داکسیس

مشخصات واسط خدمات داده بر روی کابل، (DOCSIS) یک استاندارد مخابراتی بین‌المللی است که به سیستم‌های موجود تلویزیون کابلی  امکان می‌دهد تا داده با پهنای باند بالا را منتقل کند. این استاندارد توسط بسیاری از اپراتورهای تلویزیون کابلی برای ارائه دسترسی به اینترنت کابلی از طریق زیرساخت فیبر کواکسیال هیبریدی  استفاده می‌شود.

داکسیس در ابتدا توسط شرکت کیبل لبز و با مشارکت شرکت‌های اریس ، بیگبند نتروکز ، برودکام ، سیسکو ، کام‌کست ، کنکسنت ، کاکس ، هارمونیک ، اینتل ، موتورولا ، نتگیر ، ترایون ، تایم وارنر کیبل و تگزاس اینسترومنتس توسعه داده‌شد.

نسخه ها 

 داکسیس 1.0 که در مارس 1997 منتشر شد، شامل عناصر کاربردی مودم‌های قبلی که مختص کابل بودند می‌شد.

 در آوریل 1999، سازوکارهای استاندارد کیفیت خدمت  داکسیس 1.1 که در داکسیس 1.0 مشخص شده‌بود، منتشر شد.

 (به عنوان D2 شناخته می‌شود)

 داکسیس 2.0 که در دسامبر 2001 منتشر شد، نرخ داده‌های بالادستی را در پاسخ به افزایش تقاضا برای خدمات متقارن مانند تلفن IP افزایش داد.

 (به عنوان D3 شناخته می‌شود)

 داکسیس 3.0 که در آگوست 2006 منتشر شد، به طور قابل توجهی نرخ داده (هم بالادست و هم پایین دست) را افزایش داد و پشتیبانی از پروتکل اینترنت نسخه ۶  را معرفی کرد.

 اولین‌بار در اکتبر 2013 منتشر شد و متعاقباً چندین‌بار به روز شد. مجموعۀ مشخصات استاندارد داکسیس 3.1، با استفاده از  از ظرفیت تا 10 گیگابیت بر ثانیه در پایین دست و 1 گیگابیت بر ثانیه بالادست پشتیبانی می‌کند. مشخصات جدید فاصله کانال های عریض 6 مگاهرتزی و 8 مگاهرتزی را حذف کرده و به جای آنها از زیر‌حامل های تقسیم فرکانس متعامد  باریک‌تر (با عرض 25 کیلوهرتزی یا 50 کیلوهرتزی) استفاده می‌کند. این زیر‌حامل ها می توانند در داخل یک محدوده طیفی تجمیع شوند و نهایتاً به پهنای باند حدود 200 مگاهرتز دست پیدا کنند. فناوری داکسیس 3.1 شامل ویژگی‌های مدیریت انرژی نیز می شود که صنعت خدمات کابلی را قادر می‌سازد تا مصرف انرژی خود را کاهش دهد و الگوریتم DOCSIS-PIE نیز بافربلوت را کاهش می دهد. در فوریه 2016 شرکت ارائه دهنده پهنای باند کام‌کست در ایالات متحده اعلام کرد که شهرهای محدوده کاری فعلی‌اش تا قبل از پایان سال، دارای خدمات داکسیس 3.1 خواهند‌شد. در پایان سال 2016، مدیاکام نیز اعلام کرد که اولین شرکت بزرگ کابلی ایالات متحده خواهد‌بود که به‌طور کامل به سکوی داکسیس 3.1 انتقال می‌یابد.

مقایسه 
در سال 1994، استاندارد 802.14 برای توسعه کنترل دسترسی رسانه بر روی فیبر ترکیبی هم‌محور منتشر شد. در 1995، شرکت سیستم شبکه کابلی چند رسانه‌ای  تشکیل شد و شرکای اصلی آن تله-کامیونیکیشنز ، تایم وارنر کیبل ، کامکست و کاکس بودند. در ادامه کُنتینِتنال کِیبل و راجرز نیز به این گروه پیوستند. در ژوئن 1996، جامعه مهندسین مخابرات کابلی  زیر‌کمیته استانداردهای داده را برای شروع کار بر روی ایجاد استانداردهای ملی برای داده‌های پرسرعت بر روی کابل تشکیل داد. در جولای 1997، SCTE DSS به سند DSS  رأی مثبت داد. این استاندارد بر اساس مشخصات داکسیس است که بر همگان روشن بود. در عین حال، این استاندارد به "بخش استانداردسازی ارتباطات از راه دور" اتحادیه بین المللی ارتباطات  ارسال شد و تحت عنوان ITU-T J.112 ضمیمه B پذیرفته شد.

