Модемы DSL и кабельные

   Вместе  с тем внешние шумы (шумы ингрессии) ограничивают пропускную способность обратного канала рамками 200-2000 Кбит/с.

   Опасность представляют:

   ·         небрежно инсталлированные или корродированные домовые и распределительные разъемы;

   ·         абонентские кабели низкого качества;

   ·         абонентские терминалы;

   ·         прокладка кабеля самими абонентами;

   ·         поврежденный распределительный кабель;

   ·         поврежденное распределительное оборудование, недостаточно надежное заземление системы.

   Основными источниками шумов ингрессии являются:

   ·         системы радиокоммуникаций;

   ·         электромоторы;

   ·         переключатели;

   ·         выключатели;

   ·         высоковольтные линии передач;

   ·         электростатические разряды.

    Наиболее  широко используемый метод модуляции,  Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), недостаточно эффективен, но его применение зачастую неизбежно, ввиду высокой зашумлённости. QPSK модуляция теоретически обеспечивает эффективность использования канала 2 Мбит/Гц. Так как шум создает помехи передаче данных, то необходимо устранить его влияние. Механизм, используемый для этой цели, называется канальным кодированием FEC (forward error correction). Так как канальное кодирование предполагает избыточность, то на него тратится часть пропускной способности, и скорость передачи полезных данных ниже эффективности канала. Механизмы канального кодирования и требования к избыточности в разных системах СКМ различны. СКМ, использующие QPSK, обычно обеспечивают эффективность передачи полезной информации от 1.5 до 1.8 Мбит/Гц.

   Одна  из наиболее неприятных особенностей шумов ингрессии — случайный характер их появления. Это значит, что и в тех случаях, когда удается обнаружить чистый участок спектра при установке СКМ, нет гарантии, что шумы ингрессии не поразят этот участок позже. В этом случае может быть поврежден канал передачи данных и даже полностью нарушена связь. Шумы ингрессии могут негативно влиять даже на СКМ с мощным канальным кодированием, так как корректирующие возможности любой системы все же ограничены. Единственный способ избежать разрушающего действия этих шумов заключается в перемещении канала связи на чистый участок спектра. Эта способность СКМ называется механизмом уклонения от шумов ингрессии, или частотной отстройкой (frequency hoping). СКМ с частотной отстройкой обладает гораздо большей устойчивостью к разрушению канала во время появления шумов ингрессии.

   Во  избежание конфликтов в общем  кабеле, доступ каждого узла требуется  контролировать в обратном направлении. В большинстве случаев операторы  КТВ используют механизмы контроля доступа к среде с подачей  команд о выделении пользовательской системе квантов времени для  передачи трафика.

   Другие  методы устранения шума:

   ·        Фильтр блокировки шума, управляемый кабельным модемом. Фильтр представляет собой прибор, блокирующий сигналы обратного канала все время, за исключением моментов передачи данных. Фильтр обычно устанавливается около абонентского ответвителя и предохраняет от шумов ингрессии, наводимых через абонентский отвод или из квартиры абонента.

   ·        Комбайнер обратного канала. Комбайнер обратного канала представляет собой многопортовый переключатель радиосигналов, способный объединять несколько обратных каналов в единый поток, не накапливая при этом шум из индивидуальных обратных каналов. Для этого можно использовать и пассивный комбайнер, однако такое решение не позволяет объединять более 4 индивидуальных каналов без превышения допустимого уровня аккумулируемого шума.

   ·        Прокладка оптического кабеля. Одно из решений проблемы внешних помех состоит в прокладке оптического кабеля от распределительных устройств как можно ближе к абонентам. Помимо всего прочего, это позволяет увеличить совокупную емкость кабельной сети, снизить стоимость владения и устранить необходимость использовать множество усилителей для восстановления сигнала. Однако лишь сравнительно небольшая доля кабельной инфраструктуры США (вероятно, менее 20% от всех домов, к которым она была проложена) модернизирована с помощью оптических кабелей. С технической точки зрения модернизация не представляет трудностей, но с финансовой - она оказывается весьма обременительной.

