loại theo chiều dài cáp quang

Hình 1.2 Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang

Một cách tổng quan ta có thể nhìn thấy rõ sự phân loại hệ thống mạng FTTx thông qua Hình 1.2. Như trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB, FTTC, FTTN… Điểm khác nhau của các loại hình này là do chiều dài cáp quang từ thiết bị đầu cuối của ISP (OLT) đến các user. Nếu từ OLT đến ONU (thiết bị đầu cuối phía user) hoàn toàn là cáp quang thì người ta gọi là FTTH/FTTB.

 FTTH (Fiber To The Home): cáp quang chạy đến tận nhà thuê bao.

 FTTB (Fiber To The Building): giống như FTTH nhưng ở đây là kéo đến các

tòa nhà cao tầng.

 FTTC (Fiber To The Curb): cáp quang đến một khu vực dân cư. Lúc đó từ ONU đến thuê bao có thể sử dụng cáp đồng. Trong mô hình này, thiết bị đầu cuối phía người sử dụng được bố trí trong các cabin trên đường phố, dây nối tới các thuê bao vẫn là cáp đồng. FTTC cho phép san sẻ giá thành của một ONU cho một số thuê bao do đó nó có thể hạ thấp được giá thành lắp đặt ban đầu.

Ngoài ra còn có một số loại hình khác như là FTTE (Fiber To The Exchange),

FTTN (Fiber To The Node)…

1.4.2 Phân loại theo cấu hình

Cấu hình Point to Point: là kết nối điểm – điểm, có một kết nối thẳng từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng, mỗi sợi quang sẽ kết nối tới chỉ một khách hàng, nên cấu hình mạng tương đối đơn giản đồng thời do băng thông không bị chia sẻ, tốc độ đường truyền có thể lên rất cao. Quá trình truyền dẫn trên cấu trúc P2P cũng rất an toàn do toàn bộ quá trình được thực hiện chỉ trên một đường truyền vật lý, chỉ có các đầu cuối là phát và thu dữ liệu, không bị lẫn với các khách hàng khác. Tuy nhiên, cấu trúc này khó có thể phát triển cho quy mô rộng bởi giá thành đầu tư cho một khách hàng rất cao, hệ thống sẽ trở lên rất cồng kềnh, khó khăn trong vận hành và bảo dưỡng khi số lượng khách hàng tăng lên.

Cấu hình Point to Multipoints: kết nối điểm – đa điểm, một kết nối từ nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều khách hàng thông qua bộ chia splitter. Trong hệ thống này mỗi đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được chia sẻ sử dụng chung cho một số khách hàng. Sẽ có một đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý, tại đây đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng. Điều này làm giảm chi phí lắp đặt đường cáp quang và tránh cho hệ thống khi phát triển khỏi cồng kềnh.

1.5 Ưu nhược điểm mạng FTTx

1.5.1 Ưu điểm

Công nghệ FTTx sử dụng cáp quang nên nó có rất nhiều ưu điểm của hệ

thống quang nói chung.

Dung lượng lớn: Các sợi quang có khả năng truyền những lượng lớn thông tin. Với công nghệ hiện nay trên hai sợi quang có thể truyền được đồng thời 60.000 cuộc đàm thoại. Một cáp sợi quang (có đường kính > 2cm) có thể chứa được khoảng 200 sợi quang, dung lượng đường truyền lên tới 6.000.000 cuộc đàm thoại.

Tính cách điện: Cáp sợi quang làm bằng chất điện môi thích hợp không chứa vật dẫn điện và có thể cho phép cách điện hoàn toàn cho nhiều ứng dụng. Nó có thể loại bỏ được nhiễu gây bởi các dòng điện chạy vòng dưới đất hay những trường hợp nguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đường dây thông tin như sét hay những trục trặc về điện.

Tính bảo mật: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao. Một sợi quang không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường như sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang.

Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng: Do không chịu ảnh hưởng của hiện tượng fading và do có tuổi thọ cao nên yêu cầu về bảo dưỡng đối với hệ thống quang là ít hơn so với các hệ thống khác.

Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video. Các hệ thống này đều có thể tương thích với các chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, E1/T1, E2/T2, E3/T3, SONET/SDH, thoại 2/4 dây.

Tính mở rộng: Các hệ thống sợi quang được thiết kế thích hợp có thể dễ dàng được mở rộng khi cần thiết. Một hệ thống dùng cho tốc độ số liệu thấp, ví dụ E1/T1 (2,048 Mbps/1,544 Mbps) có thể được nâng cấp trở thành một hệ thống tốc độ số liệu cao hơn bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử. Hệ thống cáp sợi quang có thế vẫn được giữ nguyên như cũ.

Sự tái tạo tín hiệu: Công nghệ ngày nay cho phép thực hiện những đường truyền thông bằng cáp quang dài trên 70 km trước khi cần tái tạo tín hiệu, khoảng cách này còn có thể tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng các bộ khuếch đại laser.

Ngoài những ưu điểm trên của sợi quang nói chung, công nghệ FTTx còn có một số ưu điểm khác. Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độ download lên đến 10 Gbps, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+. Tốc độ truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc độ tải xuống. Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuống như nhau và cho phép tối đa là 10 Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàng trăm máy tính. Tốc độ đi Internet cam kết tối thiểu của FTTx ≥ 256 Kbps.

Bảng 1.2 So sánh giữa FTTx và ADSL

Yếu tố so sánh

ADSL	FTTx
Môi trường truyền tín hiệu	Cáp đồng	Cáp quang
Độ ổn định	Dễ bị suy hao do điện từ, thời tiết, chiều dài cáp…	Không bị ảnh hưởng
Bảo mật	Độ bảo mật thấp, dễ bị đánh cắp tín hiệu đường dây	Độ bảo mật cao, không thể đánh cắp tín hiệu trên đường truyền
Tốc độ truyền dẫn (Upload và download )	Bất đối xứng : Download > Upload Tốc độ tối đa là 20 Mbps	Cho phép cân bằng : Upload = download Tốc độ tối đa là 10 Gbps
Yếu tố so sánh	ADSL	FTTx
Khả năng đáp ứng dịch vụ băng rộng : Hosting server riêng, VPN, hội nghị truyền hình	Không phù hợp vì tốc độ thấp	Rất phù hợp vì tốc độ rất cao và có thể tùy biến tốc độ.