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第3部

DOCSIS の基礎
第 9 章 HFC で高速データ・サービスを提供するための標準インターフェース方式

DOCSIS 3.0
松本 修一
Shuichi Matsumoto

前号（No.50）の特集は「4K/8K に向かうケーブル TV入門Ⅰ」と題して，第 1 部ではデジタル放送伝送技術の基礎，第 2 部ではケーブル伝送技術と日本ケーブルラボ運用仕様について解説していただきました．
今回の特集はその続編にあたり，第 9 章からスタートいたします．
〈編集部〉

9.1 DOCSIS の全体像
ケーブルテレビ伝送路を利用した電気通信サービスの黎明期には，内外のメーカによってさまざまな方式の CMTS やケーブル・モデムが開発され，メーカが異なると接続性を確保することが不可能でした．日本におけるケーブル・インターネット・サービスの初期段
階では，そのようなメーカ独自方式の製品を使って通信サービスが展開された時期がありました．
このような状況を打開すべく，米国ケーブルラボにおいて標準方式である DOCSIS（Data ― Over ― CableService Interface Specifications）が開発され，1997 年に最初の仕様が制定されました．

■ 9.1.1 DOCSIS のコンセプト
DOCSIS は HFC 上で高速データ・サービスを提供するためのシステム仕様で，その初版（1.0 版）
は 1997 年 3
Quality of Service月に公表されました．その後，QoS 機能の追加（1.1 版，1999 年 4 月），上り変調方式の追加による周波数利用効率（bps/Hz）の改善（2.0 版，2001 年 12 月）， チャネ
ル・ボンディング機能の追加（3.0 版，2006 年 8 月）といった改定が重ねられ，2013 年 10 月には最新の 3.1 版がリリースされています．
DOCSIS は末尾の IS（Interface Specifications）が示すとおり，機器の仕様ではなく，「機器間のインターフェース」を規定しています．DOCSIS のこれまでの進化を表 9.1 にまとめます．
DOCSIS の基本的なコンセプトは下記のとおりで，これが当初から貫かれています．従来システムの欠点を解消し，将来的な高速化の要求を配慮した洗練された内容です．
① CM/CMTS の（他社製品）
相互接続性の保証②後方互換性（バックワード・コンパチビリティ）により DOCSIS のバージョン・アップグレードを行っても旧 CM が同一のポート内で混在し得る．
③ソフトウェア・ダウンロードによりバージョン・アップをセンター側から行える．電子署名付きで安全性を確保④高速 / 経済的な常時接続ベスト・エフォート型の通〈表 9.1〉DOCSIS の進化
項目

DOCSIS 1.0

DOCSIS 1.1

DOCSIS 2.0

DOCSIS 3.0

制定時期1997 年 3 月

1999 年 4 月

2001 年 12 月

2006 年 8 月

2013 年 1 月
OFDM，LDPC 採用
による周波数利用効率の飛躍的向上

特徴

CMTS と CM の相互接続性を保証

最低帯域を保証

上り伝送速度を向上

チャネル・ボンディング

通信の主体や追加サービス・ベスト・エフォート・VoIP サービス
・QoS 機能・マルチキャスト
・VOD

・IP 放送対応
・VPN，IPv6

伝送速度
（最大）
変調方式

下り40 Mbps

40 Mbps

160 Mbps＊1

上り10 Mbps

31 Mbps

120 Mbps＊1

下り

64QAM，256QAM

上り

セキュリティ

QPSK，16QAM

64QAM，256QAM，1024QAM＊2

DOCSIS 3.1

別途 第 10 章で説明

QPSK，8/16/32/64/128QAM
BPI（DES，3DES）

AES

注▶＊1：DOCSIS 3.0 では，上り / 下りともに最低 4 チャネルのボンディングをサポートすることが規定されており，ボンディングするチャネル数の上限規定はない．＊2：1024QAM は，DOCSIS 仕様である DRFI
（Downstream RF Interface）
仕様で規定し，Edge ― QAM（M ― CMTS）
および DOCSIS 2.0 以降の I ― CMTS が対象である．

