CableModem及其系统的配置和使用

zjol

曾光裕赵晶
     
     【提要】本文先容了线缆调制解调器（CableModem）系统的主要特点、系统配置及使用中需注意的问题，给出了几种系统连接的网络结构。
     
     【关键词】线缆调制解调器（CableModem）线线调制解调终接系统（CMTS）光纤同轴电缆混合（HFC）网络宽带网络
     
     有线电视HFC网络是一个宽带网络，具有实现用户宽带接入的基础。1998年3月，ITU组织接受了MCNS的DOCSIS标准，确定了在HFC网络内进行高速数据通信的规范，为线缆调制解调器（CableModem）系统的发展提供了保证。通过CableModem系统，用户可在有线电视网络内实现国际互联网访问、IP电话、视频会议、视频点播、远程教育、网络游戏等功能。
     
     1.CableModem的特点及其系统连接
     
     CableModem和非对称数字用户线路（ADSL）是实现用户宽带接入的两种技术，它们传输数据的速度可达到几至几十Mb／s。这两种技术的工作原理完全不同，有着各自的特点。ADSL技术采用普通电话线传输数据，用户与前端的通信为点对点方式，前端需为每一个拨入的用户提供一个接口电路板，因此前端设备会随着用户数量的增加而逐用有线电视电缆传输数据，用户与前端的通信为总线方式，一台前端设备可为多个用户提供服务。例如，一台CMTS1000型前端设备可以连接500～2000个CableModem用户，其体积仅为一台标准的19”机箱大小。
     
     CableModem系统包括前端设备CMTS和用户端设备CableModem（CM），两设备通过双向HFC网络连接。
     
     系统的主要性能分为上行通道和下行通道两部分。下行通道的频率范围为88～860MHz，每个通道的带宽为6MHz，采用64QAM或256QAM调制方式，对应的数据传输速率为30.342Mb／S或42.884Mb／S。上行通道的频率范围为5～65MHz，每个通道的带宽可为200、400、800、1600、3200kHZ，采用QPSK或16QAM调制方式，对应的数据传输速率为320～5120kb／s或640～10240kb／s。
     
     系统的每一个下行通道可支撑500～2000个CableModem用户，工作时每个CableModem用户实时分析下行数据中的地址，通过地址匹配确定数据的接收。当用户数量较多时，下行数据量增大，每个用户的平均速度下降。例如，一个下行通道中有1000个用户，平均速度为40Mb／s/1000=40kb／s。这个速度是指每个用户同时下载数据的情况，实际传输中，系统可以动态地分配带宽，使某个用户在很短的时间内，占用一切可用的带宽完成数据的下载。因此，平均速度只是一个最小数据。在前述情况中，每个用户的实际传输速度应为40kb／s--40Mb／s。
     
     在上行通道中，数据传输速率比下行通道低，整个通道被分成多个时间片，每个CableModem根据前端设备提供的参数，确定使用相应的时间片。上行通道的带宽可根据所需的数据传输速率设定。在同样的带宽内，QP－SK调制的速率比16QAM调制方式低，但其抗干扰性能好，适用于噪声干扰较大的上行通道，而16QAM调制适用于信道质量好且要求高速传输数据的场合。
     
     在CMTS设备中，为了减小上行通道的干扰，一个下行通道一般对应有多个不同频率的上行通道，CMTS根据信道的噪声状况自动跳频到干扰较小的通道，而用户察觉不到跳频的过程。
     
     2.CableModem系统的配置、使用和管理
     
     CableModem和前端设备的配置是分别进行的。CableModem设备有用于配置的Consol接口，可通过VT终端或Win9x的超级终端程序进行设置。
     
     CableModem加电工作后，首先自动搜索前端的下行频率，找到下行频率后，从下行数据中确定上行通道，与前端设备CMTS建立连接，并交换信息，包括上行电平数值、动态主机配置协议（DHCP）和小文件传送协议（TFTP）服务器的IP地址等。CableModem有在线功能，即使用户不使用，只要不切断电源，则与前端始终保持信息交换，用户可随时上线。CableModem具有记忆功能，断电后再次上电时，使用断电前存储的数据与前端进行信息交换，可快速地完成搜索过程。
     
