C&M CMTS 교육자료 ( 초급 )

1. C&M CMTS 교육자료(초급) 2008. 6

2. 목차 1. HFC & CMTS 개요 1) HFC란 2) CMTS란 2. Product Overview 3. Module별 상세 소개 1) PRE 2) MC-520 3) MCX Cable 4) TCC+ 5) Fan Assambly Module 6) Gigaethernet 7) 시스코 장비 사양 비교 4. CMTS 동작원리 1) Docsis H/W Specification 2) DOCSIS Data Rates 3) DOCSIS 1.x, 2.0 Registration Diagram 4) DOCSIS 3.0 Registration Diagram 5. Pre_Docsis3.0 소개 1) Pre_Docsis3.0 장비 소개 2) 가입자 수용 산정기준 3) 서비스 구성도

3. HFC & CMTS 개요

4. 750Mhz 0 5 42 54 500 552 디지탈방송,부가서비스 상향 신호용 아나로그방송용 인터넷 HFC & CMTS 개요 HFC(Hybrid Fiber coxial )란 - TV 뒷단에 연결된 동축케이블 망 - 기존 동축케이블 망에 추가비용없이 인터넷을 가능케 함. - 국제표준인 Docsis(Data over Cable Interface Specification ) 규격을 이용 - 주파수분할 방식을 사용 - 한 개의 동축케이블에 TV, 인터넷 신호 등 여러 개의 신호를 동시에 전송이 가능 - 데이터의 상향, 하향이 다른 주파수를 사용한다.(비대칭형 방식) => 상하향 속도가 틀림

5. CM CM CM CMTS Internet HFC & CMTS 개요 CMTS(Cable Modem Terminal System)란 - 수많은 Cable Modem들의 중심에서 Hub와 같은 역할 수행 - IP기반 네트웍망과 RF기반 HFC망에서 서로 연계 - CMTS의 대표적인 장비로는 시스코의 uBR10012 일명 uBR10K가 주로 쓰임 => uBR10K 당 가입자수는 약 15,000명 IP기반 네트웍망 RF신호 기반 HFC 망

6. Product Overview

7. Product Overview 1. 외형 FAN Blower 파워 서플라이 Display Module RF Linecards TCC+ Cards LAN/WAN Linecards Performance Routing Engines

8. Product Overview 1-1. 전면부 • 전면부 덮개 사용 • Power Supply, PRE Slot 2 EA, LCD Panel 1 EA • Fan Tray

9. Product Overview 1-2. 후면부 • WAN Slot 4 EA, TCC Slot 2 EA, PRE Slot 2 EA, LCD Panel 1 EA • RF LineCard Slot 8 EA

10. Product Overview 1-3. 시스템 구조 • Chassis Backplane 51.6Gbps bus • RF LineCard Slot당 800Mbps bus • WAN Slot당 1.6Gbps bus

11. Module별 상세 소개

12. Module별 상세 소개 PRE(Performance Routing Engine)Component • General purpose IOS processor • ASIC based packet transfer and queue management • Automatic failover to hot standby • Online software upgrade • Each performance routing engine has 2 PXF network

13. Forwarding Processor PXF Engine Fast Ethernet Control Interface DMA & Buffer Mgmt Packet Buffers SDRAM IOS Processor Complex DC/DC Converters PXF network processor PXF network processor Module별 상세 소개 PRE(Performance Routing Engine) Spec. PRE Route Processor

14. Module별 상세 소개 PXF (Parallel Express Forwarding) Processing NetFlow 지원(PRE2) EtherChannel 지원(PRE2) RPR+(Route Processor Redundancy Plus) 지원 - 모듈 탈장, Force-FailOver 경우 : 대략 ping 1~2개 loss

15. Module별 상세 소개 PRE(Performance Routing Engine) Spec. User CLI: PBR PBR Programming Route Processor PXF ASIC PBR Switching 0 1 2 3 4 5 6 7

16. Module별 상세 소개 PRE(Performance Routing Engine) Spec.

17. Module별 상세 소개 MC-520(Universal Broadband Processing Engine) • Industry’s Highest Density DOCSIS card (5DS/20US) • Highest US Operation Bandwidth (up to 65 MHz) • DOCSIS, EuroDOCSIS and J-DOCSIS operations • DOCSIS 2.0 A-TDMA Support • Onboard Spectrum Analyzer • Integrated Upconverter • Advanced PHY • MCX Connectors

