PLATAFORMA HFC CABLE MÓDEM. Cabecera regional Anillo de fibra (TV simplex, una fibra datos full...
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PLATAFORMA HFC CABLE MÓDEM
Cabeceraregional
Anillo de fibra(TV simplex, una fibra
datos full duplex, 2 fibras, SONET/SDH)
Cabecera local
Receptor y Modulador
Internet
Nodode fibra
(500-2000viviendas)
Empalme
Fibra monomodo
Cable Coaxial (75 )
Amplificadorbidireccional
125-500 viviendas pasadas
Red bidireccional3-5 amplificadores máx.
Conversorfibra-coaxial
Cable módem
Ethernet (10BASE-T)
ADMADM
STM-1 POS
ADMADM STM-16 POS
Fibra multimodo
Sint. digital
Arquitectura Red BidireccionalArquitectura Red Bidireccional
Señal modulada de radiofrecuencia
PC(o suiche)
Cablemódem
Red HFCHFC
Backboneoperador
Internet
CMTS(Cable Módem
Termination System)
Ethernet10BASE-T
Domicilio del usuario
Cabecera local
Router
Cabecera regional
Proveedor decontenidos
Arquitectura Red BidireccionalArquitectura Red Bidireccional
Sentido descendente: datos modulados en portadora analógica de un canal de televisión de 6 MHz (NTSC) u 8 MHz (PAL) normalmente en la zona de altas frecuencias
Sentido ascendente: se utilizan las bajas frecuencias, no empleadas normalmente en HFC. Los canales pueden tener anchuras de 0,2 a 6,4 MHz
El sentido ascendente es más problemático. Razones: Banda de RF más ‘sucia’ (interferencias, emisiones de onda
corta, radioaficionados, etc.) Ruido e interferencia introducido por todos los usuarios de la
zona (efecto ‘embudo’). Esto obliga a limitar el número máximo de usuarios y amplificadores en cascada en cada zona
Transmisión de datos en la redTransmisión de datos en la red
BANDA DE RETORNO
BANDA BAJA
RADIO FM
BANDA MEDIA
BANDA ALTA
SUPER BANDA
HIPER BANDA
VIDEO DIGITAL
DIRECTA DATOS DIGIT.
40 MHz
5 MHz
54 MHz
88 MHz
108 MHz
174 MHz
216 MHz
300 MHz
600 MHz
450 MHz
750 MHz
Se utiliza para enviar señales hacia cabecera (RETORNO)
CANALES DE TV ANALOGICOS
CANALES T7 al T10
CANALES 2 al 6
CANALES 14 al 22
Telefonía, PCS
CANALES 37 al 61
CANALES 23 al 36
CANALES 7 al 13
CANALES DE TV DIGITALES
(COMPRIMIDOS) DATOS DIRECTA
Espectro red HFC BidireccionalEspectro red HFC Bidireccional
Servicios clásicos (TV)Servicios clásicos (TV)Servicios de datos (Internet)Servicios de datos (Internet)
Televisión digital
Internet desc.
Televisión analógica
Fre
cuen
cia
Internet asc.
Sintonizador digital
Varios sintonizadores permitenacceder simultáneamente a los
canales de TV y de datos.
Cable módem
28-65 MHzS/R 25 dB
96-606 MHz
606-750 MHz
750-862 MHzS/R 34-46 dB
Distribución del espectroDistribución del espectro
QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude Modulation
Modulación Sentido Bits/símb. S/R mínima
Bits/símb.
Shannon
QPSK Asc. 2 > 21 dB 7
16 QAM Asc. 4 > 24 dB 8
64 QAM Asc./Desc. 6 > 25 dB 8,3
256 QAM Desc. 8 > 33 dB 10,9
Técnicas de modulaciónTécnicas de modulación
Debido al overhead introducido por el FEC (Forward Error Correction) y otros factores los caudales netos son aproximadamente un 10-15% menores que los brutos
Anchura
(KHz)
Ksímb/s Caudal QPSK (Kb/s)
Caudal 16 QAM (Kb/s)
Caudal 64 QAM (Kb/s)
200 160 320 640 960
400 320 640 1280 1920
800 640 1280 2560 3840
1600 1280 2560 5120 7680
3200 2560 5120 10240 15360
6400 5120 10240 15360 30720
Anchura (MHz) Ksímb/s Caudal 64 QAM (Kb/s) Caudal 256 QAM (Kb/s)
6 (NTSC) 5057 30342
6 (NTSC) 5361 42888
8 (PAL) 6952 41712 55616
Asc.
