Remote PHY

Remote-PHY, das auch als R-PHY oder RPHY bezeichnet wird, ist eine bei den Service-Providern beliebte Lösung, die es erlaubt, den hohen Platz-, Energie- und Kühlungsaufwand im Netzwerk-Hub zu verringern. Möglich ist dies, indem die PHY-Layer abgetrennt und an den Glasfaser-Node ausgelagert wird. CableLabs hat die Remote-PHY-Spezifikationen definiert, die als Industriestandard anerkannt sind. Allerdings stellt sich hier die Frage, warum es den oben genannten hohen Aufwand im Hub überhaupt gibt.

Der Grund dafür ist der unersättliche Appetit der Teilnehmer auf immer mehr Bandbreite für solche Dienste wie 4K und IP-Video sowie weitere bandbreitenintensive Angebote. Hinzu kommt, dass in den meisten Haushalten und natürlich Unternehmen heute mehrere Geräte gleichzeitig auf das Netzwerk zugreifen. Da ist es nur verständlich, dass die Service-Provider sich beeilen, Gigabit-Dienste in die Wohnungen und in immer mehr Unternehmen zu bringen.

Um das zu ermöglichen, wird eine exponentielle Anzahl von Node-Splits benötigt, die die Größe der Downstream-Servicegruppen verringern. In manchen Fällen geht es darum, die Anzahl der Nodes in den kommenden fünf Jahren um das Fünf- bis Zehnfache zu erhöhen. Obgleich sich dadurch die Übertragungsrate erhöhen kann, führt das in der Kopfstelle bzw. im Hub zu neuen Problemen. Im Hub werden nämlich immer mehr Platz, Energie und Kühlung benötigt, um die rasant ansteigende Anzahl von Node-Splits aufzunehmen. Remote-PHY bringt hier Entlastung.


Verteilte Zugangsarchitekturen (DAA)

RPHY ist Bestandteil einer größeren Familie von Technologien, die als verteilte Zugangsarchitekturen (DAA) bezeichnet wird und die Überlastung im Hub mindert. Im Allgemeinen virtualisieren DAA-Technologien, wie R-PHY, R-MACPHY und R-CCAP, bestimmte Segmente des Netzwerks und verlagern sie vom Hub dichter an den Teilnehmer heran.

Damit enthalten Hubs nicht länger reihenweise spezielle Geräte und HF-Systeme zum Aufteilen und Zusammenführen von Netzwerken, sondern vielleicht nur noch ein paar optische Schalter und Router, ähnlich wie in Mini-Rechenzentren. Obgleich die Anbieter von Kabeldiensten in gewissem Umfang auch R-MACPHY und R-CCAP eingeführt haben, ist Remote-PHY heute bei weitem die bevorzugte Lösung, da diese Architektur frühzeitig von etablierten Netzwerkausrüstern (NEM) übernommen und ebenfalls frühzeitig von CableLabs standardisiert wurde.


Vorteile von Remote-PHY

RPHY verringert nicht nur den Platz-, Energie- und Kühlungsaufwand im Hub, sondern kommt auch ohne die analoge optische Übertragungsstrecke aus, die nun durch eine gängige digitale 10G-Ethernet-Strecke ersetzt wird. Das bietet deutliche Vorteile für die weitere Modernisierung des Netzwerks. Eine digitale Übertragungsstrecke ist eben einfacher einzurichten und schneller bereitzustellen. Sie ist zuverlässiger und benötigt in der Zukunft weniger Wartung und Personaleinsatz. Auch ermöglichen digitale Links im Vergleich zu den alten amplitudenmodulierten Strecken einen erheblich besseren Signal-/Rauschabstand (SNR) Damit sind im DOCSIS 3.1-Downstream potenziell höhere Modulationsordnungen erzielbar.

Der 10G-Ethernet-Link bietet den Anbieteren eine wirtschaftliche Möglichkeit, später neue Dienste hinzuzufügen. Wenn ein Netzbetreiber für einen nutzungsintensiven Kunden oder ein Kleinunternehmen eine FTTH Verbindung einrichten muss, lässt sich dies mit einer bereits verfügbaren 10G-Ethernet-Strecke sehr kostensparend realisieren. Auch erlaubt der digitale Link längere Glasfaserstrecken im Netzwerk, was die Flexibilität beim Zusammenlegen von Hub-Standorten vergrößert. Wenn die Glasfaser über DAA tiefer in das Kabelnetz hineingeführt wird, fördert das auch N+0-Pläne zur zukünftigen Einführung von Vollduplex-DOCSIS (FDX).


