摘 要 本文主要介紹了Cable Modem的工作原理和工作流程，討論了Cable Modem的發(fā)展前景。
關鍵詞 Cable Modem HFC
1 前言
隨著Internet技術的快速發(fā)展以及用戶數量的急劇增加，高速接入技術已成為通信高技術領域研究的前沿和熱點。寬帶化已成為現(xiàn)代通信網的發(fā)展方向之一。而我國的有線電視網，由于它的快速發(fā)展，覆蓋范圍已超過了電信網，成為世界上最大的有線電視網絡，因此，通過有線電視網進行數據傳輸、訪問Internet已成為越來越受業(yè)界關注的話題。
早期有線電視網絡是將廣播電視信號高效傳送到用戶家庭的電纜系統(tǒng)，這種有線電視網絡可以高效地向用戶傳輸模擬電視信號。近年來傳統(tǒng)的有線電視網絡陸續(xù)開始采用光纖同軸電纜混合（HFC）傳輸結構，光纜干線和同軸電纜分配網通過光站結合而成。一般光纖干線采用星型拓撲，同軸電纜分配網則采用樹型結構，這種結構已廣泛用于廣播電視信號的分配。近年來伴隨著數據通信等多種業(yè)務的需求，使之具有860MHz以上頻寬的雙向HFC網絡已成為發(fā)展趨勢，Cable Modem技術也應運而生。
2 Cable Modem 工作原理
有線電視網最初只是用于廣播式的電視傳播，多用戶使用一條線路，是單向的。為用于電腦網絡，對現(xiàn)有的網絡前端和用戶端進行雙向改造后，除可以進行傳統(tǒng)的電視廣播業(yè)務及數據廣播、數字視頻播出等擴展業(yè)務外，還可以充分利用其巨大的帶寬資源開展計算機聯(lián)網、電路出租、Internet接入、智能化小區(qū)建設等增值業(yè)務。
Cable Modem是在HFC網絡上提供雙向IP數據業(yè)務的用戶端設備，它利用HFC網絡，與頭端CMTS配合，在用戶設備（如計算機）和數據業(yè)務節(jié)點之間透明傳送IP數據包。它們的通信為總線方式，一臺前端設備可為多個用戶提供服務。CM在利用HFC進行雙向IP數據傳輸的網絡中的位置見圖1。從圖中可以看出，CM主要有兩個數據接口，一個是對HFC網絡的射頻接口（RFI），另一個是對用戶駐地設備（CPE）的接口，稱為用戶網絡接口（UNI）。與CPE的接口可以是以太網接口或USB接口。
Cable Modem不僅包含調制解調部分，它還包括射頻信號接收調諧、加密解密和協(xié)議適配等部分。它還可能是一個橋接器、路由器、網絡控制器或集線器。使用它無須撥號上網，也不占用電話線，便可永久連接。通過Cable Modem系統(tǒng)，用戶可在有線電視網絡內實現(xiàn)國際互聯(lián)網的訪問、IP電話、視頻會議、視頻點播、遠程教育、網絡游戲等功能。一個Cable Modem要在兩個不同的方向上接收和發(fā)送數據。它把上行的數字信號轉換成模擬射頻信號，類似電視信號，在有線電視網上傳送；在下行方向上，Cable Modem把射頻信號轉換為數字信號，以便電腦處理。
在使用Cable Modem傳輸數據時，利用的是現(xiàn)有的有線電纜中的某一個頻道�？蓪⒄麄�電纜劃分為三個寬帶，分別用于Cable Modem數字信號上傳、數字信號下傳及電視節(jié)目模擬號下傳。一般同軸電纜的頻道范圍為5~860MHz，數字信號上傳為5~42MHz，模擬信號下傳為50~550MHz，數字信號下傳則是550~860MHz。
為了實現(xiàn)Internet接入，有線電視公司一般從88MHz~860MHz之間電視頻道中分離出一條6MHz的信道用于下行傳送數據。有線電視網采用的模擬傳輸協(xié)議，Cable Modem用來完成數字數據的轉換。Cable Modem將數據進行調制后在Cable的一個頻率范圍內傳輸，接收時進行解調。通常下行數據采用64QAM調制方式，最高速率可達27Mbit/s，如果采用256QAM，最高速率可達36Mbit/s。上行數據一般通過5~42MHz之間的一段頻譜進行傳送，為了有效抑制上行噪音積累，一般選用QPSK調制或16QAM調制，QPSK或16QAM比64QAM更適合噪聲環(huán)境，但速率較低。上行速率最高可達10Mbit/s。Cable Modem屬于共享介質系統(tǒng)，其他空閑頻段仍然可用于有線電視信號的傳輸。
