CABLE MODEM应用研究Word下载.docx

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4.3CableModem的前景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

第五章总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

致谢词．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

摘要

1996国内就已经出现了CATV先导网，深圳有线电视台在CATV网上首先实现了CableModem及电缆电话（CablePhone）的多功能应用。

1997年，随着国内信息产业的迅猛发展，CNII的提出，CableModem在国内也出现了较大规模的应用。

特别是上海有线电视台，在建设上海信息港时，部分网络使用了CableModem，并得到了很好的使用效果。

在1998年，随着国内各省市有线电视台对CATV网络改造升级的完成，由CableModem将成为有线电视台新的经济增长点，并会大规模地使用。

本文首先对CableModem技术的基本概念进行介绍，然后提出对CableModem一些疑难问题解决的对策，最后前景展望。

给予网络技术人员及用户一定的借鉴。

关键词:

CATV先导网，CableModem技术，解决的对策，前景展望

第一章绪论

1.1CABLEMODEM（电缆调制解调器）背景

在中国，广电部门在有线电视（CATV）网上开发的宽带接入技术已经成熟并进入市场。

CATV网的覆盖范围广，入网户数多（据统计，1999年1月全国范围的有线电视用户已超过一亿）；

网络频谱范围宽，起点高，大多数新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络（HFC网），使用550MHZ以上频宽的邻频传输系统，极适合提供宽带功能业务。

电缆调制解调器（CableModem）技术就是基于CATV（HFC）网的网络接入技术。

根据99年预测，美国使用CableModem通过有线电视宽频数据网络上网人口，即将突破三百万，而且预测使用CableModem人口还会高度成长，多家著名科技及娱乐跨国公司如Cisio、3com、北电、通用电讯、AT&

T、时代华纳纷纷投入到有线电视宽频上网的产业中来，更是等于为有线电视宽频上网服务立下最好的保证书。

在我国通过有线电视宽频数据网络上网人口正在成倍成倍地增长，几十家国内上市公司，几十个有线电视台或有线电视网络公司，包括国内著名的高科技上市公司和省级的有线电视台：

中兴通讯、上海贝尔、广电股份、东方明珠、广东有线电视台等都纷纷投入到有线电视宽频网络的产业中，试问如果有线电视宽频网络没有广宽的发展前景，这些公司会对这个产业投入巨资吗？

为什么有线电视宽频上网服务能成长至如此惊人的数量呢？

下面我们就把宽频上网与电话上网进行简单的比较：

电话拨号上网，上网速率一般是33.6Kbps/56.6Kbps，而本地电话公司一般都能提供的ISDN专线上网服务，连接速度是128Kbps，如果使用ADSL数据专线上网，连接速度约是1.8Mbps，但传输距离不能超过5公里，而且设备非常昂贵。

通过有线电视宽频上网，使用CableModem，数据传输速度可以到达10M-36Mbps之间，通过光纤主干网传输，距离可以"

穿洲过省"

，通过HFC网传送数据，可以覆盖整个大、中型城市；

如果将来有线电视宽频网络通过改造后，到达光纤到楼的水平，实现全数据网络，传输速度更可达1000Mbps以上，这才是真正的信息高速公路，除了可以实现高速上网外，还可以实现可视电话、电视会议、多媒体远程教学、远程医疗、网上游戏、IP电话、高速数字传播、VPN、视频点播等高速数据传输服务。

1.2CABLEMODEM（电缆调制解调器）的概述

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）和简单文件传送协议（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。

　　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。

使用一个通用的SNMP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SNMPManager中，才能管理相应的设备。

CableModem与以往的Modem在原理上都是将数据进行调制后在Cable（电缆）的一个频率范围内传输,接收时进行解调，传输机理与普通Modem相同，不同之处在于它是通过有线电视CATV的某个传输频带进行调制解调的。

而普通Modem的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通讯介质。

CableModem属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。

自从1993年12月，美国时代华纳公司在佛罗里达州奥兰多市的有线电视网上进行模拟和数字电视、数据的双向传输试验获得成功后，Cable技术就已经成为最被看好的接入技术。

