JP2728342B2 - 端末装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、二方向ケーブルテレビジョン
(CATV)ネットワークを利用するデジタル通信方式
の端末装置に関する。二方向CATVシステムは良く知
られており、このようなネットワークの二方向性をデジ
タルデータ通信に利用する技術も開発されている。たと
えば、オズボーン(Osborn)の米国特許第3,803,
491号及びマツマト(Matsumato )他の米国特許第
4,245,245号に記載されている。家庭用銀行業
務処理、電子郵便、電子新聞ホームショッピングシステ
ムなどの多種多様な消費者サービスは、常識になろうと
している。しかしながら、今日までに開発されたシステ
ムは広範囲に利用することができなかった。一般に受け
入れられなかった理由の1つとして、先行技術のシステ
ムがCATVシステムのヘッドエンドにおいてデジタル
通信を集中化していたことが挙げられる。すなわち、デ
ジタルメッセージはヘッドエンドとユーザーノードとの
間で交換される。このように、ヘッドエンドノードにネ
ットワーク能力を集中することにより、いくつかの欠点
が生じる。 【0002】まず第1に、集中化ネットワークを構成す
るには、数多くの参加者、特にケーブル操作者、サービ
ス提供者及び装置の製造業者が同時に組織だった活動を
行なって、装置とデータフォーマットとの間に矛盾が起
こらないようにしなければならない。各々の参加者がシ
ステム構造の最終決定までの活動を嫌うことが、二方向
CATVデータサービスの開発を遅らせる重要な要因と
なっていた。また、集中化ネットワーク構造では、ヘッ
ドエンド装置が大型で複雑になる欠点があった。このよ
うな先行技術のシステムにおけるヘッドエンドソフトウ
エアは、異なるデータサービスを同時に処理するため
に、いくつものタスクを同時に実行するのが普通であ
る。従って、すでにあるサービスに新しいサービスを付
加することは困難である。さらに、システムに全く新し
いサービスが付け加えられると、集中化システムの容量
をオーバーしてしまうので、所望のサービスを全て処理
することができるようにヘッドエンド全体の構成を再設
計しなければならない。 【0003】さらに、システムの能力を集中化すると、
システムの信頼性が低下する結果となる。すなわち、ヘ
ッドエンドで起こった単一つの故障によって二方向CA
TVサービスの全てがディスエイブルされてしまう。 【0004】最後に、集中化システムにおいては、ケー
ブルシステム操作者がサービス提供者と密接な関係にあ
るため、情報のプライバシー、データの保全、競合する
サービス提供者による消費者への接近の権利などの問題
により負担がかかる。 【0005】本発明は、メッセージを発信するノード
(発信側ノード)とメッセージを受信するノード(宛先
ノード)をCATVシステムの任意の地点にそれぞれ配
置できるような分散通信方式により実施される。本発明
の一面によれば、発信側ノードは、ケーブルスペクトル
の上流側部分においてメッセージをヘッドエンドに発信
する。ヘッドエンドは、ケーブルスペクトルの下流側部
分において上流のメッセージを選択的に再放送する。こ
のように、発信側ノードが場所とは無関係に宛先ノード
にメッセージを伝送できるような配置が提供される。 【0006】CATV通信ネットワークは一般大衆向け
に構成されている。従って、本発明の別の面による機構
においては、CATV通信資源へのアクセスは、権限を
与えられていないユーザーについてはアクセスが拒否さ
れ、権限を有するユーザーについてはアクセスが許可さ
れるように制御される。本発明のこの面によれば、発信
側ノードは、上流側メッセージの一部として照合メッセ
ージ(本明細書ではフレーム照合(FV)コードとい
う)をさらに発信する。 【0007】本発明のさらに別の面によれば、ヘッドエ
ンド装置はフレーム照合コードを検査し、フレーム照合
コードが発信側ノードは権限を与えられたユーザーであ
ることを指示する場合のみ、ケーブルスペクトルの下流
側部分において受信した上流側メッセージを再放送し
て、CATV資源へのユーザーのアクセスを許可する。
これに対し、フレーム照合コードにより発信側コードが
権限を与えられたユーザーでないことを示される場合に
は、ヘッドエンド装置は上流側メッセージを再放送せ
ず、それによりユーザーのCATV資源へのアクセスを
拒否する。 【0008】前述のように、集中化ネットワーク構成
は、1つには多数の関係者が同時に協力して活動を行な
わなければならいために、広く使用されるに至っていな
い。本発明を適用すれば、CATVシステムを操作する
者は個々の又はCATV操作者が利用可能(transparen
t )なデータ搬送サービスを提供することができるの
で、サービスに特定の価値が付加される。 【0009】従って、本発明による通信システムでは、
システムの能力は分散される。ヘッドエンド又はノード
においてモジュールによるシステム拡張が可能であるの
で、システム全体を迅速に又はゆっくりと拡張すること
ができる。すなわちCATVシステムのオペレータは、
ユーザーノードにおける利用可能データ搬送サービスの
ための規定のインターフェースを提供する通信システム
を成立させることができる。ヘッドエンドのチャンネル
容量は拡張可能であるが、その構造(ハードウエアとソ
フトウエアの双方)は、システム全体が拡張されても、
変更される必要はない。ノードインターフェースにおい
て知られている種々の消費者サービス及び情報機器、並
びに今後開発される消費者サービス及び情報機器をさら
に発展させるに際して、ヘッドエンドの構造をさらに変
更する必要はない。 【0010】本発明によればネットワークの能力が分散
されるので、ヘッドエンド装置はそれほど複雑ではな
い。最初の段階では、ヘッドエンドは2〜3のデータチ
ャンネルを具備することができる。通信データのトラヒ
ック負荷が増加するにつれて、付加的なデータチャンネ
ル容量を容易に増加できる。 【0011】ネットワーク内の任意の場所に配置しうる
扱者ノードに機器を追加することにより、本発明のシス
テムに新しいサービスを容易に導入できる。たとえば、
電子的手段による資金振替サービスを提供する銀行に、
この目的のための新しい扱者ノードを設置することがで
きる。 【0012】各々の扱者ノードの複雑さは特定のサービ
スの複雑さによって決まるが、扱者ノードのソフトウエ
アは、一般に、(集中化システムに比べて)単一のサー
ビスを単一のタスクで処理するという性質により簡略化
される。 【0013】本発明を適用することにより、1つの扱者
ノードにおける機器の故障がそのサービスにのみ影響を
与え、他の扱者ノードにより提供されるサービスを妨げ
ることがなくなるので、システムの信頼性が高められ
る。同様に、1つのサービスについてデータトラヒック
負荷が大きくても、他方の扱者ノードのサービス応答時
間に影響を与えることは実質上ない。 【0014】最後に、能力分散式通信システムでは、C
ATVオペレータとサービス提供者とが分離されるよう
な傾向にあり、情報のプライバシー及びデータの保全に
関する問題は、サービス提供者の責任となる。CATV
オペレータは、単に、サービス提供者により希望に応じ
て使用される使用可能なデータ搬送サービスを提供して
いるにすぎない。 【0015】以下、添付の図面を参照して本発明の実施
例を説明する。代表的なCATVシステムは、たとえば
5MHz から400MHz の範囲の周波数を有する信号を伝
搬することができる。50MHz を越える信号周波数は、
信号をヘッドエンドから加入者端末に(すなわち下流方
向又は順方向)分配するために利用される。50MHz 未
満の信号周波数は、個々の加入者端末からヘッドエンド
へ(すなわち上流方向又は逆方向)信号を伝搬するため
に利用される。 【0016】図1は、本発明に関連して使用される帯域
幅の割当て範囲を示す特性図である。上流側帯域2は2
5MHz の幅を有し、5MHz から30MHz の範囲にわたっ
ている。下流側帯域4も25MHz の幅を有し、周波数ス
ペクトルの下流部分の任意の周波数帯域から始まるよう
に設定することができる。 【0017】代表的なCATVシステムは、インバート
トリー(inverted tree )の形態を有する。ヘッドエ
ンドはインバート トリーの頂点にあり、加入者端末は
幹線と分岐線の全体にわたって配置されている。ヘッド
エンドから順方向に送られる信号は、全ての加入者端末
装置により受信される。しかしながら、個々の加入者端
末装置から逆方向に伝送される信号は、他の加入者端末
装置のうち、発信側の加入者端末装置からヘッドエンド
に至る信号伝搬路の中にあるもののみにより受信され
る。従って、特定の加入者端末装置から発信される信号
は、他の加入者端末装置の一部によってのみ聴取され
る。 【0018】本発明によれば、上流側(逆方向)帯域2
の各信号周波数は、下流側(順方向)帯域4の対応する
信号周波数と対を成している。ヘッドエンドは、上流側
帯域の逆方向信号を受信し且つその信号を下流側帯域の
対応するより高い周波数で選択的に再放送する装置を含
む。このようにして、個々の加入者端末装置からの(逆
方向帯域の)信号は(順方向帯域の)他の全ての加入者
端末装置により受信されるので、個々の加入者端末装置
は、CATVシステム内の他の任意の加入者端末装置に
メッセージを伝送することができる。 【0019】本発明のシステムでは、周波数シフトキー
イング(FSK)を利用することにより、デジタル信号
が伝送される。デジタル信号は、2つの2進論理状態の
うち一方、すきわち論理値「1」又は「0」を有する。
デジタル信号が論理値「1」であるとき、FSK変調器
は第1の周波数の信号を発信し、デジタル信号が論理値
「0」であるときには、FSK変調器は第2の周波数の
信号を発信する。同様に、FSK復調器はFSK信号に
応答し変調前のデジタル信号を再生する。 【0020】本発明によるヘッドエンド装置を図2に示
す。データチャンネルアクセスモニタ(DCAM)10
は、個々のデータチャンネルアクセスモニタモジュール
11a、11b───と、ネットワークアクセスコント
ローラインターフェースプロセッサ18と、モデム20
とを具備する。各々のデータチャンネルアクセスモニタ
モジュール11aは、FSK復調器12と、フレーム照
合論理回路14と、FSK変調器16とを有する。FS
K復調器12は、逆方向帯域の特定の周波数に同調され
る。FSK変調器16は、順方向帯域において対を成し
て対応する周波数に同調される。フレーム照合論理回路
14は受信したデータを検出し、FSK復調器12の出
力端をFSK変調器16の入力端に選択的に接続する。
FSK変調器16は、受信した信号をケーブルスペクト
ルの順方向部分の対応するより高い周波数を使用してリ
アルタイムで再放送する。フレーム照合論理回路14
は、モデム20を介してネットワークアクセスコントロ
ーラと2方向で通信するネットワークアクセスコントロ
ーラインターフェースプロセッサ18と交信可能に接続
される。フレーム照合論理回路14の動作については、
後に図9を参照してさらに詳細に説明する。 【0021】図3は、本発明による加入者端末装置のモ
デム部分を示す。ネットワークアクセスユニットモデム
13は、FSK変調器19と、FSK復調器15と、搬
送波感知・衝突検出回路3と、周波数制御部17と、マ
イクロプロセッサ21とを具備する。 【0022】動作を説明するに、信号源23からのデジ
タル信号がマイクロプロセッサ21に入力される。マイ
クロプロセッサ21は、デジタルデータをフレームメッ
セージのフォーマットにする。フレームメッセージは、
そのフォーマットの一部として、フレーム照合(FV)
コード(図8に関連して詳細に説明する)を含む。フレ
ームメッセージはFSK変調器19に入力され、FSK
変調器19はフレームメッセージをFSK信号としてケ
ーブル25に沿って上流方向にヘッドエンドまで伝送す
る。 【0023】ヘッドエンド10(図2)において、FS
K復調器12は符号化されたフレームメッセージを受取
る。フレームメッセージはフレーム照合論理回路14に
おいて検査される。受信されたフレーム照合(FV)コ
ードが、権限のないユーザーであることを示していれ
ば、フレーム照合論理回路14は、フレームメッセージ
がそれ以上伝送されないようにする。これに対し、フレ
ーム照合コードが、権限を与えられているユーザーであ
ることを示せば、フレーム照合論理回路はFSK変調器
16にフレームメッセージを入力し続ける。FSK変調
器16は、フレームメッセージをFSK信号としてヘッ
ドエンド10から全ての加入者端末に向けて下流方向に
リアルタイムで伝送(再放送)する。 【0024】フレームメッセージは、図3のNAUモデ
ム13と同様のネットワークアクセスユニット(NA
U)変復調装置に入力される。FSK復調器15は、再
