Der DOCSIS-Standard hat bereits mehr als zwei Jahrzehnte auf dem Buckel und sorgt dank seiner Fähigkeit, mit dem technologischen Wandel Schritt zu halten, immer noch für frischen Wind in der Kabelbranche. Da ISPs jedoch mit der Herausforderung konfrontiert sind, CPEs zu verwalten, die DOCSIS-basierten Datenverkehr verarbeiten, müssen ihnen DOCSIS-Bereitstellungslösungen zur Seite stehen.
Was ist DOCSIS?
Data Over Cable Service Interface Specifications (abgekürzt DOCSIS) ist ein weltweit anerkannter Telekommunikationsstandard, der die Datenübertragung mit hoher Bandbreite über bestehende Koaxialkabelsysteme ermöglicht, die ursprünglich für die Übertragung von Kabelfernsehsignalen (CATVS) verwendet wurden. Der Standard befindet sich inzwischen in der dritten Generation, und die Marktaussichten für die Zukunft sind weiterhin gut.
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Mit dem Aufkommen des Hochgeschwindigkeits-Glasfaser-Internets begannen die Kabelnetze allmählich an Boden zu verlieren. Doch diese Bedrohung durch die Konkurrenz, so stark sie auch sein mag, bedeutete nicht den Untergang der bewährten, aber wesentlich älteren Technologie. Es war der DOCSIS-Standard, der sich als das Sprungbrett herausstellte, das die Koaxialkabeltechnologie brauchte, um im Spiel zu bleiben und einen immer schnelleren Internetzugang zu ermöglichen, ohne die herkulische (und extrem kostspielige) Aufgabe, die gesamte physische Netzinfrastruktur zu ersetzen.
Zusammen mit der sich rasch entwickelnden Datenübertragungstechnologie hat DOCSIS seit seiner Einführung im Jahr 1997 zahlreiche Verbesserungen und Änderungen erfahren. Lassen Sie uns einen kurzen Streifzug durch die lange Geschichte dieser beständigen und dauerhaften Lösung machen.
Ein kleiner Abriss der Geschichte
Alles begann im März 1997 mit der Einführung der Spezifikation DOCSIS 1.0. Die Spezifikation D1.0 war für die Implementierung typischer Dienste im Zusammenhang mit dem Internetzugang bestimmt und ermöglichte eine Bandbreite von bis zu 40 Mbit/s im Downstream-Kanal und etwa 10 Mbit/s im Upstream-Kanal. Die bald darauf folgende Version D1.1 (April 1999) behielt die gleichen Bitraten bei und wurde zu einer langjährigen Grundlage für die Implementierung von VoIP-Diensten für Kabelfernsehteilnehmer. Der Standard, der durch Elemente der QoS (Quality of Service) ergänzt wurde, begann, die erweiterten Sicherheitsanforderungen für die DES 56-Datenübertragung zu erfüllen, einschließlich der Verwendung von Filterung und Verschlüsselung der Übertragung.
Im Januar 2002 wurde eine weitere Version der DOCSIS 2.0-Spezifikation veröffentlicht, die eine höhere symmetrische Transportbandbreite (Downstream und Upstream) vorsah, als Reaktion der Hersteller auf die gestiegene Nachfrage nach Netzbandbreite. Die in dieser Version erreichten Höchstgeschwindigkeiten waren entsprechend: 40 Mbit/s im Download und bis zu 30 Mbit/s im Upload. Ermöglicht wurde dies durch die Bereitstellung eines breiteren Bandes in Upstream-Richtung (z. B. 6,4-MHz-Kanäle) und durch die Implementierung effektiverer Modulationsverfahren.
Als Teil der Antwort auf die Herausforderung, die Geschwindigkeit zu maximieren, wurde 2006 die Spezifikation DOCSIS 3.0 eingeführt, um die Möglichkeit der Kombination von Downstream- und Upstream-Kanälen (Channel Bonding), IP-Multicast, IPv6-Funktionalität und AES-Verschlüsselung zu bieten. Die 3.0-Spezifikation ermöglicht den Anschluss von 6- oder 8-MHz-Kanälen in Downstream-Richtung und erreicht Geschwindigkeiten von bis zu 340 Mb/s (DOCSIS) und 440 Mb/s (EuroDOCSIS). In Upstream-Richtung beträgt die mögliche Geschwindigkeit etwa 120 Mbit/s. Seit seiner Freigabe ist D3.0 zur Basistechnologie der Betreiber von HFC-Netzen geworden.
In Bezug auf HFC ist es wichtig zu erwähnen, dass die Einführung des DOCSIS-Standards und seine späteren Änderungen als Katalysator für die Entwicklung der HFC-Technologie gewirkt haben, die weiterhin eine wichtige Rolle auf dem Markt und in der Telekommunikationsbranche spielt. Die HFC-Netztopologie (Hybrid Fiber-Coax) besteht aus einer Infrastruktur von Koaxialkabeln, die mit einem optischen Knotenpunkt verbunden sind, der die Umwandlung von elektrischem in optisches Licht ermöglicht. Optische Knoten, die über Glasfasern mit einer zentralen Stelle verbunden sind, versorgen in der Regel einen an das Koaxialkabel angeschlossenen Verstärker. Die zentrale Stelle wird als CMTS (Cable Modem Termination System) bezeichnet und ist ein Knotenpunkt für Modems, die an ein verteiltes HFC-Netz angeschlossen sind.
