Cable Modem接入技术系统讲解

1、Cable Modem接入技术系统讲解什么是Cable Modem系统第七章Cable Modem接入技术3HFC 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4Ethernet ConnectionTwisted PairRJ-11 connectionPCTVHFC Plant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

2、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64 QAM多路数字卫星信号64QAM本地模拟信号加扰Ethernet网管服务器集成接收编码器多路数字分离卫星信号I Mult.Q Mult.OC-3头端配置工具数字机顶盒数字广播信号8-VSBQPSKQPSK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PSTNDOCSISCable M

3、odems上变频器上变频器上变频器CMTSHFC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HFC8双向HFC的简化结构9Cable Modem系统主要组成：前端的电缆调制解调器局端系统CMTS （Cable Modem Terminal System），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（Cable Modem），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

4、入HFC网络。10基本体系结构Basic ArchitectureFIBRE NODE SERVICE AREATYPICALLY 500 HOMES ARE PAST光节点服务区域典型传递500个用户SPLITCOMBINEVIDEO FEEDCOMBINEFORWARD PATHOR DOWNSTREAMREVERSE PATHOR UPSTREAMModemTVVIDEOCOAXIAL CABLEFORWARDPATHREVERSEPATH5MHz42MHz88MHz860MHz5MHz65MHz108MHz862MHzTYPICALLY 50dB LOSS典型损耗为50dBTYPICA

5、LLY 60dB LOSS典型损耗为60dB11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关于Cable Modem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（Multimedia Cable Network System）。制定了基于电缆的数据服务接口

6、规范 DOCSIS （Date Over Cable Service Interface Specification）。1998年3月，DOCSIS规范被国际电信联盟（ITU）所采纳，标准号为，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规范，标准号为。美国有线电视实验室Cable lab：代表 MCNS, 开发并管理DOCSIS标准。13DOCSIS四个版本：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

7、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。：1999年3月推出，功能是在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、 等多业务服务能力。14DOCSIS四个版本：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 等对称性业务能力大大加强，：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

8、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标准的新功能DOCSIS版本1.01.12.03.0宽带上网业务 分级业务 IP电话业务 视频会议业务商用业务漫游业务视频娱乐业务Cable ModemVoIP电话（MTA）用户网关可视电话移动设备IP机顶盒16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

9、）操作支持系统接口（OSSI）规范（6）电缆 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171999年MCNS又发布了版本，为的扩展。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

10、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。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19DOCSIS 版本关键特征获得好处DOCSIS 1.0 (0.32-10 Mbps u/s)(30-42 Mbps

11、d/s)标准的层级业务特性的标准化基本的前向纠错 FEC (T=10)低成本，低功率的 CM高速 Internet 访问对噪声误码纠正DOCSIS 1.1(0.32-10 Mbps u/s)(30-42 Mbps d/s)QoS & IP多 播在CM中8-分支头的预均衡Frag, Concat, PHSSecurity w/ SNMPv3MIB中新的数目滤波， CM授权更多的层级业务改进的抗干扰度使用带宽改进的管理黑客验证DOCSIS 2.0(0.32-30 Mbps u/s)(30-42 Mbps d/s)上行强制S-CDMA/ ATDMA 改进的前向纠错 FEC (T=16)提供 FEC

12、ATDMA 字节的交织在CM中24-分支头的预均衡对称业务 & 上行抗干扰度更强的上行抗干扰度DOCSIS Evolution演变粗略观察20DOCSIS Evolution演变深入观察 基本电缆数据标准没有QOS性能基线加密DOCSIS 1.0DOCSIS 2.0DOCSIS 1.1完全的DOCSIS 1.0能力加强对分层数据改进的QOS分组的分段和合段为改进安全“基线加密+”私有“下一情报”的特征，如：线速操作可靠性高端口密度完全的DOCSIS 1.1能力加强增加上行带宽 上行噪声的缓解私有“下一情报”的特征，如： 上行入侵噪声消除上行和下行数据流更宽带宽以及多更状态的QAM调制21Eur

13、o DOCSIS规范为了更好地支持亚洲和欧洲地有线电视制式，MCNS于2000年发表了欧洲规范（兼容欧洲标准）。Euro DOCSIS： 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。22Euro DOCSIS （1）RF系统框图MTxMRxTxRxHFCNETCMTSCMDS RFUS RF108- 862MHz5- 65MHz64/256QAMQPSK/16QAM61dBmV0dBmV8- 58dBmV-15- 15dBmVAGCALC23（

