Data Over Cable Service Interface Specification

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Schéma d'un réseau HFC compatible ave les normes Docsis

Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) est une norme qui définit les règles et les protocoles d'interfaces, de communication et de configuration pour les systèmes de transport de données utilisant les réseaux de télévision par câble coaxial. Il permet l'ajout du transfert de données, à vitesse élevée, aux systèmes existants de télévision par câble.

DOCSIS est utilisé par beaucoup d'opérateurs de télévision par câble pour fournir l'accès à Internet sur leur infrastructure hybride existante HFC (hybride fibre et coaxial) qui sert ou servait à la télévision par câble.

Les spécifications successives de DOCSIS sont :

  • DOCSIS 1.0, publiée en mars 1997
  • DOCSIS 1.1, publiée en avril 1999
  • DOCSIS 2.0, publiée en janvier 2002
  • DOCSIS 3.0, publiée entre 2006 et 2010
  • DOCSIS 3.1, publiée en octobre 2013

DOCSIS 3.0 est la norme en vigueur au début des années 2010.

Les versions européennes de DOCSIS s'appellent EuroDOCSIS. La différence principale concerne les canaux du câble qui ont en Europe une Largeur de bande de 8 MHz (PAL[1]), tandis qu'en Amérique du Nord les canaux ont 6 MHz de largeur (NTSC[2]). Ceci permet d'attribuer plus de largeur de bande à la circulation de données descendantes (c'est-à-dire du réseau vers l'utilisateur, marqué "aval" dans la figure). Il y a aussi une norme DOCSIS différente au Japon.

DOCSIS 3.1 est une norme publiée en octobre 2013 par le consortium CableLabs (en)[3] ; elle définit des débits pouvant atteindre 10 Gbit/s en débit descendant et 1 Gbit/s en débit montant[4] et utilise une modulation OFDM[5] pour permettre des débits plus élevés que les versions précédentes.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

DOCSIS emploie les méthodes d'accès TDMA (Time Division Multiple Access), S-CDMA (Synchronous Code Division Multiple Access) et OFDM pour DOCSIS 3.1. Ces méthodes d'accès diffèrent de celles du réseau Ethernet, car le système DOCSIS ne présente pas de collisions.

Dans les normes DOCSIS, il y a plusieurs variantes des couches OSI 1 et 2 qui peuvent être configurées, indépendamment des méthodes d'accès. La modulation numérique QAM, jusqu’à 256QAM est employée pour la modulation des flux de données descendants, et les modulations QPSK ou 16QAM sont employées pour la modulation du flux de données montant. La largeur de la bande passante de chaque canal pouvait s'étendre de 400 kHz à 3,2 MHz en DOCSIS 1.0/1.1.

DOCSIS 2.0 a apporté plus d'options pour le flux montant, y compris une modulation plus dense (64QAM) et des canaux plus larges (6,4 MHz). La norme DOCSIS 2.0 a introduit l'annulation des signaux interférents (ingress cancellation) sur la voie montante, ce qui améliore considérablement la vitesse. Toutes ces améliorations combinées procurent une vitesse montante de 30,72 Mbit/s par canal en DOCSIS 2.0. La vitesse montante dans la norme DOCSIS 1.0 était limitée à 5 Mbit/s, et à 10 Mbit/s dans DOCSIS 1.1. Toutes les versions du standard DOCSIS 2.0 procurent un flux descendant jusqu’à 38 Mbit/s par canal.

Le passage de DOCSIS 2.0 vers le DOCSIS 3.0 a apporté de nombreuses améliorations techniques dont :

  • l'agrégation de canaux, qui permet l'augmentation des débits jusqu'à 200 Mbit/s dans le sens descendant en agrégeant 4 canaux[6] ;
  • la prise en compte de l'IPv6 ;
  • l'attribution dynamique des canaux, pour une meilleure optimisation des ressources ;
  • une meilleure qualité de service (QoS) ;
  • le support de l'IPTV pour diffuser la télévision.

Avec Docsis 3.1, on abandonne l’ancienne découpe en canaux (de 6 ou 8 MHz) héritée de la télévision par câble, au profit d’une modulation OFDM/OFDMA pouvant utiliser la totalité de la bande passante du câble coaxial[3] ; plus précisément, la partie basse de la bande de fréquence (5 à 65 MHz) est utilisée pour le sens amont et la partie haute (70 MHz à 1 GHz, voire plus) pour le sens aval ; les chaines de télévision utilisent alors le mode IPTV comme avec les box xDSL ou fibre optique.

