ブロードバンド ケーブル : ケーブル モデム

一部のケーブル モデムが負のタイム オフセットを表示する理由

2005 年 8 月 31 日 - ライター翻訳版
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目次

概要
はじめに
     表記法
     前提条件
     使用されるコンポーネント
タイム オフセットの計算方法
負のタイム オフセット障害を示すケーブル モデムの動作
無効なタイム オフセットによって起きる障害 - ダイナミック マップ アドバンス
初期レンジング時のデータ破壊
負のタイム オフセットの原因となるその他の可能性
関連するシスコ サポート コミュニティ ディスカッション
関連情報

概要

ケーブルモデムのタイム オフセットはレンジング オフセットとも呼ばれ、Cable Modem Termination System(CMTS; ケーブルモデム終端システム)とそれに接続するケーブルモデムとの間のラウンドトリップ遅延を示す値です。この値は、ケーブルモデムがオンラインになるときの初期レンジング処理の一部として、CMTS とケーブルモデムによって計算されます。ケーブルモデムからのアップストリーム伝送が適切な時間に CMTS に到着したとき、それらを正しく同期するためには、CMTS とケーブル モデムが正しいタイム オフセットについて正確に把握していることが重要です。

ケーブル モデムによっては、初期レンジングを実行するときに DOCSIS 仕様の一部に違反したり、負のタイム オフセットや実際の値より著しく小さいタイム オフセットを表示することがあります。ケーブル モデムにゼロや負のタイミング オフセットが表示される場合、これは DOCSIS に完全準拠していません。これは、前回、モデムが不適切にタイミング オフセットを取得したため、オフラインになった後に再度登録を確立する際、そのタイミング オフセットが使用されてしまうことが原因です。この文書には、この障害の原因と、推奨されるアクションが説明されています。障害の原因は、ケーブル モデムの動作によるもので、CMTS ではないことを覚えておくことは重要です。

この障害による多くの有害な影響は、CMTS でケーブル インターフェイスのコマンド cable map-advance static を設定することによって回避できます。しかし、ケーブル モデムのベンダーには、実際に負のタイミングオフセットの障害を修正するために、ケーブル モデム ファームウェアの最新リビジョンを提供する責任があります。

はじめに

表記法

文書の表記法の詳細は、「シスコ テクニカル ティップスの表記法」を参照してください。

前提条件

読者は、CMTS に接続するためにケーブル モデムが完了しなければならない、レンジング処理に関する DOCSIS の基本知識を有する必要があります。

使用するコンポーネント

この文書は特定のソフトウェアやハードウェアのバージョンに限定されるものではありません。

タイム オフセットの計算方法

タイム オフセットは CMTS とケーブル モデム間のラウンドトリップ遅延を表し、通常 4 つの重要な要素によって決定されます。

  • CMTS からケーブル モデムまでの実際の距離

  • ダウンストリーム変調方式とインターリーブ深度

  • アップストリーム変調方式とチャネル幅

  • ケーブル モデムのモデルとファームウェア

指定したケーブル モデムのタイム オフセット値を表示するには、そのケーブル モデムが接続されている CMTS で show cable modem コマンドを実行します。通常のシステムにおけるこのコマンドの出力例を次に示します。

CMTS# show cable modem
 Interface   Prim Online     Timing Rec    QoS CPE IP address      MAC address
             Sid  State      Offset Power
 Cable3/0/U0 2    online     3011    0.75  5   0   10.1.1.52       0001.9659.4461
 Cable3/0/U0 3    online     2647    0.50  7   0   10.1.1.40       0001.9659.5370
 Cable3/0/U0 4    online     3011    0.25  5   0   10.1.1.48       0001.9659.4415
 Cable3/0/U0 5    online     3007    0.25  6   0   10.1.1.11       0001.9659.43fd

タイム オフセットは、DOCSIS 目盛りの 1/64 のユニットで示されます。1 目盛りは 6.25 マイクロ秒と定義されるため、1 つのタイム オフセットは 97.65625 ナノ秒となります。