     从以上可看出，在实际使用中，CableModem一般不需要人工配置和操作。如果进行了设置，例如改变了上行电平数值，它会在信，氨交换过程中自动设置到CMTS指定的合适数值上。
     
     每一台CableModem在使用前，都需在前端登记，在TFTP服务器上形成一个配置文件。一个配置文件对应一台CableModem，其中含有设备的硬件地址，用于识别不同的设备。CableModem的硬件地址标示在产品的外部，有RF和以太两个地址，TFTP服务器的配置文件需要RF地址。有些产品的地址需通过Consol接口联机后读出。对于只标示一个地址的产品，该地址为通用地址。
     
     前端设备CMTS是管理控制CableModem的设备，其配置可通过Consol接口或以太网接口完成。通过Consol接口配置的过程与CableModem配置类似，以行命令的方式逐项进行，而通过以太网接口的配置，需使用厂家提供的专用App，例如北电网络企业的LCN配置App。
     
     CMTS的配置内容主要有：下行频率、下行调制方式、下行电平等。下行频率在指定的频率范围内可以任意设定，但为了不干扰其它频道的信号，应参照有线电视的频道划分表选定在规定的频点上，例如，选择DS34频道的中心频率682MHz。调制方式的选择震考虑信道的传输质量。此外，还必须设置DHCP、TFTP服务器的IP地址、CMTS的IP地址等。
     
     上述设置完成后，如果中间的线路无故障，信号电平的衰减符合要求，则启动DHCP、TFTP服务器，就可以在前端和CableModem间建立正常的通信通道。
     
     一般地说，CMTS的下行输出电平为50～61dBmV（110～121dBμV），接收的输入电平为一16～26dBmV；CableModem接收的电平范围为一15～15dBmV；上行信号的电平为8～58dBmV（QPSK）或8～55dBmV（16QAM）。上下行信号经过HFC网络传输衰减后，电平数值应满足这些要求。
     
     CMTS设备中的上行通道接口和下行通道接口是分开的，使用时需经过高低通滤波器混合为一路信号，再送入同轴电缆。实际使用中，也可用分支分配器完成信号的混合，但对CMTS设备内部的上下行通道的干扰较大。
     
     在CMTS和CableModem间的通道建立后，可使用简单网络管理协议（SNMP）进行网络管理。SNMP是一个通用的网络管理程序，对于不同厂家的CMTS和CableModem设备，需将厂家提供的管理信息库（MIB）文件装入到SNMP中，才能管理相应的设备。也可使用行命令的方式进行管理，但操作不直观，容易出现错误。
     
     3.多台CMTS设备组成的网络结构
     
     系统中一个下行通道最多支撑2048个用户，不同厂家的CMTS支撑的下行通道数也不同，一台北电网络企业的CMTS1000支撑一个下行通道，Cisco的UBR7246有4个插槽，全部插满时可支撑4个下行通道。当用户数较多或传输的数据量较大时，必须考虑使用多个下行通道，可将多台CMTS设备连成网络。
     
     在这个结构中，一个CMTS对应一个CableModem用户群，采用一对光纤连接，CMTS间通过交换机实现全网的连接。各CMTS可使用相同或不同的下行频率。如果使用不同的下行频率，则可将多个CMTS的下行输出混合成一路信号，送入HFC网络，而在前端TFTP服务器的配置文件中，将同一个用户群内的CableModem编排分配在同一个网络内，并将其下行频率设成相同的数值。
     
     在这种结构中，可在分中心配置一些服务器，例如视频服务器等，以减少用户对总中心的访问量，提高整个网络的访问速度。分中心可以将适合自己特点的信息源放入服务器，供本区用户访问。网络中各CMTS是独立的。其下行频率可以不同。
     
     在用户端，CableModem后通常接一台PC机，但考虑到价格因素，也常接多台PC机，这时需在CableModem后接一台以太网集线器（HUB）或交换机（Switch）。多数CableModem具有带16个PC用户的能力，每个用户均可通过一条双绞线连到HUB的一个RJ45接口。这种使用方法的不足之处是，需要重新布线，没有发挥原有同轴电缆入户的优越性。