مودم الكابل

تصف مذكرة تجارب الإنترنت (IEN) 96 ^{[ 1 ]} (1979) نظام مودم كابل ترددات لاسلكية مبكر . من الصفحتين 2 و3 من IEN 96:

نظام الكابلات الناقلة

يعتمد نظام MITRE/Washington Cablenet على تقنية طُوّرت في MITRE/Bedford. وتُشغّل أنظمة مماثلة تعتمد على الكابلات في عدد من المواقع الحكومية، مثل مستشفى والتر ريد العسكري ومركز جونسون للفضاء التابع لناسا ، ولكنها جميعًا شبكات مستقلة محلية فقط.

يستخدم النظام كابلات التلفزيون الهوائي المجتمعي (CATV) المحورية القياسية ووحدات واجهة ناقل البيانات (BIUs) القائمة على المعالجات الدقيقة لتوصيل أجهزة الكمبيوتر والمحطات الطرفية الخاصة بالمشتركين بالكابل. ... يتكون ناقل الكابل من كابلين محوريين متوازيين ، أحدهما داخلي والآخر خارجي. يتصل الكابل الداخلي والخارجي من جهة واحدة، وهي المحطة الرئيسية ، ويتم توصيلهما كهربائيًا من الجهة الأخرى. تستفيد هذه البنية من مكونات CATV أحادية الاتجاه المتطورة . ^{[ 2 ]} تتميز البنية بأنها متفرعة (أي تشبه الشجرة ). ...

تحتوي وحدات واجهة الشبكة (BIUs) على مودمات ترددات لاسلكية (RF) تقوم بتعديل إشارة حاملة لنقل المعلومات الرقمية باستخدام 1 ميجاهرتز من عرض النطاق الترددي المتاح في نطاق 24 ميجاهرتز. ويمكن استخدام الجزء المتبقي من عرض النطاق الترددي البالغ 294 ميجاهرتز لنقل قنوات اتصال أخرى ، مثل البث التلفزيوني الأرضي ، أو راديو FM ، أو التلفزيون ذي الدائرة المغلقة ، أو نظام الهاتف الصوتي ، أو قنوات رقمية أخرى. ويبلغ معدل نقل البيانات في نظام الاختبار لدينا 307.2 كيلوبت في الثانية .   

حددت لجنة IEEE 802 10BROAD36 في 802.3b-1985 ^{[ 3 ]} بأنها نظام النطاق العريض IEEE 802.3 بسرعة 10 ميجابت/ثانية، يعمل لمسافة تصل إلى 3600 متر (11800 قدم) عبر كابلات شبكة CATV المحورية. يشير مصطلح " النطاق العريض" في مواصفات IEEE 802.3 الأصلية إلى التشغيل في نطاقات قنوات تقسيم التردد (FDM)، على عكس تعديل النطاق الأساسي الرقمي (المعروف أيضًا بترميز الخط )، الذي يبدأ بالقرب من الصفر هرتز ويمتد لأعلى. لم يتم تطوير معدات 10BROAD36 من قبل العديد من الموردين، ولم يتم نشرها على نطاق واسع في شبكات المستخدمين، مقارنةً بمعدات معايير إيثرنت النطاق الأساسي مثل 10BASE5 (1983) و 10BASE2 (1985) و 10BASE-T (1990)، وغيرها. 

حددت لجنة IEEE 802 أيضًا معيارًا للشبكات الرقمية ذات النطاق العريض CATV في عام 1989 تحت مسمى 802.7-1989 . ^{[ 4 ]} ومع ذلك، مثل 10BROAD36 ، لم يحقق معيار 802.7-1989 نجاحًا تجاريًا يُذكر.

طوّرت شركة Hybrid Networks، وعرضت، وحصلت على براءة اختراع لأول نظام مودم كابل عالي السرعة وغير متماثل في عام 1990. تمثلت إحدى أهم رؤى Hybrid Networks في أنه في بدايات الإنترنت، كان تنزيل البيانات يُشكّل غالبية حركة البيانات، وكان من الممكن تلبية هذا الطلب بكفاءة عالية من خلال شبكة بيانات غير متماثلة (أي قناة بيانات كبيرة للتحميل وقنوات بيانات صغيرة متعددة للرفع). وقد مكّن هذا مشغلي CATV من تقديم خدمات بيانات عالية السرعة فورًا دون الحاجة إلى ترقية مكلفة للنظام. كما كان من أهم ما توصلت إليه الشركة هو إمكانية استخدام نفس وسائط الاتصال أو وسائط مختلفة للاتصالات الصاعدة والهابطة، باستخدام بروتوكولات مختلفة في كل اتجاه، لإنشاء نظام اتصالات مغلق الحلقة. وكانت السرعات والبروتوكولات المستخدمة في كل اتجاه مختلفة تمامًا. استخدمت الأنظمة الأولى شبكة الهاتف العامة (PSTN) لمسار العودة نظرًا لقلة أنظمة الكابلات ثنائية الاتجاه. واستخدمت الأنظمة اللاحقة CATV لمساري الرفع والتنزيل. ولا تزال بنية نظام Hybrid مستخدمة في معظم أنظمة مودم الكابل اليوم.

