CN1271817C - 使用混合光纤同轴电缆网络提供多互联网连接服务的装置 - Google Patents

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Abstract

一种系统，在一个电缆网络系统中的上游中，通过使用一滤波器(220，222)提供多互联网连接，该滤波器(220，222)选择性地过滤传输频带。该系统包括：用户(114，214)、电缆调制解调器(112，212)、滤波器(220，222)、HFC线(50)、CMTS(100，200)、以及多个ISP主服务器(102，202)。通过使用滤波器(220，222)，在上游中，每一个用户(114，214)使用一个特定的频带。因此，每一个用户(114，214)能够很容易地连接于一个相应的ISP服务器(102，202)。

Description

使用混合光纤同轴电缆网络提供多互联网连接服务的装置
技术领域
本发明涉及一种通信系统；更具体地讲，本发明涉及一种通过使用混合光纤同轴电缆网络提供多互联网连接服务的体系结构，其中，通过分割上游中所使用的频带，获得多互联网连接。
背景技术
电缆电视网络在一个广大的地理区域上把电缆电视服务提供给大量用户。在许多电缆电视市场，电缆系统的基础设施和拓扑趋向于把光纤作为它们的信号传输部件的一部分。这一趋势加速了电缆工业利用电缆系统的固有的双路通信能力的步伐。目前，电缆工业正准备在其电缆线上开发可靠和有效的数字数据的双路传输，而且这一传输将以比通过电话线可得的传输快若干个数量级的速度进行，从而使得其用户有机会利用在从互联网访问到电缆交换的范围内所用的数字数据。
互联网，互连计算机的世界范围的网络，提供了多媒体内容，包括下载和查看时需要大量带宽的音频、视频、图形以及文本内容。大多数互联网服务提供商(ISP)允许客户经由来自公共交换电话网络(PSTN)的一条串行电话线以14400bps、28800bps、33600bps、56000bps等数据率与互联网相连，这样的数据率远慢于在电缆电视网络上的同轴电缆或HFC电缆系统上可得到的数据率例如大约为10Mbps～30Mbps。
随着互联网的爆炸式的增长，许多客户渴望使用更大带宽的电缆电视网络与互联网以及其它计算机网络连接。电缆调制解调器经由电缆电视网络，向客户提供与互联网、Intranet、局域网络(LAN)以及其它计算机网络的更高速的连接。当前，这些电缆调制解调器支持经由一个具有30Mbps的“下游”数据率的电缆电视网络与互联网以及其它计算机网络的数据连接，这一数据率远快于调制解调器所用的串行电话线所支持的速率。
最近几年，互联网服务提供商(ISP)允许用户经由HFC电缆网络连接于互联网，从而减少基础设施的成本。另外，更多的ISP向使用同一个HFC电缆网络的用户提供数据服务，例如互联网连接。
图1说明了一个常规的双路混合光纤同轴(HFC)电缆系统的框图，这一系统利用了一个用于数字数据传输的电缆调制解调器。该系统包括电缆调制解调器终端系统(CMTS)100和200；在ISP1主服务器中的动态主配置协议(DHCP)服务器102和在ISP2主服务器中的动态主配置协议(DHCP)服务器202，分别连接于CMTS 100和200，用于把IP地址和配置参数动态地分配给在IP网络中的相应的用户114和214；一条传输线50，例如一条混合光纤同轴线；多个电缆调制解调器112和212；以及用户前提装备(premise equipment)114、214和128。
传输线50包括一个混频器104，用于把电缆电视RF信号与来自CMTS 100和200的每一个射频(RF)数据信号加以混合；一个光传输器(OTX)106，用于把混合后的RF信号转换成一个光信号；一个光网络单元(ONU)108，用于把光信号转换回下游中的混合后的RF信号，以及把来自每一个用户前提装备114的RF信号转换回上游中的光信号；一个分接头110，用于分别经过电缆调制解调器(CM)112和212把所传输的混合后的RF信号分送于相应的用户前提装备114和214；ORX 120，用于把来自ONU 108的光信号转换回RF信号；一个16MHz的高通滤波器122，用于滤出等于或小于16MHz的频带；以及一个分配器124，用于把所过滤的RF信号分送给CMTS100和200。
