Zagorac Nikola - Kablovski Internet

ВИША ЕЛЕКТРОТЕХНИЧКА ШКОЛА

Загорац Никола

ПРИСТУП ИНТЕРНЕТУ ПРЕКО КАБЛОВСКОГ ДИСТРИБУТИВНОГ СИСТЕМА

-дипломски рад-

Београд, 2006

Кандидат: Никола Загорац Број индекса: НРТ- 24 / 02 Смер: Нове Рачунарске Технологије Тема: ПРИСТУП ИНТЕРНЕТУ ПРЕКО КАБЛОВСКОГ

ДИСТРИБУТИВНОГ СИСТЕМА Основни задаци:

1. Историја и развитак од почетака до данашњих дана 2. Процес стандардизације у Европи и Америци 3. Анализа резиденцијалних и пословних корисника

Хардвер: Софтвер: Теорија: 0% 0% 100% Београд, 2006.

Ментор: ________________________________

Мр Верица Васиљевић, проф. ВЕТШ

ИЗВОД У дипломском раду је описана исорија развоја мрежа које нуде дистрибуцију

интернет сервиса преко коаксијално-оптичких кабловско-дистрибутивних система, као и стандарди који се тичу те области (DOCSIS/euroDOCSIS, DVB-RCC/DAVIC, IEEE 802.14), и анализирана је употреба код резиденцијалних и пословних корисника.

ABSTRACT This work covers describes history of development of networks offering distribution of

internet services over hybrid fiber-coaxial cable services, as well as standards covering these networks (DOCSIS/euroDOCSIS, DVB-RCC/DAVIC, IEEE 802.14) and analyses residental and business users of these services.

САДРЖАЈ 1. УВОД..................................................................................................................................... 1 2. ИСТОРИЈА ........................................................................................................................... 2

2.1. Ширење кабловске мреже ........................................................................................ 2 2.2. Прве потребе за брзим интернетом ......................................................................... 2 2.3. Почеци кабловског интернета.................................................................................. 3 2.4. Затворени системи..................................................................................................... 3 2.5. Стандардизација ........................................................................................................ 4

2.5.1. DOCSIS................................................................................................................ 4 2.5.2. EuroDOCSIS........................................................................................................ 5 2.5.3. DVB-RCCL/DAVIC............................................................................................ 5

3. КАБЛОВСКИ ДИСТРИБУТИВНИ СИСТЕМИ ............................................................... 6 3.1. Основи кабловске телевизије ................................................................................... 6 3.2. Топологија HFC КДС-а............................................................................................. 8

3.2.1. ЦЕНТРАЛНА ГЛАВНА СТАНИЦА.............................................................. 10 3.2.2 СЕКУНДАРНА ГЛАВНА СТАНИЦА ............................................................ 11 3.2.3. КОАКСИЈАЛНИ СЕГМЕНТ........................................................................... 12 3.2.4. ИНСТАЛАЦИЈА У ЗГРАДИ КОРИСНИКА................................................. 12

4. DOCSIS................................................................................................................................ 12 4.1. Протоколи физичког слоја ..................................................................................... 13

4.1.1. ДОЛАЗНИ СМЕР ............................................................................................. 13 4.1.2. ПОВРАТНИ СМЕР .......................................................................................... 15

4.2. MPEG Подслој у долазном смеру .......................................................................... 17 4.3. MAC Слој ................................................................................................................. 18

4.3.1. ДОДЕЛА ВРЕМЕНСКИХ ИСЕЧАКА ........................................................... 18 4.3.2. РАЗРЕШЕЊЕ КОЛИЗИЈЕ............................................................................... 20 4.3.3. ПРОЦЕС ИНИЦИЈАЛИЗАЦИЈЕ МОДЕМА................................................. 21

4.4. Шифрирање.............................................................................................................. 24 4.5. Веза са рачунаром ................................................................................................... 25 4.6. Сертификација ......................................................................................................... 26

5. EURO DOCSIS.................................................................................................................... 26 5.1. Долазни смер ........................................................................................................... 27 5.2. Повратни смер ......................................................................................................... 27 5.3. Сертификација ......................................................................................................... 28

6. DVB-RCC / DAVIC ............................................................................................................ 28 6.1. Физички слој ............................................................................................................ 29

6.1.1. ДОЛАЗНИ СМЕР ............................................................................................. 29 6.1.2. ПОВРАТНИСМЕР ........................................................................................... 29

6.2. MAC слој .................................................................................................................. 30 6.2.1. ПРОЦЕС ИНИЦИЈАЛИЗАЦИЈЕ.................................................................... 31

6.3. Безбедност и приватност ........................................................................................ 32 7. IEEE 802.14 ......................................................................................................................... 33

7.1. Физички слој ............................................................................................................ 33 7.2. MAC слој .................................................................................................................. 34

7.2.1. РЕШАВАЊЕ КОЛИЗИЈА ............................................................................... 34 8. ПРАКТИЧНЕ ПРИМЕНЕ.................................................................................................. 38

8.1. Инсталација.............................................................................................................. 39 8.2. Резиденцијални корисници .................................................................................... 40 8.3. Пословни корисници............................................................................................... 41 8.4. Крађа услуга и приватност ..................................................................................... 43

8.4.1. КРАЂА УСЛУГА ............................................................................................. 43 8.4.2. ПРИВАТНОСТ ................................................................................................. 44

8.5. Пример из праксе .................................................................................................... 45 8.5.1. ТАРИФИРАЊЕ ................................................................................................ 45 8.5.2. БРЗИНЕ КОМУНИКАЦИЈЕ ........................................................................... 45 8.5.3. УСЛУГЕ И БЕЗБЕДНОСТ .............................................................................. 46

9. ЗАКЉУЧАК ........................................................................................................................ 46 10. ИНДЕКС ПОЈМОВА ....................................................................................................... 48 11. ЛИТЕРАТУРА .................................................................................................................. 50

Никола Загорац – ,, Приступ интернету преко кабловског дистрибутивног система "

1

1. УВОД

Интернет, глобална мрежа која је изменила свет комуникација се шири све брже, нуди све више, и никада није био јефтинији. У модерном свету већ одавно постоје људи који не могу свој живот да замисле без њега. Од једноставне размене електронске поште (e-mail) са почетака, па преко web садржаја који је почео стидљиво, са тек понеком сликом, стигло се до моћног средства за разне врсте комуникација, мултимедијалних сервиса свих врста, које до пре неколико година нисмо могли ни да замислимо у пракси. Вртоглави развитак технологије је стално омогућавао нове, до тада незамисливе сервисе, који су били условљени пре свега пропусном моћи веза између рачунара. У складу са тим развојем, цене су падале, те су корисници интернета постали и кућни и пословни корисници са скромним буџетом. У развијеним земљама се одавно напушта стари систем приступа интернету путем аналогних модема и телефонских линија, који је постао уско грло за модерне сервисе из понуде.

Алтернативни приступи обухватају интернет преко сателита, и разне врсте широкопојасних (broadband) веза. Један од начина приступа је и путем кабловско- дистрибутивног система (КДС) који примарно служи за дистрибуцију тв програма резиденцијалним корисницима, у народу познатог као ,,кабловска телевизија”. Овај медиј се показако као погодан за дистрибуцију интернет услуга пре свега због велике распрострањености КДС мрежа и технологија које се користе за пренос у њима. Систем нуди брзине које су до стотину пута брже од класичног телефонског приступа интернету. Идеја је била да се употреби велики део неискоришћених потенцијала КДС система. Саме КДС мреже, у основном облику, конструисане за транспорт телевизијског сигнала нису биле довољне и за интернет, али потребне модификације нису биле технолошки превелик проблем, осим што су захтевале солидна новчана улагања, која су се, као што је и било очекивано, врло брзо исплатила.

После неколико година, технологија је заживела, превазишла проблеме који се неминовно јављају при увођењу нових технологија, ушла у процес стандардизације и генерално, достигла више него пристојан ниво квалитета, који се наравно, и даље увећава, како тече рад на новим стандардима. Корисницима је на располагање стављен читав низ интернет сервиса, почев од web-a, па све до најновијих мултимедијалних садржаја, који не представљају проблем за брзе везе које интернет преко КДС нуди. Омогућено је повезивање више кућних рачунара преко једне инетернет везе, пословни корисници су добили могућност да на јефтин начин повежу своје пословнице са свим рачунарима на интернет, и да их међусобно повежу везама пристојне брзине, а које су далеко јефтиније од изнајмљених специјализованих линија. При том, безбедност преноса података и приватност практично нису угрожене, захваљујући снажом шифрирању које су предвићене важећим стандардима. Чак су и телефонски сервиси постали распрострањени, уз елиминисање потреба за класичном старом телефонском линијом. Главне предности ове технологије су пре свега брзина и стална веза са интернетом. Док год је рачунар модемом везан за КДС, он је повезан и на интернет.


2

2. ИСТОРИЈА

Звучи невероватно, али кабловска телевизија је ушла у употребу у градићу под именом Маханој у држави Пенсилванији (Америка), давне 1948 године! Систем се тада звао community antenna television (CATV), и коаксијалним кабловима је преносио телевизијске сигнале од антена постављених на врху једног од брда која су окруживала градић. Становници су имали проблема са пријемом сигнала ТВ станица, због тога што је градић са свих страна био окружен брдима. Дуги низ година су се затим користили исти ти каблови, и није долазило до значајнијих промена. Сигнали су путовали у једном смеру, фреквенцијски опсег који нуди коаксијални кабл није био у потпуности искоришћен, и постојали су губици услед слабљења сигнала у кабловима.

2.1. Ширење кабловске мреже

1976. године почели су да се користе оптички кавлови за пренос сигнала (у врло малом проценту, и само на врло дугачким деоницама мрежа), ради смањења слабљења сигнала. До тада су коришћени искључиво коаксијални каблови, у комбинацији са мноштвима појачивача сигнала, који су поачавали и шум. Овакве мреже, наравно, нису подразумевале увођење оптичких каблова све до домова крајњих корисника, већ до локација које су се звале чвориви (node). До чворова су водили оптички каблови, знатно захвалнији што се тиче сметњи и губитака сигнала, а на даље до домова корисника ишли су класични коаксијални каблови. Један чвор је опслуживао већи број крајњих прикључака. Оваква мрежа је добила назив хибридна – оптичко - коаксијална мрежа (Hybrid Fiber Coaxial – HFC), и у оваквој конфигурацији је први пут употребљена 1987 године. Од тога тренутка се у пракси, стичу потребни услови за озбиљнији пренос података преко овакве мреже, с тим да ће наравно, проћи још некоглико година док технологија не почне да се масовно примењује.

2.2. Прве потребе за брзим интернетом

Што се тиче самог интернета преко КДС мрежа, у време раних деведесетих година прошлог века још није ни постојала озбиљна потреба за таквим сервисом, јер је у то време појам интернета резиденцијалним корисницима још увек био непознат. Наиме, world wide web као главни интернет сервис данашњице је светлост дана угледао тек 1993. године, а у то време је број рачунара повезаних са интернетом износио свега нешто преко два милиона.

Међутим, свега годину дана касније, пре свега захваљујући web-у, интернет почиње да се шири вртоглавом брзином. За само тих годину дана, број рачунара на мрежи је дуплиран! Инернет је најзад постао интересантан резиденцијалним корисницима. У то време су ти корисници интернету приступали преко аналогних телефонских приључака, користећи модеме. За већину тадашњих корисничких потреба и количину мултимедије на интернету, оваква веза је била релативно задовољавајућа. Међутим, интернет се ширио и модернизовао великом брзином. У следећих годину дана, број web сајтова је повећан чак десет пута! Сајтови су постајали све гломазнији, са више слика и мултимедије, и учитавали су се све спорије. Постојала је потреба да се аналогни модеми замене нечим бржим и поузданијим. У употребу су ушле разне технологије: интегрисана мрежа дигиталних сервиса (Integrated Services Digital


3

Network - ISDN); дигиталне претплатничке линије (Digital Subscriber Line – DSL) и њихове варијанте; бежични приступи итд.

2.3. Почеци кабловског интернета

Средином деведесетих година је већ увелико било познато колики је капацитет HFC мрежа неискоришћен, а како се појавила потреба за дистрибуцијом дигиталних података великом броју резиденцијалних корисника, кабловске компаније су виделе шансу да искористе своју позицију. HFC мреже кабловских оператера су се у то време користиле примарно за дистрибуцију ТВ сигнала и телефонских услуга (кабловске компаније су нудиле обичне телефонске прикључке али не путем бакарних парица, већ преко постојеће HFC мреже).

У IEEE (Institute of Electronic and Electrical Engineering) институту је 1994. године формирана група за рад на протоколима за физички и MAC (Media Access Control) слој OSI (Open System Interconnection) модела на медију КДС система. Ова група стандарда је именована IEEE 802.14. Задали су себи рок да изграде и објаве стандард до децембра 1995. године. Међутим, тај рок је пробијен, и то за више од две године. Такво стање без важећих стандарда није никоме одговарало, а произвођачи су почели да избацују своје готове производе, по нахођењу, без стандарда који би то регулисао.

2.4. Затворени системи

Крајем 1995 и почетком 1996 године се појављују први системи за приступ интернету преко HFC КДС мрежа. Били су то затворени (proprietary) системи. Сваки произвођач је избацивао своје производе, развијене у сопственим лабораторијама, користећи своја знања, искуства и технологије. Системе је чинила комплетна опрема потребна за дистрибуцију интернета до резиденцијалних корисника, укључујући модеме који су се налазили у кућама корисника, и сву осталу опрему, која је била инсталирана ван, а о којој ће бити више речи касније. Главна одлика ових система да су функционисали само комплетни, дакле није било могуће нпр. користити кабловски модем марке Nortel на мрежи кабловског оператера који користи Motorola опрему. Свака од ових фирми је сама писала стандард који је користила кад су њени производи у питању, па су производи различитих фирми били међусобно некомпатибилни. Зато ове прве системе зовемо затвореним системима. Брзине у мрежама су варирале од мреже до мреже, зависећи првенствено од употребљених стандарда. Кабловске компаније у то време нису све имале комплетно развијену кабловску HFC мрежу, (појачивачи нису били прилагођени преносу података у оба смера, и требало је решити проблеме са сметњама итд.), те су корисници могли само да примају информације преко КДС-а, док се слање одвијало неким од алтернативних метода, најчешће помоћу аналогних телефонских линија. Слична ситуација се данас понавља са системима за приступ интернету преко сателитске опреме. Ови системи су свакако били инфериорни у односу на оне са приступом у оба смера, али су нудили велике брзине примања података, што је био знатан напредак у односу на ранији комплетно телефонски приступ интернету. Неке веће компаније које су у то време производиле кабловске системе су Com21, General Instrument, Hewlett Packard, Intel, LANCity, Motorola, Nortel, NetGame, Scientific Atlanta, Terayon Communication Systems, Toshiba, Zenith, итд. У табели 1 су представљени неки од првих кабловских модема у Америци.


4

У ово време су у Европи важила слична правила: у употреби су били затворени системи, кабловске компаније су се опредељивале за једног произвођача, и сви корисници су морали да користе његову компатибилну опрему. Оваква ситуација никоме није одговарала, стандарди се нису истицали великим квалитетом, и било је неопходно да се нађе решење.

Компанија Брзина пријема Брзина слања Производња Име модела

Com21 30 Mbps 2 Mbps Почетак 1996 ComPort Cable Modem General Instruments 27 Mbps 1.5 Mbps Почетак 1996 PcLinx Cable Modem

Hewlett Packard 30 Mbps 15 Mbps Лето 1996 QuickBurst Cable Modem Intel Corporation 27 Mbps 96 Kbps Крај 1996 CablePort Cable Modem

LANCity 10 Mbps 10 Mbps 1997 ChannelWorks Cable Modem

Motorola 10 Mbps 768 Kbps Март 1996 CyberSURFR Cable Modem Nortel 27 Mbps 2 Mbps Крај 1996 Data Port Cable Modem

Scientific Atlanta 27 Mbps 1.5 Mbps Крај 1996 Cable Modem Zenith 4 Mbps 4 Mbps 1997 Universal Homeworks Cable

Modem Табела 2.4.1. Први кабловски модеми

2.5. Стандардизација

Кабловски оператери су схватили да губе време и новац чекајући да IEEE објави све потребнији стандард 802.14, а IEEE је још и пробијао сопствене рокове. Решени да не губе више време, оператери удружују новчана средства како би убрзали процес стандардизације. У јануару 1996. године компаније Comcast, Cox, TCI (садашњи AT&T), и Time Warner покрећу пројекат Multimedia Cable Network System Partners Ltd. (MCNS) са циљем да развију и објаве самосталну спецификацију комплетног КДС система. Убрзо су се и MediaOne Group, Rogers Cablesystems и Cable Television Laboratories Inc (CableLabs Inc.) придружиле пројекту. У целој групи, организација CableLabs Inc. преузима на себе да развије спецификацију уз помоћ осталих чланица MCNS групе.

2.5.1. DOCSIS

7. Децембра 1996 године спецификација која је добрим делом била завршена добија своје званично име: DOCSIS – Data Over Cable Service Interface Specification. (Спецификација за пренос података преко интерфејса за кабловске сервисе). У марту 1997. године, CableLabs објављује текст стандарда и тражи од произвођача да израде прототипове модема и да их пошаљу на тестирање. Током 1997. године врше се ригорозна испитивања прве генерације модема у специјално оформљеној лабораторији. Током трајања тестирања рада различитих модема на истој мрежи, произвођачи су превазишли ривалство и нудили једни другима помоћ како би се што пре решила ситна неслагања у раду и што пре добили комплетни производи спремни за комерцијалну употребу. У марту 1998. године, већи део DOCSIS стандарда је прихваћен од стране ITU (International Telecommunications Union) организације као званични интернационални стандард (J-112 B). Ова верзија DOCSIS стандарда носи ознаку 1.0 и подразумевала је могућност слања података користећи старе телефонске линије, у случају да кабловски оператер још увек није унапредио постојећу HFC мрежу за пренос података у оба смера.