استاندارد های معادل اروپایی 
از آنجایی که طرح های پهنای باند تخصیص فرکانس، بین سیستم های تلویزیون کابلی ایالات متحده و اروپا متفاوت است، استانداردهای داکسیس پیشتر از نسخه 3.1 برای استفاده در اروپا اصلاح شده اند. این تغییرات با نام یورو-داکسیس منتشر شد. تفاوت بین پهنای باند به این دلیل وجود دارد که تلویزیون کابلی اروپا با استانداردهای پال/DVB-C با پهنای باند 8 مگاهرتز منطبق هستند و تلویزیون کابلی آمریکای شمالی با استانداردهای ان‌تی‌اس‌سی/ATSC با پهنای باند 6 مگاهرتز منطبق هستند. اضافه پهنای باند کانال در معماری های یورو-داکسیس اجازه می دهد که پهنای باند بیشتری به مسیر داده های پایین دستی (به سمت کاربر) اختصاص یابد. تست گواهی یورو-داکسیس توسط شرکت بلژیکی Excentis (که قبلاً tComLabs نامیده می شد) انجام می شود، در حالی که تست گواهینامه داکسیس توسط کیبل لبز انجام می شود. به طور معمول، تجهیزات محل مشتری "گواهینامه"  دریافت می کنند، و در مقابل، تجهیزات CMTS "صلاحیت"  را دریافت می کنند.

استانداردهای بین المللی 
بخش استانداردسازی مخابرات ITU  نسخه های مختلف داکسیس را به عنوان استانداردهای بین المللی تایید کرده است. داکسیس 1.0 به عنوان توصیه ITU-T J.112 Annex B (1998) تصویب شد، اما بعداً توسط داکسیس 1.1 تحت عنوان توصیه ITU-T J.112 Annex B (2001) جایگزین شد. پس از آن، داکسیس 2.0 به عنوان توصیه ITU-T J.122 تصویب شد. اخیراً نیز داکسیس 3.0 به عنوان توصیه ITU-T J.222 ( J.222.0 ، J.222.1 ، J.222.2 ، J.222.3 ) تصویب شد.

امکانات 
داکسیس گزینه‌های متنوعی را در لایه‌های 1 و 2 اتصال سیستم‌های باز (OSI) - لایه‌های پیوند داده و لایه فیزیکی - فراهم می‌کند.

لایه فیزیکی 

 پهنای کانال:
 پایین دست: همه نسخه های داکسیس قبل از نسخه‌ی 3.1 از کانال های 6 مگاهرتز (آمریکای شمالی) یا 8 مگاهرتز ("یورو-داکسیس") استفاده می کنند. داکسیس 3.1 از پهنای باند کانال 192 مگاهرتز استفاده می کند. 
 بالا دست: داکسیس 1.0/1.1 عرض کانال را بین 200 کیلوهرتز تا 3.2 مگاهرتز مشخص می کند. داکسیس نسخه 2.0 و 3.0، آن را  6.4 مگاهرتز مشخص می کند، اما به منظور سازگاری با اعقاب آن می تواند از عرض کانال باریکتر و قدیمی نیز استفاده کند. داکسیس 3.1 از پهنای باند کانال تا 96 مگاهرتز در بالادست استفاده می کند.
 مدولاسیون:
 پایین دست: تمام نسخه های داکسیس قبل از نسخه 3.1 مشخص می کنند که باید مدولاسیون کیوآام 64 سطحه () یا 256 سطحه () برای مدولاسیون داده های پایین دستی استفاده شود. این موضوع در استاندارد ITU-T J.83-Annex B اشاره شده است.  داکسیس نسخه 3.1 امکان استفاده از ، ، ، ، ،  را با پشتیبانی اختیاری از  و  را اضافه کرده است.
 بالا دست: داده های بالا دستی در داکسیس نسخه  از کلیدگذاری تغییر فاز  یا مدولاسیون کیوآام 16 سطحی ()  استفاده می کنند، در حالی که برای داکسیس نسخه 2.0 و 3.0 از QPSK، ، ، ، و  استفاده می شود. به علاوه در داکسیس نسخه 2.0 و 3.0 از  با مدولاسیون کد داربستی در حالت دسترسی چندگانه تقسیم کدی (با بازده طیفی مؤثر معادل با 64-QAM) پشتیبانی می شود. داکسیس نسخه 3.1 از مدولاسیون داده QPSK تا  پشتیبانی می کند.  پشتیبانی از  و  اختیاری است.

