Moderne kablovske distributivne mreže (KDS) predstavljaju kompleksan inženjerski ekosistem koji spaja optičke i koaksijalne tehnologije kako bi omogućio gigabitne brzine prenosa podataka. Iako telekomunikaciono tržište teži ka potpunoj optičkoj infrastrukturi (FTTH/GPON), Hybrid Fiber-Coaxial (HFC) mreže, oslonjene na DOCSIS standard, i dalje su dominantne u mnogim urbanim sredinama. Njihova arhitektura se sastoji od niza kritičnih čvorova koji transformišu čiste IP pakete iz core mreže u radio-frekventni (RF) signal koji putuje bakarnim kablovima do krajnjeg korisnika.
Ovo je detaljan pregled puta koji podaci pređu kroz modernu DOCSIS infrastrukturu.
IP Core i Backbone: Temelj mreže
Svaki zahtev korisnika ka Internetu započinje i završava se u IP Core mreži operatora. Ovaj segment je srce sistema i sastoji se od redundantnih ruter agregacija visokih performansi. Veza ka globalnom internetu ostvaruje se putem višestrukih Tier 1 i Tier 2 upstream provajdera (IP transit), kao i kroz peering ugovore na lokalnim i regionalnim internet exchange tačkama (IXP).
U IP Core-u se vrši dinamičko rutiranje primenom BGP protokola ka spoljnom svetu, dok se unutar mreže operatora za distribuciju ruta najčešće koristi OSPF ili IS-IS. Linkovi između core rutera i distributivnih tačaka su bazirani na 10Gbps, 40Gbps ili 100Gbps optičkim interfejsima. Core mreža je odgovorna za routing, upravljanje IP adresnim prostorom, politike kvaliteta servisa (QoS) i mitigaciju DDoS napada, pre nego što saobraćaj uopšte stigne do opreme specifične za kablovsku mrežu.
CMTS i CCAP: Mozak DOCSIS sistema
Saobraćaj iz IP Core-a silazi ka uređaju koji se zove CMTS (Cable Modem Termination System). U modernim mrežama, CMTS je evoluirao u CCAP (Converged Cable Access Platform), platformu koja objedinjuje i prenos podataka (DOCSIS) i isporuku linearnog video signala (QAM televizija) u jedinstvenom hardveru.
CMTS je tačka gde se digitalni IP svet susreće sa RF svetom. Njegova osnovna uloga je modulacija IP paketa u radio-frekventni signal za prenos ka korisniku (downstream) i demodulacija RF signala koji dolazi od korisnika nazad u IP pakete (upstream). Za modulaciju se koriste tehnike poput QAM (Quadrature Amplitude Modulation) kod DOCSIS 3.0 standarda, ili napredniji OFDM/OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) kod DOCSIS 3.1, koji omogućava znatno veću spektralnu efikasnost i otpornost na šum.
CMTS takođe upravlja MAC (Media Access Control) slojem mreže, dodeljuje frekvencije, upravlja propusnim opsegom za svaki modem, vrši enkripciju (BPI+) i komunicira sa DHCP i TFTP serverima kako bi kablovskim modemima dodelio IP adrese i konfiguracione fajlove prilikom butovanja.
Optička distributivna mreža i Fiber Nodovi
Generisani RF signal iz CMTS-a se ne šalje direktno u koaksijalne kablove. Zbog velikog slabljenja RF signala na bakru, moderne KDS mreže koriste optiku za transport signala što dublje u naselja (takozvani Fiber Deep pristup).
U glavnoj stanici (Headend) ili hub-u, RF signal se uvodi u optički transmiter koji ga moduliše u lasersku svetlost određene talasne dužine (najčešće 1310 nm ili 1550 nm). Svetlost putuje kroz single-mode optičke kablove do uređaja na terenu koji se naziva optički čvor ili Fiber Node.
