Кабельный модем: характеристики, как выбрать и подключить. Кратко о DOCSIS или есть ли жизнь в КТВ? Технология и функции
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.
По кабелю или DOCSIS — это международный стандарт телекоммуникаций, который позволяет добавлять передачу данных в существующую коаксиальную систему кабельного телевидения с высокой пропускной способностью. Это важно как для интернет-пользователей, так и для интернет-провайдеров, потому что позволяет увеличить скорость интернета без замены коаксиальных кабельных сетей. На практическом уровне для потребителей нужно будет знать, какой стандарт DOCSIS нужен при покупке кабельного модема.
Основы модемного подключения
DOCSIS позволяет использовать кабельные соединения для обслуживания приложений с высокой пропускной способностью. Он был создан в марте 1997 года. За этот период он прошел несколько этапов усовершенствований. Система включает в себя модем, расположенный в помещении пользователя, а также устройства, находящиеся в другом месте, как правило, на центральной станции компании провайдера или на промежуточном узле.
Существует два основных компонента DOCSIS: физический уровень (PHY) и уровень управления доступом к среде (MAC). Физический уровень относится к используемому оборудованию для проводки и маршрутизации, а также к передаче данных через эти различные физические системы. В общем, более быстрая скорость передачи означает лучшую производительность. Однако есть несколько ограничений с точки зрения физического расстояния.
Эти ограничения влияют на области, где может устанавливаться кабельный модем DOCSIS 3. 0 и другая инфраструктура, что влияет на их скорость и цену. Уровень MAC предназначен для интеллектуального управления в любое время огромным количеством обрабатываемой информации, что позволяет обеспечить критический уровень организации, который предотвращает частые «пробки», вызванные встречными сигналами.
Эволюция скорости передачи в интернете
В целом, на протяжении многих лет существовали три разные крупные итерации DOCSIS: 1.x, 2.x и 3.x. Первоначальные спецификации 1.0 и 1.1 имели рабочий предел 38 Мбит/с для скорости передачи и всего 9 Мбит/с для увеличения скорости. По мере развития технологий в течение следующих нескольких лет необходимо было организовать работу так, чтобы кабельные провайдеры имели большую гибкость по мере улучшения скорости и повышения уровня обслуживания. Это привело к созданию DOCSIS 2.0 в 2002 году.
DOCSIS 2.0 не представил новых возможностей для снижения скорости сети, но в три раза увеличил скорость, позволяя подключать 30 Мбит/с. Наиболее значительные изменения произошли в 2008 году с введением DOCSIS 3.0. Эта новая итерация представляла собой формат, который значительно увеличивал скорость до 1.2 Гбит/с и 200 Мбит/с соответственно. Это был огромный скачок, при этом DOCSIS 3.0 включал введение канальной связи.
Она позволяет собирать или комбинировать несколько каналов вниз и вверх по движению сигнала с улучшенными скоростями по всему диапазону. При канальном соединении, чем больше присутствуют каналов, тем лучше. Так, установка 16 каналов вниз по потоку и 4 вверх или 16х4 обеспечивает быструю скорость, а система 24 x 8 еще более быструю.
Последний стандарт интеграции
В 2016 году был выпущен DOCSIS 3.1, что привело к резкому скачку скоростей, включительно и на нисходящем направлении. Эта итерация принесла пакет скоростей до 10 Гбит/с и 1 Гбит/с соответственно. Сегодня уже ведется работа по разработке новой итерации, обычно называемой DOCSIS 3.1 Full Duplex. Эта версия будет поддерживать симметричные скорости восхождения и понижения 10 Гбит/с.
Неизбежно, что кабельный модем DOCSIS будет продолжать развиваться, используя все новые технологии и требования пользователей по всему миру. Потребители должны следить за этими изменениями, чтобы своевременно перейти на передовые модели.
Поскольку 4K и UHD становятся все более распространенными как для беспроводных, так и проводных сетей, их параметры увеличиваются с точки зрения объема и удобства. Поэтому в предстоящие десятилетия еще предстоит много интересных событий в области DOCSIS.
Покупка или аренда
Если пользователь арендует кабельный модем у своего интернет-провайдера, покупка — это вариант, который сэкономит ему сотни долларов за время эксплуатации устройства на арендных платежах. Некоторые компании взимают за аренду около 120 долларов ежегодно, а учитывая небольшую стоимость модемов - большинство из них окупятся очень быстр. Кроме того, выбор модема для личных потребностей позволяет максимально эффективно использовать интернет-план, а сеть работает лучше, чем арендуемое оборудование.
Не каждый модем подходит для всех типов интернет сервисов. Кабельный интернет не будет работать с потому что они используют разные способы доставки. DSL использует наземную инфраструктуру телефона. Если интернет-провайдер также является оператором стационарного телефона, вероятно, понадобится подходящий тип DSL.
Более продвинутые пользователи рекомендуют модем и маршрутизатор combo, если нужна недорогая и компактная замена арендованного устройства. Однако нужно учитывать, что они не дают большого контроля над маршрутизатором. Если одно устройство сломается, нужно будет заменить оба.
Принцип работы кабельного модема
Он обеспечивает передачу данных в сетях кабельного телевидения и может быть подключен непосредственно в гнездо телевизора. Таким образом он располагается между кабельным подключением пользователя и компьютером. Также он может быть присоединен к компьютеру через USB или сетевой кабель. Если пользователь хочет подключить несколько компьютеров, то необходим в дополнение к модему совместимый маршрутизатор или комбинированное устройство, которое будет сочетать в себе обе функции.
