Tài liệu Xây dựng mạng adsl tại hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ LÂM QUANG TRUNG XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Người hướng dẫn: Nguyễn Viết Kính Hà nội - 2004 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI MỤC LỤC BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii MƠ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRÊN ĐƢỜNG DÂY 3 1.1. Công nghệ truyền dẫn bằng modem băng tần thoại 3 1.2. Công nghệ truyền dẫn đƣờng dây thuê bao số 6 1.3. Các loại đƣờng dây thuê bao số 8 1.3.1.Các thế hệ trước của đường dây thuê bao số 1.3.2. Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bản 1.3.2.1. Nguồn gốc của ISDN tốc độ cơ bản 1.3.2.2. Khả năng và ứng dụng của ISDN tốc độ cơ bản 1.3.2.3. Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản 1.3.2.4. ISDN tốc độ cơ bản mở rộng tầm phục vụ 1.3.2.5. DAML, chuyển đổi kênh B / kênh thoại tƣơng tự 1.3.2.6. IDSL 1.3.3. Đường dây thuê bao số tốc độ cao 1.3.3.1. Nguồn gốc của HDSL 1.3.3.2. Khả năng và ứng dụng của HDSL 1.3.3.3. Truyền dẫn HDSL 1.3.3.4. HDSL thế hệ thứ hai (SHDSL) 1.3.4. Đường dây thuê bao số bất đối xứng 1.3.4.1. Mô hình tham chiếu và định nghĩa của ADSL 1.3.4.2. Nguồn gốc của ADSL 1.3.4.3. Khả năng và ứng dụng của ADSL 1.3.4.4. Truyền dẫn ADSL 1.3.4.5. Tƣơng lai của ADSL 1.3.5. Đường dây thuê bao số tốc độ cực cao 1.3.5.1. Mô hình tham chiếu và định nghĩa của VDSL 1.3.5.2. Nguồn gốc của VDSL 1.3.5.3. Khả năng và ứng dụng của VDSL Lâm Quang Trung 3 8 10 10 11 11 12 13 14 14 14 16 18 20 22 22 22 24 25 28 33 33 34 34 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI CHƢƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG MẠNG ADSL 35 2.1 Một số khái niệm cơ bản 35 2.1.1 Mô hình OSI 2.1.2 Mô hình TCP/IP 2.1.3 ATM và mô hình tham chiếu OSI 35 40 45 2.2 Các cấu trúc ADSL 47 2.2.1 Giới thiệu một số cấu trúc mạng ADSL 2.2.2 Cấu trúc khai thác quy mô nhỏ 2.2.3 Mạng truy nhập ATM 2.2.4 RFC 1483 2.2.5 PPP qua ATM 2.2.6 Cấu trúc cổng tunnel 2.2.7 Tập hợp kêt cuối PPP 47 48 51 54 56 57 58 2.3 Cấu hình hệ thống ADSL trên thực tế 59 2.3.1 Mô hình tổng thể 2.3.2 Thiết bị truy nhập băng rộng BRAS 2.3.2.1 Card xử lý định tuyến chuyển mạch SRP 2.3.2.2 Card kết nối đƣờng và card vào/ra: 2.3.3 Hệ thống ghép kênh truy nhập đường thuê bao số 2.3.4 Hoạt động trên thực tế: 2.4. Các giao thức và cấu hình truyền thông trong mạng 2.4.1. Cấu hình IP over ATM 2.4.2. Cấu hình Bridged IP 2.4.3. Cấu hình PPP over ATM 2.4.4. Cấu hình PPP over Ethernet 82 2.5.1. Tổng quan về mạng riêng ảo 2.5.2. Phân loại mạng riêng ảo 2.5.3. Dịch vụ mạng riêng ảo nội hạt (VPN local) 2.5.4. Dịch vụ mạng riêng ảo truy cập Internet 2.5.5. VPN MPLS 4 71 75 77 78 80 2.5. Triển khai mạng riêng ảo trên nền xDSL Lâm Quang Trung 59 61 63 65 65 71 82 83 84 85 86 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI CHƢƠNG 3: CÁC THUẬT TOÁN CẤP PHÁT BIT 91 3.1. Tham số hệ thống truyền dẫn 91 3.1.1. Dự phòng thiết kế hệ thống 3.1.2. Dung năng kênh nhiễu Gauss, trắng, cộng tính 3.1.3. Dung năng đa kênh 3.2. Các thuật toán cấp phát bit 91 92 93 94 3.2.1. Khái niệm về cấp phát bit cho kênh truyền thông 3.2.2. Thuật toán đổ nước 3.2.2.1. Thuật toán đổ nƣớc thích nghi tốc độ truyền dữ liệu 3.2.2.2. Thuật toán đổ nƣớc thích nghi dự phòng 3.2.3. Các thuật toán của Chow 3.2.4. Các thuật toán Greedy 3.2.4.1. Hiệu suất của dung năng 3.2.4.2. Thuật toán hiệu suất của Campello 3.2.4.3. Thuật toán E-Tightness của Campello 3.2.4.4. Thuật toán đối ngẫu B-Tightness của Campello 3.2.5. Tráo đổi bit 94 97 97 100 101 103 104 104 105 106 108 3.3 Kết quả thu đƣợc trên thực tế 110 KẾT LUẬN 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 Lâm Quang Trung 5 