Transcript Capacitación HFC (1333248)

PLATAFORMA HFC CABLE MÓDEM
Arquitectura Red Bidireccional
Sint. digital
Red bidireccional
3-5 amplificadores máx.
Amplificador
bidireccional
Empalme
Cable módem
Cabecera
regional
Internet
ADM
STM-16 POS
Cabecera local
Anillo de fibra
(TV simplex, una fibra
datos full duplex,
2 fibras, SONET/SDH)
Conversor
fibra-coaxial
Nodo
de fibra
(500-2000
viviendas)
Receptor y
Modulador
ADM
125-500 viviendas pasadas
STM-1 POS
Fibra monomodo
Fibra multimodo
Cable Coaxial (75 )
Ethernet (10BASE-T)
Arquitectura Red Bidireccional
Señal modulada de
radiofrecuencia
Ethernet
10BASE-T
Cabecera regional
Backbone
operador
Red HFC
HFC
CMTS
(Cable Módem
Termination System)
Router
Cable
módem
PC
(o suiche)
Domicilio del usuario
Internet
Cabecera local
Proveedor de
contenidos
Transmisión de datos en la red



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
Espectro red HFC Bidireccional
5 MHz
40 MHz
54 MHz
BANDA DE
RETORNO
CANALES
T7 al T10
BANDA
BAJA
CANALES
2 al 6
88 MHz
Se utiliza para enviar señales
hacia cabecera (RETORNO)
RADIO FM
108 MHz
BANDA
MEDIA
CANALES
14 al 22
BANDA
ALTA
CANALES
7 al 13
SUPER
BANDA
CANALES
23 al 36
HIPER
BANDA
CANALES
37 al 61
174 MHz
216 MHz
CANALES DE TV
ANALOGICOS
300 MHz
450 MHz
CANALES DE TV
DIGITALES
(COMPRIMIDOS)
VIDEO
DIGITAL
600 MHz
750 MHz
DIRECTA
DATOS DIGIT.
Telefonía, PCS
DATOS DIRECTA
Distribución del espectro
Internet desc.
750-862 MHz
S/R 34-46 dB
Televisión digital
606-750 MHz
Sintonizador digital
Televisión analógica
96-606 MHz
28-65 MHz
S/R 25 dB
Internet asc.
Varios sintonizadores permiten
acceder simultáneamente a los
canales de TV y de datos.
Servicios clásicos (TV)
Servicios de datos (Internet)
Frecuencia
Cable módem
Técnicas de modulación
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


QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying
QAM: Quadrature Amplitude Modulation
Ancho de banda
Asc.
Desc.
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)
6 (NTSC)
5057
30342
6 (NTSC)
5361
8 (PAL)
6952
Caudal 256 QAM
(Kb/s)
42888
41712
55616
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
Capacidad teórica de la red


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/s
 Ascendente: 261 canales de 960 Kb/s: 250,6
Mb/s
Esta capacidad estaría disponible para cada
zona de la red HFC.
Esquema de una zona de red (Nodo)
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
(1)
(2)
(3)
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
Funcionamiento de la red

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.
Protocolo MAC




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 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’).
Esquema funcional DOCSIS
136.87.154.4/24
136.87.154.3/24
136.87.154.2/24
Canal descendente
30 Mb/s compartidos
136.87.154.5/24
Router por defecto
136.87.154.1/24
1024 Kb/s
A
B
CM1
512 Kb/s
128 Kb/s
C
CM2
64 Kb/s
Red HFC
Canal ascendente
2,56 Mb/s compartidos
256 Kb/s
D
CMTS
CM3
128 Kb/s
Main {
NetworkAccess 1;
ClassOfService {
ClassID 1;
MaxRateDown 128000;
MaxRateUp 64000;
PriorityUp 0;
GuaranteedUp 0;
MaxBurstUp 0;
PrivacyEnable 0;
}
Internet
DOCSIS vs OSI
OSI
DOCSIS
Aplicación
FTP, SMTP, HTTP, etc.
Transporte
TCP y UDP
Red
IP
Mensajes de
control
DOCSIS
Aplicac.
basadas
en MPEG,
ej. Video,
TV digital
IEEE 802.2
Enlace
MAC DOCSIS
Ascendente
TDMA (mini-slots)
Descendente
TDM (MPEG)
5-65 MHz
96-864 MHz (8 MHz/canal)
ITU-T J.83 Anexo A
Física
HFC
Cable Modem




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
Esquema funcional del Cable Modem
Caja de empalmes
Decodificador TV digital
Sintonizador
de RF
Demodulador
QAM-64/QAM-256
MAC
Emisor
de RF
Modulador
QPSK/QAM-16
Lógica de
control
Cable módem
Funciones 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.)
Estándares DOCSIS


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 (EuroDOCSIS) 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
Mejoras DOCSIS 1.1




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 2.0




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 3.0


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 3.0


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 3.0

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.