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    02-Jan-2016
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Arquitectura HFC

umaredede telecomunicaes em meio confinado, que combina fibra ptica e cabo coaxial como suportes para a transmisso de sinais. Embora existam redes diferentes da HFC, com tecnologias que so modificaes das tecnologias para LANs, a difuso muito maior daqueles tipos de rede a cabo levou a que o par HFC+cable modem dominasse totalmente o cenrio, de tal forma que ambos os termos so hoje usados na literatura como se fossem sinnimos, para referncia prpria tecnologia.

Arquitetura rede HFC

O Cabo Coaxial e a Fibra ptica

O cabo coaxial como o par tranado de cobre, um cabo que conduz energia sob a forma de corrente eltrica. Diferentemente do par tranado, a simetria do cabo coaxial faz com que o campo eletromagntico fique totalmente confinado entre o conduto interno e a malha externa, resultando em irradiao teoricamente nula. Isso resulta,naprtica, no fato de que o cabo coaxial pode transportar os mesmos sinais que o par tranado a distncias muito maiores, ou, de forma equivalente, pode transportar sinais de freqncia muito mais alta cobrindo as mesmas distncias.

Na prtica, no entanto, em decorrncia de imperfeies de sua geometria, o cabo coaxial irradia pequena frao da energia do sinal que por ele trafega. Ao contrrio do par tranado, ele no um bom irradiador, embora tambm irradie e, conseqentemente, receba sinais. Isso faz com que cabo coaxial, apesar de menos suscetvel a interferncias, no seja imune a elas. Essa falta de imunidade representa um inconveniente nasredesHFC, particularmente nos canais de upstream.

Partes da Rede HFC

A rede HFC se compe basicamente de quatro partes claramente diferenciadas: a cabeceira (ou headend), a rede tronco, a rede de distribuio e a rede de usurios.

Headend

O headend o centro de onde se governa todo o sistema. Sua complexidade depende dosservios suportados pela rede. Por exemplo, para um servio bsico de distribuio de sinaisunidirecionais de televiso (analgicos e digitais), o headend apresenta uma srie de equipa-mentos de recepo de televiso terrestre, via satlite e por microondas, assim como de enlacescom outros headends ou estdios de produo. Os sinais analgicos so transmitidos multi-plexados em freqncia. Os sinais digitais de vdeo, udio e dados que formam os canais deteleviso digital so multiplexados.

Uma vez aplicado o cdigo corretor de erros e realizadoo entrelaamento de bits, utiliza-se um modulador QAM para transmitir a informao at oequipamento do assinante (encabeado por uma set-top-box, como no ADSL). O headend tambm encarregado de monitorar a rede e supervisionar seu funcionamento. O monitoramento est se tornando um requisito bsico das redes de cabo, em virtude da atual complexidade das novas arquiteturas e da sofisticao de novos servios, que exigem da rede confiabilidade muito alta. No headend se realiza todo o tipo de tarifao e controle dos servios prestadosaos assinantes.

Headend Net Virtua Rio de Janeiro

A Rede tronco

A rede tronco pode apresentar estrutura em forma de anis redundantes de fibra ptica que unem um conjunto de ns primrios. Os ns primrios alimentam outros ns, ditos secundrios,atravs de outras estruturas em anel ou em barramento, ainda por fibras pticas. Nos ns secundrios, os sinais pticos so convertidos em sinais eltricos e so distribudos para os assinantes por meio de cabos coaxiais, pela rede de distribuio. Cada n secundrio serve a algumas centenas de lugares (500 um tamanho habitual para redes HFC). No enlace,so dispostos em cascata 2 ou 3 amplificadores de banda larga. Com isso, se consegue bom nvel de rudo e distoro no canal descendente.

Caractersticas

Transmisso bidireccional Distncia mxima de 160Km entre o CMTS (Cable Modem Termination System, Head end) e o Cable modem mais distante (distncia padro 16 a 20Km). Cada n de fibra (clula) pode servir entre 500 a 2000 utilizadores, dependendo da largura de banda disponibilizada a cada um.

Arquitetura genrica de uma rede HFC

Estrutura das normas DOCSIS

11 documentos, disponveis em DOCSIS 2.0 Principais componentes: Interface de modem de cabo - CMCI Interface de retorno telefnico - CMTRI Interface rede-cabo CMTS-NSI Interface de rdio RF Interface de privacidade BRI (Baseline Privacy Interface) Interface de Suporte de Operaes - Interfaces de gesto entre os elementos da rede e de gesto de alto nvel

Portocolos considerados nas normas DOCSIS Camada de rede (IP) Camada de ligao de dadosSubcamada LLC (Logic Link Layer), norma IEEE 802.2Subcamada de segurana, Privacidade, autenticao e autorizaoSubcamada MAC, PDUs de comprimento varivel Camada fsicaUptream/Downstream Transmission convergencePhysical Media Dependent

Download (Capacidade total e excluindo overhead) DOCSIS 1.x - 42.88Mbit/s (38Mbit/s)*EuroDOCSIS 2 55.62 Mbit/s (50Mbit/s) DOCSIS 2 - 42.88Mbit/s (38Mbit/s)*EuroDOCSIS 3 55.62 Mbit/s (50Mbit/s) DOCSIS 3 - m 42.88Mbit/s (38Mbit/s) [m, numero de canais agregados)*EuroDOCSIS 4 m 55.62 Mbit/s (50Mbit/s)*m=4, EuroDOCIS 222.48Mbit/s (200Mbit/s)*m=8, EuroDOCIS 444.96Mbit/s (400Mbit/s)*(...) m=20, EuroDOCIS 1 Gbit/s...

