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1、 DOCSIS标准及CM上线过程介绍 CableModem项目技术培训 主要内容 CableModem系统结构DOCSIS标准体系结构DOCSIS标准物理层DOCSISMAC层帧结构CableModem上线过程图解 一 CableModem网络系统组成 RF CATV前端信号输入 93 96dBuV CMTS GE Internet LAN 因特网出口 核心交换设备 用户收费管理系统 业务供给系统 设备供给系统 网络管理系统 US0 12dBuV衰减 30MHZ0dBmv 60dBuv 测试口电平值 5 1dbmv ALM 3 1dbmv LM 光发射机输入电平 33 36dBmV ALM 3
2、1 34dBm LM 接收机输出电平 27dbmv 39dbmv 573 585MHZ56dBmV45 63dBmV 105 123dBuV 20 2 58 6Mhz 1 6MHz CNR 23 10 25dBm接收 50 85dBuV 5 8dBmV为宜 接收机测试输出电平 15 1dbmv 下行接收电平 CNR 35 15 15dBmV上行发射电平 8 58dBmV QPSK 8 55dBmv 16QAM CableModem TV 312 in in 12dBuV衰减 in in 回传光接收机 光发射机 光节点 回传模块 放大器 放大器 二 DOCSIS标准协议 OSI DOCSISDa
3、taOverCable HigherLayers TransporHigherLayers Network DataLink Physical Applications TCPorUDP IP DOCSISControlMessages IEEE802 2 DOCSISMAC UpStreamTDMA mini slots DownStreamTDM MPEG 5 65MHz 64 QAMorQPSK 8MHzITU TJ 83AnnexA6MHzITU TJ 83AnnexB DigitalRFModulationHFC 三 DOCSIS的物理层 四 DOCSIS的MAC层功能 DOCSIS
4、帧封装格式初始化上线站 CM 维护注册和请求服务QoS及安全选项跳频和上行信道调整 MAC PARM 1byte LEN SID 2bytes EHDR 0 240bytes HCS 2bytes FCTYPE 2bits FCPARM 5bits EHDR 1 EHDR ON 1bit FC 1byte 1100000X SYNCMessage 1100001X MACMessage 11000100 RequestMessage ETHERNETFRAME MACMESSAGE SA 6bytes Len 2bytes DSAP 1byte Control 1byte DA 6bytes
5、SSAP 1byte Version 1byte Type 1byte Rsvd 1byte SA 6bytes Type Len 2bytes Data 0 1500bytes DA 6bytes CRC 4bytes EthernetFrame MACManagementFrame MACMessage variableno bytes FrameControl 0000000X EthernetFrame CRC 4bytes Mini slots 1byte SID 2bytes HCS 2bytes HexC4 1byte RequestMessage HeaderOnly DOCS
6、IS帧头 DOCSIS净荷 DOCSIS帧封装 DOCSIS帧头 1 3 FC 帧控制域 识别DOCSISMAC头的类别 1字节 通常有4中类型 0000000X 00 数据分组1100000X C0 定时消息头1100001X C2 MAC管理消息头1100010X C4 请求消息头 DOCSIS帧头 2 3 MAC PARM 多用途域 2字节 如果EHDR ON 1 表示DOCSISMAC帧中包含EHDR域 则MAC PARM表示EHDR域的长度 MAC帧计数 针对连续帧mini slots的数量 针对带宽请求 DOCSIS帧头 3 3 LEN SID MAC帧的长度 该长度定义了扩展头
7、如果有 和后续HCS域的长度 对于REQ头 该域用ServiceID替换 长度为2字节EHDR是一个变长的扩展MAC头 如果有扩展头 ExtendedMACHeader 长度为0 240字节HCS是MAC头校验序列 2字节 定时帧 SYNC消息作为定时消息的前缀 FC的值为hexC0MAC管理头类型为hex01SYNC参数是32 bittimestampvalueincrementingat10 24MHz 4C4B7C01 2288 70B3 Timestamp Type 定时帧 MAC管理帧头 2F000001 001C 00000000 00000301 01 00 01E0 0000
8、C000001CEA1D 微时隙 基本时间分配单元 timebasetick 为160KHz 或6 25ms 每个上行信道的最小可分配单元称为mini slot CMTS配置mini slot的tick周期为T 2M M 0 1 7例如8tickmini slot占用8个6 25ms或50ms MAC管理帧 其它MAC消息封装在MAC管理帧中 MAC管理帧包括 下行消息 UCD MAP UCC RNG RSP REG RSP 上行消息 RNG REQ REG REQ SA 2 6bytes Len 2bytes DSAP Ctl DA 6bytes SSAP Ver Type Rsvd MAC
