RAMS Part C Redes Híbridas Fibra - Cabo Coaxial (HFC)

RAMS Part C Redes Híbridas Fibra - Cabo Coaxial (HFC) 1 INTRODUÇÃO 2 2 A ARQUITECTURA HFC 3 2.1.1 Compressão digital de vídeo 4 2.1.2 Gestão do espectro 5 2.1.3 Evolução de redes HFC 6 3 DOCSIS 8 3.1 Introdução 8 3.2 Arquitectura DOCSIS 9 3.3 Interface CMTS-NSI 11 3.3.1 IP sobre ATM 12 3.3.2 IP sobre FDDI 12 3.3.3 IP sobre IEEE 802 13 3.3.4 IP sobre Ethernet 13 3.4 Interface CMCI 14 3.4.1 Interfaces CPE externos 14 3.5 Interface de retorno do Cable Modem Via Telefone 16 3.6 Interface RF 17 3.6.1 Downstream 17 3.6.2 Upstream 18 3.6.3 Níveis de Transmissão 18 3.6.4 Protocolos de Comunicação 18 3.6.5 Subcamada Media Access Control (MAC) 20 3.6.6 Camada Física 23 3.6.7 Atribuição de banda Upstream 24 3.7 Suporte de qualidade de serviço 25 3.7.1 Unsolicited grant service (UGS) 26 3.7.2 Unsolicited grant service with activity detection (UGS-AD) 27 3.7.3 Real-time polling service (rtps) 28 3.7.4 Non-real-time polling service (nrtps) 29 3.7.5 Best effort (BE) service 29 3.7.6 Committed information rate (CIR) service 29 3.8 Especificações da interface de gestão e operação 29 3.9 Baseline Privacy Plus (BPI+) 30 3.10 Características DOCSIS 32 4 IEEE 802.14 VS DOCSIS 34 4.1 Mecanismos da Camada MAC 34 4.1.1 Inicialização 34 4.1.2 Operação Normal 35 4.1.3 Mecanismos 35 5 DVB 42 6 BIBLIOGRAFIA 43 IST 1

1 Introdução Inicialmente, as redes de televisão por cabo eram estruturas unidirecionais, eficazes na distribuição de canais de TV, baseadas numa topologia que, por analogia, se designou em árvore, com os clientes dispostos ao longo dos ramos - do inglês tree-and-branch (figura 1). A infra-estrutura da rede de televisão por cabo tradicional é constituída por três partes principais: primária (trunk portion), secundária (feeder portion) e de ligação ao cliente (drop). Através das sub-redes primária e secundária os sinais são transportados até um ponto na vizinhança dos potenciais clientes. O objectivo principal é cobrir as distâncias envolvidas, preservando em simultâneo a qualidade do sinal de modo económico. A sub-rede primária representa, em média, cerca de 10% da infraestrutura física da rede, enquanto que a sub-rede secundária representa cerca de 40%. O cabo flexível que vai até casa do cliente, o drop, representa cerca de 50% dos cabos instalados [Ciciora 90]. Figura 1.1 - Arquitectura tradicional de sistemas de TV por cabo O meio de transmissão usado era apenas cabo coaxial, com os problemas de transmissão inerentes devidos às suas elevadas perdas, tanto maiores quanto maior a frequência do sinal que o percorre. Para ultrapassar esta limitação, recorreu-se ao uso de amplificadores de RF. Todavia, o uso destes elementos activos, dispostos, muitas vezes, em longas cascatas, provocam a degradação da qualidade da imagem no receptor do cliente, devido ao ruído e à distorção que introduzem. Assim, no início dos anos noventa, o advento da fibra óptica em redes de televisão por cabo, tirando partido das suas propriedades de transmissão (baixa atenuação, grande largura de banda e imunidade a ruído radioeléctrico), trouxe alterações significativas ao nível arquitectural das redes de televisão por cabo. Como analisaremos adiante, os dois principais avanços do progresso actual em redes de televisão por cabo são a arquitectura híbrida fibra/cabo coaxial (em inglês, HFC- Hybrid Fiber Coax) e o vídeo digital. IST 2

2 A arquitectura HFC Os cabos de fibra óptica, os transmissores e receptores ópticos são dispositivos caros. Por isso, a disponibilização de fibra óptica até casa do cliente não é uma solução economicamente viável, apesar de tecnicamente possível. Assim, a sua aplicação prática requer que cada um destes componentes sirvam centenas de clientes, de modo a haver partilha dos custos, que se traduz numa solução de compromisso: utilização mista de cabos de fibra óptica (nos troços mais longos da rede) e cabos coaxiais nas zonas de distribuição. É a este tipo de redes que se dá a designação genérica de Redes Híbridas -HFC (Figura 2.1). Antenas Parabólicas Internet HeadEnd Cabo de Fibra Óptica Fiber Nodes Fiber Nodes Fiber Nodes Cabo Coaxial (Feeder/Drop) Figura 2.1 - Arquitectura típica de um sistema HFC [Cablelabs]. Esta arquitectura segmenta a rede de televisão por cabo em células de dimensão variável (consoante o grau de penetração da fibra óptica e o número de clientes potenciais), com cascatas de amplificadores limitadas a 4-6 amplificadores. Cada uma destas células está ligada à Cabeça de Rede por fibra óptica, numa topologia em estrela. Compromissos tecno-económicos ditam que o tamanho das células individualizadas varie de 500 a 2000 casas passadas. A arquitectura HFC tornou assim possível aumentar a largura de banda do sistema, a sua fiabilidade e a qualidade do sinal de TV; por outro lado, permitiu reduzir os custos de manutenção (redução do número de amplificadores) mantendo as características de flexibilidade, na parte de distribuição, dos sistemas em árvore. Tornou, também, possível suportar comunicações bidireccionais. IST 3

