Tài liệu giảng dạyCÔNG NGHỆ TRUY NHẬP TRONG MẠNG NGN

Cuốn tài liệu được chia làm 3 phần bao gồm 7 chương, trong đó phần I chương I trình bày về tổng quan về những công nghệ truy nhập với quan điểm phân loại theo môi trường vô tuyến; phần I

TỔNG CÔNG TY BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG TRUNG TÂM ĐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIÊN THÔNG I

-Tài liệu giảng dạy

CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP TRONG MẠNG NGN

Biên soạn: Nguyễn Việt Hùng

Hà nội tháng 5 năm 2007

LỜI NÓI ĐẦU

Mạng thế hệ tiếp sau NGN đã và đang được VNPT triển khai rộng khắp đã làm cơ

sở hạ tầng cơ bản cho phép hỗ trợ để cung cấp mọi loại hình và phương thức kết nối cho khách hàng Tuy nhiên để đảm bảo tính kinh tế và hiệu quả kinh doanh cần phải có những cân nhắc và tính toán khi triển khai một phương thức truy nhập cụ thể cho khách hàng Cuốn tài liệu này trình bày khái lược về những công nghệ truy nhập băng rộng điển hình

đã đang và sẽ được sử dụng ở Việt nam cũng như trên thế giới và tập trung nhấn mạnh vào những công nghệ được ứng dụng rộng rãi

Cuốn tài liệu được chia làm 3 phần bao gồm 7 chương, trong đó phần I (chương I) trình bày về tổng quan về những công nghệ truy nhập với quan điểm phân loại theo môi trường vô tuyến; phần II (bao gồm chương II và III) tập truy trình bày về những công nghệ vô tuyến trong đó nhấn mạnh đến công nghệ ADSL, ADSL2 và ADSL2+ trong môi trường cáp đồng xoắn và công nghệ EPON trong môi trường cáp quang; phần III ( bao gồm chương IV, V, VI và VII) trình bày các công nghệ truy nhập vô tuyến với xu hướng hội tụ đến mạng 4G, trong phần này Wimax và WLAN được nhấn mạnh trong chương VI

và chương VII

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

TỪ VIẾT TẮT iv

Chương 1: Phát triển của mạng viễn thông và phương thức truy truy nhập 1

1.1 Mạng truy nhập và mạng viễn thông 1

1.1.1 Mạng NGN và các công nghệ truy nhập 1

2.1.1 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập 2

1.2 Công nghệ truy nhập hữu tuyến 4

KẾT LUẬN 6

TÀI LIỆU THAM KHẢO 7

DANH MỤC HÌNH VẼ

Ch¬ng 2:Hình 1.1: Mạng thế hệ sau và các công nghệ truy nhập 2 Ch¬ng 3:Hình 1.2: Sự ra đời của các dòng thiết bị truy nhập 3 Ch¬ng 4:Hình 1.3: Thiết bị DLC thế hệ 3 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU

TỪ VIẾT TẮT

A

AAA Authentication, authorization and

Account Nhận thực, cấp phép và lập tài khoản AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích ứng

ADC Analog-to-Digital Converter Biến đổi số tương tự

ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AES Advance Ecryption Standard Chuẩn mật mã nâng cao

ANSI American National Standards Institute Viện Quốc Gia Mỹ

APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động truyền dẫn không

đồng bộ ARQ Automatic Retransmission Request Yêu cầu truyền lại tự động

ASIC Application Specific Integrated Circuit Công nghệ sản xuất vi mạch tích hợp cho

từng ứng dụng đặc biệt ASN Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập

ATM Asynchronuos Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không đồng bộ ATP Access Termination Point Điểm tham chiếu đầu cuối truy nhập AWGN Additive White Gauussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng

B

BER Bit Error Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

BPSK Binary Phase shift Keying Khóa chuyển pha nhị phân

B-RAS BroadBand Remote Access Server Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa

BWA Broadband Wireless Access Truy nhập không dây băng rộng

C

CAP Carrierless Amplitude and Phase modulation Điều chế biên độ pha không sóng mang CCI Co-Channel Interference Nhiễu kênh liên kết

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CP Cyclic Prefix Tiền tố tuần hoàn

CPE Customer Premises Equipment Thiết bị truyền thông cá nhân

CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư vòng tuần hoàn

CS Convergence Sublayer Lớp con hội tụ

CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm nhận sóng mang CSN Connection Service Network Mạng dịch vụ kết nối

