Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

1
Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ MẠNG THUÊ BAO NỘI HẠT

1.1 Sự phát triển của DSL

1.1.1 Xu hướng toàn cầu

Trong “muà đông hạt nhân” năm 2001 sau sự kiện ngày 9 tháng 11 thò trường viễn
thông đi xuống nhưng DSL vẫn phát triển mạnh và tăng 78%. DSL vào đầu năm 2002 đã
vươn lên dẫn đầu trong các phương pháp truy xuất tốc độ cao trên toàn thế giới đạt 18,7
triệu thuê (theo Point Topic) bao vượt qua mặt đối thủ truyền kiếp cable modem 15 triệu
thuê bao (theo Kinetic Strategies). Tuy nhiên, ở thò trường Bắc Mỹ thì số thuê bao DSL
vẫn còn thua xa số thuê bao cable modem. Số đường dây thuê bao số trên toàn thế giới
đã tăng 36% trong 6 tháng đầu năm 2002, từ 18,7 triệu lên đến 25,6 triệu. So ra thì đây
là sự sút giảm so với 6 tháng cuối năm 2001 khi tỷ lệ tăng trưởng đã là 78% với 8,2 triệu
đường dây mới được lắp đặt. Đây cũng là 6 tháng có tỷ lệ phát triển thấp nhất trong lòch
sử ngắn ngủi của DSL.
Hình 1.1 DSL đã tăng từ 880 000 đường dây năm 1999
lên 25,5 triệu đường dây vào cuối tháng 6 năm 2002

Hình 1.2 Phân bố DSL trên thế giới tính đến 30 tháng 6 năm 2002

Estonia đã có được mức độ phát triển tương đối. Hình 1.3 Tốc độ tăng trưởng từng vùng: tiềm năng châu Á – Thái Bình Dương
và Tây Âu vẫn mạnh mẽ nhất

Về tổng số đường dây thì Hàn Quốc vẫn dẫn đầu. Tuy nhiên, trong tương lai gần
có lẽ sẽ bò Hoa Kỳ hay cũng có thể là Nhật Bản qua mặt trong 12 tháng sắp tới. Hiện
nay, Nhật Bản, Mỹ và Đức đang phát triển nhanh hơn Hàn Quốc. Ba Tây cũng cho thấy
sự phát triển vượt bậc. Trong 10 quốc gia có tỷ lệ phát triển nhanh nhất trong 6 tháng
qua thì có đến 7 quốc gia Tây Âu khi chỉ thống kê các quốc gia có trên 100 000 đường
Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

3
dây DSL. Nga và Mễ Tây Cơ cũng có tỷ lệ phát triển cao nhưng con số đường dây lại ở
mức thấp.

Hình 1.4 Tổng số đường dây DSL của 10 quốc gia dẫn đầu thế giới

1.1.3 Tỷ lệ phổ biến DSL

Hàn Quốc vẫn dẫn đầu thế giới về số đường dây DSL trên 100 dân. Về con số
này thì Đài Loan đã qua mặt Hương Cảng và Đan Mạch qua mặt Gia Nã Đại. Ấn tượng
nhất là Nhật Bản chỉ trong vòng 18 tháng đã đi từ chỗ gần như số không đã phát triển
nhanh chóng và lọt vào “top ten” trên thế giới về số đường dây DSL trên 100 dân. Hình 1.5 10 quốc gia dẫn đầu về số đường dây
được lắp đặt mới trong 6 tháng đầu năm 2002


2002 Hàn Quốc có 3,3 triệu modem cáp đồng trục và 5,7 triệu đường dây DSL, tương
đương với 58 đường dây thông tin tốc độ cao trên 100 dân. Trong khi đó, số kết nối
Internet qua modem dial-up đã giảm xuống còn 520 ngàn hay 3 đường dây trên 100 dân.
Rõ ràng là sự phát triển thông tin tốc độ cao ở Hàn Quốc rất khó có thể tăng thêm.
Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

