cara kerja modemCable

                                       cara kerja modemCable 

Modem yaitu modem yang digunakan pada jaringan televisi kabel, merupakan kependekan dua buah kata :

1.      Cable, kependekan dari Cable television network

2.      Modem, kependekan dari Modulator dan Demodulator.

Jadi pengertian cable modem adalah suatu devais yang dapat berupa external box yang dihubungkan ke PC pada ethernet atau berupa internal card, yang mampu memberikan pelayanan akses data berkecepatan tinggi melalui jaringan televisi kabel.

Ide dasar yang melatarbelakangi dibuatnya Cable Modem yaitu memanfaatkan jaringan televisi kabel yang sudah ada untuk komunikasi data berkecepatan tinggi.

Jenis Cable modem menurut koneksinya ke headend (sentral jaringan cable modem) ada dua macam. Perbedaannya terletak pada media yang digunakan untuk transmisi data upstream (dari pemakai ke headend).

1.1.1.   Sistem Telco-Return

Sistem Telco return yaitu sistem cable modem yang melakukan transmisi data upstream melalui jaringan telepon / PSTN(Public Switching Telephone Network), sedangkan untuk downstream (dari sentral ke pemakai) tetap menggunakan jaringan televisi kabel.

Cable modem dengan sistem telco return mempunyai kelebihan yaitu pada kemudahan pada implementasi. Dengan telco return, jaringan televisi kabel yang umumnya adalah jaringan one-way (hanya bisa untuk transmisi satu arah dari headend ke pemakai) pada jaringan fibre-optic-nya. Tetapi dengan upstream  (transmisi dari pemakai ke sentral) melalui jaringan PSTN akan menyebabkan terjadinya masalah-masalah yang dihadapi oleh modem PSTN.

1.1.2.   Sistem Two-Way

Transmisi data upstream dan downstream sistem two-way, kedua-duanya  menggunakan jaringan televisi kabel. Keuntungan sistem ini adalah pada kecepatan downstream dan upstream. Tetapi untuk menerapkan sistem two-way diperlukan upgrade jaringan TV-kabel.

1.2.      Kelebihan dan Kekurangan Cable Modem

Cable Modem mempunyai beberapa kelebihan, yaitu :

·         Kecepatan transmisi data yang sangat tinggi yang dapat mencapai transfer rate hingga 10 Mbps, bahkan ada beberapa cable modem yang memiliki transfer rate hingga 30 Mbps. Untuk jenis two-way, kecepatan pancar dan terimanya bisa mencapai angka tersebut. Sedangkan untuk jenis telco return, kecepatan tersebut  hanya dalam penerimaan saja. Karena kecepatan transfer yang tinggi ini, maka akan sangat mendukung kemampuan multimedia melalui internet.

·         Dibandingkan dengan ISDN, instalasi cable modem jauh lebih sederhana.

·         Untuk cable modem jenis two-way, beberapa kelebihannya dibandingkan dengan modem PSTN yaitu : untuk mengakses ISP(Internet Service Provider) tidak perlu melakukan dialing dan pernah menerima nada sibuk, telepon pemakai tidak terganggu, tidak perlu membayar tagihan telepon bulanan untuk internet.

·         Tagihan bulanan tidak tergantung dari lamanya pemakaian.

·         Dengan cable modem memungkinkan on-line 24 jam sehari, sehingga pemakai dapat membuat Personal Web Server sendiri.

Dengan berbagai kelebihan tersebut, cable modem mempunyai kekurangan-kekurangan sbb. :

·         Hanya bernilai ekonomis apabila diimplementasikan di daerah yang sudah terjangkau TV-kabel.

·         Bila terjadi gangguan pada satu cable modem, maka akan mengganggu kerja sistem secara keseluruhan.

·         Tidak ada jaminan kecepatan transmisi yang selalu tinggi.

·         Untuk cable modem dengan sistem telco-return akan menghadapi masalah-masalah seperti pada modem PSTN.

BAB 2

Dasar Cable Modem

2.1.      Instalasi Cable Modem

Dalam memasang instalasi Cable Modem, diperlukan sebuah power splitter dan kabel baru. Splitter membagi sinyal menjadi dua, untuk instalasi lama (TV set top box) dan yang baru ke Cable Modem.

