Remote phy device module for hybrid fiber-coaxial network based on DOCSIS 4.0 standard

Abstract

У роботі висвітлено дизайн і впровадження модуля RPD (дистанційного PHY-пристрою), який є ключовим компонентом архітектури дистанційного PHY-вузла для гібридних волоконно-коаксіальних (HFC) мереж на основі стандарту DOCSIS 4.0. Розроблення цього модуля забезпечує критичну потребу в підвищенні швидкості передавання даних та ефективності мережі в сучасних широкосмугових системах зв’язку. У дослідженні детально розглянуто інтеграцію протоколів GCP/R-DEPI/R-UEPI у модуль RPD, з використанням передових технологій оброблення пакетів для оптимізації передавання даних між ядром CCAP (Конвергована платформа доступу до кабельних мереж) та кабельним модемом. Запропоновану модель розроблено із використанням програмного забезпечення з відкритим кодом, що забезпечує широку гнучкість для налаштування, адаптації та вдосконалення в різних застосуваннях HFC мереж. Такий підхід також гарантує, що модель можна легко вдосконалити або розширити для задоволення дедалі вищих вимог до широкосмугових мереж наступного покоління. Основну увагу в дослідженні звернено на архітектурний аналіз дистанційного PHY-вузла, зокрема взаємодію між модулем RPD, радіочастотним модулем (RFM) та критичним інтерфейсом, що забезпечують безперебійне передавання даних і стабільність мережі. У ході детальних експериментів та моделювання дослідження вивлено, що впровадження DPDK (Data Plane Development Kit) у модуль RPD істотно підвищує продуктивність. За рахунок обходу традиційного оброблення пакетів на рівні ядра DPDK знижує затримки, збільшує пропускну здатність та підвищує загальну ефективність оброблення мережевих пакетів. Розроблена багаторівнева модель охоплює рівні контексту, контейнера, компонентів та коду, забезпечуючи структуровану та масштабовану основу для реалізації модуля RPD. Крім того, у дослідженні показано, що модуль RPD, реалізований відповідно до стандарту DOCSIS 4.0, забезпечує істотне підвищення безпеки мережі, підтримує розподілену архітектуру доступу та значно підвищує ефективність оброблення пакетів даних. Ці досягнення роблять пропонований модуль RPD ключовим елементом у розвитку HFC мереж наступного покоління. У висновках статті окреслено перспективи майбутніх досліджень, зокрема щодо масштабованості, надійності та адаптивності цієї моделі у великомасштабних мережах, а також її інтеграції з новими технологіями у сфері телекомунікацій.

This paper presents the comprehensive design and implementation of an RPD (Remote PHY Device) module, which serves as a pivotal component within the Remote PHY Node architecture for hybrid fiber-coaxial (HFC) networks based on the DOCSIS 4.0 standard. The development of this module addresses the critical need for enhanced data transmission rates and network efficiency in modern broadband communication systems. The research thoroughly investigates the integration of GCP/R-DEPI/R-UEPI protocols into the RPD module, utilizing advanced packet processing technologies to optimize data transfer between the CCAP (Converged Cable Access Platform) Core and the cable modem. The proposed model is developed using open-source software, providing extensive flexibility for customization, adaptation, and enhancement in various HFC network applications. This approach also ensures that the model can be readily improved or expanded to meet the evolving demands of next-generation broadband networks. A key focus of the study is the architectural analysis of the Remote PHY Node, with particular emphasis on the interaction between the RPD module and the RF Module (RFM), and the critical interfaces that ensure seamless data transmission and network stability. the RPD module results in significant performance improvements. By bypassing the traditional kernelbased packet processing, DPDK reduces latency, increases throughput, and enhances the overall efficiency of network packet handling. The multi-level model developed in this research comprises context, container, component, and code levels, providing a structured and scalable framework for the RPD module's implementation. Furthermore, the study demonstrates that the RPD module, when implemented according to the DOCSIS 4.0 standard, offers substantial improvements in network security, supports a distributed access architecture, and significantly boosts the processing efficiency of data packets. These advancements position the developed RPD module as a critical enabler of next-generation HFC networks. The paper concludes by outlining the potential for future research, particularly in exploring the scalability, robustness, and adaptability of this model in large-scale network deployments, as well as its integration with emerging technologies in the field of telecommunications.