DE60115727T2 - Hausnetzübergangseinrichtung - Google Patents

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DE60115727T2
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Selim Shlomo Cupertino Rakib
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Description

  • Gebiet der Verwendung
  • Die Erfindung findet Anwendung in der Verteilung von digitalen Video-auf-Anforderungs-Diensten und anderen digitalen Diensten überall in einem Konsumentenbereich.
  • Mit dem Aufkommen von Kabelmodems gibt es dort die Möglichkeit, digitale Daten bei hohen Raten von Anbietern von Inhalten und Internet-über-Kabel-TV-Systemen zu liefern. Viele unterschiedliche Dienste werden digital geliefert werden, einer von diesen ist Video-auf-Anforderung und hochauflösende TV-Digitaldaten. Ein anderer digitaler Dienst, der zumindest für dienstliche Einrichtungen nutzvoll ist, ist Videokonferenzen. Andere digitale Dienste, die in der Zukunft immer nützlicher werden, sind Hochgeschwindigkeitsverbindung mit einem Betriebs-LAN von zuhause für Telekommunikation, Hochgeschwindigkeits-Internetzugriff, Fernstudium, Multimedia-Präsentationen zu entfernten und/oder verteilten Zuhörerschaften, usw.
  • Die Entwicklung von Kabelmodems hat die Lieferung von Hochgeschwindigkeitsdaten über 10 MB/sec-Kanäle an Kundenräumlichkeiten über Hybridfaserkoaxialkabel-TV-Verteilungsnetzwerk ermöglicht. Aber sobald die digitalen Daten eine Kundenräumlichkeit erreichen, müssen sie immer noch verteilt und gewandelt werden in ein geeignetes Format für Benutzung durch den Nutzer auf einem TV, einem Telefon, einem Videofon, einem Computer, einem Netzwerkcomputer, einem Fax, einem DVD-Rekorder und anderen Periphergeräten, die in Zukunft entwickelt werden.
  • Gleichzeitig haben die Telefongesellschaften digitale Teilnehmeranschlussleitungstechnologien entwickelt, wie z.B. asymmetrische, digitale Teilnehmeranschlussleitung (ADSL), Hoch-Bit-Raten-Digital-Teilnehmeranschlussleitungstechnologie, ISDN und ISDL, ratenadaptive digitale Teilnehmeranschlussleitung (RADSL), symmetrische, digitale Teilnehmeranschlussleitung (SDSL), Sehr-Hochgeschwindigkeits-DSL (VDSL). Diese unterschiedlichen Technologien sind beschrieben in Muller, Desktop Encyclopedia of Telecommunications, Seiten 93–95 (McGraw Hill 1998) ISBN 0-07-044457-9 und Clayton, Illustrated Telecom Dictionary, (McGraw Hill 1998) ISBN 0-07-012063-3 und Horak, Communications Systems and Networks, Voice, Data and Broadband Technologies, (M&T Books, Foster City, Ca. 1997) ISBN 1-55851-485-6, wobei die Gesamtheit dieser Veröffentlichungen hiermit durch Referenz eingeschlossen ist. Diese digitalen Teilnehmeranschlussleitungstechnologien werden bald in der Lage sein, digitale Sprache, Daten und Bildinformation von unterschiedlichen Servern wie auch als ein Hochgeschwindigkeits-Internetzugang zu dem Teilnehmergebiet über standardtelefon-kupferverdrillte Paare zu liefern, die bereits im Boden sind und die jeder bereits hat. Einige dieser Technologien sind schnell genug, um ebenfalls Video auf Anforderung zu liefern, was üblicherweise Datenraten von ungefähr 2 Megabits/sec benötigt.
  • Die wurden ebenfalls 1994 eingeführt, Digitalübertragungssatellitendienste (DBS), wie z.B. DirecTV (angeboten von Hughes Electronics und Thomson Multimedia). DBS-Dienste können bereits oder werden bald bereitstellen Video auf Anforderung, Internetanschlussfähigkeit und Multimedia-Anwendungen, alle mit der hohen Bildqualität, die digitale Technologie bereitstellt. Videokonferenzen über DirecPC-Dienst mögen ebenfalls bald bereitgestellt werden. DierecTV liefert 175 Kanäle von digitalen Qualitätsprogrammen über eine 18 Inch-Scheibenantenne, eine digitale Set-Top-Decoder-Box und eine Fernsteuerung. Eine Zugriffskarte erlaubt, dass Zahlungsinformation erhalten wird durch die Set-Top-Decoder-Box und heruntergeladen wird durch das PSTN zu einem Zahlungszentrum für Bezahlfernsehen, das durch einen Benutzer angefordert wurde. Zu sätzlich erlaubt DirecPC-Technologie Hochgeschwindigkeits (400 KB/sec)-Internetzugriff zu PCs in der Kundenräumlichkeit unter Verwendung der DBS-Schüssel und Koaxialkabelverteilungsnetzwerk. Eine Erweiterungskarte koppelt die PC I/O-Busse an das Koaxialkabelverteilungsnetzwerk des DBS-Systems. Ein Modem wird von dem PC verwendet, um eine Verbindung aufzubauen zu dem Internetdienstanbieter (ISP), der dann Internetdaten sendet an den PC über einen Uplink zu dem Satelliten und dann herunter zu der Benutzerschüssel.
  • Ein Problem, dem Benutzer von Digitaldaten-Lieferdiensten bald gegenüberstehen werden, ist wie folgt. Es gibt dort große Unsicherheit, welche Teilnehmerdatenlieferdienste die zuverlässigsten, die mit bester Leistung und billigsten Versionen von jedem Typ Service bereitstellen werden. Deshalb gibt es dort eine Notwendigkeit für einen Weg für einen Benutzer in der Lage zu sein, all die unterschiedlichen Teilnehmerdienstdatenlieferoptionen für sie verfügbar zu machen und die Daten kostengünstig über ihre Räumlichkeiten zu verteilen an all die unterschiedlichen Periphergeräte, die sie benötigen, wie Fernsehgeräte, Computer, Telefone, Videofone, usw. Um dieses zu tun, wird es notwendig sein, eine Art von Schaltung zu haben, die an an die unterschiedlichen Teilnehmerdienst-Digitaldaten-Liefernetzwerke ankoppeln kann, und zumindest ein lokales Netzwerk, das durch das gesamte Heim des Benutzer verläuft und alle notwendigen Protokollwandlungen vornimmt und Pakete-, Zell- oder Rahmen-Wiederzusammensetzen und -einkapseln in Pakete von der Art, die in dem LAN verwendet werden.
  • ADSL-Router wie der Remote-810-ADSL-Router, der gefertigt wird durch 3Com, existieren gegenwärtig. Diese Router können ein Ethernet-Lokalnetzwerk an ADSL-Leitungen koppeln, so dass POTS-Sprachkonversion gleichzeitig auftreten kann, während das Internet durchsucht wird. Der Remote-810-ADSL-Router weist einen integrierten 4-Anschluss-10Base-T-Hub auf, um mehrere PCs zu koppeln, die sich die gleiche ADSL-Leitung teilen. Der Router unterstützt bis zu 16 gleichzeitige simultane Verbindungen zu mehreren Zielorten auf dem Internet und kann Brückenfunktionen durchführen. 3Com fertigt ebenfalls SDSL-Router wie den OfficeConnect-Remote-840-SDSL, der Anwendungen unterstützen kann, die hohe Bandbreiten in beide Richtungen benötigen, wie z.B. Videokonferenzen, Ferntraining, Web-Veranstaltungen, E-Commerce und andere Multimedia-Anwendungen.