A largura de banda do cabo coaxial não apresenta cortes abruptos. É, ao invés, a cascata de amplificadores que restringe a largura de banda do sistema. Trinta a quarenta amplificadores em série não reduzem apenas a largura de banda mas comprometem fortemente a fiabilidade do sistema. A instalação de cabos de fibra óptica elimina a cascata de amplificadores. Tal, por seu lado, deixa apenas a parte de distribuição da rede, com distâncias relativamente pequenas, e 3-4 amplificadores, o que traduz numa maior largura de banda do sistema. Comunicação bidireccional torna-se prática por duas razões: primeira, a própria fibra óptica é imune a interferências radioeléctricas; segunda, como o sistema é segmentado em células, cada uma isolada das outras, mesmo que haja ingresso de sinais que possam causar interferência numa destas células, o desempenho das restantes não é afectado. Nos EUA, durante os últimos três anos, a implementação de cabos de fibra óptica na indústria de televisão por cabo cresceu mais de 100% ao ano. Estimativas actuais indicam que mais de 33% de todos os clientes são servidos por sistemas com arquitectura HFC, havendo estimativas de que esse número aumentará dramaticamente durante os próximos 5 anos [FCC Report 95]. Por outro lado, à medida que mais operadores de televisão por cabo integram fibra óptica nas suas redes, efectuando ao mesmo tempo a sua renovação e restruturação, verifica-se um aumento da sua capacidade: sistemas com larguras de banda entre 330-400 Mhz, suportando 40-52 canais, representam cerca de 75% dos sistemas instalados; aproximadamente cerca de 15% dos sistemas têm capacidades compreendidas entre 400 Mhz -1 Ghz, com ofertas de 52-150 canais. Hoje em dia, é prática comum instalar componentes passivos capazes de 1GHz, pelo que se diz que os sistemas são GHz ready, ou seja, apenas pela substituição dos módulos dos amplificadores, quando for económico, o sistema é passível de actualizar-se para larguras de banda da ordem de 1GHz. 2.1.1 Compressão digital de vídeo O outro avanço tecnológico que está a ter forte impacto nas redes de televisão por cabo é a tecnologia de compressão digital de vídeo e esquemas de modulação adequados. Esta tecnologia deve o seu ímpeto à televisão de alta definição. Hoje em dia, apesar de o progresso tecnológico nesta área estar ainda em franca evolução, é já possível obter imagens de resolução satisfatória com taxas de transmissão de 3 a 6 Mbit/s. Aproveitando o facto do canal de transmissão (no sentido rede-utilizador) ter baixo ruído, é possível num único canal analógico de televisão (admitindo 7 MHz de largura de banda) colocar 7 a 14 programas digitais. As actuais técnicas para compressão digital de vídeo baseiam-se nas normas MPEG (Moving Pictures Expert Group) I e II, ou em ligeiras variações destas. A compressão digital de vídeo é considerada como um dos elementos que potenciará a introdução de serviços de vídeo interactivo em redes de televisão por cabo. Todavia, existem outro tipo de redes, além das de televisão por cabo, que também beneficiam destes avanços tecnológicos, nomeadamente as redes sem fios, quer as de difusão terrestre por microondas quer as de televisão por satélite. Nos EUA, os operadores de televisão por satélite DirecTV e PrimeStar oferecem já um serviço comercial usando uma versão da norma MPEG-I. O outro factor que determina a densidade de empacotamento nos canais analógicos é o método de modulação. Dois métodos estão em competição: QAM (Quadrature Amplitude Modulation) e IST 4

AM-VSB (Amplitude Modulation Vestigial Side Band). As duas aplicações que se revestem de maior interesse para aplicações em redes de televisão por cabo são 256-QAM ou 16-VSB. 2.1.2 Gestão do espectro Atendendo à proliferação de programas de entretenimento e à introdução de serviços interactivos, que requerem a transmissão de forma individualizada para cada cliente, deixará de ser praticável difundir a totalidade dos programas e serviços disponíveis por todos os segmentos da rede. Existem, todavia, três opções que permitem aumentar o leque de programas e oferta de serviços por cliente: - aumento da largura de banda: recurso à fibra óptica e a elementos activos com características técnicas superiores; - segmentação da rede/reutilização do espectro: usando arquitecturas HFC e equipamento de comutação adequado é possível adicionar ao pacote básico de canais programas específicos apenas para os utilizadores de determinada célula; consequência também da segmentação é a reutilização do espectro, ou seja, utilizar os mesmos canais, em células distintas, mas com conteúdos diferentes; - compressão digital de vídeo: anteriormente descrita. Parte importante das redes televisão por cabo diz respeito à capacidade de oferta de serviços actuais ou futuros, sendo condição fulcral que os sistemas implementados (ou a implementar) sejam evolucionários com respeito aos serviços suportados. Dado que o parque mundial de aparelhos de televisão e vídeogravadores é analógico, que as normas de transmissão digital ainda não estão consolidadas e a crescente liberalização do sector das telecomunicações (já notória em mercados importantes como é o caso dos EUA e da Inglaterra), verifica-se a existência de vários cenários para ocupação do espectro do cabo. Um possível cenário, ilustrado na Figura 2.2, é o seguinte:?? sentido ascendente (5-40 Mhz): retorno digital de entretenimento e comunicações;?? sentido descendente (52-450 Mhz): difusão analógica/digital de entretenimento;?? sentido descendente (500-750 Mhz): digital, comunicações e entretenimento de banda estreita. Upstream (digital) 1 2 n... Downstream (analógico) Downstream (digital) 1 2 3 m... 5 45 50 450 750 MHz Figura 2.2 - Distribuição de espectro no cabo para difusão de TV Refira-se, no entanto, que a comunicação no sentido ascendente (utilizador-rede), mesmo sendo digital, apresenta alguns problemas como é caso do afunilamento do ruído (o ruído gerado nos IST 5

amplificadores dos diferentes troços é cumulativo) e o ingresso de sinais que provocam interferência. Todavia, a utilização de células pequenas e fibras ópticas minimizam bastante os efeitos adversos provocados pelos mecanismos. 2.1.3 Evolução de redes HFC A evolução das arquitecturas de rede HFC e a implementação de novos serviços passa necessariamente pela evolução em áreas como a codificação e a transmissão digitais, televisão digital avançada, modems para voz e dados, inteligência da rede e sistemas de OAM&P (Operations, Administration, Maintenance and Provision), funcionalidade bidireccional das redes e novos modelos financeiros. Simultaneamente com a implementação de redes HFC verifica-se em vários países, onde existem vários operadores que possuem redes CATV dispersas geograficamente, a tendência de construírem redes regionais em fibra óptica de modo a interligar e integrar essas diferentes redes (figura 4). Tipicamente, até 500 utilizadores são suportados por nó óptico (fiber node); por sua vez, 40 nós ópticos estão conectados a um centro de distribuição (distribution hub), servindo cada um cerca de 20 000 clientes; os centros de distribuição estão, por seu lado, interligados a uma cabeça de rede principal (master headend) através de anéis em fibra óptica, recorrendo a tecnologia SDH (SONET nos EUA) para a transmissão e comutadores ATM para a comutação de informação digital, enquanto algumas fibras são dedicadas para suporte de informação analógica. IST 6