Данные, отправленные компьютером, должны быть преобразованы в подходящий формат, чтобы иметь возможность передавать их на специальных частотах через телевизионный кабель. Сегодня интернет-провайдеры предоставляют, в основном, комбинированные устройства от кабельного модема маршрутизатора, что позволяет подключаться через WLAN с интернетом.
Несколько устройств с одним IP
Интернет-провайдер предоставляет только один IP-адрес. Но часто случается ситуация, когда нужно подключить несколько устройств через WLAN параллельно сети. Это возможно, если этот IP-адрес связан напрямую не с ПК, а с маршрутизатором, который соединяет внутреннюю сеть с внешним миром. Он работает с общедоступным IP-адресом. Однако внутренняя сеть использует отдельный блок IP-адресов.
Теоретически они находятся в диапазоне от 192. 168.0.0 до 192. 168. 255. 255. На практике они почти всегда равны 192. 168.1.1 или 192. 168. 1.50. Адреса, начинающиеся с 192.168., по определению являются всегда частными IP-адресами. Устройства с одинаковыми IP-адресами находятся во многих миллионах малых и больших сетей. Почти каждый персональный маршрутизатор по умолчанию использует внутренний IP 192.168.1.1.
Очень важно, в каком порядке включается устройства. Сначала включают кабельный модем и ждут, пока не загорится светодиод, говорящий о том, что он готов к запуску и подключен к интернету. Затем запускают маршрутизатор. Опыт показывает, что это происходит немного быстрее, чем с модемом. Только в тот момент, когда они готовы, терминалы подключаются к сети в любом порядке: мобильный телефон, планшет, ноутбук, настольный ПК.
Подключение и настройка маршрутизатора
Настройка сетевого оборудования с маршрутизаторами сегодня намного проще, чем раньше. Перед тем как подключить кабельный модем, полезно понять, какой тип лучше всего подходит для быстрого соединения, чтобы избежать нежелательных проблем в будущем. Подключение к Motorola:
- Открыть интернет-браузер. В поле адреса ввести для роутеров Motorola: 192.168.100.1, для модема: 192.168.0.1.
- Нажать «Ввод». Имя пользователя по умолчанию: admin. Пароль по умолчанию: motorola, все строчные буквы.
- Нажать «Войти». Если не удается войти в систему с 192.168.0.1, попробовать использовать 192.168.100.1.
- Убедится, что используется имя пользователя: admin и пароль: motorola.
- Убедится, что подключаемая модель кабельного модема Motorola, начинается с буквы "M", пример: MB8600, MG7550, MD1600.
- Установить для устройства заводские настройки по умолчанию. Тут понадобится булавка или выпрямленная скрепка.
- Это делается при включении питания. В задней части устройства найти отверстие RESET.
- Нажать скрепкой на отверстие RESET примерно на 25 секунд. Подождать, пока устройство снова подключится.
Домашняя сеть с TP-Link AC1750
Высокопроизводительный модем TP-Link AC1750 (с DOCSIS 3.0, оснащен беспроводным маршрутизатором переменного тока, который поддерживает надежную домашнюю сеть. Он позволяет передавать 4K, не замедляя его. Теперь этот невероятный модем по цене немного выше бюджетных моделей, однако разница в производительности оправдывает эти ценовые показатели. Положительные качества:
- Обеспечивает до 1750 Мбит/с скорость Wi-Fi, обеспечиваемую 16 потоковыми и 4 восходящими каналами.
- Процессор 2,4 ГГц поддерживает тяжелые онлайн-игры.
- Оснащен внутренними антеннами и мощными усилителями, он может повысить уровень сигнала и уменьшить помехи.
- Имеет удобную настройку.
- Кабельный модем Motorola имеет совместимость с большинством интернет-провайдеров.
Даже если у пользователей возникнут проблемы с настройкой, команда поддержки доступна 24/7 и готова к оказанию помощи.
Недостатки модели:
- Веб-интерфейс для управления настройками мог бы быть более удобным для пользователя.
- Скорость передачи файлов могла быть лучше.
Несмотря на несколько жалоб, это устройство по-прежнему имеет подавляющее большинство положительных отзывов.
Кроме того, это устройство с отличной производительностью по разумной цене.
Оптимальная домашняя модель NETGEAR
NETGEAR CM500 - 1AZNAS — кабельный модем, подключение которого базируется с DOCSIS 3.0, который обеспечивает скорость до 680 Мбит/с и готов к обработке широкого спектра пакетов соединений. Это лучшая бюджетная модель, потому что может дать невероятную скорость при цене ниже 70 долларов. Он совместим с различными операционными системами: Microsoft Windows 7, 8, 10, Vista, XP, 2000Mac OS. Может работать с большинством крупных провайдеров кабельного интернета. Функциональные возможности - одновременное выполнение 16 загрузок и 4 восходящими каналами.
Положительные качества:
- Поддерживает потоковое видео 4k и HD.
- Работает до 300 интернет-планов.
- Скорость до 680 Мбит/с,16 × 4-канальное соединение с DOCSIS 3.0 Порт Gigabit Ethernet.
Недостатки:
- Плохо работают голосовые услуги, которые включены в комплекты.
- Не работает с Verizon, AT & T или CenturyLink.
ARRIS для волоконно-оптической сети
Если пользователь использует гигабайтную скорость в волоконно-оптической сети, кабельный модем Arris cm820 максимально подходит для него, независимо от того, находитесь ли он в сети 1 Гбит/с или нет. Это один из онлайн-геймеров, который также хорошо себя зарекомендовал среди пользователей, которые используют огромные потоки данных для загрузки фильмов и игр или просто нуждаются в новейших технологиях.
Гигабайтный интернет является вершиной этой модельной линии. Таким образом, чтобы наслаждаться всем передовыми технологиями, нужно проверить у своего провайдера, есть ли у них волоконно-оптические линии для оказания услуг в доме. Однако необходимо отметить, что максимальная скорость интернета будет зависеть от тарифного плана.
