DOCSIS标准(陈柏年)

P H Y L a y e r
C S M TI S N
H F C
C M C I
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交互式有线电视传输系统
• 交互式有线电视传输系统的双向数据业务， 其实就是在CMTS与CM之间的数据通信业务。 • 系统的主要功能：在前端与用户端之间透明 地传输因特网协议（IP）信息包。 1. CMTS和CM是作为IP协议和逻辑链路控制 （LLC）处理的主机来运行的。 2. 协议堆栈三层结构：从下到上，构成网络的 物理层、数据链路层和网络层。 3. 在网络传输接口两层上结构：仅有物理层和 数据链路层。
• DOCSIS --电缆数据业务接口规范（ Data Over Cable Service Interface Specification ） ，是在Cable上传输数 据的接口协议
• Cable lab --美国有线电视实验室，代表 MCNS, 开发并 管理DOCSIS标准 • MCNS -- 多媒体Cable 网络系统, 主要包括北美有线 电视运营商及一些设备供应商
DOCSIS MAC
上行 TDMA (mini-slots)
物理层
5-65 MHz (QPSK or 16QAM)
HFC
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DOCSIS系统的协议模型
DHCP TFTP SNMP SMTP TOD UDP IP 协议 数据链路加密 媒质接入控制 HTTP FTP Telnet TCP 通 用 的 网 络 协 议 DO CS I S制 定 的 协 议
• 上行入侵噪声
分组的分段和合段 为改进安全“基线 加密+” 私有“下一情报” 的特征，如：
• 线速操作 • 可靠性 • 高端口密度
消除
• 上行和下行数
据流更宽带宽 以及多更状态 的QAM调制
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HFC网三种上行噪声类型
Additive White Gaussian Noise (AWGN)- continuous & random with an infinite frequency range加性高斯白噪声（连续和随机）
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DOCSIS系统参考结构模型
CM 终 端 系
统网络侧接 口 （ CMTSNSI）
CMTS
混合器
本地 服务 设备
数字电视信号
前端
光发
电缆调制解调 器终端系统下 行 RF 信 号 接 口
网络终端
调制
HFC网 络平台 光节 点
电缆调制解调器 射频端接口
下行 = >54 MHz
LAN
分路器
操作支持接 口 系 统
声 V(t)
Time t
V(f) Freq f 19
DOCSIS 1.0主要定义的八个规范
（1）射频接口（RFI）规范 （2）安全系统接口（SSI）规范 （3）CM终端系统-网络侧接口（CMTS-NSI）规 范 （4）CM与用户端设备接口（CM-CPEI）规范 （5）操作支持系统接口（OSSI）规范 （6）电缆电话回传接口（CM-TRI）规范 （7）可拆装安全系统接口（RSMI）规范 （8）基线加密接口（BPI）规范
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有线电视传输数据的参考结构
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DOCSIS三类接口
1.CMTS—NSI接口：前端的CMTS与数据网络边界 （Network Side Interface-NSI）之间的接口。 2.DOCS—OSSI接口：前端CMTS与操作支持系统间的接 口。 3.射频接口： （1）CMTS与HFC网络间的上下行射频接口； （2）HFC与CM间的射频接口； （3）安全及接入控制系统接口。 •作用：通过对三类接口概念的描述，即与外部边界的接 口和内部各系统间的RF接口及网络管理系统接口的描述， 奠定了在CMTS与各CM之间的交互式数据通信系统的规 范。 9
– – – – （l）一般MAC帧格式。 （2） MAC标头格式。 （3）基于分组的MAC帧。 （4）MAC专用标头。
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一般MAC帧格式
•
1. 2. 3.
上、下行采用相同的帧格式
由物理层开销或下行的MPEG PSI标头、MAC标头和PDU数据 三部分组成。PMD开销包括前同步信号、上行的同步模式。 MAC信息标头：描述跟在后面的PDU数据的格式以及PDU是否 存在，因而它唯一地说明了MAC帧的内容。 PDU（Packet Data Unit）数据：装载分组数据单元。
V(t) Time t V(f) Freq f
Impulse (Burst) Noise- short in duration (100nsec-100msec), but possibly periodic, and with a broad frequency range… ex: motor contacts突发性脉冲噪
V(t)
Time t
V(f)
Freq f
Ingress Noise- continuous (or lengthy in duration) with a narrow frequency range (up to 100 kHz wide)… ex: 60 Hz power line hum侵入噪声
• 电缆调制解调器(CM)
• TCP/IP数据规范
- 可经SNMP（Simple Network Managemant Protocol 简易网 络管理协议）进行远程管理
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DOCSIS Evolution演变
粗略观察
DOCSIS 版本 DOCSIS 1.0 (0.32-10 Mbps u/s) (30-42 Mbps d/s)
Internet 骨干网 (OSSI)
解调
光收
电缆调制解调 器终端系统 上 行 RF 信 号 接口
CM
基线加密系统(BPI)
电缆网络
CPE
操作支持服 务器
安全和接入 控制器 上行信 号
上行 = <42 MHz
Cable Modem 到 CPE 接口 (CMCI)
远程服务设备
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HFC网络中数据在设备中的流向
CMTS
S g Ne Mt P / A n T H EC F C /G T P Ll t P / / DI O T M i e n TD C/ PI /P U P
CM
S g Ne Mt P / A n T H EC F C /G T P Ll t P / / DI O T M i e n
