バージョン
- DOCSIS 1.0
- 1997年3月にリリースされたDOCSIS 1.0には、以前の独自規格のケーブルモデムの機能要素が含まれていました。[ 3 ]
- DOCSIS 1.1
- 1999年4月にリリースされたDOCSIS 1.1は、DOCSIS 1.0で概説されたサービス品質（QoS）メカニズムを標準化しました。 [ 4 ]
- DOCSIS 2.0（略称：D2）
- 2001年12月にリリースされたDOCSIS 2.0は、IP電話などの対称型サービスに対する需要の高まりに対応して、上りデータレートを向上させた。
- DOCSIS 3.0（略称：D3）
- 2006年8月にリリースされたDOCSIS 3.0は、データ転送速度（アップストリームとダウンストリームの両方）を大幅に向上させ、インターネットプロトコルバージョン6（IPv6）のサポートを導入しました。
- DOCSIS 3.1
- 2013 年 10 月に初めてリリースされ、その後何度か更新された DOCSIS 3.1 仕様スイートは、4096 QAM を使用して下り最大 10 Gbit/s、上り最大 1 Gbit/s の容量をサポートします。新しい仕様では、6 MHz および 8 MHz 幅のチャネル間隔が廃止され、代わりに狭い (25 kHz または 50 kHz 幅)直交周波数分割多重(OFDM)サブキャリアが使用されます。これらは、最終的に約 200 MHz 幅になる可能性のあるブロック スペクトル内に結合できます。[ 5 ] DOCSIS 3.1 技術には、ケーブル業界がエネルギー使用量を削減できるようにする電力管理機能と、バッファブロートを削減するDOCSIS-PIE [ 6 ]アルゴリズムも含まれています。[ 7 ]米国では、ブロードバンド プロバイダーの Comcast が 2016 年 2 月に、同社のサービスエリア内のいくつかの都市で年末までに DOCSIS 3.1 が利用可能になると発表しました。[ 8 ] 2016年末、メディアコムは、米国主要ケーブル会社として初めてDOCSIS 3.1プラットフォームに完全移行すると発表した。[ 9 ]
- DOCSIS 4.0
- DOCSIS 3.1 を改良し、ケーブル プラントの全スペクトル (0 MHz ～ 1.8 GHz) を上り方向と下り方向の両方で同時に使用できるようにします。この技術により、 DOCSIS 3.1 との下位互換性を維持しながら、マルチ ギガビットの対称サービスが可能になります。CableLabs は 2017 年 10 月に完全な仕様を公開しました。[ 10 ]以前は DOCSIS 3.1 Full Duplex というブランド名でしたが、これらの技術は DOCSIS 4.0 の一部としてブランド名が変更されました。[ 11 ]
- DOCSIS 5.0
- 現在、CableLabsによってDOCSIS 5.0として宣言された公式のDOCSISバージョンはありません。3GHz帯で 下り25Gbit/s、上り少なくとも5Gbit /sの目標を提案する憶測があり 、2024年に実証されたリファレンス実装があります。 [ 12 ]
比較
周波数分割多重化を使用し、動作周波数に応じて新しい DOCSIS バージョンと古い DOCSIS バージョンを分離することで、複数の DOCSIS バージョンが共存できます。[ 13 ]
ヨーロッパの代替案
米国と欧州のCATVシステムでは周波数割り当て帯域幅計画が異なるため、DOCSIS規格3.1より前のバージョンは欧州での使用に合わせて修正されています。これらの修正はEuroDOCSISという名称で公開されています。帯域幅に違いがあるのは、欧州のケーブルテレビが8MHzのRFチャネル帯域幅のPAL / DVB-C規格に準拠しているのに対し 、北米のケーブルテレビはチャネルあたり6MHzを指定するNTSC / ATSC規格に準拠している ためです。EuroDOCSISアーキテクチャではチャネル帯域幅が広いため、ダウンストリームデータパス（ユーザー側）により多くの帯域幅を割り当てることができます。EuroDOCSIS認証試験はベルギーのExcentis社（旧tComLabs）が実施し、DOCSIS認証試験はCableLabsが実施しています。通常、顧客宅内機器は「認証」を受け、CMTS機器は「認定」を受けます。
国際規格
