Подключение по технологии docsis 3.0. Двухэтапная процедура резервирования ресурсов

Предвестники стандарта Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) появились в 1998 году, когда Междунаро́дный сою́з электросвя́зи (ITU) одобрил основополагающий стандарт J.112, определяющий методы передачи данных по сетям кабельного телевидения. После чего, на основе стандартов J.112 и J.83 консорциумом CableLabs и был разработан единый международный стандарт DOCSIS. Он предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/c (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM), и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с. По задумке CableLabs он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей. Последняя на сегодняшний день версия, DOCSIS 3.0, позволяет увеличить скорости передачи данных по прямому каналу - до 400 Мбит/с, по обратному - до 120 Мбит/с. Для сравнения, скорость в прямом канале протокола DOCSIS 2.0 составляет 50 Мбит/с, и 30 Мбит/с в обратном.

Российский фальстарт

Технология DOCSIS редко используется в России. Технический директор ЗАО «Акадо-Столица» Михаил Медриш полагает, что это происходит в первую очередь по причине банального незнания. Когда технология активно развивалась в мире, в России не нашлось достаточно крупных инвесторов, которые рискнули бы вложить значимые средства в развитие двунаправленных кабельных сетей по технологии HFC/DOCSIS. «В результате в России в 90-х годах для предоставления услуг Интернет широкому кругу пользователей стали использовать сети, построенные по технологии Ethernet. Их строили в условиях отсутствия средств, ставили оборудование, не предназначенное для операторской деятельности, - вспоминает г-н Медриш. - Воздушно-кабельные переходы строили с использованием неэкранированного медного кабеля. А уже потом по прошествии нескольких лет стали менять на оптику, ставить управляемые коммутаторы и т.д. То есть это такое экстенсивное развитие. Никаких «залповых» вложений в инфраструктуру, кроме, наверное, «Корбины» и «Центела», не было. Потом в 2003 - 2004 годах после нескольких шагов развития технологии ADSL и появления дешевых абонентских устройств стал активно развиваться рынок услуг доступа в Интернет по технологии ADSL на базе медной кабельной инфраструктуры традиционных телефонных операторов. О технологии HFC опять мало кто думал».
Эксперты отмечают, что отличия Ethernet и DOCSIS следует обсуждать только с учетом исторически сложившихся обстоятельств, так как сравнивать собственно технологии, не учитывая условия их реализации, не совсем корректно. «Если не брать в расчет возможности самих технологий, их различие кроется в их происхождении и реализации в конкретных условиях, - поясняет начальник проектного отдела Петербургской компании «Р2» Роман Шуматов. - DOCSIS, как и DSL, разрабатывался для применения в уже существующих сетях, поверх уже работающей кабельной инфраструктуры. Ethernet, изначально не предназначавшийся для массового применения на сетях доступа, реализуется на собственной вновь построенной инфраструктуре».

Как все начиналось

Роман Шуматов отмечает, что в конце 90-х DOCSIS имел некоторое преимущество: кабельное телевидение было на подъеме, инвесторы не жалели денег на его развитие. В то же время ethernet-оборудование (сети строились преимущественно на концентраторах - хабах) стоило значительно дороже, а отечественная промышленность по производству оптических кабелей была представлена двумя-тремя заводами, что не давало широкого выбора типов кабелей за приемлемую цену. «Однако, несмотря на то, что DOCSIS разрабатывался консорциумом CableLabs для условий применения на уже существующих сетях кабельного телевидения, таковых сетей, пригодных для двунаправленного обмена информацией, в России также не было, поэтому все строительство DOCSIS-сетей начиналось с нуля», - поясняет Роман Шуматов.
«Немаловажно также отметить законодательные условия, в которых строились все сети в принципе, - напоминает Роман Шуматов. - HFC-сети развертывались, как правило, при тщательном проектировании и последующей экспертизе проектов, получением и выполнением всевозможных согласований - медленно, но верно. Далее, эти сети проходили процедуры 113-го приказа в Связьнадзоре с получением заветных синих бумажек. Ethernet-операторы зачастую не утруждали себя подобными процедурами: протокол передачи данных не настолько требователен к физической среде распространения и, соответственно, к проектированию сетей, а конкуренция подстегивала к более быстрому освоению территорий и более быстрому возврату средств, вложенных в сеть. Поэтому все процедурные вопросы решались уже постфактум - получением разрешения на телематические услуги связи по упрощенному порядку приложения «А» к 113-му приказу».
В любом случае, Г-н Шуматов вспоминает, что большинство кабельных операторов, начинавших развитие в сторону сетей передачи данных в начале 2000-х годов, как правило, делали выбор как раз в пользу DOCSIS, развертывая его поверх гибридных оптико-волоконных сетей (HFC, Hybrid Fiber Coax). «Идеология HFC-сетей предполагала доведение оптики внутрь квартала до глубины проникновения в 500…3000 квартир, - поясняет Роман Шуматов. - Далее от оптического узла развертывались коаксиальные сети, доводя телевизионный сигнал в каждый дом. Стоимость строительства таких сетей доходила до $50 в расчете на одну квартиру в зоне охвата сети (т.н. HP - Homes Passed)».
Дальнейшее же сосуществование DOCSIS и Ethernet сетей проходило на фоне более быстрого снижения стоимости Ethernet-оборудования, повышения доступности оптики и снижения стоимости ее инсталляции, что, в итоге, привело к появлению бесчисленного множества операторов разного калибра, конкуренции и снижению тарифов на услуги. «DOCSIS операторы в этой войне понесли значительные потери, достигнув потолка возможностей технологии в версии 2.0 этой спецификации - говорит Роман Шуматов. - Возможность дальнейшей конкуренции в гонке скоростей представилась в версии 3.0 DOCSIS, но для этого оператору необходимо сменить парк используемых модемов - как головных, так и абонентских». В Петербурге, к примеру, на сегодняшний день только один оператор принял решение развивать технологию дальше - это ТКТ. «Все остальные начали параллельно своим сетям развертывать сети уровня FTTx с параллельными сетями обычного однонаправленного телевидения (ну, может быть, с добавлением цифровых каналов в формате DVB-C) и Ethernet-сетей, оставив DOCSIS непритязательным и инертным постоянным абонентам», - уверен Роман Шуматов.

