DE60023551T2 - Verfahren zum öffnen in einem nicht-docsis modem eines proprietären mac-protokolls kompatibel zu docsis modem - Google Patents

Verfahren zum öffnen in einem nicht-docsis modem eines proprietären mac-protokolls kompatibel zu docsis modem Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Breitband-Multimedia-Datenverteilungssysteme, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Koppeln von nicht-DOCSIS Kabelmodems mit DOCSIS-kompatiblen Kabelmodems.
  • HINTERGRUND
  • Traditionelle Verbindungsaufbau-Modems stellen Online-Zugriff durch das öffentliche Telefonnetz bei bis zu 56 Kbps (entspricht 56.000 Bits pro Sekunde) bereit. Ein Kabelmodem stellt andererseits den Benutzern einen Hochgeschwindigkeits-Internet-Zugriff durch ein Kabelfernsehnetz zur Verfügung. Ein Kabelmodem kann Datenraten in einer Größe von 56 Mps liefern und ist somit für Hochgeschwindigkeits-Internet-Zugriff, digitales Fernsehen (z.B. Bezahlfernsehen) und digitale Telefonie geeignet.
  • Das Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) Protokoll wurde entwickelt um sicherzustellen, dass Kabelmodemausrüstung, die von einer Vielzahl von Herstellern gebaut wird, kompatibel ist, wie dies bei traditionellen Verbindungsausbau-Modems der Fall ist. DOCSIS-konforme Systeme in ihrer gegenwärtigen Definition übertragen jedoch viele Arten von Daten, beispielsweise Sprache, nicht effizient.
  • Es wäre daher wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines herstellerspezifischen MAC-Protokolls in Teilnehmer-Endgeräten (customer premise equipment), beispielsweise einem Kabelmodem, bereitzustellen, das die Einschränkungen des DOCSIS-Protokolls überwindet und mit DOCSIS-kompatiblen Kabelmodems, die sich in demselben Mischnetz befinden, zusammenarbeitet.
  • Das Dokument WO 99 30449 A (COM21 INC) vom 17. Juni 1999 offenbart ein Zweiwege Hybrid Fiber Coax Kabelnetz. Upstream Traffic Scheduler befinden sich in dem CMTS-Gerät und sind dafür verantwortlich, die Upstream-Übertragungen von Kabelmodems zu planen. Der Controller kann mehr als einen MAC-Domain-Dienst unterstützen; die MAC-Domains haben dieselben MAC-Paketformate; die MAC-Domain kann Fernsehen, Telefon und anderen Teilnehmer-Heimgeräten interaktive Dienste zur Verfügung stellen.
  • Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen definiert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Hinblick auf die nachfolgende Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und die begleitenden Zeichnungen besser verständlich. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Hybrid Fiber Coaxial (HFC) Netzwerkes mit typischen Pfaden für die Datenübertragung zwischen der Kopfstation (die das Kabelmodem-Abschlusssystem enthält) und einer Vielzahl von Homes (Häusern) (die jeweils ein Kabelmodem aufweisen);
  • 2 eine schematische Darstellung eines Kabelsystems mit einem Kabelmodem, das gemäß einem herstellerspezifischen nicht-DOCSIS-kompatiblen Protokoll arbeitet, das in einem DOCSIS-kompatiblen Kabelmodemsystem integriert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Systemblockdiagramm eines beispielhaften Kabelmodem-Abschlusssystems, das eine Vorrichtung unterstützen kann, die gemäß zwei oder mehreren Protokollen arbeitet, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4a ein Systemblockdiagramm eines DOCSIS-kompatiblen Kabelmodems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4b ein Systemblockdiagramm eines Kabelmodems, das gemäß einem herstellerspezifischen Protokoll arbeitet, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein Flussdiagramm, das die Integration eines nicht-DOCSIS Kabelmodems in ein DOCSIS-kompatibles Kabelmodemsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 6 eine graphische Darstellung eines MAC-Frames.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben eines herstellerspezifischen Media Access Control (MAC) Protokolls in einem nicht-DOCSIS Kabelmodem zur Verfügung. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wirkt das nicht-DOCSIS Kabelmodem mit DOCSIS-kompatiblen Kabelmodems zusammen, die sich in demselben Netzwerk befinden. Das DOCSIS-Protokoll definiert eine Reihe von Schnittstellenspezifikationen, die auf Hochgeschwindigkeitspaketen basierende Kommunikationen in einem Kabelfernsehsystem standardisieren. Die Übereinstimmung mit dem DOCSIS-Protokoll stellt sicher, dass die übereinstimmende Hardware zusammenarbeitet, um eine transparente bidirektionale Übertragung von Internet Protocol (IP) Verkehr sowie von anderem Verkehr zwischen einer Kabel-Kopfstation und Teilnehmer-Heimgeräten über ein rein koaxiales oder ein Hybrid Fiber Coax (HFC) Kabelnetz zu ermöglichen. Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu würdigen, ist es von Vorteil, die Erfindung im Zusammenhang mit einem beispielhaften bidirektionalen Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise einem HFC Netzwerk, zu beschreiben.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ermöglicht ein HFC Netzwerk die Üertragung von Daten zwischen einer Kopfstation 12, die wenigstens ein Kabelmodem-Abschlusssystem [Cable Modem Termination System (CMTS)] aufweist, und einer Anzahl von Homes (Häusern) 14, die jeweils ein Kabelmodem enthalten. In der vorliegenden Verwendung ist das CMTS so definiert, dass es den Teil einer Kopfstation enthält, der die Kommunikation mit einer Vielzahl von Kabelmodems ermöglicht. Ein typisches Kabelmodem-Abschlusssystem weist einen Burst-Empfänger, einen Dauersender (continuous transmitter) und ein Medium Access Control (MAC) auf, wie in dem „commonly owned" U.S.-Patent Nr. US 6,650,624 mit dem Titel „CABLE MODEM APPARATUS AND METHOD" offenbart ist. Derartige Hybrid Fiber Coaxial Netzwerke werden üblicherweise von Kabelanbietern verwendet, um Internet-Zugriff, Kabelfernsehen, Bezahlfernsehen und ähnliches für Teilnehmer zur Verfügung zu stellen.
