DOCSIS
DOCSISData Over Cable Service Interface Specification(DOCSIS)은 기존의 Cable Television(CATV) 시스템에 고대역폭 데이터 전송을 추가할 수 있는 국제 전기통신 표준입니다.많은 케이블 TV 사업자가 기존의 하이브리드 Fiber-Coaxial(HFC; 광섬유 동축) 인프라스트럭처를 통해 케이블인터넷 접속을 제공하기 위해 사용합니다.
인터넷 프로토콜 스위트 |
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응용 프로그램레이어 |
트랜스포트 레이어 |
인터넷 레이어 |
링크 레이어 |
역사
DOCSIS는 원래 CableLabs, BigBand Networks, Broadcom, Cisco, Comcast, Conexant, Correlant, Cox, Harmonic, Intel, Motorola, Netgear, Terayon, Time Warner Cable 및 Texas [1][2][3]Instruments를 포함한 Cable Labs에 의해 개발되었습니다.
버전
- DOCSIS 1.0
- 1997년 3월에 출시된 DOCSIS 1.0에는 이전 전용 케이블모뎀의 [4]기능 요소가 포함되어 있습니다.
- DOCSIS 1.1
- 1999년 4월에 발매된 DOCSIS 1.1은 DOCSIS [5]1.0에서 개략적으로 설명한Quality of Service(QoS) 메커니즘을 표준화하고 있습니다.
- DOCSIS 2.0(약칭 D2)
- 2001년 12월에 출시된 DOCSIS 2.0은 IP 텔레포니 등의 대칭 서비스에 대한 수요 증가에 따라 업스트림 데이터 레이트를 확장했습니다.
- DOCSIS 3.0(약자 D3)
- 2006년 8월에 출시된 DOCSIS 3.0에서는 데이터 레이트가 대폭 향상(업스트림과 다운스트림 모두)되어 Internet Protocol version 6(IPv6) 지원이 도입되었습니다.
- DOCSIS 3.1
- 2013년 10월에 처음 출시되어 여러 번 업데이트 된 DOCSIS 3.1 사양 스위트는 4096 QAM을 사용하여 최대 10Gbit/s 다운스트림 및 1Gbit/s 업스트림 용량을 지원합니다.새로운 사양은 6MHz 및 8MHz 폭 채널 간격을 없애고 대신 더 좁은(25kHz 또는 50kHz 폭) 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 서브캐리어를 사용했습니다.이러한 서브캐리어는 블록 스펙트럼 내에서 결합되어 약 200MHz [6]폭에 이를 수 있습니다.또한 DOCSIS 3.1 테크놀로지에는 케이블업계의 에너지 소비를 줄일 수 있는 전원 관리 기능과 버퍼 [8]블러트를 저감하는 DOCSIS-PIE[7] 알고리즘도 포함되어 있습니다.미국에서 광대역 통신사 컴캐스트는 2016년 2월 자사의 설치 면적 내 일부 도시에서 [9]연말 전에 DOCSIS 3.1을 이용할 수 있을 것이라고 발표했다.2016년 말, 미디어콤은 DOCSIS 3.1 [10]플랫폼으로 완전히 전환한 최초의 미국 주요 케이블 회사가 될 것이라고 발표했다.
- DOCSIS 4.0
- DOCSIS 3.1이 업스트림 방향과 다운스트림 방향 모두에서 케이블플랜트의 풀 스펙트럼(0MHz~1.8GHz)을 동시에 사용할 수 있도록 개선되었습니다.이 테크놀로지는 DOCSIS 3.1과의 하위 호환성을 유지하면서 멀티 기가비트 대칭 서비스를 가능하게 합니다.[11]CableLabs는 2017년 10월에 완전한 사양을 발표했습니다.이전에는 DOCSIS 3.1 전이중으로 브랜드가 되어 있었지만, 이러한 테크놀로지는 DOCSIS [12]4.0의 일부로서 브랜드 변경되고 있습니다.
