Технологія docsis і кабельні модеми

Штефан Мучлер

У міжнародних масштабах ринок кабельних модемів відвоював собі місце під сонцем, тому все ще залишається надія, що коли-небудь і в нашій країні справа прийме інший оборот.

Кабельні модеми - це міст між комп'ютером і висновком широкосмугового кабельної мережі. Найбільш поширеним інтерфейсом з боку ПК є Ethernet, проте зростає і кількість кабельних модемів з інтерфейсом USB (див. Малюнки 1 і 2 та врізку «Деякі найбільш актуальні кабельні модеми»). Більш нові системи мають вже як повнодуплексними інтерфейсами 10 / 100BaseT, так і портом USB. На відміну від технологій цифрових абонентських ліній (Digital Subscriber Line, DSL), доступ до мережі за допомогою широкосмугового кабелю може здійснюватися лише одним з двох способів.

Двома конкуруючими кандидатами в цій області є DOCSIS зі своїм європейським варіантом EuroDOCSIS і специфікація DVB / DAVIC (див. Врізку «MCNS, DOCSIS і EuroDOCSIS). Як би вони не розрізнялися в деталях, їх мета, в общем-то, одна: гарантоване забезпечення спільної роботи пристроїв різних виробників в одній мережі. Для надання послуг передачі даних по кабелях необхідний так званий головний вузол (система параметрів завершення кабельних модемів: Cable Modem Termination System (CMTS) - в разі DOCSIS або, відповідно, INA - в разі DVB) з боку провайдера і, звичайно ж, відповідний модем зі боку користувача. Наявна в розпорядженні смуга пропускання сучасної гібридної волоконно-коаксіальної кабельної мережі лежить в діапазоні від 88 до 862 МГц в напрямку прийому (downstream) і між 5 і 65 МГц в напрямку передачі (upstream). При повному використанні телевізійного каналу шириною 8 МГц можна добитися швидкості передачі даних до 52 Мбіт / с, в залежності від обраного стандарту і методу модуляції.

Малюнок 1. Модем Doxport 21 підтримує стандарти EuroDOCSIS 1.0 і 1.1, і тому його можна експлуатувати в фізичної інфраструктурі DVB ​​з шириною канал 8 МГц. Модем має повнодуплексним інтерфейсом Fast Ethernet 10/100 і інтерфейсом USB. Інтегрований двухпортовий концентратор дозволяє використовувати їх паралельно.

Пропускна здатність ділиться між усіма учасниками, підключеними до одного головного вузла. Завдяки вмілому управлінню пропускною спроможністю, обопільне незручність зводиться до мінімуму. Експерти вважають, що важливість цієї теми сильно перебільшена тими, хто пропонує «неподільні» підключення за допомогою DSL. Весь Internet, треба сказати, заснований на поділі пропускної здатності. Отримана окремим клієнтом DSL, пропускна здатність виявляється розділена найпізніше на маршрутизаторі IP, де кілька потоків збираються в одне або декілька з'єднань у висхідному напрямку. Точно так само діляться між тисячами постачальниками послуг Internet і мільйонами користувачів міжконтинентальні з'єднання Internet. Поділити можна навіть проводку цифрових абонентських ліній.

Модеми DOCSIS зазвичай резервують смугу частот шириною в 6 МГц в діапазоні від 50 до 750 МГц для низхідних потоків даних і ще один канал в діапазоні від 5 до 42 МГц для висхідних. Через ці канали повідомляються інстальовані на головному вузлі системи параметрів завершення та кабельні модеми користувачів.

Малюнок 2. Surfboard 4100Е від компанії Motorola підтримує DOCSIS 1.0 (може бути модернізований до версії 1.1) і має в своєму розпорядженні інтерфейсами USB і Fast Ethernet 10/100. За допомогою останнього Surfboard здатний обслужити 31 користувача одночасно.

В Америці не надавали особливого значення станом частотної техніки в Європі. Тому дві організації - Digital Video Broadcasting Project (DVB) і Digital Audio Visual Council (DAVIC) - об'єдналися і розробили європейський стандарт під назвою «Зворотний канал для кабелю» (Return Channels for Cable, DVB-RCC). Європейський інститут стандартів в області телекомунікацій (European Telecommunications Standards Institute, ETSI) прийняв стандарт з позначенням ETS 300 800. Трохи пізніше він отримав визнання Міжнародного союзу телекомунікацій (частина стандарту ITU J.112, де визначено також стандарт DOCSIS).

Стандарт ETS 300 800 має деякі технічні переваги, оскільки при його розробці враховувалися європейські особливості і стандарти. Так, наприклад, він володіє гнучкою шириною смуги (7 або 8 МГц), яку в Європі вважають за краще смузі шириною в 6 МГц, характерною для стандарту DOCSIS. Крім того, частотний діапазон DOCSIS обмежує частоту сигналу в висхідному потоці даних зверху величиною 42 МГц. Ще одна значна перевага ETS 300 800 складається в здатності системи до інтеграції в уже існуючу структуру широкосмугового кабельної мережі.

EURODOCSIS

• ширина смуги пропускання низхідного потоку даних стала дорівнює 8 МГц замість 6 МГц;
• частотний діапазон висхідних потів даних розширено до 65 МГц замість 42 МГц.

Тому такі компоненти EuroDOCSIS, як тюнери і фільтри, відрізняються від відповідних компонентів початкової версії DOCSIS. Більшість модемів DOCSIS 1.1 при наявності відповідної програмної підтримки можна експлуатувати в якості модемів EuroDOCSIS.