  • Ungefähr 500 Homes (Häuser) 14 stehen in elektrischer Verbindung mit jedem Knoten 16, 34 des Hybrid Fiber Coaxial Netzwerkes 10, typischerweise über Koaxialkabel 29, 30, 31. Verstärker 15 ermöglichen die elektrische Verbindung der entfernteren Homes (Häuser) 14 mit den Knoten 16, 34 durch Verstärken der elektrischen Signale, um das Signal-Rausch-Verhältnis solcher Verbindungen auf erwünschte Weise zu verbessern, und durch anschließendes Übertragen der elektrischen Signale über Koaxialkabel 30, 31. Das Koaxialkabel 29 verbindet die Homes (Häuser) 14 elektrisch mit den Koaxialkabeln 30, 31, die sich zwischen den Verstärkern 15 und den Knoten 16, 34 erstrecken. Jeder Knoten 16, 34 ist mit einem Hub 22, 24 elektrisch verbunden, typischerweise über eine optische Faser 28, 32. Die Hubs 22, 24 stehen mit der Kopfstation 12 über optische Fasern 20, 26 in Verbindung. Jeder Hub kann typischerweise die Verbindung mit ca. 20.000 Homes (Häusern) 14 ermöglichen.
  • Die optischen Fasern 20, 26, die sich zwischen der Kopfstation 12 und jedem Hub 22, 24 erstrecken, definieren einen Faserring, der typischerweise die Verbindung zwischen ca. 100.000 Homes (Häusern) 14 und der Kopfstation 12 ermöglichen kann. Die Kopfstation 12 kann Videoserver, Satellitenempfänger, Videomodulatoren, Telefonschalter und/oder Internetrouter 18 sowie das Kabelmodem-Abschlusssystem enthalten. Die Kopfstation 12 kommuniziert über eine Übertragungsleitung 13, die ein T1- oder T2-Leitung sein kann, mit dem Internet, anderen Kopfstationen und/oder (einer) beliebigen anderen erwünschten Vorrichtungen) oder Netzwerken.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es einem einzelnen CMTS, bidirektionale Kommunikation zwischen nicht-DOCSIS Kabelmodems sowie zwischen DOCSIS-kompatiblen Kabelmodems und einer Vielzahl von Datenendgeräten am fernen Ende online und offline zu unterstützen. Eine beispielhafte Topologie ist in 2 gezeigt, wobei ein DOCSIS-kompatibles Kabelmodem 110 eine Schnittstelle zu dem HFC Netzwerk 100a für ein Faxgerät 120a, ein Telefon 122a und ein Modem 124a durch einen Subscriber Loop Interface Circuit (SLIC) 130a bereitstellt. Ein nicht-DOCSIS Kabelmodem 140 kann ebenfalls eine Schnittstelle zu dem HFC Netzwerk 100a für ein Faxgerät 120b, ein Telefon 122b und ein Modem 124b oder andere Telefonie-, Multimedia- oder Rechenvorrichtungen durch einen Subscriber Loop Interface Circuit (SLIC) 130b bereitstellen. Ein lokales Netzwerk (LAN) 132a, 132b und ein Universal Synchronous Bus (USB) 134a, 134b können ebenfalls Zugriff auf das HFC Netzwerk 100a über die jeweiligen DOCSIS und nicht-DOCSIS Kabelmodems haben.
  • Das HFC Netzwerk 100a am nahen Ende ist mit einer CMTS Leitungskarte 142 in der Kopfstation 112 gekoppelt. Die CMTS-Leitungskarte 142 ist mit einem paketbasierten Netzrouter 144 gekoppelt um festzustellen, ob die Kommunikation über ein HFC Netzwerk 100b am fernen Ende, ein PSTN Netzwerk 150 am fernen Ende oder das Internet transportiert wird. Im Fall von Kommunikationen über ein PSTN Netzwerk am fernen Ende stellt ein PSTN Gateway 152 eine Schnittstelle zwischen einem Datenendgerät 156a am fernen Ende und dem PSTN Netzwerk 150, das mit der Kopfstation 112 verbunden ist, zur Verfügung.
  • Im Fall eines HFC Netzwerks 100b am fernen Ende stellt ein Kabelmodem, beispielsweise ein nicht-DOCSIS Kabelmodem 140b, eine Schnittstelle zwischen einem Datenendgerät 156b am fernen Ende und dem HFC Netzwerk 100b am fernen Ende, das mit der Kopfstation 112 verbunden ist, zur Verfügung. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, dass die Datenendgeräte 156a und 156b am fernen Ende eine Vielzahl von Telefonie- und Datengeräten einschließlich Telefon, Faxgerät und Modem über einen SLIC- oder Audio-Prozessor sowie ein LAN oder USB enthalten können.
