01S611《DOCSIS标准及CM上线过程介绍》v3ppt课件

DOCSIS标准及CM上线过程介绍,CableModem项目技术培训,主要内容,CableModem系统结构DOCSIS标准体系结构DOCSIS标准物理层DOCSISMAC层帧结构CableModem上线过程图解,（一）CableModem网络系统组成,RF,CATV前端信号输入：9396dBuV,CMTS,GE,Internet/LAN,因特网出口/核心交换设备,用户收费管理系统/业务供给系统/设备供给系统/网络管理系统,US0,12dBuV衰减,30MHZ0dBmv（60dBuv）,测试口电平值：51dbmv(ALM)31dbmv(LM),光发射机输入电平：3336dBmV(ALM)3134dBm(LM),接收机输出电平：27dbmv39dbmv,573-585MHZ56dBmV4563dBmV（105123dBuV）,20.258.6Mhz，1.6MHz，CNR231025dBm接收（5085dBuV）58dBmV为宜,接收机测试输出电平：-151dbmv,下行接收电平：CNR351515dBmV上行发射电平：858dBmV（QPSK）855dBmv（16QAM）,CableModem,TV,312,in,in,12dBuV衰减,in,in,回传光接收机,光发射机,光节点回传模块,放大器,放大器,二、DOCSIS标准协议,OSI,DOCSISDataOverCable,HigherLayers,TransporHigherLayers,Network,DataLink,Physical,Applications,TCPorUDP,IP,DOCSISControlMessages,IEEE802.2,DOCSISMAC,UpStreamTDMA(mini-slots),DownStreamTDM(MPEG),5-65MHz(64-QAMorQPSK),8MHzITU-TJ.83AnnexA6MHzITU-TJ.83AnnexB,DigitalRFModulationHFC,三、DOCSIS的物理层,四、DOCSIS的MAC层功能,DOCSIS帧封装格式初始化上线站（CM）维护注册和请求服务QoS及安全选项跳频和上行信道调整,MAC_PARM(1byte),LEN(SID)(2bytes),EHDR(0-240bytes),HCS(2bytes),FCTYPE(2bits),FCPARM(5bits),EHDR=1,EHDR_ON(1bit),FC(1byte),1100000X,SYNCMessage,1100001X,MACMessage,11000100,RequestMessage,ETHERNETFRAME/MACMESSAGE,SA(6bytes),Len(2bytes),DSAP(1byte),Control(1byte),DA(6bytes),SSAP(1byte),Version(1byte),Type(1byte),Rsvd(1byte),SA(6bytes),Type/Len(2bytes),Data(0-1500bytes),DA(6bytes),CRC(4bytes),EthernetFrame,MACManagementFrame,MACMessage(variableno.bytes),FrameControl,0000000X,EthernetFrame,CRC(4bytes),Mini-slots(1byte),SID(2bytes),HCS(2bytes),HexC4(1byte),RequestMessage(HeaderOnly),DOCSIS帧头,DOCSIS净荷,DOCSIS帧封装,DOCSIS帧头(1/3),FC：帧控制域，识别DOCSISMAC头的类别，1字节，通常有4中类型：0000000X（00），数据分组1100000X（C0），定时消息头1100001X（C2），MAC管理消息头1100010X（C4），请求消息头,DOCSIS帧头(2/3),MAC_PARM：多用途域，2字节：如果EHDR_ON=1，表示DOCSISMAC帧中包含EHDR域，则MAC_PARM表示EHDR域的长度。MAC帧计数：针对连续帧mini-slots的数量：针对带宽请求,DOCSIS帧头(3/3),LEN(SID)：MAC帧的长度。该长度定义了扩展头（如果有）和后续HCS域的长度。对于REQ头，该域用ServiceID替换。