DOCSISとは?ギガビット級の高速ケーブルインターネットを実現する仕組みを徹底解説

今まさに私たちはギガビット級インターネットの時代に生きています。しかし、米国では世帯の90%以上が同軸ケーブルによる接続環境を備えている一方で、光ファイバーにアクセスできるのはわずか25%程度にとどまっています。とはいえ、2015年後半以降、既存のケーブル回線でも、数点の機器を交換するだけで(新たな配線工事は不要)、秒速で複数ギガビットという大幅な速度アップグレードが実現し始めています。この規格「DOCSIS 3.1」は2013年にはすでに登場していましたが、各ISP(インターネットサービスプロバイダ)が設備更新を進めているため、あと数年もすれば、多くのユーザーは本物の光回線を待つことなく、光同等の通信速度を手に入れられるかもしれません。

DOCSISとは何か

DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification)とは、直訳すると「ケーブルインターネットの仕組み」を定めた規格のことです。DOCSIS 1.0は1997年にCableLabsによって開発され、以来、世代を重ねるごとにより高速かつ省電力へと進化を続けてきました。

物理的な詳細には立ち入りませんが、DOCSISの仕組みは次のとおりです。まず、ケーブル網のノード(局側装置)がISPの光ファイバーネットワークから信号を受け取り、それを同軸ケーブルで伝送できる信号に変換します。そして、その信号が同軸ケーブルによる「ラストワンマイル」を経由してユーザーの宅内へと届けられます。信号はユーザーのケーブルモデムで受け取られ、ユーザーは同じモデムからデータを送り返すことで双方向の通信が成立します。ケーブル内部では、DOCSIS規格が上り(アップストリーム)と下り(ダウンストリーム)にそれぞれどの周波数帯域を使うかを管理しています。

全体をイメージするなら、ケーブルという「高速道路」に、周波数帯域という「車線」が両方向に走っていると考えてください。DOCSISは、各方向に車線をいくつ確保するか(物理的な周波数レイヤー)と、交通をどう流すか(MAC層=ソフトウェアレイヤー)を定めるルールセットです。新しいバージョンになるたびに道路の整理は効率化され、走る車にはより多くの乗客(データ)を積めるようになります。そして、道路そのものは常に同じ物理的な空間(同軸ケーブル)にあるため、交通パターン(ビットの流れ)を改善するには、主に出入口となるランプ部分など、いくつかの重要ポイントをアップグレードするだけで済むのです。

DOCSIS 3.1とDOCSIS 3.0の違い

もちろん、新規格の最大の目的は速度向上です。では、これまでの世代でDOCSISはどのように速くなってきたのでしょうか。

2013年にリリースされたDOCSIS 3.1は、実際にユーザーへ提供が始まるまで2015年後半まで数年を要しました。2018年時点でも、世界的にはまだごく初期段階にあります。しかし、いくつかの重要な改良によって、性能面での大きな飛躍が期待できます。専門用語を使わずに表現するなら、3.1は一度に多くの「乗客」を高速道路へ乗せられ、車線そのものも増やせる規格です。少し技術的に言えば、より余裕のある高周波数帯域を活用し、データストリームを複数に分割することで各周波数帯域をより有効に使い、さらにパケットのキューイング(待ち行列処理)を改善することで、データがケーブルに入るまでの待ち時間を短縮し、レイテンシ(遅延)を低減しています。要するに、DOCSIS 3.1以降は同じスペースに より多くのデータを詰め込めるようになり、上り・下りともに高速化が実現するのです。

さらに嬉しいことに、DOCSIS 3.1は下位互換性を備えています。つまり、3.0から3.1への移行は段階的に行えます。ISP側の設備を先に3.1へ更新しておき、ユーザー側の機器は希望するまで3.0のまま運用することが可能です。

DOCSIS Full DuplexとDOCSIS 4.0

DOCSIS 3.1がまだ主流になっていないにもかかわらず、CableLabsはすでに「DOCSIS 3.1 Full Duplex」規格の最終作業を進めており、2019年頃のリリースが見込まれていました。また、DOCSIS 4.0についても話題が出始めていますが、こちらはまだ先の話です。

名前のとおり、Full Duplex(全二重通信)では、上りと下りの双方が利用可能な全周波数帯域を使用できます。電話は双方向通信の好例です。トランシーバーのように片方が送信している間だけしか話せないのではなく、通話中の二人が同時に話しても互いの声を聞き取れます。これはつまり、同軸ケーブルを上り用・下り用のチャンネルに分けるのではなく、どのチャンネルも任意の方向のデータを伝送できることを意味します。その結果、アップロード速度がダウンロード速度に匹敵するようになり、理論値(非常に理想的な条件下)では双方向とも最大10Gbpsが可能になります。

光回線はもう待たなくていい?超高速ケーブルインターネットはいつ使えるのか

残念ながら、DOCSIS 3.1はまだ初期段階にあり、多くのISPは移行を緩やかに進め、高めの料金設定を行っています。提供エリアでは、下り1〜2Gbps、上り最大1Gbpsの速度が得られ、光回線の有力な競合となっています。ただし、この速度は安くはありません。ケーブル事業者は今のうちに投資回収を最大化しようとしているため、ほとんどの地域で料金は光回線と同等かそれ以上です。とはいえ、多くのユーザーの元にはすでにケーブル設備が届いているため、最終的にはDOCSIS 3.1の方が光回線よりも多くのユーザーに普及する可能性があります。高速化が当たり前になれば、料金も下がっていくでしょう。

まとめ:インターネット環境にとって良い時代

世界がDOCSIS 3.1を手にするのがいつであれ、DOCSIS 3.0と初期の光回線が共存する今の時代は快適です。ブロードバンドが整備されている地域のほとんどでは、ダウンロード速度について大きな不満はないはずで、より速いアップロードもすぐそこまで来ています。どんな技術の進化にも時間はかかるものですが、光回線、DOCSIS 3.1、そして低軌道衛星インターネットを考え合わせれば、接続環境の未来はかなり明るいと言えるでしょう。