Wi fi оборудования стандарта docsis 3.0. Двухэтапная процедура резервирования ресурсов. Составляющие сети PacketCable

Первая версия стандарта — DOCSIS 1.0, ратифицированная Cable Labs в 99 году, имела достаточно ограниченные возможности. Напомним, DOCSIS – сеть передачи данных, наложенная на HFC сеть.

Первая версия DOCSIS 1.0 имела скорость передачи в обратном канале не более 5 Мбит/с, а возможности управления параметрами услуг ограничивались установкой верхнего и нижнего предела ширины канала, выделяемого одному абоненту, и фиксацией максимального объема единовременно отсылаемых данных. Кроме того, в стандарт была заложена используемая в США полоса 6 МГц, неоптимальная для европейских операторов. Последняя проблема решилось за счет добавления европейских модификаций стандарта, предусматривающих возможность использования полосы 7 и 8 МГц.

Функциональность стандарта расширялась в рамках более поздних версий. В DOCSIS 1.1 появились механизмы QoS, позволяющие, в частности, запускать в сети голосовые услуги. Одновременно была усовершенствована система безопасности и введены некоторые дополнительные механизмы, повышающие эффективность использования полосы. И, наконец, была вдвое расширена полоса обратного канала.

В DOCSIS 2.0 пропускная способность обратного канала стала еще в три раза больше и достигла 30 Мбит/сек. В этой версии были добавлены скоростные схемы QAM модуляции и система мультиплексирования S-CDMA для обратного канала. Пропускная способность прямого канала сохранилась на уровне 47 Мбит/с (55 Мбит/с для версии EuroDOCSIS). В результате сеть DOCSIS стала более пригодной для симметричных услуг. Новые системы мультиплексирования в сочетании с усиленными схемами помехозащиты позволили снизить минимальный требуемый уровень С/N на входе приемника обратного канала с 23 дБ до 12 дБ. В DOCSIS 2.0 появилась также поддержка работы VLAN.

DOCSIS 3.0.

Основная цель разработки этой версии — увеличение пропускной способности каналов DOCSIS.

Эта необходимость продиктована резким ростом приложений P2P, включающих передачу тяжелых файлов с видео, а также планы использования сетей DOCSIS для предоставления Видео-по-Требованию (VOD). Задачу резкого увеличения пропускной способности каналов DOCSIS можно было решить только «экстенсивным» способом, то есть за счет увеличения их ширины. Прежние версии DOCSIS допускают возможность использования нескольких прямых и обратных каналов, количество которых ограничивается только шириной доступного спектра. Но эти каналы работают независимо друг от друга. Это исключает возможность их одновременного использования одним абонентом, не говоря уж об одном приложении. Из-за невозможности гибкого перераспределения нагрузки спектр используется неоптимально, а некоторые «тяжелые» приложения, типа VOD, быстро блокируют канал.

Таким образом, было ясно, что расширение должно производиться за счет расширения самих каналов. Эта задача может быть решена двумя способами Один из них, предложенный Cisco и Broadcom, предусматривает связку на уровне транспортных потоков MPEG-2 TS. MPEG-2 TS — транспортный формат DVB сетей, который иcпользуется, в частности, и для передачи Ethernet пакетов с данными в каналах DOCSIS. Размеры транспортного потока ограничены шириной физического канала кабельной сети, определяемого стандартным частотным планом. Для Америки эта ширина составляет 6 МГц, а для Европы 7 или 8 МГц. Объединение нескольких транспортных потоков в один по существу означало бы расширение полосы одного физического канала, которое повлекло бы за собой пересчет всей сети для соблюдения условий по шумам и интермодуляционным искажениям.

Поэтому CableLabs предпочли второй, вариант предложенный компаниями Arris и Motorola. Он предусматривает сохранение ширины физических каналов, но с возможностью их связки в один логический канал. В этом случае в каждом физическом канале формируется отдельный транспортный поток, но пакеты, относящиеся к одной услуге, могут распределяться по нескольким каналам. При этом варианте несколько менее эффективно используется транспортная полоса, но зато он и менее затратный в плане внедрения.

Стандарт определяет минимальное количество физических каналов, связку которых должно поддерживать оборудование DOCSIS 3.0. И в прямом, и в обратном канале должна поддерживаться связка не менее 4 физических каналов, а IP пакеты, относящиеся к одной услуге, могут произвольно распределяться по всем физическим каналам, включенным в логическое объединение.Такая сеть позволит передавать до 160 Мбит/с в прямом канале (EuroDOCSIS) и до 120 Мбит/с в обратном. Максимальное количество каналов явным образом не ограничено, но для прямого направления введено требование, чтобы все связываемые каналы размещались в полосе 60 МГц. Оно обусловлено сложностями реализации широкополосного приемника в кабельном модеме. Количество прямых каналов, размещаемое в этой полосе, не превышает семи при полосе 8 МГц и десяти при полосе 6 МГц.

Сам частотный отрезок в 60 МГц может располагаться в любом месте наземного диапазона, верхняя граница которого поднята до 1002 МГц. Сдвиг вверх продиктован распространением в США пассивных и активных компонентов распределительной сети, работающих в полосе до 1000 МГц, хотя рабочая полоса основной массы действующих сетей по прежнему ограничена 862 МГц. Других ограничений на частотное размещение каналов стандарт не накладывает, хотя они и могут быть продиктованы состоянием спектра или особенностями модуляторов.

Максимальная полоса одного обратного канала по-прежнему ограничена 6,4 МГц, что позволяет передавать до 30 Мбит/с. Но кабельный модем должен поддерживать возможность одновременной передачи как минимум на 4 каналах. При необходимости выйти в линию с определенным приложением, кабельный модем отправляет запрос CMTS, которая выделяет ему для этой цели слоты в рамках одного или нескольких каналов. Максимальное количество каналов, которыми может оперировать модем, он сообщает CMTS при авторизации.

Вторая особенность DOCSIS 3.0 по сравнению с предшественниками заключается в поддержке IPv6 . Она существенно расширяет диапазон доступных адресов, что может вскоре оказаться полезным целей администрирования, а в перспективе и для назначения абонентам.

Третье нововведение — поддержка многоадресной (multicast) передачи . Вся информация о характеристиках мультикастового трафика находится на CMTS, что позволяет поддерживать расширенные механизмы управления мультикастовой группой.

Кроме того, в новом стандарте появилась возможность привязки мультикастовых услуг не к модему, а к CPE (Сustomer Premises Equipment) , подключенному к локальной сети модема. Для них могут поддерживаться механизмы доставки мультикастового трафика и назначаться определенный QoS. Последняя функция, очевидно, требует соблюдения QoS также и в сети за кабельным модемом.

В стандарте также введен дополнительный механизм приоритезации мультикастового трафика , для этой цели вводится понятие группового сервисного потока (Group Service Flow) который может ссылаться на класс услуги (Service Class Name) в рамках которой реализуется заданный набор механизмов QoS.

В СMTS введена поддержка прокси для TFTP (Trivial File Transfer Protocol) сервера, позволяющая ускорить загрузку конфигурационных файлов при одновременном подключении большого количества модемов.

Важным моментом является повышение безопасности передачи. В DOCSIS 3.0 появилась возможность шифрования трафика модема по AES (Advanced Encryption Standard) алгоритму с применением 128 битных ключей. Расширены сами функции управления безопасностью, введена проверка IP адреса отправителя, появилась возможность безопасной загрузки ПО и ряд других усовершенствований.

Следует также сказать, что расширение функций, и, главное, появление концепции модульной CMTS, о которой речь в следующем параграфе, существенно усложнило систему эксплуатационной поддержки OSS (Operations Support System). Количество MIB-ов, используемых этой системой, работающей на базе протокола SNMP, увеличилось с 1385 (DOCSIS 2.0) до 2130. Причем, в части мониторинга сети обратной совместимости систем не наблюдается.

