CN103457883A - Docsis 上行流突发效率最大化并支持巨型帧 - Google Patents

Abstract

本发明提供了DOCSIS上行流突发效率最大化并支持巨型帧。一种用于传输入站和出站巨型帧并在电缆调制解调器中最大限度地利用帧突发的方法包括，从客户端设备接收要通过通信信道传输的一个或多个数据包；对一个或多个数据包进行排队；确定通信信道上传输的突发帧的最大尺寸；将一个或多个数据包的各数据包全部添加到突发帧中，直至达到突发帧的最大尺寸；确定突发帧是否有可用空间；若存在可用空间，将一个或多个数据包中的数据包分段为至少第一片段数据包和第二片段数据包，其中，第一片段数据包的尺寸几乎等于突发帧的可用空间；将第一片段数据包添加到突发帧中并在传输窗口期间通过通信信道传输此突发帧。

Description

DOCSIS 上行流突发效率最大化并支持巨型帧

技术领域

本发明总体涉及基于突发的上行流通信。 

背景技术

有线电视（CATV）系统不再仅限于向观众提供电视节目。与传统无线电波广播电视节目相比，除其他服务外，有线电视（CATV）系统通过利用光纤、同轴电缆和其他电缆以及当地广播频道（例如Wi-Fi、蓝牙等）向用户端发射的信号，向用户提供互联网访问。 

CATV系统可利用有线电缆数据服务接口规范（DOCSIS）兼容设备和协议来进行信息的传输，例如，一个或多个设备和一个或多个电缆调制解调器终端系统（CMTS）之间的视频、音频和/或数据的传输。与CMTS通信的一个典型设备就是电缆调制解调器。电缆调制解调器通常位于用户端并被配置为发射和接收与CMTS之间的互联网通信。然而，在通常的配置中，许多电缆调制解调器共享相同的通信介质。结果，它们与CMTS的通信出现数据突发。然而，这些数据突发并不总是使用单个突发通过通信信道传输最大数据量。因此，需要能最大限度地使用上行流数据突发并双向支持巨型帧的改进方法和系统。 

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种在电缆调制解调器中最大限度地利用突发帧的方法，包括：从客户端设备接收将要通过通信信道传输的一个或多个数据包；对所述一个或多个数据包进行排队；确定经由所述通信信 道传输的突发帧的最大尺寸；将所述一个或多个数据包的各数据包整体添加到所述突发帧中，直至达到所述突发帧的最大尺寸；确定所述突发帧是否具有可用空间；若存在可用空间，则将所述一个或多个数据包中的一数据包分段为至少第一片段数据包和第二片段数据包，其中，所述第一片段数据包的尺寸基本上等于所述突发帧的可用空间；若存在可用空间，将所述第一片段数据包添加到所述突发帧中；以及在传输窗口期间，通过所述通信信道传输所述突发帧。 

其中，所述通信信道实施DOCSIS。 

其中，所述传输还包括：传输所述至少第一片段数据包和第二片段数据包，其中，所述至少第一片段数据包和第二片段数据包保持未组合状态直至到达其目的地。 

其中，所述分段包括利用IPv4协议。 

其中，所述分段包括利用IPv6协议。 

其中，该方法还包括：在电缆调制解调器终端系统（CMTS）接收至少第一片段和第二片段；将所述至少第一片段和第二片段重组为重组数据包；以及从所述CMTS传输所述重组数据包。 

其中，确定所述突发帧是否具有可用空间包括：确定所述突发帧开销；以及从所述突发帧的最大尺寸中减去所述突发帧开销。 

其中，该方法还包括：接收来自客户端设备的巨型以太网帧；将所述巨型以太网帧分段为多个片段数据包，其中，所述多个片段数据包中的各片段数据包的尺寸小于或等于预定阈值。 

其中，所述预定阈值为以太网最大帧尺寸。 

其中，将所述巨型以太网帧分段为多个片段，包括：其中，用IP协议将所述巨型以太网帧分段为多个数据包片段。 

根据本发明的另一方面，提供一种用于最大限度地利用帧突发的电缆调制解调器，包括：处理器；存储器；客户端接收器，被配置为接收来自客户端设备的一个或多个数据包；上行流队列器，被配置为对所述一个或多个数据包的各数据包进行排队；数据包连接器，被配置为确定所述突发帧是否具有可用空间；数据包分段器，被配置为：若存在可用空间，则将所述一个或多个数据包中的一数据包分段为至少第一片段和第二片段，其中，所述第一片段的尺寸基本上等于所述突发帧的可用空间，以及若存在可用空间，将所述第一片段添加到所述突发帧中；以及上行流调制器，被配置为调制所述突发帧并在传输窗口期间，通过所述通信信道传输所述突发帧。 

其中，所述通信信道实施DOCSIS。 

其中，所述上行流调制器还被配置为：传输所述至少第一片段数据包和第二片段数据包，其中，所述至少第一片段数据包和第二片段数据包保持未组合状态直至抵达其目的地。 

其中，所述数据包分段器利用IPv4协议。 

其中，所述数据包分段器利用IPv6协议。 

其中，所述数据包连接器被进一步配置为：确定所述突发帧开销；以及从所述突发帧的最大尺寸中减去所述突发帧开销。 

其中，所述客户端接收器被进一步配置为接收来自客户端设备的巨型以太网帧，且其中，所述数据包分段器被进一步配置为：将所述巨型以太网帧分段为多个片段数据包，其中，所述多个片段数据包中的各片段数据包的尺寸小于或等于预定阈值。 