タイム オフセットは、ケーブル モデムが CMTS に接続するため完了する必要のある、初期レンジング処理の一部として計算されます。タイム オフセットが導出される初期レンジング処理の一部を、下記の図 1 に示します。この図では、この文書と関係のない初期レンジングの少数のコンポートが省略されています。

timingoffset1.gif

図 1

図 1 には 2 つのタイムラインがあります。上のタイムラインは CMTS に基づいたシステム タイムスタンプを示します。下のタイムラインはケーブル モデムに基づいたシステム タイムスタンプを示します。簡単にするために、このタイムラインを 0 からスタートさせ、架空のタイムユニットを使用します。ケーブル モデムは最初、システム タイムスタンプが何であるかを知らないことに注意してください。

現行のタイムスタンプが何であるかを知るためには、ケーブル モデムは CMTS によって送信される、正しいシステム タイムスタンプの付いた SYNC メッセージを待機する必要があります。SYNC メッセージで発生する伝搬遅延が原因で、システム タイムスタンプが 0 であることを伝える SYNC メッセージがケーブル モデムで受信されるまでの間に、CMTS のタイムスタンプが 3 に増加することに注意してください。

図中の次のメッセージは MAP メッセージです。このメッセージは、タイム スタンプ 9 でケーブル モデムに初期レンジング要求を送信するように命令します。ケーブル モデムは、いつ CMTS のタイムスタンプが 9 になるのか分からないため、ケーブル モデムの時計に従ってそのタイムスタンプ 9 で初期レンジング要求を送信します。

CMTS は初期レンジング要求が CMTS タイムスタンプ 9 と 16 の間に到着すると予想します。初期レンジング要求を受け取るのに割り当てられた時間は初期レンジング インターバルと呼ばれ、CMTS とケーブル プラントの最も遠くにあるケーブル モデムとの間の伝搬遅延に対応するため、十分な長さが必要です。

ケーブル モデムはその内部のタイムスタンプが 9 の時に初期レンジング要求を送信しますが、その初期レンジング要求が CMTS に到着するまでに CMTS のタイムスタンプは 15 になります。つまり、CMTS は、このケーブル モデムのタイム オフセットを 15 - 9 = 6 ユニットと計算することができます。

CMTS は、レンジング応答メッセージを送信して、ケーブル モデムにこのタイム オフセット値を伝えます。ケーブル モデムがこのメッセージを受け取ると、次回 CMTS に送信するメッセージに適切なタイム オフセットを追加できるようになります。

下の図 2 に示すとおり、これ以降は、CMTS がケーブル モデムに特定のタイム スタンプでデータを伝送するように命令すると、モデムがタイム オフセットを考慮に入れるようになります。図では、CMTS からケーブル モデムにタイム スタンプ 70 でデータを伝送するように MAP メッセージが送信されています。ケーブル モデムがタイム オフセット 6 を考慮に入れるということは、ケーブル モデムがそのデータを 70 - 6 = 64 のタイム スタンプで伝送するということです。伝送が タイムスタンプ 70 で CMTS に到着することに注目してください。

timingoffset2.gif

図 2

負のタイム オフセット障害を示すケーブル モデムの動作

ケーブル モデムは、何らかの理由でオンライン状態からオフライン状態に切り替わった場合は、初期レンジングを再実行することによって、CMTS に再接続する必要があります。一部のケーブル モデムは、最初のタイミング オフセットを記憶していて、2 回目にオンライン接続するときには、初期レンジングの再実行をしないことがあります。初期レンジングの再実行をしないことで、初期レンジング時間が早まると思うかもしれませんが、実際には、モデムがオンライン状態に戻る時間を短縮することはできません。むしろ、初期レンジング パケットが CMTS に到着する時間が早すぎると、別のモデムからのデータが失われ、CM は再接続に失敗します。初期レンジング パケットが、レンジングの開始とまったく同時に到着した場合には、CMTS のタイム オフセットがゼロとなりますが、接続に適したタイミングにはなりません。

この項では、これらのケーブル モデムがオンラインになる際に どのように DOCSIS 仕様に違反するかについて、詳細を説明します。

図 3 は、モデムで初期レンジングを実行するときに、最初のタイム オフセットを記憶している場合に起こるイベントのシーケンスを示しています。この図では、モデムがオフラインになり再びオンラインになる間に、CMTS とケーブル モデム間での伝搬遅延が変化しないと仮定しています。

timingoffset3.gif

図 3

図中で、ケーブル モデムは、タイムスタンプ 88 で初期レンジング要求を送信するように命令されています。ケーブル モデムは前回のタイム オフセットを記憶しているので、そのレンジグ要求をタイム 88 - 6 = 82 で送信すると決定します。これは、ケーブル モデムからの初期レンジング要求が CMTS にタイムスタンプ 88 で到着することを意味します。その結果、CMTS は、このケーブル モデムのタイム オフセットはゼロであると想定します。次の show cable modem 出力は、MAC アドレス 00ff.de4d.b3ef を持つモデムのがこのような動作をすることを示しています。

