基於catv網實現綜合業務的介質送取控制方法和網絡的製作方法
2023-10-11 14:49:09 2
專利名稱：基於catv網實現綜合業務的介質送取控制方法和網絡的製作方法
技術領域：
本發明涉及基於有線電視(CATV)網實現綜合業務的介質送取控制(MAC)方法以及採用該方法構建的CATV綜合業務網絡。
基於CATV網實現或構建綜合業務網絡或傳輸多種信息的技術業已公知，例如中國專利局96年5月1日公開的題為「有線電視綜合服務網」專利申請述及一種採用現有樹狀結構CATV網和令牌總線MAC方法的綜合業務網絡，克服了以前CATV綜合業務網速率低、用途專、範圍小等缺點，可構成大範圍、多用途的CATV綜合業務網絡；但由於信息和令牌要發送到上行通道，經載頻變換器變換後再傳送到下行通道送給接收節點，故傳送時間長，且同時佔用上行和下行通道，降低了信道的有效利用率。另一方面，上述專利申請中的令牌一般要遍歷所有節點，而不管節點是否要發送數據，這又多花了時間，降低了有效效率。
一般CATV網，特別是光纖同軸電纜混合(HFC)的CATV網中，都專門劃分出部分頻帶用於傳送下行和上行數據信號，如可劃分出5-42MHz用於傳送上行數據信號，劃分出550-750MHz用於傳送下行數據信號。上行數據通道就是指專門劃分出來用於傳送上行數據信號的頻帶，上行數據通道簡稱上行通道。下行通道包括下行數據通道和模擬通道，模擬通道用於傳送普通電視節目。由於CATV網中使用放大器的方向性，下行信息可傳送到每個用戶節點，而上行信息則不然某一用戶節點通過上行通道發送的信息，有些用戶節點可以接收到，而另一些用戶節點則接收不到。我們把通過上行通道能接收到其中任一用戶節點發送的上行信息的一組用戶節點及其傳送通道組成的部分稱為一個分支，或者更一般地，我們把上行數據通道看成如圖1所示的一種單向的樹結構，用戶節點102分布在大小樹支上，中央控制節點101位於樹的根部，信息在這種單行通道上傳送時，所經歷的節點可以接收到，未經歷的節點接收不到。作為一種特殊控制信息的令牌，同樣可以被所經歷的節點接收到。因此，從理論上說，用戶節點不僅可以從下行通道接收信息和令牌，而且部分地也可從上行通道接收信息和令牌。
本發明的目的是提供一種新的基於CATV網實現綜合業務的MAC方法，以使用戶節點可以從上行通道接收令牌和/或信息，通信的距離被縮短，從而減少延時，減少信道佔用量，提高信道的有效利用率和容量，並採用該方法構建CATV綜合業務網，以克服上述CATV綜合業務網的令牌傳送時間長，信道有效利用率低等缺點。
為實現上述目的，本發明的基於CATV網實現綜合業務的MAC方法，下行信息按廣播方式傳送，其要點在於上行信息採用令牌樹方式傳送。
令牌樹方式可為下面兩種方式中的一種方式一、令牌首先通過下行通道傳送到某一一分支的最末一個用戶節點，該用戶節點接收到令牌後即可發送數據，之後將令牌通過上行通道傳送給該分支的上一個用戶節點，……以此類推直至該分支最後一個收到令牌的用戶節點將令牌通過上行通道傳送給中央控制節點，所述中央控制節點再將令牌通過下行通道傳送給下一分支的最末用戶節點，……以此類推直至令牌遍歷所有分支後再重新循環。
方式二、令牌只傳送給那些有可能要發送信息的節點，具體包括以下主要步驟(1)、中央控制節點根據用戶請求建立或修改有關每一分支有可能要發送信息的用戶節點及其獲得令牌的先後順序的表(以後簡稱令牌表)；(2)、中央控制節點通過下行通道廣播令牌表；(3)、各用戶節點按收到的令牌表規定的順序傳送令牌，並在持有令牌時發送信息。
其中中央控制節點建立和修改令牌表的過程包括以下主要步驟(1)、所述中央控制節點可每隔一定時間廣播一用戶服務請求詢問幀；(2)、欲請求服務的用戶節點接收到該詢問幀後判斷是否已發送服務請求幀，如果沒有，立即通過上行通道發送一服務請求幀，否則，等待一段時間再發送服務請求幀；(3)、中央控制節點接收服務請求幀，並據此建立或修改令牌表。
下行信息的發送可不受令牌限制。