  • Anderer Stand der Technik, wie z.B. der 3Com-PathBuilder-S700-WAN-Schalter existiert, der Verkehr über Weitverkehrsnetze konzentriert, aggregiert und schaltet. Der PathBuilder-S700-WAN kann Sprache, Video- und Datenanwendungen konvergieren – einschließlich Frame Relay, ATM und SONET – auf ein gemeinsames Netzwerk. Bis zu 100 Schnittstellen werden unterstützt. Fortgeschrittene Verkehrsmanagementmerkmale wie z.B. Verkehrsformen, Prioritätseinreihen und Multicasten garantieren die richtige Menge von Bandbreite für jede Anwendungen und lassen dich deine WAN-Infrastruktur aufbauen und managen. Der Schalter weist einen zukunftssicheren Unterbau auf mit einer modularen Konstruktion, um das anfängliche Investment zu schützen und um einen Migrationspfad bereitzustellen, um zukünftiges Wachstum zu beherbergen. Der Schalter weist individuelle Anwendungsmodule auf, die eigene Schnittstellen bereitstellen zu einer Vielzahl von Campus-Netzwerk-Technologien wie z.B. LANs, Muxen, Routern, SNA-Anwendungen, Geschäftsvideo und PBXen. Jedes Anwendungsmodul passt Kommunikationsverkehr an an die zellenbasierte Busleiterplatte und transportiert ihn über den PathBuilder-S700-Schalterzellbus an die geeigneten Fernschnittstellenverbindungen, die einen umfassenden Bereich von Campus- und Weitverkehrsschnittstellen bereitstellen. Ein T1/UNI-Modul unterstützt inverses Multiplexen für ATM bei Geschwindigkeitsbereichen von 1,5 Mbps bis 16 Mbps. Ein 18-Schlitzgehäuse unterstützt Migration zu T3/E3- oder OC-3-Diensten, wenn Bandbreite-Anforderungen ansteigen. Verteilte Verarbeitung ist implementiert durch Platzieren eines RISC-Prozessors auf jedes Anwendungsmodul, um skalierbare Leistungsfähigkeit und Drahtgeschwindigkeitskommunikation bereitzustellen.
  • Jedoch fehlt dem 3COM-Pathbuilder-S700-WAN-Schalter die Fähigkeit, anzukoppeln an ADSL-Leitungen, Kabelmodems, Satellitenschüsseln, drahtlose Teilnehmeranschlüsse, terrestrische Mikrowellenverbindungen oder andere Teilnehmernetzwerkdienste, die vielleicht in der Zukunft verfügbar werden, wie digitale Datenlieferung über die Stromleitungen. Der 3COM-Pathbuilder-S700-WAN-Schalter ist ein Schalter von einem professionellen Niveau, der nicht erschwinglich ist für den durchschnittlichen Heimnetzwerkkunden. Kurzum, es wird angenommen, dass es gegenwärtig keine Gateways oder Router gibt, die in der Lage sind, ein lokales Netzwerk wie ein Ethernet an jedes öffentliche Diensttelefonnetzwerk zu koppeln und die die Technologie von ADSL-Modems, Kabelmodems und Satelliten-DirectPC-Decoder-Boxen mit IP-Video- und IP-Telefonschnittstellen und Schalt-, Routen- und Protokollkonversionsfähigkeit verkörpern und kombinieren.
  • In dem gegenwärtigen Klima von Deregulation ist ein heftiger Wettbewerb um Bereitstellung von Telekommunikationsdiensten an Kunden entbrannt. Viele alternative Verteilungsnetzwerke für digitale Daten sind entweder bereits entwickelt worden oder sind in Entwicklung. Zum Beispiel werden in der nahen Zukunft die digitalen Datenlieferdienste, die gerade beschrieben wurden, welche durch die PSTN- und die CATV-HFC-Verteilungseinrichtungen geliefert werden, ebenfalls im Wettbewerb stehen mit drahtlosen Teilnehmeranschlussleitungsliefernetzwerken, die bereitgestellt werden durch persönliche Kommunikationsdienst(PCS)-Unternehmen und Datenlieferdienste in Entwicklung durch die elektrische Leistungsversorgungseinrichtungen.
  • Das Problem ist, dass der Kunde keine Möglichkeit hat zu wissen, welche Dienste die höchste Zuverlässigkeit, höchste Qualität und preisgünstigsten Liefermechanismus bereitstellen werden für Telefon- und Faxdienst, E-Mail, Fernstudium, Videokonferenz, Hochgeschwindigkeits-World-Wide-Web-Zugriff, Video auf Anforderung, Fern-LAN für Telekommunizierer und Multimedia-Dienste. Weiterhin ist es über die Zeit möglich, dass, wenn jedes der Teilnehmernetzwerke sich entwickelt und wettbewerbliche Druckkräfte die Preise verringern, der, der einst der beste Anbieter von z.B. Video auf Anforderung (hierin nachstehend VOD) war, nicht länger der beste Anbieter ist, sondern es eine andere Technologie ist. Als ein anderes Beispiel hat ADSL nicht ausreichende Stromaufwärtsbandbreite, wenn Videotelefonie eine populäre Anwendung wird, wohingegen Kabelmodems dies haben. Jedoch können variable Bitraten, MPEG2 und fortgeschrittene Videokompressionstechnologien ADSL vielleicht retten, wenn Videokonferenzen groß werden, und Hochgeschwindigkeits-ADSL kann geeignet sein, für diese Anwendung zu dienen. Das Problem, welches dieses für Kunden ergibt, ist, dass sie nicht in eine Technologie für ihre Heimnetzwerke investieren wollen, die nur an ADSL oder Kabelmodems koppelt, und dann konfrontiert sind mit der Erwartung eines teuren Ersatzes für ihre Heimnetzwerkausrüstung, um ihr LAN zu koppeln mit einem neuen Teilnehmerdienst-Digitaldaten-Liefernetzwerk.
  • Ein weiteres Beispiel bezieht Versorgung von Konsumenten mit einfachem Fernsprechdienst (POTS) über Kabelmodem versus ADSL ein. Abtrennen einer CATV-Leitung in der Straße oder Verlieren eines oberirdischen Kabels während eines Sturms werden den Dienst von der gesamten Nachbarschaft trennen. Dies bedeutet, dass jeder in der Nachbarschaft, der seinen Telefondienst über Kabelmodem bezieht, ohne Telefondienst zurückgelassen ist, bis der Bruch repariert ist. Im Gegensatz dazu ist ADSL eine Punkt-zu-Punkt-Technologie, die nur verursacht, dass ein Kunde Telefonservice verliert, wenn die Leitung unterbrochen ist. Ein gut gewartetes HFC-CATV-Netzwerk kann einige dieser Probleme obsolet machen, aber dieses ist unklar, weil dort noch keine große Felderfahrung gewonnen wurde in POTS über HFC.
  • Daher wird ein Kunde nicht wissen, ob er ein Gateway kaufen soll, der an ein ADSL-Modem oder ein HDSL-Modem oder ein Kabelmodem ankoppeln kann, bis Fehler beseitigt sind und Wettbewerbsfaktoren ins Spiel kommen und es klar machen, welches Liefernetzwerk den besten, preisgünstigsten Dienst für diese Anwendung bereitstellt.
  • Jedoch ist eine Sache klar: Die oben genannten Dienste werden angefordert werden, und der Kunde möchte in der Lage sein, Vorteil zu ziehen aus dem besten Liefermechanismus für jeden Dienst, und möchte in der Lage sein, einfach zwischen Lieferdiensten zu wechseln, weil Wettbewerb Preisanpassungen verursacht.
  • Da diese Dienste auf vielen unterschiedlichen Medien auftreten werden, möglicherweise in vielen unterschiedlichen Paketformaten oder Verwendung vieler unterschiedlicher Protokolle, ist ein Problem für den Benutzer beim Entscheiden entstanden, welchen Typ von Heimnetzwerk-Datenverteilungssystem er kaufen und installieren soll. Zum Beispiel wird es dort unterschiedliche Paket- und Zellgrößen geben, und unterschiedliche Header-Strukturen, unterschiedliche Typen von Kompression und unterschiedliche Protokolle werden verwendet werden. Der Benutzer möchte nur kostengünstige und bequeme Verteilung von Daten, die jeweils diese Dienste kodieren, über seine gesamte Räumlichkeit zu den verschiedenen Periphergeräten, wie digitale VCRs, DVD-Rekorder/-Player, TVs, Fax-Geräten, Computern, Telefonen usw., die die Daten benötigen, ohne unterschiedliche Gateways und lokales Netzwerk für jeden Typ von Datenlieferdienst zu benötigen. Weiterhin mag der Benutzer ADSL für einige Dienste nutzen und Kabelmodem für andere Dienste und drahtlose Teilnehmeranschlussleitung oder Satelliten-Downlinks oder andere Datenliefernetzwerkoptionen für andere Dienste verwenden.
