Стандарт DOCSIS 3.0

История на DOCSIS

Първата версия на стандарта, DOCSIS 1.0, ратифицирана от Cable Labs през 99 г., имаше доста ограничени възможности. Скоростта на предаване в обратния канал беше не повече от 5 Mbit/s, а възможността за контрол на параметрите на услугата беше ограничена до задаване на горната и долната граница на ширината на канала, разпределена на един абонат и фиксиране на максималното количество данни, изпратени на време. Освен това стандартът включва обхвата от 6 MHz, използван в САЩ, което не е оптимално за европейските оператори. Последният проблем беше решен чрез добавяне на европейски модификации на стандарта, предвиждащи използването на обхватите 7 и 8 MHz.

Функционалността на стандарта е разширена с по-късни версии. DOCSIS 1.1 въведе QoS механизми, позволяващи по-специално да стартират гласови услуги в мрежата. В същото време системата за безопасност беше подобрена и бяха въведени някои допълнителни механизми за повишаване на ефективността на лентата. И накрая, честотната лента на канала за връщане се удвои.

В DOCSIS 2.0 пропускателната способност на връщащия канал е станала три пъти повече и е достигнала 30 Mbps. Тази версия добавя високоскоростни схеми за модулация QAM и система за мултиплексиране S-CDMA за обратния канал. Пропускателната способност на пряката връзка остана на ниво от 47 Mbit/s (55 Mbit/s за версията EuroDOCSIS). В резултат на това мрежата DOCSIS стана по-подходяща за симетрични услуги. Новите системи за мултиплексиране в комбинация с подобрени схеми за потискане на шума са намалили минимално необходимото ниво C/N на входа на приемника на връщащия канал от 23 dB на 12 dB. DOCSIS 2.0 също така предлага поддръжка на VLAN.

Основната цел за развитие на тази версия е да увеличи капацитета на каналите DOCSIS.

По този начин беше ясно, че разширяването трябва да стане чрез разширяване на самите канали. Този проблем може да бъде решен по два начина.Един от тях, предложен от Cisco и Broadcom, предвижда пакет на ниво MPEG-2 TS транспортни потоци. MPEG-2 TS е транспортен формат за DVB мрежи, който се използва, по-специално, за предаване на Ethernet пакети с данни в DOCSIS канали. Размерите на транспортния поток са ограничени от ширината на физическия канал на кабелната мрежа, определена от стандартния честотен план. За Америка тази ширина е 6 MHz, а за Европа е 7 или 8 MHz. Комбинирането на няколко транспортни потока в един по същество би означавало разширяване на честотната лента на един физически канал, което би довело до преизчисляване на цялата мрежа, за да отговори на условията за шумово и интермодулационно изкривяване.

Затова CableLabs избра втората опция, предлагана от Arris и Motorola. Той осигурява запазване на ширината на физическите канали, но с възможност за обединяването им в един логически канал. В този случай във всеки физически канал се формира отделен транспортен поток, но пакетите, свързани с една услуга, могат да бъдат разпределени по няколко канала. С тази опция транспортната лента се използва малко по-малко ефективно, но е и по-евтина по отношение на изпълнението.

Стандартът определя минималния брой физически връзки, които трябва да се поддържат от оборудването DOCSIS 3.0. Както в предавателния, така и в обратния канал, трябва да се поддържа куп от поне 4 физически канала, а IP пакетите, свързани с една услуга, могат да бъдат произволно разпределени по всички физически канали, включени в логическата агрегация. Такава мрежа ще позволи предаване нагоре до 160 Mbps в предавателния канал (EuroDOCSIS) и до 120 Mbit/s при връщане. Максималният брой канали не е изрично ограничен, но за посоката напред се изисква всички свързани канали да са разположени в 60 MHz обхват. Това се дължи на сложността на внедряването на широколентов приемник в кабелен модем. Броят на препращащите канали, разположени в тази лента, не надвишава седем на 8 MHz и десет на 6 MHz.

Самият честотен сегмент от 60 MHz може да бъде разположен навсякъде в наземната лента, чиято горна граница е повишена до 1002 MHz. Преместването нагоре е продиктувано от разпространението на пасивни и активни компоненти на разпределителната мрежа в САЩ, работещи в обхвата до 1000 MHz, въпреки че работната лента на по-голямата част от съществуващите мрежи все още е ограничена до 862 MHz. Стандартът не налага други ограничения върху честотното разположение на каналите, въпреки че те могат да бъдат продиктувани от състоянието на спектъра или характеристиките на модулаторите.

В допълнение, новият стандарт въведен възможността да се обвързват услугите за многоадресно предаване не към модем, а към CPE (Оборудване за клиентски помещения), свързано към локалната мрежа на модема. Те могат да се поддържат от механизми за доставяне на многоадресен трафик и да им се присвоява конкретна QoS. Последната функция очевидно изисква QoS да се наблюдава и в мрежата зад кабелния модем.