ITU電気通信標準化部門（ITU-T）は、DOCSISのさまざまなバージョンを国際標準として承認しました。DOCSIS 1.0はITU-T勧告J.112附属書B（1998年）として承認されましたが、DOCSIS 1.1に置き換えられ、DOCSIS 1.1はITU-T勧告J.112附属書B（2001年）として承認されました。その後、DOCSIS 2.0はITU-T勧告J.122として承認されました。そして最近では、DOCSIS 3.0がITU-T勧告J.222（ J.222.0、J.222.1、J.222.2、J.222.3）として承認されました。
注：ITU-T勧告J.112附属書BはDOCSIS/EuroDOCSIS 1.1に対応していますが、附属書AはATM伝送規格に基づく以前の欧州ケーブルモデムシステム（「DVB EuroModem」）について説明しています。附属書Cは、日本のケーブルシステムで動作するように設計されたDOCSIS 1.1のバリアントについて説明しています。ITU-T勧告J.122本文はDOCSIS 2.0に対応し、J.122附属書FはEuroDOCSIS 2.0に対応し、J.122附属書JはDOCSIS 2.0の日本版（J.112附属書Cに相当）について説明しています。
特徴
DOCSISは、OSI（ Open Systems Interconnection）のレイヤー1とレイヤー2（物理層とデータリンク層）で利用可能なさまざまなオプションを提供します。
物理層
- チャンネル幅:
- ダウンストリーム: DOCSIS 3.1 より前のすべてのバージョンは、6 MHz チャネル (北米など) または 8 MHz チャネル (「EuroDOCSIS」) のいずれかを使用します。DOCSIS 3.1 は、ダウンストリームで最大 192 MHz のチャネル帯域幅を使用します。[ 14 ]
- アップストリーム：DOCSIS 1.0/1.1では、チャネル幅は200kHz ～3.2MHzと規定されています 。DOCSIS 2.0および3.0では6.4MHzと規定されていますが、下位互換性のために以前の狭いチャネル幅を使用することも可能です。DOCSIS 3.1では、アップストリームで 最大96MHzのチャネル帯域幅を使用します。
- 変調：
- ダウンストリーム: DOCSIS 3.1 より前のすべてのバージョンでは、ダウンストリーム データの変調に64 レベルまたは 256 レベルのQAM (64-QAM または 256-QAM) を使用することが規定されており、 6 MHz チャネル動作にはITU-T J.83-Annex B 規格[ 15 ] を、8 MHz (EuroDOCSIS) 動作には DVB-C 変調規格が 使用されています。DOCSIS 3.1 では、16-QAM、128-QAM、512-QAM、1024-QAM、2048-QAM、4096-QAM が追加され、オプションで 8192-QAM/16384-QAM もサポートされています。
- アップストリーム: DOCSIS 1.x では、アップストリームデータにQPSKまたは 16 レベル QAM (16-QAM) が使用されますが、DOCSIS 2.0 および 3.0 では、QPSK、8-QAM、16-QAM、32-QAM、および 64-QAM が使用されます。DOCSIS 2.0 および 3.0 では、S-CDMAモードのトレリス符号化変調による 128-QAM (実効スペクトル効率は64-QAM と同等) もサポートされています。DOCSIS 3.1 では、QPSK から 1024-QAM までのデータ変調がサポートされ、オプションで 2048-QAM および 4096-QAM もサポートされます。
データリンク層
- DOCSISは、上り伝送に決定論的なアクセス方式を組み合わせて使用しており、具体的にはDOCSIS 1.0/1.1では時分割多重アクセス（TDMA）、DOCSIS 2.0および3.0ではTDMAとS-CDMAの両方を使用し、帯域幅予約要求には競合を限定的に使用しています。TDMAでは、ケーブルモデムが送信時間を要求し、CMTSが利用可能なタイムスロットを割り当てます。[ 16 ]
- DOCSIS 1.1以降では、データ層には広範なサービス品質（QoS）機能も含まれており、低遅延などの特定のトラフィック要件を持つアプリケーション（例えば、VoIP ）を効率的にサポートするのに役立ちます。
- DOCSIS 3.0はチャネルボンディング機能を備えており、これにより、1人の加入者が複数のダウンストリームチャネルとアップストリームチャネルを同時に使用できるようになります。[ 17 ]
