電纜數據服務介面規範（DOCSIS）是針對CATV電纜數據機（cable modem）以及相關產品之間通訊而設計的，本文將介紹如何改進DOCSIS規範才能整合並適用於「無線多點（wireless multi-point）」、「多通道分佈式服務（MMDS）」和「本地多點分佈式服務（LMDS）」系統，如(圖一)。無線寬頻網路商和有線電視（CATV）系統業者應當注意此發展趨勢。

《圖一 DOCSIS結合MMDS/ LMDS系統》

射頻物理層的標準

DOCSIS標準最初是由美國網路設備製造商和CATV業者聯合開發的。該標準明確定義射頻（RF）物理層的各項指標，特別強調調變（modulation）類型和符號速率（symbol rate）。另外，DOCSIS協議對初始化、數據控制和CATV系統開發的安全性等進行了定義。

盡管DOCSIS規範最初是針對CATV應用的，但它正在尋找TV市場以外的應用。具體說來，多家公司已聯合起來成立了無線數位用戶線（Wireless DSL）協會，以便在無線寬頻應用建立一個DOCSIS的增強版。

新版的DOCSIS標準植基於原有的規範，但增添了一些針對LMDS/MMDS市場的具體擴充規範。這些擴充功能可能包含在一個名稱與DOCSIS不同的新標準之中或是在現有DOCSIS標準的擴充版本之中，目前IEEE802.16委員會正對此進行研究中。

DOCSIS簡介

DOCSIS是一種以IP為中心的「一點對多點（point-to-multipoint）」標準，是為有線電視網路連接寬頻網際網路應用而開發的。正因如此，DOCSIS標準旨在支援所有現行的和未來的網際網路應用服務。

以CATV為主要市場的DOCSIS規範也叫做DOCSIS1.1，它是以CATV網路通訊容量滿載為假設而設計的，亦即在任何時候全部用戶都能利用全部上行和下行通道。因而在某一特定服務區域內，使用的全部上行和下行通道都支援DOCSIS RFI規範（SP-RFIv1.1-I04-000407）第二段中設定的性能要求。

品質考量點

在該服務區域內，任何時間內都能支援所有用戶，其結果是：每位用戶挑選/分配的一對上行和下行通道，在時間上是相對地固定（relatively similar channel in time stamp）。這種挑選/分配是出於通道平衡（channel equalization）和服務品質（QoS）的考慮，而不是RF性能優化。

DOCSIS 1.1規範的某些特性對於網路的特殊應用來說是不可或缺的，藉由這些附屬特性，該規範使系統設計商能開發與ATM類似的服務。

對於QoS配置、數據和混合語音/視頻應用、服務流程、分類器、排序類型和動態服務建立等功能均包括在附屬特性中。規範中的分段儲存特性允許分割較大的數據包，從而簡化了固定碼速率（CBR）服務的頻寬分配。

同樣，「串聯支援特性」允許將大量的小數據包捆綁在一起以增加數據流量，而「安全增強特性」提供身份鑑別和其它一些安全措施，如「基線私密增強（baseline privacy plus）」就是依照DOCSIS 1.0中的「基線私密」條款建立的。此外，還具有內嵌DES加密/解密功能，以及多點傳送信號（網際網路用戶群管理協議IGMP）的加密支援。

這些增強特性還可壓縮有效負載，它可以壓縮不必要的乙太網路IP封包頭（overhead）資訊以便提高頻寬利用率。最主要的附加功能是「多重服務級（multi-services level）支援」、動態服務建立、支援即時服務以及數據機的密碼鍵別等功能。

提供多重服務

多重服務級支援可為一個無線數據機定義多種網路接入方式。人們可以在預先定義好的網路環境內上網瀏覽，同時還可以用數據機打電話。這在DOCSIS 1.0規範下是不可能實現的，因為它沒有支援多重服務。

「動態服務建立」可以按照需求提供高附加價值的服務，例如：使用VoIP電話時，只有在呼叫（call）期間才會占用頻寬。

「即時支援功能」提供了一種協調方式，它能支援時間要求嚴格（time-critical）的應用服務。例如：在VoIP應用中，可以定義延遲（latency）和抖動（jitter）的容許值。時間要求嚴格的服務之附加價值比普通的ISP服務之附加價值高很多，所以正確選擇數據機就變的非常重要。因此DOCSIS 1.1就定義了一種密碼識別方法，能夠可靠地認別數據機。