Figura 2.3 - Interligação de redes heterogéneas por fibra óptica O master headend é a fonte primária dos serviços oferecidos ao utilizador, recebendo e processando sinais externos, ou gerando-os, servindo também de interface da rede de acesso a outras redes externas (e.g. a rede telefónica ou a Internet). De referir ainda que nesta arquitectura de rede, de modo a permitir maior flexibilidade e segmentação, existe a possibilidade de a cada centro de distribuição ser permitido injectar programação específica, tais como canais locais e inserção de publicidade. Esta tendência tem também justificação no custo de serviços interactivos digitais (actuais ou previstos, tais como vídeo-a-pedido, acesso a bases de dados, jogos interactivos, etc.), os quais requerem equipamento na cabeça de rede bastante oneroso, que permita o armazenamento (servidores de dados e de vídeo), a compressão digital (vídeo), comutação de canais (comutadores ATM) ou a inserção de publicidade com tecnologia digital. Deste modo, seria possível a partilha de tais custos elevados por um número significativamente maior de utilizadores. Ponto fulcral da evolução das redes HFC é a interoperabilidade entre as várias plataformas físicas de distribuição e seus elementos constituintes (comutação, transmissão e equipamento terminal) para suporte dos futuros serviços interactivos digitais. Actualmente, existem uma diversidade de redes de CATV e modems (para voz e dados) de diferentes fabricantes, com especificações próprias e que funcionam em determinadas redes de CATV, o que impede a sua portabilidade. Assim, torna-se necessário desenvolver um conjunto de normas técnicas que garantam a interoperabilidade de equipamento de diferentes fabricantes, permitindo, por outro lado, obter-se economias de escala com a consequente redução do seu custo. Neste sentido, vários esforços estão a ser desenvolvidos, em especial no mercado norte-americano onde se nota maior efervescência, salientado-se o IEEE 802.14 Working Group e o Multimedia Cable Network Systems Partners (MCNS). O IEEE 802.14 Working Group é responsável pela normalização da camada física ( PHY ) e da camada de acesso ao meio ( MAC ) para o transporte de dados sobre redes de televisão por cabo. A arquitectura de referência adoptada especifica uma infra-estrutura física de fibra óptica e cabo coaxial com um raio de 80 km a partir da cabeça de rede [Walkingdog]. A organização denominada MCNS [Cablemodem]. Inclui a maioria dos operadores de televisão por cabo da América do Norte (80% dos utilizadores nos EUA, 70% do mercado canadiano e 20% do mexicano), bem como o seu braço de pesquisa, o Cable Television Laboratories, que tem como principais objectivos: 1) desenvolver especificações técnicas de interfaces para facilitar uma variedade de serviços de dados sobre redes HFC que sejam compatíveis com equipamento terminal e sistemas de cabo; 2) permitir independência de fabricantes, mas que ao mesmo tempo sejam adoptadas por estes, de modo a garantir a necessária interoperabilidade. IST 7

3 DOCSIS 3.1 Introdução As redes de HFC até meados dos anos 90, foram originalmente desenhadas para Broadcast de televisão analógica e rádio. O desenvolvimento de tecnologia digital barata, e o crescente interesse por serviços digitais interactivos veio trazer algumas experiências que deram origem a alguns protocolos proprietários, que no entanto se encontravam isolados de todo um conjunto de protocolos compatíveis e como tal tinham todos os problemas associados a soluções fechadas. Em 1994 o IEEE 802.14 formou um grupo para desenvolver um standard internacional para Modem Cabo. Em Dezembro de 1995 foi publicado um documento onde foram definidas as metas a atingir. Em Janeiro de 1996 um grupo de operadores de cabo reuniram esforços e agrupados numa parceria (a Multimedia Cable Network System Partners MCNS) publicaram um draft as suas especificações logo em Março de 1997, chamado Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS 1.0) para a comunidade de fabricantes. Logo se começaram a construir protótipos e em dezembro de 1997 foi demonstrada publicamente a interoperabilidade dos ditos equipamentos. No início de 1998 a CableLabs começou um programa de certificação formal com o intuito de permitir que produtos produzidos por diferentes fabricantes fossem compatíveis. Em Março de 1998 o ITU aceitou o DOCSIS como standard do Modem Cabo, o ITU J.112. Para fornecer serviços de dados DOCSIS foi especificado para Downstream o espectro compreendido entre 50/54 e 860MHz em canais de 6 MHz e para Upstream o espectro compreendido entre 5 30 ou 5 42 Mhz Um Headend Cable Modem Termination System (CMTS) comunica através destes canais com os Cable Modems localizados na casa do cliente. A maior parte dos Cable Modems são externos e ligam ao computador através de uma carta 10BASE-T Ethernet, de um interface USB, se bem que também existem Cable Modems Internos PCI. Em Abril de 1999 a CableLabs publicou as especificações da Segunda geração do Standard o DOCSIS 1.1, que veio adicionar alguns melhoramentos ao original, tais como uma QoS melhorada e capacidade de fragmentação de pacotes baseada no hardware, para suportar telefone baseado em IP e outros serviços de Constant-Bit-Rate. Ou seja garante largura de banda e tempos de latência compatíveis com a necessária qualidade de voz, ou outras aplicações de multimédia em tempo real através de rede de acesso e Cable Modem. A CableLabs espera na terceira geração do DOCSIS adicionar uma camada física na especificação do core para aumentar a capacidade e segurança do upstream. Os planos são usar TDM com agilidade em frequência e CDMA síncrono. Para uma compatibilidade total com as plataformas baseadas em DVB-C, foi desenvolvida uma adenda ao Standard DOCSIS em meados de 1998, introduzindo a opção de um canal de Downstream com a Largura de Banda de 8MHz (100 aos 860MHz), e definido um Forward Error Correction de acordo com ITU-T J.83 A. IST 8

No Upstream a recomendação de largura de banda passou de 5 a 42 MHz para 5 a 65MHz. A adaptação ao Standard DOCSIS é apenas necessária na camada física, deixando a camada MAC inalterada, o que torna a EuroDOCSIS compatível com as camadas superiores. A norma DOCSIS consiste em 12 documentos de especificações cobrindo todos os aspectos da arquitectura necessária para oferecer um serviço End-to-End. São analisados os principais aspectos de cada documento, nomeadamente os seguintes:?? Cable Modem Termination System - Network Side Interface?? Cable Modem to CPE Interface?? Telephone Return Interface?? RF Interface Specification?? Operations Support System Interface?? Security (Baseline Privacy Plus) 3.2 Arquitectura DOCSIS No sistema DOCSIS todo o tráfego da rede de cabo é controlada pelo Cable Modem Termination System no Headend e pelo Cable Modem na casa do cliente. A arquitectura de referência contém três categorias de interface :?? Interface de dados que inclui Cable Modem Termination System Network Side Interface (CMTS-NSI), entre o CMTS e a rede de dados e o Cable Modem Customer Premises Equipment Interface (CMCI), entre o computador do cliente e o Cable Modem.?? Operations Support Systems Interfaces que são interfaces de gestão entre os elementos da rede e as High Level OSS.?? Telephone Return Interface- CMTRI- que é uma interface entre o Cable Modem e o caminho de retorno telefónico, para usar nos casos em que o caminho de retorno não está disponível via rede de cabo.?? As Interfaces de RF, que descrevem as interacções entre o Cable Modem e a rede de cabo; entre o CMTS e a rede de cabo em ambos os sentidos (upstream e downstream). A arquitectura DOCSIS debruça-se sobre os protocolos das camadas de rede (IP); da camada de ligação de dados e da camada física. A camada de ligação de dados é composta por três subcamadas: - a LLC que está em conformidade com a norma standard IEEE 802.2; - a subcamada de segurança de dados que suporta as necessidades básicas de privacidade, autorização e autenticação; - a camada MAC que suporta PDUs de comprimento variável. A camada física compreende as subcamadas: - subcamada Upstream/Downstream Transmission Convergence IST 9