其中，所述预定阈值为以太网最大帧尺寸。 

根据本发明的又一方面，提供一种用于最大限度地利用突发帧的电缆调制解调器终端系统（CMTS）包括：处理器；存储器；接收器，被配置为接收来自远程主机的巨型帧；数据包分段器，被配置为将所述巨型帧分段为两个以上片段，其中，各个片段的尺寸小于或等于预定阈值；以及下行流调制器，被配置为调制各片段并将各片段传输至电缆调制解调器。 

其中，该CMTS还包括：介质访问控制层，被配置为接收来自电缆调制解调器的一个或多个片段，其中，所述一个或多个片段形成数据包；以及数据包重组器，被配置为将一个或多个数据包重组为数据包。 

附图说明

参考附图说明了本发明的实施方式。在附图中，相同的参考标号表示相同的或功能上相似的元件。此外，参考标号最左边的数字表示参考标号首次出现的附图。 

图1示出了根据实施方式的示例DOCSIS环境100。 

图2示出了根据示例性实施方式的连接突发环境200的示图。 

图3示出了根据示例性实施方式的电缆调制解调器300的框图。 

图4示出了根据实施方式的用于在DOCSIS下最大限度地利用突发帧的方法的流程图。 

具体实施方式

以下详细的描述参照附图阐述与本发明一致的示例性实施方式。详细描述中所涉及的“一个示例性实施方式”、“示例性实施方式”、“实施方式 示例性实施方式”等表示所述的示例性实施方式可包括特定的特征、结构或特性，但是每个示例性实施方式不必包括特定的特征、结构或特性。而且，这种短语不必用于相同的示例性实施方式。而且，当结合示例性实施方式描述特定的特征、结构或特性时，结合不论是否清楚描述的其他示例性实施方式对这种特征、结构或特性进行改变是在本领域的普通技术人员的知识范围内的。 

提供本文中所述的示例性实施方式用于进行阐述，而非限制性的。其他示例性实施方式是可行的，并且在本发明的精神和范围内，可对这些示例性实施方式进行修改。因此，详细描述并非意指限制本发明。更确切地说，本发明的范围仅根据以下权利要求书及其等同物来限定。 

本发明的实施方式可以以硬件、固件、软件或其任意组合来实现。本发明的实施方式还可以实施为存储在机器可读介质上的指令，这些指令可由一个或多个处理器执行。机器可读介质可以包括用于以机器（例如，计算设备）可读的形式存储和传输信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器（ROM）；随机存取存储器（RAM）；磁盘存储介质；光存储介质、闪存设备、电、光、声音或其他形式传播信号（例如，载波、红外线信号、数字信号等）以及其他。此外，本文中将固件、软件、程序、指令描述为执行特定动作。然而，应当理解，这种描述仅仅是为了方便，并且这种动作实际上是由计算设备、处理器、控制器或其他设备执行固件、软件、程序、指令等来实现的。 

示例性实施方式的以下详细描述将完整地揭示本发明的普适性，使得人们为了各种应用，通过应用相关领域的普通技术知识在无需进行过度试验的情况下，容易地修改和/或调整这种示例性实施例，这种修改和/或调整是不背离本发明的精神和范围的。因此，这种调整以及修改意指在基于本文中所给出的这种教导和引导的示例性实施方式的含义以及多个等价物的范围内。要理解的是，本文中的措辞或术语用于描述而非限制，所以鉴于本文中的教导，相关领域的技术人员能够理解本说明书的术语或措辞。 

示例性DOCSIS环境 

图1示出了根据实施方式的DOCSIS环境100的示例。DOCSIS环境100包括电缆调制解调器终端系统（CMTS）102，其通过HFC网络106耦接至一个或多个电缆调制解调器（CM）104a-104n。各电缆调制解调器104可耦接至一个或多个客户端设备112a-112n。在本文所提供的实施方式中，“n”为任意正整数。 

CMTS 102可包括介质访问控制器（MAC）120以及物理层（PHY）121，该物理层包括下行流物理层调制器（DS PHY）124和上行流物理层解调器（US PHY）122。CMTS 102还可包括主时钟114和带宽分配器116。在实施方式中，CMTS 102可包括耦接至存储器128的处理器126。本文中所描述的由CMTS 102执行的功能也可由处理器126根据存储在存储器128中的指令来执行。CMTS 102耦接至HFC网络106，其提供CMTS 102和电缆调制解调器104之间的相互连接。HFC网络106支持有线、无线或两种传输介质，包括卫星、地面（例如光纤、铜、双绞线、同轴电缆等）、无线电、微波、自由空间光和/或任何其他传输形式或方法。HFC网络106可以是任何类型的网络，包括但不限于因特网或其他广域网（WAN）。在实施方式中，HFC网络106是DOCSIS网络的一部分。应理解，网络106的类型是一种设计选择并且可以是任意的。 

PHY 121包括US PHY 122和DS PHY 124。US PHY 122形成CMTS102与HFC网络106的上行流信道之间的物理层接口。CMTS 102可具有针对其上行流信道中的每一个的单独的US PHY 122。US PHY 122接收并解调来自电缆调制解调器104的所有突发。 