  • Ein verwandtes Problem ist in dem Gebiet von Videokonferenzen. Gegenwärtig sind Videofone, die durch AT&T angeboten werden, ein kommerzieller Misserfolg aufgrund der geringen Bildqualität von zwei Rahmen pro Sekunde, die lieferbar sind über standardverdrillte Paare. ISDN-Schaltungen können verwendet werden für Videokonferenzen, und ISDN-Videofone sind verfügbar, und ihre Details werden hierdurch durch Referenz einbezogen. Jedoch haben die hohen Kosten von ISDN und seine geringe Verfügbarkeit für alle Haushalte die Akzeptanz von ISDN-Videokonferenzen verzögert. Geschaltete 56/64-Kbps-Schaltungen können ebenfalls verwendet werden für Videokonferenzen durch Verbinden oder Gruppieren in mehrere Kanäle. Geschaltete 384-Kbps-Verbindungen können ebenfalls bereitgestellt werden auf der Basis von fraktaler DS1 oder durch ISDN-PRI-Kanäle in einer Kanalgruppe, die bekannt ist als HO. Jedoch existieren die Kosten und Verfügbarkeitsprobleme, die ISDN-Konferenzen verzögern, ebenfalls für geschaltete 56/64- und geschaltete 384-Kbps-Dienste.
  • Ebenfalls unterstützen DS-1-Einrichtungen Voll-bewegt-, Hochqualitäts-Videokonferenzen über dedizierte Netzwerke bei Raten von bis 2,048 Mbps für E1 und 1,544 Mbps für T1. Jedoch sind DS-1-Einrichtungen teuer und nicht weit verbreitet, und auch wenn sie für große Organisationen mit DS-2-Backbones erschwinglich sind, sind sie außerhalb der Reichweite von dem Heimnetzwerkkunden.
  • Breitbandnetzwerke wie beispielsweise ADSL, B-ISDN, HFC und Kabelmodems, Satellit usw. sind wahrscheinlich sehr viel bequemere und erschwinglichere Wege für Lieferung von Videokonferenzdiensten über ATM, das betrieben wird bei DS-1 oder DS-3 oder Hochgeschwindigkeiten.
  • Daher ist ein Bedarf erwachsen für ein System, das ankoppelt an viele unterschiedliche Teilnehmer-Dienstdaten-Lieferetzwerke und das digitale Daten verteilen kann über eine Kundenräumlichkeit in einer ökonomischen Weise an all die peripheren Geräte, die die Daten benötigen, unter Verwendung eines einheitlichen Protokolls und Adressierungsschemas. Bevorzugterweise wird das System ein ökonomisches und zuverlässiges lokales Netzwerk auf der Kundenräumlichkeitsseite aufweisen und die Flexibilität aufweisen, an viele unterschiedliche Teilnehmer-Dienstdaten-Liefernetzwerke Datentypen zu koppeln und zu übersetzen, was auch immer an Paket-/Zell-/Rahmentypen und -protokollen verwendet wird durch das Datenliefernetzwerk, ohne wesentlichen Aufwand von Rekonfiguration oder Kauf von neuer Ausrüstung oder Software, jedes Mal, wenn eine Datenliefer netzwerkoption auftaucht, die besser, günstiger oder zuverlässiger ist als der gegenwärtige Dienstanbieter des Kunden.
  • Es ist bekannt, dass ein Stand-der-Technik-Dokument WO 99/44363 A ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart zur Synchronisation von Ton und Bildern in einer Echtzeit-Multimedia-Kommunikation über ein Netzwerk-Gateway. Von einem Audiosignal und einem Videosignal wird zumindest das Audiosignal geliefert als ein Eingang zu dem Gateway; optional ebenfalls das Videosignal, so dass das/die Signal(e) geroutet wird/werden durch das Gateway zu dem Multimedia-Endgerät. Jegliche Abweichung wird erkannt in der Synchronisation zwischen den hörbaren und sichtbaren Ausgängen von dem Audiogerät und dem Videogerät, die zumindest teilweise verursacht werden durch die intrinsische Gateway-Verarbeitungsverzögerung(en). Eine variable Verzögerung wird angepasst in dem Gateway auf einem Signal, das geroutet wird durch den Gateway, bis die hörbaren und sichtbaren Ausgaben von den unterschiedlichen Geräten effektiv synchronisiert sind. Die variable Verzögerung wird in dem Gateway gespeichert für zukünftige Verwendung.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dort eine Gateway-Vorrichtung bereitgestellt, deren kennzeichnenden Merkmale diejenigen sind, die in Anspruch 1 beschrieben sind.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird dort ein Prozess bereitgestellt, der durch einen Gateway ausgeführt wird, dessen charakteristischen Merkmale diejenigen sind, die in Anspruch 28 beschrieben sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm einer Stand-der-Technik-Verbindung zwischen dem Internet und einem heimlokalen Netzwerk über ein Kabelmodem und des HFC eines CATV-Systems.
  • 2 ist ein Diagramm einer Stand-der-Technik-Verbindung zwischen dem Internet und einem heimlokalen Netzwerk über ein ADSL-Modem.
  • 3 ist ein Diagramm eines Heimnetzwerkes, das einen Gateway aufweist innerhalb der Gattung der Erfindung, welches an irgendeines einer Anzahl von unterschiedlichen Teilnehmer-Dienstdaten-Lieferneztwerken koppelt, die außerhalb einer Kundenräumlichkeit sind, an ein oder mehrere lokale Netzwerke, die digitale Daten liefern von dem externen Netzwerk an ein oder mehr Geräte in der Kundenräumlichkeit, die an die lokalen Netzwerke gekoppelt sind. Der Gateway nimmt die notwendigen Protokollwandlungen und Übersetzungen zwischen den Protokollen und Paketformaten des lokalen Netzwerks und der Protokolle und Paketformate der teilnehmer-dienstdaten-liefer-externen Netzwerke vor.
  • 4A und 4B sind detaillierte Diagramme eines Gateways, der ADSL-Satelliten-Kabel- und Broadcast-TV-Antennen-Schnittstellen-Schaltung aufweist.
  • 5 ist ein Blockdiagramm eines Videoadapters zum Koppeln eines lokalen Netzwerkes an ein Fernsehen.
  • 6A–6E sind Flussdiagramme eines Ziehtechnologie-Video-auf-Anfordernung-Prozesses.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Breitband-Internet-Zugriffsprozesses.
