ContacteIntroducció
L’estàndard DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) es va introduir per primera vegada a finals de la dècada dels 90 per a les empreses de televisió per cable, com una manera de proporcionar serveis d’Internet a través de la seva infraestructura de cable coaxial existent. La primera versió de l’estàndard, DOCSIS 1.0, es va publicar el 1997 i proporcionava una velocitat màxima descendent de 38 Mbps i una velocitat ascendent de 9 Mbps.
Al llarg dels anys, DOCSIS s’ha actualitzat i millorat contínuament per seguir el ritme dels avenços tecnològics i les demandes creixents de velocitats més altes i un millor rendiment. DOCSIS 2.0 es va llançar l’any 2002 i oferia una velocitat màxima descendent de 42 Mbps i una velocitat ascendent de 30 Mbps. DOCSIS 3.0 es va introduir al 2006 i va aportar millores significatives en velocitat i capacitat, amb una velocitat màxima descendent d'1 Gbps i una velocitat ascendent de 200 Mbps.
La versió més recent de l’estàndard, DOCSIS 3.1, es va publicar el 2013 i va oferir més millores en velocitat i capacitat, amb una velocitat màxima descendent de 10 Gbps i una velocitat ascendent d'1 Gbps. DOCSIS 3.1 també va introduir noves tecnologies com l’enllaç de canals, que permet l’ús de múltiples canals simultàniament per augmentar les transferències de dades, i la correcció d’errors, que redueix l’impacte del soroll i les interferències en les transmissions de dades.
Finalment, DOCSIS 4.0, que és l’última versió de l’estàndard, es va presentar el 2020 i ofereix velocitats encara més ràpides, una capacitat més gran i un millor rendiment mitjançant l’ús de tecnologies avançades com la comunicació dúplex completa, l’espectre estès i la divisió de freqüència ortogonal d’accés múltiple (OFDMA).
Explicació de l’estàndard
La tecnologia DOCSIS 4.0 permet la propera generació de xarxes de banda ampla híbrides de fibra coaxial (HFC), proporcionant velocitats multigigabit simètriques alhora que admet alta fiabilitat, alta seguretat i baixa latència.
DOCSIS 4.0 admet velocitats de fins a 10 Gbps de capacitat descendent i de fins a 6 Gbps de capacitat ascendent. La comunicació full dúplex permet el trànsit simultani de pujada i baixada, la qual cosa duplica efectivament l’ample de banda disponible. L’espectre estès permet als operadors de cable, utilitzar bandes de freqüència més altes que abans, la qual cosa es tradueix en més capacitat de dades. Finalment, OFDMA proporciona una millor eficiència de l’espectre permetent que diversos dispositius comparteixin el mateix ample de banda simultàniament.
Un dels principals avantatges de DOCSIS 4.0 és que és retro compatible amb versions anteriors de DOCSIS, de manera que es pot implementar gradualment sense que els clients hagin d’actualitzar el seu equip immediatament. Això significa que els operadors de cable poden continuar oferint els seus serveis existents alhora que s’actualitzen gradualment al nou estàndard.
Importància de l’estàndard
DOCSIS 4.0 és important perquè representa un gran salt endavant en les capacitats i el rendiment de les xarxes de banda ampla per cable. Abans d’aquest estàndard, era possible una capacitat màxima de pujada de 1,5 Gbps. Ara, amb la tecnologia DOCSIS 4.0, es pot augmentar significativament la capacitat, la qual cosa permetrà oferir serveis simètrics multigigabit per a serveis residencials i empresarials.
Avui en dia, el consum de dades de pujada d’un client de banda ampla típic és només el 10% del seu consum de baixada. A mesura que apareguin noves tecnologies i aplicacions que permetin als clients i als seus dispositius compartir vídeo interactiu d’alta resolució, les xarxes que segueixen aquest estàndard estaran preparades per suportar els nous requeriments de velocitat i latència.
Característiques de DOCSIS 4.0
De forma resumida les característiques principals de l’estàndard són les següents:
- Comunicació full duplex: Permet el trànsit simultani de pujada i baixada. Això duplica efectivament l’ample de banda disponible, provocant que les velocitats de càrrega i descàrrega siguin més ràpides.