  • Der paketbasierte Netzrouter 144 erleichtert die Kommunikation zwischen den Datengeräten am nahen Ende und Offline-Datenendgeräten 156a am fernen Ende über ein leitungsvermitteltes Netzwerk wie das Public Switched Telephone Network (PSTN) 150 und das PSTN Gateway 152. Datenendgeräte umfassen beispielsweise analoge und digitale Telefone, Ethernet-Telefone, Internet Protocol Telefone, Faxgeräte, Datenmodems, Kabelmodems, Sprachserver-Systeme, PBX, Schlüsselsysteme und beliebige andere herkömmliche Telefonie-Geräte, die im Stand der Technik bekannt sind. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass das beschriebene Verfahren des Koppelns von Geräten, die nach verschiedenen Protokollen arbeiten, sich nicht auf Kabelmodems in einem HFC Netzwerk beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann vielmehr verwendet werden für Schnittstellen-Netzwerk-Gateways, Digitalempfänger oder andere Multimedia-Geräte in einem Mischnetz. Daher ist das beschriebene Hybrid Fiber Coaxial Netzwerk 100a nur ein Beispiel und stellt keine Einschränkung dar.
  • Das Multimedia Cable Network System (MCNS) DOCSIS Radiofrequenz Schnittstellen Spezifikation (SP-RFI-102-971008) Protokoll spezifiziert ein Time-Division Multiple Access (TDMA) Protokoll für die Upstream-Übertragung von Datenpaketen von Kabelmodems zu einem Kabelmodem-Abschlusssystem. Um TDMA für Upstream-Kommunikation zu erreichen, ist es erforderlich, Zeitfenster (time slots) zuzuordnen, innerhalb welcher Kabelmodems, die eine Nachricht an das Kabelmodem-Abschlusssystem zu senden haben, übertragen dürfen. Das CMTS ordnet Zeitfenster nach Requests zu, die in einem Request Contention Bereich in dem Upstream-Datenpfad platziert sind.
  • Das CMTS antwortet auf solche Requests von den Kabelmodems mit einer logischen Nachricht (MAP), die an alle Kabelmodems auf einem bestimmten Frequenzkanal gesendet wird. Die MAP-Nachricht legt die Upstream-Framestruktur fest, um individuelle Zeitfenster bereitzustellen, innerhalb der jedes Kabelmodem übertragen darf. MAP legt fest, welche Kabelmodems übertragen dürfen, wann sie übertragen dürfen, und wie, z.B. welchen Modulationstyp sie zur Übertragung verwenden dürfen.
  • Jedes Kabelmodem wird typischerweise durch einen oder mehrere Stations- oder Service Identifizierer (SID) identifiziert. Die MAP-Nachricht legt fest, welcher SID oder welches Kabelmodem Upstream-Kommunikationen auf einem bestimmten Frequenzkanal während jedes TDMA-Zeitfensters steuert. Die MAP-Nachricht legt auch die Zeit fest, an der das Zeitfenster beginnt, und welcher Intervallverwendungscode oder Burst-Typ zu verwenden ist. Wenn das entsprechende TDMA-Zeitfenster (rechtzeitig) ankommt, sendet ein Kabelmodem einen Informationsschub, z.B. einen Frame von Sprache oder Daten, an das Kabelmodem-Abschlusssystem.
  • Gemäß dem DOCSIS Time-Division Multiple Access Protocol empfangen alle Geräte, die (DOCSIS-kompatibel oder anderweitig) in einem DOCSIS-Netzwerk arbeiten, gleichzeitig MAP-Nachrichten und senden Requests in den Request Contention Bereich. Somit darf, um in einem gemeinsamen Zugriffsnetz mit DOCSIS-kompatiblen Geräten kompatibel zusammenzuarbeiten, ein Gerät, das nach einem nicht-DOCSIS herstellerspezifischen Protokoll arbeitet, den korrekten Betrieb der DOCSIS-kompatiblen Geräte (z.B. Kabelmodems und CMTS) nicht beeinträchtigen. Außerdem beeinträchtigen Kommunikationen zwischen DOCSIS-kompatiblen Geräten vorzugsweise nicht den korrekten Betrieb eines Geräts, das nach einem nicht-DOCSIS Protokoll arbeitet.
  • Daher unterscheiden sich Upstream-Kommunikationen in einem Mischnetz, die aus einem Gerät stammen, das gemäß einem nicht-DOCSIS Protokoll arbeitet, vorzugsweise von Kommunikationen, die von DOCSIS-kompatiblen Geräten stammen. Im Betrieb kann das CMTS daher nicht-DOCSIS Upstream-Übertragungen identifizieren und sie zu einer kompatiblen Verarbeitungseinheit in dem CMTS leiten, und DOCSIS-Übertragungen zu einer DOCSIS-kompatiblen Verarbeitungseinheit in dem CMTS. Weiter in Empfangsrichtung (downstream) kann ein CMTS vorzugsweise mit einem spezifischen nicht-DOCSIS Gerät oder allen nicht-DOCSIS Geräten so kommunizieren, dass die Kommunikationen von den DOCSIS-kompatiblen Geräten ignoriert oder verworfen werden. Ähnlich werden Downstream-Kommunikationen von dem CMTS zu DOCSIS-kompatiblen Geräten vorzugsweise von den nicht-DOCSIS Geräten ignoriert oder verworfen.
  • Unter Bezug auf 3 weist ein Kabelmodem-Abschlusssystem 142 einen Downstream Modulator 200 zum Übertragen von Informationen, beispielsweise Sprache, Daten, Steuerungs- oder Dienstnachrichten, zu den Kabelmodems und einen Upstream Demodulator 202 zum Empfangen von Kommunikationen von den Kabelmodems auf. Der Downstream Modulator 200 kann beispielsweise 64 QAM oder 256 QAM in einem Frequenzband im Bereich von 54 bis 860 MHz verwenden, um eine Datenrate von bis zu 56 Mbps bereitzustellen. Der Upstream Demodulator 202 kann entweder QPSK oder 16 QAM in einem Frequenzbereich von 5 MHz bis 42 MHz verwenden, um eine Datenrate von bis zu 10 Mbps bereitzustellen.
