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CATV Data Networks
Jorge Cláudio P. Meireles
MEEC – Redes Digitais de Acesso1999 - 2000
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Índice Introdução
Redes CATV Redes de Dados CATV
Arquitectura Funcionamento Segurança Fontes de Ruído Standards Tecnologias Concorrentes Conclusões
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Introdução (Redes CATV)
Inicialmente Objectivos
Reutilização do espectro Distribuição do sinal de televisão Suporte de elevado nº de canais Qualidade superior de imagem (s/ ecos)
Características Diversos canais FDM (semelhante à TV) Unidireccional Baseada em cabo coaxial Topologia em árvore (ou estrela)
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Introdução (Redes CATV)
Actualmente Objectivos
Interactividade Transporte de Dados Transporte de Telefonia
Características Bidireccional Híbrida (HFC – hybrid fibre coax)
Cabo Coaxial na distribuição final Fibra óptica no backbone
Topologia em árvore (ou estrela)
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Introdução (Redes de dados CATV)
Tipicamente assentes em infra-estruturas híbridas e bidireccionais de distribuição de televisão;
Possibilitam elevados débitos (30-50 mbits); Normalmente de forma assimétrica Permitem diversas classes de serviço
Tiram partido do elevado número de lares cablados Cerca de 50% em Portugal (15% conectados) Esta percentagem aproxima-se do 90% nos EUA e no
Norte da Europa
Meio partilhado (questões de segurança);
Necessário possuir serviço CATV e Cable Modem (CM);
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Arquitectura Arquitectura típica
Super Headend Distribution Hub Service Area
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Arquitectura Retorno via rede telefónica
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Arquitectura
Serviços disponibilizados
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Arquitectura Rede CATV da Bragatel
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Cable Modem
O Tuner realiza a conversão do sinal para um sinal de frequência fixa ou vice-versa.
O Desmodulador realiza a desmodulação, a conversão analógico digital, a correcção de erros e sincronização MPEG.
O MAC extraí a informação dos blocos MPEG, filtra a informação relativa a outros Cable Modems, desploleta a transmissão, compensa atrasos e controla a potência do sinal enviado.
O Burst realiza a correcção de erros RS, a modulação, e a conversão digital para analógico.
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Funcionamento
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Funcionamento
Cable Modem / CMTS
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Funcionamento Downstream
Frequência situada entre os 65 e 850MHz (Europa) ou 42 e 850MHz (EUA)
Canais de 8MHz (Europa) ou 6MHz (EUA) Modulações
64QAM com 6 bits/símbolo 256QAM com 8 bits/símbolo (maior débito
mas mais sensível ao ruído); Débitos até aos 50Mbits/s Transmissão continua O downstream é “ouvido” por todos os CM
Upstream Frequência entre os 5 e os
65MHz (5-42MHz nos EUA) Canais tipicamente de 2MHz Modulações
QPSK (2 bits/símbolo) 16QAM (4 bits/símbolo)
Débitos na ordem dos 3Mbit/s Transmissão em bursts usando
timeslots (TDM) Timeslots de diferentes tipos
Reserved Contention Ranging
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Funcionamento Modulações usadas em Cable Modems:
QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Esta modulação é a mais utilizada nos canais do downstream poís
permite débitos elevados e é muito sensível ao ruído. (64QAM & 8MHz > 41,4Mbit/s; 256QAM & 8MHz > 55,2 Mbit/s)
QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) Utilizado sobretudo no upstream dado ser menos susceptível ao ruído e
muito fácil de implementar DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying)
Modulação utilizada sobretudo em sistemas celulares, é caracterizada por ocupar menos banda que QPSK
BPSK (Biphase Shift Keying) Modulação pouco eficiente mas menos sensível ao ruído que o QPSK e
o QAM S-CDMA (Synchronous Code Division Multiple Access)
Versão proprietária do CDMA, desenvolvida pela Terayon. Este tipo de modulação é muito resistente ao ruído