- a subcamada Physical Media Dependent (PMD). CMTS-NSI Retorno PSTN CMCI Figura 3.1 Arquitectura DOCSIS As principais características do protocolo MAC são a contenção e mistura controlada das oportunidades de transmissão pelos diversos CMs através de um conjunto de mini-slots (unidade de transmissão Upstream de 6.25?s ou múltiplos inteiros deste valor) para fluxo Upstream, e gestão eficiente de largura de banda através de pacotes de comprimento variável. O CMTS proporciona largura de banda através de mensagens de gestão MAC, que descrevem o modo como os mini-slots devem ser usados, usa ainda um algoritmo que determina a ordem de acesso à rede. Os elementos básicos do esquema de atribuição de largura de banda são:?? Cada CM tem um ou mais Service IDentification (SIDs), de 14 bits, e 48 bits de endereço. A QoS fornecida ao CM está directamente relacionada com o seu grupo de SID.?? O CM pode emitir pedidos de largura de banda sempre que tiver PDUs de dados para enviar.?? O CMTS gere todos os pedidos de transferência de dados de acordo com as prioridades e com a largura de banda disponível, e envia então um Map onde informa cada estação que emitiu pedidos, quais os mini-slots que lhe são destinados. Um CM que tenha pacotes para transmitir deve esperar pelo slot de contenção conforme definido no último Map recebido. O CM tenta então emitir um pedido de largura de banda, acedendo a um mini-slot de contenção. Se mais do que uma estação tentar aceder a um mesmo mini-slot, então a informação será corrompida devido à contenção. O CM só saberá se o seu pedido teve sucesso quando chegar o próximo Map. Se o pedido teve sucesso então o SID do CM será identificado através de um número de mini-slot no qual pode iniciar a transmissão bem como o número de minislot que lhe foram atribuídos. Se não teve sucesso o CM deve repetir o seu pedido usando o próximo mini-slot de contenção. Ao registar-se cada CM declara a sua prioridade de serviço. O serviço pretendido irá permitir tráfego de dados IP (versão 4 ou 6) bidireccional de modo transparente entre o Cable Modem Termination System Network Side Interface (CMTS-NSI) e o Cable Modem to Customer Premise Equipment Interface (CM CPEI ou CMCI). IST 10

3.3 Interface CMTS-NSI As especificações da interface Cable Modem Termination System - Network Side Interface (CMTS-NSI) são um conjunto de especificações de interfaces que se destinam a facilitar a implementação de serviços de dados sobre HFC. Estas especificações definem os procedimentos e os protocolos de comunicações necessários para implementar transferência de dados entre o Cable Modem Termination System e o Backbone Network Transport Adapter Interface: - Descreve os protocolos de comunicações e as normas que serão aplicados. - Especifica os parâmetros de comunicações de dados que devem ser comuns a todas as unidades. - Descreve qualquer especificação de interface adicional para aplicações únicas de modo a permitir serviços de dados sobre cabo. CPE CMCI CM Cable Modem RFI RFI Rede de Cabo (Coax+Fibra) Cable Modem Termination System CMTS CMTS-NSI Rede de Dados (Internet) IP transparente através do sistema Figura 3.2 Tráfego IP transparente Esta Interface destina-se a garantir um número mínimo de comunicações satisfatórias entre o Headend e os elementos do Backbone num sistema de dados sobre cabo. São especificados nesta interface protocolos abertos, com preferência por normas já existentes, bem conhecidas e aceites. Várias combinações de camadas físicas e de dados foram definidas para transportar tráfego IP nesta interface, assinalada a azul na figura 2. É necessário o Protocolo de Internet IP na camada de rede. Todas as camadas de dados e físicas devem suportar e ser transparentes aos datagramas IP de acordo com os standards especificados. - ATM sobre STS-3c - ATM sobre DS3 - FDDI - 802.3 sobre 10BASE-T - 802.3 Sobre 100BASE-T - Ethernet sobre 10BASE-T - Ethernet sobre 100BASE-T Veremos em seguida como foram definidas estas interfaces. IST 11

3.3.1 IP sobre ATM Na camada de rede deve ser utilizado IP de acordo com IETF RFC 1577. O interface na camada AAL deve cumprir com IETF RFC 1577 e ATM UNI 3.1 Na camada física são implementadas duas camadas físicas, definidas em função da infra-estrutura existente. A implementação das camadas físicas STS-3c e DS3 deverão ser de acordo com ATM UNI 3.1. IP RFC 1577 Camada Rede AAL5 ATM ATM UNI 3.1 STM-1 UNI 3.1 E3 Física Figura 3.3 Pilha de protocolos de IP sobre ATM 3.3.2 IP sobre FDDI A camada de rede IP deverá ser utilizado de acordo com IETF RFC 1390 A Interface da subcamada MAC FDDI deve cumprir com ANSI X3. 139-1987 A interface da camada física deverá estar de acordo com ANSI X3.166-1990. IP RFC 1390 Camada Rede 802.2 LLC X3.139 FDDI MAC Ligação de dados X3.148 FDDI PHY X3.166 FDDI PMD Física Figura 3.4 Pilha de protocolos de IP sobre FDDI IST 12