Положительные качества:
- Самая быстрая скорость интернета с загрузкой до 1,4 Гбит/с для оптоволокна и 626 Мбит/с на кабеле. Это настоящий гигабитный кабельный модем Arris.
- Скорость интернета поддерживается 32-канальными каналами.
- Является последним DOCSIS 3.0.
- Поддержка IPv4 и IPv6.
- Сертифицировано большинством основных интернет-провайдеров.
Недостаток заключается в том, что светодиодные индикаторы слишком яркие и раздражающие.
Если человек хочет пользоваться всеми преимуществами оптоволоконного интернета, ARRIS SURFboard SB6183 - это идеальный модем. Он оснащен лучшими технологиями, которые помогут оптимизировать гигабитную подписку, но основным плюсом является то, что он поставляется с ценой ниже 100 долларов.
- CPU - P4, 3GHz или быстрее.
- ОЗУ - 1 ГБ или больше.
- Жесткий диск - 7200 об / мин или быстрее.
- Ethernet - тыс. BaseT).
- Windows.
- Подключение Ethernet - Windows 2000, Windows XP, Windows Vista или Windows 7 MacOS.
- Ethernet-соединение - система 7.5 до MacOS 9.2 (рекомендуется использовать Open Transport) или Mac OS X,Linux / другие Unix.
- Подключение к Ethernet - драйверы оборудования. Компьютеры, не отвечающие этой конфигурации, смогут работать с CM820, но не будут использовать его максимальную пропускную способность.
Бюджетная модель D-Link DCM-301
D-Link DCM-301 - самый доступный бюджетный кабельный модем для домашних сетей. В частности, он обеспечивает хорошую скорость и простой дизайн, легко работает в индивидуальной сетевой настройке. Кроме того, его достаточно просто объединить с облачным маршрутизатором или подключить к запоминающему устройству для сетевых нужд. Таким образом, среди всех остальных в этом диапазоне это лучший выбор модема.
Положительные качества:
- Дешево и надежно для стоимости в $ 50.
- Использует технологию DOCIS 3.0, которая в 8 раз быстрее, чем DOCSIS 2.0.
- Совместимость с большинством интернет-провайдеров.
- Простая настройка.
- Маленький дизайн и не занимает слишком много места.
- Доступная скорость интернета с учетом его цены: 343 Мбит/с.
Недостатки: некоторая несогласованность в соединении, которая легко разрешается быстрым сбросом настроек.
Smart MG7550. Если пользователь хочет, чтобы сетевой макет был небольшим, он, вероятно, предпочтет маршрутизатор. Поскольку для кабелей и двух отдельных устройств не всегда есть свободное место, это обстоятельство делает комбо модем-маршрутизатор хорошим вариантом. Он является хорошим выбором для лучшей комбинации маршрутизаторов, имеет надежное качество сети и поддерживает гигабайтный интернет. Комбинированные технологии этого устройства обеспечивают максимальную скорость WI-FI и обеспечивает возможность трансляции, как и кабельный модем cisco.
Положительные качества:
- Совместимость с большинством основных поставщиков интернет-услуг, включая Comcast, XFINITY, Time Warner Cable, Cox и Charter Spectrum.
- Быстрая и надежная скорость до 686 Мбит/с 4-гигабитный Etherport, поддерживающий сверх быстрый интернет.
- Простота настройки.
Недостатки: функция повышения мощности, которая должна обеспечить беспроводной сигнал в любом месте дома, часто не соответствует ожиданиям клиентов.
Использование команды modem/router имеет свои преимущества.
Таким образом, хотя Motorola Smart MG7550 с AC1900 может быть немного дорогой, она предлагает лучшие скорости передачи и по-прежнему будет идеальной для небольшой квартиры, дома или офиса. Кроме того, это сетевое решение отлично подходит для игр и потоковой передачи.
Еще 3-4 года назад кабельный оператор твердо знал, что наилучшим решением для предоставления пакета услуг triple play (телевидение, доступ в Интернет и телефония) является телевизионная кабельная сеть с обратным каналом для передачи данных по технологии DOCSIS. Такую концепцию кабельных сетей поддерживали все без исключения производители оборудования CATV, предоставляя возможность оснащения всего активного распределительного оборудования пассивными или активными модулями обратного канала. В точности следуя такой концепции, в России было построено огромное число больших и малых кабельных сетей. Не во всех построенных сетях обратный канал был реально использован, но потенциальная возможность активизации обратного канала имеется практически у любого кабельного оператора, использующего оборудование таких вендоров, как Teleste, Wisi, Hirschmann, Arcadan, Fuba, C-Cor, Gl, Vector и многих других.
В России существуют примеры вполне успешных коммерческих проектов triple play, выполненных именно по такой технологии, например, в Костроме многие тысячи абонентов кабельной сети Верхневолжского филиала ЦентрТелеком получают не только многопрограммное кабельное телевидение и Интернет, но и услугу телефонной связи, используя кабельные модемы, с телефонными адаптерами. Казалось бы, внедрив пакет услуг triple play (или, что чаще, double play, т.е. без телефонии) на базе в свое время передовой технологии DOCSIS 2.0, кабельный оператор мог бы не один год чувствовать себя на рынке вполне уверенно. Однако в последние 3-4 года ситуация на рынке стремительно меняется, и в новых условиях кабельный оператор, располагающий классической HFC-сетью с обратным каналом, уже явно уступает свои позиции операторам с более высоким технологическим уровнем.