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI MỞ ĐẦU Công nghệ đường dây thuê bao số DSL cho phép truyền thông tin số với tốc độ cao trên các đường dây thuê bao điện thoại thông thường. Các đường dây điện thoại, đã có từ thời Alexander Graham Bell phát minh ra điện thoại vào năm 1875, bây giờ có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ hàng triệu bit trong một giây. Điều này được thực hiện thông qua các công nghệ truyền dẫn số phức tạp, các công nghệ này sẽ bù cho những mất mát, suy hao thông thường của đường điện thoại. Các công nghệ truyền dẫn số sử dụng các thuật toán phức tạp, hiện nay đã được áp dụng trong thực tế, nhờ vào sự phát triển khả năng xử lý mạnh mẽ của các bộ xử lý tín hiệu số dựa trên các mạch điện tử tích hợp mức độ cao. DSL sử dụng công nghệ truyền dẫn đa kênh, chia toàn bộ dải thông truyền dẫn thành các kênh truyền con độc lập nhau. Các kênh truyền con này được cấp phát số lượng bit thích hợp tùy theo tiêu chí cung cấp dịch vụ. Luận văn này đề cập tới vấn đề xây dựng mạng cung cấp dịch vụ ADSL trên thực tế và cấp phát bit cho các kênh truyền con. Thuật toán Chow thực hiện việc cấp phát bit được mô phỏng và so sánh với kết quả áp dụng trên thực tế. Nội dung trình bày trong luận văn như sau:  Chương 1: Trình bày tổng quan về các công nghệ truyền dẫn trên đường dây bao gồm công nghệ truyền dẫn dùng modem băng tần thoại, công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số. Giới thiệu các loại DSL hiện đang sử dụng trong truyền thông.  Chương 2: Trình bày về việc xây dựng hệ thống cung cấp dịch vụ đường truyền băng thông rộng ADSL trên thực tế (Hà Nội) cũng như các thành phần không thể thiếu khi xây dựng hệ thống này. Lâm Quang Trung 6 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI  Chương 3: Trình bày về các thuật toán cấp phát bit cho các kênh truyền con của hệ thống truyền thông đa kênh. Áp dụng thuật toán của Chow vào thực tế. So sánh kết quả tính toán trên lý thuyết với kết quả thực hiện được trên hệ thống thực tế.  Kết luận: Tóm tắt kết quả đạt được của luận văn và đề xuất hướng nghiên cứu trong thời gian tới. Trong thời gian thực hiện luận văn này, tôi đã được sự hỗ trợ, khuyến khích và động viên của rất nhiều người, đó là gia đình tôi, các thầy cô, bạn học và đồng nghiệp. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy PGS. TS. Nguyễn Viết Kính, người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này. Thầy cũng là người có nhiều ý kiến chân thành và quý báu trong quá trình tiếp cận và giải quyết vấn đề. Gia đình tôi, bố mẹ và các anh chị, đã luôn khuyến khích, động viên và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt khóa học và luận văn này. Nhân đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô tại Khoa Công Nghệ ĐHQG Hà Nội, những người đã trang bị cho tôi kiến thức trong suốt bốn năm học Đại học và hai năm học Cao học. Và tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn học và đồng nghiệp, đã khuyến khích, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành tốt công việc. Lâm Quang Trung 7 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRÊN ĐƢỜNG DÂY 1.1. Công nghệ truyền dẫn bằng modem băng tần thoại Các modem băng tần thoại được giới thiệu vào cuối những năm 1950 với chức năng gửi dữ liệu qua mạng điện thoại công cộng, xem hình 1.1. Dữ liệu truyền qua mạng điện thoại công cộng phải được điều chế do mạng điện thoại PSTN chỉ truyền các tín hiệu nằm trong dải tần số từ 200 Hz đến 3400 Hz. Dữ liệu chưa điều chế đòi hỏi các tần số truyền dẫn gần 0 Hz. Modem biến đổi các đặc tính tần số của dữ liệu vào tín hiệu tiếng nói để có thể truyền qua được PSTN. Vì thế, dữ liệu điều chế sẽ xuất hiện dưới dạng một cuộc gọi