Система терминации кабельного модема ( CMTS , также называемая граничным маршрутизатором CMTS ) [1] — это часть оборудования , обычно расположенная в головной станции или узле кабельной компании , которая используется для предоставления услуг передачи данных , таких как кабельный Интернет или Voice over IP , абонентам кабельной сети. CMTS обеспечивает многие из тех же функций, которые предоставляет DSLAM в системе DSL .
Для предоставления высокоскоростных услуг передачи данных кабельная компания подключает свою головную станцию к Интернету через каналы передачи данных с очень высокой пропускной способностью к поставщику сетевых услуг . На абонентской стороне головной станции CMTS обеспечивает связь с кабельными модемами абонентов . Различные CMTS способны обслуживать различные размеры популяции кабельных модемов — от 4000 кабельных модемов до 150000 и более, частично в зависимости от трафика, хотя рекомендуется, чтобы I-CMTS обслуживала, например, 30000 абонентов (кабельных модемов). [2] Данная головная станция может иметь от 1 до 12 CMTS для обслуживания популяции кабельных модемов, обслуживаемой этой головной станцией или концентратором HFC .
Один из способов представить себе CMTS — это представить маршрутизатор с интерфейсами Ethernet (соединениями) с одной стороны и коаксиальными кабельными RF- интерфейсами с другой стороны. Сторона Ethernet известна как сетевой интерфейс или NSI. [3] [4]
Группа обслуживания — это группа клиентов, которые совместно используют каналы связи и, следовательно, полосу пропускания. CMTS имеет отдельные интерфейсы RF и разъемы для сигналов нисходящей и восходящей линии связи. Интерфейсы RF/coax передают сигналы RF к и от коаксиальных «магистралей», подключенных к кабельным модемам абонентов, используя одну пару разъемов на магистраль, один для нисходящей линии связи, а другой для восходящей линии связи. Другими словами, для каждой группы обслуживания может быть пара разъемов RF, хотя можно настроить сеть с различным количеством разъемов, которые обслуживают набор групп обслуживания, на основе количества каналов нисходящей и восходящей линии связи, используемых кабельными модемами в каждой группе обслуживания. Каждый разъем имеет конечное количество каналов, которые он может переносить, например, 16 каналов на разъем нисходящей линии связи и 4 канала на разъем восходящей линии связи, в зависимости от CMTS. [2] Например, если кабельные модемы в каждой группе услуг используют 24 канала для нисходящего потока и 2 канала для восходящего потока, то 3 нисходящих коннектора могут обслуживать кабельные модемы в двух группах услуг и обслуживаться 1 восходящим коннектором. [5] Группа услуг может обслуживать до 500 домохозяйств. Группа услуг имеет каналы, полоса пропускания которых распределяется между всеми членами группы услуг. [6] [7] [8] [9] [10] [11] Каналы позже перегруппировываются на кабельной головной станции или распределительном узле и обслуживаются CMTS и другим оборудованием, таким как Edge QAM.
Радиочастотные сигналы от CMTS подключаются через коаксиальный кабель к головным модулям управления радиочастотами для разделения и объединения радиочастот с другим оборудованием, таким как другие CMTS, так что несколько CMTS могут обслуживать одну группу услуг, [2] [3] а затем к «оптической платформе» или платформе головной станции, которая имеет модули передатчика и приемника, которые преобразуют радиочастотные сигналы в световые импульсы для доставки по оптоволокну через сеть HFC. [12] [13] Примерами оптических платформ являются Arris CH3000 и Cisco Prisma II. На другом конце сети оптический узел снова преобразует световые импульсы в радиочастотные сигналы и отправляет их через коаксиальный кабель «магистраль». Магистраль имеет один или несколько усилителей по всей длине, а на магистрали имеются распределительные «отводы», к которым модемы клиентов подключаются через коаксиальный кабель.
Фактически, большинство CMTS имеют как интерфейсы Ethernet (или другие более традиционные высокоскоростные интерфейсы данных, такие как SONET ), так и интерфейсы RF. Таким образом, трафик, поступающий из Интернета, может быть направлен (или соединен мостом) через интерфейс Ethernet, через CMTS, а затем на интерфейсы RF, которые подключены к гибридному оптоволоконному коаксиальному кабелю ( HFC ) кабельной компании. Трафик проходит через HFC и попадает в кабельный модем в доме абонента. Трафик из домашней системы абонента проходит через кабельный модем и выходит в Интернет в обратном направлении.