Мабуть, не варто зайвий раз говорити про те, що витрати на модифікацію стандарту DOCSIS, по крайней мере, при існуючому стані речей, чи себе виправдають.

Питання про те, який з стандартів стане в цій гонці переможцем, набагато менш цікавий, ніж питання про значущість цієї дискусії взагалі. Будемо сподіватися, що місце залишиться принаймні для одного стандарту.

Втім, напевно знайдуться провайдери, які виберуть DVB-RCC, і ті, хто за краще EuroDOCSIS. Виробники модемів вже частково пристосувалися до ситуації і пропонують пристрої, здатні працювати в обох мережах. Тепер треба тільки дочекатися початок самого процесу. Але, як то кажуть, надія вмирає останньою.

Деякі найбільш актуальні кабельні модеми

Кабельний модем CAR100 від компанії Cisco призначений для роботи зі стандартом DVB / DAVIC і дозволяє передавати дані в обох напрямках з середньою швидкістю для низхідного потоку в 41,4 Мбіт / с. Модем встановлюється між гібридної волоконно-коаксіальної кабельною мережею (Hybrid Fiber - Coaxial Network, HFC) і мережею Ethernet, до якої підключені один або кілька персональних комп'ютерів. Гібридна волоконно-коаксіальна кабельна мережа пов'язує його з головним вузлом, наприклад інтерактивним мережним адаптером INA2320 цього ж виробника. У комплект поставки входить база керуючої інформації (Management Information Base, MIB) для інтеграції в системи управління мережами незалежних розробників, тому модеми серії CAR100 DVB без проблем інтегруються в системи управління на базі SNMP. Аутентифікація і облік виконуються головним вузлом (зокрема, адаптером INA2320). Як клієнт RADIUS INA2320 збирає ідентифікаційні і облікові дані, що надходять з кабельного модему. Модем може бути налаштований як маршрутизатор або міст, підтримує канали шириною 8 МГц і володіє вбудованим агентом сервера / ретранслятора DHCP для підтримки локальних мереж.

Кабельні модеми Terajet 715 і 720, що випускаються Terayon Communication Systems, отримали кваліфікацію для EuroDOCSIS 1.0. Сертифікація проводилася в лабораторії Tcomlabs за дорученням комісії EuroDOCSIS. За даними компанії-виробника, цей пристрій належить до тих небагатьох кабельним модемів, які не тільки сертифіковані для роботи з EuroDOCSIS 1.0, а спочатку базуються на специфікаціях DOCSIS 2.0. Так, новий модем вже використовує обидві технології, обрані для розширених фізичних рівнів в DOCSIS 2.0: синхронний множинний доступ з кодовим поділом каналів (Synchronous Code Division Multiple Access, S-CDMA) і розширений частотний множинний доступ з тимчасовим поділом (Advanced Frequency Agile Time Division Multiple Access, A-TDMA). Таким чином досягається втричі більша швидкість передачі даних в висхідних потоках в порівнянні з моделями виключно на базі DOCSIS 1.1 або EuroDOCSIS 1.1. Після програмної модернізації TJ720 може бути пристосований для специфікацій EuroDOCSIS 1.1.

Кабельний модем SB5100 компанії Motorola сертифікований лабораторією CableLabs за стандартами DOCSIS 1.1, DOCSIS 2.0 і має зворотну сумісність з системами DOCSIS 1.0. Він підключається по мережі HFC зі зворотним каналом до головної станції кабельних модемів (Cable Modems Termination System, CMTS), наприклад BSR1000 цього ж виробника. Швидкості в низхідному потоці досягають значень 38 Мбіт / с (модуляція 256QAM, 5361 млн символів / с), а швидкість для висхідного потоку - 30 Мбіт / с, що в три рази перевершує швидкості систем DOCSIS 1.0 / 1.1. Модем поєднує дві сучасні технології A-TDMA і S-CDMA, має сучасний дизайн, дружній інтерфейс, порти USB і Ethernet і може забезпечувати роботу 32 користувачів одночасно.

MCNS, DOCSIS, EuroDOCSIS

Поняття DOCSIS охоплює наступні позначення і версії.

DOCSIS 2.0 - якщо розширення стандарту DOCSIS 1.0 до версії 1.1 можливо виключно програмними засобами, то на відміну від цього стандарт DOCSIS 2.0 передбачає два нових методи модуляції. Ці методи модуляції - синхронний множинний доступ з кодовим поділом каналів (Synchronous Code Division Multiple Access, S-CDMA) і вдосконалений множинний доступ з тимчасовим поділом з гнучким вибором частот (Advanced Frequency Agile Time Division Multiple Access, A-TDMA) - повинні будуть втричі збільшити реальну пропускну здатність стандарту DOCSIS 1.Х. Попередні системи стандарту DOCSIS 1.1 могли забезпечувати в високочастотному каналі шириною 6 МГц пропускну здатність в висхідному напрямку до 10 Мбіт / с. DOCSIS 2.0 повинен збільшити це значення до 30 Мбіт / с. Однак стандарт ще не затверджений. У відповідні системи, вже пропоновані виробником Terayon, інтегровані обидва методи модуляції, проте вони не є справжніми кабельними модемами стандарту DOCSIS.

• ширина каналу низхідних потоків становить 8 МГц замість 6 МГц;
• частотний діапазон висхідних потоків даних збільшений з 48 до 65 МГц.

В іншому EuroDOCSIS відповідає стандарту DOCSIS. Європейський варіант з'являється, як правило, через кілька місяців після прийняття чергової версії DOCSIS. Апаратне забезпечення більшості модемів цього стандарту дозволяє використовувати їх в якості модемів стандарту EuroDOCSIS після проведення програмної модернізації.