- Espectre estès: Permet als operadors de cable utilitzar bandes de freqüència més altes que abans, la qual cosa es tradueix en més capacitat de dades. Això atorga als operadors de cable oferir velocitats més ràpides i donar suport a més dispositius simultàniament.
- Accés múltiple per divisió de freqüència ortogonal (OFDMA): Admet una millor eficiència de l’espectre permetent que diversos dispositius comparteixin el mateix ample de banda simultàniament. Això significa que més dispositius es poden connectar a la xarxa sense reduir la velocitat general.
- Baixa latència: Inclou funcions que redueixen la latència o els retards en la transmissió de dades, que poden millorar el rendiment en aplicacions que requereixen comunicació en temps real, com ara els jocs i les videoconferències.
- Correcció d’errors millorada: Inclou tècniques de correcció d’errors millorades que redueixen l’impacte del soroll i les interferències en les transmissions de dades fent que hi hagin menys connexions caigudes i un millor rendiment general.
- Seguretat millorada: Inclou protocols d’autenticació i xifratge millorats per protegir-se dels atacs cibernètics i garantir la privadesa de les dades dels usuaris.
- Network Slicing: Admet la segmentació de xarxa on es poden assignar recursos específics a diferents serveis o aplicacions en funció dels seus requeriments. Això pot ajudar a millorar l’eficiència i el rendiment de la xarxa.
- Eficiència energètica millorada: Inclou funcions que redueixen el consum d’energia optimitzant el rendiment de la xarxa i minimitzant l’ús d’energia durant els períodes d’inactivitat.
- Remote PHY: Separa la capa física (PHY) del sistema de terminació del cable mòdem (CMTS) de les funcions de control i gestió. Això pot millorar l’escalabilitat, reduir la latència i permetre desplegar funcions CMTS més a prop de la xarxa.
- Suport per a IPv6: Admet IPv6, l’última versió del protocol d’Internet, que proporciona un espai d’adreces més gran i una millor seguretat que el protocol IPv4 anterior.
- Arquitectura nativa del núvol: Està dissenyat per ser natiu, per tant, es pot implementar i gestionar mitjançant una infraestructura i programari basats en el núvol millorant l’agilitat de la xarxa i reduint els costos operatius dels operadors de cable.
- Retro compatibilitat: És compatible amb versions anteriors de l’estàndard DOCSIS, la qual cosa significa que els operadors de cable poden actualitzar gradualment les seves xarxes a DOCSIS 4.0 sense requerir que els clients actualitzin immediatament el seu equip.
Taula de detall tècnic
A continuació es mostra la taula tècnica detallada del que incorpora l’estàndard DOCSIS 4.0:
| Detalls Tècnics | Descripció |
|---|---|
| Any de llançament | 2020 |
| Màxima transferència de dades de baixada | 10 Gbps |
| Màxima transferència de dades de pujada | 6 Gbps |
| Rang de freqüència | 54 Mhz - 1218 Mhz |
| Ample de banda del canal | 25 khz - 200 Mhz |
| Modulació | OFDMA |
| Modulació màxima | 4096 - QAM |
| Sub portadora ortogonal | 1.8 khz |
| Latència | Inferior a 1ms |
| Encriptació | AES-256 |
| Security | Suport per a característiques de maquinari i programari. |
| Suport Ipv6 | Si |
| Retro compatibilitat | Si, amb DOCSIS 3.1 i versions anteriors |
| Arquitectura de Xarxa | Arquitectura d’accés distribuït (DAA) |
| Unió de canals | Fins a 8 canals de baixada i 4 canals de pujada |
| Active Queue Management | Si |
| Ethernet Multi-Gigabit | Si |
| Priorització del tràfic | Si |
| Eficiència espectral millorada | Si |
| Capacitat millorada per Hertz | Si |
| Eficiència de potència millorada | Si |
| Administració de les interferències millorada | Si |
| Sincronització de xarxa millorada | Si |
| Allotjament dinàmic de l’ample de banda | Si |
| Taxa d’error de bits baixa | Si |
Taula comparativa amb els estàndards anteriors