DS PHY 124形成CMTS 102与HFC网络106的下行流信道之间的物理层接口。因此，目的地为一个或多个电缆调制解调器104的视频、语音、数据和/或控制消息由DS PHY 124进行收集并传输至各个电缆调制解调器104。DS PHY 124调制和/或格式化信息以进行下行流传输。 

MAC 120接收来自US PHY 122的上行流信号并根据需要提供下行流信号至DS PHY 124。MAC 120作为CMTS 102的数据链路层的下部子层来进行操作。在实施方式中，MAC 120可支持分段、连接、有效载荷头抑制/扩展和/或对使用DOCSIS通过物理层传输的信号进行错误检查。 

当信号被MAC 120处理时，存储器128可与MAC 120交互来存储信号。存储器128还可存储用来支持处理动作的各种辅助数据。这样的辅助数据包括安全协议、标识符、规则、策略等。 

HFC网络106包括上行流信道146和下行流信道148。上行流信道146可以是用于将数据从电缆调制解调器104通信至CMTS 102的一个或多个信道。下行流信道148可以是将数据从CMTS 102通信至电缆调制解调器104的一个或多个信道。各电缆调制解调器104可在任何时候开始通过上行流信道146的传输。具体地，CMTS 102和电缆调制解调器104可利用微时隙144a-144n控制经由上行流信道146的数据传输。微时隙144a-144n可控制来自电缆调制解调器104的数据突发的定时。各微时隙144a-144n可相当于各电缆调制解调器104可进行传输所在的时段。通常使用被称为点（tick）的机制来进行将时间量分配给各微时隙。各点表示预设时间，通常为微秒，例如6.25微秒。例如，在通常配置中，各微时隙144a-144n可分配两个点。但为微时隙144a-144n配置的时段可根据CMTS102的配置不同而不同。 

为了接收微时隙144a-144n内的时隙分配，电缆调制解调器104可以向CMTS 102请求一个或多个微时隙。在接收到来自电缆调制解调器104的请求后，CMTS 102可同意这些请求。但在一些情况下，CMTS 102可根据微时隙的可用性，分配微时隙的数量小于请求的或根本就不分配。 

为微时隙144a-144n配置的时段与电缆调制解调器104的突发机会的数量是相关的。然而，可能会存在额外的延迟，例如减少突发机会数量的时间提前延迟和下行流交叉存取（downstream interleaver）。例如，常见的 时间提前延迟为两毫秒，下行流交叉存取为0.15毫秒。相应地，在这种情况下，若微时隙144共计为两毫秒（2毫秒+2毫秒（时间提前延迟）+0.15毫秒（下行流交叉存取延时）），那么电缆调制解调器104只能每隔4.15毫秒才能传输。 

突发可传输的数据量可取决于多个因素。首先，所使用的调制方案以及分配给各微时隙的时间/点限制突发尺寸。例如，采用每微时隙两点的64QAM调制，理论上最大突发尺寸约为11,315字节。但CMTS 102可对此进一步限制。例如，CMTS 102可提供限制突发尺寸的配置设置（例如4096字节）。类似地，电缆调制解调器104可进一步限制突发尺寸。例如，电缆调制解调器104的特定硬件可限制突发尺寸。电缆调制解调器104可具有限制突发尺寸的配置设置。例如，电缆调制解调器104可被配置为将突发帧尺寸限制为2048字节。相应地，突发帧的最大尺寸为信道的理论最大尺寸、CMTS 102上设定的限制和电缆调制解调器104上的限制中的最小者。例如，如果上行流信道146的理论最大尺寸为11,315字节，CMTS102被配置为4096字节的限制，电缆调制解调器104被配置为2048字节的限制，那么最大突发尺寸应为2048字节。 

还可为连接突发配置DOCSIS环境100。连接突发是DOCSIS的允许数据包在电缆调制解调器104排队并在相同突发帧中发送的特性。然而，可连接在相同帧中的数据包数量受最大帧突发尺寸的限制。电缆调制解调器104中的硬件也会限制帧突发的尺寸。例如，电缆调制解调器104没有足够的存储或处理能力来遍历特定字节数或特定帧数对帧进行连接。 

示例性连接突发环境 

图2是示出了根据示例性实施方式的连接突发环境200的示图。连接突发环境200包括电缆调制解调器201和突发帧210。电缆调制解调器201可包括上行流队列202。上行流队列202可以是在传输前存储数据包204.1-204.4的队列。数据包204.1-204.4可以是以太网封装互联网协议（IP） 数据包。例如，数据包204.1-204.4可实施IPv4或IPv6。尽管图2描述了数据包204.1-204.4，但应理解，上行流队列202可存储任何数量的数据包。例如，若客户端设备向电缆调制解调器201发送数据包以进行传输，则该数据包可首先放置在上行流队列202中，而电缆调制解调器201等待该数据包的传输时机。然而，在实施方式中，可为连接突发配置电缆调制解调器201。 

