CN1062100C - 基于catv网实现综合业务的介质送取控制方法和网络 - Google Patents

Abstract

一种新的基于有线电视网实现综合业务的介质送取控制方法和一种采用该方法的综合业务网。该方法充分利用有线电视网的特点，利用上行通道部分地接收令牌和/或信息，且将令牌只传送给那些有可能发送信息的节点，缩短了传送距离和时间，从而减少了信道占用量，提高了信道的有效利用率。综合业务网由有线电视网或其一部分、通信处理机、调制解调器、用户端接设备和射频混合器等组成。通信处理机可以互连，也可以和Internet服务器、影视点播中心、商品信息中心以及公网等相连，提供多种服务。

Description

基于CATV网实现综合业务的介质送取控制方法和网络

本发明涉及基于有线电视(CATV)网实现综合业务的介质送取控制(MAC)方法以及采用该方法构建的CATV综合业务网络。

基于CATV网实现或构建综合业务网络或传输多种信息的技术业已公知，例如中国专利局96年5月1日公开的题为“有线电视综合服务网”专利申请述及一种采用现有树状结构CATV网和令牌总线MAC方法的综合业务网络，克服了已前CATV综合业务网速率低、用途专、范围小等缺点，可构成大范围、多用途的CATV综合业务网络；但由于信息和令牌要发送到上行通道，经载频变换器变换后再传送到下行通道送给接收节点，故传送时间长，且同时占用上行和下行通道，降低了信道的有效利用率。另一方面，上述专利申请中的令牌一般要遍历所有节点，而不管节点是否要发送数据，这又多花了时间，降低了有效效率。

《世界有线电视信息》1996年第七期第三卷《基于HFC方式的有线电视网的多功能开发》一文述及：一般CATV网，特别是光纤同轴电缆混合(HFC)的CATV网中，都专门划出部分频带用于传送下行和上行数据信号，如可划分出5-42MHz用于传送上行数据信号，划分出550-750MHz用于传送下行数据信号。上行数据通道就是指专门划分出来用于传送上行数据信号频带，上行数据通道简称上行通道。下行通道包括下行数据通道和模拟通道，模拟通道用于传送普通电视节目。由于CATV网中使用放大器的方向性，下行信息可传送到每个用户节点，而上行信息则不然：某一用户节点通过上行通道发送的信息，有些用户节点可以接收到，而另一些用户节点则接收不到。我们把通过上行通道能接收到其中任一用户节点发送的上行信息的一组用户节点及其传送通道组成的部分称为一个分支，或者更一般地，我们把上行数据通道看成如图1所示的一种单向的树结构，用户节点102分布在大小树支上，中央控制节点101位于树的根部，信息在这种单行通道上传送时，所经历的节点可以接收到，未经历的节点接收不到。作为一种特殊控制信息的令牌，同样可以被所经历的节点接收到。因此，从理论上说，用户节点不仅可以从下行通道接收信息和令牌，而且部分地也可从上行通道接收信息和令牌。

本发明的目的是提供一种新的基于CATV网实现综合业务的MAC方法，以使用户节点可以从上行通道接收令牌和/或信息，通信的距离被缩短，从而减少延时，减少信道占用量，提高信道的有效利用率和容量，并采用该方法构建CATV综合业务网，以克服上述CATV综合业务网的令牌传送时间长，信道有效利用率低等缺点。

为实现上述目的，本发明的基于CATV网实现综合业务的MAC方法，下行信息按广播方式传送，其要点在于上行信息采用令牌树方式传送。

令牌树方式可为下面两种方式中的一种：

方式一、令牌首先通过下行通道传送到某一分支的最末一个用户节点，该用户节点接收到令牌后即可发送数据，之后将令牌通过上行通道传送给该分支的上一个用户节点，……以此类推直至该分支最后一个收到令牌的用户节点将令牌通过上行通道传送给中央控制节点，所述中央控制节点再将令牌通过下行通道传送给下一分支的最末用户节点，……以此类推直至令牌遍历所有分支后再重新循环。