5

Hình 1.9 Tình hình phát triển của các cường quốc DSL

1.1.5 Nguyên nhân phát triển của DSL

Với công nghệ DSL thì các trở ngại kỹ thuật đã được khắc phục dần. Bên cạnh đó,
hạ tầng cơ sở pháp lý cho thông tin tốc độ cao ngày càng phát triển tuy có chậm nhưng
đã giảm bớt bất ổn trong đầu tư. Khả năng DSL ngày càng phong phú và càng có nhiều
phiên bản mới cho DSL như ADSL2 và Splitterless ADSL2 được ITU-T thông qua ở
khuyến nghò 992.3 và 992.4 vào tháng 7 năm 2002. Những phiên bản khác nhau của
DSL đáp ứng được từng nhu cầu cũng như từng điều kiện đường dây cụ thể.
Công nghệ DSL đáp ứng được yêu cầu của các dòch vụ đòi hỏi thời gian thực, tốc
độ cao như mua sắm trên mạng, chơi trò chơi trực tuyến, chat, giáo dục, lên kế hoạch đi
lại và xem video.

1.1.6 Triển vọng DSL

Trong các loại công nghệ truy xuất tốc độ cao thì DSL có tỷ lệ khách hàng là
doanh nghiệp cao nhất: 20%. Với số đường dây trên 1 tỷ của thế giới thì DSL chỉ chiếm
có hơn 2,5%. Dự báo đến cuối năm 2005 thì số đường dây DSL có thể đạt được đến con
số 200 triệu.

1.2 Mạng viễn thông hiện nay

Hình 1.10 Mạng điện thoại điển hình

1.2.2 Hạn chế của vòng thuê bao điện thoại hiện nay

DSL là công nghệ truy xuất và các thiết bò của DSL được sử dụng trên mạng truy
xuất nên phải đi từ mạng truy xuất nội hạt. Mạng truy xuất nội hạt bao gồm các vòng
thuê bao nội hạt và các thiết bò liên quan nối từ vò trí người sử dụng tới tổng đài. Mạng
truy xuất điển hình gồm các bó cáp mang hàng ngàn đôi cáp đến các tập điểm phối cáp
(FDI: Feeder Distribution Interface).
Nhiều thuê bao cách rất xa tổng đài và cần phải có vòng thuê bao rất dài. Một vấn
đề của vòng thuê bao dài là sự suy hao năng lượng của tín hiệu điện làm cho tín hiệu suy
yếu đi. Điều này cũng tương tự như tín hiệu vô tuyến, càng cách xa máy phát tín hiệu
càng suy hao và tỷ số tín hiệu trên nhiễu càng kém đi.
Các công ty điện thoại có 2 cách để xử lý các vòng thuê bao dài:
- Sử dụng các cuộn tải để sửa đổi đặc tính điện của vòng thuê bao cho phép
truyền dẫn thoại chất lượng tốt hơn qua những khoảng cách dài quá
Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

7
5400m. Khi đó các cuộn tải được đặt trên đường dây cách đều đặn 1800m
một cuộn.

Các cuộn tải không tương thích với các đặc tính tần số cao của truyền dẫn
DSL và phải được tháo dỡ trước khi cung cấp các dòch vụ dựa trên cơ sở
DSL. Mức độ sử dụng cáp có tải trong mạng truy xuất nội hạt của các công
ty điện thoại có thể khác nhau và thường thì khoảng 20% số vòng thuê bao
là có dùng cuộn tải.