一方面它理论上可以提供极快的接入速度和相对低的接入费用，另一方面有线电视拥有庞大的用户群。

有线电视台一般从42MHZ～750MHZ之间电视频道中分离出一条6MHZ的信道用于下行传送数据。

通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式，最高速率可达27Mbps，如果采用256QAM，最高速率可达36Mbps。

上行数据一般通过5～42MHZ之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制，QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低。

上行速率最高可达10Mbps。

CableModem本身不单纯是调制解调器，它集MODEM、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、虚拟VLAN代理和以太网集线器的功能于一身。

它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线的永久连接。

服务商的设备同用户的Modem之间建立了一个VLAN（虚拟专网）连接，CableModem提供一个标准的10BaseT以太网接口同用户的PC设备或局域网集线器相联。

除了双向CableModem接入方案之外，COM21亦支持单向CableModem接入方案。

它的上行通道采用电话MODEM回传，从而节省了现行CATV网进行双向改造所需的庞大费用，节约了运营成本，可以即刻推出高速Internet接入服务；

但也丧失了CableModem技术的最大优点：

不占用电话线、不需拨号及永久连接。

随着科学技术特别是Internet技术的迅猛发展和电信市场的日益开放，已逐步形成了电信网、有线电视网和计算机网三大网络并存且互相融合的局面。

中国电信网已实现了骨干网的传输和交换、本地网的中继和交换数字化，但用户接入网仍以模拟铜线为主要传输媒体，成为现代电信网的瓶颈。

Internet技术的爆炸式发展使网络上传送的视频音频及高清晰度影像等多媒体数据越来越多，这些信息以可怕的速度吞噬着有限的信道带宽资源。

传统的接入网必须向高带宽化发展。

利用现有的HFC网络，各地有线电视台可以迅速的转变为电视节目提供商及宽带上网的数据服务供应商，从而赢得新的赚钱机会，分享前景看好的宽带数据服务市场，CableModem彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞，其速率已达10Mbps以上，下行速率则更高。

而传统的Modem虽然已经开发出了速率56Kbps的产品，但其理论传输极限为64Kbps，再想提高已不大可能。

Cable　Modem也是组建城域网的关键设备，混合光纤同轴网（HFC）主干线用光纤，光结点小区内用树枝型总线同轴电缆网连接用户，其传输频率可高达550/750MHz。

在HFC网中传输数据就需要使用CableModem。

1.3研究对象及研究意义

1.3.1研究对象

本论文研究的对象为有线宽带，有线宽带技术作为一种连接、上网方式。

一直以来应用在人类生活当中，宽带技术在近年来也在快速发展着，对有线宽带的应用也起到了一定的拉动作用，但有线宽带技术也存在一些问题，所以迫切需要在新形势下深入的分析现阶段有线宽带的发展。

1.3.2研究意义

有线宽带连接技术在网络连接体系中处于重要的地位。

随着城市商业网络化进程的加快，有线宽带作为在网络发展中的作用也越来越大。

也正在吸引越来越多的关注。

本文首先分析有线宽带连接技术的发展现状，及分类等进行探讨，并对其发展前景进行展望，给予有线宽带连接技术人员和用户一定的建议。

第二章CableModem应用及研究

2.1多台CMTS设备组成的网络结构

系统中一个下行通道最多支持2048个用户，不同厂家的CMTS支持的下行通道数也不同，一台北电网络公司的CMTS1000支持一个下行通道，Cisco的UBR7246有4个插槽，全部插满时可支持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。

2.2CableModem分类

随着CableModem技术的发展，也出现了不少CableModem类型，大至可以分为以下几种：

2.2.1．从传输方式上可分为双向对称式传输和非对称式传输。

对称式传输速率为2Mbps～4Mbps、最高能达到10Mbps。

非对称式传输下行速率为30Mbps，上行速率为500KMbps～2.56Mbps。

2.2.2从数据传输方向上有单向和双向CableModem之分。

2.2.3从网络通信角度看，CableModem可分为同步（共享）和异步（交换）两种方式。

同步类似以太网，网络用户共享同样的带宽。

当用户增加到一定数量时，其速率急剧下降，碰撞增加，登录入网困难。

而异步的ATM技术与非对称传输成为CableModem技术的发展主流。

2.2.4从接入角度来看，可分为个人CableModem和宽带CableModem（多用户），宽带CableModem可以具有网桥的功能，可以将一个计算机局域网接入。

