ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Phạm Thị Thanh (ỉiang
NGHIÊN c ú u XÂY d ụn g h ệ t h ố n g m ạn g
TRUY NHẬP INTERNET BẢNG RỘNG
QUA HẠ TẦNG MẠNG TRUYẾN h ìn h c á p
Ngành : Công nghệ thõng tin
Mả sò : LOI. 10
LUẬN VẦN THẠC sĩ
NGUỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS : Vũ Duy Lợi
Hà Nội- 2006
M Ụ C L Ụ C
CHƯƠNG 1 :TỚNG QUAN VÈ KÉT NỐI INTERNET BĂNG RỘNG TRÊN I1Ạ
TÀNG TRUYỀN HÌNH C Á P 8
1.1. Tổng quan về Internet băng rộng 8
1.2. Tồng quan về dịch vụ truy nhập Internet bàng rộng qua mạng Truyền hình
cáp 13
1.3. Phát triển kết nối Internet qua truyền hình cáp ờ một số nước
15
CHƯƠNG 2:K1ÉN TRÚC VẢ NGUYÊN TẤC HOẠT DỌNC INTERNET ọ r \
TRU YÊN HÌNH C Á P 18
2.1. Yêu cầu. nguyên tắc thiết kế hệ thống 18
2.2. Kiến trúc và nguyên tắc hoạt động 19
2.2.1 - M ạng cáp truyền hình 19
2.2.2 Phân mạng kết nối Internet 28
2.2.3 Các thiết bị kết nối tại đầu cuối thuc h ao
71
2.3. Các tiêu chuẩn truyền dẫn s ổ 33
TÊN BẢNG
Bảng 1.1 Bàng kê tình hình phát triển dịch vụ bflne rộnc khu vực Chrui Á TRD
Bảng 2.1 Bảng giá trị suy hao cùa cáp đông trục
Bảng 2.2
Bảng tóm tăt tôc độ di tân kênh hướng lên với điêu chê QPSK và
QAM
Bảng 3.1
Các tính năng cân đáp ứng của Core Svvitch
DANH SÁCH CÁC HÌNH sử DỤNG TRONG LUẬN VĂN
STT HÌNH
TÊN HÌNH VẼ
Hình 1.1
Satellite system diagram courtesy o f BT Openvvorld
Hình 2.1
Mạng truyền hình cáp có câu trúc hoàn toàn cáp đồng trục
Hình 2.2 Mạng truyền hình cáp HFC - Hình sao
Hình 2.3
Mạng truyền hình cáp Iirc - 1lình tròn kín
Hình 2.4
Kiên trúc tông thể của hệ thông mạng cung câp dịch vụ truy nhập
Internet qua HFC
Hình 2.5
Regional Cable Headend
Hình 2.6
Distribution Hub
Hỉnh 2.7 Home Environment
Hình 2.8
Business Environment
Hình 3.1
Kêt nôi tông thê mạng cáp HFC - VCTV
Intergrated Services
Digital Network
Mạng dịch vụ tích hợp số
ISP
Internet Service Provider Nhà cung câp dịch vụ truy cập Internet
ITU
International telegraph
Union
Liên minh viên thông quôc tê
IXP Internet Exchange
Provider
Nhà cung câp dịch vụ kêt nôi Internet
SONET
Synchronous Optical
NF.T work
Mạng quang đồng bộ
6
Cùng với việc ra đời hàng loạt các dịch vụ giá trị gia tăng trên ỉntermet,
các loại hình dịch vụ truy cập Internet tại Việt Nam cũng đã và đang được các
nhà cung cấp dịch vụ truv cập Internet (ISP) nghiên cứu, đưa vào triển khai
ngày một phong phú. Bên cạnh các dịch vụ tru\ cập Internet tru)ền thống nhu
Dial- up, thuê kênh trực tiếp, ISDN, Wifi, dịch vụ ADSL dược cung cấp ra
thị trường tại Việt Nam vào cuối năm 2003 đã được coi là một bước ngoặt
quan trọng trong chiến lược thúc đẩy Internet tại Việt Nam góp phần hoàn
thành kế hoạch phát triển Internet tại Việt Nam giai đoạn 2001- 2005. Đây có
thể được coi là một mô hình Internet băng rộng giá rẻ cung cấp đến tận nhà
đầu tiên phù hợp với điều kiện thực tể tại Việt Nam.
