Com mais de duas décadas de história, o padrão DOCSIS ainda está dando uma nova vida ao setor de cabos graças à sua capacidade de acompanhar o ritmo das mudanças tecnológicas. Mas, como os ISPs enfrentam o desafio de gerenciar CPEs que lidam com o tráfego baseado em DOCSIS, as soluções de provisionamento DOCSIS devem ajudá-los.
O Data Over Cable Service Interface Specifications (abreviado como DOCSIS) é um padrão de telecomunicações reconhecido mundialmente que permite a transferência de dados de alta largura de banda por meio de sistemas de cabos coaxiais existentes que foram originalmente usados na transmissão de sinais de programas de televisão a cabo (CATVS). O padrão está agora em sua terceira geração, e as perspectivas de mercado para o futuro permanecem brilhantes.
Com o surgimento da Internet de fibra óptica de alta velocidade, as redes a cabo começaram a perder terreno gradualmente. Mas essa ameaça competitiva, por mais forte que seja, não levou ao fim da tecnologia bem fundamentada, porém significativamente mais antiga. Foi o padrão DOCSIS que acabou sendo o trampolim que a tecnologia de cabo coaxial precisava para permanecer no jogo e permitir um acesso cada vez mais rápido à Internet, evitando a tarefa hercúlea (e extremamente cara) de substituir toda a infraestrutura de rede física.
Assim, junto com a rápida evolução da tecnologia de transferência de dados, o DOCSIS passou por uma grande quantidade de aprimoramentos e modificações desde sua criação em 1997. Vamos dar uma breve olhada na longa história dessa solução persistente e durável.
Tudo começou em março de 1997 com a introdução da especificação DOCSIS 1.0. Dedicada à implementação de serviços típicos relacionados ao acesso à Internet, a D1.0 permitia obter largura de banda de até 40 Mbps no canal downstream e cerca de 10 Mbps no canal upstream. Logo depois de ser atualizado para a versão D1.1 (abril de 1999), ele manteve as mesmas taxas de bits e se tornou uma base de longa data para a implementação de serviços de VoIP para assinantes de TV a cabo. O padrão, complementado com elementos de QoS (Quality of Service), começou a atender aos requisitos de segurança estendidos para a transmissão de dados DES 56, incluindo o uso de filtragem e criptografia de transmissão.
Em janeiro de 2002, outra versão da especificação DOCSIS 2.0 foi lançada, fornecendo uma largura de banda de transporte mais simétrica (downstream e upstream), como uma resposta dos fabricantes ao aumento da demanda por largura de banda de rede. As velocidades máximas alcançadas nessa versão foram as seguintes: 40 Mbps de download e até 30 Mbps de upload. Isso foi possível graças à disponibilização de uma banda mais ampla na direção upstream (por exemplo, canais de 6,4 MHz) e à implementação de esquemas de modulação mais eficientes.
Como parte da resposta ao desafio de maximizar a velocidade, a especificação DOCSIS 3.0 foi introduzida em 2006 para oferecer a possibilidade de combinar canais downstream e upstream (channel bonding), multicast IP, funcionalidade IPv6 e criptografia AES. A especificação 3.0 é capaz de conectar canais de 6 ou 8 MHz na direção downstream, atingindo velocidades de até 340 Mb/s (DOCSIS) e 440 Mb/s (EuroDOCSIS). Na direção upstream, a velocidade possível é de cerca de 120 Mbps. Desde seu lançamento, o D3.0 tornou-se a tecnologia básica das operadoras que trabalham em redes HFC.
Por falar em HFC, é importante mencionar que a implementação do padrão DOCSIS e suas modificações subsequentes atuaram como catalisadores do desenvolvimento da tecnologia HFC, que continua desempenhando um papel importante no mercado e no setor de telecomunicações. A topologia de rede HFC (Hybrid Fiber-Coax) consiste em uma infraestrutura de cabos coaxiais conectados a um nó óptico que fornece conversão elétrica para óptica. Os nós ópticos, conectados a um local central por meio de fibra, geralmente alimentam um amplificador conectado ao cabo coaxial. O local central é chamado de CMTS (Cable Modem Termination System) e é um hub para modems conectados a uma rede HFC distribuída.
