DOCSIS - технологический стандарт, который первоначально был создан для предоставления высокоскоростной передачи данных по гибридным оптически-коаксиальным сетям Северной Америки. DOCSIS стал весьма популярным стандартом и получил известность по всему миру как самая высокоскоростная технология доступа за последние несколько лет.
Стандарт успел пройти несколько этапов взросления. Первым был DOCSIS 1.0, чуть позднее –DOCSIS 2.0, а на сегодняшний день в ряде стран (например, США, Нидерланды, Канада, Сингапур) уже используется DOCSIS 3.0, который позволяет увеличивать скорость передачи данных до 150 Мбит/сек или до 300 Мбит/сек в прямом канале (к абоненту) и 120 Мбит/сек в обратном канале за счет параллельного использования сразу нескольких каналов DOCSIS 2.0. Это выше, чем любой существующий на сегодня стандарт передачи данных для массового пользователя.
О технологии DOCSIS 3.0
Технология DOCSIS 3.0 была разработана компанией Cable Television Laboratories и впервые представлена в 2007 году главой американского кабельного провайдера Comcast Брайан Робертс на выставке The Cable Show.
С 2010 года DOCSIS 3.0 пришел и в Украину. Пока этот стандарт внедрен только компанией ВОЛЯ (другие провайдеры работают в основном на DOCSIS 1.0 и DOCSIS 2.0). В частности, в марте этого года компания ВОЛЯ представила линейку пакетов для бизнес-клиентов.
Отличия технологии DOCSIS 3.0 от DOCSIS 2.0
Для передачи данных в технологии DOCSIS 3.0используется не один канал передачи, а одновременно четыре. До появления стандарта DOCSIS 3.0 полоса на одного пользователя в Downstream-канале составляла примерно не более 25 Мбит/с, в Upstream-канале - не более 10 Мбит/с. Главное отличие от DOCSIS 2.0 в том, что в DOCSIS 3.0 каналы на кабельном модеме можно объединять, тем самым увеличивая скорость доступа в четыре раза.
Еще несколько преимуществ последней версии DOCSIS’а:
· поддержка интернет-протокола IPv6 (создан для решения проблемы с нехваткой IP-адресов по протоколу IPv4 и сегодня активно тестируется и внедряется в Украине и за рубежом);
· поддержка многоадресной (multicast) передачи данных;
· возможность шифрования трафика модема по алгоритму AES (Advanced Encryption Standard) с применением 128 битных ключей, благодаря чему повышается уровень безопасности при использовании Интернета, и многое другое.
Преимущества DOCSIS 3.0
Главным преимуществом данной технологии является повышенная пропускная способность канала. Тарифные пакеты, которые мы предлагаем по технологии DOCSIS 3.0, позволяют обеспечить входящую скорость доступа до 150 Мбит/с. Фактическая скорость будет в 2-3 раза выше, чем при использовании технологии DOCSIS 2.0.
Оборудование для подключения по технологии DOCSIS 3.0
Для того, чтобы воспользоваться данными пакетами, необходим модем, поддерживающий стандарт DOCSIS 3.0. Уже представлены 2 модема, которые можно купить или же взять в пользование у компании ВОЛЯ:
Датский телеком-гигант TDC проводит активную работу по модернизации старого коаксиального кабеля телевизионной сети, чтобы получить возможность доставлять в жилые дома высокоскоростной интернет. Как отмечает технический директор компании Карстен Брайдер, технологии уже сейчас позволяют поставлять кабельное телевидение со скоростью 3,6 Gbps, а спустя некоторое время реальностью станет цифра в 10 Gbps.
В TDC считают, что нашли уникальное решение по организации быстрого широкополосного доступа по всей Дании. При этом компания сможет сэкономить гигантские средства на пути к осуществлению своей цели. Как и большинство операторов фиксированной связи по всему миру, в TDC знают, что протяжка "оптики" в каждый дом - это едва ли не единственное верное решение, дабы сверхбыстрая широкополосная связь достигла каждого дома. Однако тянуть волокно в каждый дом - накладно дело.
К счастью для TDC, у оператора есть богатое наследство в виде коаксиальной сети кабельного телевидения, которая уже сейчас поставляет программные каналы для 1,4 млн. домохозяйств по всей Дании.
В настоящее время TDC уже существенно продвинулась в ее модернизации. При этом усовершенствование не касается непосредственно коаксиального кабеля - на входе в дома устанавливается электроника, способная разогнать широкополосный доступ до очень приличных скоростей. В планах TDC использовать собственную кабельную сеть телевидения в качестве основы общенациональной сети, которая будет поставлять широкополосный доступ на скорости 1 Gbps для большинства семей в Дании до конца 2017 года, а возможно и со скоростью 10 Gbps со временем. По прогнозам оператора, первые дома должны получить 1 Gbps с начала декабря 2016 года.
В компании отмечают, что в ближайшем будущем сеть кабельного телевидения TDC будет основным поставщиком высокоскоростного интернета пользователям оператора, в отличие от уже существующей волоконно-оптической сети, которая сможет обеспечить лишь 10% домов.
Быстрее и дешевле, чем волокно
"Коаксиальный кабель может передавать сигнал с гораздо большей скоростью, чем оптика, - отмечает Карстен Брайдер. - GPON имеет максимальную скорость 2.4 Gbps, а для коаксиального кабеля сети TDC мы используем последнюю реализацию DOCSIS".
