第七章Cable-Modem接入技术

第七章CableModem接入技术,陈柏年2007年8月,7.1什么是CableModem系统,第七章CableModem接入技术,3,HFC的网络结构,前端,服务区200500家庭用户,干线放大器,线路延伸器,光缆干线,光节点,电缆干线,电缆支线,光节点,光节点,分路器,4,家庭用户接入连接,5,传统的HFC头端,信号源,信号处理设备,光发射机,6,传统HFC头端系统组成,（1）信号收集部分：将卫星、地面、微波、摄像机、磁带播出机等信号收集后送给信号处理部分，（2）信号处理部分：对收集来的信号进行相应的处理，最简单的处理方式就是对信号调制，更为复杂处理方式包括音视频编码、数据编码、位址控制、状态监控等，（3）混合/光发部分：将各路已调RF信号混合成一路复合RF信号，然后送入光发射机进行光强度调制，并将输出光功率经分光后送入光链路。,7,一个完整的双向系统组成,视频服务器,64/256QAM,数字机顶盒,数字机顶盒,64QAM,多路数字卫星信号,64QAM,本地模拟信号加扰,网管服务器,集成接收编码器,多路数字分离卫星信号,IMult.,QMult.,OC-3,头端配置工具,数字机顶盒,数字广播信号,8-VSB,QPSK,QPSK,数字传送信号,DS3,数字卫星信号,QPSK,互联网数据,DHEI,前端系统,用户端系统,节目源,PSTN,DOCSISCableModems,上变频器,上变频器,上变频器,CMTS,HFC网络控制器,数字寻址控制系统,带外调制器,集成接收编码器,组合处理系统,远端寻址服务器,加密系统,交互式应用服务器,回传解调器,HFC网络控制器,8,双向HFC的简化结构,9,CableModem系统,主要组成：前端的电缆调制解调器局端系统CMTS（CableModemTerminalSystem），将数字基带信号调制成相应的模拟信号经HFC网络传送给客户端；对来自CM的数字调制信号解调后送给相应的前端设备处理。客户端的电缆调制解调器CM（CableModem），将相应的模拟信号解调出数字基带信号后送给客户端设备处理；客户端输出的数字基带信号经CM调制后送入HFC网络。,10,基本体系结构BasicArchitecture,11,基本体系结构的有关说明,正向下行信号通过分配器驱动多路光发射机，经光纤到多个光节点，正向的路径损耗约为60dB。多个光节点反向上行信号经反向光接收机后进行混合器送CMTS，反向的路径损耗约为50dB。CM的典型接收电平为0dBmV。CMTS的典型接收电平为0dBmV。CMTS和CM之间存在着长环路AGC。光节点服务区域典型传递500个用户。,12,7.2关于CableModem系统的国内外标准,1996年，美国的四大有线电视运营机构发起了多媒体电缆网络协会MCNS（MultimediaCableNetworkSystem）。制定了基于电缆的数据服务接口规范DOCSIS（DateOverCableServiceInterfaceSpecification）。1998年3月，DOCSIS规范被国际电信联盟（ITU）所采纳，标准号为ITU-Tj.112，成为HFC网络内进行高速数据通信的国际标准。2002年12月，国际电信联盟采纳了新一代DOCSIS2.0规范，标准号为ITU-Tj.122。美国有线电视实验室Cablelab：代表MCNS,开发并管理DOCSIS标准。,13,DOCSIS四个版本,DOCSIS1.0：1997年12月推出，功能是为用户提供最佳的数据服务；定义有线电视网络宽带接入的系统框架、射频接口、系统网络侧接口、系统用户侧接口、数据安全接口、网络管理接口等规范，实现了系统前端、终端、服务管理系统的设备兼容，极大地促进了有线电视宽带接入的发展。DOCSIS1.1：1999年3月推出，功能是在1.0的基础上提供更好的数据服务，提供VoIP和递升数据服务的使用；增加了DOCSIS协议链路层的带宽保障机制等功能，使得有线电视宽带接入在共享带宽机制下，具备提供高速数据、电话等多业务服务能力。,14,DOCSIS四个版本,DOCSIS2.0：2001年12月推出，功能是提供A-TDMA先进的物理层调制和S-CDMA多址访问技术，改进了上行通道物理层；使得有线电视网络宽带接入的带宽、特别是回传带宽大为增加，使得有线电视网络提供电话等对称性业务能力大大加强，DOCSIS3.0：2006年2月推出，功能是提供了信道绑定，IPv6，L2VPN，TDM仿真等。