Опыт ТКТ

В ТКТ считают, что технология DOCSIS была самым рациональным решением на момент строительства сети компании. В ТКТ, который исторически является оператором кабельного телевидения и работает на базе HFC, стандарт DOCSIS применяют с 2004 года. «На первом этапе технология DOCSIS была внедрена на экспериментальном участке Московского района, - рассказал генеральный директор ОАО «Телекомпания Санкт-Петербургское кабельное телевидение» Руслан Евсеев. - После успешного тестирования состоялось промышленное внедрение на всей сети. У стандарта DOCSIS существует несколько версий. На момент внедрения технологии в ТКТ, существовала только первая версия - DOCSIS 1.0. Эта версия использовалась в ТКТ до 2005 года. В 2005 году состоялся переход на версию DOCSIS 2.0, которая позволила существенно повысить качество предоставления услуг. В частности, были увеличены скорости для абонентов. Очередным этапом развития стал переход в конце 2009 года на версию DOCSIS 3.0. Сейчас по данному протоколу работает три района города. До конца 2010 года планируется полностью перейти на новый протокол. Основное конкурентное преимущество сети HFC - в возможности предоставления по одному кабелю значительно более широкого спектра услуг: кабель для обычного аналогового сигнала достаточно провести один раз, и в дальнейшем не требуется никаких работ в квартире абонента для подключения Интернет, цифрового телевидения (телефонии) и т.д. Немаловажно и то, что каждая новая версия DOCSIS позволяет существенно увеличить скорости передачи данных. Протокол DOCSIS 2.0 позволяет получить на абонентском модеме скорость до 10 Мбит/с, а при протоколе DOCSIS 3.0 скорость может быть повышена до 100 Мбит/с».

Внедрение всех версий DOCSIS на сети ТКТ производилось техническими специалистами компании. Для выполнения монтажных работ привлекались специалисты компании V-LUX. На сети ТКТ используется оборудование Arris. «Технические специалисты прошли специализированный курс обучения по настройке и управлению оборудованием. Часть обучения была проведена на стороне партнеров ТКТ, за рубежом», - рассказал Руслан Евсеев.
В ТКТ не озвучивают инвестиции в свою сеть.
«Общие инвестиции определяются масштабом сети, - поясняет главный инженер — заместитель генерального директора ЗАО «Телевизионные интегрированные кабельные сети» (ТВ-ИКС) Алексей Холмецкий. - Стоимость в основном, определяется стоимостью CMTS (центральная станция кабельных модемов) и серверным оборудованием. В среднем инвестиции в расчете на одного подключенного абонента составляют примерно $25-30».

Эксперты полагают, что для ТКТ в настоящих условиях более простым и удобным является именно DOCSIS. «Тот административный ресурс, то положение на рынке, доставшиеся Петербургскому ТКТ в наследство от СПб КТВ, наиболее удобно легли в основу построенной сети: нет проблем с подключением к сетям электроснабжения - используются линии, ранее использовавшиеся для подключения антенных усилителей или вновь проложенные линии на тех же условиях; как правило, нет проблем с доступом и размещением оборудования, с прокладкой кабелей между зданиями; нет проблем со сбором абонентской платы - платежи включены в счета ВЦКП за коммунальные услуги еще со времен СПб КТВ, а отказаться от услуги не так просто», - перечисляет Роман Шуматов. - Кроме того, при масштабах сети ТКТ простая замена одной технологии на другую вряд ли, на мой взгляд, разумна. В модернизацию сети вложены значительные суммы. На протяжении 2-3 лет несколько раз был изменен частотный план под различные версии DOCSIS, причем каждый раз приходилось менять усилительное оборудование и фильтры. Теперь начался переход на 3-ю версию, что опять же повлечет за собой замену оборудования линейной сети в связи с очередным расширением диапазона обратного канала, а также, что самое неприятное, замену головных кабельных модемов и постепенную замену абонентских модемов. Модемы предыдущих версий смогут работать лишь в пределах своих возможностей и не подлежат апгрейду. Кроме того, замена технологии потребует изменения квалификации обслуживающего персонала, который, по моим данным, не избалован высокой заработной платой. Найти такое количество линейного персонала нереально - job-ресурсы пестрят дефицитом сотрудников «техник оборудования связи», «монтажник оборудования связи».

Опыт Акадо

В Москве по технологии HFC/DOCSIS предоставляет услуги телевидения, Интернет и телефонии сеть АКАДО. «Зона покрытия двунаправленной сети HFC/DOCSIS превышает 2,1 млн. квартир - рассказал Михаил Медриш. - Внедрение DOCSIS началось в АКАДО в 2000-м году, как один из проектов компании, предоставляющей услуги телевидения по двунаправленной кабельной сети. Сегодня сеть АКАДО предоставляет сотням тысяч абонентов услуги аналогового и цифрового телевидения, доступа в сеть Интернет и услуги телефонной связи. Используемая технология позволяет предоставлять все эти услуги через один кабель. Кабель один, технология единая, и, как следствие, - недорогая эксплуатация».

Михаил Медриш привел пример: «Для эксплуатации имеющейся у нас Ethernet сети мы содержим одного ремонтного работника примерно на 1 - 1,2 тысячи абонентов при 15-20% проникновении услуги доступа в Интернет. Для эксплуатации сети HFC/DOCSIS у нас 1 ремонтный работник на 3-4 тысячи абонентов. При этом надо иметь ввиду, что в этом случае сеть предоставляет весь комплекс услуг. Из чего такая экономия? Из того, что для обслуживания сети HFC выезд к абоненту почти в трех четвертях случаев завершается работами внутри квартиры абонента или около его квартиры при подключении к стояку. Что там бывает: случайно пробили кабель, случайно дернули кабель и оторвали экран, иногда бывает поврежденное оборудование. Конечно, бывает вандализм и поврежденный коаксиальный кабель в стояке, но чаще всего работы завершаются в квартире абонента. А вот при Ethernet в ¾ случаев, наоборот, надо идти на чердак или в подвал, где стоит коммутатор, надо разбираться с тем, окислилось там что-то или нет, сгорело ли, или просто «зависло», ведь активное оборудование стоит прямо в доме. В случае с DOCSIS, станция кабельных модемов (интеллектуальное сетевое устройство) находится на крупном узле, с хорошим электроснабжением, защитой, в том числе и физической, за железной дверью, с кондиционированием. В промежутке находится только кабельная инфраструктура и усилители. Такие системы работают очень надежно».

«Рисунок» DOCSIS

«DOCSIS базируется на частотном разделении потоков данных, передаваемых от головного кабельного модема (CMTS, Cable Modem Termination System) к абонентскому модему в диапазоне 47/54/87…862 МГц (downstream) QAM-модулированными сигналами и от абонента в диапазоне 5…30/42/65 МГц (upstream) QPSK или QAM- модулированными сигналами, - рассказывает Роман Шуматов. - Причем downstream поток является общим для всех пользователей, находящихся в зоне действия физического сегмента конкретного CMTS, то есть вся полоса делится между активными пользователями, принимающими данные в каждый момент времени. В зависимости от версии спецификации DOCSIS скорость в прямом канале - 55.6 Мбит/с, версия 3.0 позволяет достигнуть 220 Мбит/с и более. В upstream потоке используется принцип временного разделения канала, что позволяет передавать данные на скорости до 30 Мбит/с, в версии 3.0 - 120 Мбит/с».

