8.5.1 Сети кабельного телевидения CATV(CableTV) изначально предназначались для организации трансляции пользователям телевизионных программ по распределительным сетям на основе коаксиального кабеля и строились по однонаправленной схеме.
В начале 90-х годов были предприняты многочисленные, но неудачные попытки создания и внедрения технологий построения интерактивных гибридных коаксиальных фидерных сетей доступа HFC(HybridFiberCoaxial) к мультимедийным сервисам (услугам) на базе сетей кабельного телевидения (КТВ). Массовое развертывание HFC-сетей началось после появления в 1997 г. стандарта DOCSIS (DataOverCableServiceInterfaceSpecification).
К настоящему времени системы доступа в Internet(Рис.8.10а) стационарных и мобильных абонентов инфокоммуникационных сетей (ИКС) встроены в разветвленную составную сеть, состоящую из различных подсетей, выполненных с использованием как кабельных, так и оптоволоконных направляющих сред.
8.5.2 В настоящее время используется пять вариантов стандартаDOCSIS, определяющих построение интерактивных (основанных на взаимодействии, диалоге) систем КТВ на базе гибридной HFC-технологии: три американских (DOCSIS 1.0; 1.1; 2.0), один европейский (Euro-DOCSIS) и один международный (Рек. J.112 ITU-T).
Рисунок 8.10а – Обобщенная схема доступа в Internet стационарных и мобильных абонентов ИКС
СтандартDOCSIS 1.0. был создан для сетей КТВ США. Он определяет:
– физический и МАС (MediaAccessControl) – уровни передачи данных;
– уровень управления для кабельных модемов и головных станций, т. н. модемных терминальных станций CMTS (CableModemTerminationStation);
– принципы обеспечения сетевой безопасности и качества обслуживания.
Для полноценной работы в составных или глобальных сетях, например, в Internet в системе доступа через сети КТВ необходима обратная связь между пользователем и CMTS -головной станцией системы доступа.
Головная станция (CMTS) размещается, как правило, там, где находится телевизионное оборудование КТВ, а так же шлюз – пограничный маршрутизатор, для выхода в магистральную сеть.
8.5.3 Существует две архитектуры передачи данных от абонента в территориальную или глобальную сеть, т.е. вверх (upstream) по восходящему каналу передачи данных.
Симметричная архитектурапредставлена топологической схемой на рисунке 8.10б. В этом варианте технологии оба сигнала – прямой (нисходящий к абоненту) и обратный (восходящий от абонента)передаютсяпо одному кабелю, к которому подключены абонентские окончания по схеме монтажного ИЛИ. Чтобы использовать общую разделяемую всеми среду передачи сигналы в прямом и обратном направлениях удобно передавать в различных диапазонах частот.
В промышленности, где кабельная (не ТВ) сеть создается самим предприятием для пересылки информации и управления технологическими процессами, разумно использовать симметричную архитектуру, поскольку в этом случае скорость прямой и обратной передачи одинакова.
Согласно стандартам DOCSIS для организации доступа по восходящему каналу при симметричной архитектуре используется диапазон частот 5…42 МГц, и скорость передачи до 10 Мбит/с. В нисходящем канале (выше 550-868 МГц) скорость передачи 30 – 40 Мбит/с.
В системе доступа с асимметричной архитектуройвосходящий канал предоставляется с помощью других сетей, зачастую ГТС. При этом скорость в восходящем (upstream) канале гораздо ниже, чем в канале нисходящем (downstream). Кроме того, в связи с необходимостью оплаты телефонных линий, данная архитектура оказывается не рентабельной и постепенно вытесняется симметричной.
Рисунок 8.10б – Топологическая схема системы доступа в Internet на базе сети КТВ
(симметричная архитектура)
8.5.4 Асимметричнаяархитектурапредставлена топологической схемой на рисунке 8.11
Рисунок 8.11 – Топологическая схема системы доступа в Internet на базе сети КТВ
(асимметричная архитектура)
Доступ по восходящему каналу реализован по принципу временного разделения каналов (TDMA), причем CMTS выполняет роль «арбитра», который по нисходящему каналу выдает разрешения абонентским модемам на передачу по восходящему каналу. При этом тайм-слоты распределяются только между активными модемами. Для вновь подключаемых модемов предусмотрены специальные, временно используемые, тайм-слоты.
Методы модуляции – квадратурная фазовая (QPSK) и квадратурная амплитудная (QAM-16), обеспечивают скорость передачи в восходящем канале до 1 Мбит/с. Для защиты информации используется стандарт цифрового шифрования DES с длиной ключа 40 бит.