CMTS 100和200中的每一个的主要功能是(1)接收来自数据网络130(例如，互联网)的信号，并把该信号(例如微波信号)的格式转换成适合于在电缆网络上传输的电信号；(2)为电缆系统所接收的数据提供适当的媒体访问控制(MAC)级信息包报头；以及(3)对进出电缆系统的数据进行调制和解调。
DHCP服务器102和202中的每一个可供客户机用来自动地获得在一个固定时间周期(租赁)内所用的一个IP地址，从而允许把一个到期的IP地址重新分配给一个不同的客户机，以及为客户机操作重新分配附加的配置参数。
混频器104把电缆电视RF信号与调制后的RF信号加以混合，以输出混合后的RF信号。然后，在OTX 106上把混合后的RF信号转换成光信号，该光信号通过光纤线116传输给ONU 108。ONU 108把所传输的光信号转换成混合后的RF信号，并通过同轴电缆118把混合后的RF信号传输给分接头110。分接头110分别经由电缆调制解调器112和212以及电缆转换器126把混合后的RF信号分送给用户前提装备114、214以及128。
电缆调制解调器112把调制后的RF信号解调成下游数据(datadownstream)中的数字信号，然后把数字数据馈送到用户前提装备114。在一条返回路径中，即在上游数据(data upstream)中，反向实施这些操作。把数字数据馈送到电缆调制解调器，电缆调制解调器把它们转换成调制后的RF信号。一旦CMTS接收到RF信号，它解调RF信号，并把数字数据传输到主服务器。
基于动态主配置协议的DHCP服务器102，自动地向用户前提装备114分配一个IP地址。以下将详细描述分配过程。
在电缆系统中，把数字数据承载于射频(RF)载波信号上。CMTS100或200把数字数据转换为调制后的RF信号，该信号承载于通往下游中的用户前提装备114或214的传输线50上。网络中的每一个CMTS均拥有子接口，把每一个子接口配置为与一个独立的ISP相关联。给每一个子接口分配一个特定的转发表，例如Cisco-VRF，这一转发表包含仅仅关于与这一子接口相关联的一个特定的ISP的路由。
基本上，通过下列规程，把经由传输线50分别连接于CMTS 100或200的CM 112或212与一个特定的ISP相关联，例如与ISP1或ISP2相关联：
1.在开始时，启动每一个CM 112或212，并向CMTS 100或200发送DHCP请求，CMTS 100或200把该请求中继到DHCP服务器102或202。
2.在执行了本领域中人们所熟悉的基于MAC地址的认证规程之后，DHCP服务器102或202向CMTS 100或200发送回属于所请求的ISP的所分配的IP地址。
3.CMTS 100或200给每一个CM 112或212分配一个相应的用户标识(ID)，并把这一用户标识与被分配给那个IP地址所属于的相应的ISP例如ISP1或ISP2的子接口关联起来。
通过以上述规程，把每一个CM 112或212连接于相应的ISP，例如ISP1或ISP2。
然而，由于通过在上游中使用相同的频带，例如5～42MHz，来自多个电缆调制解调器的交通会互相干扰，所以存在着把电缆调制解调器112正确地连接于相应的ISP的问题。因此，需要把上游中的频带加以划分，以使ISP正确地识别其来自相应用户的信号。
发明概要
因此，本发明的一个目的是，提供一种使用混合光纤同轴电缆网络的多互联网连接服务。其中，通过分割用于上游的频带获得多互联网连接。