   ·        Сокращении числа подключённых к данному сегменту кабеля. Другое потенциальное решение для уменьшения внешних помех состоит в сокращении числа подключенных к данному сегменту кабеля квартир (домов). Трудности здесь все те же - чисто экономические, потому что при прочих равных условиях кабельным операторам выгоднее иметь крупные разделяемые сегменты.

   Кабельным модемом называется абонентское  устройство, обеспечивающее высокоскоростной доступ к Интернету по сетям кабельного телевидения, они используют ассиметричную  технологию, которая наиболее оптимально подходит для пользовательского  доступа к Интернету. При этом максимально возможная скорость приема данных таким модемом, может достигать порядка 40 Мбит/с и скорость передачи данных порядка 10 Мбит/с. Как и модем, предназначенный для соединения по коммутируемым телефонным линиям, это устройство представляет собой двунаправленный аналогово-цифровой преобразователь данных, использующий в процессе передачи информации принцип наложения на несущую частоту модулированного аналогового сигнала. Существенным отличием данного аппаратного средства от обыкновенного модема является то, что кабельный модем не требует установки каких-либо драйверов, поскольку он подключается к компьютеру посредством сетевой карты и является абсолютно прозрачным для системы: машина считает, что она работает в локальной сети.

   Для передачи данных используется один или  несколько свободных от телепередач  телевизионных каналов. Передача данных и телевизионных программ ведутся  одновременно, по одному и тому же кабелю, совершенно не мешая друг другу.

   Применение  подобных модемов ориентировано прежде всего на домашних пользователей, поскольку линии кабельного телевидения существуют в основном в жилых кварталах, тем не менее в последнее время сети кабельного телевидения начинают охватывать и административно-промышленные районы.

   Подключение кабельного модема осуществляется обычно через разделитель. Разделитель, в  соответствии со своим названием, делит  сигнал между телевизором и кабельным  модемом. К одному из выходов разделителя  и подключается кабельный модем. Несмотря на многочисленные отличия  в конструкции, все модемы имеют  одну и ту же базовую архитектуру (см. Рисунок 2).

   

  Рисунок 2. Схема подключения  и устройства кабельного модема. 1 – Тюнер, 2 – Демодулятор, 3 – Блок MAC, 4 – Интерфейс, 5 – Модулятор  

     К разделителю (фактически —  телевизионной антенне) модем  подключается через тюнер. Обычно  тюнер имеет встроенный диплексер для приема и передачи сигналов. Принятый сигнал подается на демодулятор. Данный блок выполняет функции преобразования сигнала из аналоговой в цифровую форму, демодуляции QAM-64/256, синхронизации кадров MPEG и коррекции ошибок в соответствии с кодом Рида-Соломона.

   Его двойником является пакетный модулятор; он соответствующим образом модулирует сигнал для его последующей передачи на оконечную станцию и выполняет  все те же операции, но в обратной последовательности. Исходящий сигнал пропускается через задающий усилитель  для обеспечения требуемой мощности сигнала. Часто и демодулятор, и  модулятор реализуются в виде одной микросхемы.

   Блок  контроля доступа к  среде передачи (Media Access Conrol, MAC) служит, с одной стороны, начальной точкой для исходящего пути, а с другой — конечной точкой для входящего пути. Ввиду сложности применяемых алгоритмов реализация функций уровня MAC требует применения микропроцессоров. Для этого используются микропроцессоры PowerPC компании Motorola или другие RISC-процессоры.

   MAC протокол:

   Протокол MAC уровня управляет доступом к обратному  каналу. Иногда данные для передачи имеются у нескольких модемов  одновременно. В этих случаях MAC протокол предоставляет критерии, в соответствии с которыми системный терминал определяет последовательность доступа модемов  к обратному каналу, а также  время доступа для каждого  модема.

   Если  кабельные модемы ведут передачу по очереди, никаких столкновений в  обратном канале не возникает, и система  работает эффективно. Столкновения вынуждают  модемы посылать данные повторно, что  снижает эффективность работы системы. Это, в частности, означает, что MAC протокол влияет на эффективность использования  полосы обратного канала СКМ.

   На  сегодняшний день существуют две  категории СКМ. Одна категория объединяет системы с индивидуальными версиями MAC протоколов. Некоторые из них предлагают сильные решения, базирующиеся в  основном на АТМ протоколе. Другие чаще всего базируются на стандарте IEEE 802.14 для СКМ протоколов MAC уровня. Они имеют ограниченные возможности организации работы обратного канала в области избежания столкновений, обеспечения качества услуг и т.д.