本發明的另一方面——實現上述MAC方法的一種綜合業務網，由有線電視網或其一部分、通信處理機、數據機、射頻混合器和用戶端接設備等組成，其特徵在於所述通信處理機和所述數據機構成所述MAC方法中所述中央控制節點，所述通信處理機廣播用戶服務請求詢問幀，接收服務請求幀，據此建立或修改每一分支的令牌表，並通過數據機和下行通道廣播該令牌表；所述用戶端接設備及與之相連的計算機、電話機或電視機等構成所述用戶節點，所述用戶端接設備接收用戶服務請求詢問幀，需要發送數據時在收到用戶服務請求詢問幀後發送服務請求幀，持有令牌時發送信息並將令牌按令牌表規定的順序傳送給下一個用戶端接設備或通信處理機；所述射頻混合器將CATV信號和下行數據通道信號混合併傳送給所述用戶節點，將上行通道信號傳送給所述數據機。
本發明中，下行信息可包括普通廣播電視節目、影視點播節目、視頻遊戲節目、(計算機)數據、話音、商品信息及其它服務信息等。除普通廣播電視節目外，數據和可轉換或編碼成數據傳送的壓縮影視點播節目、視頻遊戲節目、話音、商品信息及其它服務信息都可通過數據通道傳送。上行信息可包括數據、話音和用戶命令等。上行數據或可轉換或編碼成數據傳送的話音和用戶命令等都可通過上行數據通道傳送。
由於本發明充分利用CATV網的樹形結構這一特點，利用上行通道部分地接收信息和/或令牌，且將令牌只傳送給那些有可能要發送信息的節點，故縮短了令牌和/或信息的傳送距離和時間，減少了信道佔用量，提高了信道的有效利用率。此外，採用令牌方式，可控制信息發送時延，實現電話等實時業務。
下面結合
本發明的實施例。附圖中圖1為說明CATV網上行通道為單向樹形結構的示意圖；圖2為本發明MAC方法中中央控制節點中的一種令牌管理表的結構示意圖；圖3A為本發明MAC方法的一個實施例的流程圖；圖3B為圖3A中所示步驟S302的具體流程圖；圖4為本發明CATV綜合業務網的第一實施例的結構示意圖；圖5為圖4中所示用戶端接設備的結構示意圖；圖6為本發明CATV綜合業務網的第二實施例的結構示意圖；圖7為本發明CATV綜合業務網的第三實施例的結構示意圖。
參見圖2，該圖示出本發明MAC方法中中央控制節點中的一種令牌管理表的結構示意圖。如圖2所示，所述中央控制節點設置一存儲區，其中一部分用來存放各分支的用戶節點地址(或編號)及其所處的狀態----是否為有可能要發送信息的節點，這通過打標誌來標識，如以「*」來標誌該用戶節點要發送信息，另一部分存放指向各分支的指針(稱之為分支指針表)。發送某一分支令牌表時，通過分支指針表找到對應分支用戶節點的起始位置，從中抽出打有「*」標誌的用戶節點組成一個序列，這個序列就是該分支此時的令牌表。
參見圖3A，該圖示出本發明MAC方法一個實施例的流程圖。下面將結合該圖詳細說明本發明MAC方法的主要步驟首先在步驟S301，將中央控制節點中令牌表初始化為空(即每個用戶節點均無「*」號標誌)；之後在時間t內完成步驟S302服務請求登錄(將在圖3B中詳述)；然後進入步驟S303設置一指針F指向圖2中所示分支指針表的起始位置；然後進到S304步所述中央控制節點由指針F指向的分支指針表確定對應分支用戶節點的起始位置，從中抽出該分支打有「*」號標誌的有可能要發送信息的用戶節點組成一序列，即該分支此時的令牌表，並通過下行通道同時廣播令牌和令牌表，各用戶節點接收令牌表，並存儲令牌表，處於令牌表第一位的用戶節點此時佔有令牌；之後執行步驟S305持有令牌的用戶節點發送一定量信息，並在自己的存儲裝置中存儲收到過令牌的信息，抹去以前存儲的表示發送過服務請求幀的信息；隨後進入步驟S306持有令牌的節點判斷需要發送的信息是否已發送完，如已發送完，則在步驟S307，該用戶節點發送一終止服務請求幀，並抹去以前存儲的表示收到過令牌的信息，所述中央控制節點接收上述終止服務請求幀，並改變該用戶節點的狀態(去掉其對應狀態欄中的「*」號)，然後進到步驟S308；另一方面，如S306步判斷為「否」，則直接進到步驟S308持有令牌的用戶節點判斷令牌表上該用戶節點後是否為空(即該分支內該用戶節點之後是否不再有要發送信息的用戶節點)，如判斷為「否」，執行步驟S309將令牌傳給令牌表上後一個用戶節點，然後重複執行步驟S305；如S308判斷為「是」，則執行步驟S310持有令牌的用戶節點將令牌交給所述中央控制節點，然後進入步驟S311所述中央控制節點判斷指針F是否已指向分支指針表的最後位置，如判斷為「否」，執行步驟S312設置指針F指向分支指針表的下一位置，然後重複執行步驟S304；如S311判斷為「是」，則重複執行步驟S302。
