CN1135788C - 用于改进网络操作的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种称作DSL至路边/DSL至大楼(DTTC/DTTB)的网络体系结构，综合地利用了数字用户线(DSL)和成熟的以太网操作标准。该DTTC/DTTB网络包含有一个中央站DSL接收机，它通过DSL线连接一个远程终端DSL接收机。远程终端DSL接收机连接一个控制处理机，后者又连接第一组10BaseT接口。第二组10BaseT接口与至少一根以太网线相连。控制处理机也可以连接到一个以太网集线器接口，后者直接连接到大楼内已有的CATV电缆网络。

Description

用于改进网络操作的装置和方法

本发明一般涉及宽带通信网络体系结构，更具体来说，本发明涉及的装置和方法，是要改进宽带网络操作，以支持通过xDSL和以太网技术的结合，在数字用户线路上传输声音和数据时大幅度地降低这种数据传输的成本。

当前有各种各样技术可用于提供居民用户或小型商务用户对因特网的快速访问。然而，这些技术存在一些固有的缺陷，对于低成本、快速度地访问因特网的要求来说，尚不尽人意。

主宰当前市场的模拟式调制解调器，是居民消费者访问的优选装置。它也是小型商务业主所选择的技术。然而，这种调制解调器的带宽有限，当前技术下约为56KBPS，有些国家的法律把带宽限制在53KBPS。即使改进技术，在多数电话线上总存在着嘈杂条件的情况下，提高速度的余地也不大。此外，这种调制解调器占用电话交换站，限制了电信网络上其它能通过的通信的通信量。

综合业务数字网(ISDN)提供总共144KBPS的带宽，这个带宽是由两个各64KBPS的声音/数据通道加上一个16KBPS的信号通道实现的。然而，由于实施费用和工程复杂性的要求，这项技术尚未在北美流行开来。此外，提供的这个带宽还是不能满足许多访问网络的用户的要求。

光纤至路边(Fibre-To-The-Curb)与光纤至大楼(Fibre-To-The-Building)(FTTC/FTTB)原来的设计目的是提供宽带多媒体访问以实时传输视频数据，例如按需图像(Video-On-Demand)和交换数字图像广播(Switched Digital Video Broadcast)所提供的实时视频数据传输。这种技术用光纤将数据直接传输到路边或大楼，用高速调制解调器技术提供下游51MBPS和上游1.6MBPS的数据速率。以这种技术，访问因特网的带宽是足够了，但是费用却极高。尽管这项技术将来的效能-成本会变得合算，但还不能与目前电缆公司的数据传输的效能及其它技术相竞争。

混合光纤/同轴(HFC)指的是用于传输诸如声音、图像和数据等本地宽带通讯的光纤和同轴电缆的任何配置。现有的由电缆经营公司所有的电缆设施，试图利用这项技术来提供用于视频图像和因特网接入的双路通信。然而，这项技术也有一些严重的技术障碍。这些障碍包括，多数当前运营的电缆设施不是为双路通信而建设的；HFC提供的带宽表面上很宽，但必须由数以百计、数以千计的用户同时共享，因此，每个用户的可用带宽比要求的窄。此外。共享的介质连接线路不能提供用户之间的高度保密性。

最后，当前来讲，非对称数字用户线路(ADSL)或其高速度的各个变种(统称为xDSL)，对于高速的因特网接入，前景最有希望。然而，即使这项技术对于中间层次的用户来说费用也太高-根据所选择的连接ADSL线路的设备的不同，每站的连接费用大约在800～1200美元之间。可用的带宽-其可由当前所用的铜线的双扭线结构实现-是下游6MBPS，上游640KBPS。

异步传输模式(ATM)是一种高速度的、面向连接的交换和多路转接技术，它利用53字节的信元(cells)来传输不同类型的并发的网络通信业务，包括声音、数据和图像，用于xDSL技术很理想。然而，实施ATM的费用也是其应用的一个障碍。ATM的优点包括，它有能用来隔离网络通信业务的虚拟通路和虚拟通道连接，以及丰富的通信管理功能。