В последнее время уже не только в Москве и других крупных городах России, но и в небольших областных и районных центрах конкуренция на рынке услуг широкополосного доступа предельно обострилась. Если еще несколько лет назад операторам было достаточно своевременно “захватить” наиболее привлекательные территории и географически разделить зоны влияния, то сейчас уже вполне обычной практикой является ситуация, когда сразу несколько мультисервисных операторов работают на одной территории. Более того, крупные компании начинают экспансию либо же скупают региональных игроков, рассчитывая быстрее охватить рынок.
Перечислим кратко важнейшие тенденции на российском рынке услуг широкополосного доступа, которые уже имеют место или ожидаются в самое ближайшее время:
- ужесточение конкуренции даже в небольших населенных пунктах;
- выход на региональные рынки крупных общероссийских игроков;
- массовое укрупнение (объединение, поглощение) операторов;
- значительное увеличение скоростей доступа и качества предоставления услуг;
- появление новых услуг (HDTV, VOD, контент по запросу и т.п.);
- возникновение новых бизнес-моделей, проникновение в телевизионный рекламный рынок продуктов и услуг немассового (целевого) спроса и т.п.
Естественно, что в условиях столь острой конкуренции наилучшие перспективы имеют операторы, предоставляющие абонентам и корпоративным заказчикам самый передовой уровень широкополосного доступа. В связи с возросшими современными требованиями рынка начинается широкое строительство MetroEthernet-сетей, предоставляющих абоненту невиданную ранее скорость доступа 100 Мбит/с, а крупные корпоративные заказчики могут подключиться непосредственно к IP-магистрали, в которой скорости составляют от 1 до 10 Гбит/с. Столь высокие скорости доступа делают возможным предоставление самых разных, ранее недоступных услуг, например, IPTV в формате высокого разрешения сразу для нескольких телевизоров в квартире, сетевые ультрадинамичные игры и многое другое.
Понятно, что мультисервисный оператор, строящий свою сеть “с чистого листа”, имеет сегодня веские причины строить сеть по технологии “Оптика в дом” с параллельной GigabitEthernet-сетью, физически объединенной в общей строительной инфраструктуре с телевизионной сетью, проще говоря, для каждой логической сети выделяется свое волокно в магистральном оптическом кабеле. Но в какой ситуации оказывается сегодня кабельный оператор, уже давно построивший свою широкополосную сеть на основе далеко не устаревших технологий с развитой инфраструктурой и обратным каналом и вложивший в ее строительство немалые средства? Может ли он предоставить абонентам скорость доступа, соизмеримую с предложениями операторов MetroEthernet? Может ли он предоставить новейшие ультрапередовые услуги на базе предельно высокой скорости доступа?
Честно ответив на эти вопросы, мы должны констатировать, что сегодня в условиях столь острой конкуренции и появления новейших передовых услуг доступа кабельный оператор, располагающий для передачи данных технологической базой на основе еще недавно последней версии DOCSIS, т.е. DOCSIS 2.0, уже не может в полной мере отвечать современным требованиям рынка. Используя технологию DOCSIS версии не выше 2.0, развернутую у большинства операторов, невозможно добиться скорости передачи данных более 55 Мбит/с на достаточно большую группу абонентов, а реально на одного пользователя - не более 25 Мбит/с.
Кабельный оператор начинает сегодня остро ощущать, что технология DOCSIS 2.0 ставит ограничения развития дополнительных услуг, а именно скоростного и ультра-скоростного доступа в Интернет, IP-телефонии и т.д. В условиях жесткой конкуренции с операторами MetroEthernet кабельный оператор испытывает все большие трудности, имея в качестве главного аргумента для борьбы за абонента уже не скорость доступа, а более доступные тарифы, т.е. в любом случае снижает свои доходы. Кроме того, сеть HFC требует значительных усилий персонала по доведению ее до нормальных кондиций и поддержанию в работоспособном состоянии в большинстве случаев. Таким образом, кабельный оператор с одной стороны продолжает нести значительные операционные расходы, а с другой стороны, не может сделать адекватное конкурентное предложение.
В сложившейся ситуации у него фактически 2 пути:
1) либо искать все существующие возможности для значительного увеличения скорости доступа, не меняя архитектуры и инфраструктуры сети, то есть максимально использовать немалые, как мы увидим дальше, резервы технологии DOCSIS;
2) либо становиться оператором Ethernet, т.е. строить параллельную сеть Ethernet и эксплуатировать сразу 2 сети, производя значительные капитальные вложения и увеличивая операционные расходы, что резко снижает сегодняшнюю прибыль и отодвигает в будущее срок окупаемости.
Вообще говоря, для оператора CATV вполне логично использовать именно ту технологию, которую придумало сообщество крупных кабельных операторов и производителей телекоммуникационной техники, а именно стандарт DOCSIS. Авторы, честно говоря, никогда не слышали о том, что, например, COMCAST вполне серьезно рассматривал бы вопрос о переходе на MetroEthernet, как, впрочем, никто не слышал о том, что какой-либо крупный Ethernet-провайдер серьезно потеснил даже среднего кабельного или телефонного оператора в Северной Америке. Т.е. в США или, скажем, в Германии использование кабельным оператором другой технологии, кроме DOCSIS, а именно MetroEthernet, PON и т.п., считается противоестественным. Естественным считается подход, когда кабель лежит и используется до тех пор, пока по нему может вполне успешно передаваться широкополосный сигнал.
Также в последнее время операторы все чаще переходят на цифровое телевизионное вещание, при этом используя для предоставления услуг комплексы, никоим образом не взаимодействующие между собой, разве что находящиеся в пределах одной стойки и использующие одну и ту же сеть. Обобщенная схема решения, применяемая операторами в данном случае, представлена на рис. 1.