У априлу 1999. године CableLabs Inc. објављује другу генерацију DOCSIS стандарда, која носи ознаку 1.1. Одржана је компатибилност уназад, што је омогућило


5

да модеми произведени по DOCSIS 1.0 и DOCSIS 1.1 стандарду могу да функционишу истовремено на истој мрежи и на истом фреквенцијском спектру, без да сметају једни другима. Главне новине стандарда биле су у MAC слоју, и донеле су побољшану QoS (Quality of Service) подршку, што је било корисно за интернет телефонију и сервисе где се захтева константан ниво протока података. Подржани су гарантовани пропусни опсези (Bandwidth) и гарантовано мала кашњења за пословне кориснике.

Јануара 2002. године излази DOCSIS 2.0 спецификација, такође потписана од стране CableLabs Inc. Такође је задржана компатибилност са ранијим DOCSIS 1.1 и 1.0 стандардима. Брзина пријема података се није променила, али у овој верзији је повећана брзина слања захваљујући дорађеним протоколима за приступ мрежи. Сви досадашњи DOCSIS стандарди су прихваћени од стране ITU, а тренутно се ради на 3.0 верзији, која ће пре свега донети могућност мењања ширине канала (о којима ће бити више речи касније), што ће омогућити једном кориснику да користи више основних канала истовремено и тиме зназно повећа брзине преноса.

2.5.2. EuroDOCSIS

Досадашњи текст о DOCSIS стандардима се односио на Амерички континент, и тамо се користи преко КДС система који преносе телевизијски сигнал по NTSC (National Television Systems Comittee) стандарду. Без превише удаљавања са теме је неопходно само рећи да се у овом систему користе канали различите ширине у односу на европски PAL (Phase Alternating Line) систем, те је и сам стандард за пренос података преко КДС система у Европи морао бити другачији.

У мају 2000. године у граду Генту (Ghent), у Белгији оформљена је компанија под именом tComLabs, са циљем да врши тестирање и сертификацију кабловских модема по EuroDOCSIS стандардима. У јуну 2000. године почиње прво тестирање модема по EuroDOCSIS 1.0 стандарду, затим крајем 2001. године тестирање по EuroDOCSIS 1.1 стандарду и крајем 2003. године по EuroDOCSIS 2.0 стандарду. Може се приметити да EuroDOCSIS касни за DOCSIS стандардом што не треба да чуди с обзиром да је у питању само модификација DOCSIS-а таква да се он учини употребљивим на европским КДС који користе PAL стандард за пренос слике. Модификацију DOCSIS-а у EuroDOCSIS обавља CableLabs, фирма која израђује и сам DOCSIS стандард.

Разлике су само у физичком нивоу (по ОSI моделу). EuroDOCSIS користи за пренос канале ширине 8 МHz за разлику од DOCSIS-а који користи канале ширине 6 МHz. Од овога потичу и различите максималне брзине које се могу постићи преносом преко DOCSIS компатибилне мреже, а у корист Европског стандарда који има већи пропусни опсег по једном ТВ каналу. Данас EuroDOCSIS држи примат у Европи што се тиче употребљених стандарда за кабловски интернет. Иако данас не толико заступљена, доста енергије се трошило на популаризацију још једног стандарда у Европи, који је ипак инфериоран у односу на EuroDOCSIS.

2.5.3. DVB-RCCL/DAVIC

DVB је огранизација оформљена да се бави глобалном фамилијом стандарда у дигиталној телевизији. Активно је учествовала у развоју стандарда за пренос слике, звука и података преко кабловских мрежа. Као резултат њиховог рада, између осталог, имамо DVB-С стандард, који дефинише преносе података преко кабловских мрежа. Велика светска тела за стандардизацију су прихватила бројне спецификације које је ова организација поставила, чинећи их тако интернационалним стандардима.


6

DAVIC је организација оформљена 1994. године, са циљем да израђује стандарде за транспорт интерактивних сервиса са подацима ка модемима и уређајима који се повезују на телевизор. Током предвиђених пет година рада ове организације, издали су доста важних докумената у овој области, између осталог и оне који се тичу дистрибуције интернет сервиса преко HFC мрежа. И њихове документе je прихватила ISO. Данас DAVIC више не постоји, на последњем састанку је оформљен TV Anywhere форум, који је такође испунио задате циљеве и престао са радом.

Као резултат рада DVB и DAVIC организација добили смо важне стандарде који комбиновано представљају комплетну спецификацију за дистрибуцију интернет сервиса преко HFC мрежа у Европи. Мреже базиране на овом стандарду се користе све мање, а прелази се на EuroDOCSIS, који је ипак супериорнији, а и велико Америчко тржиште ради на DOCSIS-у, па је произвођачима лакше да за Европу производе DOCSIS модеме са измењеним делом за приступ медију (и тако добију EuroDOCSIS уређаје), него да производе DVB/DAVIC уређаје ,,од нуле”. EuroDOCSIS стандард граби напред великим корацима, очекује се трећа генерација овог стандарда, а и овакав какав је, супериорнији је од DVB/DAVIC система. Углавном се очекивања у будућности крећу у правцу напуштања DVB/DAVIC-а, и комплетну доминацију EuroDOCSIS-а. Мноштво чињеница говори да ће EuroDOCSIS вероватно постати једини употребљивани стандард у Европи, док ће DVB/DAVIC бити избачен из употребе.

3. КАБЛОВСКИ ДИСТРИБУТИВНИ СИСТЕМИ

Под појмом кабловски дистрибутивни систем се подразумева мрежа коаксијалних каблова који су уведени у домове корисника. Популаран назив за овај систем код нас је кабловска телевизија а у Америци се зове CATV – Community Antenna Television. Да бисмо обрадили тему дистрибуције интернет сервиса путем КДС мрежа, осврнућемо се пре свега на њихов детаљнији опис ради стицања слике о изгледу једне такве мреже. У данашње време је велика већина кабловских мрежа базирана на HFC технологији (Енг. Hybrid Fiber Coaxial – хибридна оптичко-коаксијална мрежа), па ћемо при помену КДС мрежа подразумевати искључиво HFC конструкцију.

3.1. Основи кабловске телевизије

Сви стандарди за пренос података преко КДС-а морају да се уклопе са постојећим стандардима за пренос ТВ програма, и да буду са њима компатибилни, како би се обезбедило да пренос података ни на који начин не угрожава пренос ТВ програма, и обрнуто, с обзиром да се обе услуге дистрибуирају путем истих инсталација. При имплементацији стандарда за пренос података путем КДС мора се из поменутог разлога пре свега поштовати фреквенцијска расподела сигнала.

Када је први пут дошло до идеје да се формира кабловска мрежа која ће повезивати домаћинства и путем које ће се дистрибуирати ТВ сигнал, главни мотив је био тај што су људи имали проблема са пријемом ТВ сигнала користећи своје сопствене антене. Идеја да се поставе антене на одговарајуће место, где би могле да примају ТВ сигнале без сметњи и да се даље ти сигнали транспортују до кућа корисника могла је да буде широко прихваћена само уколико се од кућних корисника не би тражило да у кућама инсталирају додатне уређаје, тј само ако би могло да се изведе да се коаксијални кавлови мреже повезују директно са телевизорима корисника. Зато је било битно да се користе фреквенције транспорта сигнала кроз каблове које


7

могу да прихвате телевизори корисника. Коришћен је исти фреквентни опсег као и за бежично емитовање, евентуално су се могли канали премештати са једног на друго место унутар опсега.

Интернет и дигитални подаци уопште, се дистрибуира преко КДС такође у сагласности са фреквенцијама које важе у телевизији, па ћемо се кратко осврнути на те фреквенције, као и на појам ТВ канала, који игра врло важну улогу у дефинисању стандарда за пренос података путем HFC мрежа.

Стандарди за бежични пренос ТВ програма су постављени још одавно, и тренутно се у свету користе три стандарда: PAL, SECAM и NTSC. PAL се користи у већем делу Европе, SECAM у Француској, Русији и неким Афричким земљама, а NTSC у Америци. Системи се међусобно доста разликују, по резолуцији и фреквенцији слике, по начину на који се преносе информације о боји, по ширини појединачних канала у фреквенцијском опсегу, итд. За нас је најважнији податак о фреквенцијама које су додељене ТВ каналима у различитим системима. Код NTSC система, ширина једног ТВ канала у фреквенцијском опсегу износи 6 MHz. PAL и SECAM системи подразумевају да ТВ канали имају ширину од 8 MHz. За емитовање телевизијских сигнала, користе се фреквенције у распону од 5 MHz па све до 860 MHz, (у неким варијантама и до 1000 MHz) за NTSC систем, односно од 47 до 862 MHz за PAL/SECAM систем. Фреквенције у близини FM радио опсега се не користе за пренос ТВ сигнала, како не би долазило до мешања. Што се тиче преноса ових сигнала путем HFC мрежа, може се наравно користити и FM опсег у сврху преноса података, уколико није већ искоришћен за пренос радио програма.

На слици 3.1.1. приказан је расположиви фреквенцијски опсег за употребу у КДС. Види се да је цео спектар подељен на делове, такозване канале, који су међусобно исте ширине. Ширина канала је дефинисана ТВ стандардом, и као што је горе наведено, износи 6 MHz за NTSC и 8 MHz за PAL систем.

Слика 3.1.1 Распоред канала у фреквенцијском опсегу

Оваквом поделом фреквенцијског опсега омогућено је да се сви канали користе

независно, сваки за себе и сваки у различите сврхе, ако је то потребно. Потпуно су исти међусобно, и материјалу који је транспортован је свеједно да ли је транспортован у каналу бр. 1 или у каналу бр. 100. Телевизијски програми се кроз КДС не транспортују на својим оригналним фреквенцијама.

У главној станици кабловске компаније се сваком ТВ програму додељује одређени канал на КДС мрежи, најчешће различит од канала који ТВ кућа користи за емитовање путем антена. Разлог су различите брзине путовања сигнала кроз ваздух и кабл. Сигнал који путује кроз кабл је спорији, а пошто се у кабловским инсталацијама индукују сметње свакаквих врста, може се десити да кабл ухвати сигнал који ТВ


8

станица емитује бежично и да се то на телевизору одрази као дупла слика, због различитих времена када сигнали и сметње стижу у телевизор.

Канали који се не користе за пренос ТВ програма су слободни да се употребе у друге сврхе, као што је на пример пренос података, радио програм, телефонски сервиси, дигитална телевизија, итд.

Дигитална телевизија представља аналогни ТВ сигнал конвертован у дигиталан облик, компресован MPEG-2 алгоритмима, који као такав може да се у дигиталном облику преноси преко КДС, с тим да је због компресије могуће у једном ТВ каналу ширине 6 MHz пренети до 10 дигиталних компресованих канала. Једину ману представља чињеница да је корисницима у домовима потребан посебан уређај који декодира такве сигнале, а који се повезује између телевизора и прикључка КДС.

3.2. Топологија HFC КДС-а

Као што је познато, електрични сигнал кроз коаксијални кабл је подложан утицају електромагнетних поља која владају у његовој околини, а са дужином кабла се појачава и слабљење сигнала. Без употребе оптичких каблова, користило се мноштво појачивача, на сваких неколико стотина метара, како би се губици у кабловима надоместили, и како би сигнал довољне јачине допирао до крајњих корисника. Низањем појачивача било је могуће решити проблеме слабљења сигнала, али остао је други проблем, шумови који се јављају у кабловима услед спољних утицаја а које су појачивачи појачавали, без могућности да знају да су у питању сметње а не користан сигнал. Тако би низањем појачивача добили довољно снажан сигнал, али би сметње биле релативно велике. Поузданост оваквих мрежа је такође била ниска, пре свега због великог броја појачивача који су везивани редно на сегменте кабла, а отказивањем било ког од њих би за остатак мреже, иза тог појачивача, значио губитак сигнала. На слици 3.2.1 се види типична топологија потпуно коаксијалне мреже.


9

Слика 3.2.1. Топологија потпуно коаксијалне мреже

Коришћењем оптичких каблова, ови проблеми се у великом проценту

елиминишу. HFC мреже, како је већ речено, примарно служе за дистрибуцију ТВ сигнала групама резиденцијалних корисника. Оптичка влакна се користе ради што мањих сметњи и губитака који су неминовни, поготово ако се уместо оптичких користе стандардни коаксијални каблови. Број појачивача је доста смањен у односу на потпуно коаксијалне мреже, односно појачивачи се не користе у оптичком делу мреже, већ само у коаксијалном. Коаксијални делови у HFC КДС су знатно краћи него што је то био случај са потпуно коаксијалним мрежама, па су мање и сметње и губици.

На слици 3.2.2. дата је општа схема модерног HFC КДС који је пројектован да се простире на врло великим површинама.


10

Слика 3.2.2 Општа схема велике HFC мреже Мрежу на датој слици зовемо великом HFC мрежом, јер се у оваквој конфигурацији пројектују да покривају заиста велике просторе, у неким случајевима и већи део територије неке државе.

Оваква мрежа се састоји из четири главне међусобно спојене целине. Први део чини централна главна станица (на слици 3.2.2 означена са ,, ЦГС ”), други део је секундарна главна станица (на слици 3.2.2 означена са ,, СГС ” ), трећи је Коаксијални сегмент или грана, и четврти и најмањи део представља саму инсталацију у згради корисника. Свака целина је повезана са више хијерархијски подређених целина а медији који их повезују се разликују.

3.2.1. ЦЕНТРАЛНА ГЛАВНА СТАНИЦА

На самом врху у хијерархији делова HFC КДС налази се Централна главна станица. То је објекат у коме се прикупљају телевизијски, радио и сателитски сигнали, тачка прикључења мреже на интернет и по потреби још неку мрежу, као на пример ПТТ у случају да кабловска компанија има у понуди телефонске сервисе. Овај ниво хијерархије постоји само у заиста великим мрежама које покривају огромне географске површине (нпр за мрежу која поркива целу Србију). Сви остали делови мреже су повезани на ову главну станицу, а интернет саобраћај се одатле рутира даље ка свету.

Централна главна станица се повезује са секундардним главним станицама које чине други ниво хијерархије HFC мрежа. Везе се остварују путем оптичких водова, а сав саобраћај кроз исте се одвија путем неког дигиталног сервиса као што је нпр. АТМ. Капацитети ових веза су врло велики, као и саобраћај који се кроз њих остварује.


11

3.2.2 СЕКУНДАРНА ГЛАВНА СТАНИЦА

На централну главну станицу се повезују секундарне главне станице, које су обично међусобно удаљене и чији је циљ да покривају своју ширу околину. У мањим КДС ове станице представљају највиши ниво хијерархије, на пример у случају да се мрежа простире на територији једног мањег града.

До секундарне главне станице долазе дигитални подаци оптичком мрежом. ТВ програм такође стиже у дигиталном облику, декодира се, и добијени аналогни сигнал се модулише у фреквенцијском опсегу од 110 до 862 МHz , подељен у канале ширине 8, односно 6 МHz (зависно од стандарда). Радио програм се модулише у стандардном FM опсегу од 87,6 до 110 МHz. Сигнали ових фреквенција се могу примити на стандардним телевизорима и радио апаратима. Дигитални телевизијски канали (по DVB стандарду) се могу паковати у стандардне аналогне канале ширине 8 МHz, и то до десет дигиталних канала по једном аналогном. Корисници који желе да прате овакав програм морају имати одговарајући декодер који прихвата овакве сигнале из КДС, декодира их, и прослеђује ка ТВ уређају. Долазни (ка кориснику) (Енг. Downstream) интернет саобраћај се такође пакује у неискоришћене ТВ канале у опсегу почев од 88 односно 110 МHz (зависно од стандарда) до 862 МHz и прослеђује корисницима. За Повратни (од корисника) (Енг. Upstream) интернет саобраћај су резервисани канали у опсегу од 5 до 42 односно 65 МHz (зависно од стандарда).

Сви ови сервиси су искомбиновани и распоређени у фреквенцијском домену у канале ширине 8 односно 6 МHz. Користи се дакле фреквенцијско мултиплексирање (FDM – frequency division multiplex), добијени електрични сигнал се конвертује у оптички и транспортује ка оптичким чворовима. Сигнали који се транспортују кроз овај део мреже су аналогни. Топологија простирања оптичке мреже је најчешће звезда, стабло или њихова комбинација. За повратни и долазни саобраћај се на овом нивоу користе одвојени оптички водови.

Долазни сигнали ка различитим коаксијалним сегментима се могу делити или на електричном нивоу, или на оптичком нивоу. На електричном нивоу се деле на сигнале различитих фреквенција (нпр. Од 100 до 200 МHz ка чвору 1, па од 200 до 300 МHz ка чвору 2, итд), па се ти сигнали конвертују у оптичке и шаљу различитим чворовима ка коаксијалним сегментима. У овом случају је потребно више електрично оптичких конвертера, тачније онолико колико чворова имамо. Код поделе на оптичком нивоу се користи један јак оптички одашиљач који је повезан на пасивни оптички делитељ сигнала који исти сигнал шаље на више различитих чворова. У овом случају се користи само један конвертер из електричног у оптички сигнал и пасивни оптички делитељ. На слици 3.2.2. је управо приказана оваква расподела сигнала, са само једним конвертером из електричних у оптичке сигнале у сегменту мреже за долазни саобраћај.

Повратни сигнали од оптичких чворова до секундарне главне станице путују посебним оптичким кабловима и не мешају се ни у једном сегменту мреже међусобно. Сигнал са сваког оптичког чвора се конвертује из оптичког у електрични посебним конвертером и настали електрични сигнал се води директно до посебног прикључка у уређај који се зове CMTS (Cable Modem Termination System), и који служи да комуницира са кабловским модемима, додељује им параметре за рад итд, а о коме ће више речи бити касније.


12

3.2.3. КОАКСИЈАЛНИ СЕГМЕНТ

Коаксијални сегмент мреже представља трећи ниво у хијерархији HFC мрежа, и обухвата мрежу од оптичког чвора до улаза у зграду корисника. На граници између оптичког и коаксијалног дела мреже налази се оптички чвор, који је задужен да прихвата долазне сигнале из оптичког кабла и конвертује их у електричне, фреквенције од 47 до 862 МHz, и да повратне електричне сигнале из коаксијалног кабла (од 5 до 65 МHz ) конвертује у оптичке и шаље кроз оптику ка CMTS –у. Оптички чвор поседује два оптичка прикључка: један за долазни сигнал и један за повратни сигнал. Коаксијалних прикључака може бити више.

Сигнали кроз овај сегмент путују коаксијалним кабловима, повратни и долазни истим каблом. Један овакав сегмент опслужује неколико зграда. Због сметњи и губитака сигнала, тежи се да коаксијални сегменти буду што краћи, тј. да се оптика доводи што ближе домова корисницима.