Tot seguit, es mostra una taula comparativa entre les diferents versions del DOCSIS 1.X,2.0,3.0,3.1 i 4.0:
| Característiques | DOCSIS 1.x | DOCSIS 2.0 | DOCSIS 3.0 | DOCSIS 3.1 | DOCSIS 4.0 |
|---|---|---|---|---|---|
| Any de llançament | 1997-2001 | 2002-2006 | 2006-2008 | 2013-2017 | 2020 |
| Velocitat màxima descàrrega | 38 Mbps | 42 Mbps | 1 Gbps | 10 Gbps | 10 Gbps |
| Velocitat màxima pujada | 10 Mbps | 30 Mbps | 100 Mbps | 1 Gbps | 6 Gbps |
| Agrupació de canals | N/A | 4 de pujada, 4 de baixada | 8 de pujada, 32 de baixada | 2 de pujada, 32 de baixada | 4 de pujada, 8 de baixada |
| Modulació | QPSK, 16-QAM, 64-QAM | QPSK, 16-QAM, 64-QAM | QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM | QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM, 1024-QAM | OFDMA |
| Rang de freqüència | 5 MHz - 42 MHz (pujada) i 54 MHz - 1002 MHz (down) | 5 MHz - 42 MHz (pujada) i 88 MHz - 1002 MHz (down) | 5 MHz - 85 MHz (pujada) i 108 MHz - 1002 MHz (down) | 5 MHz - 204 MHz (pujada) i 258 MHz - 1218 MHz (down) | 54 MHz - 1218 MHz |
| Suport IPv6 | No | Si | Si | Si | Si |
| Compatibilitat cap enrere | N/A | DOCSIS 1.x | DOCSIS 1.x i 2.0 | DOCSIS 1.x, 2.0 i 3.0 | DOCSIS 3.1 |
Beneficis e Inconvenients
En aquest apartat es llisten els avantatges e inconvenients d’aquest estàndard:
Avantatges:
- Major velocitat: Ofereix velocitats de descàrrega i pujada més altes que les versions anteriors, el que significa que els usuaris podran descarregar i carregar contingut més ràpidament.
- Eficiència i capacitat: Utilitza la tecnologia OFDMA, millorant l’eficiència espectral i la capacitat de la xarxa.
- Millora de la latència: Utilitza la tecnologia de símbols reduïts OFDMA, que redueix la latència de la xarxa.
- Suport per a xarxes simètriques: Degut a que es disposa d’una velocitat de pujada més alta que les versions anteriors es permetran serveis simètrics multigigabit.
- Millora de la qualitat de la transmissió de vídeo: Suporta la transmissió de vídeo de resolució ultra-alta (8K) i ofereix una millora general de la qualitat de la seva transmissió.
- Millora de la seguretat: Securitza la comunicació amb suport per xifrat de 256 bits i autenticació basada en certificats digitals.
Inconvenients:
- Costos elevats: Al ser una tecnologia relativament nova, els costos d’instal·lació i implementació poden ser elevats.
- Impacte ambiental: Pot tenir un impacte ambiental negatiu, ja que els seus components d’infraestructura tenen de forma general un consum energètic superior que en les versions anteriors.
- Complicat de gestionar: És una tecnologia complexa que és més difícil de gestionar pels proveïdors de serveis d’internet i els usuaris. Això pot portar a problemes de suport i una experiència d’usuari menys satisfactòria.
Requeriments:
- Requereix una actualització del hardware: Per aprofitar les avantatges de DOCSIS 4.0, seria necessari actualitzar el hardware dels proveïdors de serveis d’internet, que pot ser costós i complicat.
- Depèn de la infraestructura existent: Depèn de la infraestructura existent, incloent cables de fibra òptica, nodes i amplificadors. Això vol dir que en llocs on la infraestructura no està actualitzada, els beneficis de DOCSIS 4.0 no seran tan significatius.
- Pot requerir una actualització de la infraestructura interna dels usuaris: Per aprofitar els avantatges, és possible que els usuaris també hagin de fer una actualització de la seva infraestructura interna, incloent el router i els dispositius connectats.
Adopció i casos d’ús
DOCSIS 4.0 com ja s’ha dit en aquest article, és una tecnologia relativament nova, per tant, encara no s’ha desplegat àmpliament. No obstant això, aquí hi ha alguns casos d’ús:
- Solució per la congestió de la xarxa: Pot ajudar a solucionar la congestió en àrees densament poblades o en moments de pic de demanda, oferint una major capacitat i velocitat de transmissió.