圖3B示出圖3A中步驟S302的具體流程首先執行步驟S321所述中央控制節點通過下行通道廣播一用戶服務請求詢問幀，所述用戶節點接收該詢問幀；然後進入步驟S322所述用戶節點從自己的存儲裝置中查詢上次該用戶節點是否收到過令牌，如收到過，不響應用戶服務請求幀；否則進入步驟S323所述用戶節點查詢本用戶節點是否有信息需要發送，如沒有需要發送的信息，不響應用戶服務請求詢問幀；否則進入步驟S324所述用戶節點查詢本用戶節點上次是否發送過用戶請求幀，如判斷為「是」，執行步驟S325等待一段隨機時間t′，然後進到步驟S326；如S324判斷為「否」，則直接進到步驟S326所述用戶節點立即發送服務請求幀，並存儲一表示發送過服務請求幀的信息，所述中央控制節點接收服務請求幀，判斷其是否為一完整、正確的服務請求幀，如判斷為「是」，改變請求服務的用戶節點在令牌表中的狀態(在圖2中所示的該用戶節點對應的狀態欄中打上「*」號)，如判斷為「否」，說明接收的請求幀有錯(如發生衝突等)，不改變請求服務的用戶節點在令牌表中的狀態。
可以對如圖3A所示的MAC方法做如下的變動作為本發明MAC方法的第二實施例在原步驟S302中設置一時鐘timer，同時設定一時間周期T，並根據信道有效利用率、上行信道傳輸速率以及用戶節點發送數據的速率來確定每次廣播用戶服務請求詢問幀後允許登錄服務請求的用戶節點數目和每個節點每次發送的信息量，以保證在原步驟S311判斷指針F己指向分支指針表尾後，整個大循環過程(包括服務請求登錄、傳送令牌、發送信息等)用時不超過周期T，等時鐘表示時間周期T已到時再重新執行步驟S302。
需要說明一下，該方法步驟S302中所述時間t根據傳輸時延和最長隨機等待時間設定，實施例二中所述時間周期T根據信道的有效利用率、所述時間t以及令牌傳送時間等設定。例如所述中央控制節點到各分支最末端所述用戶節點距離之和不超過300km，與用戶節點的最大距離不超過75km，上行數據速率為10Mbps左右，同時向100個用戶提供普通電話等實時業務及其它非實時服務，可設定T＝20ms，t＝1ms；又如所述中央控制節點到各分支最末端所述用戶節點距離之和不超過30km，與用戶節點的最大距離不超過1.5km，上行數據速率為10Mbps左右，同時向80個用戶提供普通電話等實時業務及其它非實時服務，可設定T＝3ms，t＝0.02ms。
參見圖4，該圖示出本發明CATV綜合業務網第一實施例的結構示意圖。由該圖可見，該綜合業務網主要包括CATV網或其一部分、通信處理機(CP)401、數據機(M)402、射頻混合器403、分前端404、分配中心405、用戶端接設備406以及用戶設備如電話機/傳真機407、計算機408、電視機409等。通信處理機401、數據機402、射頻混合器403以及分前端404依次相連，所述分前端與若干個所述分配中心405相連，分配中心可連接若干個所述用戶端接設備406，所述用戶端接設備接有具體用戶設備如電話機或傳真機、電視機、計算機等。所述通信處理機401廣播用戶服務請求詢問幀，接收服務請求幀，據其建立或修改令牌表並將令牌和令牌表通過所述數據機402和下行通道廣播；所述用戶端接設備406接收服務請求詢問幀，需要發送信息時在收到用戶服務請求詢問幀後發送服務請求幀，在令牌按令牌表規定的順序傳到該端接設備時向上行信道發送信息，並將令牌按收到的令牌表規定的順序傳送給下一個用戶端接設備；所述射頻混合器403將CATV信號和下行數據通道信號混合併傳送給所述用戶節點，將上行通道信號傳送給所述數據機402。