비교
1994년에 802.14는 HFC에 대한 미디어 액세스컨트롤을 개발하기 위해 인가되었습니다.1995년, 멀티미디어 케이블 네트워크 시스템(MCNS)이 형성되었습니다.원래 파트너는 TCI, Time Warner Cable, Comcast, 그리고 Cox였다.나중에, 콘티넨탈 케이블과 로저스가 그 그룹에 합류했다.1996년 6월, SCTE는 데이터 표준 소위원회를 구성해 케이블 플랜트상의 고속 데이터에 관한 국가 표준의 확립에 착수했습니다.1997년 7월: SCTE DSS는 문서 DSS 97-2에 대해 찬성표를 던졌다.이 표준은 기존의 DOCSIS 사양에 기초하고 있습니다.이 표준은 국제전기통신연합 전기통신 표준화 부문(ITU-T)에도 제출되어 ITU-T J.112 Annex B로 채택되었다.
DOCSIS 버전[13] | 생산일자 | 최대 다운스트림 용량 | 최대 업스트림 용량 | 특징들 |
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1.0 | 1997 | 40 Mbit/s | 10 Mbit/s | 초기 릴리즈 |
1.1 | 2001 | VOIP 기능과 QoS 메커니즘 추가 | ||
2.0 | 2002 | 30 Mbit/s | 확장 업스트림 데이터 레이트 | |
3.0 | 2006 | 1 기가비트/초 | 200 Mbit/s | 다운스트림 및 업스트림 데이터 레이트의 대폭 증가, IPv6 지원 도입, 채널 본딩 도입 |
3.1 | 2013 | 10 기가비트/초 | 1 ~ 2 기가비트/초 | 다운스트림 및 업스트림 데이터 레이트의 대폭 증가, 채널 사양의 재구축 |
4.0 | 2017 | 6 기가비트/초 | DOCSIS 3.1에서 업스트림환율이 대폭 향상되었습니다. |
유럽의 대안
주파수 할당 대역폭 계획은 미국과 유럽의 CATV 시스템 간에 다르기 때문에 3.1보다 이전 DOCSIS 표준은 유럽에서 사용하기 위해 변경되었습니다.이러한 변경은 EuroDOCSIS라는 이름으로 발행되었습니다.유럽 케이블TV는 8MHz RF 채널 대역폭의 PAL/DVB-C 규격에 준거하고 북미 케이블TV는 채널당6MHz를 지정하는 NTSC/ATSC 규격에 준거하고 있기 때문에 대역폭의 차이가 존재합니다.EuroDOCSIS 아키텍처의 채널 대역폭이 넓기 때문에 다운스트림 데이터 경로(사용자 측)에 더 많은 대역폭을 할당할 수 있습니다.EuroDOCSIS 인증 테스트는 벨기에 기업 Excentis(옛 tComLabs)에 의해 실행되며 DOCSIS 인증 테스트는 CableLabs에 의해 실행됩니다.통상, 고객의 사내 기기는 「인증」을 취득해, CMTS 기기는 「자격」을 취득합니다.
국제 표준
ITU Telecommunication Standardization Sector(ITU-T)는 다양한 버전의 DOCSIS를 국제 표준으로 승인했습니다.DOCSIS 1.0은 ITU-T 권고 J.112 Annex B(1998)로 비준되었지만 ITU-T 권고 J.112 Annex B(2001)로 비준된 DOCSIS 1.1로 대체되었습니다.그 후 DOCSIS 2.0은 ITU-T Recommendation J.122로 비준되었습니다.최근 DOCSIS 3.0은 ITU-T 권고 J.222(J.222.0, J.222.1, J.222.2, J.222.3)로 비준되었습니다.
주의: ITU-T 권고 J.112 Annex B는 DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1에 대응하고 있습니다만, Annex A는 ATM 전송 표준에 근거하는 이전의 유럽 케이블모뎀 시스템(DVB EuroModem)에 대해 설명하고 있습니다.Annex C에서는 일본 케이블시스템에서 동작하도록 설계된 DOCSIS 1.1의 배리언트에 대해 설명합니다.ITU-T 권고 J.122 본문은 DOCSIS 2.0, J.122 Annex F는 EuroDOCSIS 2.0, J.122 Annex J는 DOCSIS 2.0(부속문서 C와 유사)에 대응하고 있습니다.
특징들
DOCSIS는 Open Systems Interconnection(OSI) 레이어1 및 2(물리층 및 데이터 링크층)에서 이용할 수 있는 다양한 옵션을 제공합니다.
