DOCSIS标准(陈柏年)

1、1 docsisdocsis标准介绍标准介绍 陈 柏 年 2004年5月 广电宽带城域网技术广电宽带城域网技术 系列讲座系列讲座 2 docsis-基本框架 wide-area network cable network transparent ip traffic through the system cable modem (cm) cmts network side interface cable modem termination system cmts cm customer premises equipment interface customer premises equipme

2、nt primary focus of docsis 1.0 rf specification docsis 1.1 增加了增加了 qos 广域网广域网 wan 用户用户 侧设侧设 备备 cpe cmts 最早的最早的rf docsis1.0规范规范 cm cmts 网络侧网络侧 接口接口 cmts- nsi cm用用 户侧设户侧设 备接口备接口 cmci 通过系统通过系统 透明传送透明传送 ip分组分组 3 关键名词关键名词 cmts -线缆调制解调器（线缆调制解调器（ cable modem ）头端系）头端系 统统 cm -线缆调制解调器线缆调制解调器cable modem docsis

3、-电缆数据业务接口规范电缆数据业务接口规范（ data over cable service interface specification ） ，是在cable上传输数 据的接口协议 cable lab -美国有线电视实验室，美国有线电视实验室，代表 mcns, 开发并 管理docsis标准 mcns - 多媒体多媒体cable 网络系统网络系统, 主要包括北美有线 电视运营商及一些设备供应商 4 多媒体有线网络系统多媒体有线网络系统mcnsmcns （ multimedia cable network system ） mcns 参与者 ： comcast, cox, tci, time

4、warner, mediaone, rogers cable systems and cable labs mcns 的 成 员 代 表 了 80% 左 右 北 美 的 有 线 用 户 建立委员会以制定在双向hfc网上进行数据通信的性 能标准有线电视数据业务接口规范docsis（ data over cable service interface specification） 目的：使各经销商间产品的互操作性得以实现 标准的制定可以使cable modem在普通电器商店就可买 到，从而扩大市场规模，同时也使网络运营商有更多 的选择 5 docsis系统参考结构模型 cmts 基线加密系统基线加

5、密系统(bpi) 前端 光节 点 电缆调制解调电缆调制解调 器 终 端 系 统器 终 端 系 统 上行上行rf信号信号 接口接口 电缆调制解调电缆调制解调 器终端系统下器终端系统下 行行rf信号接信号接 口口 internet 骨干网骨干网 本地 服务 设备 lan 网络终端 解调 混合器 光发 安全和接入 控制器 cpe 数字电视信号 上行信 号 电缆网络 远程服务设备 操作支持服 务器 hfc网 络平台 cm 下行 = 54 mhz 上行 = 50db 调制方式调制方式：64qam 5 25db 频道均衡频道均衡 抽头数量 由8 个增加到 24 个，均衡能 力的增加减少了频道非线性和多径干

6、扰 s-cdma 扩谱扩谱 保护脉冲噪声的干扰 在宽频带， hom 和小分组方面更具优 势 级联纠错级联纠错 reed solomon 块编码的扩展 10b到 16b 的纠错的纠错 可编程交织处理分散了误码 格子编码 (tcm) 带来更多纠错能力 59 docsis 2.0 好处好处 之一之一: 容量容量 单个上行频道的更大容量 = 单个上行频道的更多用户（同样频道上的更多收入同样频道上的更多收入） 或 单个上行频道的更多用户带宽（能够提供收费更高的业务能够提供收费更高的业务 却不减少用户数量却不减少用户数量） more $ per hz or per subscriber 如何获得的更大容量

7、如何获得的更大容量 更高的调制更高的调制 6 位/符号对 4 位/符号 all the way to 128 qam (vs. 16 qam) 更高的符号率更高的符号率 5.12 msps 对 2.56 msps 更宽的频道更宽的频道 6.4 mhz 对 3.2 mhz 128 qam; 5.12 msps; 6.4 mhz channel delivers 30.72 mbps or 3x the throughput per single us channel 60 docsis 2.0 容量容量: 理论值理论值 61 频道容量与信噪比关系频道容量与信噪比关系 应用条件应用条件 1e-8

8、ber 6.4mhz channel awgn rs255, t=0, 5,10 tcm on 1518b packets 62 docsis 2.0 好处好处 之二之二: 弹性弹性 增强的抗噪能力增强的抗噪能力= 单个上行频道上更多的用户（通过减少汇聚的噪声通过减少汇聚的噪声） 或更多可用的调制解调器（可承受更低的可承受更低的snr 和更高的群时延和更高的群时延） increased revenue and/or reduced operational expense per channel lit up 抗噪能力是如何得到提高抗噪能力是如何得到提高 更加弹性弹性的 前向纠错 fec（for

9、ward error correction ） 新的 fec 技术: 格子编码调制 tcm（trellis-coded modulation ） 更好的 频道均衡 docsis 2.0 弹性有助于支持弹性有助于支持 docsis 1.0 modems 在在16qam方式下运行方式下运行 以及以及 在在 docsis 1.0 snr 水平下达到最高的容量水平下达到最高的容量 63 docsis 2.0 好处之三好处之三: 效率效率 短分组效率 (s-cdma) 抗脉冲噪声是关键 较短的前导是另一个关键因素 (理论值) 对语音业务意义重大 对需求带宽保障的商业模式更加有效 决定因素: 容量 + 抗