«В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD), - поясняет Алексей Холмецкий. - Это накладывает ограничения на диаметр локальной сети не более 200 м от коммутатора и, в случае узкого внешнего канала замедляет процесс доступа компьютеров к внешним ресурсам. Технология DOCSIS использует временное разделение доступа кабельных клиентских модемов к ресурсам сети, что позволяет перераспределять доступ во внешнюю сеть между кабельными модемами и сохраняя заданную скорость доступа на постоянном уровне, обеспечивая необходимое QoS».

Кадровый вопрос

Как отмечают специалисты, в обслуживанием сети КТВ с обратным каналом вполне может справиться обычный монтажник. «Опыт приобретается в процессе работы», - говорит Алексей Холмецкий.
«Квалификации линейного персонала без особой подготовки (но с опытом) достаточно для поддержания сети в работоспособном состоянии, - говорит Роман Шуматов. - Поскольку для линейной сети (собственно от головной станции до абонента) сигналы сети передачи данных равноценны обычным сигналам телевизионного вещания, то для ее обслуживания достаточно того же персонала, который ранее обслуживал обычную телевизионную сеть: достаточно знания что такое «децибел» и с чем его едят без особых приправ. Если у абонента есть телевидение, то в большинстве случаев проблем с наличием связи у абонента не должно возникнуть. Для особо сложных случаев достаточно инженера более высокой квалификации, чтобы в ней разобраться».

Сложности

«Часто те, кто пытается строить сеть DOCSIS с нуля, наталкиваются на множество проблем. Они плюют и говорят: двунаправленную сеть здесь не построить, - сразу отмечает не столько исторические, сколько культорологические особенности Михаил Медриш. - И все. Они решают - лучше будем строить Ethernet. Потому что вроде бы знают, как его строить - это проще. Но причина кроется именно в технологических особенностях, в знании или незнании этих особенностей. Поэтому в России до сих пор двунаправленные HFC-сети почти нигде никто не строит.
«Основная проблема при внедрении данной технологии - наличие большого количества радиопомех в полосе частот обратного канала особенно в его низкочастотной области (до 15 МГц), - отмечает Алексей Холмецкий. - Если применить высококачественные материалы с глубокой экранировкой при строительстве сети и установить специальные фильтрующие устройства на абонентские отводы, не пользующихся услугой доступа в Интернет, то проблему можно преодолеть».
Слабые стороны технологии DOCSIS Роман Шуматов видит в делении полосы к абоненту и зависимость от загрузки этого канала, что требует тщательного планирования нагрузки на один downstream и/или наличия резерва как физических линий (оптических волокон, приходящих на оптический узел), так и достаточно дорогостоящего оборудования (головные модемы, дополнительные модули для этих головных модемов, приемо-передающие узлы up- и downstream`ов).
«DOCSIS при нормально построенной и эксплуатируемой сети доставляет мало проблем, - уточняет Роман Шуматов. - Проблемы возникают тогда, когда загрузка отдельного головного модема достигает предельной в рамках предоставляемых тарифных планов. В этом случае приходится вкладывать достаточно серьезные средства в сегментирование сети - новый головной модем DOCSIS 2.0 в конфигурации 1 downstream/4upstream стоит в районе 14-20 k$, при нынешних тарифах на таком модеме терминируется до 2 тыс абонентов. Плюс еще необходимы вливания в транспорт - приемо-передающие узлы up- и downstream`ов могут обойтись еще в $4 тыс (на один такой головной модем). Масштабирование Ethernet-сети проходит не настолько болезненно».

Достоинства технологии

«Неоспоримыми преимуществами DOCSIS является то, что аналогично DSL, услуга доступна там, где есть сеть, то есть любой подписчик кабельного оператора без дополнительных затрат в виде прокладки отдельного кабеля в квартиру может также подписаться на услугу доступа в Интернет (естественно, для этого нужен кабельный модем), - говорит Роман Шуматов. - Кроме того, между абонентом и оператором нет никаких активных устройств, способных «зависнуть» и находящихся вне зоны оперативного доступа обслуживающего персонала. Активное оборудование, используемое для передачи телевизионного сигнала и одновременно для передачи данных, доступно для резервирования дистанционного питания по коаксиальному кабелю, то есть линейная сеть и услуга на этой сети не зависят от пропадания электроснабжения на соседних подъездах/домах». «Совершенствовать технологию очень просто, - говорит Алексей Холмецкий. - Замене подвергаются абонентские кабельные модемы (это можно делать постепенно) и центральный CMTS. По данным американских источников единственным реальным конкурентом нарождающейся технологии GPON является DOCSIS 3.0. В печати были сообщения, что в лабораториях Cisco System проведены опыты по передаче информации со скоростью 1000 Мбит/сек в полосе 8 МГц радиочастотного спектра. Такая скорость достигнута за счет высоких индексов модуляции радиочастотного сигнала и применением новых материалов для коаксиальных кабелей. В телевизионном диапазоне Российского стандарта умещается 100 ТВ каналов с шириной спектра 8 МГц. Нетрудно подсчитать пропускную способность коаксиального кластера».
«По сути, собственно DOCSIS является «коробочным» решением, которое затачивается по месту грамотным администратором, которому совсем не нужно вникать в особенности передачи сигналов по сети кабельного телевидения. Поэтому длительность процесса внедрения технологии упирается только в длительность развертывания сети кабельного телевидения, - считает Роман Шуматов. - В зависимости от подходов к строительству, схем сетей, применяемых технологий строительства, численности персонала, количества подрядчиков, скорость развертывания в районах массовой застройки 10-15 тыс. квартир в месяц для крупного оператора можно считать вполне «съедобной».

Финиш

Эксперты отмечают, что в настоящих российских реалиях перспективы у DOCSIS туманны. «Если наши контролирующие органы начнут требовать выполнения нормативных документов по защите сетей связи, а собственники жилых домов и управляющие компании начнут приводить в порядок пространство чердаков, слаботочных каналов и небо между домами, то, боюсь, первыми пострадают Ethernet операторы, - говорит Роман Шуматов. - Списывать совсем со счетов DOCSIS я бы тоже не стал. Например, неплохой урожай ТКТ собрал в районах исторической застройки центра Санкт-Петербурга, что обусловлено сложностями прокладки сетей Ethernet и абонентских линий на этом жилом фонде: перепады высот рядом стоящих домов, покатые крыши, невысокая плотность населения».

