电缆数据服务接口规范（DOCSIS）是针对CATV电缆调制解调器（cable modem）以及相关产品之间通讯而设计的，本文将介绍如何改进DOCSIS规范才能整合并适用于「无线多点（wireless multi-point）」、「多信道分布式服务（MMDS）」和「本地多点分布式服务（LMDS）」系统，如(图一)。无线宽带网络商和有线电视（CATV）系统业者应当注意此发展趋势。

《图一 DOCSIS结合MMDS/ LMDS系统》

射频物理层的标准

DOCSIS标准最初是由美国网络设备制造商和CATV业者联合开发的。该标准明确定义射频（RF）物理层的各项指针，特别强调调变（modulation）类型和符号速率（symbol rate）。另外，DOCSIS协议对初始化、数据控制和CATV系统开发的安全性等进行了定义。

尽管DOCSIS规范最初是针对CATV应用的，但它正在寻找TV市场以外的应用。具体说来，多家公司已联合起来成立了无线数字用户线（Wireless DSL）协会，以便在无线宽带应用建立一个DOCSIS的增强版。

新版的DOCSIS标准植基于原有的规范，但增添了一些针对LMDS/MMDS市场的具体扩充规范。这些扩充功能可能包含在一个名称与DOCSIS不同的新标准之中或是在现有DOCSIS标准的扩充版本之中，目前IEEE802.16委员会正对此进行研究中。

DOCSIS简介

DOCSIS是一种以IP为中心的「一点对多点（point-to-multipoint）」标准，是为有线电视网络连接宽带因特网应用而开发的。正因如此，DOCSIS标准旨在支持所有现行的和未来的因特网应用服务。

以CATV为主要市场的DOCSIS规范也叫做DOCSIS1.1，它是以CATV网络通讯容量满载为假设而设计的，亦即在任何时候全部用户都能利用全部上行和下行信道。因而在某一特定服务区域内，使用的全部上行和下行信道都支持DOCSIS RFI规范（SP-RFIv1.1-I04-000407）第二段中设定的性能要求。

质量考虑点

在该服务区域内，任何时间内都能支持所有用户，其结果是：每位用户挑选/分配的一对上行和下行信道，在时间上是相对地固定（relatively similar channel in time stamp）。这种挑选/分配是出于信道平衡（channel equalization）和服务质量（QoS）的考虑，而不是RF性能优化。

DOCSIS 1.1规范的某些特性对于网络的特殊应用来说是不可或缺的，藉由这些附属特性，该规范使系统设计商能开发与ATM类似的服务。

对于QoS配置、数据和混合语音/视频应用、服务流程、分类器、排序类型和动态服务建立等功能均包括在附属特性中。规范中的分段储存特性允许分割较大的数据包，从而简化了固定码速率（CBR）服务的带宽分配。

同样，「串联支持特性」允许将大量的小数据包捆绑在一起以增加数据流量，而「安全增强特性」提供身份鉴别和其它一些安全措施，如「基线私密增强（baseline privacy plus）」就是依照DOCSIS 1.0中的「基线私密」条款建立的。此外，还具有内嵌DES加密/解密功能，以及多播信号（因特网用户群管理协议IGMP）的加密支持。

这些增强特性还可压缩有效负载，它可以压缩不必要的以太网络IP封包头（overhead）信息以便提高带宽利用率。最主要的附加功能是「多重服务级（multi-services level）支持」、动态服务建立、支持实时服务以及调制解调器的密码键别等功能。

提供多重服务

多重服务级支持可为一个无线调制解调器定义多种网络接入方式。人们可以在预先定义好的网络环境内上网浏览，同时还可以用调制解调器打电话。这在DOCSIS 1.0规范下是不可能实现的，因为它没有支持多重服务。

「动态服务建立」可以按照需求提供高附加价值的服务，例如：使用VoIP电话时，只有在呼叫（call）期间才会占用带宽。

「实时支持功能」提供了一种协调方式，它能支持时间要求严格（time-critical）的应用服务。例如：在VoIP应用中，可以定义延迟（latency）和抖动（jitter）的容许值。时间要求严格的服务之附加价值比普通的ISP服务之附加价值高很多，所以正确选择调制解调器就变的非常重要。因此DOCSIS 1.1就定义了一种密码识别方法，能够可靠地认别调制解调器。