方式二、令牌只传送给那些有可能要发送信息的节点，具体包括以下主要步骤：

(1)、中央控制节点根据用户请求建立或修改有关每一分支有可能要发送信息的用户节点及其获得令牌的先后顺序的表(以后简称令牌表)；

(2)、中央控制节点通过下行通道广播令牌表；

(3)、各用户节点按收到的令牌表规定的顺序传送令牌，并在持有令牌时发送信息。

其中中央控制节点建立和修改令牌表的过程包括以下主要步骤：

(1)、所述中央控制节点可每隔一定时间广播一用户服务请求询问帧；

(2)、欲请求服务的用户节点接收到该询问帧后判断是否已发送服务请求帧，如果没有，立即通过上行通道发送一服务请求帧，否则，等待一段时间再发送服务请求帧；

(3)、中央控制节点接收服务请求帧，并据此建立或修改令牌表。

下行信息的发送可不受令牌限制。

本发明的另一方面——实现上述MAC方法的一种综合业务网，由有线电视网或其一部分、通信处理机、调制解调器、射频混合器和用户端接设备等组成，其特征在于所述通信处理机和所述调制解调器构成所述MAC方法中所述中央控制节点，所述通信处理机广播用户服务请求询问帧，接收服务请求帧，据此建立或修改每一分支的令牌表，并通过调制解调器和下行通道广播该令牌表；所述用户端接设备及与之相连的计算机、电话机或电视机等构成所述用户节点，所述用户端接设备接收用户服务请求询问帧，需要发送数据时在收到用户服务请求询问帧后发送服务请求帧，持有令牌时发送信息并将令牌按令牌表规定的顺序传送给下一个用户端接设备或通信处理机；所述射频混合器将CATV信号和下行数据通道信号混合并传送给所述用户节点，将上行通道信号传送给所述调制解调器。

本发明中，下行信息可包括普通广播电视节目、影视点播节目、视频游戏节目、(计算机)数据、话音、商品信息及其它服务信息等。除普通广播电视节目外，数据和可转换或编码成数据传送的压缩影视点播节目、视频游戏节目、话音、商品信息及其它服务信息都可通过数据通道传送。上行信息可包括数据、话音和用户命令等。上行数据或可转换或编码成数据传送的话音和用户命令等都可通过上行数据通道传送。

由于本发明充分利用CATV网的树形结构这一特点，利用上行通道部分地接收信息和/或令牌，且将令牌只传送给那些有可能要发送信息的节点，故缩短了令牌和/或信息的传送距离和时间，减少了信道占用量，提高了信道的有效利用率。此外，采用令牌方式，可控制信息发送时延，实现电话等实时业务。

下面结合附图说明本发明的实施例。附图中：

图1为说明CATV网上行通道为单向树形结构的示意图；

图2为本发明MAC方法中中央控制节点中的一种令牌管理表的结构示意图；

图3A为本发明MAC方法的一个实施例的流程图；

图3B为图3A中所示步骤S302的具体流程图；

图4为本发明CATV综合业务网的第一实施例的结构示意图；

图5为图4中所示用户端接设备的结构示意图；

图6为本发明CATV综合业务网的第二实施例的结构示意图；

图7为本发明CATV综合业务网的第三实施例的结构示意图。

参见图2，该图示出本发明MAC方法中中央控制节点中的一种令牌管理表的结构示意图。如图2所示，所述中央控制节点设置一存储区，其中一部分用来存放各分支的用户节点地址(或编号)及其所处的状态——是否为有可能要发送信息的节点，这通过打标志来标识，如以“*”来标志该用户节点要发送信息，另一部分存放指向各分支的指针(称之为分支指针表)。发送某一分支令牌表时，通过分支指针表找到对应分支用户节点的起始位置，从中抽出打有“*”标志的用户节点组成一个序列，这个序列就是该分支此时的令牌表。

