Câu 23: Trình bày khái niệm, các đặc điểm chính của công nghệ CM. Vẽ cấu trúc hệ thống cung cấp dịch vụ CM và giải thích các thành phần trong hệ thống đó.

Ø      Khái niệm công nghệ CM

Công nghệ CableModem (CM) là công nghệ truyền số liệu trên mạng truyền hình cáp (CATV) vốn là mạng lai ghép giữa cáp quang và cáp đồng trục, dùng để cung cấp tín hiệu một chiều.

Ø      Cấu trúc hệ thống cung cấp dịch vụ CM

Một hệ thống CM bao gồm các thành phần sau:

           −   Bộ khuếch đại hai chiều

           −   Cáp quang và cáp đồng trục trong mạng

           −   Cầu rẽ ( Tap)

           −   Node quang

           −   Thiết bị kết cuối truyền hình-STB

           −   Modem cáp-CM

           −   Hệ thống kết cuối modem cáp- CMTS

           −   Server trong mạng modem cáp

           −   Hệ thống  IP phone

−   Hệ thống quản lý thuê bao và tính cước dịch vụ

ü      Bộ khuếch đại hai chiều

Trong phần mạng cáp đồng trục, các bộ khuếch đại hai chiều được sử dụng bao gồm hai loại:

§         Bộ khuếch đại phân phối ( khuếch đại tín hiệu RF và đặt vào 2 hoặc 4 đầu  cáp ra khác).

§           Bộ khuếch đại đường dây mở rộng-Line Extender Amplifier

Một hệ thống HFC hiện đại thường có từ 4 đến 6 bộ khuếch đại cho tầng khuếch đại RF sau mỗi node. Đa số các bộ khuếch đại đó có hệ số khuếch đại tự điều chỉnh để bù đắp những thay đổi khác nhau theo nhiệt độ của suy hao và đáp ứng tần số.

ü      Cáp quang và cáp đồng trục trong mạng

       Mỗi cáp quang có chứa từ 12 đến 14 sợi quang tuỳ theo kích cỡ mỗi loại cáp. Loại sợi quang được sử dụng ởđây thường là sợi đơn mode-SM có suy hao khoảng 0,4 dB/km ở bước sóng hoạt động l=1310 nm hoặc là suy hao 0,25 dB/km ở l=1550 nm (mức suy hao này ổn định trong dải nhiệt độ thường và độc lập với dải tần số vô tuyến) .

   Cáp đồng trục được chia loại tuỳ theo vị trí trong mạng ví dụ: 

        - Đoạn xuất phát từ node quang to ra có đường kính lớn nhất (từ 0,78  đến 1,09 cm) chất lượng tốt nhất, mức suy hao 45 dB/km ở 750 MHz hoặc 9   dB/km ở 40 MHz 

         - Đoạn cuối gần sát nhà thuê bao dài khoảng 25 cm- 50 cm, đường kính nhỏ, suy hao khoảng 114 dB/km ở 750 MHz và 24 dB/km ở 40 MHz (mức suy hao này phụ thuộc vào nhiệt độ và  chiều dài của cáp).

ü      Cầu rẽ ( Tap)

      Mỗi cầu rẽ có hai phần tử chức năng chính là: Khối ghép định hướng và bộ chia công suất. Trong đó, bộ chia công suất chia tín hiệu tuỳ theo số lượng cổng của cầu rẽ (có thể là 2, 4, 8...) còn khối ghép định hướng có nhiệm vụđổi hướng một số tín hiệu đầu vào xác định

ü      Node quang

     Là phần tử nằm trên đường ranh giới giữa vùng cáp đồng trục và cáp quang, có nhiệm   vụ cơ bản là chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện cho đường xuống (ngược lại cho đường lên), sau đó khuếch đại và phân phối trên mạng cáp đồng trục với 3 hoặc 4 đầu ra ở mỗi node

ü      Thiết bị kết cuối truyền hình-STB ( Set-Top-Box)

      Là một thiết bị thu tín hiệu truyền hình với hai loại: STB tương tự và STB số. STB tương tự (ra đời trong thập niên 1970-1980) cho thuê bao thu các kênh truyền hình tương tự qua mạng HFC thay vì các kênh phát quảng bá vô tuyến mặt đất trước đây. Thông qua nó, các nhà điều hành cáp cung cấp dịch vụ xem phim và một số dịch vụ đặc biệt khác theo hình thức thanh toán ngay IPPV và sử dụng điện thoại làm đường lên cho các hoạt động tương tác. Đến 1996, STB sốđược giới thiệu với một số chức năng cơ bản:

            −   Dò   tìm   kênh   số  và   các   dịch   vụ  video   tương   tự  trong   các   dải   tần  đường  xuống.

            −   Giải điều chế kênh số thu được/ Điều chế kênh số phát lên.

            −   Giải mã / Mã hoá các kênh đã chọn.

            −   Quản lý báo hiệu thuê bao từ Headend.

            −   Cung cấp giao diện thuê bao cho người sử dụng.