Коаксијални сегмент се поставља у топологији стабла, уз употребу разделника и појачивача, који су неопходни због слабљења сигнала која се јављају у коаксијалним мрежама. Појачивачи су дупли, садрже филтере који одвајају фреквенције долазних сигнала од фреквенција повратних, и независно појачавају ове сигнале по потреби. Напајају се струјом директно из коаксијалног кабла, кроз који је могуће пустити једносмеран или наизменичан напон фреквенције 50 Hz, без да такав напон утиче на квалитет сигнала у истом каблу.

3.2.4. ИНСТАЛАЦИЈА У ЗГРАДИ КОРИСНИКА

Кабл који се уведе у зграду снабдева све станаре те зграде сервисима које кабловска компанија има у понуди. У згради се инсталира појачивач сигнала потребан због велике дужине каблова и великог броја разделника. Овај појачивач појачава и шумове, па се тежи да се степен појачања држи на најмањем нивоу довољном да задовољи квалитетом сигнала. На сваком спрату коаксијални каблови се рачвају у станове корисника користећи пасивне разделнике, а у дому корисника се на кабл прикључују уређаји, као што су телевизор, каблвоски модем, декодер дигиталних канала и слично. За овај сегмент HFC мреже је врло важно да се правилно постави и константно надзире, јер шумови који могу да се јаве у овом делу мреже могу да угрозе квалитет сигнала свим корисницима на сегменту.

4. DOCSIS

Data Over Cable Service Interface Specification (Спецификација за пренос података преко интерфејса за кабловске сервисе) или скраћено DOCSIS, је написана 1997, а као важећи стандард прихваћена од стране ITU (International Telecommunications Union) 1998. године. Писан је за потребе Америчког тржишта и ради на КДС по NTSC стандарду. Тренутно важећа верзија је DOCSIS 2.0 и очекује се верзија 3.0, која би требало да донесе знатна побољшања пре свега брзина преноса података.

Слика 4.0.1. представља схему протокола за DOCSIS модем. Протоколи физичког слоја и слоја везе су специфични за пренос података у кабловским мрежама и постоје само између модема и CMTS-а у КДС-у. Виши нивои се преко КДС преносе путем DOCSIS-а и користе се за интернет комуникацију.


13

Слика 4.0.1. Протоколи у КДС са DOCSIS стандардом

Модем ради са протоколима слоја везе и физичког слоја са слике 4.0.1. Изнад

DOCSIS слојева се налази слој IP протокола, који лежи у основи интернета. Важно је нагласити да је IP протокол директно подржан од стране DOCSIS-а, те да нема потребе за препакивањем IP пакета ради транспорта кроз мрежу, као код неких других стандарда за пренос података преко КДС, о којима ће бити рећи касније.

На физичком слоју имамо дефинисане типове модулације који се користе за слање и пријем података. Подаци за DOCSIS модеме долазе запаковани у MPEG-2 оквирима, што омогућава да се у КДС у истом каналу мешају дигитални подаци (пре свега интернет) и дигитални телевизијски програм. На MAC нивоу се дефинишу правила за приступ медију ради слања података. Због потребе да више модема шаље податке у исто време, мора се обезбедити механизам за њихову синхронизацију и избегавање колизија. Шифрирање омогућава сигуран пренос података корисницима, и штити компанију од корисника који покушавају да користе сервисе који нису платили. Следе описи ових протокола по DOCSIS спецификацијама.

4.1. Протоколи физичког слоја

4.1.1. ДОЛАЗНИ СМЕР

Долазни смер смо дефинисали као ток података од CMTS ка кабловским модемима корисника. Комуникација у овом смеру је базирана на ITU-T предлогу J.83 (04/97), ,,Digital Transmission of Television Signals”, Annex B (ITU/T J83B). У све три тренутно актуелне верзије DOCSIS-а је спецификација за долазни саобраћај иста, тако да се овај текст односи на све три верзије стандарда.

У долазном смеру су дефинисане две врсте модулације: 64-QAM и 256-QAM. За детекцију и отклањање грешака се користи повезани Forward Error Correction (FEC) систем, у спрези са мешањем бита (Eнг. bit interleaving). 64-QAM се често користи за потребе преноса дигиталног видеа, 256-QAM је темељно тестирана, и почела је да се примењује у пракси. Иако изузетно осетљива на шумове, моћни системи за отклањање


14

грешака омогућују да се та модулација успешно користи. Максималне брзине пријема података су око 27 Mbps за 64QAM и око 38 Mbps за 256QAM.

Кабловски модем мора да прихвати сигнале из КДС са карактеристикама датим у табели 4.1.1.

Параметар Вредност

Централна фреквенција 91 до 857 MHz +- 30 KHz Опсег нивоа (по једном каналу) -15 dBmV до 15 dBmV Тип модулације 64 QAM и 256 QAM Номиналан број симбола у секунди 5.056941 Msym/sec (64QAM) и 5.360537 Msym/sec (256QAM) Ширина канала 6 MHz Укупна улазна снага (40-900 MHz) <30 dBmV Улазни отпор 75 Ω

Табела 4.1.1. Карактеристика електричног сигнала који улази у кабловски модем Ниво сигнала на излазу из CMTS може да варира између 50 и 61 dBmV. CMTS

мора бити подешен тако да кабловски модем прима електричне сигнале који су у складу са табелом 4.1.1. У HFC мрежама где је однос сигнала и шума већи од 49 dB, може се користити 256QAM модулација у долазном смеру, али у случају да су коаксијални сегменти дугачки и грађени из више наставака, а однос сигнала и шума близу минималних спецификација (35 dB), боље је изабрати 64QAM.

Мешање (interleaving) редоследа бита при слању (на страни CMTS) је техника за избегавање утицаја шума на исправност пренетих података. У DOCSIS стандарду је подржано мешање и над фиксним и над различитим бројем бита (Енг. fixed или variable depth, респективно). Коришћењем ове технике се практично не повећава број пренетих битова, тако да оно не утиче на степен искоришћења мреже. Принцип рада је следећи:

Подразумева се да се уз мешање бита користи још нека техника за детекцију и исправљање грешака (у случају DOCSIS то је спомињани FEC). Узећемо за пример да користећи ту технику можемо да шањемо симболе од четири бита, и да исправимо грешку, уколико један од та четири стигне оштећен. Изглед и редослед оваквих симбола који шаљемо је на пример следећи: ,,ааааббббццццддддееееффффгггг”. У табели 4.1.2. имамо приказан случај када се шаље ова група симбола не користећи мешање бита:

Транспорт без грешака: аааббббццццддддееееффффгггг Транспорт са грешком: ааааббббццц____дееееффффгггг

Табела 4.1.2. Трансфер симбола без технике мешања бита

Група ,,цццц” је оштећена на једном биту, и то можемо реконструисати. Група ,,дддд” је оштећена шумом на 3 бита. Како систем за детекцију и опоравак од грешке може да обради само грешке од једног бита, пристигли симбол неће моћи да буде декодиран.

У табели 4.1.3. имамо приказан трансфер уз коришћење технике мешања:

Транспорт без грешака: абцдефгабцдефгабцдефгабцдефг Транспорт са грешком: абцдефгабцд___бцдефгабцдефг Табела 4.1.3. Трансфер симбола са техником мешања бита


15

Група бита ,,ефга” је оштећена шумом исте дужине као и у претходном случају. Када модем по пријему сложи (Енг. Deinterleave) пристигле бите у симболе, добићемо следећу секвенцу: ,,аа_аббббццццдддде_ееф_ффг_гг”. Као што се види, у сваком симболу нам фали по један бит, а то се може кориговати одабраним алгоритмом за детекцију и опоравак од грешке. Притом нисмо пренели ништа више података, него у случају без мешања бита.

Јасно је да ова техника веома утиче на отпорност на грешке у транспорту. Међутим, постоји једна мана: мешањем бита додајемо латенције (кашњења) у долазни сигнал. Наиме, не можемо послати блок од нпр. осам бита док последњи од њих (осми) не дође на ред за слање. До тог тренутка су сви пристигли бити бивали баферовани чекајући да се бафер попуни па да се изврши мешање и слање. Док се чека на последњи бит, ствара се кашњење. Као што је већ речено, DOCSIS подржава мешање блокова битова промењиве дужине, па је могуће наћи компромис између дужине заштите и кашњења. Највећи ниво мешања дефинисан DOCSIS-ом омогућава 95 µs заштите од шумова уз проузроковање кашњења од 4 ms. Четири милисекунде није знатно кашњење када је у питању гледање филмова, преузимање неког фајла, слање поште или коришћење web-a, али у случају сервиса као што је интернет телефонија (која захтева константан проток података и дозвољава врло мала кашњења), на латенције које изазива мешање бита се мора обратити посебна пажња. CMTS има могућност да динамички мења дужину заштите мешањем бита у зависности од стања на специфичном RF каналу у КДС.

4.1.2. ПОВРАТНИ СМЕР

Повратни смер представља ток података од корисничког модема ка CMTS-у кроз КДС. Саобраћај који корисници праве шаљући податке у мрежу је знатно мањег обима у односу на долазни саобраћај, и утврђено је да корисници имају потребу за слањем података у више кратких интервала, а не константно. Наравно, мисли се на нормално коришћење интернет сервиса, пре свега web-а. Ради што бољег искоришћења мреже, при креирању стандарда решено је да се жртвује брзина слања података у циљу повећавања брзине пријема, што је корисницима далеко битније. Због великих шумова за слање података се користе модулације нижег нивоа, које су спорије али и отпорније на шум у односу на модулације коришћене у пријему података. У употреби су QPSK и 16QAM, која је већ веома осетљива на шумове. Тако је и подељен фреквенцијски опсег КДС-а: за слање је остављен више од десет пута мањи део расположивих фреквенција. Максималне брзине слања података зависе од ширине канала и врсте модулације и крећу се од 5 Mbps за QPSK до10Mbps за 16QAM модулацију. Фреквенције на којима се може наћи канал резервисан за слање података су у опсегу од 5 до 42 MHz.

За приступ коаксијалном медију користе се FDMA/TDMA (Енг. Frequency Division Multiple Access – фреквенцијски подељени и Time Division Multiple Access – временски подељени) начини приступа медију (DOCSIS 1.0 и 1.1). У DOCSIS 2.0 спецификацију поред овог метода се користи и FDMA/TDMA/S-CDMA (Енг. Synchronous Code Division Multiple Access – метод вишеструког приступа кодирањем података), и пружа далеко веће брзине преноса података у повратном смеру (до 30 Mbps). Фреквенцијски подељени приступ подразумева да се користе више канала у фреквенцијском опсегу за слање података, док временски дељени приступ подразумева да су ти појединачни канали подељени на временске исечке ( Енг. time slots). Кодирање података омогућава да више кабловских модема може слати податке на истом каналу у истом временском исечку, помоћу кода који је јединствен за сваки модем.


16

За TDMA приступ модем мора подржавати QPSK и 16QAM модулације са параметрима датим у табели 4.1.4.

Број симбола у

секунди Ширина канала

[MHz] Брзина [Mbps]

(QPSK) Брзина [Mbps]

(16QAM) 160 0.2 0.32 0.64 320 0.4 0.64 1.28 640 0.8 1.28 2.56 1280 1.6 2.56 5.12 2560 3.2 5.12 10.24

Табела 4.1.4. Модулације које мора да подржава модем DOCSIS 2.0 модеми подржавају додатно и 8QAM, 32QAM, 64QAM,

128QAM/TCM (Trellis modulation).

Ради откривања и отклањања грешака користи се Reed-Solomon кодирање, које уводи редундансу у послате податке. Могуће је динамички одређивати степен редундансе података који се шаљу и тако мало смањивати брзину али обезбедити да се превазиђу шумови који су се појавили у датом тренутку. Пре DOCSIS стандарда, произвођачи су дефинисали да у ситуацијама појаве шума на каналу модем промени канал на коме врши слање података, док данас то није неопходно. Поред Reed-Solomon кодирања, користи се и мешање редоследа бита ради смањења вероватноће да шумови оштете сигнал. Електричне карактеристике сигнала који модем емитује у КДС дате су у табели 4.1.5.

Параметар Вредност Фреквенција Од 5 до 42 MHz Нивои сигнала TDMA:

+8 to +54 dBmV (32QAM, 64QAM) +8 to +55 dBmV (8QAM, 16QAM) +8 to +58 dBmV (QPSK) S-CDMA: +8 to +53 dBmV (све модулације)

Тип модулације QPSK, 8QAM, 16QAM, 32QAM, 64QAM, и 128QAM

Пропусни опсег канала TDMA: 200, 400, 800, 1600, 3200 и 6400 kHz S-CDMA: 1600, 3200 и 6400 kHz

Излазна отпорност 75Ω Табела 4.1.5. Електричне карактеристике сигнала који емитује модем

Такође, у DOCSIS 1.0 спецификацији је било дозвољено да се за податке у

повратном смеру не користи КДС, већ да се користи класичан телефонски модем. Ово решење је било остављено како би се у прелазном периоду омогућила имплементација DOCSIS-а и на КДС који нису побољшани тако да подржавају саобраћај у оба смера.


17

4.2. MPEG Подслој у долазном смеру

Да би се повећала робусност демодулације, и поједноставио хардвер у уређајима који искоришћавају више сервиса преко КДС, и да би се омогућило преношење података, ТВ програма и рецимо говора заједничким долазним каналима, дефинисан је подслој између физичког и МАC слоја у долазном смеру.

Ток података у долазном смеру је дефинисан као константан проток MPEG-2 пакета. MPEG-2 је изабран јер је у време стандарда већ увелико био у употреби у телевизији, и користио се за транспорт дигиталних ТВ програма у многим КДС.

MPEG заглавље

(4 бајта) Поље за показивач

(не у свим пакетима) (1 бајт)

Поље за пренос података (183 или 184 бајта)

Слика 4.2.1. Структура MPEG пакета

На слици 4.2.1. је представљена структура МPEG-2 пакета. У заглављу се налази 13-битни индикатор, који се назива PID (Енг. program identifier – идентификатор програма) који служи да јединствено означи који тип сервиса се преноси у датом оквиру. За DOCSIS стандард, PID је 0x1FFE (хексадецимално). Модем по пријему сваког пакета анализира заглавље и уколико се PID не слаже са оним који је прописан по DOCSIS спецификацији, пакет се игнорише. На овај начин је могуће обезбедити различите сервисе у једном каналу, енкапсулиране у МPEG-2 пакете, а међусобно јасно раздвојене јединственим PID-овима за сваки сервис. На слици 4.2.2. је графички приказан симултани транспорт видео и DOCSIS саобраћаја у једном каналу.

Слика 4.2.2. Симултани пренос два сервиса помоћу MPEG-2 пакета

Поред горе наведених могућности, MPEG-2 омогућава модему да лакше после

укључења нађе канал који преноси податке. Пошто се користе MPEG-2 оквири, који у заглављу поседују бајт за синхронизацију, који се понавља у правилним интервалима, модему је лакше да се синхронизује са протоком информација у мрежи. Како модем понекад мора да скенира више канала у потрази за каналом којим се транспортују подаци, јасно је да је врло важна брзина којом модем претражује канале, а MPEG-2 пакети то олакшавају.


18

4.3. MAC Слој

MAC (Енг. Media access control) слој је задужен за контролу приступа физичком медију. Одговоран је за доделу временских исечака у којима модеми имају право да шаљу податке, за разрешења колизије у повратном каналу, подешавање пријемних и предајних параметара, временско усаглашавање модема у мрежи, и регистрацију модема при укључењу у мрежу.

4.3.1. ДОДЕЛА ВРЕМЕНСКИХ ИСЕЧАКА

CMTS је задужен да додељује модемима право да у датом тренутку баш они користе канал за себе. Сваки повратни канал у КДС је издељен на временске исечке (Енг. mini slot). Трајање временског исечка може бити промењив степен броја 2 помножен са 6.25 µs. ( На пример 2x6.25 или 32x6.25 или 128x6.25, итд). CMTS додељује једном модему један или више исечака за слање блока података.

Додела исечака је остварена преко мапе алокације исечака. Мапа је једна порука на MAC нивоу (не фиксне дужине) у којој се описује који временски исечци су додељени ком модему, који су исечци слободни, врсте слободних исечака као и подаци неопходни за разрешење колизије. Мапа се периодично шаље кроз долазни канал, и описује стање канала за слање, прецизније описује како је CMTS распоредио време на каналу за слање. Једна мапа описује ограничени временски период, после које следи мапа која описује следећи временски период, итд. На захтеве за временске исечке које су модеми упутили за време трајања једне мапе CMTS одговара у следећој мапи, тако што обележи које временске исечке може да користи тај модем.

Приликом сваког прикључења на мрежу модем добија један сервисни идентификатор (service id – SID), јединствен за тај модем у мрежи. SID служи за идентификацију модема (не користи се МАС адреса), и један модем за сваки сервис који користи може имати по један SID. (нпр. за IP телефонирање, за класичан IP саобраћај и слично). Када CMTS у долазном смеру емитује податке намењене модему, неће их адресирати на MAC адресу већ на SID, а у мапама алокације такође се модеми означавају својим SID-овима.

Да би послао неке податке, модем мора претходно да затражи временске исечке који ће бити само њему додељени, па када их добије, може отпочети пренос. Омогућено је и слање захтева за још временских исечака у исечку који је намењен за слање података, тако што се иза података пошаље и сам захтев (постоји у сваком исечку резервисано место за овакав захтев). Ова техника се назива piggybacking, и омогућава потраживање додатних исечака без такмичења са другим модемима, што смањује број колизија и самим тим увећава искоришћеност трансмисионог медијума.

Поједностављен пример једне мапе алокације дат је на слици 4.3.1, где се виде три информациона елемента који обухватају временске исечке. Свака оваква мапа се састоји из информационих елемената. Сваки информациони елемент обухвата одређен број временских исечака, и описује начин употребе тих исечака. Исечци на које се односи један елемент се броје од првог исечка обухваћеног тим елементом до првог исечка обухваћеног следећим елементом.


