同軸電纜網際網路接入系統中的容量定標和功能元件重分配的製作方法
2024-03-22 21:40:05 1
專利名稱：同軸電纜網際網路接入系統中的容量定標和功能元件重分配的製作方法
本申請要求於2000年8月21日提交的待審美國臨時申請No.60/226,505之優先權。
本申請建立在待審的美國專利申請No.09/818,378中所描述的概念基礎上，它基於2000年3月30日提交的美國臨時申請No.60/193,855，「用於數據機通信的自動分配增益控制的結構和方法」。
這個申請也基於待審的美國專利申請No.09/482,836所描述的概念的基礎上，它基於1999年1月13日提交的美國臨時申請序No.60/115,646，「用於局部同軸電纜上的高速數據通信」。
為了讀者方便，申請人已經添加了許多主題標題，以便使本說明書的內部結構更清楚，以及容易確定某些討論的位置。這些主題的標題僅僅是方便的工具，並非限制在特殊主題內建立的文字。為了提高描述的清楚性，對於一些元件使用公知的技術術語。在公開的發明中，對適合於實現某些目的的元件特殊術用語的使用，應該解釋為包括全部促使完成同樣目的的技術等效術語，不管是指定元件的內部操作還是使用相同原理的替換元件。為提供清楚性而利用這種特殊性不應該被誤解為該公開對指定元件的限制範圍，除非這個限制是在說明書中或下面的權利要求中清楚說明的。
對於MDU(多住宅單元)中網際網路服務傳送，當前最多的方法是使用電話線的″數據在話音上面″結構。這種方法通常需要選擇性的標識和每對電話線的斷開，以及需要將數據機功能插入到電話環路的中心端。這種插入式的安裝既昂貴又費時。電話線對的用戶端需要第二個數據機以便連接到用戶的PC機(個人電腦)或者內部網。因為MDU電話線與室外布線相比較，具有惡劣的線間串音性能，而且遭受相當多的電氣入侵幹擾，所以數據通常插入到建築物內的電話環路以便保證適當的性能。在電話總局和MDU之間較長電話環路的高頻損耗大大地限制了較長電話環路潛在的雙向傳輸速度。
使用廉價的無線數據傳輸工作效果很好，其距離短而且頻譜豐富。然而，人口稠密的MDU通常不是這種情況。目前的電纜環境電纜數據機網際網路服務現在已經大大超過一百萬戶，而且由於優越的速率，它已經變成非常受歡迎。然而，由於TV同軸電纜線的複雜性和不規則拓撲結構以及共享有限的可使用上行帶寬，所以在MDU中推廣電纜數據機服務存在問題。另外，MDU中同軸電纜分布範圍中的入侵幹擾點和本地布線都很難定位而且特別難以隔離。這種入侵幹擾可能導致在MDU中對所有用戶的雙向服務，以及混合光纖電纜(HFC)網絡上MDU潛在其它用戶上行數據流的失敗。
電纜數據機和電話環路數據數據機兩者通常都是利用乙太網10baseT線路與PC機接口。這需要在每個PC機安裝網絡接口卡(NIC)和配置PC機網絡軟體。因為普通的用戶通常技術上不是很熟練，所以安裝與/或配置經常由電纜或電話網絡的提供者來完成。由此可見，經常是當故障與網絡提供者的工作沒有關係的時候，網絡提供者就變成潛在地對PC機中問題應負責任。雖然這個問題在某些情況下可以通過利用USB(通用的串行總線標準)接口而減輕，但是大部分PC機都沒有配備USB接口。在旅館/汽車旅館的環境中，在他們自己之間用戶通常不需要聯網，而每次他們租用一個房間或者回到他們家或辦公室時，用戶很少擅長或者願意重新配置他們的PC機。