CMTS# show cable modem
 Interface   Prim Online     Timing Rec    QoS CPE IP address      MAC address
             Sid  State      Offset Power
 Cable3/0/U0 2    online     3011    0.75  5   0   10.1.1.52       0001.9659.4461
 Cable3/0/U0 3    online     2647    0.50  7   0   10.1.1.40       0020.4001.5370
 Cable3/0/U0 4    online        0    0.00  5   0   10.1.1.57       00ff.de4d.b3ef
 Cable3/0/U0 5    online     3011    0.25  5   0   10.1.1.48       0001.9659.4415

よく知られるとおり、伝搬遅延または HFC ネットワークの遅延は、CMTS とモデム間のファイバおよび同軸の距離を通る光の速度として定義されます。このスピードは温度に左右され、長距離伝播が一般的な HFC ネットワークや精細なタイミング解像度では、1 日に数百回チック単位で変化します。アップストリームまたはダウンストリームパスの伝搬遅延や待ち時間が、モデムがオフラインになり再びオンラインになる間に変化すると、モデムが記憶しているタイム オフセットが無効になります。伝搬遅延が増加し、モデムがオンラインに戻ったときのイベントの発生順序は図 4 のようになります。

timingoffset4.gif

図 4

図 4 では、CMTS はケーブル モデムのタイミング オフセットが 2 であると認識しています。これは、show cable modem 出力で報告されたタイミング オフセットが最小可能ラウンドトリップ時間より短い時間を示すという実際のシナリオを示しています。ケーブル モデムは、1000 よりはるかに少ないタイミング オフセットを報告する場合、図 4 のケーブル モデムのような動作をしている可能性があります。次の show cable modem 出力では、MAC アドレス 00ff.de4d.b3ef のモデムがこのような動作を示します。

CMTS# show cable modem
 Interface   Prim Online     Timing Rec    QoS CPE IP address      MAC address
             Sid  State      Offset Power
 Cable3/0/U0 2    online     3011    0.75  5   0   10.1.1.52       0001.9659.4461
 Cable3/0/U0 3    online     2647    0.50  7   0   10.1.1.40       0020.4001.5370
 Cable3/0/U0 4    online       35    0.00  5   0   10.1.1.57       00ff.de4d.b3ef
 Cable3/0/U0 5    online     3011    0.25  5   0   10.1.1.48       0001.9659.4415

他の可能性として、CMTS とケーブル モデム間のパス伝搬遅延が、モデムがオフラインになり再びオンラインになる間に少しづつ減少する場合があります。図 5 を参照してください。

timingoffset5.gif

図 5

図 5 では、ケーブル モデムのレンジング要求が、初期レンジング インターバルが始まる 2 ユニット前のタイムスタンプ である 86 で CMTS によって受信されたことを示しています。CMTS はまだこのレンジング要求の受信および解読が可能で、CMTS はケーブル モデムのタイミング オフセットが - 2 であると認識します。これは、show cable modem 出力のタイミング オフセットが負の数となる実際のシナリオを示しています。次の show cable modem 出力では、MAC アドレス 00ff.de4d.b3ef のモデムがこのような動作を示しています。

CMTS# show cable modem
 Interface   Prim Online     Timing Rec    QoS CPE IP address      MAC address
             Sid  State      Offset Power
 Cable3/0/U0 2    online     3011    0.75  5   0   10.1.1.52       0001.9659.4461
 Cable3/0/U0 3    online     2647    0.50  7   0   10.1.1.40       0020.4001.5370
 Cable3/0/U0 4    online      -93    0.00  5   0   10.1.1.57       00ff.de4d.b3ef
 Cable3/0/U0 5    online     3011    0.25  5   0   10.1.1.48       0001.9659.4415

無効なタイム オフセットが原因で発生する障害 - ダイナミック マップ アドバンス

負または無効なタイム オフセットを生成するモデムによって起きる主な障害は、ダイナミック マップ アドバンス アルゴリズムの中断です。このアルゴリズムは、Cisco IOS(R) ソフトウェア リリースの 12.0(9)SC、12.1(2)EC1、12.1(1a)、12.1(1a)T 以降を動作する Cisco CMTS 製品では、デフォルトでイネーブルになっています。

