Đang tải... (xem toàn văn)
ADSL vs ADSL2
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG 1 --------------------------------- Bài giảng MẠNG VÀ CÁC CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP Biên soạn: Ths. Dương Thị Thanh Tú Hà nội, tháng 06 năm 2010 Bài giảng: “Mạng và các công nghệ truy nhập” Lời nói đầu Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông i LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng “Mạng và các công nghệ truy nhập” được biên soạn theo đề cương của Học viện công nghệ bưu chính viễn thông phê duyệt năm 2010 dành cho sinh viên năm thứ 4 hệ đào tạo chính qui, ngành điện tử viễn thông. Nội dung của cuốn bài giảng được biên soạn dựa trên sự tham khảo tài liệu giảng dạy “Mạng truy nhập” dùng cho sinh viên hệ chính qui nghiệm thu tháng 12/2008 và các bài giảng, tài liệu học tập của Học viện được biên soạn từ năm 2003 đến nay cũng như kinh nghiệm giảng dạy của tác giả. Giống như công nghệ viễn thông, công nghệ truy nhập trong những năm gần đây có những sự phát triển mạnh mẽ và đa dạng. Cuốn bài giảng không đi sâu vào giới thiệu hết các công nghệ truy nhập đã và đang phát triển hiện nay mà cố gắng trình bầy rõ ràng, mạch lạc, súc tích những vấn đề nền tảng trong công nghệ truy nhập cũng như giới thiệu một số công nghệ cốt lõi, có sức phát triển và khả năng cạnh tranh trong thị trường viễn thông. Nội dung của cuốn bài giảng bao gồm 4 chương, tương ứng với 5 đvht (75 tiết). Chương I: Giới thiệu chung về mạng truy nhập sẽ đưa ra khái niệm về mạng truy nhập và tổng quan về các công nghệ truy nhập. Chương này nhằm mục đích khoanh vùng nội dung tìm hiểu của học phần với xuất phát điểm là định nghĩa của mạng NGN và định nghĩa về mạng truy nhập của ITU-T. Chương II: Những kỹ thuật cơ sở trong công nghệ truy nhập đưa ra những kỹ thuật cơ sở được dùng trong các công nghệ truy nhập như kỹ thuật giảm thiểu tác động của nhiễu, kỹ thuật đa truy nhập và vấn đề bảo mật. Chương III: Các công nghệ truy nhập sẽ trình bày các đặc điểm kỹ thuật của các công nghệ truy nhập thông dụng theo các nhóm tương ứng với môi trường vật lý mà chúng sử dụng (có dây, không dây, môi trường quang, môi trường cáp đồng, phục vụ trong phạm vi mạng PAN, LAN, MAN hay WAN) Chương IV: Thiết kế mạng truy nhập. Giới thiệu các bài toán thiết kế mạng truy nhập tương ứng với một số công nghệ truy nhập đã được trình bầy trong chương 3 như truy nhập cáp đồng truyền thống, ADSL, CM và truy nhập quang. Trong thực tế một phương thức truy nhập cụ thể thường là một tổ hợp các giải pháp công nghệ truy nhập khác nhau. Bằng việc liệt kê nêu đặc điểm và đánh giá từng công nghệ cũng như từng nhóm công nghệ, tác giả hi vọng rằng cuốn tài liệu sẽ cung cấp được một góc nhìn đầy đủ về kiến trúc của mạng truy nhập cũng như những công nghệ được áp dụng trong mạng truy nhập. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do thời gian và trình độ có hạn, nội dung của cuốn bài giảng không thể tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý Bài giảng: “Mạng và các công nghệ truy nhập” Lời nói đầu Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông ii kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp để tiếp tục chỉnh sửa và hoàn thiện cuốn tài liệu. Hà nội, tháng 06 năm 2010 Dương Thị Thanh Tú Bài giảng: “Mạng và các công nghệ truy nhập” Mục lục Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông iii MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC iii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG TRUY NHẬP 1 1.1 Mạng truy nhập 1 1.1.1 Khái niệm và định nghĩa 1 1.1.2 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập 3 1.1.2.1 Tổng đài phân tán RLC 3 1.1.2.2 Bộ cung cấp vòng thuê bao số DLC 1.1.2.3 Thiết bị truy nhập IP 4 9 1.2 Truy nhập trong mạng thế hệ sau NGN 10 1.2.1 Mạng thế hệ sau NGN 1.2.2 Truy nhập trong NGN 10 12 1.3 Công nghệ truy nhập 13 1.3.1 Phân loại 1.3.2 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập 13 15 CHƯƠNG 2: NHỮNG KỸ THUẬT CƠ SỞ 18 2.1 Kỹ thuật giảm thiểu tác động của nhiễu 18 2.1.1 Kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi 18 2.1.1.1 Mã khối tuyến tính 2.1.1.2 Mã xoắn 2.1.1.3 Mã Reed Solomon (RS) 2.1.1.4 Mã Turbo 2.1.1.5 Mã LCPC 18 22 28 29 31 2.1.2 Kỹ thuật đan xen 34 2.2 Kỹ thuật đa truy nhập 36 2.2.1 Đa truy nhập dự đoán sóng mang CSMA 2.2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 2.2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 2.2.4 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 2.2.5 Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA 2.2.6 Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA 2.2.7 Đa truy nhập phân chia theo đan xen IDMA 36 38 39 39 40 41 42 2.3 Bảo mật 42 2.3.1 Giao thức mật mã khoá bí mật 43 Bài giảng: “Mạng và các công nghệ truy nhập” Mục lục Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông iv 2.3.2 Giao thức mật mã khoá công cộng 2.3.3 Xác thực 2.3.4 Chữ ký số 44 45 47 CHƯƠNG 3: CÁC CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP 48 3.1 Công nghệ truy nhập truyền thống 48 3.1.1 Modem băng tần thoại 3.1.2 ISDN 3.1.3 Giao diện V5.x 48 51 52 3.1.3.1 Khái niệm 3.1.3.2 Phân loại 3.1.3.3 Chức năng 52 53 55 3.2 Công nghệ xDSL 57 3.2.1 Giới thiệu chung về xDSL 3.2.2 Công nghệ ADSL 57 59 3.2.2.1 Kiến trúc hệ thống 3.2.2.2 Kỹ thuật điều chế đa tần rời rạc DMT 3.2.2.3 Kỹ thuật truyền dẫn song công 3.2.2.4 Cấu trúc bộ thu phát ADSL-DMT 3.2.2.5 Cấu trúc khung và siêu khung 3.2.2.6 Chế độ truyền tải 60 62 63 64 67 68 3.2.3 ADSL2 69 3.2.3.1 Các tính năng liên quan đến ứng dụng 3.2.3.2 Các tính năng liên quan đến PMS-TC 3.2.3.3 Các tính năng liên quan đến PMD 69 70 70 3.2.4 ADSL2+ 71 3.3 Công nghệ PLC 74 3.3.1 Khái niệm 3.3.2 Phân loại 3.3.3 Cấu trúc mạng PLC 3.3.4 Một số đặc tính của mạng PLC 74 74 77 79 3.4 Công nghệ CM 80 3.4.1 Cấu trúc mạng CATV 80 3.4.1.1 Hệ thống trung tâm Headend 3.4.1.2 Mạng truyền dẫn và phân phối 3.4.1.3 Mạng truy nhập 81 81 82 3.4.2 Các thành phần của hệ thống CM 3.4.3 Các chuẩn được sử dụng trong công nghệ CM 85 89 Bài giảng: “Mạng và các công nghệ truy nhập” Mục lục Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông v 3.5 Công nghệ truy nhập quang 90 3.5.1 Cấu hình và các thành phần mạng 3.5.2 Các kiến trúc cơ bản 90 94 3.5.2.1 FTTH 3.5.2.2 FTTB 3.5.2.3 FTTC 3.5.2.4 FTTCab/N 94 95 96 96 3.5.3 Công nghệ AON 97 3.5.3.1 Khái niệm 3.5.3.2 Các phương thức triển khai AON 97 98 3.5.4 Công nghệ PON 100 3.5.4.1 Khái niệm 3.5.4.2 Cấu hình PON 3.5.4.3 Các chuẩn PON 3.5.4.4 Các công nghệ PON 100 101 102 104 3.6 Truy nhập qua vệ tinh 108 3.6.1 Giới thiệu chung 3.6.2 Hệ thống VSAT 3.6.3 Hệ thống IP-IPSTAR 108 111 113 3.7 WLAN 115 3.7.1 Giới thiệu chung 3.7.2 Cấu hình mạng WLAN 3.7.3 Chuẩn công nghệ 3.7.4 Hệ thống thiết bị 115 118 119 120 3.8 Wimax 122 3.8.1 Giới thiệu chung 3.8.2 Chuẩn công nghệ 3.8.3 Cấu hình mạng 3.8.4 Hệ thống thiết bị 122 124 125 126 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP 128 4.1 Giới thiệu chung 4.2 Dự báo 128 129 4.2.1 Khái niệm và định nghĩa 