(TIỂU LUẬN) báo cáo TIỂU LUẬN tốt NGHIỆP CÔNG NGHỆ HFC và GIAO THỨC DOCSIS

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÁO CÁO TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ HFC VÀ GIAO THỨC DOCSIS GV HƯỚNG DẪN: Th.S Trần Thủy Bình SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Văn Khôi – B16DCVT175 2.Nguyễn Tiến Mạnh – B16DCVT207 3.Trần Minh Đức – B16DCVT071 4.Lê Thị Giang – B16DCVT097 5.Đào Văn Luyện – B16DCVT199 6.Nguyễn Đức Cường – B16DCVT053 Hà Nội - 2020 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC HÌNH VẼ iii LỜI NÓI ĐẦU iv PHẦN I: CÔNG NGHỆ MẠNG HFC .1 Tổng quang mạng HFC 1.1 Khái niệm 1.2 Nguyên nhân đời mạng HFC Cấu trúc mạng HFC .1 2.1 Các đặc điểm mạng HFC 2.2 Ưu nhược điểm mạng HFC: 3 Các công nghệ truyền dẫn mạng HFC: .4 3.1 Công nghệ truyền dẫn quang mạng HFC: 3.2 Công nghệ truyền dẫn đồng trục mạng HFC: Đặc điểm tiêu chuẩn kỹ thuật mạng truyền hình cáp HFC: 13 4.1 Tiêu chuẩn IEEE 802.14 13 4.2 Lớp vật lý mạng HFC 13 PHẦN II: Giao thức DOCSIS 15 Các phần tử mạng DOCSIS 15 1.1 CMTS (Cable Modem Termination System) 15 1.2 Modem cáp (CM) .17 1.3 Nút kết sợi quang .18 1.4 Kết hợp RF 18 Lịch sử phát triển 18 Lớp vật lý DOCSIC 19 3.1 Truyền dẫn DOCSIS hướng xuống .20 3.2 Truyền Dẫn DOCSIS hướng lên: 22 3.3 Quá trình đồng định khoảng cách: 23 3.4 Phân lớp MAC DOCSIS .27 3.5 DOCSIS mạng PON 31 KẾT LUẬN 35 i Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình HFC…………………………………………………… Hình 1.2 Cấu trúc mạng truyền dẫn tín hiệu quang đơn giản…………… Hình 1.3 Trung tâm Headend………………………………………………….5 Hình 1.4: Sơ đồ node quang cổng ra………………………………………… Hình 1.5: Cấu tạo cáp đồng trục………………………………………………8 Hình 1.6: Các loại cáp đồng trục…………………………………………… Hình 1.7: Sơ đồ khối đơn giản khuếch đại trung kế……………… .9 Hình 1.8: Bộ khuếch đại phi đơ……………………………………………… 10 Hình 1.9: Bộ chia hai………………………………………………………… 11 Hình 1.10: Sơ đồ khối đơn giản Tap đường suy hao 20 dB…………… 12 Hình 1.11: Các lại đầu nối cáp……………………………………………… 12 Hình 1.12: Phổ sử dụng cáp đồng trục mạng HF………………….14 Hình 2.1: Cấu trúc mạng DOCSIC………………………………………… 15 Hình 2.2: Mơ tả mạng truy nhập DOCSIS………………………………… 16 Hình 2.3 Ngăn xếp giao thức DOCSIS……………………………………….17 Hình 2.4: So sánh phiên DOCSIC……………………………… 19 ii Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Hình 2.5 : Băng tần phổ DOCSIS……………………………………… 20 Hình 2.6 Bảng tham số lớp vật lý hướng xuống DOCSIS…………… 21 Hình 2.7 Định dạng gói MPEG sử dụng DOCSIS……………………21 Hình 2.8 Bảng tham số vật lí hướng lên DOCSIS……………… 22 Hình 2.9 Bộ phát hướng lên DOCSIS………………………………………22 Hình 2.10 Sơ đồ khối đồng DOCSIS…………………………………… 24 LỜI NĨI ĐẦU Như biết, cơng nghệ truyền truyền hình đời từ lâu, cung cấp nhiều thơng tin thiết thực cho người Ngày khả Truyền hình cáp, truyền hình cáp hữu tuyến HFC hệ thống truyền hình mà tín hiệu truyền hình truyền dẫn cáp đến hộ thuê bao Hơn nữa, cơng nghệ truyền số liệu mạng truyền hình cáp cơng nghệ sử dụng giao thức DOCSIS Vì thế, tiểu luận chúng em xin giới thiệu cho bạn cô biết công nghệ HFC giao thức DOCSIS Chúng em hy vọng tiểu luận cung cấp góc nhìn cơng nghệ HFC Giao thức DOCSIS Mặc dù cố gắng nhiều song thời gian trình độ có hạn, nội dung tiểu luận tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp bạn để tiếp tục chỉnh sửa hoàn thiện tiểu luận iii Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp iv Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần I: Công nghệ mạng HFC PHẦN I: CÔNG NGHỆ MẠNG HFC Tổng quang mạng HFC 1 Khái niệm HFC (Hybrid Fiber coaxial) mạng kết hợp cáp quang cáp đồng trục để tạo mạng băng rộng Trong mạng HFC, việc truyền tín hiệu từ trung tâm đến node quang cáp quang, từ node quang đến thuê bao cáp đồng