放送されたフレームメッセージ(FV)を受信し、受信
したデータをマイクロプロセッサ21に送出する。FS
K復調装置15は、NAUモデムに独自の伝送を監視さ
せると共に、他のネットワークアクセスユニットからの
データを受信させるように機能する。 【0025】CATV通信源を多数のユーザーの間で配
分利用するために、指定の逆方向スペクトル空間は80
本のFSKデータチャンネルに分割され、各チャンネル
は128Kb/s でデータを伝送することができる。順方
向スペクトル空間も同様に80本のFSKデータチャン
ネルに分割されており、システム内に80本のチャンネ
ル対を形成している。しかしながら、CATVは単一つ
のDCAMモジュール11a(図2)により構成してい
てもよい。データのトラヒック負荷が増すにつれて、C
ATVシステムのオペレータは、付加的なモジュール1
1b等を付け加えることにより容量を大きくすることが
できる。すなわち、通信量が増加しても、ヘッドエンド
の構造に変更はない。 【0026】各々の加入者端末NAUにはホームチャン
ネルが割当てられている。当然のことながら、通信すべ
き2つの加入者ユニットについては、共に同じデータチ
ャンネルになければならない。従って、いわゆるネット
ワーク資源管理装置と呼ばれるシステム制御コンピュー
タからの指令に応じて、各NAUモデムは周波数に対し
て応答性の高い、その上流側の発信周波数(及び対応す
る下流側の受信周波数)を変えることができる。 【0027】さらに、本発明のシステムでは多数のユー
ザーが同じデータチャンネルを共有することができる。
チャンネルの分割は、当業者には衝突検出を伴なう搬送
波感知多重アクセスとして知られている方式(CSMA
/CD)により達成される。 【0028】簡単にいえば、CSMA/CDは、多数の
ユーザーが共通のデータチャンネルを共用できるように
するコンテンション(競合)メカニズムである。全ての
ユーザーは、データチャンネルを監視して搬送波信号を
感知する。メッセージを発信したいユーザーノードは、
チャンネルがクリアされるまで待った後に、メッセージ
をデータチャンネルにのせて発信する。2人のユーザー
が同時に発信しようとした場合には衝突が起こる。衝突
は、発信しようとしたユーザーにより検出される。各ユ
ーザーは、各々のメッセージを発信しようとする前に、
任意の時間だけ発信を停止する。 【0029】本発明によるCATVシステムの一実施例
を図4に示す。このシステムは、全ての加入者に正規の
ビデオプログラミング情報を提供する、従来の一方向C
ATV放送装置22を含むヘッドエンドを具備する。信
号分配路は、幹線ケーブル24と、分配増幅器26と、
分配線28と、個々のシステムノード31への引込線2
9とを含む。 【0030】システムノードにはいくつかの種類があ
る。ユーザーノードは、CATV通信源へのアクセスが
設けられているノードである。ユーザーノードには2種
類ある。すなわち、扱者ノード46(サービス提供者
用)と、加入者ノード48(サービス受取り側用)であ
る。さらに別のシステムノードとして、CATV通信シ
ステム全体にわたって制御(たとえばネットワークアク
セス制御、通信サービスの料金計算)を行なうための制
御ノードがある。最後に、CATVネットワーク間の通
信に使用されるリンクノード50と、CATVネットワ
ークと切換え式公衆電話システムなどの他のネットワー
クとの間の通信に使用されるゲートウェイノード52と
を含むネットワークノードがある。 【0031】扱者ノード40は、各々のネットワークア
クセスユニット(NAU)38及び42を介して加入者
ノード44と通信する。この場合、CATVシステム
は、扱者40及び加入者44が容易に理解できるような
基本データ搬送サービスを提供する。たとえば、サービ
ス提供者は、非同期RS−232扱者ノード装置40
と、互換性の非同期RS−232加入者ノード装置44
とを提供することができる。 【0032】扱者ノード46及び加入者ノード48は、
図形機能を含むフルビデオテックス作成などの高レベル
の通信サービスを(各々のNAUの他に)含んでいても
良い。この場合、扱者ノード46はビデオテックス両立
印加サービスを提供するだけで良い。加入者ノード48
のハードウエア(及びソフトウエア)を、このように多
数の異なるサービス提供者により利用することができ
る。 【0033】システム制御ノードは、ヘッドエンドのデ
ータチャンネルアクセスモニタ(DCAM)10と、ネ
ットワークアクセスコントローラ(NAC)34と、ネ
ットワーク資源管理装置(NRM)36と、ネットワー
クトラヒックモニタ(NTM)32とを具備する。シス
テム制御ノードは、加入者ノード及び扱者ノードと同様
にCATVシステム全体にわたって通信を行なう。さら
に、NAC34とDCAM10との間に二方向帯域外デ
ータチャンネル30がある。二方向帯域外データチャン
ネル30に沿ってNAC34とDCAM10との間にあ
るメッセージは、一般にCATVネットワーク内で放送
されない。また、ヘッドエンドに配置されるDCAM1
0を除いて、CATVシステム内の任意の位置にNTM
32、NAC34及びNRM36を配置してもよい。 【0034】ネットワークアクセスコントローラ(NA
C)34は、特別にプログラムされたコンピュータであ
る。NAC34の第1の機能は、ユーザーノードへのネ
ットワークアクセスを許可又は拒否することである。ネ
ットワークアクセスが許可されると、ユーザーノードに
チャンネルアクセスコード(CAC)が提供される。ネ
ットワークアクセスが拒否されると、ユーザーノードに
理由(たとえばチャンネルがふさがっている(busy))
が伝えられる。チャンネルアクセスコードの発生と伝送
については、図7に関連して説明する。 【0035】ネットワーク資源管理装置(NRM)36
も、特別にプログラムされたコンピュータである。NR
M36の重要な機能は、様々なユーザーの間から通信源
を指定することである。これは、たとえば、負荷を平均
化することにより行なわれる。すなわち、データトラヒ
ック負荷が利用しうるデータチャンネルにさらに均一に
配分されるように個々のユーザーモデム(FSK変調器
及びFSK復調器)を同調し直すことにより行なわれ
る。 【0036】NRM36の第2の重要な機能は、ユーザ
ーノードにダイレクトリルックアップサービスを提供す
ることである。すなわち、NRM36は、各ユーザーノ
ードの現時点で割当てられているデータチャンネル周波
数(すなわち本来のホームチャンネル周波数又は再指定
されたチャンネル周波数)と、そのノードのアドレス及
び記号名とのリストを作成し続ける。従って、以下にさ
らに詳細に説明するように、ユーザーノードは、NRM
36との間の通信を成立させることにより所望の宛先ノ
ードのアドレスとデータチャンネル周波数を得ることが
できる。 【0037】ネットワークトラヒックモニタ(NTM)
32は、第3の特別にプログラムされたコンピュータで
ある。NTM32は、すべてのデータチャンネルを聴取
し、CATV通信資源の使用に関する情報を収集する受
動的な情報収集部である。収集される情報は2つの主な
用途を有する。すなわち(1)非ピークトラヒック時間
中にデータ通信サービスの料金が計算される。(2)C
ATV帯域幅の指定、すなわち負荷の平均化に際してト
ラヒック管理のためにチャンネルトラヒックの統計をN
RM36に提供する。 【0038】リンクノード50は、2つのCATVネッ
トワークの間にネットワーク内通信を提供して、CAT
Vデジタル通信のための単一のアドレススペースを形成
する。図5に示すように、2つのCATVネットワーク
54及び56はリンクノード50a及び50bにより相
互接続される。一方のCATVシステム54は、DCA
M10aと、NRM36と、NTM32と、NAC34
とを含み、他方のCATVシステムはDCAM10bを
含む。 【0039】最も簡単な形態のリンクノード50a及び
50bは、CATVシステム54及び56の間で特定の
メッセージを1:1の対応で写像する。リンクノード5
0aは下流のデータを受信する。受信されたデータはリ
ンクノード50bに入力され、リンクノード50bはデ
ータをCATVシステム56において上流方向に再び伝
送する。すなわち、リンクノード50a及び50bを使
用することにより、CATVシステム54とCATVシ
ステム56とは、いずれか一方のシステムからの任意の
ノードが他のノードと通信しうる共通のアドレススペー
スを有する単一のデータネットワークを形成する。 【0040】単一のCATVデータネットワーク内にお
いて、各ノードには独特の24ビットアドレスが割当て
られる。特定の宛先ノードにより受信されるべきメッセ
ージは、宛先ノードのアドレスを含む。全てのノード
は、少なくとも1つのデータチャンネルを監視する。宛
先ノードのアドレスが認識されると、全てのメッセージ
が受信され、さらに処理される。 【0041】特定のノードのアドレスに加えて、各ノー
ドには、ノードキーと呼ばれる56ビットの暗号が割当
てられる。ノードキーは、権限のないユーザーによるC
ATV通信資源へのアクセスを防止するための安全確保
手段である。ノードアドレスと異なり、ノードキーはC
ATVシステムに伝送されない。さらに、考えうるノー
ドキーの数250は非常に多く、ばらついているので、有
効なノードキーを推測しうる確率は非常に低い。 【0042】システムの動作を簡単に概観する(図4)
ために、加入者ノード44を宛先ノード40(図4)と
通信させるべき代表的な場合について考える。 【0043】加入者ノードは、次のようなプロセスを経
てチャンネルアクセスを行なう。 1.発信側の加入者ノードは、ネットワークアクセスの
要求(FVコードは付いていない)によりヘッドエンド
(DCAM)に信号を送る。 2.DCAMは、ネットワークアクセスの要求を帯域外
チャンネル30に沿ってNAC34に送る(FVコード
は不要である)。 3.NAC34は、エンクリプト又は符号化されたチャ
ンネルアクセスコード(CAC)を加入者ノードに伝送
する。NAC34に関して有効なFVコードは、NAC
メッセージと共に伝送され、ヘッドエンドのDCAMを
通過することができる。 【0044】加入者ノードはCACをデクリプト又は復
号化し、CACを使用して独自のCACコードを発生す
る。加入者ノードは、このようにして、要求されたデー
タチャンネルを利用する許可を得る。 【0045】加入者ノード44はチャンネルアクセスを
得た後、次のルート決定プロセスにより、所望の宛先ノ
ード40との間に単一の信号路接続を成立させる。 1.発信号の加入者ノードは、NRM36に信号(今度
はFVコードを含む)を送る。NRM36へのメッセー
ジは、所望の宛先ノードの符号名を含む。 2.NRM36は、そのダイレクトリにおいて宛先ノー
ドの名をルックアップし、所望の宛先ノードのチャンネ
ル周波数及びアドレスをもって応答する。NRM36に
対して有効なFVコードは、NRMメッセージと共に伝
送されて、ヘッドエンドのDCAMを通過することがで
きる。 3.宛先ノード40のチャンネル周波数が加入者ノード
44のチャンネル周波数と異なる場合、加入者ノード4
0はその周波数を変えて宛先ノードの周波数と等しくな
るようにし、宛先チャンネル周波数についてネットワー
クアクセスのために上述のプロセスを繰返す。 4.次に、発信側の加入者ノード44は、セッションオ
ープン要求と共に信号を宛先ノード40に送る。 5.宛先ノード40は、セッションオープン要求を受信
し、必要に応じて、上述のチャンネルアクセスを得るた
めのプロセスによりチャンネルアクセスコードを得る。
次に、宛先ノードは、セッションオープン承認メッセー
ジをもって応答することができる。このプロセスの終了
時に、発信側の加入者ノード44と宛先ノード40とは
同じデータチャンネルにあり、それらの間には信号路接
続が成立している。2つのノード40及び44は、適切
なメッセージにより通信路がとざされるまで、通信を継
続することができる。 【0046】チャンネルアクセスコードの安全を確保す
るために、また、盗聴により有効なFVコードがわかっ
てしまうようなことのないようにするために、二重デー
タエンクリプト/デクリプト方式を採用している。使用
される基本的なデータエンクリプト方法は、ナショナル
・ビュロー・オブ・スタンダーズ(National Bureauof
Standards)(ワシントンD.C.)のデータエンクリ
プト規格(DES)に基づいている。簡単に説明すれ
ば、図6に示すように、DES方式では、56ビットの
キー102を使用することにより64ビットの入力10
4を64ビットの出力106にエンクリプト又はデクリ
プトすることができる。制御信号線108は、エンクリ
プトとデクリプトのうちいずれを行なうべきかを決定す
る。 【0047】64ビットの入力105をエンクリプトす
るために、制御信号線108はエンクリプト用にセット
