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CATV Data Networks
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Índice
• Introdução
▫ Redes CATV
▫ Redes de Dados CATV
•
•
•
•
•
•
•
Arquitetura
Funcionamento
Segurança
Fontes de Ruído
Standards
Tecnologias Concorrentes
Conclusões
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Introdução
(Redes CATV)
• Inicialmente
▫ Objetivo




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)
Unidirecional
Baseada em cabo coaxial
Topologia em árvore (ou estrela)
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Introdução
(Redes CATV)
• Atualmente
▫ Objetivo
 Interatividade
 Transporte de Dados
 Transporte de Telefonia
▫ Características
 Bidirecional
 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
bidirecionais de distribuição de televisão;
• Possibilitam elevadas Taxas (30-50 mbits);
▫ Normalmente de forma assimétrica
▫ Permitem diversas classes de serviço
• Elevado número de lares cabeados
▫ 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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Arquitetura

Arquitetura típica



Super Headend
Distribution Hub
Service Area
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Arquitetura
• Retorno via rede telefônica
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Arquitetura
• Serviços disponibilizados
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Arquitetura
▫ 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 Demodulador realiza a demodulação, 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, desbloqueia a transmissão, compensa atrasos e controla a potência
do sinal enviado.
O Burst realiza a correção 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
▫ Freqüência situada entre os 65 e 850MHz
(Europa) ou 42 e 850MHz (EUA)
▫ Canais de 8MHz (Europa) ou 6MHz (EUA)
▫ Modulações
• Upstream
▫ Freqüência entre os 5 e os 65MHz (542MHz nos EUA)
▫ Canais tipicamente de 2MHz
▫
 64QAM com 6 bits/símbolo
 256QAM com 8 bits/símbolo (maior débito mas mais
▫
sensível ao ruído);
▫
▫ Taxas de até aos 50Mbits/s
▫ Transmissão continua
▫ O downstream é “ouvido” por todos os CM
▫
Modulações


QPSK (2 bits/símbolo)
16QAM (4 bits/símbolo)
Taxas 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
 Correção de erros Reed-Solomon
 Etiqueta uynique word
 Uma célula 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
 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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Fontes de Ruído
• Origens
▫
▫
▫
Lar do assinante – 75%
Drop – 20%
Trunk – 5 %
• Tipos
▫
Bit stream



▫
▫
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
BER superior
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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 inter funcionamento entre
CMs e CMTS/Head-Ends de diferentes fabricantes.
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 Européia
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 Européias)
 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
Para mais informações..
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http://www.cnet.com
http://www.cablemodem.com
http://www.cablelabs.com
http://www.mot.com