CN1193612C - 缩短判定电缆调制解调器故障的时间的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在电缆调制解调器系统中，提供了一种方法及设备，其通过敏感查询未响应次数，以及在检测预定的未响应次数的基础上提高查询许可信号的频率，来减少判定调制解调器(16)故障的时间。提高的查询许可信号频率降低了判定调制解调器(16)故障所需的时间。调制解调器(16)的故障由预定的未响应次数定义，例如16次未响应。这样，提供了使用于快速检测调制解调器故障的必需带宽最小的系统。

Description

缩短判定电缆调制解调器故障的时间的方法和设备

技术领域

本发明涉及电信系统，尤其是涉及在电缆调制解调器系统中(acable modem system)的用于缩短判定调制解调器故障的时间的方法及设备。

背景技术

现代电缆电视系统不仅仅用于向用户住宅传输电视信号，而且被广泛地用于向/从用户住宅双向传输数据。电缆调制解调器网络系统包括用户住宅中的大量电缆调制解调器、一个电缆调制解调器数据转发器系统、以及一个在数据转发器与用户调制解调器之间的同轴的或混合光纤/同轴电缆通信链路。与传统的拨号调制解调器不同，电缆调制解调器在射频上发送并接收数字信号。

在当前的电缆数据服务接口规范(Data Over Cable ServiceInterface Specification)即DOCSIS之前，许多电缆调制解调器和数据转发器系统生产商开发了一系列工作方式不同的系统，每个系统都具有单独所有的协议，用以在通信链路上传送数据。作为这种特别情况的结果，普遍认为有必要进行标准化工作，并出现了对此的需求以使得电缆公司运营者获取有竞争力的价格。这样的好处在于可以购买任何厂商的调制解调器并能确保它可以用于任何数据转发器系统。随后DOCSIS标准组发布了标准协议，它发展成为现有的DOCSIS RF接口规范。

在DOCSIS规范中的一部分中规定了涉及查询(ranging)的协议。查询是指数据转发器系统所具有测量由用户调制解调器产生并通过通信链路传送的信号的功率电平、频率及时序的能力；以及向用户调制解调器回传错误或修正信号以在鲁棒数据传送(robust datatransmission)中优化用户调制解调器的能力。然后，这些错误信号被用户调制解调器用于调整功率电平、更改频率以及按照调整的时序传送数据。

根据DOCSIS协议，向每个用户调制解调器发送许可查询信号。然后，用户调制解调器向信号转发器系统发送查询请求。之后，数据转发器系统向用户调制解调器发送映像消息。通常，映像消息包括关于上行带宽分配、由哪个调制解调器发送以及在何时发送的信息。在映像消息中可能包括的典型项目有：调制解调器申请带宽的时机、调制解调器传送数据的时机、调制解调器连接至网络的时机以及许可发送查询请求。

依据DOCSIS标准，要求数据转发器系统每三十秒向每个调制解调器发出不少于一个许可查询信号。如果在三十秒内调制解调器未接收到查询许可，则调制解调器序号重新启动。由于在下行通信链路上可能丢失信号，每三十秒内提供多于一个许可信号是很重要的手段。此外，需要理解的是，在某些情况下，至少每三十秒传送一个查询请求的要求，对于接收者可靠地接受许可信号而言速度太慢。这是由于在通信链路上丢失数据造成的。因此，一个重要的手段是以更高的频率传送查询许可信号，例如每十秒传送一次。

因而，由于存在丢失消息的可能性，时常要求用户调制解调器以更快的速度例如每十秒而不是每三十秒查询一次。这利用了用户调制解调器以及数据转发器系统中至关重要的资源。值得注意的是，由于查询许可信号的发送速率提高，在用户调制解调器与数据转发系统间的信号(signaling)数量随之增加了。

假设每十秒向用户调制解调器发送一个查询许可信号，此外，依据DOCSIS协议，假设若超过十六次尝试仍未从调制解调器获得响应，则判定调制解调器发生故障，则可以理解，判定调制解调器发生故障需要一百五十秒，即两分半时间。

从操作的观点看，判定调制解调器没有响应的时间过长了。

另一个改进这种情况的方法是以快一些的频率轮询调制解调器。然而，作为示例，如果调制解调器每秒被查询一次，若需支持对1500个调制解调器的查询功能，则总的开销过多了。如果是这种情况，由于这种过度的消耗，有限的带宽将限制由调制解调器传送至数据转发器系统的数据数量，反之亦然。例如，假设有1500个调制解调器与一个特定的数据转发器系统连接，另外还假设每个调制解调器每秒被请求查询一次，则将近100％的带宽被查询过程占用，将减少数据传输，也大大减少数据的吞吐量并降低通信速度。

因此，需要能够以尽可能最快的速度判定调制解调器的故障，同时不会明显消耗系统资源。

发明内容

为了减小判定调制解调器发生故障的时间，本发明中，依据预先检测到的无查询响的次数，将周期性许可信号传送至用户调制解调器的频率在低频到高频间进行切换。在一个实施例中，查询许可信号以低速度或频率发出，例如每十秒一次。如果在三次许可后，用户调制解调器仍没有响应，则以较高的速度或频率发出周期性的许可信号，在一个实施例中为每五秒一次。