D

DAMA Demand Assigned Multiple Access Đa truy nhập ấn định theo nhu cầu DCF Distributed Control Function Chức năng điều khiển phân tán

DES Data Encryption Standard Chuẩn mật mã hóa dữ liệu

DFS Dynamic Frequence Selecton Lựa chọn tần số động

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình Host động

DMT Discrete Multi-Tone Modulation Điều chế đa tần rời rạc

DMT Discrete Multiple Tone Modulation Điều chế đa tần rời rạc

DSC Dynamic Services Change Chuyển đổi các dịch vụ động

DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số

DSLAM DSL Access Module Khối truy nhập DSL

E

EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức nhận thực mở rộng

EC Encryption Control Điều khiển mật mã hóa

ECB Electronic Code Book Sách mã điện tử

EDCA Enhanced Distributed Control Access Truy nhập điều khiển phân tán nâng cao EDGE Enhanced Data Rates Các tốc độ dữ liệu được nâng cấp

EP PLT ETSI Project Powerline

Telecommunication

Dự án về truyền thống sử dụng đường dây điện lực

ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện các chuẩn viễn thông Châu Âu EV-DO Enhanced Version- Data Only Chỉ dữ liệu-phiên bản nâng cao

F

FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số

FDM Frequence Division Mutiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

FEXT Far-End Crosstalk Xuyên âm đầu xa

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FSAN Full Service Access Network Tổ chức điều hành mạng truy nhập dịch vu đầy đủ FTTC/B Fiber To The Curb/Building Cáp quang tới khu vực/cao ốc

FTTCab Fiber To The Cabinet Cáp quang đến tủ phân phối

FTTEx Fiber To The Exchange Cáp quang tới tổng đài

FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới nhà

G

GFP Generic Framing Procedure Thủ tục định khung chung

GPRS Generalized Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System For Mobile

Communicatons

Hệ thống toàn cầu cho truyền thông di động

H

HDSL/HDSL 2 High data rate DSL Đường dây thuê bao số tốc độ cao HFC Hybrid Fiber Coaxial Mạng lai cáp quang cáp đồng trục HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ

cao

I

IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi ngược Fourier rời rạc

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Viện các kĩ sư điện và điện tử

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi fourier ngược nhanh

IMT International Mobile Telecommunications Viễn thông di động quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Inergrated Service Digital Network Mạng số các dịch vụ tích hợp

ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu giữa các Symbol

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

L

LAN Local Area Network Mạng vùng cục bộ

LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp

M

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện

MAN Metropolitan Area Network Mạng vùng thành thị

MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MIP Mobile Internet Protocol Giao thức Internet di động

MISO Multiple Input Single Output Nhiều đầu vào một đầu ra

MPLS Multi Protocol Label Switching Giao thức chuyển mạch nhãn đơn giản

MTBF Mean Time Between Failures Thời gian trung bình giữa các lần lỗi

N

NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng

NEXT Near-End Crosstalk Xuyên âm đầu gần

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NLOS Non Line Of Sight Không tầm nhìn thẳng

NTE Network Termination Equipment Thiết bị đầu cuối mạng

O

ODN Optical distribution network)

OFDM Orthogonal Frequence Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequence Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OLT Optical Line Terminal Đầu cuối đường dây quang

ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang

P

PAN Personal Area Network Mạng cá nhân

PDA Personal Digital Assistant Hỗ trợ cá nhân dùng kĩ thuật số

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PKM Privacy Key Management Quản lí khóa bảo mật

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PMD Physical Medium Dependent Môi trường vật lí phụ thuộc

PMP Point to Multipoint Điểm-đa điểm

PMS Physical Medium Specific Đặc tính môi trường vật lí

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

POTS Plain Old Teliphone Service Dịch vụ truyền thống

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm-điểm

PSCN Packet Switched Core Network Mạng lõi chuyển mạch gói

PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất

PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Q

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương

QPSK Quadratura Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phương

R

RFI Radio Frequency Interference Nhiễu tần số vô tuyến

S

SA Security Association Kết hợp bảo mật

SAID Security Association Identifier Nhận dạng kết hợp bảo mật

SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ

SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp kỉ thuật số đồng bộ SDSL Single pair DSL Công nghệ DSL sử dụng một đôi dây

SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

SOFDMA Scalable Orthogonal Frequence Division

Multiple Access

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao theo tỉ lệ

SOHO Small Office Home Office Văn phòng gia đình văn phòng nhỏ SONET Synchronous Optical Network Chuẩn xác định truyền thông trên cáp quang