ダイナミック マップ アドバンス アルゴリズムは、CMTS から最も遠いケーブル モデムのタイム オフセットを動的に判断し、ケーブル モデムのためのアップストリーム機能を非常に強化します。この情報を使用して、CMTS は、ケーブル モデムがアップストリーム帯域の要求を作成する時間と、CMTS が実際にこの帯域をケーブル モデムに割り当てる時間との間に発生する遅延を低減することができます。

図 6 はダイナミック マップ アドバンス アルゴリズムがどのように最大限のタイミング オフセットを使用するか示します。各ケーブル モデムのラウンドトリップ遅延を図に示します。各モデムに報告されるタイム オフセットを見ることによって、CMTS は最も遠いモデムのタイム オフセットを計算できます。

timingoffset6.gif

図 6 -(図 6 をフラッシュ アニメーションで見る場合は、こちらをクリックしてください。)

CMTS から最も遠いケーブル モデムが負のタイム オフセットの障害を示すと、CMTS はこのケーブル モデムが実際より CMTS の近くにあると認識します。言い換えれば、show cable modem 出力でのこのモデムのタイム オフセットは、実際よりもかなり小さくなるということです。これは、ダイナミック マップ アドバンス アルゴリズムが、すべてのケーブル モデムに対しての最大のラウンドトリップ遅延を計算するまで、CMTS からモデムまでの実際の距離は正しく認識されないことを意味します。このことは、この最も遠いモデムへの接続障害を引き起こします。

図 7 はシステム内の最も遠いケーブル モデムが不正なタイム オフセットを持っている場合を示します。最も遠いモデムの実際のオフセットが 30 でも、報告されるタイム オフセットは - 2 になります。これは、ダイナミック マップ アドバンス アルゴリズムがシステム内の最も遠いモデムはタイム オフセット 20 を持つものだと認識していることを示します。これによって、最も遠いモデムはシステム内のダイナミック マップ アドバンス カットオフ ポイントを越えて配置されます。

timingoffset7.gif

図 7 -(図 7 をフラッシュ アニメーションで見る場合は、こちらをクリックしてください。)

Cisco IOS の 12.0(10)SC、2.1(2)EC1、2.1(2)、2.1(2)T 以降のバージョンには、ダイナミック マップ アドバンス アルゴリズムを負のタイムオフセットを持つケーブル モデムから保護する機能があります。ケーブル モデムが、負のタイム オフセットでオンラインになったときは、CMTS は次のフォームでエラー メッセージをログに残します。

%UBR7200-4-BADTXOFFSET: Bad timing offset -2 detected for cable modem 00ff.0bad.caf3

このメッセージが CMTS に表示された場合は、モデムのベンダーに連絡をして障害を表示しないファームウェアのバージョンを確認してください。

負のタイム オフセット障害を示すケーブル モデムが接続の維持を確実にするには、CMTS に接続しているすべてのケーブル モデムが DOCSIS 準拠のファームウェアを起動するまで、ダイナミック マップ アドバンス アルゴリズムをオフにする必要があるかもしれません。特定のダウンストリーム ポートで必要なダイナミック マップ アドバンス をディセーブルにするには、CMTS で次のコマンドを入力します。

CMTS# conf t
 Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
 CMTS(config)# interface cable 3/0      
 !-- 影響するケーブルのインターフェイスを指定します。
 
 CMTS(config-if)# cable map-advance static
 CMTS(config-if)# end
 CMTS#

ダイナミック マップ アドバンスがオフになっていることを確認するには、「show controller cable X/Y upstream Z」の出力の「Map Advance(Static)」の行を見ます。X/Y はケーブル ダウンストリーム ポートの番号で Z はアクティブなアップストリーム ポートです。

