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电缆调制解调器(CM)相关的标准化组织与标准

浏览:5017  来源:通信人在线  日期:2023-06-20

1994年以来,随着Internet的兴起以及按需点播(VoDVideo on Demand)服务需求的增加,非对称型的数据传输速率成为网络用户接入手段的主要特点(即下行速率远大于上行速率,上下行速率比大约在110以上),因此,需要发展一种廉价、不对称的电缆调制解调器(CMCable Modem)。为此,下列4家标准化组织在CM的标准化方面做了大量的工作。

1IEEE 802.14工作组的相关工作

IEEE 802.14工作组于19945月成立,它是从802.6工作组中分离出来,着手为HFC制定支持双向通信的多媒体网络标准。该标准试图在同一网络中为大量的用户提供短时延的对称和非对称速率传输服务,同时具备支持运行与维护管理的能力。根据该工作组对HFC数据网络的功能需求和设计目标的界定,新标准应当与IEEE 802局域网标准兼容,因此,IEEE 802.2的逻辑链路控制子层(LLCLogical Link Control)被作为其数据链路层(DLL)的标准界面,但考虑到传送多媒体信息的需要,该标准中也将ATM层纳入其数据链路层之中,允许有两种数据链路层服务界面。该标准参照国际标准化组织(ISO)定义的OSI/RM的下两层结构,为HFC的物理层(PHY)和数据链路层定义了一个多子层的内部结构的参考模型。

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该工作组为电缆网络定义了一个以电视网络前端为中心,以80 km为半径的HFC网络的结构参考模型,定义了以传送IEEE 802.2逻辑链路控制子层(LLC)帧为基础的协议层次模型。由于HFC介质网为共享式树型拓扑结构,特别适合电视节目那样的单向广播工作方式,但作为双向数据通信网的介质网,其物理层和数据链路层标准的制定却是一种极大的挑战。首先,由于HFC网上的多个末端用户只能与树根的端头(Headend)之间进行通信,任何用户都无法像总线式以太网那样进行载波侦听来自律数据的发送,因此不能采用以太网那样的冲突检测方法。其次,要能适应包括话音、视像和普通数据在内的不同特征的信息传输(时延、突发性、恒速性、对称/非对称性以及速率大小的不同)的需要,还要兼顾传统电视广播的习惯与需要(如信道划分)。所有这些特殊性都要求新的介质访问控制子层(MAC)既能适应各种可能使用的物理层技术,能够适应多种性质数据对服务质量(QoS)的需要,又能够解决多用户在共享介质网上的访问控制与访问的安全性。

当时,已向IEEE 802.14建议的MAC协议有:扩展分布队列随机访问协议(XDQRAPeXtended Distributed Queuing Random Access Protocol)和适应性数字访问控制协议(ADAPAdaptive Digital Access Protocol)。这两个协议的特点详见下表1

1XDQRAP协议与ADAP协议的特点

IEEE 802.14物理层使用的技术必须能适应CATV网络的HFC树型拓扑结构,能够减少树型共享网络反向传输中存在的“漏斗噪声”及其他干扰的影响,必须既有利于从端头至用户终端的下行方向广播与组播传输模式,又有利于用户向树枝节点和根节点汇聚的上行信息传输模式。802.14必须就调制方法、编码、数据的交叉混合(Scrambling)传输以降低干扰的影响、物理层定时问题、物理信息单元长度与格式、收发器功率电平等方面的问题做出具体的规定。其中,很多的努力都放在与上行信道传输有关的问题上。为此,物理层被划分为两个子层:一是传输汇聚子层(TC),主要解决多子信道信息汇聚问题;二是介质相关子层(PMD),主要处理子信道信息的调制传输问题。802.14工作组考虑中的候选调制技术有:下行使用VSB-16QAMQPSK;上行使用QPSKDWMT

下行信道的传输方式允许多个(6/8 MHz)信道同时传输。为了适应欧洲标准和北美标准,802.14标准的下行信道必须支持两类编码与调制标准:欧洲采用的ITU标准J.83附录A/C;北美采用的ITU标准J.83附录B。上行传输由多个并行的小信道组成,每个小信道又由若干个串行的微时槽(Minislot)组成,每个微时槽的时间足以容纳传输8字节数据和物理层的数据单元头开销。上行的若干串行微时槽串接后可用于形成更长的数据单元,如ATM信元、变长度的视像数据流(或流段)。物理层的上行传输必须能满足不同数据流在时限内所要求微时槽数和单元头开销不同的需要。

