Tài liệu Nghiên cứu xây dựng hệ thống mạng truy cập Internet băng rộng qua hạ tầng mạng truyền hình cáp

ĐẠI HỌC Q U Ố C GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phạm Thị Thanh (ỉiang NGHIÊN c ú u XÂY d ụ n g h ệ t h ố n g m ạ n g TRU Y 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 s ĩ NGUỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS : Vũ Duy Lợi Hà Nội- 2006 M ỤC LỤ C MỞ ĐÀU.....................................................................................................6 CHƯƠNG 1:TỚNG QUAN VÈ KÉT NỐI INTERNET BĂNG RỘNG TRÊN I1Ạ TÀNG TRUYỀN HÌNH C Á P ..................................................................................................8 1.1. T ổng 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 C H Ư Ơ N G 2:K1ÉN T R Ú C VẢ NGUYÊN T Ấ C H O Ạ T DỌNC IN T E R N E T 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 đ ộ n g ..............................................................................19 2.2.1 - M ạng cáp truyền h ìn h ............................................................................................ 19 2.2.2 Phân mạng kết nối Internet................................................................................... 28 2.2.3 C ác thiết bị kết nối tại đầu cuối thuc h a o .............................. 71 2.3. Các tiêu chuẩn truyền dẫn s ổ .......................................................................................33 2.3.1. C huẩn D O C S IS ........................................................................................................33 2.3.2. C huẩn D V B -R C C ..................................................................................................37 2.3.3. Đánh giá, so sánh và lựa c h ọ n .............................................................................39 C H Ư Ơ N G 3 :T H I É T KÉ VÀ T H Ụ C HIỆN M Ô HÌN H [SP CUNG C Á P IN T E R N E T QUA TRUYÈN HÌNH C Á P...................................................................................................42 3.1. Hiện trạng m ạng cáp truyền hình cùa V C T V ......................................................... 42 3.2. Thiết kế hệ thống kết nổi In te rn e t.............................................................................44 3.2.1. Mô hình hệ thống tổng t h ể ...................................................................................44 3.2.2. Phân mạng kết n ố i................. i.............................................................................. 46 3.2.3. Phân mạng dịch v ụ ................................................................................................50 3.2.4. Phân mạng truy nhập từ H F C ............................................................................ 54 3.2.5. Phân mạng bảo v ệ .................................................................................................56 3.2.6. Phân mạng quản t r ị ................................................................................................ 65 3. 2.7. Phân mạng phụ t r ợ ................................... ;..........................................................65 3.3. Kết quà triển khai thí đ iể m .......................................................................................... 68 KÉT LU Ậ N ................................................................................................................. 