Модульная CMTS

Одновременно с DOCSIS 3.0 введена концепция модульной CMTS. Основная ее идея заключается в том, что формирование РЧ сигналов выносится из СMTS в отдельное устройство Edge -QAM. Такие устройства существуют не первый год и устанавливаются на границе цифровой транспортной сети IP/Ethernet и сети доступа DVB-C. За M-CMTS Core в этой схеме остаются функции распределения и синхронизации DOCSIS пакетов, классификация пакетов, управление качеством обслуживания и обеспечение безопасности.

Такое разделение в первую очередь связано с тем, что сегмент доступа в современных сетях все больше приближается к абоненту. В случае интегрированной архитектуры CMTS они должны устанавливаться в каждом шлюзе на границе транспортной сети и сегмента доступа, и чем ближе транспорт подходит к абоненту, тем большее количество CMTS придется установить. Модульная архитектура позволяет использовать одну CMTS, размещенную на центральной станции, а на границе транспортной сети устанавливать устройства Edge-QAM. Эти устройства одновременно могут использоваться и для преобразования ТВ потоков. Идея отделения РЧ интерфейсов пока реализована только для прямого канала, приемники потоков обратного канала продолжают быть интегрированы с СMTS , что снижает ценность данного модульного решения. Платой за гибкость архитектуры стало появление дополнительных серверов, координирующих работу разнесенных компонентов.

Структурная схема модульной CMTS показана на рисунке:

Помимо CMTS-Core и Edge-QAM она включает DOCSIS Timing Server, синхронизирующий их совместную работу, а также Edge Resource Manager, координирующий распределение транспортных ресурсов Edge-QAM в соответствии с запросами от сервисных подсистем головной станции.

СMTS-C и Edge-QAM соединяются по каналу GBE c применением специально разработанного для этой цели интерфейса DEPI (Downstream External Physical Interface). Расстояние между ними ограничивается только требованиями DVB /MPEG к величине относительной задержки прохождения пакетов. Для взаимодействия M-CMTS с DOCSIS Timing Server был разработан интерфейс DTI, а для взаимодействия с Edge Resource Manager — интерфейс ERMI.

DOCSIS 3.0 может внедряться и в интегрированные СMTS (I-CMTS), имеющие традиционную архитектуру. Более того, первые внедрения оборудования Pre-DOCSIS 3.0 реализованы как раз на базе традиционной архитектуры.

Спецификации.

Описание характеристик DOCSIS 3.0 собрано в четырех документах и одной техническом отчете, доступных на сайте Cable Labs .

• Спецификация MULPI (Media Access Control and Upper Layer Protocols Interface) определяет порядок связки прямых и обратных каналов, совместимость с адресацией IPv6 и ее сосуществование с IPv4, перенос информации об использовании мультикаста из кабельных модемов в CMTS и стандартизированный механизм обеспечения QoS для мультикастовых сессий.
• В спецификации PHY (Physical Layer Specification) приведена типовая архитектура системы, а также изложены принципы формирования и обработки DOCSIS сигналов.
• В спецификации SEC (Security Specification) определены принципы шифровки и администрирования ключей при закрытии передаваемых данных алгоритмом AES.
• В спецификации OSSI (Operations Support System Interface Specification) в дополнение к связке каналов, IPv6, мультикасту и усиленной безопасности детализируются принципы приема нескольких обратных каналов на один порт, способы модернизации сетевой топологии для внедрения DOCSIS 3.0, а также усовершенствованные методы диагностики, мониторинга качества сигнала, сбор эксплуатационных параметров сети и применение биллинга.
• В техническом отчете MGMT-3 DIFF (DOCSIS3.0 Management Features Differences) резюмируются отличия между системами администрирования сетей DOCSIS 2.0 и DOCSIS 3.0.

Состояние рынка.

Таким образом, стандарт предлагает множество новых функций, разнящихся по степени сложности и неотложности реализации. Так, например, связка прямых каналов реализуется проще, чем связка обратных. Одновременно из-за ассиметричности большинства «тяжелых» приложений, связка прямых каналов сегодня и более актуальна. Поэтому не случайно связка прямых каналов в CMTS-ах была реализована на два года раньше связки обратных.

Для того, чтобы облегчить и ускорить появление на рынке сертифицированных устройств, Cable Labs установил три этапа квалификации СMTS с поддержкой DOCSIS 3.0. В зависимости от степени полноты они получили название золотой, серебряной и бронзовой. Золотая, то есть полная сертификация присваивается CMTS, удовлетворяющей всем требованиям спецификации. Полный перечень требований двух нижних уровней предоставляется только производителям сертифицируемого оборудования, но, судя по пресс-релизам от Cable Labs, бронзовая квалификация присваивается оборудованию, если оно обеспечивает связку 4 каналов в прямом направлении, а серебряная, если дополнительно к этому оно умеет связывать обратные каналы, поддерживает AES шифровку и адресацию IPv6.

За 56 волну сертификации, прошедшую в декабре 2007 года, полную сертификацию не получило ни одно устройство. Бронзовую квалификацию получили СMTS Arris C4 и Cisco uBR10012, а серебряную — CMTS Casa Systems C 2200 . В ближайшие дни должны стать известны результаты следующей, 57 волны сертификации.

Что же касается модемов, то для них предусмотрена только полная сертификация, которая требует их проверки совместно с полностью квалифицированной СMTS. Поэтому пока сертифицированных моделей нет и появление их в 57 волну маловероятно. Сейчас производители предлагают модемы, совместимые с их собственными моделями CMTS. Так в конце февраля Motorola анонсировала новую линейку кабельных модемов Surf Board DOCSIS 3.0 работающих в совместно с BSR 64000, а Arris и Cisco, чьи CMTS получили бронзовую квалификацию, предлагают модемы формата «2.0В» поддерживающие связку прямых каналов.

Внедрение.

В США, на родине стандарта, операторы не торопятся коммерчески внедрять данные решения, ограничиваясь лабораторными тестами и маломасштабными полевыми испытаниями. В тоже время на других рынках уже имеются случаи внедрения систем DOCSIS с поддержкой связки каналов. Так в сингапурской сети Starhub реализована система pre-DOCSIS 3.0 со связкой трех каналов, допускающих передачу потоков до 100 Мбит/с, с использованием СMTS и абонентских модемов Motorola . А в канадской сети Videotron запущена система также со связкой трех каналов.

В настоящее время коаксиальный кабель имеет достаточно большую ширину спектра - в сотни мегагерц. Каналы вещательного телевидения, имеющие полосу 6 МГЦ, в США размешаются в пределах от 54 МГЦ до 216 МГЦ для каналов с номерами 2 – 13 (отдельные полосы 54-72, 76-88, 174-216 МГЦ) и от470 МГЦ до 812 МГЦ для каналов с номерами 14 -70. Сегодня, в пределах ширины полосы частот 6 МГЦ, используя систему MPEG со сжатием информации, абонентское телевидение, может передать до 10 каналов цифрового видео. При полной используемой ширины полосы частот приблизительно в полосе 550 МГЦ возможно разместить до 1000 каналов телевидения. Типичное американское распределение частот в кабельной системе показано в Таблице 6.4 .

Таблица 6.4. Распределение частот в кабельной системе

Частотный диапазон(МГц)	Направление	Примеры использования
От 5 до 42	Вверх	Обратный путь для передачи данных, сигналов сетевого управления согласно стандарту передачи по телевизионному кабелю (Data over Cable System Interface Specification - DOCSIS )
От 54 до 350	Вниз	Широкополосное аналоговое телевидение и передача данных по стандарту DOCSIS (ширина полосы регулируется под каждого оператора)
От 350 до 750	Вниз	Широкополосное цифровое телевидение и передача данных по стандарту DOCSIS (ширина полосы регулируется под каждого оператора)
От750 до 1000	Вверх	В перспективе обратный путь для передачи данных, сигналов сетевого управления согласно стандарту DOCSIS

Недавно кабельная промышленность начала выпуск нового коаксиального кабеля – кабеля, с четырехслойной оболочкой. Кабель, соответствующий требованиям широкополосной связи – RG6. Содержит проводник, диэлектрик, экран из фольги, внутренний экран-оплетку и наружную оболочку. Он обеспечивает высокую пропускную способность. Различные разновидности этого кабеля рассчитаны на частотный диапазон 1 ГГц (1000 МГЦ), 2.2 ГГц (2200 МГЦ), и 3 ГГц (3000 МГЦ). Такой кабель имеет небольшое затухание и уровень шумов. Он также позволяет прокладку под водой.