例如在MDU、旅館、醫院、和大學校園設施中建立的同軸電纜分布系統，可以由電纜、衛星或廣播網絡的操作員來服務，該電纜分布系統通常利用分路器和/或具有設置的分接頭或聯接器的相對長同軸電纜來配置成無源的″樹與樹枝″型系統，以向公寓或房間提供服務。這種無源分配式布局常常滿足30到100個房間或公寓，而且如此安排以致饋送給每個公寓或旅館客房的電視信號電平典型地是在10dB範圍內。這些同軸電纜分配系統一般具有15dB到45dB範圍的損耗(在一般MDU TV運行的頻率下)，而且通常從集中式的單向寬帶電視頻道放大器饋送，以便保證滿足用戶的信號電平。較大的高層建築MDU和旅館通常具有許多集中放大器，每個放大器將無源同軸電纜分配子系統提供給服務於分開的區域或高層建築的各層。時機MDU電視服務使用的頻譜通常在750MHz以下，但是用於這些服務分配中的元件，例如同軸電纜，可以運用在超過1GHz的頻率。無源分路器和聯接器(共同稱作″接合裝置″)，雖然在電視頻段通常只是按比例使用，當傳送高達1GHz的堅固數位訊號時，一般按照損耗與/或埠絕緣充分地完成。當工作在這些頻率時，樓內同軸電纜線每單位長度損耗不是問題，而且能夠幫助削弱回波，因此允許在數字接收機中使用非常簡單的均衡器。
另外，入侵幹擾在上述電視頻道的頻率上非常小，而且包含在中心電視頻道放大器的單向特性中，至少在電視下行頻道頻率和較高頻率，任何入侵幹擾都被防止脫離MDU和幹擾HFC有線電視網。
根據這些事實，無疑地存在一個時機，利用樓內分配系統的高頻率頻譜為同軸電纜建立服務，例如使用堅固數字調製技術的HSIA服務。在樓內同軸電纜中適用上述電視頻道的頻譜可以被任意地分割，以便提供雙向的高速數據。由於可攜式蜂窩電話相對的高場輻射，工作在900MHz的頻率是穩健的，雖然並非必要條件。利用目前安裝的分路器和聯接器還是保持在1GHz和以下的頻率較好。100MHz的可利用頻譜足夠提供統計上的50到100個用戶或客戶數據機對雙向網際網路接入的需要。如果需要更高的容量，假如用更高頻率的特殊分路器代替，則附加的下行頻譜可以在1GHz與1.6GHz之間分配；還可以通過頻譜向下移而獲得高容量。這種較高的單方向容量能夠，或者以網際協議(IP)的格式或者以原始的MPEG2格式，提供附加的數字視頻點播(VOD)服務。對於上行傳輸，850MHz到950MHz範圍內的頻率在最佳優選實施例中是有用的。這種單一上行頻譜的使用提供足夠的傳輸能力和簡化的控制。
本發明的目的是分配數據給一組處於多點網絡末端的本地數據機，例如同軸電纜樹和分支電纜電視分布網，以便允許連接到本地數據機的設備與一個或多個中心數據機組之間的雙向通信，同時使現有分配網絡使用的元件用於電纜電視信號的分配。
本發明的另外一個目的是為高效率的容量定標提供選擇，以便補償多點網絡上一種或多種的數據類型的增加。
本發明還有一個目的是為了提供一種從具有分配網絡的建築移動一個或多個功能到電纜前端的選擇，以便將成本和維護路程減少到單個建築。
根據下面的詳細說明，本發明的這些和其他優點將更清楚。
圖2是
圖1中部分簡化的方案，圖中的功能描述元件在圖3到12中重複使用。
圖3顯示集線器328如何通過分路器506與三個分開的雙工器(316、317、和318)連接。這些雙工器結合集線器328的輸出端和電視頻道放大器312的輸出端，以便提供來自單一集線器328的網際網路服務和來自放大器312的共用天線電視(CATV)服務給若干分開的無源同軸電纜分配網絡(320、321、和322)。
圖4顯示一種容量非常大的結構，其中網際網路回程服務是經過三對兒電纜數據機和集線器(324/328、325/329，以及326/330)由分路器508提供的。因此，三個小型分配網絡(320、321、和322)的每個都具有它自己的電纜數據機和集線器(324/328、325/329、和326/330)。
圖5顯示一種結構，其中，可以通過利用連接中央伺服器和伺服器數據機的路由器或者開關516，越過中央伺服器512和多個伺服器數據機(520、524、和528)來劃分集線器328(圖1-4)實現的功能的組合，其可以越過。
圖6使用一種類似於圖5的結構，但是它具有電視服務和網際網路回程服務的獨立信源。其優於提供給兩者一個信源的情況，如圖表1-5所示由電纜304提供，圖6中從信源532接收電視信號，而經過光纖接口536與網際網路連接。