19

Слика 4.3.1. Графички приказ једне мапе алокације у времену

Из овог разлога сваку листу елемената мора да прати завршни, нулти елемент. Постоји осам врста информационих елемената:

• Request element

• Request/data element

• Initial maintenance element

• Station maintenance element

• Data grant element

• Data acknowledge element

• Expansion element

• Null element

Request (Енг. Захтев)елемент мапе алокације означава најчешће мали број временских исечака у којима ће модем моћи да затражи резервацију већег броја исечака само за себе, како би у њима послао неке податке. Уколико је адресиран свим модемима (multicast), онда је то општи временски период током којег било који модем може да изнесе захтев за резервацију канала ради слања података. Постоји могућност да је овај елемент у мапи адресиран само на један модем у мрежи, и ово се користи када се имплементира неки од QoS сервиса где се практично само једном специфичном модему омогућава да изнесе свој захтев за слање података.

Request/data (Енг. Захтев/подаци) елемент мапе алокације се не разликује превише од претходног, сем по једној карактеристици: поред тога што је модемима дозвољено да изнесу свој захтев за дужим трансферима података које планирају да изврше, модемима се нуди прилика да уместо захтеве за већим бројем исечака пошаљу неке корисне податке. Наравно, Request/data елементи се никада не односе на велики број исечака, тако да је на овај начин могуће послати само мање количине података. Такође, пошто су све информације које се преносе током исечака обележених као


20

Request/data исечци, подложне су колизијама јер су исечци слободни да их искористи било који модем на сегменту мреже. Зато модем, уколико шаље податке а не захтев за већим бројем исечака мора захтевати да му CMTS пошаље потврду да су подаци стигли. У складу са оптерећењем канала за слање података, могуће је динамички мењати број овако обележених временских исечака на сегменту мреже.

Initial maintenance (Енг. иницијално одржавање). Овај елемент означава временске исечке који су слободни за употребу од модема који се управо прикључују на мрежу и за које CMTS још увек не зна да постоје. Слободни су за употребу од стране свих модема који се тренутно налазе у процесу иницијализације. Током тих временских исечака се CMTS-у шаљу захтеви за регистрацијом, о чему ће бити више речи касније.

Station maintenance element (Енг. одржавање станице) сличан је Initial maintenance елементу, с том разликом да се ови елементи односе на један кабловски модем (адресирају се као unicast). Током рада је потребно одржати синхронизацију између модема и CMTS, па CMTS периодично тражи од модема да прођу кроз процес синхронизације, и путем овако обележених исечака им резервише прилику да то ураде.

Data grant element (Енг. дозвољени подаци) служи да одређени број временских исечака обележи као слободне за пренос података. Ови елементи се у мапи алокације могу наћи из два разлога: или као одговор неком модему на захтев за доделу већег броја слотова, или као простор резервисан за слање података за неки модем иако он није изразио потребу за слањем. Овај други случај је неопходан за имплементацију QoS сервиса, где се може указати потреба да се унапред неком модему резервише прилика за слање.

Data acknowledge element (Енг. потврда података) служи као потврда да су послати подаци примљени и шаље се само на захтев, рецимо уколико је модем слао податке у временским исечцима предвиђеним означеним као Request/data.

Expansion елементи се тренутно не користе, и резервисани су за потенцијалну употребу у будућности.

Null element служи da означи крај листе елемената.

Сваки модем има један или више SID-ова, и сваки од тих SID-ова мора припадати једном виртуелном реду (virtual queue), а редове организује CMTS, и може их бити више за сваки канал, и међусобно нису равноправни, већ су у хијерархијском односу. У мапама алокације се сваком од ових редова се додељује одређен број временских исечака на повратном каналу. Модем чији се SID налази у једном реду може да користи исечке намењене искључиво том реду као и исечке намењене редовима који се налазе ниже по хијерархији. У пракси то значи да модем чији се SID налази у трећем реду сме да користи исечке намењене првом, другом и трећем реду. Виртуелни редови су од велике важности за имплементацију QoS сервиса у DOCSIS-у.

4.3.2. РАЗРЕШЕЊЕ КОЛИЗИЈЕ

Како се у долазном смеру налази само један уређај који шаље податке (CMTS), ту нема колизија у мрежи. Међутим, у повратном каналу више модема шаље податке, те је канал подложан проблемима са колизијом. Модеми могу да ослушкују саобраћај само са долазних канала, па се не може употребити техника ослушкивања повратног канала за избегавање и разрешење колизија. Уместо тога, уређено је да само један модем може једновремено вршити слање података на каналу, што се показало као добро решење с


21

обзиром на то да је основни интернет саобраћај у повратном смеру такве природе да се подаци не шаљу континуално већ повремено у кратким интервалима времена.

Највећи број временских исечака на сегменту мреже ће бити експлицитно резервисано за коришћење за неки од модема на том сегменту. Током трајања тог интервала времена, ниједан други модем неће покушавати да шаље било какве податке, те је могућност колизије искључена. Овај систем је употребљен да би се решила додела исечака модемима са што мање колизија. Тренуци који су подложни колизијама су периоди када модеми износе захтеве за доделом већег броја временских исечака и периоди резервисани за модеме који су у процесу иницијализације. Ови периоди су релативно кратки, па се у случају колизије не губи превише. Ипак, ако до колизије дође, користи се Binary Exponential Backoff (бинарно експоненцијално одступање) алгоритам.

Пре него што пошаље захтев за доделу временских исечака ради слања података, модем мора да се припреми за решавање колизије. Поставља као ширину прозора за одступање најмању вредност дефинисану у тренутно актуелној мапи алокације временских исечака. (на пример 16). У оквиру тог прозора, случајним избором се одређује један број (на пример 11). Тај број представља број прилика за слање које модем мора пропустити пре него што пошаље захтев. У сваком информационом елементу може бити више слободних исечака (прилика за слање). Уколико је у првом информационом елементу постоји шест прилика за слање, модем их неће искористити, и мораће да сачека још пет. Следећи елемент на пример носи три прилике за слање. И овај пут модем неће покушати да шаље, и остаће му да чека још две прилике пре него што сме да пошаље свој захтев. Када је послао свој захтев, модем чека следећу мапу алокације, и када је добије у њој тражи Data grant или Data acknowledge елементе, и уколико их нађе, резолуција колизије је завршена (или није ни дошло до колизије). Уколико у мапи алокације не нађе ове елементе, то знаши да CMTS није одговорио на захтев за слање, а то се дешава уколико је дошло до колизије. У том случају модем дупло повећава величину свог прозора за одустајање (до вредности која је мања од максималне дефинисане у мапи алокације) (у нашем примеру би то сад био прозор величине 32) и бира нови случајни број у оквиру тог прозора (нпр. 18). Затим броји 18 прилика и потом покушава да пошање изнова претходно неуспели захтев. Уколико се и после 16 покушаја не успе послати захтев за доделу временских исечака, захтев се мора одбацити. Минимална и максимална величина прозора за слање се налазе уписани у свакој мапи алокације временских исечака, и у свакој мапи се могу разликовати у односу на претходну мапу.

4.3.3. ПРОЦЕС ИНИЦИЈАЛИЗАЦИЈЕ МОДЕМА

Сваки модем који се повеже на КДС мора при сваком укључењу да прође процес иницијализације да би подесио своје радне параметре према КДС-у на који је прикључен како би отпочео користан пренос података.

При укључењу, модем чита из своје меморије операционе параметре који су се последњи пут користили. Уколико такви параметри постоје, модем ће у њима пронаћи информацију о последњем каналу за долазни саобраћај и покушати да установи да ли је тај канал валидан. Уколико јесте, модем ће покушати да прибави параметре за канал за повратни саобраћај. Уколико међутим, последњи коришћени канал није валидан, модем почиње да скенира стандардом предвиђене фреквенције за пренос података у долазном смеру (централне фреквенције од 91 до 857 МHz), тражећи валидан канал. За време тог


22

скенирања, кориснику обично лампицама модем сигнализира да је у току проналажење канала. Канал за долазни саобраћај се сматра валидним, уколико је модем успео да у том каналу одради следеће операције:

• Синхронизација са тајмингом симбола QAM модулације

• Синхронизација са алгоритмима за корекцију грешака

• Синхронизација са MPEG-2 пакетима

• Препознавање MAC SYNC порука.

Уколико модем у неком тренутку рада примети да канал за долазни саобраћај више није валидан (ако на каналу није испуњен један од горе наведених услова), модем не сме одмах отпочети процес ре-иницијализације. Уместо тога, мода покушати да оствари синхронизацију на постојећем каналу.

После успешне синхронизације са долазним каналом, модем ослушкује канал и чека да CMTS пошаље поруке потребне за одабир канала за слање података. Постоје три врсте порука које су неопходне да би модем почео да користи неки повратни канал. Пре свега чека се SYNC порука, која служи за грубо синхронизовање тајмера модема са оним у CMTS-у, ради грубог усаглашавања. Такође, чека се порука са описом канала за слање података (Енг. UCD – Upstream Channel Descriptor). CMTS овакве поруке шаље у редовним временским интервалима, за све расположиве канале. Трећа врста порука коју модем чека је мапа алокације протока појединачних канала(MAP). Она садржи за сваки расположиви повратни канал информацију о временским исечцима у којима модеми могу да шаљу податке, као и време трајања тих временских исечака.

Модем мора да прикупи информације о свим слободним каналима за повратни саобраћај које емитује CMTS. Затим се анализирају канали и разлучује у ком каналу може да се обавља слање података. Најчешће ће моћи да се одабере било који канал, међутим уколико неки од канала има прописану модулацију или фреквенцијски опсег или брзину слања које модем не може да користи, мора се одабрати неки други канал. Уколико ниједан од канала за повратни саобраћај не одговара прописаним параметрима у модему, модем ће поново почети да скенира мрежу у потрази за долазним каналима, и када се синхронизује са неким другим долазним каналом, да анализира његову листу слободних повратних канала како би нашао неки који може да користи.

Пошто је пронашао канал за слање чије му прописане карактеристике одговарају, модем анализира мапу распоређивања пропусног опсега за одабрани канал. У тој мапи је описано који су временски исечци резервисани за који модем. Иако модем већ јесте прикључен на мрежу, није се ничиме оглашавао, тако да CMTS још увек не зна да модем постоји на мрежи. У мапи временских исечака неће постојати ниједан исечак експлицитно намењен њему. Међутим, ту су и временски исечци намењени модемима који се тек прикључју на мрежу. Ове исечке може за слање да користи било који модем који је у овој фази рада.

Када је декодирао све три поруке које CMTS шаље, модем је сазнао грубу временску референцу, начин модулације на каналу, и информацију када сме да шаље податке на каналу. Потребно је и даље фино подесити параметре за слање: добити тачну временску референцу, тачну фреквенцију канала, и фино подесити снагу слања сигнала. Овај процес се зове умеравање (одређивање раздаљине) (Енг. ranging). Пошто


23

је сваки модем на мрежи различито удаљен од CMTS-а, сваки ће и имати различите ове параметре.

Како би модем имао тачне све параметре, одабраће слободан временски исечак за модеме који су у фази регистрације (у складу са мапом слободних временских исечака и грубом синхронизацијом из SYNC поруке), и послаће поруку са захтевом за синхронизацију са CMTS. Пошто CMTS прими поруку са овим захтевом, послаће поруку са одговором, адресирану на тај модем.

Уколико модем не добије одговор од CMTS-а у предефинисаном time-out року, порука коју је модем послао CMTS-у није стигла до њега. Постоје два разлога који могу да проузрокују овакву ситуацију: или је још неки модем вршио трансмисију у исто време (а како је SYNC порукама само грубо решена синхронизација ово није ништа чудно), или је снага сигнала коју је модем емитовао била превише мала, па CMTS није детектовао поруку. У овим случајевима, пошто модем не зна из ког разлога није добио одговор CMTS-а, повећаће јачину сигнала који емитује и пропустиће случајно одређен број бременских исечака за нове модеме пре него што поново пошаље захтев за синхронизацију.

По пријему захтева за синхронизацију, CMTS рачуна временску разлику између тренутка када је пристигла порука за синхронизацију и тачног тренутка када је почео временски исечак у коме је модем послао поруку. Разлика ових времена представља степен десинхронизације тајмера модема и CMTS-а. Такође, CMTS анализира фреквенцију на којој је послата порука и јачину сигнала поруке коју је примио. Такође, рачуна се и ниво сигнала који је стигао до CMTS. Уколико је превише слаб, мора се наложити модему да емитује сигнале већом снагом, и обрнуто. Све ове вредности се упоређују са номиналним вредностима, и креирају се вредности за корекцију параметара слања, и шаљу се модему у одговору на захтев за синхронизацију. Такође, модем у том тренутку добија резервисан временски исечак за слање података, како не би морао да чека више на системске временске исечке предвиђене за модеме који су у фази регистрације.

Пошто је примио одговор на захтев за синхронизацију, модем анализира корекционе вредности, прилагођава према њима свој тајмер, фреквенцију и јачину сигнала за слање и шаље други захтев за синхронизацију. Овај пут то не чини у временском исечку за модеме у фази регистрације, већ у исечку предвиђеном само за њега. CMTS прима поруку, анализира параметре и враћа модему одговор са новим корекционим вредностима. Овај процес се понавља више пута по потреби, све док CMTS не буде задовољан одступањима од идеалних вредности. По завршетку комплетног процеса, одступања ће бити мање од 1µs за временску синхронизацију, 10 Hz за фреквенцију и 0.5dB за јачину сигнала. Као штоје прецизно подешено време битно за синхронизацију у повратном каналу, тако је и ниво сигнала који модем емитује беома важан, јер сви модеми на мрежи морају емитовати сигнале истом снагом, како би се успешно решавале колизије уколико настану, услед симултаног слања података од стране више модема. Уколико сигнали нису исте јачине, CMTS може детектовати само најјачи, и погрешно претпоставити да до колизије није ни дошло.

Процес синхронизације се први пут обавља када се модем прикључује на мрежу. Касније се процес понавља периодично у тренуцима задатим од стране CMTS, обично на сваких 30 секунди. Периодично подешавање тајминга, фреквенције и снаге сигнала обезбеђује поуздану везу између модема и CMTS, без сувишних колизија, чиме се повећава искоришћеност канала за слање података, који је иначе слаба тачка целог


24

система, што се брзине тиче. Синхронизација је веома важна за КДС мреже, јер су модеми веома удаљени од CMTS, па је немогуће прописати време које је потребно да сигнал стигне са једног краја на други, као што је то случај са Етернет мрежом. Из тог разлога, сви модеми синхронизују своје сатове са CMTS-ом, како би се сложили са тајмингом временских исечака онаквим какве их је CMTS поставио. Комуникација има кашњење зобг латенција, времена пропагације, и процесирања сувишних података. Збир свих ових кашњења се анулира процесом синхронизације.

Када су усклађени тајминг фреквенција и јачина сигнала, модем може да користи IP протокол. Шаље се захтев за издавање IP адресе DHCP серверу. Док год је модем активан на мрежи, DHCP ће му дозвољавати да задржи постојећу адресу. Пошто је добио IP адресу, модем тражи ToD (Енг. Time of Day) серверу тачан датум и време. Време се разликује од онога које се користи у SYNC порукама. Тамо се ради о једноставном бројачу који мери време у MAC слоју, а информације које враћа ToD сервер су оно што човек назива правим датумом и временом. Ово време је потребно за неке од порука које модем шаље CMTS-у и за уписивање догађаја у лог фајлове.

Пошто је добио IP адресу, модем почиње процес који се зове регистрација. Преузима се конфигурациони фајл са сервера за конфигурационе фајлове, чија је адреса, као и име фајла које модем треба да преузме садржана у поруци у којој је DHCP доделио IP адресу. За преузимање конфигурационог фајла са сервера користи се TFTP (Енг. Trivial File Transfer Protocol – једноставни протокол за трансфер фајлова) протокол, а у фајлу се налазе информације о сервисима које је корисник платио, и које ће модем да му допусти да користи, на пример брзина слања и пријема података, итд.

У завршној фази регистрације, модем шаље поруку CMTS-у у којој га обавештава да је примио конфигурациони фајл. CMTS тада преузима копију конфигурационог фајла са сервера, и упоређује га са подацима из модема. Уколико се нешто не слаже, то се бележи у лог фајл са тачним датумом и временом и МAC адресом модема. Уколико није укључена подршка за енкрипцију везе, овде се процес регистрације завршава, тако што CMTS шаље потврду о регистрацији модему, и додељује му јединствени SID. Уколико је укључена, иницијализује се подршка за енкрипцију везе. Иницијализација протокола за енкрипцију везе подразумева размену кључева потребних за енкрипцију.

4.4. Шифровање

Пошто се подаци шаљу преко дељеног медијума (КДС) важно је корисницима гарантовати приватност и спречити веома опасне злоупотребе система. За заштиту корисника (а и самих провајдера који нуде услуге преко КДС) у DOCSIS стандарду су дефинисани протоколи за заштиту, baseline privacy interface (BPI) – интерфејс за приватност основне линије, у употреби код DOCSIS 1.0 стандарда и baseline privacy interface+ (BP+I) који је у употреби у DOCSIS 1.1 и 2.0 верзијама.

Сва комуникација између модема и CMTS је шифрована, и представља потпуно сигуран канал који транспарентно преноси IP саобраћај преко КДС. Код шифровања података је одувек био проблем транспортовати дељени кључ између страна које комуницирају. Постоји могућност да се уместо шифрирања дељеним кључем користи шифровање са паром кључева, где је један јавни и свима познат и други тајни, познат само ономе ко шифрује податке. Ово шифровање је симетрична, тако да оно што се шифрује са приватним кључем може да се дешифрује само помоћу његовог јавног пара, и обрнуто: оно што се шифрује нечијим јавним кључем може да прочита само онај ко поседује одговарајући приватни кључ. Користећи ову технику могуће је постићи


25

сигурну комуникацију, међутим алгоритми који се користе за овакво шифровање су захтевни, па није препоручљиво користити их у комуникацијама где би стално шифровање и дешифровање повећавало време потребно за обраду пакета на мрежи. Зато се користи комбинација симетричног шифровања са јавним/приватним кључем и шифровања помоћу дељеног кључа. Дељени кључ се дистрибуира мрежом шифрован симетричном шифром, тако што CMTS одреди један кључ и пошаље га потписаног јавним кључем модема. Касније, када дељени кључ поседују обе стране комуникација одвија помоћу тог кључа, што је уједно и ефикаснији начин. Шифровање самих података који се преносе се одвија по DES алгоритму. Ова врста заштите је горе поменути BPI, присутан у DOCSIS 1.0 спецификацији.

