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CATV Data Networks

Jorge Cláudio P. Meireles

MEEC – Redes Digitais de Acesso1999 - 2000

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Índice Introdução

Redes CATV Redes de Dados CATV

Arquitectura Funcionamento Segurança Fontes de Ruído Standards Tecnologias Concorrentes Conclusões

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Introdução (Redes CATV)

Inicialmente Objectivos

Reutilização do espectro Distribuição do sinal de televisão Suporte de elevado nº de canais Qualidade superior de imagem (s/ ecos)

Características Diversos canais FDM (semelhante à TV) Unidireccional Baseada em cabo coaxial Topologia em árvore (ou estrela)

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Introdução (Redes CATV)

Actualmente Objectivos

Interactividade Transporte de Dados Transporte de Telefonia

Características Bidireccional Híbrida (HFC – hybrid fibre coax)

Cabo Coaxial na distribuição final Fibra óptica no backbone

Topologia em árvore (ou estrela)

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Introdução (Redes de dados CATV)

Tipicamente assentes em infra-estruturas híbridas e bidireccionais de distribuição de televisão;

Possibilitam elevados débitos (30-50 mbits); Normalmente de forma assimétrica Permitem diversas classes de serviço

Tiram partido do elevado número de lares cablados Cerca de 50% em Portugal (15% conectados) Esta percentagem aproxima-se do 90% nos EUA e no

Norte da Europa

Meio partilhado (questões de segurança);

Necessário possuir serviço CATV e Cable Modem (CM);

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Arquitectura Arquitectura típica

Super Headend Distribution Hub Service Area

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Arquitectura Retorno via rede telefónica

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Arquitectura

Serviços disponibilizados

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Arquitectura Rede CATV da Bragatel

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Cable Modem

O Tuner realiza a conversão do sinal para um sinal de frequência fixa ou vice-versa.

O Desmodulador realiza a desmodulação, a conversão analógico digital, a correcção de erros e sincronização MPEG.

O MAC extraí a informação dos blocos MPEG, filtra a informação relativa a outros Cable Modems, desploleta a transmissão, compensa atrasos e controla a potência do sinal enviado.

O Burst realiza a correcção de erros RS, a modulação, e a conversão digital para analógico.

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Funcionamento

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Funcionamento

Cable Modem / CMTS

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Funcionamento Downstream

Frequência situada entre os 65 e 850MHz (Europa) ou 42 e 850MHz (EUA)

Canais de 8MHz (Europa) ou 6MHz (EUA) Modulações

64QAM com 6 bits/símbolo 256QAM com 8 bits/símbolo (maior débito

mas mais sensível ao ruído); Débitos até aos 50Mbits/s Transmissão continua O downstream é “ouvido” por todos os CM

Upstream Frequência entre os 5 e os

65MHz (5-42MHz nos EUA) Canais tipicamente de 2MHz Modulações

QPSK (2 bits/símbolo) 16QAM (4 bits/símbolo)

Débitos na ordem dos 3Mbit/s Transmissão em bursts usando

timeslots (TDM) Timeslots de diferentes tipos

Reserved Contention Ranging

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Funcionamento Modulações usadas em Cable Modems:

QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Esta modulação é a mais utilizada nos canais do downstream poís

permite débitos elevados e é muito sensível ao ruído. (64QAM & 8MHz > 41,4Mbit/s; 256QAM & 8MHz > 55,2 Mbit/s)

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) Utilizado sobretudo no upstream dado ser menos susceptível ao ruído e

muito fácil de implementar DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying)

Modulação utilizada sobretudo em sistemas celulares, é caracterizada por ocupar menos banda que QPSK

BPSK (Biphase Shift Keying) Modulação pouco eficiente mas menos sensível ao ruído que o QPSK e

o QAM S-CDMA (Synchronous Code Division Multiple Access)

Versão proprietária do CDMA, desenvolvida pela Terayon. Este tipo de modulação é muito resistente ao ruído

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Funcionamento

Downstream Formato dos dados

Correcção de erros Reed-Solomon (corrige 6 erros em 204 Bytes)

MPEG-TS (Transport Stream) MPEG-PS (Program Stream) Mensagens MAC Células ATM (DVB/DAVIC) Permite Unicast, Multicast e