  • Bei dem beschriebenen beispielhaften CMTS liefert ein MIPS Kern 240 in Zusammenhang mit seinem residenten SRAM 250 und einem externen Speicher 252 Contention Resolution und Scheduling-Funktionen, um die Effizienz des Netzwerks durch Anpassen der Anzahl von Zeitfenstern gemäß Netzwerkverkehrsmustern zu maximieren. Der MIPS Kern leitet auch Datenverkehr auf den Bus 254. Des Weite ren benötigen viele der von dem CMTS übertragenen und empfangenen Daten umfangreiche Bearbeitung und Formatierung. Der MIPS Kern 240 ist für diese Bearbeitung und Formatierung verantwortlich. Der MIPS Kern regelt beispielsweise die Umwandlung von Daten zwischen 64-QAM, QPSK und dem digitalen Paketformat der Router-Schnittstelle. Des Weiteren wertet der MIPS Kern 240 Management-Nachrichten aus und stellt grundlegende Datenbank-Management-Funktionen zur Verfügung.
  • Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform steuert ein Protokoll-Prozessor 210 die Schnittstelle zwischen der physikalischen Schicht (d.h. dem Upstream Demodulator und dem Downstream Modulator) und den DOCSIS-kompatiblen und nicht-DOCSIS kompatiblen Media Access Controllern 220 und 222. Der Protokoll-Prozessor 210 identifiziert DOCSIS-kompatible Upstream- und Downstream-Kommunikationen und routet sie zu dem DOCSIS MAC 220 zur Verarbeitung. Ebenso identifiziert der Protokoll-Prozessor 210 nicht-DOCSIS-kompatible Upstream- und Downstream-Kommunikationen und routet sie zu dem nicht-DOCSIS MAC 222 zur Verarbeitung.
  • Die Media Access Controller (MAC) 220 und 222 kapseln von einer Daten-Netzwerk-Schnittstelle empfangene Daten mit der entsprechenden MAC Adresse der Kabelmodems in dem System ein. Jedes Kabelmodem in dem System (nicht gezeigt) hat seine eigene MAC Adresse. Jedes Mal, wenn ein neues Kabelmodem installiert wird, wird seine Adresse in dem CMTS registriert. Die MAC Adresse ist erforderlich, um Upstream-Daten von den Kabelmodems zu unterscheiden, da sich alle Modems einen gemeinsamen Upstream-Pfad teilen, und damit das CMTS Downstream-Kommunikationen an das richtige Kabelmodem überträgt. Somit wird jedes Datenpaket unabhängig vom Protokoll an eine bestimmte MAC Adresse gemappt.
  • In den 4A und 4B ist jeweils ein DOCSIS und ein nicht-DOCSIS Kabelmodem schematisch dargestellt. Das DOCSIS Kabelmodem stellt eine DOCSIS-konforme Einzelchiplösung zur Verfügung, wie sie in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 00/62501 mit dem Titel „GATEWAY WITH VOICE" offenbart ist. Das DOCSIS Kabelmodem 110 stellt integrierte Funktionen zum Kommunizieren mit Geräten am fernen Ende über das CMTS (nicht gezeigt) zur Verfügung. Das nicht-DOCSIS Kabelmodem 140 stellt ebenfalls integrierte Funktionen zum Kommunizieren mit Datenendgeräten am fernen Ende zur Verfügung. Das nicht-DOCSIS Kabelmodem 140 kann gemäß einem nicht-DOCSIS-konformen herstellerspezifischen Protokoll arbeiten, wie es in dem „commonly owned" U.S.-Patent Nr. US 6,804,251 mit dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR MULTIPLEXING DATA FROM MULTIPLE SOURCES" beschrieben ist.
  • Das DOCSIS Kabelmodem 110 und das nicht-DOCSIS Kabelmodem 140 können gemeinsame PHY-Elemente verwenden. Beispielsweise können Upstream QPSK Modulatoren 300a, 300b verwendet werden, um Daten zu einem Datenendgerät am fernen Ende zu übertragen, und Downstream QAM Demodulatoren 302a, 302b können Daten von dem Datenendgerät am fernen Ende über das CMTS empfangen. Der Upstream Modulator 300a und der Downstream Demodulator 302a in dem DOCSIS Kabelmodem 110 sind jedoch mit einem DOCSIS MAC 304 gekoppelt, während der Upstream Modulator 300b und der Downstream Demodulator 302b in dem nicht-DOCSIS Kabelmodem 140 mit einem nicht-DOCSIS MAC 310 gekoppelt sind.
  • Der DOCSIS MAC 304 implementiert die Downstream-Abschnitte des DOCSIS Protokolls. Der DOCSIS MAC extrahiert DOCSIS MAC Frames aus MPEG-2 Frames, verarbeitet MAC Header und filtert und verarbeitet Nachrichten und Daten. Downstream-Datenpakete und Nachrichtenpakete können dann über einen internen Systembus [Internal System Bus (ISB)] in einem Systemspeicher 320 platziert werden. Der DOCSIS MAC 304 und der nicht-DOCSIS MAC 310 steuern auch die Upstream-Übertragungsparameter und kapseln von peripheren Signalquellen empfangene Daten mit den entsprechenden Header-Informationen, die einen Service Identifizierer (SID) enthalten, ein.