لایه پیوند داده 

 داکسیس  از ترکیب روش‌های دسترسی قطعی برای ارسال‌های بالادستی استفاده میکند؛ به‌ویژه دسترسی چندگانه تقسیم زمانی  برای داکسیس نسخه 1.0/1.1 و کاربرد همزمان TDMA و S-CDMA برای داکسیس نسخه 2.0 و 3.0، و پشتیبانی محدود از درخواست‌های "مناقشه برای پهنای باند"، به کار می‌گیرد. به همین دلیل است برخلاف روش مبتنی بر جدال جدی بر سر MAC CSMA/CD  در سیستم های اترنت که در سیستم‌های قدیمی تر استفاده می‌شود، سیستم‌های داکسیس برخوردهای نسبتا کمی را تجربه می‌کنند؛ (البته که در سوئیچ شبکه هیچ جدالی وجود ندارد).
 برای داکسیس نسخه 1.1 به بالا، لایه داده شامل ویژگی‌های کیفیت خدمت  گسترده‌ای است که به پشتیبانی کارآمد از برنامه‌هایی که نیازهای ترافیکی خاصی من جمله÷ تأخیر کم دارند، به عنوان مثال صدا از طریق IP کمک می‌کند.
 داکسیس 3.0 دارای قابلیت تجمیع ارتباط است که امکان ترکیب و استفاده همزمان از چندین کانال پایین دستی و بالادستی توسط یک مشترک را فراهم می کند.

گذرداد شبکه 
سه نسخه اول استاندارد داکسیس از گذردهی پایین‌دستی با  با نهایت سرعت 42.88 مگابیت بر ثانیه بر روی کانال های 6 مگاهرتزی (تقریباً 38 مگابیت بر ثانیه بدون در نظر گرفتن سربار)، یا 55.62 مگابیت بر ثانیه بر روی کانال های 8 مگاهرتزی در استاندارد یورو-داکسیس (تقریباً معادل 50 مگابیت بر ثانیه بدون در نظر گرفتن سربار) پشتیبانی می‌کنند. گذرداد شبکه بالادست 30.72 مگابیت بر ثانیه بر روی کانال های 6.4 مگاهرتزی (تقریباً 27 مگابیت بر ثانیه پس از حذف سربار)، یا 10.24 مگابیت بر ثانیه در هر 3.2 کانال مگاهرتز (تقریباً 9 مگابیت بر ثانیه پس از حذف سربار) است.

داکسیس 3.1 برای گذرداد پایین دستی از  با زیر‌حامل های 25 کیلوهرتزی استفاده می کند و تا بیشینه 1.89 گیگابیت بر ثانیه بر روی کانال های OFDM به میزان  192 مگاهرتز می رسد. گذرداد بالادستی 0.94 گیگابیت بر ثانیه بر روی کانال های OFDMA به میزان 96 مگاهرتز.

لایه شبکه 

 مودم های داکسیس از طریق آدرس  آی‌پی (پروتکل اینترنت) مدیریت می شوند.
 مشخصات استاندارد «DOCSIS 2.0 + IPv6» امکان پشتیبانی از IPv6 را در مودم‌های داکسیس نسخه 2.0 از طریق ارتقاء ثابت‌افزار فراهم می‌کرد.  
 داکسیس 3.0 مدیریت را روی IPv6 اضافه کرد.