Обычно CMTS переносят только IP- трафик. Трафик, предназначенный для кабельного модема из Интернета, известный как нисходящий трафик, передается в IP-пакетах, инкапсулированных в соответствии со стандартом DOCSIS . Эти пакеты передаются в потоках данных, которые обычно модулируются на телевизионном канале с использованием версий квадратурной амплитудной модуляции 64-QAM или 256-QAM .
Данные восходящего потока (данные от кабельных модемов до головной станции или Интернета) переносятся в кадрах Ethernet, инкапсулированных внутри кадров DOCSIS, модулированных с помощью QPSK , 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM или 128-QAM с использованием механизмов разделения частот TDMA , ATDMA или S- CDMA . Обычно это делается в «поддиапазоне» или «возвратной» части спектра кабельного телевидения (также известной как каналы «T»), гораздо более низкой части частотного спектра, чем нисходящий сигнал, обычно 5–42 МГц в DOCSIS 2.0 или 5–65 МГц в EuroDOCSIS.
Типичная CMTS позволяет компьютеру абонента получить IP-адрес , пересылая запросы DHCP на соответствующие серверы. Этот сервер DHCP возвращает, по большей части, то, что выглядит как типичный ответ, включая назначенный IP-адрес для компьютера, адреса шлюза/маршрутизатора для использования, DNS-серверы и т. д.
CMTS также может реализовать некоторую базовую фильтрацию для защиты от неавторизованных пользователей и различных атак. Формирование трафика иногда выполняется для приоритизации трафика приложений, возможно, на основе подписного плана или использования загрузок, а также для обеспечения гарантированного качества обслуживания (QoS) для собственной службы VOIP на базе PacketCable кабельного оператора . Однако функция формирования трафика, скорее всего, выполняется кабельным модемом или коммутатором трафика политики. CMTS также может действовать как мост или маршрутизатор .
Кабельный модем клиента не может напрямую взаимодействовать с другими модемами на линии. В общем случае трафик кабельного модема направляется на другие кабельные модемы или в Интернет через ряд CMTS и традиционных маршрутизаторов. Однако маршрут может, вероятно, проходить через один CMTS.
CCAP ( Converged Cable Access Platform) объединяет CMTS и Edge QAM функциональность в одном устройстве, так что оно может предоставлять как данные (интернет) с функциональностью CMTS, так и видео (телевизионные каналы) с функциональностью Edge QAM. [14] [15] Edge QAM (Quadrature Amplitude Modulator/Modulation) преобразует видео, отправленное по IP (интернет-протокол) или иным образом, в сигнал QAM для доставки по кабельной сети. Edge QAM обычно являются автономными устройствами, размещенными на «границе» сети. Они также могут быть подключены к ядру CMTS, чтобы составить систему M-CMTS, которая является более масштабируемой. Ядро CMTS обычно является обычным или I-CMTS, которое поддерживает работу в качестве ядра CMTS в системе M-CMTS. [16] [17] [18]
CMTS можно разбить на несколько различных архитектур: интегрированную CMTS (I-CMTS), модульную (M-CMTS), виртуальную CMTS (vCMTS) и удаленную CMTS. I-CMTS объединяет в единое целое все компоненты, необходимые для ее работы. [19] У каждого типа архитектуры есть свои плюсы и минусы.
В решении M-CMTS архитектура I-CMTS разделена на два компонента. Первая часть — это физический нисходящий компонент (PHY), который известен как Edge QAM (EQAM). Вторая часть — это сетевые IP и DOCSIS MAC-компонент, который называется ядром M-CMTS. Также в архитектуре этого типа представлено несколько новых протоколов и компонентов. Один из них — это интерфейс синхронизации DOCSIS, который обеспечивает опорную частоту между EQAM и ядром M-CMTS через сервер DTI. Второй — это внешний нисходящий физический интерфейс (DEPI). Протокол DEPI управляет доставкой кадров DOCSIS из ядра M-CMTS в устройства EQAM [20] Некоторые из проблем, которые влекут за собой платформа M-CMTS, — это повышенная сложность объединения радиочастот и увеличение количества точек отказа. Одним из преимуществ архитектуры M-CMTS является то, что она чрезвычайно масштабируема для большего количества нисходящих каналов. [21]
Виртуальные CCAP (vCCAP) или виртуальные CMTS (vCMTS) реализуются на коммерческих серверах на базе x86 со специализированным программным обеспечением [22] и могут использоваться для увеличения пропускной способности служб без покупки нового шасси CMTS/CCAP или для более быстрого добавления функций в CMTS/CCAP. [23]
Удаленная CMTS/удаленная CCAP переносит все функции CMTS/CCAP на внешнее предприятие, что резко контрастирует с обычными CMTS или CCAP, которые устанавливаются у поставщика услуг. [24] [25]
