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.. .