18. Module별 상세 소개 MC-520(Universal Broadband Processing Engine) Cannon Cannonball Universal Cable Holder MC5X20 Faceplate

19. RF Upconverter RF Upconverter RF Upconverter RF Upconverter RF Upconverter RF Upconverter Cannonball Carrier Carrier Cannon Module별 상세 소개 MC-520(Universal Broadband Processing Engine) Side view Bottom view

20. Module별 상세 소개 MC-520(Universal Broadband Processing Engine)

21. Module별 상세 소개 MC-520(Universal Broadband Processing Engine) Backplane Interfaces RF Front End Cisco MAC Hardware CPU and Memory Cannonball PCB Cannon PCB

22. Module별 상세 소개 MC-520(MAC Layer Hardware) • Cisco developed DOCSIS 1.0/1.1 MAC Hardware • 3 chips that handle the 5DS and 20US (2x8, 2x8, 1x4) • At 40Mbps/DS and 10Mbps/US one card handles • 200Mbps in each direction • Enable Configurable MAC domains • Allows for arbitrary mapping of DS and US • Makes easy to manage subscribers growth • DMPI support • Cisco-proposed MAC-PHY Interface spec. Now optional part of DOCSIS 2.0 • Allows Best-of-Breed PHY choice

23. Module별 상세 소개 MC-520(Universal Broadband Processing Engine) Upstream enabled: Upstream path is configured and able to pass traffic • Power applied • Self test, rommon, code download RF enabled: Downstream path is configured and able to pass traffic out through the upconverter at RF frequencies • IOS is up and running • IOS is running on the back up card • Requires maintenance operation

24. Module별 상세 소개 MCX Cable, Cable holder • 75 Ohm miniature Head End Cable (Belden Bonded Foil 1855 Type) • Allows for Higher Density Card to be easily managed • Increases Access to Line Card • Increases Ease of Cable Routing in Rack • Universal Cable Holder • Cisco design for Faster Installation • Hold 1 to 10 cables

25. Module별 상세 소개 MCX Cable, Cable holder

26. Module별 상세 소개 TCC+(Timing, Communication, and Control Plus) • 각각의 Cable Interface Card에 10.24MHz 대역의 Clock Reference를 발생하고 분배하는 역할 • PRE의 Secondary processor로 동작 • 각각의 Cable Interface Card에 32-bit Time-stamp Reference를 발생하고 분배하는 역할 • 모든 Cable Interface Card의 전원을 Software상에서 독립적으로 차단하는 기능 • System Configuration과 Status Information을 표시하는 LCD Display Module을 관리 • UBR10012 Chassis에서 사용하는 Power Utilization을 Monitoring하는 기능 • Global Positioning System(GPS) 또는 BITS Clock과 같은 외부 Timing Clock Reference 입력을 위한 • 이중화된 RJ-45 Port 제공

27. Module별 상세 소개 Fan Assambly Module • 4개의 내부 Fan으로 구성 • 내부 온도에 따른 속도로 동작. • 저속 Fan은 약 280cfm, 고속 Fan은 약 450cfm으로 운용 • 섭씨 40도가 넘었을 시 Fan의 속도를 증가시키고, 50도 이상 • 증가 시 고속으로 Fan이 회전하도록 설계 Gigaethernet-1 card • Single port Gigabit Ethernet • Supports Multiple fiber distances and types with • removable GBIC modeules • Full line rate capable • Shipping since FCS

28. Module별 상세 소개 시스코 장비 사양 비교 1. CMTS 에 따른 Processing Engine 적용사항 2. Chassis

29. Module별 상세 소개 시스코 장비 사양 비교 3. Network Process Engine

30. Module별 상세 소개 시스코 장비 사양 비교 4. RF Card

31. CMTS 동작원리

32. CMTS 동작원리 Docsis H/W Specification Frequency Range • Upstream: 5 to 42 MHz • Downstream: 88 to 860 MHz (User dependent) Bandwidth • Upstream: 200, 400, 800, 1600, 3200 KHz • Downstream: 6 MHz Modulation Modes • Upstream: QPSK, or 16 QAM • Downstream: 64 or 256 QAM Symbol Rates • Upstream: 160, 320, 640, 1280, 2560 Ksym/sec • Downstream: 5.056941 or 5.360537 Msym/sec