以太网提供在局域网内部的效能-成本合算的高速度的网络接入。这是一种标准化的成熟技术，消费者可选用的硬件和软件范围很广。然而，以太网是为局域网应用而设计的，如果不用中继器，只能在100米的距离范围内使用。

因此，就需要一种用于改进网络操作的装置和方法，它要能将xDSL、以太网和ATM诸技术的优点结合起来，为居民和小型商务用户提供效能-成本合算的、高速度的对因特网的访问。此外，需要有一种新网络体系结构，它要能满足数以千计的用户的带宽要求，与此同时又具有各用户所期待的保密性。最后，需要有一种网络体系结构，它要能利用成熟技术，同时又能提供费用低廉的高带宽数据传输。

因此，本发明提供一种数字用户线(DSL)至路边、数字用户线至大楼(DTTC/DTTB)网络，该网络包含的一个DSL有第一端和第二端，与DSL的第一端相连的中央站收发机单元，与DSL的第二端相连的远程终端DSL收发机单元，控制处理机及第一组10BaseT接口-其中控制处理机与远程终端DSL收发机和第一组10BaseT接口相连、10BaseT接口每个都与一条以太网线相连，第二组10BaseT接口-每个接口至少与以太网线之一相连。

本发明也提供一种数字用户线(DSL)至路边、数字用户线至大楼(DTTC/DTTB)网络，该网络包含的一个DSL有第一端和第二端，与DSL的第一端相连的中央站收发机单元，与DSL的第二端相连的远程终端DSL收发机单元，控制处理机及以太网集线器接口(hubinterface)-控制处理机与远程终端DSL收发机和以太网集线器相连、以大网集线器与有第一组终端点的CATV电缆网络相连、其中每个终端点与一个阻抗变换器相连，第二组以太网接口卡-第二组卡中每个都至少与阻抗变换器之一相连。

各DTTC/DTTB网络都可以使用一个DLS，无论是非对称的(ADSL)、对称的(SDSL)、高数据速率的(HDSL)还是甚高速率的(VDSL)。此外，该DTTC/DTTB还可以利用异步传输模式(ATM)来传输信息。

此外，各DTTC/DTTB网络都可以与连接数字用户线访问多路转接器(DSLAM)的中央站DSL收发机协同操作。此外，远程终端DSL收发机、控制处理机以及第一组10BaseT接口(或以太网集线器)可以被构造成一个整体的EtherDSL单元。

本发明也提供一种操作DTTC/DTTB网络的方法，该方法包含的步骤是，将第一数据流从一个中央站DSL收发机经一个DSL传输到一个远程终端DSL收发机，将该第一数据流从该远程终端DSL收发机发送到一个控制处理机，在控制处理机将第一数据流分离成一个或多个第一信息包，将一个或多个该第一信息包从控制处理机发送到至少一个第一10BaseT接口，将该一个或多个第一信息包从该至少一个第一10BaseT接口传输到至少一个第二10BaseT接口，将一个或多个第二信息包从至少一个第二10BaseT接口传输到至少一个第一10BaseT接口，将该一个或多个该第二信息包从至少一个第一10BaseT接口传输到控制处理机，在控制处理机将该一个或多个第二信息包缓存成一个第二数据流，将第二数据流从控制处理机发送到远程终端DSL收发机，将第二数据流从远程终端DSL收发机经DSL传输到中央站DSL收发机。该操作DTTC/DTTB网络的方法可以使用非对称的(ADSL)、对称的(SDSL)、高数据速率的(HDSL)或甚高速率的(VDSL)DSL。此外，该方法还可以利用异步传输模式(ATM)在DSL上传输信息。

