Дополнительные особенности CMTS-1500 - CMTS (Cable Modem Termination System)

Предоставляется такой вид дополнительного резервирования, как автоматическая коммутация двух интерфейсов 10/100BaseT IP с определением и индикацией отказавшего. Она осуществляется при отключении связи в течение от десятков миллисекунд до пяти секунд.

В случае потери связи (LOC -- Loss of Communications) формируется сообщение приборами NIU посредством протоколов сетевого менеджмента SNMP или CLI. Сформированное сообщение сохраняется до тех пор, пока оператор не удалит его, или не произойдет приоритетное событие, или если 10 и более событий LOC не произойдет на одной и той же входящей частоте.

CMTS-1500 сочетает в себе полный набор систем безопасности, базирующийся на спецификации DOCSIS Baseline Privacy Plus (BP+). Такая система гарантирует максимальную защищенность передаваемой информации и основывается на комплексе передовых IP-технологий (например, фильтрация уровня 3, поддержка многоадресности и др.). CMTS-1500 является устройством, работающим по алгоритму spanning tree, переправляющим пакеты только с известным адресом назначения. Пакет данных для кабельного канала (по ВЧ) изолирован от канала 10/100 Ethernet CMTS-1500 до тех пор, пока не достигнет порта используемого устройства. Такой метод сопровождения предотвращает неавторизованный доступ к содержанию, гарантируя абонентам и операторам безопасность (сохранность) и конфиденциальность их информации. Безопасность кабельной сети обеспечивается посредством 56-разрядного стандарта кодирования DES (Date Encryption Standard) и ключевым менеджментом.

Обеспечивается разнообразная фильтрация третьего уровня, основанная на типах пакета, адреса, порта или протокола. Это позволяет оператору применять фильтрацию к определенному интерфейсу или ко всем интерфейсам станции CMTS-1500. Порядок фильтрации входных/выходных пакетов определяется пользователем.

CMTS-1500 предоставляет расширенные возможности для закрытия доступа к сети и ее контроля средствами уровня 2, осуществляя фильтрацию стандартными фильтрами протокола LLC (Logical Link Control). Они могут быть использованы и для ограничения возможностей отправки пакетов станции CMTS-1500 с помощью установки запросов на протоколы сетевого уровня, такие как IP, IPX (Internet Packet Exchange), NetBIOS (Network Basic Input/Output System) и AppleTalk. Фильтры IP-протокола могут быть использованы для запроса трафика прямого и реверсного каналов на основе IP-адреса источника или получателя, протоколов транспортного уровня, таких как TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol) и ICMP (Internet Control Message Protocol), а также портов отправителя и пункта назначения по протоколам TCP/UDP.

Поддерживается IGMPv2 для управления групповым многоадресным трафиком (multicast traffic). Без IGMPv2 групповой трафик распределяется на все NIU-устройства, которые являются членами групповой рассылки. С IGMPv2 CMTS-1500 работает как proxy. В этом случае фиксируется, какие NIU-устройства помечены в качестве членов группы, и трафик отправляется на них. Такая особенность способствует сокращению объема трафика и, как следствие, снижает нагрузку сети HFC.

С помощью коммутации DHCP кабельные модемы и устройства CPE, включая компьютеры, могут быть условно разделены и управляться отдельно. В этом случае кабельные модемы будут управляться с "кабельного" сервера DHCP, а остальные устройства -- с помощью ISP-сервера. Это свойство обеспечивает дополнительную защиту информации. Всего CMTS-1500 предоставляет 4 модели DHCP-функции.

На передней панели головной станции кабельных модемов предусмотрен тестовый порт, позволяющий оператору контролировать ВЧ-параметры любой карты приемника реверсного канала. Оператор имеет возможность осуществлять перестройку его конфигурации с отображением информации на дисплее, также находящемся на лицевой панели. Это позволяет легко проводить спектральный анализ шумов ингрессии в любой момент времени.

В головной станции также содержится встроенный повышающий конвертер, который преобразует промежуточную частоту в частоту прямого канала. Таким образом, CMTS-1500 является функционально законченным устройством, пригодным для подключения по высокой частоте в составе действующей КСКТП.

В наличии также командный интерфейс CLI (Command Line Interface), с помощью которого возможен дистанционный контроль работоспособности CMTS (предусмотрено 7 команд).