  • 8 ist ein Blockdiagramm einer modularen Konstruktion des Gateways.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten und alternativen Ausführungsformen
  • 1 ist ein Diagramm einer Stand-der-Technik-Verbindung zwischen dem Internet und einem heimlokalen Netzwerk über ein Kabelmodem und ein HFC eines CATV-Systems. Das Internet ist gezeigt als Wolke 11. Ein IP-Router 13 in der Kopfendeinrichtung 15 eines Internetdienstanbieters koppelt bidirektional IP-Pakete an das Internet unter Verwendung des TCP-Transport-Protokolls. Ein optionaler lokaler Proxy-Server 17. Der Proxy-Server ist gekoppelt an den IP-Router und stellt lokale Netzwerkinhalt bereit wie auch Aufnahmen von sehr populären Web-Seiten in dem Cache-Speicher wie z.B. Yahoo oder CNN news usw., so dass sie mit größerer Geschwindigkeit an Kabelmodem-Teilnehmer gesendet werden können. Eine Steuereinheit 19 konzentriert allen IP-Verkehr von den Teilnehmern, die an das HFC-Netzwerk gekoppelt sind, und sendet ihn zu dem IP-Router 13 und verteilt Pakete von dem IP-Router an die verschiedenen faseroptischen Verbindungen, von denen die Leitung 21 typisch ist. Die faseroptische Verbindung koppelt das Kopfende an Faserknoten, von denen der Knoten 23 typisch ist. Jeder Faserknoten koppelt die faseroptische Verbindung an eine Koaxialkabeleinspeisungsabzweigung, von der die Abzweigung 25 typisch ist. Jede Einspeisungsabzweigung weist zumindest einen bidirektionalen Verstärker auf, von dem der Verstärker 27 typisch ist. Jede Einspeisungsabzweigung ist gekoppelt an eine Mehrzahl von Abnahmeleitungen, von denen die Abnahme 29 typisch ist, die die Abzweigung an ein Kabelmodem koppeln in den Kundenräumlichkeiten. Das Kabelmodem 31 ist typisch und kann irgendeines der unten identifizierten Kabelmodems sein. Das Kabelmodem weist einen 10Base-T-Ausgangsanschluss auf, der gekoppelt ist an ein Ethernet-LAN 33, das durch das Heim zu Periphergeräten verläuft, wie z.B. TV 39, Telefon 37 und Personal Computer 35. Ein typisches Beispiel eines Kabelmodems 31 ist das US-Robotics-Kabelmodem CMX. Dieses Kabelmodem wird mit jeglichem Kabelsystem arbeiten, das übereinstimmt mit der MCNS-Daten-über-Kabel-Spezifikation. Dieses Kabelmodem wird geliefert mit einer Ethernet-Netzwerkschnittstellenkarte und ist kompatibel mit den Windows- und Macintosh-Betriebssystemen.
  • Bezugnehmend auf 2 ist dort eine Stand-der-Technik-Verbindung zwischen dem Internet und einem lokalen Netzwerk in einem Heim gezeigt über das Telefonsystem unter Verwendung eines ADSL-Modems. Das Internet 11 ist gekoppelt an den IP-Router 13 über DS1 (1,544 Mbps unterstützend 5 oder mehr kontinuierliche Benutzer oder bis zu 55 Benutzer mit 10% Nutzung), DS3- (45 Mbps unterstützend bis zu 1500 Teilnehmer) oder OC3-Verbindungen. Der optionale Proxy-Server 17 dient der gleichen Funktion, der er im Kabelmodemsystem von 1 dient. Die ADSL-Modems 41 und 42 bei der Teilnehmerräumlichkeit 45 und der Zentraldienststelle 47 koppeln an das verdrillte Kupferleitungspaar, das ursprünglich verwendet wurde für POTS. Ein POTS-Splitter, der nicht gezeigt ist, leitet die analoge Sprache transparent weiter an die POTS-Zentraldienststelle in einer Frequenz unterhalb des ADSL-Bereichs. Das ADSL-Modem 41 bindet direkt an an den Ethernet-Anschluss eines Personal Computers oder an ein Ethernet-Hub. Der Zugriffsschalter 53 dient zum Konzentrieren von Zugriffsleitungen von den ADSL-Modems, wie z.B. 43-in-Router-Anschlüsse von IP-Router 13. Es ist wahrscheinlich, dass der Zugriffsadapter 53 ATM-Schaltstruktur einschließt. Das ADSL-Modem 41 kann das 3Com-HomeConnect-ADSL-Modem Ethernet oder irgendein äquivalentes ADSL-Modem sein.
  • Bezugnehmend auf 3 ist dort ein Diagramm gezeigt eines Heimnetzwerkes, das ein Gateway aufweist innerhalb der Gattung der Erfindung, welches irgendeins einer Anzahl von unterschiedlichen Teilnehmerdienstdaten-Liefernetzwerken, die extern bezüglich einer Kundenräumlichkeit sind, koppelt an ein oder mehrere lokale Netzwerke, die digitale Daten liefern von den externen Netzwerken zu einem oder mehreren Geräten in den Kundenräumlichkeiten, die an die lokalen Netzwerke gekoppelt sind. Der Gateway nimmt die notwendigen Protokollwandlungen und Übersetzungen zwischen den Protokollen und den Paketformaten des lokalen Netzwerks und den Protokollen und den Paketformaten der teilnehmerdienstdatenlieferexternen Netzwerke vor. Das Heimnetzwerk ist nützlich zur Verteilung der digitalen Daten, welche kodieren Video auf Anforderung, Fernstudium, Videokonferenzen, Telefondienste, Internet-Webseiten und FTP-Dateien-Herunterladen, E-Mail und andere digitale Teilnehmerdienste an mehrere Geräte über ein oder mehrere lokale Netzwerke, die über die gesamten Nutzerräumlichkeiten verlaufen. Digitale Daten oder analoge Signale, die den Teilnehmerdienst implementieren (Teilnehmerdienst wird locker verwendet, um alle Signale zu meinen, egal ob analog oder digital übertragen an die Kundenräumlichkeiten über ein externes Netzwerk von irgendeiner Art einschließlich einer TV-Antenne), werden übertragen an die Kundenräumlichkeiten. Der Gateway 14 wandelt die einkommenden Signale in digitale Daten in Ethernet-Pakete und überträgt sie an die anfordernden Geräte, die an das lokale Netzwerk gekoppelt sind.
  • Der Gateway 14 fungiert, all die physikalischen Schichtankopplungen und Protokollwandlungen vorzunehmen, die notwendig sind, um ein oder mehrere lokale Netzwerke, die in den Kundenräumlichkeiten verlaufen, zu koppeln an digitale Datenverteilungsdienste, die geliefert werden über das Hybrid-Faser-Koax (HFC) eines Kabelfernsehsystems oder ein digitales Satellitendatenverteilungsnetzwerk oder die Telefonleitungen eines öffentlichen Diensttelefonnetzwerks. Hierin nachstehend werden diese digitalen Datenliefernetzwerke, die extern sind mit Bezug auf die Kundenräumlichkeiten, bezeichnet werden als die Subskriptionsnetzwerke oder die digitalen Datenliefernetzwerke, selbst wenn einige oder alle von ihnen ebenfalls analoge Signale wie auch digitale Signale liefern. Zum Beispiel wird das Kabel-TV-Subskriptionsnetzwerk 16 analoge CATV-Signale liefern, zusätzlich zu den digitalen Daten, die getragen werden auf seinen Stromaufwärts- und Stromabwärtsträgern. Ähnlich wird die Satellitenschüssel 56 Übertragungs-TV-Signale liefern wie auch digitale Daten, die moduliert sind auf dem Stromabwärtsträger. Die Öffentlicher-Dienst-Telefon-Netzwerk-(PSTN)-Telefonleitungen 58 werden ebenfalls analoge Telefonsignale liefern, zusätzlich zu digitalen Daten, die moduliert sind auf den Stromaufwärts- und Stromabwärtsträgern des ADSL-Dienstes.