圖7使用一種類似於圖5的結構，但是它具有電視和網際網路回程服務的獨立信源。其優於提供給兩者一個信源的情況，如圖1-5所示由電纜304提供，圖7中所示從信源532接收電視信號而經過無線接口540與網際網路連接。
圖8圖解說明包含同軸電纜-媒體伺服器的前端，為了降低成本和維護路程，它已經從小型旅館或小型的MDU系統遷移出。
圖9顯示一種可以用於連接圖8所示前端的無伺服器結構。圖9使用如圖3所示的分路器506，以便利用單個中心數據機520服務於若干稀少的負載網絡(320、321、和322)。
圖10圖解說明一種替換圖8所示使用電纜前端的結構，利用路由器或開關將網際網路回程與若干中心數據機連接。
圖11圖解說明多電纜數據機(324、325、和326)可用來增加回程的容量。
圖12圖解說明該回程可以通過電纜數據機324、光纖接口536、和無線接口540等實現。圖12還圖解說明該系統可以附加在區域網568。
各個組件的內容描述如下。在組件100中，有線電視信號經過線路104提供給HFC分配網絡200。有線電視信號源可以來自常規的設備，該設備由連接到結合裝置106的一個引線的CATV服務單元108表示。來自網際網路504的數字通信信號經過網際網路電纜接頭112到達路由器116，它與網際網路業務管理部120進行通信。當從路由器116到線路104向下行傳送數據到HFC分配網絡200時，數字通信信號經過電纜數據機終端系統124和接合物裝置106。CATV前端選擇元件的描述為本發明提供了背景，而沒有對本發明構成限制或必需的元件。
在組件300中，來自HFC分配網絡200的輸入信號繼續在電纜304傳輸到接合物裝置308，諸如定向耦合器。該接合物裝置308與電視頻道放大器的輸入端312連接。電視頻道放大器312的輸出被傳送到雙工器316的低通埠，然後傳送到一組形成樹和樹枝分配網絡320的一個或多個接合物裝置，在一系列電視同軸電纜插座404處終接。注意，必須小心使用選擇雙工器，以致於雙工器的工作範圍包括高於電纜電視頻道正常使用頻率的相關範圍。
適合於分布有線電視信號的樹和樹枝網絡技術是那些本領域的技術人員非常了解的。因此。為了避免不必要的混亂，所示的樹和樹枝網絡320僅僅有幾個接合物裝置和連接電纜，而不是全套的樹和樹枝網絡組件。在典型的應用中，樹和樹枝網絡320將連接50個或更多的同軸電纜插座404。
接合物裝置308和雙工器316在電視頻道放大器312周圍構成並行的路徑。這個並行路徑在上行數據流端有一個電纜數據機324，而在並行路徑的下行數據流有數據集線器328(hub)。因此，分路器和結合器的使用允許信號傳送到電視頻道放大器312和電纜數據機324。316用來結合放大的CATV信號和數據信號，並且一起將它們下傳到分配網絡。如上述的′836應用中和下文中所描述的，對各種各樣的客戶數據機408，數據集線器328能完成若干功能。集線器的幾個主要功能如圖1中的網絡接口卡(NIC)340、協議轉換器336、和射頻數據機332所表示。集線器328控制著向上和向下通信兩者的緩衝存儲，並且管理著各種各樣的客戶數據機，以致於在上行數據流通道不存在總線競爭。
在組件400內，客戶數據機408與雙工器406連接。雙工器406與同軸電纜插座404連接。常規的電視同軸電纜412將電視416連接到雙工器406的低通埠。客戶數據機408連接在雙工器406的高通埠。在後續的圖中，客戶數據機408遵從為這個裝置指定的名字被顯示為海膽狀。用戶可以利用連接用戶的下行數據流裝置420，例如圖1所示的個人電腦PC的合適埠連接器，將下行數據流裝置420與客戶數據機408的數據纜424連接。雖然下行數據流裝置420或者可能是臺式機或者可能是膝上計算機，但是它也可以是一些能夠與數字數據的外部源連接的其它裝置。PDA(個人數字助理)被認為就是屬於這種裝置範圍的一個例子。因此，本發明允許通過基本上使用用於將有線電視信號輸送給用戶電視接收機416的現有基礎設施，在下行數據流裝置420與網際網路504之間進行通信。