Оптический кабель улучшает большую часть кабельной сети между оператором и абонентом, увеличивая пропускную способность, надежность, и множество сервисов. HFC системы - в значительной степени улучшают условия организации распределения типа "точка – многоточие". Оптическая сеть с использованием разделения на основе длины волны ( DWDM –Dense Wavelength Distribution Division Multiplexing) позволяет операторам сегментировать HFC системы в более логичную систему, что улучшает безопасность, и предлагать более высокую ширину полосы частот каждому пользователю.

Обслуживание потока "вверх"

Данные потока "пользователь-сеть" (вверх), в настоящее время для уменьшенных требований ширины полосы частот, помещены в окно 2 МГц, в частотной полосе 5 - 42 МГц. Поскольку в направлении потока "пользователь сеть" более узкая ширина полосы частот, то используется для передачи технология TDM . Это разделение по времени хорошо работает для очень коротких команд, запросов, и передачи адресов, что составляет большую часть потока "пользователь сеть" для большинства пользователей к CMTS при связи с Интернет.

CMTS обычно поддерживает зону до 1000 Интернет кабельных модемов с шириной канала 6 МГЦ. Один канал на 6 МГЦ может обеспечить, в зависимости от типа модуляции, пропускную способность приблизительно 30 мгбит/с ( QAM -64 модуляция) 40 мгбит/с ( QAM -256 модуляция). Эта пропускная способность может быть разделена между соседними абонентами и может изменять рабочие характеристики, в зависимости от поведения других абонентов, работающих в режиме "онлайн". Хорошее свойство кабельной системы, что поставщик кабеля может образовать новый канал, разделяя старые каналы. Этим он может решить возникающую конкретную проблему изменения рабочих характеристик. Большинство поставщиков кабеля регулярно контролирует рабочие характеристики и добавляет другой канал, когда пользователь достигает некоторого порога нагрузки.

Кабельные стандарты.

Связь абонентов кабельной сети с системой кабельных модемов определяется стандартом Спецификации Интерфейса Передачи Данных по ТВ кабелю ( DOCSIS -Data over Cable Service Interface Specification). Этот стандарт предназначен для передачи и обслуживания, систем кабельных операторов, таких как сеть, применяющая кабельные модемы, в доме или офисе, чтобы поддержать двунаправленную передачу данных через кабельную сеть. Стандарт DOCSIS был принят в 1999 году.

Сеть по стандарту DOCSIS - это широкополосная кабельная сеть, предназначенная для передачи данных и речи. Кабельные операторы могут применяющие DOCSIS , сопрягаются с опто - коаксиальными сетями на основе стандартов HFC на основе центров кабельных модемов, что понизить затраты на предоставление услуг передачи речи (VoIP) или для комплексных услуг, связанных передачей голоса, данных, и услуг кабельного телевидения абонентам. При этом мультиоператоры могут отделить себя от поставщиков телесвязи, и могут эффективно конкурировать с телефонными компаниями или поставщиками спутникового телевидения. В настоящее время известны следующие стандарты:

• DOCSIS 1.0
• DOCSIS 1.1
• DOCSIS 2.0
• DOCSIS 3.0
• Euro DOCSIS

Характеристики, определяемые стандартами DOCSIS 1.x и DOCSIS 2.0 приведены в табл.6.5 . Поскольку усовершенствования стандарта от DOCSIS 1.x к DOCSIS 2.0 касались только направления вверх ( upstream ), в таблице приведены характеристики этого направления.

Таблица 6.5. Основные характеристики стандартов DOCSIS 1.x и DOCSIS 2.0 (направление "вверх")

Свойства	DOCSIS 1.x	DOCSIS 2.0
		A- TDMA	S-СDMA
Техника мультиплексирования	Доступ с частотным разделением ( FDMA )/ доступ с временным разделением ( TDMA )	FDMA / TDMA	TDMA /S-CDMA
Символьная скорость(ксим/сек)	160, 32, 640, 1280, 2560	160, 32, 640, 1280, 2560, 5120	1280, 2560, 5120
Тип модуляции	Квадратурно-фазовая манипуляция ( QPSK ) 16 - QAM	QPSK ,8- QAM ,16- QAM ,32- QAM ,64- QAM	QPSK , 8- QAM , 16- QAM ,32- QAM , 64- QAM , 128 – QAM (модуляция с решетчатым кодированием – TCM )
Спектральная эффективность (бит/сим)	2 или 4	2 до 6	1 до 6
Система упреждающей коррекции ошибок ( FEC )	RС (R=1 до 10)*	RС (R=1 до 16)*	RС (R=1 до 16)*
Эквалайзер	8 полосный	24- полосный	24- полосный
Перемежение блоков	Нет	Есть	Нет
Битовая скорость (Мбит/c)	0,32 до 10,24	0,32 до 10,24	2,56 до 30,72

(( – код Рида –Соломона, – число исправляемых битов)

Packet Cable

PacketCable – совокупность стандартов для сетей кабельных модемов. Они разработаны по инициативе Лаборатории CableLabs. Цель этих соглашений развить архитектуру сети для доставки двухсторонних мультимедийных услуг в реальном масштабе времени из "конца в конец", основанных на протоколах IP. Packet Cable использует механизмы DOCSIS 1.1, но расширяет их за счет ряда протоколов, используемых за пределами кабельной сети, например, в Интернете или телефонной сети общего пользования. Реальный масштаб времени предполагает услуги: VoIP, поток видео, и групповые рассылки IP. Эти функции включают обслуживание абонентских устройств, сигнализацию, администрирование телефонных потоков, обеспечение взаимодействия с телефонной сетью общего пользования, поддержку биллинга, услуг передачи сообщений, безопасности, QoS и многое другое.

Особое внимание уделяется в PacketCable услугам VoIP . В этих стандартах центральное место занимает обеспечение "тройной услуги"(triple play) - видео, данных, и речевого обслуживания. Несмотря на то, что спецификация PacketCable multimedia разработана на базе PacketCable 1.x, для организации мультимедийных сетей не обязательно повторять всю архитектуру, необходимую для передачи VoIP. Операторы могут внедрить только телефонию или только мультимедиа, или же в одной сети могут сосуществовать оба режима. PacketCable базируется на основе систем кабельной сети DOCSIS 1 .1-и для DOCSIS 2.0. пакет спецификаций. PacketCable позволяет создать законченные решения для передачи трафика, который отправляется из кабельной сети или принимается в ней. Его использование упрощает задачу предоставления мультимедийных услуг через инфраструктуру, в состав которой входят разноплановые сети.

Составляющие сети PacketCable

Часть компонентов сети PacketCable входит в состав базовой сети DOCSIS 1.1. Другую часть составляют дополнительные компоненты, позволяющие сформировать целостную инфраструктуру установки соединений. Когда возможно, в PacketCable применяются уже существующие протоколы.

Рис. 6.20.