14、2）Euro DOCISIS下 行 特 性 频道带宽： 8MHz频率范围：108 到 862MHz网络阻抗：75 Ohms传输方式：以恒定载波传输 典型的载噪比： 50dB调制方式：64QAM & 256QAM符号速率： 频道24CMTS发射端口性能 输出功率电平 ：50 到 61dBmV频率稳定度： 1ppm（ppm=parts per million 百万分之一）调制失真： 62dB符号长度：6Bit (64QAM) & 8Bit (256QAM)最大数据速率：信息吞吐量效率： 85%25CMTS接收端口 功率输入线性范围：-16 到 26dBmV每个符号速率： 30dB接收带宽可控 解调

15、失真未均衡基带滤波器 ：25 SRRC（Square Root Raised Cosine）升余弦平方根） 邻频抑制： 12dB包 交 换 Error Rate ：25dB typical 调制方式： QPSK & 16QAM 符号速率： 27 功率输出 ALC范围 ： 8 到 58dBmV 频率稳定性 ： 20ppm 调制失真 ：40dB 符号长度：2Bit (QPSK) & 4Bit (16QAM) 最大数据速率： 信息吞吐量效率： 80% 预加重字头可修改 CM 发 射 端 口 28系统参考模型 CMTS基线加密系统(BPI)前端光节点电缆调制解调器终端系统 上行RF信号接口电缆调制解调

16、器终端系统下行RF信号接口Internet 骨干网本地服务设备LAN网络终端解调混合器光发安全和接入控制器CPE数字电视信号上行信 号电缆网络远程服务设备操作支持服务器HFC网络平台CM下行 = 87 MHz上行 = 25dB; 5 25dB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Reed Solomon 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输出口电气特性参数值频率542 MHz发射功

17、率动态范围TDMA：+8+54 dBmV (32QAM, 64QAM)+8+55 dBmV (8QAM, 16QAM)+8+58 dBmV (QPSK)S-CDMA：+8+53 dBmV （所有调制方式）调制方式QPSK，8QAM， 16QAM，32QAM，64QAM， 128QAM132输出口电气特性符号率TDMA：160， 320， 640，1280， 2560，5120 kBdS-CDMA：1280, 2560, 5120 kBd带宽TDMA：200, 400, 800,1 600, 3200, 6 400 kHzS-CDMA：1600, 3200, 6400 kHz输出口匹配阻抗75

18、欧姆输出口反射损耗 6 dB（5-42 MHz）接头综合ISO-169-24标准的F头133CMTS的输入端接收到的CM发射信号电平动态范围符号率（k sym/s）动态范围（dBmV）160-16 to + 14320-13 to + 17640-10 to + 201280-7 to + 232560-4 to + 265120-1 to + 29134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

19、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。135DOCSIS2.0下行RF信道的指标要求参数值频率范围88 MHz857 MHz频带宽度6 MHz前端到最远用户的时延0.800 msec (典型值要小很多)6MHz带宽内载噪比大于等于35 dB载波复合三次差拍失真比大于等于41 dB载波交扰调制比大于等于41 dB载波和离散干扰比（侵入噪声）大于等于41 dB带内平坦度小于等于3 dB136DOCSIS2.0下行RF信道的指标要求参数值群时延小于等于75 ns主要回波的微反射界限-20 dBc 1.5 sec,-30 dBc 1.5 sec-10 dBc 0.5 sec,-1

20、5 dBc 1.0 sec交流声调制不大于26 dBc (5%)突发噪声平均10Hz频带内不长于25 sec137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

21、系统设计中主要考虑上行信道RF指标是否符合要求。138CMTS的输出电气特性参数值中心频率91857 MHz 30 kHz发射电平5061 dBmV调制方式64QAM256QAM符号率64QAM：5.056941 Msym/sec256QAM：5.360537 Msym/sec下行信道频带宽度6 MHz输出端阻抗75欧姆输出反射损耗当小于等于750MHz时 14 dB; 当大于750 MHz时 13 dB连接头符合ISO-169-24标准的F头139Euro DOCSIS CMTS的输出电气特性参数值中心频率112857 MHz 30 kHz发射电平5061 dBmV调制方式64QAM256Q

22、AM符号率64QAM： 6.952 Msym/sec 256QAM： 6.952 Msym/sec下行信道频带宽度8 MHz输出端阻抗75欧姆输出反射损耗当小于等于750MHz时 14 dB; 当大于750 MHz时 13 dB连接头符合ISO-169-24标准的F头140CM接收端要求的电气指标参数值中心频率91857 MHz 30 kHz接收电平范围（一个频道）-15 dBmV+15 dBmV调制方式64QAM和256QAM符号率5.056941 Msym/sec (64QAM) and 5.360537 Msym/sec (256QAM)带宽6 MHz (64QAM调制时18%均方根升余

23、弦整形，256QAM调制时12%均方根升余弦整形)总输入功率(40-900 MHz)6 dB (88-860 MHz)连接头符合ISO-169-24标准的F连接头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，Euro DOCSIS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，DOC

24、SIS标准要求系统中上行信道的载波干扰比大于等于25dB，Euro DOCSIS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。1437.6 CM系统传输汇聚子层规范传输汇聚子层仅仅定义于下行信

