Dokąd zmierza DOCSIS?

Konieczność wprowadzenia zróżnicowanych usług wymusza postęp w technologii modemów kablowych. Operatorzy kablowi stanęli przed problemem stworzenia infrastruktury dla aplikacji głosowych, telefonii IP, szybkiej transmisji danych czy wideo. Dostępności tych usług oczekuje nie tylko wymagający klient biznesowy, lecz także odbiorca domowy.

Konieczność wprowadzenia zróżnicowanych usług wymusza postęp w technologii modemów kablowych. Operatorzy kablowi stanęli przed problemem stworzenia infrastruktury dla aplikacji głosowych, telefonii IP, szybkiej transmisji danych czy wideo. Dostępności tych usług oczekuje nie tylko wymagający klient biznesowy, lecz także odbiorca domowy.

Wcześniejsze specyfikacje systemu transmisji kablowej (DOCSIS 1.0, DOCSIS 1.1) przebyły długą drogę dostosowania do potrzeb nowoczesnych sieci. Nadal jednak nie są w stanie sprostać wymaganiom - ich słabością jest niska przepustowość kanału (upstream). To wymusiło wprowadzenie standardu DOCSIS 2.0, który realizuje symetrię przepustowości kanału zwrotnego oraz dosyłowego (downstream) poprzez zaawansowaną kontrolę nad warstwą fizyczną.

Jak zwiększyć przepustowość kanału zwrotnego?

Operatorzy kablowi na całym świecie zainwestowali w rozwój sieci fizycznej, umożliwiając realizację usług szybkiej transmisji danych. W początkowym stadium rozwoju usług w sieciach kablowych stosunek ruchu dosyłowego do zwrotnego wynosił 30:1. Obecnie zapotrzebowanie na pasmo zmieniło się diametralnie i operatorzy odnotowują ten stosunek na poziomie 2:1.

Można podać kilka przyczyn wzrostu zapotrzebowania na pasmo dla przeciętnego użytkownika Internetu. Sieci peer-to-peer zużywają całą dostępną przepustowość upstream, gdy użytkownik udostępnia ogromne pliki przez Internet. Poczta e-mail zostaje uzupełniana zdjęciami, klipami wideo, plikami dźwiękowymi. Wspomnieć należy także o wzroście liczby serwerów WWW wśród domowych użytkowników czy aplikacji wysyłających dane. Wszystkie powyższe czynniki powodują, że efektywnie ilość danych wysyłanych dorównuje ilości danych odbieranych. W rezultacie operator musi dążyć do zwiększania możliwości kanału zwrotnego. Na horyzoncie pojawiają się nowe usługi, które wymagają pełnej symetrii przepustowości (1:1), takie jak telefonia kablowa czy wideokonferencje.

Jedną z dróg zwiększających dostępność ruchu zwrotnego jest uruchomienie większej liczby kanałów upstream. W rzeczywistości istnieje wiele platform terminujących modemy CMTS (Cable Modem Termination System), w których stosunek wejść upstream do downstream wynosi 8:1, a nawet więcej. Rozwiązanie zwiększające liczbę kanałów jest jednak ograniczone dostępnością pasma częstotliwości. Innym rozwiązaniem stosowanym przez operatorów kablowych jest segmentacja sieci na małe węzły, w celu redukcji liczby użytkowników pracujących na tym samym kanale zwrotnym i dosyłowym. Takie zmiany są bardzo kosztowne i niekoniecznie odnoszą oczekiwany skutek. Możliwe, że najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem jest kontynuacja rozwoju sieci przy istniejącej infrastrukturze transmisji, polegająca na zwiększaniu przepustowości każdego kanału zwrotnego.

Wykorzystanie kanału

Dokąd zmierza DOCSIS?

Parametry kanału zwrotnego

Jak zwiększyć przepustowość kanału zwrotnego, nie ingerując w infrastrukturę? Istnieją dwa sposoby: poprzez użycie odpowiedniej modulacji i/lub zwiększenie efektywnej szerokości kanału.