trục HFC sử dụng phổ biến toàn cầu nhà khai thác truyền hình cáp từ đầu năm 1990 1.2 Nguyên nhân đời mạng HFC - Là mạng cable TV truyền thống trước dùng thiết bị điện cáp đồng trục khuếch đại Chính mà chất lượng tín hiệu bán kính phục vụ thấp, không đáp ứng nhu cầu người xem chất lượng hình ảnh dịch vụ - Mạng HFC khắc phục nhược điểm cách nối cáp quang từ trung tâm đến loạt điểm phân phối quang Tại điểm phân phối này, tín hiệu quang chuyển thành tín hiệu điện cáp đồng trục sử dụng để kết nối đến thuê bao khác, ưu điểm HFC là: + Dải thơng cực lớn, suy hao tín hiệu thấp, bị nhiễu điện từ, chống lão hóa ăn mịn hóa học tốt + Cho phép truyền tín hiệu có tần số hàng trăm THz + Độ ổn định chất lượng dịch vụ mạng nâng cao (VOD, VoIP Internet) + Tính kinh tế cao Cấu trúc mạng HFC 2.1 Các đặc điểm mạng HFC Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần I: Cơng nghệ mạng HFC Hình 1.1 Mơ hình HFC * Mạng HFC gồm thành phần - Hệ thống thiết bị trung tâm - Hệ thống phân phối mạng tín hiệu - Thiết bị thuê bao nhà Hệ thống thiết bị trung tâm: Cung cấp quản lý chương trình hệ thống mạng truyền hình cáp gồm headend chủ headend vùng Hệ thống phân phối mạng tín hiệu: Là mơi trường truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm đến mạng thuê bao gồm nút chuyển đổi quang điện (fiber optic node) Thiết bị thuê bao nhà: Là máy thu hình để thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu Mạng HFC chia thành mạng gồm: Mạng truyền dẫn Mạng phân phối Mạng truy nhập Mạng truyền dẫn bao gồm hệ thống cáp quang Hub sơ cấp, nhiệm vụ truyền dẫn tín hiệu từ headend đến khu vực xa Các Hub sơ cấp có chức thu/phát quang từ/đến node quang chuyển tiếp tín hiệu quang tới Hub khác Mạng phân phối tín hiệu bao gồm hệ thống cáp quang, Hub thứ cấp node quang Tín hiệu quang từ Hub chuyển thành tín hiệu điện node Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần I: Cơng nghệ mạng HFC quang để truyền tín hiệu đến thuê bao Ngược lại trường hợp mạng chiều, tín hiệu từ mạng truy nhập thu node quang chuyển thành tín hiệu quang để truyền đến Hub Headend Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, thiết bị thu phát cao tần có nhiệm vụ truyền tải tín hiệu cao tần RF node quang thiết bị thuê bao Thơng thường bán kính phục vụ mạng truy nhập tối đa khoảng 300m 2.2 Ưu nhược điểm mạng HFC: - Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC có ưu điểm vượt trội cáp quang so với phương tiện truyền dẫn khác: Dải thơng cực lớn, suy hao tín hiệu thấp, bị nhiễu điện từ, chống lão hóa ăn mịn hóa học tốt Với sợi quang sản xuất với công nghệ đại ngày nay, sợi quang cho phép truyền tín hiệu có tần số lên tới hàng trăm THz Đây dải thơng tín hiệu vơ lớn, đáp ứng yêu cầu dải thông đường truyền mà không phương tiện truyền dẫn khác có - Tín hiệu quang truyền sợi quang chủ yếu nằm cửa sổ bước sóng quang 1310 nm 1550 nm Đây cửa sổ có suy hao tín hiệu nhỏ: 0,3 dB/km với bước sóng 1310 nm 0,2 nm với bước sóng 1550 nm Trong với sợi cáp đồng trục loại suy hao thấp phải 43 dB/km tần số GHz - Tín hiệu truyền sợi cáp tín hiệu quang, không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ từ môi trường dẫn đến đảm bảo chất lượng tín hiệu đường truyền Các sợi quang vật liệu khơng bị ăn mịn hóa học dẫn đến tuổi thọ sợi cao - Có khả dự phòng trường hợp sợi quang bị đứt Trước mạng truy nhập thường sử dụng thiết bị tích cực khuếch đại tín hiệu nhằm bù suy hao cáp để truyền tín hiệu xa Với mạng truy nhập đồng trục, cung cấp dịch vụ chiều, khuếch đại cần tích hợp phần tử khuếch đại tín hiệu cho tín hiệu ngược dịng dẫn đến độ ổn định mạng giảm Một mạng HFC sử dụng thiết bị cao tần thụ động gọi mạng HFC thụ động HFPC (Hybrid Fiber/Passive Coaxial) Sử dụng mạng truy