Технологии быстрого интернета

Технология DOCSIS и кабельные модемы

Штефан Мучлер

В международных масштабах рынок кабельных модемов отвоевал себе место под солнцем, поэтому все еще остается надежда, что когда-нибудь и в нашей стране дело примет иной оборот.

 

Технология DOCSISКабельные модемы — это мост между компьютером и выводом широкополосной кабельной сети. Наиболее распространенным интерфейсом со стороны ПК является Ethernet, однако растет и количество кабельных модемов с интерфейсом USB (см. Рисунки 1 и 2 и врезку «Некоторые наиболее актуальные кабельные модемы»). Более новые системы обладают уже как полнодуплексными интерфейсами 10/100BaseT, так и портом USB. В отличие от технологий цифровых абонентских линий (Digital Subscriber Line, DSL), доступ к сети при помощи широкополосного кабеля может осуществляться лишь одним из двух способов.

Двумя конкурирующими кандидатами в этой области являются DOCSIS со своим европейским вариантом EuroDOCSIS и спецификация DVB/DAVIC (см. врезку «MCNS, DOCSIS и EuroDOCSIS). Как бы они не различались в деталях, их цель, в общем-то, одна: гарантированное обеспечение совместной работы устройств разных производителей в одной сети. Для предоставления услуг передачи данных по кабелям необходим так называемый головной узел (система терминирования кабельных модемов: Cable Modem Termination System (CMTS) — в случае DOCSIS или, соответственно, INA — в случае DVB) со стороны провайдера и, конечно же, соответствующий модем со стороны пользователя. Имеющаяся в распоряжении полоса пропускания современной гибридной волоконно-коаксиальной кабельной сети лежит в диапазоне от 88 до 862 МГц в направлении приема (downstream) и между 5 и 65 МГц в направлении передачи (upstream). При полном использовании телевизионного канала шириной 8 МГц можно добиться скорости передачи данных до 52 Мбит/с, в зависимости от выбранного стандарта и метода модуляции.

 

 

Рисунок 1. Модем Doxport 21 поддерживает стандарты EuroDOCSIS 1.0 и 1.1, и потому его можно эксплуатировать в физической инфраструктуре DVB с шириной канал 8 МГц. Модем обладает полнодуплексным интерфейсом Fast Ethernet 10/100 и интерфейсом USB. Интегрированный двухпортовый концентратор позволяет использовать их параллельно.

 

Пропускная способность делится между всеми участниками, подключенными к одному головному узлу. Благодаря умелому управлению пропускной способностью, обоюдное неудобство сводится к минимуму. Эксперты считают, что важность этой темы сильно преувеличена теми, кто предлагает «неразделяемое» подключение посредством DSL. Весь Internet, надо сказать, основан на разделении пропускной способности. Получаемая отдельным клиентом DSL, пропускная способность оказывается разделена самое позднее на маршрутизаторе IP, где несколько потоков собираются в одно или несколько соединений в восходящем направлении. Точно так же делятся между тысячами поставщиками услуг Internet и миллионами пользователей межконтинентальные соединения Internet. Поделить можно даже проводку цифровых абонентских линий.

Европейские телекоммуникационные компании, а точнее говоря, провайдеры кабельных сетей отдают предпочтение DVB/DAVIC, тогда как международные предпочитают стандарт DOCSIS. DOCSIS 1.0 появился в 1997 г. как наследующая спецификация мультимедийной кабельной сетевой системы (Multimedia Cable Network System, MCNS), разработанной ведущими американскими операторами кабельных сетей и производителями модемов в рамках консорциума мультимедийных кабельных сетевых систем. В 1998 г. Международный союз телекоммуникаций (International Telecommunications Union, ITU) наконец признал DOCSIS международным стандартом (ITU J.112).

Модемы DOCSIS обычно резервируют полосу частот шириной в 6 МГц в диапазоне от 50 до 750 МГц для нисходящих потоков данных и еще один канал в диапазоне от 5 до 42 МГц для восходящих. Через эти каналы сообщаются инсталлированные на головном узле системы терминирования и кабельные модемы пользователей.

