Nghiên cứu xây dựng hệ thống mạng truy nhập Internet băng rộng qua hạ tầng mạng truyền hình cáp : Luận văn ThS. Công nghệ thông tin: 1 01 10

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


22

300

4.366

3.000

2.633

2.500

400

5.0 9 9

3.500

3.033

2.900

450

5.433

3.733

3.266

3.0 6 6

500

5 .6 6 6

3.900

3.466

3.233

550

5.999

4.100

3.633

3.400

600

6.233

4.300

3.833

3.533

(Nguồn: ©Point Topic Ltd, 2004)

-

Do sử dụn 2 các bộ khuếch đại để hù suy hao nên nhiễu đirờne truvền tác

động vào tín hiệu cùng với nhiễu nội bộ của bộ khuếch dại tích tụ lại theo
chiều dài đường truyền dẫn đến càng xa trung tâm, chất lượna tín hiệu càng
giảm.
-

Theo kinh nghiệm cùa các nhà điều hành mạng cáp, trục trặc của mạng

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.

* M ạng kết hợp cáp quang và cóp đồng trục ( H F C - H yb rid F ib e r C oa xia l):
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.

CHÙGIẢI

/
■

*

#

.

HeadEnd

Bộ chia
đổng irục

Nút quang

Thuê bao

Khuyếch dại _
đổng Irục
®
Cúp quung

B<) chèn
nguổn

Cáp dồng Irục
IhuC bao

Cáị) đổng
trục

CHÚÝ Việc sử dung bộ khuyếch đại
\
H ình 2.2: M ạng truyền hình cáp H F C - H ình sao.

Với quy mô của mạng lớn, có thề sử dụng sơ đồ hình vòng kín với một
hay nhiều tầng (như hình vẽ). Trong sơ đồ này, mạch vòng thứ nhất được gọi
là mạng truyền dẫn (Transport Segment), mạch vòng thứ hai được gọi là
mạng phân phổi (Distribution Segment) và mạng từ nút quang đến thuê bao


24

gọi là mạng truy nhập (Access Segment). Độ an toàn cùa mạng được tăng lên
nhờ cầu trúc hình vòng kín.
Ngoài ra, tuỳ theo dịa hình cụ thê, có thê kết hợp linh hoạt giữa hai sơ
đồ hình sao và hình tròn kín.
Mạng truyền dần bao gồm hệ thống cáp quang và các HUB sơ cấp.
Nhiệm vụ của nó là truyền dẫn tín hiệu từ Headend dến các khu vực xa. Các
HƯB sơ cấp có chức năng thu phái tín hiệu quang lù đ ấ i các núi quang \ú
chuyển tín hiệu quang tới các HUB khác.

Mạng truyền
dẫn
THUÊ BAO
HUB
HEAD END

o

▲

FIBER NODE

Mạng phân
phối

Mạng truy nhập

H ình 2.3: M ạng truyên hình cáp H F C - 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
truyền mà không một phương tiện truyền dẫn nào khác có thể có được.
- Tín hiệu quang truyền trôn sợi quung hiện na) chu

) C ‘U

duọc

àU

dụny, liui

bước sóng quang là 1310nm và 1550nm. Đây là hai bước sóng có suy hao tín
hiệu rất nhỏ: 0,3db/Km cho bước sóng 1310nm và 0,2dB/Km cho bước sóng
1550nm. So sánh với cáp đồng trục, ở tần số 1GHz, loại có suy hao thấp nhất
cũng phải là 43dB/Km ta thấy ưu điểm hơn hẳn của cáp sợi quans.


26

- Tín hiệu truyền trên sợi quang là tín hiệu quang vì vậy không bị ảnh
hưởng của các nhiều điện từ từ môi trường, dẫn đến đảm bảo dược chất lượng
tín hiệu trên dường truyền.
- Được chế tạo từ các chất trung tính là plastic và thuỷ tinh, cáp sợi quang
là các vật liệu không bị ăn mòn và vì thế tuổi thọ cùa sợi quang cao.
- Do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu mà hoàn toàn chi sử dụng
các thiết bị thụ động nên tín hiệu đến thuê bao sẽ không bị ảnh hường cúa
nhiễu tích tụ ở các bộ khuếch đại và như thế nâne cao được chất lượne tín

hiệu đến thuê bao.
- Các sự cổ mạng sẽ giảm nhiều khi sử dụng hoàn toàn các thiết bị thụ động
từ đỏ nâng cao độ ổn dịnh và chất lượne phục vụ của mạng.
- Giảm được nhiều chi phí từ việc không sử dụng các thiết bị tích cực như
chi phí nguồn cung cấp. bộ chèn neuồn. chi phí hào dưỡne và sửa chừa.

* Mạng quang hoá hoàn toàn:
Một mạng truyền dẫn được quang hoá hoàn toàn từ nhà cung cấp dịch vụ
đến tận các thuê bao là ước mơ của mọi nhà cung cấp dịch vụ truyền hình
cùng như viền Ihông nhờ ưu diêm nôi trội cua cáp quang. I uy nhiên, việc
triển khai một mạng quang hoàn toàn tại thời điểm hiện nay gặp một số khó
khăn sau:
- Giá thành cáp quang, thiết bị thu phát quang, bộ chia quang. ... hiện
còn rất cao so với các thiết bị tươne ÚT)2 cho cáp dồnc trục
- Hiện tại nhu cầu dải thông của người dùng cũng chưa lớn do khả năng
cung cấp các dịch vụ, các chương trình của các nhà cune. cấp dịch vụ cũng
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