される。56ビットのキー102は、論理回路100に
ロードされる。次に、64ビットの入力104が論理回
路100にロードされ、その後、エンクリプトされたデ
ータの64ビットの出力106が利用可能となる。デク
リプトの場合は、制御信号線108がデクリプト用にセ
ットされ、56ビットのキー102が論理回路100に
ロードされ、64ビットのエンクリプトされた入力が論
理回路100にロードされ、その後、64ビットの出力
106が利用可能となる。ハードウエアにおいてDES
を実施するために、市販の規格品の集積回路を利用すれ
ば良い。しかしながら、DESエンクリプト及びデクリ
プトはソフトウエアで行なうのが好ましい。 【0048】図7は、チャンネルアクセスコード(CA
C)を発生するためのNAC34(図4)のプログラム
を表わすフローチャートである。まず最初に、アクセス
キーと呼ばれる56ビットの乱数がステップ60におい
て発生される。次に、ステップ62において、64ビッ
トの乱数が初期値(IV)として発生される。アクセス
キーとIVは、ステップ64に示すように、合体して1
20ビットのチャンネルアクセスコード(CAC)を形
成する。CACは、帯域外チャンネルを介してヘッドエ
ンドのDCAMに伝送される(ステップ66)。さら
に、ステップ68において、ユーザーの暗号ノードキー
を使用することによりエンクリプトされたCACは、ユ
ーザーノードに伝送される。 【0049】図8は、フレーム照合(FV)コードを発
生するためのユーザーネットワークアクセスユニット
(たとえば図4のNAU42)のプログラムを表わすフ
ローチャートである。まず、ステップ70において、チ
ャンネルアクセスを得たいユーザーNAUノードがチャ
ンネルアクセス要求を発信する。チャンネルアクセスの
要求は、前述の図7のプログラムフローチャートに従っ
て、エンクリプトされたCACを発生するNACにより
処理される。エンクリプトされたCACは、ステップ7
2でユーザーNAUにより受信される。ユーザー側NA
Uは、ステップ74において、デクリプトキーとして独
自の暗号ノードキーを使用して120ビットのCACを
デクリプトし、56ビットのアクセスキーと、64ビッ
トの初期値(IV)とを提供する。ステップ76におい
て、64ビットのIVは56ビットのアクセスキーを使
用することによりエンクリプトされ、64ビットの出力
が形成される。出力される64ビットは、それぞれ8ビ
ットを含む8つのフレーム照合(FV)コードを提供す
る。ユーザー側NAUは、次の8つの伝送すべきフレー
ムメッセージの各々について、それら8つのFVコード
のうちいずれか1つを伝送する。各々のフレームメッセ
ージは、1つのメッセージが伝送されるたびに1回増分
されるフレームシーケンス(FS)数も含む。次の8つ
のメッセージに対して8つのFVコードが伝送された
後、IVコードが増分され、アクセスキーを使用して再
びエンクリプトされて、次に続く8つのフレームメッセ
ージのために使用すべき付加的な8つのFVコードが形
成される。 【0050】一部フレームシーケンスに基づくFVコー
ド、乱数及び暗号ノードキーを使用する本発明のシステ
ムにおいて意図される目的は、権限を与えられていない
ユーザーがCATV通信資源を得ること又はその他の方
法によりネットワークの制御にかかわるのを防止するこ
とである。FVコードは、連続するフレームメッセージ
の各々について変わる。従って、盗聴により有効である
とわかったFS数及びFVコードを再び使用することは
できない。さらに、FS数は、発信ノードとDCAMと
の間のFVコードの同期化を確保するために含まれてい
る。 【0051】図9は、ヘッドエンドのDCAMにおいて
FVコードをチェックするためのフレーム照合論理回路
14(図2)のプログラムを表わすフローチャートであ
る。ステップ80において、チャンネルアクセスの要求
がヘッドエンドで受信される。ステップ82において
は、チャンネルアクセスの要求が帯域外でNACに送ら
れる。NACは、DCAMで受信した帯域外のエンクリ
プトされていないCACを伝送することにより応答する
す(ステップ84)。ステップ86において、CACを
使用して(前述のように)アクセスキーによりIVコー
ドをエンクリプトし、8つのFVコードを発生する。フ
レームシーケンス(FS)数は、8つのFVコードの各
々と関連している。 【0052】動作を説明するに、フレームメッセージは
ヘッドエンドのDCAMにより受信され、DCAMは、
ステップ88において、受信したFS数及びFVコード
を、特定のNAUアドレスについて先に計算されていた
コードと比較する。FS数とFVコードが先に計算され
ていたFS数及びFVコードと等しくない場合には、ス
テップ90においてフレーム照合論理回路14(図4)
は、上流側の信号がシステムの下流側へ再び放送される
のを防止する。FSとFVが先に計算されていた。FS
とFVと等しければ、ステップ92において、上流側の
メッセージが対応する下流側チャンネル周波数で再び放
送される。計算された8つのFVコードの最後のものが
ステップ94で利用された後、ステップ96においてI
Vコードが増分される。IVの増分された値はステップ
86でアクセスキーを使用してエンクリプトされ、8つ
の付加的なFVコードから成る新しい表が作成される。 【0053】上述のシステムの動作は、CATV通信シ
ステムの2つのノードの間に基本的な二方向信号路接続
を成立させることに関するものであった。図10は、よ
り高度のシステム機能を含む積層プロトコール構造を示
す。図10の積層構造は、インターナショナル・スタン
ダーズ・オーガニゼイション(International Standard
s Organization)(スイス・ジュネーブ)が開発したオ
ープン・システムズ・インターコネクション(OSI)
の基準モデルにごく近いものである。 【0054】図10において、基本フレームメッセージ
120は、発信元ノードから物理的媒体(CATVシス
テム)を介して宛先ノードへ伝送される。フレームメッ
セージ120は、入れ子式の層形状に配列されている。
さらに詳細には、最終的な「伝送すべきデータ」は、ア
プリケーション層132の中に配置される。アプリケー
ション層132は、提示層130の中にはめ込まれてお
り、提示層130はセッション層128の中にはめ込ま
れている。セッション層は搬送層126の中にはめ込ま
れ、そのようにして、ネットワーク層124、リンク層
122へと広がっている。一般に、各層は(アプリケー
ション層132に先行する)ヘッダ130a等のヘッダ
と、(アプリケーション層132に続く)トレーラ13
0b等のトレーラとを含む。しかしながら任意の層にお
いて、各々のヘッダを最少限にし、各々のトレーラが存
在しないようにしてもよい。 【0055】発信側ノード(源)は、物理的媒体を介し
て伝送する前に、フレームメッセージ120をアセンブ
ルする。 【0056】受信ノード(宛先)は、フレームメッセー
ジ120を1度に1層ずつディスアセンブルする。ま
ず、宛先ノードはメッセージからリンク層を分離する。
リンク層の「データ」はネットワーク層124である。
ネットワーク層の「データ」は搬送層であり、このよう
にしてアプリケーション層まで進む。プロトコールの各
層には、以下に概説するような特定のシステム通信機能
が割当てられている。 【0057】リンク層は、CSMA/CD制御、誤り検
出コードの発生及びチェック、同じCATVシステム内
における発信側ノードと宛先ノードのアドレシング、並
びにフレーム照合コードの発生などの基本的な通信機能
を果たす。 【0058】ネットワーク層は、異なるCATVシステ
ムに配置される発信側ノードと宛先ノードとの間のルー
ト決定命令を詳細に指定する。ネットワーク層の情報
は、メッセージを発信側から最終宛先側にどのようなル
ートにより伝えるかということを通信ネットワーク制御
ノードに伝える電話番号とほぼ類似している。 【0059】搬送層は、信号路接続が成立した後に、発
信元ノードと宛先ノードとの間のデータの流れを決定す
る。搬送層の代表的な機能には、受信したパケットの確
認、転送すべきパケットの最大数に関する命令、パケッ
トの確実な伝送制御などが含まれる。 【0060】セッション層は、通信セッションを開始す
るために使用される。この意味で、前述のネットワーク
資源管理装置(図4のNRM36)は、特別のセッショ
ン層構成要素である。セッション層により制御される機
能には、符号アドレシング及び発信側ノードから宛先ノ
ードへのデータチャンネルルートの決定が含まれる。 【0061】提示層は、ユーザーに提示されるデータの
フォーマットを制御する。たとえば、発信側は、宛先の
端末装置が図形表示機能を有するか又は英数字機能しか
有していないかを尋ねるために宛先ノードに問合せても
良い。本発明に関連して使用するのに適する提示レベル
のプロトコールは、AT&Tプレス刊の「ビデオテック
ス・スタンダード・プレゼンテーション・レベル・プロ
トコール」(VideotexStandard Presentation Level Pr
otocol )(1981年5月)に記載されている。 【0062】アプリケーション層は、ユーザーに役立つ
情報と、プログラムを含む。たとえば、電子銀行業務処
理システムに応用する場合、アプリケーション層は、電
子的手段による資金振替に関する特定の命令を含んでい
る。 【0063】図11は、プロトコールのリンク層のフレ
ームのフォーマットを示す。フレームは、8ビットのフ
ラグ134と、24ビットの宛先アドレス136と、2
4ビットの発信元アドレス138と、8ビットの制御フ
ィールド140と、リンクレベルメッセージ142と、
16ビットの循環冗長コード(CRC)144と、8ビ
ットのフラグ146とから構成される。CRC144
は、誤り検出コードである。本発明に使用するのに適す
る特定のCRCは、インターナショナル・テレグラフ・
アンド・テレフォン・コンサルティブ・コミッティー
(International Telegraph and Telephone Consultive
Committee)(スイス、ジュネーブ)により採用されて
いるCCITT規格によるものである。フラグ134
は、フレームメッセージのスタートを指示する同期化コ
ード(01111110)である。宛先アドレス136
は、宛先ノードのアドレスを示す。この点に関して、発
信側ノードと宛先コードは、発信ノードと受信ノードと
してそれぞれ定義される。 【0064】制御フィールド140のコードは、他の定
義されたフィールドを含む次のリンクレベルメッセージ
142の内容を規定する。たとえば、制御フィールド
は、次にデータが続くべきであることを指定してもよ
い。この場合、リンクレベルメッセージ142は、フレ
ームシーケンス(FS)数と、フレーム照合(FC)コ
ードと、プロトコール構造の高位の層において使用され
るデータとを含む。制御フィールド140は、NAC3
4(図4)に対するチャンネル(アクセス)要求を指示
していても良いが、この場合、リンクレベルメッセージ
142は付加的なフィールドを含まない。制御フィール
ド140がチャンネル放棄指令を指示する場合は、FS
数とFVコードが次に続くと考えられる。また、制御フ
ィールド140がチャンネル許可メッセージを指示する
場合は、FS数、FVコード及びエンクリプトされたチ
ャンネルアクセスコード(CAC)が次に続く、制御フ
ィールド140は、メッセージがチャンネル拒否指令で
あることを示してもよいが、この場合には、リンクレベ
ルメッセージ142はFS数と、FVコードと、チャン
ネルアクセス拒否の理由とを含む。ユーザーがCATV
通信資源をアクセスする権限を与えられていない場合、
又は通信量が多くチャンネルがふさがっている(使用
中)ときには、ユーザーのチャンネルアクセスが拒否さ
れることもある。 【0065】前述のように、DCAM10(図2)のフ
レーム照合論理回路14は、フレームメッセージの中の
FVコードをチェックする一方、フレームメッセージを
リアルタイムで再放送する。すなわち、メッセージ全体
が再放送される前にFVコードがチェックされる。従っ
て、リンクレベルメッセージがデータを全く含んでいな
いときに、最悪のタイミングとなる。DCAMのフレー
ム照合論理回路は47ビットの同期(8ビットの制御フ
ィールド+8ビットのFS数+8ビットのFVコード+
16コードのCRC+8ビットのフラグ−1ビット)
で、受信したFVコードを先に計算されていたFVコー
ドと比較する。128kb/s で、これは約400マイク
ロセコンドである。 【0066】図12〜図17は、通信セッションを開始
するために発信側ノードと宛先ノードとの間で交換され
るメッセージのシーケンスを示す。明確にするために、
第11図(a)〜(f)に示されるメッセージフォーマ
ットは、リンク層とセッション層のうち、事象のシーケ