thoại thông thường đối với PSTN [15,4,17]. Hình 1.1: Mô hình tham chiếu modem băng tần thoại Một trong những modem đầu tiên, modem AT&T Bell 103, thực hiện truyền dẫn song công, không đồng bộ, tốc độ 300 b/s, sử dụng điều chế FSK. Modem CCITT V.21 tương tự nhưng không tương thích với modem Bell 103. Vài năm sau đó, các modem Bell 202 ra đời, tăng tốc độ truyền dữ liệu lên 1200 b/s, sử dụng truyền dẫn FSK bán song công. Vào cuối năm 1973, Lâm Quang Trung 8 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI giới thiệu modem VA3400, modem 1200 b/s song công đầu tiên, sử dụng điều chế PSK. Vài năm sau, modem Bell 212 và sau đó là CCITT V.22 cho phép truyền dẫn song công tốc độ 1200 b/s, sử dụng điều chế PSK. Vào năm 1981, modem V.22 bis cho phép truyền song công tốc độ 2400 b/s. V.32 giới thiệu mã lưới và thực hiện một bước tiến táo bạo về truyền dẫn thông tin có triệt tiếng vọng trong cả hai hướng, sử dụng trong cùng dải tần số. Các modem thế hệ trước V.32 sử dụng hai băng tần khác nhau cho hướng xuống và hướng lên (thực hiện phân kênh theo tần số - FDM). V.32 cho phép truyền dẫn song công tốc độ 9600 b/s. Chuẩn V.34 tiếp theo, nhờ sử dụng các kỹ thuật tối ưu băng thông, sắp xếp chòm sao và tiền mã hóa phụ thuộc kênh truyền, cho phép truyền song công tốc độ lên tới 28,8 Kb/s. Vào năm 1995, các modem tốc độ 33,6 Kb/s đã xuất hiện trên thị trường. Các modem V.34 tận dụng được băng thông tới 3,6 KHz, nhiều hơn băng tần sử dụng trong điện thoại truyền thống (băng thông 3,4 KHz) một ít. Tuy nhiên, modem V.34 có thể dùng ít băng thông hơn nhờ giảm tốc độ truyền dữ liệu xuống. Bằng việc truyền tốc độ 33,6 Kb/s trên băng thông 3,6 KHz, các modem V.34 đạt hiệu suất phổ gần 10 b/s đối với mỗi Hz, một kỳ công hiếm có, tiệm cận tới giới hạn lý thuyết của truyền dẫn dữ liệu băng tần thoại. Vào cuối năm 1996, các modem PCM tốc độ 56 Kb/s xuất hiện, những modem này được chuẩn hóa trong khuyến nghị ITU V.90 vào năm 1998. Các modem PCM (sử dụng điều chế mã xung) là bất đối xứng khi hỗ trợ tốc độ lên tới 56 Kb/s cho hướng xuống (truyền tin về phía khách hàng) và tốc độ lên tới 33,6 Kb/s cho hướng lên (truyền tin từ khách hàng). Trong thực tế, hiếm khi các modem PCM đạt được tốc độ truyền dẫn trên 50 Kb/s do giới hạn về công suất truyền, các chuyển đổi trung gian và suy hao đường gây ra do các cuộn tải. Lâm Quang Trung 9 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI Kiến trúc mạng modem PCM dựa trên cơ sở mạng PSTN của các thế hệ modem băng tần thoại trước đó. Modem PCM kết nối qua mạng PSTN như một cuộc gọi của dịch vụ thoại truyền thống PSTN POTS. Về mặt kiến trúc, modem PCM nằm giữa DSL và các modem băng tần thoại truyền thống. Modem PCM tận dụng tới 4 KHz băng thông. Hạn chế căn bản của các modem băng tần thoại chính là ở các bộ mã hóa / giải mã hóa tiếng nói (CODEC) được đặt tại các chuyển mạch thoại nội hạt hoặc đầu cuối DLC. Bộ CODEC chuyển các tín hiệu tương tự trên đường điện thoại sang dạng biểu diễn số tốc độ 64 Kb/s, sử dụng điều chế mã xung. Tín hiệu của các modem băng tần thoại truyền trong cuộc gọi thoại PSTN không được vượt quá tốc độ bit 64 Kb/s. Trong khuyến nghị ITU V.70 và V.61, các modem băng tần thoại có thể hỗ trợ đồng thời dữ liệu và thoại đã số hóa trên một cuộc gọi PSTN. V.70, sử dụng điều chế V.34 và mã hóa tiếng nói trong phụ chương G.729 A, có thể truyền đồng thời tiếng nói mã hóa tốc độ 8 Kb/s và dữ liệu tốc độ 20 Kb/s sử dụng chỉ một cuộc gọi PSTN. Nhờ phụ chương G.729 A cung cấp khả năng phát hiện các khoảng lặng nên có thể truyền tốc độ dữ liệu cao hơn trong các khoảng lặng. Các kỹ thuật nén dữ liệu, được xác định rõ trong khuyến nghị V.42, có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu hiệu dụng cao hơn hai lần tốc độ modem được nêu ở trên. Tuy nhiên, dữ liệu có độ ngẫu nhiên cao (ví dụ trong các file nhị phân hoặc video số hóa) làm mất đi phần nào lợi ích đem lại của việc nén dữ liệu. Việc nén dữ liệu cũng có thể áp dụng cho DSL và được thực hiện trên thông tin đã số hóa, trước khi đưa tới bộ truyền nhận DSL. Do việc nén dữ liệu, ảnh hưởng của lỗi bit truyền dẫn có thể tăng thêm nhiều. Lâm Quang Trung 10 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI Ưu điểm nổi bật của các modem chính là sự phổ biến khắp nơi của chúng. Một modem có thể nối tới bất cứ đường điện thoại nào và ngay lập tức gọi được cho bất cứ modem nào khác trong hàng triệu modem đang được gắn với đường điện thoại trên thế giới. Các modem có giá thấp hơn và dễ dàng cài đặt hơn so với các thiết bị DSL. Tuy nhiên, nhu cầu về tốc độ truyền dữ liệu của các ứng dụng đã vượt quá khả năng đáp ứng được của các modem băng tần thoại. Một hạn chế khác của các modem là các cuộc gọi sẽ bị chặn khi tổng đài nội hạt quá tải, không có khả năng kết nối tới nhiều điểm đồng thời và tỷ lệ lỗi bit cao. Những hạn chế này đã được khắc phục trong DSL. 1.2. Công nghệ truyền dẫn đường dây thuê bao số Thuật ngữ DSL đề cập tới tất cả các kiểu công nghệ đường dây thuê bao số, bao gồm ADSL, HDSL, SHDSL, ISDN tốc độ cơ bản, VDSL và IDSL. Thuật ngữ xDSL cũng được sử dụng trong ngành công nghệ khi đề cập tới các kiểu DSL. Công nghệ DSL đã đưa vào một sự thay đổi mới mẻ vào lợi ích của các đường dây điện thoại. Đối với đường dây điện thoại, ban đầu được xây dựng chỉ để mang một tín hiệu thoại đơn với một kênh băng thông 3,4 KHz nhưng giờ đây chúng có thể truyền gần 100 tín hiệu thoại đã nén, hoặc tín hiệu video có chất lượng tương đương như truyền hình. Việc truyền dẫn tín hiệu số tốc độ cao trên đường dây điện thoại đòi hỏi khả năng xử lý tín hiệu rất cao để giảm thiểu được mất mát khi truyền dẫn gây ra như: do suy hao tín hiệu, nhiễu xuyên âm từ tín hiệu hiện có trên dây khác trong cùng một cáp, phản xạ tín hiệu, can nhiễu tần số vô tuyến và nhiễu xung. Lâm Quang Trung 11 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI Cơ sở hạ tầng dùng cặp dây xoắn được nối tới mọi nhà và mọi địa điểm trên toàn thế giới nhưng DSL cũng có những đòi hỏi khá khắt khe về chất lượng đối với cặp dây xoắn. Chính vì vậy, khoảng 15% các đường dây điện thoại trên toàn thế giới sẽ phải thay thế để có thể cho phép vận hành DSL tốc độ cao [15]. Hình 1.2 : Mô hình tham chiếu DSL Điểm khác nhau căn bản giữa các modem băng tần thoại và DSL đó là các modem băng tần thoại vận hành qua một kết nối giữa hai đầu cuối của PSTN, trong khi đó, DSL vận hành qua mạch vòng nội hạt. Modem DSL tại các thuê bao sẽ kết nối trực tiếp với modem DSL của DSLAM, xem hình 1.1 và hình 1.2. Đường trung kế sẽ kết nối trực tiếp các DSLAM tại các vệ tinh tới các DSLAM tại các tổng đài hoặc từ các DSLAM tổng đài tới thiết bị truy cập băng rộng (BRAS). Các đường trung kế này là các hệ thống truyền dẫn cáp quang số tốc độ cao, phục vụ truyền thông tin từ nhiều khách hàng. DSL bao gồm một đường cáp đồng trực tiếp từ vị trí khách hàng tới vị trí của DSLAM gần nhất. Khi cần mở rộng khoảng cách phục vụ của DSL thì các bộ lặp trung gian sẽ được lắp đặt vào chính giữa mạch vòng nội hạt Lâm Quang Trung 12 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI một bộ phát lặp. Bộ phát lặp DSL được cấp nguồn một chiều của tổng đài trung tâm trên cùng cáp đồng đã dùng để truyền dữ liệu. DSL được thiết kế để chỉ hoạt động trên những hạn chế của chỉ một mạch vòng nội hạt. Hiệu năng tiềm tàng của DSL có thể vượt các modem gấp hàng trăm lần. Tuy nhiên, các modem vẫn có một ưu điểm quan trọng là các thiết bị này có thể vận hành trên bất cứ một kết nối điện thoại nào tới bất cứ đâu trên thế giới. Ngoài ra, DSL cũng vay mượn rất nhiều các công nghệ truyền dẫn đã được ứng dụng cho modem băng tần thoại. 