利用连接突发，电缆调制解调器201可将数据包204.1-204.4的部分组合在一起以用突发帧210发送。例如，突发帧210的最大尺寸可为2048字节。如上所述，存在影响突发帧210的最大尺寸的各种设置和配置。因此，本领域的技术人员应理解到，突发帧210的最大尺寸可以是任何尺寸。类似地，数据包204.1-204.4的尺寸也可以是任何尺寸。例如，数据包204.1-204.4中的各个数据包可具有不同的尺寸。尺寸的大小可取决于许多因素，例如数据包204.1-204.4内所包含的特定协议、数据和/或消息。例如，各数据包204.1-204.4的长度为215字节。当利用DOCSIS传输数据包时，可能会传输一些开销数据，以当各数据包204.1-204.4到达CMTS（例如CMTS 102）后被正确地解码和处理。具体地，MAC扩展头208.1-208.4可分别添加到各数据包204.1-204.4。MAC扩展头208.1-208.4可包括与DOCSIS中以太网数据包传输相关的额外数据。在实施方式中，各MAC扩展头208.1-208.4的长度可为10字节。因此，对于添加到突发帧210的各数据包，还必须添加10字节的额外数据。这可有效地将各数据包204.1-204.4的长度延长10字节，如此使得在数据包204.1-204.4的原始长度为512字节的情况下，当添加有MAC扩展头208.1-208.4时，其长度就会有效地增加至522字节。类似于MAC扩展头208.1-208.4，突发帧210还可包括连接头（concatenation header）206。连接头206可包括与突发帧210内的连接有关的标志和数据。连接头206可允许CMTS（例如图1所示的CMTS 102）进一步处理和解码突发帧210内的连接帧。在实施方式中，连接头206的长度可为六字节。然而，本领域的技术人员应理解 到，在突发帧210内还可传输其他系开销。例如，CMTS可被配置为利用BPI+的隐私和安全。 

如上所述，根据示例，各数据包204.1-204.4可有效地为522字节（当考虑MAC扩展头208.1-208.4时）。当各数据包204.1-204.4被组合一起并且添加有连接头206后，总计为2094字节，其大于突发帧210的2048字节尺寸。因此，并非所有数据包204.1-204.4都全部插入突发帧210中。最多只有三个数据包（例如204.1-204.3）全部插入突发帧210中。然而，如果仅204.1-204.3被添加到突发帧210中，那么突发帧210的2048字节中就只有1572字节被利用（包括连接头206）。这会导致突发帧210中的476字节空间未被利用，而该空间对于数据包204.4太小而不能插入。 

在实施方式中，电缆调制解调器201可被配置为利用此额外空间。具体地，电缆调制解调器201可被配置为在网络协议层对数据包分段。例如，若数据包204.1-204.3可插入突发帧210中，则电缆调制解调器201可对数据包204.4进行分段。如上所述，在这样的情况下，突发帧210具有476字节的未利用空间。然而，这并不包括MAC扩展头208.4。在将MAC扩展头208.4计算在内后，就只为数据包204.4的部分留下466字节的空间。数据包204.4然后被分割为片段204.4a和204.4b。片段204.4a可最多包括466字节的数据，包括所有子头（例如Ethernet、IP、TCP/UDP、HTTP等）。片段204.4b可包括数据的剩余部分。由于片段是IPv4和IPv6协议支持的功能，所以片段204.4a和204.4b可进行端对端传输，而无需在传输过程中被再组合。例如，若数据包204.4的目的地为网络服务器，片段204.4a和204.4b可被分别传输到网络服务器，然后在网络服务器上将该两个片段重组为数据包204.4。例如，电缆调制解调器201可不依赖CMTS进行片段处理。具体地，CMTS可能意识不到片段204.4a和204.4b是片段。相反，CMTS可将片段204.4a和204.4b对待为典型的网络封装DOCSIS数据包。因此，本发明实施方式的一个优点在于，电缆调制解调器201可兼容于任何类型的CMTS，而无需CMTS意识片段的存在。然而，在实施方 式中，片段204.4a和204.4b可在CMTS（例如图1所示的CMTS 102）中进行重组。具体地，CMTS可包括将片段重组为数据包的数据包重组器（未示出）。若接收到来自不同数据包的多个片段，数据包重组器可被配置为明了各片段，以使得正确地将这些片段重组为相应数据包。例如，CMTS可将片段204.4a和204.4b复制到存储器（例如存储器128），然后再根据IP协议规则将片段重组成数据包204.4。因此，在这种情况下，重组的数据包204.4然后被传输至其预期的最终目的地。 

以上讨论的技术还可用于支持巨型帧。巨型帧是大于1518字节（以太网头被考虑在内）的以太网帧。例如，巨型帧可从客户端设备发送至电缆调制解调器201。在一些情况下，巨型帧可大于最大突发尺寸，例如，当最大突发帧为2048字节时，巨型帧可为4096字节。DOCSIS规范不支持以太网巨型帧。因此，电缆调制解调器和CMTS不能处理巨型帧，而且当客户端设备发送巨型帧时，电缆调制解调器和CMTS可被配置为丢弃此帧。然而，电缆调制解调器201可支持巨型帧。例如，电缆调制解调器201可接收来自一个或多个客户端设备的巨型帧，并将数据发送至CMTS，而无需对CMTS进行任何修改。具体地，若上行流队列202中的任何数据包为巨型以太网帧，则电缆调制解调器201可被配置为在网络层将巨型帧数据包分段成尺寸小于或等于1518字节的一个或多个片段。例如，电缆调制解调器201可利用IP规则对巨型帧进行分段。若电缆调制解调器201接收到的数据包的尺寸为2000字节，那么电缆调制解调器201可被配置为将此数据包分割成1518字节（包括以太网和IP层）的第一片段以及482字节的第二片段。因此，从客户端设备接收到的数据包可以是巨型帧，然而，当利用DOCSIS将此数据包发送至CMTS时，数据包可被分段成尺寸均小于或等于1518字节的标准以太网帧尺寸的一个或多个片段。因此，CMTS可将各数据包视作标准以太网帧进行解码。因此，根据IP协议的具体版本，片段然后可在传输路径上被重组或到达预期目的地后被重组。 