Рис.1
Итак, как далеко кабельный оператор может отодвинуть технологические ограничения стандарта DOCSIS 2.0? Ответ лежит на поверхности - не так давно, блгодаря усилиям консорциума CableLabs, появился новейший стандарт - DOCSIS 3.0 со своим европейским вариантом EuroDOCSIS 3.0, который, судя по всему, решает все насущные вопросы и, как обычно, не требует строительства новой сети. Более того, все абонентские устройства, уже установленные у абонентов, могут продолжать использоваться с новыми станциями DOCSIS 3.0, хотя и будут работать с ними согласно своей предыдущей версии.
Основное преимущество DOCSIS 3.0 - возможность объединения нескольких частотных каналов, обеспечивая намного более высокие скорости доступа. Объясняя принцип работы нового стандарта, обычно приводят графическую иллюстрацию, показывающую, что при объединении нескольких частотных каналов образуется некое подобие “трубы” намного большего диаметра, чем “труба” отдельного канала. Так, объединение в трубу 4 частотных каналов в downstream позволяет достичь скоростей свыше 200 Мбит/с.
Итак, важнейшие отличия 3-й версии DOCSIS от 2-й заключаются в объединении каналов (channel bonding) downstream и в объединении каналов upstream. Объединение каналов downstream является самой важной особенностью DOCSIS 3.0 и уже сегодня поддерживается рядом производителей кабельных модемов. Уже сегодня можно приобрести пользовательские модемы, поддерживающие объединение, например, 3 каналов downstream, т.е. уже сегодня можно дать абоненту скорость до 150 Мбит/с, см. рис. 2. А это уже что-то. Это именно то, что выбивает козыри из рук конкурентов ка бельного оператора! Кроме того, DOCSIS 3.0 обеспечивает:
 |
Рис. 2. |
- расширенные функции multicast;
- поддержку IPv6;
- поддержку улучшенного метода шифрования AES;
- дополнительные функции управления.
Возможности каждой версии DOCSIS по скорости доступа см. в табл. 1.
Также CableLabs внес инновационные изменения в архитектуру CMTS. Теперь в новом стандарте QAM модуляция физически отделена от DOCSIS MAC. Станция CMTS по-прежнему находится между магистралью IP и телематическими службами с одной стороны, и пользовательскими модемами с другой; отличие заключается в том, что физически блок модуляции downstream находится отдельно. Такая концепция названа M-CMTS (modular cable modem termination system), см. рис. 3, и это дает массу преимуществ.
| Таблица №1 | |||||||||||||||
|
Во-первых, это эффективно снижает стоимость downstream-модуляции. Во-вторых, наконец, можно объединить цифровое вещание с IP через один QAM. Более того, у производителей развязаны руки по внедрению опций DVB-обработки на одной платформе.
В настоящий момент многие производители заявили о том, что они поддерживают новый стандарт, но до сих пор ни один из них не реализовал всех возможностей DOCSIS 3.0, поэтому все реализации называются “preDOCSIS 3.0”. Однако самую главную задачу - предоставление по сравнению с DOCSIS 2.0 многократно более высокой скорости входящего абонентского трафика (от 100 Мбит/с) - станции CMTS в версии preDOCSIS 3.0 успешно решают. Дальнейший upgrade до полной версии 3.0 будет производиться программно. На взгляд авторов, наиболее впечатляющие результаты в части практической реализации систем DOCSIS 3.0 имеют два вендора из США: BigBand Networks и CASA Systems.
Первый вендор - компания Bigband Networks, в отличие от всех остальных вендоров, обеспечивает поддержку нового стандарта на базе своей разработанной под DOCSIS 2.0 Cuda 12000. Благодаря инновационной архитектуре MeshFlow, которая обеспечивает обработку всего трафика не в ядре, а распределенно по модулям станции, что обеспечивает неблокируемость и повышенную надежность и доступность всей системы, новые возможности DOCSIS 3.0 концептуально легко сочетаются с Cuda 12000 и тем самым дают возможность сделать просто upgrade программного обеспечения до DOCSIS 3,0, все имеющиеся интерфейсные модули могут использоваться в M-CMTS и дальше. Особенно повезло тем, кто уже приобрел Cuda 12000 и установил их. Для этих операторов миграция в DOCSIS 3.0 будет наиболее простой и экономически эффективной. Это весьма затруднительно на оборудовании прочих вендоров.
 |
Рис. 3. |
Второй вендор - CASA Systems, которая обеспечивает крайне высокую плотность downstream и upstream в одноюнитовом устройстве. В частности, поддерживается такая конфигурация, как 32 ds × 16 us. Такая высокая плотность достигнута благодаря примененным инновационным решениям и высокому инженерному искусству разработчиков. Фактически, на данный момент, это единственный производитель pizza box для DOCSIS 3.0. Выгодно отличает эту платформу то, что она используется и под DOCSIS, и под DVB, и под IPTV. Это настолько универсальное решение, что трудно подобрать ему аналог. Скорее всего, это будет целая стойка с различным телекоммуникационным оборудованием, а также с множеством программных решений. Это решение действительно уникально еще и тем, что операторы, выбирающие путь строительства сетей MetroEthernet, могут использовать такое устройство и в последующем, после полного перехода на Ethernet, в качестве скремблера и модулятора QAM для вещания в DVB. Следует отметить, что, в отличие от многих других, упомянутые два производителя не ограничиваются декларациями о готовности к выпуску CMTS DOCSIS 3.0 в некоем счастливом будущем, а уже реально размещают заказы на производство таких CMTS.
