CN1830165B - 使用端口聚合的有关catv系统的宽带docsis的方法 - Google Patents

Abstract

使用端口聚合概念，在HFC系统的点对多点环境中，实现上行和下行宽带DOCSIS的方法和装置。对于下行，每个CIVITS具有将帧分配到在下行信道上发送的各种发送机的帧分配器，以使用宽带DOCSIS将下行数据同时发送到CM。在一些实施例中，帧分配器添加顺序号以保证在CM处可以恢复帧的正确顺序，并根据服务质量的考虑，调度传输，以满足恒定比特率和可变比特率流的保证部和承诺部。CMTS向具有宽带能力的CM发送扩展信道允许(ECE)报文，告诉它们哪些下行启动。每个CM具有帧收集器，在各种下行信道上接收的所有帧被发送到该帧收集器。帧收集器确定它们都在那里，使它们以正确的顺序排列并将它们传递给NI。上行宽带DOCSIS以与每个CM中的帧分配器和CIVITS中的帧收集器相同的方式工作。CIVITS接收带宽请求，并通过向CM发送下行UCD和MAP和ECE报文来控制上行宽带DOCSIS传输，指示它们使用哪些上行信道，描述信道的参数，并为具有上行宽带能力的CM分配用于同时在多个信道上的传输的时间。

Description

使用端口聚合的有关CATV系统的宽带DOCSIS的方法

背景技术

线缆调制解调器和DOCSIS标准已使通过混合光纤同轴(HFC)电缆电视系统传送数字业务成为可能。互联网数据、视频要求电影、电话、基于互联网的电话、交互式游戏的数字数据传送、安全相机数字照片到安全服务器和其它应用程序的主机的上行(upstream)传送已变得可能。这些服务非常有用和有价值，一些服务会比其它的服务更有用。一些服务比其它服务占用更多的带宽。许多人将通过HFC系统的视频要求看成未来难以抗拒的应用。即使当使用MPEG压缩视频和电影时，视频和电影也占用大量带宽，并且实质上比互联网数据传送占用更多的带宽。根据通常的经验，对于MPEG-2压缩，每视频流为3到3.5MB/s。在38MB/s的信道上3.5MB/s视频流的统计多路复用不是很好。增加每个用户驻地(premises)设备的速率能够显著地改进统计多路复用。虽然这不会使用户受益，但它对购买线缆调制解调器和线缆调制解调器终端系统的服务提供商线缆系统运营商具有很大的益处。

一种称作端口聚合(porr trunking)或链路聚集(link aggregation)的技术已被用于现有技术的电话系统和其它数据通信系统中。在HFC系统领域外，存在两种用于端口聚合的相关标准：IEEE802.3ad，用于基于以太网的链路聚集；以及RFC 1990中描述的多链路-PPP(http://www.faqs.org/rfcs/rfc1990.html)。这些标准既没有提到DOCSIS，也不能用于DOCSIS系统。这是因为这两种标准都要求点对点链路，而DOCSIS是点对多点链路环境。据本发明人所知，还没有在任何地方提出过端口聚合的点对多点版本。

HFC系统由多用户共享，所以每个用户可用的带宽是受限制的。DOCSIS QAM 64信道具有6兆赫(MHz)的带宽和每秒27兆位(MB/s)的有效负载能力。QAM 256调制被用于DOCSIS的更高版本中，但信道仍为6MHz宽以及有效负载能力仅为38MB/s。在欧洲，QAM 64信道的带宽为8MHz以及有效负载能力为38MB/s，而QAM 256信道具有51MB/s的有效负载能力。每个信道具有其自己的频隙(frequency slot)。

有效负载能力表示可由调谐到该特定信道的所有线缆调制解调器(CM)共享的总聚集(aggregate)带宽。有效负载能力也表示单个CM在任意时间可用的最大的成组传送速率(burst rate)。一些服务需要比这更大的有效负载能力。

只有通过允许在线缆调制解调器终端系统(头端或CMTS)的多个信道的传输并拆分线缆调制解调器的总体(population)使得一些线缆调制解调器被调谐到每个可用信道上，目前的DOCSIS才能用于增加聚集容量。这会增加穿过给定总体大小的CM的聚集容量，但不会增加任何单个CM的突发容量(burst capacity)。所以问题依然存在，而对于具有很高数据需求的最佳用户而言，这是一个大问题。

为了负载平衡的目的，DOCSIS具有指示被调谐到一个下行(downstream，DS)信道的CM调谐到另一个DS信道的机制；但这种方法要花费几十微秒，在此期间，CM不能接收任何数据，同时CM重新调谐其接收器，等待另一邀请以在新信道上执行修正(ranging)(修正表示DOCSIS修正和均衡，其后为发向CM的下行报文，指示它们应如何调节其定时、频率、相位、功率，并且包括用于获得新的上行均衡滤波系数的上行均衡系数，在下文中简称为修正)，并在新信道上指定修正窗口期间，再次执行修正处理。

期望增加CM的通信量速率的原因有三个：

1.由于服务的数据率随着时间而增加，为了增加所有连接的CM的可用的平均数据率；

2.为了增加单个CM的成组传送速率；以及

3.为了增加信道上数据通信量的统计多路复用的水平。

现有的DOCSIS协议仅解决了上面列出的第1个问题。只有通过增加单个调制解调器的瞬时可用带宽，才能够解决上述问题2和问题3。

增加单个装置的容量只有两种方法：

1.增加每个信道的容量；或

2.增加能够同时调谐到多个信道并共享其容量的线缆调制解调器的可用的信道的数量。

本领域的其它技术人员，诸如Broadcom的工程师，正在通过尝试在此描述的方法之外的其它方法，着手处理增加信道容量以增加单个CM的最大成组传送速率的问题。通常，这些其它方法涉及物理层技术。这些技术包括：增加符号率；增加调制级(order)，诸如通过从QAM 256改变为QAM 512或QAM 1024；改进前向纠错编码，以便能够检测和纠正当把更多数据发送到已经以最大容量传输的固定带宽的信道时导致的更大数量的错误；或可能地改变调制方案。这些技术的一种或多种可能现已用于Broadcom的产品中。诸如数据压缩的其它链路层技术也正研究中。

因为更大数量的检错和纠错位添加到有效负载数据流，改变为诸如QAM 512和QAM 1024的更高密度的群(constellation)需要非常安静的信道和高信噪比(高质量的HFC系统和优良的噪声抑制)或高等级的前向纠错和吞吐量的损失。具有高信噪比的安静信道很难实现，而且足够高的S/N在一些较旧系统中不可能实现。

除吞吐量损失和对HFC系统的高信噪比的苛刻要求外，所有这些技术或方法还有一个共同的主要缺点。它们不是向后兼容的，这意味着它们要求废弃未采用这些技术设计的HFC系统上的所有旧的单个DOCSIS信道CM，并需要更换CMTS。这是一个大问题，因为线缆运营商对其现有CM和CMT存货已投入上百万美元，他们不想花费类似数量或更多的金钱来完全替换它。除了本专利申请外，申请人注意到还没有人开发或提出在DOCSIS系统中使用端口聚合。

发明内容

根据本发明的示教，构造CM以同时接收多个信道并共享这些信道的容量。很显然，这需要改变现有技术的CM和CMTS，但它允许仍使用现有的现有技术的CM，以使系统向后与仍在HFC系统上的较旧CM兼容。由于信道的端口聚合组中的每个信道是完整的DOCSIS信道，并能够使仅能接收一个信道的传统CM调谐到其上，所以本发明的方法和装置本质上是向后兼容的。

由于仅有一个CMTS，对它的改动不像对需要服务于所有用户的可能数千个CM的改动那样昂贵。CM的硬件改动成本不是唯一的成本。还存在服务呼叫(call)的成本，其中包括：运输成本和人工成本，以及任何折价/升级程序的成本，所有这些成本会大大超过改动CM硬件本身的成本。CMTS所需的改动是使其注意到或能够确定：在系统上存在能够通过同时接收多个信道并共享所有这些信道的容量来执行端口聚合的CM。在替换具有端口聚合能力的CM前，CMTS总能够被升级以支持端口聚合，而且端口聚合CM将在旧CMTS上很好地工作，但仅作为单个DOCSIS信道CM。

从CMTS方面来看，创建宽带DOCSIS连接下行的端口聚合的方法通常包括：

(1)接收CM注册报文，其中包括告知CM能力的数据，并根据该数据确定哪些CM具有宽带DOCSIS能力，以及每个CM能够同时使用多少个下行和上行；

(2)向每个具有宽带DOCSIS能力的CM发送扩展信道允许(Extended Channel Enable，ECE)报文，告诉它启用哪些下行；

(3)在帧分配器中处理将被下行发送到线缆调制解调器的输入帧，用于调度(schedule)帧到在CM被调谐到的下行信道上发送(transmit)的多个发送机(transmitter)的分配以满足服务需求的质量，添加顺序号或执行其它操作以保证在接收机处帧能够以正确的顺序排列并分配帧(例如在同一DOCSIS信道上以正确的顺序发送来自某一IP流的所有帧，或将顺序号插入用于MPEG压缩数据的MPEG-2传输句法的private_section中)；

(4)将定址到特定线缆调制解调器的已释放帧在所述线缆调制解调器已被指示调谐到的下行信道上发送到该线缆调制解调器。

在其中上行和下行宽带DOCSIS操作均被执行的同类的其它类型中，CMTS还：

接收来自多个线缆调制解调器的上行带宽请求，以便它能够知道有多少上行通信量来自每个CM，并根据帧分配器从路由器接收的信息，确定至每个CM有多少下行通信量；

使用服务质量(quality of service，QoS)算法，调度到特定CM的每个IP流的下行帧的发送，以便至少满足所保证和所承诺的承诺部IP流的恒定比特率和可变比特率的比特率；