물리층
- 채널 폭:
- 다운스트림:3.1 이전 버전의 DOCSIS는 모두 6MHz 채널(북미 등) 또는 8MHz 채널("EuroDOCSIS") 중 하나를 사용합니다.DOCSIS 3.1은 다운스트림에서 [14]최대 192MHz의 채널 대역폭을 사용합니다.
- 업스트림: DOCSIS 1.0/1.1은 200kHz ~ 3.2MHz 범위의 채널 폭을 지정합니다.DOCSIS 2.0 및 3.0은 6.4MHz를 지정하지만 하위 호환성을 위해 더 빠르고 좁은 채널 폭을 사용할 수 있습니다.DOCSIS 3.1은 업스트림에서 최대 96MHz의 채널 대역폭을 사용합니다.
- 변조:
- 다운스트림:3.1 이전의 모든 버전의 DOCSIS에서는 다운스트림데이터의 변조에 64레벨 또는 256레벨의 QAM(64-QAM 또는 256-QAM)을 사용하도록 규정되어 있습니다.또, 6 MHz 채널 동작에 대해서는 ITU-T J.83-Annex B 표준을[15], 8 MHz 변조에는 DVB-C를 사용합니다.DOCSIS 3.1에서는 16-QAM, 128-QAM, 512-QAM, 1024-QAM, 2048-QAM 및 4096-QAM이 추가되어 옵션으로 8192-QAM/16384-QAM이 지원됩니다.
- 업스트림:반면 quadrature, 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM이 DOCSIS2.0표시되 사용된다 올해에는 실험성 강한 데이터 DOCSIS1.x,;3.0. DOCSIS2.0표시되고, 3.0또한 S-CDMA 모드( 가지고 효율적인 파장 효율 등가의 그것에 64-QAM)에 시렁 코딩되어 변조와 128-QAM을 지지한다. DOCSIS3.1quadrature에서 데이터 변조를 지원하 quadrature또는16-level 직각 진폭 변조(16-QAM)를 사용한다.까지1024-QAM (옵션으로 2048-QAM 및 4096-Q 지원)오전.
데이터 링크 레이어
- DOCSIS는 업스트림 전송에 대해 결정론적 접근 방식, 특히 DOCSIS 1.0/1.1의 TDMA와 DOCSIS 2.0 및 3.0의 TDMA와 S-CDMA를 혼재시키고 대역폭 요구에 대한 경합을 제한합니다.이 때문에 DOCSIS 시스템에서는 경합 기반의 MAC CSMA/CD가 오래된 이더넷시스템에서 채용되고 있는 것과는 달리 비교적 충돌이 거의 발생하지 않습니다(물론 스위치드이더넷에서는 경합이 발생하지 않습니다).
- DOCSIS 1.1 이후에서는 데이터 레이어에는 Voice over IP 등 저지연 등의 특정 트래픽 요건을 가진 애플리케이션을 효율적으로 지원하는 데 도움이 되는 광범위한 Quality-of-Service(QoS; 서비스 품질) 기능도 포함되어 있습니다.
- DOCSIS 3.0에는 채널본딩 기능이 있습니다.이를 통해 1명의 [16]가입자가 여러 다운스트림채널과 업스트림채널을 동시에 사용할 수 있습니다.
스루풋
DOCSIS 표준의 첫 번째 3가지 버전은 6MHz 채널당 최대 42.88 Mbit/s의 256-QAM(오버헤드 후 약 38 Mbit/s), EuroDOCSIS의 경우 8MHz 채널당 55.62 Mbit/s(오버헤드 후 약 50 Mbit/s)의 다운스트림스루풋을 지원합니다.가능한 업스트림스루풋은 6.4MHz 채널당 30.72Mbit/s(오버헤드 후 약 27Mbit/s) 또는 3.2MHz 채널당 10.24Mbit/s(오버헤드 후 약9Mbit/s)입니다.
DOCSIS 3.1은 4096-Q의 다운스트림스루풋을 지원합니다.192MHz OFDM 채널당 최대 1.89 Gbit/s의 AM 및 25kHz 서브캐리어 간격.가능한 업스트림스루풋은 96MHz OFDMA [17]채널당 0.94 Gbit/s입니다.