ンスの概念を理解するために必要な部分のみを示す。 【0067】ここで、発信側ノード150(図12)が
宛先ノード152(図17)との間に通信セッションを
成立させるものと仮定する。まず、発信側ノードは発信
側ホームチャンネル周波数でネットワーク搬送要求メッ
セージ160をヘッドエンドのDCAM10に発信す
る。このメッセージ160は、フラグと、それに続く発
信側ノードアドレスと、このアドレスに続くネットワー
ク搬送要求コードとから構成される。FVコードは付加
されていない。DCAM10は、一連のフラグから構成
されるメッセージ162をもって、搬送要求を確認す
る。 【0068】図13に示すように、発信側ノードはCA
Cを得る。DCAM10は、メッセージ164の中のネ
ットワーク搬送要求を帯域外チャンネルにのせてネット
ワークアクセスコントローラ(NAC)34へ送る。N
AC34は、発信元ホームチャンネルに対するトラヒッ
ク負荷をチェックした後、アクセスを許可又は拒否す
る。NAC34が発信側ノード150へのチャンネルア
クセスを許可すると、メッセージ166は帯域外チャン
ネルに沿ってヘッドエンドのDCAM10に戻される。
このメッセージ166は、発信側ノードアドレスと、発
信側ノードのためのエンクリプトされていないチャンネ
ルアクセスコード(CAC)とから構成される。またN
AC34は、DCAM10を介して発信側ホームチャン
ネルに沿ってメッセージ168を発信側ノード150に
伝送する。メッセージ168はフラグと、それに続く発
信側ノード150アドレスと、NAC34アドレスと、
NACのFS数と、NACのためのFVコードと、肯定
応答と、エンクリプトキーとして発信側ノードの暗号ノ
ードキーを使用してエンクリプトされたCACとから構
成される。メッセージ168は、各々のFS数とFVコ
ードがチェックされた後に、DCAM10により発信側
ノード150へ再放送される。 【0069】次に、発信側ノード150は、図14に示
すように、NRM36とのセッションを開く。まず、発
信側ノード150は、フラグと、それに続くNRM36
のアドレスと、発信側アドレスと、発信側ノードに対す
るFS数と、発信側ノードに対するFVコードと、セッ
ションオープン要求とから構成されるメッセージ170
を伝送する。このメッセージ170は、FS数とFVコ
ードの是非についてDCAM10においてチェックさ
れ、NRM36に向かって下流へ再放送される。NRM
36は、フラグと、発信側ノードアドレスと、NRMア
ドレスと、NRM36のFS数と、NRM36のFVコ
ードと、セッションオープン確認ビットとのシーケンス
から構成される確認メッセージ172をもって応答す
る。 【0070】セッションが開かれた後、発信側ノード1
50は、図15に示すように、所望の宛先ノードのアド
レスと、適切な宛先チャンネル周波数とを得る。発信側
ノード150は、フラグと、NRM36アドレスと、発
信側ノードアドレスと、発信側ノードのFS数と、発信
側ノードのFVコードと、セッション要求コードと、宛
先名又は宛先アドレスとのシーケンスから構成されるメ
ッセージ174を発信する。NRM36は、(まだ発信
側ホームチャンネルに沿って)メッセージ176をもっ
て応答する。この応答メッセージ176は、フラグと、
発信側ノードアドレスと、NRM36アドレスと、NR
M36のFS数と、NRM36のFVコードと、宛先ア
ドレスと、宛先チャンネル周波数とセッション終了要求
コードと、確認ビットとのシーケンスから構成される。
発信側ノード150は、メッセージ178を発信するこ
とにより、RAM36とのセッションを終了する。この
メッセージ178は、フラグと、後続するNRM36ア
ドレスと、発信側ノード150アドレスと、発信側ノー
ドのFS数と、発信側ノードのFVコードと、セッショ
ン終了要求のためのコードとから構成される。NRM3
6からの応答は、フラグと、発信側アドレスと、NRM
36アドレスと、NRM36のFS数と、NRM36の
FVコードと、セッション終了コードのシーケンスから
構成されるメッセージ180である。 【0071】次に、発信側ノード150は宛先チャンネ
ルの周波数に再同調され、図16に示すように、NAC
34から宛先チャンネルについてのチャンネルアクセス
権限を与えられる。図16のメッセージのシーケンス
は、図12及び図13に示される、チャンネルアクセス
が発信側ホームチャンネルに沿って発信側ノード150
により得られる前述のシーケンスに類似している。図1
6のメッセージ182及び186は、図12のメッセー
ジ160及び162にそれぞれ類似している。また、メ
ッセージ184、188及び190は図13のメッセー
ジ164、166及び168にそれぞれ類似している。
ここで、発信側ノード150は、宛先ノード152の周
波数についてのチャンネルアクセスを行なう。発信側ノ
ード150は、図17に示すように、宛先ノード152
との間でセッションを開始する。メッセージ192は、
フラグと、宛先ノードアドレスと、発信側ノードアドレ
スと、発信側ノード150のFS数と、発信側ノード1
50のFVコードと、セッションオープン要求のシーケ
ンスから構成されている。 【0072】宛先ノード152が(図12、図13又は
図16に示されるメッセージシーケンスと同様のシーケ
ンスにより)宛先チャンネル周波数についての既に得ら
れたチャンネルアクセスを有しているものと仮定すれ
ば、宛先ノード152は、セッションオープン確認メッ
セージ194をもって応答する。このメッセージ194
は、フラグと、発信側ノードアドレスと、宛先ノードア
ドレスと、宛先ノード152のFV数と、宛先ノード1
52のFVコードと、セッションオープン確認のための
コードのシーケンスから構成される。 【0073】この時点で、発信側ノード150と宛先ノ
ード152は共に前もってネットワークアクセスを許可
されており、共に同じデータチャンネル周波数を持つ。
ここで、情報交換の通信セッションを、プロトコール構
造の他の層を利用して進めることができる。CATVネ
ットワークは、発信側ノード150と宛先ノード152
との間に、使用可能データ搬送サービスを提供する。 【0074】情報交換のセッションが終了した後、発信
側ノード150と宛先ノード152は、図15に示され
る発信側ノード150とNRM36との間のセッション
終了要求メッセージ178及び180と同様の適切なセ
ッション終了メッセージをもって、セッションを終了す
る。 【0075】各ノードの暗号ノードキーは、CATVネ
ットワーク又は帯域外データチャンネルを介して伝送さ
れない。従って、盗聴によりノードキーを直接知ること
はできない。CATVネットワーク全体に伝送されるノ
ードキーに最も近い派生要素は、エンクリプトされたC
ACと、これに続く再びエンクリプトされてFVコード
となるCACである。本発明の二重エンクリプト方式
は、ノードキーを発見したり、権限のない者が使用する
のを防止する安全手段を提供する。
(CATV)ネットワークを利用するデジタル通信方式
の端末装置に関する。二方向CATVシステムは良く知
られており、このようなネットワークの二方向性をデジ
タルデータ通信に利用する技術も開発されている。たと
えば、オズボーン(Osborn)の米国特許第3,803,
491号及びマツマト(Matsumato )他の米国特許第
4,245,245号に記載されている。家庭用銀行業
務処理、電子郵便、電子新聞ホームショッピングシステ
ムなどの多種多様な消費者サービスは、常識になろうと
している。しかしながら、今日までに開発されたシステ
ムは広範囲に利用することができなかった。一般に受け
入れられなかった理由の1つとして、先行技術のシステ
ムがCATVシステムのヘッドエンドにおいてデジタル
通信を集中化していたことが挙げられる。すなわち、デ
ジタルメッセージはヘッドエンドとユーザーノードとの
間で交換される。このように、ヘッドエンドノードにネ
ットワーク能力を集中することにより、いくつかの欠点
が生じる。 【0002】まず第1に、集中化ネットワークを構成す
るには、数多くの参加者、特にケーブル操作者、サービ
ス提供者及び装置の製造業者が同時に組織だった活動を
行なって、装置とデータフォーマットとの間に矛盾が起
こらないようにしなければならない。各々の参加者がシ
ステム構造の最終決定までの活動を嫌うことが、二方向
CATVデータサービスの開発を遅らせる重要な要因と
なっていた。また、集中化ネットワーク構造では、ヘッ
ドエンド装置が大型で複雑になる欠点があった。このよ
うな先行技術のシステムにおけるヘッドエンドソフトウ
エアは、異なるデータサービスを同時に処理するため
に、いくつものタスクを同時に実行するのが普通であ
る。従って、すでにあるサービスに新しいサービスを付
加することは困難である。さらに、システムに全く新し
いサービスが付け加えられると、集中化システムの容量
をオーバーしてしまうので、所望のサービスを全て処理
することができるようにヘッドエンド全体の構成を再設
計しなければならない。 【0003】さらに、システムの能力を集中化すると、
システムの信頼性が低下する結果となる。すなわち、ヘ
ッドエンドで起こった単一つの故障によって二方向CA
TVサービスの全てがディスエイブルされてしまう。 【0004】最後に、集中化システムにおいては、ケー
ブルシステム操作者がサービス提供者と密接な関係にあ
るため、情報のプライバシー、データの保全、競合する
サービス提供者による消費者への接近の権利などの問題
により負担がかかる。 【0005】本発明は、メッセージを発信するノード
(発信側ノード)とメッセージを受信するノード(宛先
ノード)をCATVシステムの任意の地点にそれぞれ配
置できるような分散通信方式により実施される。本発明
の一面によれば、発信側ノードは、ケーブルスペクトル
の上流側部分においてメッセージをヘッドエンドに発信
する。ヘッドエンドは、ケーブルスペクトルの下流側部
分において上流のメッセージを選択的に再放送する。こ
のように、発信側ノードが場所とは無関係に宛先ノード
にメッセージを伝送できるような配置が提供される。 【0006】CATV通信ネットワークは一般大衆向け
に構成されている。従って、本発明の別の面による機構
においては、CATV通信資源へのアクセスは、権限を
与えられていないユーザーについてはアクセスが拒否さ
れ、権限を有するユーザーについてはアクセスが許可さ
れるように制御される。本発明のこの面によれば、発信
側ノードは、上流側メッセージの一部として照合メッセ
ージ(本明細書ではフレーム照合(FV)コードとい
う)をさらに発信する。 【0007】本発明のさらに別の面によれば、ヘッドエ
ンド装置はフレーム照合コードを検査し、フレーム照合
コードが発信側ノードは権限を与えられたユーザーであ
ることを指示する場合のみ、ケーブルスペクトルの下流
側部分において受信した上流側メッセージを再放送し
て、CATV資源へのユーザーのアクセスを許可する。
これに対し、フレーム照合コードにより発信側コードが
権限を与えられたユーザーでないことを示される場合に
は、ヘッドエンド装置は上流側メッセージを再放送せ
ず、それによりユーザーのCATV資源へのアクセスを
拒否する。 【0008】前述のように、集中化ネットワーク構成
は、1つには多数の関係者が同時に協力して活動を行な
わなければならいために、広く使用されるに至っていな
い。本発明を適用すれば、CATVシステムを操作する
者は個々の又はCATV操作者が利用可能(transparen
t )なデータ搬送サービスを提供することができるの
で、サービスに特定の価値が付加される。 【0009】従って、本発明による通信システムでは、
システムの能力は分散される。ヘッドエンド又はノード
においてモジュールによるシステム拡張が可能であるの
で、システム全体を迅速に又はゆっくりと拡張すること
ができる。すなわちCATVシステムのオペレータは、
ユーザーノードにおける利用可能データ搬送サービスの
ための規定のインターフェースを提供する通信システム
を成立させることができる。ヘッドエンドのチャンネル
容量は拡張可能であるが、その構造(ハードウエアとソ
フトウエアの双方)は、システム全体が拡張されても、
変更される必要はない。ノードインターフェースにおい
て知られている種々の消費者サービス及び情報機器、並
びに今後開発される消費者サービス及び情報機器をさら
に発展させるに際して、ヘッドエンドの構造をさらに変
更する必要はない。 【0010】本発明によればネットワークの能力が分散
されるので、ヘッドエンド装置はそれほど複雑ではな
い。最初の段階では、ヘッドエンドは2〜3のデータチ
ャンネルを具備することができる。通信データのトラヒ
ック負荷が増加するにつれて、付加的なデータチャンネ
ル容量を容易に増加できる。 【0011】ネットワーク内の任意の場所に配置しうる
扱者ノードに機器を追加することにより、本発明のシス
テムに新しいサービスを容易に導入できる。たとえば、
