DOCSIS – Data Over Cable Service Interface Specification

Apresentação em tema: "DOCSIS – Data Over Cable Service Interface Specification"— Transcrição da apresentação:

1 DOCSIS – Data Over Cable Service Interface Specification
Mauro J C Branco

2 O que é DOCSIS? DOCSIS é um protocolo criado pela CableLabs - um consórcio de empresas sem fins lucrativos cujo objetivo é fomentar a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias para redes à cabo. É um padrão internacional de telecomunicações que permite a adição de alta velocidade de transferência de dados para um sistema de TV a cabo existente (CATV). Possibilita acesso à Internet, sobre sua estrututa atual HFC (Hybrid Fiber-Coax).

3 DOCSIS + HFC DOCSIS - protocolo para transmissão de dados em redes HFC. PacketCable - complementar à DOCSIS, utilizada para transportar dados multimídia sobre a rede HFC, sendo que atualmente é utilizada apenas para transportar voz sobre IP (VoIP). Banda larga via cabo, é na verdade via DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) sobre uma rede HFC (Hybrid Fiber-Coax).

4 Rede DOCSIS/HFC Uma rede HFC é composta por cabos de fibra óptica e cabos coaxiais. Podemos afirmar que a parte física da rede é HFC enquanto a parte lógica é DOCSIS. Uma rede DOCSIS/HFC é composta de um determinado número de equipamentos, ativos e passivos, responsáveis pelo seu funcionamento e gerenciamento.

5 Elementos mais próximos a instalação na residência de clientes.
Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC Elementos mais próximos a instalação na residência de clientes.

6 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC
Feeder: cabo coaxial, pertencente ao segmento secundário de uma rede HFC, que inicia no nó óptico e estende-se por toda uma determinada área. O comprimento do feeder depende da arquitetura da rede, podendo alcançar até 3 Km. Devido o cabo coaxial sofrer mais retração ou expansão térmica do que o cabo de aço, é necessário criar pontos de expansão nos feeders, junto a cada poste.

7 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC
Tap: é utilizado para distribuir ou combinar os sinais de RF (Radio Frequency). O sinal de upstream originado no cliente é combinado aos outros sinais de RF passando pelo tap. Os taps são instalados ao longo do feeder, em locais onde existam residências ou empresas, para possibilitar a conexão dos drops que atenderão aos clientes. Drop: é o cabo coaxial, ligado ao tap, que leva o sinal até o cliente. Normalmente, seu comprimento é menor que 200 metros.

8 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC
Amplificador: devido às altas frequências utilizadas na rede HFC, o sinal sofre atenuação ao propagar-se pelo cabo coaxial. Por este motivo se faz necessária utilização de amplificadores nos feeders em intervalos regulares. 

9 Amplificador Frequência máxima do sistema, em Mhz ou Ghz;
A amplificação é bidirecional, atuando tanto no sinal de downstream quanto no de upstream. Os fatores que definem o número de amplificadores e a distância entre eles são os seguintes: Frequência máxima do sistema, em Mhz ou Ghz; Tipo de cabo coaxial sendo utilizado e seu tamanho; Atenuação (em dB) por metro de cabo, operando na frequência máxima; Ganho operacional do amplificador (também em dB), operando na frequência máxima.

10 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC
Trunk: em uma rede HFC, a parte principal do segmento de distribuição é composta por cabos de fibra óptica, que transportam o sinal originado no headend até os nós ópticos, que por sua vez distribuem o sinal através dos feeders. Estes cabos de fibra óptica são denominados trunks, e interligam os CMTS’s aos vários nós ópticos distribuídos por uma determinada região através de uma topologia em anel. Existem referências que afirmam ser em estrela a topologia deste segmento óptico da rede HFC, o que também é possível.

11 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC
Nó óptico: é o equipamento responsável pela distribuição do sinal recebido do CMTS através dos trunks. São posicionados próximos às áreas que devem atender de onde se propagam os feeders que efetivamente cobrirão a área designada.