强化了安全和运营支撑等，使得有线电视网络数字媒体业务、数据业务、语音业务在信道、媒体流各式上统一起来，提高了宽带接入带宽，达到千兆级水平，同时，促进了数字媒体设备与宽带接入设备的融合，降低了网络的带宽成本。,15,DOCSIS3.0标准的新功能,16,DOCSIS1.0主要定义的八个规范,（1）射频接口（RFI）规范（2）安全系统接口（SSI）规范（3）CM终端系统-网络侧接口（CMTS-NSI）规范（4）CM与用户端设备接口（CM-CPEI）规范（5）操作支持系统接口（OSSI）规范（6）电缆电话回传接口（CM-TRI）规范（7）可拆装安全系统接口（RSMI）规范（8）基线加密接口（BPI）规范,17,DOCSISV1.1,1999年MCNS又发布了DOCSISV1.1版本，为V1.0的扩展。增加部分：（1）适用于上行和下行带宽的动态QoS（动态带宽分配机制）;（2）在上行中提供CMTS控制的分段数据包;（3）用有效负载标头压缩提高上行和下行带宽的使用效率；（4）支持VoIP等对延时敏感的多种业务等多方面的规范。,18,DOCSIS1.1的改进,包分割（Fragmentation）包分割有效减小大包传输对实时业务的延时。如1500字节的包在768kbps上行通道传输造成15ms的延时。语音包头压缩动态QOS使得运营商能够在每个数据流的基础上管理带宽、延迟以及抖动等重要的服务质量参数。PacketCable与DOCSISl.1配合实现动态QoS配置。例如，在一次VoIP呼叫中，PacketCable与DOCSISl.1的交互处理之后，在呼叫方和被叫方之间所需要的带宽被精确地分配出来。DOCSIS1.1的CM系统还具有很强的信道传输和抗HFC网络回传噪声的性能CMTS对上行信道进行接收均衡CM对上行信道分别进行预均衡处理误码前向纠错能力，能给一个255字节的数据包中多达10个字节的传输误码进行纠错,19,DOCSISEvolution演变粗略观察,20,DOCSISEvolution演变深入观察,21,EuroDOCSIS规范,为了更好地支持亚洲和欧洲地有线电视制式，MCNS于2000年发表了EuroDOCISISV1.1欧洲规范（兼容欧洲标准）。EuroDOCSIS：DOCSIS的一个经过修改的版本，物理层经过修改以适于以DVB更流行的欧洲市场。特点：在系统的频谱划分、频道带宽、信道参数的规定完全兼容欧洲标准，在运行机制和核心协议上于DOCISIS完全相同。,22,EuroDOCSIS（1）RF系统框图,23,（2）EuroDOCISIS下行特性,频道带宽：8MHz频率范围：108到862MHz网络阻抗：75Ohms传输方式：以恒定载波传输典型的载噪比：50dB调制方式：64QAM8,32,64,128QAM复用方式TDMA;A-TDMA525dB,容量更大,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扰S-CDMA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ReedSolomon块编码的扩展10B到16B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,弹性更强,131,DOCSIS2.0CM输出口电气特性,132,DOCSIS2.0CM输出口电气特性,133,CMTS的输入端接收到的CM发射信号电平动态范围,134,7.5.2下行规范,CM系统中：上行信道是多点对一点，下行信道是一点对多点，这和传统的对称型电信网络完全不同，因此CM系统的下行物理媒体子层规范和上行完全不同。下行信道的规范和指标与传统视频业务有很多相同之处，由于CM系统中是数字调制信号，因此，在CM系统的下行RF指标的某些重要指标值甚至比视频信号要求的还要低。,135,DOCSIS2.0下行RF信道的指标要求,136,DOCSIS2.0下行RF信道的指标要求,137,下行RF信道要求,由于数字信号的抗干扰能力比模拟信号要强，因此CM系统下行信道指标要求上都比传统视频信号要求的指标低。如果数字频道使用64QAM调制方式，单个数字频道的功率比模拟频道载波电平低10dB，如果数字频道使用256QAM调制，单个数字频道的功率比模拟频道载波电平低6dB。考虑到CM系统下行信道是一点对多点的分配，因此下行信道的指标要求大于等于41dB实际上比上行信道的指标要求大于等于25dB要容易实现得多，大多数传统HFC网络都能满足CM系统对下行RF信道的要求，因此在CM系统设计中主要考虑上行信道RF指标是否符合要求。