  • Die Kabelmodems 110 und 140 können Informationspakete von einer Vielzahl von Signalquellen annehmen. Beispielsweise stellen Universal Serial Bus (USB) Transceiver 322a, 322b und USB MACs 324a, 324b transparenten, bidirektionalen Verkehr zwischen Vorrichtungen, die auf einem USB, beispielsweise einer PC Arbeitsstation, einem Serverdrucker oder anderen ähnlichen Geräten, arbeiten, und dem Datenendgerät am fernen Ende bereit. Außerdem kann eine I.E.E.E.802.3-konforme Media Independent Interface (MII) 330a, 334b in Zusammenhang mit einem Ethernet MAC 332a, 332b ebenfalls umfasst sein, um einen bidirektionalen Datenaustausch zwischen Kommunikationsgeräten, z.B. einer Anzahl von PCs oder Ethernet-Telefonen und dem Datenendgerät am fernen Ende zur Verfügung zu stellen.
  • Bei den beschriebenen beispielhaften Kabelmodems 110 und 140 leitet ein MIPS Kern 360a, 360b in Zusammenhang mit dem residenten SRAM 320a, 32b0b die Umwandlung von Daten zwischen 64-QAM, QPSK und dem digitalen Paketformat der verschiedenen Peripheriegeräte. Des Weiteren wertet der MIPS Kern 360 Management-Nachrichten aus und stellt grundlegende Datenbank-Management-Funktionen zur Verfügung.
  • Die Kabelmodems 110, 140 können des Weiteren einen internen Audioprozessor 370a, 370b mit einem analogen Vorderende 372a, 372b aufweisen, der mit einem Sprachprozessor 374a, 374b mit externen Subscriber Line Interface Circuits (SLICs) 376a, 376b zum bidirektionalen Austausch von Sprachsignalen gekoppelt ist. Der Sprachprozessor 374a, 374b weist ein Encoder- und Decoder-System (nicht gezeigt) auf, das beispielsweise Verzögerungskompensation, Sprachcodierung und -decodierung, DTMF-Erzeugung und -Ermittlung, Hörton (call progress tone)-Erzeugung und -Ermittlung, Comfort Noise Generation und die Wiederherstellung verlorener Frames zur Verfügung stellen kann.
  • Der Audioprozessor 370a, 370b kann programmierbare Elemente aufweisen, die Filter und andere Schnittstellenkomponenten für eine Vielzahl von Sprachkanälen implementieren. Im Übertragungsmodus akzeptiert das analoge Vorderende 372a, 372b ein analoges Sprachsignal von SLIC 376a, 376b, digitalisiert das Signal und leitet das digitalisierte Signal an den Audioprozessor 370 weiter.
  • Der Audioprozessor 370a, 370b dezimiert das digitalisierte Signal und bereitet das dezimierte Signal so auf, dass Echos am fernen Ende beseitigt werden. Wie der Name bereits impliziert, sind Echos in Telefonsystemen die Rückgabe der Stimme des Sprechers, die aus dem Betrieb des Richtkopplers (hybrid) mit seiner Zwei-Vier-Draht-Umformung resultiert. Der Audioprozessor 370a, 370b kann eine festgelegte Verstärkung (gain)/Abschwächung (attenuation) an das aufbereitete Signal anlegen und leitet das durch Verstärkung angepasste Signal über die PCM Schnittstelle an den Sprachprozessor 374a, 374b weiter. Im Empfangsmodus akzeptiert der Audioprozessor ein Sprachsignal über eine PCM Schnittstelle von dem Sprachprozessor und legt eine festgelegte Verstärkung (gain)/Abschwächung (attenuation) an das empfangene Signal an. Das durch Verstärkung angepasste Signal wird dann von 8 kHz auf 96 kHz interpoliert, bevor es zur Kommunikation über eine SLIC Schnittstelle zu einem Telefonie-Gerät von Gleichstrom in Wechselstrom umgeformt wird.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der nicht-DOCSIS MAC 310 ein herstellerspezifisches Protokoll implementieren, das effizientes Multiplexen von Sprache und Daten für bidirektionale Kommunikation über das HFC Netzwerk bereitstellt. Das nicht-DOCSIS Kabelmodem kann die relative Effizienz der Datenübertragung für einen gegebenen Zuteilungsbereich auswerten durch die Informationspakete, die gegenwärtig auf die Übertragung warten. Das nicht-DOCSIS Kabel modern wertet vorzugsweise die Beziehung zwischen Signalquellen, die Größe eines Pakets in Bezug auf die Größe des Zuteilungsbereichs, die Übertragungsprioritäten und andere Kenntnisse hinsichtlich der Datenpakete und des Zustands des Netzwerks aus. Des Weiteren kann das Kabelmodem, um die Effizienz zu maximieren, Informationspakete verknüpfen oder fragmentieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können die Informationspakete von einer beliebigen Signalquelle mit Informationen von einer beliebigen anderen verknüpft und innerhalb desselben Zuteilungsbereichs übertragen werden. Des Weiteren kann das beschriebene beispielhafte nicht-DOCSIS Kabelmodem ein Informationspaket oder ein Fragment davon in einem Zuteilungsbereich übertragen, der unterschiedlichen Informationspaketen zugeordnet ist.