  • Der Gateway 14 ist typischerweise ein Pentium- oder Celeron-Klassen-Personal-Computer-Host mit Protokollwandlung und Schaltsteuerprogrammen, die koope rieren mit dem Betriebssystem, um die Operationen der unterschiedlichen Schnittstellenschaltungen zu steuern, und der ein oder mehrere Netzwerkschnittstellenschaltungen aufweist, die die Medien des/der lokalen Netzwerk(e) treiben. In einigen Ausführungsformen können die Schnittstellenschaltungen gebildet werden auf dem Motherboard mit einem Host-Mikroprozessor. Jedoch ist in der bevorzugten Ausführungsform jede Schnittstellenschaltung eine separate Erweiterungskarte, die an den Systembus des Hosts anschließt und die einen geeigneten Verbinder hat zum Ankoppeln an das physikalische Medium des jeweiligen Digitaldatenlieferdienstes. Ähnlich kann die Netzwerkschnittstelle zu dem/den lokalen Netzwerken) eine Erweiterungskarte sein. Jedoch ist es für die lokale Netzwerkschnittstellenschaltung wünschenswert, dass sie eingebaut ist in dem Motherboard, so dass sie keinen Erweiterungsschacht verbraucht. In dieser Modulartypkonstruktion werden die Schaltungen und die Software, die all den Erweiterungsmodulen gemein sind, die an die verschiedenen Teilnehmernetzwerke ankoppeln, durch die Erweiterungsmodulschnittstellenschaltungen geteilt. So werden der Host-Mikroprozessor, Festplatte, RAM, CD-ROM/DVD, Energieversorgung, Netzwerkschnittstellenschaltung für die LAN(s), Anzeige und Tastatur alle geteilt wie auch das Betriebssystem, Management-Software und jegliche Protokollwandlungs-Software-Schichten, die all den Netzwerkschnittstellenschaltungen gemein sind. Ähnlich wird der Gateway 14 ein Paketschaltprozess und einen Crossbar-Schalter oder andere Schaltschaltungen aufweisen, die gesteuert werden durch den Schaltungsprozess, um Pakete zu routen, die empfangen wurden von den Subskriptionsanbietern an das geeignete LAN und umgekehrt, basierend auf der IP oder anderen Adressen in dem Kopf der Pakete. Diese beiden Elemente können ebenfalls geteilt werden durch die Erweiterungsmodul-Schnittstellenkarten, in dem Fall, dass das gemeinsame Benutzen der Schaltdienste durch all die Subskriptionsnetzwerk-Schnittstellenkarten in dem Gateway benötigt wird. Die Schaltungen und Software, die spezifisch sind zu jedem bestimmten Subskriptionsnetzwerk so wie z.B. MPEG-Kompression oder -Dekompression, Tuning, Detektion und Demodulation, Träger- und Taktwiedergewinnung, Videodekodierung, A/D- oder D/A-Wandlung usw. sind lokalisiert auf der Erweiterungsmodul-Schnittstellenkarte, die diesem Subskriptionsnetzwerk zugeordnet ist.
  • Die bevorzugte modulare Konstruktion hat zwei wesentliche Vorteile. Zuerst schützt es die Investition des Kundens in den Gateway durch Bereitstellen von Flexibilität, den Gateway zu koppeln an irgendein Teilnehmernetzwerk, von dem sich herausstellt, dass es das zuverlässigste, kostengünstigste, flexibelste oder einfachste zu benutzende oder am wenigsten beschwerliche Teilnehmernetzwerk ist für Liefern irgendwelcher bestimmten digitalen Daten, basierend auf einem Dienst, der durch den Benutzer gewünscht ist. Zum Beispiel, wenn sich herausstellt, dass ADSL der beste Anbieter für Telefon- und Videotelefonie-Dienste ist, aber sich herausstellt, dass HFC der beste Anbieter ist für Video-auf-Anforderung- oder Fernstudiumdienste, und dieses die einzigen Dienste sind, die den Benutzer interessieren zu kaufen, kann der Nutzer einfach Erweiterungsmodule kaufen, um an diese beiden Subskriptionsdienste anzukoppeln. Es gibt dort keine Notwendigkeit, in ein Gateway zu investieren, der Hardware und Software bereitstellt für Hochgeschwindigkeits-Internetzugriff wie auch diese für andere Dienste, weil der Benutzer nicht interessiert ist, Hochgeschwindigkeits-Internetzugriff zu kaufen. Der erste Vorteil dehnt sich auch auf die Situation aus, wo der Benutzer später seine Meinung ändert und entscheidet, dass Hochgeschwindigkeits-Internetzugriff nützlich ist, aber bestimmt, dass Satellitenlieferung durch DirectPCTM der beste Weg ist, diesen Dienst zu erhalten. In einem solchen Fall braucht der Benutzer keinen gänzlich neuen Gateway zu kaufen, sondern kann einfach eine zusätzliche modulare Erweiterungskarte zum Ankoppeln an eine Satellitenschüssel kaufen.
  • Der zweite Vorteil der modularen Konstruktion des Gateways ist die Eigenschaft, die er hat, das Kundeninvestment zu schützen in dem Gateway durch Entkoppeln der physikalischen Struktur und Software der geteilten Komponenten des Gateways von Änderungen insbesondere der Subskriptionsnetzwerke. Bei der Entwicklung dieser Subskriptionsnetzwerke ist es wahrscheinlich, dass Protokolle physikalische Medien, Paketstrukturen usw. sich ändern, welches von der Natur her unvorhersehbar ist. Weiterhin mag sich über Zeit mit Wettbewerbskräften, die ähnlich sind zu jenen, die auf Fernverbindungsanbieter wirken, des Wettbewerb das Bild ändert, welches Subskriptionsnetzwerk der beste Anbieter von jedem speziellen Dienst ist, für den sich der Teilnehmer interessiert. Wenn ADSL nicht länger der beste Anbieter für Telefondienste ist und das HFC-Netzwerk ein besseres Angebot anbietet, braucht der Kunde kein gänzlich neuen Gateway zu kaufen, sondern kann einfach die ADSL-Schnittstellenkarte entfernen und ersetzen durch eine Kabelmodemkarte, um anzukoppeln an das HFC-Netzwerk, wenn eine Kabelmodemkarte nicht bereits zugegen ist. Ähnlich, wenn ADSL mit trägerloser Amplituden-/Phasenmodulation (CAP) den Weg ebnet zu diskreter Multiton(DMT)-Modulation als der neue Standard, kann der Nutzer einfach das CAP-basierte ADSL-Erweiterungsmodul austauschen mit einem DMT-basierten Modul.
  • Die Struktur einer Ausführungsform des Gateways 14 wird detaillierter später beschrieben werden. Jedoch ist die Gattung des Gateways 14, der innerhalb der Lehre der Erfindung ist, definiert durch die folgenden Eigenschaften, die alle teilen werden:
    einen programmierten Host-Computer mit einem Betriebssystem und mit einem oder mehreren Protokollwandlungsprozessen und einem Schaltsteuerprozess, der einen Paketschalter steuert, um Pakete zu leiten zwischen einem oder mehreren Teilnehmerdienstnetzwerken und dem/den lokalen Netzwerk(en), zu dem der Gateway gekoppelt ist;
    eine oder mehr Schnittstellenschaltungen für das/die bestimmten lokalen Netzwerk(e), zu dem der Paketschalter gekoppelt ist, um die Pakete herauszutreiben auf das physikalische Medium des/der LAN(s);
    entweder eine einzelne Schnittstellenschaltung, die ankoppeln kann an alle HFC-, PSTN- und Satellitendigitaldatenliefernetzwerke, die entweder auf dem Motherboard des Hosts ist oder separat von dem Motherboard ist und gekoppelt ist an den Host-Systembus, oder eine Mehrzahl von Erweiterungsschlitzen zum Koppeln individueller Teilnehmernetzwerk-Schnittstellenmodule an den Host-Systembus wie gewünscht, so dass jedes Modul die gemeinsamen Vorrichtungen des Hosts teilen kann, die benötigt werden, um das Modul zu unterstützen; und
    worin die gemeinsamen Elemente des Hosts, die geteilt werden können durch all die Teilnehmernetzwerk-Schnittstellenschaltungen, geteilt werden für all die Teilnehmernetzwerke, zu denen das Gateway gekoppelt ist, wobei als Beispiel solche geteilte Schaltungen sind: der Host-Mikroprozessor, Festplatte, RAM, CD-ROM/DVD, Stromversorgung, Netzwerkschnittstellenschaltungen für die LAN(s), Anzeige und Tastatur, das Betriebssystem, irgendwelche Management-Software und irgendwelche Protokollwandlungssoftwareschichten, die all den Netzwerkschnittstellenschaltungen gemein sind, und ein Paketschaltprozess und ein Crossbar-Schalter oder Schaltschaltungen.
  • Der Gateway 14 wird ein Kabelmodem entweder auf einer modularen Erweiterungskarte haben oder als Teil der Subskriptionsnetzwerk-Schnittstellenschaltungsplatine. Diese Kabelmodemschaltung kann irgendeine von den Kabelmodems sein, die bekannt sind im Stand der Technik, welche hierin identifiziert sind, oder irgendein neues Kabelmodemdesign, das auftaucht, nachdem diese Anmeldung eingereicht wurde, da die Details des Kabelmodems zur gegenwärtigen Zeit nicht als kritisch betrachtet werden für die Erfindung.