電子的手段による資金振替サービスを提供する銀行に、
この目的のための新しい扱者ノードを設置することがで
きる。 【0012】各々の扱者ノードの複雑さは特定のサービ
スの複雑さによって決まるが、扱者ノードのソフトウエ
アは、一般に、(集中化システムに比べて)単一のサー
ビスを単一のタスクで処理するという性質により簡略化
される。 【0013】本発明を適用することにより、1つの扱者
ノードにおける機器の故障がそのサービスにのみ影響を
与え、他の扱者ノードにより提供されるサービスを妨げ
ることがなくなるので、システムの信頼性が高められ
る。同様に、1つのサービスについてデータトラヒック
負荷が大きくても、他方の扱者ノードのサービス応答時
間に影響を与えることは実質上ない。 【0014】最後に、能力分散式通信システムでは、C
ATVオペレータとサービス提供者とが分離されるよう
な傾向にあり、情報のプライバシー及びデータの保全に
関する問題は、サービス提供者の責任となる。CATV
オペレータは、単に、サービス提供者により希望に応じ
て使用される使用可能なデータ搬送サービスを提供して
いるにすぎない。 【0015】以下、添付の図面を参照して本発明の実施
例を説明する。代表的なCATVシステムは、たとえば
5MHz から400MHz の範囲の周波数を有する信号を伝
搬することができる。50MHz を越える信号周波数は、
信号をヘッドエンドから加入者端末に(すなわち下流方
向又は順方向)分配するために利用される。50MHz 未
満の信号周波数は、個々の加入者端末からヘッドエンド
へ(すなわち上流方向又は逆方向)信号を伝搬するため
に利用される。 【0016】図1は、本発明に関連して使用される帯域
幅の割当て範囲を示す特性図である。上流側帯域2は2
5MHz の幅を有し、5MHz から30MHz の範囲にわたっ
ている。下流側帯域4も25MHz の幅を有し、周波数ス
ペクトルの下流部分の任意の周波数帯域から始まるよう
に設定することができる。 【0017】代表的なCATVシステムは、インバート
トリー(inverted tree )の形態を有する。ヘッドエ
ンドはインバート トリーの頂点にあり、加入者端末は
幹線と分岐線の全体にわたって配置されている。ヘッド
エンドから順方向に送られる信号は、全ての加入者端末
装置により受信される。しかしながら、個々の加入者端
末装置から逆方向に伝送される信号は、他の加入者端末
装置のうち、発信側の加入者端末装置からヘッドエンド
に至る信号伝搬路の中にあるもののみにより受信され
る。従って、特定の加入者端末装置から発信される信号
は、他の加入者端末装置の一部によってのみ聴取され
る。 【0018】本発明によれば、上流側(逆方向)帯域2
の各信号周波数は、下流側(順方向)帯域4の対応する
信号周波数と対を成している。ヘッドエンドは、上流側
帯域の逆方向信号を受信し且つその信号を下流側帯域の
対応するより高い周波数で選択的に再放送する装置を含
む。このようにして、個々の加入者端末装置からの(逆
方向帯域の)信号は(順方向帯域の)他の全ての加入者
端末装置により受信されるので、個々の加入者端末装置
は、CATVシステム内の他の任意の加入者端末装置に
メッセージを伝送することができる。 【0019】本発明のシステムでは、周波数シフトキー
イング(FSK)を利用することにより、デジタル信号
が伝送される。デジタル信号は、2つの2進論理状態の
うち一方、すきわち論理値「1」又は「0」を有する。
デジタル信号が論理値「1」であるとき、FSK変調器
は第1の周波数の信号を発信し、デジタル信号が論理値
「0」であるときには、FSK変調器は第2の周波数の
信号を発信する。同様に、FSK復調器はFSK信号に
応答し変調前のデジタル信号を再生する。 【0020】本発明によるヘッドエンド装置を図2に示
す。データチャンネルアクセスモニタ(DCAM)10
は、個々のデータチャンネルアクセスモニタモジュール
11a、11b───と、ネットワークアクセスコント
ローラインターフェースプロセッサ18と、モデム20
とを具備する。各々のデータチャンネルアクセスモニタ
モジュール11aは、FSK復調器12と、フレーム照
合論理回路14と、FSK変調器16とを有する。FS
K復調器12は、逆方向帯域の特定の周波数に同調され
る。FSK変調器16は、順方向帯域において対を成し
て対応する周波数に同調される。フレーム照合論理回路
14は受信したデータを検出し、FSK復調器12の出
力端をFSK変調器16の入力端に選択的に接続する。
FSK変調器16は、受信した信号をケーブルスペクト
ルの順方向部分の対応するより高い周波数を使用してリ
アルタイムで再放送する。フレーム照合論理回路14
は、モデム20を介してネットワークアクセスコントロ
ーラと2方向で通信するネットワークアクセスコントロ
ーラインターフェースプロセッサ18と交信可能に接続
される。フレーム照合論理回路14の動作については、
後に図9を参照してさらに詳細に説明する。 【0021】図3は、本発明による加入者端末装置のモ
デム部分を示す。ネットワークアクセスユニットモデム
13は、FSK変調器19と、FSK復調器15と、搬
送波感知・衝突検出回路3と、周波数制御部17と、マ
イクロプロセッサ21とを具備する。 【0022】動作を説明するに、信号源23からのデジ
タル信号がマイクロプロセッサ21に入力される。マイ
クロプロセッサ21は、デジタルデータをフレームメッ
セージのフォーマットにする。フレームメッセージは、
そのフォーマットの一部として、フレーム照合(FV)
コード(図8に関連して詳細に説明する)を含む。フレ
ームメッセージはFSK変調器19に入力され、FSK
変調器19はフレームメッセージをFSK信号としてケ
ーブル25に沿って上流方向にヘッドエンドまで伝送す
る。 【0023】ヘッドエンド10(図2)において、FS
K復調器12は符号化されたフレームメッセージを受取
る。フレームメッセージはフレーム照合論理回路14に
おいて検査される。受信されたフレーム照合(FV)コ
ードが、権限のないユーザーであることを示していれ
ば、フレーム照合論理回路14は、フレームメッセージ
がそれ以上伝送されないようにする。これに対し、フレ
ーム照合コードが、権限を与えられているユーザーであ
ることを示せば、フレーム照合論理回路はFSK変調器
16にフレームメッセージを入力し続ける。FSK変調
器16は、フレームメッセージをFSK信号としてヘッ
ドエンド10から全ての加入者端末に向けて下流方向に
リアルタイムで伝送(再放送)する。 【0024】フレームメッセージは、図3のNAUモデ
ム13と同様のネットワークアクセスユニット(NA
U)変復調装置に入力される。FSK復調器15は、再
放送されたフレームメッセージ(FV)を受信し、受信
したデータをマイクロプロセッサ21に送出する。FS
K復調装置15は、NAUモデムに独自の伝送を監視さ
せると共に、他のネットワークアクセスユニットからの
データを受信させるように機能する。 【0025】CATV通信源を多数のユーザーの間で配
分利用するために、指定の逆方向スペクトル空間は80
本のFSKデータチャンネルに分割され、各チャンネル
は128Kb/s でデータを伝送することができる。順方
向スペクトル空間も同様に80本のFSKデータチャン
ネルに分割されており、システム内に80本のチャンネ
ル対を形成している。しかしながら、CATVは単一つ
のDCAMモジュール11a(図2)により構成してい
てもよい。データのトラヒック負荷が増すにつれて、C
ATVシステムのオペレータは、付加的なモジュール1
1b等を付け加えることにより容量を大きくすることが
できる。すなわち、通信量が増加しても、ヘッドエンド
の構造に変更はない。 【0026】各々の加入者端末NAUにはホームチャン
ネルが割当てられている。当然のことながら、通信すべ
き2つの加入者ユニットについては、共に同じデータチ
ャンネルになければならない。従って、いわゆるネット
ワーク資源管理装置と呼ばれるシステム制御コンピュー
タからの指令に応じて、各NAUモデムは周波数に対し
て応答性の高い、その上流側の発信周波数(及び対応す
る下流側の受信周波数)を変えることができる。 【0027】さらに、本発明のシステムでは多数のユー
ザーが同じデータチャンネルを共有することができる。
チャンネルの分割は、当業者には衝突検出を伴なう搬送
波感知多重アクセスとして知られている方式(CSMA
/CD)により達成される。 【0028】簡単にいえば、CSMA/CDは、多数の
ユーザーが共通のデータチャンネルを共用できるように
するコンテンション(競合)メカニズムである。全ての
ユーザーは、データチャンネルを監視して搬送波信号を
感知する。メッセージを発信したいユーザーノードは、
チャンネルがクリアされるまで待った後に、メッセージ
をデータチャンネルにのせて発信する。2人のユーザー
が同時に発信しようとした場合には衝突が起こる。衝突
は、発信しようとしたユーザーにより検出される。各ユ
ーザーは、各々のメッセージを発信しようとする前に、
任意の時間だけ発信を停止する。 【0029】本発明によるCATVシステムの一実施例
を図4に示す。このシステムは、全ての加入者に正規の
ビデオプログラミング情報を提供する、従来の一方向C
ATV放送装置22を含むヘッドエンドを具備する。信
号分配路は、幹線ケーブル24と、分配増幅器26と、
分配線28と、個々のシステムノード31への引込線2
9とを含む。 【0030】システムノードにはいくつかの種類があ
る。ユーザーノードは、CATV通信源へのアクセスが
設けられているノードである。ユーザーノードには2種
類ある。すなわち、扱者ノード46(サービス提供者
用)と、加入者ノード48(サービス受取り側用)であ
る。さらに別のシステムノードとして、CATV通信シ
ステム全体にわたって制御(たとえばネットワークアク
セス制御、通信サービスの料金計算)を行なうための制
御ノードがある。最後に、CATVネットワーク間の通
信に使用されるリンクノード50と、CATVネットワ
ークと切換え式公衆電話システムなどの他のネットワー
クとの間の通信に使用されるゲートウェイノード52と
を含むネットワークノードがある。 【0031】扱者ノード40は、各々のネットワークア
クセスユニット(NAU)38及び42を介して加入者
ノード44と通信する。この場合、CATVシステム
は、扱者40及び加入者44が容易に理解できるような
基本データ搬送サービスを提供する。たとえば、サービ
ス提供者は、非同期RS−232扱者ノード装置40
と、互換性の非同期RS−232加入者ノード装置44
とを提供することができる。 【0032】扱者ノード46及び加入者ノード48は、
図形機能を含むフルビデオテックス作成などの高レベル
の通信サービスを(各々のNAUの他に)含んでいても
良い。この場合、扱者ノード46はビデオテックス両立
印加サービスを提供するだけで良い。加入者ノード48
のハードウエア(及びソフトウエア)を、このように多
数の異なるサービス提供者により利用することができ
る。 【0033】システム制御ノードは、ヘッドエンドのデ
ータチャンネルアクセスモニタ(DCAM)10と、ネ
ットワークアクセスコントローラ(NAC)34と、ネ
ットワーク資源管理装置(NRM)36と、ネットワー
クトラヒックモニタ(NTM)32とを具備する。シス
テム制御ノードは、加入者ノード及び扱者ノードと同様
にCATVシステム全体にわたって通信を行なう。さら
に、NAC34とDCAM10との間に二方向帯域外デ
ータチャンネル30がある。二方向帯域外データチャン
ネル30に沿ってNAC34とDCAM10との間にあ
るメッセージは、一般にCATVネットワーク内で放送
されない。また、ヘッドエンドに配置されるDCAM1
0を除いて、CATVシステム内の任意の位置にNTM
32、NAC34及びNRM36を配置してもよい。 【0034】ネットワークアクセスコントローラ(NA
C)34は、特別にプログラムされたコンピュータであ
る。NAC34の第1の機能は、ユーザーノードへのネ
ットワークアクセスを許可又は拒否することである。ネ
ットワークアクセスが許可されると、ユーザーノードに
チャンネルアクセスコード(CAC)が提供される。ネ
ットワークアクセスが拒否されると、ユーザーノードに
理由(たとえばチャンネルがふさがっている(busy))
が伝えられる。チャンネルアクセスコードの発生と伝送
については、図7に関連して説明する。 【0035】ネットワーク資源管理装置(NRM)36
も、特別にプログラムされたコンピュータである。NR
M36の重要な機能は、様々なユーザーの間から通信源
を指定することである。これは、たとえば、負荷を平均
化することにより行なわれる。すなわち、データトラヒ
ック負荷が利用しうるデータチャンネルにさらに均一に
配分されるように個々のユーザーモデム(FSK変調器
及びFSK復調器)を同調し直すことにより行なわれ