在這種安排中，單個遵循DOCSIS的可拔插電纜數據機324用來滿足經由無源的樓內同軸電纜分配系統連接的多用戶的統計數據需要。
在系統的用戶或客戶端，一種非常簡單的雙向數據機接口用來通過它現有的串行、並行或USB埠連接到用戶的電腦420。由此可見，在用戶PC機中並不需要NIC卡或網絡配置。點對點協議(PPP)在樓內同軸電纜分配網320的射頻(RF)頻道上被傳送到集線器328內的中心RF數據機332。注意，PPP是當前優選的實施例，但是其他的協議也可以用於替代PPP。
協議轉換器336是提供在中心RF數據機332和共享遵循DOCSIS的電纜數據機324之間。這個協議轉換器336在PC機使用的點對點協議(或其它的協議)和DOCSIS電纜數據機的乙太網埠使用的IP協議之間轉換數據格式。因此，任何IP協議，例如TCP/IP協議，UDP/IP協議等，都是透明地向網際網路504傳送或者從其傳送出。特殊的優先權適用於低等待時間需要的雙向傳輸通信量，例如IP話音或多媒體。
協議轉換器336也可以作為一個代理伺服器(如果需要)，以便將客戶數據機和他們的PC機連接到一個和幾個遵循DOCSIS的同軸電纜數據機(為了避免混亂，圖1顯示的是單一同軸電纜數據機)。這涉及為響應PPP連接請求而提供IP位址給PC機。協議轉換器336轉換單個或多個插座地址，它們唯一識別每個PC機內多重會話或正在運行的窗口，以便提供唯一的插座地址給IP網絡504中存在的伺服器。
如果想要，可以有許多客戶-PC機，從前端業務管理來看，仿佛它們是經由專用的電纜數據機連接的。因此，在前端提供一個功能，就是收集相關的PC用戶的MAC以及從協議轉換器分配的IP位址信息，而且給出這些作為網際網路前端業務管理部120的接口，並且還管理著單個用戶電纜數據機服務。RF傳輸在單個下行數據流″通道″中，一個實施例使用每秒15兆字符的二相移鍵控(BPSK)或者四相移相鍵控(QPSK)調製，其具有中心頻率大約是970MHz。設計較高的符號速率，其能夠提供至少30Mb/s的淨下行數據流容量。當前的實施例使用980MHz到985MHz的中心頻率。只要在這個描述所規定的頻帶內並且不受其他信號源的幹擾，就不限定特殊的中心頻率。
下行數據流信號被連續地傳輸，而且格式是標準的MPEG2/DVB結構。MPEG2幀包含幀同步(47，十六進位)/超級幀(47的逆，十六進位)的字節，187個信息字節和16個前向糾錯(FEC)字節——總共204個字節。特定保留的MPEG2″分組標識″(PID)碼用來表明後續的信息字節是特殊類型的數據而不是數字視頻數據或空閒幀。
因為頻譜的原因而使用常規的同步擾頻，並且16位元組的FEC欄位總是被使用的或者保留給糾錯用。這些結構促進了在數據和數位電視兩種應用中使用相同的工業標準可拔插機頂盒等技術。幀交錯雖然適用，但是在樓內無源同軸電纜分配中沒有使用，因為這將延遲對等待時間敏感的通信息，並且也不需要防止差錯。
在一個實施例中，樓內同軸電纜的上行數據流傳輸使用BPSK調製915MHz的射頻信號以傳送15Mb/s的數字流。上行數據流的傳輸在某個時刻僅僅允許來自一個客戶數據機，由包含在下行流數據控制包絡中的下行數據流″輪詢″來指定。因此，並不存在與上行數據流信號的衝突。上行數據流信號包括一個前同步碼信號，它傾斜向上上升到由同步字節所跟隨的電平。擾頻的客戶數據機源地址、欄位長度然後是數據跟隨在這個前同步碼的後面。數據欄位的長度取決於中心數據機的需要或者客戶數據機的上行數據緩衝區餘量的需要。在下行數據流方向，對低等待時間的通信量的需要作出特別的規定。同軸電纜路徑損耗的補償由於同軸電纜分布的拓撲結構以及負載的變化，所以在每個客戶數據機408與中心RF數據機332之間的路徑損耗具有較寬的變化範圍。該系統被設計成能承受40dB或更多的損耗。
