PLATAFORMA HFC CABLE MÓDEM

Cabeceraregional

Anillo de fibra(TV simplex, una fibra

datos full duplex, 2 fibras, SONET/SDH)

Cabecera local

Receptor y Modulador

Internet

Nodode fibra

(500-2000viviendas)

Empalme

Fibra monomodo

Cable Coaxial (75 )

Amplificadorbidireccional

125-500 viviendas pasadas

Red bidireccional3-5 amplificadores máx.

Conversorfibra-coaxial

Cable módem

Ethernet (10BASE-T)

ADMADM

STM-1 POS

ADMADM STM-16 POS

Fibra multimodo

Sint. digital

Arquitectura Red BidireccionalArquitectura Red Bidireccional

Señal modulada de radiofrecuencia

PC(o suiche)

Cablemódem

Red HFCHFC

Backboneoperador

Internet

CMTS(Cable Módem

Termination System)

Ethernet10BASE-T

Domicilio del usuario

Cabecera local

Router

Cabecera regional

Proveedor decontenidos

Arquitectura Red BidireccionalArquitectura Red Bidireccional

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

Transmisión de datos en la redTransmisión de datos en la red

BANDA DE RETORNO

BANDA BAJA

RADIO FM

BANDA MEDIA

BANDA ALTA

SUPER BANDA

HIPER BANDA

VIDEO DIGITAL

DIRECTA DATOS DIGIT.

40 MHz

5 MHz

54 MHz

88 MHz

108 MHz

174 MHz

216 MHz

300 MHz

600 MHz

450 MHz

750 MHz

Se utiliza para enviar señales hacia cabecera (RETORNO)

CANALES DE TV ANALOGICOS

CANALES T7 al T10

CANALES 2 al 6

CANALES 14 al 22

Telefonía, PCS

CANALES 37 al 61

CANALES 23 al 36

CANALES 7 al 13

CANALES DE TV DIGITALES

(COMPRIMIDOS) DATOS DIRECTA

Espectro red HFC BidireccionalEspectro red HFC Bidireccional

Servicios clásicos (TV)Servicios clásicos (TV)Servicios de datos (Internet)Servicios de datos (Internet)

Televisión digital

Internet desc.

Televisión analógica

Fre

cuen

cia

Internet asc.

Sintonizador digital

Varios sintonizadores permitenacceder simultáneamente a los

canales de TV y de datos.

Cable módem

28-65 MHzS/R 25 dB

96-606 MHz

606-750 MHz

750-862 MHzS/R 34-46 dB

Distribución del espectroDistribución del espectro

QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude Modulation

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

Técnicas de modulaciónTécnicas de modulación

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

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) Caudal 256 QAM (Kb/s)

6 (NTSC) 5057 30342

6 (NTSC) 5361 42888

8 (PAL) 6952 41712 55616

Asc.

Desc.

Ancho de banda Ancho de banda

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/sAscendente: 261 canales de 960 Kb/s: 250,6

Mb/s Esta capacidad estaría disponible para cada

zona de la red HFC.

Capacidad teórica de la redCapacidad teórica de la red

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

(3)(1) (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

Esquema de una zona de red (Nodo)Esquema de una zona de red (Nodo)

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.

Funcionamiento de la redFuncionamiento de la red

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 MACProtocolo 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’).

Protocolo MACProtocolo MAC

Canal descendente30 Mb/s compartidos

128 Kb/s1024 Kb/s 256 Kb/s

512 Kb/s 64 Kb/s 128 Kb/s

Canal ascendente2,56 Mb/s compartidos

CMTS

Red HFC

CM2

Router por defecto136.87.154.1/24

136.87.154.2/24136.87.154.3/24

136.87.154.5/24

136.87.154.4/24

A BC D

CM3CM1

Internet

Main {NetworkAccess 1;ClassOfService {ClassID 1;MaxRateDown 128000;MaxRateUp 64000;PriorityUp 0;GuaranteedUp 0;MaxBurstUp 0;PrivacyEnable 0;}

Esquema funcional DOCSISEsquema funcional DOCSIS

OSI DOCSIS

Aplicación

Transporte

Red

Enlace

Física

FTP, SMTP, HTTP, etc.

TCP y UDP

IP

IEEE 802.2

MAC DOCSIS

HFC

5-65 MHz96-864 MHz (8 MHz/canal)

ITU-T J.83 Anexo A

AscendenteTDMA (mini-slots)

DescendenteTDM (MPEG)

Mensajes de control DOCSIS

Aplicac. basadas

en MPEG, ej. Video, TV digital

DOCSIS vs OSIDOCSIS vs OSI

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

Cable ModemCable Modem

Sintonizadorde RF

Ló

gic

a d

eco

ntr

ol

MAC

DemoduladorQAM-64/QAM-256

ModuladorQPSK/QAM-16

Emisorde RF

Cable módem

Decodificador TV digitalCaja de empalmes

Esquema funcional del Cable ModemEsquema funcional 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.)

Funciones del Cable ModemFunciones del Cable Modem

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)

Estándar

DOCSIS

Fecha aprobación

1.0 3/1997

1.1 4/1999

2.0 1/2002

3.0 Pendiente

Estándares DOCSISEstándares DOCSIS

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 1.1Mejoras DOCSIS 1.1

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 2.0Mejoras DOCSIS 2.0

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 3.0Mejoras 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 3.0Mejoras 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.

Mejoras DOCSIS 3.0Mejoras DOCSIS 3.0