I. Lịch sử phát triển và các thế hệ của mạng cố định

1. Mạng cố định là gì ?

Không có một định nghĩa rõ ràng về mạng cố định nhưng khi nói đến mạng cố định (Fixed network) người ta thường nghĩ đến mạng có dây cung cấp thoại, Internet hoặc cả hai. Mạng cố định sẽ kết nối người dùng với nhà cung cấp dịch vụ thông qua cáp đồng hoặc cáp quang.

Giai đoạn hiện nay, khi nói đến mạng cố định, người ta liên tưởng đến mạng Internet băng rộng có dây.

2. Lịch sử phát triển

Hình thức mạng cố định đầu tiên là mạng điện thoại chỉ cung cấp dịch vụ thoại. Sau đó công nghệ Dial-up phát triển cho phép truyền tải dữ liệu thông qua mạng điện thoại, tốc độ khá thấp, tối đa 56kbps.  Một hình thức khác cải tiến tốc độ công nghệ Dial-up là công nghệ ISDN cho tốc độ lên đến 128kbps nhưng cả hai đều dùng dải băng thông hẹp (Narrow band) của tín hiệu thoại.

Trước sự phát triển mạnh của Internet và máy tính cá nhân, mạng băng rộng (Broadband) ADSL dùng cáp đồng đã ra đời cho tốc độ truy cập từ 2-20Mbps tùy thuộc khoảng cách, loại dịch vụ sử dụng chỉ Internet hay cả với thoại.

Đến năm 2005, bắt đầu xuất hiện nhu cầu “Triple play” gồm cả 3 dịch vụ “thoại-dữ liệu-truyền hình” nên cần đường truyền có tốc độ cao hơn bảo đảm độ phân giải cho các video. Lúc này công nghệ VDSL, cũng trên cơ sở cáp đồng, ra đời cho tốc độ đến 25-30Mbps. Công nghệ FTTH cũng xuất hiện giai đoạn này nhưng đó là công nghệ AON (Active optical network) có chi phí triển khai khá đắt nên rất hạn chế.

Với hỗ trợ của công nghệ GPON (Giga Passive Optical Network), từ năm 2010, mạng cáp quang dần thay thế mạng cáp đồng. Nhu cầu về video càng phát triển, các chuẩn video HD, Full HD, UHD đã thịnh hành, chuẩn 4K cũng bắt đầu phổ biến. Năm 2012, đài BBC đã truyền hình trực tiếp chuẩn 4K đại hội Olympic tại London. Năm 2014 Hàn Quốc khai trương kênh truyền hình 4K đầu tiên trên thế giới. Nhu cầu về băng thông rộng kéo theo sự phát triển mạnh mẽ của mạng cố định băng rộng, tốc độ kết nối lên đến 100Mbps và cao hơn.

Năm 2014, số kết nối FTTH trên toàn cầu đạt đến con số 200 triệu, đến nửa đầu năm 2020 đã lên đến 650 triệu thuê bao và dự kiến 750 triệu hộ gia đình có kết nối quang vào năm 2023.

Công nghệ GPON thay đổi cho phép tốc độ của FTTH đã tăng lên gần 1Gbps. Hiện có hơn 200 nhà mạng tại 60 nước đã cung cấp tốc độ băng rộng Gigabit.

Năm 2018, truyền hình trực tiếp chuẩn 8K cho World Cup tại Nga được thực hiện. Các video thực tại ảo VR (Virtual Reality) bắt đầu phổ biến và dự đoán sẽ thay thế cho IPTV trong tương lai. Hàn Quốc cung cấp dịch vụ VR năm 2018, Trung Quốc vào năm 2020. Điều này đòi hỏi nhu cầu về tốc độ băng rộng lớn hơn cho những năm kế tiếp, độ trễ kết nối phải thấp hơn và chất lượng phải tốt hơn.