33. 0111 0101 1101 1111 0110 0100 1100 1110 Q1 0010 0000 1000 1010 0011 0001 1001 1011 01 11 00 10 CMTS 동작원리 Docsis H/W Specification CMTS Power Level Range • Upstream: 200 KHz -16 to + 14 dBmV 400 KHz -13 to + 17 dBmV 800 KHz -10 to + 20 dBmV 1600 KHz -7 to + 23 dBmV 3200 KHz -4 to + 26 dBmV • Downstream: +50 to + 61 dBmV Cable Modem Power Level Range (1 dB steps) • Output: QPSK +8 to +58 dBmV 16 QAM +8 to +55 dBmV • Input: 64 / 256 QAM -15 to + 15 dBmV QPSK 16 QAM

34. Spectral RF BW 200 KHz 400 KHz 800 KHz 1.6 MHz 3.2 MHz efficiency U MODULATION TYPE QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK P SYMBOL RATE 0.16 MSs 0.32 MSs 0.64 MSs 1.28 MSs 2.56 MSs 1.6 B/S/Hz S TOTAL DATA RATE 0.32 Mbs 0.64 Mbs 1.28 Mbs 2.56 Mbs 5.12 Mbs T EFFECTIVE DATA RATE 0.3 Mbs 0.6 Mbs 1.2 Mbs 2.3 Mbs 4.6 Mbs R MODULATION TYPE E 16 QAM 16 QAM 16 QAM 16 QAM 16 QAM Spectral A 0.16 MSs SYMBOL RATE 0.32 MSs 0.64 MSs efficiency 1.28 MSs 2.56 MSs M TOTAL DATA RATE 2.56 Mbs 5.12 Mbs 10.24 Mbs 0.64 Mbs 1.28 Mbs 3.2 B/S/Hz EFFECTIVE DATA RATE 0.6 Mbs 1.2 Mbs 2.3 Mbs 4.5 Mbs 9.0 Mbs RF BW 6 MHz D Spectral efficiency 5 B/S/Hz MODULATION TYPE 64 QAM O W SYMBOL RATE Effective Data Rates are typical and subject to operator configuration. 5.057 MSs N TOTAL DATA RATE 30.34 Mbs S EFFECTIVE DATA RATE 27 Mbs T R Spectral efficiency 7 B/S/Hz MODULATION TYPE 256 QAM E SYMBOL RATE 5.360 Mbs A 42.9 Mbs TOTAL DATA RATE M 38 Mbs EFFECTIVE DATA RATE CMTS 동작원리 DOCSIS Data Rates

35. UCD Reset interface sync Init(i) TOD request TOD server sync Establish tod Init(t) TOD response sync Reset hardware sync TFTP read request TFTP server Off line UCD Wait for link up Configuration file TFTP data sync Ds channel scanning TFTP ack sync Init(o) sync SNM server SNMP set request Mib_object sync Wait ucd UCD SNMP get response Map Wait map Registration request RNG-REQ registration Ranging 1 Init(r1) Registration response RNG-RSP Init(r2) RNG-REQ Ranging 2 Establish privacy On line RNG-RSP maintenance Init(rc) DHCP discover DHCP server DHCP offer DHCP Init(d) DHCP request DHCP ack/response On-line CMTS 동작원리 DOCSIS 1.x, 2.0 Registration Diagram

36. CMTS 동작원리 DOCSIS 3.0 Registration Diagram WCM acquires QAM/FEC lock of DOCSIS DS channel SYNC, UCD, MAP messages WCM performs usual US channel selection, but does not start initial ranging MDD message WCM performs bonded service group selection, and indicates via initial ranging B-INIT-RNG-REQ message WCM transitions to ranging station maintenance as usual Usual DOCSIS initial ranging sequence DHCP DISCOVER packet DHCP OFFER packet DHCP REQUEST packet DHCP RESPONSE packet TOD Request/Response messages TFTP Request/Response messages WCM provides Rx-Chan(s)-Prof REG-REQ message REG-RSP message WCM receives Rx-Chan(s)-Config WCM confirms all Rx Channels REG-ACK message Usual BPI init. If configured