TD C/ PI /P U P 8D 0 I 2X . 2 / 8D 0I 2X . 2 / . 2 / rp ar n n 2I s t0 X e i n g D o/ a u tR a t L L C Ta 8D L L C L C Ta rp ar nn s t e Bg L ri in d g L i n k L Bg i n ri ki n d g L i n k Sy e c u r i t Sy e c u r i t 8D 0 I 2X . 3 / L a y e r CA a C b l e M M A C CA a C b l e M Dr oe wm or n s t a De wm n s t a T i rm at n s T i rm at n s Cg oe nn v c Cg e e oe r nn v c e e r CH a Y b l e P CH a Y b l e P 8 0 2 . 3 B a s T 1e 0-
《广电宽带城域网技术》 系列讲座
DOCSIS标准介绍 陈 柏 年
2004年5月
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DOCSIS-基本框架
DOCSIS 1.1 增加了 QoS
最早的RF DOCSIS1.0规范
Wide-Area Network CMTS Network Side Interface Cable Modem Termination System CMTS
Customer Premises Equipment
广域网
WAN CMTS 网络侧 接口 CMTSNSI
CMTS 通过系统 透明传送 IP分组
CM CM用 户侧设 备接口 CMCI
用户 侧设 备
CPE
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关键名词
• CMTS 统 • CM --线缆调制解调器（ Cable Modem ）头端系 --线缆调制解调器Cable Modem
Biblioteka Baidu 协议模型说明
1. CMTS和CM是作为IP协议和逻辑链路控 制（LLC）处理的主机来运行的。 2. 协议堆栈从下到上，构成网络的物理层、 数据链路层、网络层。 3. 在网络传输接口上，仅有物理层和数据 链路层。
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（3）MAC帧格式
• MAC帧：指的是数据链路层的两个或多个实体 间 数 据 交 换 的 单 元 。 MAC 帧 即 是 MAC 子 层 CMTS 与CM之间数据传送的基本单元，因而 必须对MAC帧的格式作统一规定。
• 更多的层级业务 • 改进的抗干扰度使用带
宽 • 改进的管理
• 黑客验证
权
DOCSIS 2.0 (0.32-30 Mbps u/s) (30-42 Mbps d/s)
上行强制S-CDMA/ ATDMA • 对称业务 & 上行抗干 扰度 改进的前向纠错 FEC (T=16) 提供 FEC ATDMA 字节的交织 • 更强的上行抗干扰度 17 在CM中24-分支头的预均衡
关键特征
• 标准的层级业务 • 特性的标准化 • 基本的前向纠错 FEC (T=10)
获得好处
• 低成本，低功率的 CM • 高速 Internet 访问 • 对噪声误码纠正
DOCSIS 1.1 (0.32-10 Mbps u/s) (30-42 Mbps d/s)
• • • • •
• • • •
QoS & IP多 播 在CM中8-分支头的预均衡 Frag, Concat, PHS Security w/ SNMPv3 MIB中新的数目滤波， CM授
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DOCSIS 协议层 与OSI 协议层的比较
OSI
高层 传输层 网络层 数据链路层
DOCSIS Data Over Cable
Applications TCP or UDP IP IEEE 802.2 MPEGDOCSIS based Control applics, Messages e.g. Video 下行 TDM (MPEG) 8 MHz ITU-T J.83 Annex A
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下行
汇聚子层 (MPEG- 2)
物理层
传输
DOCSIS网络接口
• 电缆调制解调器局端系统 (CMTS)
- MCNS（多媒体网络系统）在前端的硬件设备 - 网络接口: 10BaseT, 100BaseT, ATM, HSSI，双 1000BaseSX 或 1000BaseLX，单70Km 1000BaseLX - MCNS在用户端的硬件设备 - 与PC的接口: 以太网 10BaseT接口，10/100BaseT接 口，USB接口
DOCSIS Evolution演变
深入观察
DOCSIS 1.0 DOCSIS 1.1 DOCSIS 2.0
• • •
基本电缆数据标准 没有QOS性能 基线加密
• • • • •
完全的DOCSIS 1.0 能力加强 对分层数据改进的
QOS
• • • •
完全的DOCSIS 1.1能力加强 增加上行带宽 上行噪声的缓解 私有“下一情报” 的特征，如：
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DOCSIS V1.1
• 1999年MCNS又发布了DOCSIS V1.1版本，为 V1.0的扩展。 • 增加部分：
（1）适用于上行和下行带宽的动态QoS（动态带宽分 配机制）; （2）在上行中提供CMTS控制的分段数据包; （3）用有效负载标头压缩提高上行和下行带宽的使 用效率； （4）支持VoIP等对延时敏感的多种业务等多方面的 规范。
Primary focus of DOCSIS 1.0 RF Specification
Cable Network
Cable Modem (CM)
CM Customer Premises Equipment Interface
Transparent IP Traffic Through the System
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MAC的管理功能
（1）初始化、预备及开播管理 ：这是每一个CM（NIU ／STB）都必须在开机后完成的程序。该程序是在INA （交互网络转接器）与NIU（网络接口单元）之间周 期性进行的（只要NIU／STB开机即可），没有信息主 体的运行，仅作连接前的准备。 （2）连接管理：这是在完成初始化、预订和开播程序后， 在INA与NIU之间建立连接的管理程序。 （3）链路管理：任务是对上行资源的连续监视和优化。 即包括功率和定时管理，固定速率的分配管理，信道 误差的管理。