Пристрій і функції кабельного модему

 

Основною функцією кабельних модемів є передача даних по мережі КТБ. Підключення кабельного модему здійснюється зазвичай через роздільник. Роздільник, у відповідності зі своєю назвою, ділить сигнал між телевізором і кабельним модемом. До одного з виходів роздільника і підключається кабельний модем. Незважаючи на численні відмінності в конструкції, всі модеми мають одну і ту ж базову архітектуру.

Рис. 9. Пристрій кабельного модему

До разделителю (фактично - телевізійної антени) модем підключається через тюнер. Зазвичай тюнер має вбудований диплексор для прийому і передачі сигналів. Прийнятий сигнал подається на демодулятор. Даний блок виконує функції перетворення сигналу з аналогової в цифрову форму, демодуляції QAM-64/256, синхронізації кадрів MPEG і корекції помилок відповідно з кодом Ріда-Соломона.

Його двійником є ​​пакетний модулятор; він відповідним чином модулює сигнал для його подальшої передачі на кінцевих станцію і виконує всі ті ж операції, але в зворотній послідовності. Вихідний сигнал пропускається через задає підсилювач для забезпечення необхідної потужності сигналу. Часто і демодулятор, і модулятор реалізуються у вигляді однієї мікросхеми.

Блок контролю доступу до середовища передачі (Media Access Conrol, MAC) служить, з одного боку, початковою точкою для вихідного шляху, а з іншого - кінцевою точкою для вхідного шляху. Зважаючи на складність застосовуваних алгоритмів реалізація функцій рівня MAC вимагає застосування мікропроцесорів. Для цього використовуються мікропроцесори PowerPC компанії Motorola або інші RISC-процесори.

Після обробки в блоці MAC дані передаються на комп'ютер через інтерфейс. Крім Ethernet на 10 Мбіт / с це може бути також USB, PCI (у разі вбудованого модему) та ін..

Що таке кабельний модем?

Кабельним модемом називається абонентський пристрій, що забезпечує високошвидкісний доступ до Інтернету по мережах кабельного телебачення, вони використовують асиметричну технологію, яка найбільш оптимально підходить для користувача доступу до Інтернету. При цьому максимально можлива швидкість прийому даних таким модемом, може досягати порядку 40 Мбіт / с і швидкість передачі даних близько 10 Мбіт / с. Як і модем, призначений для з'єднання по комутованих телефонних лініях, цей пристрій є двонаправлений аналогово-цифровий перетворювач даних, що використовує в процесі передачі інформації принцип накладення на несучу частоту модульованого аналогового сигналу. Істотною відмінністю даного апаратного кошти від звичайного модему є те, що кабельний модем не вимагає установки яких-небудь драйверів, оскільки він підключається до комп'ютера за допомогою мережевої карти і є абсолютно прозорим для системи: машина вважає, що вона працює в локальній мережі.

Для передачі даних використовується один або кілька вільних від телепередач телевізійних каналів. Передача даних та телевізійних програм ведуться одночасно, по одному і тому ж кабелю, абсолютно не заважаючи один одному.

Застосування подібних модемів орієнтоване насамперед на домашніх користувачів, оскільки лінії кабельного телебачення існують в основному в житлових кварталах, тим не менше останнім часом мережі кабельного телебачення починають охоплювати і адміністративно-промислові райони.

Пристрій кабельного модему

Підключення кабельного модему здійснюється зазвичай через роздільник. Роздільник, у відповідності зі своєю назвою, ділить сигнал між телевізором і кабельним модемом. До одного з виходів роздільника і підключається кабельний модем. Незважаючи на численні відмінності в конструкції, всі модеми мають одну і ту ж базову архітектуру (див. Малюнок 2).

Малюнок 2. Схема підключення та пристрої кабельного модему. 1 - Тюнер, 2 - Демодулятор, 3 - Блок MAC, 4 - Інтерфейс, 5 - Модулятор

 

До разделителю (фактично - телевізійної антени) модем підключається через тюнер. Зазвичай тюнер має вбудований діплексер для прийому і передачі сигналів. Прийнятий сигнал подається на демодулятор. Даний блок виконує функції перетворення сигналу з аналогової в цифрову форму, демодуляції QAM-64/256, синхронізації кадрів MPEG і корекції помилок відповідно з кодом Ріда-Соломона.

Його двійником є ​​пакетний модулятор; він відповідним чином модулює сигнал для його подальшої передачі на кінцевих станцію і виконує всі ті ж операції, але в зворотній послідовності. Вихідний сигнал пропускається через задає підсилювач для забезпечення необхідної потужності сигналу. Часто і демодулятор, і модулятор реалізуються у вигляді однієї мікросхеми.

Блок контролю доступу до середовища передачі (Media Access Conrol, MAC) служить, з одного боку, початковою точкою для вихідного шляху, а з іншого - кінцевою точкою для вхідного шляху. Зважаючи на складність застосовуваних алгоритмів реалізація функцій рівня MAC вимагає застосування мікропроцесорів. Для цього використовуються мікропроцесори PowerPC компанії Motorola або інші RISC-процесори.