  • Ähnlich wird der Gateway 14 als Teil seiner Schnittstellenplatine oder als ein Erweiterungskartenmodul ein ADSL-Modem (oder SDSL- oder HDSL-Modem) aufweisen zum Empfangen einkommender digitaler Daten, die moduliert sind auf einen Stromabwärtsträger, und Ausgeben dieser als Ethernet-Pakete auf LAN(s) 18 und 20. In einigen alternativen Ausführungsformen könnten die LANs 18 und 20 ATM-LANs sein, oder eines könnte ATM und das andere Ethernet sein oder eine andere Technologie, so wie Faserkanalentscheidungsbaum (Fibre Channel Arbitrated Loop) mit geeigneten Anpassungen in dem Gateway 14, um die Daten geeignet zu paketisieren und geeignete Schaltungen und Protokolle bei allen Ni veaus von der physikalischen Schicht zu verwenden, MAC und Netzwerk oder Routing-Schichten bis hinauf zu der Anwendungsschicht für die bestimmten LANs in Benutzung. ATM-LAN-Schalter und Router sind verfügbar im Stand der Technik, und die Details ihrer Konstruktion werden hierbei durch Referenz inkorporiert.
  • Ähnlich empfängt das ADSL-Modem Ethernet-Pakete mit digitalen Daten, die Sprache, Bilder, Video usw. kodieren, und moduliert diese Daten auf einen Stromaufwärtsträger. ADSL zerschneidet die Anschlussbandbreite (die Bandbreite der verdrillten Paartelefonleitung von den Kundenräumlichkeiten zu der zentralen Dienststelle) in mehrere unabhängige Frequenzkanäle, die geeignet sind für irgendeine Kombination von Diensten, einschließlich Sprach-, ISDN-, VOD-Programmierung und interaktivem Spielen. Stromabwärtsdatenraten variieren von 1,544 bis 6,144 Mbps mit Stromaufwärtsraten von 16 bis 640 Kbps. Die Gateway-ADSL-Schnittstellenschaltung wird ebenfalls einen Sprachteiler aufweisen, wenn reguläre Analogtelefonie unterstützt wird zusätzlich zu den LAN-verbundenen Videofonen 60 und 62 oder anderen datenverbrauchenden Telefonen oder FAX-Geräten wie FAX 64, welches Sprache und Bilder empfängt und überträgt, oder Ruf-ID oder anderen Daten in digitaler Form. Solche anderen Daten können Sachen einschließen wie Hintergrundinformationsdatei bezüglich einer identifizierten Person durch Rufer-ID-Daten, die übertragen werden durch eine Anwendung auf den PC 22, der die Telefone unterstützt. Jedes konventionelle ADSL-(oder SDSL- oder HDSL-)-Modemdesign, wie z.B. das bekannte ADSL-Modem, das durch 3COM gefertigt wird (spezifisch identifiziert nachstehend und hierin inkorporiert durch Referenz), kann verwendet werden für die PSTN-ADSL-Schnittstellenschaltung oder das ADSL-Erweiterungsmodul, da die Details der ADSL-Schnittstellenschaltung nicht als kritisch für die Erfindung betrachtet werden. Das 3COM-ADSL-Modem koppelt an ein gedrilltes Paar, das ADSL-Dienste trägt und das einen Ethernet-10Base-T-Ausgang aufweist zum Koppeln an die LAN(s) 18 oder 20 über die geteilte Paketschaltschaltung des Gateways.
  • Der Gateway 14 schließt ebenfalls als Teil seiner Teilnehmernetzwerkschnittstellenplatine oder als Teil seines Satellitennetzwerkserweiterungsmoduls eine Decoder-Box ein. Diese Satellitendecoderbox ist vom bekannten Design und geeignet, digitale Daten, die übertragen werden auf einem Downlink zu der Satellitenschüssel 56, zu empfangen, zu demodulieren, zu demultiplexen, zu erkennen und zu dekomprimieren (falls notwendig). Diese digitalen Daten können übertragen werden über einen Dienst wie z.B. Direkt-PC oder andere satellitenbasierte, digitale Datenlieferdienste, die vielleicht in Zukunft verfügbar werden, und die Schnittstellenschaltung, die notwendig ist, um digitale Daten, die übertragen werden zu einem bestimmten PC über Satellit, ist bekannt in der Direkt-PC-Anwendung und ist hierbei durch Referenz inkorporiert. Typischerweise schließt solche Satellitenschnittstellenschaltung ein einen Tuner, einen QPSK-Demodulator, einen Transport-Demultiplexer und eine bedingte Zugriffsschaltung. Wenn die Satellitenschnittstellenschaltung verwendet wird, um digitale Videosignal zu empfangen, welche komprimiert sind, kann die Satellitenschaltung Schaltungen einschließen, um die digitalisierten Videodaten zurück dezukomprimieren in ihrem Originalzustand (oder nahe zu ihrem Originalzustand, wenn verlustbehaftete Kompression, wie z.B. MPEG verwendet wurde). Jedoch, da unkomprimierte Übertragungsqualitätsstandard-NTSC-Video eine Bitrate benötigt von etwas mehr als 221 Mbps, ob die Satellitenschnittstellenschaltung des Gateways Dekompressionsschaltungen einschließt, hängt von der Bandbreite des/der lokalen Netzwerke) ab, die zu dem Gateway gekoppelt sind. Wenn die LAN(s) 10Base-T oder 100Base-T sind, dann werden die Videodigitaledaten komprimiert belassen und können übertragen werden über die LAN(s) mit durchaus akzeptabler Qualität bei T1-Geschwindigkeiten von 1,544 Mbps. MPEG-Komprimierung und -Dekomprimierung ist im Stand der Technik bekannt und ist hierin durch Referenz inkorporiert. MPEG-Kompression ist verlustbehaftete Kompression, welche verwendet: einen 7-Abgrifffilter zum Mitteln 7 benachbarter Pixel oder Linien; Farbraumkonversion; Skalieren zu einer Präsentationsauflösung vor Digitalisierung; Transformationen, wie z.B. die diskrete Kosinustransformation, Vektorquantisierung, Fraktaltransformation und Wavelet-Kompression; und Quantisierung oder Kompaktierungs-Kodierung, um die Anzahl von benötigten Bits zu reduzieren, die benötigt werden, um ein Bildpixel zu repräsentieren, wie z.B. Lauflängenkodierung, Huffman-Kodierung und arithmetische Kodierung; und Interrahmen-Kompression, um nur die Pixel zu übertragen, die sich zwischen Rahmen ändern. Viele Kompressionsstandards existieren, wie z.B. Px64, JPEG, MPEG 1 und 2 (MPEG 2 mit Übertragungsraten von 4 bis 100 Mbps ist bereits in Verwendung für digitale Videoübertragung über Satellitendienste wie z.B. DirecTV) und MPEG 4 (ein Nieder-Bitraten-Standard, der gedacht ist für Videofone und andere Kleinanzeigengeräte). Die Kompressions- und Dekompressionsschaltung all dieser Standards sind hierbei durch Referenz inkorporiert.
  • Weiter sollte die Satellitenschnittstellenschaltung oder das Satellitenerweiterungsmodul ebenfalls ein Konversionstelefonmodem einschließen zum Vornehmen von Rufaufhauzugriff zu dem Internet über das PSTN für Stromaufwärtsdatenübertragungen über den Server des Internet-Dienstanbieters. Downloads von dem Internet oder einem Videoserver oder einigen anderen digitalen Dienstservern werden heraufgestrahlt zu dem Satelliten und zurückübertragen auf dem Downlink, adressiert an einen spezifischen Benutzer, der den Downlink angefordert hat. Alle anderen Decoder-Boxen, die an die Satellitenschüsseln gekoppelt sind, die die gleiche Übertragung empfangen, weisen die so empfangenen Pakete zurück, da sie nicht an sie adressiert sind.