Sinyal yang ditransmisikan dari Cable Modem bisa terlalu kuat, sehingga beberapa TV set yang dihubungkan dalam koneksi yang sama dapat terganggu. Isolasi pada splitter pada umumnya tidak cukup, sehingga diperlukan tambahan High-Pass Filter yang diperlukan dalam koneksi yang ke TV set. High-pass filter hanya melalukan frekuensi TV-channel dan memblokade upstream frequency band.

2.2.      Diskripsi Fungsional Sistem

Tipe Cable Modem menurut bentuk fisiknya ada 3 macam : eksternal, internal, dan set-top boxes. Bentuk fisik dari Cable Modem type eksternal contohnya seperti pada gambar di bawah ini : 

Cable Modem yang diproduksi oleh vendor-vendor di dunia berbeda-beda, tetapi arsitektur dasarnya kurang lebih seperti pada gambar di bawah ini.

uner yang digunakan adalah yang sudah dibuat menjadi satu dengan diplexer agar untuk melayani sinyal upstream dan downstream melalui tuner yang sama.

Dalam arah downstream, sinyal IF dari tuner masuk ke demodulator. Umumnya demodulator terdiri dari A/D converter, QAM-64/256 demodulator, MPEG frame synchronization, dan Reed Solomon error correction.

Dalam arah upstream, dari burst modulator disalurkan ke tuner. Burst modulator melakukan Reed Solomon encoding untuk tiap burst, modulasi yang dipilih yaitu QPSK/QAM-16 pada frekuensi yang dipilih dan D/A converter. Sinyal output dipancarkan dengan level yang dapat diatur untuk mengkompensasi cable loss.

Mekanisme Media Access Control (MAC) diletakkan antara jalur transmit dan receive. Perangkat ini dapat diimplementasikan dalam bentuk hardware saja atau setengah hardware setengah software. MAC bertugas untuk membentuk protokol, termasuk ranging dsb.

Pertukaran data antara MAC dan komputer, dapat dilakukan dalam berbagai bentuk interface, seperti ethernet, USB, PCI bus.

2.3.      Downstream

Kata “downstream” digunakan untuk sinyal yang diterima oleh Cable Modem. Karakteristik electrical dapat 

n pada bandwidth 8 MHz, sedangkan 5.2 Msym/s digunakan pada bandwidth 6 MHz atau yang lebih rendah. Bit-rate kasar lebih tinggi dibandaingkan dengan effective data-rate selama error-correction, framing dan proses lain.

2.4.      Upstream

Kata “upstream” digunakan untuk sinyal yang ditransmisikan oleh Cable Modem. Upstream selalu berupa bursts, sehingga beberapa modem dapat transmit pada frekuensi yang sama. Range frekuensiumumnya 5-65 MHz atau 5-42 MHz. Bandwith per channel yang mungkin bisa antara lain 2 MHz untuk 3 MBit/s untuk kanal QPSK.

Bentuk modulasi yaitu QPSK (2 bits per symbol) dan 16-QAM (4 bits per symbol), QAM adalah yang paling cepat, tetapi juga sangat sensitif terhadap gangguan. Satu kali downstream umumnya dibarengi dengan  satu kanal upstream channels untuk menciptakan keseimbangan dalam data dalam bandwiths yang dibutuhkan.

Gambar 5       Bandwidth RF interface dalam Cable Modem

Setiap modem mentransmisikan burst-burrst dalam timeslots, yang dinamakan sebagai  reserved slot, contention slot, dan ranging slot.

2.4.1.   Reserved slot

reserved slot adalah sebuah timeslot yang dicadangkan untuk sebuah Cable Modem khusus. Tidak ada Cable Modem lain yang dibolehkan transmit pada timeslot tersebut.  CMTS (Head-End) mengalokasikan timeslot ini untuk berbagai Cable Modem melalui algoritma alokasi bandwidth (catatan: this algorithm is vendor specific, and may differentiate vendors considerably).Reserved slots umumnya digunakan untuk transmisi data yang lebih panjang.