Например, BigBand Networks в настоящее время осуществляет поставку и монтаж модульной головной станции M-CMTS крупному кабельному оператору Multikabel (Голландия), который является первой компанией в мире, практически развертывающей сеть передачи данных, основанную на DOCSIS 3.0. В то же время компания CASA Systems предлагает на рынке готовое к поставке гибкое и эффективное решение, обеспечивающее функционирование DOCSIS, а также QAM-модуляцию совместно с PSI/SI-обработкой, поддержкой CAS Symulcrypt и т.п. на одной компактной платформе размером 1U!!! Благодаря подобному решению оператор может приобретать одну платформу под обе задачи, а также гибко регулировать полосу под услуги по необходимости.
Теперь и реализация IPTV через эту платформу, в т.ч. и через DOCSIS, абсолютно реальна. Это, например, относится к такой услуге, как “видео по запросу”, полоса под которую может быть выделена в QAM. Развертывание платформы M-CMTS дает возможность более эффективно использовать UEQ (universal edge QAM). Для получения новых преимуществ DOCSIS 3.0 необходимо приобрести новый модем. Не каждый пользователь захочет заплатить за это. Легче всего это сделать малому бизнесу, для которого цена вопроса невелика по сравнению с новыми возможностями, в то время как большинство абонентов будут долго взвешивать и размышлять. Тем не менее, данная технология позволяет кабельным операторам двигаться в ногу со временем и более эффективно отбиваться от давления конкурентов. Например, M-CMTS производства BigBand Networks и CMTS С2200 производства CASA Systems позволяют кабельным операторам предлагать на одном шасси скорости доступа свыше 100 Мбит/с абонентам с модемами DOCSIS 3.0 и скорости около 25 Мбит/с тем, у кого модемы текущего поколения.
Развертывание же архитектуры M-CMTS, как начальный этап стратегии движения к DOCSIS 3.0, позволяет кабельным операторам расти по мере потребностей рынка - добавлять емкость и функциональность по наличию спроса.
Таким образом, новый стандарт дает кабельным операторам возможность развивать стандарт DOCSIS, предлагать на его основе высокоскоростной доступ свыше 100 Мбит/с уже сейчас, успешно конкурируя на рынке услуг доступа, предлагать комплекс услуг, требующих широкой полосы, в т.ч. DVB и IPTV на одной и той же платформе, используя гибкую архитектуру M-CMTS. Приобретая сейчас решения на основе предварительного варианта preDOCSIS 3.0, в последующем без замены аппаратной части оператор может перейти к законченному стандарту DOCSIS 3.0, только изменив программное обеспечение. Это позволяет эффективно защитить инвестиции, вложенные в строительство сети HFC.
На наш взгляд, только с появлением третьей версии DOCSIS эта технология сделала по-настоящему сильный рывок вперед, обеспечивающий внедрение новых высокоскоростных услуг, предыдущие версии лишь пытались адаптировать сети КТВ под доступ в Интернет, используя ее ресурсы процентов на 5 так же, как и человек использует мизерную часть возможностей своего мозга. DOCSIS 3.0 позволяет использовать сеть КТВ на полную мощность.
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
Собственно аббревиатуру DOCSIS слышали многие, но далеко не все представляют что это и зачем оно нужно. Самые любопытные могли, даже просветится этим вопросом в википедии, но как показывает практика довольно много вопросов все равно остается. Итак, начинаем срывать покровы давайте разберемся с вопросами:
1. что это?
2. кому это нужно?
3. что для этого нужно?
4. как начать?
Слабонервных не желающих вникать в «How it"s made?» просьба под хабракат не заглядывать - там ничего интересного нет.
Итак, начинаем с общей теории.
Аббревиатурой DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications) обозначается стандарт передачи данных по телевизионному кабелю, который был принят в 98 году. Сей стандарт в оригинале предполагает передачу данных до 42/38 Мбит/с в даунстриме (к пользователю) и до 10/9 Мбит/с в апстриме (от пользователя).
У столкнувшихся с технологией впервые часто возникает вопрос – это каждому? Нет – полоса разделяется на всех пользователей, висящих на этих DS/US.
Собственно версий DOCSIS существует несколько:
- DOCSIS 1.0
- DOCSIS 1.1
- DOCSIS 2.0
- DOCSIS 3.0
- EURODOCSIS
Если не пускаться в подробности различия между ними сводятся к QoS, частотам, агрегации каналов, полосе и модуляциям. Собственно все это прямо связано со скоростями и жизнеспособностью в зашумленных сетях. 
Кому это нужно?
Нужно это в первую очередь существующим
операторам КТВ для расширения спектра услуг предоставлением конечным пользователями высокоскоростного доступа в Интернет и сопутствующих навесок (VoIP, IPTV ну или на что фантазии хватит).
Я выделил слово «существующим» и из-за следующего (думаю очевидного соображения).
Развертывать коаксиальную сеть только ради предоставления доступа к Интернетам пользователям с нуля как минимум глупо и экономически не целесообразно, поскольку есть намного более дешевые и быстрые технологии (например FTTB, ADSL, PON). Как пример если вы не оператор КТВ а скажем АТС то опять же строить коаксиальную сеть по всему городу не представляется полезным значительно дешевле податься в ADSL – думаю понятно.
При существующей грамотно построенной коаксиальной сети накрывающей значительную площадь DOCSIS может стать оптимальным стартом, требующим минимальных вмешательств в физику. Особенно в слабозаселенных районах типа частного сектора, где плотность утыкивания муфтами/свичами/боксами на единицу потребителя может оказаться космической в случае FTTB. Опять же в случае многоэтажной застройки (т.н. спальных районах) с наличествующей конкуренцией в виде «домашних сетей» возможно, имеет смысл развертывать параллельную коаксиальной FTTB сеть или раз уже очень хочется использовать HCNA – будет имхо дешевле и перспективней.
