1. Johdanto

Kaapelimodeemi on elektroninen laite, jolla voidaan kytkeä tietokone nopealla yhteydellä tietoverkkoon ja vastaanottaa ja lähettää tietoa koaksiaalikaapelilla kaapeliverkkoa pitkin. Vuonna 1979 esitelty modeemi oli aluksi paljon hitaampi kuin kuin mitä puhelinlinjoilla olisi pystynyt siirtämään, mutta modeemien nopeuksien kasvaessa puhelinlinjat kävivät riittämättömiksi siirtämään huomattavasti suurentuneita tietokoneiden tiedostoja. Tämä johtuu yksinkertaisesti liian kapeasta kaistasta, jota puhelinlinjoilla käytetään. Kaapelimodeemi sen sijaan käyttää kaapelitelevisioverkkojen kaistaa, joka on noin 1500 kertaa suurempi kuin puhelinlinjojen. Vaikka näin monikertaisiin nopeuksiin ei aivan päästäkään, on nopeudenparannus todella huomattava. Kaapeliverkkoa varten täytyi kehittää täysin omalla tekniikallaan toimiva laite, joka otti vain mallia vanhoista modeemeista. [4]

2.  Tekninen toiminta

2.1 Standardit

Yhdysvaltalainen tutkimusyksikkö CableLabs ja Pohjois-Amerikkalaiset teleoperaattorit perustivat yhtymän MCNS (Multimedia Cable Network System), jossa kehitettiin standardi DOCSIS, jossa määritetään tiedonsiirto kaapeliverkossa. ITU on hyväksynyt standardin kansainväliseksi.  IEEE aloitti puolestaan jo 90-luvun alussa kehittämään omaa standardiaan IEEE802.14, mutta järjestön hitauden takia DOCSIS valmistui ensin ja on päässyt määräävään markkina-asemaan.

DVB/DAVIC (Digital Video Broadcasting/Digital Audio Visual Counsil) on standardi, joka perustuu usean järjestön standardeihin, kuten DAVIC , IEEE802.14 ja ATM Forum.  Vaikka standardia tukee moni suuri yritys, kuten Nokia ja DiviCom, eivät kaapelimodeemivalmistajat ole vielä alkaneet tukemaan sitä, vaan luottavat DOCSIS:iin. DAVIC:ssa kaapelimodeemia kutsutaan yleisesti Set-top boxiksi. [1]
 

2.2 Verkon toiminta

Kaapeliverkon arkkitehtuuri on samantapainen toimiston paikallisverkon kanssa.  CMTS  (Cable Modem Termination System) tarjoaa parannetun Ethernet verkon WAN:n yli kantaman ollessa parhaimmillaan n. 150 km. Kaapeliverkkoa voidaan ylläpitää paikallisen kaapelioperaattorin voimin. Vähimmillään tarvitaan perus jakeluyksikkö, jotta voidaan ylläpitää verkkoa (kuva 1).  Jakeluyksiköt on kytketty toisiinsa optisilla kaapeleilla.

Kuva 1. Perusjakeluyksikkö

Vähimmäis kokoonpanoon kuuluu myös lähetykseen ja vastaanottoon kykenevä CMTS  (eli täytyy kyetä myös vastaanottamaan loppukäyttäjän komentoja) ja IP reititin, jolla voidaan ottaa yhteys suureen jakeluyksikköön.  Suuri jakeluyksikkö sisältää tietokonepohjaisia sovelluksia, jotka ovat välttämättömiä kaapelimodeemin toimimiseksi. Näitä ovat mm. tiedostojen siirto, käyttäjän tunnistaminen, IP osoitteiden antaminen, DNS palvelut ja DOCSIS standardin määritykset.

Käyttäjän tekemät komennot välitetään jakeluyksiköistä alueelliselle keskukselle, jossa ne edelleen ohjataan koko verkkoon. Alueellinen keskus tarjoaa yhteyden Internettiin ja tarjoaa palveluita kuten sähköposti, uutisryhmät, irc ja videon- ja äänen saantimahdollisuudet.  Alueelliseen keskukseen saadaan myös helposti lisättyä tuki tavallisella modeemilla otettavia yhteyksiä varten ja yritys-yritys Internet palvelut. Alueelliset keskukset on yhdistetty toisiin alueellisiin keskuksiin ja lisäksi jokainen on kytketty Internettiin.  Ne hoitavat myös tiedonsiirron paikallisten verkkojen ja Internetin välillä. [2]
 

2.3 Modeemin toiminta

Kuten tavalliset modeemit, kaapelimodeemit moduloivat ja demoduloivat datasignaaleja. Ne ovat kuitenkin suunniteltu alusta lähtien nykypäivän nopeita Internetin palveluita ajatellen. Datan siirtymistä käyttäjälle kutsutaan downstreamiksi ja käyttäjältä lähtevää dataa upstreamiksi. Kaapelimodeemilla voidaan hakea dataa maksimissaan noin 500 kertaa nopeammin kuin 56 kbps modeemilla. Data lähetetään 6 MHz kaistalla jossain 42 ja 750:n MHz välissä. Kaksi yleisintä modulointitekniikkaa ovat QPSK, jolla voi vastaanottaa max 10Mbps ja QAM64, jolla voi vastaanottaa max 36Mbps. Vastaanottaja voi samanaikaisesti saada myös kaapelitelevisiolähetyksiä yksinkertaisella one-to-two jakajalla (kuva 2), joka erottelee tv-signaalin ja datasignaalin toisistaan. Yhden kaapelimodeemin voi jakaa 16 konetta keskenään. [2]