25、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）包头=DOCDOC MAC 数据包头= video数字视频数据包头= video数字视频数据包

26、头=DOCDOC MAC 数据包头= video数字视频数据包头=DOCDOC MAC 数据包头= video数字视频数据包头= video数字视频数据包头= video数字视频数据145MAC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。146MPEG包和MAC帧相互包含示意图147CM的MAC层协议环境共享介质同一服

27、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148CM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）149CM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150CM的MAC层上行带宽请求与分配CM与CMTS交互实现CM向CMT

28、S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151CM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(MAP PDU)，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minisl

29、ot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data PDU （发送数据时是不会产生冲突的）。152带宽请求与分配过程Contend minislot to send request，wait ACK ReadyCollision resolution Wait for grant Data PDU transmission with piggybackTraffic arrivalCollisionWait until given time SuccessTraffic arrivalIdle专门的带宽请求捎带请求相结合153媒质接入控制子层规范和实现

30、（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。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MAPMAP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

31、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Information ElementsIE 类型描述请求 IEs告诉CM哪些上行时隙可以向CMTS提出要求发送数据的申请。响应/数据 IEs描述的上行时隙不仅可以用于CM向CMTS提出要求发送数据的申请，还可以用于CM向CMTS发送短数据。短数据和长数据准许准许时间，这个准许时间是针对有一个特殊服务ID上行数据流传送站维护为各个CM进行一些常规维护提供的上行时隙

32、，维护包括测距和功率调整等。初始维护 IEs描述的上行时隙是专门用于新上线的CM接入。无效数据准许承认传送请求，而没有批准该请求157MAC帧格式 Cable MAC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。158Cable MAC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MPEG PSI标头MAC标头PDU数据159Type消息描述1SYNC时间同步2345678910111213UCD

33、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 信道描述符TRI-TSI 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MAC Management Message Types160基本的管理帧CM测距请求/响应（RANGING Request/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（

34、Register Request/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（UCC Request/Response）：上行信道改变请求响应161DOCSIS 下行MAC 管理信息下行上行Upstream Transmissions Resulting from One MapMini-slotMap UCD SYNC Map RNG-RSP UCC-REQ Map UCD SYNC Map RNG-RSP Data&Request ContentionLong & Short Data GrantsInitial Main

35、tenanceStation MaintenanceRequest ContentionRNG-REQRNG-REQRequestsRequests & short data packetsLong & short data packets REG-REQ UCC-RSPorI.E.s specifying Upstream IntervalsUpstream Transmissions In Each Type of Interval162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

36、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 （Upstream Channel Descriptor ） ：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RNGSYNC将CM时钟同步到同一时

37、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

38、的CM使用）。166CM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。168CM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CMT

39、S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（Baseline Privacy Interface）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。170CMTSInternet让CM的使用者在电缆网

40、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171BPI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。172BPI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

41、、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 。173CM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

42、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）。175CM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

43、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177CM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

44、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。调谐测距连接配置注册通信维持7.7.2CM连接过程178调谐测距连接配置注册维持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179CMCMTS调谐测距连接配置注册维持UCDMAP（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

45、。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

46、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CMTS3、注册、维持（1）注册184CM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HFCCMTSCable ModemREG-REQ注册请求185CMTS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

47、用户发送REG-RSP（注册响应）给CMCM 可以让未加密数据通过REG-RSPHFCCMTSCable Modem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。187CM上电启动流程188CM初始化步骤Modem Initialization steps CM scans for a downstream channelCM synchronizes to the downstream channelCM lock

48、s on the time-base clockCM receives upstream parameters (UCD)CM receives bandwidth allocation MAPCM performs ranging & other adjustmentsCM establishes IP connectivity (DHCP)CM establishes Time of DayCM acquires configuration file (TFTP)CM registers with the CMTSCM is operationalCM 搜索一个下行传输流频道 CM 对该下

49、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189HFCCMCMTSStep 1CM scans downstream for DOCSIS carrierStep 3CM listens to carrier for UCDStep 4CM listens for upstream MAP and IM intervalStep 5CM attempts to rangeStep

50、2CM listens to carrier for SYNC (sync offset = propagation delay)Cable Modem 注册过程搜索下行同步上行通道描述测距分配映射190HFCCPECMCMTSServerStep 6CM DHCPIP addressStep 7CM NTPTimeStep 11CPE DHCPIP addressStep 9Register+set TLVStep 8CM TFTPCFG fileStep 10BPICable Modem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

51、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191DHCP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。192CMTS系统IP地址配置示意图193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

52、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192.1，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。194CMTS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172

53、.16.0.0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。195CM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

54、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。196CM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。197HFC MAC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4Bytes MPEG头和144Bytes MPEG数据组成。198CM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DOCSI