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揚州廣播電視局網(wǎng)絡中心
隨著信息時代的到來，網(wǎng)絡在人們生活中的比重顯得越來越重要。網(wǎng)絡信息查詢、電子商務等等
由于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，隨之應運而生。在國內(nèi)，接入到互聯(lián)網(wǎng)的用戶迅猛發(fā)展，人們沉醉在網(wǎng)絡帶
給他們的方便和快樂之中。然而很快人們已經(jīng)不再滿足簡單的信息查詢等等窄帶業(yè)務，他們提出
了更高的要求，能否利用網(wǎng)絡傳輸視頻圖像和多媒體信息呢?但目前電話調(diào)制解調(diào)器所提供的接入
速度只有幾十kb/s，無法滿足寬帶業(yè)務的需要。難道目前就無法實現(xiàn)寬帶接入，滿足人們的需要
嗎? 我國的城市有線電視網(wǎng)經(jīng)過近年來的升級改造，正逐步從傳統(tǒng)的同軸電纜網(wǎng)升級到以光纖為
主干的雙向HFC網(wǎng)。利用HFC網(wǎng)絡大大提高了網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃�、穩(wěn)定性，而且擴展了網(wǎng)絡傳輸帶
寬。HFC的數(shù)字通信系統(tǒng)是通過電纜調(diào)制解調(diào)器(cable modem)系統(tǒng)實現(xiàn)的，可以使Internet的高
速接入，由窄帶向?qū)拵н^渡。網(wǎng)絡愛好者可以通過HFC網(wǎng)絡獲得高于電話Mordem幾百倍的接入速度，
真正享受到寬帶網(wǎng)絡帶來的無限喜悅。
1.系統(tǒng)結構
CMTS是指Cable Modem前端設備，采用10Base－T,100Base－T等接口通過交換型HUB與外界設備相
聯(lián)，通過路由器與Internet連接，或者可以直接聯(lián)到本地服務器，享受本地業(yè)務。CM(Cable Modem)
是用戶端設備，放在用戶的家中，通過10Base－T接口，與用戶的計算機相聯(lián)。一般CM有兩種類
型，外置式和內(nèi)置式。
2.系統(tǒng)工作原理
2.1 上行信道帶寬的分配
MCNS把每個上行信道看成是一個由小時隙(mini－slot)組成的流，CMTS通過控制各個CM對這些
小時隙的訪問來進行帶寬分配。CMTS進行帶寬分配的基本機制是分配映射(MAP)。MAP是一個由
CMTS發(fā)出的MAC管理報文，它描述了上行信道的小時隙如何使用，例如，一個MAP可以把一些時
隙分配給一個特定的CM，另外一些時隙用于競爭傳輸。每個MAP可以描述不同數(shù)量的小時隙數(shù)，
最小為一個小時隙，最大可以持續(xù)幾十毫秒，所有的MAP要描述全部小時隙的使用方式。MCNS沒
有定義具體的帶寬分配算法，只定義進行帶寬請求和分配的協(xié)議機制，具體的帶寬分配算法可
由生產(chǎn)廠商自己實現(xiàn)。
(1)上行信道訪問方式
CMTS根據(jù)帶寬分配算法可將一個小時隙定義為預約小時隙或競爭小時隙，因此，CM在通過小時
隙向CMTS傳輸數(shù)據(jù)式也有預約和競爭兩種方式。CM可以通過競爭小時隙進行帶寬請求，隨后在
CMTS為其分配的小時隙中傳輸數(shù)據(jù)。另外，CM也可以直接在競爭小時隙中以競爭方式傳輸數(shù)據(jù)。
當CM使用競爭小時隙傳輸帶寬請求或數(shù)據(jù)時有可能產(chǎn)生碰撞，若產(chǎn)生碰撞，CM采用截斷的二進
制指數(shù)后退算法進行碰撞解析。
(2)對服務類型的支持
MCNS除了給每個CM分配一個48比特的物理地址(與局域網(wǎng)絡適配器物理地址一樣)之外，還給每
個Cable Modem分配了至少一個服務標識(ServiceID)，服務標識在CMTS與CM之間建立一個映射，
CMTS將基于該映射，給每個CM分配帶寬。CMTS通過給CM分配多個服務標識，來支持不同的服務
類型，每個服務標識對應于一個服務類型。MCNS采用服務類型的方式來實現(xiàn)，QoS管理。
2.2 CM與CMTS的交互
CM在加電之后，必須進行初始化，才能進入網(wǎng)絡，接收CMTS發(fā)送的數(shù)據(jù)及向CMTS傳輸數(shù)據(jù)。CM
的初始化是經(jīng)過與CMTS的一系列交互過程來實現(xiàn)的。圖2所示為Cable Modem的初始化過程，下