Сеть включает следующие компоненты ( рис. 6.19):

• Кабельный модем стандарта DOCSIS 1.1/2.0. Эти стандарты поддерживают QoS динамических потоков DQOS, необходимую для работы Packet Cable.
• CMTS стандарта DOCSIS 1.1/2.0
• Оконечный мультимедийный адаптер MTA multimedia terminal adapter ) - абонентское устройство, подключаемое к телефону или другому оконечному устройству сети PacketCable. Спецификация определяет два типа MTA - интегрированный с кабельным модемом или отдельный. Последний подключается к кабельной сети с помощью кабельного модема DOCSIS 1.1(2.0).
• Сервер администрирования соединений CMS ( Call Management Server) - головной сервер, обеспечивающий формирование сигнализации, позволяющей абонентским MTA устанавливать связь между собой. CMS использует протокол NCS ( Network-based call signalling), который обеспечивает идентификацию и авторизацию MTA, маршрутизацию потока и поддерживает некоторые особые функции типа трехстороннего соединения. В зависимости от размера и сложности, сеть Packet Cable может включать несколько CMS серверов.
• Шлюзовой контролер (GC- Gate Controller) - центральный сервер, управляющий работой входных шлюзов сети PacketCable. Он проверяет, имеет ли абонентский адаптер право на использование требуемых сетевых ресурсов, после чего отдает CMTS команду сформировать шлюзы для прохождения услуги. GC ответствен также за координацию работы двух комплектов шлюзов формируемых для установки. Шлюзовой контроллер может быть реализован на том же сервере, что и сервер администрирования соединений. Cеть PacketCable может включать несколько GC, но определенным соединением всегда управляет только один сервер.
• Сервер фиксации соединений (RKS - Record keeping server) - сервер, предназначенный для сбора информации о соединениях и расположенный между сетью Packet Cable и серверами обработки информации о соединениях, в первую очередь биллинговым сервером. Для сбора необходимой информации у CMTS и других серверов PacketCable RKS использует протокол RADIUS (Remote Authentication Dial-Up User Service). Архитектурные особенности PacketCable могут быть отражены следующими свойствами:

• Такое же или лучшее качество речи , чем в коммутируемой телефонной сети общего пользования ( PSTN )- путем применения соответствующего кодирования высокого качества, и одновременно уменьшение задержки и фазовых дрожаний. Модель DQoS, обеспечивает резервирование пропускной полосы в магистрали и обеих конечных точках только на время соединения. По его окончании ресурсы сразу освобождаются для других услуг.

  PacketCable позволяет кабельным операторам предоставлять не только передачу данных и мультимедийные услуги в реальном масштабе времени, согласуя их передачу по всей задействованной инфраструктуре. Эти услуги могут охватывать базовые функции телефонии, включать ее расширенные возможности или предусматривать широкий спектр мультимедийных услуг. Широкое распространение IP в качестве стандартного транспортного механизма в сетях передачи данных создает условия для реализации современных Интернет-приложений, таких как мультимедийная электронная почта, чаты в реальном времени, потоковые медиауслуги (включая музыку и видео) и видеоконференции. PacketCable позволяет кабельным операторам реализовать сетевую архитектуру для быстрой и экономичной доставки этих услуг, сильно расширив функциональные возможности своей сети.

  В дополнение качеству речи, другое ключевое требование обеспечение для потребителя всех функциональных возможностей Коммутируемой Телефонной Сети Общего Пользования ( PSTN ). Это также требует предоставления надежности и избыточности сетевых компонентов, чтобы получить коэффициент готовности сети не менее 0,99999.

• Система сигнализации Сигнализации процесса установления вызова -Packet Cable – должна быть такая, чтобы поддержать установление вызовов между кабельной сетью и Коммутируемой Телефонной Сетью Общего Пользования ( PSTN ) при местных, междугородних и международных вызовах, должна обеспечивать и дополнительные виды обслуживания, такие как, например, ждущий вызов и запрос номера, вызывающего абонента.
• Распределенное Качество обслуживания - PacketCable включает стандарты распределения Качества обслуживания при обращении к сети, приоритетных абонентов, для которых можно будет изменять качество обслуживания в процессе обслуживания вызова, например, службы спасения, справочные службы. Одной из важнейших функциональных особенностей сети PacketCable является динамическое обеспечение требуемого качества услуг (DQoS). Эта функция аналогична DQoS, поддерживаемому DOCSIS 1.1, с тем исключением, что DOCSIS 1.1 позволяет использовать DQOS для авторизации и прохождения услуги в кабельной сети, но не резервирует ресурсы для ее передачи по всей инфраструктуре. Расширение действия DQOS на все каналы прохождения услуги позволяет гарантировать доставку услуги с требуемым качеством и препятствует ее несанкционированному использованию другими лицами.
• Системы наблюдения и обслуживания – при связи с Коммутируемой Телефонной Сети Общего Пользования ( PSTN ) функциональные возможности включают системы, способные к наблюдению и управлению потенциально миллионами Серверов Управления Вызовом вызова абонентов (CMS - Call Management Server), Мультимедийными Оконечными согласующими устройствами (адаптерами – MTA- Multimedia Terminal Adapter ), Управляющими устройствами шлюзов (MGC – Media Gateway Controller), и приемо-передающими управляющими устройствами (Signaling Controller) для связи с Коммутируемой Телефонной Сетью Общего Пользования ( PSTN ). Для эффективной работы PacketCable требуются операционные системы и управление сетью такие как, например, - также ключ, так что множество управляющих систем и систем учета нагрузки оплаты.
• Безопасность и регулирующее наблюдение - эти меры требуются такие же или более серьезные меры, чем для сети общего пользования. Архитектура PacketCable позволяет реализовать требования акта CALEA (Сommunucations Assistance for Law Act) о предоставлении телекоммуникационных транспортных структур для помощи правоохранительным организациям в проведении розыскных работ, санкционированных судом.

PacketCable позволяет предоставлять им информацию двух типов:

• Идентификационные сведения: сеть может предоставить идентификационые сведения о входящих и исходящих соединениях интересующей точки.
• Содержание: сеть может предоставить сведения о содержании информации, переданной во время соединения, иначе говоря, полную запись разговора.

Так как сеть PacketCable работает поверх DOCSIS 1.1, на нее распространяются все механизмы безопасности, предусмотренные DOCSIS 1.1. Кроме того, спецификации PacketCable регламентируют использование современного протокола шифровки AES (Advanced Encryption Standard), который в конце 2001-го года был принят в США качестве стандарта для защиты коммерческих услуг, предоставляемых в частных сетях. Степень защиты информации, предусмотренная спецификацией PacketCable, аналогична реализуемой в телефонных сетях общего пользования. спецификацией PacketCable, аналогична реализуемой в телефонных сетях общего пользования.

Притом что DOCSIS в гибридной сети и сети PacketCable предоставляют многофункциональные услуги. Операторы кабельной сети могут предложить услуги IP по стоимости меньшей, по сравнению с общедоступной сетью PSTN , с добавлением новых услуг.

Пример оборудования CMTS - System CISCO uBR10012. Это серия маршрутизаторов CMTS , которая поддерживает спецификации DOCSIS 1.1, Евро DOCSIS 1.1, и PacketCable 1.0. Полностью нагруженный, блок содержит 12 слотов. Он рассчитан на поддержку свыше 44 000 пользователей. Он использует 8 плат линейного комплекта, с резервными процессорами через два слота и резервной синхронизацией платы управления тактовыми генераторами. Есть четыре быстродействующих WAN порта для к сети IP и внешние сетевые подключения, а также поддержка динамической транспортировке пакетов OC 48 соединений потока "пользователь сеть". Две из этих систем вписываются в Telco семифутовую стойку. Основной офис концентратора мог бы иметь один или более CMTS в зависимости от намерений оператора.

Packet Cable использует механизмы DOCSIS 1.1, но расширяет их за счет ряда протоколов, используемых за пределами кабельной сети, например, в Интернете или телефонной сети общего пользования.

[Спецификации Packet Cable и её задачи в сетях DOCSIS 1]

На сегодняшний день выпущено 4 комплекта спецификаций PacketCable - 1.0, 1.1, 1.2 и PacketCable multimedia.

Спецификации PacketCable 1.х охватывают практически все аспекты доставки услуг бытовой телефонии с использованием техники VoIP. Эти функции включают обслуживание абонентских устройств, сигнализацию, администрирование телефонных потоков, обеспечение взаимодействия с телефонной сетью общего пользования, поддержку биллинга, услуг передачи сообщений, безопасности, QoS и многое другое.

Платформа PacketCable multimedia расширяет базовые возможности PacketCable 1.X для предоставления более широкого спектра IP-услуг, от видео по требованию и интерактивных игр до дистанционного управления и телеметрии.