BPI+ и DOCSIS 1.1 донели су одговор на питање које није било решено у претходној верзији: како аутентификовати кабловски модем, тј како бити сигуран да је MAC адреса модема аутентична. Пошто се прихватање модема у систем обавља на основу његове MAC адресе, постоји могућност крађе услуга користећи туђу MAC адресу. У решавању овог проблема користе се дигитални сертификати (потписи). Један дигитални потпис садржи информацију о идентификацији (субјекат), јавни кључ, информацију о томе ко је издао сертификат, и потпис. Потпис креира онај ко издаје сертификат, користећи технологију симетричног шифровања. Издавач потписује сертификат користећи свој приватни кључ. За верификацију сертификата, потребан је јавни кључ издавача. У DOCSIS 1.1 и 2.0 стандардима се користи ова технологија за аутентификацију модема. Формира се тело коме се верује и које поседује DOCSIS главни сертификат. То тело потписује сертификате произвођача модема, а произвођачи потписују сертификате у сваком модему. Сваки модем има сертификат и пар симетричних кључева. Током регистрације на мрежу, модем шаље сертификат произвођача и свој лични сертификат (који садржи MAC адресу модема) CMTS-у, а CMTS верификује потпис модема користећи јавни кључ произвођача, а затим верификује и потпис произвођача користећи јавни кључ DOCSIS главног сертификата. Уколико се испостави да су сви потписи валидни, CMTS креира дељени кључ (који ће се користити за шифровање података на релацији CMTS-модем) користећи модемов јавни кључ. На тај начин само тај модем може да дешифрује поруку и сазна дељени кључ, чиме је аутентификација завршена.

4.5. Веза са рачунаром

DOCSIS стандард дефинише неколико начина на који се модем може повезати са рачунаром, и неколико типова модема који се користе. Пре свега, у стандарду је остављен простор за производњу софтверских модема, код којих ће рачунар обављати неке од функција као што је шифрирање и сигурност података, и функције МAC слоја.

Модеми могу бити или интерни или екстерни, при чему се за интерне модеме користи стандардни PCI интерфејс, а за екстерне је дозвољен или класичан Етернет или USВ веза.


26

4.6. Сертификација

Пошто је у питању стандард који би сви требало да поштују, мора постојати тело које се бави сертификовањем опреме, како би се избегла одступања у поштовању стандарда, што би потенцијално довело до неусаглашеног рада модема у КДС, или неких других, мањих или већих проблема. За DOCSIS стандард сертификацију врши сам CableLabs, неколико пута годишње, а распоред сертификације излази на почетку текуће године и јавно је доступан путем web сајта CableLabs-а.

5. EURO DOCSIS

Као што је већ било речено, ЕuroDOCSIS представља само модификацију DOCSIS-а, предвиђену да ради на Европским КДС. Сам стандард је готово идентичан, чак се и не дистрибуирају одвојено, већ се дистрибуира DOCSIS документација у којој је одвојена секција за ЕuroDOCSIS, где су описане разлике и дефинисани стандарди за Европско тржиште. Штавише, у документацији DOCSIS-а се нигде експлицитно не наводи име ЕuroDOCSIS, већ се каже да за Европу одређене секције документа треба заменити са одговарајућим секцијама из додатка у истом документу, и наглашава се да се не морају испоштовати обе спецификације, нити да је потребно да оне међусобно буду компатибилне. Дакле, CableLabs, као тело које креира DOCSIS не раздваја овај стандард на DOCSIS и ЕuroDOCSIS, већ подразумева да је то један стандард, који покрива и Европско и Америчко тржиште.

Слика 5.0.1. Протоколи у КДС са euroDOCSIS стандардом

Разлике се конкретно односе на поглавља која описују физички слој, као што је

приказано на слици 5.0.1. Разлика у слојевима MAC, BPI/BPI+ (шифровањеање и сигурност), као и у вишим слојевима нема. Веза модема са рачунаром је такође, идентична било да се ради о Европском или Америчком DOCSIS-у.

У Европи се користе PAL и SECAM стандарди за пренос видео сигнала кроз КДС. У тим стандардима је ширина једног ТВ канала 8 MHz. Такође, предвиђено је да се кроз мрежу транспортују ФМ радио сигнали у опсегу од 87.5 до 108 MHz. Што се тиче


27

повратног вода, резервисан је шири фреквенцијски опсег у односу на Америчку верзију DOCSIS-а, конкретно од 5 до 65 MHz. Дозвољени нивои шума се такође разликују у односу на DOCSIS, и прилагођени су PAL/SECAM сигналима за видео, као и присутним ФМ сигналима. По ЕuroDOCSIS стандарду се може користити и КДС који нема ширину повратног опсега од 5 до 65 MHz, тако што ће се CMTS конфигурисати да користи ниже фреквенције за повратне канале.

5.1. Долазни смер

Комуникација у долазном смеру је базирана на ITU-T предлогу J.83, ,,Digital Transmission of Television Signals”, Annex А (ITU/T J83А).

Параметар Вредност Централна фреквенција 112 до 858 MHz ± 30 kHz Опсег нивоа (по једном каналу) 43 до 73 dBµV (еквивалентно -17 до 13 dBmV) за 64QAM

47 до 77 dBµV (еквивалентно -13 до 17 dBmV) за 256QAM Тип модулације 64 QAM и 256 QAM Номиналан број симбола у секунди 6.952 Msym/s (64QAM) и 6.952 Msym/s (256QAM) Ширина канала 8 MHz Укупна улазна снага (80-862 MHz) <90 dBµV (еквивалентно 30 dBmV) Улазни отпор 75 Ω

Табела 5.1.1. Карактеристика електричног сигнала који улази у кабловски модем Брзине које се остварују у долазном смеру износе 38 Мbps за 64QAM и 52 Mbps за

256QAM. Ниво сигнала на излазу из CMTS може да варира између 50 и 61 dBmV, дакле непромењено у односу на DOCSIS. Однос сигнала и шума на једном каналу ширине 8 MHz мора бити већи од 44dB, што је рестриктивније од америчке DOCSIS варијанте. Максимално кашњење сигнала у транспорту од CMTS до модема мора бити мање од 0.8 ms, а типично је много мање.

5.2. Повратни смер

Комуникација у долазном смеру је такође знатно ефикаснија у Европској верзији DOCSIS-а. Генерално, све што је речено за саобраћај у повратном смеру DOCSIS-а важи и овде: ради се о фреквенцијском и временском дељењу медијума. Разликују се фреквенције на којима се одвија саобраћај. Опсег обухвата фреквенције од 5 до 65 MHz, што је преко 20 MHz више у односу на амерички модел. Специфично за овај опсег јесте управо то да поред тога што је релативно мали, садржи доста шумова, поготово у области од 5 до 20 MHz, такође и у области око 27 MHz. 27 MHz представља фреквенцију која је јавно доступна радио аматерима, који емитују разне садржаје, а који у неком проценту доспевају и до КДС-а, где изазивају сметње. На каналима са релативно великим шумом се користи једноставнија QPSK модулација, која носи дупло мање информација у јединици времена, тако да је у великом броју канала у опсегу од 5 до 65 MHz тешко остварити максималне брзине преноса. Међутим, у опсегу од 30 до 65 MHz се јавља доста бољи однос сигнала и шума, те се може користити 16QAM модулација, а тиме и убрзати саобраћај. Очигледна је предност Европске варијанте DOCSIS-а по овом питању, јер је у америчком случају горња граница 42 MHz, па се углавном морају користити и канали са више шума, они испод 30 MHz.


28

Параметар Вредност Фреквенција Од 5 до 65 MHz Нивои сигнала TDMA:

+8 to +54 dBmV (32QAM, 64QAM) +8 to +55 dBmV (8QAM, 16QAM) +8 to +58 dBmV (QPSK) S-CDMA: +8 to +53 dBmV (све модулације)

Тип модулације QPSK, 8QAM, 16QAM, 32QAM, 64QAM, и 128QAM Пропусни опсег канала TDMA: 200, 400, 800, 1600, 3200 и 6400 kHz

S-CDMA: 1600, 3200 и 6400 kHz Излазна отпорност 75Ω

Табела 5.2.1. Електричне карактеристике сигнала који емитује модем Као што се види у табели 5.2.1, што се електричних карактеристика сигнала које

модем емитује тиче, нема разлике у односу на Америчку верзију, сем што се тиче фреквенцијског опсега. Брзине по једном каналу у повратном смеру се такође не разликују међу варијантама DOCSIS-а (од 0.32 до 5.12 Mbps за QPSK и од 0.64 до 10.24 Mbps за 16QAM), осим што Европска варијанта нуди већи потенцијал за употребу модулације вишег реда (16QAM), што би омогућило да се преноси брзинама ближим теоријским максимумима, као и наравно, већи број канала услед ширек доступног фреквенцијског опсега.

5.3. Сертификација

Процес сертификације за ЕuroDOCSIS не обавља СableLabs, већ европска организација под називом tComLabs. Процес се не разликује много од онога који спроводи СableLabs у Америци, такође неколико пута годишње, уз објављивање распореда тестирања почетком године на web сајту tComLabs-а.

6. DVB-RCC / DAVIC

DVB-RCC / DAVIC стандард је формиран за потребе дистрибуције ТВ и Интернет сервиса преко КДС у Европи. Главнина пажње је посвећена стандардизацији везаној за ТВ, али Интернет сервиси су ипак подржани. Идеја је била да се уведе ред у нестандардизовано тржиште где је сваки произвођач радио за себе, баш као и у Америци. Међутим, DOCSIS стандард је добио Европску верзију, и како је био супериорнији од DAVIC-а, после тржишне борбе га је практично избацио из трке за купце. КДС који данас функционишу по DAVIC стандарду су малобројни и тежи се њиховом потпуном преласку на ЕuroDOCSIS. КДС које се данас тек формирају су увек базиране на ЕuroDOCSIS-у, DAVIC се више и не разматра, а и произвођачи све више испоручују ЕuroDOCSIS опрему. У тркама за стандардизацију било чега, победу обично односи економски најисплативији концепт, неретко на штету квалитета производа. Може се рећи да је у трци између ЕuroDOCSIS-а и DAVIC-а победу однео и квалитетнији стандард, што свакако иде у прилог и крајњим корисницима. Конфигурација једног класичног КДС на DAVIC стандарду се практично не разликује од КДС на ЕuroDOCSIS-у. Ту су дакле кабловски модеми, HFC мрежа и уређај на другом крају HFC који спаја све модеме, и који се у DAVIC стандарду назива интерактивни мрежни адаптер (Енг. Interactive Network Adapter), еквивалент CMTS-у код DOCSIS-а.У даљем тексту ћемо га називати главна станица, или скраћено, станица.


29

DAVIC стандард је напуштен од стране тела које га је формирало, што значи да се не планирају нове верзије у будућности.

6.1. Физички слој

КДС на DAVIC стандарду се састоји од долазних и повратних канала, баш као и код DOCSIS-а. Међутим, овде већ почињу и разлике. Док се код DOCSIS-а контролни подаци шаљу истим долазним каналом којим иде и кориснички саобраћај, у DAVIC-у је предвиђено решење са додатним каналом који служи само за сингализацију. Подржано је и решење без додатног канала, као код DOCSIS-а, и по стандарду није нужно да опрема истовремено подржава оба. Додатни канал се назива out of band – OOB (ван опсега) канал. Ван опсега се каже зато што се контролни подаци не шаљу у истом каналу са корисничким подацима, дакле ван тог фреквенцијског опсега. У пракси се решење са контролним каналом ван опсега користи за уређаје који се повезују на телевизор, и нуде углавном видео сервисе, нпр. видео на захтев, лични видео рекордер, итд. - такозвани set top box-еви. Они могу да мењају рачунар и послуже за приступ Интернету преко телевизора, али се ово решење није показало као добро у пракси, јер је резолуција телевизора неодговарајућа за удобан рад. Решење са in band – IB (у опсегу) синхронизацијом се употребљава за кабловске модеме, због далеко већих брзина преноса. За корекцију грешака се као и код DOCSIS-а, користи Reed-Solomon кодирање.

6.1.1. ДОЛАЗНИ СМЕР

Као што је већ речено, постоје два типа везе у долазном смеру. Веза са сигнализацијом ван опсега користи QPSK модулацију, а брзине преноса су 3.088 Mbps (обавезно) и 1.544 Mbps (опционо). Канали су ширине 1 или 2 MHz, и могу бити у опсезима од 70 до 130 MHz и од 300 до 862 MHz. Ниво сигнала који улази у кабловски модем мора бити у опсегу од 42 до 75 dBµV, а излазна отпорност на станици мора бити 75Ω.

Веза са сигнализацијом у опсегу у коме се шаљу и подаци је базирана на ITU/T J83А стандарду, баш као и код ЕuroDOCSIS-а. То значи да се користе модулације 64QAM и 256QAM, а брзине су 38 Mbps односно 52 Mbps, зависно од коришћене модулације. Сви подаци, укључујући и поруке за синхронизацију се енкапсулирају у MPEG-2 оквире, исто као у ЕuroDOCSIS-у. Што се овога тиче, хардверске брзине преноса по DAVIC спецификацији не заостају за ЕuroDOCSIS брзинама.

6.1.2. ПОВРАТНИСМЕР

Што се тиче повратног смера, користи се исти концепт као и код ЕuroDOCSIS-а, фреквенцијски издељен опсег, а сваки канал временски издељен на исечке које модеми користе за слање података. Фреквенцијски опсег који се користи је од 5 до 65 MHz, с тим да је прописано да не би требало користити канале који су ближи горњој граници (65 MHz) уколико се за канал у долазном смеру користи фреквенција близу 70 MHz, јер су фреквенције сувише близу, па је тешко појачивачима у коаксијалном делу мреже да раздвајају повратни и долазни саобраћај. Раздвајање у појачивачу је неопходно јер се ради о физички два појачивача, сваки за један смер података, пошто су и потребе за појачањем различите у оба смера.

Модулација која се користи је диференцијални QPSK, ширине канала које се користе су 200 KHz, 1 MHz, 2 MHz, и 4 MHz. Брзине на овим каналима су 256 Kb/s,


30

1.544 Mb/s, 3.088 Mb/s, и 6.176 Mb/s, респективно. DAVIC стандард прописује и број временских исечака у секунди зависно од брзине: за 256 Kb/s је то 500 исечака у секунду, за 1.544 Mb/s је 3000, за 3.088 Mb/s је 6000 а за 6.176 је 12000 временских исечака у секунди. Снага сигнала на излазу из модема треба да буде између 85 и 113 dBµV (у неким случајевима је дозвољено до 122 dBµV), а излазна отпорност модема мора износити 75Ω. Дозвољено кашњење сигнала у КДС не сме прећи 800ms, а дужина каблова не сме бити преко 80 Кm.

6.2. MAC слој

MAC слој има задатак да омогући начин вишим нивоима да преносе податке без да морају да знају која се модулација користи на физичком нивоу, нити било који детаљ везан за саму хардверску везу између модема и главне станице.

На овом нивоу се дефинише да један долазни канал носи информације синхронизације за осам повратних канала. Поред информација синхронизације, информације на том једном долазном каналу може бити и користан долазни саобраћај. Такође се дефинише један канал који се назива припремни канал (Енг. provisioning). Тај канал је канал у долазном смеру, на коме модеми могу наћи поруке потребне за прикључење на мрежу. Пример оваквих порука у ЕuroDOCSIS-у су sync, map и ucd, све описане раније, у поглављу 4.3.3. Припремни канал указује на један повратни канал који се зове сервисни канал. (Енг. service). Сервисни канал се користи за ranging (Енг. одређивање раздаљине) процес. У систему може бити више припремних и сервисних канала. Подаци кроз DAVIC мрежу се енкапсулирају у ATM ћелије, које су фиксне величине (53 бајта). Само енкапсулирање IP саобраћаја у ATM па обрнут процес на другој страни такође уноси кашњења која су непотребна. ATM AAL5 – ATM Adaptation Layer 5 (Енг. АТМ адаптациони ниво 5) протокол је задужен да обезбеди могућност да се кроз мрежу шаљу блокови података већи или мањи од 48 бајтова колико стаје у једну ћелију. Подаци се по потреби деле, шаљу путем више ATM ћелија и на другој страни слажу поново у блок података.

Слање података је решено на три начина. Слично као у ЕuroDOCSIS-у, постоји начин где се модеми такмиче за слободан временски исечак. Модем шаље захтев за додељивање временских исечака, и чека потврду да је захтев примљен, заједно са информацијом када сме да шаље податке. Станица сигнализира да је дошло до колизије слањем негативне потврде модему, после чега модем поново шаље исти захтев. Као код ЕuroDOCSIS-а, користи се binary exponential backoff алгоритам у случају колизије, да би се одредило време када ће модем поново покушати трансмисију. Међутим, када се дође до највећег прозора и поново дође до колизије, неће се одбацити захтев као у ЕuroDOCSIS-у, већ ће модем и даље покушати да пошаље захтев, пропуштајући сваки пут случајно изабран број прилика за трансмисију, из прозора исте, максималне величине.

Други начин је да станица додели временске исечке модему, тако да само он може да их користи, те не постоји шанса да дође до колизије, а додела се врши при иницијализацији модема на мрежи,или при креирању нове везе између модема и станице (пошто их може бити више истовремено, за различите сервисе). Овај систем је погодан за реализацију QoS сервиса, јер је могуће резервисати тачно онолики проток колико је то потребно.

Трећи начин је да се порука шаље у временским исечцима обележеним као слободним за слање, где може доћи до колизије, јер сви модеми на том каналу имају


31

право да шаљу податке у том временском исечку. За сва три начина је карактеристично да је временски исечак непромењиве величине, за разлику од euroDOCSIS-а.

6.2.1. ПРОЦЕС ИНИЦИЈАЛИЗАЦИЈЕ

По укључењу, модем скенира медијум у потрази за MAC поруком која садржи информацију на којој фреквенцији се налази припремни канал, као и информације о том каналу (тип модулације). У случају више канала, на свим каналима се у одређеним интервалима шаље та порука. У случају да постоји само један канал, у поруци мора да стоји да је тренутни канал уједно и припремни канал. По пријему информација о припремном каналу, модем се подешава на тај канал.

