DOCSIS 3.0. Третье дыхание или оптимальная модель поведения оператора HFC-сетей сегодня.
Еще 3-4 года назад кабельный оператор твердо знал, что наилучшим решением для предоставления пакета услуг triple play (телевидение, доступ в Интернет и телефония) является телевизионная кабельная сеть с обратным каналом для передачи данных по технологии DOCSIS. Такую концепцию кабельных сетей поддерживали все без исключения производители оборудования CATV, предоставляя возможность оснащения всего активного распределительного оборудования пассивными или активными модулями обратного канала. В точности следуя такой концепции, в России было построено огромное число больших и малых кабельных сетей. Не во всех построенных сетях обратный канал был реально использован, но потенциальная возможность активизации обратного канала имеется практически у любого кабельного оператора, использующего оборудование таких вендоров, как Teleste, Wisi, Hirschmann, Arcadan, Fuba, C-Cor, Gl, Vector и многих других.
В России существуют примеры вполне успешных коммерческих проектов triple play, выполненных именно по такой технологии, например, в Костроме многие тысячи абонентов кабельной сети Верхневолжского филиала ЦентрТелеком получают не только многопрограммное кабельное телевидение и Интернет, но и услугу телефонной связи, используя кабельные модемы, с телефонными адаптерами. Казалось бы, внедрив пакет услуг triple play (или, что чаще, double play, т.е. без телефонии) на базе в свое время передовой технологии DOCSIS 2.0, кабельный оператор мог бы не один год чувствовать себя на рынке вполне уверенно. Однако в последние 3-4 года ситуация на рынке стремительно меняется, и в новых условиях кабельный оператор, располагающий классической HFC-сетью с обратным каналом, уже явно уступает свои позиции операторам с более высоким технологическим уровнем.
В последнее время уже не только в Москве и других крупных городах России, но и в небольших областных и районных центрах конкуренция на рынке услуг широкополосного доступа предельно обострилась. Если еще несколько лет назад операторам было достаточно своевременно “захватить” наиболее привлекательные территории и географически разделить зоны влияния, то сейчас уже вполне обычной практикой является ситуация, когда сразу несколько мультисервисных операторов работают на одной территории. Более того, крупные компании начинают экспансию либо же скупают региональных игроков, рассчитывая быстрее охватить рынок.
Перечислим кратко важнейшие тенденции на российском рынке услуг широкополосного доступа, которые уже имеют место или ожидаются в самое ближайшее время: ужесточение конкуренции даже в небольших населенных пунктах; выход на региональные рынки крупных общероссийских игроков; массовое укрупнение (объединение, поглощение) операторов; значительное увеличение скоростей доступа и качества предоставления услуг; появление новых услуг (HDTV, VOD, контент по запросу и т.п.); возникновение новых бизнес-моделей, проникновение в телевизионный рекламный рынок продуктов и услуг немассового (целевого) спроса и т.п.
Естественно, что в условиях столь острой конкуренции наилучшие перспективы имеют операторы, предоставляющие абонентам и корпоративным заказчикам самый передовой уровень широкополосного доступа. В связи с возросшими современными требованиями рынка начинается широкое строительство MetroEthernet-сетей, предоставляющих абоненту невиданную ранее скорость доступа 100 Мбит/с, а крупные корпоративные заказчики могут подключиться непосредственно к IP-магистрали, в которой скорости составляют от 1 до 10 Гбит/с. Столь высокие скорости доступа делают возможным предоставление самых разных, ранее недоступных услуг, например, IPTV в формате высокого разрешения сразу для нескольких телевизоров в квартире, сетевые ультрадинамичные игры и многое другое.
Понятно, что мультисервисный оператор, строящий свою сеть “с чистого листа”, имеет сегодня веские причины строить сеть по технологии “Оптика в дом” с параллельной GigabitEthernet-сетью, физически объединенной в общей строительной инфраструктуре с телевизионной сетью, проще говоря, для каждой логической сети выделяется свое волокно в магистральном оптическом кабеле. Но в какой ситуации оказывается сегодня кабельный оператор, уже давно построивший свою широкополосную сеть на основе далеко не устаревших технологий с развитой инфраструктурой и обратным каналом и вложивший в ее строительство немалые средства? Может ли он предоставить абонентам скорость доступа, соизмеримую с предложениями операторов MetroEthernet? Может ли он предоставить новейшие ультрапередовые услуги на базе предельно высокой скорости доступа?