Như vậy có thể nói, mạng cố định băng rộng thời điểm này cần phải có một bước tiến để đáp ứng nhu cầu tương lai. Để xác định hướng đi mới, các chuyên gia trên thế giới đã ngỏ ý xây dựng các giai đoạn phát triển hay còn gọi là thế hệ cho mạng cố định như mạng di động hoặc Wifi đã làm thành công.

3. Nhìn lại các thế hệ của mạng di động và Wifi

Chúng ta thử nhìn lại các thế hệ phát triển của mạng di động và Wifi để thấy mỗi thế hệ đã thay đổi như thế nào để từ đó cảm nhận được ý nghĩa và mục tiêu cho việc phân chia thế hệ cho mạng cố định.

Đối với hệ thống mạng di động, có 5 thế hệ cho đến hiện tại. Từ khi tổ chức 3GPP (3rd Generation Parner Projects) ra đời, mỗi thế hệ mạng di động được cải tiến rất đáng kể. Việc này thúc đẩy sự phát triển của các thành phần tham gia, từ nhà cung cấp thiết bị phần cứng hệ thống đến đầu cuối, từ cung cấp dịch vụ đến ứng dụng.

Tương tự, tổ chức WIFI Alliance cũng đã tiến hành đặt tên thế hệ cho công nghệ mạng không dây, bắt đầu bằng tên gọi WiFi 4 và việc đặt tên này bắt đầu rất trễ, đến tận năm 2018. Các thế hệ trước đó không được đặt tên vì không còn ý nghĩa về mặt thương mại nhưng cũng ngầm định tên gọi như sau: WiFi 0 = 802.11, WiFi 1 = 802.11b, WiFi 2 = 802.11a, WiFi 3 = 802.11g.

4. Xây dựng “thế hệ” cho mạng cố định

Dù có động lực xây dựng các thế hệ cho mạng cố định nhưng vẫn cần một phương pháp, một tham chiếu hoặc nguyên tắc để phân chia các thế hệ. Có nhiều đề xuất đưa ra và một nguyên tắc đã được chấp thuận đó là yêu cầu mỗi thế hệ đều có một đặc trưng riêng về:

• Loại hình dịch vụ hoặc ứng dụng thúc đẩy nhu cầu
• Những tính năng kỹ thuật mang lại
• Loại công nghệ đại diện cho mỗi thế hệ

Từ nguyên tắc này và dựa trên lịch sử phát triển của mạng cố định, các chuyên gia trên thế giới đã chia mạng cố định ra 5 thế hệ. Cụ thể các thế hệ mạng cố định như bên dưới.

Ghi chú:

FTTB               Fiber to the Building

FTTC              Fiber to the Cabinet

FTTH              Fiber to the Home

FTTdp            Fiber To The Distribution Point

FTTR               Fiber to the Room

Hiện nay chúng ta đang ở giai đoạn đầu của thế hệ thứ 5 và không như mạng di động và Wifi, vẫn chưa có một tổ chức chuẩn hóa cho sự phát triển cho mạng cố định.

II. Nhóm chuẩn hóa mạng cố định thế hệ mới F5G

1. Vai trò ngày càng quan trọng của mạng cố định

FTTH/B (Fibre to the home/building) hiện đang là kết nối được triển khai nhiều và nhanh nhất hiện nay vượt xa so với công nghệ DOCSIS3.0 và VDSL. Tháng 6/2019, trong số thuê bao cố định đăng ký mới trên thế giới thì 73% là FTTH/B và con số này sẽ tiếp tục tăng.

Qua khảo sát hơn 80 quốc gia, nhóm IDATE DigiWorld đã đưa ra con số phát triển và dự báo đến năm 2023 của thuê bao FTTH/B đăng ký mới trên thế giới như hình dưới.

Sự phát triển của số lượng thuê bao FTTHB 

Theo nghiên cứu của World Bank nếu độ “thâm nhập” (penetration) của mạng cố định băng rộng tăng lên 10% thì sẽ tạo ra gia tăng 1.21% GDP đối với những nước phát triển và 1.38% đối với những nước đang phát triển (The study concludes that a 10 percentage point increase in fixed broadband penetration would increase GDP growth by 1.21% in developed economies and 1.38% in developing ones).