về mặt lý thuyết, việc truy cập Internet có thể thực hiện dược qua nhiều
hạ tầng vật lý khác nhau. Tại Việt Nam, hiện tại đường cáp điện thoại đã được
tận dụng triệt đê vào việc sư dụng các kênh kểt nôi truy nhập Internet, đường
- Chương III: Thiết kế thực hiện mô hình ISP cung cấp Internet qua
mạng Truyền hình cáp.
Đâv là chươne trọns tâm nehiên cứu và xây dựng một hệ thốna thừ
nghiệm cung cấp dịch vụ trên hạ tầng mạng cáp truyền hình thực tế .
- Kết luận: Tóm tắt nội dung Luận văn, các đề xuất hướng nghiên cứu
tiếp theo cho Luận văn.
8
CHƯƠNG 1
TỐNG QUAN VẺ KÉT NÓt INTERNET BẢNG RỌNG TRÊN
HA TÀNG TRUYỀN HÌNH CÁP
1.1. Tổng quan về Internet băng rộng.
Internet băna thôn« rộn2 thườno đirợc cọi nsần cọn *lRrondhnnd
Internet" hoặc ‘kBroadband” là dịch vụ truy cập, kết nối Internet với các công
nghệ truyền dữ liệu với tốc độ cao. Do các đặc điểm nổi trội, loại hình dịch vụ
này đã trở thành một thị tnrờng phát triển rất nhanh ở trên thế giới từ đầu
những năm 2000. Hiện nay, nhu cầu sử dụng Internet băng rộne, đans trờ
thành xu thế chung trên toàn thế giới. Nếu như đầu năm 2003, trên thế giới có
khoảng 63 triệu thuê bao Internet băng rộng (trong đó 37 triệu thuê bao
xDSL) thì đến tháng 6 năm 2004, số thuê bao xDSL đã là 78 triệu. Phần lớn
các thuê bao băng rộng sử dụng tốc độ từ 256Kbps dến lOOMbps. Ket quà
nghiên cứu cho thấy, băng rộng dã trơ thành dịch vụ chu đạo ơ Mỹ và cứ 5 hộ
gia dinh thì có 1 hộ sử dụng các kết nối tốc độ cao đê truy cập Internet. Ke từ
thời điểm cuối năm 2004, con số 27 triệu thuê bao sử dụng đạt được do các
doanh nghiệp và hộ gia đình dã tạo cho dịch vụ bãng rộng trở thành xu hướng
chù đạo vào thời điểm này đổ tiếp tục phát triển nhanh chóng tro n g giai Joạn
hiện nay.
Broadband Internet thường được RỌÌ là Internet tốc độ cao bởi vì nó
thường xuyên duv trì dược tốc độ truyền dữ liệu ở mức cao. Nhìn chung, bât
kỳ một kết nối nào đến neười dùng có tốc độ 2?6kbps hoặc lớn hơn thì đươc
gọi là Internet băng rộng. Theo Ban Tiêu chuẩn viễn thông của ITU (ITƯ-T)
dộng, hơn.
- Cho phép truyền file văn bản hoặc hình ảnh lớn ờ tốc độ cao.
- Giúp truy cập nhanh đến các trang Web, kể cả các trang có nhiều hình
ảnh, âm thanh mà thône thường trong các kết nối Dial-up thực hiện rất chậm.
- Triên khai các loại hình dịch vụ mới như nghe nhạc, xem phim, đăng
ký bản tin phát trên mạng theo yêu cầu.
Như vậy, có thể nói hầu hết các kết nối Internet tốc độ cao đều được
gọi là broadband. Tuy nhiên thực tế thuật ngừ broadband chủ yếu đề cập đến
3 loại kết nối: xDSL, cáp quang và vệ tinh. Chíing đều có đặc điểm chung là
kết nối tốc độ cao và cung cấp cho người dùng dịch vụ “always online".