Fiber Node je aktivni uređaj, napajan iz same KDS mreže, koji vrši konverziju medijuma. U downstream smeru, integrisani optički risiver pretvara svetlost nazad u električni RF signal koji se zatim pojačava i šalje u koaksijalni deo mreže. U upstream smeru, povratni RF signal od korisnika ulazi u nod, pretvara se u svetlost preko optičkog transmitera i šalje nazad ka CMTS-u. Modernije arhitekture, poput Remote PHY (R-PHY), idu korak dalje i izdvajaju fizički RF sloj iz CMTS-a, prebacujući samu digitalno-analognu modulaciju direktno u Fiber Node, čime se kroz optiku prenosi isključivo digitalni Ethernet saobraćaj do samog noda.
Koaksijalna mreža: Pojačavači, Splitteri i Tapovi
Nakon izlaska iz noda, signal putuje kroz takozvane hardline koaksijalne kablove velikog preseka (npr. 0.5 ili 0.75 inča). Kako RF signal slabi prolaskom kroz kabl, naročito na višim frekvencijama, neophodna je upotreba RF pojačavača.
U klasičnim HFC mrežama postoji nekoliko tipova pojačavača: Trunk pojačavači se koriste za premošćavanje velikih udaljenosti bez distribucije korisnicima, dok se Bridger i Line Extender pojačavači koriste za grananje i održavanje nivoa signala u ulicama. Svaki pojačavač ima funkciju tilt ekvalizacije, jer visoke frekvencije slabe brže od niskih, pa pojačavač mora linearno da "ispravi" spektar signala kako bi na kraju kabla sve frekvencije imale približno isti nivo.
Pored slabljenja u samom kablu, signal mora da se grana. Za to se koriste spliteri (razdelnici signala na jednake delove) i directional couplers (usmerivači, koji odvajaju mali deo signala za jednu granu, a većinu propuštaju dalje).
Konačna distribucija ka korisničkim kućama ili stanovima vrši se preko tap-ova (odcepnika). Tap je pasivni uređaj instaliran na banderi ili u zidnoj kutiji zgrade, koji preuzima mali, tačno proračunati deo signala iz glavnog kabla i prosleđuje ga na portove namenjene korisnicima. Od tap-a se razvodi takozvani drop kabl (najčešće RG-6, ili RG-11 za veće udaljenosti) koji ulazi direktno u stan korisnika.
Korisnička oprema: CPE i DOCSIS Modem
Završna tačka KDS infrastrukture je CPE (Customer Premises Equipment), odnosno kablovski DOCSIS modem ili home gateway. Kada signal uđe u korisnički prostor, često prolazi kroz galvanski izolator radi zaštite od prenapona i razdelnik (koji fizički odvaja spektar za TV prijemnike i za modem).
DOCSIS modem ima ugrađen RF tjuner koji se zaključava na specificirane downstream frekvencije koje emituje CMTS. U DOCSIS 3.0 okruženju, modem vrši takozvani channel bonding - istovremeno preuzima i spaja više QAM kanala (npr. 16 ili 24 kanala širine 8 MHz) kako bi ostvario zbirnu brzinu od nekoliko stotina megabita u sekundi. Kod DOCSIS 3.1, modem obrađuje široki OFDM blok koji sadrži hiljade uskih podnosilaca.
U povratnom smeru (upstream), modem komunicira unutar znatno užeg i šumom opterećenog frekventnog opsega (tradicionalno od 5 do 65 MHz, dok se kod modernijih mreža radi mid-split do 85 MHz ili high-split do 204 MHz). Modem precizno šalje burstove podataka tačno u vremenskim slotovima koje mu je dodelio CMTS.
Konačno, DOCSIS modem demoduliše RF signal, izdvaja IP pakete i prosleđuje ih na svoj lokalni Ethernet port ili integrisani Wi-Fi ruter, omogućavajući korisničkim uređajima pristup IP Core mreži operatora i, u konačnici, globalnom internetu.
Nema komentara