本发明也提供一种操作DTTC/DTTB网络的方法，包含下述步骤：将第一数据流从一个中央站DSL收发机经一个DSL传输到一个远程终端DSL收发机，将该第一数据流从该远程终端DSL收发机发送到一个控制处理机，在控制处理机将第一数据流分离成一个或多个第一信息包，将一个或多个该第一信息包从控制处理机发送到至少一个以太网集线器接口，将该一个或多个第一信息包从该以太网集线器接口传输到至少一个网络接口卡，将该一个或多个第二信息包从该至少一个网络接口卡传输到以太网集线器，将该一个或多个第二信息包从以太网集线器传输到控制处理机，在控制处理机将该一个或多个第二信息包缓存成一个第二数据流，将第二数据流从控制处理机发送到远程终端DSL收发机，将第二数据流从远程终端DSL收发机经DSL传输到中央站DSL收发机。

进一步，当中央站DSL接收机与数字用户线访问多路转接器(DSLAM)相连时，哪一种操作DTTC/DTTB网络的方法都可以使用。此外，在远程终端DSL接收机、控制处理机、第一组10BaseT接口(或以太网集线器)被构造成一个整体EtherDSL单元的情况下，也可以使用这些方法。

本发明的一个优点是，该网络与那些只用ADSL或FTTG技术的网络相比，效能-成本显著地更加合算。实际上，预计实施本发明的DTTC/DTTB网络的成本低于当前高速网络接入技术所需成本的四分之一。

本发明的另一个优点是，DTTC/DTTB网络比当前用模拟调制解调器、ISDN及电缆公司调制解调器所能获得的带宽更高的带宽。

本发明的再一个优点是，它能同样程度地提供由ADSL、FTTC、ISDN以及电缆公司调制解调器用户当前所享受的安全性。

本发明的再一个优点是，它可以利用ATM技术在DSL上传输信息。

本发明的另外一个优点是，DTTC/DTTB网络允许个别用户利用实际使用的DSL线的全部线速度，即使是在与其它用户共享该线时也一样。

本发明的还有一个优点是使用了技术成熟、费用不高的以太网技术。而且以太网所用的软件和硬件容易获得，费用也不高，并且以太网硬件一般是可相互替换的，个别用户可以放手从众多生产商选购以太网10BaseT接口并保证得到完全兼容。

图1表示根据本发明的一种DTTC/DTTB网络。

图2表示根据本发明的另一种DTTC/DTTB网络。

非对称数字用户线(ASDL)技术采用现有的铜双绞线来提供用户访问宽带服务，诸如高速以太网接入、远程交换(telecommuters)的局域网互连、视频点播。对于各种不同的通信业务，结合ADSL与异步传输模式(ATM)技术来进行多媒体数据的传递，能够保证一定的服务质量。尽管ADSL能在长途电话线上提供高带宽通信，然而如果距离长得需要多数从中央站到家庭的本地传输、以致要求高速以太网接入时，则费用会很高。

在局域网环境中，以太网能提供效能-成本合算的高速网络接入。以太网是一种标准化的成熟技术，消费者很容易得到其所用的硬件和软件。然而，以太网是为局域网应用而设计的，如果不用中继器，只能在100米的距离范围内使用。

本发明的DTTC/DTTB结构，综合了ADSL和以太网技术的优点，同时避免了它们的固有弱点。如图所示，DTTC/DTTB方法用以太网提供网络的最后一百米的网络接入，大大地降低了费用，同时仍然提供较高的带宽。以太网接入要结合ADSL，它通过一种集成的EtherDSL单元实现，后者起着多路转接器的作用，传递居民或小企业的来往通信。集成的EtherDSL单元应当具有缓存、安全以及通信管理诸功能。网络的ADSL部分具有在现有电话线上因特网接入所需的长途、高速功能。此外，ADSL还能利用ATM来提供丰富的网络通信管理功能。