Нисходящий канал передачи данных с полосой пропускания 6 МГц (Рек. J.83.BITU-T) может быть организован в диапазоне частот выше 550 ÷ 868 МГц, поскольку программы КТВ занимают частоты от 50 до 550 
868 (МГц). Методы модуляции в прямом канале – QAM-64 и QAM-256, а скорости передачи соответственно 30 и 42 (Мбит/с.)
Обеспечение качества обслуживания основано на реализации требований согласно классам обслуживания QoS(QualityofService) на транспортном уровне взаимодействия узлов сети.
8.5.5 Вторая версия стандарта DOCSIS 1.1. была создана в 1999 г. В ней предусмотрено увеличение скорости передачи в обратном канале до 5 Мбит/с. Улучшена эффективность использования пропускной способности обратного канала за счет введения механизмов фрагментации пакетов и подавления заголовков, повышена сетевая безопасность благодаря введению аутентификации кабельных модемов.
В третьей версии стандартаDOCSIS 2.0., опубликованной в 2002 г., пропускная способность обратного канала увеличена до 30,72 Мбит/с при ширине полосы частот до 6,4 МГц. В качестве метода доступа к обратному каналу используются варианты A-TDMA (Advanced – усовершенствованный TDMA) или S-CDMA (Synchronous – синхронный CDMA). В обратном (восходящем) канале дополнительно используются методы модуляции QAM-8, QAM-32, QAM-64, а также QAM-128с решетчатым кодированием (trelliscoder). В качестве метода доступа по нисходящему каналу используются варианты A-TDMA (AdvancedTDMA) или S-CDMA (SynchronousCDMA). Такой сигнал передается по кабельной системе вместе с сигналами кабельного телевидения и не мешает телепередачам.
Существуют несколько схем модуляции сигналов в восходящем канале, но наиболее популярны из них две – QPSK (обеспечивает скорость передачи 10 Мбит/с) и QAM64 (до 36 Мбит/с = 6 МГц × 6 бит; где число возможных состояний принимаемого сигнала QAM64 равно 64.
Сигнал по восходящему каналу (upstream – передача вверх) от кабельного модема к станции (CMTS) передавать сложнее. Это связано с тем, что в обычной дуплексной кабельной сети обратный сигнал (Upstream) может передаваться в диапазоне частотот 5 до 40 МГц, в котором уровень помех, как естественного происхождения, так и созданных другими радиосредствами достаточно велик. Поэтому сигналы восходящего канала кодируются помехоустойчивыми кодами, а также кодами с исправлением ошибок.
Европейскаяспецификация Euro-DOCSISпредставляет собой вариант американского стандарта DOCSIS, адаптированного к европейским кабельным сетям. Для организации обратного канала выделен диапазон частот5 ÷ 65 МГц, адля прямого канала – 108÷862 МГц. Полоса частот в прямом (нисходящем) канале – 8 МГц (Рекомендация J.83.AITU-T). Методы модуляции в прямом канале – QAM-64 и QAM-256, скорости передачи соответственно около 37 и 52 Мбит/с.
Разработка европейской спецификации технологии интерактивных НFС-сетей ведется в настоящее время под общим названием IPCablcCom. Совершенствование этих технологий идет по пути создания дополнительных возможностей и внедрения новых услуг. Однако, в настоящее время технологии пассивных оптических сетей в системах проводного доступа постепенно вытесняют технологии КТВ
Сети КТВ в первую очередь ориентированы на предоставление вещательныхуслуг. Для этих целей оптимальной является гибридная оптоволоконная и коаксиальная структура.
Оптимальная точка перехода от оптических линий и соответствующего оборудования к коаксиальным технологиям доступа определяется топологией сети, соотношением стоимости оптического и коаксиального оборудования и количеством подписчиков на услуги передачи данных.
Оптика до дома – (FTTH) дает богатые возможности для расширения услуг, но использовать ее для строительства сетей КТВ, как правило, экономически невыгодно за исключением новых массовых застроек мегаполисов.
Компьютерные волоконно-оптические IP сети могут оттянуть на себя часть IP услуг КТВ, но в сфере услуг телевизионного вещания конкуренции пока не представляют.
Параллельные сети IP и КТВ ориентированы на разных пользователей и имеют разную топологию, определяемую характером распределения передаваемых потоков.
Параллельные сети удобны в эксплуатации, но экономически выгодны только при достаточной плотности корпоративных абонентов, подписавшихся на услуги передачи данных.