スループット
帯域幅は、 RFチャネルを共有する顧客のグループであるサービスグループ内のHFCユーザー間で共有されます。[ 18 ]
DOCSIS規格の最初の3つのバージョンは、256-QAMを使用した場合、 6MHzチャネルあたり最大42.88Mbit /s （オーバーヘッド後約38Mbit/s）、EuroDOCSISの場合は8MHzチャネルあたり55.62Mbit/s （オーバーヘッド後約50Mbit/s）のダウンストリームスループットをサポートしています。アップストリームスループットは、6.4MHzチャネルあたり30.72Mbit/s （オーバーヘッド後約27Mbit/s）、 3.2MHzチャネルあたり10.24Mbit/s （オーバーヘッド後約9Mbit/s）です。
DOCSIS 3.1は、4096-QAMと25kHzのサブキャリア間隔で、192MHz OFDMチャネルあたり最大1.89Gbit /sのダウンストリームスループットをサポートします 。アップストリームスループットは、96MHz OFDMAチャネルあたり0.94Gbit / s です。[ 19 ]
スループット
表は、DOCSIS 3.0 では下り方向で 256-QAM 変調、上り方向で 64-QAM 変調、DOCSIS 3.1 では OFDM/OFDMA (最初の下り/上り方式) で 4096-QAM 変調を前提としていますが、実際のデータレートは SNR に応じて変調方式が変動するため、これより低くなる可能性があります。より高いデータレートも可能ですが、そのためには下り方向の変調エラー比(MER) が高くなる高次の QAM 方式が必要です。DOCSIS 3.1 は最大 8192-QAM/16,384-QAM をサポートするように設計されていますが、DOCSIS 3.1 の最小規格を満たすには 4096-QAM までのサポートのみが必須です。
DOCSIS 3.0の場合、ボンディングされたチャネル数に対する理論上の最大スループットは、以下の表に示されています。[ 22 ]
ケーブルシステムがサポートできるチャンネル数は、ケーブルシステムの構成方法によって異なることに注意してください。例えば、各方向で利用可能な帯域幅、上り方向で選択されるチャンネルの幅、およびハードウェアの制約によって、各方向の最大チャンネル数が制限されます。（下記参照）
DOCSISのすべてのバージョンにおいて、最大下り帯域幅は使用するDOCSISのバージョンと、DOCSIS 3.0を使用する場合は使用する上りチャネルの数によって異なりますが、上りチャネル幅はDOCSISまたはEuroDOCSISのどちらを使用するかに関係なく一定であることに注意してください。
上流
北米の従来の DOCSIS アップストリームでは 5～42 MHz の周波数帯域が使用されています。EuroDOCSIS では 5～65 MHz の帯域が使用されています。これは「ロー スプリット」または「サブ スプリット」設計として知られており、サービス グループに対してアップストリームで合計約 108 Mbit/s の共有容量を実現できます (4 つの SC-QAM アップストリーム チャネルを想定)。[ 23 ]
DOCSIS 3.0以降、ケーブル事業者はアップストリームに割り当てる帯域幅を増やし始めています。このための最も一般的なオプションは、「ミッドスプリット」または「ハイスプリット」です。[ 24 ]
中間分割により、アップストリーム周波数範囲が5～85MHzに拡大され 、サービスグループ全体で約450Mbit/sの共有アップストリーム容量がサポートされます （4つのSC-QAM + OFDMAチャネルを想定）。[ 25 ]
ハイスプリットにより、アップストリーム周波数範囲が5～204MHzに拡大され 、サービスグループ全体で約1.5Gbit/sの共有アップストリーム容量がサポートされます （4つのSC-QAM + OFDMAチャネルを想定）。[ 25 ]
DOCSIS 4.0は、全二重（FDX）構成と拡張スペクトルDOCSIS（ESD）構成の両方で、5 Gbit/sを超えるアップストリーム速度をサポートします。[ 26 ]
装置
DOCSIS 3.0ケーブルモデム
ケーブルモデム終端システム（CMTS）DOCSISアーキテクチャは、顧客宅に設置されたケーブルモデムとCATVヘッドエンドに設置されたケーブルモデム終端システム（CMTS）という2つの主要コンポーネントで構成されています。 [ 27 ]