Несмотря на то, что спецификация PacketCable multimedia разработана на базе PacketCable 1.x, для организации мультимедийных сетей не обязательно повторять всю архитектуру, необходимую для передачи VoIP. Операторы могут внедрить только телефонию или только мультимедиа, или же в одной сети могут сосуществовать оба режима.

Таким образом, пакет спецификаций PacketCable позволяет создать законченные решения для передачи трафика, который отправляется из кабельной сети или принимается в ней. Его использование упрощает задачу предоставления мультимедийных услуг через инфраструктуру, в состав которой входят разноплановые сети.

Динамическое обеспечение качества услуг

Одной из важнейших функциональных особенностей сети PacketCable является динамическое обеспечение требуемого качества услуг (DQoS). Эта функция аналогична DQoS, поддерживаемому DOCSIS 1.1, с тем исключением, что DOCSIS 1.1 позволяет использовать DQOS для авторизации и прохождения услуги в кабельной сети, но не резервирует ресурсы для ее передачи по всей инфраструктуре.

Расширение действия DQoS на все каналы прохождения услуги позволяет гарантировать доставку услуги с требуемым качеством и препятствует ее несанкционированному использованию другими лицами.

Резервирование ресурсов в рамках PacketCable 1.X может быть реализовано только в сети с DOCSIS с версией не ниже 1.1. В качестве опции для MTA, не интегрированных с модемами, может использоваться протокол RSVP (Resource Reservation Protocol).

Двухэтапная процедура резервирования ресурсов

Модель DQOS, регламентируемая PacketCable, предусматривает двухэтапную процедуру резервирования, при которой сначала резервируются ресурсы, а затем активизируется выполнение услуги. Предварительная процедура резервирования позволяет убедиться, что ресурсы, необходимые для установления соединения, имеются с обеих сторон.

Краткие итоги

• Локальная сеть Ethernet - наиболее широко используемый протокол локальной вычислительной сети.
• Традиционная Локальная сеть Ethernet использует CSMA/CD (множественный доступ с опросом несущей и разрешением конфликтов) со скоростью данных 10 Mbps и доменом конфликта 2500 метров.
• Каждая станция имеет равное право на среду (коллективный доступ): если в среде нет данных, станция может начать передачу данных; если две станции, следящие за средой, находят, что она не занята, и начинают посылать данные, возникает конфликт, называемый коллизией .
• Уровень звена передачи данных Локальной сети Ethernet состоит из подуровня LLC (управления логической связью) и подуровня MAC (управления средой доступа).
• Подуровень управления средой доступа несет ответственность за работу CSMA/CD (множественного доступа с опросом несущей и разрешением конфликтов).
• Подключающие устройства могут соединять вместе сегменты сети; они могут также соединять вместе сети, чтобы создать Internet.
• Есть пять типов подключающих устройств : ретрансляторы, концентраторы, мосты, маршрутизаторы и коммутаторы.
• Ретрансляторы восстанавливают сигнал на физическом уровне.
• Концентратор - многовходовой ретранслятор.
• Мосты имеют доступ к станционной адресации и могут отправлять или фильтровать сетевые пакеты. Они работают на физическом уровне и уровне линии звена передачи данных.
• Маршрутизаторы определяют путь, который должен пройти пакет. Они работают на физическом уровне и уровне линии звена передачи данных.
• Коммутатор уровня два - сложный мост; коммутатор уровня три - сложный маршрутизатор.
EFM -C) -на короткие и большие расстояния, по оптическому волокну в режиме "точка – точка" и "от точки ко многим точкам".
• Для широкополосной связи на абонентском участке применяются кабельные сети. Они строятся на основе коаксиальных и/или оптических кабелей. Широкополосные передача по кабелю данных и предложение сервисов были следующими после телевидения приложениями кабельных сетей на абонентском участке.
• Кабельное телевидение есть сеть вещания, которая распределяет программы по потребителям.
• Для управления информацией по кабелю и расширения диапазона на концах передачи и приема систем устанавливают ( рис. 3.1) кабельные модемы ( CMTS – Cable Termination CTMS).
• Абонентская сеть с установкой системы кабельных модемов при соединении "вниз" такая сеть работает как обычная вещательная сеть кабельного телевидения.
• При частотном разделении предусматривается и выделение обратных каналов (каналы "вверх"), которые переносят управляющую информацию от абонента в сеть Интернет – поставщика услуги.
• Данные потока "пользователь-сеть" (вверх), в настоящее время для уменьшенных требований ширины полосы частот, помещены в окно 2 МГц, частотной полосе на 5 - 42 МГц.
• Связь абонентов кабельной сети с системой кабельных модемов определяется стандартом Спецификации Интерфейса Передачи Данных по ТВ кабелю ( DOCSIS -Data over Cable Service Interface Specification).
• Сеть по стандарту DOCSIS - это кабеля широкополосная кабельная сеть, предназначенная для передачи данных и речи. Кабельные операторы могут применяющие DOCSIS , сопрягаются с опто коаксиальными сетями на основе стандартов DOCSIS 3.0. позволяет "связывать" несколько физических каналов в один логический. Пакеты, принадлежащие одной службе могут рассылаться по всем объединенным физическим каналам.. При этом скорость передачи возрастает до 120 Мбит/с (или 160 мбит/c для EuroDOCSIS).
• PacketCable – совокупность стандартов для сетей кабельных модемов. Они разработаны по инициативе Лаборатории CableLabs. Цель этих соглашений развить архитектуру сети для доставки двухсторонних мультимедийных услуг в реальном масштабе времени из "конца в конец", основанных на протоколах IP.
• PacketCable базируется на основе систем кабельной сети DOCSIS 1 .1-и для DOCSIS 2.0. пакет спецификаций. PacketCable позволяет создать законченные решения для передачи трафика, который отправляется из кабельной сети или принимается в ней.
• Сеть включает следующие компоненты: кабельный модем стандарта DOCSIS 1.1/2.0, CMTS стандарта DOCSIS 1.1/2.0, оконечный мультимедийный адаптер, сервер администрирования соединений, шлюзовой контролер, сервер фиксации соединений.
• Одной из важнейших функциональных особенностей сети PacketCable является динамическое обеспечение требуемого качества услуг (DQoS). действия DQOS на все каналы прохождения услуги позволяет гарантировать доставку услуги с требуемым качеством и препятствует ее несанкционированному использованию другими лицами.

Задачи и упражнения

1. Что такое коллизия?
2. Предположим, что поступает большая нагрузка (трафик) на локальную сеть, использующую множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий, и кольцевую локальную сеть (Token Ring). В какой системе будет большая вероятность долгого времени передачи кадра? Почему?
3. Почему кадр в локальной сети Ethernet должен иметь минимальный размер?
4. Предположим, что длина кабеля в системе 10BASE5 2500 м. Если скорость распространения в тонком коаксиальном кабеле 200 000 км/с, какое время требуется для того, чтобы один бит переместился от начала сети к концу? Любые задержки в оборудовании не учитываются.
5. Используйте данные упражнения 4, чтобы найти максимальное время для обнаружения коллизии (конфликта) в наихудшем случае. Это случай, когда данные посылаются с одного конца кабеля, а коллизия происходит на другом конце. Помните, что сигналу надо пройти туда и обратно.
6. Скорость передачи данных 10BASE5 - 10 Мбит/с. Сколько времени понадобится, чтобы передать наименьший кадр? Подтвердите это расчетом.
7. Используйте данные упражнений 5 и 6, чтобы найти минимальный размер кадра Ethernet для номинальной работы при обнаружении коллизий.
8. Подуровень управления доступа к среде (MAC) Ethernet получает 42 байта от подуровня управления логическим каналом (LLC). Сколько байт заполнения должно быть добавлено к данным?
9. Подуровень управления доступа к среде (MAC) Ethernet получает 1510 байт от подуровня логического управления линией (LLC). Могут ли данные быть вставлены в кадр? Если нет, то, сколько кадров надо послать? Какова длина размера данных в каждом кадре?