Провайдерские сети по стандарту (Data Over Cable Service Interface Specifications) организуют передачу данных с помощью телевизионного (коаксиального) кабеля. Система способна развить скорость передачи данных телевидения и Интернет до 500 Мбит/с по нисходящему потоку и до 300 Мбит/с по восходящему.

По сути DOCSIS — одна из разновидностей сети : коаксиальный кабель идет от центрального узла до абонента, в то время как в качестве магистрального кабеля (до дома) используется оптоволоконный. Такая конфигурация дает возможность в дальнейшем модифицировать систему, не вмешиваясь в наружную кабельную трассу, экономит средства и быстро монтируется.

Как это работает

От сервера провайдера услуг сигнал поступает на головной модем CMTS. Сигнал от него идет по магистральному кабелю, доходит до домового узла, где усиливается для дальнейшей передачи. Дойдя до этажных делителей, сигнал пропорционально “режется” на заданное количество абонентов. От делителей по квартирам расходятся отдельные кабели, которые подключаются к абонентским модемам.

Скорость потока в сети DOCSIS варьируется в зависимости от версии. В технологии DOCSIS 3.0 и EuroDOCSIS 3.0 происходит объединение каналов (до 16), что позволяет в разы увеличить скорость потока в обоих направлениях. Поэтому новые версии могут успешно конкурировать с популярными ДРС на витой паре, PON, HCNA

Минусы технологии DOCSIS:

1. Старые версии DOCSIS уступают в скорости сетям PON и FTTB с использованием витой пары.
2. По сравнению с оптоволокном коаксиальный кабель не способен к мультиплексированию сигнала.
3. Коаксиальный кабель подвержен воздействию электромагнитного излучения и наводкам.

Плюсы технологии DOCSIS:

1. Простота

В монтаже используется простейший инструмент и схема. Для работы с системой и ее обслуживания не требуются специалисты с особыми знаниями. Достаточно опыта и аккуратности.

2. Низкая стоимость абонентского порта

В устройстве сетей не задействовано сложное оборудование. При монтаже отсутствуют затратные виды работ, использующие дорогостоящее оборудование: расшивка, сварка и т.п. Все это удешевляет сеть и ускоряет ее окупаемость.
Это в большей степени касается мест, где уже проведен коаксиальный кабель и предполагается небольшое число конечных пользователей: в частных поселках, малонаселенных районах и т.п., где для одного-двух абонентов организовать PON или FTTB (ДРС) попросту нерентабельно.

3. Скорость строительства

Коаксиальный кабель позволяет использовать уже существующие кабельные ниши, даже если они плотно заполнены. Простота технологии и надежность коаксиального кабеля позволяют строить сети DOCSIS почти вдвое быстрее, по сравнению с PON или ДРС на витой паре. Это бесценно, когда нужно первым предложить свои услуги абонентам.
Время монтажа системы в одном 5-этажном доме на 6 подъездов (3 квартиры на этаже) для команды из 3 бригад по 2 человека — 1 день — при условии прокладки магистрального кабеля.

Часто используемый Ростелекомом стандарт DOCSIS – это технология, которая позволяет передавать данные интернет-подключения по телевизионному кабелю. Такой метод связи с провайдером обладает множеством плюсов, основным из которых является скорость и качество соединения.

Что такое DOCSIS от Ростелекома?

Решение для передачи данных по телевизионному кабелю было найдено еще в конце 90-х годов, после одобрения ITU (International Telecommunication Union) нового стандарта J. 112. Им стала технология DOCSIS, аббревиатура которой расшифровывается как Data Over Cable Service Interface Specification.

Технология DOCSIS от Ростелекома в большинстве случаев располагает максимальной скоростью входящих пакетов 42 Мбит/с. Исходящие же данные отправляются несколько медленнее. Этот показатель составляет около 10 Мбит/с. Такие скоростные характеристики призваны заменить старые стандарты и открыть быстрый доступ в интернет для многочисленных клиентов, которые пользуются телевизионными услугами.

Стоит заметить, что технологии связи DOCSIS отличаются в зависимости от уникальных особенностей региональных стандартов передачи ТВ сигнала. Мировые рынки телевизионных услуг используют:

NTSC (National Television Standards Committee – стандарт США);
PAL (стандарт Великобритании и стран Западной Европы);
SECAM (совместная разработка Франции и СССР).

Самым распространенным сейчас является стандарт PAL, занимающий около 65% рынка в сравнении с конкурентами.

Также DOCSIS имеет разделение и по версиям обновлений (1.0, 1.1, 2.0, 3.0). Новейшей и максимально производительной сейчас выступает линейка EuroDOCSIS. Эти форматы передачи данных позволяют эффективнее работать как с одноканальными, так и с широкополосными линиями, благодаря чему достигается повышение скорости приема и отправки данных. Тем не менее большинство современных модемов нашего рынка поддерживают лишь классическую версию стандарта. Так как она практически не уступает старшей в скоростных характеристиках, весомые причины для затратного перехода пока что отсутствуют.

Пройдя несколько этапов эволюции, этот стандарт даже в классическом варианте DOCSIS позволяет получить скорость приема более чем 340 Мбит/с.

Плюсы технологии

Стандарт DOCSIS от Ростелекома, помимо значительного повышения скорости отзыва сервера провайдера, готов предложить поддержку протокола IPv6. Он призван в ближайшем будущем решить проблемы нехватки адресов IPv4.

Интересно: Важной особенностью является поддержка мультивещания (multicasting). Благодаря технологии многоадресной передачи данных, на маршрутизаторах есть возможность настройки IP телевидения для нескольких устройств.

Передача интернет-сигнала по технологии DOCSIS от Ростелеком в значительной мере повысила безопасность данных. Это обусловлено использованием алгоритма шифрования AES (Advanced Encryption Standard), который поддерживает 128 битные ключи.

Схема подключения клиентов DOCSIS в сети Ростелекома

Технология DOCSIS от Ростелекома использует схему подключения Downstream, что на русский язык можно перевести как «сверху вниз».

Этот упрощенный формат предполагает раздачу интернета главным устройством (Cable Modem Termination System) всем пользователям сети одновременно. Передача в обратном порядке, то есть Upstream (отправка данных клиента на сервер), выполняется поддерживаемым модемом прямо на сервер, не используя промежуточных устройств.