nhập thụ động hoàn toàn tạo ưu điểm sau: - Chất lượng tín hiệu nâng cao khơng sử dụng khuếch đại tín hiệu mà hoàn toàn dùng thiết bị thụ động nên tín hiệu tới th bao khơng bị ảnh hưởng nhiễu tích tụ khuếch đại - Sự cố mạng giảm nhiều dẫn đến tăng độ ổn định chất lượng phục vụ mạng trục trặc mạng truyền hình cáp phần lớn xảy khuếch đại thiết bị ghép nguồn cho chúng Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần I: Công nghệ mạng HFC - Các thiết bị thụ động có khả truyền tín hiệu theo chiều độ ổn định mạng cao cung cấp dịch vụ chiều - Sử dụng hoàn toàn thiết bị thụ động giảm chi phí lớn cho việc cấp nguồn bảo dưỡng, thay sửa chữa thiết bị tích cực dẫn đến giảm chi phí điều hành mạng - Nếu sử dụng mạng đồng trục thụ động, số lượng thuê bao node quang giảm đi, dẫn đến dung lượng đường truyền cho tín hiệu hướng lên tăng lên, tạo khả cung cấp tốt dịch vụ chiều tốc độ cao cho thuê bao Tuy nhiên, mạng truy nhập cáp đồng trục thụ động HFPC có số nhược điểm sau: Do khơng sử dụng khuếch đại tín hiệu cao tần, tín hiệu suy hao cáp khơng bù dẫn đến hạn chế lớn bán kính phục vụ mạng Do không kéo cáp đồng trục xa, số lượng thuê bao phục vụ node quang giảm Để phục vụ số lượng thuê bao lớn sử dụng khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao tăng số node quang dẫn đến tăng chi phí lớn cho mạng Các công nghệ truyền dẫn mạng HFC: 3.1 Công nghệ truyền dẫn quang mạng HFC: Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần I: Công nghệ mạng HFC Hình 1.2 Cấu trúc mạng truyền dẫn tín hiệu quang đơn giản 3.1.1 Nguyên lý hoạt động Headend a) Sơ đồ khối headend Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS Cả hai vùng sử dụng mã sửa lỗi FEC vùng chọn FEC cụ thể khác Quá trình thực FEC làm tăng tỉ số tín hiệu tạp âm hiệu dụng kênh, cho phép tăng tốc liệu vượt xa phần băng tần mà mào đầu FEC bổ sung tiêu tốn RS(204,188) châu Âu cung cấp khả sửa lỗi tốt RS(128,122) Bắc Mỹ độ phức tạp giả mã lớn hơn, tiêu chuẩn BẮc Mỹ hỗ trợ điều chế mã hóa lưới (TCM) Hình 2.6 Bảng tham số lớp vật lý hướng xuống DOCSIS Phụ thuộc vào chất lượng kênh, DOCSIS hỗ trợ tốc độ liệu kênh 27- 39 Mnbit/s Bắc Mỹ 38 -51 Mbit/sn châu Âu Hình 2.7 Định dạng gói MPEG sử dụng DOCSIS DOCSIS định nghĩa phân lớp hội tụ truyền dẫn (TC) hướng xuống cung cấp giao diện MAC phân lớp phụ thuộc mơi trường vật lí (PMD) Phân lớp TC cho phép tách ghép video liệu DOCSIS phân lớp PMD Tín hiệu TC hướng xuống luồng liên tục gói MPEG dài 188 byte.4 byte tiêu đề MPEG để nhận dạng khung tải trọng Video MPEG hay tải trọng gó MAC DOCSIS Khi gói MPEG mạng liệu DOCSIS tải trọng DOCSIS chiếm vùng tải trọng gói MPEG Một khung MAC DOCSIS đâu gói MPEG Mỗi gói MPEG mang khung MAC DOCSIS đơn để điền đầy phần lại vùng 21 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS tải MPEG chứa phần khung MAC DOCSIS kết chuỗi với Nó cho độ dài khung MAC DOCSIS vượt chiều dài tải trọng MPEG Pointer _filed cho CM biết byte gối tiếp sau bỏ qua trước bắt đầu khung MAC DOCSIS, cho CM biết có byte độn khung DOCSIS DOCSIS sử dụng byte độn toàn bit để điền khoảng trống khung MAC DOCSIS tiếp giáp 3.2 Truyền Dẫn DOCSIS hướng lên: Như mô tả kênh hướng lên xếp băng tần - 42 MHz Bộ phát hướng lên khối với mode A-TDMA S-CDMA Sử dụng trộn có đa thức trộn g(x) = x15+ x14 +1 Dải rộng tùy chọn kiểu điều chế để đối phó nhiễu lớn phổ tần hướng lên Tín hiệu hướng lên trộn để thực cân xác suất cho tất điểm chòm tín hiệu hướng lên Hình 2.8 Bảng tham số vật lí hướng lên DOCSIS Hình 2.9 hướng lên Truyền dẫn Bộ phát DOCSIS hướng lên có mode: 22 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS - A-TDMA: Tương tự TDM-PON - S-CDMA: Sử dụng kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp Một dải mã Fec