Qué es DOCSIS PNM

Qué es DOCSIS PNM y por qué lo necesita

Las herramientas de diagnóstico en una red DOCSIS han sido tradicionalmente parte de una metodología reactiva de reparación de averías, donde se notifica al operador sobre problemas en su planta DESPUÉS de que el servicio para los suscriptores se haya visto afectado. De hecho, a menudo son las quejas de uno o más suscriptores las que incitan al operador a iniciar una búsqueda de la causa de un problema utilizando sus herramientas de diagnóstico.

¿Qué es DOCSIS Proactive Network Maintenance (PNM)?

DOCSIS Proactive Network Maintenance (PNM) es una tecnología diseñada para que los operadores de cable sepan dónde se encuentran las fallas en su planta antes de que el servicio se vea afectado por el suscriptor. DOCSIS PNM se desarrolló inicialmente dentro de CableLabs®. Aprovecha los datos previos a la ecualización de los equipos de las instalaciones del cliente (CPE) para determinar dónde los deterioros en subida de datos, como las micro-reflexiones y el retraso de grupo, están afectando el servicio. Este artículo explica en detalle qué es DOCSIS PMN, cómo funciona la tecnología y por qué PMN puede ser una herramienta invaluable para su personal de mantenimiento.

¿Qué es la pre-ecualización DOCSIS?

Primero, creo que es necesario tomarse un momento para explicar qué es la pre-ecualización (pre-eq) y cómo esa característica importante en el CMTS impulsa la tecnología PNM. Pre-eq se introdujo en DOCSIS 1.1, y se amplió en DOCSIS 2.0, como una forma de compensar los problemas de RF en la planta de cables. Cuando el CMTS ve la señal proveniente de un dispositivo específico del cliente, puede saber si esa señal está distorsionada con problemas como inclinación (tilt), roll-off u ondas estacionarias en el canal. Dado que el CMTS sabe qué está mal con la señal y en qué grado, puede decirle periódicamente al CPE que pre- istorsione su señal para cancelar los efectos de ese deterioro. Básicamente, el CMTS le dice al cable módem que envíe la señal inversa de la recibida originalmente para que cuando la señal pre-ecualizada sea recibida por el CMTS se comporte lo más cerca posible como una señal ideal. De hecho, con solo habilitar la pre-ecualización en el CMTS se puede ver una mejora inmediata de 5 a 10 dB en el parámetro MER aguas arriba.

Puede verse un ejemplo de esto a continuación. La primera imagen muestra una señal ascendente de 6,4 MHz 64-QAM que está experimentando una inclinación significativa. La segunda imagen es cómo se ve la señal la CMTS después de haber sido pre-ecualizada.

Fuente: CableLabs® Mejores Prácticas PNM: HFC Networks (DOCSIS 3.0) CM-GL-PNMP-V03-160725.

¿Acaso la pre-ecualización soluciona los problemas o los oculta?

Como puede ver, activar pre-eq puede marcar una diferencia significativa en la experiencia del suscriptor. Pero, en realidad, no soluciona el problema subyacente que está causando el problema de la señal. Entonces, desde esa perspectiva, es solo una “curita”. La causa del problema todavía está allí, ya sea un conector corroído o suelto en algún lugar, o tal vez una longitud de cable con grietas radiales o roedores. Y, no solo el problema sigue existiendo, sino que cuando pre-eq está activado, las aplicaciones de diagnóstico que normalmente usamos para rastrear el rendimiento del módem no captarán los síntomas de esos problemas. Las métricas sobre las que comúnmente hay alertas, como MER / SNR insatisfactorio, niveles de potencia fuera de especificación, errores de palabras clave (codeword errors) flaps (cable módem conectándose y desconectándose de manera sucesiva) , no serán vistas por el software de diagnóstico porque pre-eq está compensando cualquier deterioro de RF aguas arriba en la planta que esté degradando la señal.

Por supuesto, todo técnico de cable sabe que las fallas en la planta de cables no mejoran mágicamente; y casi siempre empeoran con el tiempo. Habrá un punto en el que pre-eq ya no podrá distorsionar la señal lo suficiente como para compensar, y en ese momento uno o más módems se desconectarán. Además, si un impedimento comienza a volverse aparente, puede presentarse como un problema intermitente. Por ejemplo, puede ocurrir por primera vez solo cuando hay cambios en la temperatura del aire o los niveles de humedad en la planta externa. Sería en esos momentos cuando el servicio se ve afectado intermitentemente y uno o más clientes podrían llamar para quejarse. Eso no solo significa enviar a un técnico después de que el servicio se vea afectado, sino que también puede significar llamadas repetidas si el problema no se puede ver cuando el técnico está realmente allí para solucionar el problema.

¿Cómo funcionan juntos Pre-Eq y DOCSIS PNM?