Tại Trung Quốc, trong năm 2020 nhân viên từ 18 triệu công ty làm việc tại nhà, 230 triệu hoc sinh sinh viên học tại nhà và 12 triệu người dân gặp bác sỹ qua mạng và kết nối băng rộng đã trở thành trụ cột thứ 4 của cơ sở hạ tầng thiết yếu cùng với giao thông, điện và nước.

Tại khu vực Châu Á-Thái Bình Dương, mức độ thâm nhập của kết nối quang đã vượt mức 92% tại Trung Quốc, 76% tại Nhật và Hàn Quốc. Tại Tây Ban Nha là 55%, còn Pháp, Anh, Ả Rập và UAE đang tăng tốc triển khai.

Hiện đang có rất nhiều ứng dụng thương mại (commercial application) đang đặt ra nhu cầu về băng thông ngày càng lớn hơn đối với kết nối băng rộng. Trong danh sách đó có thể chọn ra Top-Ten (tốp 10) ứng dụng như sau: cloud VR, cloud desktops, enterprise cloud, smart home, 3600 game, social networking (mạng xã hội), online education (đào tạo trực tuyến), telemedicine (y tế từ xa) và smart manufacturing (sản xuất thông minh).

2. Sự ra đời nhóm chuẩn hóa mạng cố định ETSI ISG-F5G

Đối với mạng di động chúng ta thường thấy 3 tổ chức ITU, 3GPP và GSMA phối hợp cùng nhau để xây dựng thành công các thế hệ di động nối tiếp. Với mạng cố định thì cũng có những tổ chức liên quan như ITU, IEEE, ETSI, BBF (Broadband Forum), OIF (Optical Internetworking Forum) … nhưng họ không xây dựng một cơ chế phối hợp chặt chẽ cùng nhau và cũng không đưa ra một lộ trình phát triển cụ thể nào cho mạng cố định.

Trước sự phát triển của thế hệ mạng di động 5G, đã xuất hiện ý tưởng thành lập một tổ chức nhằm dẫn dắt sự phối hợp, phát triển công nghệ cũng như đưa ra các chuẩn cho mạng cố định. Vào ngày 25/2/2020, Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI) đã chính thức thông báo thành lập nhóm nghiên cứu (Industry Specification Group-ISG) cho mạng cố định thế hệ thứ 5 có tên là “nhóm F5G”.

Lúc đầu thành lập, tháng 2/2020, chỉ có 10 thành viên tham gia nhóm nhưng số lượng đã tăng lên rất nhanh sau đó. Đến 8/2020 có tới 45 thành viên tham gia và tháng 9/2020 nhóm F5G đã cho ra bản thông cáo chuyên môn (White paper) đầu tiên.

III. Tầm nhìn, mục tiêu và nền tảng công nghệ

1. Tầm nhìn

Khi vừa được thành lập, nhóm ETSI F5G đã xác định tầm nhìn của nhóm là: “Fibre-To-The-Everywhere-and-Everything - FTTE” (Cáp quang đến mọi nơi và cho mọi thứ). Tầm nhìn này dựa trên 2 cơ sở:

Thứ nhất, các công nghệ dựa trên cáp đồng đã khẳng định giá trị qua nhiều thế hệ mạng nhưng cũng đã đạt tới giới hạn của nó. Để tạo ra một hệ thống mạng bền vững mới cho nhiều thế hệ chúng ta cần chuyển sang cáp quang cho phép tốc độ cao hơn, đáp ứng nhiều nhu cầu hơn.
Thứ hai, thế hệ mạng mới phải bảo đảm 2 mục tiêu: Đầu tiên, theo ý nghĩa kinh tế, mạng cáp quang có tuổi thọ hữu dụng tối thiểu trên 15 năm nên việc đầu tư sẽ rất hiệu quả. Một mục tiêu khác là công nghệ xanh, với cáp quang thì không bị tiêu hao nhiều năng lượng và cũng không tạo ra nhiều khí thải carbon như cáp đồng.