На припремном каналу модем чека MAC поруку о основној конфигурацији. Читајући параметре, модем подешава своје радне параметре на вредности добијене из поруке. У параметрима се налазе све информације потребне да би MAC слој функционисао: нивое сигнала које модем треба да шаље, информације о времену, број покушаја слања сигнала исте јачине пре повећања излазне снаге, број покушаја слања поруке ако она не стигне на одредиште, итд. Такође, у овој поруци се налази информација о сервисном повратном каналу.

Пошто је обрадио податке из поруке о основној конфигурацији, модем се синхронизује са повратним сервисним каналом.

Следи само укључење модема у систем: модем чека MAC поруку са позивом новим модемима да се укључе у систем. По пријему ове поруке, модем шаље одговор на позив станице, користећи притом временски исечак намењен за то. Ниво сигнала којим ће се порука послати је или ниво коришћен при последњој успешној процедури иницијализације или минимални прописан поруком о конфигурацији.

По пријему одговора модема, станица или шаље поруку да је иницијализација готова, или шаље поруку о калибрацији. Ова порука казује модему да ваља подесити трансмисиону снагу или тајминг како би се остварила боља синхронизација са станицом. На њу модем шаље одговор, у коме једино пише која је излазна снага искоришћена за слање те поруке, и време када је послао поруку, како би станица на основу разлике између снаге примљеног и послатог сигнала могла да одреди колики су губици и кашњења кроз мрежу до тог модема. Калибрација се извршава сваки пут изнова, све док станица не буде задовољна са синхронизацијом са модемом. На слици 6.2.1. је графички представљен процес укључења модема у систем.


32

Слика 6.2.1. прикључење модема у систем

По успешно окончаној калибрацији, станица шаље поруку да је иницијализација

окончана. Затим се модему шаље MAC порука са захтевом за успостављање везе, у којој је наведено који долазни и повратни канал модем треба да користи. Уколико су то различити канали од оних које модем тренутно користи, он мора да се подеси на нове канале добијене у поруци. Потом шаље станици одговор да је успео да се подеси, а станица потврђује да је примила одговор.

6.3. Безбедност и приватност

Прве верзије DAVIC стандарда нису имале никакву, па чак ни опциону имплементирану процедуру за безбедност података и мреже. Сви подаци су се кроз мрежу слали нешифрирани и било је могуће клонирати уређаје и тако красти туђи сервис. Последња верзија је решила проблеме са безбедношћу, на врло сличан начин као код ЕuroDOCSIS-а. Симетрично шифрирање се користи за шифрирање података који се шаљу а кључ за ту сесију се размењује између модема и станице користећи ситем са јавним и приватним кључевима, тако да је немогуће компромитовати податке, чак и ако се пресретну све поруке размењене при иницијализацији базбедности.

Заштита од клонирања је мало мање робусна у односу на ЕuroDOCSIS. Сваки модем у себи има осмобитни бројач, који се синхронизује са истим таквим бројачем у станици с времена на време. Уколико се користи више модема истовремено, одмах ће доћи до грешке, а уколико се користи само један док други није на мрежи, грешка ће бити откривена због разлике у синхронизацији бројача која ће се појавити, јер ће се бројач у клонираном модему синхронизовати са станицом а оригинал неће више имати исту синхронизацију.

Функције за безбедност су у DAVIC имплементиране сувише касно, практично када је ЕuroDOCSIS већ добио битку за кориснике у Европи, тако да је недостатак исте само убрзао фаворизацију ЕuroDOCSIS-a на тржишту.


33

7. IEEE 802.14

IEEE је тело које је израдило велике стандарде који се користе у различитим областима, а њихов ,,802" огранак задужен за LAN/MAN комуникације је познат чак и лаицима у компјутерском свету. Стандард 802.14 је требало да регулише збрку у производњи и продаји кабловских модема крајем прошлог века, прописујући стандарде за физички и MAC слој у HFC мрежама. Међутим, иако хаоса данас нема, IEEE нема директних заслуга у томе. 802.14 је обустављен око 1999. године, пошто је DOCSIS стандард завршен и ушао у употребу. IEEE је концепт свог стандарда веома квалитетно замислио, међутим тржишту је било хитно потребно решење које ради, без превише компликовања, што је искористила група MCNS када је објавила прву верзију DOCSIS-а, који је био пре свега релативно једноставна спецификација, лака за имплементацију. DOCSIS је и базиран на идејама које је поставио IEEE 802.14, с тим да су све ставке поједноставили и тиме први почели да освајају тржиште, остављајући IEEE да се бави сервисима као што су QoS, и оптимизације алгоритама за решавање колизије иза себе. По изласку DOCSIS 1.0 спецификације, СableLabs нијее седео скрштених руку, већ је радио на верзији 1.1, која је попуњавала недостатке које је 1.0 верзија имала. Хардвер компатибилан са IEEE 802.14 спецификацијом не постоји, али цео пројекат није остао неупотребљен. Неки концепти који су добро постављени у 802.14 се искоришћују у актуелним DOCSIS верзијама. На пример, побољшане спецификације за физички слој у употреби у DOCSIS 2.0 спецификацији су настале у сарадњи CableLabs-a и IEEE 802.14 групе.

С обзиром да је IEEE објавиљивао само скице спецификације 802.14, а сама спецификација никада није завршена, незахвално је говорити прецизно о детаљима исте, поготово узимајући у обзир да се често подаци узети из различитих извора не слажу међусобно.

IEEE 802.14 је покривао слој физичке везе и MAC слој и у основи је врло сличан DOCSIS-у. За пренос података кроз мрежу користе се ATM ћелије фиксне дужине. Физичка топологија мреже се наравно, не разликује у односу на DOCSIS и DAVIC.

7.1. Физички слој

На физичком слоју IEEE је дефинисао стандардна два смера комуникације, долазни и повратни, са класичном асиметријом у брзини, у корист долазног саобраћаја, као и код свих осталих стандарда за пренос података преко КДС. Максимална предвиђена дужина КДС од станице до модема не сме прећи 40 Км, а кашњење сигнала 40 ms.

За повратни смер су у употреби фреквенције од 5 до 42 MHz, а требало је да се имплементира проширени опсег фреквенција у повратном смеру, од 5 до 120 MHz. Модулације су QPSK и 16QAM. У табели 7.1.1. су дате подржане брзине у повратном смеру зависно од употребљене модулације.

Модулација брзина

QPSK 320Kbps, 640Kbps, 1280 Kbps, 2560 Kbps, 5120 Kbps 16QAM 640Kbps, 1280 Kbps, 2560 Kbps, 5120 Kbps, 10240 Kbps

Табела 7.1.1. подржане брзине у повратном смеру за IEEE 802.14


34

Приступ физичком медију је у принципу исти као и код DOCSIS-а, дакле временски исечци унутар једног повратног канала (TDMA) и више повратних канала унутар прописаног опсега (FDM).

У долазном смеру, прописан је фреквенцијски опсег од 88 до 860 MHz, користи се FDM, модулације су стандардне 64QAM и 256QAM, а канали могу бити ширине 6 или 8 MHz. IEEE је, дакле желео да покрије и Европско тржиште када је креирао спецификацију. Максималне брзине преноса износе 30.34 Mbps односно 40.44 Mbps за канале ширине 6 и 8 MHz, респективно, у оба случаја коришћењем 64QAM модулације. У случају да се користи 256QAM, брзине су 42.88 Mbps на 6 MHz каналу односно 57.2 Mbps на 8 MHz каналу. Више модема дели исти долазни канал. Сав саобраћај се у долазном смеру енкапсулира у MPEG-2 оквире, а MPEG PID за IEEE је 802.14 0x1FFD.

7.2. MAC слој

У долазном смеру се подаци енкапсулирају у ATM ћелије, или у пакете промењиве величине, при чему је подршка за ATM обавезна код свих модема (јер се у њима поред података шаљу и MAC поруке) а подршка за пакете промењиве величине је опциона. Једна ћелија у долазном смеру садржи податке о адреси модема коме је ћелија упућена (не користи се MAC адреса модема, већ јединствена адреса коју станица додељује модему при прикључењу на мрежу), намену поруке (да ли садржи корисничке или MAC податке), тип поруке (да ли је у питању ATM ћелија или пакет промењиве величине), податке о парности заглавља ћелије, као и саме податке, који су у случају да се ради о ATM ћелији заузимају 48 бајта. Уколико се користе пакети промењиве величине, могуће је уместо 48 бајта послати 4096 бајта у једној ћелији, и тиме однос корисног саобраћаја и саобраћаја заглавља вишеструко поправити, што повећава искоришћеност везе. У DAVIC стандарду не постоје овакве ћелије промењиве дужине, и то се сматра знатном маном тог стандарда.

За повратни смер се такође користе ATM ћелије, а подаци се шаљу у временским исечцима, при чему један временски исечак траје онолико колико је потребно за слање осам бајта података са неопходним заглављима. Као и у DOCSIS-у, слање података се одвија тако што модем у временским исечцима предвиђеним за захтеве пошаље захтев да му се доделе временски исечци за слање података. Временски исечци предвиђени за захтеве су јавно доступни свим модемима на каналу, па може доћи до колизије при слању захтева. Да би се избегле колизије током захтева за додатним временским исечцима, у заглављу ћелије постоји поље у коме је могуће изнети захтев за доделу још временских исечака, и искористити већ додељен исечак да би се послао такав захтев. И ова техника је ископирана у DOCSIS-у.

7.2.1. РЕШАВАЊЕ КОЛИЗИЈА

Док у долазном смеру нема опасности од колизија (само једна станица емитује податке, док модеми слушају), у повратном смеру је обрнуто: сви модеми шаљу, а само станица слуша. TDMA приступ је редуковао број колизија делећи слободно време на каналу на мале исечке. Постоји два типа исечака: исечци за податке, и исечци за захтеве. У време трајања временских исечака за податке, само један модем сме да шаље, и то онај коме су ти исечци додељени. Исечци за захтев служе модемима да изнесу своје захтеве за исечцима за податке. Исечак који станица додели модему садржи свој идентификатор, такозвани ,,RQ" број, који одговара RQ идентификатору модема. RQ идентификатори морају да се поклапају да би модем смео да шаље у


35

одговарајућем исечку. Изузетак су исечци који имају RQ=0, а то су универзални исечци за захтев, намењени модемима који до сада нису слали податке, или су успешно послали стари блок података и сада треба да шаљу нови. И овај принцип је подложан колиизијама, јер модеми морају да захтевају временске исечке за себе, а периоди у којима модем сме да шаље захтев је критична тачка, јер у том периоду сви модеми имају право да пошаљу своје захтеве. У случају да више од једног модема у једном исечку времена пошаље захтев за новим исечцима, доћи ће до колизије.

Слика 7.1.1. Схема MAC приступа у IEEE 802.14

Решавање колизије је подељено на два дела: регулисање слања захтева први пут и

регулисање захтева који су већ доживели колизију.

Ако модем први пут шаље захтев, чекаће да главна станица пошаље мапу распореда временских исечака (која се шаље периодично, као у DOCSIS-у) и у њој лоцирати исечке обележене као слободне за изношење захтева за резервацију исечака ради слања података. Елемент који описује ове исечке садржаће RQ вредност. За модеме који први пут врше трансмисију резервисан је RQ параметар са вредношћу 0. Број ових исечака ћемо обележити са ,,N". У мапи временских исечака станица je послала и параметар ,,R". Затим модем бира један случајни број који ћемо назвати ,,p", а који је у опсегу од нула до R. Уколико је изабрани случајни број (p) мањи или једнак броју слободних исечака (N) које елемент мапе описује, модем ће извршити слање захтева када наступи слободан исечак са редним бројем p. Уколико је пак, p већи од броја слободних исечака, модем мора сачекати следећу мапу исечака и поновити поступак. Главна станица тако може динамички да мења параметар R у зависности од оптерећења канала – да га смањи уколико је мало оптерећење, или да га повећа уколико је велика ,,гужва" на каналу.

Када оквир стигне у станицу, анализира се и утврђује да ли је дошло до колизије. Уколико није, утврђује се да ли је оквир празан, и уколико јесте, у долазни канал се пушта информација даје оквир стигао празан. Уколико оквир није празан, из њега се чита захтев за доделу исечака за слање података, и пошто се захтев реши, у мапу


36

алокације ће се уписати RQ модема који је поднео захтев, заједно са исечцима који су му додељени.

Уколико ипак дође до колизије (ако су два модема изабрала исти број p), главна станица детектује колизију, а решава је blocking ternary-tree algorithm (Енг. блокирајући алгоритам троструког стабла). Реч блокирајући означава да модеми који први пут шаљу захтев за слање не смеју користити исечке обележене за решавање колизије. Главна станица држи структуру стабла коју називамо стабло колизије, у којој бележи информације о колизијама које су настале. Када стигне низ исечака за захтев, уколико је било колизије, свакој колизији се даје јединствен RQ број, и то на следећи начин: почев од последње колизије, свакој се колизији додељује RQ за један увећан у односу на тренутно највећи RQ. Сваком модему који је учесвовао у колизији се додељује RQ једнак RQ броју колизије. У стабло колизије се за сваку колизију додају по три чвора, којима се додељује RQ број колизије. На крају, станица шаље мапу алокације у коју уписује RQ вредности за следеће исечке, RQ вредности за модеме који су учествовали у колизији, и статус претходно изнетих захтева. На овај начин станица има контролу над тиме који ће модем у ком тренутку слати поновљен захтев, у случају да је дошло до колизије.

Слика 7.1.2. Алгоритам за решавање колизија

На слици 7.1.2. је дат пример процеса решавања колизије у мрежи са девет

модема, означеним латиничним словима од А до I. На левој страни слике 7.1.2. (а) је дат


37

један оквир који стиже у главну станицу. Оквир садржи 7 исечака за захтеве и недефинисан број исечака са корисничким подацима (небитан за приказ рада алгоритма). Сваки исечак за захтеве је обележен RQ бројем и именима модема који покушавају да шаљу у том исечку. У почетку, сви исечци имају RQ=0, што значи да су сви слободни за модеме који желе да пошаљу први захтев за исечцима за податке. Уколико ниједан модем није слао у неком исечку, исечак је означен са знаком ,,-". Уколико је означен са више од једног слова, у исечку је дошло до колизије. У исечку број 1, на слици 7.1.2.(а), модеми А и B су оба послала захтев, што је проузроковало колизију. Модем C је успешно послао захтев у исечку број 3, а модеми D,E,F,G су изазвали колизију у исечку број 6. Почев од последње колизије, свакој се додељује RQ број. RQ број који додељујемо је за један већи у односу на тренутно највећи RQ. Према томе, другој колизији се додељује RQ=1, а првој колизији RQ=2. Десна страна слике 7.1.2.(а) приказује стабло колизија пошто је оквир стигао у станицу. За сваку колизију је додата група од три чвора на стабло, и чворови су именовани RQ вредностима које одговарају колизијама. У повратној информацији станица модемима A и B додељује RQ=2, а модеми D,E,F добијају RQ=1. На основу стабла колизија, станица затим обележава исечке следећег оквира, оквира број 2. У њему први исечак добија RQ вредност првог чвора са леве стране слике са стаблом, следећи исечак добија RQ број следећег чвора и тако редом. Слика 7.1.2.(б) приказује резултат доделе RQ вредности исечцима у оквиру број 2. Прва 3 исечка имају RQ вредност 2, исечци од 4 до 6 имају RQ вредност 1. Један преостали исечак на слици 7.1.2.(б) добија RQ вредност 0. У IEEE 802.14 је прописано да модем сме да шаље захтеве само у исечцима који имају исти RQ као и модем. У случају да се ради о решавању колизије, додатно се може омогућити да модем шаље захтев у исечцима чији је RQ мањи или једнак RQ модема. Уколико више исечака има исти RQ, модем случајно бира у ком ће слати. На слици 7.1.2.(б) се види да су модеми А и B успешно изнеле свој захтев у исечцима број 1 и 3, док се D и E сукобљавају у петом, а F и G у шестом исечку. Седми исечак је отворен за модеме који нису слали, и у њему долази до колизије између модема H и I. За прву колизију се поставља RQ=3, за другу RQ=2, а за трећу RQ=1. Када сстаница пошаље одговор на оквир број 2, модеми D и E ће имати RQ=3, модеми F и G ће имати RQ=2, а модеми H и I ће имати RQ=1. На десној страни слике 7.1.2.(б) се види стабло колизија после обрађеног другог оквира. Сваки чвор који не садржи колизију је означен са ,,Т" , и сматра се завршеним (енг. terminated). Чворови који садрже колизију се обележавају са ,,NT", и смарају се незавршеним, и добијају три подчвора. Уколико се колизија догодила у исечку који носи RQ=0, три чвора се додају одмах испод корена стабла. У трећем оквиру, исечци од 1 до 3 носе RQ=3, исечци од 4 до 6 носе RQ=2, а преостали исечак добија RQ=1, као што је приказано на слици 7.1.2.(ц). Број незавршених чворова (9) је већи од броја исечака (7), тако да се два исечка који не стају у оквир одлажу за следећи , четврти оквир. На левој страни слике 7.1.2.(ц) се види да оквир садржи исечке међу којима не постоји ни један у коме се јавила колизија, те се сви чворови завршавају, сем два од раније одложена чвора који имају RQ=1. Да би се и они процесирали, у оквир број 4 се додају два исечка са RQ=1, као што приказује слика 7.1.2.(д). Остали исечци у оквиру број 4 су постављени на RQ=0, што значи да су слободни за модеме који тек улазе у процес такмичења за медиј. После обраде четвртог оквира, сви чворови ће бити завршени, и колизије разрешене. Следећи оквир садржаће исечке који сви имају RQ=0.


38

7.2.2. ПРОЦЕС ИНИЦИЈАЛИЗАЦИЈЕ

Овај процес се не разликује принципијелно од онога који важи у DOCSIS стандардима. Иницијализација је подељена у неколико фаза:

Подешавање канала: При укључењу у мрежу, модем скенира фреквентни опсег у потрази за валидним долазним каналом. Пошто се синхронизује на физичком нивоу, модем анализира информације о повратном каналу које главна станица периодично шаље. Потом модем подешава своје трансмисионе параметре у складу са повратним каналом.

Умеравање: Последица великих раздаљина у HFC мрежама је појава великих времена пропагације сигнала кроз мреже. Како би се синхронизовале MAC операције, сваки модем мора да прође кроз процес умеравања како би се утврдило временско кашњење између модема и станице, које је различито за скоро сваки модем у мрежи. Када се зна тачно колико је кашњење, могуће је компензовати га.

