PLATAFORMA HFC CABLE MÓDEM

1. PLATAFORMA HFC CABLE MÓDEM

2. Arquitectura Red Bidireccional Sint. digital Red bidireccional 3-5 amplificadores máx. Amplificador bidireccional Empalme Cable módem Cabecera regional Internet Conversor fibra-coaxial STM-16 POS Nodo de fibra (500-2000 viviendas) Cabecera local Receptor y Modulador Anillo de fibra (TV simplex, una fibra datos full duplex, 2 fibras, SONET/SDH) 125-500 viviendas pasadas Fibra monomodo Fibra multimodo STM-1 POS Cable Coaxial (75 ) Ethernet (10BASE-T)

3. Arquitectura Red Bidireccional Señal modulada de radiofrecuencia Ethernet 10BASE-T Cabecera regional Backbone operador Red HFC HFC Cable módem PC (o suiche) CMTS (Cable Módem Termination System) Router Domicilio del usuario Internet Cabecera local Proveedor de contenidos

4. 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

5. Espectro red HFC Bidireccional

6. Distribución del espectro Sintonizador digital Internet desc. 750-862 MHz S/R 34-46 dB Cable módem Televisión digital 606-750 MHz Frecuencia 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)

7. Técnicas de modulación • QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying • QAM: Quadrature Amplitude Modulation

8. Ancho de banda Asc. 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 Desc.

9. 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.

10. Esquema de una zona de red (Nodo) (1) (3) (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 Canal Descendente(854- 862 MHz)41,7 Mb/s compartidos por 3 usuarios (2) (3) (1) Un canal ascendente – (29,7–31,3 MHz) 2,56 Mb/s compartidos por 3 usuarios

11. 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.

12. 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.

13. 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’).

14. Esquema funcional DOCSIS 136.87.154.4/24 136.87.154.3/24 136.87.154.2/24 136.87.154.5/24 Router por defecto 136.87.154.1/24 1024 Kb/s 128 Kb/s 256 Kb/s 512 Kb/s 64 Kb/s 128 Kb/s Canal descendente 30 Mb/s compartidos CMTS A B CM1 CM3 CM2 C D Red HFC Main { NetworkAccess 1; ClassOfService { ClassID 1; MaxRateDown 128000; MaxRateUp 64000; PriorityUp 0; GuaranteedUp 0; MaxBurstUp 0; PrivacyEnable 0; } Internet Canal ascendente 2,56 Mb/s compartidos

15. DOCSIS vs OSI OSI DOCSIS Aplicación FTP, SMTP, HTTP, etc. Mensajes de control DOCSIS Aplicac. basadas en MPEG, ej. Video, TV digital TCP y UDP Transporte IP Red IEEE 802.2 Enlace MAC DOCSIS Ascendente TDMA (mini-slots) Descendente TDM (MPEG) Física 96-864 MHz (8 MHz/canal) ITU-T J.83 Anexo A 5-65 MHz HFC

16. 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

17. Esquema funcional del Cable Modem Caja de empalmes Decodificador TV digital Cable módem Sintonizador de RF Demodulador QAM-64/QAM-256 Lógica de control MAC Emisor de RF Modulador QPSK/QAM-16

18. 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.)

19. 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 (Euro-DOCSIS) contemplado a posteriori (solo cambia nivel físico)

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.