面詳述該過程。
(1)檢測RSM 當CM接通電源后，CM首先要確認可移去的安全模塊(Removable Security Module,
RSM)是否存在于RSM時隙中。
(2)與CMTS建立同步
在初始化或信號丟失時，CM必須與一個下行信道建立同步。CM有一個存儲器(non volatile
storage)，其中存放上次的操作參數(shù)，CM將首先嘗試重新獲得存儲的那個下行信道，如果嘗試
失敗，CM將連續(xù)地對下行信道進行掃描，直到發(fā)現(xiàn)一個有效的下行信號。CM與下行信號同步的
標準為：與QAM碼元定時同步、與FEC幀同步、與MPEG分組同步并能識別下行MAC的SYNC報文。
(3)獲得上行信道的傳輸參數(shù)
建立同步之后，CM必須等待一個從CMTS發(fā)送出來的上行信道描述符(UCD)，以獲得上行信道的
傳輸參數(shù)。CMTS周期性地傳輸UCD給所有的CM，CM必須從其中的信道描述參數(shù)中確定它是否可
使用該上行信道。 若該信道不合適，那么CM必須等待，直到有一個信道描述符指定的信道適
合于它。若在一定的時間內(nèi)沒找到這樣的上行信道，那么CM必須繼續(xù)掃描，找到另一個下行信
道，再重復該過程。 在找到一個上行信道后，CM必須從UCD中取出參數(shù)，然后等待下一個SYNC
報文，并從該報文中取出上行小時隙的時間標記(time stamp)，隨后，CM等待一個給所選擇的
信道的帶寬分配映射，然后它可以按照MAC操作和帶寬分配機制在上行信道中傳輸信息。
(4)校準
CM在獲得上行信道的傳輸參數(shù)后，就可以與CMTS進行通信。CMTS會在MAP中給該CM分配一個初
始維護的傳輸機會，用于調(diào)整CM傳輸信號的電平、頻率等參數(shù)。另外，CMTS還會周期性地給各
個CM發(fā)周期維護報文，用于對CM進行周期性的校準。
(5)建立IP連接 校準完成后，CM必須使用動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)，從DHCP服務器上獲得分配
給它的IP地址，另外，DHCP服務器的響應中還必須包括一個包含配置參數(shù)文件的文件名、放置
這些文件的TFTP服務器的IP地址、時間服務器的IP地址等信息。
(6)建立時間
CM和CMTS需要有當前的日期和時間。CM采用IETF定義的RFC868協(xié)議從時間服務器中獲得當前的
日期和時間。RFC868定義了獲得時間的兩種方式，一種是面向連接的，一種是面向無連接的。
MCNS采用面向無連接的方式從TOD服務器獲得CM所需的時間概念。
(7)建立安全機制
如果有RSM模塊存在，并且沒有安全協(xié)定建立，那么CM必須與安全服務器建立安全協(xié)定。安全
服務器的IP地址可以從DHCP服務器的響應中獲得。
(8)傳輸操作參數(shù)
接下來，CM必須使用TFTP協(xié)議從TFTP服務器上下載配置參數(shù)文件，獲得所需的各種參數(shù)。
(9)初始化基本保密機制
在獲得配置參數(shù)后，若RSM模塊沒有被檢測到，CM將初始化基本保密(Baseline Privacy)機制。
在完成初始化后，CM將使用下載的配置參數(shù)向CMTS申請注冊，當CM接收到CMTS發(fā)出的注冊響應
后，Cable Modem就進入了正常工作狀態(tài)。
3. Cable Modem主要參數(shù):
下行頻率： 54—860MHz
下行調(diào)制方式： 64QAM、256QAM
載波帶寬： 6MHz
信號速率： 64QAM 30.336Mbps
256QAM 42.884Mbps
上行頻率： 5—65MHz
上行調(diào)制方式： QPSK、16QAM
載波頻寬： 200—3200kHz
信號速率： 320kbps—10.24Mbps
上行誤碼率： 23Db CNR 1＊10E－9
下行信號接收電平：－15dBmV—＋15dBmV
上行信號發(fā)射電平：8dBmV—58dBmV
4. 結束語
在中國，有線電視網(wǎng)絡是目前最大的網(wǎng)絡。采用Cable Modem在有線電視網(wǎng)上建立數(shù)據(jù)平臺，已成
為有線電視事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。二十一世紀的人們通過有線電視網(wǎng)絡將享受到寬帶業(yè)務帶給他們
的無窮樂趣。