2.4.2.   Contention slots

Timeslots yang disebut contention slots terbuka untuk seluruh Cable Modem yang transmit in. Jika dua buah Cable Modem melakukan transmit dalam timeslot yang sama, paket-paketnya bertabrakan dan datanya hilang. CMTS (Head-End) akan memberikan sinyal bahwa tidak ada data yang diterima, agar Cable Modems mencoba lagi pada waktu yang lain (secara acak). Contention slots umunya digunakan untuk data transmissions yang sangat pendek (seperti permintaan untuk reserved slots untuk transmit lebih banyak data).

2.4.3.   Ranging slots

Oleh karena jarak secara fisik antara CMTS (Head-End) dan the Cable Modem, time delay yang dihasilkan dapat mencapai orde milliseconds. Untuk mengkompensasi hal ini, seluruh Cable modem menggunakan ranging protocol, yang secara efektif memindahkan “clock” dari masing-masing cable modem untuk mengkompensasi delay tersebut.

Untuk melakukan hal ini, beberapa (umumnya 3) consecutive time-slots diset ke samping untuk ranging setiap saat ini dan kemudian. Cable Modem diperintahkan untuk mencoba transmit dalam time-slot kedua in the 2nd time-slot. CMTS (Head-End) mengukurnya, dan memberitahukan Cable Modem tentang nilai koreksi positif atau negatif untuk local clock-nya. Dua timeslots sebelum dan sesudah memerlukan selang/gap untuk menjamin bahwa ranging burst tidak bertabrakan dengan traffic lain.

2.5.      Format Data

2.5.1.   Downstream

Data downstream berbentuk frame menurut MPEG-TS (transport stream) specification. Pada gambar ditunjukkan format blok sederhana 188/204 byte dengan single fixed sync byte pada awal tiap block. Algoritma error correction Reed-Solomon  menurunkan ukuran block dari 204 menjadi 188 byte, tersisa 187 untuk MPEG header dan payload. Dalam hal ini beberapa standar agak berbeda, beberapa standar memperbolehkan beberapa macam formatting dari data dalam MPEG-TS payload. Untuk DVB/DAVIC standard, framing di dalam MPEG-TS paylod adalah stream dari ATM cells.

2.5.2.   Upstream

Upstream data disusun dalam burst-burst yang pendek. DAVIC/DVB standard memerlukan panyang burst yang fixed, sedangkan MCNS standard mensyaratkan panjang bursts yang variabel.

Jika data upstream hanya dalam data burst yang pendek, maka modulator membutuhkan sesuatu untuk memicunya. Yaitu unique word, yang mendahului data. Untuk DVB/DAVIC, unique word adalah 32 bit data yang mentrigger demodulator untuk  mendemodulasikan burst tersebut.

Tanpa unique word, demodulator sangat mudah untuk dapat memulai demodulasi bermacam-macam sinyal noise dsb. Dan akibatnya semua kesibukan tersebut dilakukan pada saat data sebenarnya datang. Selain itu unique word juga untuk resynchronisation untuk tiap-tiap burst.

2.6.      Media Access Control (MAC)

Mekanisme Media Access Control pada umumnya diimplementasikan dalam bentuk hardware atau kombinasi hardware dan software. Kegunaan utama MAC adalah untuk membagi-bagi media dalam jalan yang masuk akal. CMTS maupun Cable Modem mengimplementasikan protokol untuk melakukan :

1.      Ranging untuk mengkompensasi cable losses yang berbeda-beda. Hal ini perlu agar upstream burst yang diterima dari seluruh cable modem di Head-End mempunyai level yang sama. Jika dua Cable Modems transmit pada waktu yang sama, tetapi salah satunya lebih lemah dari lainnya menyebabkan CMTS hanya akan mendengar hanya dari yang sinyalnya kuat dan mengasumsikan semuanya baik-baik saja. Jika dua sinyal mempunyai kekuatan yang sama, sinyal akan dianggap keliru dan CMTS akan tahu bahwa tabrakan telah terjadi.

2.      Ranging untuk mengkompensasi cable delay yang berbeda-beda. Besarnya ukuran jaringan CATV menyebabkan delay yang cukup besar dalam orde mili detik.

3.      Memlih frekuensi Cable Modem dsb. Pertama-tama Cable Modem mendengarkan dalam downstream untuk mengumpulkan informasi tentang dimana dan bagaimana untuk menjawab. Kemudian memberikan tanda pada sistem untuk menggunakan frekuensi upstream yang telah ditentukan tersebut.