1.3. Các loại đường dây thuê bao số Khi năng lực xử lý của các bộ xử lý tín hiệu số được cải thiện thì tốc độ bit của DSL cũng tăng theo. Công nghệ DSL ban đầu chỉ đạt được có tốc độ 144 Kb/s của ISDN tốc độ cơ bản, sau đó tăng lên 1,5 Mb/s và 2 Mb/s của phiên bản HDSL/SHDSL, rồi đến 8 Mb/s của ADSL và bây giờ là 52 Mb/s đối với VDSL [15,4,17] . 1.3.1. Các thế hệ trƣớc của đƣờng dây thuê bao số Có thể coi các đường trung kế T1, E1 và DDS là các DSL đầu tiên. Mặc dù, các hệ thống truyền dẫn dùng T1 (có tốc độ 1,544Mb/s, dùng mã AMI, chỉ được sử dụng ở Bắc Mỹ) và E1 (có tốc độ 2,048 Mb/s, dùng mã HDB3) ban đầu được dùng làm đường trung kế giữa các tổng đài trung tâm, nhưng sau đó chúng đã cho thấy ích lợi khi dùng làm các đường kết nối tốc độ cao từ tổng đài trung tâm đến các vị trí của khách hàng. T1 được AT&T sử dụng lần đầu tiên vào năm 1962. Ngày nay, các đường trung kế kết nối Lâm Quang Trung 13 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI giữa các tổng đài trung tâm hoàn toàn dựa trên cáp quang và viba. Các đường T1/E1 hiện nay không còn được sử dụng đúng như chức năng ban đầu của chúng. Mặc dù vẫn được sử dụng làm các đường thuê bao nhưng chúng có những hạn chế. Chúng có giá thành đắt và mất nhiều thời gian để cài đặt và thường được tách riêng thành nhóm các bó dây khác biệt so với các hệ thống truyền dẫn khác. Nhằm làm giảm xuyên âm đầu gần giữa hai hướng truyền, người ta sử dụng một bó cáp chỉ mang các cặp cáp T1 đi ra và một bó cáp khác chỉ mang các cặp cáp T1 đi vào. Các đường T1 được thiết kế với suy hao đường tối đa là 15 dB với chiều dài cáp từ 600 đến 1000 mét tại tần số 772 KHz trên cung đoạn từ tổng đài trung tâm đến bộ lặp đầu tiên, trên cung đoạn giữa các bộ lặp có suy hao tối đa tới 36 dB (khoảng cách từ 1000 đến 2000 mét), còn trên cung đoạn từ bộ lặp cuối cùng tới thiết bị của khách hàng thì suy hao tối đa là 22,5 dB. Trên đường T1 đòi hỏi phải không có các đầu nối và cuộn tải. Với các khoảng cách xa, người ta sử dụng các bộ lặp. Mã đường AMI, được sử dụng cho truyền dẫn trên các đường T1, rất đơn giản khi thực hiện nhưng không còn hiệu quả với các chuẩn ngày nay. AMI gửi một bit trên một ký hiệu. Việc truyền dẫn trên đường T1 sử dụng công suất tín hiệu truyền cao, mà điều này dẫn đến mức xuyên âm cao trong dải tần số 100 KHz đến 2 MHz. Các đường DSL khác có sử dụng cùng dải tần số có thể bị ảnh hưởng nếu được đặt cùng một bó cáp với đường T1. Trong một số trường hợp đặc biệt, xuyên âm gây ra do đường T1 có thể ảnh hưởng đến cả các đường dây đặt trong bó cáp khác. Lâm Quang Trung 14 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI 1.3.2. Mạng số đa dịch vụ tích hợp tốc độ cơ bản 1.3.2.1. Nguồn gốc của ISDN tốc độ cơ bản Chúng ta xem ISDN tốc độ cơ bản là thành viên đầu tiên trong gia đình DSL [15] . ISDN đã được hình thành bắt đầu từ năm 1976 và đã được định hình rõ ràng trong các Khuyến nghị của tổ chức CCITT (nay được gọi là ITU). Tham vọng của những người phát triển là mong đợi ISDN sẽ trở thành một mạng đồng nhất trên toàn thế giới phục vụ cho cả truyền thông dữ liệu và điện thoại. Sự phát triển trong truyền dẫn ISDN bao gồm chuyển mạch, báo hiệu và hệ thống vận hành. Nỗ lực để phát triển ISDN đã trải qua hàng thập kỷ với sự đóng góp công sức của hàng nghìn người đến từ hàng trăm công ty khác nhau tại hơn 20 quốc gia trên toàn thế giới. ISDN đã tập trung vào phục vụ các dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu dùng chuyển mạch gói tốc độ thấp. Và chính