Reed-Solomon xác định cho tín hiệu hướng lên Kích thước khối mã tỉ kệ bit liệu bit kiểm tra lỗi xác định đặc tính suy giảm gặp phải kênh DOCSIS 2.0 đưa vào tùy chọn điều chế mã lưới TCM để cải thiện khả chống lỗi, mã lớn n/n+1 nhân đôi số lượng bit mã hóa thành ký hiệu phát được, thực tăng tỉ số tín hiệu tạp âm cách hiệu việc kiểm tra nhiều ký hiệu nối tiếp để xác định chuỗi ký hiệu giống sinh mã hóa lưới Dải tốc độ liệu hướng lên kênh gồ mào đầu HFC phạm vi 110 Kbit/s đến 30,72 Mbit/s CM sử dụng độ dài cố định cho tất từ mã FEC hướng lên sử dụng từ mã bị rút gọn cho từ mã cuối burst tin từ tham số k bảng trên, số lượng byte thông tin tối thiểu từ mã 16 từ mã đầy đủ 253 byte Nếu từ mã đầy đủ độn bit điểm cuối byte thơng tin vị trí byte kiểm tra FEC 3.3 Quá trình đồng định khoảng cách: Các CM DOCSIS đồng với CMTS để hỗ trợ CMTS khôi phục burst liệu hướng lên tối đa hóa việc sử dụng băng thơng hướng lên Định thời truyền dẫn ký hiệu hướng lên CM phối hợp CMTS dựa kết hợp q trình đồng hóa kiến thức khoảng cách CM từ CMTS 3.3.1 Q trình đồng hóa Các khối q trình đồng hóa CM CMTS mơ tả hình 2-10 CMTS nguồn đồng chủ cho mạng với CM thu đồng tín hiệu định thời ký hiệu từ tín hiệu hướng xuống Q trình đồng hóa giải điều chế hướng xng tn theo khuyên nghi ITU-T J.83 phụ lục A, B, C Đồng hồ chủ CMTS 10,24 MHz tôc đô k ̣ y hiêụ cua no khóa với Mối quan hệ đồng hồ chu kì ký hiệu 23 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS định nghĩa tỉ lệ M N với M N số nguyên 16 bit xác định tham số TLV tin UCD - Hình 2.10 Sơ đồ khối đồng DOCSIS Mỗi CM trì đếm nhãn thời gian cục khởi tạo tin SYNC từ CMTS Nhãn thời gian cục sử dụng chế ranging để cung cấp thông tin độ lệch định thời (timing offset) Cơ chế đếm nhãn thời gian DOCSIS cho ranging tương tự chế sử dụng cho EPON Cụ thể, nhãn thời gian đếm 32 bit chạy đồng hồ có tần số cỡ 10,24 MHz ±5 ppm cấp từ cho hai PHY MAC hướng lên Lớp MAC CMTS trì đếm khe thời gian chủ, đếm khung chủ phân khe chủ nằm lớp PHY Nhãn thời gian CMTS đặc trưng cho giá trị đếm thời điểm cố định tương ứng với thời điểm mà byte tin quản lý MAC đồng hóa thời gian truyền tới phân lớp phụ thuộc môi trường vật lý hướng xuống từ phân lớp hội tụ truyền dẫn hướng xuống (thời gian lệch giá trị cố định) Tất phân lớp PHY đồng với giá trị nhãn thời gian MAC việc sử dụng xung đồng hóa khung Tại đường giới hạn khung, PHY bắt nhanh nhãn thời gian sẵn sàng cho truyền dẫn UCP Hoặc CMTS CM co thê co điêm tham chiếu bắt đầu điểm tham chiếu kết thúc Bất có điểm tham chiếu bắt đầu trì trường nhãn thời 24 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS gian cục Nếu CM có điểm tham chiếu bắt đầu, CMTS đặt tất bit trường bắt đầu nhãn thời gian và, CMTS có CM chép giá trị từ trường giống tin DPV-REQ (đề nghị kiểm tra tuyến DOCSIS) vào trường bắt đầu nhãn thời gian Timestamp Start sau trao đổi giá trị nhãn thời gian người gửi đưa gói DPV vào luồng liệu điểm tham chiếu DPV Trường kết thúc nhãn thời gian (Timestamp End) khởi tạo tất CMTS CM chép vào trường TE nhãn thời gian cục nó có điểm tham chiếu kết thúc, nói cách khác giá trị đồng từ tin DPV-REQ CMTS thiết lập tham chiếu định thời toàn cục cho kênh TDMA việc phát tin SYNC hướng xuống tần số danh định Vì tin SYNC chứa nhãn thời gian, nên CM biết xác CMTS gửi tin CM so sánh nhãn thời gian thu với thời điểm thu thực cập nhật tham chiếu đồng hồ cục tương ứng CMTS thiết lập tham chiếu định thời toàn cục bổ sung cho kênh SCDMA cách gửi hai tin SYNC MAC UCD hướng xuống tần số danh định Nói chung, CM thực đồng hóa MAC sau thu hai tin SYNC 200 ms (khoảng SYNC lớn nhất) kiểm chứng độ xác đồng hồ thu giới hạn xác định Trong chế độ khóa “Locked”, CM đồng (khóa) theo đồng ký hiệu hướng xuống