Kết nổi băng rộng xDSL và cáp sử dụng dường điện thoại hoặc dây cáp
truyền hình đã có sằn ở gia đình để truyền Internet với tốc dộ cao. Khi tải dữ
liệu về hoặc gửi dừ liệu lên máy chù không làm ảnh hường đến việc gọi điện
thoại hoặc xem truyền hình.
* DSL: Trong thời kỳ đầu, dưừng điện thoại được lắp đặt cho các cuộc đàm
thoại qua tiếng nói, nó chi chiếm một dải nhò và hẹp của dài tần sổ ở phía
thấp và cuối cùa trải phổ (giữa 0 và 3400Hz). Hơn nữa, đường dây đồns có
khả năng truyền tín hiệu Ư tần số cao hơn. Điều nà) co nghĩa ràng, bàng cách
gửi tín hiệu dữ liệu qua tần số cao hơn, đàm thoại qua tiếng nói có thể vẫn
không bị ảnh hưởng ở tần số thấp. Một ví dụ đơn giản là các làn đường trên
đường quốc lộ. Đàm thoại giống như người lái xe ở bên phải làn đường của
mình, trong khi việc truyền dữ liệu sions như việc vận tải ở hên trái của làn
đường miễn là xe tải đi đúng phần đường của mình, nsười và hàng hoá sẽ đến
được nơi cần đến.
- Lợi ích cùa DSL:
+ DSL luôn liên tục và không có tín hiệu bận.
11
+ Tốc độ DSL cao hơn nhiều dial- up (cỏ thể lên tới 1.5Mbps so với
56kbps cùa dail-up).
+ DSL không cần phải thêm đường dây khi làm việc
Hình 1.1: Satellite system diagram courtesy
of BT Openworld
* So sánh khá nâng áp dụng các loại hình Internet bãng rộng:
- Kết nối DSL, là thích hợp nhất ở những vùng trong thành phố, gần trung tâm
bởi người dùng đã có sẵn đường thuê bao của họ.
- Kết nối cáp modem thích hợp cho những vùng trong thành phổ, gần trung
tâm và cả các vùng nông thôn, xa thành phố vi cáp modem chỉ bị ảnh hưởng
bởi khoảng cách ở một số khu vực
- Kết nối vệ tinh, thích hợp cho tất cả các vùng nhưng đặc biệt phát huy tác
dụng ở các vùng nông thôn, xa thành phố vì vệ tinh không bị ảnh hưởng bời
khoáng cách trong khi DSL có thể.
13
1.2. Tổng quan về dịch vụ truy nhập Internet băng rộng qua mạng
Truyền hình cáp
Dịch vụ Cabỉe Modem là gì?
Cable Modem là loại hình dịch vụ truy cập Internet băne thône rộne.
kết nối 24/24 ("Always-ON"). dựa trên những công nghệ mới nhàm tăng
cường năng lực hạ tầng cơ sở sẵn có của mạng truyền hình cáp hữu tuyến sử
dụng cáp quane và cáp đồng trục (HFC). Mạng cáp truyền hình (CATV)
truyền thốne như trước đây chỉ chuyển tài thông tin 1 chiều từ nhà cung cấp
nội dung chương trình (các kênh truyền hình) tới các thuê bao. Đê sứ dụng
được Internet là loại thông tin có đặc tính cần sự trao đối 2 chiều thi ngoài
việc cần có kết nối với một hay nhiều nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP)
dịch vụ này đòi hỏi phải có sự nâng cấp mạng lưới và hạ tầne thiết bị sằn có
để có khả năng chuyển tài những thông tin theo chiều ngược lại (từ phía đầu
cuối thuê bao đến ISP). Điều đó có nghĩa ràng, cũng giống như các dịch vụ
Internet băng thông rộng khác (xDSL chẳng hạn) không phải lập tức tất cả các
thuê bao trên toàn mạng CATV đều có khả năng dáp ứng thêm yêu cầu dịch
vụ Cable Mođem mà cần phải qua một giai đoạn quá độ nhất định để các nhà
khai thác hoàn chỉnh và mở rộng dần mạng lưới và địa bàn phục vụ.
liên kết logic) của hệ thống kết nối mở trong mô hình tham chiếu OSI. Các
giao Ihức ở tầng 3 (tầng mạng) như giao thức điều khiển lưu lượng IP có thể
được phân phát qua các trạm Cable Modem đến người sử dụng cuối và nhờ
vậy mà ta có thể sử dụng được mạng cáp truyền hình cho việc truy cập
Internet.