71 1- Đánh giá kết q u ả ............................................................................................................71 2- Đề xuất hướng nghiên cứu tiêp tụ c :..........................................................................7 1 TÀI LIỆU THAM K H Ả O .........................................................................................73 2 DANH SÁCH CAC BANG s u DỤNG TRONG LUẶN VÃN TÊN BẢNG STT BẢNG Bảng 1.1 Bàng kê tình hình phát triển dịch vụ bflne rộnc khu vực Chrui Á Bảng 2.1 Bảng giá trị suy hao cùa cáp đông trục TRD Bảng tóm tăt tôc độ di tân kênh hướng lên với điêu chê QPSK và Bảng 2.2 QAM Bảng 3.1 Các tính năng cân đáp ứng của Core Svvitch DANH SÁCH CÁC HÌNH s ử DỤNG TRONG LUẬN VĂN TÊN HÌNH VẼ STT HÌNH Hình 1.1 Satellite system diagram courtesy o f BT Openvvorld Hình 2.1 M ạng truyền hình cáp có câu trúc hoàn toàn cáp đồng trục Hình 2.2 M ạng truyền hình cáp HFC - Hình sao Hình 2.3 M ạng truyền hình cáp Ii r c - 1lình tròn kín Kiên trúc tông thể của hệ thông m ạng cung câp dịch vụ truy nhập Hình 2.4 Internet qua HFC Hình 2.5 Regional Cable Headend H ình 2.6 D istribution Hub H ỉnh 2.7 Home Environm ent H ình 2.8 Business Environm ent Hình 3.1 Kêt nôi tông thê mạng cáp HFC - VCTV Hình 3.2 Tông thê kêt nôi mạng Internet Hình 3.3 Phân mạng cung cấp dịch vụ Internet tại Hà Nội 3 DANH MỤC CÁC TÙ VIẾT TẮT TÙ VIÉT TẤT ASN TU TIENG ANH A utonom ous NGHĨA TIẾN G VIỆT Sỏ hiệu mạng System N um ber D om ain N etw ork System Hệ thông tên miên D ata O ver Cable System Đặc tả giao diện truyên sô liệu trên mạng Interface Specification cáp DSN D igital Subscriber Line Đ uờng thuê bao sô HFC H ybird Fiber Coaxial M ạng kêt hợp cáp quang và cáp đông DNS DOCSIS trục ICMP IDSN Internet Control M essage G iao thức điêu khiên truyên tin trên Protocol mạng Intergrated Services M ạng dịch vụ tích hợp số D igital Network ISP Internet Service Provider Nhà cung câp dịch vụ truy cập Internet ITU International telegraph Liên minh viên thông quôc tê Exchange N hà cung câp dịch vụ kêt nôi Internet U nion IXP Internet Provider SONET Synchronous NF.T work Optical M ạng quang đồng bộ 6 M Ở Đ Ầ U 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 A D SL 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 p hù h ợ p 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 điện sinh hoạt cũng đã và đang được Viền thông điện lực nghiên cứu và lên kế hoạch triển khai. Tuy nhiên, bên cạnh đó, đường cáp truyền hình hiện có với hạ tầng truyền dẫn lai ghép giữa cáp quang (đến tận các tù cáp tại các cụm dân cư) và cáp dồng trục (từ lù cáp đến các hộ gia dinh) vứi Uia uãng 11U)C11 dẫn ổn định, đảm bảo dễ dàng nâng cấp và mở rộng, không bị giới hạn về khoảng cách và cự ly truvền tải lại chưa được tận dụng khai thác sử dụng cho việc xây dựng một hạ tần£ truyền dần truy nhập Internet tốc độ cao. Đề tài này thực hiện nhằm nehiên cứu khả nărm khai thác hạ tầne mạne cáp truyền hình săn có cho mục đích cung cấp thêm một loại hình dịch vụ truy cập Internet mới tại Việt Nam. Với các cơ sở khoa học và và thực tiền nêu 7 trên. Luận văn sẽ tập trung vào nghiên cứu các vấn đề kỹ thuật, công nghệ của giải pháp truy nhập Internet băng rộng trên nền hạ tâng mạng truyền hình cáp. Luận văn cùng đi sâu vào nghiên cứu, thử nghiệm và thiết kế xây dựng một hệ thống mạng tổng thỏ cung cấp dịch vụ Internet băng lộng qua hạ lung mạng cáp truyền hình theo mô hình mạng cung cấp dịch vụ cùa một ISP. Kết quả nehiên cứu này nhàm đánh giá khả năng áp dụng cung cấp rộng rãi dịch vụ này ra thị trường trong tương lai sắp tới. Luận văn gồm phần mở đầu. 3 chirơne nội dung và phần kết luận. - Mở đầu : Giới thiệu tổng quan, bổ cục của luận vãn. - Chương I: Tông quan về kết nối Internet băng rộng trên hạ tầng Truyền hình cáp. Chương này giới thiệu tổng quan về các loại dịch vụ của Internet băng rộng như: vệ tinh, cáp quang, không dây,... và tình hình phát triền kết nối Internet qua truyền hình cáp ở một số nước. - Chương II: Kiến trúc và nguyên tắc hoạt động cùa Internet qua truyền hình cáp. Chương này giới thiệu về các yêu cầu, nguyên tắc thiết kế, kiến trúc và nguvên tắc hoạt động, đánh giá hiệu suất hoạt động và lựa chọn công nghệ áp dụng phù hợp cho hệ thống mạng