12 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC
Uma rede HFC é composta por um híbrido de cabos de fibra óptica e coaxiais. Os trunks se estendem do headend até os nós ópticos, de onde saem os feeders. Ao chegar no nó óptico, o sinal de downstream é convertido de óptico para elétrico e inserido nos feeders, da mesma forma que o sinal de upstream originado nos clientes e transmitido através dos feeders é convertido de elétrico para óptico e inserido na fibra óptica dedicada ao fluxo de upstream.

13 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC - CMTS
CMTS: localizado no headend, o Cable Modem Termination System é um conjunto de dispositivos com funções específicas que se complementam na tarefa de gerar, processar, transmitir e receber dados e de gerenciar sua transmissão através da rede DOCSIS. Dependendo da arquitetura de CMTS utilizada, estes dispositivos encontram-se integrados em um mesmo chassis (Integrated CMTS) ou como equipamentos separados (Modular CMTS). O CMTS refere-se ao conjunto de dispositivos que controlam a rede DOCSIS.

14 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC - CMTS
Uma das funções do CMTS é rotear os pacotes IP do cliente para a Internet (ou para a rede IP da operadora) e vice-versa. Por este motivo possui uma ou mais interfaces ethernet (1Gb ou 10Gb) ligadas à rede IP da operadora, e uma interface RF  ligada à rede HFC.

15 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC - CMTS
Os pacotes IP originados no cliente chegam ao CMTS através de frames ethernet encapsulados em frames DOCSIS. O CMTS então extrai os pacotes IP dos frames e efetua o roteamento adequado: se forem dados do usuário, eles são encaminhados até um roteador de borda que atua como gateway para a Internet; se forem de telefonia (via PacketCable), são encaminhados aos equipamentos que controlam a rede PacketCable. Se a ligação telefônica efetuada for para a rede de telefonia convencional, então um dos equipamentos que operam a rede PacketCable efetua a devida conversão e roteamento. Outra função do CMTS é gerenciar a transmissão de dados na rede DOCSIS através do controle dos cable modems ou EMTAs. O CMTS lida apenas com a transmissão de dados na rede HFC, através da especificação (ou protocolo) DOCSIS. A transmissão de canais de TV não é gerenciada pelo CMTS. Apenas o tráfego de dados de e para a Internet e de telefonia são responsabilidades do CMTS: é ele que define qual cable modem (ou EMTA) poderá transmitir seus dados

16 Equipamentos externos de uma Rede DOCSIS/HFC - CMTS
Funções do CMTS: Fornecer ao EMTA as políticas de QoS necessárias; Alocar largura de banda de acordo com as requisições do EMTA e das políticas de QoS; Classificar cada pacote recebido da rede DOCSIS e atribuí-lo à um determinado nível de QoS baseado em filtros previamente configurados; Analisar o campo ToS (Type of Service) dos pacotes IP recebidos da rede DOCSIS e definir as configurações no ToS de acordo com as políticas da rede IP; Alterar o ToS dos pacotes IP sendo enviados ao EMTA, de acordo com as políticas de QoS; Efetuar traffic shaping e policiamento de acordo com as políticas de QoS; Direcionar os pacotes recebidos do EMTA para a rede IP utilizando as devidas políticas de QoS; Manter o estado para os fluxos ativos.

17 Equipamentos internos de uma Rede DOCSIS/HFC
Cable modem: responsável por transformar o sinal de RF originado no CMTS em pacotes IP para o cliente e vice-versa. No sentido de downstream, o cable modem demodula os sinais de RF recebidos pela rede HFC e extrai os pacotes IP encapsulados em frames MPEG-TS, enviando-os para a interface ethernet. No sentido de upstream, encapsula os frames ethernet em frames DOCSIS, modulando-os e enviando-os para a interface RF. EMTA: Embedded Multimedia Terminal Adapter, este equipamento é um cable modem com um adaptador multimídia embutido, que utiliza o protocolo PacketCable para transmitir o sinal de voz sobre a rede HFC. Os equipamentos acima citados realizam a mesma tarefa: enviar dados do usuário para o headend e vice-versa. A única diferença é que o EMTA também transporta sinais telefônicos.