Es posible que esté pensando en este punto que tal vez activar la pre-ecualización no es una buena idea, ya que puede enmascarar los síntomas de un problema subyacente. Afortunadamente, las herramientas docsis PNM son capaces de observar los coeficientes de pre-ecualización, y al analizar esos datos pueden mostrar qué módems están trabajando más duro para compensar deficiencias como micro-reflexiones y retraso de grupo. Esto le da al operador de cable lo mejor de ambos mundos. Pueden permitir que pre-eq haga lo suyo y proporcione una mejora inmediata del servicio, ya que compensa automáticamente los deterioros ascendentes; y, la aplicación PNM les permite saber de antemano qué dispositivos vigilar, incluso si la señal se ve bien en su sistema de monitoreo basado en SNMP.

¿Qué puede decirle una aplicación DOCSIS PNM?

Según la forma en que el CPE está distorsionando su señal, la aplicación PNM puede decirle la gravedad del deterioro, el tipo de deterioro y su ubicación aproximada en la planta. Por ejemplo, puede ver si el deterioro es un abierto o un corto, si la distorsión es una microrreflexión o un retraso grupal, y qué tan duro está trabajando el módem para superar la falla. También puede ver con bastante rapidez si el problema ocurre en el hogar del suscriptor, cerca de allí (entre el hogar y la derivación del cable), o más lejos algún otro lugar de la planta externa. Incluso puede obtener una estimación de dónde buscar fallas en la línea troncal que afecten a múltiples dispositivos, lo que eventualmente podría causar problemas de servicio para múltiples clientes en el futuro. La aplicación PNM puede decir todo esto analizando tomas digitales y la respuesta de frecuencia en canal del CPE.

¿Qué es una toma digital? (cuando una toma no es una toma)

Cuando los técnicos de cable escuchan la palabra "toma", tienden a pensar en las tomas o derivaciones físicas, en la planta de cables, que se utilizan para conectar un cable de acometida a un cable de línea principal. Una "toma" en el mundo pre-eq es una toma o toma digital que representa un corte o punto de muestreo en la señal y los coeficientes de ecualización. Esos muestreos, o tomas, se pueden ajustar para cancelar la distorsión lineal que ve la CMTS. Puede pensar en estas tomas como los controles deslizantes que vería en un ecualizador gráfico en un sistema de audio, que se utilizan para ajustar diferentes bandas de frecuencia para mejorar la calidad del sonido, o incluso para compensar problemas acústicos en una habitación.

Las tomas digitales utilizadas por pre-eq también están destinados a ajustar la calidad de la señal, en este caso la señal de RF, enviando la respuesta de canal inverso de lo que la CMTS está recibiendo para proporcionar la respuesta de frecuencia óptima. Los dispositivos DOCSIS 1.1 admitían 8 tomas digitales, lo que no le daba mucha granularidad de muestreo o capacidad de ajuste. Eso sería como un ecualizador gráfico para audio que tiene solo ocho controles deslizantes para ajustar el sonido. DOCSIS 2.0 y CPEs superiores tienen 24 tomas que se pueden analizar y ajustar.

A continuación un gráfico de toma digital típico para un módem de cable que se muestra en nuestra aplicación PNM de analizador de pre-ecualización. Si bien algunos de las tomas están elevadas, ninguna ha excedido la línea de umbral rojo, lo que indicaría un problema que debería abordarse.

Solo mirando la respuesta de toma digital para un dispositivo en particular en una aplicación PNM, puede brindarle mucha información. La toma principal es la toma número 8 y se supone que tiene la energía más alta que pasa a través de ella. De hecho, si no hubiera impedimentos que afectaran al dispositivo, entonces toda la energía pasaría a través de la toma 8 y las otras tomas estarían niveladas y planas. Las siete tomas a la izquierda de la toma principal son las tomas pre-principales. Las dieciséis tomas a la derecha de la toma principal son las tomas post-principales. Si las tomas post-principales están elevadas, significa que el CPE está empujando la energía a través de esas tomas para compensar una micro-reflexión. Cuanto más alto está una toma en particular, más energía se envía a través de esa toma para superar la distorsión, lo que significa que cuanto peor es el desajuste de impedancia, peor es la falla real. Las tomas justo a la derecha de la toma principal (como las tomas 9 y 10) indican que el problema está en la casa o cerca de la casa, como en la derivación hacia una acometida de cable. Las tomas que están más a la derecha de la toma principal que tienen valores elevados, indicarían una distancia de reflexión más larga, lo que sería indicativo de un problema más alejado en la planta externa. Cuanto más a la derecha esté una toma elevada de la toma principal, mayor será la distancia de la reflexión. Las tomas a la izquierda de la toma principal que tienen valores elevados indican la presencia de retraso grupal. Las aplicaciones PNM utilizan la relación de las tomas para calcular una distancia aproximada de una cavidad de eco, lo que proporciona a los técnicos una buena idea de dónde buscar la falla.