Die Einführung von DOCSIS 3.1 im Jahr 2013 ermöglichte es, GigabitEthernet-Dienste in bestehenden HFC-Netzen zu implementieren und gleichzeitig auf die Herausforderung durch Glasfaserzugangsnetze zu reagieren. Die D3.1-Technologie führt eine neue Generation der physikalischen Schicht (PHY) ein, die die Mechanismen OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) und FEC (Forward Error Correction) integriert. Diese Kombination erhöht die Effizienz um 50 % in Downstream-Richtung und um 66 % in Upstream-Richtung, dank der Verwendung einer verbesserten Modulation von 1024QAM auf maximal 4096QAM. Die Version 3.1 nutzt die verfügbare Kanalbandbreite auch auf andere Weise. Die Kanalbreiten von 6 oder 8 MHz der Vorgängerversionen wurden durch schmalere (25 kHz oder 50 kHz breite) OFDM-Träger ersetzt, die zusammen ein Blockspektrum von 200 MHz bilden. Dadurch wird eine gestaffelte Bandbreite von 1 oder 2 Gbit/s im Upstream und 10 Gbit/s im Downstream unterstützt.
Die Entwicklung getrennter Normen für die USA und Europa bei Versionen vor D3.1 war wegen einiger wesentlicher Unterschiede zwischen den beiden Systemen notwendig: Während das europäische Kabelfernsehen dem PAL- (Phase Alternating Line) oder SECAM-System (Séquentiel Couleur à Mémoire) entspricht, haben die USA zunächst das analoge NTSC-Farbsystem (National Television System Committee) übernommen. Da beide Systeme auf unterschiedlichen Hochfrequenzkanälen arbeiten (6 MHz in den USA und 8 MHz in Europa), hat dies Auswirkungen auf die Kanalbandbreite: In den EuroDOCSIS-Architekturen kann mit 8 MHz mehr Bandbreite für den benutzergesteuerten Datenpfad (Downstream) zugewiesen werden.
Darüber hinaus unterscheiden sich EuroDOCSIS und sein US-amerikanisches Pendant in einem weiteren wichtigen Aspekt: dem Frequenzplan für den Downstream-Pfad. EuroDOCSIS-konforme Modems verwenden ein einziges, aber flexibles Frequenzschema mit Mittenfrequenzen, die bei 112 MHz beginnen und bis zu 858 MHz reichen, allerdings in kleinen Frequenzsprüngen von 250 kHz. DOCSIS hingegen unterstützt drei Frequenzpläne: HRC/IRC/STD. Deren Mittenfrequenzen beginnen bei 867 MHz, erfordern aber Frequenzsprünge von nur 6 MHz.
DOCSIS-Geräte: Wie verwaltet man sie?
Es sollte inzwischen ziemlich offensichtlich sein, dass DOCSIS ein weltweit etablierter und beliebter Standard ist. Was die Internet-Diensteanbieter angesichts dessen als Bedrohung ansehen könnten, ist nicht die Zukunft der Technologie selbst (auf diese Frage werden wir später in diesem Artikel eingehen), sondern vielmehr die Vielzahl der Kabelmodems und Teilnehmergeräte in der gesamten Branche. Grobe Schätzungen gehen davon aus, dass es 5000-8000 Modelle von Endgeräten verschiedener Hersteller gibt, die verschiedene Versionen des Standards unterstützen. Es besteht daher kein Zweifel, dass die Verwaltung eines solchen Haufens oft unterschiedlicher und inkompatibler Geräte ohne eine umfassende Geräteverwaltungslösung sowohl für kleine Unternehmen als auch für Netzbetreiber mit mehreren Millionen Installationen eine große Herausforderung darstellt.
AVSystem ist einer der wenigen Anbieter von Gerätemanagement-Software, der sich der Lösung des Problems der zuverlässigen Handhabung bestehender DOCSIS-Geräte und ihrer einheitlichen Integration mit anderen Zugangstechnologien widmet. Die Lösung - Unified Management Platform - bietet volle Unterstützung für D1.0/1.1, D2.0, D3.1 oder PacketCable 2.0 sowie deren Sicherheitserweiterungen und stellt einen flexiblen Mechanismus zur automatischen Erkennung neuer CPEs bereit. Bereits bereitgestellte DOCSIS-fähige Geräte werden über ein Managementprotokoll (z. B. SNMP, TR-069, Telnet/SSH oder andere) verwaltet und überwacht, um zusätzliche Vorgänge wie Firmware-Upgrades, Neustarts und erweiterte Überwachungsfunktionen zu ermöglichen. Eine Cloud-basierte Version des UMP, Cloud ACS, ist auch für kleinere Bereitstellungen verfügbar.
Die Reise geht weiter
Trotz der Gerüchte über das scheinbar bevorstehende Ende von DOCSIS, die seit über 20 Jahren kursieren, hat CableLabs vor kurzem bekannt gegeben, dass es die Arbeit an der D4.0-Spezifikation abgeschlossen hat. Die Lösung ist nun in der Lage, Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s zu unterstützen und soll Datenübertragungsgeschwindigkeiten in Upstream-Richtung von bis zu 6 Gbit/s ermöglichen. Im Wesentlichen ist diese Art von Leistung fast identisch mit den angeblich schnelleren Glasfaserlösungen, die auf dem Verbrauchermarkt erhältlich sind. Die DOCSIS 4.0-Spezifikation zielt also darauf ab, die HFC-Netztechnologie zukunftssicher zu machen und die Entwicklung der gesamten Kabelindustrie voranzutreiben. Es wird berichtet, dass die ersten Infrastrukturen, die D4.0 entsprechen, um das Jahr 2022 erscheinen sollen. Wie wir sehen können, legt die Data Over Cable Service Interface Spezifikation als Technologie ihre Waffen nicht nieder; im Gegenteil, es scheint, dass die Industrie mit dem neuen Leben, das sie der HFC gebracht hat, einen weiteren Krieg führt, um die Glasfaser mit... Glasfaser zu bekämpfen.