Możliwości kanału zwrotnego w zależności od wersji standardu DOCSIS zaprezentowano w tabeli. Wiele wdrożeń DOCSIS 1.0 stosuje modulację QPSK przy maksymalnej szerokości kanału 3,2 MHz, co daje łączną przepustowość 5,12 Mb/s. Przy obecnym wykorzystaniu pasma uzyskane parametry nie pozwalają na komfortową pracę większych grup użytkowników. Druga generacja specyfikacji DOCSIS 1.1 umożliwia zwiększenie przepustowości kanału zwrotnego poprzez zastosowanie modulacji 16QAM. W rezultacie standard może używać modulacji 16QAM przy kanale o szerokości 3,2 MHz, zwiększając przepustowość upstream do 10,24 Mb/s. DOCSIS 2.0 pozwala na maksymalne zwiększenie przepustowości kanału zwrotnego poprzez użycie modulacji 64QAM lub 128QAM w kanale o szerokości 6,4 MHz. Umożliwia to uzyskanie maksymalnej dostępnej przepustowości na poziomie 30,72 Mb/s. Warstwa fizyczna specyfikacji DOCSIS 2.0 nie wprowadza dużych zmian w kanale dosyłowym.

Redukcja efektu szumów

Dokąd zmierza DOCSIS?

Porównanie modelu OSI/ISO z modelem DOCSIS

Wprowadzenie w DOCSIS 2.0 technik zwiększających odporność na szumy i zakłócenia w kanale zwrotnym pozwala odblokować istniejącą przepustowość w infrastrukturze kablowej. Istnieje kilka typów szumów, które mogą mieć negatywny wpływ na jakość transmisji. Niektóre szumy mogą powodować zmniejszenie dostępnej przepustowości, podczas gdy inne mogą stwarzać problemy w poprawnej pracy zaawansowanych usług (telefonia, wideokonferencje).

Źródła szumów i interferencji w infrastrukturze kablowej mogą zostać pogrupowane w następujące kategorie: mikroodbicia, zakłócenia w torze nadawania modemu kablowego, krótkotrwałe zakłócenia impulsowe w torze zwrotnym, szum biały-termiczny (AWGN). W celu zmniejszenia wpływu tych zjawisk DOCSIS 2.0 specyfikuje m.in. standardy "24 T-spaced taps", kod Reed-Solomon z korekcją błędów (RS FEC) oraz układy kasacji szumów w torze zwrotnym.

Technologia A-TDMA

W początkowym stadium definiowania specyfikacji DOCSIS 2.0 wprowadzono technologię A-TDMA (Advanced Time Division Multiple Access). A-TDMA jest rozszerzeniem standardu warstwy fizycznej PHY stosowanym uprzednio przez DOCSIS 1.x. Dostęp do medium jest zrealizowany na zasadzie przydzielania szczelin czasowych, w których modemy mogą transmitować. Pozwala to dzielić dostępną częstotliwość przez wielu użytkowników. Ograniczeniem jest jednak brak możliwości użycia modulacji wyższych od 64QAM. A-TDMA wykorzystuje jednak wiele dostępnych modulacji QPSK, 8QAM, 16QAM, 32QAM oraz 64QAM w kanale zwrotnym.

W standardzie została założona przepływność symboli na poziomie 5120 ksym/s (kilosymboli na sekundę). Pozwala to zwiększyć dwukrotnie liczbę przesyłanych symboli w pojedynczym kanale oraz prawie trzykrotnie zwiększa przepływność bitów (używając modulacji 64QAM) w stosunku do DOCSIS 1.x. Maksymalna szerokość kanału zwrotnego zakładana w specyfikacji wynosi 6,4 MHz.

Udoskonaleniem wprowadzonym w stosunku do systemu TDMA jest poprawiony moduł korekcji błędów FEC, podwojenie szerokości kanału (6,4 MHz), dokładniejsza korekcja błędów w kodzie Reed-Solomon, czy wreszcie możliwości zmniejszania efektu szumów. Obecnie A-TDMA ma poważnego konkurenta w postaci S-CDMA.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200