10、噪能力 = 增加的收入机会增加的收入机会 更快的投资回报更快的投资回报 ，减少支出 降低运营成本的机会降低运营成本的机会 64 docsis 2.0 好处好处 之四之四: 兼容性兼容性 后向兼容 2.0 cmts 必须认可并相应对待1.0 / 1.1 modems 2.0 modem 必须认可并相应遵从1.0/1.1 cmts 与既有安装设备共存于同一rf 频道 而且docsis 2.0 还提升了现有安装使用设备的容量性能 现有设备性能是如何提升的现有设备性能是如何提升的 用用2.0 modems 2.0 modems 替换替换 1.1 modems1.1 modems提升了整个频道的容量，对

11、提升了整个频道的容量，对 1.x modems 1.x modems 没没 有不利影响有不利影响 增强的统计复用增强的统计复用: : 更大的上行容量更大的上行容量“资源资源”可以被更好地共享可以被更好地共享 随随 docsis 2.0 docsis 2.0 使用比例的增加，获得相应的好处使用比例的增加，获得相应的好处 在在50%50%的混合使用中，获得的混合使用中，获得22%22%的增加容量的增加容量 在在99%99%的混合使用中，获得的混合使用中，获得60%60%的增加容量的增加容量 举例测试结果举例测试结果: : 4040台台 1.1 modems 1.1 modems 的网络达到的网络达

12、到 45 pps45 pps per modem per modem 2020台台 1.1 + 201.1 + 20台台 2.0 modems 2.0 modems 达到达到 55 pps55 pps. . 40 40 台台2.0 modems 2.0 modems 达到达到 72 pps72 pps. . 65 结论结论 docsis 2.0 是1.1 & 1.0的 超集超集 docsis 2.0 增加了 容量容量 docsis 2.0 改善了 鲁棒性鲁棒性 docsis 2.0 改善了 效率效率 docsis 2.0 兼容兼容 现有的 docsis 系统 one migration eff

13、ort gets docsis 1.1 qos features and docsis 2.0 benefits 66 packetcablepacketcable cable labs （cable television laboratories, inc.） 是一个1988年成立的有线电视行业的非营利研 究协会， 致力于研究制定新的有线电视通信技 术，帮助有线电视运营商在现有网络中集成新 技术。 packet cable是cable labs组织于 1997年制定的。 packet cable是为在双向有线电视系统上提供实 时多媒体服务而制定的标准，使用在有线电视 网络普遍采用的docsi

14、s网络架构的网络控制 信令为基础的体系。 67 docsis 1.0/1.1:对各类服务的数据传输速率提供品质 保证 docsis 1.0提供基本的宽带互联网连接，并提供了用户数据 速率控制基本方法。 docsis 1.1提供了改善业务的灵活性，安全性和服务质量 （ qos ）功能。 docsis 2.0:增加了应对对称服务需要的上行可靠性和 数据吞吐量。 上行带宽优化: atdma, scdma, 逻辑信道logical channels 侵入噪声消除: 增加上行带宽，上行数据传输速率可以达到 30 mbps docsis 上下行多个信道进行捆绑创造更高带宽 ipv6 68 服务服务 doc

15、sis 1.0提供了在电缆调制解调器上实现高 速数据传输业务的有线电视业务平台。 docsis 1.1为高质量的数字语音，互动游戏， 和商业服务水平协议实施铺平了道路。 docsis 2.0增加上行数据传输能力，以提供高 速的对称的数据服务。 docsis 3.0将能够使有线电视运营商直接与 vdsl和fttx服务产品的电信公司竞争。并且 提供了一个平台，使有线电视的视频服务有可 能完全ip化，从而电视服务全面走向iptv。 69 docsis 3.0 首要目标 更宽的信道，更高的共享信道容量(50 mbps 下行和 26 mbps 上行) 在下行中捆绑n个信道(n=4) 在上行中捆绑m 个信

16、道(m =4) docsis 1.x, 2.0 和3.0 的cm可以在公共的信道 中共存 兼容原有docsis 1.x ，2.0 cm，现有的cm能工作 在docsis 3.0系统/信道的任意一个经过捆绑的信道 docsis 3.0 的cm可以工作于现有cmts系统中 70 docsis 3.0其它目标其它目标 更安全：更安全：在原有bpi/bpi+上增加安全性 更多地址空间：世界正在向着ipv6时代前进 更灵活地支持各种商业模式：实现multicast，包括对multicast的 qos 更强大的管理：扩建mib库， cm诊断记录、信号质量监控、业 务统计报告 71 docsis 3.0:提

17、供了数据传输的增强功能。 其中最值得注意的是，通道绑定，对 ipv6的支持，和对iptv的支持 。通道绑 定为有线电视运营商提供了一个灵活的 方式，可为用户提供超过160 mbps的下 行速度，和超过120 mbps的上行速度。 72 -docsis3.0 mac 和上层协议接口规范(mulpi) -docsis3.0 物理层接口规范(phy) -docsis3.0 运营支持系统接口规范(ossi) -docsis3.0 安全规范(sec) mulpi: 增补了以往的rfi 规范, 添加了新的功能概念如 组播，下行信道捆绑，上行信道捆绑，新的mac和ipv6 phy: 增补了以往的rfi 规范

18、专注于rf问题在m- cmts规范中结合了drfi 规范 ossi: 增补了以往的ossi 规范并增加了mib sec: 通过增加新的安全功能增补了以往的bpi+规范 docsis3.0新需求开发新的规范新需求开发新的规范 73 docsis 3.0特点特点 信道捆绑（信道捆绑（channel bonding） -下行速率可以达到200mbps以上， -上行速率可以达到120mbps以上。 上下行频率物理范围有所扩展上下行频率物理范围有所扩展 -下行频率从750m可扩展到1ghz， -上行频率范围从5-65 mhz可扩展为5-85 mhz. 。 兼容性兼容性 -3.0网络同样可以向下兼容使用2.0,1.1,1.0的cable modem ， -3.0