根据本发明，提供了一个用于在一个电缆网络系统中提供多互联网连接的系统，该系统包括：第一和一个第二电缆调制解调器(CM)，用于把来自用户的数字数据信号调制成射频(RF)信号；第一滤波设备，连接于第一CM，用于过滤来自第一CM的调制后的RF信号；传输设备，用于传输所过滤的调制后的RF信号和来自第二CM的调制后的RF信号；第二滤波设备，连接于传输设备，用于过滤通过传输设备所传输的调制后的RF信号，从而传递来自第一滤波设备的所过滤的调制后的RF信号；第一电缆调制解调器终端系统(CMTS)，连接于第二滤波设备，用于把由第二滤波设备过滤的所过滤的调制后的RF信号解调回数字数据信号，扫描数字数据信号，并识别登记过的用户，从而把该用户连接于相应的主服务器；以及第二CMTS，用于把所传输的调制后的RF信号解调回数字数据信号，扫描数字数据信号，并识别登记过的用户，从而把该用户连接于相应的主服务器。
附图简述
通过下面结合附图对一个给定的优选实施列的描述，本发明以上的和其它的目的及特性将会变得十分明显。在这些附图中：
图1显示一个常规双路混合光纤同轴(HFC)电缆系统的框图，该系统利用一个用于数字数据传输的电缆调制解调器；以及
图2显示一个常规双路混合光纤同轴(HFC)电缆系统的框图，该系统利用一个根据本发明的用于数字数据传输的电缆调制解调器。
优选实施列详述
现在参照图2。图2是一个双路混合光纤同轴(HFC)电缆系统的框图，这一系统利用一个根据本发明的用于数字数据传输的电缆调制解调器。该系统允许每一登记于不同ISP主服务器的用户通过上游(即从一个电缆调制解调器到一个CMTS)中的频带分割机制正确地连接相应的ISP服务器。在该电缆系统中，频带分割机制把滤波器插入在返回路径上，即插入在上游路径上。这些滤波器可以为高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)或低通滤波器(LPF)，但优选为HPF。
该系统包括电缆调制解调器终端系统(CMTS)100和200；主服务器ISP1中的一个动态主配置协议(DHCP)服务器102和主服务器ISP2中的一个动态主配置协议(DHCP)服务器202，分别连接于CMTS 100和200，用于把IP地址和配置参数动态地分配给电缆系统中的用户114和214；一条传输线50，例如混合同轴光缆(HFC)线；一个第一和第二滤波器220和222；电缆调制解调器112和212；一个电缆转换器126；以及用户前提装备114、214和128。
传输线包括一个混频器104，用于把电缆电视RF信号与来自CMTS 100和200的射频(RF)数据信号相混合；一个光传输器(OTX)106，用于把混合后的RF信号转换成光信号；一个光网络单元(ONU)108，用于把光信号转换回下游中的混合后的RF信号，以及把来自用户前提装备114和214中每一个的RF信号转换成上游中的光信号；一个分接头110，用于经由电缆调制解调器112和212把所传输的混合后的RF信号分别分送给用户前提装备114和214的每一个；以及一个光接收器(ORX)120，用于把来自ONU 108的光信号转换回RF信号。
在电缆系统中，把数字数据承载于射频(RF)载波信号上。
CMTS 100和200把该数字数据转换成一个承载于光纤和同轴线上的调制后的RF信号，该光纤和同轴线连接于下游中的用户前提装备114和214。然后，电缆调制解调器112和212解调该RF信号，并把该数字数据馈送到用户前提装备114和214。在返回路径上，即在上游中，反向运行这些操作，除了由第二滤波器222(例如32MHz的高通滤波)过滤来自电缆调制解调器112的上游信号的操作之外。
CMTS 100和200中每一个的主要功能是(1)接收来自数据网络130的信号，并把该信号的格式(例如一个微波信号)转换成一个适合于在电缆网络上传输的电信号；(2)为电缆系统所接收的数据提供适当的媒体访问控制(MAC)级信息包标题；以及(3)对流向电缆系统的数据进行调制以及对从电缆系统流出的数据进行解调。
DHCP服务器102和202允许用户114或214自动地获得一个在一个固定时间周期(租赁)可用的IP地址，从而允许把一个到期的IP地址重新分配给一个不同的客户机，以及为客户机操作重新分配附加的配置参数。IP连接参数将在后面讨论。