SSCS Specify ServicesConvergence Sublayer Lớp con hội tụ các dịch vụ riêng

STC Space Time Code Mã không gian thời gian

STM Synchronuos Transfer Mode Trường chuyển mạch đồng bộ

T

TC Transmission Convergence Lớp hội tụ truyền dẫn

TDD Time Division Duplex theo thời gian Song công phân chia

TDM Time Division Multiplexing theo thời gian Ghép kênh phân chia

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

TE Termination Equipment Thiết bị đầu cuối

TEK Traffic Encryption Key Khóa mật mã lưu lượng

TLS Transport Layer Security Bảo mật lớp truyền tải

U

UMTS Universal Mobile Telecommunication

System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

UMTS UTRA UMTS terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến trên mặt đất

UNI User Network Interface Giao diện người dùng mạng

UTRAN UMTS terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến trên mặt đất UMTS

V

VTU VDSL Transmission Unit Khối truyền dẫn VDSL

VTU-O VDSL Transmission Unit CO Khối truyền dẫn VDSL phía tổng đài VTU-R VDSL Transmission Unit Remote Khối truyền dẫn VDSL phía thuê bao xa

W

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh đa bước sóng

WEP Wired Equivalent Privacy Bảo mật đương lượng hữu tuyến

Wi-Fi Wireless Fidelity Trung thực vô tuyến

X

xDSL Digital Subcriber Line Họ công nghệ DSL

Chương 1: Phát triển của mạng viễn thông và phương thức truy truy nhập

1.1 Mạng truy nhập và mạng viễn thông

1.1.1 Mạng NGN và các công nghệ truy nhập

Mạng NGN

Mạng viễn thông thế hệ sau có nhiều cách gọi khác nhau như Mạng đa dịch vụ, Mạng hội tụ, Mạng phân phối hay mạng nhiều lớp Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới rất quan tâm đến NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõ ràng Do vậy ta chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau:

“ NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, là sự hội tụ giữa thoại và

dữ liệu, giữa cố định và di động.”

Đặc điểm NGN

NGN có 4 đặc điểm chính:

• Nền tảng là hệ thống mở

• NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng các dịch vụ trên NGN phải độc lập với mạng lưới

• NGN là mạng chuyển mạch gói dựa trên những giao thức thống nhất

• Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng ngày càng tăng

và có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

Trong NGN giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng được

áp dụng làm cơ sở cho mạng đa dịch vụ Hiện tại mặc dù vẫn còn gặp nhiều khó khăn so với mạng chuyển mạch kênh về khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu, nhưng với tốc độ thay đổi nhanh chóng nhiều công nghệ mới đang được áp dụng sẽ sớm khắc phục điều này trong tương lai gần

Các công nghệ truy nhập và mạng NGN

Như trong hình 1.1 để kết nối người dùng vào mạng NGN người ta có thể sử dụng một công nghệ hoặc có thể kết hợp một vài công nghệ khác nhau để tạo ra hàng loạt những phương thức kết nối khác nhau Những công nghệ kết nối hiện nay đang được sử dụng phổ biến bao gồm :

• Vô tuyến (GSM, 3G, 4G, WLAN, WMAN)

• Hữu tuyến xDSL, PON, CM, PLC

Ch¬ng 2: Hình 1.1: Mạng thế hệ sau và các công nghệ truy nhập

Tuy nhiên, để đạt được cấu trúc như mong muốn trên hình 1.1 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 Chúng ta có thể tổng kết lại (nhìn từ hướng phát triển từ mạng PSTN) những thế hệ của mạng truy nhập như trong hình 1.2

2.1.1 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập

Hình 1.2 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

Dòng thiết bị hỗ trợ dịch vụ băng rộng đầu tiên và được tích hợp phía thuê bao là DLC thế hệ 3 hay NDLC ra đời vào những năm cuối thế kỷ 20 Thiết bị này có nhiều điểm tương đồng với ATM DSLAM do cùng sử dụng một công nghệ và kiến trúc tương

tự nhau Các NDLC thể đấu nối và phối hợp hoạt động với nhau tạo thành một mạng ATM diện rộng thống nhất, chuyển mạch gói với băng thông tương đối lớn cho phép cung cấp các dịch vụ dữ liệu một cách tương đối mềm dẻo (hình 1.3) Đặc tính của dòng thiết

bị này như sau:

• Cung cấp giải pháp truy nhập băng rộng tạm thời qua mạng lõi ATM

• Sử dụng công nghệ xDSL để truy nhập dữ liệu tốc độ cao

•

• Kết nối ATM với mạng đường trục hay qua mạng IP.