گذرداد شبکه 
جداول پایین پیش فرض مدولاسیون  را برای پایین دست و  برای بالادست در داکسیس نسخه 3.0 و مدولاسیون  را برای OFDM/OFDMA (به ترتیب برای پایین دست/بالادست) در داکسیس 3.1 در نظر میگیرند. گرچه نرخ های داده در دنیای واقعی ممکن است به دلایل مختلف  و بسته به SNR کمتر باشد. دستیابی نرخ های داده بالاتر نیز امکان پذیر است اما به طرح های QAM مرتبه‌ی بالاتری نیاز دارد که به نسبت خطای مدولاسیون پایین دستی بالاتر (MER) نیاز دارد. داکسیس 3.1 برای پشتیبانی از  طراحی شده است، اما برای تطابق با حداقل های استاندارد داکسیس 3.1، تنها پشتیبانی از بیشینه 4096-QAM اجباری است.

برای داکسیس 3.0، حداکثر گذرداد شبکه نظری برای تعداد کانال های تجمیع شده در جدول زیر فهرست شده است.

توجه داشته باشید که تعداد کانال هایی که یک سیستم کابلی می تواند پشتیبانی کند به نحوه راه اندازی/پیاده‌سازی سیستم کابلی بستگی دارد. به عنوان مثال، مقدار پهنای باند موجود در هر جهت، عرض کانال های انتخاب شده در جهت بالادست، و محدودیت های سخت افزاری، حداکثر مقدار کانال ها را در هر جهت محدود می کند.

توجه داشته باشید که حداکثر پهنای باند پایین‌دستی در همه نسخه‌های داکسیس به نسخه همان استاندارد استفاده شده و تعداد کانال‌های بالادستی مورد استفاده در صورت استفاده از داکسیس 3.0 بستگی دارد، اما عرض کانال بالادستی مستقل از داکسیس یا یورو-داکسیس است.

بالادست 
جریان داده بالادستی در داکسیس سنتی در آمریکای شمالی از محدوده فرکانس 5-42 مگاهرتز استفاده می کند. در مقایسه، در یورو-داکسیس از محدوده 5-65 مگاهرتز  استفاده می شود. این به عنوان یک طرح "کم تقسیم"  یا "زیر-تقسیم"  شناخته می شود، که قادر به ارائه ظرفیت نسبی ~108 مگابیت بر ثانیه در بالادست (با فرض 4 کانال بالادستی SC-QAM) است.

تجهیزات 

معماری داکسیس شامل دو جزء اصلی است: یک مودم کابلی واقع در محل مشتری، و یک سیستم پایانی مودم کابلی   واقع در انتهای سیستم کابلی.  برخی از سیستم های کابلی که از یک سیستم فیبر کواکسیال هیبریدی استفاده می کنند. خطوط فیبر نوری سیگنال‌های دیجیتال را به گره‌های نوری در سیستم می‌آورند و در آنجا به کانال‌های RF و سیگنال‌های مودم در خطوط ترانک کواکسیال تبدیل می‌شوند.

رایانه شخصی مشتری و تجهیزات جانبی مربوطه در محل مشتری را تجهیزات محل مشتری  می گویند. سی‌پی‌ای به مودم کابلی متصل می شود که به نوبه خود از طریق شبکه فیبر کواکسیال هیبریدی (اچ‌اف‌ای) به سیستم پایانی مودم کابلی (سی‌ام‌تی‌اس) متصل می شود. سپس سی‌ام‌تی‌اس ترافیک بین اچ‌اف‌ای و اینترنت را هدایت/مدیریت می کند. اپراتور شبکه کابلی با استفاده از سیستم های پشتیبانی کننده، کنترل پیکربندی مودم کابلی را اعمال می کند. 

در ایرلند داکسیس 2.0 توسط دیجی‌وب روی فرکانس های مایکروویو (10 گیگاهرتز) نیز استفاده می شود. در این روش به جای شبکه اچ‌اف‌ای از پیوندهای بی‌سیم اختصاصی استفاده می شود. در محل هریک از مشترکین، مودم کابلی معمولی به یک جعبه آنتن متصل است که به فرکانس‌های مایکروویو تبدیل می‌شود و روی فرکانس 10 گیگاهرتز به ارسال و دریافت می پردازد. هر مشتری یک لینک اختصاصی دارد، اما دکل فرستنده باید در خط دید باشد (بیشتر این سایت ها بالای تپه هستند).