,138,CMTS的输出电气特性,139,EuroDOCSISCMTS的输出电气特性,140,CM接收端要求的电气指标,141,物理层重要指标和要求归纳,1、两个信道：CM系统分为上行和下行两个信道，两个信道通过占用不同的频率来区分。DOCSIS标准中上行频率范围为542MHz，下行中心频率范围为88857MHz，EuroDOCSIS标准中上行频率范围为565MHz，下行中心频率范围为112857MHz。2、载波干扰比：整个上行频率范围可以划分为多个上行信道，每个上行信道占用的频宽不固定。在上行信道中，综合所有干扰、失真和噪声定义了载波干扰比指标，DOCSIS标准要求系统中上行信道的载波干扰比大于等于25dB，EuroDOCSIS标准中要求上行信道的载波干扰比大于等于22dB。,142,物理层重要指标和要求归纳,3、上行信道：上行信道占用的频宽不同，上行信号的符号率也不同。上行信道的载波干扰比越高，就能够使用更高效的调制方式。上行信号的数据速率取决于符号率和调制方式，符号率越高，调制效率越高，数据速率也就越高。4、下行信道：DOCSIS标准中下行信道的频宽为6MHz，EuroDOCSIS标准中下行信道的频宽为8MHz。DOCSIS标准中下行信号的调制方式为64QAM或256QAM。,143,7.6CM系统传输汇聚子层规范,传输汇聚子层仅仅定义于下行信道的目的：（1）为了增强解调的健壮性，（2）为了利用通常的接收设备接收视频信号和数据信号，（3）更重要的是为了将来可能在物理媒体子层的数据流上传输视频信号。下行MPEG数据包：下行比特流定义为一系列连续的大小为188字节MPEG数据包，每个MPEG数据包都由4字节的包头和紧随其后的184字节净负荷组成。包头可以指出MPEG数据包的净负荷是承载的DOCSIS下行MAC数据还是其它数据。CMTS可以控制MAC净负荷和其它类型净负荷在MPEG数据包序列中的混合传输。,144,交替传输的情况（以数字视频信息为例）,145,MAC帧和MPEG数据包相互包含,DOCSIS的MAC帧可以从MPEG数据包（净负荷）中的任意地方开始，一个MAC帧可以跨越几个MPEG数据包，一个MPEG数据包也可以包含几个MAC帧。图中分别显示了一个MPEG数据包中一个MAC帧，一个MPEG数据包中多个MAC帧，一个MAC帧跨越多个MPEG数据包几种情况下MPEG数据包结构。,146,MPEG包和MAC帧相互包含示意图,147,CM的MAC层协议环境,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,148,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）,149,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,150,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,151,CM上行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（二进制指数退避算法）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）。,152,带宽请求与分配过程,专门的带宽请求捎带请求相结合,153,7.7媒质接入控制子层规范和实现（MAC层规范）,DOCSIS标准中大量采用了现有的成熟协议和标准，尽量避免制定专门的协议和新的标准。DOCSIS标准中独有的协议中最主要的是MAC层协议，它主要规定了如何在共享的电缆网络中进行数据传输的一些规范。7.7.1什么是MAP上行带宽分配映射MAP：由CMTS发出的可变长度的MAC管理信息，用来定义上行通道每个时间单位（可能是多个时隙）的使用参数和用途。,154,上行带宽分配映射MAP,MAP描述了上行信道的小时隙如何使用，例如，一个MAP可以把一些时隙分配给一个特定的CM，另外一些时隙用于竞争传输。每个MAP可以描述不同数量的小时隙数，最小为1个小时隙，最大可以持续几十ms，所有的MAP要描述全部小时隙的使用方式。MCNS没有定义具体的带宽分配算法，只定义进行带宽请求和分配的协议机制，具体的带宽分配算法可由生产厂商自己实现。