る。 【0036】NRM36の第2の重要な機能は、ユーザ
ーノードにダイレクトリルックアップサービスを提供す
ることである。すなわち、NRM36は、各ユーザーノ
ードの現時点で割当てられているデータチャンネル周波
数(すなわち本来のホームチャンネル周波数又は再指定
されたチャンネル周波数)と、そのノードのアドレス及
び記号名とのリストを作成し続ける。従って、以下にさ
らに詳細に説明するように、ユーザーノードは、NRM
36との間の通信を成立させることにより所望の宛先ノ
ードのアドレスとデータチャンネル周波数を得ることが
できる。 【0037】ネットワークトラヒックモニタ(NTM)
32は、第3の特別にプログラムされたコンピュータで
ある。NTM32は、すべてのデータチャンネルを聴取
し、CATV通信資源の使用に関する情報を収集する受
動的な情報収集部である。収集される情報は2つの主な
用途を有する。すなわち(1)非ピークトラヒック時間
中にデータ通信サービスの料金が計算される。(2)C
ATV帯域幅の指定、すなわち負荷の平均化に際してト
ラヒック管理のためにチャンネルトラヒックの統計をN
RM36に提供する。 【0038】リンクノード50は、2つのCATVネッ
トワークの間にネットワーク内通信を提供して、CAT
Vデジタル通信のための単一のアドレススペースを形成
する。図5に示すように、2つのCATVネットワーク
54及び56はリンクノード50a及び50bにより相
互接続される。一方のCATVシステム54は、DCA
M10aと、NRM36と、NTM32と、NAC34
とを含み、他方のCATVシステムはDCAM10bを
含む。 【0039】最も簡単な形態のリンクノード50a及び
50bは、CATVシステム54及び56の間で特定の
メッセージを1:1の対応で写像する。リンクノード5
0aは下流のデータを受信する。受信されたデータはリ
ンクノード50bに入力され、リンクノード50bはデ
ータをCATVシステム56において上流方向に再び伝
送する。すなわち、リンクノード50a及び50bを使
用することにより、CATVシステム54とCATVシ
ステム56とは、いずれか一方のシステムからの任意の
ノードが他のノードと通信しうる共通のアドレススペー
スを有する単一のデータネットワークを形成する。 【0040】単一のCATVデータネットワーク内にお
いて、各ノードには独特の24ビットアドレスが割当て
られる。特定の宛先ノードにより受信されるべきメッセ
ージは、宛先ノードのアドレスを含む。全てのノード
は、少なくとも1つのデータチャンネルを監視する。宛
先ノードのアドレスが認識されると、全てのメッセージ
が受信され、さらに処理される。 【0041】特定のノードのアドレスに加えて、各ノー
ドには、ノードキーと呼ばれる56ビットの暗号が割当
てられる。ノードキーは、権限のないユーザーによるC
ATV通信資源へのアクセスを防止するための安全確保
手段である。ノードアドレスと異なり、ノードキーはC
ATVシステムに伝送されない。さらに、考えうるノー
ドキーの数250は非常に多く、ばらついているので、有
効なノードキーを推測しうる確率は非常に低い。 【0042】システムの動作を簡単に概観する(図4)
ために、加入者ノード44を宛先ノード40(図4)と
通信させるべき代表的な場合について考える。 【0043】加入者ノードは、次のようなプロセスを経
てチャンネルアクセスを行なう。 1.発信側の加入者ノードは、ネットワークアクセスの
要求(FVコードは付いていない)によりヘッドエンド
(DCAM)に信号を送る。 2.DCAMは、ネットワークアクセスの要求を帯域外
チャンネル30に沿ってNAC34に送る(FVコード
は不要である)。 3.NAC34は、エンクリプト又は符号化されたチャ
ンネルアクセスコード(CAC)を加入者ノードに伝送
する。NAC34に関して有効なFVコードは、NAC
メッセージと共に伝送され、ヘッドエンドのDCAMを
通過することができる。 【0044】加入者ノードはCACをデクリプト又は復
号化し、CACを使用して独自のCACコードを発生す
る。加入者ノードは、このようにして、要求されたデー
タチャンネルを利用する許可を得る。 【0045】加入者ノード44はチャンネルアクセスを
得た後、次のルート決定プロセスにより、所望の宛先ノ
ード40との間に単一の信号路接続を成立させる。 1.発信号の加入者ノードは、NRM36に信号(今度
はFVコードを含む)を送る。NRM36へのメッセー
ジは、所望の宛先ノードの符号名を含む。 2.NRM36は、そのダイレクトリにおいて宛先ノー
ドの名をルックアップし、所望の宛先ノードのチャンネ
ル周波数及びアドレスをもって応答する。NRM36に
対して有効なFVコードは、NRMメッセージと共に伝
送されて、ヘッドエンドのDCAMを通過することがで
きる。 3.宛先ノード40のチャンネル周波数が加入者ノード
44のチャンネル周波数と異なる場合、加入者ノード4
0はその周波数を変えて宛先ノードの周波数と等しくな
るようにし、宛先チャンネル周波数についてネットワー
クアクセスのために上述のプロセスを繰返す。 4.次に、発信側の加入者ノード44は、セッションオ
ープン要求と共に信号を宛先ノード40に送る。 5.宛先ノード40は、セッションオープン要求を受信
し、必要に応じて、上述のチャンネルアクセスを得るた
めのプロセスによりチャンネルアクセスコードを得る。
次に、宛先ノードは、セッションオープン承認メッセー
ジをもって応答することができる。このプロセスの終了
時に、発信側の加入者ノード44と宛先ノード40とは
同じデータチャンネルにあり、それらの間には信号路接
続が成立している。2つのノード40及び44は、適切
なメッセージにより通信路がとざされるまで、通信を継
続することができる。 【0046】チャンネルアクセスコードの安全を確保す
るために、また、盗聴により有効なFVコードがわかっ
てしまうようなことのないようにするために、二重デー
タエンクリプト/デクリプト方式を採用している。使用
される基本的なデータエンクリプト方法は、ナショナル
・ビュロー・オブ・スタンダーズ(National Bureauof
Standards)(ワシントンD.C.)のデータエンクリ
プト規格(DES)に基づいている。簡単に説明すれ
ば、図6に示すように、DES方式では、56ビットの
キー102を使用することにより64ビットの入力10
4を64ビットの出力106にエンクリプト又はデクリ
プトすることができる。制御信号線108は、エンクリ
プトとデクリプトのうちいずれを行なうべきかを決定す
る。 【0047】64ビットの入力105をエンクリプトす
るために、制御信号線108はエンクリプト用にセット
される。56ビットのキー102は、論理回路100に
ロードされる。次に、64ビットの入力104が論理回
路100にロードされ、その後、エンクリプトされたデ
ータの64ビットの出力106が利用可能となる。デク
リプトの場合は、制御信号線108がデクリプト用にセ
ットされ、56ビットのキー102が論理回路100に
ロードされ、64ビットのエンクリプトされた入力が論
理回路100にロードされ、その後、64ビットの出力
106が利用可能となる。ハードウエアにおいてDES
を実施するために、市販の規格品の集積回路を利用すれ
ば良い。しかしながら、DESエンクリプト及びデクリ
プトはソフトウエアで行なうのが好ましい。 【0048】図7は、チャンネルアクセスコード(CA
C)を発生するためのNAC34(図4)のプログラム
を表わすフローチャートである。まず最初に、アクセス
キーと呼ばれる56ビットの乱数がステップ60におい
て発生される。次に、ステップ62において、64ビッ
トの乱数が初期値(IV)として発生される。アクセス
キーとIVは、ステップ64に示すように、合体して1
20ビットのチャンネルアクセスコード(CAC)を形
成する。CACは、帯域外チャンネルを介してヘッドエ
ンドのDCAMに伝送される(ステップ66)。さら
に、ステップ68において、ユーザーの暗号ノードキー
を使用することによりエンクリプトされたCACは、ユ
ーザーノードに伝送される。 【0049】図8は、フレーム照合(FV)コードを発
生するためのユーザーネットワークアクセスユニット
(たとえば図4のNAU42)のプログラムを表わすフ
ローチャートである。まず、ステップ70において、チ
ャンネルアクセスを得たいユーザーNAUノードがチャ
ンネルアクセス要求を発信する。チャンネルアクセスの
要求は、前述の図7のプログラムフローチャートに従っ
て、エンクリプトされたCACを発生するNACにより
処理される。エンクリプトされたCACは、ステップ7
2でユーザーNAUにより受信される。ユーザー側NA
Uは、ステップ74において、デクリプトキーとして独
自の暗号ノードキーを使用して120ビットのCACを
デクリプトし、56ビットのアクセスキーと、64ビッ
トの初期値(IV)とを提供する。ステップ76におい
て、64ビットのIVは56ビットのアクセスキーを使
用することによりエンクリプトされ、64ビットの出力
が形成される。出力される64ビットは、それぞれ8ビ
ットを含む8つのフレーム照合(FV)コードを提供す
る。ユーザー側NAUは、次の8つの伝送すべきフレー
ムメッセージの各々について、それら8つのFVコード
のうちいずれか1つを伝送する。各々のフレームメッセ
ージは、1つのメッセージが伝送されるたびに1回増分
されるフレームシーケンス(FS)数も含む。次の8つ
のメッセージに対して8つのFVコードが伝送された
後、IVコードが増分され、アクセスキーを使用して再
びエンクリプトされて、次に続く8つのフレームメッセ
ージのために使用すべき付加的な8つのFVコードが形
成される。 【0050】一部フレームシーケンスに基づくFVコー
ド、乱数及び暗号ノードキーを使用する本発明のシステ
ムにおいて意図される目的は、権限を与えられていない
ユーザーがCATV通信資源を得ること又はその他の方
法によりネットワークの制御にかかわるのを防止するこ
とである。FVコードは、連続するフレームメッセージ
の各々について変わる。従って、盗聴により有効である
とわかったFS数及びFVコードを再び使用することは
できない。さらに、FS数は、発信ノードとDCAMと
の間のFVコードの同期化を確保するために含まれてい
る。 【0051】図9は、ヘッドエンドのDCAMにおいて
FVコードをチェックするためのフレーム照合論理回路
14(図2)のプログラムを表わすフローチャートであ
る。ステップ80において、チャンネルアクセスの要求
がヘッドエンドで受信される。ステップ82において
は、チャンネルアクセスの要求が帯域外でNACに送ら
れる。NACは、DCAMで受信した帯域外のエンクリ
プトされていないCACを伝送することにより応答する
す(ステップ84)。ステップ86において、CACを
使用して(前述のように)アクセスキーによりIVコー
ドをエンクリプトし、8つのFVコードを発生する。フ
レームシーケンス(FS)数は、8つのFVコードの各
々と関連している。 【0052】動作を説明するに、フレームメッセージは
ヘッドエンドのDCAMにより受信され、DCAMは、
ステップ88において、受信したFS数及びFVコード
を、特定のNAUアドレスについて先に計算されていた
コードと比較する。FS数とFVコードが先に計算され
ていたFS数及びFVコードと等しくない場合には、ス
テップ90においてフレーム照合論理回路14(図4)
は、上流側の信号がシステムの下流側へ再び放送される
のを防止する。FSとFVが先に計算されていた。FS
とFVと等しければ、ステップ92において、上流側の
メッセージが対応する下流側チャンネル周波数で再び放
送される。計算された8つのFVコードの最後のものが
ステップ94で利用された後、ステップ96においてI
Vコードが増分される。IVの増分された値はステップ
86でアクセスキーを使用してエンクリプトされ、8つ
の付加的なFVコードから成る新しい表が作成される。 【0053】上述のシステムの動作は、CATV通信シ
ステムの2つのノードの間に基本的な二方向信号路接続
を成立させることに関するものであった。図10は、よ
り高度のシステム機能を含む積層プロトコール構造を示
す。図10の積層構造は、インターナショナル・スタン
ダーズ・オーガニゼイション(International Standard
s Organization)(スイス・ジュネーブ)が開発したオ
ープン・システムズ・インターコネクション(OSI)
の基準モデルにごく近いものである。 【0054】図10において、基本フレームメッセージ
120は、発信元ノードから物理的媒体(CATVシス
テム)を介して宛先ノードへ伝送される。フレームメッ
セージ120は、入れ子式の層形状に配列されている。
さらに詳細には、最終的な「伝送すべきデータ」は、ア
プリケーション層132の中に配置される。アプリケー