Стандартът също е въведен допълнителен механизъм за приоритизиране на многоадресния трафик, за тази цел се въвежда концепцията за групов сервизен поток, който може да се отнася до име на клас на услугата, в рамките на който е реализиран даден набор от механизми за QoS.

Въведено в CMTS поддръжка на прокси за сървър TFTP (Trivial File Transfer Protocol), което позволява да се ускори зареждането на конфигурационни файлове при свързване на голям брой модеми.

Също така трябва да се каже, че разширяването на функциите и, най-важното, появата на концепцията за модулен CMTS, което е обсъдено в следващия параграф, е от съществено значение усложни системата за оперативна поддръжка на OSS (Система за оперативна поддръжка). Броят на MIB, използвани от тази базирана на SNMP система, се е увеличил от 1385 (DOCSIS 2.0) на 2130. Освен това по отношение на мрежовия мониторинг няма обратна съвместимост на системите.

Модулен CMTS

Едновременно с DOCSIS 3.0 беше въведена концепцията за модулен CMTS. Основната му идея е, че оформянето на радиочестотния сигнал се премахва от CMTS към отделно Edge-QAM устройство. Такива устройства съществуват от няколко години и са инсталирани на границата на цифровата транспортна мрежа IP/Ethernet и мрежата за достъп DVB-C. Ядрото M-CMTS в тази схема запазва функциите за разпространение и синхронизация на пакетите DOCSIS, класификация на пакетите, управление на качеството на услугата и сигурност.

Това разделение се дължи главно на факта, че сегментът за достъп в съвременните мрежи се доближава до абоната. В случай на интегрирана архитектура CMTS, те трябва да бъдат инсталирани във всеки шлюз на границата на транспортната мрежа и сегмента за достъп и колкото по-близо транспортът се приближава до абоната, толкова повече CMTS ще трябва да бъде инсталиран. Модулната архитектура позволява да се използва един CMTS в централния офис с Edge-QAM устройства на ръба на транспортната мрежа. Тези устройства могат да се използват едновременно за преобразуване на телевизионни потоци. Досега идеята за разделяне на RF интерфейсите е реализирана само за предаващия канал; приемниците на потоците от връщащи канали продължават да бъдат интегрирани с CMTS, което намалява стойността на това модулно решение. Цената на гъвкавостта на архитектурата е появата на допълнителни сървъри, координиращи работата на разпределените компоненти.

Блоковата схема на модулния CMTS е показана на фигурата:

В допълнение към CMTS-Core и Edge-QAM, той включва DOCSIS Timing Server, който синхронизира тяхното сътрудничество, както и Edge Resource Manager, който координира разпределението на транспортните ресурси Edge-QAM в съответствие с искания от подсистемите на услугата на главата.

CMTS-C и Edge-QAM са свързани чрез GBE канала, използвайки DEPI (Downstream External Physical Interface) интерфейс, специално проектиран за тази цел. Разстоянието между тях е ограничено само от изискванията на DVB/MPEG за стойността на относителното забавяне на предаването на пакети. Интерфейсът DTI е разработен за взаимодействието на M-CMTS с DOCSIS Timing Server, а интерфейсът ERMI за взаимодействие с Edge Resource Manager.

DOCSIS 3.0 може да бъде внедрен в интегриран CMTS (I-CMTS), които имат традиционна архитектура. Освен това първите внедрения на оборудването Pre-DOCSIS 3.0 бяха изпълнени само на базата на традиционната архитектура.

Спецификации.

Описанията на ефективността на DOCSIS 3.0 са съставени в четири документа и един технически доклад, достъпен от уебсайта на Cable Labs .

Състояние на пазара.

По този начин стандартът предлага много нови функции, които се различават по сложност и спешност на изпълнението. Така например, един куп препращащи канали е по-лесен за изпълнение, отколкото един заден. В същото време, поради асиметрията на повечето „тежки“ приложения, куп директни канали е по-актуален днес. Следователно не е случайно, че куп предаващи канали в CMTS са внедрени две години по-рано, отколкото куп обратни канали.

В САЩ, домът на стандарта, операторите не бързат да комерсиализират тези решения, ограничавайки се до лабораторни тестове и малки теренни тестове. В същото време на други пазари вече има случаи на внедряване на системи DOCSIS с поддръжка на канална връзка. Например, сингапурската мрежа Starhub изпълнява системата преди DOCSIS 3.0 с пакет от три канала, позволяващ предаването на потоци до 100 Mbit/s, използвайки абонатни модеми CMTS и Motorola. А в канадската мрежа Videotron също е пусната система с пакет от три канала.

Що се отнася до модулната версия на CMTS, тогава, както вече беше отбелязано, тя все още не представлява практически интерес. Това значително увеличава цената на архитектурата на станцията, главно поради неефективната схема на резервиране, продиктувана от разделянето на станцията на отделни компоненти. В допълнение, приемниците с обратен канал все още са част от станцията и това значително стеснява и без това незначителната ниша на потенциално приложение на такава архитектура.