顧客のPCと関連周辺機器は、顧客宅内機器（CPE）と呼ばれます。CPEはケーブルモデムに接続され、ケーブルモデムはHFCネットワークを介してCMTSに接続されます。CMTSはHFCとインターネット間のトラフィックをルーティングします。ケーブル事業者は、プロビジョニングシステムとCMTSを介して、ケーブルモデムの設定を制御します。[ 27 ]
DOCSIS 2.0は、アイルランドのDigiwebによってマイクロ波周波数（10GHz）でも使用され、HFCネットワークではなく専用の無線リンクが使用されました。各加入者宅では、通常のCMがアンテナボックスに接続され、マイクロ波周波数との間で変換を行い、10GHzで送受信します 。各顧客には専用のリンクがありますが、送信マストは見通し線上になければなりません（ほとんどのサイトは丘の上です）。[ 28 ]
安全
DOCSISは、ベースラインプライバシーインターフェース仕様にメディアアクセスコントロール（MAC）レイヤのセキュリティサービスを含んでいます。DOCSIS 1.0では、初期のベースラインプライバシーインターフェース（BPI）仕様が使用されました。その後、DOCSIS 1.1および2.0で使用されるベースラインプライバシーインターフェースプラス（BPI+）仕様がリリースされ、BPIは改良されました。ごく最近では、DOCSIS 3.0の一部としてベースラインプライバシーインターフェースに多くの機能強化が追加され、仕様名は「セキュリティ」（SEC）に変更されました。
BPI/SEC仕様の目的は、DOCSIS CMTSからケーブルモデムへの通信におけるMAC層セキュリティサービスを記述することです。BPI/SECのセキュリティ目標は2つあります。
- ケーブルモデムユーザーにケーブルネットワーク全体でデータプライバシーを提供する
- ケーブルサービス事業者に対し、サービス保護機能を提供する（すなわち、不正なモデムやユーザーがネットワークのRF MACサービスにアクセスすることを防止）。
BPI/SECは、ケーブルユーザー同士が盗聴し合うことを防ぐことを目的としています。これは、 CMTSとケーブルモデム間のデータフローを暗号化することによって実現されます。BPIとBPI+は56ビットのデータ暗号化標準（DES）暗号化を使用しますが、SECは128ビットの高度暗号化標準（AES）のサポートを追加します。ただし、AESキーは1024ビットのRSAキーによってのみ保護されます。[ 29 ]
BPI/SEC は、ケーブル サービス事業者が未認証のケーブル モデムや不正ユーザーへのサービスを拒否できるようにすることを目的としています。BPI+ は、認証テスト機関のデジタル認証局(CA ) に基づく公開鍵基盤(PKI) を使用して、鍵交換プロトコルにデジタル証明書ベースの認証を追加することで、サービス保護を強化しました。認証テスト機関の CA は現在、EuroDOCSIS 用には Excentis (旧 tComLabs)、DOCSIS 用には CableLabs です。通常、ケーブル サービス事業者はケーブル モデムのMAC アドレスをケーブル サービス事業者の顧客アカウントに手動で追加します。[ 30 ]ネットワークは、PKI を介して発行された有効な証明書を使用してその MAC アドレスを証明できるケーブル モデムのみにアクセスを許可します。以前の BPI 仕様 (ANSI/SCTE 22-2 ) は、基盤となる鍵管理プロトコルがユーザーのケーブル モデムを認証しなかったため、サービス保護が限定的でした。
参考文献
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コンピュータのユーザーがインターネットにアクセスしようとすると、ユーザーのモデムはMACアドレスをISPに報告し、ISPがモデムのMACアドレスが有料加入者のものであると認識した場合、ISPはユーザーがISPのネットワーク経由でインターネットにアクセスできるようにします。
外部リンク
- DOCSIS 3.1このローデ・シュワルツのアプリケーションノートでは、DOCSIS 3.1の基本的な技術的進歩について解説します。
- Volpe FirmにおけるDOCSISチュートリアル（2009年）
仕様
- DOCSIS 1.0仕様
- DOCSIS 1.1仕様
- DOCSIS 2.0仕様
- DOCSIS 3.0仕様
- DOCSIS 3.1仕様
- DOCSIS 4.0仕様