应用层面

DOCSIS 1.1支持的应用包括：事务处理或实时通讯的混合服务（两者对等待时间都很敏感），它可以采「用户对用户」的方式进行网络浏览服务和大文件传输，而且传输速度更快。例如，DOCSIS 1.1能将和用户业务相关的数据设置为比普通的网络浏览更高的优先等级，这是因为要求多重服务的标识符SID）储存在每个调制解调器内部，可以自动启动DOCSIS 1.1调制解调器支持多重服务。这是DOCSIS 1.1的一个特殊定义。

在单一信道上可以将企业的数据通讯、电话会议和电话服务结合起来。所谓网络「决策管理（policy management）」就是藉由DOCSIS 1.1规范实现的。混合各种通讯协议之后，会要求传输时间短以避免在携带大量数据流时发生通讯协议延迟或重传现象。不同公司共享信道带宽的目的是藉由「服务层级协议（SLA）」分摊成本。CBR服务就是这种依服务层级不同进行带宽分配及应用的实例。

ATM与DOCSIS 1.1

支持ATM通信单元传输也是DOCSIS 1.1的一项内容，它为ATM通信单元传输保留了一个ATM通讯协议数据单元。在DOCSIS 1.0规范中不具备这个要求。

DOCSIS 1.1与ATM的性能相比，每个DOCSIS讯框（frame）包含一个DOCSIS封包头和一个可选择的通讯协议数据单元（Protocol Data Unit；PDU）。此PDU的类型有：可变长度PDU、ATM通信单元PDU（目前的规范尚未定义）、保留PDU以及DOCSIS MAC专用的PDU。

信息安全

信息安全问题可归结为两大类：数据传输服务的安全和CPE的安全（它用一个无线调制解调器连接在公众数据网上）。DOCSIS 1.1宣称它能确保数据在共享网络上传输时的安全。

藉由对无线宽带调制解调器和位于无线网络基地台中的无线调制解调器终端系统（WMTS）之间的数据流进行加密，DOCSIS 1.1的数据传输安全功能为无线调制解调器用户提供网络之间的数据保密功能，另外，DOCSIS 1.1安全特性还为业者提供防止盗用服务的功能。

防护措施

新的DOCSIS系统藉由两种方法阻止未经授权使用这些数据传输服务：一、要求WMTS对无线网络之间的通讯进行加密；二、采用客户/服务器密匙管理协议（key-management protocol）， WMTS（服务器）控制密匙数据并分配给无线宽带调制解调器，以鉴别客户身份。

无线宽带系统使用DOCSIS密匙管理协议以便获得来自某个WMTS的授权和数据加密信息，并支持周期性重复授权和密匙更新作业。密匙管理协议采用X509数字证书、RSA公钥加密技术和三维数字加密安全（DES）技术以确保无线调制解调器和WMTS之间的密匙交换。

RF传输的不利因素

与电缆调制解调器（cable modem）比较，无线调制解调器的射频（RF）干扰问题是它最大的缺陷。在讨论改进DOCSIS规范以适用于无线宽带应用之前，要分析无线宽带链接（link）的不利因素。

在LMDS频段上，RF信号在视界内传播，其有效距离相当短，信号容易受到建筑物、山岭或其它物体的阻挡（或部份阻挡），也可能受树林、潮湿的空气或降雨的影响。

多径衰落问题

最严重的问题是「多径衰落（multipath fading）」。与电缆中的环境不同的是：自由空间中无线电波的传播是三维的，对于几何尺寸远远大于信号波长（或高频信号）的物体，无线电波会被反射。

楼房、飞机以及建筑物表面或地表都是这样的反射物。因此，接收机不仅接收直线路径信号，还接收来自其它不同方向的、反射路径较长的信号。由于各个路径上信号到达时间不同，这些信号可能增加或减小藉由直线路径接收到的信号振幅。

事实上，在最坏情况下，这些信号到达接收机的相位可能相差180°，因而多径信号可能造成信号之间的相减作用。参见(图二)和(图三)。

＜数据源：Vyyo Inc.＞

＜数据源：Vyyo Inc.＞

《图三 直接传播和反射讯号相位差半个波长之接收讯号总合》