3.3.3 IP sobre IEEE 802 O IP deverá ser utilizado na camada de rede de acordo com IETF RFC 1042 A resolução de endereços deverá cumprir com IETF RFC 826 A interface da subcamada LLC 802.2 deverá estar de acordo com ISSO/IEC 8802-2 1994 O interface da subcamada MAC 802.3 deverá estar de acordo com ISSO/IEC 8802-3 1995 O CMTS deverá permitir MAC Bridging de acordo com ISSO/IEC 10038 1993 Duas implementações de camada física são requeridas. As interfaces para a camada física 10BASE- T deverão estar em conformidade com ISSO/IEC 8802-3 1995, e a 100BASE-T de acordo com IEEE Std 802.3u 1995. IP RFC 1042 Camada Rede 802.1D Bridging 802.2 LLC Ligação de dados 802.3 MAC 802.3 10Base-T 802.3u 100Base-T Física Figura 3.5 Pilha de protocolos de IP sobre IEEE 802 3.3.4 IP sobre Ethernet Características básicas: - O IP deverá ser utilizado na camada de rede de acordo com IETF RFC 894. - A resolução de endereços deverá cumprir com IETF RFC 826. - O interface da camada de ligação de dados deverá estar de acordo com DIX Ethernet Versão 2.0. - Deverão ser utilizados 48 bits de endereço. - Duas implementações de camada física são requeridas. As interfaces para a camada física 10BASE-T deverão estar em conformidade com ISSO/IEC 8802-3 1995, e a 100BASE-T de acordo com IEEE Std 802.3u 1995. IST 13

IP RFC 894 Camada Rede 802.1D Bridging DIX Ethernet Ligação de dados 802.3 10Base-T 802.3u 100Base-T Física Figura 3.6 Pilha de protocolos de IP sobre Ethernet 3.4 Interface CMCI São definidas nesta secção as especificações do Cable Modem to Customer Premises Equipment Interface. O termo usado para descrever esta interface é Cable Modem to CPE Interface (CMCI). CPE CMCI - CM-CPE Interface CM Cable Modem RFI RFI Rede de Cabo (Coax+Fibra) Cable Modem Termination System CMTS CMTS-NSI Rede de Dados (Internet) IP transparente através do sistema Figura 3.7 Tráfego IP transparente Apresentam-se as especificações de algumas interfaces designadas para facilitar a implementação de dados sobre HFC, desta vez do lado do cliente entre o computador do cliente e o Cable Modem (CM). As seguintes especificações definem as normas de comunicações aplicados e os protocolos necessários para implementar o interface com o CM. O cliente deverá ter um computador com sistema operativo Windows 3.1 ou superior ter interface de rede Ethernet 10 Base-T ou USB (Universal Serial Bus) e um software de comunicações TCP/IP capaz de suportar DHCP/BOOTP, SNAP addressing e multicast. 3.4.1 Interfaces CPE externos No caso de ser Ethernet, o CMCI deve suportar IEEE802.3 e DIX Ethernet e o stack do protocolo será de acordo com a figura seguinte. IST 14

IP (exemplo) Camada Rede 802.1D Bridging 802.2 LLC / DIX Ligação de dados 802.3 MAC / DIX 802.3 10Base-T Física Figura 3.8 Pilha de protocolos CMCI Ethernet No caso de ser um interface USB este fornece diversos atributos de particular interesse para o CM, nomeadamente: - Plug-in de novos periféricos sem necessidade de ferramentas especiais - Identificação automática, e funções de configuração de software, que simplificam o processo de instalação. - Ritmos de transferência entre o periférico e o CPE de vários Mbps. Ambas as tramas das camadas MAC IEEE 802.3 e Dix Ethernet, devem passar transparentemente através do CMCI. A pilha de protocolos deverá ser de acordo com a figura seguinte: IP (exemplo) Camada Rede 802.2 LLC / DIX 802.3 MAC / DIX USB Manag. & Framing Ligação de dados USB Protocol USB Electrical Física Figura 3.9 - Pilha de protocolos CMCI USB IST 15

A figura 14 mostra a pilha de protocolos end-to-end entre o CMTS e o CPE, onde um CM USB é utilizado. Figura 3.10 - Pilha de protocolos end-to-end entre o CMTS e o CPE, com CM USB O CM USB tem de ter dois endereços de MAC de 48-bits. Os primeiros 48 bits de endereço da camada MAC devem ser associados com o redireccionamento das tramas para o Host CPE através da 802.3/Dix Filter, onde o Host CPE interpreta este endereço de MAC como se de uma carta Ethernet se tratasse. O segundo endereço de MAC de 48-bits deve ser associado com o CM sendo um Host IP/LLC para funções de Gestão do CM. 3.5 Interface de retorno do Cable Modem Via Telefone Quando não existe retorno pela rede cabo poderá usar-se retorno pela linha telefónica (PSTN). O sistema consiste nos seguintes elementos: - CMTS; - Rede de cabo; - Cable Modem (CM); a PSTN - Telephone Remote Access Concentrator (TRAC). A figura seguinte mostra um CM com modem telefónico incorporada mas este poderá ser independente do CM. O CMTS e o TRAC podem estar juntos colocados no Headend, e são denominados Telephone Return Termination System (TRTS), ou o TRAC pode ser colocado numa localização geográfica diferente e estar ligado ao Headend. IST 16

CM-TRI PSTN TELCO Remote Access Concentrator (TRAC) TRAC-NSI CPE CMCI CM Cable Modem Rede TV de Cabo Cable Modem Termination System (CMTS) TRTS CMTS-NSI Rede de Dados (Internet) Tráfego IP transparente através do sistema Figura 3.11 - Diagrama de blocos de Sistema com Retorno Telefónico Vejamos então como se processa a comunicação neste caso: Um datagrama IP da Internet, destinado para o CPE, entra no CMTS através do CMTS-NSI, o CMTS codifica o datagrama IP de acordo com as especificações MCNS RF Interface e transmiteo (Downstream). Um CM reconhecendo que uma determinada trama tem o endereço do CPE que lhe está agregado, descodifica a trama e passa-o ao CPE através do CMCI. O CPE responde ao trama, esta resposta entra no CM via CMCI, faz o encapsulamento do datagrama IP de resposta numa trama Point-to-Point Protocol (PPP), e transmite-o para o TRAC através da PSTN. O TRAC descodifica o datagrama IP e redirecciona-o para o seu destino através do TRAC-NSI. Existem outras possibilidades de caminhos de retorno, estes podem incluir negociações PPP entre o CM e o TRAC bem como caminho de gestão através de uma consola CMTS usando SNMP entre o TRAC e o CM. 3.6 Interface RF Existem diferenças no espectro a utilizar nos diversos pontos do mundo, como tal foram incluídas duas opções para a camada física:?? uma para os EUA baseado num downstream de 6 MHz e suportando transmissão Upstream dos 5 aos 42 MHz,?? outra para a Europa baseada num downstream de 8MHz e suportando um Upstream dos 5 aos 65 MHz. O canal de acordo com as especificações deverá ser capaz de operar com pacotes de 1500 octetos com uma relação de pacotes perdidos inferior a um por cento, e ser capaz de pelo menos transmitir 100 pacotes por segundo. 3.6.1 Downstream As características do canal RF para downstream compreende o espectro de 50 até 860 MHz em canais espaçados de 6 MHz (para os EUA). IST 17