參見圖5，該圖示出圖4中所示用戶端接設備的結構示意圖。由圖5可見，所述用戶端接設備主要包括數據機501、接收器502、發送器503、微處理器504、時鐘電路505、存儲器506、上行接收表507和功能卡508。各部件在所述微處理器504和時鐘信號的控制下工作。所述數據機501可調製需發送的上行信息和解調收到的下行和上行信息。所述接收器502和發送器503中有移位寄存器和緩衝寄存器，將接收進來的串行信號變換成並行信號並暫存，然後通過總線送到所述存儲器506；發送時將來自存儲器的並行信號暫存，變換成串行信號發送出去。從下行通道接收的令牌表以及從下行通道或上行通道接收的令牌先存放在存儲器，發送數據(如果有數據要發送)後，再將令牌通過上行通道傳送給令牌表上的下一個用戶端接設備。所述上行接收表507存放通過上行通道能接收到該用戶節點發送的信息的用戶節點地址，若信息要發送到這些節點，則可直接通過上行通道送達；否則送到中央控制節點，由中央控制節點轉發。所述功能卡508可為計算機通信卡、電話接口卡、影視解壓卡或其它功能卡，一臺所述用戶端接設備可安裝任一種、兩種或全部所述功能卡。
參見圖6，該圖示出本發明CATV綜合業務網第二個實施例的結構示意圖。該綜合業務網中有兩個無直接聯繫的通信處理機(CP)601、(CP)602，可以以每個通信處理機為中央控制節點構建如圖4所示的綜合業務網(業務網1、業務網2)，但業務網2中的CATV信號由業務網1提供。CP601廣播的下行信息和CATV信號經射頻混合器606混合後由分前端608送給射頻分離器609，射頻分離器609從中分離出CATV信號送給通過數據機605與通信處理機602相連的射頻混合器607，射頻混合器607將CATV信號與來自CP602的下行數據信號混合後傳輸給分配中心611。CP602通過數據機604，經射頻分離器609向業務網1的上行數據通道發送數據。如果通信處理機602與通信處理機601直接相連，則數據機604可以取掉。
參見圖7，該圖示出本發明CATV綜合業務網第三個實施例的結構示意圖。該綜合業務網與前述兩個實施例不同之處僅在於有多個所述通信處理機701，每個所述通信處理機通過光纜相連，實現相互通信。所述通信處理機701還與Internet伺服器702、影視點播中心703以及商品信息中心704等相連，從而實現Internet訪問、影視點播和電視購物等服務。所述通信處理機通過公網接口設備705與公網706(如公用電話網、ISDN、分組交換數據網，數字數據網等)相連，實現長途電話、遠程通信等服務。所述通信處理機還通過路由器707與乙太網Ethernet708相連。
以上雖已結合實施例描述了本發明，但顯然本發明保護範圍不局限於此，本領域技術人員還可能作出種種顯而易見的變動，例如本發明綜合業務網第三實施例中，所述通信處理機701間也可以通過同軸電纜、ATM交換網或其他通信媒體相連；所述通信處理機701可以只與Internet伺服器702、影視點播中心703、商品信息中心704、公網706以及乙太網708中的一個或多個相連；等等。因此本發明的保護範圍僅由權利要求書來確定。
權利要求
1.一種基於有線電視網實現綜合業務的介質送取控制方法，下行信息按廣播方式傳送，其特徵在於上行信息採用令牌樹方式傳送。
2.如權利要求1所述的介質送取控制方法，其特徵在於令牌只傳送給那些有可能要發送信息的節點，具體包括以下主要步驟(1)中央控制節點(101)根據用戶請求建立或修改有關每一分支有可能要發送信息的用戶節點(102)及其獲得令牌的先後順序的表(以後簡稱令牌表)；(2)中央控制節點(101)通過下行通道廣播令牌表；(3)各用戶節點(102)按收到的令牌表規定的順序傳送令牌，並在持有令牌時發送信息。