Desc.
Ancho de banda Ancho de banda
Suponiendo que se utilizara exclusivamente para transmitir datos, la capacidad máxima de una red HFC sería:Descendente: 96 canales de 55,6 Mb/s:
5,338 Gb/sAscendente: 261 canales de 960 Kb/s: 250,6
Mb/s Esta capacidad estaría disponible para cada
zona de la red HFC.
Capacidad teórica de la redCapacidad teórica de la red
Canal Descendente (854- 862 MHz) 41,7 Mb/s compartidos por 3 usuarios
(1) (2) (3)
Un canal ascendente – (29,7–31,3 MHz)
2,56 Mb/s compartidos por 3 usuarios
(3)(1) (2)
Dos canales ascendentes (29,7-31,3 y 31,3-32,9 MHz)
2,56 Mb/s compartidos por usuarios 1 y 3
2,56 Mb/s dedicados al usuario 2
Esquema de una zona de red (Nodo)Esquema de una zona de red (Nodo)
Medio broadcast, canales ascendente y descendente compartidos por cada zona, como una LAN, pero: Canal descendente: solo el CMTS puede
transmitir, todos los cable módems reciben. Canal ascendente: todos los cable módems
pueden transmitir, pero solo el CMTS recibe. Dos cable módems no pueden hablar
directamente (aunque estén en la misma zona); solo pueden comunicarse a través del CMTS del que dependen.
Funcionamiento de la redFuncionamiento de la red
La red HFC es un medio broadcast: cada cable módem recibe todo el tráfico descendente, vaya o no dirigido a él.
Cada cable módem (y el CMTS) recibe una dirección MAC IEEE 802 globalmente única (48 bits) que le identifica.
Está prevista la posibilidad de encriptar el tráfico (DES 56 bits) por razones de seguridad. La encriptación es opcional
Es posible realizar emisiones multicast.
Protocolo MACProtocolo MAC
En descendente el CMTS es el único que emite, por tanto no hay conflicto.
En ascendente los cable módem comparten el canal. Cuando un cable módem quiere transmitir pide permiso al CMTS que le da ‘crédito’ para que emita una cantidad de bits, de acuerdo con la disponibilidad y el perfil que tiene asignado el cable módem.
Se puede producir una colisión solo cuando el cable módem manda el mensaje de petición (pero no cuando esta usando su ‘turno de palabra’).
Protocolo MACProtocolo MAC
Canal descendente30 Mb/s compartidos
128 Kb/s1024 Kb/s 256 Kb/s
512 Kb/s 64 Kb/s 128 Kb/s
Canal ascendente2,56 Mb/s compartidos
CMTS
Red HFC
CM2
Router por defecto136.87.154.1/24
136.87.154.2/24136.87.154.3/24
136.87.154.5/24
136.87.154.4/24
A BC D
CM3CM1
Internet
Main {NetworkAccess 1;ClassOfService {ClassID 1;MaxRateDown 128000;MaxRateUp 64000;PriorityUp 0;GuaranteedUp 0;MaxBurstUp 0;PrivacyEnable 0;}
Esquema funcional DOCSISEsquema funcional DOCSIS
OSI DOCSIS
Aplicación
Transporte
Red
Enlace
Física
FTP, SMTP, HTTP, etc.
TCP y UDP
IP
IEEE 802.2
MAC DOCSIS
HFC
5-65 MHz96-864 MHz (8 MHz/canal)
ITU-T J.83 Anexo A
AscendenteTDMA (mini-slots)
DescendenteTDM (MPEG)
Mensajes de control DOCSIS
Aplicac. basadas
en MPEG, ej. Video, TV digital
DOCSIS vs OSIDOCSIS vs OSI
El CM se conecta al ordenador normalmente mediante Ethernet (10BASE-T). Así se consigue una interfaz de alta velocidad a bajo costo y una clara separación usuario-red.