Периодично главна станица шаље sync поруке, у којој је уписано време у које је станица послала поруку. По пријему ове поруке, модем може подесити своје време у складу са временом на главној станици. Такође, главна станица периодично шаље и позивницу за умеравање, како би се сви модеми који нису прошли кроз овај процес прецизно синхронизовали са главном станицом. У позивници стоји назначен временски исечак повратног канала на коме почиње област за умеравање. Поред назначеног почетка, у позивници је наведена и дужина области за умеравање, наравно, довољно велика да компензује сва кашњења услед пропагације сигнала у мрежи.

Пошто је сазнао за област за умеравање, модем може послати одговор на позивницу током трајања области за умеравање. Ова област је подложна колизијама, јер се односи на све модеме који се укључују у мрежу. У одговору је модем специфирао снагу сигнала који емитује и време у којем шаље одговор. Када главна станица прими одговор модема, израчунава се разлика у времену на станици и времену у модему, као и разлика у снази емитованог и примљеног сигнала. Резултат се шаље назад, у повратној поруци модему, са свим потребним корекционим параметрима.

Када прими прву повратну поруку од главне станице, модем коригује своје параметре у складу са вредностима из поруке. Од тог тренутка он је грубо синхронизован са мрежом, и процес умеравања се од ове тачке понавља док год главна станица не постане задовољна параметрима модема.

Преузимање оперативних параметара: Пошто је умеравање успешно окончано, главна станица шаље модему поруку са параметрима које садрже ID модема, као и информације за безбедност везе. Модем на ову поруку одговара потврдом да је примио поруку. Овим процесом је завршен процес иницијализације новог модема.

8. ПРАКТИЧНЕ ПРИМЕНЕ

Корисници после свих ових процеса стандардизације имају на располагању прилично поуздан сервис који задовољава већину резиденцијалних и комерцијалних примена. У односу на конкурентске технологије (пре свега ADSL) услуга је квалитетнија, зависно од случаја и једноставнија за инсталацију.

Када се упоређује кабловски интернет са ADSL-ом, у корист ADSL-а се наводи чињеница да је коаксијални кабл дељени медиј, те да се са повећањем броја корисника


39

осећа и пад перформанси. Решење за овај проблем је подржано од самог стандарда, јер је могуће на оптерећеним огранцима мреже доделити још по један или више канала и тиме повећати проток података, и елиминисати проблем преоптерећења. Са друге стране, ADSL захтева PPP конекцију која подразумева да се при подизању система рачунара мора ручно покренути процес повезивања на Интернет (осим евентуално ако се користе скупљи уређаји који ту функцију могу преузети на себе). Такође, постоји могућност евентуалне крађе услуге, јер се при креирању PPP конекције морају унети корисничко име и шифра. У DOCSIS стандарду је овако нешто врло тешко извести, чак и ако се искључе BPI+ безбедносне функције, јер се услуга везује за саму MAC адресу модема. Ефикасност мреже је такође већа јер нема никакве енкапсулације пакета, већ се сав саобраћај базира на IP протоколу.

У свету се Интернет сервиси корисницима достављају на два начина. По првом принципу, кабловска компанија обезбеђује само инфраструктуру за пренос података преко КДС, а интернет услуге се корисницима достављају у уговору са неком компанијом која је велики добављач интернет услуга, где се кабловски оператер обавезује једино да одржава транспортну мрежу (КДС) од корисника до великог добавављача Интернет услуга. Начини плаћања се разликују, од варијанте да се Интернет плаћа Интернет компанији, а одржавање КДС кабловској компанији до комплетног плаћања кабловској компанији која има неки финансијски уговор са Интернет компанијом.

Други принцип дистрибуције Интернет сервиса подразумева да је сам кабловски оператер способан да корисницима обезбеђује комплетну услугу. Оператер дакле мора поседовати комплетну инфраструктуру потребну за овај посао и на себе преузима све гаранције квалитета услуге, решавање корисничких проблема, проширење Интернет капацитета по потреби, а за узврат добија бољу зараду, јер продаје комплетнији производ. Такође, по овом моделу су улагања у људство и опрему у старту већа, јер је обим посла далеко обимнији у односу на опцију где кабловски оператер само служи као транспортна мрежа.

8.1. Инсталација

Први услов за увођење услуге кабловског Интернета је да већ постоји уведена кабловска телевизија у дому корисника. То подразумева да је коаксијални кабл ушао у стан, одакле може бити прикључен на један или више телевизора. Када се корисник одлучи за Интернет, позваће кабловску компанију, а они ће послати техничара који ће разделити коаксијални кабл и једну грану спровести до просторије где се налази модем. Коаксијални кабл се спаја на модем, а модем преко USB или Етернет кабла повезује на рачунар. Цео процес обично не траје више од двадесетак минута, и после тога је кориснику омогућено да користи све Интернет сервисе. Неписано је правило да се на коаксијалној грани која је прикључена на модем не треба прикључивати ниједан телевизор, међутим у пракси, аутор овог текста за преко 18 месеци није имао било каквих проблема иако ово није испоштовано. Уколико корисник нема ни ТВ претплату код кабловске компаније, а жели да се прикључи на мрежу, у зависности од тога да ли мрежа постоји у комшилуку прикључење је могуће, а у зависности од количине радова које је потребно извршити, расте и цена прикључења, па је могуће у неким случајевима да кабловска компанија пропише услов да буде више заинтересованих корисника пре него што се одлучи да прошири мрежу у њиховом правцу.


40

8.2. Резиденцијални корисници

Резиденцијални корисници најчешће имају један, евентуално два рачунара у кући, и представљају већину корисника кабловског Интернета. Најкоришћенији сервиси су Web, Chat-ови у разним облицима, Mail, све популарнији Peer to Peer сервиси, Streaming мултимедијалног материјала (на пример интернет радио, интернет телевизија, итд), VoIP услуге, итд.

Што се Web-а тиче, он спада у најпопуларнији сервис данашњице, мада не и најзахтевнији што се брзине везе тиче. Како мултимедијални садржаји продиру све брже у Web, странице су почеле да се отварају све спорије и спорије, те коришћење КДС за приступ Web сервисима представља право освежење у односу на старе телефонске приступе.

Chat је једна од области који кабловски Интернет не мења превише. Прва и очигледна предност је што је корисник увек прикључен на Интернет, тако да може комуницирати преко Chat-а током целог дана, кад год има времена. Потребе за брзином су на овом сервису врло мале, а цени се пре свега поменута могућност да је корисник увек доступан.

Mail сервис је због кабловског Интернета добио повећање брзине, те се сада електронска пошта брже размењује, наравно, уз могућност да се шаљу и примају веће поруке него некада, док се користио телефонски приступ Интернету.

Peer to Peer представља област која незадрживо повећава своју популарност, нудећи корисницима да међусобно размењују фајлове свих врста, а пре свега музику, неретко филмове, итд. Peer to Peer саобраћај представља праву ,,ноћну мору" добављачима Интернет услуга, јер је ово несумњиво ,,најгладнији" сервис што се количине пренетих података тиче. Коју год брзину понудили корисницима, када је о Peer to Peer сервисима реч, они ће је користити до последњег килобита, и то неретко без престанка у дугим временским интервалима. Неким корисницима рачунари раде по цео дан и ноћ, непрестано се преузимају материјали од других корисника, а добављачи Интернет услуга продајући оваквим корисницима сервис, послују са директним губицима. Најчешће се мреже пројектују тако да добављач ка свету има далеко слабију везу него збир продатих брзина корисницима, а иде се на претпоставку да већина корисника неће перманентно користити максималне могућности купљене везе. Свака оваква употреба представља мали удар на инфраструктуру добављача услуга. Овакви корисници се све чешће сматрају непожељним у мрежама добављача, а у неким случајевима им се отказују услуге и прекидају уговори. Анализа зараде добављача и одговор на питање да ли су корисници у праву када користе максимално оно што су платили је тема која је превише опширна за оквире овог рада.

Streaming сервиси подразумевају Интернет радио, Интернет телевизију и сличне сервисе који се базирају па преносу података ка кориснику у реалном времену. Радио сервиси користе од 32Кbps па све до 128Kbps пропусног опсега, те су углавном доступни свим корисницима кабловског Интернета, а у понеким случајевима и корисницима који интеренту приступају преко старих телефонских прикључака. Што се тиче приказа видео материјала, он још увек представља релативно велики залогај већини корисника кабловског Интернета, поготово узимајући у обзир да је за квалитетан видео програм потребан проток од око 2 Mbps за MPEG-4 пакован садржај, односно око 6 Mbps за MPEG-2 видео. Ипак, технологија омогућава овакве сервисе, и има корисника који ово могу да испробају у својим домовима. За мање срећне


41

кориснике нуде се компромиси пре свега смањењем квалитета слике услед већих степена компресије и смањења резолуције видео материјала, те се већ са везом од 512 Kbps може ући у свет видеа преко Интернета.

VoIP је услуга која такође веома расте по популарности, захваљујући чињеници да се корисницима омогућава да комуницирају са веома удаљеним тачкама у свету по врло пристојним ценама, зависно од случаја, понекад готово бесплатно. VoIP сервис теоретски може да ради и на обичној аналогној телефонској вези са Интернетом, међутим за релативно удобан рад је потреба веза од стабилних 128 Kbps, где је акценат управо на речи ,,стабилних", јер је за овај сервис карактеристично да се кашњења врло мало толеришу и да је неопходан константан проток података како би веза била успешна. У групу са VoIP сервисима треба додати и видео телефонирање, које постаје све популарније, али захтева још брже и стабилније везе, а квалитет сервиса је и даље дискутабилан код већине просечних корисника, пре свега због ниског квалитета слике, и у случају лоше везе, пренос слике може да угрози континуалан пренос гласа.

Корисницима су генерално на услузи сервиси који почињу на брзинама од 128 Kbps, а завршавају се близу теоретских максимума по једном каналу, зависно од модела за који се кабловска компанија одлучи. Могуће је продавати појединачне пакете услуга ограничене брзине, или пакете са неограниченом брзином (лимит је теоријски максимум технологије на једном каналу), која је дељена међу већим бројем корисника, када је могуће на моменте остварити веома велике брзине, али их је тешко одржати дуже времена, јер се са повећањем активних корисника смањује појединачна брзина. Из маркетиншких разлога се у свету полако повећава примена овог другог начина понуде сервиса. Обе варијанте имају наравно, својих предности и мана. Типична понуда рецимо у Канади изгледа овако: неограничен месечни приступ свих 31 дана у месецу, брзина у долазном смеру од 3 до 5 Mbps, а брзина у повратном смеру од 800 Kbps. У Србији је популарна варијанта неограниченог месечног приступа 31 дан у месецу са брзином у долазном смеру од 256 Kbps и 128 Kbps у повратном смеру.

Један пакет услуга може опслуживати неколико кућних рачунара, зависно од пакета и потреба корисника. Како је модем могуће повезати преко етернет прикључка, за мању кућну мрежу је довољно набавити по једну мрежну картицу за сваки рачунар, један komuator (switch) и преко њега повезати све рачунаре и модем. Модем ће узети потребан број IP адреса и доделити их рачунарима, и сви рачунари ће равноправно делити купљени Интернет пакет. Ово решење се компликује уколико су у питању напреднији кућни корисници којима је неопходно на пример ограничавање брзине појединим рачунарима, или уколико добављач Интернет услуга дозвољава само једну IP адресу по модему. У том случају се мора купити одговарајући мини рутер који ће повезивати кућну мрежу са модемом, тако да једна IP адреса представља целу кућну мрежу, а рутер се подешава који портови се прослеђују ка којем рачунару у мрежи.

Да би што више смањили удар на капацитете везе у повратном смеру, кабловски оператери могу прибегавати и неким непопуларним методама као што је додела IP адреса из приватног опсега чиме се онемогућује држање било каквих сервера, или забраном Peer to Peer саобраћаја који је подједнако ,,гладан" за повратним и долазним протоком и слично.

8.3. Пословни корисници

Пословни корисници имају релативно другачије потребе за Интернет сервисима у односу на резиденцијалне кориснике. Ретко се ради о само једном рачунару који је


42

повезан на Интернет, а акценти су на бржим и скупљим пакетима услуга, и мрежама више рачунара који деле тај пакет. Типични сервиси који се користе су Web, Mail и VoIP, уз евентуалну потребу за неким Web сервером. Карактеристично је да, иако се не користе сервиси који су енормно гладни за пропусним опсегом везе као што је то случај са Peer to Peer сервисом код кућних коринсика, сервиси који се користе се користе доста интензивно у оквиру пословног објекта покривеног кабловским Интернетом, па је потребно обезбедити довољно капацитетну везу. На пример за потребе десетак или чак и више рачунара на којима запослени користе Web сервисе није довољно обезбедити једну 128 или 256 Kbps везу. Овакве опције јесу изводљиве, узимајући у обзир да ниједан запослени неће непрекидно користити инернет сервисе, али се у озбиљним фирмама калкулације и штедња на Интернет ресурсима избегавају јер у односу на друге трошкове не представљају превелик издатак, а недостатак комуникације са светом или лоша комуникација у пословном свету могу проузроковати одређене губитке у заради.

Битно је запосленима обезбедити релативно комфорно слање електронске поште са прилозима, нормалне брзине отварања Web сајтова без сувишних застајкивања, и уопште, обезбедити да запослени међусобно не дођу у ситуацију да једни другима угрожавају квалитет Интернет услуге. Што се VoIP-а тиче, овај сервис је изводљив у неким нормалним обимима, али је прилично осетљив на квалитет везе те треба изузетно водити рачуна о пројектовању капацитета везе са Интернетом.

Кабловске компаније обично имају у понуди посебне пакете услуга намењене пословним корисницима, где се нуде обично веће почетне брзине пакета, загарантоване брзине које су оствариве на пакетима, различити видови плаћања и тарифирања, итд. Наравно, цене су веће у односу на кућне кориснике. Изнајмљивање једне примарне ISDN везе (1.54 Mbps) кошта доста више од сличног пословног пакета кабловског Интернета, са опцијом коришћења и већих брзина, увођења оптичких каблова до просторија фирме итд. Кабловски Интернет ипак највећу предност код пословних корисника има у малим и средњим фирмама којима је скупо да плаћају конвенционални приступ Интернету довољне брзине, а ипак имају потребу за Интернет сервисима солидног квалитета и капацитета.

Типична конфигурација мреже једне фирме која користи Интернет преко КДС обично подразумева кабловски модем, који са мреже добија једну IP адресу, најчешће фиксну, јавну, и који је даље повезан на рутер. Рутер је правилно исконфигурисан да саобраћај распоређује по локалној мрежи. Ово решење је озбиљна варијанта која у зависности од величине фирме може коштати више или мање новца. За рутер се може одабрати неки мањи или већи хардверски уређај (зависно од величине локалне мреже), или се може искористити неки РС рачунар са одговарајућим оперативним системом.

Пословни корисници често могу имати потребу за дизањем Web, FTP или неког другог сервера, што би представљало удар на капацитет повратне везе, која је иначе ограничена стандардом на којем кабловски Интернет почива. Кабловски оператери овом проблему приступају нудећи фирмама да своје Web сајтове држе на серверима смештеним у згради оператера, чиме се избегава велика количина повратног саобраћаја кроз КДС, чиме сви добијају: оператер има растерећену везу, а клијент има бржи сервер који може да опслужи више корисника. Једина мана је што трансфер података од фирме на сервер може трајати дуже уколико сервер није у локалној мрежи фирме него у просторијама оператера, али то је свакако мањи обим саобраћаја него да се комплетан сервер држи у просторијама фирме. Поред сервера за Web могуће је по договору са оператером наћи решење и за неке друге, нестандардне сервисе. Ово важи и за кућне


43

кориснике, који могу имати сличних прохтева, мада релативно ретко. FTP сервис се углавном не имплементира на овај начин, јер му је задатак да омогући запосленима да дођу до неких датотека које се налазе на рачунарима у фирми, па је ради ажурности лакше држати их на локалном FTP серверу него стално нове верзије пребацивати на сервер који би се налазио у просторијама кабловског оператера.

Јавља се потреба да поједина запослена лица имају потребу да се повежу од куће на своје рачунаре на радном месту и одраде неки посао, што је могуће имплементирати без великих потешкоћа.

8.4. Крађа услуга и приватност

Откад постоји плаћање, постоји и крађа. Сервиси базирани на високој технологији су одувек били скупи у тренуцима када су почињали да се користе. Кабловски Интернет није изузетак, те су се са појавом првих система за пренос података преко КДС, још у време пре званичних стандарда појавиле и идеје о крађама сервиса. У то време релативно скупа услуга је изазивала кориснике сумњивог морала да пробају да искористе нешто што нису платили. Као и све нове технологије, и ова је имала недостатака, које су овакви корисници искоришћавали у своју корист.

8.4.1. КРАЂА УСЛУГА

Појавила се идеја да се модем натера да ради са већим брзинама од оних које су плаћене. Како модем преузима конфигурацију са сервера, а у конфигурационом фајлу пише који су лимити за брзине преноса за тај модем, јавила се идеја да корисници некако у модем убаце другачији конфигурациони фајл, који би омогућио веће брзине приступа. У време кабловских система затвореног стандарда, ово је и било могуће урадити. Модем је подешен да преко TFTP протокола преузима конфигурациони фајл са сервера, али користећи коаксијални интерфејс.

У току производње и тестирања софтвера модема, произвођач често има потребу да доводи модем у радно стање, без да је повезан са кабловском мрежом. То омогућава отклањање грешака које би иначе било тешко извести у лабораторији за тестирање. Произвођач у току рада обично користи две верзије софтвера модема. Једна је са опцијама за тестирање и уклањање грешака, а друга је крајња верзија која се испоручује корисницима. Прва верзија обично нема никаквих безбедносних механизама како би се олакшало тестирање у лабораторијским условима. Проблем је са другом верзијом, која се обично добија тако што се у тест верзији закључају одређене функције које обичним корисницима нису потребне а уз то представљају потенцијалну опасност по безбедност. Начина на које се ове функције могу закључати има неколико, нпр хардверски додавањем неког отпорника на штампану плочу, или уписивањем неког бита у меморију модема. Уколико корисник успе да свој кућни модем натера да ради са тест верзијом софтвера, пола посла је завршено. Остаје потребно само емулирати TFTP и DHCP сервер на рачунару који је преко етернет интерфејса спојен са модемом, и натерати модем да преузме конфигурациони фајл са локалног рачунара а не са кабловског интерфејса. По преузимању конфигурацоиноог фајла, добија се откључан модем Уколико је софтвер који се налази на модему без скривене верзије за тестирање и отклањање грешака, није могуће извести овакве преваре. Такође, у DOCSIS мрежама модем мора CMTS-у да јави, пошто је преузео конфигурациони фајл, са којим параметрима ради, а CMTS ће то да анализира и одлучи да ли модему треба дозволити


44

приступ мрежи или је у питању покушај преваре. Поменут начин крађе, дакле, није могуће применити на DOCSIS мрежи.