9、Message variableno bytes CRC 4bytes SA 4 6bytes 0 3 1 4 2 5 7 6 MAC管理消息类型 请求帧 C4 BANDWIDTHREQUEST 带宽请求 消息完整的包含在请求帧之中 最小允许请求一个mini slot CM等待包含请求间隔的MAPs 然后发送请求消息 XXXX 10 0001 SID RequestSize mini slots FCTypeisRequestFrame DOCSIS帧封装总结 1 2 DOCSIS帧由DOCSIS头附带不同类型净荷组成 DOCSIS帧的FC字段为00表示附带以太帧净荷 DOCSIS帧的FC字段
10、为11表示附带的是媒体访问 MAC 控制消息大多数MAC消息FCPARAM设置为00001 一些特殊用途的MAC消息 例如SYNC 使用定时帧头 FCPARM设置为00000 一些用途的MAC消息与上行带宽请求分配的最小微时隙相匹配 mini slot大小通常配置为支持最小的MAC消息 6字节 五 CableModem上线过程图解 cablemodem的状态类型 DOCSISCM的上线过程 1 扫描下行信道 与CMTS CableModemTerminalSystem电缆调制解调器终端系统 建立同步 CM上电后 CM不断调整自己的下行接收频率搜索下行信号 直到得到某个下行通道的SYNC帧 步长
11、为6MHZ 2 获取上行信道参数 UCD是用来描述上行信道的 而且CMTS针对每个上行通道周期性的下发UCD帧 CM根据接收到的UCD 选择合适的上行通道 如果没有合适的 或没有接收到UCD帧 则返回到第一步 重新搜索下行信道 3 校准发射功率 CM进行测距 初始RANGING和周期RANGING CM捕获选取的上行通道的MAP 首先进行初始的RANGING CMTS会为它分配临时的SID 初步调整参数 包括时间偏差 频率 功率等偏差 然后 使用该临时SID 作周期RANGING进一步校准参数 4 建立IP连接 通过DHCP协议从OSS服务器获取CM TFTP服务器 TOD服务器IP地址以及C
12、M的配置文件名 5 建立TOD 根据获取的TOD服务器地址 通过TOD协议从OSS服务器获取当前时间 6 获取配置文件 根据前面获取的TFTP服务器地址以及CM配置文件名 通过TFTP协议从OSS服务器下载CM的配置文件 7 完成到CMTS的注册 CM向CMTS注册 CMTS验证CM的合法性 为CM分配正式的SID 注册成功 可正常使用 8 运行BPI 运行基本安全加密 1 Insertion操作过程 CMTS CM2 UCD 初始化维护周期 冲突协商 RNG REQ 2ms CM1 RNG REQ InitialMaint SYNC MAP Mini slot映射 Step1 下行信道锁定和
13、同步 Step2 US参数锁定和协商 Step3 分配上行信道带宽给CM 此后 在初始化维护周期中 CM使用SID0发送RNG REQ CMTS发送SYNC UCD和MAP消息给CM 此过程基本完成了下行频率锁定 FEC同步 在此过程中各CM是采用冲突方式获取在初始化维护周期中使用SID0向CMTS发送RNG REQ消息的 因此 此过程存在冲突 完成此过程操作 CMTS上行和下行接口都UP 该CM开始进入测距过程 状态不在显示为offline状态 至少是init r1 状态 此过程故障原因主要为线路中断 或者物理接口无法UP 也可能因为CM不能锁定下行频点而停留在offline状态 此过程之后
14、 CM是采用冲突方式 在初始化维护周期中使用SID0向CMTS发送RNG REQ消息的 因此 此过程存在冲突 2 成功的Insertion CMTS CM1 RNG REQ Initial MAP Mini slot映射 Step3 CM使用SID0发送RNG REQ 等待RNG RSP RNG RSP Station RNG REQ MAP CMStep5 进入站维护状态 Step4 CM使用临时的SID接收RNG RSP RNG RSP 站维护间隙 冲突降低 CM的第一个数据包RNG REQ SID 0 CMTS通过给CM发送UCD信号来协商上行信道参数 CMTS接收到来自CM的第一个数据
15、包RNG REQ SID 0 之后 CM状态进入init r1 CMTS回应该CM用户UCD消息 包括该用户的SID上行链路参数等 自己的接收功率等信息 此后 该CM可以使用自己的SID与CMTS协商上行链路参数 收到UCD消息之后 开始进行上行链路参数调整 CM状态进入init r2 上行链路参数调整成功之后CM状态进入init rc 如果CM停留在init r1 r2 状态 说明CMTS没有收到包含用户自己SID的RNG REQ 可能原因有两种 即 包括该用户的SID的UCD消息没有正确送达该用户CM 可能是下行拥塞或误码 CM停留在init r1 该CM包含自己的SID的RNG REQ消
16、息没有传到CMTS 可能是上行拥塞或误码 CM停留在init r2 说明 此过程也可能存在下行接口掉线情况 如果下行接口掉线或者CM不能锁定下行频点的情况 则该CM回到第一步重新上线 CM状态也可能是init r1 init r2 3 上线后的站 Station 维护 CMTS CM1 RNG REQ Station MAP Mini slot映射 RNG RSP RNG REQ MAP RNG RSP Station 30s 此后 该CM完成上线过程 开始进入注册和服务请求阶段 并同时进入站维护阶段 站维护阶段的通信如下图 在站维护阶段 CM每隔30秒发送一次测距请求消息 这个测距请求消息中包含了维护间隔 自己的SID等信息 如果CMTS连续丢失某用户的16个站维护消息 该用户掉线 如果该用户丢失站维护信号之前为online状态 则进入到OFFLINE状态 站维护信号一般采用单播方式通信 4 DHCP CM使用标准的DHCP RFC 1541 来获得IP地址 掩码 timeserver和配置文件名 CMTS充当DHCP代理并将CM连接到DHCPserver上 DHCPDISCOVER