Телекоммуникационный рынок в крупных городах способен предложить широкий спектр услуг и типов их подключения. В зависимости от требований пользователя можно выбрать стандарт соединения, желаемую скорость и соответственно стоимость услуги. Тем не менее во многих населенных пунктах наиболее распространенным пока что является DSL-интернет, подключаемый по телефонной линии.

В настоящее время коаксиальный кабель имеет достаточно большую ширину спектра - в сотни мегагерц. Каналы вещательного телевидения, имеющие полосу 6 МГЦ, в США размешаются в пределах от 54 МГЦ до 216 МГЦ для каналов с номерами 2 – 13 (отдельные полосы 54-72, 76-88, 174-216 МГЦ) и от470 МГЦ до 812 МГЦ для каналов с номерами 14 -70. Сегодня, в пределах ширины полосы частот 6 МГЦ, используя систему MPEG со сжатием информации, абонентское телевидение, может передать до 10 каналов цифрового видео. При полной используемой ширины полосы частот приблизительно в полосе 550 МГЦ возможно разместить до 1000 каналов телевидения. Типичное американское распределение частот в кабельной системе показано в Таблице 6.4 .

Таблица 6.4. Распределение частот в кабельной системе

Частотный диапазон(МГц)	Направление	Примеры использования
От 5 до 42	Вверх	Обратный путь для передачи данных, сигналов сетевого управления согласно стандарту передачи по телевизионному кабелю (Data over Cable System Interface Specification - DOCSIS )
От 54 до 350	Вниз	Широкополосное аналоговое телевидение и передача данных по стандарту DOCSIS (ширина полосы регулируется под каждого оператора)
От 350 до 750	Вниз	Широкополосное цифровое телевидение и передача данных по стандарту DOCSIS (ширина полосы регулируется под каждого оператора)
От750 до 1000	Вверх	В перспективе обратный путь для передачи данных, сигналов сетевого управления согласно стандарту DOCSIS

Недавно кабельная промышленность начала выпуск нового коаксиального кабеля – кабеля, с четырехслойной оболочкой. Кабель, соответствующий требованиям широкополосной связи – RG6. Содержит проводник, диэлектрик, экран из фольги, внутренний экран-оплетку и наружную оболочку. Он обеспечивает высокую пропускную способность. Различные разновидности этого кабеля рассчитаны на частотный диапазон 1 ГГц (1000 МГЦ), 2.2 ГГц (2200 МГЦ), и 3 ГГц (3000 МГЦ). Такой кабель имеет небольшое затухание и уровень шумов. Он также позволяет прокладку под водой.

Оптический кабель улучшает большую часть кабельной сети между оператором и абонентом, увеличивая пропускную способность, надежность, и множество сервисов. HFC системы - в значительной степени улучшают условия организации распределения типа "точка – многоточие". Оптическая сеть с использованием разделения на основе длины волны ( DWDM –Dense Wavelength Distribution Division Multiplexing) позволяет операторам сегментировать HFC системы в более логичную систему, что улучшает безопасность, и предлагать более высокую ширину полосы частот каждому пользователю.

Обслуживание потока "вверх"

Данные потока "пользователь-сеть" (вверх), в настоящее время для уменьшенных требований ширины полосы частот, помещены в окно 2 МГц, в частотной полосе 5 - 42 МГц. Поскольку в направлении потока "пользователь сеть" более узкая ширина полосы частот, то используется для передачи технология TDM . Это разделение по времени хорошо работает для очень коротких команд, запросов, и передачи адресов, что составляет большую часть потока "пользователь сеть" для большинства пользователей к CMTS при связи с Интернет.

CMTS обычно поддерживает зону до 1000 Интернет кабельных модемов с шириной канала 6 МГЦ. Один канал на 6 МГЦ может обеспечить, в зависимости от типа модуляции, пропускную способность приблизительно 30 мгбит/с ( QAM -64 модуляция) 40 мгбит/с ( QAM -256 модуляция). Эта пропускная способность может быть разделена между соседними абонентами и может изменять рабочие характеристики, в зависимости от поведения других абонентов, работающих в режиме "онлайн". Хорошее свойство кабельной системы, что поставщик кабеля может образовать новый канал, разделяя старые каналы. Этим он может решить возникающую конкретную проблему изменения рабочих характеристик. Большинство поставщиков кабеля регулярно контролирует рабочие характеристики и добавляет другой канал, когда пользователь достигает некоторого порога нагрузки.

Кабельные стандарты.

Связь абонентов кабельной сети с системой кабельных модемов определяется стандартом Спецификации Интерфейса Передачи Данных по ТВ кабелю ( DOCSIS -Data over Cable Service Interface Specification). Этот стандарт предназначен для передачи и обслуживания, систем кабельных операторов, таких как сеть, применяющая кабельные модемы, в доме или офисе, чтобы поддержать двунаправленную передачу данных через кабельную сеть. Стандарт DOCSIS был принят в 1999 году.

Сеть по стандарту DOCSIS - это широкополосная кабельная сеть, предназначенная для передачи данных и речи. Кабельные операторы могут применяющие DOCSIS , сопрягаются с опто - коаксиальными сетями на основе стандартов HFC на основе центров кабельных модемов, что понизить затраты на предоставление услуг передачи речи (VoIP) или для комплексных услуг, связанных передачей голоса, данных, и услуг кабельного телевидения абонентам. При этом мультиоператоры могут отделить себя от поставщиков телесвязи, и могут эффективно конкурировать с телефонными компаниями или поставщиками спутникового телевидения. В настоящее время известны следующие стандарты:

DOCSIS 1.0
DOCSIS 1.1
DOCSIS 2.0
DOCSIS 3.0
Euro DOCSIS

Характеристики, определяемые стандартами DOCSIS 1.x и DOCSIS 2.0 приведены в табл.6.5 . Поскольку усовершенствования стандарта от DOCSIS 1.x к DOCSIS 2.0 касались только направления вверх ( upstream ), в таблице приведены характеристики этого направления.