Полностью управляем SNMP (Simple Network Management Protocol). Он поддерживает IETF (Internet Engineering Task Force), основы управления информацией (MIB -- Management Information Bases), включая кабельные устройства, радиочастоту, запрос на ответ (RFC -- Request for Comment 1213 -- MIBII), RFC 1398 (Ethernet), RFC 1493 (Bridge), RFC 1573 (Interface) и другие частные MIB-приложения Cornerstone. CMTS-1500 также позволяет оператору предоставлять расширенные модификации программного обеспечения и измерять параметры режимов TFTP (Trivial File Transfer Protocol).

Поддерживается пакетизация и фрагментация -- необходимые инструменты реализации максимальной скорости трансляции сигналов при заданной полосе пропускания канала. Так, например, пакетизация позволяет объединить множество маленьких (коротких) сообщений в одно. А фрагментация, наоборот, -- разбить одно большое (длинное) сообщение на несколько маленьких. В совокупности оба инструмента эффективно используют имеющуюся полосу пропускания.

CMTS-1500 рассчитана для работы в малых и средних КСКТП (обычно до 50 тыс. абонентов). Хотя есть и значительно более мощные головные станции кабельных модемов, предназначенные для крупных КСКТП, обладающие гибкой модульной конструкцией и расширенными функциональными возможностями. Примером может служить CMTS CADANT C4TM, обладающая надежностью не менее 99,999% (Arris, США). Она спроектирована с учетом поддержки работоспособности при отказе любого системного модуля или компонента без прерывания связи или снижения качества обслуживания абонентов (рис. 3).

Рисунок 3. CMTS CADANT C4TM

Некоторые ее характерные особенности:

- возможность работы с частичным или полным резервированием по принципу N+1 и 1+1; - резервирование по питающему напряжению и принудительному охлаждению; - многоуровневый менеджмент обнаружения повреждений и их устранений; - плотная, удобная для обслуживания компоновка модулей с принудительным охлаждением. Удобство, простота и быстрота замены входящих модулей без нарушения работоспособности системы. Возможность наращивания системы путем простой установки дополнительных модулей; - коммутация модулей кабельного доступа через кросс-соединения ВЧ без потери сеансов связи с абонентами; - частотный канальный контроль; - встроенные повышающие конвертеры с произвольной канальной расстановкой по частоте; - гарантия полного дуплекса производительностью 6,4 Гбит/с; - свыше 350 приоритетных очередей; - все особенности стандарта DOCSIS 1.1 и Packet CableTM при минимальных стоимостных показателях в пересчете на абонента с поддержкой всех средств MSO (мультисервисных операторов). CMTS поддерживает тысячи ISP, ASP и/или VPN; - самая высокая плотность в данной индустрии с 96 каналами нисходящего потока в единой 7-футовой раме; - до 32 передатчиков прямого канала в одном шасси; - до 128 приемников реверсного канала в одном шасси; - гибкие отношения потоков данных: нисходящий/восходящий потоки (4:1...8:1); - программируемая архитектура; - поддерживает десятки общепризнанных программных приложений: RIPv2, OSPFv2, DHCP Relay Agent, IGMPv2, CLI, SNMPv1-3, HTTP/Java, XML, IP DiffServ, MPLS VPN, 802.1p, 802.1q, VLAN и множество других; - быстрая диагностика и разрешение ошибок установки. Возможность анализа за счет учета событий во времени. Открытые маркетинговые возможности; - исключает столкновения цифровых потоков от провайдеров разных услуг. Каждый из кабельных модемов может быть сконфигурирован исключительно под конкретного провайдера. Классификация трафика уровней 2, 3 и 4; - возможность установки биллинговой системы (составление счетов); - возможность установки приоритетов при многочисленных пользовательских уровнях; - основные сетевые интерфейсы: 10/100 BaseT Ethernet, OC-3c/12c Packet по SONET/SDH или АТМ, Gigabit Ethernet; - шаг настройки выходной частоты 100 Гц в диапазоне 91...862 МГц; - отличное принудительное охлаждение при максимальной мощности потребления 1500 Вт; - поддерживает 4 тыс. сервисных провайдеров (MSP) и виртуальных частных сетей (VPN); - поддерживает 250 тыс. МАС-адресов и служебных потоков; - удобство использования графических и командных линейных интерфейсов для различных операций и маркетинга; - в одной раме устанавливается до трех шасси. Каждое шасси поддерживает до 32 прямых и 128 реверсных каналов; - расширенная система менеджмента и мониторинга с детализацией подключения до каждого абонентского СМ и МТА, что исключает возможность любого несанкционированного доступа.