  • In der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, ist ein Kabelmodem 12 gezeigt, das extern zu dem Gateway ist, mit der Ausgabe-IP oder Ethernet-Paketen, die IP-Pakete einschließen, oder ATM-Zellen auf dem Bus 16 zum Koppeln an den Paketschaltprozess innerhalb des Gateways. Die bevorzugte Ausführungsform ist jedoch wie gezeigt in den 4A und 4B mit der Kabelmodemschaltung innerhalb des Gateways, wie gezeigt bei 70. Das bestimmte Kabelmodem, das bei 70 gezeigt ist, ist beschriftet als DOCSIS-1.2-kompatibel, aber es kann irgendein bekanntes Kabelmodemdesign sein, wie es auch ein externes Kabelmodem sein kann.
  • Bezugnehmend auf 4A und 4B wenden wir uns nun spezifischeren Informationen über jede der möglichen Teilnehmerdienst-Digitaldaten-Liefernetzwerke und der Schnittstellenschaltung in dem Gateway 14 zu, die benötigt wird, um jedes der externen Netzwerke an das LAN auf der Kundenseite zu koppeln. Der Gateway 14 kann eine alleinstehende Schaltung sein, mit all den Schnittstellenschaltungen, die benötigt werden, um anzukoppeln an ein oder mehrere externe Netzwerke, die eingeschlossen sind als ein permanenter Teil davon ohne Einsteckerweiterungsmöglichkeit im Gegensatz zu der bevorzugten modularen Konstruktion, die in 8 gezeigt ist, wo externe Netzwerkschnittstellenschaltungen hinzugefügt werden können, wenn benötigt.
  • Zuerst können digitale Datendienste geliefert werden durch ein Koaxialkabel 10, welches die Abnahmeleitung in einem Kabel-TV-HFC-Netzwerk (nicht gezeigt) repräsentiert. Das Kabel-TV-Netzwerk hat ein Kopfendmodem (nicht gezeigt), welches die HFC-Kabel-CATV-Anlage an Weitverkehrsnetzwerke koppelt, wie z.B. das Internet wie auch das Öffentliche Diensttelefonnetzwerk (hierin nachstehend PSTN) über ein oder mehrere Router, Brücken oder Gateways (nicht gezeigt). Das Kopfendmodem kann ebenfalls das HFC an lokale Server koppeln, wie z.B. VOD-Server.
  • Digitale Daten, die Videosignale, Telefondienste, Daten kodieren, die empfangen werden von dem Internet usw., sind moduliert durch das Kopfendmodem auf ein oder mehrere Stromabwärtskanäle für simultane Übertragung auf der HFC-Kabelanlage mit regulärer Analog-Kabel-TV-Programmierung. Die Kabel-TV-Kanäle weisen jeweils ihre eigene Frequenz auf, so dass sie nicht miteinander in Konflikt geraten. Die Stromabwärtsdigitaldienstdaten sind moduliert auf einen Träger, der eine Frequenz aufweist, die nicht in Konflikt steht mit Frequenzen auf der Kabel-TV-Programmierung oder mit Stromaufwärtsdaten, die moduliert sind auf eine unterschiedliche Stromaufwärtsträgerfrequenz. Daten von unterschiedlichen Quellen werden gemultiplext sowohl auf die Stromaufwärts- als auch auf die Stromabwärtskanäle durch irgendein bekanntes Mittel, einschließlich Zeittrennungsmultiplexen, Code-Trennungsmultiplexen, synchrones Code-Teilungsmultiplexen oder Frequenzteilungsmultiplexen.
  • Digitale Daten können geliefert werden über das HFC unter Verwendung des asynchronen Transfermodus (ATM) oder ATM über B-ISDN-Typ-Dienste, die angepasst sind für HFC, und den bestimmten Typ von Transmittern, Modulation und Multiplexen, welche verwendet werden. ATM und B-ISDN (Breiband-ISDN) werden unaufhaltsam verbunden, und diese sind eine Mehrzahl von Standards, die festgesetzt wurden durch ITU-T, die existieren, welche hierin durch Referenz inkorporiert sind. Diese Standards sind: I.113; I.121; I.150; I.211; I.311; I.321; I.327; I.361; I.362; I.363; I.413; I.432; I.555; und I.610. ATM-Forum-Implementierungsdokumente von Signifikanz, welche hierin inkorporiert sind durch Referenz, sind: ATM-User-Network-Interface-(UNI)-Spezifikation von PVCs; ATM-Broadband-Intercarrier-Interface-(B-UNI)-Spezifikation und ATM-Date-Exchange-Interface-(DXI)-Spezifikation; Internet-Engineering-Task-Force-Anforderungen für Kommentare (RFC), welche hierin durch Referenz inkorporiert sind, sind: RFC 1483: Definition of Multiprotocol Encapsulation over AAL5; und RFC 1577: Definition of Internet IP over ATM.
  • ATM ist ein Liefermechanismus der Wahl, da sich ihre 48-Oktett-Nutzlasten und 5-Oktett-Köpfe in jeder Zelle sehr gut anbieten für Video, Bild, Telefax, Sprache oder Daten. Weiterhin gibt die festgesetzte Zellgröße Routern und Schaltern die Vorteile von Vorhersehbarkeit verglichen mit einem Rahmen variabler Länge. Diese beiden Überlegungen erreichen erniedrigte Verzögerung, wenn Daten sich durch das Schaltsystem und über die Übertragungsverbindungen in häufigen kleinen Stößen bewegen. Es müssen keine langen Rahmen übertragen werden, die Schalteranschlüsse binden und dadurch Verzögerungen verursachen für Rahmen von anderen Quellen, die die gleichen Anschlüsse verwenden müssen. ATM hat ebenfalls den Vorteil, in der Lage zu sein, die Menge von benötigter Bandbreite anzupassen, um eine Sitzung während der Sitzung zu unterstützen. Jedoch stellen ATM-Netzwerke weder Fehlererkennung noch Korrektur oder Protokollwandlungen bereit. Diese Funktionen werden dem Benutzer überlassen.
  • Ähnlich können digitale Daten übermittelt werden über HFC unter Verwendung diskreter Multiton-(DMT)-Technologie, typischerweise unter Verwendung in ADSL, jedoch angepasst an HFC und den bestimmten Typ von Transmittern, Modulation, Multiplexen, welche verwendet werden. DMT ist eine neue Technologie, die entwickelt wurde für ADSL, welche geliefert wird über gedrillte Paare, die DSPs benutzen, um mehr als 6 Mbps von Video-, Daten-, Bild- und Sprachsignalen über die derzeit existierende Ein-Paar-Kupferverdrahtung zu pumpen, aber sie könnte ebenfalls verwendet werden, um Daten über HFC-Kabelanlagen zu übertragen. DMT stellt 4 asymmetrische „A"-Kanäle bereit bei 1,5 Mbps, von denen jeder ein VCR-Qualitätssignal bereitstellt und welche zusammengebündelt werden können, so dass zwei A-Kanäle einen „Sport"-Qualitätsvideokanal liefern und alle vier A-Kanäle zusammenarbeitend digital erweiterte Auflösungs-TV-Signale senden können. DMT liefert ebenfalls einen „H-Null"-Kanal bei 384 Kbps, um Northern Telecomm's multirate ISDN Dialable Wideband-Dienst oder äquivalentes zu liefern. Dieser Kanal kann ebenfalls verwendet werden für Heimarbeittelekommunizierer, für Hochbandbreitenzugriff auf Firmen-LAN unter Verwendung von Northern Telecomm's DataSPAN oder anderen Rahmen-Relay-Diensten. DMT liefert ebenfalls einen ISDN-Basisratenkanal, beinhaltend zwei „B"-Kanäle von 64 Kbps und einen „D"-Kanal bei 16 Kbps. Der Basisratenkanal erlaubt Zugriff auf einen weiten Bereich von auftauchenden ISDN-Diensten, ohne die Notwendigkeit eines dedizierten Kupferpaares oder der Unkosten einer dedizierten NT1-Einheit zu Hause. Diese Kanäle erlauben ebenfalls Erweiterung von Northern Telecom's VISIT-Persönlichen-Videokonferenzdiensten auf zu Hause bei fraktalen T-1-Raten (Px64). DMT liefert ebenfalls einen Signalisierungs- und Steuerkanal, der betrieben wird bei 16 Kbps, welches dem Heimbenutzer VCR-Typsteuerung über VOD-Filme und andere Dienste einschließlich schnellem Vorwärts-, Rückwärtssuchen und Pausefunktionen liefert. Schließlich bietet DMT ebenfalls eingebettete Operationen oder Overhead-Kanäle für Administration, initiale Systemwartung, Audits usw. All dieses wird geliefert ohne Unterbrechen des POTS-Dienstes, wenn er über ein Kupferpaar geliefert wird. HFC könnte ebenfalls potentiell POTS liefern, jedoch ohne ein dediziertes Paar zu jedem Heim, solcher Dienst wäre Gegenstand von Überlastung und Verlust von POTS für die gesamte bediente Nachbarschaft durch ein einziges Kabel in dem Fall eines Fehlers des Kabels.