sự tập trung vào các dịch vụ này lại là điểm yếu chính của ISDN. Các mạng ISDN khó phù hợp cho dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao và các phiên hoạt động có thời gian dài, đặc tính khi truy nhập internet. Tuy nhiên, cũng có hàng triệu khách hàng hài lòng về ISDN. Dịch vụ ISDN được thử nghiệm đầu tiên vào năm 1985. Dịch vụ ISDN đầu tiên được cung cấp tại Bắc Mỹ là của AT&T – Illinois Bell (bây giờ được gọi là Ameritech) tại Oakbrock, bang Illinois vào năm 1986. Các hệ thống thử nghiệm đầu tiên sử dụng giao diện tốc độ cơ bản (BRI) ứng dụng công nghệ truyền dẫn TCM (ping-pong) hoặc dùng mã đảo dấu luân phiên. Mặc dù, các hệ thống này rất đơn giản khi thực hiện, nhưng truyền dẫn 2B1Q đã được chọn là chuẩn công nghệ truyền dẫn cho gần như toàn bộ thế giới. Chỉ có Liên bang Đức và Áo là sử dụng truyền dẫn 4B3T và Nhật Bản Lâm Quang Trung 15 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI sử dụng phương pháp truyền dẫn AMI ping-pong. Khoảng cách tối đa của các mạch vòng trong các hệ thống sử dụng truyền dẫn 2B1Q và 4B3T lớn hơn so với các hệ thống theo các chuẩn ra đời trước. 1.3.2.2. Khả năng và ứng dụng của ISDN tốc độ cơ bản Các đường BRI có thể truyền thông tin số đối xứng với tốc độ 160 Kb/s trên các mạch vòng có khoảng cách tối đa lên tới 5,5 km hoặc suy hao tối đa là 42 dB tại tần số 40 KHz. Các đường BRI gồm hai kênh B tốc độ 64 Kb/s, một kênh D tốc độ 16 Kb/s và 16 Kb/s dùng để truyền thông tin định khung và điều khiển đường. Các kênh B có thể được chuyển mạch kênh hoặc chuyển mạch gói. Kênh D mang thông tin báo hiệu và các gói dữ liệu người dùng. Một kênh hoạt động theo kiểu nhúng (eoc) và các bit chỉ báo được chứa trong 8 Kb/s mào đầu. Kênh eoc chuyển các bản tin phục vụ cho chuẩn đoán đường truyền và các bộ thu phát. Các bit chỉ báo nhận biết các lỗi khối dữ liệu, thực hiện đo hiệu năng truyền dẫn. 1.3.2.3. Truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản BRI điều chế dữ liệu sử dụng một xung bốn mức để đại diện cho hai bit nhị phân, vì thế được gọi là 2B1Q. Dữ liệu được gửi theo cả hai hướng đồng thời bằng cách sử dụng truyền dẫn lai có khử tiếng vọng (ECH). Kỹ thuật truyền dẫn băng gốc 2B1T đơn giản gửi dữ liệu với tốc độ 160 Kb/s sử dụng băng thông rộng 80 KHz, hiệu suất phổ là 2 b/s đối với mỗi Hz. Việc làm bằng thích nghi sẽ tự động bổ sung cho suy hao xảy ra trên cả dải truyền dẫn. BRI có thể làm việc trên các mạch có các đầu nối, cho phép suy hao tổng cộng thấp hơn 42 dB ở tần số 40 KHz. Các mạch vòng phải không có tải. Lâm Quang Trung 16 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI 1.3.2.4. ISDN tốc độ cơ bản mở rộng tầm phục vụ Các mạch vòng có thể đạt khoảng cách tới 5,5 km từ tổng đài trung tâm, nhờ sử dụng các phương pháp thay thế: BRITE, bộ lặp trung gian và BRI mở rộng.  BRITE Mở rộng truyền dẫn ISDN tốc độ cơ bản (BRITE) sử dụng nhiều nhánh kênh số và các bộ DLC là phương tiện để mở rộng ISDN đến các khu vực được phục vụ bằng những nhánh kênh số trên. Các đơn vị kênh ISDN đặc biệt sử dụng ba đường DS0 trong nhánh kênh để truyền BRI. Do các đơn vị kênh bổ sung thêm đã làm cho cấu hình BRITE có giá thành đường kênh tương đối cao. Tuy nhiên, khi sử dụng thiết bị SLC hoặc nhánh kênh có sẵn, thì giá thành để triển khai hệ thống thấp của BRITE là lý tưởng để phục vụ cho một số lượng đường truyền rất nhỏ tại một vùng xa tổng đài.  