Definiţie
Modemurile cu cablu sunt dispozitive care permit accesul de mare viteză la Internet prin intermediul cablurilor din reţeaua de televiziune. Asemănător în anumite privinţe cu modemul analogic tradiţional, modemul cu cablu este mult mai puternic, capabil să livreze date de aproximativ 500 de ori mai repede.
Funcţionarea modemurilor cu cablu
Accesul actual la Internet prin modemuri de 28.8, 33.6 sau 56 kbps este cunoscută ca tehnologia de modemuri în banda vocală. Ca şi modemurile în banda vocală, modemurile cu cablu modulează şi demodulează semnalele de date. Totuşi, modemurile cu cablu conţin mai multă funcţionalitate necesară pentru serviciile Internet actuale pentru viteză înaltă. Într-o reţea cablată, fluxul de date de la reţea către utilizator este cunoscut ca downstream, iar fluxul de date de la utilizator către reţea este cunoscut ca upstream.
Din punctul de vedere al utilizatorului, un modem cu cablu este un receptor 64/256 QAM RF capabil să livreze până la 40 Mbps de date pe un canal de cablu de 6 MHz. Acest modem este de aproximativ 500 de ori mai rapid decât un modem de 56 kbps. Datele de la utilizator către reţea sunt transmise într-un sistem flexibil şi programabil sub controlul reţelei. Datele sunt modulate folosind un transmiţător QPSK/16 QAM cu rate de date de la 320 kbps până la 10 Mbps. Ratele de date upstream şi downstream pot fi configurate flexibil folosind modemuri cu cablu pentru îndeplinirea nevoilor abonaţilor. De exemplu, un serviciu de afaceri poate fi programat să recepţioneze şi să transmită pe o lărgime de bandă mai mare. Un utilizator particular poate fi configurat să acceseze Internetul pe o lărgime de bandă mai mare, iar transmisia către reţea pe o lărgime de bandă mai mică.
Un abonat poate folosi în continuare serviciile de televiziune pe cablu şi, în acelaşi timp, poate primi date cu un modem cu cablu, date trimise către un PC (personal computer) cu ajutorul unui splitter simplu one-to-one (vezi figura 1). Serviciul de date oferit de modemul cu cablu poate fi partajat cu până la 16 utilizatori în configuraţie de LAN (local-area network).
Deoarece anumite reţele cablate sunt potrivite pentru servicii de televiziune, modemurile cu cablu pot folosi ori o linie standard telefonică, ori un modem QPSK/16 QAM pe un sistem de cabluri pe două căi pentru transmiterea datelor upstream de la utilizator la reţea. Atunci când este folosită o linie telefonică şi o reţea de difuzare pe o cale, sistemul de date cablat se numeşte sistem TRI (Telephony Return Interface). Astfel, o reţea de televiziune prin cablu mobilă sau satelit poate funcţiona şi ca reţea de date.
La capătul dinspre reţea al cablului, datele de la utilizatorii individuali sunt filtrate de demodulatoare upstream (sau, după caz, de telephone-return systems) pentru procesarea efectuată de CMTS (Cable Modem Termination System). Un CMTS este un sistem de comutare a datelor proiectat special pentru rutarea datelor de la mai mulţi utilizatori de modemuri cu cablu către o interfaţă multiplexată de reţea. În mod asemănător, un CMTS primeşte date de la Internet şi oferă comutatoarele de date necesare pentru rutarea datelor către utilizatorii de modemuri cu cablu. Datele de la reţea către un grup de utilizatori sunt trimise cu un modulator 64/256 QAM. Rezultă astfel date modulate pe un canal de 6 MHz, care este spectrul alocat pentru un canal de televiziune prin cablu ca ABC, NBC sau TBS (vezi figura 2).