Други начин је нешто другачији – током производње постоји потреба да се на модему отвори приступ преко telnet или неког другог сервиса како би инжењери који раде на изради и тестирању могли динамички да мењају неке од параметара модема. Уколико се злоупотреби, ова метода омогућава да се измене операциони параметри модема. Начини за откључавање приступа модему су слични као код откључавања тест верзије софтвера. Додатно се ово може извести уколико се са штампане плоче скине чип у који је снимљен софтвер модема и екстерним уређајем се препрограмира са новом верзијом софтвера. За ово је потребна нова верзија, која може да процури од стране неког запосленог или бившег запосленог радника фабрике.

Постоји опција да се замени MAC адреса модема адресом неког другог модема који има плаћену квалитетнију услугу. (неопходно је клонирати цео модем, због приватних кључева за некрипцију). Услов за ово је да се та два или више модема морају синхронизовати да раде истовремено на мрежи, што је изузетно тешко за постићи. Такође, због умеравања које се обавља периодично, неопходно је да сви клонови буду на мрежи распоређени међусобно близу, како CMTS не би могао да види разлику у локацијама клонова и утврди да се један модем налази на више локација. Раздаљину између модема је могуће умерити са прецизношћу од око 30 метара, тако да би сви клонови морали да се нађу у кругу тог пречника. BPI+ у DOCSIS-у обезбеђује механизме за онемогућавање крађе услуга клонирањем.

8.4.2. ПРИВАТНОСТ

Корисници који имају прилике да користе приступ Интернету користећи сателитску технологију имају могућност да иако не плаћају претплату, преузимају фајлове који се шаљу другим, регуларним корисницима. На овај начин је могуће током ноћи оставити рачунар упаљен и накупити десетине гигабајта података. Касније се прикупшљени фајлови прегледају, 90 процената ствари се обрише, али се увек пронађе по нешто корисно. Ово је могуће јер је сателитска веза дељени медиј. Оно што сателит шаље може да прими било која особа, са одговарајућом антеном усмереном како треба.

Интернет преко КДС представља сличну концепцију: дељен је долазни канал, капацитета од 30 до 50 Mbps, па се намеће питање да ли је овако нешто могуће и у свету каблова. Одговор је наравно, не, јер је саобраћај у DOCSIS мрежама енкриптован DES алгоритмима, а одговарајући кључ поседују само CMTS и модем коме је саобраћај намењен. Ово уједно представља и одговор на питање да ли је могуће прислушкивати туђе комуникације. У долазном смеру се врши шифрирање, а у повратном сам концепт рада DOCSIS мреже ограничава модеме да не могу да слушају повратни канал, а поврх тога, и у њему се подаци енкриптују, тако да су корисници кабловског Интернета прилично безбедни. Може се рећи да је већа шанса да се приватност корисника наруши прислушкујући саобраћај на нивоу IP протокола него нападајући DOCSIS стандард. Крађа података са раунара који је преко КДС повезан на Интернет је такође могућа уколико је рачунар лоше заштићен, дакле вероватноћа да се овако нешто деси је промењива, али DOCSIS стандард није фактор који утиче на ниво безбедности, наравно, уколико су искоришћене све BPI+ могућности које он поседује.


45

8.5. Пример из праксе

Брзи Интернет је постао свакодневница великог броја људи у свету. Интернет преко КДС је један од чешћих видова брзог приступа Интернету, а међу стандардима покривених овим радом у употрби је практично само један, DOCSIS, у својим Америчким односно Европским варијантама.

Код нас се ситуација коначно померила са мртве тачке, отприлике 2003. године, када је пар кабловских оператера понудило услугу Интернета преко њихових КДС. Као одговор на већ пристојно ојачане мреже, Телеком Србија је најзад почетком прошле године увео ADSL на списак својих услуга. Јп. ПТТ Србија, и SBB (Serbia Broadband) су компаније које су тада почињале са кабловским Интернетом, а данас воде у овој области. Аутор овог рада је и сам прикључен на SBB мрежу, па ће управо њихов модел бити описан кроз пример из праксе.

8.5.1. ТАРИФИРАЊЕ

SBB услуга је прво заживела на територији Београда, а данас покрива веће градове у Србији, с тим да се нове услуге које се уводе и даље прво испробавају на Београдском тржишту. Компанија нуди неколико начина тарифирања услуга. Пре свега ту су тзв. Prepaid пакети који за унапред плаћену суму новца нуде одговарајући број мегабајта које корисник има право да пренесе кроз мрежу. Ови пакети су намењени лаким корисницима који прелазе са аналогних модема и телефонских централа у свет брзог Интернета, и корисницима који немају великих потреба на Интернету, већ га користе као повремену комуникацију, али желе удобност коју нуди Интернет преко КДС. Следи postpaid тарифирање, где се плаћање врши на крају сваког месеца, у зависности од количине пренетих података. Услуга је намењена пословним корисницима. Најпопуларније, тарифирање са најбољим односом цене и нивоа услуге, представља flat rate тарифирање, где се плаћа фиксна месечна сума за неограничену количину протока који корисник сме да направи у том периоду. Понуђене брзине су 128/64, 256/128, 512/256, 768/384 и 1024/512 Kbps (долазна/повратна брзина), а пакети трају месец дана. Постоји неколико подваријанти flat пакета, а овде ће бити описана корисницима најзанимљивија flat home опција.

8.5.2. БРЗИНЕ КОМУНИКАЦИЈЕ

Брзине код flat home пакета су већ поменуте, на располагању су сви Интернет сервиси, а услуга се може користити непрекидно поменутих месец дана. Додатно, корисницима SBB-а је омогућено међусобно комуницирање на брзинама већим од оних које су прописане купљеним пакетима. Невезано од купљеног пакета, сваки корисник са осталим корисницима из SBB мреже комуницира са 380 Kbps у повратном и 498 Kbps у долазном смеру. Брзина се лимитира на два нивоа: прво у конфигурационим фајловима модема појединачних корисника, тако што се максималне брзине поставе на горе поменутих 380 Kbps у повратном и 498 Kbps у долазном смеру, на које се додаје брзина купљеног пакета услуга. За flat 128 пакет би то износило 440 односно 625 Kbps у повратном и долазном смеру, респективно. Други ниво лимитирања брзине је на IP нивоу, где се одваја локални од спољњег саобраћаја, тако да се ка свету пропушта капацитет једнак купљеном пакету, а ка локалним корисницима мреже поменутих 380/498 Kbps. Овиме је обезбеђено да локални саобраћај не може да успорава саобраћај ка спољњем свету, и обрнуто. Корисницима је на овај начин остављена могућност да се


46

организују ради дељења фајлова, играња видео игара преко мреже, или нпр. VOIP телефонирање без оптерећивања везе са светом, што и SBB-у и корисницима иде на руку. Поменуте повећане брзине локалног саобраћаја представљају велики адут у борби за одржавање старих и стицање нових корисника, нарочито после појаве ADSL-а који, иако споро, хвата маха и постаје све популарнији. Можда је мало претенциозно рећи да су овако постављени брзински лимити јединствени у свету, али су веома ретки у сваком случају, а за наше просторе представљају добитну комбинацију. Време ће показати како ће се са повећањем брзине Интернета код нас и правним регулисањем телекомуникација у земљи развијати идеја локалног саобраћаја на повећаним брзинама.

8.5.3. УСЛУГЕ И БЕЗБЕДНОСТ

Основне услуге које SBB нуди својим корисницима су електронска пошта и web hosting са простором до 10 MB. У зависности од купљеног пакета услуга, број е-mail адреса варира, простор за личне презентације такође варира, а додатно се нуде регистрација yu домена за фирме итд. Што се опреме тиче, корисници на употребу добијају кабловски модем компаније Scientific Atlanta, модел Webstar epc2100, који је базиран на euroDOCSIS 1.1 спецификацији. Корисницима је наравно, омогућено да уколико желе, купе свој модем и користе га на мрежи уместо горе поменутог. Модем је могуће повезати на рачунар путем USB или етернет прикључка. Број IP адреса које корисници добијају је 1, без обзира на број рачунара које корисници имају. Дакле за кућне мреже потребно је обезбедити неки хардверски или софтверски рутер који ће да дели Интернет везу међу рачунарима у кући. IP адресе су из јавног опсега, и додељују се динамички уз помоћ DHCP сервера.

Што се безбедности тиче, на нивоу се користи стандардни BPI+, а на вишим слојевима је забрањен Microsoft NetBios, те је спречена могућност неовлашћеног упада у туђе рачунаре и крађа података користећи file and printer sharing (дељење фајлова и штампача међу мрежним корисницима) опцију која је уграђена у све windowse, а која се користила за крађу Интернет времена која је била врло популарна пре неколико година, услед тадашњих великих цена Интернет услуга.

9. ЗАКЉУЧАК

Комуникација, као једна од основних људских потреба је добила потпуно нову димензију са појавом Интернета, који нам је свима изменио животе. Раст броја корисника Интернета је већи из године у годину, а многима је Интернет постао већа потреба од на пример, телевизије. Са порастом обима саобраћаја повећао се и квалитет садржаја, што је условило веће, кабастије садржаје, а то је проузроковало потребе за већим брзинама преноса. Такође, навикнувши се на Интернет, људи су почели да маштају о томе да имају непрекидну везу између свог рачунара и Интернета. Кабловске компаније су увиделе своју позицију и оствариле сан многих: брза и перманентна веза са светом, чија цена константно пада, била је пун погодак. Нашла је свој пут до купаца и проширила се великом брзином. У овом раду описани су стандарди који су учествовали у историји Интернета преко КДС, међу којима су неки остали као важећа и опште прихваћена решења у свету актуелна и данас, неки пали у заборав и потпуно потиснути из употребе, а неки нису чак ни доживели хардверску реализацију, али су поставили основу за актуелни стандард, DOCSIS. У будућности нас очекује пре свега DOCSIS верзије 3.0 који ће донети комбиновање више суседних (по фреквенцији) долазних канала и брзине до 100 Mbps у долазном смеру. Борба између


47

телекомуникационих технологија које потенцирају ADSL и кавловских оператера који користе DOCSIS донеће корист крајњим корисницима. Што се наше земље тиче, нисмо достигли ни DOCSIS 2.0, а узимајући у обзир број корисника и брзине које се нуде, за тиме још увек и нема озбиљне потребе. Мегабити за кућне кориснике ће још неко време остати пуста жеља на овим просторима, али барем можемо рећи да имамо среће што од почетка каскамо за светом, те смо поштеђени преласка са старих затворених система на euroDOCSIS, који су на џепу и те како осетили у развијенијим светским земљама. Иако брзине расту, добављачи Интернет услуга полако почињу да ограничавају кориснике који извлаче максимума из својих пакета услуга преузимањем великих количина фајлова преко peer to peer мрежа, те ћемо са ове стране вероватно искусити још један шамар економије лепоти живљења.


48

10. ИНДЕКС ПОЈМОВА A

AAL5 .....................................................................30 ATM...........................................................30, 33, 34

B

Binary Exponential Backoff............................21, 30 bit interleaving.......................................................13 blocking ternary-tree algorithm ............................36 BPI ...................................... 24, 25, 26, 39, 44, 46, 1 BPI+ ...................................................................26, 1

C

Cable Modem Termination System ......................11 CableLabs ............................................4, 5, 26, 33, 1 CATV...................................................................2, 6 CMTS.11, 12, 13, 14, 15, 18, 20, 21, 22, 23, 24, 25,

27, 28, 43, 44

D

Data Over Cable Service Interface Specification ..4, 12

DAVIC.................... 3, 5, 6, 28, 29, 30, 32, 33, 34, 1 Deinterleave...........................................................15 DES..................................................................25, 44 Digital Subscriber Line............................................3 DOCSIS3, 4, 5, 6, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 24, 25,

26, 27, 28, 29, 33, 34, 35, 38, 39, 43, 44, 45, 46, 1

Downstream...........................................................11 DSL..........................................................................3 DVB .................................................3, 5, 6, 11, 28, 1

E

e-mail .......................................................................1 ЕuroDOCSIS .......... 3, 26, 28, 29, 30, 31, 32, 46, 47 EuroDOCSIS ...................................................5, 6, 1

F

FDM.................................................................11, 34 FDMA....................................................................15 FEC ..................................................................13, 14 Forward Error Correction......................................13

H

HFC.........2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 28, 33, 38, 1 Hybrid Fiber Coaxial .......................................2, 6, 1

I

IEEE........................................ 3, 4, 33, 34, 35, 37, 1 IEEE 802.14.......................................................3, 33 in band....................................................................29 Integrated Services Digital Network.......................3 interleaving ............................................................14 ISDN ..................................................................3, 42 ITU...............................................4, 5, 12, 13, 27, 29 ITU/T J83А............................................................27

M

MAC.... 3, 13, 18, 22, 24, 25, 26, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 38, 39, 44, 1

MAP ...................................................................... 22 MCNS............................................................ 4, 33, 1 Media Access Control............................................. 3 mini slot................................................................. 18 MPEG-2...............................8, 13, 17, 22, 29, 34, 40 Multimedia Cable Network System........................ 4

N

node ......................................................................... 2 NTSC............................................................. 5, 7, 12

O

OOB ....................................................................... 29 Open System Interconnection................................. 3 OSI........................................................................... 3 out of band............................................................. 29

P

PAL................................................................ 5, 7, 26 Peer to Peer................................................ 40, 41, 42 PID................................................................... 17, 34 proprietary ............................................................... 3

Q

QAM.................................................... 13, 14, 22, 27 QoS.................................................. 5, 19, 20, 30, 33 QPSK.......................................15, 16, 27, 28, 29, 33 Quality of Service ................................................... 5

R

ranging............................................................. 22, 30 Reed-Solomon................................................. 16, 29

S

S-CDMA ................................................... 15, 16, 28 SECAM ............................................................. 7, 26 SID............................................................. 18, 20, 24 Streaming .............................................................. 40 SYNC ........................................................ 22, 23, 24

T

tComLabs ...................................................... 5, 28, 1 TDMA ................................................. 15, 16, 28, 34

U

UCD ...................................................................... 22 Upstream ......................................................... 11, 22

V

VoIP........................................................... 40, 41, 42


49

W

web...............................................1, 2, 15, 26, 28, 46

Д

дигитална претплатничка линија.........................3 дигитални потпис ................................................25 долазни....11, 12, 13, 15, 18, 21, 22, 27, 29, 30, 32,

33, 34, 35, 44

Е

шифрирање ...................................24, 25, 26, 32, 44

И

интегрисана мрежа дигиталних сервиса.............2 Интернет .............................................1, 7, 44, 45, 1 информациони елемент.......................................18

К

кабловска телевизија ...............................1, 2, 6, 39 канал ........................................................................7 КДС ...1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15,

16, 17, 18, 21, 24, 26, 27, 28, 29, 30, 33, 39, 40, 42, 43, 44, 45, 46

М

модем...3, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 41, 42, 43, 44, 46

П

повратни ............................................. 11, 18, 33, 44 Повратни .............................................................. 11 Припремни канал ................................................ 30 процес иницијализације ............................... 21, 38

Р

регистрација................................................... 24, 46

С

Сервисни канал.................................................... 30 Сертификација ............................................... 26, 28 стабло колизије.................................................... 36

У

умеравање ...................................................... 22, 38

Ф

фреквенцијски опсег ................. 2, 7, 15, 22, 27, 34

Ч

чвор ............................................................. 2, 12, 37


50

11. ЛИТЕРАТУРА

1. http://www.cablemodem.org 2. CableLabs – Data-Over-Cable Service Interface RF Specification DOCSIS 1.0;

1.1; 2.0; 3. CableLabs – Data-Over-Cable Service Interface BPI/BPI+ Specification

DOCSIS 1.0; 1.1; 2.0. 4. http://www.tcomlabs.com/Euro-DOCSIS/index.htm 5. tComLabs – Document for the certification of EuroDOCSIS CMs and CMTSs 6. Tom Quigley (Broadcom Corporation) – Euro-DOCSIS/DVB-RC Comparison –

CableLabs, May 3 - 7, 1999 7. www.ct-magazine.com 8. Интернет преко HFC мрежа –http://www.nag.ru/2004/1101/1101.shtml – Глеб

Высоцкий. 9. Ying-Dar Lin, Wei-Ming Yin, and Chen-Yu Huang, National Chiao Tung

University – An Investigation into HFC MAC Protocols: Mechanisms, Implementation, and Research Issues – IEEE Communications Surveys

10. Mark D. Corner, Jörg Liebeherr, Nada Golmie,Chatschik Bisdikian, and David H. Su – A Priority Scheme for the IEEE 802.14 MAC Protocol for Hybrid Fiber-Coax Networks – IEEE/ACM Transactions On Networking, Vol. 8, No. 2, April 2000

11. N. Golmie, F. Mouveaux, D. Su – A Comparison of MAC Protocols for Hybrid Fiber/Coax Networks: IEEE 802.14 vs. MCNS – National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899

12. Ying-Dar Lin, Chen-Yu Huang, Wei-Ming yin – Allocation and Scheduling Algorithms for IEEE 802.14 and MCNS in Hybrid Fiber Coaxial Networks – IEEE transactions on broadcasting Vol. 44, No.4, December 1998

13. http://www.davic.org/ 14. Henry Barton – DOCSIS MCNS vs DVB/DAVIC DVB-RCC – The Case For

DOCSIS in Europe - A Cable Operator & Industry Perspective 15. http://en.wikipedia.org 16. http://www.cabledigitalnews.com/cmic/ 17. Raj Jain – Residential Broadband (RBB) 18. http://www.howstuffworks.com 19. http://www.sbb.co.yu 20. http://www.cable-modems.org

Documents

Zagorac Nikola - Kablovski Internet