Оборудование
В общих чертах типичная схема будет выглядеть так:
Собственно из загугленной картинки сразу становится понятно что для того чтобы предоставить оконечному пользователю интернет требуется:
1. облачко в котором живет интернет;)
2. сервер с установленными сервисами DHCP, TFTP
3. CMTS (Cable Modem Termination System)
4. коаксиальная сеть идущая к абоненту
5. модем и желание подключится у пользователя
Кратко пробежимся по указанным выше пунктам.
1. с интернетом все понятно – допустим он у нас есть
2. сервер будем использовать на чем-то с чем знаком администратор. Предположим что знаком он с FreeBSD/Linux ;)
3. CMTS… бывают разные черные, белые грязные с кратким перечнем производителей можно ознакомится Для совсем несведущих это (очень грубо) такой большой и дорогой модем к которому линкуются абонентские модемы.
4. Основным требованием к сети является – обслуживаемость и наличие на усилителях обратного канала. Обслуживаемость – это перманентное вырезание нелегалов и слежение за уровнями сигнала в прямом и обратном каналах. Сезонный шат сигнала может очень существенно подпортить жизнь пользователям и вашей службе поддержки.
5. С кратким перечнем производителей модемов можно ознакомиться . Docsis модем является довольно специфичным устройством предоставляющий довольно широкие возможности – начиная ограничением пропускной способности абонента прямо на его модеме и заканчивая фильтрами (грубо удаленно управляемым фаерволом).
С чего начать?
В последнее время ко мне с завидной регулярностью стучат админы начальство которых, руководствуясь соображениями, изложенными в «Кому это нужно?» купило CMTS (почему-то чаще всего это что-то типа подержанных BSR1000, BSR2000, CiscoUBR) и сказало «засунь интернет в КТВ сеть».
Для людей знакомых уже с Ethernet или ADSL схема работы DOCSIS сети может оказаться не совсем прозрачной а количество телодвижений нужных для того чтобы хотя бы один модем запингался – окончательно упоротым. Довольно сложно что-то сделать не представляя общих принципов того как это должно работать. Первая мысль которая приходит в голову это прикрутить модем напрямую к CMTS и посмотреть что получится. Естественно не получится ничего – модем будет просто светомузыкально мелькать лампочками и все. Больше ничего не случится.
При попытке соединиться модем сканирует весь диапазон частот на тему наличия downstream/upstream и если находит пытается получить адрес посредством DHCP для модема, если адрес получен - модем по TFTP пытается получить специальным образом собранный конфиг для себя родимого, после чего если конфиг нормально прожеван пытается получить по DHCP адрес для CPE (customer-provided equipment) коим являться будет скорее всего сетевая плата либо роутер.
Работать в норме на тестовом стенде оно должно так:
1. CMTS настроена
2. На сервере подняты вышеуказанные сервисы
3. модем подключен через пачку тапов чтобы обеспечить номинальные уровни сигнала для DS/US.
1. На настройке CMTS заострять внимание мы особо не будем, ибо в зависимости от производителя, физических реалий сети и планируемой топологии сети она будет очень сильно разниться. Радует наличие всеобъемлющей документации, которое шло в комплекте со всеми попадавшими ко мне в руки дивайсами – думаю по ней должно быть все более-менее понятно для людей знакомых с cisco-like интерфейсом и общей теорией настройки сетевых устройств.
Минимальные пассы руками которые следует провести над CMTS чтобы она была готова к стендовым испытаниям выглядят как:
- прописываем частоту DS
- прописываем частоты и модуляции для US
- прописываем адрес DHCP сервера который мы будем рилеить
- прописываем secret key для конфигов
- прописываем пароли
- сохраняемся
2. Поднимаем на сервере нужные нам сервисы.
# cd /usr/ports/net/isc-dhcp31-server/ && make install (собираем с поддержкой Option82)
tftpd скорее всего у нас есть по умолчанию, просто раскоментируем его в /etc/inetd.conf
#cd /usr/ports/net-mgmt/docsis && make install
Который нужен нам для генерации бинарных конфигов для DOCSIS-совместимых модемов как гласит pkg-descr.
