有线宽带接入技术CM

接入网技术 接入网技术 第7章有线宽带接入技术 CableModem 接入网技术 CATV网络 传统的有线电视网络有线电视运营商最重要 最普及的入户基础设施最初只使用50 550MHz频段提供单向广播电视业务但使用新技术 可使用其他剩余频段在CATV的基础上进行双向HFC改造保留原有CATV有线电视业务并可提供交互式数据业务Cablemodem技术 一种典型的HFC接入技术 接入网技术 7 1CATV网络 CATV 传统的有线电视网络CATV的特点为特定的业务设计将广播视频业务传送到家而优化设计通信方式 单向 下行 广播式介质 同轴电缆或以同轴电缆为基础广播业务使用频段 50 550MHz复用技术 FDM模拟传输方式 接入网技术 组成网络组成 头端 干线网 配线网 下引线设备组成 头端设备 放大器 分配器 分支器拓扑结构 树状 鱼骨状结构 分支结构 CATV网络的系统结构 接入网技术 系统结构说明 头端信号的接收与处理中心接收来自各种信号源的电视信号 卫星 本地 将接收到的各路信号调制到一个6 8 MHz频道通过FDM合路器下传到干线 最终送到千家万户干线 网 连接头端和信号分配点之间的电缆与设备 信号分配器 同轴缆 放大器 分支器 距离一般为15km信号分配器 将干线信号分成几路 覆盖更大范围配线 连接信号分配点与分支器 中间有放大器分支器 用户的接入点下引线 引入线 用户接入线缆放大器 对信号放大 使信号能达到更大的范围 接入网技术 CATV网络的局限性 业务单一 视频单向通信 只能下行通信 不能双向交互网络结构脆弱 鱼骨形结构 只要一个地方或设备故障 可能导致中断对众多用户的服务传统的CATV已不能满足现代业务 交互式 综合业务 的要求 双向改造势在必行 接入网技术 7 2HFC网络 HFC HybridFiberCoax混合的光纤同轴电缆在原有CATV基础上进行双向改造干线部分 光传输系统代替CATV中的同轴电缆用户分配网 仍保留同轴电缆网络结构 但放大器改成双向的可提供业务保留原有CATV单向电视广播业务利用剩余频带提供宽带数据业务 接入网技术 双向的HFC网络结构 光纤到服务区结构 FSA 每个服务区物理上为一个独立的子网 不同的服务区可采用相同的频谱 彼此不干扰 头端 电话网 因特网 双向放大器 视频信号 光纤 同轴电缆 服务区 光纤干线网 光节点 500 2000用户 配线网 下引线 接入网技术 结构说明 头端信号的接收与处理中心接收来自各种信号源的电视信号 卫星 本地 接入到PSTN Internet光纤干线网头端到服务区光节点之间的部分 光纤 拓扑结构为星形配线网和下引线完全同CATV 放大器除外 配线网的拓扑结构为树形 接入网技术 双向HFC的优势 取消主干上的放大器 提高信号质量和可靠性 在主干上采用光纤 提高了容量 为宽带接入奠定了基础 为双向交互式通信提供了网络条件 通过CableModem可实现全业务通信 数 话 图 接入网技术 HFC的频谱划分 上行信道 CATV业务 数字下行 f f1 下行信道 数字上行 f2 f3 f4 f5 f6 个人通信 地区f1 MHz f2 MHz f3 MHz f4 MHz f5 MHz f6 MHz 北美542885508601000欧洲5651105508621000中国565655507501000日本548885508601000 接入网技术 HFC网络特点及面临的问题 特点共享介质 点到多点结构上行信道多干扰环境面临问题上行信道的分配问题 需要MAC协议 上行信道多干扰 各种噪声 安全性问题可靠性问题 单点故障 供电问题 户外设备供电 接入网技术 思考题 传统的CATV网络可以双向交互 只是网络结构脆弱 判断 HFC网络采用共享质 点到多点结构 但是上行信道干扰较多 判断 HFC的英文和中文名称分别是 和 HFC网络特点及面临的问题是什么 接入网技术 7 3CableModem CableModem 电缆调制解调器 简称CM 基于双向HFC的宽带接入技术频分复用 实现数据业务和传统CATV业务共存CATV 典型频段 50 550MHzCM 典型频段 5 42MHz 550 750MHzCM上 下行双向通信5 42MHz 上行 550 750MHz 下行 非对称速率方式下行最高42Mbps上行最高10Mbps QPSK最高1 5Mbps 