37. Pre_Docsis3.0소개

38. Pre_Docsis3.0 소개 Pre-Docsis 3.0 시스템 을 구성하는 주요 장비인 10K 와 이와 관련된 상세 모듈은 아래와 같습니다. • uBR10012 Base System • uBR10012 Pre-Docsis 3.0 Kit 1.WAN 카드 • 2x HH-GE WB SIP 1. SIP 캐리어 모듈 (UBR10-2xWB-SIP ) WB SPA 2.라우팅 엔진 • 2x PRE2 @6Mpps • RP Redundancy 2. SPA 모듈 (SPA-24xWB-SFP) 3.DOCSIS 카드 • 8x MC5X20 • 40 DS/160 US Ports per Chassis 3. Edge QAM • Off-the-shelf VOD QAM uBR10012 Wideband Service를 지원하기 위해서는 Cisco IOS Release 12.3(21a)BC 이상 버전의 IOS가 필요합니다. 현재 C&M 에서는 12.3(21a)BC2 버전이 운용중입니다.

39. 현재 주파수 대역 UpStream DownStream 5MHz 42MHz 54MHz 870MHz Pre_Docsis3.0 소개 Pre-Docsis 3.0 시스템 을 구성하는 주요 장비인 10K, EQAM, WCM 은 다음과 같은 구성으로 이루어져 있습니다. Docsis1.x , 2.0 Modem uBR10012 Chassis New 1Gbps New HFC 1Gbps Wideband SIP Modules 2포트 x 24 채널 24 QAM Channels 지원 Edge QAM Wideband Modem 기존 10K Chassis MC520-S MC520-U TCC+ PRE 2 1Giga (Long) 1Giga (Half) Wide SIP 카드 (신규) Wide SPA 모듈 (신규) 24 QAM Edge QAM (신규)

40. Pre_Docsis3.0 소개 Pre-Docsis 3.0 시스템을 구성하는 주요 장비인 10K 와 EQAM 을 연결하는 SPA를 장착 할 수 있게 하는 SPA 전용 어뎁터 입니다. UBR10-2xWB-SIP • The Wideband SIP는 2개의 Wideband SPA 장비를 장착 할수 • 있다. • Wideband SIP장비는 두개의 uBR10k의 슬롯을 사용한다. • Wideband SIP 1/0과 2/0 에 위치하였을 경우 • 1/0을 사용한다. (두개 슬롯중 하나만 사용가능) • Wideband SIP 3/0과 4/0 에 위치하였을 경우 • 3/0을 사용한다. (두개 슬롯중 하나만 사용가능)

41. Pre_Docsis3.0 소개 Pre-Docsis 3.0 시스템을 구성하는 주요 장비인 10K 와 EQAM 을 연결하는 SPA를 장착 할수 있게 하는 SPA 전용 어뎁터 입니다. Cisco Wideband SIP LEDs Wideband SIP Fail LED

42. Pre_Docsis3.0 소개 Pre-Docsis 3.0 시스템을 구성하는 주요 장비인 10K 와 EQAM 을 연결하는 SPA 및 SFP 에 대한 소개입니다. 카드실장 SPA-24xWB-SFP • The Wideband SPA 는 하나의 활성화된 기가 포트와 대기중인 포트로부터 edge QAM 장비로 traffic을 전송한다. • The Cisco uBR10012 router 에는 두개의 SPA장비를 지원한다. 각각의 장비에는 12개의 wideband 채널을 지원하고 • 24개의 RF 채널을 지원한다. • Wideband SPA 장비는 옆에 그림과 같이 bay 번호를 포함하여 사용 • slot/subslot/bay • 1/0/0, 1/0/1…… • 3/0/0, 3/0/1…..

43. Pre_Docsis3.0 소개 Pre-Docsis 3.0 시스템을 구성하는 주요 장비인 10K 와 EQAM 을 연결하는 SPA 및 SFP 에 대한 소개입니다. Cisco Wideband SPA LEDs Port Status LED (labeled A/L) Board Status LED (labeled STATUS)

44. Pre_Docsis3.0 소개 Pre-Docsis 3.0 시스템을 구성하는 주요 장비인 10K 의 트래픽 증가 및 회선 이중화를 위한 Half-Slot 전 용 Giga 카드입니다. 확장의 용이성을 위해 Full-Gigabit가 아닌 Half-Gigabit으로 사용