Приведенные основные и функциональные свойства CMTS CADANT C4TM позволяют судить о резко возросших возможностях CMTS за последние два года. Еще большие возможности предоставляет CMTS при внедрении стандарта DOCSIS v.2.0.

Рисунок 4. CMTS CADANT C4TM

Если предполагается, что в КСКТП доминирующей услугой будет телефония, а не Интернет, то более целесообразным является использование цифрового хост-терминала (HDT -- Host Digital Terminal), выпускаемого под торговой маркой Cornerstone (Arris, США). Кабельная телефония подразумевает использование постоянной скорости цифрового потока (CBR -- Constant Bit Rate). Укомплектованная стойка HDT показана на рис. 4, а принцип работы аналогичен CMTS и понятен из рис. 5

Отличительной особенностью HDT Cornerstone является то обстоятельство, что он надежен в эксплуатации практически в любой КСКТП (достаточно C/N > 12 дБ).

Основными особенностями HDT являются:

- возможность установки на всех существующих КСКТП вне зависимости от частотного диапазона; - низкие эксплуатационные затраты благодаря высокой надежности и наличию дистанционного мониторинга и менеджмента; - возможность предоставления услуг телефонии и Интернета (полоса канала 1,8 МГц) с высокой степенью защиты от шумов ингрессии; - электронная перестройка по частоте с мгновенной реакцией на наличие шумов в выделенном канальном диапазоне; - наличие автоматического резервирования всех ключевых компонентов системы; - включение интерфейсов традиционной телефонии, также как GR-303, DMSx, V5.2; - единое централизованное управление с РС до 14 HDT; - одна стойка может поддерживать до 6720 линий (каналов), обеспечивая присоединение к цифровому коммутатору до 28 DS-1 или 21 Е-1 каналов с мощностью потребления не более 1051 Вт.

Рисунок 5. HDT Cornerstone

Подключение CMTS для общего случая (коаксиальная близлежащая зона около ГС или коаксиальные кластеры через HFC-сеть) показано на рис. 6.

Рисунок 6. Подключение CMTS

При этом предполагается, что в его состав входит повышающий конвертер, преобразующий сигнал промежуточной частоты (ПЧ) в высокочастотный (ВЧ) сигнал требуемой частоты (канала). В качестве частотных диплексеров реверсного канала (для коаксиальных участков сети) могут быть использованы высокоизбирательные диплексеры ДЧ-30/47 и ДЧ-65/87 ("СтандарТелеком", Россия) с полосой реверсного канала 5...30 или 5...65 МГц соответственно. Если в составе CMTS на входах приемников реверсного канала не предусмотрены переменные аттенюаторы (как, например, у Cisco), то их установка крайне желательна, так как они позволяют устанавливать оптимальные (расчетные) уровни входных сигналов и, как следствие, не допускать снижения уровней сигналов на выходах абонентских СМ (что влечет за собой снижение соотношения сигнал/помеха).

Некоторые CMTS (например, от Cisco) имеют в своем составе не более четырех приемников реверсного канала (демодуляторов QPSK/16QAM), что резко ограничивает их возможности по скорости в реверсном канале и снижает отношение несущая/шум (C/N) в силу суммирования шумов по всем направлениям (рис. 7). Это влечет за собой сужение полосы реверсного канала -- П (например, до 0,4 МГц) и, как следствие, дополнительное снижение скорости цифровых потоков (V) в реверсном направлении согласно теореме Шеннона:

Рисунок 7. CMTS от Cisco

V = П-log2(1 + Pc/Pш) (1)

С учетом правил логарифмирования для Pc/Pш " 1, формула (1) может быть упрощена:

V ? 0,3-П-10-lg(C/N) (2)

Так, для П=1 МГц и C/N=16 дБ скорость цифрового потока не может превышать 4,8 Мбит/с.

Суммирование реверсных каналов осуществляется по схеме (см. рис. 7). С помощью переменных аттенюаторов желательно уровни подаваемых сигналов по каждому из направлений выровнять с допуском не хуже ±1 дБ. В противном случае начнет работать встроенная система АРУ в CMTS, что вызовет существенное снижение быстродействия системы (за счет технологии мультиплексирования TDMA -- Time Division Multiple Access).