Датский телеком-гигант TDC проводит активную работу по модернизации старого коаксиального кабеля телевизионной сети, чтобы получить возможность доставлять в жилые дома высокоскоростной интернет. Как отмечает технический директор компании Карстен Брайдер, технологии уже сейчас позволяют поставлять кабельное телевидение со скоростью 3,6 Gbps, а спустя некоторое время реальностью станет цифра в 10 Gbps.

В TDC считают, что нашли уникальное решение по организации быстрого широкополосного доступа по всей Дании. При этом компания сможет сэкономить гигантские средства на пути к осуществлению своей цели. Как и большинство операторов фиксированной связи по всему миру, в TDC знают, что протяжка "оптики" в каждый дом - это едва ли не единственное верное решение, дабы сверхбыстрая широкополосная связь достигла каждого дома. Однако тянуть волокно в каждый дом - накладно дело.

К счастью для TDC, у оператора есть богатое наследство в виде коаксиальной сети кабельного телевидения, которая уже сейчас поставляет программные каналы для 1,4 млн. домохозяйств по всей Дании.

В настоящее время TDC уже существенно продвинулась в ее модернизации. При этом усовершенствование не касается непосредственно коаксиального кабеля - на входе в дома устанавливается электроника, способная разогнать широкополосный доступ до очень приличных скоростей. В планах TDC использовать собственную кабельную сеть телевидения в качестве основы общенациональной сети, которая будет поставлять широкополосный доступ на скорости 1 Gbps для большинства семей в Дании до конца 2017 года, а возможно и со скоростью 10 Gbps со временем. По прогнозам оператора, первые дома должны получить 1 Gbps с начала декабря 2016 года.

В компании отмечают, что в ближайшем будущем сеть кабельного телевидения TDC будет основным поставщиком высокоскоростного интернета пользователям оператора, в отличие от уже существующей волоконно-оптической сети, которая сможет обеспечить лишь 10% домов.

Быстрее и дешевле, чем волокно

"Коаксиальный кабель может передавать сигнал с гораздо большей скоростью, чем оптика, - отмечает Карстен Брайдер. - GPON имеет максимальную скорость 2.4 Gbps, а для коаксиального кабеля сети TDC мы используем последнюю реализацию DOCSIS".

Демонстрация DOCSIS 3.1

Аббревиатура DOCSIS вряд ли оставит в недоумении людей близких к телекому, но все же разъясним для полноты картины. Стандарт, который вот уже почти двадцать лет используют операторы по всему миру, предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/c (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM), и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с. По задумке, он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей.

Собственно версий DOCSIS существует несколько:

• DOCSIS 1.0
• DOCSIS 1.1
• DOCSIS 2.0
• DOCSIS 3.0
• DOCSIS 3.1

DOCSIS может стать настоящим "золотым ключиком" к дверям потенциальных абонентов, ведь при грамотно построенной коаксиальной сети, покрывающей значительную площадь, этот стандарт может стать настоящим стартом, который не потребует серьезных вмешательств в физику процесса.

Именно такая развитая сеть коаксиального кабеля есть в наличии у TDC, которые одни из первых начали внедрять DOCSIS 3.1 на своих сетях.

"DOCSIS 3.0 позволяет достигать скорости в 3.6 Gbps, а с DOCSIS 3.1 в конце этого года мы сможем предлагать нашим абонентам 10Gbps", - говорит Брайдер. Это означает, что компания имеет сеть, поддерживающую услуги, которые в четыре раза быстрее, чем GPON.

Модем для работы в стандарте DOCSIS 3.1 ASKEY-TCG310

К слову, еще в сентябре 2015 года немецкая компания Unitymedia также начала активную работу по подготовке своих сетей к внедрению DOCSIS 3.1, наметив коммерческое использование стандарта также на 2016 года. Опыт DOCSIS есть и у российских операторов, однако широкого распространения у нас в стране стандарт не получил.

Но вернемся все же к нашим датчанам.

Датский Ростелеком

TDC уникален в своем роде, потому как имеет обширную сеть фиксированной телефонной связи и сеть кабельного телевидения. Такое богатство досталось оператору благодаря глобальному объединению региональных телефонных компаний в национального оператора Tele Danmark в 1995, наследником которого в итоге стал TDC.

Кабель был очень популярен в Дании. Причина, как и в большинстве других центров кабельного телевидения в Европе и Северной Америке в то время, в том, что потребителю хотелось больше каналов. Так, например, в свое время, сельские жители США подключали кабельное ТВ, чтобы получать услуги от крупных городов, находящихся поблизости, и иметь возможность увидеть каналы к югу от границы штатов. Датчане хотели того же самого - более широкого выбора ТВ-каналов.

До 1988 года в Дании существовал лишь один телевизионный канал и, естественно, что такое положение вещей не совсем устраивало телевизионную аудиторию страны, которая начинала желать гораздо большего количества развлекательных программ, а значит больше каналов.

В результате появились обширные телевизионные сети коаксиального кабеля, что позволило датчанам смотреть каналы из соседних Германии и Швеции. Эта обширная сеть теперь в ведении TDC, а значит "датский ростелеком" обладает гигантским потенциалом для организации широкополосного доступа практически по всей стране без значительных вложений в монтаж волоконно-оптических сетей.

Процесс модернизации

"Мы взаимодействуем с телевидением абонентов, а это обязывает нас быть осторожными. В конечном итоге модернизация сети приведет к существенному снижению затрат компании, несмотря на то, что у нас достаточно расходов, связанных с управлением существующие DOCSIS, поскольку сеть была построена несколько десятилетий назад и ее качество оставляет желать лучшего", - отмечает Брайдер.

По его словам, модернизированная сеть будет децентрализована, в отличие от сегодняшней архитектуры сети.

"Сейчас мы имеем очень централизованную архитектуру сети, поэтому мы вынуждены будем осуществлять ее децентрализацию. Это значит, что наш клиент будет находиться ближе к сети, что позволит передавать сигнал с более высокой скоростью. К тому же новая сеть - это снижение затрат на техническое обслуживание", - считает Брайден.

Новый проект в корне меняет и маркетинговую стратегию компании. Многие устаревшие продукты уже не имеют прежней рентабельности, поэтому от них в компании планируют отказаться. Потребительские же предложения, такие как DSL, кабель, волокно или мобильная связь будут представлены под единым брендом YouSee.

Стремительное развитие стандарта DOCSIS в Дании и модернизация устаревших кабельных сетей под требования современного потребителя яркий пример того, как можно в разы улучшить качество предоставляемых услуг при этом снижая затраты на вложения и последующее техническое обслуживание сетей.

Примечательно, что датский телеком-гигант далеко не единственный европейский оператор, кинувший взор на стандарт DOCSIS 3.1. Помимо TDC свои сети к переходу на новый стандарт подготавливают такие гиганты, как Telenet и Altice.

Согласно исследованию, проведенному аналитическим агентством ABI, в Европе к 2017 году число домохозяйств, использующих технологию DOCSIS 3.1, достигнет 9 миллионов человек. Тем более что многие известные разработчики уже имеют оборудование готовое к эксплуатации.

"В конце концов, для домохозяйств и компаний, уже имеющих подключение к кабельному интернету, экономически гораздо выгоднее провести модернизацию кабельных технологий, а не переключаться на оптико-волоконные сети. И это даёт технологии DOCSIS 3.1 чёткие преимущества на рынке. Если заглядывать дальше в будущее, можно отметить, что продолжение развёртывания сверх-широкополосных сетей открывает перед кабельными операторами возможность полного перехода в сети DOCSIS к использованию технологии IPTV, отказавшись от устаревшей вещательной технологии QAM. Впрочем, ни один из крупных операторов пока официально не начал изучать такую возможность", - считает управляющий директор и вице-президент ABI Research Сэм Роузен.

Новая версия спецификации DOCSIS - DOCSIS 3.1, полностью изменила принципы работы DOCSIS, увеличив пропускную способность канала на 50%, производительность до 10 Гб/сек в прямом канале и до 2 Гб/сек в обратном - скорости, сопоставимые с передачей данных по оптоволокну.