参见图3A，该图示出本发明MAC方法一个实施例的流程图。下面将结合该图详细说明本发明MAC方法的主要步骤：

首先在步骤S301，将中央控制节点中令牌表初始化为空(即每个用户节点均无“*”号标志)；之后在时间t内完成步骤S302：服务请求登录(将在图3B中详述)；然后进入步骤S303：设置一指针F指向图2中所示分支指针表的起始位置；然后进到S304步：所述中央控制节点由指针F指向的分支指针表确定对应分支用户节点的起始位置，从中抽出该分支打有“*”号标志的有可能要发送信息的用户节点组成一序列，即该分支此时的令牌表，并通过下行通道同时广播令牌和令牌表，各用户节点接收令牌表，并存储令牌表，处于令牌表第一位的用户节点此时占有令牌；之后执行步骤S305：持有令牌的用户节点发送一定量信息，并在自己的存储装置中存储收到过令牌的信息，抹去以前存储的表示发送过服务请求帧的信息；随后进入步骤S306：持有令牌的节点判断需要发送的信息是否已发送完，如已发送完，则在步骤S307，该用户节点发送一终止服务请求帧，并抹去以前存储的表示收到过令牌的信息，所述中央控制节点接收上述终止服务请求帧，并改变该用户节点的状态(去掉其对应状态栏中的“*”号)，然后进到步骤S308；另一方面，如S306步判断为“否”，则直接进到步骤S308：持有令牌的用户节点判断令牌表上该用户节点后是否为空(即该分支内该用户节点之后是否不再有要发送信息的用户节点)，如判断为“否”，执行步骤S309：将令牌传给令牌表上后一个用户节点，然后重复执行步骤S305；如S308判断为“是”，则执行步骤S310：持有令牌的用户节点将令牌交给所述中央控制节点，然后进入步骤S311：所述中央控制节点判断指针F是否已指向分支指针表的最后位置，如判断为“否”，执行步骤S312：设置指针F指向分支指针表的下一位置，然后重复执行步骤S304；如S311判断为“是”，则重复执行步骤S302。

图3B示出图3A中步骤S302的具体流程：首先执行步骤S321：所述中央控制节点通过下行通道广播一用户服务请求询问帧，所述用户节点接收该询问帧；然后进入步骤S322：所述用户节点从自己的存储装置中查询上次该用户节点是否收到过令牌，如收到过，不响应用户服务请求帧；否则进入步骤S323：所述用户节点查询本用户节点是否有信息需要发送，如没有需要发送的信息，不响应用户服务请求询问帧；否则进入步骤S324：所述用户节点查询本用户节点上次是否发送过用户请求帧，如判断为“是”，执行步骤S325：等待一段随机时间t＇，然后进到步骤S326；如S324判断为“否”，则直接进到步骤S326：所述用户节点立即发送服务请求帧，并存储一表示发送过服务请求帧的信息，所述中央控制节点接收服务请求帧，判断其是否为一完整、正确的服务请求帧，如判断为“是”，改变请求服务的用户节点在令牌表中的状态(在图2中所示的该用户节点对应的状态栏中打上“*”号)，如判断为“否”，说明接收的请求帧有错(如发生冲突等)，不改变请求服务的用户节点在令牌表中的状态。

可以对如图3A所示的MAC方法做如下的变动作为本发明MAC方法的第二实施例：在原步骤S302中设置一时钟timer，同时设定一时间周期T，并根据信道有效利用率、上行信道传输速率以及用户节点发送数据的速率来确定每次广播用户服务请求询问帧后允许登录服务请求的用户节点数目和每个节点每次发送的信息量，以保证在原步骤S311判断指针F已指向分支指针表尾后，整个大循环过程(包括服务请求登录、传送令牌、发送信息等)用时不超过周期T，等时钟表示时间周期T已到时再重新执行步骤S302。

需要说明一下，该方法步骤S302中所述时间t根据传输时延和最长随机等待时间设定，实施例二中所述时间周期T根据信道的有效利用率、所述时间t以及令牌传送时间等设定。例如：所述中央控制节点到各分支最末端所述用户节点距离之和不超过300km，与用户节点的最大距离不超过75km，上行数据速率为10Mbps左右，同时向100个用户提供普通电话等实时业务及其它非实时服务，可设定T=20ms，t=1ms；又如：所述中央控制节点到各分支最末端所述用户节点距离之和不超过30km，与用户节点的最大距离不超过1.5km，上行数据速率为10Mbps左右，同时向80个用户提供普通电话等实时业务及其它非实时服务，可设定T=3ms，t=0.02ms。