Bộ lặp trung gian Kích thước của mạch vòng có thể tăng gần gấp đôi khi đặt một bộ lặp vào giữa vòng. Khi bộ lặp là kết hợp của NT và LT, mạch vòng được chia thành cặp DSL nối tiếp nhau. Từng vòng có thể chịu suy hao tới 40 dB tại tần số 40 KHz, tương ứng với khoảng cách tổng cộng của cả hai vòng lên xấp xỉ 9 km (2 x 4,5km). Khi bộ phát lặp không nằm chính xác tại điểm giữa của vòng thì kích thước của vòng có bộ lặp đạt được có thể hơi nhỏ hơn hai lần kích thước của vòng không có bộ lặp. Các cuộn tải phải được loại bỏ khỏi vòng để BRI hoạt động, có thể có hoặc không có các bộ lặp. Nguyên nhân là khi có cuộn tải trên mạch vòng, dải tần số nằm bên trên băng tần thoại chịu suy hao rất lớn, gây ảnh hưởng mạnh đến vùng băng tần cao của ISDN cũng như các DSL khác. Lâm Quang Trung 17 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI Các bộ lặp trung gian được cấp nguồn một chiều (khoảng -130V DC), từ mạch cấp nguồn của tổng đài trung tâm. Đối với các khoảng cách xa hơn, người ta sử dụng một bộ lặp thứ hai. Cấu hình hai bộ lặp ít được sử dụng do tính phức tạp trong việc cấp nguồn và quản trị. Cấu hình có bộ lặp và BRITE có trễ truyền tín hiệu (trễ 2,5 ms một chiều) gấp hai lần so với cấu hình DSL trực tiếp (trễ 1,25 ms).  BRI mở rộng Các kỹ thuật truyền dẫn có nhiều tiến bộ kể từ khi ra đời chuẩn BRI (ANSI T1.601). Các kỹ thuật này, như mã lưới, cho phép truyền tốc độ tới 160Kb/s trên mạch kích thước tới 8,5 Km mà không cần sử dụng bộ lặp trung gian. Nhằm đảm bảo tính tương thích ngược, các hệ thống BRI mở rộng đưa giao diện chuẩn ANSI T1.601 với LT tại chuyển mạch tổng đài trung tâm và thiết bị NT1 của khách hàng. Thông thường, một khối chuyển đổi được đặt trong khoang thiết bị hỗn hợp trong tổng đài trung tâm, và khối chuyển đổi còn lại được đặt trong một thiết bị kèm theo đặt tại phía khách hàng. Tuy nhiên, việc đặt khối chuyển đổi xa tại một địa điểm trung gian có thể mở rộng thêm kích thước vòng. Kết quả là kích thước vòng có thể lên tới gần 12,9 Km (4,4 + 8,5 Km). Hơn nữa, bộ chuyển đổi phía mạng cũng có thể đặt ở xa nếu nguồn cung cấp có sẵn tại vị trí đó. 1.3.2.5. DAML, chuyển đổi kênh B / kênh thoại tƣơng tự Các bộ truyền nhận BRI cũng được sử dụng cho các ứng dụng không phải của ISDN, đáng chú ý nhất là DAML. Các hệ thống DAML cho phép một mạch vòng mang hai kênh điện thoại. Các bộ CODEC tại mỗi đầu của hệ thống DAML sẽ thực hiện chuyển đổi một kênh B của BRI tốc độ 64Kb/s Lâm Quang Trung 18 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI sang giao diện kênh thoại tương tự. Vì thế, giao diện kênh thoại truyền thống được cung cấp cho tổng đài trung tâm và điện thoại của khách hàng. Các hệ thống DAML được sử dụng để cung cấp dịch vụ điện thoại bổ sung tới các vị trí nằm trong vùng có một vài cặp dây dự phòng giữa tổng đài trung tâm và các khách hàng. Khối DAML ở phía khách hàng thường được cấp nguồn từ bộ cấp nguồn của tổng đài thông qua mạch vòng. Các hệ thống DAML sử dụng công nghệ BRI có kích thước vòng tối đa là 5,5 Km. Các hệ thống DAML dựa trên HDSL có thể truyền nhiều hơn hai kênh thoại trên chỉ một cặp dây. 1.3.2.6. IDSL Một ứng dụng không phải ISDN khác của bộ truyền nhận BRI là IDSL (ISDN DSL). Các kênh đối xứng BRI (kênh tốc độ 128 Kb/s hoặc 144 Kb/s) được ghép lại thành một kênh để truyền dữ liệu gói giữa bộ định tuyến và máy tính của khách hàng. Phần lớn các dạng của IDSL đều làm việc được với NT ISDN thông thường ở phía khách hàng. Vì thế, với IDSL, tổng đài nội hạt ISDN được thay thế bằng bộ định tuyến dữ liệu gói. Cấu hình này được sử dụng để truy nhập internet. 