因有線電視網屬于共享資源，所以Cable Modem需要具有加密和解密功能。當給數據加密時，Cable Modem對數據進行編碼和擾碼，使得黑客盜取數據非常困難。當通過Internet發(fā)送數據時,本地Cable Modem對數據進行加密，有線電視網服務器端的CMTS對數據解密，然后送給Internet。接收數據時則相反，有線電視網服務器端的CMTS加密數據，送上有線網，然后本地電腦上的Cable Modem解密數據。
HFC網絡寬帶網絡戶線接入方式，大致有兩種方法，一種是多用戶共享Cable Modem的HFC+Cable Modem+HUB在五類線以太網入戶方式，即可通過下連集線器支持最多幾臺PC機上網；PC機的IP地址，通過頭端DHCP服務器動態(tài)獲得。第二種是同軸電纜入戶，用戶獨享Cable Modem的雙向網絡方式，用戶可通過計算機以太網卡或USB口，連接到CM；PC機的IP地址，可通過頭端DHCP服務器動態(tài)獲得。
3 Cable Modem的工作流程
Cable Modem加電工作后，首先自動搜索前端的下行頻率，找到下行頻率后，從下行數據中確定上行通道，與前端設備CMTS建立連接，并交換信息，包括上行電平數值、動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）和簡單文件傳送協(xié)議（TFTP）服務器的IP地址等。Cable Modem有在線功能，即使用戶不使用，只要不切斷電源，則與前端始終保持信息交換，用戶可隨時上線。Cable Modem具有記憶功能，斷電后再次上電時，使用斷電前存儲的數據與前端進行信息交換，可快速地完成搜索過程。
在CMTS和Cable Modem間的通道建立后，可使用簡單網絡管理協(xié)議（SNMP）進行網絡管理。使用一個通用的SNMP網絡管理程序，對于不同廠家的CMTS和Cable Modem設備，需將廠家提供的管理信息庫（MIB）文件裝入到SNMP Manager中，才能管理相應的設備。
4 Cable Modem的發(fā)展前景及阻礙
目前，國內信息產業(yè)正處于飛速發(fā)展的時期，有線電視網、電信網、計算機網絡是我國信息化建設的三個網絡，而在建設計算機城域網（WAN）時，原有的普通電話Modem有其不利的一面，如普及率、通信基礎設施落后和通信費用過高等。
而有線電視網在這方面的優(yōu)勢主要有以下幾點:
（1）我國電視機擁有量超過3.7億臺，全國電視人口覆蓋率超過95% 。
（2）寬頻帶大戶。我國有線電視電纜大戶帶寬從300~750MHz不等，多數大于450MHz。這正是信息高速公路所需要的帶寬，為綜合信息應用提供了重要的條件。
（3）有線電視是國內所有入戶的信息工具中收費最低的。
單單從技術上看Cable Modem系統(tǒng)是成熟的，它基本上可以滿足高速接入而又不占用電話線路的要求，但從實際的運作和使用上看還有著不少不可忽視的疑難問題：
（1）現(xiàn)有的大部分CATV網由于都是單向傳輸數據，因此，為了實現(xiàn)接入Internet雙向通信，就必需進行必要設備的改造和更新。
（2）由于Cable Modem模式采用的是相對落后的總線型網絡結構，這就意味著網絡用戶共同分享有限的帶寬，因此會造成數據傳輸不夠穩(wěn)定。
（3）使用Cable Modem實現(xiàn)真正意義上的上網就需要借助電腦，但對于我國廣大的有線電視用戶來說擁有電腦的家庭可能并不占多數，此外購買Cable Modem和初裝費也都還不算很便宜，因此很難讓非網蟲的家庭動心。
5 結論
Cable Modem雖然是近幾年開始試用的一種超高速Modem，但到目前已是比較成熟的一種技術。隨著有線電視網的發(fā)展壯大和人們生活質量的不斷提高，它將越來越受到人們的廣泛關注，它的發(fā)展前景將會是非常廣闊的。
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