3.6.2 Upstream O espectro ocupado situa-se entre 5 e 42 MHz (EUA). DOCSIS fornece diversos serviços Upstream baseados em Service Flows e em listas de parâmetros de QoS associados a cada serviço. Cada serviço é ajustado a um tipo específico de fluxo de dados. DOCSIS compreende os seguintes serviços básicos:?? Unsolicited Grant Service (UGT) - para suportar serviços de tempo real que gerem pacotes de comprimento fixo como por exemplo voz sobre IP;?? Real-Time Polling Service (rtps) - para suportar serviços de tempo real que gerem pacotes de dados de comprimento variável como por exemplo vídeo MPEG;?? Unsolicited Grant Service with Activity Detection (UGS-AD) - para suportar fluxos UGS que se podem tornar inactivos durante períodos substanciais como voz sobre IP com supressão de silêncio;?? Non-Real-Time Polling Service (nrtps) - para suportar serviços que não sejam de tempo real que requeiram dados de tamanho variável como por exemplo FTP de grande largura de banda;?? Best Effort (BE) service - para suportar um serviço eficiente de tráfego. 3.6.3 Níveis de Transmissão O nível de potência do sinal em Downstream CMTS 64QAM com canais de 6-MHz é apontado preferencialmente entre 10 dbc a 6 dbc relativo ao nível de carrier de vídeo analógico. O nível de potência do sinal do CM para o Upstream será variável em função da distância a que se encontra o CM do CMTS, mas será o mais baixo possível, para possibilitar a necessária margem acima do nível de ruído e das interferências. 3.6.4 Protocolos de Comunicação Serão agora abordados os protocolos de comunicação usados nos sistemas de dados sobre cabo. Algumas funcionalidades de manuseamento têm que ser incluídas para suportar por exemplo download de software. O CM e o CMTS operam como agentes emissores e também como sistemas terminais. A pilha de protocolos é a indicada na figura seguinte. IST 18

Figura 3.12 - Pilha de protocolos na Interface RF O transporte de dados no CMTS pode ser efectuado na camada 2 através de Transparent Bridging ou na camada 3 através de routing ou IP switching como mostra na figura abaixo. No CM a passagem de dados é efectuada na camada de ligação de dados por transparent bridging. CM (Cable Modem) CMTS IP IP 802.2/DIX LLC 802.32/DIX MAC 802.3 10Base-T Transparent Bridging 802.2/DIX LLC Link Security Cable MAC DVB Up. TC Cable Cable PMD PMD 802.2/DIX LLC Link Security Cable MAC DVB Up. TC Cable Cable PMD PMD Forwarding Data Link Layer Physical Layer CPE Rede de Cabo CMTS-NSI Figura 3.13 - Transporte de dados através de CM e CMTS A MAC Forwarder é uma subcamada MAC que reside no CMTS por baixo da interface MAC service acess point (MSAP), fornece serviços a protocolos não IP, e é responsável por distribuir tramas para: - Um ou mais canais Downstream. - A interface MSAP. IST 19

Na figura abaixo a subcamada LLC e as subcamadas de segurança de ligação dos canais de Upstream e Downstream terminam nesta camada MAC Forwarder. Figura 3.14 MAC Forwarder A camada de Rede usa com o já se disse o IPv4 e deverá fazer a migração para o IPv6. A camada Data Link Layer é dividida em três subcamadas: - Subcamada Logical Link Layer: Responsável pela resolução de endereços - Subcamada Link-Security: Responsável por implementar segurança adicional - Subcamada Media Access Control (MAC): Responsável pelo acesso ao meio no canal upstream e pela recepção das tramas dowstream. 3.6.5 Subcamada Media Access Control (MAC) Esta sub-camada é responsável por ouvir todos as tramas que descem no canal e aceitar aqueles que são destinados àquele CM ou CPE através da porta CMCI. De notar que CM podem comunicar com outros CM mas sempre através do CMTS. Através do Service ID (SID) o CM e o CMTS fornecem a sua identificação e gerem as classes de serviço. É dfinido apenas um transmissor para o canal de Downstream, o CMTS, dfiindo portanto uma comunicação ponto-multiponto. Para comunicação Upstream é utilizado TDMA em que o CMTS fornece as referências de tempo e controla dinamicamente quem acede a cada mini-slot. Os intervalos de transmissão são adquiridos através de processo de contenção entre todos os CM que tendem a aceder ao canal. Cada intervalo de transmissão contém um número de mini-slots múltiplos de 6.25?s incrementados em potência de 2 ou seja; 2, 4, 8, 26, 32, 64 ou 128 vezes 6.25?s. Cada mini-slot é etiquetado IST 20

com o tipo de tráfego que pode ser transmitido durante o intervalo e o tipo de codificação da camada física que será empregue. Parâmetro Time tick Minislot Mini-slot Mini-slot Byte Symbols/second Mini-slots/second Tabela Exemplo de parâmetros do canal Upstream Valor de exemplo 6.25?s 4 Time ticks 25?s 16 octetos (nominal com QPSK) 4 símbolos (com QPSK) 2 560 000 40 000 Quando ocorrem colisões são utilizadas novas tentativas de acesso. Os protocolos da camada MAC têm as seguintes características:?? Acedem a largura de banda controlada pelo CMTS?? Acedem aos mini-slots para comunicação Upstream?? Largura de Banda eficiente através de pacotes de tamanho variável?? Suportam classes de serviço?? Suportam uma larga gama de ritmos de dados A trama é a unidade de dados de comprimento variável trocada entre duas entidades da camada Data Link Layer (entre o CM e o CMTS), que consiste num cabeçalho (que indica o conteúdo da trama) e pode incorporar células ATM ou PDU de tamanho variável. Este último inclui 48 bits de endereço dados e o código CRC. A preceder a trama MAC existe ou a subcamada PMD (Upstream) ou MPEG transmission convergence sublayer (Downstream). PMD Overhead (Upstream) MAC Header Data PDU (opcional) MPEG PSI Header (Downstream) Trama MAC Figura 3.15 Formato genérico de trama MAC O campo Frame Control Field (FC) é o primeiro byte e apenas identifica o restante conteúdo do cabeçalho MAC. O FC é seguido por 3 bytes de controlo MAC ( uma opcional Extended Header Field; e um Header Check Sequence(HCS) de 2 bytes, para garantir a integridade do cabeçalho MAC) IST 21

