【摘要】有线电视接入系统是基于DOCSIS标准来设计的，系统由于三个部分组成，第一前端设备CMTS(Cable Modem Terminal Systems)，电缆调制解调器终端管理系统,此管理系统完成对RP包和数据信号的调制、解调、转换和路由功能。第二CMTS系统的终端设备CM(Cable Modem)电缆调制解调器。第三HFC（网络是指光纤与同轴电缆的混合网络。此系统给有线电视用户提供宽带接入、IPTV和其他广电增值业务服务。CMTS+CM系统采用DOCSIS2.0/3.0/3.1技术标准。
关键词：HFC，Cable Modem，交互过程
1.引言
随着有线电视IP化的迅速发展，许多大中城市广电网络已完成了HFC网络的双向改造工作，为了发展广电网络的增值业务，许多广电运营商开展了基于Cable Modem接入、GPON+EOC接入和光纤到户（双纤三波）接入等各种接入方式给用户提供、数据宽带、IPTV、网上支付等增值业务。本文主要介绍CMTS+CM宽带接入网技术中的CMTS与CM之间交互过程。
基于DOCSIS标准设计的有线电视双向网络，系统由前端设备CMTS(电缆调制解调器终端管理系统)和用户终端设备Cable Modem(电缆调制解调器)组成。CMTS作为前端路由器，实现交换机与HFC网络之间的连接，而CM是实现CPE终端与HFC网络之间的连接，最终接入CMTS与Internet实现连接。
如图1所：
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图1
CMTS设备一般放置在各前端机房，通过CMTS的射频板接口接入HFC网络，管理和控制CM终端设备。CMTS通过以太网接口与骨干网上联，使同轴电缆接入网与骨干网络相互连接，从而与DHCP,TFTP,TOD和内容服务器等设备相连，CMTS主要配置有：上下行频率，电平，调制方式，DHCP和TFTP服务器等。
CM放在用户家中，作为一种终端设备，它连接用户的PCE和HFC网络,CM通过HFC网络与CMTS连接。CM与CMTS组成完整的数据通信系统，在此系统中，DOCSIS规定了CM在向CMTS注册进入正常的上线状态之前要经过一系列的与CMTS交互的各个通信步骤，定义了CM的多个状态，根据CM的状态使我们能快速准确地定位各种故障。
2．CM与CMTS交互过程
CM加电之后，必须进行初始化，才能进入网络接收与发送数据。它的初始化是经过以下与CMTS的一系列交互过程来实现的。如图2所示：
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图2 Cable Modem初始化过程
1、测试RSM（Removable Security Module）
当CM加电后，首先要确认可移去的安全模块，是否存在于RSM的时隙中。
2、CM与CMTS建立同步
在CM初始化完成后，CM首先与CMTS的一个下行信道建立同步。CM有一个存储器，其中存放上次的参数，CM将首先尝试重新获得存储的那个下行信道，如果尝试失败，CM将按照一定的规则对下行信道进行扫描，直到发现一个有效的下行信号，并建立同步。只要下行电平符合CM的正常工作电平（－10dbmV到＋10dbmV之间），MER符合误码率要求，将迅速完成下行通道的同步。CM与下行信号同步的标准为：与QAM码元定时同步、与FEC帧同步、与MPEG分组同步并能识别下行媒体访问控制的同步报文。
3、获得上行信道的传输参数
建立同步之后，CM必须等待一个从CMTS发送出来的上行信道描述符，以获得上行信道的传输参数。CMTS周期性地传输上行信道描述符给所有的CM，CM必须从其中的信道描述参数中确定它是否使用该上行信道。若该信道不合适。那么CM必须等待，直到有一个信道描述符指定的信道适合于它。若在一定时间内没找到这样的上行信道，则CM将重新搜索一个下行信道，再重复该过程。在锁定一个下行信道后，CM必须从信道描述符中取出参数，然后等待下一个同步报文，并从该报文中取出上行时隙的时间标记，随后，CM等待一个信道分配映射，然后它可以按照媒体访问控制操作和带宽分配机制在上行信道中传输信息。
4、测距和自动调整
CM在获得上行信道的传输参数后，就可以与CMTS进行通讯。CMTS会在MAP中给该CM分配一个初始维护的传输时隙，用于调整CM传输信号的电平、频率等参数。在网络中某一CM到CMTS的线路衰减相对固定，CM回传电平值相对固定。当网络上行通道发生变化时，比如线路衰减增大，为了保证CM上传信号能够到达CMTS，CM回传发射电平自动增加，保证所有返回到CMTS的电平等于某一设定值。
CM在经过上面交互过程后，完成了在物理层和数据链路层的注册过程，在CMTS上可以观察到CM处于init(rc)的状态，就完成了测距过程。下面CM继续和CMTS设备进行网络层以上的信息交互。
5、建立IP连接
测距完成后，CM使用动态主机配置协议（DHCP）,从DHCP服务器上获取分配给它的IP地址，同时从DHCP服务器的响应包中获得配置参数文件的文件名，放置这些文件的TFTP服务器地址，时间服务器（TOD）地址等信息。
6、建立时间
CM与CMTS需要有当前时间和日期，CM发送日期时间请求到时间服务器，时间服务器处理请求并发回日期时间响应，CM依据来自响应的数据建立日期时间，日期时间的响应与请求用UDP协议来传送。
7、建立安全机制
如果RSM模块存在，而没有建立安全连接，CM就必须与安全服务器建立安全连接，安全服务器IP地址可以从DHCP服务器的响应中获得。为了保障数据在HFC网络上安全传输，为用户提供较强的业务保护， DOCSIS提出了基线保密增强接口(BPI)规范，用于CMTS和CM之间通信的安全问题。如果没有配置BPI安全机制，这一步骤就不存在，但不影响CM正常上线注册。
8、TFTP配置文件的传输
CM通过TFTP(Trivial File Transfer Protocol)文件传送协议从TFTP服务器上下载各种配置文件（上下行速率限制，CPE数目，BPI等），获得所需要的各种参数。
9、CMTS的认证注册
完成初始化后，CM将下载的配置文件参数向CMTS申请注册，CM收到CMTS发出的注册响应后，CM就进入了正常的上线工作状态。从CMTS上就能观察到CM正常上线状态为“online”
MAC Address IP Address I/F MAC Prim RxPwr Timing Num BPI
State Sid (dB) Offset CPE Enb
00d0.330d.4ab3 10.18.21.123 C4/0/U2 online 12 0.50 1475 0 N
00d0.3344.3094 10.18.20.210 C4/0/U2 online 21 0.00 1467 1 N
作者简介：买合木提江·阿不都热合曼，男，新疆乌鲁木齐人，学历：本科，职称：工程师，研究方向：网络规划设计.