ション層132は、提示層130の中にはめ込まれてお
り、提示層130はセッション層128の中にはめ込ま
れている。セッション層は搬送層126の中にはめ込ま
れ、そのようにして、ネットワーク層124、リンク層
122へと広がっている。一般に、各層は(アプリケー
ション層132に先行する)ヘッダ130a等のヘッダ
と、(アプリケーション層132に続く)トレーラ13
0b等のトレーラとを含む。しかしながら任意の層にお
いて、各々のヘッダを最少限にし、各々のトレーラが存
在しないようにしてもよい。 【0055】発信側ノード(源)は、物理的媒体を介し
て伝送する前に、フレームメッセージ120をアセンブ
ルする。 【0056】受信ノード(宛先)は、フレームメッセー
ジ120を1度に1層ずつディスアセンブルする。ま
ず、宛先ノードはメッセージからリンク層を分離する。
リンク層の「データ」はネットワーク層124である。
ネットワーク層の「データ」は搬送層であり、このよう
にしてアプリケーション層まで進む。プロトコールの各
層には、以下に概説するような特定のシステム通信機能
が割当てられている。 【0057】リンク層は、CSMA/CD制御、誤り検
出コードの発生及びチェック、同じCATVシステム内
における発信側ノードと宛先ノードのアドレシング、並
びにフレーム照合コードの発生などの基本的な通信機能
を果たす。 【0058】ネットワーク層は、異なるCATVシステ
ムに配置される発信側ノードと宛先ノードとの間のルー
ト決定命令を詳細に指定する。ネットワーク層の情報
は、メッセージを発信側から最終宛先側にどのようなル
ートにより伝えるかということを通信ネットワーク制御
ノードに伝える電話番号とほぼ類似している。 【0059】搬送層は、信号路接続が成立した後に、発
信元ノードと宛先ノードとの間のデータの流れを決定す
る。搬送層の代表的な機能には、受信したパケットの確
認、転送すべきパケットの最大数に関する命令、パケッ
トの確実な伝送制御などが含まれる。 【0060】セッション層は、通信セッションを開始す
るために使用される。この意味で、前述のネットワーク
資源管理装置(図4のNRM36)は、特別のセッショ
ン層構成要素である。セッション層により制御される機
能には、符号アドレシング及び発信側ノードから宛先ノ
ードへのデータチャンネルルートの決定が含まれる。 【0061】提示層は、ユーザーに提示されるデータの
フォーマットを制御する。たとえば、発信側は、宛先の
端末装置が図形表示機能を有するか又は英数字機能しか
有していないかを尋ねるために宛先ノードに問合せても
良い。本発明に関連して使用するのに適する提示レベル
のプロトコールは、AT&Tプレス刊の「ビデオテック
ス・スタンダード・プレゼンテーション・レベル・プロ
トコール」(VideotexStandard Presentation Level Pr
otocol )(1981年5月)に記載されている。 【0062】アプリケーション層は、ユーザーに役立つ
情報と、プログラムを含む。たとえば、電子銀行業務処
理システムに応用する場合、アプリケーション層は、電
子的手段による資金振替に関する特定の命令を含んでい
る。 【0063】図11は、プロトコールのリンク層のフレ
ームのフォーマットを示す。フレームは、8ビットのフ
ラグ134と、24ビットの宛先アドレス136と、2
4ビットの発信元アドレス138と、8ビットの制御フ
ィールド140と、リンクレベルメッセージ142と、
16ビットの循環冗長コード(CRC)144と、8ビ
ットのフラグ146とから構成される。CRC144
は、誤り検出コードである。本発明に使用するのに適す
る特定のCRCは、インターナショナル・テレグラフ・
アンド・テレフォン・コンサルティブ・コミッティー
(International Telegraph and Telephone Consultive
Committee)(スイス、ジュネーブ)により採用されて
いるCCITT規格によるものである。フラグ134
は、フレームメッセージのスタートを指示する同期化コ
ード(01111110)である。宛先アドレス136
は、宛先ノードのアドレスを示す。この点に関して、発
信側ノードと宛先コードは、発信ノードと受信ノードと
してそれぞれ定義される。 【0064】制御フィールド140のコードは、他の定
義されたフィールドを含む次のリンクレベルメッセージ
142の内容を規定する。たとえば、制御フィールド
は、次にデータが続くべきであることを指定してもよ
い。この場合、リンクレベルメッセージ142は、フレ
ームシーケンス(FS)数と、フレーム照合(FC)コ
ードと、プロトコール構造の高位の層において使用され
るデータとを含む。制御フィールド140は、NAC3
4(図4)に対するチャンネル(アクセス)要求を指示
していても良いが、この場合、リンクレベルメッセージ
142は付加的なフィールドを含まない。制御フィール
ド140がチャンネル放棄指令を指示する場合は、FS
数とFVコードが次に続くと考えられる。また、制御フ
ィールド140がチャンネル許可メッセージを指示する
場合は、FS数、FVコード及びエンクリプトされたチ
ャンネルアクセスコード(CAC)が次に続く、制御フ
ィールド140は、メッセージがチャンネル拒否指令で
あることを示してもよいが、この場合には、リンクレベ
ルメッセージ142はFS数と、FVコードと、チャン
ネルアクセス拒否の理由とを含む。ユーザーがCATV
通信資源をアクセスする権限を与えられていない場合、
又は通信量が多くチャンネルがふさがっている(使用
中)ときには、ユーザーのチャンネルアクセスが拒否さ
れることもある。 【0065】前述のように、DCAM10(図2)のフ
レーム照合論理回路14は、フレームメッセージの中の
FVコードをチェックする一方、フレームメッセージを
リアルタイムで再放送する。すなわち、メッセージ全体
が再放送される前にFVコードがチェックされる。従っ
て、リンクレベルメッセージがデータを全く含んでいな
いときに、最悪のタイミングとなる。DCAMのフレー
ム照合論理回路は47ビットの同期(8ビットの制御フ
ィールド+8ビットのFS数+8ビットのFVコード+
16コードのCRC+8ビットのフラグ−1ビット)
で、受信したFVコードを先に計算されていたFVコー
ドと比較する。128kb/s で、これは約400マイク
ロセコンドである。 【0066】図12〜図17は、通信セッションを開始
するために発信側ノードと宛先ノードとの間で交換され
るメッセージのシーケンスを示す。明確にするために、
第11図(a)〜(f)に示されるメッセージフォーマ
ットは、リンク層とセッション層のうち、事象のシーケ
ンスの概念を理解するために必要な部分のみを示す。 【0067】ここで、発信側ノード150(図12)が
宛先ノード152(図17)との間に通信セッションを
成立させるものと仮定する。まず、発信側ノードは発信
側ホームチャンネル周波数でネットワーク搬送要求メッ
セージ160をヘッドエンドのDCAM10に発信す
る。このメッセージ160は、フラグと、それに続く発
信側ノードアドレスと、このアドレスに続くネットワー
ク搬送要求コードとから構成される。FVコードは付加
されていない。DCAM10は、一連のフラグから構成
されるメッセージ162をもって、搬送要求を確認す
る。 【0068】図13に示すように、発信側ノードはCA
Cを得る。DCAM10は、メッセージ164の中のネ
ットワーク搬送要求を帯域外チャンネルにのせてネット
ワークアクセスコントローラ(NAC)34へ送る。N
AC34は、発信元ホームチャンネルに対するトラヒッ
ク負荷をチェックした後、アクセスを許可又は拒否す
る。NAC34が発信側ノード150へのチャンネルア
クセスを許可すると、メッセージ166は帯域外チャン
ネルに沿ってヘッドエンドのDCAM10に戻される。
このメッセージ166は、発信側ノードアドレスと、発
信側ノードのためのエンクリプトされていないチャンネ
ルアクセスコード(CAC)とから構成される。またN
AC34は、DCAM10を介して発信側ホームチャン
ネルに沿ってメッセージ168を発信側ノード150に
伝送する。メッセージ168はフラグと、それに続く発
信側ノード150アドレスと、NAC34アドレスと、
NACのFS数と、NACのためのFVコードと、肯定
応答と、エンクリプトキーとして発信側ノードの暗号ノ
ードキーを使用してエンクリプトされたCACとから構
成される。メッセージ168は、各々のFS数とFVコ
ードがチェックされた後に、DCAM10により発信側
ノード150へ再放送される。 【0069】次に、発信側ノード150は、図14に示
すように、NRM36とのセッションを開く。まず、発
信側ノード150は、フラグと、それに続くNRM36
のアドレスと、発信側アドレスと、発信側ノードに対す
るFS数と、発信側ノードに対するFVコードと、セッ
ションオープン要求とから構成されるメッセージ170
を伝送する。このメッセージ170は、FS数とFVコ
ードの是非についてDCAM10においてチェックさ
れ、NRM36に向かって下流へ再放送される。NRM
36は、フラグと、発信側ノードアドレスと、NRMア
ドレスと、NRM36のFS数と、NRM36のFVコ
ードと、セッションオープン確認ビットとのシーケンス
から構成される確認メッセージ172をもって応答す
る。 【0070】セッションが開かれた後、発信側ノード1
50は、図15に示すように、所望の宛先ノードのアド
レスと、適切な宛先チャンネル周波数とを得る。発信側
ノード150は、フラグと、NRM36アドレスと、発
信側ノードアドレスと、発信側ノードのFS数と、発信
側ノードのFVコードと、セッション要求コードと、宛
先名又は宛先アドレスとのシーケンスから構成されるメ
ッセージ174を発信する。NRM36は、(まだ発信
側ホームチャンネルに沿って)メッセージ176をもっ
て応答する。この応答メッセージ176は、フラグと、
発信側ノードアドレスと、NRM36アドレスと、NR
M36のFS数と、NRM36のFVコードと、宛先ア
ドレスと、宛先チャンネル周波数とセッション終了要求
コードと、確認ビットとのシーケンスから構成される。
発信側ノード150は、メッセージ178を発信するこ
とにより、RAM36とのセッションを終了する。この
メッセージ178は、フラグと、後続するNRM36ア
ドレスと、発信側ノード150アドレスと、発信側ノー
ドのFS数と、発信側ノードのFVコードと、セッショ
ン終了要求のためのコードとから構成される。NRM3
6からの応答は、フラグと、発信側アドレスと、NRM
36アドレスと、NRM36のFS数と、NRM36の
FVコードと、セッション終了コードのシーケンスから
構成されるメッセージ180である。 【0071】次に、発信側ノード150は宛先チャンネ
ルの周波数に再同調され、図16に示すように、NAC
34から宛先チャンネルについてのチャンネルアクセス
権限を与えられる。図16のメッセージのシーケンス
は、図12及び図13に示される、チャンネルアクセス
が発信側ホームチャンネルに沿って発信側ノード150
により得られる前述のシーケンスに類似している。図1
6のメッセージ182及び186は、図12のメッセー
ジ160及び162にそれぞれ類似している。また、メ
ッセージ184、188及び190は図13のメッセー
ジ164、166及び168にそれぞれ類似している。
ここで、発信側ノード150は、宛先ノード152の周
波数についてのチャンネルアクセスを行なう。発信側ノ
ード150は、図17に示すように、宛先ノード152
との間でセッションを開始する。メッセージ192は、
フラグと、宛先ノードアドレスと、発信側ノードアドレ
スと、発信側ノード150のFS数と、発信側ノード1
50のFVコードと、セッションオープン要求のシーケ
ンスから構成されている。 【0072】宛先ノード152が(図12、図13又は
図16に示されるメッセージシーケンスと同様のシーケ
ンスにより)宛先チャンネル周波数についての既に得ら
れたチャンネルアクセスを有しているものと仮定すれ
ば、宛先ノード152は、セッションオープン確認メッ
セージ194をもって応答する。このメッセージ194
は、フラグと、発信側ノードアドレスと、宛先ノードア
ドレスと、宛先ノード152のFV数と、宛先ノード1
52のFVコードと、セッションオープン確認のための
コードのシーケンスから構成される。 【0073】この時点で、発信側ノード150と宛先ノ
ード152は共に前もってネットワークアクセスを許可
されており、共に同じデータチャンネル周波数を持つ。
ここで、情報交換の通信セッションを、プロトコール構
造の他の層を利用して進めることができる。CATVネ
ットワークは、発信側ノード150と宛先ノード152
との間に、使用可能データ搬送サービスを提供する。 【0074】情報交換のセッションが終了した後、発信