结果是根据此前的、虽使是故障的近期记录，减少了用于判定调制解调器发生故障的时间。因此，例如DOCSIS协议中规定的十六次故障，可以在1.5秒内判定而不是2.5秒。当然，判定调制解调器故障的时间依赖于构成触发点的无查询响应次数，以及传送查询许可信号的提高的速度或频率。

应该理解，在示例说明中，当高频被设定为低频的两倍时，通过提高高频频率或减少导致切换到更高频率上的初始故障响应的次数，可能进一步配置系统以进一步减少判定调制解调器故障所需的时间。因此，判定调制解调器故障的时间可以进一步减少。

从数据转发器系统管理员的角度看，本系统允许在查询过程不会完全利用系统开销和资源的一定程度上增加上行带宽。上行的含义是数据从用户调制解调器向数据转发器系统传递。因此，在本系统中，数据转发器系统花费较少的时间执行查询任务，因此释放了数据转发器允许用于传递数据或信息包的资源。

总之，在电缆调制解调器中，提供了一种方法及设备，其通过敏感由周期性查询许可信号引起的无查询响应次数，以及在预定的无响应次数的基础上提高查询许可信号的频率，来减少判定调制解调器故障的时间。提高的查询许可信号频率降低了判定调制解调器故障所需的时间。调制解调器的故障由预定的无响应次数定义，例如16次无响应。这样，提供了使用于快速检测调制解调器故障的必需带宽最小的系统。这是通过在预先确定的故障数据被检测到时提高许可信号的频率来实现的，因此使得用于调制解调器故障检测必须的资源数达到最小，并降低了所需要的带宽。

附图简要说明

本发明的这些及其他特点可以通过详细的说明书与附图更好地理解，其中：

图1为说明连接到数据转发器系统的用户调制解调器的数据传送系统方块图，包括一个电缆调制解调器终端系统，其中，在查询许可后，查询请求信号从用户调制解调器发送至电缆调制解调器终端系统；

图2说明数据转发器系统对预先检测到的为响应次数做出响应，提高发送给用户调制解调器的周期查询许可信号的频率的方块图；

图3的方块图表示：传送查询许可信号后，数据转发器中打开了一个接收窗口，它延长了一个预先规定的时间，若在窗口内未出现查询请求信号，则表明发生了试图通信的故障；和

图4为一种加快检测失效调制解调器速度的方法的算法的流程图。

详细说明

参见图1，在数据转发器系统12与用户调制解调器16间提供了典型的混合光纤/同轴电缆通信链路10。典型地，数据转发器系统包括一个电缆调制解调器终端系统20，沿箭头24所标注的下行方向向调制解调器16传送查询许可信号22。典型情况下，调制解调器16连接至诸如以太网25的局域网，或直接连接至PC 26，与之一起有多达1500或更多的调制解调器通过通信链路10连接至电缆调制解调器终端系统中的一个单独的接口卡上。典型地，在接收到一个许可时，在上行方向28上向数据转发器系统传送查询请求信号27。

对于数据转发器系统，为了判定指定的调制解调器与之相连并且正常工作，数据转发器系统必须首先检测来自调制解调器发出的查询请求信号。查询请求信号是用户调制解调器检测到查询许可信号后做出的响应。

检测到查询请求信号的出现后，数据转发器系统测量用户调制解调器发出的信号的功率电平、频率和时序。在这些测量值的基础上，通知调制解调器调整由其发送至电缆调制解调器终端系统的信号的功率、频率和时序。可以进行时序调整，使特定的数据包或数据提前或迟后一定的毫秒数目发出以适应上行传播延迟。

为了使数据转发器系统能够判断如何调整功率、频率和时序，数据转发器系统12向与之相连的所有用户调制解调器周期性传送查询许可信号。不但从调制解调器沿上行方向发送回信息，还可能从查询请求信号中判断特定的调制解调器是否正在运行或与数据转发器系统相连。

根据DOCSIS协议，为了建立鲁棒通信，要求数据转发器系统至少每三十秒传送一次查询许可信号。DOCSIS协议定义调制解调器故障发生在连续传送16次许可查询但没有从特定的调制解调器获得响应的情况。16次未响应后，调制解调器被注销。

如上所述，数据转发器系统可能以超过每30秒一次的频率传送查询许可信号。目的是在通信信道受到间歇性损伤导致丢失消息时能够判断调制解调器的状况。如果数据转发器系统只是在每30秒传送一次查询许可信号，则可能由于未接收到丢失的许可信号，出现调制解调器无需重启动的情况。如同前述，理论上可能每秒传送一次查询许可信号。然而，从全部1500个调制解调器中每秒接收一次查询请求信号将占用接近100％系统带宽，这是一种基于恶化的情况。

事实上，优化的方法规定了这样一种情况，其中查询许可信号每10秒发送一次。如上所述，这种情况下需要两分半的时间判定调制解调器故障，对于确定数据转发器系统于特定的调制解调器间的通信停止而言是一个比较长的过程。