2. Mục tiêu

Và cũng tương tự như mạng di động, nhóm F5G cũng đã đưa ra những mục tiêu chuẩn hóa cho cho mạng cố định thế hệ thứ 5, bao gồm: FFC, eFBB, and GRE.

FFC (full-fiber connection): Tăng mật độ bao phủ quang

Hiện nay, hệ thống cáp quang đã hiện diện tại mọi nơi, mạng thế hệ thứ 5 sẽ dựa trên hạ tầng mạng quang sẳn có này và mở rộng độ phủ lên gấp 10 lần so với hiện tại. Trên cơ sở của FTTH (Fiber To The Home) hay FTTB (Building), công nghệ thế hệ 5G sẽ cho phép mở rộng thành FTTR (room), FTTD (Desk) hoặc FTTM (Machine).

eFBB (enhanced fixed broadband): Tăng tốc độ truy cập

Với việc áp dụng một số công nghệ mới, tốc độ của mạng mới cũng sẽ tăng lên 10 lần so với hiện tại, cho phép lên đến 10Gbps. Cải thiện đồng thời tốc độ hướng lên (Up stream) và hướng xuống (Down stream).  

GRE (Guaranteed reliable experience): Nâng cao trải nghiệm người dùng

Để nâng cao sự trải nghiệm của người dùng cuối một yêu cầu khác được đặt ra là bảo đảm chất lượng dịch vụ và phải tăng chất lượng lên gấp 10 lần. Vì thế đòi hỏi hệ thống mới có tỉ lệ mất gói gần như bằng 0%, độ trễ phải nhỏ hơn 1ms và thời gian khả dụng (availability) đạt tới 99,999%.

3. Những công nghệ làm nền tảng

Hiện nay có rất nhiều công nghệ liên quan đến mạng cố định về cả lớp truy nhập (Access network) cũng như lớp truyền dẫn trục (Transport network) đang dần được triển khai. Chính vì thế, những công nghệ này sẽ làm nền tảng cho việc chuẩn hóa cho hệ thống mạng cố định thế hệ thứ 5. Dưới đây là một số công nghệ chính:

• 10G PON (XGPON): Đây là công nghệ truyền dẫn quang đang trở nên phổ biến trên thế giới, cho tốc độ của mạng PON lên đến 10Gbps. Năm 2018 chuẩn 50GPON cũng đã được đề xuất nghiên cứu.
• WiFi 6: Là chuẩn mạng không dây mới cho tốc độ gần 10Gbps, các kỹ thuật mới được áp dụng giúp tốc độ cao hơn, độ trễ thấp hơn, bảo mật tốt hơn và phủ sóng rộng hơn.
• 200G/400G: Mạng truyền dẫn trục có thể hỗ trợ tốc độ đến 400Gbps.
• OXC (Optical Cross Connect) thuần quang (alloptical): Thiết bị chuyển mạch bước sóng, cho phép chuyển bước sóng giữa các cổng & có thể được cấu hình từ xa. Các OXC thuần quang cho phép không cần chuyển đổi quang sang điện để chuyển mạch.
• NGOTN (Next-generation Optical Transport Network): Mạng truyền dẫn quang thế hệ tiếp theo thông minh hơn, hiệu quả hơn và độ trễ thấp hơn, ví dụ NGOTN có thể cấp dịch vụ Optical VPN.

Ngoài ra còn có một số kỹ thuật hỗ trợ khác như: Mạng quang phân tán (ODN-Optical Distribution Network), phân tách mặt phẳng điều khiển và truyền tải dữ liệu (CUPS-Control and user plane separation), tự động hóa công tác vận hành và quản lý (Autonomous O&M), cắt lớp hệ thống mạng (Network slicing)  …

IV. Giá trị mang lại và mô hình áp dụng thực tiễn của thế hệ mạng mới

1. Những giá trị mang lại

Với việc xây dựng thế hệ cho mạng cố định nhóm chuẩn hóa F5G hy vọng thế hệ mạng đang được xây dựng sẽ mang lại nhiều giá trị cho người dùng, cộng đồng cũng như cho nền kinh tế.