Besondere Testanforderungen für R-PHY

Der Einsatz von Remote-PHY stellt jedoch einige besondere Anforderungen an das Testen dieser Architektur. Das liegt vor allem daran, dass die HF-Zuführung aus dem Hub entfernt wird und damit keine Möglichkeit mehr besteht, an diesen Standorten die entsprechende Test- und Überwachungstechnik einzusetzen. Dieser Aspekt hat direkte Auswirkungen auf solche Funktionen, wie das Überwachen des Rückkanals und Wobbelmessungen, sowie für den Einsatz von Leakage Taggern.

Auch ist es möglich, dass Remote-PHY Taktstörungen zwischen der MAC- und PHY-Layer einfügt, da sich diese Schichten nicht mehr am gleichen Standort befinden. Der durch die räumliche Trennung bedingte größere Abstand erschwert die Sicherstellung einer synchronen Taktung. Wenn die Meldungen des PTP-Protokolls aus gleich welchem Grund verzögert werden, funktioniert die Taktsynchronisierung unter Umständen nicht korrekt, sodass die Upstream-Pakete verschiedener Modems miteinander kollidieren und im Upstream eine hohe BER-Fehlerrate verursachen. Technikern, die nicht über das benötigte Wissen und die richtige Mess- und Prüftechnik verfügen, wird es schwerfallen, diesen Störungstyp zu erkennen.

Obgleich Glasfasern seit langem Bestandteil von HFC-Systemen sind, beschleunigen DAA-Architekturen wie R-PHY die Einführung moderner optischer Technologien, wie das dichte Wellenlängen-Multiplex (DWDM), da die Glasfaser von den analogen optischen Übertragungsstrecken zu digitalen Ethernet-Links migriert werden.

Zum Bereitstellen der R-PHY-Nodes müssen die zuführenden Glasfasern zertifiziert bzw. validiert werden, um sicherzugehen, dass die neu aktivierten DWDM-Wellenlängen vom Hub über alle optischen MUX/DeMUX (Splitter/Kombinierer) einwandfrei bis zum Node übertragen werden. Zudem müssen die DWDM-Kanäle, die die verschiedenen R-PHY-Nodes unterstützen, vorhanden sein und die benötigten optischen Leistungspegel aufweisen. Gleiches gilt für neu verlegte digitale und vorhandene analoge Glasfasern. Auch wenn über die bestehenden Glasfaserstrecken zuvor bereits optische Signale übertragen wurden, dann aber bestimmt nicht bei diesen neuen DWDM-Wellenlängen.

Im Vergleich zu früheren Technologien sind DWDM-Netzwerke komplizierter zu installieren, zu testen und zu warten und ihr Support ist auch auf neue Mess- und Prüftechnik angewiesen. Weitere neue Herausforderungen in Verbindung mit dem Übergang zu R-PHY bestehen darin, dass aufgrund der massiven Zunahme der Anzahl installierter Glasfasern, viel mehr Techniker in der Arbeit mit diesem Übertragungsmedium geschult und entsprechend ausgestattet sein müssen. Die Migration von 10G-Ethernet von den Hubs bzw. Kopfstellen in das Feld stellt ähnliche Herausforderungen. Damit handelt es sich nicht länger um eine Nischen-Technologie, die nur von einer Handvoll Techniker, die mit der Wartung der Hubs/Kopfstellen betraut sind, beherrscht wird. Stattdessen muss jetzt jeder Wartungstechniker geschult und ausgerüstet sein, um Wartungsarbeiten und Fehlerdiagnosen an 10G-Ethernet-Strecken ausführen zu können.

Auch hat Remote-PHY dazu geführt, dass die Netzwerkausrüster (NEM) ihr Angebot ausgebaut haben, sodass einerseits eine umfassendere Auswahl an Geräten zur Verfügung steht, andererseits aber auch eine größere Verwirrung herrscht und die Tests immer komplexer werden. Viele NEMs bieten Spezialtester an, die die Geräte anderer Anbieter nur eingeschränkt unterstützen. Das bedeutet, dass die Techniker in der Nutzung einer breiteren Palette von Tester-Kombinationen geschult und auch entsprechend ausgestattet sein müssen, um auf alle Situationen, die sie vor Ort antreffen können, vorbereitet zu sein und die Wartung und Fehlerdiagnose korrekt ausführen zu können.


