CATV Data Networks
Jorge Cláudio P. Meireles
MEEC – Redes Digitais de Acesso
1999 - 2000
1
Índice

Introdução









Redes CATV
Redes de Dados CATV
Arquitectura
Funcionamento
Segurança
Fontes de Ruído
Standards
Tecnologias Concorrentes
Conclusões
2
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)
3
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)
4
Introdução


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


(Redes de dados CATV)
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);
5
Arquitectura

Arquitectura típica



Super Headend
Distribution Hub
Service Area
6
Arquitectura

Retorno via rede telefónica
7
Arquitectura

Serviços disponibilizados
8
Arquitectura

Rede CATV da Bragatel
9
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.
10
Funcionamento
11
Funcionamento

Cable Modem / CMTS
12
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 (542MHz 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
13
Funcionamento

Modulações usadas em Cable Modems:

QAM (Quadrature Amplitude Modulation)


QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)


Modulação utilizada sobretudo em sistemas celulares, é caracterizada por ocupar
menos banda que QPSK
BPSK (Biphase Shift Keying)


Utilizado sobretudo no upstream dado ser menos susceptível ao ruído e muito
fácil de implementar
DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying)


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)
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
14
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
Transport
TCP/UDP
Network
IP
Data Link
Physical
DOCSIS
Control
Messages
IEEE 802.2
Upstream
Downstream
TDMA (mini-slots)
5 - 42(65) MHz
QPSK/16-QAM
TDM (MPEG)
42(65) - 850 MHz
64/256-QAM
ITU-T J.83 Annex B(A)
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Privacidade

Questões de Segurança

Meio Partilhado


Sempre on-line


Escuta do tráfego
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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Fontes de Ruído

Origens




Lar do assinante – 75%
Drop – 20%
Trunk – 5 %
Tipos

Bit stream





BER superior
Precisão do conversor D/A
Características da infra-estrutura




Ruído
Modulação
Correcção de erros
Não linearidades
Resposta em frequência
Ecos e reflexões
Interferência intersimbólica



Nyquist filter rolloff
Equalização adaptativa
Limitações dos equipamentos
18
Standards

Evolução da normalização (CMTS/CM)
Sistemas proprietários (ex. COM21)
DVB/DAVIC (Europa)
MCNS/DOCSIS (EUA)
IEEE 802.14
1995 .
.

1997 .
.
.
.
2000 .
.
A normalização visa o interfuncionamento entre CMs e
CMTS/Head-Ends de diferentes fabricantes.
Para mais informações ...
http://www.cablelabs.com ; http://www.dvb.org ; http://www.ieee.org
19
Standards

DVB/DAVIC 1.3/1.4/1.5





MCNS/DOCSIS 1.0/1.1




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)
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.
20
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
22
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
23
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
Para mais informações..




.
http://www.cnet.com
http://www.cablemodem.com
http://www.cablelabs.com
http://www.mot.com
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