使用服务质量算法，调度来自特定CM的每个IP流的上行帧的发送，以便至少满足所保证和所承诺的承诺部IP流的恒定比特率和可变比特率的比特率，以便尽可能地实现带宽请求；

生成和发送用于每个DOCSIS上行的MAP报文和UCD报文，具有在MAP报文中的授权，允许从每个具有宽带能力的CM在不同DOCSIS上行上同时上行传送，以便实现上行宽带DOCSIS操作；

在每个时间表所指定的时间，将下行帧释放到定址到每个特定CM的多个IP流的多个下行发送机，以便实现到具有宽带能力的CM的宽带DOCSIS下行传送；

从多个CM接收上行宽带DOCSIS帧，检验所有帧是否存在于来自每个CM的每个IP流中，以及以正确的顺序排列帧，并传递这些帧用于进一步的处理。

用于实现服务质量算法的优选处理包括以下步骤：

利用注册数据和来自已发送的ECE报文的数据，确定每个宽带DOCSIS CM被调谐到的特定下行，并根据从路由器接收的分组中的报头数据，确定定向到每个宽带CM的特定IP流；

检验特定CM被调谐到并具有发送给它的IP流的哪些下行信道可用于传输，并确定每个IP流的服务质量要求；

调度CM被调谐到的可用下行DOCSIS信道上所保证的恒定比特率流部分或所承诺的可变比特率流部分，其中可用下行DOCSIS信道具有带有服务质量要求的IP流，该质量要求是所保证部分的恒定比特率或可变比特率流；

生成帧释放信号，并在预定的时间，在合适的下行DOCSIS信道上，释放和发送帧，以实现恒定比特率QoS IP流的所述所保证比特率，并实现可变比特率QoS IP流的所承诺比特率部分；以及

对于具有所保证的比特率Qos IP流以外的定向到其上的IP流或具有所承诺部分的可变比特率QoS IP流的任何宽带下行CM，当没有调度释放帧至所述CM或其它CM时，或当不存在释放指向具有所保证的比特率Qos IP流以外的定向到其上的IP流或具有所承诺部分的可变比特率QoS IP流的所述CM的帧的通信量时，在所述CM调谐到的DOSIS下行上使用任意次。

从CM的观点，宽带DOCSIS下行包括如下步骤。

(1)加电或重启，并搜索和锁定到一个DOCSIS下行；

(2)使用与线缆调制解调器锁定的DOCSIS下行相关的DOCSIS上行进行修正，并作为系统上的一个CM，向CMTS注册；

(3)向CMTS发送信息，指示CM具有多少个能够在宽带下行DOCSIS中使用的调谐器；

(4)从所述CMTS接收指示多少和哪些下行信道将用于到所述CM的宽带DOCSIS传送的ECE报文，并通过将所述CM的调谐器调谐到所述ECE报文中指定的每个下行信道来进行响应；

(5)接收在由所述ECE报文指定的两个或多个下行信道上同时发送的宽带下行DOCSIS帧，并检验是否所有帧均已被接收到；

(6)以适合的顺序排列所述接收到的帧，并将所述帧传送到与所述CM联接的外围设备，用于进一步处理。

重要的是：在被发送后，由接收机将IP流的已发送帧以适合的顺序排列，而这适用于宽带下行DOCSIS或宽带上行DOCSIS。这可以利用至少两种方法实现。首先，IP流的所有帧能够被限制在同一下行信道上传送。无论在同一信道上的不同等待时间对不同帧的影响不同，只要它们以正确的顺序被传送，它们在此类实施例中将以正确的顺序被接收。在第二类实施例中，帧分配器能够将顺序号添加到所有被发送的帧，尤其是单个IP流中的所有帧，这样即使由于不同信道上的不同等待时间，它们被无序地发送出去或无序地接收到，使用顺序号，在接收机处，它们仍能够以正确的顺序被排列。

宽带上行DOCSIS处理种类定义如下：

1)CMTS频繁播送UCD报文，每个UCD报文限定了作为多个这种信道中的一个的被标识的DOCSIS上行的频率、符号率、调制类型和其它参数。从CM方面，CM接收UCD报文并存储其数据，用于稍后上行被启用时使用。

2)使CM加电，找出一个下行DOCSIS信道，并在DOCSIS上行上以正常方式执行修正和注册。从CMTS方面，CMTS接收修正脉冲，执行测量和均衡收敛，并向已发送修正脉冲的每个CM发送一个或多个下行报文，给出CM定时、频率和功率偏移量以及上行均衡系数，以用于控制和滤波后来的上行脉冲。然后，CM发送它已成功串接(train)的确认，并发送指示其能力的上行注册报文，其中包括它是否具有上行和下行宽带DOCSIS能力，以及它能够同时在多少个DOCSIS上行上发送。CMTS接收这些报文并至少在其中存储一些有关上行DOCSIS能力的数据。

3)CM接收来自请求发送上行数据和/或接收下行数据的用户应用程序的请求。CM通过向CMTS发送上行带宽请求和关于所请求的下行数据的信息作出响应。CMTS接收来自CM的上行带宽请求，并使用注册数据来确定哪些CM具有上行宽带DOCSIS能力，并确定已请求上行带宽的每个CM能够同时在多少个上行信道上发送。

5)如果CM和CMTS均具有宽带DOCSIS能力，则CMTS分析上行通信量请求，并确定是否为具有上行通信量、具有宽带上行DOCSIS能力并预订上行宽带DOCSIS操作的CM开启上行端口聚合能力。

6)CMTS使用服务质量算法，以便调度用于来自每个CM的每个IP流的上行授权，并生成用于CM被计划用于上行宽带DOCSIS的每个DOCSIS上行的单独的MAP报文，每个MAP报文调度在MAP报文中具有授权的CM或多个CM可在与该MAP报文相关的DOCSIS上行上发送的时间。

7)利用MAP报文中的授权确定哪些上行中具有宽带DOCSIS能力的CM需要使用多个上行DOCSIS信道，上行宽带DOCSIS被CMTS开启。然后，通过向CM发送ECE报文，告诉其哪个上行用于上行宽带DOCSIS发送，来为每个这种CM开启上行宽带DOCSIS。在步骤6中的MAP报文也被发送。CM接收这些ECE报文，并根据由有关该DOCSIS上行的UCD报文建立的参数，建立其发送机以在指定的DOCSIS上行上发送。CM接收这些MAP报文并使用其中的数据用于为其在由ECE报文启用的上行信道上的上行传输计时。

8)CMTS接收由CM发送的所有帧，并将它们传送到帧收集器，帧收集器确认由所有CM发送的所有IP流的所有帧都存在，并为每个IP流以适合的顺序排列它们，并传送它们用于处理。

关键点在于：传统单个信道CM能够共享被用于下行的宽带CM同时接收的多个信道中的任何单个信道，或以传统方法使用端口聚合中的任何上行DOCSIS信道，以使系统向后兼容。

尽管这里就DOCSIS和线缆调制解调器终端系统和线缆调制解调器描述了本发明，但本发明的示教可广泛适用于诸如蜂窝电话系统或固定无线的点对多点系统结构中的通过共享介质将单个收发机连接到多个收发机的任何传送机制和任何传送介质。蜂窝和PCS系统在任何特定的蜂窝中为点对多点。在权利要求中和在此其它位置中涉及的CMTS应被理解为涉及单个收发机；而在权利要求中和在此其它位置中涉及的CM应被理解为涉及共享介质和传送机制以与单个收发机通信的多个收发机。在权利要求中和在此其它位置中涉及的HFC或混合光纤同轴电缆应被理解为涉及在包括用于代替线缆系统的蜂窝电话或PCS系统和固定无线方案的点对多点体系结构中任何被共享的传输介质。涉及DOCSIS应被理解为涉及用于点对多点通信的任何传输机制。

附图说明

图1是现有技术的无端口聚合DOCSIS系统的示意图，示出了在任何DOCSIS系统中所需要的功能块。

图2是实现了端口聚合以同时在多个DOCSIS信道上从CMTS向CM发送数据的宽带DOCSIS系统的示意图。

图3A是原始现有技术DOCSIS PDU封装方案图。

图3B是增加了用于实现宽带DOCSIS的封装方法所需的顺序号的经修改的原始DOCSIS PDU封装方案的示意图。

图4是经修改具有顺序号以支持宽带DOCSIS的现有技术DOCSIS帧封装方案的示意图。

图5包括图5A和图5B，示出了使用DOCSIS协议在HFC系统中建立和使用端口聚合的点到多点链接所执行的处理的流程图。

图6包括图6A和图6B，示出了从信息包分配、接收和排序的立场，表示用于实现宽带DOCSIS操作而在CMTS和CM(但主要是CMTS)中执行的处理的更详细的流程图。

图7是为了解释在此示教的QoS算法的目的，示出了HFC系统中的点对多点的物理和逻辑信道结构的示意图。

图8是列出了图7所示实例的所有流的列表，其示出了每个流的源点和目标点、流ID以及有关其服务质量要求的流的特征。

图9是在HFC中实现的DOCSIS系统的点对多点环境中，用于执行调度以提供QoS功能性所需执行的功能的框图。

图10是优选的QoS算法的流程图。

图11A和11B是优选的上行宽带DOCSIS协议的流程图。

具体实施方式

图1显示了不能使用端口聚合概念的现有技术的DOCSIS系统的功能块示意图。该图有助于理解背景技术，以及如何在DOCSIS系统中实现端口聚合。CMTS 12中的DS MAC/PHY/RF接口块10包含了用于FEC编码和封装MAC数据帧和调制(包括多路复用)成具有6MHz或8MHz带宽的RF信道或载波信号所需的所有已知硬件和软件。CM 16中的调谐器、PHY和MAC块14包括用于调谐在HFC 18上发送的单个RF信道、解调、和去封装(de-encapsulate)和为所接收的数据帧纠错的所有已知的电路和软件。这两个块包括7层OSI模型中的PHY和一部分LINK层。