- Prestació de serveis 8K: Amb la capacitat per suportar velocitats de fins a 10 Gbps, pot permetre als proveïdors de serveis d’internet, oferir transmissió de contingut 8K als seus clients.
- Tecnologia de suport pels vehicles connectats: Amb el creixent nombre de vehicles connectats, podria ser útil per suportar les necessitats de connexió a internet d’aquests vehicles i la seva xarxa de sensors i dispositius connectats.
- Solució pels operadors de xarxa fixa: Podria ser una solució per millorar la seva capacitat de xarxa i oferir serveis més avançats als clients.
- Tecnologia per la transmissió de contingut virtual i augmentat: Amb la seva capacitat per suportar una major capacitat i velocitat de transmissió, se’n pot fer ús per contingut virtual i augmentat de gran qualitat.
- Solució per serveis de televisió per Internet: Podria ser una solució pels proveïdors de serveis de televisió per Internet que volen oferir una millor qualitat de transmissió de contingut i una experiència de visionat de televisió més fluida.
Tot i que DOCSIS 4.0 té el potencial de ser una tecnologia revolucionària, la seva adopció es veurà afectada per diversos factors, com ara la disponibilitat de la infraestructura necessària i la demanda dels clients.
El futur de DOCSIS 4.0
Evolució de la tecnologia
DOCSIS 4.0 és la versió més recent dels estàndards DOCSIS, i ofereix una velocitat de transmissió de dades significativament més alta que les versions anteriors. No obstant això, la tecnologia és una àrea en constant evolució, hi ha diversos possibles camins de desenvolupament en el futur.
Algunes possibles evolucions es podrien incloure en els següents camps:
- Millora de la velocitat
- Millora de la latència
- Major eficiència energètica
- Millora de la seguretat
- Millora de la cobertura
Impacte potencial en la industria de l’ample de banda
DOCSIS 4.0 té el potencial de tenir un gran impacte en la indústria dels serveis de telecomunicacions, ja que ofereix una velocitat de transmissió de dades significativament més ràpida que les versions anteriors. Amb una capacitat teòrica de 10 Gbps de baixada i 6 Gbps de pujada, és capaç de suportar aplicacions d’internet cada vegada més exigents, com ara la transmissió de contingut de vídeo d’alta resolució i la realitat virtual.
Amb DOCSIS 4.0, els proveïdors de serveis d’internet podrien oferir velocitats més altes als clients existents i atreure nous clients amb promeses de velocitats de transmissió de dades cada vegada més ràpides. Això podria conduir a una competència més ferotge en el mercat de les telecomunicacions i potencialment també a una reducció de preus per als clients.
No obstant, també és important destacar que l’adopció requereix una inversió significativa en infraestructura per part dels proveïdors de serveis d’internet. Això pot restringir la seva capacitat per implementar el nou estàndard de forma generalitzada i també podria conduir a un augment de preus pels clients per compensar el cost d’aquesta inversió.
Conclusions
DOCSIS 4.0 representa una millora significativa respecte a les versions anteriors de l’estàndard DOCSIS i té el potencial de permetre als operadors de cable oferir serveis d’Internet més ràpids i fiables als seus clients.
Gràcies a nous estàndards com DOCSIS 4.0, les noves tecnologies i aplicacions emergents i consumidors de serveis WAN que puguin aparèixer al mercat en un futur pròxim, es podran dur a terme encara que els seus requeriments a nivell d’ample de banda i latència, siguin elevats.
Referències
https://www.cablelabs.com/technologies/docsis-4-0-technology
https://networkshardware.com/what-is-docsis-4-0/
Glossari
- DOCSIS: Especificació de la interfície de servei de dades per cable.
- HFC: L’híbrid de fibra coaxial en telecomunicacions és un terme que defineix una xarxa de fibra òptica que incorpora tant fibra òptica com cable coaxial per crear una xarxa de banda ampla.
- PHY: Capa física.
- CMTS: Sistema de terminació del cable mòdem.
- Ipv6: Protocol d’internet versió 6.
###### **Unitat Arquitectura d'Entorn Digital de Treball i Comunicacions**
###### **Direcció Infraestructures**
comments powered by Disqus