CMTS+CM简介及工作原理

第 1 页 共 6 页 CMTS CM 简介及工作原理简介及工作原理 一 什么是一 什么是 CMTS CMCMTS CM CMTS Cable Modem Terminal Systems CMTS 是管理控制 Cable Modem CM 的设备 CMTS 名为电缆调制解调器 又名线缆调制解调器 它是近几年随着网络应用的扩大而发展 起来的 主要用于有线电视网进行数据传输 CMTS CM 方案与以往的 Modem 在原理上都是将数据进行调制后在 Cable 电缆 的一个频 率范围内传输 接收时进行解调 其传输机理与普通 Modem 相同 不同之处在于它是通过 有线电视的某个传输频带进行调制解调的 而普通 Modem 的传输介质在用户与交换机之间 是独立的 即用户独享通讯介质 CMTS CM 方案属于共享介质系统 其它空闲频段仍然可 用于有线电视信号的传输 CMTS CM 方案彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞 其传输速率上行已达 10Mbit s 以上 下行传输速率更高 而传统的 Modem 虽然已经开发出传输速率为 56Kbit s 的产品 但其理论传输极限为 64Kbit s 再想提高已不大可能 CMTS CM 方案也是组建城域网的关键设备 光纤同轴电缆混合网 HFC 主干线用光纤 光结点小区内用树枝型总线同轴电缆网连接用户 其传输频率可达 550 750MHz 在 HFC 网 中传输数据就需要使用 CMTS CM 技术 我们可以看出 CMTS CM 方案是未来网络发展的必备之物 但是 目前尚无 CMTS CM 方案的国际标准 各厂家产品的传输速率均不相同 因此 高速城域网宽带接入的组建还 有待于 CMTS CM 方案标准的出台 二 二 CMTS CMCMTS CM 技术原理技术原理 CMTS CM 从下行的模拟信号中划出 6MHz 频带 将信号转化为符合以太网协议的格式 与电脑实现通讯 用户需要给电脑配置以太网卡和相应的网卡驱动程序 同轴电缆中的 6MHz 频带用于提供数据通讯 电视和电脑可以同时使用 互不影响 射频信号在用户和前端之间沿同轴电缆上行或下行 上行和下行信号共享 6MHz 频带 但是 调制在不同的载波频率上 以避免相互干扰 1 物理层 下行通道的频率范围为 88 860MHz 最大的数据速率美标 27Mbps 欧标 38Mbps 每 个通道的带宽为 6MHz NTSC 6MHz PAL 8MHz 采用 64QAM 或 256QAM 调制方式 对应的 数据传输速率为 30 342Mbit s 或 42 884Mbit s 上行通道的频率范围为 5 65MHz 每 第 2 页 共 6 页 个通道的带宽可为 200 400 800 1600 3200kHz 采用 QPSK 或 16QAM 调制方式 数据 速率 320kbps 10Mbps 对应的数据传输速率为 320 5120Kbit s 或 640 10240Kbit s 上行通道的带宽可根据所需的数据传输速率设定 在同样的带宽内 QPSK 调制的速率比 16QAM 调制方式低 但其抗干扰性能好 适用于噪声干扰较大的上行通道 而 16QAM 调制 适用于信道质量好且要求高速传输数据的场合 在 CMTS 设备中 为了减小上行通道的干扰 一个下行通道一般对应多个不同频率的上行通道 CMTS 设备根据信道的噪声状况自动跳频 到干扰较小的通道 而用户察觉不到该跳频过程 NTSC 美标 PAL 欧标 2 媒体通路控制层 MAC Media Access Control Layer 和逻辑链接控制层 LLC Logical Link Control Layer 这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽 由于目前还没有统一的行业 标准 故不同的 Cable Modem 厂家采用不同的协议 较常见的协议有 用于以太网的公共 CSMA CD Carrier Sense Multiple Access Collision Detection 载波复用通路 冲突检 测 和先进的 ATM Asynchronous Transfer Mode 异步传输模式 协议 这些协议都可以有 效地使用上行通道 可以根据需要分配带宽 保证通讯质量 3 有线电视前端 在上行方向 Cable Modem 从电脑接收数据包 把它们转换成模拟信号 传送给网络 前端设备 该设备用于分离出数据信号 转换为数据包 并传送给 Internet 服务器 同时 该设备还可以剥离出语音 电话 信号 并传送给交换机 4 Cable Modem 系统的配置 使用和管理 CM 工作原理 Cable Modem 和前端设备的配置是分别进行的 Cable Modem 有用于配置的 Consol 接 口 可通过 VT 终端或 Win9x 的超级终端程序进行设置 Cable Modem 加电工作后 首先自动搜索前端的下行频率 找到下行频率后 从下行 数据中确定上行通道 与前端设备 CMTS 建立连接 并交换信息 包括上行电平数值 动态 主机配置协议 DHCP 和小文件传送协议 TFTP 服务器的 IP 地址等 Cable Modem 具有在线 功能 即使用户不使用 只要不切断电源 就与前端始终保持信息交换 用户可随时上线 这样也多少占用一部分带宽资源 Cable Modem 具有记忆功能 在断电后再次上电时 使用断电前存储的数据与前端进行信息交换 可快速地完成搜索过程 从上述可看出 在实际使用中 Cable Modem 一般不需要人工配置和操作 如果进行 了设置 例如改变了上行电平数值 则会在信号交换过程中自动设置到 CMTS 指定的合适数 值上 第 3 页 共 6 页 每一台 Cable Modem 在使用前 都需在前端登记 在 