A introdução do DOCSIS 3.1 em 2013 permitiu a implementação de serviços GigabitEthernet em redes HFC existentes e, ao mesmo tempo, respondeu ao desafio apresentado pelas redes de acesso de fibra. A tecnologia D3.1 apresenta uma nova geração de camada física (PHY), que integra os mecanismos OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) e FEC (Forward Error Correction). Essa combinação aumenta a eficiência em 50% na direção downstream e em 66% na direção upstream, graças ao uso de modulação aprimorada de 1024QAM para um máximo de 4096QAM. A versão 3.1 também usa a largura de banda do canal disponível de outras maneiras. As larguras de canal de 6 ou 8 MHz apresentadas nas iterações anteriores foram substituídas por subportadoras mais estreitas (25 kHz ou 50 kHz de largura) de multiplexação ortogonal por divisão de frequência (OFDM), que combinadas formam um espectro de blocos de até 200 MHz. Como resultado, há suporte para uma largura de banda escalonada de 1 ou 2 Gbit/s upstream e 10 Gbit/s downstream.
O desenvolvimento de padrões separados para os EUA e a Europa, no caso de versões anteriores à D3.1, foi necessário devido a algumas diferenças significativas entre os dois sistemas: enquanto a TV a cabo europeia está em conformidade com o sistema PAL (phase alternating line) ou SECAM (Séquentiel couleur à mémoire), os EUA adotaram primeiro o sistema analógico de transmissão em cores NTSC (National Television System Committee). E como ambos operam em canais de radiofrequência (RF) diferentes (6 MHz nos EUA e 8 MHz na Europa), isso tem suas consequências no contexto da largura de banda do canal: nas arquiteturas EuroDOCSIS, 8 MHz permite que mais largura de banda seja atribuída ao caminho de dados direcionado ao usuário (downstream).
Além disso, o EuroDOCSIS e seu equivalente nos EUA diferem em outro aspecto importante: o plano de frequência referente ao caminho downstream. Os modems compatíveis com EuroDOCSIS implementam um esquema de frequência único, mas flexível, com frequências centrais que começam em 112 MHz e vão até 858 MHz, mas em pequenos saltos de frequência de 250 kHz. O DOCSIS, por outro lado, suporta três planos de frequência: HRC/IRC/STD. Suas frequências centrais chegam a 867 MHz, mas exigem saltos de frequência de apenas 6 MHz.
Já deve ser bastante óbvio que o DOCSIS continua sendo um padrão bem estabelecido e popular em todo o mundo. Diante disso, o que os provedores de serviços de Internet podem ver como uma ameaça não é o futuro da tecnologia em si (abordaremos essa questão mais adiante neste artigo), mas sim a multiplicidade de modems a cabo e dispositivos de assinantes em todo o setor. Estimativas aproximadas indicam que há de 5.000 a 8.000 modelos de CPEs compatíveis com várias versões do padrão, provenientes de diversos fabricantes. Portanto, não há dúvida de que o gerenciamento desse conjunto de dispositivos, muitas vezes díspares e incompatíveis, sem uma solução abrangente de gerenciamento de dispositivos, representa um enorme desafio para empresas de pequeno porte e também para operadoras com implantações multimilionárias.
A AVSystem é um dos poucos fornecedores de software de gerenciamento de dispositivos dedicados a resolver o problema do manuseio confiável dos dispositivos DOCSIS existentes e sua integração uniforme com outras tecnologias de acesso. Sua solução - Unified Management Platform - oferece suporte total a D1.0/1.1, D2.0, D3.1 ou PacketCable 2.0, juntamente com suas extensões de segurança, e fornece um mecanismo flexível para descoberta automática de novos CPEs. Os dispositivos habilitados para DOCSIS já provisionados são gerenciados e monitorados por meio de um protocolo de gerenciamento (por exemplo: SNMP, TR-069, Telnet/SSH ou outros) para permitir operações adicionais, como atualizações de firmware, reinicializações e funcionalidades de monitoramento mais avançadas. Uma versão baseada em nuvem do UMP, o Cloud ACS, também está disponível para implementações de menor porte.
Apesar dos rumores sobre o fim aparentemente iminente do DOCSIS, que vêm se espalhando há mais de 20 anos, a CableLabs anunciou recentemente que terminou de trabalhar na especificação D4.0. A solução agora pode se orgulhar do potencial de suportar velocidades de até 10 Gbit/s e foi projetada para permitir velocidades de transferência de dados na direção upstream de até 6 Gbit/s. Essencialmente, esse tipo de desempenho é quase idêntico ao das soluções de fibra óptica, supostamente mais rápidas, disponíveis no mercado consumidor. Assim, a especificação DOCSIS 4.0 tem como objetivo ajudar a preparar a tecnologia de rede HFC para o futuro e impulsionar o desenvolvimento de todo o setor de cabos. Há relatos de que a primeira infraestrutura em conformidade com a D4.0 deve aparecer por volta de 2022. Como podemos ver, a tecnologia Data Over Cable Service Interface Specifications não abaixa suas armas; pelo contrário, parece que, com uma nova vida trazida ao HFC, o setor trava outra guerra para combater a fibra com... fibra.