Figura 3.16 Formato de cabeçalho MAC Existem cabeçalhos que são usados para fins muito específicos, tais como referência de tempo global (campo FC_Parm com todos os bits a 0) para permitir a sincronização de todos os CM (Timing MAC Header) e ajustes de potência a transmitir no Upstream. Estes cabeçalhos são normalmente seguidos por um Packet Data PDU. Figura 3.17 Formato de cabeçalho MAC de Gestão Para pedir Largura de Banda (Upstream) o CM usa um mecanismo básico através do cabeçalho de Request da camada MAC, que veremos mais adiante. O cabeçalho MAC pode ser seguido por uma PDU de dados. O tipo e o formato da PDU de dados é definida no Frame Control Field do cabeçalho MAC. O FC define explicitamente: Packet Data PDU ; ATM Data PDU ; trama sem PDU; e Reserved Code Point, para futuras aplicações. Figura 3.18 Formato de PDU de Ethernet / IEEE 802.3 IST 22

3.6.6 Camada Física A camada física compreende duas subcamadas:?? A subcamada Downstream Transmission Convergence?? A subcamada Phisical Media Dependent (PMD) 3.6.6.1 A subcamada Downstream Transmission Convergence A subcamada Downstream Transmission Convergence existe apenas para Downstream e fornece serviços adicionais como por exemplo vídeo digital, através de pacotes MPEG de 188-bytes. Estes pacotes MPEG consistem em 4-bytes de header 1-byte de pointer-field (nem todos os pacotes contém este campo)e 184 de payload. MPEG Header (4 octetos) Pointer field (1 octeto) 188 octetos DOCSIS Payload (183 ou 184 octetos) Figura 3.19 - Formato de Pacote MPEG Uma trama MAC pode começar em qualquer lugar dentro de um pacote MPEG, ou várias tramas MAC podem existir dentro de um mesmo pacote MPEG, quer concatenados uns a seguir aos outro quer separados por uma sequência de stuffing bytes. O campo Pointer_field é o 5º byte de um pacote MPEG sempre que o PUSI está a 1 no cabeçalho, e contém o número de bytes a seguir ao pointer_field neste pacote que o descodificador CM deve saltar antes de procurar por uma trama MAC MCNS (Multimedia Cable Network System). Todos os dados MCNS devem ser transportados em pacotes MPEG-2 com o campo PID do cabeçalho a 0x1FFE. MPEG Header (PUSI=1) Pointer field (=0) Trama MAC #1 Trama MAC #2 Octetos_stuff (0 ou mais) Trama MAC #3 4 octetos 1 octeto Figura 3.20 - Formato de Pacote MPEG com várias tramas MAC 3.6.6.2 A subcamada Phisical Media Dependent (PMD) As especificações desta subcamada definem os protocolos e as características eléctricas para o CM e para o CMTS, e como tal definem a interoperacionalidade entre qualquer CM e qualquer CMTS. Esta subcamada usa FDMA/TDMA, que permite cinco ritmos de símbolos(160, 320, 640, 1280 e 2560 ksym/seg) e dois formatos de modulação (QPSK e 16QAM). O formato de modulação permite Pulse Shaping para eficiência espectral, é ágil na frequência do carrier(5-42mhz), e tem nível de potência seleccionável. O formato da subcamada PMD inclui um burst modulado de comprimento variável com precisão e fronteiras espaçadas de múltiplos inteiros de 6.25?s (que correspondem a 16 símbolos à taxa de dados mais alta). Todos os parâmetros associados ao burst de transmissão do CM são configurados pelo CMTS através da mensagens MAC no Upstream. O modulador Upstream deverá ser capaz de gerar código Reed-Solomon para FEC. Deverá ainda ser capaz de por coordenação do CMTS, ajustar o symbol rate, corrigir a offset frequency, ajustar a potência de saída e o tipo e ritmo de modulação. IST 23

O modulador Upstream é parte do CM que serve de interface com a rede de cabo, e contém funções de níveis de modulação eléctrico e funções de processamento digital de sinal. Também no Desmodulador residente no CMTS existem dois componentes básicos, a desmodulação e o processamento de sinal. O CM recebe o sinal modulado em 64 QAM e 256 QAM vindo do CMTS numa portadora variável desde 91 até 860 MHz. 3.6.7 Atribuição de banda Upstream O Canal Upstream é composto por mini-slots referenciados no tempo e controlados pelo CMTS de tal forma que se cada CM receber um determinado número de slots para transmitir uma PDU o CMTS recebe esses slots exactamente no tempo de referencia especificado(não nos devemos esquecer que o CMTS e o CM poderão estar a distâncias da ordem de 80 Km). O mapa de Allocation é uma mensagem de gestão MAC transmitida pelo CMTS no canal Downstream, que descreve para cada intervalo, o uso de cada mini-slot. Um determinado mapa pode conter mini-slots destinados a uma estação e outros mini-slots disponíveis para contenção ou para outras estações se juntarem à ligação. Cada CM tem um ou mais pequenos (14-bit) serviços identificadores assim como 48 bits de endereço. Cada mini-slot é numerado relativamente a uma referência mantida pelo CMTS. A informação de clocking é enviada para todos os CM através de pacotes de sincronismo. Quando um CM pretende transmitir, emite um pedido de largura de banda ao CMTS. Descendente (CMTS) Mapa de Atribuição i Dados descendentes Mapa de Atribuição i+1 Ascendente (CM) Oportunidades de Transmissão de Modem de Cabo Área de pedidos com contenção Oportunidades de Transmissão de Modem de Cabo Manutenção Mapa i-1 Mapa i Figura 3.21 Mapa de atribuição Como podemos ver pela figura acima existe um período de Maintenance no qual qualquer nova estação se pode juntar à rede. Durante um longo intervalo (equivalente ao máximo atraso de propagação round-trip mais o tempo de transmissão) é enviada uma mensagem de Ranging Request (RNG-REQ), que permite então novas estações se inscreverem para transmitir dados. Os pacotes transmitidos neste intervalo devem usar o formato de mensagem de MAC Management e usar RNG-REG. Cada CM pode pedir no máximo 255 mini-slots seguidos, correspondente a um ou mais pacotes completos, estando como é obvio sujeito a limites administrativos por parte do CMTS. IST 24