Pe capătul dinspre reţea al cablului sunt combinate datele din canalele downstream cu cele video, audio şi programele locale de publicitate care sunt recepţionate de abonaţi. Semnalul combinat este apoi transmis către reţeaua cablată de distribuţie. La utilizator, semnalul de televiziune este recepţionat de un set-top box, iar datele sunt recepţionate separat printr-un cable modem box şi trimise către PC.
Un CMTS este un nou element important pentru suportul serviciilor de date care integrează comunicaţiile upstream şi downstream pe o reţea de date cablată. Numărul de canale upstream şi downstream dintr-un anumit CMTS poate fi calculat în funcţie de suprafaţă, numărul de utilizatori, ratele de date oferite pentru fiecare utilizator şi spectrul disponibil. Un alt element important pentru operarea unui sistem de date cablat este EMS (Element Management System, sistemul pentru administrarea elementelor). Un EMS este un sistem de operaţii proiectat special pentru configurarea şi administrarea CMTS şi modemurile cu cablu asociate ale abonaţilor. Sarcinile acestuia sunt pregătirea, administrarea zilnică, monitorizarea, alarmarea şi testarea diferitelor componente ale CMTS. Dintr-un centru de operaţii al reţelei NOC (Network Operations Center), un singur EMS poate suporta mai multe sisteme CMTS pentru o anumită arie geografică (figura 3).
Caracteristicile sistemelor de date cablate
În afară de modulare şi demodulare, un modem cu cablu are mai multe caracteristici necesare pentru a oferi comunicaţii de bandă largă pentru o reţea de mare întindere (WAN, wide-area network). Nivelul de reţea este ales ca protocol Internet (IP, Internet protocol) pentru a suporta Internetul şi serviciile World Wide Web. Nivelul de legătură de date este format din trei subniveluri: subnivelul de control al legăturii logice, subnivelul de securitate a legăturii conform cerinţelor de securitate şi subnivelul MAC (Media Access Control – control de acces media) pentru operaţiunile sistemului cablat. Sistemele actuale de modemuri cu cablu folosesc formatul cadru Ethernet pentru transmisii de date pe canalele upstream şi downstream. Fiecare dintre canalele de date downstream şi canalele asociate de date upstream dintr-o reţea cablată formează un WAN extins Ethernet.
Pe măsură ce numărul de abonaţi creşte, un operator de cablu poate adăuga mai multe canale de date upstream şi downstream pentru a îndeplini cerinţele pentru lărgimea de bandă suplimentară din reţeaua de date. Din acest punct de vedere, extinderea unei reţele cablate de date poate fi administrată în acelaşi fel ca şi extinderea unei reţele LAN Ethernet din cadrul unei companii.
Cerinţele subnivelului pentru securitatea legăturii se împart în trei categorii: interfaţa primară de securitate BPI (Baseline Privacy Interface), interfaţa de securitate a sistemului SSI (Security System Interface) şi interfaţa modulului detaşabil de securitate RSMI (Removable Security module Interface). BPI oferă utilizatorilor modemului securitatea datelor pe cablurile reţelei prin codarea traficului de date între utilizatorul modemului şi CMTS. Suportul operaţional oferit de EMS permite CMTS să asocieze identitatea modemului cu abonaţii, autorizând astfel accesul abonatului la serviciile de date oferite de reţea. Astfel, cerinţele de securitate protejează datele utilizatorului precum şi folosirea serviciilor de către persoane neautorizate.
Discuţiile iniţiale din cadrul Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 802.14 Committee se refereau la utilizarea ATM (Asynchronous Transfer Mode – mod de transfer asincron) pentru reţeaua cablată de date pentru a facilita servicii multiple incluzând servicii telefonice, de date şi video, toate suportate de modemurile cu cablu. Deşi standardele actuale pentru modemuri cu cabluri includ Ethernetul, în standarde este prevăzut suport pentru ATM sau alte protocoale. Este de aşteptat ca suportul IP-telephony pentru reţelele cablate de date să fie un nou serviciu în viitorul apropiat.
Ing. Aurelian Blejan