cung cấp dịch \ ụ iru) nhập IiUcrnci bãug rộng qua hạ tầng cáp truyền hình tại Việt Nam. - 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 CH Ư Ơ N G 1 TỐNG QUAN VẺ K É T NÓt INTERNET BẢNG RỌNG TRÊN HA TÀNG TRUYỀN HÌNH CÁP 1.1. Tổng quan về Internet băng rộng. Internet băna thôn« rộn 2 thườno đirợc cọi n s ầ n 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) định nghĩa thì: Băng rộng là đường truyền có tốc độ nhanh hơn tốc dộ ISDN. 9 FFC định nghĩa băng rộng là 200Kbit/s (0,2 Mbiưs) cho 1 hướng và broadband tiên tiến ít nhất là 200KbiƯs cho cả 2 hướng truyền. Theo OECD định nahTa băng rộng là 256 kbit/s cho ít nhất một hướng và tốc độ bit này là ranh giới chung nhất, nó được coi là "Broadband" trên thế giới. * Một số đặc điếm của Internet băng rộng: + Tốc độ nhanh: vượt trội hơn các dịch vụ truy cập quav số thoại truvền thống (thông thường nhanh gấp 1 0 - 2 0 lần khi kết nối qua Modem dial-up điển hình với tốc độ khoảng 30 đến 50 kbps). Một kết nổi băng rộng thường có tốc dộ từ 256 kbps den lOMbps, phụ ihuộc váo các dịch vụ ma la lựa chọn. Một số ví dụ khác biệt về tốc độ giữa 2 loại này là: một file nhạc MP3 cần 18 phút dể tải xuống sử dụna một modem dial-up 28,8 kbps nhưng chỉ cần 20 giây với dườne kết nối băng rộng 1.5Mbps; Một E-mail chứa File ảnh eia đình cần 55 giâv với tốc độ 28.8 kbps nhirnc chỉ cần 3 ciâv với một kết nối 5 12kbps. + Kết nổi liên tục, không tín hiệu bận: Khi nào bật máy tính lên là khi có đó thể kết nối Internet. Điều này có nghĩa là ta không cần phải mất thời gian quay sổ và đợi modem kết nối Internet mỗi khi ta kết nối mạng. + Không phải trả thêm tiền quay số để kết nối trong thời gian sử dụng dịch vụ. + Đườnẹ điện thoại sẽ không bị bận trong khi sử dụng Internet. Vì vậy không phải trả tiền sử dụng điện thoại khi truy cập Internet. + Có thể két nối một số máy tính vào Internet qua một dưưng két noi chung cho nhiều người sử dụng ở cơ quan hoặc ờ nhà. + Băng rộng tốc độ cao cho phép ta truy cập vào một số ứng dụng mà nó không thể thực hiện được ở kết nối Dial- up hoặc thực hiện rất chậm. Ví dụ. băng rộng có thể: 10 - Tạo video hội thoại nhanh h(m. mịn hơn với hình ânh truyền sổng 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 đồn s 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 sio n s 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 + Tốc độ download cùa DSL không bị ảnh hưởng bởi số các thuê bao. * Cable modem: Rất nhiều công ty và các nhà cung cẩp dịch vụ Internet cho rằng: Kết nối Internet băng rộng qua cáp modem nhanh gấp 100 lần kết nổi Internet qua dial- up, chạ) với lốc dộ siêu cao 5 triệu bii mỏi già) pinbpój. Trên lý thuyết thì có thể là như vậy. Nhưng tốc độ thực tế chỉ là lm bps hoặc nhanh gấp khoảng 20 lần so với kết nối dial- up 56 kbps. Tuy nhiên đó cũns là một bước nhảy vọt lớn, một sự đầu tư nâng cấp có giá trị. Neu phải thường xuyên tải nhữne file lớn như video hoặc audio clip hoặc phần mềm thì sử dụng cáp modem sẽ dễ dàng hơn. Bởi vì cáp modem là liên tục- có nghĩa là liên tục kết nối với Internet- không cần phải quay số tới một nhà cung cấp dịch vụ (ISP), không phải đợi, không có tín hiệu bận. * Kết nối băng rộng qua vệ tinh là loại hình kết nối không dây tốc dộ cao qua vệ tinh. Một tín hiệu được gửi di từ một trạm dưới mặt đất (chảo) tới vệ tinh theo một quỹ đạo xung quanh trái đất và sau đó được truyền xuống trạm kết nối Internet tại mặt đất. Tín hiệu lại được truyền quay trở lại từ trạm Internet trên mặt đất, qua vệ tinh và sau đó đến trạm mặt đất lúc đầu. Một modem đặc biệt kết nối trạm mặt đất với má> Lính PC hoặc vứi mạng má} linh. Dù) là 2 đường mà vệ tinh thực hiện việc truyền thông của mình. Chảo dưới mặt đất có đường kính từ 68 cm đến 1 mét phụ thuộc vào vị trí, được hướng den một vệ tinh trong địa tĩnh học có quỹ đạo quay xung quanh