كانت شركة LANcity من أوائل الشركات الرائدة في مجال مودمات الكابل، حيث طورت نظامًا خاصًا بها انتشر على نطاق واسع في الولايات المتحدة. كانت LANcity بقيادة المهندس الإيراني الأمريكي روزبه ياسيني ، ثم استحوذت عليها شركة Bay Networks . ^{[ 5 ]} بعد ذلك، استحوذت شركة Nortel على Bay Networks . ^{[ 6 ]} في ذلك الوقت، كانت Nortel قد شكلت مشروعًا مشتركًا مع شركة Antec تحت اسم ARRIS Interactive. ^{[ 7 ]} وبسبب الاتفاقيات التعاقدية مع Antec المتعلقة بهذا المشروع المشترك، قامت Nortel بفصل مجموعة LANcity لتأسيس مشروع ARRIS Interactive المشترك. ولا تزال ARRIS تُصنّع مودمات الكابل ومعدات نظام إنهاء مودم الكابل (CMTS) المتوافقة مع معيار DOCSIS .

قدمت شركة زينيث ، بصفتها من أوائل مزودي مودم الكابل، تقنية مودم الكابل باستخدام بروتوكولها الخاص، والذي طرحته عام 1993. استُخدمت تقنية مودم كابل زينيث في العديد من أنظمة تلفزيون الكابل في الولايات المتحدة ودول أخرى، بما في ذلك كوكس كوميونيكيشنز سان دييغو، ونولوجي في جنوب شرق الولايات المتحدة، وخدمة أميريتك أمريكاست (التي بيعت لاحقًا إلى وايد أوبن ويست بعد اندماج إس بي سي وأميتريك)، وكوجيكو في هاميلتون، أونتاريو، وكابلفيجن دو نورد دو كيبيك في فال دور. ^{[ 8 ]} استخدمت زينيث هوم ووركس تقنية مفتاح إزاحة الطور الثنائي لتحقيق سرعة 500 كيلوبت/ثانية في نطاق تردد 600  كيلوهرتز، أو 4 ميجابت/ثانية في  نطاق تردد قناة 6 ميجاهرتز. ^{[ 9 ]}

كانت شركة Com21 من أوائل الشركات الرائدة في مجال مودمات الكابل، وحققت نجاحًا كبيرًا إلى أن أصبحت أنظمتها الاحتكارية قديمة الطراز مع اعتماد معيار DOCSIS. استخدم نظام Com21 وحدة ComController كجسر مركزي في محطات البث التلفزيوني عبر الكابل (CATV)، ومودم كابل ComPort في طرازات مختلفة، ونظام إدارة NMAPS باستخدام منصة HP OpenView . لاحقًا، قدمت الشركة مُضاعِف مسار الإرجاع للتغلب على مشاكل التشويش عند دمج إشارات مسار الإرجاع من مناطق متعددة. كان البروتوكول الخاص بالشركة قائمًا على وضع النقل غير المتزامن (ATM). كان مُبدِّل ComController المركزي نظامًا معياريًا يوفر قناة واحدة للتنزيل (جهاز إرسال) ووحدة إدارة واحدة. يمكن استخدام الفتحات المتبقية لأجهزة استقبال الإرسال (جهازان لكل بطاقة)، ​​وواجهات إيثرنت مزدوجة 10BaseT، ولاحقًا أيضًا واجهات إيثرنت سريعة وATM. أصبحت واجهة ATM الأكثر شيوعًا، نظرًا لدعمها لمتطلبات النطاق الترددي المتزايدة ودعمها لشبكات VLAN . طورت Com21 مودم DOCSIS، لكن الشركة أعلنت إفلاسها في عام 2003 وأغلقت أبوابها. استحوذت شركة ARRIS على أصول DOCSIS CMTS الخاصة بشركة COM21 .