混频器104把一个电缆电视RF信号与一个调制后的RF信号加以混合，以输出一个混合后的RF信号。然后，在OTX 106处把混合后的RF信号转换成一个光信号，以在光纤线116上将其传输给ONU108。ONU 108把所传输的光信号转换成混合后的RF信号，并通过同轴电缆118把混合后的RF信号传输给分接头110。分接头110经由电缆调制解调器112把混合后的RF信号分送于用户前提装备114。
为上游信号所保留的一部分带宽，通常在5～42MHz的范围内，可以把这一频带中的某些分配给机顶盒、付费节目、以及其它在电缆系统上所提供的服务，例如互联网服务。
在本发明中，为了简单起见，假设把用户1114登记到ISP1的一个主服务器上，而把用户2214登记到ISP2的一个主服务器上。
电缆调制解调器112或212把调制后的RF信号解调成数据下游中的一个数字信号，然后把该数字数据馈送给用户114或214。在返回路径中，即在数据上游中，反向运行这些操作。把该数字数据馈送给电缆调制解调器，以把它们转换成一个调制后的RF信号。一旦CMTS接收到RF信号，CMTS把RF信号解调成数字数据，并把该数字数据传输给主服务器。
基于一个动态主配置协议的DHCP服务器102，自动地将一个IP地址分配给用户前提装备114。以下将详细描述一个分配过程。
首先，为了识别DHCP服务器202，用户2 214广播一个第一DHCPDISCOVER信息包。电缆调制解调器212把第一DHCPDISCOVER信息包调制成一个第一RF信号，然后通过传输线50转发到分配器124。通过第二滤波器222，例如32MHz的高通滤波器，把所传输的第一RF信号分送给CMTS 100以及CMTS 200。
如果针对该信息包的载波信号具有高于32MHz的频率，那么CMTS 100接收第一DHCPDISCOVER信息包。如果CMTS 100接受第一DHCPDISCOVER信息包，那么CMTS把该信息包传输到DHCP服务器102。CMTS 100把一个已登记过的用户ID与该第一DHCPDISCOVER信息包进行比较，看它是否将被接受。由于没有该第一DHCPDISCOVER信息包没有被登记到CMTS 100，所以该信息包不被接受。
CMTS 200接收该第一DHCPDISCOVER信息包，而且如果它接受了该第一DHCPDISCOVER信息包，那么CMTS 200把它传输给DHCP服务器202。CMTS 200把一个已登记过的用户ID与该第一DHCPDISCOVER信息包进行比较，确定第一DHCPDISCOVER信息包是否将被接受。由于该第一DHCPDISCOVER信息包被登记到CMTS 200，所以该第一DHCPDISCOVER信息包被接受。把第一DHCPDISCOVER信息包传输给DHCP服务器202。
DHCP服务器202可以以包括一个可用的IP地址的第一DHCPOFFER信息包做出响应。CMTS 200接收该第一DHCPOFFER信息包，并检查它。如果CMTS 200接受第一DHCPOFFER信息包，那么CMTS 200把该信息包转发到用户2214。
如果在广播该第一DHCPDISCOVER信息包之后，在一个指定的时间量内，用户2214不接收该第一DHCPDISCOVER信息包，那么它再次发送该信息包。
用户2214可以从其它潜在的服务器，例如从ISP1的DHCP服务器102，接收DHCPOFFER信息包。如果把用户2 214配置成等待多个响应，那么它检查从几个DHCP服务器所接收的第一DHCPOFFER信息包中的配置参数，以决定哪一个服务器应为目标服务器。
当用户2214已选择了一个目标服务器，即DHCP服务器202时，它广播一个第一DHCPREQUEST信息包。该第一DHCPREQUEST信息包包含目标服务器的地址。CMTS 200接收第一DHCPREQUEST信息包，并把其转发到ISP2主服务器中的所有服务器。这些服务器检查第一DHCPREQUEST信息包，而且如果它们的IP地址不同于第一DHCPREQUEST信息包的服务器IP地址字段中的值，则它们收回(reclaim)供在第一DHCPREQUEST信息包中的IP地址。