参见图2，检测到预先确定的未响应次数后，数据转发器系统12向用户调制解调器提供提高的周期性许可频率。在此，在检测到预先确定的如36表示的查询未响应次数后，与电缆调制解调器终端系统20连接的查询频率控制单元30被用于从较低频率32到较高频率34之间的切换。为了实现这个功能，通过从电缆调制解调器终端系统20引出的线38，将由用户调制解调器发出的上行查询请求发送至查询未响应单元36。

检测到预先确定的未响应次数(例如三个)后，数据转发器系统提高它的周期性许可信号的频率，在一个实施例中为对频率或速度加倍。而这又显著地减少了能够判定已发生16次未响应的时间。

参见图3，当预先确定的查询许可信号41被发送至特定的用户调制解调器后，在电缆调制解调器终端系统设定窗口40。这通过线42传送的信号表示。如果在此窗口内未接收到查询响应，则计数器44指示一次未响应。计数器44记录未响应次数，未响应超出一个预先设定的限度时通过线46向查询频率控制单元30发送一个信号，以提高发送许可信号的频率。

参见图4，在一实施例中，如50表示，向特定的调制解调器发送三次查询许可信号。如52所示，如果被查询的调制解调器对三次许可均未做出响应，则如54所示，许可频率或速度在后面的13次查询中被提高了。

应该理解，通过54中设定的更高的频率，减少了判定调制解调器故障所需的时间，因此，如果调制解调器事实上对之后的13次尝试均失效，则由于发送查询许可信号的频率更高，减少了判定之后13次故障的时间。

在一实施例中，发送查询许可信号的初始频率或速率为每10秒一次，然而，检测到预先确定的故障次数后发送许可信号的较高频率为每5秒一次。应该理解，未响应次数是可以设定的，可以代替3次未响应，触发更高速率的未响应次数可以被设置未2或4。在执行较高频率许可频率之前设定限制未响应为2次将稍微提前警告调制解调器未在线。然而这种情况的缺点在于较高频率的查询占用了带宽。

同样地，较高的频率可以被设置为每3秒一次而不是每5秒一次。在具体设置为3次未响应以及较高频率设置为许可信号间有5秒间隔的情况下，需要考虑的问题仍集中于查询大约1500个调制解调器所必需的带宽。

至此介绍了本发明的一些施例，以及一些改动和变化，本领域普通技术人员应该理解，前述的仅仅是解释性的而且不是限制性的，前述的介绍已仅用例子进行了说明。各种修改和其它实施例均落在本领域普通技术人员的知识范围内，并且被认为落在由所附权利要求书限定的发明及其等价的范围内。

Claims (12)

1.在一种电缆调制解调器系统中，一种用于减少数据转发器系统判定用户调制解调器故障所需时间的方法，包括如下步骤：

通过网络以一速率向一个用户调制解调器提供一系列从数据转发器系统发送出的查询许可信号；

开始所述查询许可序列后，由所述数据转发器系统检测所述用户调制解调器没有发出查询请求信号的未响应次数；

当在所述数据转发器系统中检测到的所述未响应次数达到预设的未响应次数时，提高传送所述查询许可信号的速率；和

当未响应的总次数达到由电缆数据服务接口规范即DOCSIS协议规定的预定的未响应次数时，判断所述用户调制解调器发生了故障。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述发送查询许可信号的速率为每十秒一次。

3.如权利要求2所述的方法，其中，引起发送查询许可信号的速度提高的所述预先设定的未响应次数为3。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤检测步骤包括如下步骤：开始查询许可序列时建立一个时间窗口，窗口的长度与期望在所述数据转发器系统中存在的预定的未响应次数对应，并且在时间窗口内预定的未响应次数。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述判断是否有预定的未响应次数的判断步骤包括记录所述时间窗内未响应的次数。

6.一种用于减少数据转发器系统判定用户调制解调器故障所需时间的设备，包括：

查询许可控制单元，用于对发送至用户调制解调器的查询许可信号速率从低频到较高频率进行切换；

查询未响应检测器，用于在开始查询序列后，检测上述用户调制解调器发生的预定的未响应次数，并用于产生查询未响应信号；和

用于将上述查询未响应信号连接到上述查询未响应检测器的装置，借此，利用提高发送上述查询许可信号的速率降低判定调制解调器故障需要的时间。

7.如权利要求6所述的设备，还包括与上述查询未响应检测器连接的调制解调器故障检测器，用于判定是否已发生预定的未响应次数，从而指出调制解调器故障。

8.如权利要求7所述的设备，其中，指示调制解调器故障的所述查询未响应次数为16。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述较高频率为所述较低频的加倍。

10.如权利要求8所述的设备，其中，引起从低频到较高频率切换的所述未响应次数为3。

11.如权利要求6所述的设备，其中，判定调制解调器故障的速度依赖于所述较高频率与所述较低频率的比。

12.如权利要求11所述的设备，其中，与所述未响应次数一起引起上述切换的较高速率为这样一种速率限制执行判定调制解调器故障过程占用的开销。

Images