Puede actuar como puente transparente o como router IP.
Se pueden conectar varios PCs a través de un mismo CM (algunos CM llevan hub incorporado).
Hay cable módems conectables por USB y también (aunque muy raros) módems internos
Cable ModemCable Modem
Sintonizadorde RF
Ló
gic
a d
eco
ntr
ol
MAC
DemoduladorQAM-64/QAM-256
ModuladorQPSK/QAM-16
Emisorde RF
Cable módem
Decodificador TV digitalCaja de empalmes
Esquema funcional del Cable ModemEsquema funcional del Cable Modem
Captar/generar señal de Radiofrecuencia Modular/demodular los datos Generar/verificar la información de control de
errores (FEC) Encriptar/desencriptar la información (opcional) Respetar protocolo MAC en Upstream Gestión y control del tráfico (limitación de
caudal, número de ordenadores conectados, etc.)
Funciones del Cable ModemFunciones del Cable Modem
Inicialmente varios estándares diferentes. Actualmente todos los sistemas HFC utilizan estándares desarrollados por un consorcio de operadores de cable llamado DOCSIS (Data-Over-Cable Service Interface Specification) que ha sido adoptado por la ITU-T.
DOCSIS: desarrollo original 100% USA. Caso europeo (Euro-DOCSIS) contemplado a posteriori (solo cambia nivel físico)
Estándar
DOCSIS
Fecha aprobación
1.0 3/1997
1.1 4/1999
2.0 1/2002
3.0 Pendiente
Estándares DOCSISEstándares DOCSIS
Fragmenta paquetes grandes para impedir que un usuario monopolice el canal ascendente. Si coexisten cable módems DOCSIS 1.0 y 1.1 los primeros no fragmentan y se comportan como ‘malos ciudadanos’.
Incorpora funciones de priorización (QoS). Permite utilizar VoIP (telefonía) gracias a la
QoS y la fragmentación La mayoría de los CMs ctuales están ya
preparados para DOCSIS 1.1, normalmente mediante un upgrade de firmware.
Mejoras DOCSIS 1.1Mejoras DOCSIS 1.1
Mejora capacidad ascendente respecto a DOCSIS 1.x (incorpora 64 QAM y canales de 6,4 MHz)
Llega a 30 Mb/s en asc. permitiendo servicios simétricos
Mejora corrección de errores (interleaving y FEC más robusto). Un CMTS 2.0 consigue mejorar también el rendimiento de cable módems 1.x
Orientado a ofrecer servicios de gran capacidad a entornos empresariales.
Mejoras DOCSIS 2.0Mejoras DOCSIS 2.0
Posibilidad de efectuar ‘channel bonding’ (agregación de enlaces)
La principal mejora que trajo DOCSIS 3 es la posibilidad de utilizar varios canales en paralelo. Cada canal tiene 6 Mhz de ancho y en función del tipo de modulación utilizada pueden transportar hasta 40 Mbps individualmente. La velocidad total vendrá definida entonces por la suma de la capacidad individual de cada uno de los canales utilizados.
Mejoras DOCSIS 3.0Mejoras DOCSIS 3.0
DOCSIS 3 aumenta su capacidad a 320Mb en las redes de cable
Los primeros chipsets para DOCSIS 3 venían equipados con cuatro canales para la bajada y dos para la subida. La especificación no limita el número de canales que pueden utilizarse, aunque cada nuevo canal que se añada tendrá que tener una frecuencia más alta y ya sabemos que a frecuencias más altas, aumentan los problemas de atenuación y ruido.
Mejoras DOCSIS 3.0Mejoras DOCSIS 3.0
La segunda generación de chips DOCSIS 3 con soporte para 8 canales de bajada y 4 de subida. Esto les da capacidad para transportar hasta 320Mb de bajada y 160 de subida.
Mejoras DOCSIS 3.0Mejoras DOCSIS 3.0