Честно ответив на эти вопросы, мы должны констатировать, что сегодня в условиях столь острой конкуренции и появления новейших передовых услуг доступа кабельный оператор, располагающий для передачи данных технологической базой на основе еще недавно последней версии DOCSIS, т.е. DOCSIS 2.0, уже не может в полной мере отвечать современным требованиям рынка. Используя технологию DOCSIS версии не выше 2.0, развернутую у большинства операторов, невозможно добиться скорости передачи данных более 55 Мбит/с на достаточно большую группу абонентов, а реально на одного пользователя - не более 25 Мбит/с.
Кабельный оператор начинает сегодня остро ощущать, что технология DOCSIS 2.0 ставит ограничения развития дополнительных услуг, а именно скоростного и ультра-скоростного доступа в Интернет, IP-телефонии и т.д. В условиях жесткой конкуренции с операторами MetroEthernet кабельный оператор испытывает все большие трудности, имея в качестве главного аргумента для борьбы за абонента уже не скорость доступа, а более доступные тарифы, т.е. в любом случае снижает свои доходы. Кроме того, сеть HFC требует значительных усилий персонала по доведению ее до нормальных кондиций и поддержанию в работоспособном состоянии в большинстве случаев. Таким образом, кабельный оператор с одной стороны продолжает нести значительные операционные расходы, а с другой стороны, не может сделать адекватное конкурентное предложение.
В сложившейся ситуации у него фактически 2 пути:
1) либо искать все существующие возможности для значительного увеличения скорости доступа, не меняя архитектуры и инфраструктуры сети, то есть максимально использовать немалые, как мы увидим дальше, резервы технологии DOCSIS;
2) либо становиться оператором Ethernet, т.е. строить параллельную сеть Ethernet и эксплуатировать сразу 2 сети, производя значительные капитальные вложения и увеличивая операционные расходы, что резко снижает сегодняшнюю прибыль и отодвигает в будущее срок окупаемости.
Вообще говоря, для оператора CATV вполне логично использовать именно ту технологию, которую придумало сообщество крупных кабельных операторов и производителей телекоммуникационной техники, а именно стандарт DOCSIS. Авторы, честно говоря, никогда не слышали о том, что, например, COMCAST вполне серьезно рассматривал бы вопрос о переходе на MetroEthernet, как, впрочем, никто не слышал о том, что какой-либо крупный Ethernet-провайдер серьезно потеснил даже среднего кабельного или телефонного оператора в Северной Америке. Т.е. в США или, скажем, в Германии использование кабельным оператором другой технологии, кроме DOCSIS, а именно MetroEthernet, PON и т.п., считается противоестественным. Естественным считается подход, когда кабель лежит и используется до тех пор, пока по нему может вполне успешно передаваться широкополосный сигнал.
Также в последнее время операторы все чаще переходят на цифровое телевизионное вещание, при этом используя для предоставления услуг комплексы, никоим образом не взаимодействующие между собой, разве что находящиеся в пределах одной стойки и использующие одну и ту же сеть. Обобщенная схема решения, применяемая операторами в данном случае, представлена на рис. 1.
Рис.1
Итак, как далеко кабельный оператор может отодвинуть технологические ограничения стандарта DOCSIS 2.0? Ответ лежит на поверхности - не так давно, блгодаря усилиям консорциума CableLabs, появился новейший стандарт - DOCSIS 3.0 со своим европейским вариантом EuroDOCSIS 3.0, который, судя по всему, решает все насущные вопросы и, как обычно, не требует строительства новой сети. Более того, все абонентские устройства, уже установленные у абонентов, могут продолжать использоваться с новыми станциями DOCSIS 3.0, хотя и будут работать с ними согласно своей предыдущей версии.