长度为2字节EHDR是一个变长的扩展MAC头（如果有扩展头）（ExtendedMACHeader），长度为0-240字节HCS是MAC头校验序列，2字节,定时帧,SYNC消息作为定时消息的前缀，FC的值为hexC0MAC管理头类型为hex01SYNC参数是32-bittimestampvalueincrementingat10.24MHz.,4C4B7C01,2288,70B3,Timestamp,Type,定时帧/MAC管理帧头,2F000001,001C,00000000,00000301,01,00,01E0,0000,C000001CEA1D,微时隙,基本时间分配单元（timebasetick）为160KHz（或6.25ms）。每个上行信道的最小可分配单元称为mini-slot。CMTS配置mini-slot的tick周期为T=2M,M=0,1,7例如8tickmini-slot占用8个6.25ms或50ms。,MAC管理帧,其它MAC消息封装在MAC管理帧中。MAC管理帧包括：下行消息：UCD,MAP,UCC,RNG-RSP,REG-RSP.上行消息：RNG-REQ,REG-REQ.,SA(2/6bytes),Len(2bytes),DSAP,Ctl,DA(6bytes),SSAP,Ver,Type,Rsvd,MACMessage(variableno.bytes),CRC(4bytes),SA(4/6bytes),0,3,1,4,2,5,7,6,MAC管理消息类型,请求帧,C4,BANDWIDTHREQUEST（带宽请求）消息完整的包含在请求帧之中。最小允许请求一个mini-slot。CM等待包含请求间隔的MAPs，然后发送请求消息。,XXXX,10,0001,SID,RequestSize(mini-slots),FCTypeisRequestFrame,DOCSIS帧封装总结(1/2),DOCSIS帧由DOCSIS头附带不同类型净荷组成。DOCSIS帧的FC字段为00表示附带以太帧净荷。DOCSIS帧的FC字段为11表示附带的是媒体访问（MAC）控制消息大多数MAC消息FCPARAM设置为00001。一些特殊用途的MAC消息，例如SYNC，使用定时帧头，FCPARM设置为00000。一些用途的MAC消息与上行带宽请求分配的最小微时隙相匹配，mini-slot大小通常配置为支持最小的MAC消息（6字节）。,五、CableModem上线过程图解,cablemodem的状态类型,DOCSISCM的上线过程,1扫描下行信道，与CMTS（CableModemTerminalSystem电缆调制解调器终端系统）建立同步。CM上电后，CM不断调整自己的下行接收频率搜索下行信号，直到得到某个下行通道的SYNC帧，步长为6MHZ。2获取上行信道参数。UCD是用来描述上行信道的，而且CMTS针对每个上行通道周期性的下发UCD帧，CM根据接收到的UCD，选择合适的上行通道，如果没有合适的，或没有接收到UCD帧，则返回到第一步，重新搜索下行信道。3校准发射功率。CM进行测距，（初始RANGING和周期RANGING），CM捕获选取的上行通道的MAP，首先进行初始的RANGING，CMTS会为它分配临时的SID，初步调整参数（包括时间偏差、频率、功率等偏差），然后，使用该临时SID，作周期RANGING进一步校准参数。4建立IP连接。通过DHCP协议从OSS服务器获取CM、TFTP服务器、TOD服务器IP地址以及CM的配置文件名。5建立TOD。根据获取的TOD服务器地址，通过TOD协议从OSS服务器获取当前时间。6获取配置文件。根据前面获取的TFTP服务器地址以及CM配置文件名，通过TFTP协议从OSS服务器下载CM的配置文件。7完成到CMTS的注册。CM向CMTS注册，CMTS验证CM的合法性，为CM分配正式的SID。注册成功，可正常使用。8运行BPI。运行基本安全加密。,1）Insertion操作过程,CMTS,CM2,UCD,初始化维护周期冲突协商,RNG-REQ,2ms,CM1,RNG-REQ,InitialMaint.,SYNC,MAP,Mini-slot映射,Step1.下行信道锁定和同步,Step2.US参数锁定和协商,Step3.分配上行信道带宽给CM,此后，在初始化维护周期中，CM使用SID0发送RNG-REQ),CMTS发送SYNC、UCD和MAP消息给CM：此过程基本完成了下行频率锁定、FEC同步。在此过程中各CM是采用冲突方式获取在初始化维护周期中使用SID0向CMTS发送RNG-REQ消息的。因此，此过程存在冲突。完成此过程操作，CMTS上行和下行接口都UP，该CM开始进入测距过程。状态不在显示为offline状态。至少是init(r1)状态。此过程故障原因主要为线路中断，或者物理接口无法UP。也可能因为CM不能锁定下行频点而停留在offline状态。此过程之后，CM是采用冲突方式，在初始化维护周期中使用SID0向CMTS发送RNG-REQ消息的。因此，此过程存在冲突。,2）成功的Insertion,CMTS,CM1,RNG-REQ,Initial,MAP,Mini-slot映射,Step3.CM使用SID0发送RNG-REQ。