thu để thu đồng truyền dẫn hướng lên Trong chế độ “Not Locked”, CM không sử dụng đồng hồ ký hiệu hướng xuống thu được, thay vào thu gốc thời gian hướng lên từ tin SYNC thu Trong cấu hình CM sử dụng nhiều kênh hướng xuống hướng lên, thông tin nhãn thời gian gửi kênh hướng xuống nhiều kênh Nếu nhãn thời gian kênh hướng xuống khơng đồng sau kênh hướng lên phải gắn chặt với kênh hướng xuống để có thơng tin nhãn thời gian, kênh hướng xuống nên gửi tin định thời cho kênh hướng lên liên quan với kênh hướng xuống Nếu tất kênh hướng xuống đồng (tức nhãn thời gian thu từ gốc thời gian đồng hồ chung), tin định thời cho tất 25 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS kênh hướng lên gửi tất kênh hướng xuống, kênh hướng lên sử dụng kênh hướng xuống cho thông tin nhãn thời gian Với DOCSIS 3.0, CMTS sử dụng kênh hướng xuống CM sơ cấp cho liên lạc tham chiếu định thời toàn cục với CM sử dụng tham chiếu định thời gốc thời gian cho định thời burst hướng lên tất kênh hướng lên mà dùng 3.3.2 Q trình Ranging CMTS xác định khoảng cách CM để xem xét cho định thời cấp phép truyền dẫn burst hướng lên mà gửi cho CM Như đề cập, TDMA S-CDMA có yêu cầu Ranging khác Giao thức Ranging hỗ trợ trễ (một chiều) đầu cuối tới đầu cuối cực đại CMTS CM cỡ 800 us, tương ứng khoảng 161 km Có hai bước cho q trình ranging: + Bước bước bảo dưỡng ban đầu cung cấp đồng chỉnh định thời thô + Bước thứ hai trình bảo dưỡng trạm tuần hồn cung cấp q trình đồng chỉnh định thời tinh Lí cho việc thực kiểm tra tần số, nguồn ranging cách tuần hoàn để thích ứng với biến đổi vật lý hệ thơng cap HFC Ví dụ hệ thống cáp bị tác động biến đổi nhiệt độ kéo dãn cáp Trong giai đoạn Ranging, CM thực đồng hóa định thời theo luồng ký hiệu hướng xuống phân tích tin mô tả kênh hướng lên MAC (UCD-MAC) để xác định đặc tính kênh hướng lên Tiếp theo, CM quét tin cấp phát băng thông MAP cho vùng bảo dưỡng quảng bá ban đầu (BIMR-Broadcast Initial Maintenance Region) mà CMTS lập lịch cho đủ lớn để thích ứng trễ roundtrip trường hợp tệ CMTS lập lịch hội phát Broadcast Initial Maintenance để đồng chỉnh theo mở rộng khoảng số nguyên lần khung S-CDMA CM sau phát tin ranging phù hợp BIMR Nó gửi đề nghị ranging liên kết ban đầu (B-INIT-RNG-REQ phát mô tả miền MAC (MAC Domain Descriptor) kênh sơ cấp hướng xuống ứng cử thực ranging ban đầu sau bật nguồn khởi tạo lại kênh hướng lên Nó gửi đề nghị ranging ban đầu (INIT-RNG-REQ) USD 26 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS thị kênh hướng lên hỗ trợ DOCSIS 2.0 (kênh hướng lên kiểu 3) DOCSIS 3.0 (kênh hướng lên kiểu 4) CM không thực ranging ban đầu sau bật nguồn khởi tạo lại kênh hướng lên đầu tiên, MAC Domain Descriptor khơng có mặt Bản tin INIT-RNG-REQ sử dụng CM khởi tạo kênh thứ cấp (tức kênh CM cố gắng để định khoảng cách sau thu phản hồi ranging kênh khác, phản hồi ranging chứa Upstream Channel ID Override Nói cách khác CM gửi tin đề nghị ranging (RNG-REQ) CM sử dụng trễ nội giá trị ban đầu cho độ lệch định thời (tức lượng trễ xảy CM cạnh CMTS khơng có trễ đường truyền cáp) Nó sử dụng tham số Ranging Backoff Start điểm bắt đầu cho cửa sổ back-off truyền dẫn contention ranging ban đầu, Ranging Backoff End giá trị cửa sổ cuối Giá trị tham số (0-15) đặc trưng cho giá trị hàm lũy thừa biểu thị kích thước cửa sổ CMTS phản hồi lại tin đề nghị ranging CM tin Ranging Response (RNG-RSP) định cho CM Nếu CM chưa thu SID trước RNGRSP gán SID tạm thời Ranging SID cho CM tới hồn thành q trình đăng kí Các hiệu chỉnh cho mức công suất tần số hiệu chỉnh độ lệch định thời gửi tin RNG-RSP 3.4 Phân lớp MAC DOCSIS CMTS sử dụng phân lớp MAC DOCSIS để điều khiển truy nhập tới kênh lớp vật lý hai chiều hướng lên hướng xuống Các kênh hướng lên