15
1.3. Phát triển kết nối Internet qua truyền hình cáp ở một số mrớc.
Nhàm triệt để khai thác hạ tầng truyền dần cáp truyền hình, kể từ khi
mạng Internet ra đời, các nhà cung cấp dịch vụ truyền hỉnh cáp đã sớm nghiên
cứu và triển khai cung cấp dịch vụ truy cập Internet băng rộng qua mạng
truyền hình cáp. Với các lợi thế về hạ tầng mạng truyền dẫn cáp quang, cáp
đồng trục, ghép lai cáp quang - đồng trục (HFC) được triên khai đến tận từng
hộ gia đình, dịch vụ truy cập Internet băng rộng này đã nhanh chóng chiếm
lĩnh được thị trường và khẳng định được vị thế so với các dịch vụ truy cập
Internet khác bởi tốc độ cao và sự ổn dịnh. Qua một thời gian ngan triển khai,
truy cập Internet bảng thông rộng qua cáp iru>ên hình nà) dà iro ihành mội
dịch vụ phố biến và chiếm số lượng lớn thuê bao Internet tại các nước Châu
Mỹ, Châu Âu và một số nước Châu Á.
Nếu xét chung về các dịch vụ băng thông rộng, tốc độ tăng trường cùa
các dịch vụ Internet hăng rộng trên thế eiới rất nhanh. Chỉ tính riêne đến cuối
năm 2003, Internet băng rộng đã đạt tới con số 100.8 triệu thuê bao, tăng
26.6% so với thời điểm giữa năm 2003 (79.6 triệu) và trong các năm 2004,
2005 số lượng thuê bao vẫn tiếp tục tăng trường theo mức bình quân là
150%/năm.
Trong tông sổ thuê bao băng rộng tăng thêm hàng năm, khu vực Châu
Á Thái Bình Dương chiếm đến 44% và chi riêng Trung Quốc đà chiếm tới
xấp xi 60% tổng số thuê bao của khu vực.
16
Bảng I. ỉ: Bảng kê tình hình phát triến dịch vụ băng rộng khu vực
Châu Ả - TBD
Australia
288
215 504
467 281) 747
Ố2.u% JU.1%
48.4%
China
5793
2214 8007
1 1143
2400
13543 92.4% 8.4% 69.1%
Hong
Kong
629
478
1107 690 541
1231
9.7%
13.2% 11.2%
India
30
33
63 45 37 82 50.0%
12.1%
30.2%
Japan
8257 2682
10939
10272 3369 13641 24.4%
28.6%
(Nguồn: ©Point Topic Ltd, 2004)
Tại Châu Á, dịch vụ này đã và đang được triển khai tại một số nước
như Hồng Kông, Nhật Bản, Hàn Quốc, Riêng tại Hồng Kông, Công ty
Truyền hình cáp iCable đã xây dựng hệ thống truyền hình cáp với dung lượng
17
1.8 triệu thuê bao, đến nay dã dạt dược 780.000 thuê bao, số thuê bao truyền
hình cáp có đăng ký sừ dụng truy cập Internet băng rộng qua Cable Modem
hiện đã là 280.000 thuê bao.
Theo thống kê, số lượng các thuê bao sử dụng công nghệ băng thông
rộng (thế hệ thứ 3) tính tới thời điểm này đã đạt tổng số 62 triệu thuê bao. Sự
phát triển rộne rãi nhất là tại Hàn Quốc, nơi mà hơn 21% dân số, tương đươne
94% trong tons số 10.8 triệu thuê bao Internet cùa dất nước này được kết nối
qua băng thông rộng. Hồng Rông là nươc dưng thư 2 với 15% dàn số sư dụng
băng thông rộng, chiếm tới 43% trong tổng số 2,4 triệu thuê bao Internet và
dứng thứ ba là Canada với trên 11% dân số sử dụng Internet băng rộng.
