Стандарты, сигнальные протоколы и приложения DOCSIS

Спецификации интерфейса DOCSIS сделали возможным развитие и внедрение общедоступных кабельных систем передачи данных на базе оборудования разных производителей с обеспечением функциональной совместимости для прозрачной двусторонней передачи данных по IP-протоколу между центральной станцией кабельной системы и пользователями по полностью коаксиальным или гибридным коаксиально- оптоволоконным (Hybrid-Fiber/Coax — HFC) кабельным сетям.

Система состоит из CMTS, расположенной на центральной станции, коаксиальной или коаксиально-волоконной среды передачи и кабельных модемов, находящихся у потребителя, а также уровнями DOCSIS, обеспечивающими функциональную совместимость и возможности дальнейшего развития и предоставления в будущем более широкого спектра услуг.

На уровне DOCSIS определены следующие понятия.

•                Сетевой уровень протокола IP.

•                Канальный уровень, состоящий из следующих подуровней:

—      подуровень управления логическим соединением (Logical Link Control — LLC), соответствующий стандартам Ethernet;

—      подуровень безопасности канала, обеспечивающий общую безопасность, авторизацию и аутентификацию;

—      подуровень управления доступом к среде передачи (Media Access Control — MAC) для поддержки модулей данных протокола (Protocol Data Units — PDU) переменной длины, имеет следующие функции:

—      CMTS-управление конфликтами и возможностями передачи;

—      восходящий поток мини-слотов;

—      эффективность полосы пропускания за счет пакетов переменной длины;

—      расширения для поддержки в будущем асинхронной передачи (Asynchronous Transfer Mode — ATM) и других типов PDU;

—      поддержка многоуровневых служб и различных скоростей передачи.

•               Физический (PHY) уровень, состоящий из следующих подуровней:

—      подуровня нисходящей конвергенции, согласованного с MPEG-2 (Rec. Н.222.0);

—      физического подуровня, зависящего от среды передачи (Physical Media Dependent — PMD), который, в свою очередь, состоит из следующих элементов:

—      нисходящего потока, соответствующего ITU-T Rec. J.83 Annex В с 64- или 256-кратной квадратурно-амплитудной модуляцией (QAM), сочетание упреждающей коррекции ошибок (Forward Error Correction — FEC) Reed-Solomon и Trellis и чередования переменной глубины;

—      восходящего потока, где применяются:

—      квадратурно-фазовая модуляция (Quadrature Phase-Shift Keying — QPSK) или 16-QAM;

—      поддержка нескольких символьных скоростей;

—      СМ, управляемый и программируемый из CMTS;

—      быстрая перестройка частоты;

—      поддержка форматов PDU для фреймов фиксированной и переменной длины;

—      множественный доступ с разделением времени (Time-Division Multiple Access — TDMA)

—      программируемые FEC Reed-Solomon и префиксы;

—      поддержка возможных будущих технологий физического уровня.

Кроме того, эта спецификация определяет способ, которым СМ может самостоятельно определять частоты, битовые скорости, формат модуляции, коррекцию ошибок и уровни напряжения для восходящих и нисходящих потоков. Для обеспечения одинакового качества обслуживания кабельным модемам разрешается передавать данные только в определенных и управляемых условиях.

На рис. 22.4 представлено сравнение уровней DOCSIS и классических уровней OSI.

Рис. 22.4. Уровни протоколов DOCSIS и OS/

Физический уровень DOCSIS обеспечивает значительную гибкость, гарантирующую качественную передачу, которой можно достичь на кабельном оборудовании разного качества. Особое значение имеют пропускные способности дополнительных восходящих каналов и варианты модуляции — как восходящих, так и нисходящих потоков.

Суммарные и эффективные скорости передачи данных в системах DOCSIS, основанные на пропускной способности и вариантах модуляции, а также определяемых DOCSIS символьных скоростях, приведены в табл. 22.3—22.5. Разница между соответствующими скоростями обусловлена большим объемом передачи служебных данных, который возникает вследствие неэффективности FEC.

Таблица 22.3. Номинальные скорости передачи нисходящих данных DOCSIS по каналу с полосой пропускания 6 МГц

 

Согласно DOCSIS, для того чтобы система стала функциональной и находилась в рабочем состоянии, в ее состав обязательно должны входить следующие серверы, играющие роль интерфейса между CMTS и СМ.

•          Сервер протокола динамической конфигурации хоста (Dynamic Host Configuration Protocol — DHCP), описанный в RFC 2181. Предоставляет IP-адреса для CM и связанных с ним РС-устройств.

•          Сервер регистрации времени суток (Time of Day TOD), описанный в RFC 868. Записывает время совершения событий операционной системы.

[1]      Сервер простейшего протокола передачи файлов (Trivial File Transfer Protocol — TFTP), описанный в RFC 1350. Предназначен для регистрации и загрузки конфигурационных файлов СМ для отдельных абонентских служб. Эти конфигурации могут содержать параметры качества обслуживания (QoS), версию основной системы обеспечения конфиденциальности (Baseline Privacy — BPI), значение рабочей частоты, количество устройств-узлов и т.п.