   После обработки в блоке MAC данные передаются на компьютер через интерфейс. Помимо Ethernet на 10 Мбит/с это может быть также USB, PCI.

Как работают кабельные  модемы

   В настоящее время в мире существует 2 класса оборудования для передачи данных через сети кабельного телевидения. Эти классы сформировались исторически  и отличаются способом организации  приема данных от абонента.

   Первые  попытки использовать сети кабельного телевидения для доступа к  Интернету были предприняты довольно давно. Сети кабельного телевидения  в то время строились на основе коаксиального кабеля по технологии которая обеспечивала только однонаправленную передачу информации (ведь задачи организации обратной связи от абонента в сети CATV в то время не ставилось).

   Поэтому первые кабельные модемы использовали технологию, при которой абонент  получал данные по высокоскоростному  каналу сети CATV, а исходящий поток  данных к интернет-провайдеру организовывался с использованием обычного коммутируемого соединения по телефонной линии (например, с использованием дополнительного аналогового или ISDN-модема).

   Данная  технология получила название TELCO-Return и широко используется в настоящее время.

   К достоинствам технологии TELCO-Return можно отнести:

   ·  отсутствие необходимости изменять существующую кабельную инфраструктуру оператора CATV;

   ·  минимальные начальные затраты для ISP при любой кабельной инфраструктуре оператора CATV.

   К недостаткам можно отнести:

   ·  наличие соединения по коммутируемой линии, что снижает общую надежность, т.к проблемы с передачей данных по телефонной линии отразятся и на высокоскоростном приеме данных;

   ·  затруднительно организовать постоянное подключение (24 часа в сутки) по коммутируемой линии;

   ·  низкоскоростной поток данных от пользователей (до 33,6 Кбит/с при использовании аналогового модема на обратном канале).

   В настоящее  время наибольшее распространение  получают гибридные сети, состоящие  из участков оптического и коаксиального  кабеля (так называемые "сети HFC").

   В таких сетях, при использовании  двунаправленных промежуточных  усилителей достигается возможность  не только передавать поток данных к абоненту, но и получать обратный поток (данные от абонента). При этом можно сказать, что абонент получает возможность интерактивной работы.

   Это открывает новые возможности  для организации передачи данных и доступа к Интернету, позволяет  использовать кабель системы кабельного телевидения уже для двунаправленной  передачи данных пользователя. При  этом как высокоскоростной входящий поток, так и более медленный  исходящий поток передаются по одному и тому же коаксиальному кабелю.

   Данная  технология получила название Cable-Return

   К достоинствам технологии Cable-Return можно отнести:

   ·  отсутствие трафика через коммутируемую телефонную сеть;

   ·  высокоскоростной поток данных от пользователя (до 10 Мбит/с);

   ·  высоконадежная связь с возможностью организации доступа в течение 24 часов в сутки.

   К недостаткам можно отнести:

   ·  необходимость изменять традиционную однонаправленную кабельную инфраструктуру и обеспечивать переход к двунаправленной технологии;

   ·  ограничено количество подключенных в каждом сегменте пользователей из-за дополнительных шумов, вносимых в кабель при каждом дополнительном подключении и ограниченности диапазона частот выделенного для организации обратных каналов.

   Обе эти технологии позволяют пользователю получать высокоскоростной поток данных со скоростью порядка 40 Мбит/с. Но реальная скорость принимаемых данных обычно не превышает 10 Мбит/с, в связи с  ограничением, накладываемым максимальной скоростью для интерфейса Ethernet 10BASE-T, и количеством пользователей, одновременно работающих на данном канале (чем больше пользователей в сегменте одновременно использует этот частотный канал, тем меньше итоговая скорость поступления данных к каждому конкретному пользователю). Например, при 5 пользователях, одновременно принимающих файлы, скорость поступления данных к каждому отдельному пользователю будет порядка 40/5=8 Мбит/с (что в любом случае значительно превышает скорость, обеспечиваемую аналоговыми или ISDN-модемами, и делает применение кабельных модемов очень перспективным).