Таблица 6.5. Основные характеристики стандартов DOCSIS 1.x и DOCSIS 2.0 (направление "вверх")

Свойства	DOCSIS 1.x	DOCSIS 2.0
Свойства	DOCSIS 1.x	A- TDMA	S-СDMA
Техника мультиплексирования	Доступ с частотным разделением ( FDMA )/ доступ с временным разделением ( TDMA )	FDMA / TDMA	TDMA /S-CDMA
Символьная скорость(ксим/сек)	160, 32, 640, 1280, 2560	160, 32, 640, 1280, 2560, 5120	1280, 2560, 5120
Тип модуляции	Квадратурно-фазовая манипуляция ( QPSK ) 16 - QAM	QPSK ,8- QAM ,16- QAM ,32- QAM ,64- QAM	QPSK , 8- QAM , 16- QAM ,32- QAM , 64- QAM , 128 – QAM (модуляция с решетчатым кодированием – TCM )
Спектральная эффективность (бит/сим)	2 или 4	2 до 6	1 до 6
Система упреждающей коррекции ошибок ( FEC )	RС (R=1 до 10)*	RС (R=1 до 16)*	RС (R=1 до 16)*

Эквалайзер	8 полосный	24- полосный	24- полосный
Перемежение блоков	Нет	Есть	Нет
Битовая скорость (Мбит/c)	0,32 до 10,24	0,32 до 10,24	2,56 до 30,72

(( – код Рида –Соломона, – число исправляемых битов)

Packet Cable

PacketCable – совокупность стандартов для сетей кабельных модемов. Они разработаны по инициативе Лаборатории CableLabs. Цель этих соглашений развить архитектуру сети для доставки двухсторонних мультимедийных услуг в реальном масштабе времени из "конца в конец", основанных на протоколах IP. Packet Cable использует механизмы DOCSIS 1.1, но расширяет их за счет ряда протоколов, используемых за пределами кабельной сети, например, в Интернете или телефонной сети общего пользования. Реальный масштаб времени предполагает услуги: VoIP, поток видео, и групповые рассылки IP. Эти функции включают обслуживание абонентских устройств, сигнализацию, администрирование телефонных потоков, обеспечение взаимодействия с телефонной сетью общего пользования, поддержку биллинга, услуг передачи сообщений, безопасности, QoS и многое другое.

Особое внимание уделяется в PacketCable услугам VoIP . В этих стандартах центральное место занимает обеспечение "тройной услуги"(triple play) - видео, данных, и речевого обслуживания. Несмотря на то, что спецификация PacketCable multimedia разработана на базе PacketCable 1.x, для организации мультимедийных сетей не обязательно повторять всю архитектуру, необходимую для передачи VoIP. Операторы могут внедрить только телефонию или только мультимедиа, или же в одной сети могут сосуществовать оба режима. PacketCable базируется на основе систем кабельной сети DOCSIS 1 .1-и для DOCSIS 2.0. пакет спецификаций. PacketCable позволяет создать законченные решения для передачи трафика, который отправляется из кабельной сети или принимается в ней. Его использование упрощает задачу предоставления мультимедийных услуг через инфраструктуру, в состав которой входят разноплановые сети.

Составляющие сети PacketCable

Часть компонентов сети PacketCable входит в состав базовой сети DOCSIS 1.1. Другую часть составляют дополнительные компоненты, позволяющие сформировать целостную инфраструктуру установки соединений. Когда возможно, в PacketCable применяются уже существующие протоколы.

Рис. 6.20.

Сеть включает следующие компоненты ( рис. 6.19):

Кабельный модем стандарта DOCSIS 1.1/2.0. Эти стандарты поддерживают QoS динамических потоков DQOS, необходимую для работы Packet Cable.
CMTS стандарта DOCSIS 1.1/2.0
Оконечный мультимедийный адаптер MTA multimedia terminal adapter ) - абонентское устройство, подключаемое к телефону или другому оконечному устройству сети PacketCable. Спецификация определяет два типа MTA - интегрированный с кабельным модемом или отдельный. Последний подключается к кабельной сети с помощью кабельного модема DOCSIS 1.1(2.0).
Сервер администрирования соединений CMS ( Call Management Server) - головной сервер, обеспечивающий формирование сигнализации, позволяющей абонентским MTA устанавливать связь между собой. CMS использует протокол NCS ( Network-based call signalling), который обеспечивает идентификацию и авторизацию MTA, маршрутизацию потока и поддерживает некоторые особые функции типа трехстороннего соединения. В зависимости от размера и сложности, сеть Packet Cable может включать несколько CMS серверов.
Шлюзовой контролер (GC- Gate Controller) - центральный сервер, управляющий работой входных шлюзов сети PacketCable. Он проверяет, имеет ли абонентский адаптер право на использование требуемых сетевых ресурсов, после чего отдает CMTS команду сформировать шлюзы для прохождения услуги. GC ответствен также за координацию работы двух комплектов шлюзов формируемых для установки. Шлюзовой контроллер может быть реализован на том же сервере, что и сервер администрирования соединений. Cеть PacketCable может включать несколько GC, но определенным соединением всегда управляет только один сервер.
Сервер фиксации соединений (RKS - Record keeping server) - сервер, предназначенный для сбора информации о соединениях и расположенный между сетью Packet Cable и серверами обработки информации о соединениях, в первую очередь биллинговым сервером. Для сбора необходимой информации у CMTS и других серверов PacketCable RKS использует протокол RADIUS (Remote Authentication Dial-Up User Service). Архитектурные особенности PacketCable могут быть отражены следующими свойствами:

Такое же или лучшее качество речи , чем в коммутируемой телефонной сети общего пользования ( PSTN )- путем применения соответствующего кодирования высокого качества, и одновременно уменьшение задержки и фазовых дрожаний. Модель DQoS, обеспечивает резервирование пропускной полосы в магистрали и обеих конечных точках только на время соединения. По его окончании ресурсы сразу освобождаются для других услуг.
PacketCable позволяет кабельным операторам предоставлять не только передачу данных и мультимедийные услуги в реальном масштабе времени, согласуя их передачу по всей задействованной инфраструктуре. Эти услуги могут охватывать базовые функции телефонии, включать ее расширенные возможности или предусматривать широкий спектр мультимедийных услуг. Широкое распространение IP в качестве стандартного транспортного механизма в сетях передачи данных создает условия для реализации современных Интернет-приложений, таких как мультимедийная электронная почта, чаты в реальном времени, потоковые медиауслуги (включая музыку и видео) и видеоконференции. PacketCable позволяет кабельным операторам реализовать сетевую архитектуру для быстрой и экономичной доставки этих услуг, сильно расширив функциональные возможности своей сети.