CMTS 12具有4个分开的下行发送机10、11、13和15(该图中未显示定址到下行宽带DOCSIS的上行接收机，但参见图12，其中CMTS 236具有用于上行宽带DOCSIS的多个上行DOCSIS接收机。在可选实施例中，可以使用仅执行上行宽带DOCSIS的具有多个上行DOCSIS接收机的CMTS。CMTS还具有路由和/或桥接功能20，其将定址到CM中或后面(例如，由总线或LAN连接到CM的个人计算机)的不同IP地址或MAC地址的信息包路由到适合的下行发送机10、11、13或15。三个分开的CM 16，22和24被显示为连接到同一HFC系统18，而在任意特定时间，每个CM仅能够调谐到一个DOCSIS信道。每个CM具有在这里被称作NI的网络或总线接口，其中典型的是26。NI可以是USB、USB2、Firewire以及Ethgernet或802.11 WiFi。

为实现端口聚合，需要两个条件：

1.一种将定址到特定CM的来自CMTS路由/桥接引擎的帧分配到CM被调谐到的多个RF信道的方法；以及

2.一种在CM中接收多个RF信道并从每个信道收集帧以及将它们传送到更高层用于以正确的顺序重组的方法。

图2是一种实现端口聚合以同时在多个DOCSIS信道上将数据从CMTS发送到CM的宽带DOCSIS系统的示意图。CMTS 28包括路由或桥接功能30，其将定址到CM 32、34和36或在该CM后面、通过LAN或总线连接到该CM的计算机或其它外部设备的所有信息包路由或桥接到帧分配器38。使用输入信息包中的OSI模型第3层IP地址，该路由器30可执行传统的路由功能。输入信息包中的地址信息与路由表一起用于确定该信息包应被发送到哪个CM。如果使用桥接器而不是路由器，则桥接功能按常规工作。每个CM经局域网或总线被连接到诸如个人计算机、Macintosh计算机、和/或其它外围设备。如果使用以太网LAN，则每个计算机或外部设备具有等于以太网地址的MAC地址。外部设备上执行的处理或外部设备本身具有IP地址。路由器的一个功能是确定每个IP地址在哪个CM中或后面。路由器的功能是使正确的信息包到达正确的位置，而能够做到多么精确并不重要并且是特定执行的。

注意：CM 32、34和36包括：分别具有两个调谐器和三个调谐器的具有宽带DOCSIS能力的CM 36和32；以及仅具有单个调谐器40的传统DOCSIS CM的传统CM 34。CM 36具有两个调谐器42和44，而能够同时调谐两个DOCSIS信道。CM 32具有三个调谐器46、48和50，而能够同时调谐三个DOCSIS信道。每个CM具有由50、52和54所示的网络接口卡或NI。每个宽带DOCSIS CM具有帧收集器，其中由收集器46和48是典型的。每个NI的功能是向连接到CM的外部设备发送数据，以及从连接到CM的外部设备接收数据。

帧分配器的功能

帧分配器38(或与控制逻辑或控制计算机和诸如DOCSIS发送机和DOCSIS接收机的CMTS中的其它电路合作的帧分配器)的功能是：

(1)由注册数据确定哪些CM具有宽带能力(当每个CM执行其DOCSIS加电修正序列时，它使用一个调谐器和发送机以在一个DOCSIS信道上串接该CM，但当它执行DOCSIS注册过程时，它向CMTS发送报文，告诉该CMTS该CM具有宽带能力和它具有多少个调谐器--然后CMTS将该信息记录在注册表或其它存储器中)；

(2)向每个具有宽带能力的CM(以下称为宽带CM)发送下行报文，该报文规定宽带CM将调谐到哪些下行DOCSIS信道(根据用户已付费的预定等级，或使用CM订购的特定服务，以及有效使用宽带能力以传送该服务的需要，CMTS可以选择使用或不使用宽带能力)；

(3)以任何方式确定哪些CM具有来自路由器的输入信息包，以及哪些信息包被定址到具有宽带能力的CM，并确定具有通信量的宽带CM被调谐到哪些信道；

(4)实现某种机制，以确保定址到任何特定宽带CM的信息包以正确的顺序被传送(可以使用任何已知机制)，或这些信息包被标以顺序号，以便在定址到特定宽带CM的信息包被接收后，这些信息包能够以正确的顺序排列，即使它们次序颠倒地被接收；以及

(5)将定址到特定宽带CM的信息包分配给连接到该宽带CM被调谐到的下行DOCSIS信道的发送机，用于下行传输。在优选实施例中，根据下面将进一步讨论的多种因素，服务质量算法将作出有关每个信息包将在哪个信道上发送以及何时发送的决策。

典型地，帧分配器将具有将每个CM与一个或多个信道相关联的表。典型地，该表由控制计算机中的软件管理。图2中未显示控制计算机，而这里指的控制计算机是图12中所示的CPU 242。在一些实施例中，FPGA或状态机或其它仅有硬件的电路可以替换CPU 242，而权利要求中提及的任何控制计算机和控制装置也包括这些可选的实施例。上述功能1-3通常由控制计算机中的控制软件或由与帧分配器一起工作的控制电路来执行。功能4和5本质上是帧分配器的核心功能。然而，在一些实施例中，由图2表示，帧分配器包括所有必需的控制逻辑或控制软件和微处理器以控制帧分配器执行上面列出全部5项功能。

在可选实施例中，帧分配器的另一功能是将被发送的帧存储一个缓存周期，并监控来自帧收集器的确认报文。这些确认报文指示IP流的所有帧都已被接收到(使高速缓存清除该IP流)或者指定的帧需要被重传(retransmit，转发)。

帧收集器的功能

帧收集器的功能是：

(1)收集定址到同一CM并在该CM被调谐到的不同DOCSIS信道上接收到的帧或信息包；

(2)以适当的顺序排列所接收到的信息包或帧(如果它们未以正确的顺序被接收)并将它们传递到网络接口卡，用于在LAN上传输。

在可选实施例中，帧收集器还确保所有信息包均存在(至少在使用顺序号的实施例中)并向CMTS发送确认报文。该报文指示所有帧已被收到，或者，如果存在丢失的信息包或帧，则请求至少该丢失的帧的重传。如果生成IP流并利用MPEG压缩将其压缩的服务器将顺序号放置在MPEG传送信息包的private_section中，则即使在未由帧分配器插入顺序号且IP流的所有帧在单个DOCSIS信道上传输的实施例中，也能够做到确保所有帧被接收到。然后，帧收集器能够与每个接收机中的MPEG解码器配合，以检验这些顺序号，以确保所有MPEG传送信息包已被接收。

存在多种实现帧分配器和帧收集器功能的方法。例如，两者可以纯粹在软件中实现，或者它们可在数据通路中的硬件中实现。任一种或两者可以通过硬件与软件的结合来实现。最后，每个的功能性可以由单个功能块来实现，或功能性可以分布在多个块中。例如，CMTS帧分配器可以使其一部分功能性在路由/桥接功能内实现(以硬件或软件)，而其余部分在RF信道中实现。不管CMTS中的帧分配器和CM中的帧收集器的功能性如何实现和在哪实现，必须存在具有宽带能力的每个CM中的帧分配器和帧收集器。

帧排序

DOCSIS规范要求属于单个IP流的帧必须按顺序传送。在通常的情况下，每个信道可以被不同地配置，而因此，每个信道可以具有不同的数据输送速率和等待时间。因此，帧不可以被随机地分配到信道并由接收机按接收顺序传递，因为这将导致同一IP流的帧被顺序颠倒地传递。因此，必须对传送和接收帧的方式给予一些关注。

透明法

如果执行了限制，要求来自单个IP流的所有帧只在宽带CM被调谐到的多个逻辑信道中的一个上发送，就可以保证来自单个IP流的所有帧按顺序到达。如果以正确的顺序传输帧，就可以保证正确顺序的传递。这是用在遵循IEEE 802.3ad规范的现有技术的端口聚合系统中的方法。

这种透明方法具有多个优点，包括：当帧被发送时，所有处理均由CMTS执行，而在CM处不需要额外的处理。由于存在那么多的CM使得CM是成本最大的敏感部件，以较少的软件和硬件简化CM是一个显著的优点。此外，该透明法不需要执行每帧的额外封装，并且不需要由CMTS增加到每帧额外的报头数据，以发送帧。因此，这种方法涉及较少的数据通路开销。

这种透明方法也存在多个缺点。例如，识别所有IP流是困难的而且实现的成本可能会很高。如果通信量有关一个或多个IP流，这种透明方法还将限制到单个CM的最大数据率。此外，在传送多个高速率(3.5MB/s)视频流的情况中，使用透明方法可能会限制可能执行的统计多路复用的效率。

顺序号法

为保证信息包或帧在收到后能够以正确地顺序被装配，而不受透明方法的限制，一种可选的方法是将顺序号添加到每帧的报头。对于经宽带CM被调谐到的信道的多信道组发送的每帧，该顺序号必须在发送端被增加。该顺序号典型地由帧分配器电路或处理38来添加。

在接收端，CM检验从每个信道接收到的帧的顺序号，而这些帧被缓存足够的长度，以按顺序传递它们。该方法用在根据Multilink-PPP RFC 1990的非HFC系统中。