В апреле 1999 г. вышла вторая, усовершенствованная версия — DOCSIS 1.1. Важнейшие различия заключались в появлении функций для обеспечения качества и класса предоставляемых услуг передачи данных (Quality of Service, QoS) и улучшенной системе защиты от взлома с использованием системы базовой конфиденциальности (Baseline Privacy plus, BPI+ — стандарт безопасности для кабельных модемов). Обе версии DOCSIS полностью совместимы друг с другом, и в пределах одной сети прекрасно работают вместе (это справедливо как для систем терминирования, так и для модемов). В DOCSIS 1.1 интегрированы все необходимые дополнения для голосовых служб. Кабельные модемы DOCSIS поставляются обычно с одним или несколькими телефонными гнездами RJ-12 на задней панели для подключения стандартных телефонных или факсимильных аппаратов.

DVB

DVB с самого начала преследовал несколько другую, гораздо более глобальную, по сравнению с DOCSIS, цель, поскольку он изначально ориентировался только на коммуникации в Internet. В плане гибкого интегрированного решения широкополосной кабельной сети в Европе речь помимо передачи данных шла также о таких службах, как видео, интеграция голоса и интерактивное телевидение посредством телевизионных приставок.

 

Рисунок 2. Surfboard 4100Е от компании Motorola поддерживает DOCSIS 1.0 (может быть модернизирован до версии 1.1) и располагает интерфейсами USB и Fast Ethernet 10/100. При помощи последнего Surfboard способен обслужить 31 пользователя одновременно.

 

В Америке не придавали особого значения состоянию частотной техники в Европе. Поэтому две организации — Digital Video Broadcasting Project (DVB) и Digital Audio Visual Council (DAVIC) — объединились и разработали европейский стандарт под названием «Обратный канал для кабеля» (Return Channels for Cable, DVB-RCC). Европейский институт стандартов в области телекоммуникаций (European Telecommunications Standards Institute, ETSI) принял стандарт с обозначением ETS 300 800. Несколько позже он получил признание Международного союза телекоммуникаций (часть стандарта ITU J.112, где определен также стандарт DOCSIS).

DVB-RCC охватывает все аспекты двунаправленной передачи по сетям Категории 5. В его состав входят спецификации физического уровня, контроля доступа к среде передачи (Medium Access Control, MAC), межуровневых интерфейсов, QoS и безопасности. Он включил в себя уже имеющиеся стандарты, такие, как DVB-C, DVB-S и DVB-T, где определяются методы модуляции и исключения ошибок для кабельной, спутниковой и наземной радиосвязи.

Значительное преимущество модемов DVB заключается в гибкой полосе канала нисходящего потока данных, ширина которого может составлять 6, 7 или 8 МГц. Применяя квадратурную амплитудную модуляцию 16/32/64/128, можно добиться скорости передачи данных до 51 Мбит/с. Восходящий же поток можно реализовать при помощи телевизионного канала шириной 8 МГц (канал обратной связи в кабеле) или через отдельный внешний канал. Последний вариант позволяет использовать промежуточные решения, когда канал обратной связи реализуется, например, через телефонную сеть. Частота сигнала, как правило, лежит в диапазоне между 110 и 862 МГц в нисходящих потоках данных и между 5 и 65 МГц в восходящих.

Стандарт ETS 300 800 имеет некоторые технические преимущества, поскольку при его разработке учитывались европейские особенности и стандарты. Так, к примеру, он обладает гибкой шириной полосы (7 или 8 МГц), которую в Европе предпочитают полосе шириной в 6 МГц, характерной для стандарта DOCSIS. Кроме того, частотный диапазон DOCSIS ограничивает частоту сигнала в восходящем потоке данных сверху величиной 42 МГц. Еще одно значительное преимущество ETS 300 800 состоит в способности системы к интеграции в уже существующую структуру широкополосной кабельной сети.

 

EURODOCSIS

 

Ожидая расцвета рынка кабельного телевидения, американские компании не хотели лишать себя лакомого куска и определили европейскую спецификацию для кабельных сетей в виде EuroDOCSIS. Она была опубликована в 1999 г. как расширение стандарта DOCSIS. По сравнению с американской версией в EuroDOCSIS внесены следующие изменения:

 

  • ширина полосы пропускания нисходящего потока данных стала равна 8 МГц вместо 6 МГц;
  • частотный диапазон восходящих потов данных расширен до 65 МГц вместо 42 МГц.