Theo ITU, hiện Nhật Bàn là quốc gia đưa ra dược các dịch vụ qua băng
thôns rộng với mức giá rẻ nhất và tốc độ truy cập nhanh nhất. Tốc độ truy cập
và tải thông tin từ trên mạng xuống tại Nhật Bản nhanh hơn tại Mv 35 lần. So
sánh của 1TU được dựa trên cơ sờ thời gian hao phí để truy cập và tài từ trên
mạng xuống máy tính của người sử dụng cùng một nội dung thông tin, ví dụ
như một bộ phim, hay là một trỏ chơi trên máy tính dược tải về từ một Web
site đa phương tiện trên mạng.
Tại nước Pháp - nơi mà nhà cung cấp độc quyền từ trước đến nay là
hãng France Telecom vần chi phối toàn bộ hoạt động kinh doanh viễn thông,
các dịch vụ qua băng thông rộng đẳt hơn gấp 100 lần so với ở Nhật Bản.
Chính vì các lý do dỏ mà các nước náy dang úch cực ihuc dày phai
triển loại hình dịch vụ Internet băng rộng qua truyền hình cáp để nhàm giảm
bớt chi phí, hạ giá thành cho các thuê bao. Đây là một xu thế chung khi và
cũng là một nhân tố thúc đẩy dịch vụ Internet băng rộng qua truyền hình cáp
Trong hệ thons cáp truyền hình, mồi kênh truyền hình được dành cho 6
MHz với tổng so bandwidth của đường truyền. Khi kết nối Internet thì dừ liệu
từ máy chủ gửi về máy tính (downstream) nằm gọn trong một kênh 6MHz
nào dỏ còn dừ liệu từ má) tinh gửi lcn cho má) chù (upstream) ilii dù cần
một kênh khoảng 2MHz. Và như vậy về mặt nguyên tắc, để truyền dừ liệu
downstream, upstream này dồng thời trone. một đường cáp. thiết kế hệ thốne
sẽ cần phải có 2 thiết bị, đó là Cable Modem tại đầu cuối thuê bao cùa từng
hộ gia dinh và Cable Modem Termination System (CMTS) ở phía nhà cung
cấp dịch vụ.
2.2. Kiến trúc và nguyên tắc hoạt động
Như đã trình bày ờ trên, bản chất của việc xây dựng một hệ thổng mạng
cung cap Internet băng rộng qua 1 ruyền hinh cáp chính là việc tích hợp thêm
các giải pháp kỹ thuật và thiết bị phục vụ cho việc truyền tải Internet vào hạ
tầng mạng cáp truyền hình sẵn có. Như vậy mô hình chung của kiến trúc
mạng sẽ phải xét đến bao gồm hai phần:
- Phân mạng cáp truyền hình săn có.
- Phân mạng tích hợp phục vụ cho việc kết nối ra Internet.
2.2.1- Mạng cáp truyền hình
Trên thực tế, tùy theo khả năng đầu tư cùa các hâns cuna cấp truvền
hình cáp (các Đài truyền hinh như mò hinh cua Việi Namj, cảu iruc mạng
cung cấp dịch vụ truvền hình cáp của các hãng có thể được xây dựng theo một
trong 3 mô hình sau đây:
20
r \
Mạng có câu trúc hoàn toàn cáp đông trục:
HeadEnd
Rò chia chính
Khuyếch đại đồng
trục
Bộ trích TH
tiêu thụ của mạng cũng tăng. Dưới đây là bảng giá trị suy hao của cáp dồng
trục ở các tần số khác nhau (dơn vị dB/100m):
Bang 2.1: Bang giá trị suy hao cua cáp dông trục
Tân sô
(MHz)
Đường kính cáp (cm)
0.5 0.75 0.875
1
5
0.533 0.367
0.300
0.300
30
1.333
0.867 0.800
0.767
50
1.733 1.167
1.067
1.000
110
2.500 1.733
1.567 1.467
150
3.000 2.066 1.833 1.733
180
3.333 2.266
2.000 1.966
250
4.000 2.700 2.400
truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuếch đại và các thiết bị ghép
nguồn cho chúng. Các thiết bị này nằm rải rác trên mạng, vì thế việc định vị,
sửa chừa và khắc phục chúng không thể thực hiện nhanh được, làm ảnh
hường đến chất lượng phục vụ người dùng.