封装

一种添加顺序号的方法是使用另一等级的封装。现有多种帧封装方法，而只要能够加入顺序号，它们中的任何一种方法都将足以实践本发明。图3是为了实现宽带DOCSIS的目的，使用封装以加入顺序号的一种方法的实例。图3A是封装PDU或在IEEE 802.3规范中定义的每个LLC封装的数据部的以太网信息包形式的原始DOCSIS信息包的示意图。该以太网信息包报头具有目的地址56、源地址58、指示信息包类型的类型/长度(T/L)字段60、和被称作PDU且通常是IP信息包的数据部62。图3B是根据本发明的一个实施例示教的、具有由帧分配器加入的顺序号而且适合用于宽带DOCSIS的经修改的DOCSIS信息包的示意图。封装顺序号以使IP流的所有帧都能够在接收机处以正确的顺序回放的任何其它机制也将足以实践本发明。例如，顺序号可以由生成每个IP流的服务器添加到MPEG传送流信息包的private section，而帧收集器能够使用这些顺序号以确保所有帧均已被接收并以正确的顺序排列它们。在由帧分配器加入顺序号的实施例中，目的地址和源地址未变化，但类型/长度字段T/L的新值被计算，并被包含在64处。增加新字段66以包括用于该信息包的顺序号，而新的T/L字段计入顺序号字段的长度。原始的T/L字段被包括在字段60处。原始PDU数据在62处显示。

D0CSIS封装中的扩展报头

如图4所示，DOCSIS协议已经执行每数据帧的封装。图4的帧包括：7字节前同步字段68；1字节同步字节字段70；以及在74处以扩展格式显示的1字节帧控制(FC)字段72。FC字段后面是在MAC-PARM字段74和长度字段76中的3字节的MAC控制数据。可选的5字节扩展报头字段EHDR 78为了电缆线路上保密的加密目的而使用。另一可选扩展报头字段是代表有效载荷报头压缩的扩展PHS字段80。该字段2字节长，而且能够用于扩展DOCSIS抑制重复报头的能力。DOCSIS具有添加其它扩展报头的能力，这样传统DOCSIS的宽带DOCSIS扩展所需的顺序号就能够被添加到目前未在DOCSIS中定义的新扩展报头字段。这是优选的实施例。这种支持宽带DOCSIS所需的带有顺序号的新的扩展报头字段如82所示。

HCS字段83是介质访问控制校验序列字段，其包括检错和纠错字节，以允许校验报头信息的错误并予以纠正。

PDU字段84是可变长度的，且通常包括被封装在以太网信息包中的IP信息包。它在86处以扩展形式显示，具有：6字节目的地址88；6字节源地址90；2字节类型/长度字段92；有效载荷数据部94；和带有检错和纠错数据的4字节CRC字段96。这是以太网信息包格式。以太网信息包的PDU通常是IP信息包，其本身具有通常是具有UDP或TCP报头和有效载荷部的UDP或TCP数据报的PDU。该UDP信息包的有效载荷部通常是包括MPEG传输流的多个MPEG信息包。

图5包括图5A和图5B，示出了为在使用DOCSIS协议的HFC系统中建立端口聚合的点到多点链接，而在CM和CMTS(但主要是CM)中均执行的处理的流程图。步骤98是具有宽带能力的CM启动和搜索传统DOCSIS下行的处理。在宽带DOCSIS中使用的每个下行完全是传统的。新的地方在于：以点对多点物理线路和协议，使CMTS和CM同时使用多个传统下行，以将来自一个或多个IP流的数据发送到同一CM。当DOCSIS系统中的每个CM首次加电并锁定其上用于修正时，每个CM搜索DOCSIS下行。CMTS以后可告知CM改变为不同的下行，但CM最初锁定在它发现的第一DOCSIS下行上。

在步骤100中，使用与CM先前锁定的DOCSIS下行相关的DOCSIS上行，CM执行包括修正和信道均衡的传统DOCSIS修正。可能存在一个以上的可用于CM的DOCSIS上行。类似地，所有宽带DOCSIS下行可以共享相同的上行。2002年11月15日提交的序号为10/295,712的题目为“PROCESS FOR SHARING ANUPSTREAM AMONG MULTIPLE DOWNSTREAMS”的美国专利申请公开了这项技术，该申请由本发明的受让人拥有，其结合于此作为参考。

在步骤102中，在完成修正后，CM将向CMTS发送上行注册请求报文。“修正”在这里是指修正的传统DOCSIS处理，以发现适合的发送定时偏移量以实现上行同步、从修正信号的前同步符号导出对该线缆调制解调器唯一的相位和幅度偏移量校正系数的发展、以及执行上行和下行均衡。除了新的调制解调器功能字段外，注册请求报文是传统的。该调制解调器功能字段包括描述调制解调器的扩展下行和上行能力的数据。因此，如果CM具有三个能够同时调谐入和恢复来自三个不同的下行信道的数据并在与每个下行相关的上行上传输的调谐器，则这些功能将被编码入调制解调器功能字段中的数据中。这对于向下兼容且可包括仅能够一次调谐一个信道的传统CM的DOCSIS系统是必要的，但它在新构造的系统中不必要，其中：所有CM均具有相同的宽带DOCSIS功能，使得单独的CM能力就无需在上行注册请求报文中描述。在存在传统调制解调器的系统中，在注册报文中的这种新字段是必需的，且必须至少包含CM能够同时接收和处理以实现宽带DOCSIS的DOCSIS下行信道的数量的描述(以及在一些实施例中，额外的CM调谐器能够接收的有关信道参数的下行信道的类型)。可选地，该新字段还描述了能够同时使用多少上行信道。在该类型的实例中，步骤102还表示向CMTS发送上行带宽请求的处理以告诉它CM需要多少上行带宽。

步骤104表示CMTS接收注册报文，并以常规方式注册调制解调器，以及已成功修正的CM发送带有指示和通告其能力的具有宽带能力的CM的注册报文的注册报文的过程。然后，CMTS向CM发送DOCSIS协议的新报文。这种新报文也称作扩展信道允许(ECE)报文。ECE报文是发往刚注册的CM的下行报文，指示该CM启用或禁用宽带DOCSIS能力。ECE报文还规定了CM将用于接收下行宽带DOCSIS数据的多个下行信道的频率和其它工作参数。CMTS可在任何时间使用ECE报文，以禁用任何CM执行的宽带DOCSIS操作，以及增加或撤消下行信道(或一些实施例中的上行信道)以扩大或缩小任何特定的CM通过宽带DOCSIS的能力。

在该类型的其它实施例中，CMTS：

接收来自多个线缆调制解调器的上行带宽请求，以便它了解来自每个CM的上行信道通信量，并根据帧分配器从路由器接收的信息，确定至每个CM的下行信道通信量；

使用服务质量算法，调度到特定CM每个IP流的下行帧的发送，以便至少使恒定比特率和可变比特率的保证和比特率符合承诺部IP流；

使用服务质量算法，调度来自特定CM的每个IP流的上行帧的发送，以便至少使恒定比特率和可变比特率的保证和承诺比特率符合承诺部IP流，并且以便尽可能地满足带宽请求；

生成和发送用于每个DOCSIS上行的MAP报文和UCD报文，在MAP报文中具有授权，允许从每个具有宽带能力的CM在不同DOCSIS上行上同时上行传输，以便实现上行宽带DOCSIS操作；

按照调度，在指定的时间，对于定址到每个特定CM的多种IP流，将下行帧释放到多种下行发送机，以便实现到具有宽带能力的CM的宽带DOCSIS下行传输。

检验106表示CM接收ECE报文和确定宽带DOCSIS是否已被启用的过程。如果它已启用，则步骤108被执行，其中CM将其额外的调谐器中的一些或全部调谐到ECE报文中指定的额外下行信道，并锁定到额外的下行信道上。虽然在可选实施例中，通常每个下行信道具有一个调谐器，单个12MHz调谐器能够接收两个相邻的6MHz带宽信道，而数字信号处理器能够分开这些信道，而分开的解调器能够恢复这两个信道上的数据。权利要求中提及的多个DOCSIS调谐器应被理解为也指该可选实施例。然后，CM使用与其相关联的上行信道执行对每个下行信道的修正。与新分配的下行相关联的上行信道可以是CM已在使用的同一上行，或每个新分配的下行可具有其自己的关联上行。大部分网络协议需要上行。对于下行方向的宽带DOCSIS，DOCSIS协议需要上行以建立在下行上的通信。特别地，部分DOCSIS协议是发送CMTS使用的上行修正数据，用于根据修正信号的前同步码，确定用于该特定CM的相位和幅度误差校正系数，并用于确定将向下发回到该CM的上行均衡系数，供该CM使用以得出用于滤波上行至CMTS的传输的均衡滤波器的新的上行均衡滤波系数。在CM被调谐到的任意下行上，均衡滤波系数均可向下发送到该CM。更具体地，在修正后，需要上行发送注册报文以告知CMTS：刚完成修正的CM具有宽带能力；以及它能够同时接收数据的下行信道的数量。

在步骤112中，在对涉及CM正在使用的宽带DOCSIS组的DOCSIS下行的上行信道的修正成功或者失败后，该CM发送确认报文。DOCSIS协议报文定义哪个上行与每个DOCSIS下行相关联。上行发送到CMTS的确认报文指示对新启用的下行的每个上行的修正成功或失败。然后，CM使用已成功完成修正的宽带DOCSIS下行信道，来启动宽带DOCSIS操作。

步骤122是可选步骤，其仅在一个或多个额外上行将用于宽带DOCSIS操作中的实施例中执行。步骤122表示一种检测，以确定请求启用一个或多个额外上行的一个或多个额外ECE报文是否已被接收。如果没有，如步骤120所示，CM在先前规定的下行信道上继续操作，直到断电或重启。如果检测122指示启用一个或多个附加上行的ECE报文已被接收到，则接下来执行步骤124。在步骤124中，CM对每个请求的上行执行修正，并为已成功执行修正的每个上行信道，向CMTS发送成功报文。然后，CMTS使用传统DOCSIS协议的MAP报文，控制来自特定CM的新启用上行上的上行通信量。