CMTS还可以接收来自远程主机的巨型帧。例如，响应于接收到源于电缆调制解调器201的巨型帧，远程主机可发送巨型帧至CMTS。但在一些情况下，远程主机无需首先接收巨型帧也可发送巨型帧至CMTS。若CMTS接收到巨型帧，CMTS可被配置为将巨型帧分为尺寸均小于或等于1518字节的以太网帧尺寸的两个以上片段，。一旦电缆调制解调器201接收到片段，就可利用IP协议规则重组这些片段。 

具有分段功能的示例性电缆调制解调器 

图3示出了根据示例性实施方式的电缆调制解调器300的框图。电缆调制解调器300可通过客户端接收器341耦接至一个或多个客户端设备312a-312n。客户端设备312可以是通过客户端接收器341耦接至电缆调制解调器300的任何计算设备，包括但不限于例如诸如通用串行总线(USB)驱动器、硬盘驱动器、闪存驱动器、光驱（例如CD ROM和DVD ROM）的存储设备；WiFi设备（例如无线电话或网络电话（VoIP））；可利用LAN端口的设备（例如视频游戏系统）；以及无线设备（例如个人数字助理（PDA）、移动电话、有线或无线平板设备、机顶盒以及其他联网设备（例如交换器、集线器或路由器）。在本示例中，电缆调制解调器300从HFC网络306接收到的数据或通信量（包括例如来自图1的CMTS 102以及因特网的数据）在本文中被称为广域网（WAN）通信量。通过客户端接收器341在客户端设备312a-312n之间通信的数据在本文中被称为局域网（LAN）通信量。在示例中，物理层（PHY）331形成WAN通信量和LAN通信量的物理层接口。 

电缆调制解调器300可包括物理层（PHY）331，其包括上行流物理层调制器（US PHY）332和下行流物理层解调器（DS PHY）334。US PHY332和DS PHY 334耦接至MAC 336。MAC 336耦接至上行流队列338和下行流队列337。上行流队列338包括一个或多个队列，其用于存储上行流传输至CMTS（例如图1所示CMTS 102）的数据包。例如，上行流队列338可包括数据包344.1-344.4。然而，本领域的技术人员将认识到，上 行流队列338可包括任何数量的数据包。此外，各数据包344.1-344.4可以为任何尺寸，例如512字节。当电缆调制解调器300达到其传输时间，数据包344.1-344.4中的一个或多个可被置于突发帧304中，以通过HFC网络306进行传输。下行流队列337包括一个或多个队列，其用于存储下行流传输至客户端设备312a-312n的数据。电缆调制解调器300还包括耦接至存储器342的处理器340。根据示例性实施方式，本文中所描述的由电缆调制解调器300执行的功能也可由处理器340根据存储在存储器342中的指令来执行。电缆调制解调器300利用以下传输方法耦接至HFC网络306：包括但不限于有线、无线或有无线传输介质，包括卫星、地面（例如光纤、铜、双绞线、同轴电缆、混合光纤-同轴电缆（HFC）等）、无线电、微波、自由空间光和/或任何其他传输形式或方法。 

物理层（PHY）331包括US PHY 332和DS PHY 334。US PHY 332形成电缆调制解调器300与HFC网络306的上行流信道（例如图1的上行流信道146）之间的物理层接口。电缆调制解调器300可针对各上行流信道包括单独的US PHY 332。目的地为CMTS的视频、语音、数据和/或控制消息由US PHY 332进行收集并传输至CMTS。因此，US PHY 332调制和/或格式化要上行流传输至CMTS（例如图1的CMTS 102）的信息。在实施方式中，HFC网络306可被配置为时基多路复用，例如用于上行流通信的TDMA，或用于上行流通信的SCDMA（同步码分多址接入）。因此，US PHY 332可被配置为传输突发（例如突发帧304）。 

DS PHY 334形成电缆调制解调器300与HFC网络306的下行流信道（例如图1的下行流信道148）之间的物理层接口。DS PHY 334接收并解调来自CMTS（例如图1的CMTS 102）的所有突发。 

MAC 336接收来自DS PHY 334的下行流信号并根据需要将上行流信号提供至US PHY 132。在实施方式中，MAC 336可解码来自CMTS的控制信号并控制上行流通信的定时。MAC 336作为电缆调制解调器300 的数据链路层的下部子层进行操作。在实施方式中，MAC 336可支持有效载荷头抑制/扩展，和/或对通过物理层传输的信号进行错误检查。 

当信号被MAC 336处理时，存储器342可与MAC 336交互来存储信号。存储器342还可存储用来支持处理动作的各种辅助数据。这样的辅助数据包括安全协议、标识符、规则、策略等。 

在实施方式中，MAC 336还包括数据包连接器330。数据包连接器330可将上行流队列338中的数据包344.1-344.4中的两个以上数据包连接，以用突发帧304进行传输。数据包连接器可被配置为确定突发帧304的最大尺寸。突发帧304可传输的数据量可取决于许多因素。具体地，突发帧的最大尺寸为信道的理论最大尺寸、CMTS上设定的限制和电缆调制解调器300上的限制中的较小者。例如，如果HFC网络中的上行流信道的理论最大尺寸为11,315字节，CMTS被配置成限制为4096字节，电缆调制解调器300被配置成限制为2048字节，那么最大突发尺寸为2048字节。 