Демонстрация DOCSIS 3.1
Аббревиатура DOCSIS вряд ли оставит в недоумении людей близких к телекому, но все же разъясним для полноты картины. Стандарт, который вот уже почти двадцать лет используют операторы по всему миру, 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, 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.
Собственно версий DOCSIS существует несколько:
- DOCSIS 1.0
- DOCSIS 1.1
- DOCSIS 2.0
- DOCSIS 3.0
- DOCSIS 3.1
DOCSIS может стать настоящим "золотым ключиком" к дверям потенциальных абонентов, ведь при грамотно построенной коаксиальной сети, покрывающей значительную площадь, этот стандарт может стать настоящим стартом, который не потребует серьезных вмешательств в физику процесса.
Именно такая развитая сеть коаксиального кабеля есть в наличии у TDC, которые одни из первых начали внедрять DOCSIS 3.1 на своих сетях.
"DOCSIS 3.0 позволяет достигать скорости в 3.6 Gbps, а с DOCSIS 3.1 в конце этого года мы сможем предлагать нашим абонентам 10Gbps", - говорит Брайдер. Это означает, что компания имеет сеть, поддерживающую услуги, которые в четыре раза быстрее, чем GPON.
Модем для работы в стандарте DOCSIS 3.1 ASKEY-TCG310
К слову, еще в сентябре 2015 года немецкая компания Unitymedia также начала активную работу по подготовке своих сетей к внедрению DOCSIS 3.1, наметив коммерческое использование стандарта также на 2016 года. Опыт DOCSIS есть и у российских операторов, однако широкого распространения у нас в стране стандарт не получил.
Но вернемся все же к нашим датчанам.
Датский Ростелеком
TDC уникален в своем роде, потому как имеет обширную сеть фиксированной телефонной связи и сеть кабельного телевидения. Такое богатство досталось оператору благодаря глобальному объединению региональных телефонных компаний в национального оператора Tele Danmark в 1995, наследником которого в итоге стал TDC.
Кабель был очень популярен в Дании. Причина, как и в большинстве других центров кабельного телевидения в Европе и Северной Америке в то время, в том, что потребителю хотелось больше каналов. Так, например, в свое время, сельские жители США подключали кабельное ТВ, чтобы получать услуги от крупных городов, находящихся поблизости, и иметь возможность увидеть каналы к югу от границы штатов. Датчане хотели того же самого - более широкого выбора ТВ-каналов.
До 1988 года в Дании существовал лишь один телевизионный канал и, естественно, что такое положение вещей не совсем устраивало телевизионную аудиторию страны, которая начинала желать гораздо большего количества развлекательных программ, а значит больше каналов.
В результате появились обширные телевизионные сети коаксиального кабеля, что позволило датчанам смотреть каналы из соседних Германии и Швеции. Эта обширная сеть теперь в ведении TDC, а значит "датский ростелеком" обладает гигантским потенциалом для организации широкополосного доступа практически по всей стране без значительных вложений в монтаж волоконно-оптических сетей.
Процесс модернизации
"Мы взаимодействуем с телевидением абонентов, а это обязывает нас быть осторожными. В конечном итоге модернизация сети приведет к существенному снижению затрат компании, несмотря на то, что у нас достаточно расходов, связанных с управлением существующие DOCSIS, поскольку сеть была построена несколько десятилетий назад и ее качество оставляет желать лучшего", - отмечает Брайдер.
По его словам, модернизированная сеть будет децентрализована, в отличие от сегодняшней архитектуры сети.
"Сейчас мы имеем очень централизованную архитектуру сети, поэтому мы вынуждены будем осуществлять ее децентрализацию. Это значит, что наш клиент будет находиться ближе к сети, что позволит передавать сигнал с более высокой скоростью. К тому же новая сеть - это снижение затрат на техническое обслуживание", - считает Брайден.
Новый проект в корне меняет и маркетинговую стратегию компании. Многие устаревшие продукты уже не имеют прежней рентабельности, поэтому от них в компании планируют отказаться. Потребительские же предложения, такие как DSL, кабель, волокно или мобильная связь будут представлены под единым брендом YouSee.
Стремительное развитие стандарта DOCSIS в Дании и модернизация устаревших кабельных сетей под требования современного потребителя яркий пример того, как можно в разы улучшить качество предоставляемых услуг при этом снижая затраты на вложения и последующее техническое обслуживание сетей.
Примечательно, что датский телеком-гигант далеко не единственный европейский оператор, кинувший взор на стандарт DOCSIS 3.1. Помимо TDC свои сети к переходу на новый стандарт подготавливают такие гиганты, как Telenet и Altice.
Согласно исследованию, проведенному аналитическим агентством ABI, в Европе к 2017 году число домохозяйств, использующих технологию DOCSIS 3.1, достигнет 9 миллионов человек. Тем более что многие известные разработчики уже имеют оборудование готовое к эксплуатации.
"В конце концов, для домохозяйств и компаний, уже имеющих подключение к кабельному интернету, экономически гораздо выгоднее провести модернизацию кабельных технологий, а не переключаться на оптико-волоконные сети. И это даёт технологии DOCSIS 3.1 чёткие преимущества на рынке. Если заглядывать дальше в будущее, можно отметить, что продолжение развёртывания сверх-широкополосных сетей открывает перед кабельными операторами возможность полного перехода в сети DOCSIS к использованию технологии IPTV, отказавшись от устаревшей вещательной технологии QAM. Впрочем, ни один из крупных операторов пока официально не начал изучать такую возможность", - считает управляющий директор и вице-президент ABI Research Сэм Роузен.
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.
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.
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.