CATV Data Networks

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CATV Data Networks

• Jorge Cláudio P. Meireles
• MEEC Redes Digitais de Acesso
• 1999 - 2000

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Índice

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

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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)

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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)

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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)

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Arquitectura

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

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Arquitectura

• Retorno via rede telefónica

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Arquitectura

• Serviços disponibilizados

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Arquitectura

• Rede CATV da Bragatel

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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 Cable Modems,
  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.

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Funcionamento
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Funcionamento

• Cable Modem / CMTS

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Funcionamento

• 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

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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 gt
  41,4Mbit/s 256QAM 8MHz gt 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
• Correcção de erros Reed-Solomon
• Etiqueta uynique word
• Uma celula 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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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

BER superior
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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
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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.

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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

Para mais informações.. .