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CATV Data Networks

CATV Data Networks. Jorge Cláudio P. Meireles MEEC – Redes Digitais de Acesso 1999 - 2000. Índice. Introdução Redes CATV Redes de Dados CATV Arquitectura Funcionamento Segurança Fontes de Ruído Standards Tecnologias Concorrentes Conclusões. Introdução (Redes CATV).

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  1. CATV Data Networks Jorge Cláudio P. Meireles MEEC – Redes Digitais de Acesso 1999 - 2000

  2. Índice • Introdução • Redes CATV • Redes de Dados CATV • Arquitectura • Funcionamento • Segurança • Fontes de Ruído • Standards • Tecnologias Concorrentes • Conclusões

  3. 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)

  4. 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)

  5. 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);

  6. Arquitectura • Arquitectura típica • Super Headend • Distribution Hub • Service Area

  7. Arquitectura • Retorno via rede telefónica

  8. Arquitectura • Serviços disponibilizados

  9. Arquitectura • Rede CATV da Bragatel

  10. 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 CableModems, 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.

  11. Funcionamento

  12. Funcionamento • CableModem / CMTS

  13. 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 Funcionamento

  14. Funcionamento • Modulações usadas em CableModems: • QAM (Quadrature Amplitude Modulation) • Esta modulação é a mais utilizada nos canais do downstream poíspermite 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 (DifferentialQuadrature 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 (SynchronousCodeDivisionMultipleAccess) • Versão proprietária do CDMA, desenvolvida pela Terayon. Este tipo de modulação é muito resistente ao ruído

  15. 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 uyniqueword Uma celula ATM por burst (DVB/DAVIC) Mensagem MAC ou payload com dados 18 timeslots por 3ms (DVB/DAVIC) Reserved Timeslots para muita informação ContentionTimeslots para pouca informação (iniciação) RangingTimeslolt de sincronização (ranging) Funcionamento

  16. OSI DOCSIS Higher Layers Applications DOCSIS ControlMessages Transport 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 MHz64/256-QAMITU-T J.83 Annex B(A) Funcionamento • Camadas OSI dos Modems DOCSIS (Os valores entre parêntesis referem-se ao EuroDOCSIS)

  17. 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 CableModem 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

  18. 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 BER superior

  19. 1995 . . 1997 . . . . 2000 . . Standards • Evolução da normalização (CMTS/CM) • A normalização visa o interfuncionamento entre CMs e CMTS/Head-Ends de diferentes fabricantes. 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

  20. 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.

  21. 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) Standards (Oferta de Produtos)

  22. Tecnologias Concorrentes

  23. 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

  24. 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.. .

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