- Thiết lập nhiều thiết bò để tiếp nhận tín hiệu ở các điểm trung gian để tập
hợp về tổng đài nội hạt. Các điểm trung gian này có thể bao gồm thiết bò

Hiện nay có trên 1 tỷ đường dây thuê bao trong mạng PSTN (Public Switched
Telephone Network) trên toàn thế giới. Hơn 95% trong số đó là cáp xoắn đôi dành cho
dòch vụ điện thoại thuần tuý. Dòch vụ điện thoại thuần tuý được thiết kế để truyền tải âm
thoại cần dải tần để bảo đảm trung thực là từ 300 đến 3400Hz. Dòch vụ dải hẹp này vốn
được cung cấp cho điện thoại và truyền dẫn tín hiệu modem tương tự ở tốc độ từ 9,6 tới
Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

8
33,6 kbps và gần đây là 56 kbps. Một phần rất nhỏ của PSTN được cung cấp dòch vụ
ISDN (Integrated Services Digital Netword) BRI (Basic Rate Interface). Vòng thuê bao
tương tự hiện nay sử dụng rất tốt trong hệ thống truyền tải thoại. Tuy nhiên, nó không đủ
khả năng để truyền tải các ứng dụng khác như dữ liệu và video. Dải tần âm thoại là từ
300 đến 3400KHz và nếu được mã hoá PCM (Pulse Code Modulation: điều chế mã hoá
xung) sẽ là 64kbps. Mạch vòng thuê bao của mạng cáp nội hạt chỉ được thiết kế cho yêu
cầu của âm thoại mà hoàn toàn không dành cho các nhu cầu về dữ liệu và video. Mạch
vòng thuê bao hiện nay rất hạn chế khi dùng cho truyền tải số liệu và video. Ví dụ, đôi
lúc truyền một file dữ liệu phải mất từ vài phút đến hàng tiếng đồng hồ.
Hình 1.11 Cuộn tải
Hình 1.12 UDLC

Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

Spring, 1997, trang 42 – 67) thì hầu hết lưu lượng trên Internet là bất đối xứng: lưu lượng
được gởi theo một hướng nhiều hơn hướng ngược lại và dó nhiên hệ thống điện thoại có
dung lượng đối xứng hiện nay không tối ưu cho lưu lượng Internet. Hình 1.16 Ảnh hưởng của nhánh rẽ đến tỷ số SNR của tín hiệu truyền trên đường
dây

Việc truy xuất Internet bò chậm chạp một phần là do hạn chế của mạch vòng thuê
bao và một phần nữa là do hạn chế khả năng cung cấp dòch vụ của nhà cung cấp dòch vụ
Internet (ISP: Internet Service Provider) không đáp ứng kòp nhu cầu Internet phát triển
tăng vọt làm cho lưu lượng Internet cũng tăng vọt. Một ví dụ là lần hạ giá thuê bao của
dòch vụ AOL (American Online) vào mùa thu năm 1996 cho phép truy xuất thoải mái
Internet mỗi tháng giá $19,95 dẫn tới khả năng đáp ứng truy xuất 30 triệu giờ Internet
mỗi tháng của AOL không chòu nỗi lưu lượng tăng lên đến 60 triệu giờ mỗi tháng vào
tháng 11 năm 1996. Người sử dụng của AOL phải thường xuyên bò thông báo bận hoặc
dòch vụ không thực hiện được làm cho nhiều người đã ngưng thuê bao AOL.

1.3 Các phương pháp truy xuất hiện nay

1.3.1 Modem tương tự

Trong những năm đầu của lòch sử máy tính cách nay chừng hơn 30 năm trước, kết
nối mạng hoạt động ở tốc độ khoảng 300 đến 600 bit/s đã là khá đủ. Khoảng 10 năm gần
đây thì modem 9.6kbps được xem là công cụ liên lạc tốc độ cao. modem 9,6kbps thực tế
đã đáp ứng nhiều ứng dụng tuy nhiên nó thực sự chậm chạp trong các ứng dụng liên
quan đến đồ hoạ và video. Ví dụ: một người sử dụng vào mạng để tải về một bản đồ thời
tiết thì với tốc độ truyền dữ liệu 9600bit/s phải mất 40 giây để tải về bản đồ trắng đen
chất lượng kém. Với bản đồ màu độ phân giải cao thì phải chờ đến vài phút. Ngay cả
Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh

điều chế nhò phân. Trường hợp kế tiếp là của phương pháp điều chế QAM bốn trạng thái
với biên độ của sóng mang vẫn không đổi trong khi đó phase là một trong 4 giá trò cho
phép truyền 2 bit cho mỗi tín hiêäu và làm cho tốc độ tín hiệu giảm còn một nửa. Trường
hợp cuối cùng là chòm sao của phương pháp mã hoá điều chế 32-QAM dùng trong
modem V.32. Trong trường hợp này, khi chuyển từ 11000 sang 01101 thì cả biên độ và
phase đều thay đổi. Thay vì gởi một trong hai trạng thái của bit là 1 hay 0 từ luồng dữ liệu
nguyên thủy modem V.32 gởi một trong 32 trạng thái có thể có. Modem thu phải xác đònh
đúng tín hiệu đã được gởi đi dù sự khác nhau của các tín hiệu là nhỏ hơn nhiều so với
trường hợp chỉ gởi đơn giản 1 hay 0. Nếu kênh thoại là hoàn hảo thì không có vấn đề gì
nhưng tất cả mọi đường dây trong mạng thực tế đều có nhiều dạng nhiễu. Cáp xoắn đôi
chạy từ phía khách hàng đến tổng đài có thể bò tác động bởi các bộ đánh lửa động cơ,
máy sấy tóc, đường dây điện lực, đèn huỳnh quang và các dạng phóng điện khác. Tuổi
đời và chất lượng của cáp cũng liên quang rất nhiều tới nhiễu. Cáp cũ bò ngấm ẩm nhiều
sẽ bò nhiễu nhiều hơn cáp mới. Hơn nữa, tất cả các đôi dây khác nhau trong một chão
cáp có khi từ vài trăm đến vài ngàn đôi ghép lại và rò rỉ tín hiệu vào các đôi dây kế cận
mà ta gọi là hiện tượng xuyên kênh (crosstalk).
Tất cả các tác nhân gây nhiễu này tạo thành một nền nhiễu trong mỗi kênh
truyền. Nếu cố gắng phân biệt hai trạng thái giữa 1 và 0 thì tín hiệu phải bò phá huỷ rất
mạnh mới có thể nhận dạng lầm được. Với trường hợp 2 trong 32 trạng thái khác nhau
Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

12
của tín hiệu modem V.32 rất gần nhau thì chỉ cần một lượng nhiễu nhỏ cũng có thể phá
huỷ tín hiệu này và làm cho nó giống tín hiệu kia. Các modem tốc độ cao hiện tại vẫn
hoạt động tốt ở tỷ số nhiễu trên hầu hết các kênh điện thoại. Điều đó có nghóa là các
modem 28,8 kbps hay 33,6 kbps có thể hoạt động tốt trên các đường dây có chất lượng
tốt và rất tốt. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp các bộ modem hoạt động ở tốc độ thấp
hơn. Nếu hai modem ở hai đầu kết nối đo được tỷ số tín hiệu trên nhiễu nhỏ hơn yêu cầu
chúng sẽ giảm tốc độ modem để bảo đảm kết nối tin cậy. Nếu mọi thứ đều lý tưởng, cáp
điện thoại mới, xuyên kênh không đáng kể, thiết bò chuyển mạch hiện đại thì có thể kết


13
thông tin (information theory). Công lao của Shannon đã được đánh giá
là ngang tầm với phát kiến của Nicolaus Copernicus trong thiên văn
(theo J. L. Massey). Giới hạn Shannon cho dung lượng kênh truyền được
xác đònh bởi:






+=
NN
SS
11BwlogBwlogCC
22Mọi khách hàng sử dụng modem đều rất quan tâm đến tốc độ và độ tin cậy của
modem. Các nhà cung cấp đều cố gắng tiến gần tới giới hạn Shannon. Cho tới tiêu
chuẩn V.32 thì mọi modem đều còn cách xa giới hạn dung lượng này khi mức S/N từ 9 tới
10 dB. Nếu dải thông từ 2400 Hz lên đến 2800 Hz và tỷ số S/N từ 24 dB đến 30 dB thì
dung lượng kênh khoảng 24000 bit/s. Để lấp đầy khoảng cách còn lại cần phải ứng dụng
kỹ thuật sửa sai.
Vào những năm 1950 các modem FSK (Frequency Shift Keying) có tốc độ từ 300
bit/s tới 600 bit/s. Tiêu chuẩn quốc tế của modem bắt đầu từ thập kỷ 60 thế kỷ trước.
Năm 1964 tiêu chuẩn modem đầu tiên của CCITT là V.21 xác đònh đặc tính của modem
FSK tốc độ 200 bit/s và bây giờ là 300 bit/s. Kỹ thuật điều chế đã thay đổi sang QAM 4
trạng thái vào năm 1968 và 16 trạng thái vào năm 1984 bởi V.22bis. Vào lúc đó, một tiêu

Shannon. Nếu ta bố trí dữ liệu số chỉ đi qua bộ giải mã trên mạng điện thoại thì dữ liệu sẽ
được chuyển thành tín hiệu 256 mức phát ra từ bộ biến đổi số sang tương tự của bộ giải
mã PCM. Modem sẽ chuyển sang tìm kiếm các mức lượng tử hoá này vốn đã được tiêu
chuẩn hoá. Trên thực tế một vài nơi ở Hoa Kỳ chỉ sử dụng 128 mức lượng tử hoá vì hệ
thống ghép kênh điện thoại số T1 ở Bắc Mỹ sử dụng bit có trọng số nhỏ nhất trong 8 bit
để giám sát kênh và báo hiệu. Để có thể sử dụng modem tại mọi nơi thì thay vì 64 kbps
tốc độ modem là 56 kbps dù hầu hết các nơi trên thế giới đều dùng cả 8 bit cho mã hoá
dữ liệu PCM. Hơn nữa do tín hiệu chỉ truyền từ bộ giảm mã PCM ở mạch giao tiếp thuê
bao của tổng đài đến thuê bao nên có rất ít nhiễu tác động và kết quả là tỷ số tín hiệu
trên nhiễu rất cao trên các đường truyền 56 kbps.Trò ảo thuật ở đây là loại bỏ quá trình
mã hoá PCM và đưa thẳng dữ liệu số đến bộ giải mã. Điều này đòi hỏi kết nối từ nguồn
dữ liệu (các ISP chẳng hạn) đến bộ giải mã phải toàn bộ là số. Modem 56 kbps có thể
vượt qua giới hạn Shannon bằng cách phân biệt 2 chiều thu phát của người sử dụng. Ở
chiều phát tốc độ vẫn là 33,6 kbps. Còn ở chiều thu tốc độ chỉ đạt tới 56 kbps khi ISP
(Internet Service Provider: nhà cung cấp dòch vụ Internet) của họ và các tổng đài của
PSTN phối hợp để tránh bộ lọc PCM ở mạch giao tiếp thuê bao của tổng đài bằng các
đường truyền số T1 (1544 kbps) hay E1 (2048 kbps). Như vậy khi 2 người sử dụng dùng
2 modem 56 kbps truyền số liệu điểm nối điểm thì tốc độ không thể nào đạt được 56
kbps mà chỉ đạt được tốc độ dữ liệu song công đối xứng là 33,6 kbps.
Vào những năm cuối của thế kỷ trước đã xảy ra tình hình không thống nhất của
các tiêu chuẩn modem 56 kbps do 2 hãng sản xuất danh tiếng là U. S. Robotics (bây giờ