trái đất có nghĩa rằng nó di chuyển với tốc độ cùne với tốc độ quay của trái đất do đcS nó dươc coi là đứng im so với bề mặt trái đất. Hầu hết các vệ tinh có thể dùng được trên hệ thong Intelsat đều di chuyển theo quỹ đạo qua xích đạo, khoảng 22,250 dặm trở lên , do đó có thời gian trễ cùa các tín hiệu khi đi từ chảo dưới mặt đất lên 12 vệ tinh và sau đó quay trờ lại chảo dưới mặt đất. Trạm dưới đất này có một kết nối trực tiếp tới Internet. Thông tin mà ta yêu cầu, 1 trans Web hoặc 1 file, sẽ được lấy theo con đườnc neược lại. Khoảne trễ eiữa thône tin yêu cầu và thông tin nhận được gọi là góc trễ của hệ thống. 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 qu an 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 th ô n e 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 n h ư 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 CA TV 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 m ở rộng dần mạng lưới và địa bàn phục vụ. Xuất phát từ ý tưởng tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có này cho việc phát triển các dịch vụ kết nối Internet, nhiều hãng sản suất thiết bị viễn thông đã nghiên cứu để đưa ra các chuẩn công nghệ và thiết bị. Tuy nhiên giải pháp kỹ thuật được đa sò các nhà cung câp dịch vụ truy cập Internet tòc dộ cao thong qua mạng truyền hình cáp hiện tại lựa chọn để triển khai dịch vụ tới người đùng là sử dụng công nghệ hiện đại theo tiêu chuẩn DOCSIS của Mỳ. Hiện tại dịch vụ truy cập Internet này đã chiếm tới 40% thị phần truy nhập Internet băna rộne tại Mỹ và được đánh giá là dịch vụ tniv nhập Internet tốc độ cao. 14 tiềm năng có thổ có số lượng thuc bao lớn nhất so với các loại hình dịch \ ụ truy nhập toc độ cao khác trong thời gian tới. Ngoài tính năng truy cập Internet tốc độ cao và xem truyền hình cáp đồng thời, người dùng sử dụng dịch vụ này còn được hưởng nhiều lợi ích khác nhau khi nhà cung cấp nâng cấp thêm cơ sờ hạ tầng như chơi eame trực tuyến, đàm thoại hội nghị truyền hình, thiết lập hệ thống camera cảnh báo hoặc làm việc tại nhà. * Tại sao lại truyền được Internet qua đường cáp truyền hình ? Trong hệ thống cáp TV, mồi kênh TV được dành cho 6 MHz với tổng so bandwidth cua đường truyền. Khi kết nôi Internet thì dữ liệu từ máy chú gửi về máy tính (downstream) năm gọn trong một kênh 6M H z nào đó còn dữ liệu từ máy tính gửi lên cho máy chủ (upstream) thì chỉ cần một kênh khoảng 2MHz. Đe truyền dữ liệu downstream, upstream này đồng thời trong một dường cáp, một kênh TV (trong dài lần 50 - 750 MHz) duyu Jùng de chu)cn dừ liệu từ mạng xuống máy và 1 kênh khác (trong dải tần 5- 42 MHz) được sử dụng để chuyển tín hiệu từ máy lên mạng. Một thiết bị đầu cuối dược kết nối qua các kênh này cùng với một Cable Modem nằm ờ phía đầu nhà thuê bao để tạo thành một kết nối mạne LAN ảo. Hầu hết các cáp modem là thiết hi neoài dược kết nối với máy tính qua Card Ethernet 10 Base-T hoặc kết nối USB. Ngoài ra nó cũng có các Card trong PCI. Cáp modem truy cập vào mạng ở tầng 1 (tầng vật lý) và tầng 2 (môi trường điều khiển truy nhập/ điều khiển 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 Country Thousands of lines Thousands of lines at 30 Ju n e 2003 at 31 December 2003 Cable DSL modems Cable Total DSL etc 24469 Asia- G row th in 2H 2003 modems Cable Total DSL ect 10189 34658 32179 modems Total etc 11930 44109 Pacific 31.5 17.1% 27.3 % % 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% 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% 25.6% 24.7% 192 92 284 242 132 374 26.0% 43.5% 31.7% 6918 4143 11061 6436 4743 11178 -7.0% 14.5% 1.1% 2142 320 2462 2c»uu 414 Ju 14 21.4% ¿y.4% 22.4% 220 12 231 284 14 298 29.2% 17.4% 28.6% Hong Kong Singapore South Korea Taiwan Other Asia Pacific (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 to n s 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 phát triển mạnh mẽ trone thời eian tới. ĐAI HỌC' Q u TRUNG TĂM QlA h a NỘi ĨHC ■ . 