,155,上行带宽分配映射MAP示意图,PDU示意图,微时隙,基于竞争的请求时隙,传输数据的时隙,维持时隙,156,信息元素InformationElements,157,MAC帧格式,CableMAC层功能：数据封装和介质传输管理。MAC帧：数据链路层的两个或多个实体间数据交换的单元。即是MAC子层CMTS与CM之间数据传送的基本单元。MAC帧的格式一般MAC帧格式。MAC标头格式。基于分组的MAC帧。MAC专用标头。,158,CableMAC帧格式,上、下行采用相同的帧格式。三部分组成：上行物理层开销或下行的MPEGPSI标头MAC标头PDU数据,159,Type,消息,描述,1,SYNC,时间同步,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,UCD,上行信道描述符,MAP,上行带宽分配映射,RNG-REQ,测距请求,RNG-RSP,测距响应,REG-REQ,注册请求,REG-RSP,注册响应,UCC-REQ,上行信道改变请求,UCC-RSP,上行信道改变响应,TRI-TCD,电话信道描述符,TRI-TSI,电话系统信息,BPKM-REQ,基线密钥管理请求,BPKM-RSP,基线密钥管理响应,MAC管理消息的类型MACManagementMessageTypes,160,基本的管理帧,CM测距请求/响应（RANGINGRequest/Response）：定时同步上行信道描述UCD：CMTS向CM描述上行通道情况上行带宽分配图MAP：CMTS向CM描述上行带宽分配CM注册请求/响应（RegisterRequest/Response）：CM登记CMTSCM向CMTS请求上行发送时隙（Request）上行通道改变请求/响应（UCCRequest/Response）：上行信道改变请求响应,161,DOCSIS下行MAC管理信息,下行,上行,UpstreamTransmissionsResultingfromOneMap,Mini-slot,MapUCDSYNCMapRNG-RSPUCC-REQMapUCDSYNCMapRNG-RSP,Data&RequestContention,Long&ShortDataGrants,InitialMaintenance,StationMaintenance,RequestContention,RNG-REQ,RNG-REQ,Requests,Requests&shortdatapackets,Long&shortdatapacketsREG-REQUCC-RSP,or,I.E.sspecifyingUpstreamIntervals,UpstreamTransmissionsInEachTypeofInterval,162,同步SYNC,同步SYNC：由CMTS定期发出，里面包含一个时间戳，精确地标识了CMTS是何时发出此信息的，CM同步它的时基参考时钟，使上行传输的数据正好能够与分配给它的微时隙相吻合。为了使各个CM的上行发射时钟同步，CMTS周期性广播SYNC帧，强制CM将时钟调整到SYNC规定的同一时刻。,163,上行信道描述符UCD,上行信道描述符UCD（UpstreamChannelDescriptor）：由CMTS定期发出描述上行信道特性的信息，如微时隙的大小、上行信道ID、下行信道ID、上行信道带宽、突发描述符等，CM只有知道这些信息后，才可能正确地发送它的请求和数据信息。建立同步之后，CM必须等待一个从CMTS发送出来的上行信道扫描符（UCD），以获得上行信道的传输参数。如频率、带宽、调制方式等。,164,测距RNG,SYNC将CM时钟同步到同一时刻，但每个CM到CMTS的距离不同，SYNC传输到各个CM的时间不相同，CM处理SYNC的时间也不相同，这样就引起了同步误差。除了发送时间之外、发送频率、功率都有误差。因此需要通过测距了校准误差。测距分为初始测距和周期性测距。,165,上行带宽分配过程,CMTS周期性地在下行信道上传送带宽分配图（MAP），MAP定义了每个时间单元（可能包含多个微时隙）的使用参数和用途。CM在下行信道上不断监听并接收MAP，当CM有数据需要发送时，只能在允许发送带宽请求的时间单元内向CMTS发送带宽请求，当得到CMTS允许时方可在CMTS分配的时间单元内传送数据（这些时间单元由CMTS在接下来的MAP中指定给得到允许的CM使用）。,166,CM向CMTS发送数据过程,通信管理过程t1时刻：CMTS发出整个上行带宽分配映射MAP；t4时刻：CM在规定时隙内发出发送数据的请求；（CM申请时隙）t7时刻：CMTS发出新的MAP，其中安排了数据发送时隙给CM；（CMTS分配时隙）t10时刻：CM在规定数据发送时隙中向CMTS发送数据。