参见图4，该图示出本发明CATV综合业务网第一实施例的结构示意图。由该图可见，该综合业务网主要包括CATV网或其一部分、通信处理机(CP)401、调制解调器(M)402、射频混合器403、分前端404、分配中心405、用户端接设备406以及用户设备如电话机/传真机407、计算机408、电视机409等。通信处理机401、调制解调器402、射频混合器403以及分前端404依次相连，所述分前端与若干个所述分配中心405相连，分配中心可连接若干个所述用户端接设备406，所述用户端接设备接有具体用户设备如电话机或传真机、电视机、计算机等。所述通信处理机401广播用户服务请求询问帧，接收服务请求帧，据其建立或修改令牌表并将令牌和令牌表通过所述调制解调器402和下行通道广播；所述用户端接设备406接收服务请求询问帧，需要发送信息时在收到用户服务请求询问帧后发送服务请求帧，在令牌按令牌表规定的顺序传到该端接设备时向上行信道发送信息，并将令牌按收到的令牌表规定的顺序传送给下一个用户端接设备；所述射频混合器403将CATV信号和下行数据通道信号混合并传送给所述用户节点，将上行通道信号传送给所述调制解调器402。

参见图5，该图示出图4中所示用户端接设备的结构示意图。由图5可见，所述用户端接设备主要包括调制解调器501、接收器502、发送器503、微处理器504、时钟电路505、存储器506、上行接收表507和功能卡508。各部件在所述微处理器504和时钟信号的控制下工作。所述调制解调器501可调制需发送的上行信息和解调收到的下行和上行信息。所述接收器502和发送器503中有移位寄存器和缓冲寄存器，将接收进来的串行信号变换成并行信号并暂存，然后通过总线送到所述存储器506；发送时将来自存储器的并行信号暂存，变换成串行信号发送出去。从下行通道接收的令牌表以及从下行通道或上行通道接收的令牌先存放在存储器，发送数据(如果有数据要发送)后，再将令牌通过上行通道传送给令牌表上的下一个用户端接设备。所述上行接收表507存放通过上行通道能接收到该用户节点发送的信息的用户节点地址，若信息要发送到这些节点，则可直接通过上行通道送达；否则送到中央控制节点，由中央控制节点转发。所述功能卡508可为计算机通信卡、电话接口卡、影视解压卡或其它功能卡，一台所述用户端接设备可安装任一种、两种或全部所述功能卡。

参见图6，该图示出本发明CATV综合业务网第二个实施例的结构示意图。该综合业务网中有两个无直接联系的通信处理机(CP)601、(CP)602，可以以每个通信处理机为中央控制节点构建如图4所示的综合业务网(业务网1、业务网2)，但业务网2中的CATV信号由业务网1提供。CP 601广播的下行信息和CATV信号经射频混合器606混合后由分前端608送给射频分离器609，射频分离器609从中分离出CATV信号送给通过调制解调器605与通信处理机602相连的射频混合器607，射频混合器607将CATV信号与来自CP 602的下行数据信号混合后传输给分配中心611。CP602通过调制解调器604，经射频分离器609向业务网1的上行数据通道发送数据。如果通信处理机602与通信处理机601直接相连，则调制解调器604可以取掉。

参见图7，该图示出本发明CATV综合业务网第三个实施例的结构示意图。该综合业务网与前述两个实施例不同之处仅在于有多个所述通信处理机701，每个所述通信处理机通过光缆相连，实现相互通信。所述通信处理机701还与Internet服务器702、影视点播中心703以及商品信息中心704等相连，从而实现Internet访问、影视点播和电视购物等服务。所述通信处理机通过公网接口设备705与公网706(如公用电话网、ISDN、分组交换数据网，数字数据网等)相连，实现长途电话、远程通信等服务。所述通信处理机还通过路由器707与以太网Ethernet708相连。