4.      Mengalokasikan time-slots untuk upstream.

Jika didalami lebih lanjut, protokol yang digunakan untuk Cable Modem pada dasarnya sama dengan protokol yang digunakan dalam berbagai sistem satelit.

2.7.      Standarisasi Cable Modem

Ada beberapa standar cable modem yang telah dipakai vendor-vendor di seluruh dunia, yaitu:

2.7.1.   Propietary System

Pertama kali Cable Modem muncul untuk dipasarkan pada masyarakat, belum ada standar yang sama untuk masing-masing vendor pembuat Cable Modem.

2.7.2.   IEEE 802.14

IEEE (Institute of Electronic and Electrical Engineering) 802.14 adalah standar yang dibentuk pertama-tama untuk Cable Modem. Kelompok kerja IEEE MAC (Media Access Control) dan PHY (Physical Layer) dibentuk pada bulan Mei 1994 dengan tujuan yaitu menemukan suatu bentuk standar untuk MAC dan PHY cable modem. Standar ini berhasil dirumuskan pada bulan Desember 1995, tetapi standar ini dikeluarkan kepada vendor-vendor cable modem baru pada akhir 97.

Standar IEEE 802.14 ini dikembangkan dengan dasar pada kekuatan teknologi, sehingga direncanakan teknologi ini bisa bertahan lama. Standar IEEE 803.14 inilah yang akan menjadi standar bagi cable modem generasi ke tiga.

2.7.3.   MCNS-DOCSIS

Latar belakang utama dikeluarkannya  MCNS-DOCSIS (Multimedia Cable Network System - Data Over Cable Service Interface Specification) yaitu karena vendor-vendor cable modem sudah tidak sabar menunggu keluarnya standar IEEE 802.14 yang merupakan usaha pertama untuk menstandarisasi cable modem, lalu mereka yang terdiri dari Comcast, Cox, TCI, dan Time Warner membentuk Multimesia Cable Network System Partners, Ltd. (MCNS). Hasil koalisi dari vendor-vendor ini mencakup masyarakat pemakai yang masing-masing 85% Amerika Serikat dan 70% Canada. MCNS-DOCSIS dirilis pada bulan Maret 1997. Pada hari itu juga sudah lebih dari 20 vendor yang setuju untuk membuat cable modem yang sesuai dengan standar MCNS-DOCSIS.

Yang menjadi titik berat utama dalam MCNS-DOCSIS yaitu meminimkan biaya dan waktu produksi yang diperlukan untuk melepas produksinya ke pasar, dengan cara meminimalkan kompleksitas teknis dan solusi teknologi pengembangan hanya pada teknologi yang benar-benar dibutuhkan oleh pemakai.

Standar MCNS-DOCSIS kebanyakan dipakai di negara-negara benua Amerika bagian utara.

2.7.4.   DAVIC/DVB

Pada awalnya DAIC/DVB adalah standar untuk Digital Set Top Box yaitu suatu devais yang inputnya dihubungkan ke kabel coaxial dari jaringan televisi kabel dan outputnya dihubungkan ke TV digunakan untuk menerima siaran TV dari jaringan kabel. Pada perkembangan selanjutnya DAVIC/DVB digunakan juga sebagai standar cable modem.

2.8.      Konfigurasi Jaringan Cable Modem

Dalam struktur dasar sistem televisi kabel, mempunyai  5 komponen utama, yaitu:

·         Headend

·         Trunk cable (fiber optic)

·         Distribution (or feeder) cable in the neighborhood

·         Drop cable to home and in-house wiring (coaxial), and

·         Terminal equipment (consumer electronic)

Jaringan televisi kabel yang lebih dikenal dengan jaringan CATV (Cable Antenna Television) dirancang dan digunakan untuk distribusi televisi kabel. Dengan meng-upgrade sistem ini, umumnya akan memungkinkan untuk melalukan sinyal dalam arah upstream dan downstream. Frekuensi yang lebih tinggi mengalir ke subscriber (pelanggan) dan frekuensi yang lebih rendah mengalir ke arah sentral. Hal ini dilakukan dengan upgrade pada amplifiers dalam jaringan kabel distribusi, dsb.