Ausschöpfung des Leistungspotenzials der RPU

Offensichtlich stellt die Virtualisierung ausgewählter Leistungsmerkmale des Hubs für Remote-PHY nicht nur neue Herausforderungen, sondern bietet auch Vorteile für die weitere Modernisierung des Netzwerks. Heute kann das R-PHY-Gerät (R-PHY Unit, RPU) verschiedene Aufgaben übernehmen. Es erlaubt unter anderem, die HF-Parameter im Upstream zu überwachen, die Techniker bei der Fehlerdiagnose und -behebung im Feld zu unterstützen sowie Wobbelmessungen am Rückkanal, einschließlich in Verbindung mit Echtzeit-Feldtestern, auszuführen. Auch gewährleistet es die HF-Signalmarkierung (Tagging) im Downstream zur Leckage-Überwachung und Fehlerdiagnose.

Ethernet-Testsysteme, die eigentlich für CATV entwickelt wurden, werden genutzt, um neu eingerichtete RPUs zu validieren und Taktstörungen an Remote-PHY-Nodes, die die MAC-Layer und die PHY-Layer trennen, zu beheben. Die Upstream-Spektrumanalyse, die zuvor von Geräten im Hub durchgeführt wurde, wird jetzt im RPU virtualisiert, sodass diese kritische Funktion auch in einer Remote-PHY-Umgebung gesichert ist.

Weiterhin kann das RPU genutzt werden, um Telemetriesignale von Feld-Wobbelmesstechnik zu empfangen und an diese zu senden, sodass zwischen älteren Knoten und Remote-PHY-Nodes ein einheitlicher Sweep-Prozess gewährleistet ist. In diesem Fall nutzt der Techniker den gleichen Ablauf und das gleiche Messgerät weiter, unabhängig davon, welcher Node-Typ oder welche Technik zur Bereitstellung der Dienste verwendet wird. Damit wird er nicht mehr unnötig mit der Komplexität der zugrundeliegenden Architektur belastet. Auch die Leakage-Tagger-Funktion wird in den Remote-PHY-Nodes virtualisiert, um dieses kritische Leistungsmerkmal zur Wartung des Kabelnetzes auch in der neuen virtualisierten Umgebung nutzen zu können.


Test- und Überwachungslösungen für Remote-PHY

VIAVI hat den Feldtester OneExpert CATV und die Überwachungslösung XPERTrak für Netzwerke, die R-PHY und andere DAA-Technologien einsetzen, entwickelt. Der OneExpert CATV testet sowohl ältere Architekturen als auch virtualisierte Umgebungen, automatisiert die Testausführung und zeigt aussagekräftige Gut-/Schlecht-Ergebnisse in einer Dashboard-Ansicht an. XPERTrak vereinfacht den Übergang zu R-PHY, da diese Lösung es erlaubt, die benötigten kritischen Tests, unter anderem mit Unterstützung der im Feld installierten Tester von VIAVI für das Wobbeln im Rückkanal und das Eindämmen von Störeinstrahlungen (Ingress), weiter auszuführen.

Für Ethernet-Tests in R-PHY-Umgebungen stellen der MTS-5800 und das MAP-2100 beispiellose Leistungsparameter für Feldtests und Überwachung zur Verfügung.

Für das Glasfaser-Segment in der R-PHY-Architektur bieten die 4100 series DWDM OTDR module mit Smart Link Mapper für den MTS-2000, MTS-4000 V2 und MTS-5800, der OCC-56C DWDM Optical Channel Checker und nicht zu vergessen die Faserprüfer, wie die Prüfmikroskope P5000i (auch in Verbindung mit der MTS-Plattform) und FiberChek Probe alle Funktionen, auf die der Techniker angewiesen ist, um neue oder vorhandene Glasfaserstrecken für DWDM-Dienste einzurichten und zu zertifizieren sowie Störungen an diesen zu beheben.

Weitergehende Informationen zu Remote-PHY erhalten Sie im Whitepaper, “Remote PHY Architectures: Operational Challenges and Opportunities”. Hinweise zu Wobbelmessungen für Remote-PHY und DOCSIS 3.1 finden Sie in der Anwendungsbeschreibung “Sweeping in an Evolving Network”.

Die Zeit drängt? Dann empfehlen wir Ihnen diese beiden Webinare. Mit “Remote PHY: Problems Solved, and Problems Created by DAA” und, “Exploring Distributed Access Architectures” können Sie sich in kürzester Zeit mit allen Anforderungen vertraut machen.

Remote PHY Architectures

Remote PHY Architectures

Operational Challenges and Opportunities

R PHY Poster

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Demystifying DAA Turn-Up and Test

Sweeping in an Evolving Network

Sweeping in an Evolving Network

Learn to fix the issues and validate the network performance quickly.

Considering R-PHY?

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Let VIAVI Simplify Your Remote PHY Transition

Exploring Distributed Access Architectures Webinar

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CableLabs, VIAVI, and other industry experts explore improving network efficiency with DAA.