Допустим CMTS мы настроили как 10.10.10.9 рилеящую DHCP риквесты на сетевую нашего хоста с айпишкой 10.10.10.10 которая смотрит на CMTS. Тогда наш /usr/local/etc/dhcpd.conf должен выглядеть следующим образом
option domain-name "catv";
option domain-name-servers 10.10.10.10;
default-lease-time 3600;
max-lease-time 43200;
authoritative;
ddns-update-style none;
log-facility local7;
one-lease-per-client true;
deny duplicates;
Subnet 10.10.200.0 netmask 255.255.248.0 {
default-lease-time 3600;
max-lease-time 86400;
option domain-name-servers 10.10.10.10;
option routers 10.10.200.1;
Include "/usr/local/etc/users_dhcp.conf";
}
Subnet 10.10.100.0 netmask 255.255.248.0 {
default-lease-time 3600;
option subnet-mask 255.255.248.0;
option routers 10.10.100.1;
server-name "10.10.10.10";
option tftp-server-name "10.10.10.10";
option bootfile-name "cm_config/other.b";
next-server 10.10.10.10;
filename "cm_config/other.b";
option time-servers 10.10.10.10;
option time-offset 2;
Include "/usr/local/etc/modems_dhcp.conf";
Из чего должно быть понятно что мы резервируем под модемы сеть 10.10.100/21 и под пользовательские CPE сеть 10.10.200/21
Для простоты работы в будущем хосты для сабнетов мы инклудим из /usr/local/etc/modems_dhcp.conf и /usr/local/etc/users_dhcp.conf соответственно. Для начала в /usr/local/etc/modems_dhcp.conf мы вписываем наш тестовый модем в виде
Host m1002 {
hardware ethernet 00:ff:ff:55:ff:f2;
fixed-address 10.10.100.3;
filename "cm_config/testmodem.b";
}
А в и /usr/local/etc/users_dhcp.conf добавляем свой тестовый хост:
Host m10102002 {
hardware ethernet 00:cc:cc:99:aa:ff;
fixed-address 10.10.200.2;
}
Директива filename должна намекать на то что в ней содержится путь (относительно tftp root который обычно в /tftpboot) к забинареному конфигу модема. В простейшем случае конфиг модема (не пригодный к реальному использованию! For testing purposes only! Achtung!) будет выглядеть следующим образом:
#cat /tftpboot/cm_source/testing
Main {
NetworkAccess 1;
GlobalPrivacyEnable 0;
UsServiceFlow
{
UsServiceFlowRef 200;
QosParamSetType 7;
MaxRateSustained 0;
SchedulingType 2;
}
DsServiceFlow
{
DsServiceFlowRef 100;
QosParamSetType 7;
TrafficPriority 3;
MaxRateSustained 0;
}
MaxCPE 16;
}
Теперь нам следует его скомпилить в приемлемый для модема вид при помощи ранее собранной утилиты docsis используя указанный на CMTS secret-key
#echo "sosecret" > /somewhere/key
#docsis -e /tftpboot/cm_source/testing /somewhere/key /tftpboot/cm_config/testing.b
Прописываем рауты для сетей модемов, и пользователей на CMTS в rc.conf:
Static_routes="cable modem"
route_cable="10.10.200.0/21 10.10.10.9"
route_modem="10.10.100.0/21 10.10.10.9"
3. собираем из спичек и желудей пигтейлов и тапов конструкцию объединяющую DS и один из US и обеспечивающую прохождение на модем указанных в документации уровней сигнала.
Если мы все сделали правильно то на CMTS в
bsr#show cable modem
Мы увидим что-то типа
Cable 0/0/D0/U0/C0 431 online 1458 26.0 10.10.100.3 00ff.ff55.fff2
И соответственно наши тестовый модем и тестовый хост которые как мы помним 10.10.100.3 и 10.10.200.2 должны пингаться.
Видите как все просто и наглядно? – а вы боялись. =)
В случае сегментирования сети на множество CMTS для обеспечения повышения отказоустойчивости и быстродействия все выглядит аналогичным образом. И сводиться к разнесению разных сетей по раутам.
Вышеприведенный конфиг не адекватен для реального применения по ряду причин:
Как минимум:
- нету фильтров на изоляцию пользователей
- нету прописанных snmp для сбора статистики
- нету привязки модема к конкретному CPE
Еще хорошо было бы сделать:
- шейпинг канала прямо на устройстве
- учесть особенности различных дивайсов
- отрубить веб-лицо модема, пользователю там делать нечего
- грамотно построить QoS
Изначально я очень хотел написать пошаговый мануал по тому, как сделать не просто чтобы «ходили интернеты» а и по тому, как грамотно их продать конечным пользователям, собственно с примерами конфигов, готовой АСР итд. Но так как писатель из меня честно-говоря никакой - мне банально стыдно показывать свой быдлокод который к тому же довольно узкоспецифичен и в любом случае требует глубокой доводки под конкретного оператора:)
В общих чертах требования к биллингу работающему в DOCSIS сети очень просты:
- уметь считать трафик
- уметь считать деньги
- делать из посчитанных денег трафика гибкие тарифы
- гибко ограничивать пользовательскую полосу
- уметь на лету компилировать конфиги к модемам на каждого пользователя + править хосты dhcpd.
Если с первыми четырьмя пунктами все понятно – и собственно все АСР ими в основном и занимаются, то на последнем следует заострить внимание на последнем. Естественно можно выдать один конфиг на всех, а потом аутентификацию пользователя производить при помощи внутренних механизмов АСР (разношерстные авторизаторы) либо скажем методом PPtP тунелля но это я считаю просто дополнительным костылем и сознательным отказом от очень удобных возможностей предоставляемых технологией.
Думаю сейчас много-много людей скажет, что технология мертва, дорога, не актуальна и потыкают меня мордочкой в FTTB, PON, HCNA. Да я в курсе что такие есть и что например в плотнозаселенных многоэтажках намного цена/скорость порта в десятки раз дешевле с FTTB и что HCNA предоставляет по тому же коаксиалу намного более вкусные скорости при сопоставимой стоимости абонентских железок и отсутствии в необходимости покупки относительно дорогой CMTS. Если интересно могу на пальцах объяснить, почему FTTB в частном секторе это дорого, и почему там же HCNA сводится к «почти FTTB» по стоимости порта а так же почему публика пока еще не готова к PON. Опять же для применения любой пока еще живой технологии всегда есть свои мотивы от «давайте использовать существующую сеть» до «иначе будет слишком дорого и долго». Опять же выбор играть в демпинг и гоняться со скоростями домашних сетей не самый хороший вариант при вышеуказанных ТТХ и собственно козырем DOCSIS провайдера должны быть имхо сервисы предоставляемые по одному кабелю и их качество.
На данном этапе развития DOCSIS 2.0 может в полнее успешно конкурировать с ADSL а 3.0 наступает на пятки остальным как перспективная платформа для Triple Play.
Как всегда в конце статьи я использую свою слабую отмазку звучащую как:
«Да я не грамотен, я знаю. Язык не родной, в школе не учили, хотя догадываюсь это слабая отмазка. Если вы воспринимаете пропущенную запятую как личное оскорбление – приношу извинения заранее. Честно – я не хотел»
Как правило, действует;)
Статья написана по спецзаказу журнала