DOCSIS 3.1 обеспечивает больше бит на 1 герц по сравнению с DOCSIS 3.0 при том же соотношении сигнал/шум

Спецификация DOCSIS 3.1 была выпущена и успешно протестирована в лабораторных условиях в 2015-м году. На начало 2016 года было сертифицировано 5 новых кабельных модемов, поддерживающих стандарт DOCSIS 3.1, провайдеры по всему миру начали внедрять и тестировать оборудование этого стандарта.

Но что делает уникальным DOCSIS 3.1 по сравнению с более ранними версиями и как изменятся методы тестирования в связи с этим? В данной статье рассматриваются две основные технологии, используемые в последней версии спецификации: мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (orthogonal frequency-division multiplexing - OFDM) и код с малой плотностью проверок на чётность (low density parity check - LDPC). В статье также описываются методы достижения максимальных уровней производительности.

Orthogonal Frequency Domain Multiplexing

Самый простой способ понять OFDM – это вспомнить как работает DOCSIS 3.0. Там для одного прямого канала используется одна несущая частота с полосой 6 МГц (8 МГц в Европе). Для модуляции этой частоты используется QAM с одной несущей (SC-QAM) и символы передаются на этой частоте строго последовательно. Если с приёмом сигнала возникают проблемы, то модуляцию необходимо уменьшать - не только для этой частоты, но и для всех остальных каналов в сети. Это означает, что модуляция должна быть оптимизирована под самую худшую часть коаксиальной сети.

В отличие от SC-QAM, OFDM использует ширину полосы от 24 до 192 МГц. Внутри этой полосы может быть размещено до 8 тысяч поднесущих с шириной от 25 до 50 кГц каждая. (Точнее 7680 поднесущих 25 кГц или 3840 поднесущих 50 кГц – прим. переводчика ). Все поднесущие синхронизированы между собой по времени и формируют единый набор символов. Эти символы, в свою очередь, распределены по поднесущим и тайм-слотам и передают кодовые слова (codewords).

Главное преимущество такого подхода в том, что символы передаются одновременно на разных частотах. Это создаёт некоторые уникальные возможности. Так, если на одной поднесущей возникли помехи, OFDM просто исключает её, объединяя соседние частоты. Это позволяет продолжить передачу данных с оптимальным уровнем производительности. (Кроме того, такой метод передачи значительно менее чувствителен к узкополосным и импульсным помехам, так как они затрагивают только некоторые поднесущие, тогда как в случае обычного сигнала помеха влияет на весь его спектр – прим. переводчика )

Поскольку тип модуляции в OFDM задаётся на определённый период времени, данная технология позволяет контролировать взаимное соотношение фаз поднесущих. Если одна поднесущая находится на пике, то соседняя может быть настроена в противофазе, т.е. в нуле. Это уменьшает интерференцию между соседними поднесущими и позволяет использовать для них более высокие уровни модуляции и, соответственно, повысить общую пропускную способность сети. Вместо того, чтобы использовать один уровень модуляции для всего диапазона, OFDM позволяет использовать различные уровни модуляции для каждой поднесущей. Кроме того, можно создавать модуляционные профили таким образом, чтобы задавать индивидуальные уровни модуляции для всех поднесущих и иметь при этом несколько таких профилей.

Модуляция – SC QAM
Выделенные каналы с шириной полосы 6 МГц (8 МГц в Европе).
Каждый частотный канал независим от остальных.
Символы в одном канале передаются последовательно.
Модуляция оптимизируется под худшую часть кабельной сети.

Возьмём одну поднесущую в качестве примера. Каждый профиль имеет свой уровень модуляции (например, 64 QAM, 1024 QAM, 2048 QAM или 4096 QAM). OFDM может использовать профиль с наивысшим уровнем для данного сегмента HFC-сети. В одном сегменте это будет 4096 QAM, в другом это может быть 1024 QAM. В третьем сегменте на этой частоте может быть слишком большая интерференция и этот участок спектра вообще будет исключён из профиля и т.д.

Теперь посмотрим, что происходит на этой поднесущей, чтобы понять работу всех 8000. Отдельный профиль описывает отдельную поднесущую для того, чтобы достичь её максимальной производительности в каждый период времени.

Как выше указывалось, все поднесущие объединяются между собой для совместной передачи символов из которых формируются кодовые слова. Поднесущие привязываются к каждому символу кодового слова и их уровень модуляции описывается профилем. Профилям, в свою очередь, назначаются буквенные обозначения (например, A, B, C и D). Таким образом получается, что оптимизация производится не только для каждой поднесущей по отдельности, но и для всех 8000 поднесущих в комплексе.

Вместо того, чтобы оптимизировать модуляцию под самый худший участок сети, она может быть оптимизирована под самый лучший участок в любой момент времени. Это делает DOCSIS 3.1 намного более эффективной технологией, чем её предшественники. Там, где канал на DOCSIS 3.0 мог передавать 6.3 бита на 1 Гц, DOCSIS 3.1 может достичь 10.5 бит на 1 Гц при использовании модуляции 4096 QAM. В более типичном случае, когда одновременно используются несколько уровней модуляции, DOCSIS 3.1 может достигать 8.5 бит на 1 Гц, обеспечивая увеличение эффективности на 35% без изменений в HFC-сети.

Low Density Parity Check

Улучшения, достигнутые использованием OFDM, не были бы возможны без использования алгоритмов коррекции ошибок. DOCSIS 3.0 использует алгоритм упреждающей коррекции ошибок с кодом Рида-Соломона (FEC) и измеряет уровень битовых ошибок (BER). BER относится к одной несущей, а OFDM использует много. В связи с тем, что OFDM распределяет передаваемые данные по множеству поднесущих, использование BER больше не имеет смысла.

DOCSIS 3.1 вместо FEC использует LPDC. Этот алгоритм работает по всему диапазону и оценивает ошибки не отдельных битов, а кодовых слов целиком. Если такую ошибку можно исправить, LPDC автоматически это делает, что позволяет использовать более высокие уровни модуляции и значительно уменьшает необходимость повторной передачи кодовых слов. LPDC приближает пропускную способность канала к теоретическим пределам, описанным теоремой Шеннона.

Но LDPC имеет один недостаток. Так как этот алгоритм изменяет настройки в реальном времени, система может достичь максимальных значений по мощности и уровням модуляции корректируя возникающие ошибки. Это означает, что сеть будет деградировать незаметно для оператора и в какой-то момент ошибки станут некорректируемыми, а пользователи заметят снижение качества сервиса. Для того, чтобы избежать такой ситуации необходимо более тщательно тестировать систему.

Достижение максимальной пропускной способности сети

Чтобы тестирование прошло успешно очень важно понимать из чего состоит OFDM. В основе всего лежит уровень PLC – PHY link channel, который содержит информацию о том, как декодировать OFDM сигнал. Без этого уровня модем не сможет «увидеть» несущую OFDM и понять, как её декодировать. Уровнем выше находится указатель на следующее кодовое слово (next codeword pointer - NCP), который сообщает модему о том, какое кодовое слово нужно прочитать следующим и какой профиль использовать для декодирования каждого кодового слова. Далее идёт профиль A. Это загрузочный профиль, который каждый модем DOCSIS 3.1 должен уметь использовать, чтобы «понимать» более высокие уровни модуляции QAM в других профилях.

Профили - упрощённая ситуация. Для упрощения примем, что профили используют одинаковую модуляцию на всех поднесущих.

Параметры уровней мощности, MER и шума в профиле А выбраны для надёжной работы OFDM. Если этот профиль работает, то дальше могут использоваться стандартные профили B, С и D. Профили отличные от них могут создаваться производителями CMTS и кабельных модемов по своему усмотрению и их количество никак не ограничено.

При передаче информации уровня PLC важно добиться отсутствия некорректируемых ошибок кодовых слов (uncorrectable codeword errors - CWE). На уровне PLC передача информации должна быть максимально надёжной, поэтому уровень мощности и MER должны быть строго в заданном диапазоне. Для этого параметры данного уровня должны быть строго фиксированными – спецификация DOCSIS 3.1 ограничивает использование для PLC только BPSK или 16 QAM.