Broadcast

Upstream Formato dos dados

Correcção de erros Reed-Solomon Etiqueta uynique word Uma celula ATM por burst

(DVB/DAVIC) Mensagem MAC ou payload com

dados 18 timeslots por 3ms (DVB/DAVIC) Reserved Timeslots para muita

informação Contention Timeslots para pouca

informação (iniciação) Ranging Timeslolt de

sincronização (ranging)

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Funcionamento Camadas OSI dos Modems DOCSIS (Os valores entre

parêntesis referem-se ao EuroDOCSIS)OSI DOCSIS

Higher Layers Applications DOCSIS Control

MessagesTransport TCP/UDP

Network IP

Data Link IEEE 802.2

Physical Upstream Downstream

TDMA (mini-slots)5 - 42(65) MHzQPSK/16-QAM

TDM (MPEG)42(65) - 850 MHz

64/256-QAMITU-T J.83 Annex B(A)

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Privacidade Questões de Segurança

Meio Partilhado Escuta do tráfego

Sempre on-line Aumenta a susceptibilidade a acessos não autorizados ou

maliciosos Sistemas de Segurança

Cada Cable Modem tem uma identificação única em hardware

Encriptação da informação (No DOCSIS é usado o DES e o RSA) Utilização de chaves de sessão Pretendem também evitar a utilização do serviço por não

assinantes

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Origens Lar do assinante – 75% Drop – 20% Trunk – 5 %

Tipos Bit stream

Ruído Modulação Correcção de erros

Precisão do conversor D/A Características da infra-estrutura

Não linearidades Resposta em frequência Ecos e reflexões

Interferência intersimbólica Nyquist filter rolloff Equalização adaptativa Limitações dos equipamentos

Fontes de Ruído

BER superior

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Standards

Evolução da normalização (CMTS/CM)

A normalização visa o interfuncionamento entre CMs e CMTS/Head-Ends de diferentes fabricantes.

1995 . . 1997 . . . . 2000 . .

Sistemas proprietários (ex. COM21)DVB/DAVIC (Europa)MCNS/DOCSIS (EUA)

IEEE 802.14

Para mais informações ... http://www.cablelabs.com ; http://www.dvb.org ; http://www.ieee.org

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Standards DVB/DAVIC 1.3/1.4/1.5

Também conhecido por DVB-RCC ou ETS 300 800 Iniciativa Europeia Também se aplica às Set-Top Boxes Tem pouca expressão (concorre essencialmente com o Euro-

DOCSIS) MCNS/DOCSIS 1.0/1.1

Iniciativa do consórcio MCNS Domina o mercado Americano Euro-DOCSIS (Desenvolvido para as necessidades Europeias)

IEEE 802.14 Perdeu a batalha devido a grandes atrasos na sua definição.

Pretende ser um standard para a futura geração de Cable Modems.

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Standards (Oferta de Produtos)

DOCSIS Toshiba Thomson 3Com General Instrument Arris Interactive Askey Computer

Corp. Cisco Systems Philips Electronics Samsung Sony

Proprietários ou DVB/DAVIC COM21 (Sistema ATM prop.) Zenith (Sistema prop.) LANCity/Bay Networks (Sist.

prop.) NetGame (Sist. Prop.) COCOM (Sist. DVB-RCC/DAVIC) DeltaKabel (Sist. Prop &

EuroDOCSIS)

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Tecnologias Concorrentes

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Conclusões Vantagens

Débitos elevados (~T1/E1) Investimento reduzido por parte do utilizador Sempre online

Custo fixo (independente da utilização) Não é necessária chamada (s/dial-up)

Desvantagens Meio partilhado

Questões de segurança Performance dependente do nº de utilizadores

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Bibliografia David Gingold, “Integrated Digital Services for Cable Networks”, MIT Walter S. Ciciora, “Cable Television in the United States”, CableLabs Henry Barton, “DOCSIS MCNS vs DVB/DAVIC DVB-RCC”,

BROADCENTRIC Tom Quigley, ”Euro-DOCSIS/DVB-RC Comparison”, Broadcom “EuroModem”, EUROMODEM ECCA

http://www.cnet.com http://www.cablemodem.com http://www.cablelabs.com http://www.mot.com

Para mais informações.. .