4.2.2 Trình tự dự báo 4.2.3 Các mô hình dự báo 129 132 133 4.2.3.1 Mô hình đường cong phát triển 4.2.3.2 Mô hình kinh tế lượng 133 138 Bài giảng: “Mạng và các công nghệ truy nhập” Mục lục Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông vi 4.2.3.3 Mô hình kinh tế xã hội 139 4.3 Lựa chọn công nghệ 4.4 Thiết kế mạng thực tế 141 143 4.4.1 Thiết kế mạng truy nhập cáp đồng truyền thống 143 4.4.1.1 Giới thiệu chung 4.4.1.2 Phương án tối ưu thiết kế mạng truy nhập cáp đồng 4.4.1.3 Các phương pháp dự phòng phân bố cáp 143 146 150 4.4.2 Thiết kế mạng truy nhập ADSL 151 4.4.2.1 Giới thiệu chung 4.4.2.2 Thiết kế lưu lượng mạng ADSL 151 151 4.4.3 Thiết kế mạng CATV 154 4.4.3.1 Giới thiệu chung 4.4.3.2 Thiết kế mạng đồng trục xuôi chiều 4.4.3.3 Thiết kế mạng đồng trục ngược chiều 4.4.3.4 Thiết kế mạng quang 154 156 164 167 4.4.4 Thiết kế MANE 178 4.4.4.1 Giới thiệu chung 4.4.4.2 Nguyên tắc xây dựng mạng 4.4.4.3 Tính toán dung lượng đầu vào 4.4.4.4 Tính toán kích cỡ MAN 178 178 181 184 4.4.5 Thiết kế mạng truy nhập quang 186 4.4.5.1 Kịch bản và mô hình triển khai 4.4.5.2 Lựa chọn công nghệ 4.4.5.3 Nguyên tắc thiết kế mạng FTTx 4.4.5.4 Tính toán lượng cáp 186 187 188 188 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 191 TÀI LIỆU THAM KHẨO 198 Bài giảng: “Mạng và các công nghệ truy nhập” Chương1: “Giới thiệu chung về mạng truy nhập” Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 CHƯƠNG1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG TRUY NHẬP Nội dung của chương giới thiệu quan điểm truyền thống cũng như hiện đại về mạng truy nhập, các công nghệ truy nhập và sự phát triển của các hệ thống truy nhập. 1.1 Mạng truy nhập 1.1.1 Khái niệm và định nghĩa Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống. Theo quan điểm truyền thống, mạng truy nhập hay công trình ngoại vi là toàn bộ hệ thống thiết bị và đường truyền dẫn nằm giữa tống đài và thiết bị đầu cuối của khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn thiết bị và có kết nối trực tiếp đến thuê bao (hình 1.1). Như vậy, mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống là một trong các loại hình mạng phức tạp nhất trên thế giới, chứa đựng một khối lượng khổng lồ các đôi dây cáp đồng để kết nối từ tổng đài nội hạt đến các thuê bao. Hình 0.1: Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống Dịch vụ cơ bản do mạng truy nhập nhập truyền thống cung cấp là dịch vụ thoại truyền thống POTS (plain old telephone services). Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, mạng cáp đồng nội hạt ngày nay còn có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ như các dịch vụ thoại IP - VOIP (Voice over IP), dịch vụ xDSL băng rộng cũng như dịch vụ IPTV (Internet Protocol Television). Tuy nhiên, mạng truy nhập truyền thống bộc lộ khá nhiều nhược điểm như: − Hạn chế khả năng cung cấp các dịch vụ mới, đặc biệt là dịch vụ băng rộng. − Chi phí đầu tư lớn, lãng phí thiết bị. − Bán kính phục vụ nhỏ. Để khắc phục những nhược điểm trên của mạng truy nhập truyền thống, nhiều giải pháp ra đời. Ngoài các giải pháp nâng cao năng lực của mạng truy nhập truyền thống như dùng tổng đài phân tán RLC, dùng bộ cung cấp mạch vòng thuê bao số DLC, thay đổi đường kính cỡ cáp … còn xuất hiện các công nghệ truy nhập khác như truy nhập quang, truy nhập quang lai ghép đồng trục, truy nhập vô tuyến. Như vậy khái niệm mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống không còn đúng với tất cả các mạng truy nhập hiện nay. Tổng đài nội hạt MDF Tủ/ Hộp cáp Thuê