现在看图，图中表示了本发明的DTTC/DTTB网络10的物理结构。中央站DSL接收机(或称ATU-C30)与DSL线100相连，最好地利用具有虚拟通道功能的ATM技术在网络端110传输信息。ATU-C30可以连接到ADSL数字用户线访问多路转接器(DSLAM)20，或称数字环路载波(DLC)，这是一种远程中央站设备，它允许由多路转接的高速干线接口在该转接器高效地给交换机传输往来声音通信。对网络的本地接入要通过DLC中的线卡，后者将模拟式声音通信转换成数字式通信用于网络传输。DSL线100连接远程终端DSL接收机(或称ATU-R50)，后者的位置可与ATU-C30相隔15000英尺。可以将标准电话通讯线用作DSL线100。

ATU-R50连接控制处理机130，后者接受ATU-R50提供的DSL线100上的数据流。此外，控制处理机130还能通过ATU-R50和DSL线100将缓存的数据流发送到ATU-C30。控制处理机130还依次从第一组10BaseT接口65内的某第一10BaseT接口60接受信息或向其传输信息。ATU-R50、控制处理机130以及第一组10BaseT接口65可以安装和/连接在一起形成一个整体EtherDSL单元40。

最后，第一组10BaseT接口65中的每个10BaseT接口60都连接到以太网线70，因特网线依次又连接第二组10BaseT接口95内的第二10BaseT接口90。第二组10BaseT接口95可以分布于一系列住所80(或小型商务办公室等)中。用户端120包含第一组和第二组10BaseT接口65和95以及以太网线70，每条以太网线70可延伸的距离大约为270英尺。

本发明的DTTC/DTTB网络10提供一个占据网络最后100米的用户端120，提供一个具有DSL线100(最好是异步DSL)上ATM虚拟，通道功能的网络端110。DTTC/DTTB网络10为每个住所80在DSL线100上建立一个或多个ATM虚拟通道。每当某住所80的用户希望向DTTC/DTTB网络10发出信息包时，就用第二组10BaseT接口95中的其中一个10BaseT接口90将该包通过适当的以太网线70发送到第一组10BaseT接口65中的其中一个10BaseT接口60。该包被整体的EtherDSL单元40接收后，必要时可由控制处理机130将其与其它包缓存在一起，并且由控制处理机130确定该包是哪个10BaseT接口90发出的。被缓存的各个包然后被转换成ATM信元数据结构，该适当格式化了的一个或多个ATM信元然后被发送到ATU-R50，准备在DSL线100上通过为源10BaseT接口90的专用ATM虚拟通道传输。如果每个住所80配置有多个虚拟通道，则控制处理机130要检查该包的目的地媒体访问控制(MAC)地址，以确定用哪个虚拟通道来传输该包数据。ATU-C30用于接收该适当格式化了的一个或多个ATM信元。

以相反方向传输数据时，ATU-R50在DSL线100上接收的ATM信元，在EtherDSL单元被控制处理机130装配成包。该新来的包的虚拟通道标识用于确定目的地以太网10BaseT接口90，以选择适当的住所80来接收拆卸了的包。然后，该包从控制处理机130被发往第一组10BaseT接口65中、由以太网线70连接到第二组10BaseT接口95中该目的地10BaseT接口90的适当的10BaseT接口60。

整体EtherDSL单元40一般包括有控制处理机130、ATM/DSL上行链路卡(例如ATU-R50)和第一组10BaseT接口65，一般提供16个以太网端口。整体EtherDSL单元40应至少有4种操作模式：ATM专用访问模式、以太网专用访问模式、以ATM上行链路模式作为局域网集线器、以DSL上行链路模式作为局域网集线器。在ATM专用访问模式中，个别用户的以太网包被转换成ATM要求的格式，用DSL线100在专用虚拟通道上传输。与同一整体EtherDSL单元40相连的个别用户不能相互访问对方的包，用各以太网端口与ATM虚拟通道的映射来转接网络通信。

