Cable Modem接入技術(shù)

摘　要　本文主要介紹了Cable Modem的工作原理和工作流程，討論了Cable Modem的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞　Cable Modem　HFC
 
　　1　前言

隨著Internet技術(shù)的快速發(fā)展以及用戶數(shù)量的急劇增加，高速接入技術(shù)已成為通信高技術(shù)領(lǐng)域研究的前沿和熱點(diǎn)。寬帶化已成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的發(fā)展方向之一。而我國的有線電視網(wǎng)，由于它的快速發(fā)展，覆蓋范圍已超過了電信網(wǎng)，成為世界上最大的有線電視網(wǎng)絡(luò)，因此，通過有線電視網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、訪問Internet已成為越來越受業(yè)界關(guān)注的話題。

早期有線電視網(wǎng)絡(luò)是將廣播電視信號高效傳送到用戶家庭的電纜系統(tǒng)，這種有線電視網(wǎng)絡(luò)可以高效地向用戶傳輸模擬電視信號。近年來傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)絡(luò)陸續(xù)開始采用光纖同軸電纜混合（HFC）傳輸結(jié)構(gòu)，光纜干線和同軸電纜分配網(wǎng)通過光站結(jié)合而成。一般光纖干線采用星型拓?fù)�，同軸電纜分配網(wǎng)則采用樹型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)已廣泛用于廣播電視信號的分配。近年來伴隨著數(shù)據(jù)通信等多種業(yè)務(wù)的需求，使之具有860MHz以上頻寬的雙向HFC網(wǎng)絡(luò)已成為發(fā)展趨勢，Cable Modem技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。

2　Cable Modem 工作原理

有線電視網(wǎng)最初只是用于廣播式的電視傳播，多用戶使用一條線路，是單向的。為用于電腦網(wǎng)絡(luò)，對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)前端和用戶端進(jìn)行雙向改造后，除可以進(jìn)行傳統(tǒng)的電視廣播業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)廣播、數(shù)字視頻播出等擴(kuò)展業(yè)務(wù)外，還可以充分利用其巨大的帶寬資源開展計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)、電路出租、Internet接入、智能化小區(qū)建設(shè)等增值業(yè)務(wù)。

Cable Modem是在HFC網(wǎng)絡(luò)上提供雙向IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶端設(shè)備，它利用HFC網(wǎng)絡(luò)，與頭端CMTS配合，在用戶設(shè)備（如計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)之間透明傳送IP數(shù)據(jù)包。它們的通信為總線方式，一臺前端設(shè)備可為多個(gè)用戶提供服務(wù)。CM在利用HFC進(jìn)行雙向IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)中的位置見圖1。從圖中可以看出，CM主要有兩個(gè)數(shù)據(jù)接口，一個(gè)是對HFC網(wǎng)絡(luò)的射頻接口（RFI），另一個(gè)是對用戶駐地設(shè)備（CPE）的接口，稱為用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）。與CPE的接口可以是以太網(wǎng)接口或USB接口。

Cable Modem不僅包含調(diào)制解調(diào)部分，它還包括射頻信號接收調(diào)諧、加密解密和協(xié)議適配等部分。它還可能是一個(gè)橋接器、路由器、網(wǎng)絡(luò)控制器或集線器。使用它無須撥號上網(wǎng)，也不占用電話線，便可永久連接。通過Cable Modem系統(tǒng)，用戶可在有線電視網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)現(xiàn)國際互聯(lián)網(wǎng)的訪問、IP電話、視頻會議、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)游戲等功能。一個(gè)Cable Modem要在兩個(gè)不同的方向上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。它把上行的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬射頻信號，類似電視信號，在有線電視網(wǎng)上傳送；在下行方向上，Cable Modem把射頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便電腦處理。

在使用Cable Modem傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，利用的是現(xiàn)有的有線電纜中的某一個(gè)頻道。可將整個(gè)電纜劃分為三個(gè)寬帶，分別用于Cable Modem數(shù)字信號上傳、數(shù)字信號下傳及電視節(jié)目模擬號下傳。一般同軸電纜的頻道范圍為5~860MHz，數(shù)字信號上傳為5~42MHz，模擬信號下傳為50~550MHz，數(shù)字信號下傳則是550~860MHz。

為了實(shí)現(xiàn)Internet接入，有線電視公司一般從88MHz~860MHz之間電視頻道中分離出一條6MHz的信道用于下行傳送數(shù)據(jù)。有線電視網(wǎng)采用的模擬傳輸協(xié)議，Cable Modem用來完成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。Cable Modem將數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制后在Cable的一個(gè)頻率范圍內(nèi)傳輸，接收時(shí)進(jìn)行解調(diào)。通常下行數(shù)據(jù)采用64QAM調(diào)制方式，最高速率可達(dá)27Mbit/s，如果采用256QAM，最高速率可達(dá)36Mbit/s。上行數(shù)據(jù)一般通過5~42MHz之間的一段頻譜進(jìn)行傳送，為了有效抑制上行噪音積累，一般選用QPSK調(diào)制或16QAM調(diào)制，QPSK或16QAM比64QAM更適合噪聲環(huán)境，但速率較低。上行速率最高可達(dá)10Mbit/s。Cable Modem屬于共享介質(zhì)系統(tǒng)，其他空閑頻段仍然可用于有線電視信號的傳輸。