كان نظام CDLP نظامًا خاصًا بشركة موتورولا . وكانت أجهزة عملاء CDLP (CPE) قادرة على استخدام مسارات إرجاع البيانات عبر شبكة الهاتف العامة (PSTN) وشبكة الترددات اللاسلكية (الكابل). واعتُبرت خدمة PSTN "كابلًا أحادي الاتجاه"، وشابهت في العديد من عيوب خدمة الإنترنت عبر الأقمار الصناعية ؛ ونتيجة لذلك، سرعان ما حلّت محلها خدمة "الكابل ثنائي الاتجاه". أما أجهزة مودم الكابل التي استخدمت شبكة كابل الترددات اللاسلكية لمسار الإرجاع، فقد اعتُبرت "كابلًا ثنائي الاتجاه"، وكانت أكثر قدرة على منافسة خدمة خط المشترك الرقمي ثنائي الاتجاه (DSL). ويُعدّ هذا المعيار نادر الاستخدام حاليًا، حيث يستخدمه مزودو الخدمة الجدد، بينما تحوّل إليه مزودو الخدمة الحاليون. ويُعدّ جهاز CyberSURFR الخاص بشركة موتورولا CDLP مثالًا على جهاز صُمّم وفقًا لمعيار CDLP، وهو قادر على توفير سرعة تنزيل قصوى تبلغ 10 ميجابت/ثانية وسرعة رفع قصوى تبلغ 1.532 ميجابت/ثانية . يدعم بروتوكول CDLP عرض نطاق ترددي أقصى للتحميل يبلغ 30 ميجابت/ثانية، والذي يمكن الوصول إليه باستخدام عدة مودمات كابل.

استخدمت شركة BigPond الأسترالية ، المزودة لخدمة الإنترنت، هذا النظام عند بدء اختبارات مودم الكابل عام ١٩٩٦. ولعدة سنوات، كان الوصول إلى الإنترنت عبر الكابل متاحًا فقط في سيدني وملبورن وبريسبان عبر شبكة CDLP. وقد عملت هذه الشبكة بالتوازي مع نظام DOCSIS الأحدث لعدة سنوات. وفي عام ٢٠٠٤، تم إيقاف شبكة CDLP واستبدالها بنظام DOCSIS.

تم أيضًا تطبيق تقنية CDLP لدى شركة تشغيل الكابلات الفرنسية Numericable قبل ترقية شبكة النطاق العريض IP الخاصة بها باستخدام DOCSIS.

تُعدّ كلٌّ من هيئة البث الرقمي للفيديو ( DVB ) ومجلس الصوت والصورة الرقمي (DAVIC) منظمتين أوروبيتين قامتا بتطوير بعض معايير مودم الكابل. ومع ذلك، لم تُعتمد هذه المعايير على نطاق واسع مثل معيار DOCSIS.

في منتصف التسعينيات، شكّلت لجنة IEEE 802 لجنة فرعية (802.14) ^{[ 10 ]} لوضع معيار لأنظمة مودم الكابل. طوّرت اللجنة الفرعية IEEE 802.14 مسودة معيارية قائمة على تقنية ATM . إلا أن فريق عمل 802.14 تم حله عندما دعمت شركات تشغيل أنظمة الاتصالات المتعددة ( MSOs ) في أمريكا الشمالية مواصفات DOCSIS 1.0 الناشئة آنذاك ، والتي كانت تعتمد عمومًا على خدمة "أفضل جهد " وبروتوكول الإنترنت (مع نقاط ترميز إضافية لدعم ATM ^{[ 11 ]} لضمان جودة الخدمة مستقبلًا). كانت شركات تشغيل أنظمة الاتصالات المتعددة مهتمة بنشر الخدمة بسرعة للتنافس على عملاء الوصول إلى الإنترنت عريض النطاق، بدلًا من انتظار العمليات الأبطأ والأكثر تكرارًا وتأملًا للجان تطوير المعايير. كان ألبرت أ. عزام سكرتيرًا لمجموعة عمل IEEE 802.14، ^{[ 12 ]} وكتابه، أجهزة مودم الكابل عالية السرعة ، ^{[ 13 ]} يصف العديد من المقترحات المقدمة إلى 802.14.

على الرغم من أن فرقة عمل هندسة الإنترنت (IETF) لا تُصدر عادةً معايير كاملة لأجهزة مودم الكابل، إلا أنها شكلت فرق عمل ( WGs ) أنتجت معايير متنوعة متعلقة بتقنيات مودم الكابل (بما في ذلك 802.14 وDOCSIS و PacketCable وغيرها). وعلى وجه الخصوص، أنتجت فرق عمل IETF المعنية ببروتوكول الإنترنت عبر شبكة بيانات الكابل (IPCDN) ^{[ 14 ]} وبروتوكول الإنترنت عبر البث الرقمي للفيديو (DVB) ^{[ 15 ]} بعض المعايير القابلة للتطبيق على أنظمة مودم الكابل، لا سيما في مجالات بروتوكول إدارة الشبكة البسيط (SNMP) وقواعد معلومات الإدارة ( MIBs ) لأجهزة مودم الكابل وغيرها من معدات الشبكات التي تعمل عبر شبكات CATV .