在以太网专用访问模式中，以太网数据帧直接被传输到DSL线100，不需要按ATM协议作任何转换。每个个别用户的访问仍然是专用的，具有安全性。与同一整体EtherDSL单元40相连的个别用户未通过适当的网络协议时，不能相互访问对方的包。在此种方式，使用MAC地址交换网络通信。

当DTTC/DTTB网络以ATM上行链路模式作为局域网集线器时，EtherDSL单元40变成用户站设备(CPE-Customer PremiseEqipment)，即位于用户家中或办公室中的电信设备。该设备一般由客户拥有-这一点与电信载体拥有的网络设备不同。EtherDSL单元40不再在DTTC/DTTB环境中操作。它以ATM/DSL上行链路模式起着用户环境中局域网集线器的作用。从第二10BaseT接口90上的用户发出的包将被EtherDSL单元40发往与单元40相连的所有其它第二10BaseT接口90。EtherDSL单元40也将检查目的地MAC地址，以考察正在传输的帧是一个广播帧，还是一个目的地不是任何其它本地MAC的帧。如果是这一种情况，就用由所有第二10BaseT接口90共享的虚拟通道将包传递给ATM/DSL上行链路。如果整体EtherDSL单元40连接多个各使用不同虚拟通道的目的地，则可以用目的地MAC地址来选择适当的虚拟通道来传输数据。

对于源自ATM/DSL上行链路的包，整体EtherDSL单元40将通过第一10BaseT接口60将其发送到每一个第二10BaseT接口90上。每一个第二10BaseT接口90都负责滤除任何不是以其目的地的包。

当网络用DSL上行链路模式作为局域网集线器操作时，数据传输过程与ATM上行链路模式极其相似，唯一区别是DSL线100上不用ATM协议。在这种情况，必须配置中央站或数字回路载波，对接收的数据进行ATM转换。

对于DTTC应用，整体Ether DSL单元40位于一居所附近的户外。整体EtherDSL单元40为居民客户和家庭办公室提供因特网的安全接入。还为远程交换者提供对公司网的安全接入。上文所述的ATM专用访问模式和以太网专用访问模式中哪一个都可用于这种应用，选用ATM专用访问模式更佳。这种特定实现允许更好地隔离数据通信，允许每个住宅有多路虚拟通道。可以采用一种“二者之一”虚拟通道控制方案来允许用户既可以访问以太网又可以访问公司网络，同时提供各网络之间的安全隔离。对于DTTC应用来说，整体EtherDSL单元40必须能耐环境，并且一般含有4个四端口的以太网接口卡、1个ADSL上行链路卡、1个控制处理机卡。

对于DTTB应用来说，整体EtherDSL单元40一般位于大楼的一个设备室中。上述针对DTTC讨论的应用和操作模式同样适用于DTTB。然而，DTTB应用中整体EtherDSL单元40对环境的要求比DTTC应用中的更为宽松，从而大大地降低了组装费用。对于DTTB来说，一般使用一个32端口的以太网接口。此例中也可以使用VDSL。然而，由于SDSL的传输范围更加有限，所以必须在数字环路载波(DLC)处使用ATU-C30。

用ATM上行链路模式的局域网集线器和用DSL上行链路模式的局域网集线器对于小型商务和办公场所都是理想的选择。以这些模式操作的整体EtherDSL单元40除基本局域网功能外还提供对私人和/或公共网络的上行链路。例如，公共图书馆可以采用整体EtherDSL单元40，用个人电脑和以太网技术通过连接分支图书馆的ATM/DSL上行链路来连接本地PC数据库到主图书馆和因特网。这样，个人用户用计算机就能从本地分数据库、主图书馆中的数据库中或在因特网上检索信息。学校、银行、政府部门以及其它使用局域网的场所也都能有类似的应用。在这种情况下，最好选用ATM上行链路模式。这种情况下对整体EtherDSL单元40没有耐环境要求。