然后根据最大突发帧尺寸，数据包连接器330便可确定上行流队列338中能够插入突发帧304中的数据包数量。例如，在一些情况下，数据包344.1-344.4中两个以上数据包的尺寸足够小，使得它们都能够完全插入突发帧304中。在这些情况下，数据包连接器330可将这些数据包连接在一起，以在突发帧304中传输。然而，如上所述，在一些情况下，在连接后，突发帧304中可能会存在一些未利用空间。例如，突发帧304的最大突发尺寸为2048字节，而各数据包344.1-344.4的尺寸为512字节。在这种情况下，不是所有数据包344.1-344.4可全部插入突发帧304中。然而，例如如果只有344.1-344.3被连接并被置于突发帧304中，则一旦将DOCSIS头的开销考虑在内，突发帧304中就只会留下476字节的未利用空间。因此，电缆调制解调器300可被配置为利用此空间。 

具体地，MAC 336可包括数据包分段器346。数据包分段器346可被配置为将数据包分为两个以上片段，以使得一个片段可利用未利用空间。 例如，数据包分段器346可将数据包344.4分为一个或多个片段，例如348.1和348.2。数据包分段器346被配置为将上行流队列338中的任何数据包分为两个以上片段。例如，数据包分段器346可利用IP协议（在DOCSIS层外）分割数据包。然而，本领域的技术人员将理解到，可使用其他机制进行分段。数据包分段器346可利用IP版本四协议（IPv4）或IP版本六协议（IPv6）将数据包344.4分为片段348.1和348.2。由于数据包344.4的尺寸小于突发帧304的尺寸，一般只需分为两个片段，例如片段348.1和348.2。但在一些情况下，例如当数据包344.4的尺寸大于突发帧304的尺寸时，就需要两个以上片段。这在例如使用巨型帧的情况下会出现。数据包分段器346还可被配置为将与突发帧304关联的开销考虑在内。例如，各数据包344.1-344.4可包括以太网头。因此，当计算各片段348.1和348.2的尺寸时应考虑以太网头。例如，如果突发帧304中的未利用空间为476字节，则基于头开销（例如以太网头和IP头），可用于数据有效载荷的片段348.1会减少。此外，数据包分段器346还需要包括DOCSIS开销，例如图2所示的MAC扩展头208。因此，片段348.1包含数据包344.4中可容纳在突发帧304的未利用空间中的最大允许有效载荷。片段348.2包含数据包344.4的剩余有效载荷。 

在生成片段348.1和348.2后，数据包连接器330可被配置为将片段348.1和数据包344.1-344.3连接一起，以完全利用突发帧304的所有空间。在一些情况下，由于IP分段的限制，片段348.1可能无法全部占用未利用空间。例如，在IPv4和IPv6下，IP有效载荷可能只能在8字节边界上进行分割。数据包344.1-344.3和片段348.1然后可被数据包连接器330连接到突发帧304中以便传输。片段348.2可保留在上行流队列338中，以在电缆调制解调器300的未来突发机会进行传输。 

电缆调制解调器300可独立于CMTS执行分段。具体地，CMTS可意识不到片段348.1和348.2是IP片段。代替地，CMTS可将片段348.1和348.2作为典型的DOCSIS数据包来处理。因此，本发明实施方式的一 个优点在于，电缆调制解调器300可兼容于任何类型的CMTS，而无需CMTS意识到片段的存在。 

通过利用数据包分段器346，电缆调制解调器300还可支持巨型帧。如上所述，许多CMTS和电缆调制解调器不支持巨型帧。但在一些情况下，客户端设备312a-312n可被配置为传输巨型帧至电缆调制解调器300。在这些情况下，电缆调制解调器300可被配置为利用数据包分段器346来为从客户端设备312a-312n接收到的各巨型帧，产生小于或等于标准以太网数据包尺寸的片段。例如，若数据包344.4为巨型帧数据包，则数据包分段器346可被配置为将数据包344.4分为小于或等于1518字节的两个以上片段。CMTS也可从远程主机接收预期至电缆调制解调器300的巨型帧。在示例性实施方式中，CMTS可包括IP层分段器，例如分段器129。若CMTS接收到巨型帧，则分段器可将巨型帧分为尺寸均小于或等于1518字节的以太网帧尺寸的两个以上片段。然后，将片段从CMTS传输至电缆调制解调器300。然后，电缆调制解调器300可被配置为根据IP协议规则将片段重组成原来的巨型帧，或仅仅将这些片段传输至目的地客户端机后再就地重组。 

最大限度利用突发帧的示例性方法 

图4示出了用于在DOCSIS下最大限度地利用突发帧的方法的流程图。 

在方法400的块410，从客户端设备接收要通过通信信道进行传输的一个或多个数据包。一个或多个数据包可由电缆调制解调器的客户端接收器（例如电缆调制解调器300的客户端接收器341）接收。客户端设备可以是任何类型的计算设备，包括但不限于，个人计算机、移动设备、机顶盒、家用电器、服务器或平板电脑。客户端设备也可以是网络设备，包括但不限于路由器或交换器。一个或多个数据包可以是任何类型的联网通信协议例如以太网。在实施方式中，通信信道可实施DOCSIS。在这种情况 下，客户端设备接收到的一个或多个数据包可被转换成可利用DOCSIS进行通信的数据包。然而，通信信道可以是利用上行流通信中的突发帧的任何类型的通信信道。 

