1 CATV Data Networks

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Benedito da Mota Canto
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2 2 Índice Introdução Redes CATV Redes de Dados CATV Arquitetura Funcionamento Segurança Fontes de Ruído Standards Tecnologias Concorrentes Conclusões

3 3 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)

Qualidade superior de imagem (s/ ecos) Características Diversos canais FDM

4 4 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)

Bidirecional Híbrida (HFC hybrid fibre coax) Cabo Coaxial na

5 5 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);

serviço Elevado número de lares cabeados Cerca de 50% em Portugal (15% conectados) Esta percentagem aproxima-se do 90%

6 6 Arquitetura Arquitetura típica Super Headend Distribution Hub Service Area

7 7 Arquitetura Retorno via rede telefônica

8 8 Arquitetura Serviços disponibilizados

9 9 Arquitetura Rede CATV da Bragatel

10 10 Cable Modem O Tune 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.

O MAC extraí a informação dos blocos MPEG, filtra a informação relativa a outros Cable Modems, desbloqueia a

11 Funcionamento 11

12 12 Funcionamento CableModem / CMTS

13 13 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

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

14 14 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

(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

15 15 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)

erros Reed-Solomon Etiqueta uynique word Uma célula ATM por burst (DVB/DAVIC) Mensagem MAC ou payload com dados 18 timeslots por 3ms

16 16 Funcionamento Camadas OSI dos Modems DOCSIS (Os valores entre parêntesis referem-se ao EuroDOCSIS) OSI DOCSIS Higher Layers Applications DOCSIS Transport TCP/UDP Control Messages Network IP Data Link IEEE Physical Upstream Downstream TDMA (mini-slots) 5-42(65) MHz QPSK/16-QAM TDM (MPEG) 42(65) MHz 64/256-QAM ITU-T J.83 Annex B(A)

17 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 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

tem uma identificação única em hardware Encriptação da informação (No DOCSIS é usado o DES e o

18 18 Fontes de Ruído Origens Lar do assinante 75% Drop 20% Trunk 5 % Tipos Bit stream Ruído Modulação Correcção de erros BER superior 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

Características da infra-estrutura Não linearidades Resposta em frequência Ecos e

19 19 Standards Evolução da normalização (CMTS/CM) Sistemas proprietários (ex. COM21) DVB/DAVIC (Europa) MCNS/DOCSIS (EUA) IEEE A normalização visa o inter funcionamento entre CMs e CMTS/Head-Ends de diferentes fabricantes. Para mais informações... ; ;

. A normalização visa o inter funcionamento entre CMs e CMTS/Head-Ends de diferentes

20 20 Standards DVB/DAVIC 1.3/1.4/1.5 Também conhecido por DVB-RCC ou ETS 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 Perdeu a batalha devido a grandes atrasos na sua definição. Pretende ser um standard para a futura geração de Cable Modems.

expressão (concorre essencialmente com o Euro-DOCSIS) MCNS/DOCSIS 1.0/1.

21 21 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)

22 Tecnologias Concorrentes 22

23 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 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 Para mais informações

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