في أواخر التسعينيات، تشكّل اتحادٌ من شركات تشغيل الكابلات الأمريكية ، يُعرف باسم "MCNS"، بهدف تطوير مواصفات مفتوحة وقابلة للتشغيل البيني لأجهزة مودم الكابلات. وقد جمع هذا الاتحاد تقنيات من النظامين الاحتكاريين السائدين آنذاك، حيث استعان بالطبقة الفيزيائية من نظام Motorola CDLP وطبقة MAC من نظام LANcity. بعد صياغة المواصفات الأولية، سلّم اتحاد MCNS زمام الأمور إلى CableLabs التي تولّت صيانتها، والترويج لها في مختلف منظمات المعايير (لا سيما SCTE و ITU )، ووضعت برنامجًا لاختبارات الاعتماد لأجهزة مودم الكابلات، وقامت منذ ذلك الحين بصياغة العديد من التعديلات على المواصفات الأصلية.

بينما كانت أجهزة DOCSIS RFI 1.0 المُستخدمة تدعم عمومًا خدمة "أفضل جهد" فقط ، ناقشت وثيقة DOCSIS RFI 1.0 Interim-01 امتدادات وآليات جودة الخدمة (QoS) باستخدام بروتوكولات IntServ و RSVP و RTP وتقنية الهاتف المتزامن (STM) (بدلاً من ATM ). ^{[ 11 ]} أضافت DOCSIS RFI 1.1 ^{[ 16 ]} لاحقًا آليات جودة خدمة أكثر قوة وتوحيدًا إلى DOCSIS. أضافت DOCSIS 2.0 دعمًا لطبقة S-CDMA PHY ، بينما أضافت DOCSIS 3.0 دعمًا لبروتوكول IPv6 ودمج القنوات للسماح لمودم كابل واحد باستخدام أكثر من قناة رفع وأكثر من قناة تنزيل في وقت واحد بالتوازي.

جميع أجهزة مودم الكابلات العاملة حاليًا تقريبًا متوافقة مع أحد إصدارات DOCSIS. ونظرًا للاختلافات بين نظامي PAL الأوروبي و NTSC الأمريكي، يوجد إصداران رئيسيان من DOCSIS، هما DOCSIS وEuroDOCSIS. ويكمن الاختلاف الرئيسي بينهما في عرض نطاق الترددات اللاسلكية: 6  ميجاهرتز في الولايات المتحدة و8  ميجاهرتز في أوروبا. وقد طُوّر إصدار ثالث من DOCSIS في اليابان ، وشهد انتشارًا محدودًا هناك.

على الرغم من أن قابلية التشغيل البيني "كانت الهدف الرئيسي لمشروع DOCSIS"، ^{[ 17 ]} فإن معظم مشغلي الكابلات لا يوافقون إلا على قائمة محدودة للغاية من أجهزة مودم الكابلات على شبكتهم، ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} ويحددون أجهزة المودم "المسموح بها" حسب علامتها التجارية وطرازاتها، وأحيانًا إصدار البرامج الثابتة، وفي بعض الأحيان يذهبون إلى حد فرض إصدار مادي من المودم، بدلاً من مجرد السماح بإصدار DOCSIS مدعوم.

في عام 2004، تأسس تحالف الوسائط المتعددة عبر الكابل المحوري (MoCA) لوضع معايير صناعية للمنازل المتصلة باستخدام الكابلات المحورية الموجودة. وقد طُوّرت هذه المعايير في البداية لشبكات المنازل باستخدام الإصدارين 1.0 و1.1 من MoCA، ثم استمر تطويرها مع الإصدارين 2.0 و2.1 في عام 2010، والإصدار 2.5 في عام 2016.

في عام 2017، قدم تحالف الوسائط المتعددة عبر الكابلات المحورية مواصفات MoCA Access، المستندة إلى معيار MoCA 2.5، والمناسبة لتوفير الوصول إلى شبكات النطاق العريض داخل المباني باستخدام الكابلات المحورية. ^{[ 22 ]} تُوسّع MoCA Access نطاق شبكات MoCA 2.5 المنزلية لتناسب شركات الاتصالات ومزودي خدمات الإنترنت الذين يقومون بتركيب الألياف الضوئية إلى الطابق السفلي/نقطة التوصيل (FTTB/FTTdp) ويرغبون في استخدام الكابلات المحورية الموجودة للتوصيل بكل شقة أو منزل.