側ノード150と宛先ノード152は、図15に示され
る発信側ノード150とNRM36との間のセッション
終了要求メッセージ178及び180と同様の適切なセ
ッション終了メッセージをもって、セッションを終了す
る。 【0075】各ノードの暗号ノードキーは、CATVネ
ットワーク又は帯域外データチャンネルを介して伝送さ
れない。従って、盗聴によりノードキーを直接知ること
はできない。CATVネットワーク全体に伝送されるノ
ードキーに最も近い派生要素は、エンクリプトされたC
ACと、これに続く再びエンクリプトされてFVコード
となるCACである。本発明の二重エンクリプト方式
は、ノードキーを発見したり、権限のない者が使用する
のを防止する安全手段を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】二方向CATVシステムにおける帯域幅の割当
てを示す特性図である。 【図2】本発明によるヘッドエンド装置のブロック図で
ある。 【図3】ネットワークアクセスユニットを含む加入者端
末ユニットのモデム部分のブロック図である。 【図4】本発明によるCATV通信システムを示すブロ
ック図である。 【図5】本発明によるCATV通信システムに共にリン
クされた2つのCATVシステムを示すブロック図であ
る。 【図6】本発明に関連して採用されるデータエンクリプ
ト/デクリプトプロセスを示す図である。 【図7】本発明に従ってネットワークアクセスコントロ
ーラにおいてチャンネルアクセスコードを発生させるた
めのプログラムを表わすフローチャートである。 【図8】本発明によるネットワークユーザーノードにお
いてフレーム照合コードを発生させるためのプログラム
を表わすフローチャートである。 【図9】本発明によるCATV通信システムのヘッドエ
ンドのデータチャンネルアクセスモニタにおいてフレー
ム照合コードをチェックするためのプログラムを表わす
フローチャートである。 【図10】本発明に関連して使用される一般化したプロ
トコール構造を示す図である。 【図11】本発明に関連して使用されるメッセージフォ
ーマットを示す図である。 【図12】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図13】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図14】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図15】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図16】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図17】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【符号の説明】 3 搬送波感知、衝突検出回路 10 データチャンネルアクセスモニタ 12 FSK復調器 13 ネットワークアクセスユニットモデム 14 フレーム照合論理回路 15 FSK復調器 16 FSK変調器 17 周波数制御部 19 FSK変調器 21 マイクロプロセッサ 24 幹線ケーブル 26 分配増幅器 28 分配線 29 引込線 31 システムノード 34 ネットワークアクセスコントローラ 38、44 ネットワークアクセスユニット 40 宛先ノード 44 発信側ノード 46 扱者ノード 48 加入者ノード
てを示す特性図である。 【図2】本発明によるヘッドエンド装置のブロック図で
ある。 【図3】ネットワークアクセスユニットを含む加入者端
末ユニットのモデム部分のブロック図である。 【図4】本発明によるCATV通信システムを示すブロ
ック図である。 【図5】本発明によるCATV通信システムに共にリン
クされた2つのCATVシステムを示すブロック図であ
る。 【図6】本発明に関連して採用されるデータエンクリプ
ト/デクリプトプロセスを示す図である。 【図7】本発明に従ってネットワークアクセスコントロ
ーラにおいてチャンネルアクセスコードを発生させるた
めのプログラムを表わすフローチャートである。 【図8】本発明によるネットワークユーザーノードにお
いてフレーム照合コードを発生させるためのプログラム
を表わすフローチャートである。 【図9】本発明によるCATV通信システムのヘッドエ
ンドのデータチャンネルアクセスモニタにおいてフレー
ム照合コードをチェックするためのプログラムを表わす
フローチャートである。 【図10】本発明に関連して使用される一般化したプロ
トコール構造を示す図である。 【図11】本発明に関連して使用されるメッセージフォ
ーマットを示す図である。 【図12】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図13】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図14】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図15】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図16】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【図17】本発明によるCATVシステムにおいて発信
側ノードと宛先ノードとの間で通信セッションの開始、
終了を行うために交換されるメッセージのシーケンスを
示す図である。 【符号の説明】 3 搬送波感知、衝突検出回路 10 データチャンネルアクセスモニタ 12 FSK復調器 13 ネットワークアクセスユニットモデム 14 フレーム照合論理回路 15 FSK復調器 16 FSK変調器 17 周波数制御部 19 FSK変調器 21 マイクロプロセッサ 24 幹線ケーブル 26 分配増幅器 28 分配線 29 引込線 31 システムノード 34 ネットワークアクセスコントローラ 38、44 ネットワークアクセスユニット 40 宛先ノード 44 発信側ノード 46 扱者ノード 48 加入者ノード
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 リチャード ジェイ フイアータグ
アメリカ合衆国.94087 カリフォルニ
ア,サニーヴェイル,バーウィック ウ
ェイ 179
(72)発明者 ロバート ケネス バウアー
アメリカ合衆国.94539 カリフォルニ
ア,フアモント,キャニオン ハイツ
ドライヴ 40165
(56)参考文献 特開 昭56−72557(JP,A)
特公 昭52−15327(JP,B1)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.複数のソースノードを有するケーブルネットワーク
とヘッドエンド装置とからなるCATVシステムで使用
される端末装置であって、各ソースノードは該端末装置
に接続され該ネットワークを介して伝送されるメッセー
ジを送信するものであり、該端末装置により該ネットワ
ークに置かれる全てのメッセージが該ヘッドエンド装置
へ送られておりそして該ヘッドエンド装置は宛先ノード
による受信のためメッセージを再放送するものであり各
ネットワークソースノードはそのノードを同定するキー
をそれに関連して有しているものである端末装置におい
て、 該ヘッドエンド装置へのネットワークアクセス要求を送
信する手段、該ヘッドエンド装置からのエンクリプト
(暗号化)されたアクセスコードを受信する手段、該エ
ンクリプトされたアクセスコードをノードキーを用いて
デクリプト(解号化)する手段、及び該デクリプトされ
たアクセスコードを用いてフレーム照合コードを発生し
てそれを各メッセージフレーム中へ挿入する手段とから
なり、該メッセージフレームの各々は少なくともその一
部に先行するそのメッセージフレームにおける点で送信
されているところの端末装置。 2.複数のソースノードを有するケーブルネットワーク
とヘッドエンド装置とからなるCATVシステムで使用
される端末装置であって、各ソースノードは該端末装置
に接続され該ネットワークを介して伝送されるメッセー
ジを送信するものであり、該端末装置により該ネットワ
ークに置かれる全てのメッセージが該ヘッドエンド装置
へ送られておりそして該ヘッドエンド装置は宛先ノード
による受信のためメッセージを再放送するものであり各
ネットワークソースノードはそのノードを同定するキー
をそれに関連して有しているものである端末装置におい
て、 該ヘッドエンド装置へのネットワークアクセス要求を送
信する手段、該ヘッドエンド装置からのエンクリプト
(暗号化)されたアクセスコードを受信する手段、該エ
ンクリプトされたアクセスコードをノードキーを用いて
デクリプト(解号化)する手段、及び該デクリプトされ
たアクセスコードを用いてフレーム照合コードを発生し
てそれを各メッセージフレーム中へ挿入する手段とから
なり、該メ ッセージフレームの各々は少なくともその一
部に先行するそのメッセージフレームにおける点で送信
され、 該フレーム照合コードを発生する手段は該デクリプトア
クセスコードからフレーム照合コード系列を発生してい
るものである端末装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US373765 | 1982-04-30 | ||
US06/373,765 US4533948A (en) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | CATV Communication system |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58077344A Division JPS5940786A (ja) | 1982-04-30 | 1983-04-30 | Catv通信システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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JP2728342B2 true JP2728342B2 (ja) | 1998-03-18 |
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ID=23473793
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58077344A Granted JPS5940786A (ja) | 1982-04-30 | 1983-04-30 | Catv通信システム |
JP4185648A Expired - Lifetime JP2728342B2 (ja) | 1982-04-30 | 1992-06-03 | 端末装置 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58077344A Granted JPS5940786A (ja) | 1982-04-30 | 1983-04-30 | Catv通信システム |
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Country | Link |
---|---|
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EP (1) | EP0093549B1 (ja) |
JP (2) | JPS5940786A (ja) |
AT (1) | ATE28018T1 (ja) |
AU (1) | AU550086B2 (ja) |
CA (1) | CA1214865A (ja) |
DE (1) | DE3372250D1 (ja) |
DK (1) | DK170388B1 (ja) |
ES (2) | ES8403685A1 (ja) |
FI (1) | FI76469C (ja) |
GR (1) | GR78536B (ja) |
IE (1) | IE54316B1 (ja) |
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NZ (1) | NZ204038A (ja) |
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USRE47642E1 (en) | 1981-11-03 | 2019-10-08 | Personalized Media Communications LLC | Signal processing apparatus and methods |
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