hướng xuống kênh vật lý riêng biệt (các tần số riêng biệt) có tất liên lạc CMTS CM Nói cách khác khơng có liên lạc ngang hàng CM CM trực tiếp Như mơ tả hình 3.11, khung MAC DOCSIS bao gồm tiêu đề MAC trường tải trọng tùy chọn để mang đơn vị liệu giao thức (PDU) độ dài thay đổi Các trường tiêu đề định nghĩa sau: 27 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS + FC trường điều khiển khung xác định kiểu định dạng PDU Bốn kiểu PDU hỗ trợ DOCSIS bao gồm: + Các gói độ dài thay đổi (18 – 1518 byte) - Các tế bào ATM (n x 53 byte) + Tiêu đề MAC cụ thể khơng có PDU + Kiểu PDU dự trữ cho tương lai + Năm loại tiêu đề MAC cụ thể là:  Tiêu đề định thời;  Tiêu đề quản lý MẠC;  Khung đề nghị (request)  Tiêu đề phân mảnh  Tiêu đề kết chuỗi Tiêu đề định thời sử dụng với PDU liệu gói hướng xuống để trao đổi tham chiếu định thời toàn cục với CM CMTS gửi nhãn thời gian tin SYNC để thời điểm xác gửi tin CM hiệu chỉnh đồng hồ nội theo nhãn thời gian Hình 2.11 Định dạng khung MAC tổng quát DOCSIS - Trường MAC PARM sử dụng cho điều khiển MAC Việc sử dụng cụ thể phụ thuộc vào kiểu khung xác định trường FC Trường MAC PARM ra: + Số lượng khung MAC kết chuỗi cho tiêu đề MAC kết chuỗi + Lượng băng thông đề nghị cho tin REQ - Một trường độ dài tiêu đề mở rộng EHDR_ON = 28 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS + Trường LEN điển hình độ dài khung MAC Trường hợp ngoại lệ tin REQ, trường LEN mang SID CM + Trường tiêu đề mở rộng (EHDR) mở rộng tùy chọn định dạng khung MAC Nó sử dụng để hỗ trợ chức bổ sung phân mảnh khung bảo mật tuyến liệu + HCS trường chuỗi kiểm tra tiêu đề CRC-16 để phát lỗi tiêu để lớp MẠC Nó sử dụng đa thức sinh CRC g(x)=x16 + x12 +x5+1 + Nó thơng thường cho tin MAC để sử dụng trường kiểu-độ dàigiá trị (TLV - Type-Length-Value) byte trường kiểu thành phần xác định TLV, byte thứ hai độ dài TLV, byte lại mang thông tin liên lạc TLV Định dạng TLV thông thường sử dụng IP cung cấp chế đơn giản cho việc bổ sung liên lạc tham số Một CM CMTS mà khơng hiểu TLV bỏ qua 3.4.1 MAC hướng xuống Các khung MAC DOCSIS gửi theo hướng xuống đóng gói thành luồng gói MPEG CMTS lập lịch truyền dẫn hướng xuống Điều khiển QoS cung cấp mức ưu tiên lưu lượng, tốc độ liệu dành trước giới hạn tốc độ token bucket cho việc sách Trước DOCSIS 3.0, DOCSIS cung cấp hỗ trợ giới hạn truyền dẫn multicast Khả multicast hướng xuống tăng cường DOCSIS 3.0 để hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện IPTV dựa IP Multicast Đặc điểm bổ sung để đảm bảo tính tương thích ngược đảm bảo với kiểu multicast DOCSIS 2.0 Các điểm bổ xung là: - Sự chuyển tiếp lưu lượng SSM (Source Specific Multicast) cho thiết bị IGMPv3 MLDv2 - Hỗ trợ lưu lượng multicast liên kết - Hỗ trợ thiết lập QoS cho lưu lượng multicast - Hỗ trợ lưu lượng multicast IPv6 29 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp - Phần II: Giao thức DOCSIS Theo dõi CPE rõ ràng chúng phần nhóm multicast CMTS để hỗ trợ tốt chức bao gồm dị tìm sử dụng, tính hóa đơn cân tải DOCSIS 3.0 sử dụng chế đơn giản hóa CM Các tin khách hàng IGMP/MLD tới CM chuyển tiếp suốt tới CMTS Cơ chế điều khiển lớp CMTS thiết lập chuyển tiếp gói multicast hướng xuống tới giao diện CM cụ thể cách đánh nhãn tất gói multicast nhận dạng dịch vụ hướng xuống (DSID) CMTS liên lạc DSID thuộc tính chuyển tiếp nhóm liên quan với CM sử dụng DSID để nhận dạng tập CM định để thu gói multicast DSID CM sử dụng DSID để nhận dạng giao diện phía CPE mà gói cần chuyển tiếp Cơ chế chuyển tiếp lọc DSID dựa chế định nghĩa cho lưu lượng multicast IPv6 3.4.2 MAC hướng lên Như mơ tả hình 2-12, kênh hướng lên phân chia thời gian thành phân khe đánh số tương ứng với đồng hồ chủ CMTS Bất kì phân khe CM phép bắt đầu trình phát tạo