В дополнение качеству речи, другое ключевое требование обеспечение для потребителя всех функциональных возможностей Коммутируемой Телефонной Сети Общего Пользования ( PSTN ). Это также требует предоставления надежности и избыточности сетевых компонентов, чтобы получить коэффициент готовности сети не менее 0,99999.
Система сигнализации Сигнализации процесса установления вызова -Packet Cable – должна быть такая, чтобы поддержать установление вызовов между кабельной сетью и Коммутируемой Телефонной Сетью Общего Пользования ( PSTN ) при местных, междугородних и международных вызовах, должна обеспечивать и дополнительные виды обслуживания, такие как, например, ждущий вызов и запрос номера, вызывающего абонента.
Распределенное Качество обслуживания - PacketCable включает стандарты распределения Качества обслуживания при обращении к сети, приоритетных абонентов, для которых можно будет изменять качество обслуживания в процессе обслуживания вызова, например, службы спасения, справочные службы. Одной из важнейших функциональных особенностей сети PacketCable является динамическое обеспечение требуемого качества услуг (DQoS). Эта функция аналогична DQoS, поддерживаемому DOCSIS 1.1, с тем исключением, что DOCSIS 1.1 позволяет использовать DQOS для авторизации и прохождения услуги в кабельной сети, но не резервирует ресурсы для ее передачи по всей инфраструктуре. Расширение действия DQOS на все каналы прохождения услуги позволяет гарантировать доставку услуги с требуемым качеством и препятствует ее несанкционированному использованию другими лицами.
Системы наблюдения и обслуживания – при связи с Коммутируемой Телефонной Сети Общего Пользования ( PSTN ) функциональные возможности включают системы, способные к наблюдению и управлению потенциально миллионами Серверов Управления Вызовом вызова абонентов (CMS - Call Management Server), Мультимедийными Оконечными согласующими устройствами (адаптерами – MTA- Multimedia Terminal Adapter ), Управляющими устройствами шлюзов (MGC – Media Gateway Controller), и приемо-передающими управляющими устройствами (Signaling Controller) для связи с Коммутируемой Телефонной Сетью Общего Пользования ( PSTN ). Для эффективной работы PacketCable требуются операционные системы и управление сетью такие как, например, - также ключ, так что множество управляющих систем и систем учета нагрузки оплаты.
Безопасность и регулирующее наблюдение - эти меры требуются такие же или более серьезные меры, чем для сети общего пользования. Архитектура PacketCable позволяет реализовать требования акта CALEA (Сommunucations Assistance for Law Act) о предоставлении телекоммуникационных транспортных структур для помощи правоохранительным организациям в проведении розыскных работ, санкционированных судом.

PacketCable позволяет предоставлять им информацию двух типов:

Идентификационные сведения: сеть может предоставить идентификационые сведения о входящих и исходящих соединениях интересующей точки.
Содержание: сеть может предоставить сведения о содержании информации, переданной во время соединения, иначе говоря, полную запись разговора.

Так как сеть PacketCable работает поверх DOCSIS 1.1, на нее распространяются все механизмы безопасности, предусмотренные DOCSIS 1.1. Кроме того, спецификации PacketCable регламентируют использование современного протокола шифровки AES (Advanced Encryption Standard), который в конце 2001-го года был принят в США качестве стандарта для защиты коммерческих услуг, предоставляемых в частных сетях. Степень защиты информации, предусмотренная спецификацией PacketCable, аналогична реализуемой в телефонных сетях общего пользования. спецификацией PacketCable, аналогична реализуемой в телефонных сетях общего пользования.

Притом что DOCSIS в гибридной сети и сети PacketCable предоставляют многофункциональные услуги. Операторы кабельной сети могут предложить услуги IP по стоимости меньшей, по сравнению с общедоступной сетью PSTN , с добавлением новых услуг.

Пример оборудования CMTS - System CISCO uBR10012. Это серия маршрутизаторов CMTS , которая поддерживает спецификации DOCSIS 1.1, Евро DOCSIS 1.1, и PacketCable 1.0. Полностью нагруженный, блок содержит 12 слотов. Он рассчитан на поддержку свыше 44 000 пользователей. Он использует 8 плат линейного комплекта, с резервными процессорами через два слота и резервной синхронизацией платы управления тактовыми генераторами. Есть четыре быстродействующих WAN порта для к сети IP и внешние сетевые подключения, а также поддержка динамической транспортировке пакетов OC 48 соединений потока "пользователь сеть". Две из этих систем вписываются в Telco семифутовую стойку. Основной офис концентратора мог бы иметь один или более CMTS в зависимости от намерений оператора.

Packet Cable использует механизмы DOCSIS 1.1, но расширяет их за счет ряда протоколов, используемых за пределами кабельной сети, например, в Интернете или телефонной сети общего пользования.

[Спецификации Packet Cable и её задачи в сетях DOCSIS 1]

На сегодняшний день выпущено 4 комплекта спецификаций PacketCable - 1.0, 1.1, 1.2 и PacketCable multimedia.

Спецификации PacketCable 1.х охватывают практически все аспекты доставки услуг бытовой телефонии с использованием техники VoIP. Эти функции включают обслуживание абонентских устройств, сигнализацию, администрирование телефонных потоков, обеспечение взаимодействия с телефонной сетью общего пользования, поддержку биллинга, услуг передачи сообщений, безопасности, QoS и многое другое.

Платформа PacketCable multimedia расширяет базовые возможности PacketCable 1.X для предоставления более широкого спектра IP-услуг, от видео по требованию и интерактивных игр до дистанционного управления и телеметрии.

Несмотря на то, что спецификация PacketCable multimedia разработана на базе PacketCable 1.x, для организации мультимедийных сетей не обязательно повторять всю архитектуру, необходимую для передачи VoIP. Операторы могут внедрить только телефонию или только мультимедиа, или же в одной сети могут сосуществовать оба режима.

Таким образом, пакет спецификаций PacketCable позволяет создать законченные решения для передачи трафика, который отправляется из кабельной сети или принимается в ней. Его использование упрощает задачу предоставления мультимедийных услуг через инфраструктуру, в состав которой входят разноплановые сети.

Динамическое обеспечение качества услуг

Одной из важнейших функциональных особенностей сети PacketCable является динамическое обеспечение требуемого качества услуг (DQoS). Эта функция аналогична DQoS, поддерживаемому DOCSIS 1.1, с тем исключением, что DOCSIS 1.1 позволяет использовать DQOS для авторизации и прохождения услуги в кабельной сети, но не резервирует ресурсы для ее передачи по всей инфраструктуре.

Расширение действия DQoS на все каналы прохождения услуги позволяет гарантировать доставку услуги с требуемым качеством и препятствует ее несанкционированному использованию другими лицами.

Резервирование ресурсов в рамках PacketCable 1.X может быть реализовано только в сети с DOCSIS с версией не ниже 1.1. В качестве опции для MTA, не интегрированных с модемами, может использоваться протокол RSVP (Resource Reservation Protocol).

Двухэтапная процедура резервирования ресурсов

Модель DQOS, регламентируемая PacketCable, предусматривает двухэтапную процедуру резервирования, при которой сначала резервируются ресурсы, а затем активизируется выполнение услуги. Предварительная процедура резервирования позволяет убедиться, что ресурсы, необходимые для установления соединения, имеются с обеих сторон.