在下行數據流方向的損耗變化由包含在每個客戶調製解調接收機中的自動增益控制(AGC)功能來補償。
依據到達中心數據機中的上行數據流接收器的信號，上行數據流AGC方法包括調節每個客戶調製解調發射機，以使它們的信號近似相等。
每次數據字符組被發送給客戶數據機408時都包含一個附加位，它表示來自客戶數據機的上述傳送的字符組，在中心RF數據機332內的接收器處是高於還是低於需要的理想電平。這個比特位被用於微調客戶數據機408的接下來傳送的字符組電平，或者向上傳送或者向下傳送。因此，來自每個客戶數據機由中心RF數據機332接收的全部信號變成定位在少許向上和向下的電平和周期上。這是一種理想的情況，因為與接收小電平變化相比較，上行數據流BPSK接收機具有非常寬的可接受的輸入信號範圍。這種類型的控制系統很快地對傳輸路徑衰減變化作出反應而且本質上是穩定的。技術本發明的一個實施例使用現有的低成本、商用的RF和數位技術。一些替換的實施例包括客戶調製解調接收機，它使用在衛星機頂盒中通常使用的調諧器/解調器晶片組件。
一個替換實施例要求將大多數功能轉移到一對常規晶片中；一個是小型的RF模擬晶片，另一個是包含數字功能的半定製晶片。這種技術的發展將產生小型可攜式電話大小的客戶數據機，它可以成為同軸電纜部件的一部分而且功率消耗非常小。
目前，集線器328通過利用正常機架安裝的、低成本的PC機主板構成，該PC機主板配備有RF/協議板336和一個或多個10baseT網絡接口卡接口340。這可以與一個或多個可拔插的電纜數據機324一起，安裝在靠近現有建築物電視分配放大器312的牆壁上。本領域的技術人員應該承認存在多種伺服器平臺的選擇，這可以在有或者沒有磁碟的情況下設置。安裝如圖1中所示，中心設備僅僅需要添加兩個同軸電纜接合物裝置308和312，它們附加在常規電纜數據機324和集線器328上。客戶數據機由終端用戶簡單地引入在電視同軸電纜容器404和電視機416之間(如果有的話)。然後相關的變壓器立方體(圖1中沒有顯示)被插入方便的電源插座，而數據電纜424插入用戶的PC機。並不需要PC機的網絡堆疊式存儲器配置，因此提供一種真正的即插即用高速網際網路接入服務。基本結構的摘要該系統提出了一種較經濟的MDU或旅館高速網際網路接入方法，它在現有的樓內同軸電纜上工作很好。
從前端的網絡部件看，這個系統是遵循DOCSIS的，符合現有電纜數據機的工作方式以及業務實際，而且還容易增添終端用戶，其不需要重新配置PC機或者不需要在用戶的PC機安裝乙太網網絡接口卡。每個MDU公共設備的安裝是非常簡單而且不需要上門安裝(truck-roll)或預約，以便為每個顧客提供服務。的確，客戶數據機可以郵寄而且比錄像機(VCR)便於連接。
這種方法隔離了主HFC網絡對內部MDU的入侵幹擾而且提供改進的帶寬管理和效率，尤其是在上行數據流或者返回方向。
多兆比特的網際網路接入是經過PC機現有的並行或USB埠，利用安放在臺式機上的簡單的″啟動程序″連接圖標，並且激活PC機現有的PPP直接連接設備來完成的。該″啟動程序″可以從集線器328經過PC機的現有串行連接器加載——不是由軟盤或光碟加載。替換結構為了突出如上所述的基本結構與各種替換結構之間的差別，圖2是圖1有關部分的簡化方案。注意，簡單示出了在樹與樹枝網絡320中建立的多級分路器簡單，作為具有50個終端分支的單一元件。在圖2中，同軸電纜分配網絡320顯示有標註1、2、3、48、49、和50的分支。同軸電纜分配網絡後續的描述將僅僅顯示代表多終端分支的線路。簡單提供特殊編號50，以圖解說明環境而並非構成本發明的限制。