nên hội phát hướng lên CMTS đồng đánh số phân khe CM việc gửi gói SYNC Đối với mode TDMA, phân khe khoảng (2n)(6,25 μs), n= 1, 6,25 μs nghịch đảo tốc độ kí hiệu thấp (160 kHz) Độ dài cực đại burst hướng lên 255 phân khe Hình 2.12 Mơ tả định dạng khung hướng lên DOCSIS Trong truyền dẫn TDMA hướng lên tách biệt theo thời gian, truyền dẫn S-CDMA hướng lên tách biệt hai theo thời gian mã trải phổ 30 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS CDMA Lớp vật lý xếp phân khe vào khung Các khung MAC DOCSIS hướng lên trước tiêu đề PMD biên giới phân khe với lớp MẠC Việc truyền dẫn khung MAC phải bắt đầu ranh giới phân khe Hoạt động MAC hướng lên liên quan đến hai hoạt động là: Q trình u cầu băng thơng hướng lên cấp phát băng thông hướng lên CMTS cấp phép thời gian truyền dẫn hướng lên cho CM thông qua tin MAP truyền phát theo hướng xuống CMTS phát tin MAP cho kênh hướng khoảng thời gian MAP Khoảng MAP thiết lập điển hình từ 2-5 ms Quá trình điều khiển truy nhập dựa việc dành trước Một chế dành trước lập lịch trước đặt trước cho truyền dẫn hướng lên khoảng tuần hoàn Một chế khác cho CM gửi yêu cầu dành trước chúng khe xung đột biết chế “SlottedALOHA” CMTS xếp hàng mức ưu tiên tin đề nghị khác dành trước phân khe hướng lên tương laic ho CM liên quan để gửi liệu chúng Giải thuật lập lịch xem xét tham số bao gồm lớp dịch vụ yêu cầu đề nghị có tính cạnh tranh từ CM khác cho kênh hướng lên Bản tin MAP từ CMTS cho CM biết phân khe sử dụng để phát liệu khung hướng lên kênh xác định Bản tin MAP trao đổi phân khe sẵn có cho truyền dẫn yêu cầu hướng lên dựa nghẽn phân khe sẵn có cho CM để thơng báo cho CMTS biết 3.5 DOCSIS mạng PON Trong DOCSIS 3.0 cho phép thực kết nối băng thông lớn cáp đồng trục, rõ ràng FTTH cung cấp mạng truy nhập hiệu cao linh hoạt Do MSO quan tâm đến cơng nghệ PON Có nhiều ứng dụng làm sử dụng PON trở nên hấp dẫn Ứng dụng để phục vụ khách hàng doanh nghiệp EPON mạng 10G EPON khách hàng doanh nghiệp sử dụng trực tiếp mà khơng phải tích hợp vào hệ thống DOCSIS Một ứng dụng khác sử dụng khu vực dân cư xanh phát triển khu vực nhà mà nhà xây dựng muốn hạ tầng FTTH điểm bán hàng cho vùng lân cận Vì địi hỏi bảo dưỡng định 31 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS kỳ cáp đồng trục nên sợi quang hấp dẫn số ứng dụng khu vực cải tạo Thêm nữa, có áp lực cạnh tranh tăng lên MSO từ công ty viễn thông họ sử dụng mạng FTTH họ để cạnh tranh dịch vụ Hai tiếp cận FTTH sẵn có cho MSO Tiếp cận thứ giao thức RF over Glass (RFoG) SCTE RFog thay phần cáp đồng trục mạng HFC sợi quang sử dụng giao thức định dạng tín hiệu DOCSIS Tiếp cận thứ hai sử dụng giao thức PON EPON 10G EPON cho lớp tích hợp lớp hệ thống PON vào hệ thống quản lý DOCSIS Ưu điểm tiếp cận RFOG sử dụng thời hạn gần sử dụng CM, CMTS cấu trúc quản lý DOCSIS mạng HFC Nhược điểm RFOG thông lượng bị giới hạn tốc độ DOCSIS 3.0 khơng thể hỗ trợ tốc độ liệu tiềm cao EPON GPON nâng cấp lên 10G EPON XG-PON Các MSO theo đuổi tiếp cận thứ hai thông qua kết hợp hai dự án tiêu chuẩn Một số phát triển đặc tính kỹ thuật triển khai DOCSIS EPON (DPoE) ban hành CableLabs, thứ hai tham gia tích cực CableLabs MSO IEEE SIEPON DPoE mở rộng tự nhiên mạng DOCSIS theo cấu hình vật lý dựa FTTH EPON 10G EPON lựa chọn phù hợp tốt cho ứng dụng MSO PON so với giao thức ITU Một lí MAC EPON đặc biệt với mở rộng tùy chọn nhiều-LLID hỗ trợ tiêu chuẩn SIEPON lên, vận hành giống MAC DOCSIS MAC GPON Lí thứ hai tham số lớp vật lý EPON cho phép sử dụng thành phần chi phí thấp Nhưng lí khác nhà mạng viễn thông bị buộc cam kết với GPON, nên xuất phản ứng “me-too” MSO sử dụng GPON DPoE khai thác giao thức DOCSIS EPON tồn với hệ sinh thái tương ứng chúng việc kết hợp chúng lại với Giao thức