Основное преимущество DOCSIS 3.0 - возможность объединения нескольких частотных каналов, обеспечивая намного более высокие скорости доступа. Объясняя принцип работы нового стандарта, обычно приводят графическую иллюстрацию, показывающую, что при объединении нескольких частотных каналов образуется некое подобие “трубы” намного большего диаметра, чем “труба” отдельного канала. Так, объединение в трубу 4 частотных каналов в downstream позволяет достичь скоростей свыше 200 Мбит/с.
Итак, важнейшие отличия 3-й версии DOCSIS от 2-й заключаются в объединении каналов (channel bonding) downstream и в объединении каналов upstream. Объединение каналов downstream является самой важной особенностью DOCSIS 3.0 и уже сегодня поддерживается рядом производителей кабельных модемов. Уже сегодня можно приобрести пользовательские модемы, поддерживающие объединение, например, 3 каналов downstream, т.е. уже сегодня можно дать абоненту скорость до 150 Мбит/с, см. рис. 2. А это уже что-то. Это именно то, что выбивает козыри из рук конкурентов ка бельного оператора! Кроме того, DOCSIS 3.0 обеспечивает:
Рис. 2.
расширенные функции multicast; поддержку IPv6; поддержку улучшенного метода шифрования AES; дополнительные функции управления.
Возможности каждой версии DOCSIS по скорости доступа см. в табл. 1.
Также CableLabs внес инновационные изменения в архитектуру CMTS. Теперь в новом стандарте QAM модуляция физически отделена от DOCSIS MAC. Станция CMTS по-прежнему находится между магистралью IP и телематическими службами с одной стороны, и пользовательскими модемами с другой; отличие заключается в том, что физически блок модуляции downstream находится отдельно. Такая концепция названа M-CMTS (modular cable modem termination system), см. рис. 3, и это дает массу преимуществ.
Таблица №1
Версия
Скорость downstream, Мбит/с
Скорость upstream, Мбит/с
DOCSIS 1.0 (EuroDOCSIS 1.0)
38(55)
2,5(2,5)
DOCSIS 1.1 (EuroDOCSIS 1.1)
38(55)
10(10)
DOCSIS 2.0 (EuroDOCSIS 2.0)
38(55)
30(30)
DOCSIS 3.0 (EuroDOCSIS 3.0)
160 и более
(220 и более)
120 и более (120 и более)
Во-первых, это эффективно снижает стоимость downstream-модуляции. Во-вторых, наконец, можно объединить цифровое вещание с IP через один QAM. Более того, у производителей развязаны руки по внедрению опций DVB-обработки на одной платформе.
В настоящий момент многие производители заявили о том, что они поддерживают новый стандарт, но до сих пор ни один из них не реализовал всех возможностей DOCSIS 3.0, поэтому все реализации называются “preDOCSIS 3.0”. Однако самую главную задачу - предоставление по сравнению с DOCSIS 2.0 многократно более высокой скорости входящего абонентского трафика (от 100 Мбит/с) - станции CMTS в версии preDOCSIS 3.0 успешно решают. Дальнейший upgrade до полной версии 3.0 будет производиться программно. На взгляд авторов, наиболее впечатляющие результаты в части практической реализации систем DOCSIS 3.0 имеют два вендора из США: BigBand Networks и CASA Systems.
Первый вендор - компания Bigband Networks, в отличие от всех остальных вендоров, обеспечивает поддержку нового стандарта на базе своей разработанной под DOCSIS 2.0 Cuda 12000. Благодаря инновационной архитектуре MeshFlow, которая обеспечивает обработку всего трафика не в ядре, а распределенно по модулям станции, что обеспечивает неблокируемость и повышенную надежность и доступность всей системы, новые возможности DOCSIS 3.0 концептуально легко сочетаются с Cuda 12000 и тем самым дают возможность сделать просто upgrade программного обеспечения до DOCSIS 3,0, все имеющиеся интерфейсные модули могут использоваться в M-CMTS и дальше. Особенно повезло тем, кто уже приобрел Cuda 12000 и установил их. Для этих операторов миграция в DOCSIS 3.0 будет наиболее простой и экономически эффективной. Это весьма затруднительно на оборудовании прочих вендоров.
Рис. 3.
