CATV Data Networks 1. Índice Introdução ▫Redes CATV ▫Redes de Dados CATV Arquitetura...
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CATV Data Networks
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Índice• Introdução
▫ Redes CATV▫ Redes de Dados CATV
• Arquitetura• Funcionamento• Segurança• Fontes de Ruído• Standards• Tecnologias Concorrentes• Conclusões
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Introdução (Redes CATV)• Inicialmente
▫ Objetivo 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) Unidirecional Baseada em cabo coaxial Topologia em árvore (ou estrela)
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Introdução (Redes CATV)• Atualmente
▫ Objetivo Interatividade Transporte de Dados Transporte de Telefonia
▫ Características Bidirecional 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 bidirecionais de distribuição de televisão;
• Possibilitam elevadas Taxas (30-50 mbits);▫ Normalmente de forma assimétrica▫ Permitem diversas classes de serviço
• Elevado número de lares cabeados▫ 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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Arquitetura
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Arquitetura típica Super Headend Distribution Hub Service Area
Arquitetura
•Retorno via rede telefônica
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Arquitetura•Serviços disponibilizados
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Arquitetura▫ Rede CATV da Bragatel
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Cable Modem
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O Tuner realiza a conversão do sinal para um sinal de frequência fixa ou vice-versa.
O Demodulador realiza a demodulação, 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, desbloqueia a transmissão, compensa atrasos e controla a potência do sinal enviado.
O Burst realiza a correção de erros RS, a modulação, e a conversão digital para analógico.
Funcionamento
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Funcionamento
•Cable Modem / CMTS
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Funcionamento• Downstream
▫ Freqüência 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);
▫ Taxas de até aos 50Mbits/s▫ Transmissão continua▫ O downstream é “ouvido” por todos os CM
• Upstream▫ Freqüência entre os 5 e os
65MHz (5-42MHz nos EUA)▫ Canais tipicamente de 2MHz▫ Modulações
QPSK (2 bits/símbolo) 16QAM (4 bits/símbolo)
▫ Taxas 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
Correção de erros Reed-Solomon Etiqueta uynique word Uma célula 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)
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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)
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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Fontes de Ruído• 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
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BER superior
Standards
•Evolução da normalização (CMTS/CM)
A normalização visa o inter funcionamento entre CMs e CMTS/Head-Ends de diferentes fabricantes.
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1995 . . 1997 . . . . 2000 . .
Sistemas proprietários (ex. COM21)Sistemas proprietários (ex. COM21)
DVB/DAVIC (Europa)DVB/DAVIC (Europa)
MCNS/DOCSIS (EUA)MCNS/DOCSIS (EUA)
IEEE 802.14IEEE 802.14
Para mais informações ... http://www.cablelabs.com ; http://www.dvb.org ; http://www.ieee.org
Standards DVB/DAVIC 1.3/1.4/1.5
▫ Também conhecido por DVB-RCC ou ETS 300 800▫ Iniciativa Européia ▫ 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 Européias)
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
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Para mais informações.. .