- Đối với mạng hai chiều, các bộ khuéch dại can tich hựp phàn tư khuểch dại
cho tín hiệu ngược dòng, tức là số phần tử tích cực trên mạng tăng lên dẫn
đến độ ổn định cùa mạng aiảm.
* Mạng kết hợp cáp quang và cóp đồng trục (H F C - H ybrid Fib er Coaxial):
Kiến trúc mạng cáp truyền hình hiện tại thường được thiết kế là một hệ
thống mạng lai MFC (Hybrid Fiber Coax), sử dụng đồng thời cáp quang và
cáp đồng trục để truyền dần tín hiệu. Việc truyền tín hiệu được chia làm hai
giai đoạn. Giai đoạn 1: tín hiệu đi từ trung tâm đến các nút quans sử dụna cáp
23
quang. Giai doạn 2: tín hiệu đi từ nút quang đến thuê bao sử dụng cáp đồne
trục.
Mạng HFC có thể được triển khai theo nhiều cấp độ tuý theo quy mô
của mạng.
Với quy mô nhỏ có thể sử dụng sơ đồ hình sao như dưới đây. Theo đó,
các đường quang toa ra từ trung tâm theo hình sao. Phản mạng tư trung lam
đến các nút quang gọi là mạng phân phối (Distribution Segment); phần mạng
từ nút quang đến thuê bao gọi là mạng truy nhập (Access Segment). Hình sao
có ưu điểm là dơn giản, dẽ thiết kế và thi cône.
CHÙ GIẢI
HeadEnd
Bộ chia
đổng irục
/ Nút quang
Thuê bao
■
# .
o
HEAD END
▲
Mạng phân
phối
Mạng truy nhập
FIBER NODE
Hình 2.3: Mạng truyên hình cáp HFC - Hình tròn kín.
Mạng phân phối bao gồm hệ thống cáp quang, các HUB thứ cấp và các
nút quang (Opticaỉ Node). Tại các nút quang, tín hiệu quang từ HUB được
chuyển thành tín hiệu RF sau đó dần đến thuê bao và ngược lại.
25
Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị chia tách
và các khuếch đại cao tần có nhiệm vụ truyền tải tín hiệu cao tần giữa nút
quano và thuê bao.
Như đã phân tích trong phần mạne. có cấu trúc hoàn toàn cáp dồng trục,
việc sử dụng các phần tử tích cực trong mạng truy nhập có nhiều điểm không
tốt. Ngày nay, xu hướng trên thể giới đang chuyển dần sang sử dụng mạng
truy nhập thụ độns. Theo dó không sử dụng bất cứ phần tử tích cực nào.
Không sứ dụng các bộ khuếch dại cao tân mà chí sư dụng các thiêt bị chia
tách tín hiệu thụ động. Một mạng HFC chỉ sử dụng các phần tử thụ dộng dược
gọi là mạng HFC thụ động hay 11FPC (Hybrid Fiber Passive Coaxaỉ).
Ưu điểm
- Sừ dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ có được các ưu diêm
vượt trội cùa cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác: dài thông
cực lớn, suy hao tín hiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hoá và ăn mòn
hoá hợc tốt.
- Với công nghệ sàn xuất hiện đại ngày nav, các sợi quang cho phép truyền
các tín hiệu có tần số lên dến hàng trăm Tetra Hezt (1014-1015Hz). Đây là dài
thông tín hiệu vô cùng lớn, có thể đáp ứng mọi yêu cầu về dải thông dường
chưa đủ lớn dẫn đến việc lãng phí dải thôns.
- Một điều quan trọng nữa là hiện nay các thiết bị đầu cuối truyền hình
cáp tại thuê bao hoàn toàn không có đầu vào quang, vì vậy muốn thu được
Copyright: Tài liệu đại học ©