DHCP服务器202识别出其在服务器IP地址字段中的IP地址，并按如下方式响应第一DHCPREQUEST信息包：
如果DHCP服务器202能够提供所要求的配置参数，那么它通过CMTS 200向用户2 214发送一个第一DHCPACK信息包。用户2214检查在第一DHCPACK信息包中的配置参数，并记录租赁周期的持续时间。如果用户2 214检测到与配置参数相关的一个问题，则它向DHCP服务器202发送一个第一DHCPDECLINE信息包，并发布一个新的DHCPDISCOVER信息包。否则用户214接受这些配置参数。
通过以上所描述的过程，可以把用户2 214连接于相应的ISP2主服务器。
其次，为了识别DHCP服务器102，用户1 114广播一个第二DHCPDISCOVER信息包。由电缆调制解调器112把第二DHCPDISCOVER信息包调制成一个第二RF信号，然后通过第一滤波器220，例如32MHz的HPF，过滤第二RF信号。通过传输线50把所过滤第二RF信号转发到分配器124。通过第二滤波器222，例如32MHz的高通滤波器，把所传输的第二RF信号划分到CMTS 100以及CMTS 200。
CMTS 200接收该信息包，而且如果它接受该信息包，那么CMTS200把该信息包传输给DHCP服务器202。CMTS 200把一个已登记过的用户ID与第二DHCPDISCOVER信息包进行比较，确定是否准备接受第二DHCPDISCOVER信息包。由于第二DHCPDISCOVER信息包没有向CMTS 100登记，所以不接受该信息包。
CMTS 100接收该信息包，而且如果它接受该信息包，那么CMTS100把该信息包传输给DHCP服务器102。CMTS 100把一个已登记过的用户ID与第二DHCPDISCOVER信息包进行比较，确定是否准备接受第二DHCPDISCOVER信息包。由于第二DHCPDISCOVER信息包已向CMTS 100登记，所以接受该信息包。把第二DHCPDISCOVER信息包传输给DHCP服务器202。
此后，这一过程，例如ISP1主服务器连接过程，类似于以上所描述的相应过程，即ISP2连接，此处省略了对这一部分的描述。
因此，用户1114使用高于32MHz的频带，而用户2214使用在16MHz与32MHz之间的频带，从而易于多互联网连接。
尽管一直针对优选实施列显示和描述了本发明，但本领域的熟练技术人员将明白：在不背离由以下的权利要求书中所定义的本发明的实质与范围的情况下，可以对本发明进行各种变更与修改。

Claims (6)

1.一种用于在一个电缆网络系统中提供多互联网连接的系统，该系统包括：
第一和第二电缆调制解调器(CM)，用于把来自用户的数字数据信号调制成射频(RF)信号；
第一滤波设备，连接于第一CM，用于过滤来自第一CM的调制后的RF信号；
传输设备，用于传输所过滤的调制后的RF信号和来自第二CM的调制后的RF信号；
第二滤波设备，连接于传输设备，用于过滤通过传输设备所传输的调制后的RF信号，从而传送来自第一滤波设备的所过滤的调制后的RF信号；
第一电缆调制解调器终端系统(CMTS)，连接于第二滤波设备，用于把由第二滤波设备过滤的所过滤的调制后的RF信号解调回数字数据信号，并识别一个登记过的用户，从而可把该用户连接于一个相应的主服务器；以及
第二CMTS，用于把所传输的调制后的RF信号解调回数字数据信号，并识别一个登记过的用户，从而可把该用户连接于一个相应的主服务器。
2.权利要求1的系统，其中，第一和第二滤波设备分别为高通滤波器。
3.权利要求1的系统，其中，第一和第二滤波设备分别为带通滤波器。
4.权利要求2的系统，其中，第一和第二滤波设备分别为32MHz的高通滤波器。
5.权利要求3的系统，其中，第一和第二滤波设备分别为16MHz～32MHz的带通滤波器。
6.权利要求1的系统，其中，传输设备为混合光纤同轴(HFC)电缆。
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