Kebanyakan jaringan CATV berupa jaringan Hybrid Fibre-Coax (HFC) networks. Sinyal mengalir dalam kabel fiber-optical dari pusat Head-End ke lokasi di dekat pelanggan. Pada titik tersebut sinyal dikonversikan ke kabel koaksial, yang mengalir ke subscriber premisses.

Sebuah  CMTS umumnya melayani kira-kira 1000 pengguna Cable Modem secara simultan pada satu TV channel. Jika Cable Modems lebih yang diperlukan, jumlah TV channel ditambah dengan menambahkan channels pada CMTS.

2.9.      CMTS (Cable Modem Termination System)

CMTS yaitu modem yang dipakai pada sisi headend jaringan televisi kabel. Bentuk fisiknya seperti pada gambar 7, sedangkan pemasangan CMTS pada jaringan Cable Modem ditunjukkan dalam gambar 3.1.      Arsitektur Rujukan

Arsitektur rujukan untuk data-over-cable services dan interfaces ditunjukkan dalam Gambar 9.

Gambar 9       Arsitektur rujukan sistem Data over Cable

3.2.      Kategori Spesifikasi Interface

Arsitektur rujukan dasar pada gambar 9, mencakup 3 buah kategori interface. Hal ini diwujudkan dalam fase berikut ini:

a. Phase 1

Data Interfaces - yaitu antara CMCI [MCNS4] dan CMTS-NSI [MCNS3], saling berhubungan antara cable-modem-to-customer-premises-equipment (CPE) interface (sebagai contoh, antara customer's computer dan cable modem); dan cable modem termination system network-side interface antara cable modem termination system dan data network.

b. Phase 2

Operations Support Systems Interfaces - Ini adalah network element management layer interfaces di antara network elements dan high-level OSSs (operations support systems) yang mensupport basic business processes, dan dokumentasinya dalam [MCNS5].

Telephone Return Interface - CMTRI - Ini adalah interface di antara cable modem dan jalur telephone return, digunakan dalam keadaan return path tidak didukung atau tersedia lewat jaringan kabel, dokumentasinya dalam [MCNS6].

c. Phase 3

RF Interfaces - RF interfaces yang didefinisikan dalam dokumen ini, yaitu sebagai berikut :

• Antara cable modem dan cable network.

• Antara CMTS dan cable network, dalam arah downstream (lalu lintas yang menuju customer)

• Antara CMTS dan cable network, dalam arah the upstream (lalu lintas dari customer).

Security requirements -

• Data Over Cable Security System (DOCSS) didefinisikan dalam [MCNS2].

• CM Removable Security Module (RSM) didefinisikan dalam [MCNS7].

• Baseline data-over-cable security didefinisikan dalam [MCNS8].3.5.      Overview Spesifikasi RF Interface

Pada gambar 1 ditunjukkan high-level block diagram dari the data-over-cable system. Sistem ini terdiri dari Cable Modem Termination System (CMTS), cable network, dan Cable Modems (CMs). CMTS terletak pada headend dan CMs terletak pada customer premises. Agar dimungkinkan untuk transparent transfer pesan IP (Internet Protocol) melalui sistem kabel, maka protokol untuk Network Layer, Data Link Layer, dan Physical Layer dan sublayer-sublayer harus didefinisikan.

3.5.1.   Layer 1: Network Layer

Network Layer (layer 3 OSI): IP ( Internet Protocol).

3.5.2.   Layer 2: Data Link Layer

Data Link Layer(layer 2 OSI) terdiri dari tiga sublayer:

1.      Logical Link Control (LLC) Sublayer, yang disesuaikan dengan standar Ethernet yang telah ada.

2.      link-security sublayer, yang mendukung kebutuhan dasar dalam privacy, authorization, dan authentication.

Media Access Control (MAC) Sublayer, sesuai untuk operasi sistem cable, yang mendukung variable-length protocol data units (PDUs). Features utama dari protokol Media Access Control dalam sistem ini adalah:

a)           Penggabungan contention dan reservation transmission dikontrol oleh CMTS

b)      Sebuah stream berupa mini-slots dalam upstream

c)      Efisiensi bandwidth melalui disupportnya variable-length packets

d)          Extension yang memungkinkan pengembangan berikutnya dalam Asynchronous Transfer Mode (ATM) dan PDUs lain

e)           Mendukung pelayanan multiple grades

f)           Mendukung data rates dengan range yang luas.