最后，执行步骤126以进行在新获得的上行上的操作，并在先前取得的下行上继续执行宽带DOCSIS操作，直到断电或重启。CM必须继续收听无论增加或撤消信道的新ECE报文，并适当地对其作出响应。该功能由连接步骤126与步骤114的检验的线127来表示。

回到检验106，如果检验106确定宽带DOCSIS未被启用，执行步骤110以在先前取得的单个下行信道(或在注册后和对新的下行信道的修正后，在下行报文中由CMTS指定的新的下行信道)上执行传统的单个信道DOCSIS操作。

检验114确定是否已从CMTS接收到任何新的ECE报文。如果没有，继续执行代表继续的单个信道DOCSIS操作的步骤110。如果已接收到新的ECE报文，执行检验116以确定ECE报文是否增加或撤消下行信道。如果新的下行信道被添加到CM的宽带DOCSIS集，则再次执行步骤108，其中CM将未用的调谐器调谐到ECE报文中指定的新的下行信道上，并锁定到它们上。然后，CM使用新指定的下行信道的相关上行执行修正，然后如前所述进行步骤108后面的处理。

如果检验116指示新的ECE报文请求撤消一个或多个下行信道，则执行步骤118以撤消指定的信道，然后执行步骤120，以在其余的信道上继续DOCSIS操作，直到断电或重启。

图6包括图6A和图6B，是从单个IP流的信息包分配、接收和排序立场，表示在CMTS和CM(但主要是CMTS)中实现的处理以执行宽带DOCSIS操作的更详细的流程图。可能存在多个IP流，对于每个IP流，重复执行图6A和6B的处理，以在CMTS处路由和分配信息包以及在每个CM处收集和将信息包以正确顺序排列。

步骤128和130简单地确定了哪些CM具有宽带能力和能够启用多个下行，它们是建立宽带下行DOCSIS的图5A和5B中描述的相同处理。步骤128表示CMTS帧分配器或控制CPU或两者检查注册报文数据以确定哪些CM具有宽带DOCSIS能力以及确定每个CM具有多少调谐器的处理。该优选实施例使诸如图12中的CPU242的控制CPU与上行DOCSIS接收机配合，以从CM接收上行注册报文。控制CPU还接收上行带宽请求，并确定哪些CM具有上行通信量，并从路由器/桥接器30接收有关哪些CM具有定址到它们的下行通信量的信息。然后，控制CPU检查注册数据以确定哪些CM具有宽带DOCSIS能力以及每个CM能够同时调谐多少下行信道。然后，控制CPU用将CM映射到下行DOCSIS信道的数据填充(populate)通常在帧分配器中的表格。这在其中可能存在仅具有一个调谐器的传统CM的系统中和其中不同CM可能具有不同数量的调谐器的系统中很重要。

在步骤130中，CMTS(控制CPU使用将下行信道映射到CM的表，与下行发送机配合)向具有宽带能力且预订了宽带DOCSIS服务的每个CM发送下行ECE-REQ报文。至每个CM的ECE报文通知它哪些下行信道用于宽带DOCSIS操作，并规定每个下行信道的操作参数。在一些实施例中，CMTS可以发送ECE报文以自动启用宽带CM能够调谐的所有下行信道，即使没有到该CM的通信量。在其它实施例中，在步骤134执行其调度功能后ECE报文才被发送，并且明显需要到通信业务拥挤的特定CM的额外下行信道。在其它实施例中，根据诸如通信负载、CM是否预订了宽带DOCSIS、操作人优选等多个准则，ECE报文可被发送到特定的CM。

在步骤132中，CMTS帧分配器从路由器接收输入信息包，并使用每个信息包中的地址信息以确定该信息包必须被发往哪个CM。典型地，来自WAN的每个输入信息包包括确定外围设备的IP地址的地址信息或经到CM的局域网或总线连接连接到的外围设备中运行的处理。路由器具有存储在其路由表中的每个CM后的IP地址与CM的MAC地址之间的映射。然后，路由器确定每个信息包中的IP地址，并使用该IP地址在其路由表中查找该信息包被定址到的CM后的外围设备(也称作用户办事设备或CPE)的MAC地址。路由器具有将每个IP地址映射到CM后的每个CPE和该CM本身的MAC地址的ARP表。在一些实施例中，ARP表用于存储帧分配器能够使用以查找信道号的号码，使得帧分配器能够根据ARP表中的数据确定在哪个信道上发送每个信息包。每个CM是桥接器，所以路由器将CPE的MAC地址放置在该信息包中，而CM将其桥接到连接到CPE的LAN或总线上。在其它实施例中，其它路由处理和帧分配方案能够被用于确定每个信息包将被发送到哪个CM。

对于CM锁定的初始DOCSIS下行，CM自动确定诸如频率、调制类型、数字复用器深度、符号率等下行参数，而对于额外的DOCSIS下行，这些参数应该由CMTS在ECE报文中指定。

如步骤134表示，帧分配器的下一工作是将每个IP流的所有信息包传递给它们应按顺序被发送到的CM，或至少管理传输，使得信息包能够在接收机处以正确的顺序排列。通常，步骤134表示帧分配器分配信息包以最优化传输和满足服务质量要求的过程。帧分配器必须一直管理每个宽带CM使用的多个下行DOCSIS信道上的传输，以保持IP流内的信息包排序。这能够使用两种方法中的任一种来实现。在第一类实施例中，通过限制帧分配器的操作来保持每个IP流中的帧的正确顺序，以仅在一个DOCSIS下行上按正确的顺序发送来自每个特定IP流的所有IP信息包。来自其它IP流的信息包能够以类似的方式在其它下行上发送到它们被定址到的CM，而到同一CM的其它IP流能够在所述相同CM使用的宽带干线(trunk)的另一下行上按顺序发送。在第二类实施例中，帧分配器将顺序号添加到每个MAC帧，然后同时使用多个下行信道，将定址到每个宽带DOCSIS CM的MAC帧发送到该CM。

在任一类实施例中，帧分配器使用任意服务质量算法以调度到每个CM的下行通信量传输，然后根据正在执行的第一类或第二类实施例中的无论哪个，如上所述地使用每个宽带DOCSIS CM被调谐到的多个下行信道。

步骤136表示CM接收和恢复来自CM被调谐到的每个宽带DOCSIS信道的MAC帧的处理。传输到被调谐到特定下行信道的所有CM的所有MAC帧被调谐到该下行信道的每个CM接收。从CM被调谐到的所有宽带DOCSIS信道收集的所有这些MAC帧被发送到CM中的帧收集器。

在步骤138中，帧收集器对接收的所有MAC帧进行分类，并丢弃任何没有定址到该CM的MAC帧。在一些实施例中，帧收集器然后确定定址到该CM的所有MAC帧已被接收到。这可以使用编码在封装MPEG帧中的MPEG中的顺序号或由帧分配器添加到DOCSIS帧标题的顺序号来实现。在优选实施例中，由于DOCSIS是一种“尽力而为”的传送机制，步骤138被完全地跳过。步骤138在努力改进DOCSIS“尽力而为”的传送机制的实施例中执行。

最后，在步骤140中，帧收集器以正确的顺序排列定址到该CM的MAC帧，并将它们传递给网络接口。

服务质量

由于额外的DOCSIS下行信道可能运送经MPEG压缩、封装的视频或其它无法容忍高等待时间以免发生缓冲器不足的高带宽服务，服务质量非常重要。服务质量(QoS)是用于检验每个CM订购且具有有效预订的服务要求，查看CM的能力，然后调度传输以在最充分利用CM的能力的同时满足服务需要的一套方法。

诸如其中使用多个B信道的ISDN服务的点对点干线能够运送由诸如峰值速率、平均速率等QoS参数识别的多路流。点对点干线中的QoS问题已在现有技术中得到解决，但在聚合的点对多点的DOCSIS的下行中提供QoS以提供宽带DOCSIS的问题未被事先解决。

为了描述点对多点环境的QoS算法种类，定义了下述术语。

“流”：符合给定规则或具有区别于另一流的其它数据帧的特定报头信息的数据帧的流，例如在端口4000使用UDP协议的至IP地址4.4.4.4的所有数据帧。

“QoS”：根据诸如峰值速率、平均速率、信号大小、最大允许延迟和最大允许抖动的通信量参数形成流，并遵循诸如哪些调制解调器具有宽带能力和每个具有多少个调谐器的拓扑约束的能力。

“链路”：信息包经其被发送的单向固定带宽的管路，诸如DOCSIS下行(带宽由被CMTS分配给DOCSIS下行的固定符号率固定)。链路可以运送多个流。例如，使用统计多路复用或通过使用任何其它形式的多路复用，多个流可以被多路复用到链路中。

“干线”：沿相同方向行进并形成单个虚拟链路的一组链路。集束链路的目的是使流具有超过单链路的带宽能力，以及提高流的统计多路复用。干线中的每条链路被称作聚合链路。

“点对多点聚合”：单个发送机或CMTS与其中至少一些能够调谐到聚合中的多条链路的多个接收机的聚合。

图7是说明HFC系统中的点对多点的物理和逻辑信道结构的示意图，用于说明这里示教的QoS算法。CMTS 142具有四个传输四个单独DOCSIS下行的下行发送机，其中下行146和148是典型的。在该实施例中，这四个DOCSIS下行将被称作信道1、2、3和4。示出了四个单独的线缆调制解调器150、152、154和156。线缆调制解调器152是仅能够调谐一个逻辑信道而不具有宽带DOCSIS能力的传统CM。其它三个CM具有宽带DOCSIS能力。例如，CM150具有被调谐到信道1和2的两个调谐器(在执行上述协议并且CMTS命令CM 150调谐到信道1和2后)。CM 154已被指示调谐到逻辑信道3和4，而CM 156已被指示调谐到信道1、2、3和4。所有四个逻辑信道1至4均是在下行介质HFC 144上以不同中心频率发送的DOCSIS下行，并形成干线。每个信道1-4具有与其相关的已知带宽，这种带宽是由来自给出每个信道的信道参数的CMTS的下行UCD报文为下行信道建立的符号率建立的。