Если на уровне PLC всё работает без ошибок, параметры NCP также фиксируются и не должны допускать некорректируемых ошибок (CWE). Если происходит потеря сообщений на данном уровне, то модем будет перезапрашивать информацию или, что ещё хуже, связи не будет совсем. В DOCSIS 3.1 для передачи NCP может использоваться только QPSK, 16 QAM или 64 QAM.

Так как профиль A является загрузочным, то ему назначаются более низкие уровни модуляции по сравнению с другими: QAM 16 и QAM 64. Это делается для того, чтобы все модемы могли работать даже в худшей части кабельной сети. Сигнал с более низким уровнем модуляции может работать при более низких уровнях мощности и MER. Так же, как и два предыдущих уровня профиль A должен иметь фиксированные параметры и не допускать некорректируемых ошибок. Если появляются некорректируемые ошибки, то модем перейдёт в режим DCOSIS 3.0 и не будет никакого увеличения эффективности. Профиль A может работать и на более высоких уровнях модуляции, при этом допускаются корректируемые ошибки CWE, это нормально, главное, чтобы не было некорректируемых.

Профили - реальная ситуация. OFDM позволяет исключать определённые поднесущие и позволяет каждому иметь разные уровни модуляции для разных поднесущих. Это оптимизирует общую пропускную способность канала - каждый профиль имеет свои собственные исключения.

Когда все 3 уровня работают в заданных пределах можно посмотреть на общую пропускную способность канала. Одной из ошибок на данном этапе может являться измерение уровня сигнала во всей полосе 192 МГц. Надо помнить, что общая мощность в данной полосе спектра равна мощности 6 МГц сигнала с учётом ширины полосы. Таким образом, суммарная мощность OFDM сигнала очень сильно отличается от мощности одиночной несущей c шириной 6 (8) МГц. Для того, чтобы более точно настроить мощность OFDM сигнала все уровни должны быть измерены относительно мощности сигнала с шириной полосы 6 МГц.

OFDM имеет ещё несколько уникальных характеристик. Уровни первых и последних 6 МГц в заданной полосе OFDM сигнала будут примерно на 0.8 дБ меньше, чем уровни остальных поднесущих из-за спада в защитном диапазоне (guard band). Это становится важным, когда для измерения используются стандартные приборы или в том случае, если измеряется мощность в диапазоне частот шириной 6 МГц, выделенном из общего диапазона. Кроме того, несущая с PLC примерно на 0.8 дБ выше чем другие поднесущие из-за дополнительных пилотных сигналов и передаваемых данных. Таким образом общая пологость (flatness) OFDM сигнала по сравнению со стандартным сигналом 6 МГц будет колебаться в пределах 1.6 дБ из-за начальных и конечных спадов и влияния PLC.

Для того, чтобы OFDM работал с пиковой производительностью средний уровень мощности не должен выходить из заданных пределов, MER должен быть хорошим и уровни шума должны быть минимальными. Шумы очень сильно влияют на сигнал OFDM и могут привести к тому, что профили с высокими уровнями модуляции вообще не будут использоваться.

Если все указанные требования соблюдаются, то становится возможным использование профилей с высокими уровнями модуляции. Важно, чтобы в пределах профиля параметры были зафиксированы (locked). Профили с высоким уровнем модуляции могут иметь некоторое количество корректируемых ошибок (CWE), так как это не так критично, как для более низких уровней, но некорректируемые ошибки приведут к тому, что максимальная производительность не будет достигнута. Например, если профиль C имеет некорректируемые ошибки, профили D и более высокие не смогут использовать более высокую модуляцию, чем профиль С. Для достижения высоких уровней модуляции HFC-сеть должна быть чистой и не допускать возникновения некорректируемых ошибок (что справедливо и для более ранних версий DOCSIS).

А что в Upstream?

DOCSIS 3.1 для обратного канала использует OFDMA – Orthogonal Frequency-Division Multiple Access.

Отдельные поднесущие в OFDMA могут выключаться, для обеспечения обратной совместимости с каналами DOCSIS 2/3.0

Сравнительная таблица DOCSIS 3.0 и DOCSIS 3.1

Заключение

DOCSIS 3.1 решает главную дилемму, которая стояла перед операторами в течение долгих лет: “Тратить деньги на полную модернизацию всей кабельной сети или постепенно вносить изменения в существующую сеть?” Используя технологии OFDM и LDPC, операторы могут значительно увеличить пропускную способность сети при её минимальной модернизации.

Достаточно небольшой модернизации физической структуры сети для того, чтобы увеличить её эффективность (скорость и пропускную способность) на 35% используя DOCSIS 3.1. Это также даст операторам дополнительное время для дальнейшей постепенной модернизации, которая, в свою очередь, даст возможность ещё больше увеличить пропускную способность.

Тем не менее, операторам надо довольно аккуратно подходить к внедрению и тестированию DOCSIS 3.1. Если это сделать неправильно, то никакого улучшения, по сравнению с DOCSIS 3.0 не будет. Добавить метки

DOCSIS - технологический стандарт, который первоначально был создан для предоставления высокоскоростной передачи данных по гибридным оптически-коаксиальным сетям Северной Америки. DOCSIS стал весьма популярным стандартом и получил известность по всему миру как самая высокоскоростная технология доступа за последние несколько лет.

Стандарт успел пройти несколько этапов взросления. Первым был DOCSIS 1.0, чуть позднее –DOCSIS 2.0, а на сегодняшний день в ряде стран (например, США, Нидерланды, Канада, Сингапур) уже используется DOCSIS 3.0, который позволяет увеличивать скорость передачи данных до 150 Мбит/сек или до 300 Мбит/сек в прямом канале (к абоненту) и 120 Мбит/сек в обратном канале за счет параллельного использования сразу нескольких каналов DOCSIS 2.0. Это выше, чем любой существующий на сегодня стандарт передачи данных для массового пользователя.

О технологии DOCSIS 3.0

Технология DOCSIS 3.0 была разработана компанией Cable Television Laboratories и впервые представлена в 2007 году главой американского кабельного провайдера Comcast Брайан Робертс на выставке The Cable Show.

С 2010 года DOCSIS 3.0 пришел и в Украину. Пока этот стандарт внедрен только компанией ВОЛЯ (другие провайдеры работают в основном на DOCSIS 1.0 и DOCSIS 2.0). В частности, в марте этого года компания ВОЛЯ представила линейку пакетов для бизнес-клиентов.

Отличия технологии DOCSIS 3.0 от DOCSIS 2.0

Для передачи данных в технологии DOCSIS 3.0используется не один канал передачи, а одновременно четыре. До появления стандарта DOCSIS 3.0 полоса на одного пользователя в Downstream-канале составляла примерно не более 25 Мбит/с, в Upstream-канале - не более 10 Мбит/с. Главное отличие от DOCSIS 2.0 в том, что в DOCSIS 3.0 каналы на кабельном модеме можно объединять, тем самым увеличивая скорость доступа в четыре раза.

Еще несколько преимуществ последней версии DOCSIS’а:

· поддержка интернет-протокола IPv6 (создан для решения проблемы с нехваткой IP-адресов по протоколу IPv4 и сегодня активно тестируется и внедряется в Украине и за рубежом);

· поддержка многоадресной (multicast) передачи данных;

· возможность шифрования трафика модема по алгоритму AES (Advanced Encryption Standard) с применением 128 битных ключей, благодаря чему повышается уровень безопасности при использовании Интернета, и многое другое.

Преимущества DOCSIS 3.0

Главным преимуществом данной технологии является повышенная пропускная способность канала. Тарифные пакеты, которые мы предлагаем по технологии DOCSIS 3.0, позволяют обеспечить входящую скорость доступа до 150 Мбит/с. Фактическая скорость будет в 2-3 раза выше, чем при использовании технологии DOCSIS 2.0.

Оборудование для подключения по технологии DOCSIS 3.0

Для того, чтобы воспользоваться данными пакетами, необходим модем, поддерживающий стандарт DOCSIS 3.0. Уже представлены 2 модема, которые можно купить или же взять в пользование у компании ВОЛЯ: