Standard DOCSIS » Sposób na szybki internet przez telewizję kablową
Autor: Conrad Electronic, 25.10.2023
Wynalezienie telefonu w 1876 roku zainicjowało również rozwój przewodowej sieci telefonicznej. Z uwagi na jej dynamiczny rozwój, nie było zaskoczeniem, że istniejące linie telefoniczne zostały wykorzystane jako infrastruktura podczas pierwszej elektronicznej transmisji danych w 1969 roku. Internet, który stał się dostępny dla ludzi od 1993 roku, również od początku opierał się na połączeniu telefonicznym.
Nawet jeśli modemy analogowe używane w tamtych czasach są obecnie eksponatami muzealnymi, niektóre z obecnych połączeń internetowych nadal działają za pośrednictwem przewodów telefonicznych. W międzyczasie pojawiły się jednak inne sposoby na uzyskanie szybkiego dostępu do stron WWW. Jednym z nich jest telewizja kablowa i DOCSIS. Co oznacza DOCSIS i jak działa, wyjaśniamy w naszym poradniku.
Nieco specyficzne oznaczenie DOCSIS jest po prostu połączeniem pierwszych liter Data Over Cable Service Interface Specification. Z zasady jest to interfejs do transmisji danych za pośrednictwem kabla. Specyfikacja ta nie opisuje jednak przesyłu za pośrednictwem kabla telefonicznego (1). Chodzi raczej o transmisję dużych ilości danych za pośrednictwem kabla telewizyjnego (2), używanego z przyłączem kablowym.
Podobnie jak w przypadku budowy sieci telefonicznej, od lat 80. XX w. popularyzowana jest także budowa sieci telewizji kablowej. Rozpoczynając od dużych miast, telewizja kablowa stawała się coraz bardziej powszechna i w pierwszej fazie została zaprojektowana głównie jako medium dystrybucyjne. W przeciwieństwie do konwencjonalnych dwużyłowych kabli telefonicznych, za pośrednictwem ekranowanych przewodów koncentrycznych można przesyłać znacznie więcej informacji niż tylko sygnały telewizyjne lub transmisję radiową.
Natomiast dzięki zastosowaniu stacji bazowych z obsługą kanału zwrotnego, obecnie możliwa jest również transmisja sygnału w obu kierunkach po kablu telewizyjnym. Szybka, bezpieczna i wydajna transmisja danych w szerokopasmowej sieci kablowej wymaga jednak określonego standardu, który został stworzony w 1997 roku dzięki opracowaniu standardu DOCSIS..
W celu zilustrowania sposobu działania standardu DOCSIS, należy najpierw przedstawić krótki wgląd w model warstwowy OSI (Open Systems Interconnection). Specyfikacje DOCSIS znajdują się w modelu OSI w warstwie pierwszej i drugiej. W zależności od wersji DOCSIS, obejmują one przepustowość transmisji, procedury modulacji wielu nośnych i procedury multipleksowania. Model OSI to architektura składająca się z siedmiu warstw lub poziomów, która opisuje regulowaną komunikację różnych systemów technicznych w sieci komputerowej.
Warstwy opierają się na sobie nawzajem, począwszy od pierwszej, w której odpowiednie instancje, tj. jednostki organizacyjne w hierarchicznej strukturze instrukcji, udostępniają swoje usługi warstwie znajdującej się bezpośrednio powyżej.
Siedem warstw modelu OSI:
| Warstwa | Warstwa OSI | Funkcja | Klasyfikacja |
|---|---|---|---|
| 7 | Warstwa aplikacji (Application Layer) |
Aplikacja | Zorientowany na aplikację |
| 6 | Warstwa prezentacji (Presentation Layer) |
Aplikacja | Zorientowany na aplikację |
| 5 | Warstwa sesji (Session Layer) |
Aplikacja | Zorientowany na aplikację |
| 4 | Warstwa transportowa (Transport Layer) |
Transport | Zorientowany na transport |
| 3 | Warstwa pośrednia (Network-Layer) |
Internet | Zorientowany na transport |
| 2 |
(Data Link Layer) |
Dostęp do sieci | Zorientowany na transport |
| 1 | Warstwa transmisji bitów (Physical Layer) |
Dostęp do sieci | Zorientowany na transport |
Transmisja danych w modelu zmianowym
Chociaż poszczególne warstwy są zbudowane pionowo jedna na drugiej, bezpośredni transfer danych odbywa się poziomo pomiędzy odpowiednimi elementami warstw.
W tym celu w każdej warstwie używane są różne protokoły.
Na załączonym rysunku pokazaliśmy trzy z siedmiu warstw jako przykłady.
Od momentu wprowadzenia, protokół DOCSIS podlegał ciągłemu rozwojowi. W ten sposób standard DOCSIS został dostosowany do warunków technicznych, takich jak zmienione zakresy częstotliwości, wprowadzenie technologii światłowodowej, a także do stale rosnących wymagań dotyczących prędkości transmisji. W momencie wdrożenia pierwotny zakres częstotliwości wynosił od 50 MHz do 862 MHz. W późniejszym okresie zakres częstotliwości został rozszerzony do 1800 MHz lub 1,8 GHz, przy czym częstotliwości analogowych kanałów telewizyjnych, które zostały wyeliminowane, są również używane do transmisji danych.
DOCSIS 1.0
Dzięki standardowi określonemu w 1997 r. przez amerykańskiego operatora sieci kablowej, możliwe było już osiągnięcie znacznych prędkości transmisji danych wynoszących około 40 Mbit/s przy pobieraniu i 10 Mbit/s przy wysyłaniu.
DOCSIS 2.0
Dzięki standardowi DOCSIS 2.0, który został wydany w 2002 roku , zwiększono przepustowość przypadającą na abonenta, umożliwiając transmisję w czasie rzeczywistym. Prędkość wysyłania zwiększona do 30 Mbit/s.
DOCSIS 3.0
Od 2006 roku DOCSIS 3.0 umożliwiał łączenie do 32 kanałów nadawczych i odbiorczych. Zwiększyło to prędkość pobierania do 1 Gbit/s, a prędkość wysyłania do 100 Mbit/s .
DOCSIS 3.1
Dzięki ulepszonej procedurze modulacji i elastycznemu wykorzystaniu częstotliwości nośnych o różnych szerokościach, obsługiwane są prędkości 10 Gbit/s dla pobierania i 1 Gbit/s dla wysyłania. Ze względu na wyłączenie analogowych kanałów telewizyjnych, zakres częstotliwości użytkowych wynosi obecnie od 5 MHz do 1,8 GHz.
DOCSIS 4.0
Standard DOCSIS 4.0 jest rozwinięciem wersji DOCSIS 3.1 Full-Duplex wydanej w 2017 roku. Zachował obsługiwaną prędkość pobierania 10 Gbit/s , natomiast prędkość wysyłania została zwiększona do 6 Gbit/s. Skrócono czas opóźnienia wymagany dla przesyłania pakietu danych z urządzenia końcowego do serwera.
Informacja EuroDOCSIS 3.0
Standard telewizyjny PAL (Phase Alternating Line) używany w Europie ma szerokość pasma 8 MHz. W przeciwieństwie do tego, szerokość pasma systemu NTSC używanego w Ameryce wynosi tylko 6 MHz. Doprowadziło to do zaadaptowania specyfikacji DOCSIS dla Europy i oznaczenia jej jako EuroDOCSIS. Od wersji 3.1 nie ma już rozróżnienia między DOCSIS i EuroDOCSIS 3.0.
Aby móc korzystać z szybkiego dostępu do Internetu za pośrednictwem kabla telewizyjnego, należy wcześniej sprawdzić, czy istnieje domowy punkt dystrybucji telewizji kablowej. Ponieważ rozbudowa sieci kablowej początkowo miała miejsce w większych aglomeracjach, dostępność różni się znacznie w zależności od regionu. W razie potrzeby należy wyjaśnić z lokalnym dostawcą telewizji kablowej, czy można zainstalować łącze.
Sygnały z głównego punktu transmisyjnego są najpierw wzmacniane, a następnie indywidualnie rozprowadzane po całym budynku. Sygnały telewizyjne, radiowe i transmisji danych zostają rozdzielone poprzez gniazda multimedialne. Złącze "przewodowe" gniazda multimedialnego jest następnie podłączane do routera kablowego ze zintegrowanym modemem. Podobnie jak klasyczny router DSL, ten modem lub modem kablowy przejmuje wszystkie typowe zadania, takie jak LAN, WLAN i telefonia.
Sieć telewizji kablowej działa jako medium współdzielone, co oznacza, że modemy kablowe użytkowników muszą dzielić się dostępną przepustowością. Pomimo tego, łączenie się z Internetem poprzez telewizję kablową oferuje znacznie szybsze i bardziej stabilne połączenie w porównaniu z dostępem internetowym za pośrednictwem DSL. Jednocześnie standard DOCSIS definiuje warstwę MAC (Media Access Control), za pomocą której operatorzy sieci mogą ustalać przepustowość, konfigurować usługi i przeprowadzać konserwację modemu. Aby zapobiec zakłóceniom obcego przepływu danych, wymiana danych pomiędzy stacją główną a odpowiednim modemem kablowym jest szyfrowana.
Produkty zgodne z DOCSIS
To pytanie jest interesujące tylko dla osób, które mają zarówno łącze telefoniczne, jak i telewizję kablową. W poniższej tabeli podsumowaliśmy najbardziej widoczne różnice.
| Rodzaj połączeniat | Kabel telefoniczny | Telewizja kablowa |
|---|---|---|
| Szybkość pobierania | 16 Mbit/s (DSL) 100 Mbit/s (VDSL) 250 Mbit/s (Supervectoring) |
Do 10 Gbit/s |
| Szybkość przesyłania danych | 40 Mbit/s | Do 6 Gbit/s |
| Dostępność | Ekspansja na cały obszar | Brak ogólnokrajowego zasięgu |
| Dostawca | Szeroki wybór dostawców i bogata oferta | Mniejsza różnorodność dostawców |
| Zalety | Wysoka dostępność Stała prędkość Każdy użytkownik ma własne łącze |
Bardzo wysoka szybkość przesyłania danych Stabilny sygnał dzięki zastosowaniu wzmacniacza |
| Wady | Niestabilność przy dużych odległościach od dystrybutora Niższe prędkości przesyłania danych |
Wahania prędkości w godzinach szczytu Brak dostępności na całym obszarze |
Wnioski:
Dzięki szybszemu transferowi danych internet kablowy jest zdecydowanie korzystniejszy , jeśli korzystamy z telefonii IP, konferencji na żywo, a także jeśli potrzebujemy szybko wysyłać i odbierać duże ilości danych. Jest to również powód, dla którego firmy i przedsiębiorstwa preferują ten typ połączenia. Pod warunkiem, że dostępne jest połączenie kablowe. Wraz z rosnącą ekspansją gigabitowej sieci kablowej za pośrednictwem światłowodów, w przyszłości możliwe będą jeszcze szybsze połączenia internetowe.