  • Unter Bezug auf 5 identifiziert und verarbeitet das CMTS Upstream-Kommunikationen von und Downstream-Kommunikationen zu den DOCSIS und nicht-DOCSIS Kabelmodems. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können Service Identifizierer (SID) in dem Frame Header von Upstream-Kommunikationen teilweise dazu dienen, DOCSIS-kompatible und nicht-DOCSIS-kompatible Geräte zu identifizieren. Ein MAC Frame ist die Grundeinheit für Übertragung zwischen MAC Unterschichten in dem CTMS und den Kabelmodems. Dieselbe Grundstruktur wird sowohl in Sende- (upstream) als auch in Empfangsrichtung (downstream) verwendet. Ein MAC Frame weist einen MAC Header auf, der den Inhalt des MAC Frames identifiziert, und eine optionale Paketdateneinheit [Packet Data Unit (PDU)].
  • MAC Header haben das in 6 gezeigte Header Format. Im Allgemeinen weisen die MAC Header ein Framesteuerfeld [Frame Control (FC)] 500 auf, das die Art des MAC Headers identifiziert, sowie ein MAC Steuerfeld 510, ein optionales erweitertes Headerfeld 520 und eine Headerprüfsequenz 530, um die Integrität des MAC Headers sicherzustellen. Allgemein gesagt gibt es zwei Arten von Frames, die auf dem Upstream-Kanal von den Kabelmodems zu dem CMTS übertragen werden. Nämlich die Contention Minislot Requests, die ein oder mehrere SIDs 540 in der Headerstruktur aufweisen, und alle anderen Arten von Frames, die typischerweise keinen Service Identifizierer, sondern vielmehr die Länge 550 des MAC Frames aufweisen.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedem Gerät in dem Netzwerk zunächst ein primärer Service Identifizierer (PSID) zugeteilt, der dazu dient, die Verkehrseigenschaften und die Planungserfordernisse für das Kabelmodem zu identifizieren. Außerdem werden jedem Gerät auch zusätzliche SIDs zugeordnet, die die Vorrichtung als DOCSIS-kompatibel oder nicht- DOCSIS-kompatibel identifizieren. Die DOCSIS und nicht-DOCSIS MACS der Kabelmodems betten die zusätzlichen SIDs in jeden Contention Minislot Frame ein. Der Protokoll-Prozessor in dem CMTS kann dann Requests von DOCSIS und nicht-DOCSIS-kompatiblen Geräten gemäß den eingebetteten SIDs identifizieren. Wieder unter Bezug auf 5 kann das CMTS im Betrieb daher Requests in dem Contention Request Bereich von Geräten, die nicht-DOCSIS-kompatible SIDs haben, zu einem entsprechenden nicht-DOCSIS Prozessor in dem CMTS 410 leiten. Ähnlich kann das CMTS Requests von Geräten mit DOCSIS-kompatiblen SIDs zu einem entsprechenden DOCSIS Prozessor in dem CMTS 420 leiten. Das CMTS kann dann auf geeignete Weise auf diese Requests mit einer Bandbreitenzuteilung antworten, während der die Kabelmodems übertragen können 424. Außerdem werden bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform Kollisionen zwischen zwei oder mehreren Paketen in dem CMTS ignoriert und haben keine Auswirkung auf die CMTS Verarbeitung.
  • Im Zuteilungsbereich übertragen Kabelmodems jedoch Frames in dem Upstream-Kanal, die in dem Frame Header kein SID eingebettet haben. Vielmehr wird das SID Feld durch ein Feld ersetzt, das die Länge der Paketdateneinheit identifiziert. Daher kann das CMTS das Kabelmodem, das einen bestimmten Frame übertragen hat, nicht direkt durch Überprüfung dieses Frames identifizieren. Upstream-Übertragungen, die kein SID Feld aufweisen, werden jedoch gemäß einer Minislot-Zuordnung von dem CMTS übertragen. Der Scheduler in dem MIPS Kern des CMTS weiß daher von vorneherein, welches Gerät jeden Frame in einem bestimmten Satz von Minislots übertragen hat. Somit kann das CMTS auch Upstream-Kommunikationen in dem Zuteilungsbereich identifizieren, die sowohl von DOCSIS-kompatiblen als auch nicht-kompatiblen Geräten übertragen worden sind.
  • Im Betrieb kann das CMTS daher Upstream-Kommunikationen in dem Zuteilungsbereich von nicht-DOCSIS-kompatiblen Geräten zu einem entsprechenden nicht-DOCSIS Prozessor in dem CMTS leiten. Ähnlich kann das CMTS Upstream-Kommunikationen in dem Zuteilungsbereich von DOCSIS-kompatiblen Geräten zu einem entsprechenden DOCSIS Prozessor in dem CMTS leiten. Der geeignete Prozessor in dem CMTS verarbeitet daher Upstream-Kommunikationen in dem Zuteilungsbereich und leitet diese Kommunikationen an das adressierte Gerät 424 am fernen Ende weiter. Das CMTS kann daher jede Upstream-Kommunikation von möglichen Störungen von einem nicht-kompatiblen Gerät isolieren. Der Zuteilungsbereich des nicht-DOCSIS Geräten zugeordneten Upstreams wird von dem DOCSIS Systemmapper nicht gemappt.
  • In Empfangsrichtung (downstream) erfordert das DOCSIS Protokoll die Kommunikation eines einzigen Rundspruchs, beispielsweise MAP Nachrichten, für jedes Gerät in dem Netzwerk. Um dieses Erfordernis zu erfüllen, kann ein CMTS in einem System, das Gruppen von Geräten aufweist, die nach zwei oder mehreren unterschiedlichen Protokollen arbeiten, den DOCSIS Multicast (Mehrpunktverbindungs-) Mechanismus verwenden, um mit jedem Gerät in einer bestimmten Gruppe zu kommunizieren. Beispielsweise kann das CMTS zuerst eine Multicast Gruppe für die Kabelmodems erstellen, die nach jeweils unterschiedlichem Protokoll 440 arbeiten. Dann kann das CMTS mit einer Gruppe von Geräten kommunizieren, die nach einem bestimmten Protokoll arbeiten, indem ein Paket, das eine Multicast Gruppe 450 verwendet, die jedes Gerät in dieser Gruppe enthält, übertragen wird.
  • Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform richten sich Multicast Pakete, die an nicht-DOCSIS-kompatible Geräte adressiert sind, nach den Erfordernissen für ein DOCSIS Multicast Paket, damit kein Fehlerzustand in einem DOCSIS-kompatiblen Gerät erzeugt wird. Multicast Kommunikationen, die an nicht-DOCSIS-kompatible Gruppen adressiert sind, werden jedoch von DOCSIS-kompatiblen Geräten ignoriert, weil sie nicht Teil der Multicast Gruppe sind. Ähnlich werden Multicast Pakete, die an eine Gruppe von DOCSIS-kompatiblen Geräten adressiert sind, von nicht-DOCSIS Geräten ignoriert, die nicht Teil der Multicast Gruppe sind.
  • Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform können Downstream-Kommunikationen mit einer Gruppe von nicht-DOCSIS-kompatiblen Geräten in den Nutzdaten des Multicast Frames durchgeführt werden. Beispielsweise können Steuerinformationen, die für eine Gruppe von nicht-DOCSIS Geräten vorgesehen sind, zu dieser Gruppe in den Nutzdaten eines Multicast Frames übertragen werden. Ähnlich können die Nutzdaten eines nicht-DOCSIS Multicast Frames verwendet werden, um MAP Nachrichten in Empfangsrichtung (downstream) zu übertragen, um Geräten in der nicht-DOCSIS-kompatiblen Gruppe Upstream-Kapazitäten zuzuordnen.
  • Des Weiteren kann das CMTS die Zieladresse von Kommunikationen des fernen Endes mit dem Protokoll des adressierten Geräts 460 korrelieren. Das CMTS kann daher Kommunikationen des fernen Endes an den entsprechenden Prozessor in dem CMTS zur Verarbeitung nach dem Protokoll des adressierten Geräts routen. Das CMTS kann dann die verarbeitete Downstream-Kommunikation, die eine Unicast (Punkt-zu-Punkt-Verbindungs-) MAC Adresse aufweist, an den Downstream Modulator zur Kommunikation zu der einzelnen adressierten Gerät 470 weiterleiten. Downstream Unicast Kommunikationen werden daher von allen anderen Geräten ignoriert. Somit kann das CMTS auch in Empfangsrichtung (downstream) mit ein zelnen Geräten kommunizieren, die nach einem nicht-DOCSIS Protokoll arbeiten, ohne mit dem Betrieb von DOCSIS-kompatiblen Geräten in demselben Mischnetz in Konflikt zu kommen. Daher kann ein bidirektionales Kommunikationsnetzwerk, das gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet, Geräte unterstützen, die nach einer Vielzahl von Protokollen arbeiten, um die Netzbandbreite effizient auszunutzen.
  • Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, sollte sie nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der beigefügten Ansprüche einschränkt. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass verschiedene Modifikationen an der beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden können. Außerdem schlägt die Erfindung selbst dem Fachmann auf unterschiedliche Art und Weise Lösungen für andere Aufgaben und Anpassungen für andere Anwendungen vor. Es ist daher erwünscht, dass die vorliegenden Ausführungsformen in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend betrachtet werden, wobei zur Angabe des Umfangs der Erfindung eher auf die beigefügten Ansprüche als auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Kommunizieren über ein Netz (100a) zwischen einem Kabelmodem-Abschlusssystem (142) und einer ersten und zweiten Gruppe eines oder mehrerer Kabelmodems (140a, 110), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe eines oder mehrerer Kabelmodems (140a) nach einem nicht-DOCSIS herstellerspezifischen Protokoll arbeitet, und die zweite Gruppe eines oder mehrerer Kabelmodems (110) nach dem DOCSIS Protokoll arbeitet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Identifizieren von Übertragungen von der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Kabelmodems (140a, 110) durch einen Protokoll-Prozessor (210) innerhalb des Kabelmodem-Abschlusssystems; wobei die Übertragung von der ersten Gruppe (140a) und der zweiten Gruppe (110) von Kabelmodems gemäß einem ersten Identifizierer und einem zweiten Identifizierer identifiziert wird, und wobei der erste Identifizierer in Übertragungen von der ersten Gruppe von Kabelmodems (140a) und der zweite Identifizierer in Übertragungen von der zweiten Gruppe von Kabelmodems (110) eingebettet ist; Routen von Übertragungen von der ersten Gruppe von Kabelmodems (140a) durch den Protokoll-Prozessor (210) zu einem ersten Prozessor (222), der nach dem nicht-DOCSIS herstellerspezifischen Protokoll arbeitet, innerhalb des Kabelmodem-Abschlusssystems (142); und Routen von Übertragungen von der zweiten Gruppe von Kabelmodems (110) durch den Protokoll-Prozessor (210) zu einem zweiten Prozessor (220), der nach dem DOCSIS-Protokoll arbeitet, innerhalb des Kabelmodem-Abschlusssystems (142).