遗憾的是,IEEE 802.14工作组正在对其标准进行研究时,却被解散了,使得电缆调制解调器(CM)的正式的802.14标准未被完成,只是曾在1998年发布了《HFC通道模型建议》等相关文档。

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2、多媒体电缆网络系统协会MCNS的相关工作

但由于IEEE 802.14工作组的标准化工作进展较为缓慢,而市场需求不断扩大,促使北美一些主要有线电视运营公司于19961月成立了多媒体电缆网络伙伴(MCNSMultimedia Cable Network System partners),并着手针对北美的电视制式制定了在电缆系统中传输数据的接口说明DOCSISData Over Cable Service Interface Specification)。19973月,MCNS正式推出DOCSIS 1.0标准的Cable Modem,网络层采用IP协议。并于同年12月首次举行了该版本产品的国际性展示会。19983月,国际电信联盟ITU接受了DOCSIS,并将它定名为ITU J.112DOCSIS将电缆网络中心一侧的设备称为电缆调制解调器端接系统CMTSCable Modem Termination System),用户侧的设备称为电缆调制解调器(Cable Modem)。

19993月,MCNS公布了第二代标准称为DOCSIS 1.1,新增加了QoS管理、以硬件为基础的分组的分/合段,以及支持IP电话和其他恒速率服务的能力。在DOCSIS 1.2加入了较为先进的物理层功能以增加上行传输能力和可靠性,使用由Broadcom提出的频敏时分复用技术FA-TDMAFrequency-agile TDMA)、Terayon提出的同步码分多址技术S-CDMASynchronous Code Division Multiple Addressing)技术。目前已有DOCSIS 4.0版本。

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3、欧洲的数字视像广播与数字音视管理委员会DVB/DAVIC的相关工作

欧洲的数字视像广播与数字音视管理委员会DVB/DAVICDigital Video Broadcast Digital Audio and Video Council)是欧洲数字机顶盒的标准化权威机构。为了保护欧洲相关企业的利益,在15个厂家的支持下,DVB/DAVIC针对欧洲电视制式(PAL)与北美NTS制式的区别,着手制定欧洲的电缆网络标准,与美国的DOCSIS标准抗衡。其相关的电缆调制解调器被称为“DVB/DAVIC EuroModem”。

DAVIC是第一个制订用于HFC网络的物理层和介质访问控制子层(MAC)协议的标准化机构,其第一个标准DAVIC 1.119969月出台,是以ATM为基础标准。该标准的Cable Modem199710月在伦敦推出,它建立在欧洲的PAL电视制式的基础上,采取IP over ATM的传送方式,因此能灵活地实现QoS控制;它还兼容数字电视标准,可实现在PC机的显示器上显示数字电视。DVB/DAVIC标准主要应用于欧洲,并成为大部分机顶盒STBSet Top Box)的应用标准。

同年12月推出的DAVIC 1.2考虑了访问Internet的需要,因此增加了以IP为基础的功能。19979月推出的DAVIC 1.3进一步增加了对时延敏感的数据传输服务的支持,因而上行传输中增加了“微时槽”和更多的上行单元数据种类,下行信道中增加了带内(In-band)子信道功能。DAVIC 1.5DVB 2.0作为其电缆调制解调器的规范,是较为完整的版本。

由于该组织的工作主要针对数字视像服务业务,因此大量使用以MPEG-2ATM技术为基础的数字视像广播的DVBDigital Vedio Broadcast)协议。欧洲电缆实验室联合体ECLEuroCableLabs)在欧洲电缆通信协会ECCAEuropean Cable Communications Association)的指示下以DVB/DAVICEuroModem作为DOCSIS在欧洲的替代品。19995月,ECCA/ECL公布了以DVB/DAVICEuroModem为基础的产品说明,表示对相关工作的认可。欧洲电信标准协会ETSIEuropean Telecommunications Standards Institute)以ETS 300800文本采纳了DVB 2.0标准。为了增加不同产品的互操作性,产品厂家还成立了DVB/DAVIC互操作联合会促进相关产品的互操作测试工作。

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4、因特网工程协会IETF的相关工作

IETFInternet Engineering Task Force)组织的相关机构称为“电缆数据网上传送IP工作组”(IPCDN,即IP over Cable Data Network)。其目的是解决有关在电缆网络上传送IP的业务管理问题,而不再另行定义物理层和介质访问控制子层,相关工作将以MCNS802.14的工作为基础。具体说来,其技术要点详见下表4,可见他机泵上都是采用IETF原有的相关技术。

4IETFCM技术要求

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附录
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