8No.51

特集

4K／8K に向かうケーブル TV 入門Ⅱ信

ディングの端末が製品化され，下り 1 Gbps を実現し⑤伝送路状態に柔軟に対応できる豊富な変復調モードていますが，それが DOCSIS 3.0 の限界とされます．し⑥コンフィギュレーション・ファイルによる個別 / グ

かし，FTTx との競合状況においては，高速化の要求

ループ別の柔軟な設定および接続 PC の台数制限が可はさらに大きくなり，DOCSIS 3.1 はこの要求に応え

能．
（IP と LLC 層でのフィルタリングなど）るものです．

⑦ 1 台の CM に複数の QoS を設定でき（複数サービスID），これによりベスト・エフォートのデータ・サー
ビスと VoIP との混在運用が可能⑧ CM 設置作業において，下り / 上り使用周波数，上り送出レベル，時間オフセットなどを自動で調整し登録できる（レンジング）⑨セキュリティとしてパケットが DES または AES，
鍵交換は RSA によって強固なセキュリティを確保⑩ SNMP（Simple Network Management Protocol）による端末の管理①〜③は製品設計，製造，システム運用，保守のビジネス展開において極めて重要なポリシーであり，初代 DOCSIS から不変です．④は電話のように通話ごとに回線を張る通信ではなく，IP プロトコルでのパケット通信を意味します．⑦は電話（VoIP）と通常のデータ・サービスが 1 台の CM でできることを意味し，それは第 1.1 版以降で実現しました．⑧はレベル調整，ヘッドエンドからの距離による送出タイミング調整などが自動的にできることを意味します．これらによって米国の量販店では，例えば Comcast 社の CM といえば購入でき，加入者自らが設置して加入契約手続きすることができます．
提供速度の高速化に関しては，2014 年に DOCSIS 3.0で最低限サポートすることが規定されている 4×4ch（下り 4ch/ 上り 4ch）ボンディングによる下り 160 M，上り 120 Mbps が実現しました．今では 32×8ch ボン

DOCSIS 3.1 の最大速度は，チャネルの広帯域化とスプリット周波数（上りと下りの境界周波数）の変更を行えば，下り 10 Gbps/ 上り 2.5 Gbps が得られ，これは10 G ― EPON と同等です．

Logical Link Control

Quality of Service■ 9.1.2 DOCSIS のネットワーク・モデル
DOCSIS のネットワーク・モデルを図 9.1 に，また図9.2 に CMTS〜CM〜CPE 間のプロトコル・スタック
I Pv4
CPE

ネットワーク
管理システム

CM

CPE

局内網

CMTS

HFC

I Pv4
CM

プロビジョ
ニング・システム

CPE

ヘッドエンド側

HFC網〈図 9.1〉DOCSIS のネットワーク・ モデル（出典：CableLabs，
CM ― SP ― PHY 他）

CM
TFTP，SNMP，DHCP
レイヤ4
レイヤ3

I EEE802.2/LLC
ブリッジ
（透過）
リンク・セキュリティ
ケーブル・メディア・
アクセス・コントロール（ケーブルMAC）
物理層

インターネット
WAN

上り下りTC

PMD

PMD

宅内側

CM：ケーブル・モデム（Cable Modem），CMTS：ケーブル・モデム端末システム（Cable Modem Termination System），
CPE：顧客構内設備（Customer Premises Equipment）

CMTS

データリンク層

CPE

I Pv6

TFTP，SNMP，DHCP
UDP
トランスポート層
ネットワーク層
IP
IPルーティング

I Pv6

トランスポート層
ネットワーク層

UDP

IP

I EEE802.2/LLC

I EEE802.2/

ブリッジ
（透過）

レイヤ2

レイヤ1

LLC

リンク・セキュリティ
ケーブル・メディア・
アクセス・コントロール（ケーブルMAC）
上り

下りTC

PMD

PMD

ケーブル・ネットワーク（HFC）

I EEE802.3/
Ethernet
MAC

I EEE802.3/
Ethernet
物理層

インターネットPCなど〈図 9.2〉CMTS〜CM〜CPE 間のプロトコル・スタック（出典：CableLabs，CM ― SP ― PHY）

No.51

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