Taxa de transmisso Protocolo DOCSIS/EuroDOCSIS

Devido ao overhead causado pelos vrios protocolos utilizados na transferncia das informaes, diminuda a taxa de transferncia terica, pois a codificao para correo de erros, o esquema de modulao e o protocolo MPEG, alm dos cabealhos DOCSIS e Ethernet.

DOCSIS 3.0 Channel bonding

A verso 3.0 do DOCSIS permite a utilizao de 4 ou mais canais agregados para a transferncia de dados. Embora a especificao no determine um nmero mximo de canais que podem ser agregados, existe um limite prtico, alm do fluxo de downstream, o meio fsico tambm necessita transportar os canais analgicos e os digitais.

Recentemente a Cisco realizou um teste onde alcanou quase 1.6 Gbps, utilizando seu novo CMTS, que suporta agregar at 72 canais no fluxo de downstream e 60 canais no de upstream.

Alm da falta de espectro disponvel na rede HFC, outro fator que limita o nmero de canais que podem ser agregados pelas operadoras a falta de cable modems que suportem mais de 8 canais agregado. No teste da Cisco, foram utilizados prottipos de cable modems que suportam 16 canais agregados no fluxo de downstream e 4 canais no de upstream. Mesmo assim, foram utilizados trs destes prottipos para realizar o teste com 48 canais agregados. tecnologicamente possvel produzir cable modems que agreguem 72 canais ou mais, mas o custo alto.

Atravs do uso de Channel bonding empresas brasileiras j conseguem comercializar a velocidade de 100Mbps, utilizando CMTS Cisco uBR 10012 e Cable modem Cisco DPC300 que suporta 4 canais agregados (downstream e upstream), o que fornece uma taxa de transferncia mxima praticvel de 152 Mbps.

Equipamentos externos em uma Rede HFC

Feeder:cabo coaxial, pertencente ao segmento secundrio de uma rede HFC, que inicia no n ptico e estende-se por toda uma determinada rea. O comprimento do feeder depende da arquitetura da rede, podendo alcanar at 3 Km. Devido o cabo coaxial sofrer mais retrao ou expanso trmica do que o cabo de ao, necessrio criar pontos de expanso nos feeders, junto a cada poste.

Pontos de expanso

Tap: utilizado para distribuir ou combinar os sinais de RF (Radio Frequency). O sinal de upstream originado no cliente combinado aos outros sinais de RF passando pelo tap. Os taps so instalados ao longo do feeder, em locais onde existam residncias ou empresas, para possibilitar a conexo dos drops que atendero aos clientes.

Tap

Drop: o cabo coaxial, ligado ao tap, que leva o sinal at o cliente. Normalmente, seu comprimento menor que 200 metros.

Amplificador:devido s altas frequncias utilizadas na rede HFC, o sinal sofre atenuao ao propagar-se pelo cabo coaxial. Por este motivo se faz necessria utilizao de amplificadores nos feeders em intervalos regulares.

A amplificao bidirecional, atuando tanto no sinal de*downstream*quanto no de*upstream. Os fatores que definem o nmero de amplificadores e a distncia entre eles so os seguintes:**Frequncia mxima do sistema, em Mhz ou Ghz;*Tipo de cabo coaxial sendo utilizado e seu tamanho;*Atenuao (em dB) por metro de cabo, operando na frequncia mxima;*Ganho operacional do amplificador (tambm em dB), operando na frequncia mxima.

Amplificadores

Trunk:em uma rede HFC, a parte principal do segmento de distribuio composta por cabos de fibra ptica, que transportam o sinal originado no headend at os ns pticos, que por sua vez distribuem o sinal atravs dos feeders. Estes cabos de fibra ptica so denominados trunks, e interligam os CMTSs aos vrios ns pticos distribudos por uma determinada regio atravs de uma topologia em anel. Existem referncias que afirmam ser em estrela a topologia deste segmento ptico da rede HFC, o que tambm possvel.

Trunk

Tipos de ans

N ptico: o equipamento responsvel pela distribuio do sinal recebido do CMTS atravs dos trunks. So posicionados prximos s reas que devem atender de onde se propagam os feeders que efetivamente cobriro a rea designada.

Fonte de alimentao:equipamento que converte a voltagem da rede comercial para uma voltagem menor tipicamente 60 ou 90 V, sendo esta ltima predominante multiplexando-a com os sinais de RF e injetando o sinal resultante em um cabo coaxial que alimentar os elementos ativos da rede (ns pticos e amplificadores). A corrente pode situar-se entre 10 e 15 A ou mesmo 40 A, dependendo da quantidade de elementos sendo alimentados. Cada fonte pode alimentar um grupo de dez a vinte elementos, e conta com baterias recarregveis para aliment-los em caso de falta de energia eltrica, por um perodo de 2 a 8 horas (dependendo da quantidade de baterias instaladas). Na figura abaixo mostrada uma fonte de alimentao da NET, onde pode ser visto o armrio met