네트워크층
- DOCSIS 모뎀은 Internet Protocol(IP) 주소를 통해 관리됩니다.
- 「DOCSIS 2.0 + IPv6」사양에서는, DOCSIS 2.0 모뎀의 IPv6 를 펌 웨어의 업그레이드를 [18][19]개입시켜 서포트할 수 있었습니다.
- DOCSIS 3.0 에서는 IPv6 [16]에서의 관리가 추가되었습니다.
스루풋
오버헤드를 포함한 최대 미가공 스루풋(오버헤드 후의 최대 페이로드 스루풋).테이블에서는 DOCSIS 3.0 및 4096-Q에서의 다운스트림의 경우 256-QAM, 업스트림의 경우 64-QAM 변조를 상정하고 있습니다.DOCSIS 3.1에서의 OFDM/OFDMA(최초의 다운스트림/업스트림 방식)의 AM 변조.단, 실제 데이터 레이트는 SNR에 따라 가변 변조되기 때문에 낮아질 수 있습니다.높은 데이터 레이트는 가능하지만 높은 다운스트림 변조 오류율(MER)을 필요로 하는 고차 QAM 방식이 필요합니다.DOCSIS 3.1은 최대 8192-QAM/16,384-QAM을 지원하도록 설계되었지만 최대 4096-Q만 지원합니다.최소 DOCSIS 3.1 표준을 충족하려면 AM이 필수입니다.
버전 | 다운스트림 | 업스트림 | |||||||||
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채널 설정 | DOCSIS 스루풋(Mbps) | EuroDOCSIS 스루풋(Mbps) | 채널 설정 | 스루풋(Mbps) | |||||||
최소 선택 가능한 채널 수 | 하드웨어에서 지원해야 하는 최소 채널 수 | 선택한 채널 수 | 최대 채널 수 | 최소 선택 가능한 채널 수 | 하드웨어에서 지원해야 하는 최소 채널 수 | 선택한 채널 수 | 최대 채널 수 | ||||
1.x | 1 | 1 | 1 | 1 | 42.88 (38) | 55.62 (50) | 1 | 1 | 1 | 1 | 10.24 (9) |
2.0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 42.88 (38) | 55.62 (50) | 1 | 1 | 1 | 1 | 30.72 (27) |
3.0 | 1 | 4 | m | 정의되어 있지 않다 | m × 42.88 (m × 38) | m × 55.62 (m × 50) | 1 | 4 | n | 정의되어 있지 않다 | n × 30.72 (n × 27) |
3.1 | OFDM 채널x 1 또는 SC-QAM 채널x 1 | 2 OFDM 채널 그리고. 32 SC-QAM 채널 | 마1 마2 | 정의되어 있지 않다 | OFDM 채널 대역폭(MHz)에 따라 다름 플러스 m2 × 42.88 (m2 × 38) | OFDM 채널 대역폭(MHz)에 따라 다름 플러스 m2 × 55.62 (m2 × 50) | OFDMA 채널x 1 또는 SC-QAM 채널x 1 | OFDMA 채널x 2 그리고. SC-QAM 채널x 8 | n1 n2 | 정의되어 있지 않다 | OFDMA 채널 대역폭(MHz)에 의존 플러스 n2 × 30.72 (n2 × 27) |
DOCSIS 3.0의 경우 결합된 채널 수에 대한 이론상 최대 스루풋을 다음 표에 나타냅니다.
채널 수 | 다운스트림 스루풋 | 업스트림 스루풋 | ||
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다운스트림 | 업스트림 | DOCSIS | EuroDOCSIS | |
4 | 4 | 171.52 (152) Mbit/s | 222.48 (200) Mbit/s | 122.88 (108) Mbit/s |
8 | 4 | 343.04 (304) Mbit/s | 444.96 (400) Mbit/s | |
16 | 4 | 686.08 (608) Mbit/s | 889.92 (800) Mbit/s | |
24 | 8 | 1029.12 (912) Mbit/s | 1334.784(1200) Mbit/s | 245.76 (216) Mbit/s |
32 | 8 | 1372.16 (1216) Mbit/s | 1779.712(1600) Mbit/s |
케이블 시스템이 지원할 수 있는 채널의 수는 케이블시스템의 설정 방법에 따라 달라집니다.예를 들어 각 방향에서 사용 가능한 대역폭의 양, 업스트림 방향에서 선택된 채널의 폭 및 하드웨어 제약에 따라 각 방향에서 채널의 최대량이 제한됩니다.또한 많은 경우 DOCSIS 캐퍼시티는 여러 사용자 간에 공유되기 때문에 대부분의 케이블 회사는 과도한 사용 시 폭주를 줄이기 위해 상용 제품으로 사용할 수 있는 최대 기술 캐퍼시티를 판매하지 않습니다.