امنیت 
داکسیس در پایه ای ترین اصول مشخصات استانداردی خود، برای حریم خصوصی، از خدمات امنیتی در لایه کنترل دسترسی رسانه بهره می برد . داکسیس 1.0 از مشخصات استانداردی رابط حریم خصوصی پایه استفاده می کند. BPI بعداً با انتشار مشخصات Baseline Privacy Interface Plus (BPI+) که توسط داکسیس 1.1 و 2.0 استفاده شد، بهبود یافت. اخیراً، تعدادی از پیشرفت‌ها به Baseline Privacy Interface به عنوان بخشی از داکسیس 3.0 اضافه شد و مشخصات استاندارد در این زمینه به «امنیت» تغییر نام داد.

هدف از مشخصات BPI/SEC، توصیف خدمات امنیتی لایه کنترل دسترسی رسانه برای فیبر کواکسیال هیبریدی داکسیس بر روی ارتباطات مودم کابلی است. اهداف امنیتی BPI/SEC دو دسته هستند:

 ارائه حریم خصوصی داده کاربران مودم کابلی در سراسر شبکه کابلی
 ارائه خدمات حفاظتی به اپراتورهای خدمات کابلی (یعنی جلوگیری از دسترسی غیرمجاز مودم ها و کاربران به خدمات لایه کنترل دسترسی رسانه شبکه)

BPI/SEC برای جلوگیری از شنود کاربران کابلی از یکدیگر در نظر گرفته شده است و این کار را با رمزگذاری جریان داده بین سیستم پایانی مودم کابلی و مودم کابلی انجام می دهد. BPI و BPI+ از رمزگذاری استاندارد رمزگذاری داده  56 بیتی استفاده می کنند، در‌حالیکه SEC پشتیبانی از استاندارد رمزگذاری پیشرفته  128 بیتی  را به استاندارد افزوده است. در عین حال، کلید AES نیز توسط یک کلید RSA 1024 بیتی محافظت می شود. 

BPI/SEC در نظر گرفته شده است تا به اپراتورهای خدمات کابلی اجازه دهد از خدمات مودم های کابلی تایید نشده و کاربران غیرمجاز خودداری کنند. BPI+ تقویت و ارتقای احراز هویت را با افزودن گواهی دیجیتال به پروتکل تبادل کلید خود انجام میدهد. در این بین، تبادل کلید با استفاده از زیرساخت کلید عمومی  و تحت نظارت مراجع صدور گواهی دیجیتال (CAs) انجام می شود. در حال حاضر برای استاندارد های داکسیس و یورو-داکسیس، شرکت Excentis (که قبلاً tComLabs نامیده می‌شد) نقش بررسی کننده را برای صدور گواهی دیجیتال بر عهده دارد. به طور معمول، اپراتور خدمات کابلی به صورت دستی آدرس مک مودم کابلی را به حساب مشتری با اپراتور خدمات کابلی اضافه می کند.  و شبکه فقط به یک مودم کابلی اجازه دسترسی می دهد که می تواند آن آدرس مک را با استفاده از یک گواهی معتبر صادر شده از طریق PKI تأیید کند.  BPI در مشخصات استاندارد قبلی (ANSI/SCTE  ) خدمات حفاظتی محدودی داشت. زیرا پروتکل زیرلایه ای مدیریت کلید، مودم کابلی کاربر را اصالت‌سنجی نمی کرد.

در صورتی که تنها ارتباطات مهم تجاری مجاز به استفاده از شبکه باشند و دسترسی کاربران نهایی به شبکه مجدود شود، امنیت در شبکه داکسیس به طور قابل توجهی بهبود خواد یافت. حملات موفقیت‌آمیز اغلب زمانی اتفاق می‌افتند که سیستم پایانی مودم کابلی به جهت سازگاری با مودم‌های اولیه با استاندارد داکسیس 1.1 پیکربندی شده باشد. این مودم‌ها به ذهنیت «نرم‌افزار قابل ارتقا در محل مشتری» ساخته شده بودند، اما شامل گواهی‌های ریشه معتبر داکسیس یا یورو-داکسیس نبودند.

جستارهای وابسته 

 کابل داده
 DOCSIS Set-top Gateway
 اترنت روی کواکس
 سیاهه پهنای باند دستگاه ها
 چند رسانه ای بیش از Coax Alliance
 کابل بسته

مراجع 
پیشنهادهای بخش استانداردسازی مخابرات اتحادیه بین‌المللی مخابرات

پروتکل‌های لایه پیوند
معرفی‌شده‌های مرتبط با مخابرات‌ها در ۱۹۹۷ (میلادی)