（CM发送数据）,167,上行数据发送的三个步骤,第一，CM向CMTS发出申请，第二，CMTS响应CM的申请，第三，CM得到响应后在授权的时刻发送上行数据。,168,CM预约和竞争两种方式,CM通过小时隙向CMTS传输数据也有预约和竞争两种方式：CM可以通过竞争小时隙进行带宽请求，随后在CMTS为其分配的小时隙中传输数据。CM也可以直接在竞争小时隙中以竞争方式传输数据，当CM使用竞争小时隙传输带宽请求或数据时，有可能产生碰撞，若产生碰撞，CM采用截断的二进制指数后退算法进行碰撞解析。,169,链路安全层,链路安全层：在MAC层和LLC层之间提供了对上层数据的加密功能，使得CM可以用于一些对安全性要求较高的业务。基线加密接口规范BPI（BaselinePrivacyInterface）的三级密钥：授权密钥AK：实现了CMTS对CM的身份认证和访问控制。会话密钥TEK：用于加密通信双方的会话。密钥加密密钥KEK：传送TEK时使用的密钥。,170,让CM的使用者在电缆网中保证数据传输的安全性对网络运营商所提供的服务给予基本的安全性保证,BPI作用,171,BPI规范的作用,（1）通过对CM和CMTS之间数据流的基本加密，保证在HFC共享网络中用户数据的私有性；（2）通过CMTS对CM用户认证，证实CM用户的身份和来自CM的加密密钥请求，保证用户的服务不被窃取；（3）通过CMTS对付费用户的链路认证，保证在审定之后才进行数据服务。,172,BPI工作过程,CM出厂时，内置的flash（闪存）中已存储RES算法的一对密钥（一个为公钥，另一个为私钥），当CM决定要对发送数据流进行加密后，它将在TFTP配置文件中启动基线加密功能，向CMTS发送一个授权请求，内容包含密钥中的公钥、CM的MAC地址和分配给的SID。当CMTS收到CM的基线加密请求后，它回应一个授权响应，内容包括一个用来加密传输数据流的授权密钥TEK（这个密钥发送给CM的时候，使用CM发送给CMTS的公钥加密，如果没有获得CM内部flash中的私钥，无法解密CMTS发送给CM的授权密钥），密钥序列号和生存时间，SID列表（针对每个服务等级的请求）。CM为每个SID进行密钥请求，CMTS对每个SID都回应一个DES编码的TEK，得到密钥后CM和CMTS就可以进行加密的数据传递。,173,CM上行通道模型及信号电平分配,174,几点说明,上行通道信号调试按照要求分级调试，站内和站外最后联调，保证各个设备激励电平和输出电平分配正确，以保证信道和信号的质量；在5-65MHz上行通道调试和检查中，必须防止和排除有源器件产生的无用信号和其它明显泄漏串入的短波信号干扰；网络中同一光站和不同光站的电平调试都应遵循上述要求，保证网络中光站覆盖的用户回传损耗应大致相等；（考虑到CMTS一个上行端带多个光站）；站内回传光接收机具有输出电平可调功能，和站内分配网配合保证CMTS上行接收电平为5763dBuV（必须在前面各级满足要求的前提下，确保上行信号的信号质量C/N）。,175,CM个人用户室内终端安装工艺,176,说明,用户分支口电平验收标准724dBuV，CM室内终端口电视信号电平644dBuV用户室内网络区分单向接收和双向通讯。单向接收符合我台现有指标规定，进户线有低阻高通特性（565MHz阻带，871000MHz通带，滤波特性大于35dB），双向通讯端口和单向接收口有隔离特性（5750MHz端口隔离度大于25dB）。电缆线和器件之间的接头制作必须使用专用工具，空端必须用75欧姆负载终结，用户终端设备必须从用户盒连接，用户盒采用带TV和DP端口的标准用户盒。对室内事先装潢铺设好的电缆系统，应详细了解和测试，禁止使用屏蔽性能差的藕芯电缆室外线路调试使用规定的信号源外接8dB分支器,177,CM在下行频率中搜索CMTS的下行信道和同步信号。从上行频道描述信息UCD（由CMTS在下行通道中发送）信息中获得传输参数。进行测距。建立IP连接。从TOD服务器中获得时间。从TFTP服务器中获得配置文件。注册。,7.7.2CM连接过程,178,CM侦听CMTS的下行传输信息,CM搜索下行的数据传输频道QAM同步FEC和MPEG同步搜索SYNC、UCD、MAP信息,1、调谐、测距（1）调谐,179,CM,CMTS,UCD,MAP（上行带宽分配表）,Rng-Req（测距请求）,Rng-Rsp（测距响应）,（2）初始测距,测距：确定网络时延（以保证时间上对准）和请求电平调整,180,初始测距,在侦听到CMTS发送的UCD和MAP后，CM发送初试测距请求，以确定网络时延和请求电平调整。