Второй вендор - CASA Systems, которая обеспечивает крайне высокую плотность downstream и upstream в одноюнитовом устройстве. В частности, поддерживается такая конфигурация, как 32 ds × 16 us. Такая высокая плотность достигнута благодаря примененным инновационным решениям и высокому инженерному искусству разработчиков. Фактически, на данный момент, это единственный производитель pizza box для DOCSIS 3.0. Выгодно отличает эту платформу то, что она используется и под DOCSIS, и под DVB, и под IPTV. Это настолько универсальное решение, что трудно подобрать ему аналог. Скорее всего, это будет целая стойка с различным телекоммуникационным оборудованием, а также с множеством программных решений. Это решение действительно уникально еще и тем, что операторы, выбирающие путь строительства сетей MetroEthernet, могут использовать такое устройство и в последующем, после полного перехода на Ethernet, в качестве скремблера и модулятора QAM для вещания в DVB. Следует отметить, что, в отличие от многих других, упомянутые два производителя не ограничиваются декларациями о готовности к выпуску CMTS DOCSIS 3.0 в некоем счастливом будущем, а уже реально размещают заказы на производство таких CMTS.
Например, BigBand Networks в настоящее время осуществляет поставку и монтаж модульной головной станции M-CMTS крупному кабельному оператору Multikabel (Голландия), который является первой компанией в мире, практически развертывающей сеть передачи данных, основанную на DOCSIS 3.0. В то же время компания CASA Systems предлагает на рынке готовое к поставке гибкое и эффективное решение, обеспечивающее функционирование DOCSIS, а также QAM-модуляцию совместно с PSI/SI-обработкой, поддержкой CAS Symulcrypt и т.п. на одной компактной платформе размером 1U!!! Благодаря подобному решению оператор может приобретать одну платформу под обе задачи, а также гибко регулировать полосу под услуги по необходимости.
Теперь и реализация IPTV через эту платформу, в т.ч. и через DOCSIS, абсолютно реальна. Это, например, относится к такой услуге, как “видео по запросу”, полоса под которую может быть выделена в QAM. Развертывание платформы M-CMTS дает возможность более эффективно использовать UEQ (universal edge QAM). Для получения новых преимуществ DOCSIS 3.0 необходимо приобрести новый модем. Не каждый пользователь захочет заплатить за это. Легче всего это сделать малому бизнесу, для которого цена вопроса невелика по сравнению с новыми возможностями, в то время как большинство абонентов будут долго взвешивать и размышлять. Тем не менее, данная технология позволяет кабельным операторам двигаться в ногу со временем и более эффективно отбиваться от давления конкурентов. Например, M-CMTS производства BigBand Networks и CMTS С2200 производства CASA Systems позволяют кабельным операторам предлагать на одном шасси скорости доступа свыше 100 Мбит/с абонентам с модемами DOCSIS 3.0 и скорости около 25 Мбит/с тем, у кого модемы текущего поколения.
Развертывание же архитектуры M-CMTS, как начальный этап стратегии движения к DOCSIS 3.0, позволяет кабельным операторам расти по мере потребностей рынка - добавлять емкость и функциональность по наличию спроса.
Таким образом, новый стандарт дает кабельным операторам возможность развивать стандарт DOCSIS, предлагать на его основе высокоскоростной доступ свыше 100 Мбит/с уже сейчас, успешно конкурируя на рынке услуг доступа, предлагать комплекс услуг, требующих широкой полосы, в т.ч. DVB и IPTV на одной и той же платформе, используя гибкую архитектуру M-CMTS. Приобретая сейчас решения на основе предварительного варианта preDOCSIS 3.0, в последующем без замены аппаратной части оператор может перейти к законченному стандарту DOCSIS 3.0, только изменив программное обеспечение. Это позволяет эффективно защитить инвестиции, вложенные в строительство сети HFC.
На наш взгляд, только с появлением третьей версии DOCSIS эта технология сделала по-настоящему сильный рывок вперед, обеспечивающий внедрение новых высокоскоростных услуг, предыдущие версии лишь пытались адаптировать сети КТВ под доступ в Интернет, используя ее ресурсы процентов на 5 так же, как и человек использует мизерную часть возможностей своего мозга. DOCSIS 3.0 позволяет использовать сеть КТВ на полную мощность.