CMTS 142能够同时在四个信道的任何信道上或所有四个信道上下行传输，但是多数CM的能力受到它们具有的调谐器数量的限制，并且仅能够在信道1-4的子集上同时接收数据。

每个具有宽带DOCSIS能力的CM具有由下行ECE报文建立的、能够被用于将数据传送到CM的多个流。每个流可具有需要满足的任意QoS要求。图8是列出了图7的实例的所有流的列表，其示出了每个流的源和目标、流ID以及在其服务质量要求方面的流的特征。图8中的每一行对应于一个流ID，而流ID在列158中给出。流的源和目标在列160中给出，而QoS要求在列162中给出。例如，流ID f-TA-1具有峰值速率为pA1的尽力而为的QoS要求。

由于CMTS经不同流将信息发送到CM 150至156，它需要一种调度信道1-4上的传输的算法，其中传输要满足由接收机拓扑引起的各种限制(例如哪些信道能够被用于向哪些CM发送数据)，以及满足期望的流特征。直到这一问题得到解决，才能够有效地使用端口聚合的聚合能力。

这一问题的解决方案是调度器处理，其调度流以满足所有拓扑限制和期望的流特征。解决这一问题的下述调度算法的任何变形均在本发明的示教范围内。用于诸如DOCSIS HFC系统的点对多点环境的下述QoS算法的任何硬件或软件实现均在本发明的示教范围内。

图9是在HFC中实现的DOCSIS系统的点对多点环境中，实现提供QoS功能性的调度器所需要执行的功能的方框图。调度器164实现了QoS算法并控制将从排队存储器166发送的帧的释放。对于由调度器管理的每个单独的流，将存在一个类似于存储器166的排队存储器。调度器接收线路168上的时钟信号作为一个输入。该调度器还至少接收线路170上其信息包被存储在存储器166中流的流参数。由于将被发送的每个新输入帧经线路172存储在存储器166中，在线路174上，新帧已被存储在存储器中的指示和有关帧的大小的信息被发送到调度器164。这样做，使得调度器能够基于存储器保持的有关在存储器166中已被存储的帧的数量及其大小、以及在给定的时间间隔期间已被释放用于传输的帧的数量的了解，留意存储器的存储状态。调度器维护这种信息以避免存储器166溢出。当调度器判定流的帧必须被释放时，它会在线路176上生成帧通过信号。这导致存储器166在线路178上输出用于传输的帧。在其中来自单个IP流的所有帧被限制以在相同链路或信道上发送的第一实施例中，存储器166是FIFO。如果正在执行顺序编码信息分包实施例，则通过增加顺序号，存储在存储器166中的帧将已被修改，在该实施例中，存储器166不需要是FIFO。

图10是用于对于单个IP流的调度流的优选QoS算法的流程图。对于每个IP流，这一处理重复执行。虽然该处理是关于其中CMTS正在执行调度的下行宽带DOCSIS被描述，它也能够被用于上行宽带DOCSIS，但是CMTS也要执行如将在下面描述的用于上行的宽带DOCSIS调度。步骤180表示集中用于加入干线的每个CM的数据的过程。该步骤确定了加入干线的CM能够同时调谐的链路或下行信道的数量。这种信息是从由CM提供的指示CM具有多少个调谐器的注册数据中收集的。在步骤182中，QoS算法控制CMTS以确定已为每个CM启用且该CM在该特定时间能够实际使用宽带DOCSIS的特定链路或下行信道。这是从CMTS已发送到每个CM用于启用多个下行信道(ECE报文)和调度其上的流(MAP报文)的下行MAP报文和ECE-REQ报文中收集的。步骤184表示准备调度以释放帧的过程。这一步骤检查以核实CM被调谐到的能够用于传输的链路。如果所述CM具有带有保证部的恒定比特率或带有承诺部的可变比特率的数据分配，则执行这一步骤，但在其它实施例中，不考虑对该流的QoS要求，对于具有任何数据分配的任何CM，都将执行这一步骤。该思想是确定链路可用，以便可以进行保证部的调度。

步骤186表示：调度帧的释放以维护将分配的保证部发送到具有恒定比特率的流指向的CM，或调度帧的释放以维护将可变比特率流的保证部发送到该流指向的CM。该调度设置帧的释放时间，以便满足保证部或承诺部的流要求。

步骤188表示根据在步骤186中建立的调度，在适合的时间生成到存储器166的帧释放信号的过程。这实现了流带宽的保证部或承诺部。调度器当无流释放被调度时或没有通信量时使用任意次，用于为作为诸如尽力而为或可变比特率流的非保证部的部分其它流的帧生成帧释放信号。帧释放信号被生成以便在这些次数期间使符合的流达到峰值。

具有QoS的下行宽带DOCSIS处理的所有种类共享的必要元素如下。

(1)确定哪些CM具有宽带能力和每个CM具有多少个能够用于宽带DOCSIS的调谐器的过程。

(2)向每个CM发送报文告诉其调谐多少个下行信道以及其参数是什么的过程。

(3)确定用于到CM的每个IP流的QoS参数以及对于所有IP流存在恒定比特率IP流的什么保证部和对于所有IP流存在可变比特率IP流的什么承诺部的过程。

(4)存储来自每个输入IP流的帧，和调度恒定比特率IP流的每个保证部的帧的释放，以及调度可变比特率IP流的承诺部的帧的释放的过程。

(5)根据调度生成信号以释放帧用于实现IP流的保证部和承诺部，并在无通信量或无调度的释放时查找调度中的间隙，并使用这些时间分别释放诸如尽力而为流的其它IP流和恒定比特率IP流或可变比特率IP流的非保证部或非承诺部的帧的过程。

图11包括图11A和11B，是实现上行宽带DOCSIS的处理的流程图。步骤192表示CMTS播送指示所有可用上行及诸如中心频率、符号率、调制类型等的信道参数的DOCSIS上行信道描述符(UCD)报文执行的处理。步骤194表示CM加电、搜索和锁定任何DOCSIS下行、使用与它锁定的下行相关联的上行进行修正、并使用相同的上行进行注册、和将指示该CM具有多少个能够用于上行宽带DOCSIS的调谐器的数据发送到CMTS的过程。CMTS还可向CM发送信道改变报文，指示它希望该CM转移到另一下行及其关联的上行，而这也将在步骤194中表示。

在步骤196中，CM接收来自用户应用程序的请求，并在带宽请求争用间隔期间，在用于CM以传统DOCSIS方式调谐到的上行信道的上行MAP中，将上行信道带宽请求报文发送到CMTS。

在步骤198中，CMTS从每个CM收集这些上行带宽请求，并使用注册报文数据来确定哪些CM具有用于上行的宽带DOCSIS能力。然后，CMTS使用注册数据来确定每个具有宽带能力的CM具有的可用于宽带DOCSIS上行操作的调谐器的数量。

步骤200表示使用任何服务质量算法的处理，包括图10的流程图中所示的方法，以调度来自具有上行宽带DOCSIS能力的每个CM的每个IP流的上行授权。该调度被放入MAP报文，每个上行的一个MAP报文。每个MAP报文以一系列授权识别，其服务标识符被包括在MAP报文中的每个CM何时可在MAP从属于的上行上传输。发送参数将在该上行信道的UCD报文中列出。

在步骤202中，CMTS使用在步骤200中生成的MAP报文中的调度信息，来生成ECE-REQ报文并将该ECE-REQ报文发送到已在MAP报文中被调度用于上行宽带DOCSIS操作的每个CM。到每个这种CM的ECE报文告诉CM启动多少上行和启用哪些。CM通过将其调谐器调谐到指定的上行进行响应，并使用用于该上行的UCD报文的参数设置其发送机以在该上行上传输。然后，CMTS向被调谐到相关上行被映射到的下行的所有CM，播送在步骤200中生成的用于每个上行的MAP报文。

在步骤204中，CM接收ECE和MAP报文，而每个报文确定上行宽带DOCSIS是否已为其启用。这可以通过从MAP报文或ECE报文提取推论或在一些实施例中通过快速通告报文来实现。例如，CM接收告诉其启用多个上行的ECE报文的情况和ECE报文专用于宽带DOCSIS的情况支持CM应使用用于宽带DOCSIS操作的被启用的上行信道的结论。当CM检查用于已被告知启动的所有上行信道的MAP报文，并发现在多个上行信道上同时对其的多个授权时，这就能够被确认。

在步骤206中，根据有关启用的上行信道的UCD报文中的参数，CM设置其调谐器并发送用于每个启用的上行信道的参数。然后，在有关每个上行信道的MAP报文中指定的时间，CM在启用的上行信道上同时发送其数据。使用帧分配器以将帧分配到多个上行发送机，且帧分配器根据MAP的定时在适当的时间释放帧，CM实现了这一操作。在QoS算法未调度通信量的情况，或不存在通信量的情况下，MAP授权被用于调度CM，以释放不具有保证的不变比特率或直到尽力而为的峰值速率的可变比特率流的承诺比特率部分的其它QoS类型的IP流和具有保证或承诺比特率之外的其它IP流的帧。

通过限制来自单个IP流的所有帧在一个上行信道上发送，或通过如前所述添加用于下行宽带DOCSIS操作的顺序号，CM中的帧分配器能够保证来自IP流的所有帧按正确的顺序接收。