'IN fHƯ VIÊN 18 CHƯƠNG 2 KIÉN TRÚC VÀ NGUYÊN TÁC HOẠT ĐỘNG IN TERN ET QUA TRUYỀN HÌNH CÁP 2.1. Yêu cầu, nguycn tắc thiết kế hệ thống Để đáp ứng nhu cầu chuyển tài thông tin thuần tú) như Irưức J â ), mạng cáp truyền hình truyền thống được xây dựng để phục vụ cho việc phát tín hiệu tới các máy thu hình chỉ chuyển tải thông tin theo 1 chiều đi xuống (từ Đài phát đến các máy thu hình). Nehĩa là mạng cáp được xây dựng chỉ để phục vụ riêng cho một mục đích truyền thông tin dừ liệu từ Nhà cuns cấp nội dung chương trình (các kênh Truyền hình) tới các thuê bao. Như vậy, để sử dụng được hạ tầng mạng truyền hình cáp cho việc cung cấp các dịch vụ Internet thì các giải pháp kỹ thuật, hạ tầng thiết bị cần phải được điều chinh, bổ sung. Do mạng Internet có đặc tính cần sự trao đổi thông tin 2 chiều nên ngoài việc chuyển tai thông tin, dừ liệu iheo chiẻu xuống (Dovvnstream) hạ tầng mạng còn cần phải đáp ứng nhu cầu chuyển tải thôns tin theo chiều lên (Upstream). Điều đó có nghTa là ngoài việc phải thiết lập một kết nối từ mạng cáp truyền hình sằn có tới một hay nhiều nhà cung cấp dịch vụ kết nối Internet (IXP) ra. dịch vụ nàv đòi hòi phải có sự nânc cấp mạng lưới và hạ tầng thiết bị sẵn có để có khả năng chuyển tải những thông tin theo chiều ngược lại (từ phía đầu cuối thuê bao đến nhà cung cấp dịch vụ). Xuất phát từ yêu cầu nói trên, nguyên tắc thiết kế để sử dụng được mạng truyền hình cáp vào sứ dụng cho việc cung cấp dịch vụ Internet là cần phải bô sung vào hệ thống các giải pháp kỹ thuật cùng các thiết bị chuyên 19 dụng đế xử lý được các yêu cầu chuyên tải thông tin theo cả hai chiều lên và xuống đồng thời trên cùng một đường cáp truyền hình. 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 d ù 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 1ruyền 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 \ M ạng có câu trúc hoàn toàn cáp đông trục: HeadEnd Rò chia chính Khuyếch đại đồng trục Bộ trích TH f r Thuê bao ^ Bộ chèn nguồn Cáp chính Cáp nhánh Cáp thuê bao H ình 2. ỉ: M ạng truyền hình cáp có cẩu trúc hoàn toàn cáp đằng trục. Mạng truyền dẫn sử dụng hoàn toàn cáp đồng trục còn dược gọi là mạnR Trunk-Feeder, c ấ u trúc mạng bao gồm cáp chính (Trunk) làm xương sống, các nhánh cáp phụ rẽ ra từ thân cáp chinh dược gợi lá cáp nhánh (Feeder) và phần kết nối từ cáp nhánh đến thuê bao gọi là cáp thuê bao (Drop). Đẻ chia tín hiệu từ cáp chính đến các cáp nhánh, người ta sử dụng các bộ chia chính (Splitter). Tín hiệu được trích từ cáp nhánh để dẫn đến thuê bao nhờ bộ trích tín hiệu (Tap). Do có hiện tượng suy hao tín hiệu trên đường truyền với khoảng cách nên trên đường đi cùa tín hiệu, ta phải lắp đặt các bộ khuếch dại tại các vị trí thích hợp đê bù lại phần tín hiệu bị suy hao. 21 Đe cấp nguồn cho bộ khuếch đại, naười ta sử íiụne hai phương pháp là câp nguôn trực tiếp và cấp nguồn từ xa. Trong phương pháp cấp neuồn trực tiếp, bộ khuếch đại sử dụng điện lấy từ mạng điện sờ tại. Trong phương pháp cấp nguôn từ xa, nguồn cung cáp cho bộ khuếch dại dược chen vao cap dong trục bang các bộ chèn nguồn sau đó dẫn đến bộ khuếch đại bàng chính cáp dồng trục. Để đảm bảo an toàn, nauồn điện khi chèn vào cáp đồne trục thườnR có điện áp là 60V hoặc 90V. Ưu điểm - Các thiết bị mạng đơn giản, giá thành thấp. Nhuợc điểm Do truyền tín hiệu bằng cáp đồng trục có mức suy hao lớn nên phãi sử dụng nhiều bộ khuếch đại dần đến chi phí cho mạng tăng cao, đồng thời kéo theo các chi phí khác như nguồn cung cấp cho bộ khuếch đại và điện năng 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): B ang 2.1: Bang giá trị suy hao cua cáp dông trục Tân sô Đường kính cáp (cm) (MHz) 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 2.266