两种标准IEEE802 14 基于ATM传输DOCSIC 基于IP传输 接入网技术 CableModem的系统结构 CMTS CableModemTerminationSystem电缆调制解调器端接系统CM CableModem电缆调解器 Internet Router CMTS HFC CM CM 接入网技术 系统结构说明 CM 电缆调解器连接用户的PC与HFC网络对网络和用户数据进行调制 解调 并传输实现网络与用户数据的双向交互CMTS 头端设备连接数据网与HFC对数据的调制 解调与传输 对所有CM的接入进行控制 认证许可 给CM分配带宽并进行管理 接入网技术 CM协议参考模型 CMTSMAC ATM LLC 其他 接收PMD 发送PMD CMMAC MAC层 PHY层 下行 上行 CMTS CM TC子层 接收PMD 发送PMD TC子层 ATM LLC 其他 模型包括 物理层和MAC层承载的高层数据主要为两种ATM信元 802 14标准 LLCPDU DOCSIC标准 接入网技术 CM物理层 功能 两种标准的物理层都采用J 83标准负责实现比特的传输 同步 定界和调制解调等功能组成 PMD子层 TC子层PMD子层 物理介质相关子层分为上行PMD 接收PMD 和下行PMD 发送PMD 提供物理接口 信号的调制 解调 比特流同步等TC子层 传输会聚子层提供与MAC的接口 对MAC帧进行分片与重组形成在信道上传输的格式PDU的定界完成同步 测距和功率调整同步 定期接收头端的广播的参考时钟 并调整本地时钟测距 均衡时延 各CM到CMTS距离不等 避免时隙重叠功率调整 为了使各CM到CMTS的电平基本相同 接入网技术 CM的MAC层 MAC协议环境 共享介质同一服务区的用户共享带宽需要介质访问控制 MAC 技术无法实现载波侦听 CSMA 收发信道完全分开很难实现分布式协调控制CMTS集中仲裁CMTS对多个CM进行集中控制 接入网技术 CM的MAC层 功能 CM接入的合法性认证上行信道竞争的冲突分解CM带宽的请求 分配与管理MAC层最核心技术 接入网技术 CM的MAC层 运行机制 上行总带宽由许多小时隙 minslot 表示minslot为一个最小带宽单位上行带宽预约请求 无竞争传送数据请求带宽发生冲突时 进行冲突分解IEEE802 14采用基于树的分解算法和P坚持DOCSIS采用二进制指数退避算法 接入网技术 CM的MAC层 上行带宽请求与分配 CM与CMTS交互实现CM向CMTS请求 由CMTS进行分配与管理专门请求 捎带请求相结合CM有数据要发时CM先向头端CMTS申请带宽 小时隙数量 CMTS给CM指定上行发送小时隙CM在指定上行时隙内发送CM在发送数据时有新数据要发时直接在发送数据时捎带对新数据发送带宽的请求 接入网技术 CM的MAC层 上行带宽请求与分配 带宽请求与分配过程描述待发数据的CM 从下行信道获取头端对上行带宽分配的广播信息 MAPPDU 从中选取一个空闲的minislot CM通过上行信道在选取的minslot内发送一个request如果请求冲突 则按某种算法进行冲突分解 并再次请求请求成功 会收到正确的ACK 对CM的发送时刻及允许发送的minislot个数 可能与申请的个数相同 也可不同 CM根据分配信息 在指定的上行时隙内发送dataPDU 发送数据时是不会产生冲突的 接入网技术 CableModem工作原理 每个CM都有一个ID 48位 制造商定 CM的接收器能调谐到所有m个下行信道的任何一个接收数据CM能在所有1 n个上行信道中的任何一个发送数据 头端CMTS m信道 n信道 下行 上行 1 1 CableModem 1 CableModem 2 CableModem x 上行 接入网技术 CableModem工作过程描述 加电初始化与头端CMTS同步CM扫描所有下行频道 寻找有效控制信息 广播信息 一般CM首选对上次使用过的频道进行搜索 内存保存 获取上行信道参数并请求注册CM收到头端发来的上行信道传输参数CM根据参数中指点的上行通路向头端发送注册请求消息注册认可 开始认证 密钥交换 测距 初始化预约带宽传送数据CM向CMTS申请带宽 由CMTS分配CM在分配的带宽里上传数据 实现与网络的交互只要不断电 CM就一直处于在线状态 接入网技术 HFC的传输向数字化方向发展 今天绝大多数有线电视信号采用模拟RF传输数字传输是发展