CMTS# show controller cable 3/0 upstream 0
  Cable3/0 Upstream 0 is up
   Frequency 25.008 MHz, Channel Width 1.600 MHz, QPSK Symbol Rate 1.280 Msps
   Spectrum Group is overridden
   SNR 33.640 dB
   Nominal Input Power Level 1 dBmV, Tx Timing Offset 2817
   Ranging Backoff automatic (Start 0, End 3)
   Ranging Insertion Interval automatic (60 ms)
   Tx Backoff Start 0, Tx Backoff End 4
   Modulation Profile Group 1
   Concatenation is enabled
   part_id=0x3137, rev_id=0x03, rev2_id=0xFF
   nb_agc_thr=0x0000, nb_agc_nom=0x0000
   Range Load Reg Size=0x58
   Request Load Reg Size=0x0E
   Minislot Size in number of Timebase Ticks is = 8
   Minislot Size in Symbols = 64
   Bandwidth Requests = 0x2F
   Piggyback Requests = 0x22
   Invalid BW Requests= 0x0
   Minislots Requested= 0x50D
   Minislots Granted  = 0x50D
   Minislot Size in Bytes = 16
   Map Advance (Static) : 3480 usecs
   UCD Count = 122
   DES Ctrl Reg#0 = C000C043, Reg#1 = 0

ダイナミック マップ アドバンスが無効になると、「BADTXOFFSET」エラー メッセージ を受信しますが、ケーブル モデムは接続を維持しています。

初期レンジング時のデータ破壊

図 5 に示すように、負のタイムオフセットを示すケーブル モデムは、正常な時間の前に初期レンジング要求を伝送することがあります。これら早期の伝送は、別のケーブル モデムから送信されているデータを干渉する可能性があります。これは初期レンジング要求と別のケーブル モデムから送信されたデータの両方が破壊または損失されることを意味します。

最悪のシナリオでは、負のタイム オフセットを示すケーブル モデムが初期レンジング要求を数秒ごとに伝送し、別のモデムからの有効なデータ伝送に上書きします。このような動きをするモデムが 1 つだけの場合は大きな障害にはなりませんが、いくつかのモデムがこのような動きをする場合は大量のデータ損失の原因となります。

この障害を解決するには、ケーブル モデムのベンダーに連絡し、負のタイム オフセットの障害のないファームウェアのバージョンを確認してください。CMTS には、この障害を回避できる設定はありません。

負のタイム オフセットの原因となるその他の可能性

負のタイム オフセットの非常にまれな原因は、複数の CMTS デバイスが 1 本のケーブルを共有している場合です。2 つの CMTS が特定のケーブル セグメント用に同一のアップストリーム周波数で設定されている場合、1 つの CMTS が他の CMTS に接続するケーブル モデムからの初期レンジング要求を感知する可能性があります。この初期レンジング要求は初期レンジング インターバルの間にランダムな回数感知される可能性があるため、無効なケーブル モデムのタイム オフセットが計算されます。

この障害の一般的な症状は show cable modem コマンドで、負、非常に小さな正、または非常に大きな正のタイムオフセットのいずれかで、「offline」または「init(r1)」の状態のケーブル モデムの数が表示されることです。次の出力例では、このカテゴリに分類されるモデムは太字で表示されています。

CMTS# show cable modem
 Interface   Prim Online     Timing Rec    QoS CPE IP address      MAC address
             Sid  State      Offset Power
 Cable3/0/U0 1    online     2801   -0.50  5   0   10.1.1.44       0001.9607.3831
 Cable3/0/U0 2    offline     103    0.75  5   0   10.1.1.52       0001.9659.4461
 Cable3/0/U0 3    online     2647    0.50  7   0   10.1.1.40       0020.4001.5370
 Cable3/0/U0 4    init(r1)    -93    0.00  5   0   10.1.1.57       00ff.de4d.b3ef
 Cable3/0/U0 5    online     3091    0.25  5   0   10.1.1.48       0001.9659.4415
 Cable3/0/U0 6    online     2811    1.25  5   0   10.1.1.24       0002.fdfa.0a35
 Cable3/0/U0 7    offline   17291    1.00  5   0   10.1.1.33       0050.7366.1fb9
 Cable3/0/U0 8    online     2816    1.00  5   0   10.1.1.11       0001.9659.43fd

SID 2 のモデムは 1000 よりはるかに少ないタイミング オフセットを示し、SID 4 のモデムは負のタイム オフセットを示し、SID 7 のモデムは他のモデムよりはるかに大きなタイミング オフセットを示します。

この障害を解決する方法は、異なるアップストリーム周波数をそれぞれの CMTS に使用することです。同一ケーブル セグメント上の 2 つのデバイスは、同時に同じアップストリーム周波数を使用できません。しかし、2 つのデバイスが、それぞれ物理的に異なるケーブル セグメントに接続していれば、同時に同じアップストリーム周波数を使用できます。


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