在步骤208中，在所有分配给CM的上行信道上，CMTS接收来自CM的所有帧，并将它们传递到CM的帧收集器。在步骤210中，帧收集器确保所有帧均位于假定位置，并且通过使用每个IP流被限制到一个信道的第一实施例中的每个IP流的FIFO，或通过使用顺序号，对它们进行排列。然后在步骤212中，帧收集器以适合的顺序输出所有IP流的帧，用于CMTS进一步处理。

图12是系统的框图，包括：在上行和下行方向都能够进行宽带DOCSIS传输的多个宽带DOCSIS CM，以及一个或多个传统的单个DOCSIS信道CM，它们均由共享的HFC系统连接到单个CMTS。块214是具有上行和下行宽带能力的宽带DOCSIS CM，这是由于它具有多个DOCSIS发送机和多个DOCSIS接收机(它们可合并成多个DOCSIS收发机)。在216和218处示出了两个传统的DOCSIS接收机，在220处示出了帧收集器。DOCSIS接收机接收下行宽带DOCSIS帧或信息包，并将它们传送到帧收集器。该接收机还接收下行UCD和MAP和ECE报文，并将它们传送到控制计算机217。帧收集器确保所有应该出现的信息包均出现，并以适当的顺序排列它们，以传送给NI或总线接口222。接口222将它们传送到经LAN或总线连接到CM的任何外部设备上。

上行信息包被NI/总线接口222接收并被传送到帧分配器224。帧分配器经控制路径230从控制计算机217接收有关上行DOCSIS发送机216和218中的哪个以及何时发送每个信息包的信息。从来自CMTS的下行ECE和MAP报文中的信息，控制计算机确定每个信息包将被传送到哪个上行发送机以及何时传送。控制计算机还经控制路径232配置每个上行DOCSIS发送机，以使用在有关所述的DOCSIS上行的UCD报文中的为DOCSIS上行指定的参数，在下行ECE报文中指定的DOCSIS上行的一个上传输。根据那些DOCSIS下行的任何参数，经控制路径232，DOCSIS接收机被配置以在ECE报文中指定的DOCSIS下行上接收。控制计算机217协调所有这些电路的操作以实现如下功能：

加电、寻找DOCSIS下行并锁定到其上，以及使用DOCSIS上行来执行包括修正和均衡的传统DOCSIS修正，并发送指示修正成功与否的确认报文，并向所述CMTS发送注册报文，该注册报文告知CM的宽带上行DOCSIS能力；

接收多个上行信道描述符(UCD)报文，其中每个描述了DOCSIS上行的频率、符号率、调制类型和其它参数；

接收来自用户应用程序的上行发送数据的请求，并通过发送上行带宽请求来对其进行响应；

接收指示哪些上行DOCSIS信道用于宽带DOCSIS上行操作的扩展信道允许报文，并接收多个MAP报文，每个报文关于单个DOCSIS上行信道并限定所述CM何时可在所述信道上传输；

根据有关适合的上行信道的UCD报文中的参数，建立所述CM的发送机以在所述ECE报文中指定的上行DOCSIS信道上传输，并根据有关所述信道的所述MAP报文中的授权，安排上行数据在指定信道上传输的时间。

具有宽带能力的CMTS 236的构造和操作与图2中所讨论的用于下行的构造和操作相同。CMTS的宽带DOCSIS上行部包括多个DOCSIS接收机238和240，接收机由控制计算机242根据在发送到CM的下行UCD报文中的数据进行配置。CMTS控制计算机从MAP报文了解到在任何特定的微时隙处它正在接收哪个CM的数据以及它已被分配到哪个上行DOCSIS信道。它还知道该上行信道的参数，以便根据适合的参数，经控制通路246建立每个接收机用于接收。接收机将它们接收的所有帧传送到帧收集器244，该收集器类似于CM中的帧收集器，用于确保在对任意特定的CM授权期间应该已被传送的所有帧均已到达。然后，帧收集器以适合的顺序排列每个IP流的帧，并经通路248将它们传递给路由器30。

虽然已根据在此公开的优选和可选实施例描述了本发明，在不背离本发明精神和范围的情况下，本领域的技术人员可能对在此公开示教的可能的可选实施例进行修改。所有这样的可选实施例和其它修改应包含在所附权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种用于在点对多点环境中执行下行宽带DOCSIS的方法，所述点对多点环境包括通过共享的传输介质连接到多个线缆调制解调器的线缆调制解调器终端系统，所述方法包括：确定哪些线缆调制解调器具有宽带能力以及每个线缆调

制解调器能够同时使用多少个下行信道；

向每个具有宽带能力的线缆调制解调器发送扩展信道允许报文，告知所述线缆调制解调器其应调谐到哪些下行信道，用于接收宽带下行DOCSIS传输；

在帧分配器中，处理将被下行发送到线缆调制解调器的输入帧，以调度帧到多个线缆调制解调器终端系统发送机的分配，使得满足服务质量要求，其中所述发送机在所述线缆调制解调器被调谐到的所述下行信道上发送，添加顺序号以保证所述帧能够在接收机处以正确的顺序排列，并将所述帧分配到所述发送机；

在线缆调制解调器已被指示调谐到的所述下行信道上，将定址到所述线缆调制解调器的释放帧发送到所述线缆调制解调器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将顺序号添加到IP流的每帧，所述帧分配器保证被发送的帧能够在接收后按正确的顺序排列，使得相同IP流的不同帧能够在不同的时间或以不同的等待时间在不同的下行信道上传送，并且所述帧仍能够在接收机处以正确的顺序排列。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将要被发送到线缆调制解调器的每个IP流的帧的传输限制在一个下行信道上传输，所述帧分配器保证被发送的帧能够在接收后按正确的顺序排列。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述线缆调制解调器终端系统还：

接收来自各种线缆调制解调器的上行带宽申请，使得所述线缆调制解调器终端系统了解来自每个线缆调制解调器的上行通信量是多少，并从所述帧分配器从路由器接收的信息，确定至每个线缆调制解调器的下行通信量是多少；

使用服务质量算法，调度每个IP流的下行帧到线缆调制解调器的传输，以便至少满足恒定比特率和具有承诺部IP流的可变比特率的保证比特率和承诺比特率；

使用服务质量算法，调度来自线缆调制解调器的每个IP流的上行帧的传输，以便至少满足恒定比特率和具有承诺部IP流的可变比特率的保证比特率和承诺比特率，并以便尽可能地满足带宽请求；

生成和发送用于每个DOCSIS上行的MAP报文和上行信道描述符报文，所述MAP报文中的授权允许在不同DOCSIS上行上从每个具有宽带能力的线缆调制解调器同时上行传输，以便实现上行宽带DOCSIS操作；

根据所述调度，在指定的时间，对于定址到线缆调制解调器的各种IP流，释放下行帧到各种下行发送机，以便实现到具有宽带能力的线缆调制解调器的宽带DOCSIS下行传输；

从各种线缆调制解调器接收上行宽带DOCSIS帧，检验所有所述帧是否均存在于来自每个线缆调制解调器的每个IP流中，并以正确的顺序排列所述帧，以及传递所述帧用于进一步的处理。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括在每个线缆调制解调器中的步骤：

加电或重启，并搜索和锁定到DOCSIS下行上；

使用与所述线缆调制解调器锁定的所述DOCSIS下行相关联的所述DOCSIS上行来进行修正，并作为系统上的线缆调制解调器向所述线缆调制解调器终端系统注册；

向所述线缆调制解调器终端系统发送信息，指示所述线缆调制解调器具有多少个能够在下行宽带DOCSIS中使用的调谐器；

从所述线缆调制解调器终端系统接收指示多少和哪些下行信道将用于到所述线缆调制解调器的宽带DOCSIS传送的扩展信道允许报文，并通过将所述线缆调制解调器的调谐器调谐到所述扩展信道允许报文中指定的每个下行信道来对其进行响应；

接收同时在由所述扩展信道允许报文指定的两个或多个下行信道上传送的宽带下行DOCSIS帧，并校验是否所有帧均已被接收到；

以适合的顺序排列所述接收到的帧，并将所述帧传递到与所述线缆调制解调器连接的外围设备用于进一步处理。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：

检验以确定是否已从所述线缆调制解调器终端系统得到任何新的扩展信道允许报文；

如果已得到新的扩展信道允许报文，则确定所述扩展信道允许报文是否增加或撤消任何下行信道；

如果所述扩展信道允许报文增加下行DOCSIS信道，则调谐一个或多个调谐器到新指定的信道，并使用与其相关的DOCSIS上行来执行对每个新指定的DOCSIS下行的修正；

发送确认报文，指示在对每个新启动的DOCSIS下行的修正成功或失败；

在任何新获得的下行上，开始宽带DOCSIS操作；

如果已得到撤消DOCSIS下行信道的新的扩展信道允许报文，则撤消所指定的信道，并继续在任何剩余的DOCSIS下行上的DOCSIS下行操作。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在帧分配器中处理将被下行发送到线缆调制解调器的输入帧以调度帧的分配的步骤，使用如下步骤：

使用注册数据和来自已发送的扩展信道允许报文的数据，来确定每个宽带DOCSIS线缆调制解调器被调谐到的所述下行，并根据从路由器接收的信息包中的报头数据，确定指向每个宽带线缆调制解调器的IP流；

校验线缆调制解调器被调谐到并具有将发送给它的IP流的哪些下行信道可用于传输，并确定每个IP流的服务质量要求；

在具有作为恒定比特率或具有保证部的可变比特率的服务质量要求的IP流的、线缆调制解调器被调谐到的可用下行DOCSIS信道上，调度固定比特率流的保证部和可变比特率流的承诺部；

生成帧释放信号，并在调度的时间，在适当的下行DOCSIS信道上，释放和发送帧，以实现恒定比特率QoS IP流的所述保证比特率，并实现可变比特率QoS IP流的承诺比特率部分；以及