因有線電視網(wǎng)屬于共享資源，所以Cable Modem需要具有加密和解密功能。當(dāng)給數(shù)據(jù)加密時(shí)，Cable Modem對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和擾碼，使得黑客盜取數(shù)據(jù)非常困難。當(dāng)通過Internet發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),本地Cable Modem對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，有線電視網(wǎng)服務(wù)器端的CMTS對數(shù)據(jù)解密，然后送給Internet。接收數(shù)據(jù)時(shí)則相反，有線電視網(wǎng)服務(wù)器端的CMTS加密數(shù)據(jù)，送上有線網(wǎng)，然后本地電腦上的Cable Modem解密數(shù)據(jù)。

HFC網(wǎng)絡(luò)寬帶網(wǎng)絡(luò)戶線接入方式，大致有兩種方法，一種是多用戶共享Cable Modem的HFC+Cable Modem+HUB在五類線以太網(wǎng)入戶方式，即可通過下連集線器支持最多幾臺PC機(jī)上網(wǎng)；PC機(jī)的IP地址，通過頭端DHCP服務(wù)器動態(tài)獲得。第二種是同軸電纜入戶，用戶獨(dú)享Cable Modem的雙向網(wǎng)絡(luò)方式，用戶可通過計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)卡或USB口，連接到CM；PC機(jī)的IP地址，可通過頭端DHCP服務(wù)器動態(tài)獲得。

3　Cable Modem的工作流程

Cable Modem加電工作后，首先自動搜索前端的下行頻率，找到下行頻率后，從下行數(shù)據(jù)中確定上行通道，與前端設(shè)備CMTS建立連接，并交換信息，包括上行電平數(shù)值、動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）和簡單文件傳送協(xié)議（TFTP）服務(wù)器的IP地址等。Cable Modem有在線功能，即使用戶不使用，只要不切斷電源，則與前端始終保持信息交換，用戶可隨時(shí)上線。Cable Modem具有記憶功能，斷電后再次上電時(shí)，使用斷電前存儲的數(shù)據(jù)與前端進(jìn)行信息交換，可快速地完成搜索過程。
 
　　在CMTS和Cable Modem間的通道建立后，可使用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。使用一個(gè)通用的SNMP網(wǎng)絡(luò)管理程序，對于不同廠家的CMTS和Cable Modem設(shè)備，需將廠家提供的管理信息庫（MIB）文件裝入到SNMP Manager中，才能管理相應(yīng)的設(shè)備。

4　Cable Modem的發(fā)展前景及阻礙

目前，國內(nèi)信息產(chǎn)業(yè)正處于飛速發(fā)展的時(shí)期，有線電視網(wǎng)、電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是我國信息化建設(shè)的三個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而在建設(shè)計(jì)算機(jī)城域網(wǎng)（WAN）時(shí)，原有的普通電話Modem有其不利的一面，如普及率、通信基礎(chǔ)設(shè)施落后和通信費(fèi)用過高等。

而有線電視網(wǎng)在這方面的優(yōu)勢主要有以下幾點(diǎn):

（1）我國電視機(jī)擁有量超過3.7億臺，全國電視人口覆蓋率超過95% 。

（2）寬頻帶大戶。我國有線電視電纜大戶帶寬從300~750MHz不等，多數(shù)大于450MHz。這正是信息高速公路所需要的帶寬，為綜合信息應(yīng)用提供了重要的條件。

（3）有線電視是國內(nèi)所有入戶的信息工具中收費(fèi)最低的。

單單從技術(shù)上看Cable Modem系統(tǒng)是成熟的，它基本上可以滿足高速接入而又不占用電話線路的要求，但從實(shí)際的運(yùn)作和使用上看還有著不少不可忽視的疑難問題：

（1）現(xiàn)有的大部分CATV網(wǎng)由于都是單向傳輸數(shù)據(jù)，因此，為了實(shí)現(xiàn)接入Internet雙向通信，就必需進(jìn)行必要設(shè)備的改造和更新。

（2）由于Cable Modem模式采用的是相對落后的總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這就意味著網(wǎng)絡(luò)用戶共同分享有限的帶寬，因此會造成數(shù)據(jù)傳輸不夠穩(wěn)定。

（3）使用Cable Modem實(shí)現(xiàn)真正意義上的上網(wǎng)就需要借助電腦，但對于我國廣大的有線電視用戶來說擁有電腦的家庭可能并不占多數(shù)，此外購買Cable Modem和初裝費(fèi)也都還不算很便宜，因此很難讓非網(wǎng)蟲的家庭動心。

5　結(jié)論

Cable Modem雖然是近幾年開始試用的一種超高速M(fèi)odem，但到目前已是比較成熟的一種技術(shù)。隨著有線電視網(wǎng)的發(fā)展壯大和人們生活質(zhì)量的不斷提高，它將越來越受到人們的廣泛關(guān)注，它的發(fā)展前景將會是非常廣闊的。

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