圖3顯示集線器328如何能夠經過分路器506連接到三個分開的雙工器(316、317、和318)。雙工器將集線器328與電視頻道放大器312的輸出連接，以便從單一的集線器328為若干個分開的無源同軸電纜分配網絡(320、321、和322)提供網際網路服務。當預訂百分比低時或者為每個用戶服務的容量維持在低速數據率——具有潛在的低資費時，這個安排為很多房間或居住單元提供非常經濟的分配。注意，使用三個雙工器和三個無源同軸電纜分配網絡是為了解釋說明的意圖。只要總計使用的集線器328是在集線器的工程技術限制內並且在最終用戶可接受的服務質量之內，這種安排將與兩個或更多的雙工器/分配網絡一起工作。另外注意，本發明不依賴使用單個的電視頻道放大器312。該放大倍數可以通過串連的放大器來達到，或者通過一組並聯的放大器來完成，以致並非全部雙工器都從相同的電視頻道放大器接收放大的電視信號。
圖4顯示一個容量非常高的結構，其中進來的乙太網信號傳輸通過分路器508分給三對兒電纜數據機和集線器(324/328、325/329，和326/330)。因此，三個小型的網絡(320、321、和322)的每個都具有它自己的電纜數據機和集線器(324/328、325/329、和326/330)。圖4可以適合相對較高的利用比率，例如每個50埠網絡有20個用戶。
還要注意，本發明不局限於僅僅三對兒電纜數據機和集線器的結構。可以是兩個或更多的任何數量。圖4的結構可以與圖3的結構結合，以便允許幾個使用率低/服務質量差的網絡共享一個集線器，同時其他使用率高/服務質量高的網絡脫離分開的數據機/集線器工作。
圖5顯示一種結構，其中可以通過使用將中央伺服器與伺服器數據機連接的路由器516，越過中央伺服器512和多個伺服器數據機(520、524、和528)來劃分由集線器328(圖1-4)完成的綜合功能。在一個優選的實施例中功能分配如下。中央伺服器512完成乙太網到乙太網上PPP的變換(PPPoE)，當需要時，以及完成其他的本地增值服務功能。專用的伺服器數據機(520、524、和528)完成與查詢客戶數據機有關的任務以及完成除了調製和解調製以外的緩存數據任務。一種作為路由器516使用可接受的設備是Linksys型路由器BEFSR41(由Irvine的Linksys公司製造，加州，郵編92614)。本領域的技術人員可以用其他路由器或合適的開關來替代。
圖5的結構提供一種經濟的解決方法並且允許，例如，與無源同軸電纜分配系統分離的服務用戶之間的局部通信。儘管圖3舉例說明的系統實質上提供無源同軸電纜分配網絡之間的局部通信，但圖5舉例說明的系統為局部通信提供非常高的容量。
圖6使用一種類似於圖5的結構，但是它具有電視和網際網路回程服務的獨立信源。其優於由如圖1-5所示電纜304提供給兩者一個信源的情況，圖6所示，從信源532接收電視信號而通過光纖接口536與網際網路連接。
圖7使用一種類似於圖5的結構，但是它具有電視和網際網路回程的獨立信源。其優於由如圖1-5所示電纜304提供給兩者一個信源的情況，圖7所示，從信源532接收電視信號而通過無線接口540與網際網路連接。
圖8圖解說明包含同軸電纜-媒體伺服器的前端，為了降低成本和維護路程，它已經從小型旅館或小型的MDU系統遷移處。這在花園-房屋MDU環境下具有特殊的價值，其中每個建築或許僅僅具有大約8個居住單元。大家應該注意到，經過電纜數據機(或其他設備)執行的協議可以是乙太網上的PPP或者乙太網協議。這個PPPoE協議是一個公共的標準。