• Hỗ trợ cỏc dịch vụ thoại/fax, ISDN và dữ liệu băng rộng

Chơng 3: Hỡnh 1.2: Sự ra đời của cỏc dũng thiết bị truy nhập

Tuy nhiờn dũng thiết bị này cú một số nhược điểm sau:

• Băng thụng và dung lượng hạn chế

• Nỳt cổ chai trong vũng ring truy nhập nếu phần lớn cỏc thuờ bao đều sử dụng dịch vụ xDSL và nỳt cổ chai trong mạng lừi ATM

• Khú mở rộng dung lượng

• Kiến trỳc phức tạp, qua nhiều lớp (Ip qua ATM qua SDH/DSL)

• Giỏ thành và chi phớ tương đối cao

Tiếp sau DLC thế hệ 3 là dũng thiết bị truy nhập IP Đõy là dũng thiết bị truy nhập tiờn tiến nhất hội tụ nhiều cụng nghệ nền tảng trong mạng thế hệ sau NGN (hỡnh 1.4) Dũng thiết bị này chạy trờn nền tảng mạng IP/MPLS và sử dụng điển truy nhập IP-AN với một số đặc điểm sau:

• Băng thụng/ Dung lượng hầu như khụng hạn chế (Trờn thực tế hầu như khụng tắc nghẽn với băng thụng trong khoảng 1-10Gbps)

• Truy nhập băng rộng IP

• Dễ dàng mở rộng và tớch hợp với mạng NGN (Trờn nền mạng chuyển mạch mềm)

• Cung cấp tất cả cỏc dịch vụ qua một mạng IP duy nhất mặc dự hệ thống này vẫn hỗ trợ cỏc đầu cuối tương tự truyền thống Thiết bị này phối hợp hoạt động với mạng IP qua cổng phương tiện MG

Năm 1890 Cáp đồng

1-2G DLC Năm 1970

V5 DLC Giữa thập kỷ 90

NGDLC Cuối thập kỷ 90

Truy nhập IP

• Giỏ thành tớnh cho từng thuờ bao và chi phớ vận hành mạng thấp.

• Kiến trỳc đơn giản (IP over SDH)

Chơng 4: Hỡnh 1.3: Thiết bị DLC thế hệ 3

Trong giai đoạn quỏ độ hiện nay, để việc đầu tư vào mạng truy nhập mang lại hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật thỡ ngoài giải phỏp sử dụng cỏp đồng đến khu vực thuờ bao cũn cú thể sử dụng cỏc thiết bị truy nhập tớch hợp, quang húa mạng truy nhập và tận dụng tối đa những cụng nghệ truy nhập vụ tuyến, hơn nữa để phự hợp với xu thế tất yếu là tiến tới hội tụ ở mạng NGN khi mà cơ sở hạ tầng mạng hiện tại chưa sẵn sàng hỗ trợ cỏc thiết

bị truy nhập IP tiờn tiến nhất thỡ cần phải cú dũng thiết bị truy nhập đỏp ứng tất cả cỏc yờu cầu sau:

• Hỗ trợ cỏc giao diện PSTN truyền thống, cỏc đầu cuối tương tự

• Cú khả năng cung cấp cỏc dịch vụ băng rộng và cỏc dịch vụ mới khỏc

• Hỗ trợ giao diện V5.x và cú thể kết nối tới cỏc tổng đài nội hạt đang sử dụng (cú thể đúng vai trũ như là thiết bị DLC)

• Dễ dàng nõng cấp, tớch hợp khi chuyển sang mạng NGN

• Đảm bảo thời gian triển khai và chi phớ phỏt thiển thuờ bao khụng quỏ cao

1.2 Cụng nghệ truy nhập hữu tuyến

Hiện nay trờn thị trường những nhà khai thỏc với cơ sở hạ tầng khỏc nhau đưa ra những dịch vụ truy nhập dựa trờn cụng nghệ khỏc nhau như:

• Cụng nghệ modem băng tần thoại, xDSL, ISDN dựa trờn cỏp đồng xoắn

• Cụng nghệ modem cỏp CM trờn mạng cỏp truyền hỡnh cỏp CATV

• Cụng nghờ PLC trờn mạng cỏp điện lực

Cáp quang

MDF

DLC DLC

Trung kế

IP

EX

PSTN

ATM

EX

Cáp đồng B-RAS