Рисунок 8. Абонентское оборудование

У абонента устанавливается кабельный модем (CМ), реализующий интерфейс между сетью и абонентским оборудованием (например, телефон и персональный компьютер). Упрощенная структурная схема СМ приведена на рис. 8.

Анализ параметров и функциональных возможностей абонентских СМ показывает, что по своим техническим параметрам все СМ от разных фирм-производителей весьма близки и удовлетворяют требованиям стандарта DOCSIS любой версии (в настоящее время большинство производителей сертифицируют СМ на DOCSIS v. 2.0).

Для примера приведем технические параметры СМ Touchstone 300 (Arris, США), рис. 9.

Рисунок 9. СМ Touchstone 300

Конфигурация:

- число абонентских линий: 2 10/100Вase-T Ethernet (разъем RJ45) и USB 1.1; - стандарты -- DOCSIS/EuroDOCSIS v.1.1 (частично v.2.0 в части А-TDMA); - светодиодная диагностика -- 5 (полная диагностика); - безопасность -- соответствует требованиям Home и CableLabs; BPI+; - диапазон рабочих температур -- 5...40°С; - влажность (без конденсата) -- 5...85%; - габариты -- 172?163?30 мм; - масса -- 0,35 кг; - входной ВЧ-разъем -- типа F; - напряжение питания -- 90...240 В/47...63 Гц; - максимальное расстояние до абонентского устройства -- 150 м (провод 26 AWG диаметром 0,4 мм); - импеданс -- 75 Ом; - время наработки на отказ -- 50 лет; - прямой канал: частотный диапазон 88...860 МГц (DOCSIS), 108...862 МГц (EuroDOCSIS); модуляция 64/256QAM; полоса -- 6 МГц (DOCSIS), 8 МГц (EuroDOCSIS); cкорость передачи данных 30,34/42,88 Мбит/с (DOCSIS), 41,71/55,62 Мбит/с (EuroDOCSIS); уровень входных сигналов 47...77 дБмкВ (DOCSIS); входной импеданс 43...73 дБмкВ (EuroDOCSIS); - реверсный канал: частотный диапазон 5...42 МГц (DOCSIS), 5...65 МГц (EuroDOCSIS); полоса канала 0,2/0,4/0,8/1,6/3,2 МГц (6,4 МГц с A-TDMA); максимальная скорость передачи данных 5,12/10.24 Мбит/с (до 30 Мбит/с A-TDMA); выходной уровень ВЧ 68...118 дБмкВ (QPSK), 68...115 дБмкВ (16QAM); - диапазон АРУ -- 50 дБ; - частотная стабильность выходного уровня -- ±5 кГц; - пользовательские переключатели -- "вкл/выкл" и Reset (перегрузка); - snmp-менеджмент -- V2; - протоколы фильтрации -- Ethernet и IP; - автоматическая регулировка уровня -- есть.

Перед началом работы СМ проходит процедуру инициализации, которая реализуется автоматически, без участия пользователя, и занимает обычно не более 2...3 мин. После подключения к сети модем начинает сканировать спектр прямого канала в поисках модулированной несущей 64 или 256 QAM, на которой от CMTS передается служебная информация, необходимая для начала работы. В процессе инсталляции на СМ поступают команды об установке несущей частоты в реверсном канале, необходимом уровне выходного сигнала и установке временных сдвигов, требуемых для избегания коллизий в общем канале. В процессе инсталляции в СМ загружается рабочий конфигурационный файл, который и определяет последующее рабочее состояние модема. Если кабельный оператор использует в своей сети базовую систему защиты DOCSIS (BP -- Baseline Privacy) -- способ защитного кодирования трафика (что весьма желательно), то модем дополнительно должен пройти ВР-инициализацию. После проведения всех шагов инсталляции (осуществляется с CMTS) СМ переходит в основной рабочий режим.

Коллективный модем в простейшем случае представляет собой комбинацию абонентского СМ, коммутатора на N направлений (обычно не более 12...16) и мультимедийных адаптеров (MTA -- Multimedia Terminal Adapter), позволяющую использовать модем для мультисервисных приложений (например, IP-телефония и высокоскоростной доступ в Интернет).

Дополнительные особенности CMTS-1500 - CMTS (Cable Modem Termination System)

Похожие статьи