Кабельный модем: принцип работы, стандарты DOCSIS и архитектура HFC сети

Принцип работы и архитектура системы кабельных модемов. Кабельный модем — это устройство, обеспечивающее высокоскоростной доступ в сеть Интернет через инфраструктуру гибридной сети кабельного телевидения. На стороне абонента он подключается к телевизионному выходу, а со стороны провайдера используется специализированное оборудование — Терминальная система кабельных модемов (CMTS – Cable Modem Termination System). Функционально кабельный модем аналогичен оборудованию проводной локальной сети (LAN – Local Area Network), выступая в роли сетевого интерфейса. Скорость передачи данных через кабельный модем варьируется в широком диапазоне, как правило, от 3 до 50 Мбит/с, а расстояние передачи может превышать 100 км. Ключевой особенностью архитектуры является то, что CMTS может общаться со всеми подключенными модемами, но прямого обмена данными между самими модемами не происходит; весь трафик маршрутизируется через головную станцию, как показано на Рис. 12.2.

Рис. 12.2. Система кабельных модемов

Эволюция и стандартизация технологий. Первые поколения кабельных модемов представляли собой проприетарные запатентованные системы, не совместимые друг с другом. Ситуация изменилась с появлением открытых международных стандартов. В США и ряде других стран доминирующим стал стандарт DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification), версии 1.0/1.1, известный также как MCNS. В Европе изначально разрабатывался стандарт DVB/DAVIC. Совместимость оборудования разных производителей обеспечивается строгим следованием одному из этих стандартов. Ранняя версия DOCSIS 1.0 предписывала использование исключительно интерфейса Ethernet на 10 Мбит/с, тогда как DVB/DAVIC был более открытым. Позднее, в версии DOCSIS 1.1, поддержка интерфейсов была расширена, включив Универсальную последовательную шину (USB – Universal Serial Bus).

Региональные особенности и структура гибридной сети HFC. Американский стандарт DOCSIS был адаптирован для европейских требований, что привело к появлению модификации Euro-DOCSIS. Ключевое отличие заключается в том, что в Euro-DOCSIS нисходящий поток кодируется в соответствии со стандартом MPEG для совместимости с европейскими системами цифрового телевещания, что отражено в Таблице 12.1. Большинство современных сетей кабельного телевидения представляют собой гибридные оптоволоконно-коаксиальные сети (HFC – Hybrid Fiber-Coaxial). В таких сетях сигнал передается по оптоволоконному кабелю от CMTS до узла в районе абонентов, где происходит его преобразование из оптического в электрический для последующей передачи по коаксиальному кабелю непосредственно в жилые помещения. Одна система CMTS способна одновременно обслуживать до 2000 абонентских модемов на одном телевизионном канале.

Таблица 12.1. Кабельный модем стандарта DOCSIS

Типы модемов и интерактивные телевизионные приставки. Конструктивно кабельные модемы делятся на внешние и встроенные. Внешний модем подключается к компьютеру через интерфейс Ethernet (позволяя объединить несколько устройств) или USB (для подключения одного ПК). Встроенный модем выполняется в виде платы расширения, устанавливаемой внутрь настольного компьютера, но он не обеспечивает гальванической развязки от сети питания, что в некоторых странах ограничивает его использование по техническим или законодательным нормам. Отдельным классом устройств является интерактивная телевизионная приставка, которая, по сути, также представляет собой кабельный модем. Её основная функция — предоставление увеличенного количества телеканалов за счет цифрового кодирования, а также обеспечение обратного канала связи (часто через телефонную линию) для доступа в Интернет и работы с электронной почтой с использованием телевизора в качестве дисплея.

Бизнес-модель и роль оператора. Оператор кабельного телевидения, предоставляя услугу доступа в Интернет через кабельный модем, взимает с абонентов плату за подписку. При этом он принимает на себя роль Поставщика интернет-услуг (ISP – Internet Service Provider), отвечая не только за физический канал связи, но и за предоставление доступа к глобальной сети, поддержку учетных записей и оказание технической поддержки пользователям. Эта бизнес-модель позволяет провайдерам предлагать комплексные пакетные решения, включающие телевидение, телефонную связь и высокоскоростной Интернет.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Шемякин А. Н., Прудыус А. С. и др.

Источник: Публикации представляет собой компиляцию из открытых источников, описывающих принципы работы ранних систем беспроводной связи (DECT, PACS, PHS). Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети и высоковольтных линий электропередачи

Публикации предназначены для подготовки и повышения квалификации специалистов, обслуживающих электроснабжение железных дорог, студентов и начинающих специалистов в области телекоммуникаций, радиотехники и электроники.