¿Cuál es la diferencia entre las microrreflexiones y el retraso grupal?

Las microrreflexiones y el retraso grupal son similares. De manera simplificada, la diferencia puede considerarse como el grado de distorsión. Con el retardo de grupo, la falla está causando que algunas señales se retrasen para que lleguen al CMTS más tarde que a otras partes de la señal (nano-segundos después). El retardo de grupo va a ser peor cuando la señal está cerca de los bordes de la banda y donde hay un despliegue de filtro diplex.

Las micro-reflexiones ocurren cuando la falla en subida de datos (uplink) es lo suficientemente mala como para que parte de la señal se refleje aguas abajo, donde luego se encuentra con un dispositivo activo como un amplificador y se refleja aguas arriba hacia el CMTS. En este caso, el CMTS comenzará a procesar la señal principal y luego recibirá la señal reflejada. Esto puede causar ondas estacionarias y degradar el MER. Dependiendo de la gravedad de la reflexión, esto también puede causar errores de palabra clave. Esos errores pueden ser corregibles, pero si el problema es lo suficientemente grave, verá errores de palabras de código no corregibles y el servicio se verá afectado. Las microrreflexiones también pueden ser una causa de retraso grupal. Una vez más, la pre-ecualización de DOCSIS puede compensar hasta cierto punto las microrreflexiones y el retraso de grupo para que no afecten al cliente; y las aplicaciones PNM pueden ayudarlo a localizar la causa subyacente antes de que se vuelvan tan graves que comiencen a afectar el servicio.

Compresión de la Toma Principal (MTC)

Una de las métricas que rastrea una aplicación PNM es la compresión de toma principal. La MTC es la relación de la energía total que pasa a través de todas las demás tomas en relación con la energía en la toma principal. La medida en que la MTC aumenta, puede ser un buen indicador de cuánto espacio queda para que un módem pre-distorsione lo suficiente la señal de RF para compensar un deterioro. Si la MTC alcanza los 2 dB, es probable que el dispositivo ya no pueda compensar el deterioro. Una MTC de 2 dB significa que la CMTS está recibiendo 2 dB menos de potencia de entrada.

Respuesta de frecuencia en canal (ICFR)

Las aplicaciones PNM también analizan la respuesta de frecuencia en canal del módem. La ICFR describe la "planitud" de un canal o rango de frecuencia, y es la diferencia en dB entre el pico de la señal y el valle. El requisito ascendente en DOCSIS de pico a valle para una frecuencia es de 0,5 dB por 1 MHz de frecuencia. Por lo tanto, si un canal tiene un ancho de 6 MHz, necesitaría tener 3 dB de pico a valle o menos para estar dentro de las especificaciones para ICFR. La siguiente imagen de nuestra aplicación PNM muestra la ICFR para un módem por cable antes de la pre-ecualización y después. Puede verse en el gráfico ICFR que la señal original ascendente vista por la CMTS está gravemente deteriorada antes de la pre-ecualización. Después de la pre-ecualización, la señal es casi plana y está bien dentro de la banda verde, lo que indica una buena señal que ahora está siendo recibida por la CMTS.

TDR y vTDR

En una aplicación PNM a menudo se verá una figura TDR y una figura vTDR. Si se habla del método, TDR significa Reflectómetría de Dominio de Tiempo, o Reflectómetro cuando se habla de una herramienta. A menudo, el acrónimo TDR trae a la mente una pieza de equipo de prueba física que se conectaría a la planta de cables. Dispara una señal en la línea buscando y analizando cualquier reflejo para tratar de aislar la gravedad y la ubicación del deterioro. ¿Suena familiar? Sin embargo, uno de los problemas de usar un TDR en el campo es que generalmente interrumpe el servicio a medida que desconecta segmentos de la planta en busca de problemas. Es por eso por lo que PNM es tan poderoso. En lugar de correr por el campo desconectando su planta para encontrar reflejos, PNM utiliza los datos pre-eq del CPE para ver el impacto de la reflexión y estimar la distancia de reflexión. La figura TDR o vTDR en la aplicación le da una idea de la longitud de la cavidad de eco reflectante, lo que puede decirle por dónde comenzar a buscar el problema. En nuestra aplicación PreEqualization Analyzer mostramos una distancia TDR, que estima la distancia reflectante de los problemas en el hogar y cerca del hogar, y la distancia vTDR, que estima la distancia reflectante de los impedimentos más alejados en la planta externa troncal.

Por ejemplo, en la imagen de abajo, verá un gráfico de toma digital de módem por cable con el número de toma 9 elevado por encima de la línea de umbral roja. También se ve una gran oscilación de más de 6 dB en la respuesta de frecuencia en canal (ICFR) en todos los canales, cuando el ICFR óptimo debería ser una línea plana (o al menos dentro del área sombreada en verde). También hay un TDR estimado de 85 a 86 pies en los tres canales aguas arriba.