45. Pre_Docsis3.0 소개 Pre-Docsis 3.0 시스템을 구성하는 주요 장비인 EQAM 상세 SPEC 입니다. • 최대 72 Channel 까지 지원 • ITU-T J.83 Annex A(DVB), Annex B, and Annex C (Japan) QAM 지원 • All constellations up to 256 QAM • HTTP GUI & NMX Manager • 1 x 1000 Mbps per port • 3 x 1000Base-T , RJ45 Ports / 3 x SFP Cages • Dual redundant , load sharing power supplies NSG 9000 Edge QAM • NSG9000 Edge QAM은 3 x GbE 입력과 최대 72개의 RF QAM 출력 지원 • VOD , Broadcasting , Switched Broadcasting , Docsis 3.0 (Modular CMTS ) Ready . • 최대 9 x Slots 지원, 각 Slot 당 2 Port 지원, Port당 2 or 4 QAM 지원 [ 9*4*2=72ch ] • Slot Type으로 공간 활용 극대화 • Docsis3.0 관련하여 DTI 스펙을 지원

46. Pre_Docsis3.0 소개 Pre-Docsis 3.0 시스템을 구성하는 주요 장비인 Wideband Modem 상세 SPEC 입니다. 데이터 전송 성능 • 최대 100/30Mbps 하향/상향 속도 RF 특성 • 하향주파수 범위: 88 MHz – 860 MHz • 상향 주파수 범위: 5MHz – 42/65 MHz • 채널 본딩 용량 -현재 2 channel bonding • 최대 하향 3 channels 본딩 : Annex B/A (DTI 구성 제공 시) DPC2505 (DOCSIS)EPC2505 (Euro-DOCSIS) 호환성 • DOCSIS 2.0+ 3 Channel Bonding • 3 Channel Bonding WCM • DOCSIS 3.0 하향 Spec인 Packet Bonding 지원 • DOCSIS 3.0/Euro-DOCSIS 3.0 CMTS 환경에 호환성 지원 . • Full DOCSIS 2.0 capable • Multi-Mode(6/6/6MHz,8/8/8MHz,6/8/8MHz) 지원

47. Pre_Docsis3.0 소개 SPA 1ea/ EggeQam 1ea 따른 수용 기준 범위 입니다

48. Pre_Docsis3.0 소개 아래사항은 하향 한 포트당 가입자 현황에 따른 개인별 사용가능한 대여폭을 산출하는 과정 설명입니다. Wideband 한 인터페이스 당 몇 명의 가입자를 수용가능한지 판단 기준 - E-QAM 포트당 100명의 가입자가 있는 경우 가정 o 전체 가입자 online 률 : 75% => 75명 o online 된 가입자중 PC가 켜져 있을 확률 : 50% => 50명 o PC가 켜져 있는 가입자중 대역폭 Full 사용률 : 4% => 4명 o 최대 피크율 : 100명 * 0.75 * 0.5 * 0.04 = 1.5명 - 실제로 한 인터페이스당 80명의 가입자가 적정하다고 볼때 o 100명 : 1.5명 = 80명 : X명 => X=1.2명 o 한 인터페이스당 최대속도가 100M 이고 1.2명이 그 대역폭을 쓸경우 100M / 1.2명 = 88.3Mbps - 결론 : 한 인터페이스 당 80명을 수용할 경우 가입자당 88.3Mbps의 대역폭 사용 가능

49. 현재 주파수 대역 UpStream DownStream 5MHz 42MHz 54MHz 870MHz Docsis1.x , Docsis 2.0 인터넷 서비스 구성 Pre_Docsis3.0 소개 Docsis1.x , Docsis 2.0 인터넷 서비스 구성 입니다 uBR10012 Chassis Docsis1.x , 2.0 모뎀 HFC 하향 40포트 상향160포트 기존 10K Chassis MC520-S MC520-U TCC+ PRE 1 PRE 2 1Giga(Long) 1Giga(Half)

50. 1) Docsis 1.X ,2.0 CM Docsis1.x,2.0 uBR100012 하향 CM CM CM CM 상향 Docsis1.x , Docsis 2.0 인터넷 서비스 구성-MAP Pre_Docsis3.0 소개 Docsis1.x , Docsis 2.0 인터넷 서비스 구성 입니다