      Gần đây, các STB cải tiến được triển khai bởi Motorola/ General Instrument. Các STB này có chứa các bộ dò sóng kép và modem cáp tích hợp bên trong, cho phép thuê bao sử dụng dịch vụ truyền hình và dịch vụ mạng Internet băng rộng như: IP telephony, IP video phone,  Interactive games. Lúc này STB cải tiến hoạt động như một cổng gia đình-RGW:

        −   Phân phát các gói giao thức IP đến các thiết bị bên ngoài như là IP voice, IP video phone.

        −   Truyền tải, xử lý, giải mã các tín hiệu truyền hình có độ phân gỉai cao HDTV..

ü      Modem cáp-CM (Cable Modem)

      Là thiết bị nằm trong nhà thuê bao, cho phép truy nhập đến mạng máy tính (thường là mạng Internet) trên phương tiện vật lý  dùng cho truyền hình. Có ba loại modem cáp:

        −   Loại khối cắm ngoài: kết nối với máy tính thông qua kết nối Ethernet (có thể có   nhiều   máy   tính   cùng   kết   nối   vào   mạng   Ethernet,   lúc   này modem cáp còn có   chức năng của một bộđịnh tuyến) hoặc giao diện kết nối USB

        −   Loại card cắm trong: thường là dạng cắm thêm PCI cho máy tính. Loại này có giá thành rẻ nhất song chỉ dùng được cho máy tính để bàn còn sẽ phải có sự  thiết kế khác cho dạng máy tính MAC và máy tính xách tay.

        −   Loại thứ ba của modem cáp là dạng được tích hợp bên trong các STB cải tiến tương tác như đã trình bày ở trên.

ü      Hệ thống kết cuối modem cáp- CMTS

      Hệ thống này nằm  trong Headend, thuộc về phía bên kia của mạng so với modem cáp. Là thiết bị kết cuối cho đường lên từ phía thuê bao đến đích là các Headend của cáccông   ty   cáp,   do  đó   CMTS   cũng  được   coi   là   giao   diện   giữa   các   modem   cáp   và   mạng Internet IP .

        −   CMTS có nhiều chức năng giống như một DSLAM trong hệ thống DSL,

        −   CMTS đón lưu lượng đường lên từ một nhóm thuê bao trên một kênh đơn và  định tuyến nó đến ISP để kết nối vào mạng Internet.

        −   Mỗi CMTS chứa một hoặc nhiều card đường dây modem cáp (CMLC). Các CMLC chuyển các dòng số liệu IP thành các tín hiệu RF đường xuống (đến nhà thuê bao)     sau đó đưa qua bộ nâng tần đểđưa các kênh tín hiệu đó vào một  kênh xác định và ghép chung với các tín hiệu truyền hình và trình tự ngược lại với đường lên.

ü      Một số server trong mạng modem cáp

     Máy chủ DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)  được xác định bởi RFC 2181. Server này cung cấp các địa chỉ IP theo nhu cầu cho  modem cáp và các thiết bị PC theo sau nó.

       Máy chủ ToD (Time of Day) đợc xác định bởi RFC 868, có nhiệm vụ là gán các tem thời gian cho các sự kiện điều hành hệ thống.

      Máy chủ TFTP (Trivial File Transfer Protocol)  được xác định bởi RFC 1350 để  đăng kí và tải về các file cấu hình modem cáp  cho các dịch vụ thuê bao riêng lẻ.

ü      Hệ thống  IP phone

     Đây là hệ thống sử dụng giao thức IP để truyền tín hiệu thoại qua mạng viễn thông, trong  đó giao thức IP là giao thức chuẩn cho lớp chuyển mạch gói trong mạng LAN, WAN,... Mạng IP mang số liệu độc lập với lớp vật lý.

    Việc tích hợp được hệ thống truyền tải thoại vào mạng băng rộng HFC có ý nghĩa lớn trong việc tạo thuận lợi để HFC thực hiện một xa lộ thông tin thực sự-truyền mọi loại tín hiệu : voice, data, video.

     Hệ thống VoIP này sử dụng thiết bị kết cuối là máy điện thoại IP phone hoặc máy điện thoại truyền thống-POTS phone kết nối với một modem cáp/ một STB số. Máy IP phone là một thiết bị khá mới. Nó không kết nối đến một tổng đài sở hữu nào mà kết nối đến cổng Ethernet chuẩn trong một modem cáp/ một STB số/ một PC trong nhà. Máy IP phone hoạt động như một thiết bị IP tiêu chuẩn và có địa chỉ IP riêng của nó. Để kết nối một POTS phone đến một modem cáp/ STB số thì phải có các môdun giao diện mới được phát triển và gắn vào trong các modem cáp/ STB sốđể cung cấp chức năng này.

ü      Hệ thống thiết bị quản lý thuê bao và tính cước dịch vụ

        Điều cốt yếu nhất với các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình trả tiền là có thể quản lý truy nhập dịch vụ thuê bao và tính cước cho thuê bao theo dịch vụ. Một phương phápphổ thông và hiệu quả nhất là sử dụng các thuật toán mã khoá tín hiệu (chỉ các thuê bao được phép của nhà cung cấp dịch vụ mới có khả năng giải mã tín hiệu để xem). Hệ thống thiết bị quản lý truy nhập của thuê bao và tính cước đợc gọi là hệ thống truy nhập có điều kiện.