應用層面

DOCSIS 1.1支援的應用包括：交易處理或即時通訊的混合服務（兩者對等待時間都很敏感），它可以採「用戶對用戶」的方式進行網路瀏覽服務和大文件傳輸，而且傳輸速度更快。例如，DOCSIS 1.1能將和用戶業務相關的數據設置為比普通的網路瀏覽更高的優先等級，這是因為要求多重服務的識別碼SID）儲存在每個數據機內部，可以自動啟動DOCSIS 1.1數據機支援多重服務。這是DOCSIS 1.1的一個特殊定義。

在單一通道上可以將企業的數據通訊、電話會議和電話服務結合起來。所謂網路「決策管理（policy management）」就是藉由DOCSIS 1.1規範實現的。混合各種通訊協定之後，會要求傳輸時間短以避免在攜帶大量數據流時發生通訊協定延遲或重傳現象。不同公司共享通道頻寬的目的是藉由「服務層級協議（SLA）」分攤成本。CBR服務就是這種依服務層級不同進行頻寬分配及應用的實例。

ATM與DOCSIS 1.1

支援ATM通信單元傳輸也是DOCSIS 1.1的一項內容，它為ATM通信單元傳輸保留了一個ATM通訊協定數據單元。在DOCSIS 1.0規範中不具備這個要求。

DOCSIS 1.1與ATM的性能相比，每個DOCSIS訊框（frame）包含一個DOCSIS封包頭和一個可選擇的通訊協定數據單元（Protocol Data Unit；PDU）。此PDU的類型有：可變長度PDU、ATM通信單元PDU（目前的規範尚未定義）、保留PDU以及DOCSIS MAC專用的PDU。

資訊安全

資訊安全問題可歸結為兩大類：數據傳輸服務的安全和CPE的安全（它用一個無線數據機連接在公眾數據網上）。DOCSIS 1.1宣稱它能確保數據在共享網路上傳輸時的安全。

藉由對無線寬頻數據機和位於無線網路基地台中的無線數據機終端系統（WMTS）之間的數據流進行加密，DOCSIS 1.1的數據傳輸安全功能為無線數據機用戶提供網路之間的數據保密功能，另外，DOCSIS 1.1安全特性還為業者提供防止盜用服務的功能。

防護措施

新的DOCSIS系統藉由兩種方法阻止未經授權使用這些數據傳輸服務：一、要求WMTS對無線網路之間的通訊進行加密；二、採用客戶/伺服器密匙管理協定（key-management protocol）， WMTS（伺服器）控制密匙數據並分配給無線寬頻數據機，以鑑別客戶身份。

無線寬頻系統使用DOCSIS密匙管理協定以便獲得來自某個WMTS的授權和數據加密資訊，並支援周期性重複授權和密匙更新作業。密匙管理協定採用X509數位証書、RSA公鑰加密技術和三維數位加密安全（DES）技術以確保無線數據機和WMTS之間的密匙交換。

RF傳輸的不利因素

與纜線數據機（cable modem）比較，無線數據機的射頻（RF）干擾問題是它最大的缺陷。在討論改進DOCSIS規範以適用於無線寬頻應用之前，要分析無線寬頻鏈接（link）的不利因素。

在LMDS頻段上，RF信號在視界內傳播，其有效距離相當短，信號容易受到建築物、山嶺或其它物體的阻擋（或部份阻擋），也可能受樹林、潮濕的空氣或降雨的影響。

多徑衰落問題

最嚴重的問題是「多徑衰落（multipath fading）」。與電纜中的環境不同的是：自由空間中無線電波的傳播是三維的，對於幾何尺寸遠遠大於信號波長（或高頻信號）的物體，無線電波會被反射。

樓房、飛機以及建築物表面或地表都是這樣的反射物。因此，接收機不僅接收直線路徑信號，還接收來自其它不同方向的、反射路徑較長的信號。由於各個路徑上信號到達時間不同，這些信號可能增加或減小藉由直線路徑接收到的信號振幅。

事實上，在最壞情況下，這些信號到達接收機的相位可能相差180°，因而多徑信號可能造成信號之間的相減作用。參見(圖二)和(圖三)。

＜資料來源：Vyyo Inc.＞

＜資料來源：Vyyo Inc.＞

《圖三 直接傳播和反射訊號相位差半個波長之接收訊號總合》