等待RNG-RSP.,RNG-RSP,Station,RNG-REQ,MAP,CMStep5.进入站维护状态。,Step4.CM使用临时的SID接收RNG-RSP,RNG-RSP,站维护间隙冲突降低,CM的第一个数据包RNG-REQ（SID=0）：CMTS通过给CM发送UCD信号来协商上行信道参数。CMTS接收到来自CM的第一个数据包RNG-REQ（SID=0）之后，CM状态进入init(r1)。CMTS回应该CM用户UCD消息（包括该用户的SID上行链路参数等，自己的接收功率等信息）。此后，该CM可以使用自己的SID与CMTS协商上行链路参数，收到UCD消息之后，开始进行上行链路参数调整，CM状态进入init(r2)；上行链路参数调整成功之后CM状态进入init(rc)。如果CM停留在init(r1，r2)状态，说明CMTS没有收到包含用户自己SID的RNG-REQ。可能原因有两种，即：包括该用户的SID的UCD消息没有正确送达该用户CM。可能是下行拥塞或误码,CM停留在init（r1）。该CM包含自己的SID的RNG-REQ消息没有传到CMTS。可能是上行拥塞或误码，CM停留在init（r2）。说明：此过程也可能存在下行接口掉线情况。如果下行接口掉线或者CM不能锁定下行频点的情况，则该CM回到第一步重新上线，CM状态也可能是init(r1)、init(r2)。,3）上线后的站（Station）维护,CMTS,CM1,RNG-REQ,Station,MAP,Mini-slot映射,RNG-RSP,RNG-REQ,MAP,RNG-RSP,Station,30s,此后，该CM完成上线过程，开始进入注册和服务请求阶段，并同时进入站维护阶段。站维护阶段的通信如下图：在站维护阶段，CM每隔30秒发送一次测距请求消息，这个测距请求消息中包含了维护间隔，自己的SID等信息。如果CMTS连续丢失某用户的16个站维护消息，该用户掉线。如果该用户丢失站维护信号之前为online状态，则进入到OFFLINE状态。站维护信号一般采用单播方式通信。,4）DHCP,CM使用标准的DHCP(RFC-1541)来获得IP地址、掩码、timeserver和配置文件名。CMTS充当DHCP代理并将CM连接到DHCPserver上。,DHCPDISCOVER,CM,CMTS,DHCPOFFER,DHCPREQUEST,DHCPOFFER,DHCPREQUEST,CM进入注册和服务请求阶段之后，CM首先需要申请IP地址。请求DHCP服务操作过程如下：上图中，第一次查询DHCP服务。第二次请求IP，第三次是请求TFTP等服务。当CMTS接收到第一个DHCPDISCOVER消息，该CM状态为init(d)状态。之后CMTS回应CM的DHCP请求，或中继转发到DHCP服务器。CMTS回应第一个DHCPOFFER消息（包含分地址）之后，该CM状态为init(i)状态。在此阶段可能存在以下故障CMTS没有正常接收到一个DHCPDISCOVER消息，该CM状态为init(rc)状态。造成这种故障的原因可能是DHCPDISCOVER没有正常送达（上行拥塞、误码），或者CMTS没有正常接收（拒绝或过滤）。CMTS正常接收了DHCPDISCOVER消息，CM停留在init(d)状态。造成这种故障现象的原应可能是DHCP服务器没有地址，对DHCPDISCOVER不做响应，或者CMTS与DHCP服务器通信中断。如果停留在init(i)状态则可能是DHCPOFFER消息没有送达CM由于掉线用户再次上线时CM发送的DHCP查询消息中可能包含以前的IP地址信息，CMTS可能认为是非法的DHCP请求。（待确定）,5）Time-Of-Day,CM使用标准的时钟协议(RFC-868)在UDP中传输。,EMPTYDATAGRAM,CM,TimeServer,32-bitTime,6）下载配置文件,DHCP-OFFER包含了CM配置文件名及其根目录。CM使用TFTP(RFC-1350)协议下载配置文件。配置文件的格式在DOCSISSP-RFI-IO2-971008,AppendixC做出规定。包含provisioning信息，例如CoS最大速率，最小速率和优先级等。,7）服务级别协商,获得配置文件建立REG-REQ消息发送REG-REQ到CMTS接收REG-RSP检查返回代码：0=成功1=授权失败2=CoS失败如果必要采用相同的CoS重试,REG-REQ,CM,CMTS,REG-RSP,REG-REQ,REG-RSP,COSFail,Ok,CM,CMTS,CM,CMTS,8）BP消息,AUTH-REQ,CMMACAddress,CMPublicKey,CMUnicastSIDList,AUTH-RSP,AuthorizationKey,4-bitSequenceNo.,CompleteSIDList,KE