TFTP 服务器上形成一个配置文 件 一个配置文件对应一台 Cable Modem 其中含有设备的硬件地址 用于识别不同的设 备 Cable Modem 的硬件地址标示在产品的外部 有 RF 和以太网两个地址 TFTP 服务器的 配置文件需要地址 有些产品的地址需通过 Consol 接口联机后才能读出 对于只标示一个 地址的产品 该地址为通用地址 5 前端 CMTS 系统的配置 使用和管理 前端 CMTS 是管理控制 Cable Modem 的设备 其配置可通过 Consol 接口或以太网接口 完成 通过 Consol 接口的配置与 Cable Modem 配置类似 以行命令的方式逐项进行 而通 过以太网接口的配置 需使用厂家提供的专用软件 CMTS 的配置内容主要有 下行频率 下行调制方式 下行电平等 下行频率在指定的 频率范围内可以任意设定 但为了不干扰其它频道的信号 应参照有线电视的频道划分表 选定在规定的频点上 调制方式的选择应考虑信道的传输质量 此外 还必须设置 DHCP TFTP 服务器的 IP 地址 CMTS 的 IP 地址等 上述设置完成后 如果中间的线路无故障 信号电平的衰减符合要求 则启动 DHCP TFTP 服务器 就可以在前端和 Cable Modem 间建立正常的通信通道 一般地说 CMTS 的下行输出电平为 110 121dB V 接收的输入电平为 44 86dB V Cable Modem 接收的电平范围为 45 75dB V 上行信号的电平为 68 118dB V QPSK 或 68 115dB V 16QAM 上下行信号在经过 HFC 网络传输衰减后 电平数值应满足这些要求 CMTS 设备中的上行通道接口和下行通道接口是分开的 使用时需经过高低通滤波器混 合为一路信号 再送入同轴电缆 在实际使用中 也可用分支分配器完成信号的混合 但 对 CMTS 设备内部的上下行通道的干扰较大 在 CMTS 和 Cable Modem 间的通道建立后 可使用简单网络管理协议 SNMP 进行网络管 理 SNMP 是一个通用的网络管理程序 对于不同厂家的 CMTS 和 Cable Modem 设备 需将 厂家提供的管理信息库 MIB 文件装入到 SNMP 中 才能管理相应的设备 也可使用行命令 的方式进行管理 但操作不直观 容易出现错误 三 三 CMTS CMCMTS CM网络系统前端的结构网络系统前端的结构 CMTS CM网络系统的前端一般位于有线电视网络的前端 或者在管理中心的机房 完成 数据到RF转换 并与有线电视网络中原有的视频信号混合 送入HFC 网络中 第 4 页 共 6 页 除了与高速网络连接外 也可以作为业务接入设备 通过Ethernet 网口挂接本地服 务器提供本地业务 下行信号流向 从前端主干网来的数字信号经CMTS 按DOCSIS 规范处理后变为中心频率为43 75MHz 带宽为6 MHz 的中频 IF 模拟电信号 经下行调制器 或叫上行变换器 将频谱搬移到 中心频率为91 857MHz 的射频 RF 范围内的某一空闲频道 再通过混合器与有线电视信 号相混合 再通过分配器 光发 光放等进行电 光转换后馈入HFC网络 上行信号流向 经由HFC 网络传输来的上行信号经由光分配器 光收的完成光 电转换后变为5 42 MHz 频带内的模拟电信号 再由混合器 分配器等处理后馈入CMTS 的各个上行信号接收口 经CMTS 按DOCSIS 规范处理后变为数字信号馈入前端主干网 四 四 CMTS CMCMTS CM网络系统网络系统CableCable ModemModem的结构的结构 Cable Modem由调谐器 解调器 脉冲调制器 处理器和接口组成 信号从CM进入调谐器后 它把输入的RF信号下变频为IF 6 40MHz范围内 信号 由 设置的双工器来完成上 下行信号的分离 解调器对输入的RF信号进行64 256QAM解调 并 采用RS技术 Peed Solomon 进行误码纠错和MPEG同频操作 而脉冲调制器的工作主要是 对上行信号进行处理 包括RS编码 16QAM QPS调制 频率转换等 而对信号的串 并转换 帧标志符的识别或插入 MPEG中数据信号的换取 非本机数字信号的过滤等工作都由CM中 的处理器承担这项工作 第 5 页 共 6 页 每台CM都拥有一个48位的物理地址外 还有一个 14 位的服务标识 Service ID 并由 CMTS 分配 每个服务标识对应一种服务类型 通过服务标识在 CM 与 CMTS 之间建 立一个映射 CMTS根据这个映射为每台CM分配带宽 实现QoS管理 CMTS一般情况下需配一台 CM 来对应一个光节点所承载的用户端的 CM CM 在系统中 每个6 8MHz 频率可供高达30Mbps 40Mbps 的传输速率 为上百个终端用户共享 如果是 500人同时上网 每人分得的传输速率为64 128kbps 由于CM 的连接 实际占用的带宽不 是固定的 它只是在发送和接收数据的瞬间才占用网络的带宽 而其它的时间不占用网络 的资源 正是由于带宽的共享 在实际传输中可实现带宽的动态分配管理 在规定的频段 内若上网的人数很少 此时每个上网的用户所分配的带宽就远超过64 128kbps的传输速率 而上网高峰期就会出现网上拥塞现象 TOD服务器用于提供CM Cable Modem 工作所需系统时间 TFTP服务器用来存放CM工作所需的配置文件和可能的更新软件版本 DHCP服务器进行动态的IP 地址管理 SNMP服务器用来网络管理 上述服务器组构成CMTS CM系统的基本网络管理系统 再加上Billing 系统构成比较完 整的CMTS CM网络管理系统 CMTS CM网络管理系统主要负责完成整个HFC 数据系统管理 采 用SNMP 协议 包括 故障管理 配置管理 安全管理 性能管理 账户管理等 第 6 页 共 6 页 VoIP 服务器 VOD 服务器 FTP 服务器