1.3.3. Đƣờng dây thuê bao số tốc độ cao 1.3.3.1. Nguồn gốc của HDSL Khái niệm ban đầu về định nghĩa của HDSL xuất hiện vào cuối năm 1986 tại phòng thí nghiệm Bell của AT&T và Bellcore [15,4,17]. Các thiết kế của bộ truyền nhận HDSL đã mở rộng về quy mô của các thiết kế ISDN tốc độ cơ bản. Các hệ thống HDSL được tạo trong phòng thí nghiệm đã xuất hiện vào Lâm Quang Trung 19 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI năm 1989. Hệ thống HDSL đầu tiên được đưa vào cung cấp dịch vụ vào năm 1992, của Bell Canada, sử dụng các thiết bị do Tellabs Operations Inc, ở Lisie, bang Illinois sản xuất. Gần đây, mọi công ty điện thoại lớn trên thế giới đều sử dụng HDSL. Năm 1997, có khoảng 450.000 đường HDSL đang cung cấp dịch vụ trên toàn thế giới, với xấp xỉ 350.000 đường nằm tại Bắc Mỹ. Việc triển khai HDSL tăng hơn 150.000 đường mỗi năm. Vào tháng 10 năm 1998, ITU phê chuẩn Khuyến nghị G.991.1 [5] cho thế hệ HDSL đầu tiên. Khuyến nghị này dựa rất sát vào Đặc điểm kỹ thuật do ETSI đưa ra mang ký hiệu TM03036. ITU đã bắt đầu làm việc với các khuyến nghị HDSL thế hệ thứ hai (SHDSL) và khuyến nghị này được gọi là G.991.2. Nhu cầu về HDSL trở nên rõ ràng khi các hệ thống truyền dẫn sử dụng đường T1 và E1 không còn được sử dụng làm các đường trung kế nối giữa các tổng đài và thấy sự tăng trưởng nhanh chóng của các đường dùng riêng từ tổng đài trung tâm tới khách hàng. Các hệ thống truyền dẫn E1 và T1 vận hành trên các đường dây thoại hiện có, nhưng với giá thành rất lớn do công nghệ, điều kiện mạch vòng đặc biệt (phải loại bỏ các đầu nối và cuộn tải trên mạch) và việc ghép nối các hộp thiết bị để giữ các bộ lặp, khoảng 900 m đến 1.500 m phải đặt một bộ lặp. Các phương thức truyền dẫn sử dụng cho các đường E1 và T1 dùng mức công suất tín hiệu truyền cao tại khoảng tần số từ 100 KHz đến trên 2 MHz. Chính vì điều này, đòi hỏi phải tách riêng các đường E1/T1 vào các nhóm bó cáp khỏi các dịch vụ khác. Thêm nữa, phải chi phí rất nhiều cho việc lắp đặt và bảo trì hệ thống. Thời gian lắp đặt các đường T1/E1 khá dài, kể từ khi có yêu cầu dịch vụ đến khi dịch vụ đi vào hoạt động. Nhu cầu đòi hỏi là hệ thống phải là một hệ thống truyền dẫn cắm là chạy, cho phép cung cấp nhanh chóng và dễ dàng truyền dẫn tốc độ 1,5 Mb/s và 2 Mb/s trên phần lớn các đường thuê bao. Vì thế, HDSL xuất hiện. Lâm Quang Trung 20 Cao Học K8Đ 2001-2003 Luận văn thạc sỹ XÂY DỰNG MẠNG ADSL TẠI HÀ NỘI Lợi ích của HDSL là rất lớn nhờ loại bỏ các bộ lặp trung gian. Mỗi vị trí đặt bộ lặp phải tùy biến theo yêu cầu khách hàng để đảm bảo mỗi cung đường vẫn duy trì trong giới hạn suy hao của tín hiệu. Các tín hiệu được lặp có thể gây ra xuyên âm mạnh, vì thế điều quan tâm đặc biệt trong thiết kế là tránh xuyên âm quá mức sang các hệ thống truyền dẫn khác. Các bộ lặp được cấp nguồn qua đường dây, điều này đòi hỏi một đường dây đặc biệt dùng cho cấp nguồn từ tổng đài trung tâm. Phần lớn công suất cung cấp từ bộ cấp nguồn của tổng đài trung tâm bị mất mát do trở kháng mạch vòng và sự không hiệu quả của việc cấp nguồn. HDSL cũng ưu tiên sử dụng hơn các đường T1 truyền thống bởi vì HDSL cung cấp các đặc trưng chuẩn đoán (bao gồm việc đo SNR). HDSL tạo ra xuyên âm nhỏ hơn sang các hệ thống truyền dẫn khác bởi vì các tín hiệu mang của HDSL dùng băng thông hẹp hơn khi so với sóng mang T1 truyền thống. 1.3.2.2. Khả năng và ứng dụng của HDSL HDSL cung cấp truyền dẫn hai chiều tốc độ 1,544 Mb/s và 2,048 Mb/s qua đường dây điện thoại với chiều dài lên tới 3,7 Km sử dụng cặp cáp xoắn đường kính 0,5 mm mà không cần bộ lặp trung gian. Khoảng cách có thể tăng gần gấp đôi nếu có sử dụng một bộ lặp trung gian. Có hơn 95% các đường HDSL không sử dụng bộ lặp. HDSL không đòi hỏi phải có điều hòa đường dây hay phân tách nhóm cáp. HDSL cung cấp truyền dẫn tin cậy trên tất cả các đường trong vùng phục vụ với một tỷ lệ lỗi bit điển hình từ 10 -9 đến 10-10. Các hệ thống HDSL tốc độ DS1 (1,544Mb/s) sử dụng hai cặp dây, trong đó, mỗi cặp truyền tải tốc độ 768 Kb/s cho tải tin (mạng 768 Kb/s) trên cả hai hướng. Vì thế, thuật ngữ song công kép được dùng để mô tả truyền dẫn HDSL. Các hệ Lâm Quang Trung 21 Cao Học K8Đ 2001-2003