3.5.3.   Layer 3: Physical Layer

Physical (PHY) layer(layer 1 OSI) terdiri dari 2 sublayers:

a)      Transmission Convergence Sublayer (hanya ada dalam arah downstream).

b)      Physical Media Dependent (PMD) Sublayer.

Transmission Convergence sublayer membentuk MPEG-2 (sesuai dengan ITU-T recommendation H.222.0).

PMD sublayer dalam arah downstream berbasis pada North American digital video transmission specifications (i.e., ITU-T Recommendation J.83 Annex B with the exceptions called out in section 4.3.2) dan meliputi features berikut ini:

·         Format modulasi : 64-level dan 256-level Quadrature Amplitude Modulation (64QAM and 256QAM).

·         Concatenation of Reed-Solomon and Trellis forward error-correcting codes supports operation in a higher percentage of North American cable networks

·         Variable depth interleaving yang mendukung latency-sensitive maupun latency-insensitive data.

Dalam arah upstream, features PMD sublayer adalah sebagai berikut:

·         Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) and 16QAM modulation formats

·         Multiple symbol rates

·         Flexible dan programmable CM dibawah kontrol CMTS

·         Frequency agility

·         Time-division multiple access

·         Mendukung fixed-frame dan format variable-length PDU.

·         Programmable Reed-Solomon block coding

·         Programmable preambles

·         Coupling yang minimal di antara physical layer dan layer yang lebih tinggi melengkapi teknologi physical layer masa depan.

Dari spesifikasi ini dapat diartikan bahwa CMs dapat menemukan sendiri frekuensi sistem untuk penerimaan dan transmisi, bit rates, modulation formats, error correction, dan power levels. Agar memiliki pelayanan proteksi terhadap pengguna lain, maka CMs tidak dapat melakukan transmit kecuali dalam keadaan yang sudah ditentukan.

3.6.      Spesifikasi CPEI (Customer Premise Equipment Interface)

Dalam pelayanan ini akan melalukan lalulintas IP untuk menciptakan pertukaran dua-arah transparan di atara Cable Modem Termination System-Network Side Interface (CMTS-NSI) [MCNS3] dan Cable Modem ke CPE Interface. Ada persyaratan fungsional lain pada cable modem pada saat lalu lintas IP transparan, yaitu sbb. :

·         Cable modem harus mempunyai kemampuan filtering seluruh broadcast traffic dari local LAN, dengan perkecualian DHCP (sebagai pengidentifikasi oleh destination port number dalam UDP header) dan paket-paket ARP. Fungsi filtering ini seharusnya menjadi SNMP yang data dikonfigurasikan seperti yang didiskripsikan dalam  DOCSIS Radio Frequency Interface (RFI) specification [MCNS1].

·         Tipe protokol ICMP harus dilewatkan dalam upstream.

·         Cable modems dirancang untuk mensupport segmen-segmen yang memuat bridges lain SEHARUSNYA menggunakan Spanning Tree Algorithm dan Protocol per ISO/IEC 10038 (ANSI/IEEE Std 802.1D): 1993, dengan perubahan yang dijelaskan dalam DOCSIS Radio Frequency Interface (RFI) specification [MCNS1].

BAB 4
Spesifikasi Cable Modem

4.1.      Spesifikasi Cable Modem

Cable modem MCNS standard selain harus mengikuti spesifikasi MCNS-DOCSIS, juga harus memperhatikan sisi spesifikasi dari customer/user.

Spesifikasi teknis cable modem pada sisi user / customer yaitu sbb.:

able modem sesuai dengan spesifikasi standar MCNS-DOCSIS, diperlukan perangkat keras dengan diagram blok seperti di bawah ini : 

DAFTAR PUSTAKA

 [Defta88]        Defatta, David J, “Digital Signal Processing : A System Design Approach”, John Willey & Sons., 1988.

[Step88]           Kempainen, Stephen, “Chips and high-speed cable modems enable two-way communications”, EDN USA, 1998

[MCNSdoc]     MCNS Partnerships Ltd., “Multimedia Cable Network System Data Over Cable S