在块420中，对一个或多个数据包进行排队。如上所述，为了支持共享相同通信信道的许多电缆调制解调器，DOCSIS实施用于每个电缆调制解调器的时间窗口以进行传输。具体地，根据电缆调制解调器的请求，当特定电缆调制解调器可以进行传输时，CMTS可授权其传输窗口。因此，电缆调制解调器可对要通过通信信道传输的一个或多个数据包进行排队，直至电缆调制解调器的传输窗口到达。 

在块430，确定经由通信信道传输的突发帧的最大尺寸。突发帧是电缆调制解调器在电缆调制解调器的传输窗口中传输数据的数据突发。可根据许多因素来确定突发帧的最大尺寸。例如，所采用的调制方案以及分配给各微时隙的时间/点会限制突发尺寸。突发帧的最大尺寸还会受限于CMTS或电缆调制解调器中的配置设置。电缆调制解调器的特定硬件也会限制突发尺寸。例如，电缆调制解调器中存储器的大小或处理器的速度均会限制突发帧的最大尺寸。因此，突发帧的最大尺寸由信道的理论最大尺寸、CMTS中设定的限制以及电缆调制解调器中的限制中的较小者来决定。例如，如果通信信道的理论最大尺寸为11,315字节，CMTS被配置成限制为4096字节，电缆调制解调器被配置成限制为2048字节，那么最大突发尺寸应为2048字节。 

许多电缆调制解调器和CMTS不支持巨型以太网帧。具体地，DOCSIS协议不支持巨型以太网帧。因此，若客户端发送巨型以太网帧至电缆调制解调器，则电缆调制解调器通常被配置为丢弃此帧。在实施方式中，尽管DOCSIS不支持巨型以太网帧，但可提供对巨型以太网帧的支持。具体地，若一个或多个数据包中的任一个是巨型帧，那么可在网络层上对该数据包分段，以使得该数据包小于或等于标准以太网帧。例如，若数据包为2000字节，那么可将该数据包分为1518字节的第一数据包和482字节的第二 数据包。由于分段的原因，无需对CMTS进行任何修改，便可利用DOCSIS将数据包发送至CMTS，而CMTS可将各片段视作正常的以太网帧，尽管这些片段是作为原始巨型以太网帧的数据包的原始部分。在示例性实施方式中，CMTS还可被配置为，在通过因特网将这些片段发送至目的地客户端之前，内部重组这些巨型帧片段。在下行流方向，可使用IP层分段将巨型帧从CMTS发送至电缆调制解调器。具体地，CMTS可被配置为将数据包分为尺寸小于或等于标准以太网帧尺寸的两个以上片段。然后，电缆调制解调器可根据IP协议规则重组这些片段，或将这些片段传输至目的地客户端后再重组。 

在块440，可将一个或多个数据包的全部添加到突发帧中，直至达到此突发帧的最大尺寸。具体地，可将一个或多个数据包添加到突发帧中，直至达到突发帧的最大尺寸或直至一个或多个数据包中的数据无法完全插入该突发帧中。例如，若一个或多个数据包的各个数据包均为512字节，而最大突发尺寸为2048字节，那么前三个数据包可被全部添加到突发帧中，但最后一个数据包将无法完全插入该突发帧中。在实施方式中，通过利用数据包连接器（例如图3所示的数据包连接器330）将数据包连接成连接数据包，来将数据包添加到突发帧中。然后，连接数据包以突发帧通过通信信道进行传输。 

在块450，确定突发帧是否有可用空间。在块440，可将一个或多个数据包完全添加至突发帧中。然而，这会在突发帧中留下未利用空间。例如，若一个或多个数据包的各个数据包均为512字节，而最大突发尺寸为2048字节，那么前三个数据包可被添加到突发帧中，但最后一个数据包将无法完全插入该突发帧中。然而，为了计算可用空间量，需要将突发帧的开销考虑在内。例如，需要将MAC扩展头（例如图2所示的MAC扩展头208）以及连接头（例如图2所示的连接头）考虑在内。突发帧中的各数据包需要MAC扩展头，且突发帧需要连接头。在将突发帧的开销考虑在内后，可基于突发帧中的剩余空间确定突发帧中的可用空间。 

在块460，若存在可用空间，则可将一个或多个数据包中的一数据包分为至少第一片段数据包和第二片段数据包。具体地，数据包分段器（例如图3所示的数据包分段器346）可将一个或多个数据包中的该数据包分为一个或多个片段数据包。例如利用IP协议可在网络层上对数据包进行分段。然而，本领域的技术人员将理解到，可使用其他协议或在其他层进行分段。由于数据包的尺寸小于突发帧的尺寸，一般只需分为两个片段数据包。但在一些情况下，例如当数据包的尺寸大于突发帧的尺寸时，就需要两个以上片段数据包。这在使用巨型帧时会发生。 

在实施方式中，第一片段数据包的尺寸几乎等于可用空间的大小。第一片段数据包的精确尺寸取决于分段的规定。例如，IP分段会使第一数据包片段稍小于可用空间。具体地，IP数据包只允许在8字节边界上进行其有效载荷分割。若IP有效载荷的可用空间不是在8字节边界上，第一片段会终止在稍小于可用空间，以保持其有效载荷在8字节边界上。突发帧中的数据包可包括其他开销，例如以太网头。为了合适地生成数据包的片段，以太网头应被计算在内。例如，如果突发帧中的未利用空间为466字节，根据头开销（例如以太网头和IP头），片段中用于数据有效载荷的部分就会减少。因此，第一片段包含可容纳在突发帧的未利用空间中的数据包的最大允许有效载荷和IP协议。 