图2表示本发明的另一个可选实施例，该实施例利用的是许多大楼中已有的有线电视(CATV)信号线。整体EtherDSL单元40不是安置在大楼外边，而是安置在装有CATV电缆网络160的建筑150的内部或外部。图中，整体EtherDSL单元40位于建筑150的内部，整体EtherDSL单元40不是采用一组10BaseT接口，而是采用一个或多个以太网集线器接口170。每个以太网集线器接口170连接一组以太网网络接口卡(NIC)180，其中每个NIC位于一个用户个人电脑(PC)190中。此例中所用的连接线是75欧姆的CATV电缆210，电缆从整体EtherDSL单元40连接到每个用户的75ohm-50ohm变换器210。每个变换器210又接到一根50ohm的以太网电缆220，连到一个NIC180上。

如本文所述，在任何情况下，xDSL(其中包括但不限于ADSL、VDSL、HDSL及SDSL)都可以用于DSL线100。

以上结合特定实施例对本发明作了具体表示和说明，然而本领域的熟练人员应当明白，可以对本发明的内容和形式作出各种各样的改变，也可以采用本文具体说明的实施例之外的本发明的其它实施方案，而不偏离后附的权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种集成的以太DSL装置，该装置经一条DSL与中央站的一个DSL收发信机相连接，并被包含在一个房子或建筑物中以接受具有一个以太网接口的一个或多个用户，其特征在于该装置包括：

一个用于经由一条DSL连接到中央站的DSL收发信机的发送和接收ATM数据流的远程终端DSL收发信机；

一个用于执行分组数据的发送和接收并经由以太网线路与用户的以太网接口相连接的以太网接口单元；

一个用于存储经由远程终端DSL收发信机接收的ATM数据流和经由所述以太网接口单元接收的分组数据的缓存器；

一个控制处理器，起用于识别用户的一个以太网接口，该接口具有一个被映射为在ATM数据流中的每个小区的虚通道标识符的MAC地址；将存储于缓存器中的该ATM数据流转换为分组数据并将所转换的分组数据输出到一个用户的对应以太网接口，并将存储在缓存器中的分组数据转换为ATM数据流并将该转换的ATM数据流发送给中心站的DSL收发信机。

2.权利要求1所述的集成的以太DSL装置，其中的DSL是一个非对称DSL。

3.权利要求1所述的集成的以太DSL装置，其中的DSL是一个对称DSL。

4.权利要求1所述的集成的以太DSL装置，其中的DSL是一个高数据速率DSL。

5.权利要求1所述的集成的以太DSL装置，其中的DSL是一个甚高数据速率DSL。

6.一种操作一个集成的以太DSL装置的方法，该装置经一条DSL与中央站的一个DSL收发信机相连接，并被包含在一个房子或建筑物中以接受具有一个以太网接口的一个或多个用户，其特征在于：

一个下行处理过程包含以下步骤：

经由该DSL接收来自中心站DSL收发信机的ATM数据流；

在将该ATM数据流缓存之后，将ATM数据流转换为一个或多个

分组数据；

将所述一个或多个分组数据发送给至少一个以太网接口单元；

将该一个或多个分组数据发送给至少一个用户以太网接口；

一个上行处理过程包括以下步骤：

接收来自至少一个用户以太网接口的一个或多个分组数据；

在将该一个或多个分组数据缓存之后，将所缓存的数据转换为ATM数据流；

将该ATM数据流经由在该集成以太DSL装置的DSL收发信机中的DSL发送给中央站的DSL收发信机。

7.权利要求6所述的操作集成以太DSL装置的方法，其中的DSL是一个非对称DSL。

8.权利要求6所述的操作集成以太DSL装置的方法，其中的DSL是一个对称DSL。

9.权利要求6所述的操作集成以太DSL装置的方法的方法，其中的DSL是一个高数据速率DSL。

10.权利要求6所述的操作集成以太DSL装置的方法，其中的DSL是一个甚高数据速率DSL。

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