Este Alocation map tem que ser transmitido a tempo de se propagar através do cabo, ser recebido e manuseado pelos CM, e como tal tem que ser transmitido mais cedo do que o seu tempo efectivo, não pode no entanto descrever um número de mini-slots superior a 4096. Podemos ver em seguida um exemplo de troca de informação entre o CM e o CMTS quando o CM tem uma PDU de dados que pretende transmitir. Descendente (CMTS) t 3 t 6 t 7 t 9 t 11 Ascendente (CM) t 1 Mapa i t 2 Oportunidades de Transmissão de Modem de Cabo Pedido CM k t 4 Área de pedidos com contenção Oportunidades de Transmissão de Modem de Cabo Mapa i+1 t 8 Manutenção Dados CM k t 10 Oportunidades de Transmissão de Modem de Cabo Mapa i Mapa i+1 Figura 3.22 Exemplo de protocolo No instante t1 o CMTS transmite o mapa que começará efectivamente no instante t3. Esta diferença entre t1 e t3 é o tempo de propagação Downstream, mais o tempo de processamento do CM, mais o tempo de propagação Upstream ( de forma a permitir que os dados comecem a chegar ao CMTS no instante t3). Em t4 o CM faz um pedido para um número de mini-slots de modo a acomodar uma PDU. T4 é escolhido baseado no Ranging Offset (processo de adquirir o timing correcto de tal forma que a transmissão fique alinhada no inicio da mini-slot correcta), de modo que o pedido chega ao CMTS no instante t6. Em t6 o CMTS recebe o pedido e agenda-o para o serviço do próximo mapa. Em t7 o CMTS transmite o mapa que se iniciará em t9, neste mapa um crédito de dados paro o CM começará em t11. Em t8 o CM recebe o mapa e procura os seus créditos de dados. Em t10 o CM transmite a sua PDU de dados de modo que esta chegará ao CMTS no instante t11. O instante t10 é calculado em função da distância do CM ao CMTS. 3.7 Suporte de qualidade de serviço Para suportar QoS, DOCSIS define 6 serviços de QoS:?? unsolicited grant service (UGS);?? unsolicited grant service with activity detection (UGS-AD);?? real-time polling service (rtps);?? non-real-time polling service (nrtps);?? best effort (BE) service;?? committed information rate (CIR) service. IST 25

Os parâmetros de QoS, modos de acesso e aplicações para utilização destes serviços são mostrados na tabela seguinte. Tabela Serviços QoS definidos em DOCSIS Serviço Parâmetros QoS Modos de Acesso Aplicações UGS Unsolicited grant size Nominal grant interval Tolerated grant jitter UGS-AD Unsolicited grant size Nominal grant interval Tolerated grant jitter Nominal polling interval Tolerated polling jitter RtPS NrtPS BE Nominal polling interval Tolerated polling jitter Nominal polling interval Minimum reserved traffic rate Maximum sustained traffic rate Traffic priority Minimum reserved traffic rate Maximum sustained traffic rate Isochronous access Isochronous access Periodic request polling Periodic request polling Piggybacking reservation Periodic request polling Piggybacking reservation Immediate access Normal reservation Piggybacking reservation Immediate access Videoconference, video on demand VoIP with silence suppression VoIP High-bandwidth FTP telnet, FTP, WWW CIR To be defined by vendors To be defined by vendors Depend on service defintion 3.7.1 Unsolicited grant service (UGS) O serviço UGS é usado para tráfego de ritmo constante (CBR). Para este serviço o Headend deve proporcionar grants de comprimento fixo em intervalos periódicos. Se o fluxo estiver inactivo o a largura de banda correspondente pode ser desperdiçada. O serviço diz-se não solicitado porque a largura de banda é prédefinida, sem necessidade de enviar pedidos. O exemplo clássico de aplicação CBR é a voz sobre IP (VoIP). Parâmetros de configuração do serviço: Nominal Grant Interval Unsolicited Grant Size Tolerated Grant Jitter Grants per Interval O Nominal Grant Interval é escolhido de modo a igualar o intervalo entre pacotes. Por exemplo, no caso de VoIP com intervalo entre pacotes de 20 ms, o Nominal Grant Interval será de 20 ms. O tamanho do grant é escolhido de acordo com o tamanho dos pacotes da aplicação. IST 26

Descendente (CMTS) Mapa i Mapa i+1 Mapa i+2 Mapa i+3 Grant i Dados i-1 Grant i+1 Dados i Grant i+1 Grant i+2 Dados i+1 Dados i+2 Ascendente (CM) Transmissão de CM Pedidos com contenção Transmissão Pedidos Transmissão Pedidos de com de com CM contenção CM contenç Mapa i Mapa i+1 ão Mapa i+2 Transmissão de CM Manutenção Figura 3.23 Exemplo de serviço UGS 3.7.2 Unsolicited grant service with activity detection (UGS-AD) O serviço UGS-AD é usado para tráfego de ritmo constante (CBR) com possibilidade de suspensão de actividade, como é o caso de VoIP com Voice Activity Detection (VAD) ou supressão de silêncio. VAD é uma técnica em que o Codec pára de transmitir pacotes quando a voz desce abaixo de um determinado limiar. A vantagem do VAD é a redução de largura de banda requerida para uma conversação, estimando-se que 60% de uma conversação é silêncio. Para o fluxo UGS-AD o Headend utiliza um algoritmo de detecção de actividade para examinar o estado do fluxo. Quando um fluxo muda do estado activo para o estado inactivo, o Headend volta a proporcionar pedidos de polling periódicos. Parâmetros de configuração do serviço (adicionais ao UGS): Nominal Polling Interval Tolerated Poll Jitter Quando não há actividade o CMTS envia unicast polled requests ao CM. Quando há actividade o CMTS envia Unsolicited Grants ao CM. O CM indica em ada pacote o número de Grants que precisa no intervalo, de modo a manter o CMTS constantemente actualizado sobre as suas necessidades. Descendente (CMTS) Mapa i Mapa i+1 Mapa i+2 Mapa i+3 Mapa i+3 U.Grant i Unicast Polled Req Unicast Polled Req Data Req U.Grant i+1 U.Grant i+2 Dados i+1 Ascendente (CM) Transmissão de CM Pedidos com contenção Transmissão de CM Pedidos com contenção Transmissão de CM Pedidos com/sem contenção Mapa i Mapa i+1 Mapa i+2 Figura 3.24 Exemplo de serviço UGS Transmissão de CM Pedidos com/sem contenção Transmissão de CM Quando o CM está a receber polled requests e detecta actividade da fonte, pede largura de banda para um Grant por intervalo. Quando o CM está a receber Unsolicited Grants e detecta nova actividade pede mais um grant, contudo devido ao atraso até à sua recepção podem acumular-se pacotes no buffer de transmissão do CM, pelo que o CMTS gerará Grants extra para limpar o buffer. Quando o CM está a receber Unsolicited Grants e detecta inactividade de um fluxo, pede menos um grant. Como há um atraso até que essa redução ocorra, ocasionando em geral a limpeza do buffer. IST 27