在块470，若存在可用空间，则将第一片段添加到突发帧中。在实施方式中，第一片段可与已添加至突发帧中的一个或多个数据包的各个数据包相连接。为了方便CMTS解码突发帧和片段中的各数据包，还可添加和配置连接头。一旦片段与剩余数据包连接后，突发帧中基本上装满数据。 

在块480，在传输窗口期间通过通信信道将突发帧传输。在通过将一个或多个数据包中可完全插入突发帧中的许多数据包连接；然后根据需要再生成片段并连接片段来创建突发帧后，可通过通信信道来传输此突发帧。但在一些情况下，突发帧一直未被传输直到其传输窗口到达，然后再由电缆调制解调器通过通信信道被传输。在传输过程中，突发帧可以是被上行 流PHY调制器（例如图3所示的上行流PHY调制器332）调制的。然后，第二片段可在电缆调制解调器的下一传输窗口中传输。在示例性实施方式中，片段以片段形式传输至其预定目的地。在这样的情况下，利用IP协议规则在最终目的地上重组片段。但根据示例性实施方式，CMTS可被配置为在将片段传输至其预定最终目的地之前将这些片段重组。在这样的情况下，CMTS可传输经重组的数据包而非片段至最终目的地，如此便无需在最终目的地上重组片段。 

结论 

应理解，说明书部分而非摘要部分意指用于解释权利要求书。摘要部分可以阐述一个或多个示例性实施方式，但并非全部示例性实施方式，因此不意指以任何方式限制本发明和所附权利要求书。 

借助于示出特定功能块及其关系的实施的功能创建块描述了本发明。为了方便说明，这些功能构建块的界限只是随意定义的。因此只要能够适宜地实现具体功能和相关关系，还可定义可替换界限。 

对本领域的普通技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种形式和细节上的修改。因此本发明不受上述任何示例性实施方式的限制，而仅由随附权利要求书及其等同物限定。 

Claims (10)

1.一种在电缆调制解调器中最大限度地利用突发帧的方法，包括：

从客户端设备接收将要通过通信信道传输的一个或多个数据包；

对所述一个或多个数据包进行排队；

确定经由所述通信信道传输的突发帧的最大尺寸；

将所述一个或多个数据包的各数据包整体添加到所述突发帧中，直至达到所述突发帧的最大尺寸；

确定所述突发帧是否具有可用空间；

若存在可用空间，则将所述一个或多个数据包中的一数据包分段为至少第一片段数据包和第二片段数据包，其中，所述第一片段数据包的尺寸基本上等于所述突发帧的可用空间；

若存在可用空间，将所述第一片段数据包添加到所述突发帧中；以及

在传输窗口期间，通过所述通信信道传输所述突发帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传输还包括：

传输所述至少第一片段数据包和第二片段数据包，其中，所述至少第一片段数据包和第二片段数据包保持未组合状态直至到达其目的地。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在电缆调制解调器终端系统接收至少第一片段和第二片段；

将所述至少第一片段和第二片段重组为重组数据包；以及

从所述电缆调制解调器终端系统传输所述重组数据包。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述突发帧是否具有可用空间包括：

确定所述突发帧开销；以及

从所述突发帧的最大尺寸中减去所述突发帧开销。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

接收来自客户端设备的巨型以太网帧；

将所述巨型以太网帧分段为多个片段数据包，其中，所述多个片段数据包中的各片段数据包的尺寸小于或等于预定阈值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预定阈值为以太网最大帧尺寸。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述巨型以太网帧分段为多个片段，包括：

用IP协议将所述巨型以太网帧分段为多个数据包片段。

8.一种用于最大限度地利用帧突发的电缆调制解调器，包括：

处理器；

存储器；

客户端接收器，被配置为接收来自客户端设备的一个或多个数据包；

上行流队列器，被配置为对所述一个或多个数据包的各数据包进行排队；

数据包连接器，被配置为确定所述突发帧是否具有可用空间；

数据包分段器，被配置为：

若存在可用空间，则将所述一个或多个数据包中的一数据包分段为至少第一片段和第二片段，其中，所述第一片段的尺寸基本上等于所述突发帧的可用空间，以及

若存在可用空间，将所述第一片段添加到所述突发帧中；以及

上行流调制器，被配置为调制所述突发帧并在传输窗口期间，通过所述通信信道传输所述突发帧。

9.一种用于最大限度地利用突发帧的电缆调制解调器终端系统，包括：

处理器；

存储器；

接收器，被配置为接收来自远程主机的巨型帧；

数据包分段器，被配置为将所述巨型帧分段为两个以上片段，其中，各个片段的尺寸小于或等于预定阈值；以及

下行流调制器，被配置为调制各片段并将各片段传输至电缆调制解调器。

10.根据权利要求9所述的电缆调制解调器终端系统，还包括：

介质访问控制层，被配置为接收来自电缆调制解调器的一个或多个片段，其中，所述一个或多个片段形成数据包；以及

数据包重组器，被配置为将一个或多个数据包重组为数据包。

Images