Поэтому такие компоненты EuroDOCSIS, как тюнеры и фильтры, отличаются от соответствующих компонентов изначальной версии DOCSIS. Большинство модемов DOCSIS 1.1 при наличии соответствующей программной поддержки можно эксплуатировать в качестве модемов EuroDOCSIS.

Пожалуй, не стоит лишний раз говорить о том, что издержки на модификацию стандарта DOCSIS, по крайней мере, при существующем положении вещей, едва ли себя оправдают.

Вопрос о том, какой из стандартов станет в этой гонке победителем, гораздо менее интересен, чем вопрос о значимости этой дискуссии вообще. Будем надеяться, что место останется по крайней мере для одного стандарта.

Впрочем, наверняка найдутся провайдеры, которые выберут DVB-RCC, и те, кто предпочтут EuroDOCSIS. Производители модемов уже частично приспособились к ситуации и предлагают устройства, способные работать в обеих сетях. Теперь надо только дождаться начало самого процесса. Но, как говорится, надежда умирает последней.

Штефан Мучлер — шеф-корреспондент LANline. С ним можно связаться по адресу: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..


Некоторые наиболее актуальные кабельные модемы

Кабельный модем CAR100 от компании Cisco предназначен для работы со стандартом DVB/DAVIC и позволяет передавать данные в обоих направлениях со средней скоростью для нисходящего потока в 41,4 Мбит/с. Модем устанавливается между гибридной волоконно-коаксиальной кабельной сетью (Hybrid Fiber — Coaxial Network, HFC) и сетью Ethernet, к которой подключены один или несколько персональных компьютеров. Гибридная волоконно-коаксиальная кабельная сеть связывает его с головным узлом, например интерактивным сетевым адаптером INA2320 этого же производителя. В комплект поставки входит база управляющей информации (Management Information Base, MIB) для интеграции в системы управления сетями независимых разработчиков, поэтому модемы серии CAR100 DVB без проблем интегрируются в системы управления на базе SNMP. Аутентификация и учет выполняются головным узлом (в частности, адаптером INA2320). В качестве клиента RADIUS INA2320 собирает идентификационные и учетные данные, поступающие с кабельного модема. Модем может быть сконфигурирован как маршрутизатор или мост, поддерживает каналы шириной 8 МГц и обладает встроенным агентом сервера/ретранслятора DHCP для поддержки локальных сетей.

Кабельные модемы Terajet 715 и 720, выпускаемые Terayon Communication Systems, получили квалификацию для EuroDOCSIS 1.0. Сертификация проводилась в лаборатории Tcomlabs по поручению комиссии EuroDOCSIS. По данным компании-производителя, это устройство относится к тем немногим кабельным модемам, которые не только сертифицированы для работы с EuroDOCSIS 1.0, а изначально базируются на спецификациях DOCSIS 2.0. Так, новый модем уже использует обе технологии, выбранные для расширенных физических уровней в DOCSIS 2.0: синхронный множественный доступ с кодовым разделением каналов (Synchronous Code Division Multiple Access, S-CDMA) и расширенный частотный множественный доступ с временным разделением (Advanced Frequency Agile Time Division Multiple Access, A-TDMA). Таким образом достигается втрое большая скорость передачи данных в восходящих потоках по сравнению с моделями исключительно на базе DOCSIS 1.1 или EuroDOCSIS 1.1. После программной модернизации TJ720 может быть приспособлен для спецификаций EuroDOCSIS 1.1.