以上虽已结合实施例描述了本发明，但显然本发明保护范围不局限于此，本领域技术人员还可能作出种种显而易见的变动，例如：本发明综合业务网第三实施例中，所述通信处理机701间也可以通过同轴电缆、ATM交换网或其他通信媒体相连；所述通信处理机701可以只与Internet服务器702、影视点播中心703、商品信息中心704、公网706以及以太网708中的一个或多个相连；等等。因此本发明的保护范围仅由权利要求书来确定。

Claims (9)

1、一种基于有线电视网实现综合业务的介质送取控制方法，下行信息按广播方式传送，其特征在于上行信息采用令牌树方式传送，且令牌只传送给那些有可能要发送信息的节点，具体包括以下主要步骤：

(1)中央控制节点(101)根据用户请求建立或修改有关每一分支有可能要发送信息的用户节点(102)及其获得令牌的先后顺序的表(以后简称令牌表)；

(2)中央控制节点(101)通过下行通道广播令牌表；

(3)各用户节点(102)按收到的令牌表规定的顺序传送令牌，并在持有令牌时发送信息。

2、如权利要求1所述的介质控制送取方法，其特征在于所述建立或修改令牌表的步骤包括以下主要步骤：

(1)所述中央控制节点(101)可每隔一定时间广播一用户服务请求询问帧；

(2)欲请求服务的用户节点(102)接收到该询问帧后判断是否已发送服务请求帧，如果没有，立即通过上行通道发送一服务请求帧，否则，等待一段时间再发送服务请求帧；

(3)中央控制节点接收服务请求帧，并据此建立或修改令牌表。

3、如权利要求1或2所述的介质控制送取方法，其特征在于所述中央控制节点到各分支最末端所述用户节点的距离之和≤300km，所述中央控制节点与所述用户节点之间的最大距离为75km，上行数据速率为10Mbps，可同时为100个用户提供服务，所述中央控制节点广播用户服务请求询问帧的时间间隔为20ms。

4、如权利要求1或2所述的介质控制送取方法，其特征在于所述中央控制节点到各分支最末端所述用户节点的距离之和≤30km，所述中央控制节点与所述用户节点之间的最大距离为1.5km，上行数据速率为10Mbps，可同时为80个所述用户节点提供服务，所述中央控制节点广播用户服务请求询问帧的时间间隔为3ms。

5、一种基于CATV网实现如权利要求1或2所述方法的综合业务网，包括有线电视网或其一部分、通信处理机(401,601,602,701)、调制解调器(402,603,604,605)、射频混合器(403,606,607)和用户端设备(406,612,613)、其特征在于所述通信处理机和所述调制解调器构成所述中央控制节点(101)，所述通信处理机广播用户服务请求询问帧，接收服务请求帧，据此建立或修改每一分支的令牌表，并通过调制解调器和下行通道广播该令牌表；所述用户端接设备及与之相连的计算机、电话机或电视机构成所述用户节点(102)，所述用户端接设备接收用户服务请求询问帧，需要发送数据时在收到用户服务请求询问帧后发送服务请求帧，持有令牌时发送信息并将令牌按令牌表规定的顺序传送给下一个用户端接设备或通信处理机；所述射频混合器将CATV信号和下行数据通信信号混合并传送给所述用户节点，将上行通道信号传送给所述调制解调器。

6、如权利要求5所述的综合业务网，其特征在于各通信处理机(701)通过光缆、同轴电缆或其它通信媒体相连或通过ATM交换网相连，能够相互通信，所述通信处理机(701)还与Internet服务器(702)、影视点播中心(703)或商品信息中心(704)相连。

7、如权利要求5所述的综合业务网，其特征在于所述通信处理机(701)通过公网接口设备(705)与公网(706)连接。

8、如权利要求5所述的综合业务网，其特征在于所述用户端接设备(406,612,613)由调制解调器(501)、接收器(502)、发送器(503)、微处理器(504)、时钟电路(505)、存储器(506)、上行接收表(507)和功能卡(508)组成。

9、如权利要求8所述的综合业务网，其特征在于所述存储器(506)存储经接收器(502)变换成并行信号的数据、令牌、令牌表和该端接设备要发送的信息，所述功能卡(508)为计算机通信接口卡、电话接口卡、影视解压卡或其它功能卡，用户端接设备可以安装任一种、两种或全部功能卡。

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