18 Protocolo DOCSIS O protocolo DOCSIS proporciona a transmissão de dados sobre uma rede física HFC. Fator mais relevante para a definição das taxas de transmissão é o meio físico: é ele quem determina a largura de banda a ser utilizada dentro do espectro disponível assim como os esquemas de modulação necessários para lidar com sua inerente interferência e atenuação.

19 Versões do Protocolo DOCSIS
1.0 - emitida em 1997 proporciona conectividade básica à Internet 1.1 - emitida em 1999, introduziu recursos de qualidade de serviço (QoS), possibilitando a definição de garantias para a taxa de transmissão e latência. Oferece serviços de voz utilizando o protocolo PacketCable; 2.0 - emitida em 2001 proporciona melhores taxas de transferência e confiabilidade no fluxo de upstream, a taxa de transferência máxima elevada para 27 Mbps. 3.0 - emitida em 2006, uso nativo de IPv6, suporte para IPTV e o recurso de channel bonding, que permite agregar vários canais para a transmissão tanto no fluxo de downstream quanto no de upstream. No mínimo quatro canais devem ser suportados pelos dispositivos.

20 Espectro utilizável – Rede DOCSIS/HFC
O espectro utilizável de um cabo coaxial é de 5 a 1000 Mhz. algumas ainda operam com frequência máxima de 750 ou 860 Mhz ( O DOCSIS foi originalmente concebido para a transmissão de canais no padrão americano NTSC (atualmente denominado ATSC), que ocupam uma faixa de 6 Mhz. Entretanto, no mercado europeu, utiliza-se o padrão PAL, que ocupa uma faixa de 8 Mhz por canal. Dessa forma, foi necessário criar uma especificação que atendesse ao mercado europeu, surgindo então o EuroDOCSIS.

21 Espectro utilizável – Rede DOCSIS/HFC
Protocolo Versão Upstream Downstream DOCSIS 1.x e 2.0 5 a 42 Mhz 50 a 1000 Mhz 3.0 5 a 85 Mhz 108 a 1000 Mhz

22 Taxa de transmissão – Protocolo DOCSIS/EuroDOCSIS
Devido ao overhead causado pelos vários protocolos utilizados na transferência das informações, é diminuída a taxa de transferência teórica, pois a codificação para correção de erros, o esquema de modulação e o protocolo MPEG, além dos cabeçalhos DOCSIS e Ethernet.

23 DOCSIS 3.0 – Channel bonding
A versão 3.0 do DOCSIS permite a utilização de 4 ou mais canais agregados para a transferência de dados. Recentemente a Cisco realizou um teste onde alcançou quase 1.6 Gbps, utilizando seu novo CMTS, que suporta agregar até 72 canais no fluxo de downstream e 60 canais no de upstream. Além da falta de espectro disponível na rede HFC, outro fator que limita o número de canais que podem ser agregados pelas operadoras é a falta de cable modems que suportem mais de 8 canais agregado. Através do uso de Channel bonding empresas brasileiras já conseguem comercializar a velocidade de 100Mbps, utilizando CMTS Cisco uBR e Cable modem Cisco DPC300 que suporta 4 canais agregados (downstream e upstream), o que fornece uma taxa de transferência máxima praticável de 152 Mbps.

24 Protocolos na interface CMTS-NSI
Combinações de camadas físicas para transporte de IP - ATM sobre STS-3c (STM1) - ATM sobre DS3 (E3) - FDDI sobre 10BASE-t E 100BASE-t -Ethernet sobre AOBASE-T e 100BASE-T

25 Protocolos na interface CMCI Pilha de protocolos na interface
CMCI - Ethernet

26 Transporte de dados entre CM - CMTS