EPON sử dụng cho kết nối mạng lớp 1, giao thức DOCSIS tạo mạng EPON 32 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS để giống mạng HFC DOCSIS thông thường hai hệ thống quản lý DOCSIS CPE Một ONU DOCSIS (D-ONU) cư xử theo kiểu CM theo khả dịch vụ Để cho D-ONU cư xử CM phải có kết nối với hệ thống quản lý DOCSIS Ví dụ, hệ thống quản lý cần nhận khả cấu hình để chuyển tiếp lưu lượng thích hợp Vì hệ thống EPON không mang kênh DOCSIS chạm đến trực tiếp hệ thống quản lý DOCSIS, nên cần thiết để phát triển phương pháp tiêu chuẩn cho việc dịch thông tin để truyền tải giao thức EPON Hệ thống DPoE bao gồm OLT PON cung cấp dịch vụ biên dịch giao thức DOCSIS cho giao tiếp với hệ thống quản lý DOCSIS giao thức EPON cho việc liên lạc với ONU DPoE cung cấp hai dịch vụ thoại liệu (truy nhập internet) hai khách hàng cá nhân doanh nghiệp Các dịch vụ liệu cho người dùng cá nhân giống dịch vụ hỗ trợ DOCSIS Các dịch vụ liệu hãng doanh nghiệp DPoE xây dựng định nghĩa dịch vụ MEF (Metro Ethernet Forum) Chúng bao gồm định nghĩa dịch vụ MEF cho E-Line, E-LAN E-Tree Công nghệ Ethernet VLAN (Virtual LAN) sử dụng cho việc định tuyến lưu lượng Ethernet, địi hỏi DONE phải có khả xử lý VLAN DPoE triển khai dịch vụ DOCSIS IP thông qua kênh ảo Ethernet (EVC) cổng Ethernet DPoE ONU độc lập (S-ONU) chức định tuyến IP hệ thống DPoE Các dịch vụ gọi dịch vụ liệu IP tốc độ cao (IP-HSD) định nghĩa DOCSIS 3.0 Các dịch vụ thoại cho người dùng cá nhân cung cấp thông qua VoIP theo kiểu với DOCSIS Đây tùy chọn cho khách hàng doanh nghiệp Một lựa chọn khác, khách hàng doanh nghiệp có dịch vụ thoại thơng qua kết nối DS1 (ví dụ từ PABX) đến CPE Trong trường hợp này, DS1 qua mạng DPoE dịch vụ phòng tạo kênh (CES) Ethernet 33 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS Các dịch vụ video cung cấp lưu lượng gói hóa (hoặc video over IP video trực tiếp Ethernet) tín hiệu RF bước sóng tách biệt PON Tiếp cận IPTV truyền phát video tới ONU dịch vụ liệu dựa IP sử dụng tham số QoS thích hợp Tiếp cận khơng có tác động trực tiếp lên giao thức PON DOCSIS Nó phù hợp tốt nhiều video theo yêu cầu (VoD) chức VCR (Máy ghi video cassette) ảo so với tiếp cận xếp chồng video Khả liệu gói tốc độ cao EPON phù hợp tốt với tiếp cận DOCSIS cho việc cung cấp tất kiểu dịch vụ qua IP Tuy nhiên khác biệt quan trọng mạng DOCSIS DPoE Trong DOCSIS sử dụng IP phương thức chung cho tất dịch vụ, DPoE sử dụng Ethernet Vì dịch vụ DOCSIS xây dựng truyền tải IP nên chúng phải thực tạo Ethernet để cung cấp dịch vụ Ethernet Ngược lại, DPoE sử dụng Ethernet đơn cung cấp dịch vụ Ethernet trực tiếp phục vụ giao thức lớp để cung cấp dịch vụ IP 34 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Mạng HFC sử dụng rộng rãi cung cấp tín hiệu truyền hình cáp Các dịch vụ liệu băng rộng cung cấp cho người dùng đầu cuối việc triển khai công nghệ DOCSIS hạ tần mạng HFC Tuy nhiên giới hạn băng tần cáp đồng trục nên thơng lượng mạng bị hạn chế cho hướng lên hướng xuống Các xu hướng thay đổi theo chiều sử dụng hoàn toàn sợi quang mạng phân phối thay cho cáp đồng trục 35 ... sửa hoàn thiện tiểu luận iii Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp iv Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần I: Công nghệ mạng HFC PHẦN I: CÔNG NGHỆ MẠNG HFC Tổng quang mạng HFC 1 Khái niệm HFC (Hybrid Fiber... HF 14 Báo cáo tiểu luận tốt nghiệp Phần II: Giao thức DOCSIS PHẦN II: Giao thức DOCSIS Các phần tử mạng DOCSIS Các phần tử mạng DOCSIC cho thấy hình 2.1 CMTS hệ thống mãy chủ giao thức DOCSIS. .. nữa, công nghệ truyền số liệu mạng truyền hình cáp cơng nghệ sử dụng giao thức DOCSIS Vì thế, tiểu luận chúng em xin giới thiệu cho bạn cô biết công nghệ HFC giao thức DOCSIS Chúng em hy vọng tiểu