尤其是，圖8顯示一種與聯接器544連接的混合光纖同軸電纜有線電視(CATV)網絡200。聯接器544的一個埠與連接到天線552的電視頻道調製器組548連接。聯接器544的另一個埠與電纜數據機終端系統(CMTS)124連接。CMTS 124與連接到網際網路504的路由器116連接。在CMTS 124與路由器116之間的第二個並行路徑貫穿中央伺服器512，該伺服器512完成乙太網和乙太網上PPP之間的轉換，以及完成其他的增值服務功能。CATV前端選擇元件的描述提供了本發明的背景，而沒有對本發明構成限制或必需的元件，但是為處在CATV前端的中央伺服器位置提供背景。
圖9顯示一種可以用在連接圖8所示前端的無伺服器結構。圖9使用如圖3所示的分路器506，以便利用單個中心數據機520服務於幾個負載稀少的網絡(320、321、和322)。
圖10圖解說明一種用圖8所示電纜前端的替換結構。圖10可以修改，使其包括一個本地MPEG-2視頻伺服器(沒有顯示)，它的通信量可以與網際網路數據交織。在一種情況下，這樣的應用證明具有非常高的本地容量，這種情況下訪問回程受容量的限制，例如由單一電纜數據機提供的容量。
圖11圖解說明多電纜數據機可能用來增加訪問回程容量。與圖4相比，集合體路由器組560和564位於一組電纜數據機(324、325、和326)與一組中心數據機(520、524、和528)之間。根據使用的路由器類型，每個用戶的通信量可以跨越多個電纜數據機集合，替換地，或者自動地根據使用率，或者在業務經營的控制下給用戶群分配特殊的數據機。注意，電纜數據機與中心數據機的比例在這種結構下不需要是一對一的。
圖12圖解說明訪問回程可以通過電纜數據機324、光纖接口536，和無線接口540的混合來取得。那些本領域的技術人員能夠認識到其他的接口也可以使用在本發明的範圍內。例如，電纜數據機可以用一個或多個xDSL數據機替代。同時圖12圖解說明該系統能夠附屬於區域網568。這種結構的一個例子可以是大學宿舍應用的結構，其中用戶需要訪問它們的大學實驗室/辦公室網絡以及為了瀏覽網頁而訪問網際網路、網頁娛樂服務或許電視會議服務。結論注釋那些本領域的技術人員可以認識到本發明的方法和裝置具有許多應用，而且本發明不局限於為了理解本發明而舉出的特殊例子。此外、本發明的範圍覆蓋了在此描述的系統部件的改變、修改、和替代，如本領域的技術人員所知。例如，一個公開拓撲結構的替換實施例可以使用乙太網或其它的通信協議與用戶的電腦420通信。乙太網上的PPP(PPPoE)是當前優選的協議，但是這將在未來作為現有膝上型計算機功能的發展來改變。因此，例如圖5中元件512不能完成從乙太網到PPPoE的轉換，但是還能完成本地增值的功能。
上述附圖用於圖解說明系統布局中的高級功能元件。該附圖沒有打算闡述哪些元件處於分離的箱之中以及哪些在公共的箱中結合。例如，圖5顯示的元件512、516、520、524、和528等是分離元件。這些元件可以是具有一些作為卡存在箱中的元件公共箱的一部分。
本發明公開在一個或多個無源分配網絡的範圍內。那些本領域的技術人員會認識到本發明可以被用於具有一些有源器件的網絡，通過以類似的方式旁路這些有源器件，在電視信道放大器312周圍有效地地確定數據傳輸的路線。
本發明權利要求範圍的合法限定在下列的權利要求中闡述，而且擴展到覆蓋它們合法的等效權利。
權利要求
1.一種元件結構，其為了在至少一個中心數據機與附裝在樓內同軸電纜分配網絡末端的一組客戶數據機之間提供雙向數據通信，該分配網絡適合分配電纜電視信號，該結構包括a)至少一個用來放大第一頻帶內電視信號的信號放大器；b)至少一個用來傳輸數據給一組客戶數據機的中心數據機，用於接收來自專用客戶數據機的上行數據流傳輸，上行數據流和下行數據流傳輸出現在第一頻帶上面的頻帶範圍內；c)至少一個網絡接入裝置，其用於a.從至少一個中心數據機之一傳輸上行數據流給一個網絡，中心數據機從客戶數據機之一接收傳輸數據，而客戶數據機從客戶數據機的下行數據流裝置接收數據，以及b.從網絡接收下行數據流數據傳輸，用於輸送給中心數據機，該中心數據機再依次轉送該數據到客戶數據機，以便可以由至少一個客戶數據機的下行數據流裝置使用；以及d)至少一個雙工器，它用於將至少一個信號放大器之一的輸出與至少一個中心數據機和客戶數據機之間的上行和下行數據流傳輸結合在一起。