CMTS根据收到的测距请求发出测距响应，测距响应中包括测距是否成功，定时调整，电平调整，频率偏移量调整，传送均衡调整等内容，CM接收到CMTS的测距响应后根据响应内容立即调整。,181,调谐,测距,连接,配置,注册,维持,在CM成功测距完成后，CM必须向CMTS注册来进行网络连接DHCP服务器提供功能:IP地址分配给CM的IP地址可用时间网关地址文件服务器和文件名时间服务器和时间偏移量,2、连接、配置（1）连接,182,调谐,测距,连接,配置,注册,维持,在CM成功获得IP地址后，必须给CM一些基本的配置信息。在DHCP服务器的处理过程中，DHCP服务器告诉了CM所需要的配置文件名和TFTP服务器的IP地址，CM获得这些信息后，发起和TFTP服务器的连接，获得所需要的配置文件。,（2）配置,183,调谐,测距,连接,配置,注册,维持,CM只有向CMTS注册后才能上线CM必须把它的所有配置参数作为注册请求的一部分发给CMTS,3、注册、维持（1）注册,184,CM发出一个注册请求(REG-REQ)注册请求包含从TFTP服务器上获得配置文件的参数：下行频率，上行频道号网络接入控制对象服务等级CM容量CM的IP地址,CMTS,CableModem,REG-REQ,注册请求,185,CMTS注册响应：检查CM的MAC地址和授权信息分配一个业务标识符SID提供给CM要求的服务等级所需带宽如果CM请求网络连接，CMTS将修改时隙分配表来容纳新的用户发送REG-RSP（注册响应）给CMCM可以让未加密数据通过,REG-RSP,CMTS,CableModem,注册响应,186,（2）维持,在完成注册后，CM就可以上网通信了。加密CM系统是一个树型的共享网络，为解决安全性问题，在电缆系统中给某些要求比较高的用户提供服务，DOCSIS标准中制定了基线加密接口规范（BPI）。加密算法是DES。,187,CM上电启动流程,188,CM初始化步骤ModemInitializationsteps,CMscansforadownstreamchannelCMsynchronizestothedownstreamchannelCMlocksonthetime-baseclockCMreceivesupstreamparameters(UCD)CMreceivesbandwidthallocationMAPCMperformsranging&otheradjustmentsCMestablishesIPconnectivity(DHCP)CMestablishesTimeofDayCMacquiresconfigurationfile(TFTP)CMregisterswiththeCMTSCMisoperational,CM搜索一个下行传输流频道CM对该下行传输流频道同步CM锁定时钟的基准时间CM接收上行通道描述符UCDCM接收上行带宽分配映射MAPCM完成距离修正和其它调整CM建立IP连接(DHCP)CM建立日期时间CM获得配置文件(TFTP)CM登录CMTSCM投入运行,189,CM,CMTS,Step1CMscansdownstreamforDOCSIScarrier,Step3CMlistenstocarrierforUCD,Step4CMlistensforupstreamMAPandIMinterval,Step5CMattemptstorange,Step2CMlistenstocarrierforSYNC(syncoffset=propagationdelay),CableModem注册过程,搜索下行,同步,上行通道描述,测距,分配映射,190,CPE,CM,CMTS,Server,Step6CMDHCPIPaddress,Step7CMNTPTime,Step11CPEDHCPIPaddress,Step9Register+setTLV,Step8CMTFTPCFGfile,Step10BPI,CableModem注册过程(续),CM获得IP地址及时间服务器、配置文件服务器地址和配置文件名,CM获得日期和时间,CM获得配置文件,用配置文件规定的参数向CMTS注册,CPE获得IP地址,初始化基线加密,191,DHCP地址池,CM实际作用：一个透明的网桥，起到CPE和CMTS之间的连接作用。