对于具有保证比特率Qos IP流或具有承诺部的可变比特率QoS IP流以外、指向其的IP流的任何宽带下行线缆调制解调器，当没有至所述线缆调制解调器或其它线缆调制解调器的帧释放被调度时，或当没有至具有保证比特率Qos IP流或具有承诺部的可变比特率QoS IP流以外、指向其的IP流的所述线缆调制解调器的释放帧的通信量时，在所述线缆调制解调器调谐到的DOSIS下行上使用任意次。

8.一种在宽带DOCSIS下行处理期间在线缆调制解调器中执行的处理方法，包括步骤：

加电，并锁定到DOCSIS下行上，并执行包括修正和均衡的DOCSIS修正，并接收来自线缆调制解调器终端系统的报文中的时间、频率、相位和功率偏移量；

如果所述修正成功，则发送确认报文，并向所述线缆调制解调器终端系统注册作为系统中的线缆调制解调器，注册的所述报文包括有关所述线缆调制解调器的宽带DOCSIS能力的数据；

从所述线缆调制解调器终端系统接收指示所述线缆调制解调器应该准备接收在哪些DOCSIS下行上的宽带DOCSIS数据的扩展信道允许报文，并通过设置多个DOCSIS接收机以接收在所述扩展信道允许报文中指定的DOCSIS下行报文上的数据来对其作出反应；

接收在代表一个或多个IP流的多个DOCSIS信道上同时发送的多个帧或信息包；

校验应该被接收的所有信息包或帧已被接收；以及

将所述帧或信息包以正确的顺序排列并传递所述帧或信息包用于进一步的处理。

9.一种用于执行来自线缆调制解调器的宽带DOCSIS上行传输的处理方法，其中，所述线缆调制解调器作为多个线缆调制解调器的一部分，经共享的传输介质被连接到线缆调制解调器终端系统，所述处理包括以下步骤：

从所述线缆调制解调器终端系统播送多个上行信道描述符报文，其中每个定义了在所述上行信道描述符报文中识别的DOCSIS上行的频率、符号率、调制类型和其它参数；

在线缆调制解调器已锁定到下行上并发送修正信号后，所述线缆调制解调器终端系统进行测量，并执行均衡收敛，并向所述线缆调制解调器下行发送给出时间、频率和功率偏移量和上行均衡系数的一个或多个报文；

在所述线缆调制解调器已成功修正以及发送其确认并发送了告知其能力的注册报文后，所述线缆调制解调器终端系统接收这些注册报文，并且至少在其中存储一些指示所述线缆调制解调器的宽带能力的数据，并确定所述线缆调制解调器是否具有宽带能力；

所述线缆调制解调器终端系统接收来自所述线缆调制解调器的上行带宽请求，并使用注册数据来确定哪些线缆调制解调器具有上行宽带DOCSIS能力，并确定已请求上行带宽的每个线缆调制解调器能够同时在多少个上行信道上传送；

所述线缆调制解调器终端系统分析所请求的上行通信量和注册和预订的数据，并确定哪些上行信道分配给哪些用于上行宽带DOCSIS操作的线缆调制解调器；

所述线缆调制解调器终端系统使用服务质量算法来为来自每个线缆调制解调器的每个IP流调度上行授权，并为线缆调制解调器被调度使用的每个DOCSIS上行生成单独的MAP报文用于上行宽带DOCSIS，每个MAP报文调度在MAP报文中具有授权的所述线缆调制解调器或多个线缆调制解调器

可在与所述MAP报文相关的所述DOCSIS上行上传送的时间；

所述线缆调制解调器终端系统使用所述MAP报文中的所述授权来确定哪些具有宽带DOCSIS能力的线缆调制解调器需要使用多个上行DOCSIS信道，并向每个正被授权以发送上行宽带DOCSIS传输的线缆调制解调器发送扩展信道允许报文，每个扩展信道允许报文指示所述线缆调制解调器可以使用哪些上行DOCSIS信道，并发送所述MAP报文；

根据所述MAP、扩展信道允许和上行信道描述符报文，已被启动用于上行宽带DOCSIS的所述线缆调制解调器已发送数据后，所述线缆调制解调器终端系统接收所有帧并将它们传送到帧收集器，所述帧收集器确保所有帧均在那里并将它们按正确的顺序排列用于传递。

10.根据权利要求9所述的处理，还包括在所述线缆调制解调器中执行以下步骤：

加电，寻找DOCSIS下行并锁定到其上，以及使用DOCSIS上行来执行包括修正和均衡的传统DOCSIS修正，并发送指示修正成功与否的确认报文，以及向所述线缆调制解调器终端系统发送告知所述线缆调制解调器的宽带上行DOCSIS能力的注册报文；

接收多个上行信道描述符报文，其中每个描述了DOCSIS上行的频率、符号率、调制类型和其它参数；

从用户应用程序接收发送上行数据的请求，并通过发送上行带宽请求来对其进行响应；

接收指示哪些上行DOCSIS信道用于宽带DOCSIS上行操作的扩展信道允许报文，以及接收多个MAP报文，每个报文关于单个DOCSIS上行信道并确定了所述线缆调制解调器可在所述信道上传送的时间；

设置所述线缆调制解调器的发送机以在所述扩展信道允许报文中指定的所述上行DOCSIS信道上发送，并根据关于所述信道的所述MAP报文中的授权，安排在所述指定的信道上上行数据传输的时间。

11.一种线缆调制解调器装置，包括：

多个DOCSIS发送机，每个均具有输入端；

帧分配器，具有连接到所述发送机的所述输入端的多个输出端，并具有输入端；

多个DOCSIS接收机，具有用于连接到混合光纤同轴电缆系统的输入端，以及多个输出端；

帧收集器，具有连接到所述多个DOCSIS接收机的所述多个输出端并被设计为执行下列步骤的多个输入端，并具有输出端；

网络接口或总线接口，具有连接到所述帧收集器的所述输出端的输入端，并具有连接到所述帧分配器的输出端；以及

控制计算机，所述控制计算机连接到所述多个DOCSIS发送机和所述多个DOCSIS接收机和所述帧分配器和所述帧收集器，且被编程为协调所述线缆调制解调器的所述电路，以实现下述功能：

加电、寻找DOCSIS下行并锁定到其上，以及使用DOCSIS上行来执行包括修正和均衡的传统DOCSIS修正，并发送指示修正成功与否的确认报文，以及向所述线缆调制解调器终端系统发送告知所述线缆调制解调器的宽带上行DOCSIS能力的注册报文；

接收多个上行信道描述符报文，其中每个描述了DOCSIS上行的频率、符号率、调制类型和其它参数；

从用户应用程序接收发送上行数据的请求，并通过发送上行带宽请求来对其进行响应；

接收指示哪些上行DOCSIS信道用于宽带DOCSIS上行操作的扩展信道允许报文，以及接收多个MAP报文，每个报文关于单个DOCSIS上行信道并确定了所述线缆调制解调器可在所述信道上传送的时间；

根据关于所述适合的上行信道的上行信道描述符报文中的参数，设置所述线缆调制解调器的发送机以在所述扩展信道允许报文中指定的所述上行DOCSIS信道上发送，并根据关于所述信道的所述MAP报文中的授权，安排在所述指定的信道上上行数据传输的时间。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述控制计算机还被编程以协调所述线缆调制解调器的所述电路以实现下述功能：

从所述线缆调制解调器终端系统接收指示所述线缆调制解调器应该准备接收在哪些DOCSIS下行上的宽带DOCSIS数据的扩展信道允许报文，并通过设置多个DOCSIS接收机以接收在所述扩展信道允许报文中指定的所述DOCSIS下行报文上的数据来对其作出反应；

接收在代表一个或多个IP流的多个DOCSIS下行信道上同时传送的多个帧或信息包；

校验应该被接收的所有信息包或帧已被接收；以及

将所述帧或信息包以正确的顺序排列并传递所述帧或信息包用于进一步的处理。

13.一种具有宽带DOCSIS操作能力的线缆调制解调器终端系统，包括：

多个DOCSIS发送机，每个均具有用于连接到混合光纤电缆同轴电缆系统的输出端，并且每个均具有输入端；帧分配器，具有输入端，并具有多个输出端，每个所述输出端连接到所述DOCSIS发送机中的一个的输入端，并具有输入端；

多个DOCSIS接收机，每个均具有用于连接到所述混合光纤电缆同轴系统的输入端，并且每个均具有输出端；帧收集器，具有多个输入端，其中每个输入端连接到所述DOCSIS接收机中的一个的输出端，以及具有输出端；

路由器，具有连接到所述帧收集器的所述输出端的输入端，以及具有连接到所述帧分配器的所述输入端的输出端；以及

控制计算机，所述控制计算机连接到所述多个DOCSIS发送机和接收机和所述帧分配器和所述帧收集器和所述路由器，且被编程以协调所述线缆调制解调器终端系统中的所述电路，以实现下述功能：

从所述线缆调制解调器接收注册报文数据，并从中确定哪些线缆调制解调器具有宽带DOCSIS下行能力以及每个线缆调制解调器能够同时使用多少个下行信道；

向每个具有宽带能力的线缆调制解调器发送扩展信道允许报文，告知所述线缆调制解调器它应调谐到哪些下行信道，用于接收宽带下行DOCSIS传输；

在帧分配器中，处理将被下行发送到线缆调制解调器的来自所述路由器的输入帧，以调度所述帧到多种线缆调制解调器终端系统下行发送机的分配，使得满足服务质量要求，其中所述发送机在所述线缆调制解调器被调谐到的下行信道上发送，以及添加顺序号以保证所述帧能够在所述线缆调制解调器处以正确的顺序排列，以及根据所述调度将所述帧分配到所述线缆调制解调器终端系统下行发送机；

在线缆调制解调器已被指示调谐到的所述下行信道上，将定址到所述线缆调制解调器的释放帧发送到所述线缆调制解调器。

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