В крупных системах рекомендуется выделить для этих серверов отдельные компьютеры, что обеспечило бы быстрое реагирование системы и масштабируемость.

Как видно из рис. 22.5, спецификации DOCSIS диктуют условия регистрации СМ. В среде с CMTS и необходимыми серверами СМ при первом включении проверяет нисходящий спектр частот на наличие совместимого RF-канала, передающего данные, полностью соответствующие физическому уровню DOCSIS. CMTS периодически делает по DS-каналу широковещательную рассылку дескрипторов восходящих каналов (Upstream Channel Descriptors — UCD), из которой кабельные модемы узнают назначенную им рабочую частоту восходящего потока. После этого СМ устанавливают частоты US и DS.

Периодически CMTS передает в общих временных слотах нисходящего потока схемы распределения восходящей полосы частот (здесь и далее называемые MAP).

Рис. 22.5. Последовательность действий при регистрации кабельного модема

CMTS назначает кабельному модему, который начинает грубый выбор диапазона мощности (R1 с шагом 3 дБ), временные идентификаторы служб (Service IDentifier — SID, обычно SID=0) и процесс конкурентной синхронизации между собой и CMTS, используя общие временные слоты.

Периодически CMTS посылает "пустые" сообщения, чтобы убедиться в непрерывности связи со всеми кабельными модемами своего домена. Когда СМ получает первое "пустое" сообщение, он переходит на точный выбор диапазона мощности (R2 с шагом 0,25 дБ).

После процесса R2 считается, что СМ установил соединение с CMTS. Но если 16 последовательных "пустых" сообщений будут потеряны, то это соединение разорвется.

СМ на конкурентной основе в общих временных слотах направляет CMTS запрос на полосу пропускания, используя временный SID. CMTS направляет СМ ответ, дающий ему право передавать восходящую информацию в соответствующих временных слотах. Затем СМ ищет в сети сервер DHCP и направляет туда запрос. CMTS передает DHCP-подтверждение от сервера DHCP, где указаны IP-адрес, стандартный шлюз, адреса серверов TFTP и TOD и имя файла конфигурации TFTP.

СМ последовательно запускает процессы TOD и TFTP. От сервера TFTP СМ получает файл конфигурации, содержащий параметры QoS, защиты, назначенные частоты и все образы нового программного обеспечения.

СМ передает этот файл конфигурации CMTS и делает запрос на регистрацию. Если конфигурационный файл действителен, то CMTS присваивает СМ постоянный SID, а СМ — интерактивный статус.

После регистрации СМ может активировать алгоритм 56-разрядного шифрования DES, чтобы обеспечить безопасность передачи данных на протяжении всего маршрута между собой и CMTS.

Как только СМ зарегистрирован, его индивидуальное состояние может отслеживаться удаленно при помощи команд доступа к CMTS. В табл. 22.6 приведены определения сообщений о состоянии, поступающие от универсального широкополосного маршрутизатора Cisco.

Согласно спецификации DOCSIS, передача данных через CMTS может осуществляться прозрачно, через мост, использовать маршрутизацию сетевого уровня или IP-коммутацию. Кроме того, в ней говорится что передача данных через СМ должна быть прозрачной, через мост, на канальном уровне, с модификациями, обеспечивающими поддержку нескольких сетевых уровней.

Кроме того, DOCSIS определяет общие спецификации CMTS и СМ, обеспечивающие функциональную совместимость оборудования различных производителей в одной системе. Эти параметры приведены в табл. 22.7.

Окончание табл. 22.7

Для того чтобы достичь или превысить критерий доступности DOCSIS, в оборудовании должны быть предусмотрены средства шумопонижения или оно должно обладать свойствами, позволяющими работать в недружелюбном восходящем потоке. Для восходящего потока оператор может выбрать либо QPSK, либо 16-QAM с пониженным CNR, но с уменьшенной спектральной эффективностью.

Кроме того, можно настроить систему упреждающей коррекции ошибок (Forward Error Correction — FEC), позволяющую уменьшить количество данных, испорченных шумом. Более того, оператор может выбрать оптимальную восходящую BW для каналов данных в шумном спектре или в спектре, предназначенном для других служб.

Последней из возможных контрмер, на случай непостоянных шумов, является управление спектром, то есть изменение выбранной восходящей частоты, модуляции и полосы пропускания канала, чтобы обеспечить надежную передачу данных между CMTS и СМ.

В табл. 22.8 приведены основные физические характеристики для оборудования DOCSIS 1.0, шумопонижающие контрмеры и соответствующие параметры кабельной сети. На основании этой информации, зная реальные характеристики кабельной сети, оператор может сделать вывод о возможности построения сети с использованием данного оборудования.

Литература:

Руководство по технологиям объединенных сетей, 4-е издание. : Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. — 1040 с.: ил. – Парал. тит. англ.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100