2.2.5从接口角度分，可分为外置式、内置式和交互式机顶盒。

外置CableModem的外形象一个小盒子，通过网卡连接电脑，所以连接CableModem前需要给计算机添置一块网卡，这也是外置CableModem的缺点。

不过优点是可以支持局域网上的多台计算机同时上网。

内置CableModem是一块PCI插卡，这是最便宜的解决方案。

缺点是只能用在台式电脑上，在苹果电脑和笔记本电脑上无法使用。

交互式机顶盒是真正CableModem的伪装。

机顶盒的主要功能是在频率数量不变的情况下提供更多的电视频道。

通过使用数字电视编码（DVB），交互式机顶盒提供一个回路，使用户可以直接在电视屏幕上访问网络，收发E－mail和浏览网页等。

2.3数据传输

2.3.1数据传输的实现

　　在图1的CableModem系统结构中，用户可在PC机中运行视频点播软件，通过HFC网络到运营商CMTS头端设备，由运营商提供视频点播服务。

由于在CableModem技术中，采用了双向非对称技术，在频谱中分配90到860MHz间的一个频段作为下行的数据信道，传输速率达到27Mbps和36Mbps。

同时在频谱中分配5到50MHz中的一个频段作为上行回传，传输速率达到0.3Mbps至10Mbps的速率。

通过上行和下行数据信道形成数据传输的回路。

用户也可在PC机中运行浏览器软件，实现Internet冲浪。

由此可见，CableModem能使用户进入一个虚拟现实世界。

采用这种非对称技术，主要考虑到目前数据业务的信息量集中在下行，如Internet网页的浏览，E-mail的收发，视频点播，家用办公等。

系统遵照国际标准DOCSIS或DVB/DAVIC的规定，通信协议采用TCP/IP。

2.3.2话音的传输

　　采用IP技术，提供话音业务，可通过VoIP技术来实现。

这时整个系统走的全是IP数据，包括用户家的电话，也用的是IP电话。

通过Internet网络，可与全球任何的联网用户实现InternetPhone功能。

但是，目前的电话用户还是电信PSTN网，要真正通过HFC网提供话音业务必须与PSTN互通。

实现互通的方法有两种。

如图2。

一种方法是从Internet通过IPPhone网关来与PSTN公网相连。

另一种方法是从HFC的局端设备CMTS通过IPPhone网关联向PSTN公网。

2.3.3现行HFC网

常规的用于CATV的HFC网络是单向传输的，而数据传输系统是双向的，这就需对现有的HFC网络进行改造。

按改造的难易和成本可分为三种情形：

a.采用电话上行、HFC下行：

这种方法用在CMTS和CableModem中具有电话线接口、无需对HFC进行双向的改造。

这是一种低成本迅速占领市场的策略，或者用在改造网络确实存在困难的地方。

一般不推荐这种方法，原因有二：

一是影响原有电话业务，二是电话的带宽毕竟有限，不利于系统扩展。

b.对现有的单向HFC网络进行改造，增加反向传输模块，如反向光发和光收，原有链路中单向的放大器换成双向放大器等。

目前，现有的城市CATV的HFC网已初具规模，主要是双向改造问题。

2.4CableModem接入实现

　　有线电视系统中普遍采用HFC（光纤/电缆）结构。

采用光缆将信号传输到小区节点，再用同轴分配网络将信号送到用户家中。

由于用光纤代替同轴电缆后网络性能获得极大的改进，以致于在实现高效率宽带交互通信时，早期的“光纤到户”目标不再认为是必须的。

这样HFC为将宽带信号带入家庭铺平了最后一公里。

HFC本身是一个CATV网络，视频信号可以直接进入用户的电视机，采用新的数字调制技术和数字压缩技术，可以向用户提供数字电视和HDTV。

同时，话音和高速的数据可以调制到不同的频段上传送，来提供电话和数据业务。

这样HFC支持全部现存的和发展中的窄带和宽带业务，成为所谓的全业务宽带网络。

而且，HFC可以简单地过渡到FTTH网络，为光纤用户环路的建设提供了一种循序渐进的手段。

采用HFC网络实现三网合一，目前只能通过CableModem技术来实现，系统结构如图1所示:

2.5CableModem标准和规范

CableModem产品有两个国际标准，DOCSIS是北美及其他国际市场的标准，而DVB/DAVIC则是欧洲标准。

2.5.1.DOCSIS标准　

1998年有线电视实验室（CableLabs）就提供了DOCSIS的正式程序以保证各个不同的厂家出来的产品有兼容性。

在1998年3月，国际电信联盟接受DOCSIS标准，作为CableModem的标准，称为ITUJ.112标准。

通过有线电视网执行DOCSIS标准数据，在50MHz～750MHz频段里下传到户６MHz带宽的通信速率，另一频段是５MHz～42MHz波段，则用来上传信号。

　　一个带有数据转发器的CMTS通过这些频段与放置在用户家中的CableModem进行数据传输。

许多CableModem是外设装置，通过标准的10M以太网卡和５类双绞线连接到个人电脑，也可以用外部的通用串行总线（USB）接口的调制解调器或者内置PCI插卡。

　　有线电视实验室负责产品认证工作，以保证各个厂家生产的CableModem遵照同一标准并且能够互相兼容。

　　产品如果通过测试，符合DOCSIS标准的CableModem的外包装上就会被贴上“有线电视实验室认定”的标签，表明这个产品能够与其他认定产品通用。

自从设备被有线电视经营者购买后，有线电视实验室的产品就不再是唯一正规的符合DOCSIS标准的CableModem终端设备数据转换器，但是它的产品仍是最合标准的CableModem终端系统。

标签代表CMTS产品的稳定性及互动性。

1999年４月有线电视实验室发表了第二代的标准，叫做DOCSIS1.1,功能比以前增强了许多，例如改进了QoS和以硬件为基础的数据包的压缩，支持IP电话，稳定了数据传输速率，简而言之，DOCSIS提供了宽带、高质量的语音，商业级的数据服务，以及通过网络共享CableModem提供多媒体服务。

下一代的标准可以说是兼容性的进步，能够使DOCSIS1.0与DOCSIS1.1标准的CableModem在相同的网络及相同的频段中工作。

2.5.2CableModem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。

HFC网络，在新建的城市小区中，直接建设双向网络。

第三章CableModem发展、阻碍

3.1CableModem的应用前景

由于在HFC的数据通信系统CableModem中采用了IP协议，所以很容易开展基于IP的业务，如IPVOD业务、IPPhone等。

3.1.1IPphone：

CableModem的传输协议采用IP，增加一定的软件和硬件可以实现电话业务。

目前，新的CableModem标准中就准备加进IPPhone的内容。

3.1.2DTV（DigitalTV：

数字电视）：

在CableModem系统中，物理层的数字调制与解调技术符合DVB标准，只需在有线电视前端和用户端增加视频编解码设备。

这样可以使得CableModem具有多功能的特点，可以避免进行数字电视广播的重复投资，同样也减少了用户端设备的成本。

3.1.3ITV（InteractiveCATV，交互式有线电视）：

CableModem系统设备使原来单向分配的HFC网络变成双向可进行数据传输的交互式系统，因而可以结合原有的电视业务开展ITV、提供VOD、MOD等业务。

3.1.4高速Web页面浏览：

由于CableModem下行数据信道传输速率可达27Mbps，上行回传可达10Mbps的速率，所以完全可以利用CableModem高速冲浪、多媒体远程教学、远程医疗、网上游戏、开展电子商务等业务。

除了上述业务，开发多功能的CableModem。

除了具有计算机联网功能、提供Internet浏览外，同时具有数字电视接收和VOD机顶盒的功能，只需加一个VCD／CD机芯配件就能实现。

总之，拥有CATV的用户（多数为家庭用户）必将会从HFC网络的多数据业务中获得真正的多媒体数字高速公路。

3.2CableModem的发展优势及阻碍

3.2.1CableModem的优势

目前，国内信息产业正处于飞速发展的时期，有线电视网、电信网、计算机网络是我国信息化建设的三个网络，而在建设计算机城域网（WAN）时，原有的普通电话Modem有其不利的一面，如普及率、通信基础设施落后和通信费用过高等。

　　而有线电视网在这方面的优势