bao Bài giảng: “Mạng và các công nghệ truy nhập” Chương1: “Giới thiệu chung về mạng truy nhập” Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông 2 Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T. Theo các khuyến nghị của ITU-T, mạng truy nhập hiện đại được định nghĩa như trên hình 1.2. Theo đó mạng truy nhập là một chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa giao diện nút dịch vụ (SNI) và giao diện người sử dụng - mạng (UNI). Mạng truy nhập chịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông. Giao diện điều khiển và quản lý mạng là Q3. Thiết bị đầu cuối của khách hàng được kết nối với mạng truy nhập qua UNI, còn mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN) thông qua SNI. Về nguyên tắc không có giới hạn nào về loại và dung lượng của UNI hay SNI. Mạng truy nhập và nút dịch vụ đều được kết nối với hệ thống mạng quản trị viễn thông (TMN) qua giao diện Q3. Hình 1.2: Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T Giao diện nút dịch vụ Là giao diện ở mặt cắt dịch vụ của mạng truy nhập. Kết nối với tổng đài SNI cung cấp cho thuê bao các dịch vụ cụ thể. Ví dụ tổng đài có thể kết nối với mạng truy nhập qua giao diện V5. Giao diện V5 cung cấp chuẩn chung kết nối thuê bao số tới tổng đài số nội hạt. Giải pháp này có thể mang lại hiệu quả cao do cho phép kết hợp hệ thống truyền dẫn thuê bao và tiết kiệm card thuê bao ở tổng đài. Hơn nữa phương thức kết nối này cũng thúc đẩy việc phát triển các dịch vụ băng rộng. Giao diện người sử dụng - mạng Đây là giao diện phía khách hàng của mạng truy nhập. UNI phải hỗ trợ nhiều dịch vụ khác nhau, như thoại tương tự, ISDN băng hẹp và băng rộng và dịch vụ leased line số hay tương tự . PSTN ISDN DDN NGN . POTS V.90,92 ISDN xDSL . Mạng truy nhập Q SNI – Giao diện nút dịch vụ UNI – Giao diện người sử dụng - mạng Thuê bao Thực thể mạng Bài giảng: “Mạng và các công nghệ truy nhập” Chương1: “Giới thiệu chung về mạng truy nhập” Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông 3 Giao diện quản lý Thiết bị mạng truy nhập phải cung cấp giao diện quản lý để có thể điều khiển một cách hiệu quả toàn bộ mạng truy nhập. Giao diện này cần phải phù hợp với giao thức Q3 để có thể truy nhập mạng TMN và hoàn toàn tương thích với các hệ thống quản lý mạng mà thiết bị do nhiều nhà sản xuất cung cấp. Hiện nay phần nhiều các nhà cung cấp thiết bị sử dụng giao diện quản lý của riêng mình thay vì dùng chuẩn Q3. 1.1.2 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập Với định nghĩa mạng truy nhập như trên để đạt được cấu trúc như mong muốn trên hình 1.6 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. Hình 1.3 cho chúng ta thấy mốc phát triển của các dòng thiết bị truy nhập trong mạng viễn thông với xuất phát điểm là mạng PSTN. Hình 1.3: Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập. 1.1.2.1. Tổng đài phân tán RLC . Giải pháp tổng đài phân tán thực chất là sử dụng các bộ tập trung đầu dây đầu xa RLC (Remote Line Concentrator). Thiết bị RLC có các giao tiếp riêng ở phía tổng đài như các tổng đài vệ tinh nhưng lại không có chức năng chuyển mạch. Năm 1890 Cáp đồng 1-2G DLC Năm 1970 V5 DLC Giữa thập kỷ 90 NGDLC Cuối thập kỷ 90 Truy nhập IP . ADSL 57 59 3.2.2.1 Kiến trúc hệ thống 3.2.2.2 Kỹ thuật điều chế đa tần rời rạc DMT 3.2.2.3 Kỹ thuật truyền dẫn song công 3.2.2.4 Cấu trúc bộ thu phát ADSL- DMT. trúc khung và siêu khung 3.2.2.6 Chế độ truyền tải 60 62 63 64 67 68 3.2.3 ADSL2 69 3.2.3.1 Các tính năng liên quan đến ứng dụng 3.2.3.2 Các tính năng