모든 버전의 DOCSIS에서 최대 다운스트림 대역폭은 사용되는 DOCSIS 버전 및 DOCSIS 3.0을 사용하는 경우 사용되는 업스트림채널 수에 따라 다르지만 업스트림채널 폭은 DOCSIS 또는 EuroDOCSIS 중 어느 쪽을 사용하는지와는 무관합니다.
업스트림
북미의 기존 DOCSIS 업스트림에서는 5~42MHz 주파수 범위가 사용됩니다.5~65MHz 범위는 EuroDOCSIS에서 사용됩니다.이는 '로우 스플릿' 또는 '서브 스플릿' 설계로 알려져 있으며, 총 108 Mbps의 업스트림 공유 용량이 가능합니다(4개의 SC-QAM 업스트림채널을 [20]상정).
최근 케이블 [when?]사업자들은 업스트림 전용 대역폭을 늘리기 시작했습니다.가장 일반적인 두 가지 옵션으로는 "중간 분할" 또는 "상위 분할"[21]이 있습니다.
미드 스플릿은 업스트림 주파수 범위를 5~85MHz로 증가시켜 총 공유 업스트림캐퍼시티를 450Mbps까지 지원합니다(4개의 SC-QAM + OFDMA [22]채널로 상정).
하이 스플릿을 사용하면 업스트림 주파수 범위가 5 ~204MHz로 증가하여 최대 1.5Gbps의 공유 업스트림캐퍼시티를 지원합니다(4개의 SC-QAM + OFDMA [22]채널로 가정).
전이중(FDX) 구성과 확장 스펙트럼 DOCSIS(ESD) 구성의 DOCSIS 4.0은 5Gbps를 [23]초과하는 업스트림 속도를 지원합니다.
장비.
DOCSIS 아키텍처에는 고객 구내에 있는 케이블모뎀과 CATV 헤드엔드에 있는 Cable Modem Termination System(CMTS; 케이블모뎀 종단 시스템)의 2개의 주요 컴포넌트가 있습니다.온디맨드 프로그래밍을 지원하는 케이블시스템은 하이브리드 광섬유 동축 시스템을 사용합니다.광섬유 회선은 시스템 내의 노드에 디지털 신호를 전송하여 RF 채널로 변환하고 동축 트렁크 [citation needed]회선의 모뎀 신호로 변환합니다.
고객 PC 및 관련 주변기기는 Customer-Premises Equipment(CPE; 고객사 기기)라고 불립니다.CPE는 케이블모뎀에 접속되며 케이블모뎀은 HFC 네트워크를 통해 CMTS에 접속됩니다.다음으로 CMTS는 HFC와 인터넷 간에 트래픽을 라우팅합니다.케이블 오퍼레이터(또는 Multiple Service Operators(MSO))는 CMTS를 사용하여 케이블모뎀 설정을 완전히 제어합니다.다양한 회선 조건 및 고객 서비스 [citation needed]요건에 맞게 CM 설정이 변경됩니다.
DOCSIS 2.0은 Digiweb에 의해 아일랜드에서 HFC 네트워크가 아닌 전용 무선 링크를 사용하여 마이크로파 주파수(10GHz)를 통해 사용되기도 합니다.각 가입자 시설에서 일반 CM은 마이크로파 주파수와 변환하여 10GHz로 송수신하는 안테나 박스에 접속된다.각 고객에게는 전용 링크가 있지만 송신기 마스트가 가시권에 있어야 합니다(대부분의 사이트는 [24]힐탑입니다).
DOCSIS 아키텍처는 미국에서 [citation needed]2.5~2.7GHz Multichannel Multipoint Distribution Service(MMDS) 마이크로파 대역을 사용하는 기기를 사용하는 고정 무선에도 사용됩니다.
보안.
DOCSIS에서는 베이스라인 프라이버시인터페이스 사양에 Media Access Control(MAC; 미디어 액세스컨트롤) 레이어 보안 서비스가 포함되어 있습니다.DOCSIS 1.0은 초기 Baseline Privacy Interface(BPI; 베이스라인 프라이버시인터페이스) 사양을 사용했습니다.BPI는 이후 DOCSIS 1.1 및 2.0에서 사용되는 Baseline Privacy Interface Plus(BPI+) 사양의 릴리스로 개선되었습니다.최근에는 DOCSIS 3.0의 일부로 베이스라인 프라이버시인터페이스에 대한 많은 확장기능이 추가되어 사양이 「Security」(SEC)로 변경되었습니다.
BPI/SEC 사양의 목적은 DOCSIS CMTS에서 케이블모뎀 통신에 대한 MAC 레이어보안 서비스를 기술하는 것입니다.BPI/SEC 보안 목표는 두 가지입니다.
- 케이블 모뎀 사용자에게 케이블 네트워크를 통한 데이터 프라이버시 제공
- 케이블 서비스 오퍼레이터에게 서비스 보호를 제공합니다(부정 모뎀 및 사용자가 네트워크의 RF MAC 서비스에 액세스하지 않도록 합니다).
BPI/SEC는 케이블 사용자가 서로의 말을 듣지 않도록 하기 위한 것입니다.이를 위해 CMTS와 케이블모뎀 간의 데이터 플로우를 암호화합니다.BPI 및 BPI+는 56비트 DES(Data Encryption Standard) 암호화를 사용하며, SEC는 128비트 AES(Advanced Encryption Standard)에 대한 지원을 추가합니다.단, AES 키는 1024비트 RSA [25]키에 의해서만 보호됩니다.
BPI/SEC는 케이블서비스 오퍼레이터가 인증되지 않은 케이블모뎀 및 부정한 사용자에 대한 서비스를 거부할 수 있도록 하기 위한 것입니다.BPI+는 인증 테스터의 디지털 인증국(CA), 현재 EuroDOCSIS용 Excentis(tComLabs) 및 DOCSIS용 케이블랩(CableLabs for DOCS)에 기반한 공개키 인프라스트럭처(PKI)를 사용하여 키 교환 프로토콜에 디지털 인증서 기반 인증을 추가함으로써 서비스 보호를 강화했습니다.일반적으로 케이블 서비스 오퍼레이터는 케이블모뎀의 MAC 주소를 케이블서비스 [26]오퍼레이터의 고객 계정에 수동으로 추가합니다.네트워크에서는 PKI를 통해 발급된 유효한 증명서를 사용하여 해당 MAC 주소를 증명할 수 있는 케이블모뎀에만 접속할 수 있습니다.이전의 BPI 사양(ANSI/SCTE 22-2)에서는 기본 키 관리 프로토콜이 사용자의 케이블모뎀을 인증하지 않았기 때문에 서비스 보호가 제한되었습니다.
DOCSIS 네트워크의 보안은 비즈니스 크리티컬 통신만 허용되고 최종 사용자와의 네트워크인프라스트럭처 통신이 거부되면 대폭 향상됩니다.공격이 성공하면 CMTS가 초기 선행 표준 DOCSIS 1.1 모뎀과의 하위 호환성을 위해 설정되어 있을 때 자주 발생합니다.이들 모뎀은 '현장에서의 소프트웨어 업그레이드 가능'이었지만 유효한 DOCSIS 또는 EuroDOCSIS 루트 증명서는 포함되어 있지 않았습니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
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When a computer user seeks to access the internet, the user's modem will report its MAC address to the ISP, and if the ISP recognizes the modem's MAC address as belonging to a paying subscriber, the ISP will allow the user to access the internet via the ISP's network.
외부 링크
- DOCSIS 3.1 이 Roade & Schwarz 어플리케이션노트에서는 DOCSIS 3.1의 기본적인 기술 진보에 대해 설명합니다.
- Volpe Firm에서의 DOCSIS 튜토리얼(2009)