DHCP服务器给CPE分配IP地址的地址池和给CM分配IP地址的地址池可以不一样，CM的IP地址和CPE的IP地址分属于不同的子网。如图所示，在DHCP服务器地址池中有两段网络地址，分别用于CM和CPE。网段用于CM，网关地址为，网段用于CPE，网关地址为。,192,CMTS系统IP地址配置示意图,193,7.8CM系统网络层简介,DHCP服务器中有两个地址池，一个是给CM分配IP地址的地址池，网段为，另外一个是给CPE分配IP地址的地址池，网段为。CM从DHCP服务器获得IP地址，CPE从DHCP服务器获得IP地址0。DHCP服务器的IP地址为，TFTP服务器的IP地址为，TOD服务器的IP地址为，这三个服务器都在的网段内，通过一个交换机和路由器端口相连，路由器端口IP地址为。,194,CMTS的IP地址,CMTS的射频端口分配了两个IP地址，分别和，这两个IP地址作为网段和网段的网关地址，确保CM和CPE的IP包都发送给CMTS的射频端口处理。CMTS网络侧接口的IP地址配置为，和CMTS网络侧接口相连接的路由器的IP地址为，两者同处在网段内，CMTS本身可以作为一个路由器来使用，因为CMTS只通过这个路由器和外界网络连接，所以CMTS网络侧接口到路由器端口之间为简单起见可以配置为静态路由。,195,CM系统下行信号处理流程,发送端的处理过程IP数据包发送到CMTS，CMTS将数据包封装为以太网帧后进行数据加密（是否数据加密是可选的），加密后的数据封装成DOCSIS标准的MAC帧，将DOCSIS标准的MAC帧封装成MPEG2帧，将MPEG2帧进行64QAM或者256QAM调制后送入HFC网络。,196,CM系统下行信号处理流程,接收端的处理过程CM接收到CMTS发送的数据后，先进行QAM解调，解调出来的数据为MPEG2帧，再从MPEG2帧中提取出DOCSIS标准的MAC帧，将MAC帧中的净数据解密（只有加密的数据才解密，如果发送的数据没有加密，就没有解密这个步骤）后得到以太网帧，通过透明的以太网桥转发到CM的用户侧接口，CM和CPE的连接一般为标准以太网接口，解密后的以太网帧通过以太网送给CPE。,197,HFCMAC下行基本原理,采用点对多点方式连续的广播发送，所有帧打包到MPEG数据码流中，用户数据信道内时分复用。下行传输形态由4BytesMPEG头和144BytesMPEG数据组成。,198,CM系统上行信号处理流程,发送端的处理过程CPE发送的数据包送到CM的用户设备接口，CM从数据中提取出以太网帧后通过透明桥发给CM的RF接口，上行数据以太网帧送到CM的RF接口后先将其加密（可选），加密后的数据封装成DOCSIS标准的MAC帧，MAC帧的数据经过数字调制（QPSK、M-QAM）后送入RF网络。,199,CM系统上行信号处理流程,接收端的处理过程CMTS的上行RF接口接收到CM的上行数据后，首先解调出DOCSIS标准的MAC帧，再将MAC帧去帧头后提取出加密数据（可选），解密后的数据即为以太网帧。CMTS从以太网帧中提取出IP数据包后发送到CMTS的网络侧接口，如果是接口为以太网端口则封装为以太网帧，如果接口为ATM端口则封装为ATM信元。,200,HFCMAC上行基本原理,采用多点对一点时分复用方式，先由CM请求时隙，再由CMTS分配时隙，上行数据以突发包的形式传输。发送机制包括三个过程：1）申请，2）分配，3）发送。上行传输形态由前导、MACFrame和保护时间组成。,201,HFC光链路组网方式,（一）共享回传组网方式（1）来自反向光接收机的四路信号先混合，然后经分配与CMTS的四个上行端口连接；（2）复用方式是频分复用时分复用；（3）各路的回传噪声产生会聚；（4）各路的回传可负荷分担。,202,共享回传组网方式,203,（二）独立回传组网方式,（1）来自反向光接收机的四路信号不混合，分别与CMTS的四个上行端口连接，所有上行通道必须工作在同一频率；（2）复用方式是空间复用时分复用；（3）各路的回传噪声不产生会聚；（4）各路回传无法进行负荷分担。,204,独立回传组网方式,205,DOCSIS3.0特点Features,频道绑定（ChannelBonding）：提供的下行传输速率最小为160Mbps，上行传输速率最小为120Mbps。支持IPv6：大大扩展地址空间，支持设备的机动性（mobility），具有IPv6的自动配置能力。模块化CMTS（M-CMTS）：上下行调制会与CMTS分离，与视频共享调制，从而促使成本大幅度下降。传统CMTS设备中