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Funcionamento
Downstream Formato dos dados
Correcção de erros Reed-Solomon (corrige 6 erros em 204 Bytes)
MPEG-TS (Transport Stream) MPEG-PS (Program Stream) Mensagens MAC Células ATM (DVB/DAVIC) Permite Unicast, Multicast e
Broadcast
Upstream Formato dos dados
Correcção de erros Reed-Solomon Etiqueta uynique word Uma celula ATM por burst
(DVB/DAVIC) Mensagem MAC ou payload com
dados 18 timeslots por 3ms (DVB/DAVIC) Reserved Timeslots para muita
informação Contention Timeslots para pouca
informação (iniciação) Ranging Timeslolt de
sincronização (ranging)
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Funcionamento Camadas OSI dos Modems DOCSIS (Os valores entre
parêntesis referem-se ao EuroDOCSIS)OSI DOCSIS
Higher Layers Applications DOCSIS Control
MessagesTransport TCP/UDP
Network IP
Data Link IEEE 802.2
Physical Upstream Downstream
TDMA (mini-slots)5 - 42(65) MHzQPSK/16-QAM
TDM (MPEG)42(65) - 850 MHz
64/256-QAMITU-T J.83 Annex B(A)
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Privacidade Questões de Segurança
Meio Partilhado Escuta do tráfego
Sempre on-line Aumenta a susceptibilidade a acessos não autorizados ou
maliciosos Sistemas de Segurança
Cada Cable Modem tem uma identificação única em hardware
Encriptação da informação (No DOCSIS é usado o DES e o RSA) Utilização de chaves de sessão Pretendem também evitar a utilização do serviço por não
assinantes
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Origens Lar do assinante – 75% Drop – 20% Trunk – 5 %
Tipos Bit stream
Ruído Modulação Correcção de erros
Precisão do conversor D/A Características da infra-estrutura
Não linearidades Resposta em frequência Ecos e reflexões
Interferência intersimbólica Nyquist filter rolloff Equalização adaptativa Limitações dos equipamentos
Fontes de Ruído
BER superior
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Standards
Evolução da normalização (CMTS/CM)
A normalização visa o interfuncionamento entre CMs e CMTS/Head-Ends de diferentes fabricantes.
1995 . . 1997 . . . . 2000 . .
Sistemas proprietários (ex. COM21)DVB/DAVIC (Europa)MCNS/DOCSIS (EUA)
IEEE 802.14
Para mais informações ... http://www.cablelabs.com ; http://www.dvb.org ; http://www.ieee.org
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Standards DVB/DAVIC 1.3/1.4/1.5
Também conhecido por DVB-RCC ou ETS 300 800 Iniciativa Europeia Também se aplica às Set-Top Boxes Tem pouca expressão (concorre essencialmente com o Euro-
DOCSIS) MCNS/DOCSIS 1.0/1.1
Iniciativa do consórcio MCNS Domina o mercado Americano Euro-DOCSIS (Desenvolvido para as necessidades Europeias)
IEEE 802.14 Perdeu a batalha devido a grandes atrasos na sua definição.
Pretende ser um standard para a futura geração de Cable Modems.
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Standards (Oferta de Produtos)
DOCSIS Toshiba Thomson 3Com General Instrument Arris Interactive Askey Computer
Corp. Cisco Systems Philips Electronics Samsung Sony
Proprietários ou DVB/DAVIC COM21 (Sistema ATM prop.) Zenith (Sistema prop.) LANCity/Bay Networks (Sist.
prop.) NetGame (Sist. Prop.) COCOM (Sist. DVB-RCC/DAVIC) DeltaKabel (Sist. Prop &
EuroDOCSIS)
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Tecnologias Concorrentes
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Conclusões Vantagens
Débitos elevados (~T1/E1) Investimento reduzido por parte do utilizador Sempre online
Custo fixo (independente da utilização) Não é necessária chamada (s/dial-up)
Desvantagens Meio partilhado
Questões de segurança Performance dependente do nº de utilizadores
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Bibliografia David Gingold, “Integrated Digital Services for Cable Networks”, MIT Walter S. Ciciora, “Cable Television in the United States”, CableLabs Henry Barton, “DOCSIS MCNS vs DVB/DAVIC DVB-RCC”,
BROADCENTRIC Tom Quigley, ”Euro-DOCSIS/DVB-RC Comparison”, Broadcom “EuroModem”, EUROMODEM ECCA
http://www.cnet.com http://www.cablemodem.com http://www.cablelabs.com http://www.mot.com
Para mais informações.. .
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