Les premiers déploiements de la version DOCSIS 3.1 devraient advenir en France, aux alentours de 2015/2016, une évolution liée aux demandes et besoins de débits de plus en plus élevés[7]. À noter que cette évolution technique nécessitera une migration architecturale et matérielle importante, car pendant la transition, le réseau devra héberger le DOCSIS 3.0 en parallèle du DOCSIS 3.1, sur les mêmes équipements CMTS.

Équipements[modifier | modifier le code]

Le CMTS (en) (Cable Modem Termination System) l'équipement de tête de ligne utilisé par les compagnies de câblodistribution, est équivalent au DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) en technologie DSL (Digital Subscriber Line). Le CMTS est le dispositif auquel les ports montant et descendant sont connectés. À la différence d'Ethernet[réf. souhaitée], pour fournir une communication bidirectionnelle sur fibre optique, il est nécessaire d'avoir au moins deux ports physiques, un par sens de transmission. Sur la partie coaxiale, en raison du bruit dans le circuit de retour (voie montante), on a généralement un débit plus élevé sur la liaison descendante. Jusqu’à la norme DOCSIS 2.0, les liaisons montantes ne pouvaient pas transférer des données aussi rapidement que les liaisons descendantes, la raison principale étant le bruit lié aux interférences sur la ligne et, en DOCSIS 3.0, un nombre plus faible de canaux attribués au sens montant.

L'ordinateur du client est relié au modem câble, qui est relié par le réseau HFC au CMTS. Le CMTS routera alors le trafic entre le réseau câblé et Internet. Les opérateurs de câble ont la pleine maîtrise opérationnelle de la configuration du modem câble par l'utilisation d'un serveur DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) qui attribue au modem câble et éventuellement à l'ordinateur du client leur adresse IP.

La phase d'initialisation logicielle en DOCSIS est généralement la suivante (fortement simplifiée) :

  1. Le modem envoie une requête DHCP (BOOTP) de façon a connaître la configuration réseau à utiliser.
  2. Le CMTS renvoie une adresse IP locale (à ne pas confondre avec l'adresse IP de l'ordinateur sur Internet), sa passerelle, et plus spécifiquement l'adresse IP du serveur TFTP et le nom du fichier de configuration à aller y chercher.
  3. Le modem se connecte au serveur TFTP et télécharge le fichier de configuration nommé précédemment. Ce fichier contient entre autres les informations relatives à la vitesse de connexion du modem, sa priorité sur le réseau, et le nombre d'ordinateurs autorisés a accéder au modem en même temps.
  4. Le modem informe le CMTS qu'il a bien reçu le fichier, et qu'il est prêt a opérer (phase de synchronisation).

Après ceci, le ou les ordinateurs branchés au modem peuvent eux-mêmes demander leurs informations de connexion via le protocole DHCP, et agir comme sur un réseau local conventionnel.

Vitesses de transfert[modifier | modifier le code]

Voici deux exemples de débits montants et descendants :

  • Vidéotron, une compagnie de télécommunications canadienne, offre à ses clients résidentiels et affaires un forfait de vitesse de flux en aval allant jusqu'à 200 Mbit/s et 30 Mbit/s.
  • Numericable offre jusqu'à 200 Mbit/s en aval et 10 Mbit/s dans le sens amont[8].

Un port optique descendant peut alimenter jusqu’à 1000 modems câbles. Un port montant peut être alimenté par 150 modems. L'adaptation de capacité est gèrée en augmentant les ports descendants et montants du CMTS et, en DOCSIS 3.0, le nombre de canaux attribués à chaque modem.

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • (en) Site d'information sur DOCSIS
  • (en) www.cablemodem.com : On y trouve toute la documentation, incluant la liste des équipements certifiés DOCSIS, comme les documents couvrant tous les aspects techniques du DOCSIS.

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Il s'agit bien d'une référence à la couleur PAL puisqu'au niveau du standard on est en analogique
  2. Il s'agit bien d'une référence à la couleur NTSC puisqu'au niveau du standard on est en analogique
  3. a et b [PDF] DOCSIS 3.1 Specifications, sur le site cablelabs.com, consulté le 1er mai 2014
  4. (en) Cablelabs unleashes DOCSIS 3.1 specs, sur le site multichannel.com, publié le 30 octobre 2013
  5. (en) [PDF] DOCSIS 3.1 sur cctanet.com, 11 juillet 2013
  6. [PDF] DOCSIS 3.0 Phy specification, sur le site cablelabs.com, consulté en juillet 2014
  7. Compte à rebours lancé pour le DOCSIS 3.1, sur le site lafibreoptique.com, consulté le 1er mai 2014
  8. DOCSIS 3.0 : Numericable booste son réseau très haut-débit, sur le site ariase.com, consulté le 6 septembre 2013