MAC протокол:

Протокол MAC рівня управляє доступом до зворотного каналу. Іноді дані для передачі є у декількох модемів одночасно. У цих випадках MAC протокол надає критерії, відповідно до яких системний термінал визначає послідовність доступу модемів до зворотному каналу, а також час доступу для кожного модему.

Якщо кабельні модеми ведуть передачу по черзі, ніяких зіткнень у зворотному каналі не виникає, і система працює ефективно. Зіткнення змушують модеми посилати дані повторно, що знижує ефективність роботи системи. Це, зокрема, означає, що MAC протокол впливає на ефективність використання смуги зворотного каналу СКМ.

На сьогоднішній день існують дві категорії СКМ. Одна категорія об'єднує системи з індивідуальними версіями MAC протоколів. Деякі з них пропонують сильні рішення, що базуються в основному на АТМ протоколі. Інші найчастіше базуються на стандарті IEEE 802.14 для СКМ протоколів MAC рівня. Вони мають обмежені можливості організації роботи зворотного каналу в області уникнення зіткнень, забезпечення якості послуг і т.д.

Після обробки в блоці MAC дані передаються на комп'ютер через інтерфейс. Крім Ethernet на 10 Мбіт / с це може бути також USB, PCI.

Як працюють кабельні модеми

В даний час в світі існує 2 класу обладнання для передачі даних через мережі кабельного телебачення. Ці класи сформувалися історично і відрізняються способом організації прийому даних від абонента.

Перші спроби використовувати мережі кабельного телебачення для доступу до Інтернету було вжито досить давно. Мережі кабельного телебачення в той час будувалися на основі коаксіального кабелю за технологією яка забезпечувала тільки односпрямований передачу інформації (адже завдання організації зворотного зв'язку від абонента в мережі CATV в той час не ставилося).

Тому перші кабельні модеми використовували технологію, при якій абонент отримував дані з високошвидкісного каналу мережі CATV, а вихідний потік даних до інтернет-провайдера організовувався з використанням звичайного комутованого з'єднання по телефонній лінії (наприклад, з використанням додаткового аналогового або ISDN-модему).

Дана технологія отримала назву TELCO-Return і широко використовується в даний час.

До достоїнств технології TELCO-Return можна віднести:

• відсутність необхідності змінювати існуючу кабельну інфраструктуру оператора CATV;

• мінімальні початкові витрати для ISP при будь кабельної інфраструктурі оператора CATV.

До недоліків можна віднести:

• наявність з'єднання по комутованій лінії, що знижує загальну надійність, т.к проблеми з передачею даних по телефонній лінії відіб'ються і на високошвидкісному прийомі даних;

• скрутно організувати постійне підключення (24 години на добу) по комутованій лінії;

• низькошвидкісний потік даних від користувачів (до 33,6 Кбіт / с при використанні аналогового модему на зворотному каналі).

В даний час найбільшого поширення отримують гібридні мережі, що складаються з ділянок оптичного і коаксіального кабелю (так звані "мережі HFC").

У таких мережах, при використанні двонаправлених проміжних підсилювачів досягається можливість не тільки передавати потік даних до абонента, але і отримувати зворотний потік (дані від абонента). При цьому можна сказати, що абонент отримує можливість інтерактивної роботи.

Це відкриває нові можливості для організації передачі даних і доступу до Інтернету, дозволяє використовувати кабель системи кабельного телебачення вже для двонаправленої передачі даних користувача. При цьому як високошвидкісний вхідний потік, так і більш повільний вихідний потік передаються по одному і тому ж коаксіальному кабелю.

Дана технологія отримала назву Cable-Return

До достоїнств технології Cable-Return можна віднести:

• відсутність трафіку через телефонну мережу;

• високошвидкісний потік даних від користувача (до 10 Мбіт / с);

• високонадійна зв'язок з можливістю організації доступу протягом 24 годин на добу.

До недоліків можна віднести:

• необхідність змінювати традиційну односпрямований кабельну інфраструктуру і забезпечувати перехід до двонаправленої технології;

• обмежена кількість підключених в кожному сегменті користувачів через додаткових шумів, що вносяться в кабель при кожному додатковому підключенні та обмеженості діапазону частот виділеного дл організації зворотних каналів.

Обидві ці технології дозволяють користувачеві отримувати високошвидкісний потік даних зі швидкістю близько 40 Мбіт / с. Але реальна швидкість прийнятих даних зазвичай не перевищує 10 Мбіт / с, у зв'язку з обмеженням, що накладається максимальною швидкістю для інтерфейсу Ethernet 10BASE-T, і кількістю користувачів, що одночасно працюють на даному каналі (чим більше користувачів в сегменті одночасно використовує цей частотний канал, тим менше підсумкова швидкість надходження даних до кожного конкретного користувача). Наприклад, при 5 користувачів, які одночасно приймають файли, швидкість надходження даних до кожного окремого користувачеві буде порядка 40/5 = 8 Мбіт / с (що в будь-якому випадку значно перевищує швидкість, забезпечувану аналоговими або ISDN-модемами, і робить застосування кабельних модемів дуже перспективним).