Kuva 2. Kaapelimodeemin lohkokaavio

Käyttäjältä lähtevän tiedon (upstream) nopeus on yleisesti vain joitakin satoja kilobittejä sekunnissa  ja se lähetetään kaksisuuntaisessa kaapeliverkossa 5 ja 40 MHz välissä tai tavallisella modeemilla jos kaapeliverkko on yksisuuntainen. 5 ja 40 MHz välinen alue on yleensä melko kohinainen, koska monet muut kodinelektroniikkalaitteet käyttävät sitä. Lisäksi kohina tuppaa vahvistumaan signaalien matkatessa ylöspäin ja siksipä monet valmistajat käyttävät QPSK modulointitekniikkaa, koska se ei ole niin herkkä virheille. [3]
 

3. Kaapelimodeemi vs. muut

Tarkoituksessaan kaapelimodeemi on omiaa. Se tuo kotitalouksille mahdollisuden aikaisempaa huomatavasti tehokkaampaan tiedonsiirtoon. Aiakisemmin kotitalouksien vahtoehtoina on olleet modeemi, ISDN sekä tulevaisuudessa ADSL. Kaapelimodeemilla on tiettyjä etuja näihin nähden, joskin myös huonoja puolia.
 

3.1 Kaapelimodeemi vs. perinteinen modeemi

Kaapelimodeemin ja perinteisen modeemin tärkeimpänä erona on niiden käyttämän verkon ero. Perinteinen modemi käyttää puhelinverkkoa kun taas kaapelimodeemin verkkona toimii TV yhtiöiden kaapeliverkko. Perinteisen modeemin tiedonsiirotnopudet ovat huomattavsti kaapelimodeemia heikompia. Ne pystyvät tälähetkellä parhaimmillaan ainoastaan 56.6 Kbps noputeen. Kaapelimodeemin teoreettinen nopeus on taas esimerkiksi 10 Mbps:n systeemissä 50 käyttäjällä olisi 200 Kbps, mikä on vielä edelleenkin homattavasti perinteistä modeemi nopeampaa. Voidaan myös olettaa, että harvoin on 50 konetta samanaikasesti yhdessä haarassa kerralla verkossa. Yhteistä kaapelimodeemissa ja perinteisessä modeemissa on niiden analoginsuus, mikä osaltaan vähentää niiden mielenkiintoa. Tämä on kuitenkin pieni pahe ottaen huomioon kaapelimodeemin monet hyvät puolet.  Kaapelimodeemi ei myöskään pidä puhelinlinjaa varattuna oltaessa verkossa, mikä taas on perinteisen modeemin huonoja puolia. 

3.2 Kaapelimodeemi vs. ISDN

ISDN:n etuna voidan pitää sen digitaalisuutta, joka on etuna tietokoneiden tiedonsiirrossa. ISDN:kin pohjautuu kuitenkin perinteiseen puhelinverkkoon, jonka tiedonsiirtokyky on varsin rajoittunut. ISDN toimii 64 kbps:in nopeudella, mutta lisätehoa saadaan yhdistämällä useampi ISDN kanava yhteen. kotikäytössä suosittua on käyttää kahta kanavaa, tälöin tiedonsiirtonopeudeksi saadaan 128 kbps. tämäkään nopeu ei kuitenkaan ole vielä kilpailijaksi kaapleimodeemille.  Käytettäessä kahta ISDN linjaa, tulee vastaan sama ongelma kuin perinteisessäkin modeemissa; puhelinlinja on varattu. 64 kbps linjaa käytettäsessä toinen puhelimelle varattu johto jää vapaksi ja puhelinta voidaan käyttää normaalisti. ISDN:ää kuten modeemia kätettäessä joudutaan maksamaan käytöstä myös puhelinmaksu, kun taas kaapelimodeemia käytettäessä kuukausiveloitukseen ei tule mitään lisiä. Tämä on kuitenkin käytäntö vain Suomessa, muiden maiden käytännöistä emme tiedä. ISDN on kuitenkin varsinkin suomessa laajemalle levinnyt kuin kaapelimodeemin, johten kaapelmodeemin varsin kovasta kuukausiveloituksesta. Toisaalta myös kaapelimodeemin luotettavuudessa olisi parantamisen varaa. ISDN myös lupaa varmasti tietyn kaistanleveyden, kun kaapelimodeemissa se riippuu käyttäjien määrästä. Pääkaupunkisudulla varsinkin ulkomaanyhtydet ovat varsin hitaita. Jatkuvan verkkoyhteyden haluavalle kaapelimodeemi on kuitenkin huomattavasti edullisempi kuin ISDN tai perinteinen modeemi. Yhteyden nopeus on yleensä myös huomattavasti parempi.

3.3 Kaapelimodeemi vs. ADSL

ADSL on uusi tekniikka ja ainakaan Suomessa palvelua ei vielä tarjota vakavassa mielessä kotitalouksille. Palvelun toki saa mutta hinta on pilviä hipova. ADSL toimii jo asennetuissa kuparijohdoissa, joten uutta johdotusta se ei tarvitse, toisin kuin kaapelimodeemi, sillä ainoastaa suurimmissa kaupungeissa on uusi kaapeliverkko. ADSL tarjoaa periaatteessa 1,5 Mbps nopeuden tilaajalta tarjoajan verkkon. Tämä nopeus voidaan tulevaisuudessa teoriassa kasvattaa aina 8-10 Mbps:iin. Tämäkäään ei periaatteessa vielä pysty kilpailemaan nopean Kaapelimodeemiyhteyden kanssa, mikä parhaimmillaan siis pytyisi jopa 30 Mbps:n nopeuksiin yhdellä käyttjällä. ADSL:llä tarjotaan kuitenkin vakionopeuksinen yhteys, jota voidaan pitää kiinteänä yhteytenä kaapelimodeemiyhteyden tavoin. Kummassakaan tavassa ei tarvitse suomessa enää erikseen maksaa puhelinverkkomaksuja, mikä erottaa ne selkeästi perinteisemmistä modeemeista ja ISDN:tä. Kaapelimodeemin etuna tällähetkellä verrattuna on sen saatavuus. Muutenkin Kaaplimodeemi tarjoaa vielä pitkään ennen suurtä yleitymistäään ADSL-palvelua nopeammat yhteydet.
 
 

MODEMIN NOPEUS / TYYPPI	SIIRTO AIKA
9.6-Kbps Perinteinen modeemi	2.3 tuntia
14.4-Kbps Perinteinen modeemi	1.5 tuntia
28.8-Kbps Perinteinen modeemi	46 minuuttia
56-Kbps Perinteinen modeemi	24 minuuttia
128-Kbps ISDN	10 minuuttia
1.54-Mbps T-1 Yhteys	52 sekuntia
4-Mbps Kaapelimodeemi	20 sekuntia
10-Mbps Kaapelimodeemi	8 sekuntia

Taulukko 1. 10 MB kokoisen tiedoston sirtäminen eräillä yhteystavoilla
 

 

4. Kaapelimodeemin toiminta Suomessa

Kaapelimodeemi on vielä varsin uusi palvelu Suomessa, joten sillä ei ole suurta käyttäjäkuntaa.  Osasyynä tähän voidaan pitää hajaasutusta, jonka takia kaapeliverkko löytyy ainoastaan suurimmista kaupungeista. Toisaalta monet nästäkin verkoista ovat yksisuuntaisia, jolloin tietoliikenteen tarjoaminen kotitalouksile on mahdotonta. Alan pioneerina suomessa voidaan pitää HTV:tä jonka kaksisuuntainen kaapeliverkko kattaa jo koko Helsingin. Muualta Suomesta kaapelitarjontaa löytyy ainakin Lappeenrannasta, jonne rakennettiin 1996 kaksisuuntainen verkko. Pääkaupunkiseudulla HTV:n kaapelimodeemin ongelmana on ollut uylkomaan yhteyksen hitaus. Asiakkaat ovat saaneet hyödynnettyä kaapelimodeemin tuomaa nopeutta ainostaas HTV:n palvelimelle asti, jossa on pidetty palveluita. Mikäli on halunnut palveluita muualta on yhteys ollut huomattavasti hitaampaa. Tämä on varmasti vähentänyt kysyntää. Suomen kaltaisessa korkean teknologian maassa on kuitenkin kysyntää kaapelimodeemin kalstaiselle, kohtuu hintaiselle nopealle verkkoyhteydelle. 

5. Tulevaisuus

Kaapelimodeemia voidaan pitää edelleen tulevaisuuden mahdollisuuten , joka ei ole täyttänyt ainakaan toistaiseksi kaikkia lupauksiaan. Toisaalta tekniikka on jo tunnettua, joten luotettava yhteys pitäisi olla mahdollista tarjota asiakkaille jo nyt. Käytön suutimpana rajoittimena on kaksisuuntaisten kaapeliverkkojen puute, tämä asia on kuitenkin varsin pian hoidettu, jolloin riippuu enää paövelujen tarjoajista kuinka paljon he haluavat kaapelimodeemeihin panostaa. Käyttäjiä vartmasti nopeammat yhteydet kiinnostavat, sillä WEB-palvelut paranatuvat jatkuvasti, mutta toisaalta ne myös vaativat yhä nopeampia yhteyksiä.  Kaapelimodeemin ongelmana on kuitenkin yhteysnopeuden arvaamattomuus, joka johtuu jaetusta linjasta kaikkien yhdessä linkissä olevien asiakkaiden kanssa.