Tăng tốc độ và trải nghiệm người dùng: Việc xác định sử dụng cáp quang làm phương tiện truyền dẫn sẽ giúp cho các kết nối có tốc độ cao hơn, độ trễ được giảm thiểu và hạn chế tình trạng nhiễu điện từ. Điều này giúp các thiệt bị của người dùng hoạt động hiệu quả hơn, các dịch vụ được cung cấp tốt hơn và cơ sở hạ tầng sẽ phát triển hơn. Ngoài ra cũng giúp công tác quản lý đô thị tốt hơn như quản lý giao thông dễ hơn, cơ sở dữ liệu truy cập nhanh hơn, xây dựng thành phố thông minh hơn, nhiều đầu tư và công việc làm hơn …

Xây dựng cộng đồng băng rộng Gigabit: Mạng cố định thế hệ thứ 5 cho phép xây dựng các cộng đồng (Communities) Gigabit để từ đó đẩy mạnh xây dựng nguồn tài nguyên thông tin (Communication resources) tốt hơn. Và có một số nghiên cứu chỉ ra rằng “những cộng đồng băng rộng Gigabit thường tạo ra GDP bình quân đầu người (per capita GDP) cao hơn 1.1% so với cộng đồng không có Gigabit”. Việc xây dựng cộng đồng Gigabit cũng giúp hiệu suất làm việc cao hơn, nhiều dịch vụ trực tuyến được cung cấp hơn, kinh tế, giáo dục, việc làm phát triển hơn, kéo theo chất lượng cuộc sống cũng sẽ được cải thiện hơn.

Tác động về mặt kinh tế: Việc chuẩn hóa mạng cố định sẽ giúp cho việc chuyển đổi số của toàn bộ xã hội diễn ra nhanh hơn nên nền kinh tế cũng chuyển biến tốt hơn. Trong năm 2020, nhờ vào kết nối băng thông rộng, làm việc từ xa, đào tạo trực tuyến, giải trí tại nhà đã phần nào hỗ trợ việc phục hồi kinh tế khi đại dịch xảy ra. Nếu đại dịch còn kéo dài thì sự dịch chuyển sang trực tuyến càng mạnh, số người dịch chuyển ra khỏi thành phố, về quê càng nhiều, việc kinh doanh sẽ phân tán về các địa phương … nên cần sự hiện diện rộng khắp của kết nối băng rộng. Tốc độ kết nối tăng lên cũng kích thích thị trường cho các sản phẩm, dịch vụ mới như: TV 4K/8K, cloud VR, FTTR, FTTD, FTTM …

2. Những trường hợp áp dụng thực tế

Với sự kỳ vọng chuẩn hóa mạng cố định thế hệ thứ 5, những dịch mới sẽ được cung cấp cho người dùng, những dịch vụ cũ sẽ được cải thiện và những phương án triển khai hạ tầng cũng sẽ phong phú hơn. Dưới đây là ví dụ cho một số trường hợp áp dụng mạng cố định thế hệ thứ 5.

Thông tin chi tiết cho từng mô hình áp dụng thực tế (Use cases) được mô tả trong tài liệu của tổ chức ETSI theo link sau:

http://www.etsi.org/deliver/etsi_gr/F5G/001_099/002/01.01.01_60/gr_F5G002v010101p.pdf

V. Kết luận

1. Một số đánh giá, nhận định

Sự ra đời của nhóm nghiên cứu ETSI F5G đã được quan tâm khắp thế giới, một số chuyên gia đã đưa ra các nhận định về thế hệ mạng cố định mới, tiêu biểu như sau:

• “Mạng cố định thế hệ thứ 5 và mạng di động 5G sẽ cùng nhau chia sẻ sứ mệnh thúc đẩy (mission of empowering) cho hàng trăm ngành công nghiệp. Hiện đang có một nhu cầu thị trường rất lớn về ứng dụng công nghệ trong các lĩnh vực khác nhau như: gia đình, giao thông vận tải, giáo dục, chăm sóc y tế, năng lượng, tài chính và sản xuất công nghiệp”   Trang blog: https://blog.routerswitch.com/
• "Nếu bạn nghĩ rằng cáp quang đi đến thiết bị đầu cuối của khách hàng là điểm kết thúc của mạng cố định, hãy nghĩ lại: mạng cố định thế hệ thứ 5 (F5G) sẽ đưa các mạng phân phối quang vào sâu hơn trong nhà." Rupert Wood (Research Director | Fibre Networks)
• “Sáng kiến ​​ETSI ISG F5G là cơ hội để các bên liên quan đến mạng cố định nhà khai thác, nhà cung cấp và người dùng - hiểu các dịch vụ cần thiết, phân tích tình trạng hiện tại và phát triển các chiến lược và giải pháp để tối đa hóa đầu tư (ROI) từ mạng cố định. Những phát triển này sẽ tạo ra sức mạnh tổng hợp giữa cơ sở hạ tầng mạng, ảo hóa và dịch vụ đám mây trên các thiết bị truyền dẫn, lớp mạng truy cập và thiết bị khách hàng. Trong tất cả các ngành dọc, bao gồm cả viễn thông và doanh nghiệp, các chiến lược và giải pháp như vậy sẽ mang lại chất lượng trải nghiệm nâng cao cho người dùng”. Simon Stanley, Analyst at Large, Heavy Reading.
• "Cáp quang là vàng. Cáp quang là tương lai. Cáp quang đến khắp mọi nơi. Kết nối quang là nền tảng cho trải nghiệm dịch vụ tối ưu”. Ông Richard Jin, Chủ tịch Dòng sản phẩm mạng truyền tải và truy cập của Huawei.

2. Một số hoạt động của nhóm ETSI F5G đến nay

Từ khi ra đời tháng 2/2020 đến nay, nhóm ETSI F5G đã có một số hoạt động và xuất bản đáng chú ý. Một số cột mốc như sau:

• 25/2/2020: Tổ chức hội thảo và tuyên bố thành lập nhóm nghiên cứu mạng cố định ISG F5G.
• Tháng 9/2020 xuất bản thông cáo kỹ thuật (White paper) giới thiệu đặc thù và định hướng phát triển mạng cố định.
• Tháng 12/2020 xuất bản báo cáo (Group report) giới thiệu về lịch sử và định nghĩa các thế hệ mạng cố định, đặc điểm có mạng cố định thế hệ thứ 5.
• Tháng 2/2021 xuất bản báo cáo giới thiệu chi tiết các mô hình ứng dụng mạng cố định thế hệ thứ 5.

Tóm lại, ETSI muốn đưa ra một lộ trình phát triển các thế hệ mạng cố định như mạng di động và không dây đã làm và hy vọng rằng sẽ có những thế hệ kế tiếp như F6G, F7G … Thế hệ mạng cố định thứ 5 được cho là sẽ hỗ trợ và thúc đẩy sự phát triển của hệ thống mạng di động 5G và không dây Wi-Fi 6 nên chúng ta có thể dự kiến khả năng mạng này trở thành hiện thực trước khi ra đời của mạng Wi-Fi 7 (dự đoán vào năm 2024) và mạng di động 6G (dự đoán vào năm 2030).

Tài liệu tham khảo

Fifth Generation Fixed Network (F5G)

ETSI White Paper - The Fifth Generation Fixed Network (F5G)

Fifth Generation Fixed Network (F5G); F5G Use Cases Release #1

Fifth Generation Fixed Network (F5G); F5G Generation Definition Release #1

Huawei - Stepping forward together: F5G fixed broadband and 5G

The Future of Fixed 5G Networks is Now

Innovations accelerate ODN construction in F5G era