 
La siguiente tabla de datos para ese mismo dispositivo muestra que la compresión de la toma principal está por encima del estándar DOCSIS de .05 dB, por lo que ha llegado al punto en que la pre-ecualización puede no estar compensando el deterioro. También pueden verse las lecturas de ICFR y TDR en la tabla. La distancia vTDR es cero, lo que indica que no hay un deterioro más allá en la planta que afecte a este dispositivo. También puede verse esto en las tomas digitales en la tabla de arriba, donde ninguna de las tomas más allá de la toma número diez está elevado, lo que también indica que no hay una falla más lejos en la planta que afecte a este dispositivo.

A continuación puede verse cómo la aplicación PNM ha trazado este dispositivo en el mapa con otros módems cercanos y lo ha marcado como rojo, mostrando que está fuera de especificaciones. Los módems cerca de él son verdes. A partir de estos datos de PNM y lo que vemos en el mapa, podemos suponer que esto es probablemente algo así como un conector suelto en algún lugar de la casa o en el hogar.

Reducción del Ingreso en la subida de datos con herramientas PNM

Es importante tener en cuenta que, además de causar problemas de servicio para este suscriptor, la falla que causa este deterioro anterior podría estar permitiendo que se filtre un ruido significativo en la planta aguas arriba, lo que puede causar problemas para otros suscriptores en esa misma dirección. Por ejemplo, nuestra herramienta PNM, PreEqualization Analyzer, tiene una función que puede ayudarlo a rastrear el Ingreso en su ruta de retorno. Se le llama Informe de Módem Intermitente y analiza las variaciones en los niveles de potencia del módem en comparación con los datos de PNM para identificar dispositivos que tienen una alta probabilidad de fuga Ingreso o ruido de impulso en la subida de datos. Estos dispositivos generalmente serán los que probablemente filtren ruido dentro (y fuera) de su planta externa aguas arriba. Esto le permite apuntar a aquellas casas que probablemente sean puntos de Ingreso como su primera prioridad para el mantenimiento proactivo en o cerca de la casa. Alrededor del 90% de los puntos de Ingreso en la planta externa de cable ocurren en el hogar o cerca del hogar, por lo que abordar estos problemas de manera proactiva y metódica se reducirán significativamente el Ingreso en la ruta de retorno y mejorará el servicio para todos los suscriptores. Reducir esos problemas en el hogar y cerca del él también ayuda a mejorar la precisión del algoritmo que determina qué dispositivos están siendo afectados por un impedimento común. Éste es nuestro siguiente tema.

Encontrando impedimentos que afectan a múltiples suscriptores

Las aplicaciones PNM también pueden comparar las lecturas pre-eq de diferentes módems cercanos en el mismo canal. Si existe una fuerte correlación en la firma pre-eq de múltiples módems, eso indicaría que todos esos dispositivos están siendo afectados por un deterioro común. Por ejemplo, puede haber un cable agrietado en la planta externa por donde se ha filtrado humedad, y está causando una micro-relflexión que está afectando a múltiples módems. La cavidad de eco sería la misma distancia para esos dispositivos, por lo que la respuesta de toma digital e ICFR para esos dispositivos se verían muy similares.

La aplicación PNM puede alertarle sobre estos grupos de correlación y mostrar los dispositivos afectados en un mapa. En la captura de pantalla de nuestro PreEqualization Analyzer a continuación, se ve dónde la aplicación ha identificado un grupo de correlación fuerte. Los módems afectados se identifican en el mapa con los pines azul oscuro. También puede ver qué tan similar es la respuesta de frecuencia en canal para todos los dispositivos correlacionados.

Además, la aplicación PNM le dará una longitud aproximada de la cavidad de eco a través de una distancia vTDR. Al observar el último módem correlacionado en el mapa PNM y la distancia vTDR, junto con los activos y pasivos en su planta externa en esa área, tiene mucha información para comenzar su búsqueda de la ubicación de la falla. En el PreEqualization Analyzer también puede cargar mapas digitales de interconexión y superponerlos sobre el mapa PNM, lo que facilita aún más la búsqueda de la fuente del problema.

Como puede verse, DOCSIS Proactive Network Maintenance (PNM) es una poderosa herramienta que ahora está disponible para los operadores de cable, ayudándoles a abordar los problemas en su planta de RF antes de que el servicio al cliente se vea afectado. Menores costos operativos, menos interrupciones no planificadas, una planta de RF más limpia y una mejor experiencia para el suscriptor son solo algunos de los beneficios que verá al usar una aplicación PNM e implementar una metodología proactiva en su iniciativa de mantenimiento.