Краткие итоги

Локальная сеть Ethernet - наиболее широко используемый протокол локальной вычислительной сети.
Традиционная Локальная сеть Ethernet использует CSMA/CD (множественный доступ с опросом несущей и разрешением конфликтов) со скоростью данных 10 Mbps и доменом конфликта 2500 метров.
Каждая станция имеет равное право на среду (коллективный доступ): если в среде нет данных, станция может начать передачу данных; если две станции, следящие за средой, находят, что она не занята, и начинают посылать данные, возникает конфликт, называемый коллизией .
Уровень звена передачи данных Локальной сети Ethernet состоит из подуровня LLC (управления логической связью) и подуровня MAC (управления средой доступа).
Подуровень управления средой доступа несет ответственность за работу CSMA/CD (множественного доступа с опросом несущей и разрешением конфликтов).
Подключающие устройства могут соединять вместе сегменты сети; они могут также соединять вместе сети, чтобы создать Internet.
Есть пять типов подключающих устройств : ретрансляторы, концентраторы, мосты, маршрутизаторы и коммутаторы.
Ретрансляторы восстанавливают сигнал на физическом уровне.
Концентратор - многовходовой ретранслятор.
Мосты имеют доступ к станционной адресации и могут отправлять или фильтровать сетевые пакеты. Они работают на физическом уровне и уровне линии звена передачи данных.
Маршрутизаторы определяют путь, который должен пройти пакет. Они работают на физическом уровне и уровне линии звена передачи данных.
Коммутатор уровня два - сложный мост; коммутатор уровня три - сложный маршрутизатор.
Для широкополосной связи на абонентском участке применяются кабельные сети. Они строятся на основе коаксиальных и/или оптических кабелей. Широкополосные передача по кабелю данных и предложение сервисов были следующими после телевидения приложениями кабельных сетей на абонентском участке.
Кабельное телевидение есть сеть вещания, которая распределяет программы по потребителям.
Для управления информацией по кабелю и расширения диапазона на концах передачи и приема систем устанавливают ( рис. 3.1) кабельные модемы ( CMTS – Cable Termination CTMS).
Абонентская сеть с установкой системы кабельных модемов при соединении "вниз" такая сеть работает как обычная вещательная сеть кабельного телевидения.
При частотном разделении предусматривается и выделение обратных каналов (каналы "вверх"), которые переносят управляющую информацию от абонента в сеть Интернет – поставщика услуги.
Данные потока "пользователь-сеть" (вверх), в настоящее время для уменьшенных требований ширины полосы частот, помещены в окно 2 МГц, частотной полосе на 5 - 42 МГц.
Связь абонентов кабельной сети с системой кабельных модемов определяется стандартом Спецификации Интерфейса Передачи Данных по ТВ кабелю ( DOCSIS -Data over Cable Service Interface Specification).
Сеть по стандарту DOCSIS - это кабеля широкополосная кабельная сеть, предназначенная для передачи данных и речи. Кабельные операторы могут применяющие DOCSIS , сопрягаются с опто коаксиальными сетями на основе стандартов DOCSIS 3.0. позволяет "связывать" несколько физических каналов в один логический. Пакеты, принадлежащие одной службе могут рассылаться по всем объединенным физическим каналам.. При этом скорость передачи возрастает до 120 Мбит/с (или 160 мбит/c для EuroDOCSIS).
PacketCable – совокупность стандартов для сетей кабельных модемов. Они разработаны по инициативе Лаборатории CableLabs. Цель этих соглашений развить архитектуру сети для доставки двухсторонних мультимедийных услуг в реальном масштабе времени из "конца в конец", основанных на протоколах IP.
PacketCable базируется на основе систем кабельной сети DOCSIS 1 .1-и для DOCSIS 2.0. пакет спецификаций. PacketCable позволяет создать законченные решения для передачи трафика, который отправляется из кабельной сети или принимается в ней.
Сеть включает следующие компоненты: кабельный модем стандарта DOCSIS 1.1/2.0, CMTS стандарта DOCSIS 1.1/2.0, оконечный мультимедийный адаптер, сервер администрирования соединений, шлюзовой контролер, сервер фиксации соединений.
Одной из важнейших функциональных особенностей сети PacketCable является динамическое обеспечение требуемого качества услуг (DQoS). действия DQOS на все каналы прохождения услуги позволяет гарантировать доставку услуги с требуемым качеством и препятствует ее несанкционированному использованию другими лицами.

Задачи и упражнения

Что такое коллизия?
Предположим, что поступает большая нагрузка (трафик) на локальную сеть, использующую множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий, и кольцевую локальную сеть (Token Ring). В какой системе будет большая вероятность долгого времени передачи кадра? Почему?
Почему кадр в локальной сети Ethernet должен иметь минимальный размер?
Предположим, что длина кабеля в системе 10BASE5 2500 м. Если скорость распространения в тонком коаксиальном кабеле 200 000 км/с, какое время требуется для того, чтобы один бит переместился от начала сети к концу? Любые задержки в оборудовании не учитываются.
Используйте данные упражнения 4, чтобы найти максимальное время для обнаружения коллизии (конфликта) в наихудшем случае. Это случай, когда данные посылаются с одного конца кабеля, а коллизия происходит на другом конце. Помните, что сигналу надо пройти туда и обратно.
Скорость передачи данных 10BASE5 - 10 Мбит/с. Сколько времени понадобится, чтобы передать наименьший кадр? Подтвердите это расчетом.
Используйте данные упражнений 5 и 6, чтобы найти минимальный размер кадра Ethernet для номинальной работы при обнаружении коллизий.
Подуровень управления доступа к среде (MAC) Ethernet получает 42 байта от подуровня управления логическим каналом (LLC). Сколько байт заполнения должно быть добавлено к данным?
Подуровень управления доступа к среде (MAC) Ethernet получает 1510 байт от подуровня логического управления линией (LLC). Могут ли данные быть вставлены в кадр? Если нет, то, сколько кадров надо послать? Какова длина размера данных в каждом кадре?

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

Версия	Скорость downstream, Мбит/с	Скорость upstream, Мбит/с
DOCSIS 1.0 (EuroDOCSIS 1.0)	38(55)	2,5(2,5)
DOCSIS 1.1 (EuroDOCSIS 1.1)	38(55)	10(10)
DOCSIS 2.0 (EuroDOCSIS 2.0)	38(55)	30(30)
DOCSIS 3.0 (EuroDOCSIS 3.0)	160 и более (220 и более)	120 и более (120 и более)

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.