Кабельный модем SB5100 компании Motorola сертифицирован лабораторией CableLabs по стандартам DOCSIS 1.1, DOCSIS 2.0 и имеет обратную совместимость с системами DOCSIS 1.0. Он подключается по сети HFC с обратным каналом к головной станции кабельных модемов (Cable Modems Termination System, CMTS), например BSR1000 этого же производителя. Скорости в нисходящем потоке достигают значений 38 Мбит/с (модуляция 256QAM, 5361 млн символов/с), а скорость для восходящего потока — 30 Мбит/с, что в три раза превосходит скорости систем DOCSIS 1.0/1.1. Модем совмещает две современные технологии A-TDMA и S-CDMA, имеет современный дизайн, дружественный интерфейс, порты USB и Ethernet и может обеспечивать работу 32 пользователей одновременно.

***

MCNS, DOCSIS, EuroDOCSIS

Понятие DOCSIS охватывает следующие обозначения и версии.

 

Мультимедийная кабельная сетевая система (Multimedia Cable Network System, MCNS) — предшественник DOCSIS. В 1997 г. вместе со своими дополнениями она переименована в стандарт DOCSIS, выступающий в качестве наследующей спецификации.

Стандарт DOCSIS 1.0 был опубликован весной 1997 г. Кабельные модемы стандарта DOCSIS 1.0+ обладают совместимым с DOCSIS 1.0 аппаратным обеспечением и могут быть модернизированы до DOCSIS 1.1 программными методами.

DOCSIS 1.1 — расширенная спецификация, появившаяся в апреле 1999 г. и до сих пор остающаяся актуальной. Новая версия содержит расширения для передачи речевой информации (Voice over IP, VoIP), функций безопасности и прочих актуальных служб. DOCSIS 1.1 совместим с системами стандарта DOCSIS 1.0. Первые кабельные модемы, сертифицированные на соответствие DOCSIS 1.1, поступили в продажу в конце 2001 г. Большинство доступных сегодня кабельных модемов стандарта DOCSIS 1.0 могут быть модифицированы до DOCSIS 1.1 после модернизации встроенных микропрограммных средств.

DOCSIS 2.0 — если расширение стандарта DOCSIS 1.0 до версии 1.1 возможно исключительно программными средствами, то в отличие от этого стандарт DOCSIS 2.0 предусматривает два новых метода модуляции. Эти методы модуляции — синхронный множественный доступ с кодовым разделением каналов (Synchronous Code Division Multiple Access, S-CDMA) и усовершенствованный множественный доступ с временным разделением с гибким выбором частот (Advanced Frequency Agile Time Division Multiple Access, A-TDMA) — должны будут втрое увеличить реальную пропускную способность стандарта DOCSIS 1.х. Предыдущие системы стандарта DOCSIS 1.1 могли обеспечивать в высокочастотном канале шириной 6 МГц пропускную способность в восходящем направлении до 10 Мбит/с. DOCSIS 2.0 должен увеличить это значение до 30 Мбит/с. Однако стандарт еще не утвержден. В соответствующие системы, уже предлагаемые производителем Terayon, интегрированы оба метода модуляции, однако они не являются настоящими кабельными модемами стандарта DOCSIS.

EuroDOCSIS — специально приспособленная для Европы спецификация, родственная DOCSIS. Она опубликована в середине 1999 г. лабораторией Cablelabs. По сравнению с американской версией, EuroDOCSIS содержит следующие изменения:

  • ширина канала нисходящих потоков составляет 8 МГц вместо 6 МГц;
  • частотный диапазон восходящих потоков данных увеличен с 48 до 65 МГц.

В остальном EuroDOCSIS соответствует стандарту DOCSIS. Европейский вариант появляется, как правило, через несколько месяцев после принятия очередной версии DOCSIS. Аппаратное обеспечение большинства модемов этого стандарта позволяет использовать их в качестве модемов стандарта EuroDOCSIS после проведения программной модернизации.


Журнал "LAN", #04, 2003 год // Издательство "Открытые системы" (www.osp.ru)
Постоянный адрес статьи: http://www.osp.ru/lan/2003/04/082.htm

 

SocButtons v1.5

Добавить комментарий

Обращайтесь к посетителям сайта так, как вы хотите чтобы они обращались к вам

Защитный код
Обновить

Допрос

Сколько вы готовы платить за качественный интернет для личного пользования 100 Мбит/c на загрузку и отдачу?

Вы здесь: Главная Технологии быстрого интернета Технология DOCSIS и кабельные модемы