2.根據權利要求1所述的結構，其特徵在於將下行數據流從至少一個網絡接入裝置轉送到至少一個中心數據機的傳輸經歷了網絡接入裝置與中心數據機之間的協議變換。
3.根據權利要求1所述的結構，其特徵在於第一網絡接入裝置與第一中心數據機通信，該第一中心數據機通信與第一雙工器和第二雙工器通信，第一雙工器與至少一個信號放大器之一的輸出連接以及與具有第一組客戶數據機的第一分配網絡連接，第二雙工器與至少一個信號放大器之一的輸出連接以及與具有第二組客戶數據機的第二分配網絡連接。
4.根據權利要求1所述的結構，其特徵在於第一網絡接入裝置與下面的裝置進行通信a)連接到第一雙工器的第一中心數據機，第一雙工器與至少一個信號放大器之一的輸出連接以及與具有第一組客戶數據機的第一分配網絡連接；以及b)連接到第二雙工器的第二中心數據機，第二雙工器與至少一個信號放大器之一的輸出連接以及與具有第二組客戶數據機的第二分配網絡連接。
5.根據權利要求4所述的結構，其特徵在於第一網絡接入裝置和第二網絡接入裝置是電纜數據機，它們通過位於電纜前端的線路訪問網際網路。
6.根據權利要求1所述的結構，其特徵在於第一網絡接入裝置與中央伺服器通信，該中央伺服器與下面的裝置進行通信a)連接到第一雙工器的第一中心數據機，第一雙工器與至少一個信號放大器之一的輸出連接以及與具有第一組客戶數據機的第一分配網絡連接；以及b)連接到第二雙工器的第二中心數據機，第二雙工器與至少一個信號放大器之一的輸出連接以及與具有第二組客戶數據機的第二分配網絡連接；以至於一個中央伺服器至少為兩個分配網絡服務。
7.根據權利要求6所述的結構，其特徵在於，中央伺服器完成協議的轉換，以至於將下行數據流傳輸從網際協議轉換到點對點協議(PPP)。
8.根據權利要求1所述的結構，其特徵在於，中央伺服器隨電纜前端設備安置，並且與該同軸電纜前端設備連接，以至於同軸電纜前端設備的下行數據流輸出包括有線電視信道、與第三方同軸電纜數據機的數據通信、以及從中央伺服器到至少一個網絡接入裝置的數據通信。
9.根據權利要求8所述的結構，其特徵在於，來自中央伺服器的數據通信採用點對點協議。
10.根據權利要求1所述的結構，其特徵在於，至少兩個網絡接入裝置與第一路由器連接，第一路由器與第二路由器連接，第二路由器與下面裝置連接a)連接到第一雙工器的第一中心數據機，第一雙工器與至少一個信號放大器之一的輸出連接以及與具有第一組客戶數據機的第一分配網絡連接；以及b)連接到第二雙工器的第二中心數據機，第二雙工器與至少一個信號放大器之一的輸出連接以及與具有第二組客戶數據機的第二分配網絡連接。
11.根據本發明權利要求10所述的結構，其特徵在於，第一網絡接入裝置與第一網絡連接而第二網絡接入裝置與第二網絡連接。
12.如說明書中所描述的和附圖所圖解說明的本發明。
全文摘要
一組系統結構，適合於提供往返於一組客戶數據機(408)之間的數據通信，該客戶數據機通過一個或者多個諸如建立在建築物，旅館，多住宅單元中的樹和樹枝結構網絡(320，321，和322)與一個和多個中央數據機連接，以分配有線電視信號給各個房間。這組一個或多個中心數據機直接或間接地與一個或多個如網際網路這樣的網絡連接。可選擇地，為了便於維護接入，這個系統的一些元件可以放置在有線電視前端100處。
文檔編號H04N7/173GK1448027SQ01814451
公開日2003年10月8日 申請日期2001年8月21日 優先權日2000年8月21日
發明者約翰·B·特裡, 傑弗裡·A·黑爾斯 申請人:庫克斯媒體有限公司