3.如權利要求2所述的介質送取方法，其特徵在於所述建立或修改令牌表的步驟包括以下主要步驟(1)所述中央控制節點(101)可每隔一定時間廣播一用戶服務請求詢問幀；(2)欲請求服務的用戶節點(102)接收到該詢問幀後判斷是否已發送服務請求幀，如果沒有，立即通過上行通道發送一服務請求幀，否則，等待一段時間再發送服務請求幀；(3)中央控制節點接收服務請求幀，並據此建立或修改令牌表。
4.如權利要求2或3所述的介質送取方法，其特徵在於所述中央控制節點到各分支最末端所述用戶節點的距離之和不超過300km，所述中央控制節點與所述用戶節點之間的最大距離不超過75km，上行數據速率為10Mbps左右，最多可同時為100個用戶提供服務，所述中央控制節點廣播用戶服務請求詢問幀的時間間隔約20ms。
5.如權利要求2或3所述的介質送取方法，其特徵在於所述中央控制節點到各分支最末端所述用戶節點的距離之和不超過30km，所述中央控制節點與所述用戶節點之間的最大距離不超過1.5km，上行數據速率為10Mbps左右，最多可同時為80個所述用戶節點提供服務，所述中央控制節點廣播用戶服務請求詢問幀的時間間隔約3ms。
6.一種基於CATV網實現如權利要求2或3所述方法的綜合業務網，包括有線電視網或其一部分、通信處理機(401，601，602，701)、數據機(402，603，604，605)、射頻混合器(403，606，607)和用戶端接設備(406，612，613)，其特徵在於所述通信處理機和所述數據機構成所述中央控制節點(101)，所述通信處理機廣播用戶服務請求詢問幀，接收服務請求幀，據此建立或修改每一分支的令牌表，並通過數據機和下行通道廣播該令牌表；所述用戶端接設備及與之相連的計算機、電話機或電視機等構成所述用戶節點(102)，所述用戶端接設備接收用戶服務請求詢問幀，需要發送數據時在收到用戶服務請求詢問幀後發送服務請求幀，持有令牌時發送信息並將令牌按令牌表規定的順序傳送給下一個用戶端接設備或通信處理機；所述射頻混合器將CATV信號和下行數據通道信號混合併傳送給所述用戶節點，將上行通道信號傳送給所述數據機。
7.如權利要求6所述的綜合業務網，其特徵在於各通信處理機(701)通過光纜、同軸電纜或其它通信媒體相連或通過ATM交換網相連，能夠相互通信，所述通信處理機(701)還與Internet伺服器(702)、影視點播中心(703)或商品信息中心(704)等相連，從而實現Internet訪問、影視點播或電視購物等服務。
8.如權利要求6所述的綜合業務網，其特徵在於所述通信處理機(701)通過公網接口設備(705)與公網(706)連接，從而實現長途電話、遠程通信等服務。
9.如權利要求6所述的綜合業務網，其特徵在於所述用戶端接設備(406，612，613)由數據機(501)、接收器(502)、發送器(503)、微處理器(504)、時鐘電路(505)、存儲器(506)、上行接收表(507)和功能卡(508)等組成。
10.如權利要求9所述的綜合業務網，其特徵在於所述存儲器(506)存儲經接收器(502)變換成並行信號的數據、令牌、令牌表和該端接設備要發送的信息，所述功能卡(508)為計算機通信接口卡、電話接口卡、影視解壓卡或其它功能卡，用戶端接設備可以安裝任一種、兩種或全部功能卡。
全文摘要
一種新的基於有線電視網實現綜合業務的介質送取控制方法和一種採用該方法的綜合業務網。該方法充分利用有線電視網的特點,利用上行通道部分地接收令牌和/或信息,且將令牌只傳送給那些有可能發送信息的節點,縮短了傳送距離和時間,從而減少了信道佔用量,提高了信道的有效利用率。綜合業務網由有線電視網或其一部分、通信處理機、數據機、用戶端接設備和射頻混合器等組成。通信處理機可以互連,也可以和Internet伺服器、影視點播中心、商品信息中心以及公網等相連,提供多種服務。
文檔編號H04L12/433GK1181671SQ96119179
公開日1998年5月13日 申請日期1996年11月2日 優先權日1996年11月2日
發明者來智勇 申請人:深圳市華為技術有限公司