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Übertragungen von der ersten (140a) und der zweiten (110) Gruppe von Kabelmodems Bandbreiten-Requests aufweisen, die in einem Request Contention Bereich übertragen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, das des Weiteren das Übertragen von Bandbreiten-Grants an die erste (140a) und die zweite (110) Gruppe von Kabelmodems im Ansprechen auf die Bandbreiten-Requests umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Zuordnen eines oder mehrerer Zeitfenster (Time Slots) umfasst, während der die erste Gruppe (140a) und die zweite Gruppe (110) von Kabelmodems Informationen an das Kabelmodem-Abschlusssystem (142) übertragen können, und wobei das Kabelmodem-Abschlusssystem (142) die Übertragung von der ersten Gruppe (140a) und der zweiten Gruppe (110) von Kabelmodems gemäß den zugeteilten Zeitfenstern identifiziert.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Erstellen einer ersten Multicast-Gruppe umfasst, die die erste Gruppe von Kabelmodems (140a) aufweist, das Erstellen einer zweiten Multicast-Gruppe, die die zweite Gruppe von Kabelmodems (110) aufweist, und das Übertragen von Gruppennachrichten von dem Kabelmodem-Abschlusssystem (142) zu der ersten Gruppe (140a) und der zweiten Gruppe (110) von Kabelmodems gemäß der ersten und der zweiten Multicast-Gruppe.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Empfangen von Kommunikationen für die erste Gruppe (140a) und die zweite Gruppe (110) von Kabelmodems gemäß Adressen der ersten Gruppe (140a) und der zweiten Gruppe (110) von Kabelmodems umfasst, das Routen von Kommunikationen für die erste Gruppe von Kabelmodems (140a) zu dem ersten Prozessor (222) innerhalb des Kabelmodem-Abschlusssystems (142), das Routen von Kommunikationen für die zweite Gruppe von Kabelmodems (110) zu dem zweiten Prozessor (220) innerhalb des Kabelmodem-Abschlusssystems (142), und das Übertragen verarbeiteter Kommunikationen zu adressierten Kabelmodems (140a, 152).
  7. Kabelfernsehsystem mit: einer Vielzahl von Kabelmodems (140a, 110), die über ein Netz (100a) mit einem Kabelmodem-Abschlusssystem (142) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe eines oder mehrerer Kabelmodems (140a) mit dem Kabelmodem-Abschlusssystem (142) gemäß einem nicht-DOCSIS herstellerspezifischen Protokoll kommuniziert und eine zweite Gruppe eines oder mehrerer Kabelmodems (110) mit dem Kabelmodem-Abschlusssystem (142) gemäß dem DOCSIS-Protokoll kommuniziert, wobei das Kabelmodem-Abschlusssystem (142) einen Protokoll-Prozessor (210) zum Identifizieren von Übertragungen von der ersten (140a) und der zweiten (110) Gruppe von Kabelmodems aufweist, und wobei der Protokoll-Prozessor (210) Übertragungen von der ersten Gruppe von Kabelmodems (140a) zu einem ersten Prozessor (222) routet, der gemäß dem nicht-DOCSIS herstellerspezifischen Protokoll arbeitet, und wobei der Protokoll-Prozessor (210) Übertragungen von der zweiten Gruppe von Kabelmodems (110) zu einem zweiten Prozessor (220) routet, der gemäß dem DOCSIS-Protokoll arbeitet; wobei die Übertragung von der ersten Gruppe (140a) und der zweiten Gruppe (110) von Kabelmodems gemäß einem ersten Identifzierer und einem zweiten Identifzierer identifiziert wird, wobei der erste Identifzierer in Übertragungen von der ersten Gruppe von Kabelmodems (140a) und der zweite Identifzierer in Übertragungen von der zweiten Gruppe von Kabelmodems (110) eingebettet ist.
  8. Kabelfernsehsystem nach Anspruch 7, wobei die Übertragungen von der ersten (140a) und der zweiten (110) Gruppe von Kabelmodems Bandbreiten-Requests aufweisen, die in einem Request Contention Bereich übertragen werden.
  9. Kabelfernsehsystem nach Anspruch 8, wobei das Kabelmodem-Abschlusssystem (142) des Weiteren einen Zentralprozessor zum Terminieren der Übertragung von der ersten und der zweiten Gruppe von Kabelmodems im Ansprechen auf die Bandbreiten-Requests aufweist.
  10. Kabelfernsehsystem nach Anspruch 7, wobei das Kabelmodem-Abschlusssystem (142) des Weiteren einen vorgeschalteten (upstream) Demodulator (202) zum Empfangen von Übertragungen von der ersten (140a) und der zweiten (110) Gruppe von Kabelmodems und einen nachgeschalteten (downstream) Modulator (200) zum Übertragen von Informationen zu der ersten (140b) und der zweiten (152) Gruppe von Kabelmodems aufweist.
  11. Kabelfernsehsystem nach Anspruch 10, wobei jedes der Kabelmodems (110, 140a) einen nachgeschalteten (downstream) Demodulator (302a, 302b) zum Empfangen von Übertragungen von dem Kabelmodem-Abschlusssystem (142) und einen vorgeschalteten (upstream) Modulator (300a, 300b) zum Übertragen von Informationen zu dem Kabelmodem-Abschlusssystem (142) aufweist.
  12. Kabelfernsehsystem nach Anspruch 11, wobei jedes der Kabelmodems (110, 140a) des Weiteren einen Media Access Controller (304, 310) zum Einbetten von Identifizierern in jeden vorgeschalteten (upstream) Bandbreiten-Request aufweist, wobei der Media Access Controller (304, 310) den ersten Identifizierer für Kabelmodems (140a) einbettet, die gemäß dem nicht-DOCSIS herstellerspezifischen Protokoll arbeiten, und den zweiten Identifizierer für Kabelmodems (110), die gemäß dem DOCSIS Protokoll arbeiten.
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