  • In der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, werden digitale Daten auf der HFC-Abnahmeleitung wiederhergestellt durch irgendein bekanntes Kabelmodem 12. Ein Beispiel eines geeigneten Kabelmodems, das SCDMA-Upstream-Multiplexen verwendet, ist gegeben in der PCT-Veröffentlichtung WO 97/08861, veröffentlicht am 6. März 1997, welches hierin durch Referenz inkorporiert ist. Ein Beispiel von Software und Hardware in dem Kabelmodem 12, welches DOCSIS-1.2-kompatibel ist, ist gegeben in den folgenden US-Patentanmeldungen, von denen alle hierin durch Referenz inkorporiert sind: Seriennummer 09/074,036, eingereicht 5/6/98, bezeichnet APPARATUS AND METHOD FOR SYNCHRONIZING AN SCDMA UPSTREAM OR ANY OTHER TYPE UPSTREAM TO AN MCNS DOWNSTREAM OR ANY OTHER TYPE DOWNSTREAM WITH A DIFFERENT CLOCK RATE THAN THE UPSTREAM; Seriennummer 09/152,645, eingereicht 9/14/98, bezeichnet METHOD AND APPARATUS OF USING A BANK OF FILTERS FOR EXCISION OF NARROW BAND INTERFERENCE SIGNAL FROM CDMA SIGNAL; Seriennummer 09/152,643, eingereicht 9/14/98, bezeichnet TWO DIMENSIONAL INTERLEAVE PROCESS FOR CMDA TRANSMISSIONS OF ONE DIMENSIONAL TIMESLOT DATA; Seriennummer 09/337,167, eingereicht 9/21/99, bezeichnet MIXED DOCSIS 1.0 TDMA BURSTS WITH SCDMA TRANSMISSION ON THE SAME FREQUENCY CHANNEL; Seriennummer 08/760,412, eingereicht 12/4/96, bezeichnet LOWER OVERHEAD METHOD FOR DATA TRANSMISSION USING ATM AND SCDMA OVER HYBRID FIBER COAX CABLE PLANT, veröffentlicht als PCT-Veröffentlichung WO 97/34421 am 18. September 1997. Die PCT- Veröffentlichung WO 97/34421, die veröffentlicht wurde am 18. September 1997, erläutert Hardware und Software zur Übertragung von IP-Paketen, die empfangen wurden von dem Internet über HFC unter Verwendung von ATM-Zellen und virtuellen Kanälen, zu einem entfernten Einheitskabelmodem und Verteilung der Daten zu Periphergeräten über ein lokales Netzwerk. Spezifisch lehrt WO 97/34421:
    Empfangen von Internetprotokollpaketen, die an eine Entität gerichtet sind, die eine IP-Adresse aufweist auf einem LAN bei einer Kundenräumlichkeit, und Nachschauen einer Ethernet-Quelle und Zieladressen, die abgebildet sind auf IP-Adressen, und Erzeugen eines Ethernet-Kopfes und Anhängen dieses an das IP-Paket;
    Hinzufügen von RFC-1483-Bits und CRC-Bits und hinreichende Pad-Bits, um eine ganze Zahl zu erreichen eines ATM-Zelllastabschnitts von 48 Bytes, um in einem AAL5-Formatpaket zu resultieren;
    Parsen der resultierenden AAL5-Pakete in einer Mehrzahl von ATM-Zelllastabschnitten von jeweils 48 Bytes;
    Hinzufügen eines Standard-5-Byte-ATM-Zellkopfs zu jeder ATM-Zelle;
    Kodieren des PTI-Feldes des ATM-Zellkopfs mit einem Bit, welches signalisiert, welches die letzte Zelle in dem Paket ist;
    Ausgeben der ATM-Zellen an eine Formatierer-Schaltung in dem Kopfendkabelmodem als einen OC3-TDMA-Strom;
    Optimieren von ATM-Zellköpfen, um die Größe der Köpfe zu reduzieren herunter auf 2 Bytes, welche die 16 am wenigsten signifikanten Bits von dem VPI/VCI-Feld umfassen, und Kodieren der letzten Zelldaten in zwei 9. Bits der zwei 9-Bit-Abschnitte des stromabwärtsoptimierten ATM-Zellkopfs;
    Kodieren der 9. Bits von jedem der ersten acht „Bytes" (Byte ist hier benutzt im Sinne einer 9-Bit-Entität);
    Parsen der optimierten ATM-Stromabwärtszellen in 9-Bit-Bytes und Senden dieser als einen TDM-Strom an den Kopfendkabelmodem-Stromabwärtstransmitter für Übertragung (dieser Transmitter kann irgendein konventioneller Transmitter sein, aber bevorzugterweise ist es ein SCDMA-Transmitter, der jedes 9-Bit-Byte aufteilt in drei Tribits und diese verschachtelt in Elemente von einem Informationsvektor, der den virtuellen Kanälen entspricht, die dem bestimmten Modem zugeordnet sind, zu dem jedes 9-Bit-Byte gerichtet ist, und Spreizen des Spektrums des Informationsvektors unter Verwendung einer oder mehrere Spreizcodes, die zu dem einen oder mehreren zugeordneten virtuellen Kanälen zugeordnet sind);
    Kopfendkabelmodemtransmitter kodiert die 9-Bit-Bytes und moduliert diese auf einen Stromabwärtsträger zur Übertragung über virtuelle Kanäle von dem Kopfende über HFC zu einem entfernten Einheit-(RU)-Kabelmodem.
  • Das optimierte System verwendet ein Zwei-Niveau-Adressierungsschema und eine Abbildung zwischen jedem logischen Kanal und dem zugeordneten RU für diesen Kanal. Der Zwei-Byte-Kopf in der stromabwärtsoptimierten ATM-Zelle identifiziert den einzelnen Logikkanal, auf dem die Daten zu übertragen sind, und dieser einzelne Logikkanal entspricht einem einzelnen der vielen RUs. Die Ethernet-Adresse des bestimmten Prozesses oder Peripheriegerätes bei der RU, zu der die Nutzlastdaten gerichtet sind, sobald sie an der RU ankommen, ist enthalten als mehrere Bytes in den Nutzlastdaten.
  • Bei dem RU-Kabelmodem (12 in 3 oder 70 in 4A) werden die 9-Bit-Bytes wieder hergestellt, wiedergeordnet in AAL5-Pakete und eingekapselt in ein oder mehrere Ethernet-Pakete zur Übertragung über das LAN. Spezifisch führt das RU-Kabelmodem die folgende Verarbeitung durch:
    Die einkommenden Signale von der Kabelabnahme 10 werden demoduliert, gedemultiplext und erkannt in Übereinstimmung damit, ob Multiplex- und Modulationsschemata verwendet wurden durch den Kopfendstromabwärtstransmitter für die Übertragung auf separaten Logikkanälen, um so die 9-Bit-Bytes wiederherzustellen;
    eine Formatiererschaltung findet die ATM-Zellbegrenzungen durch Untersuchen der 9. Bits für den Startcode und Wiederzusammensetzen der 50-Byte-optimierten Stromabwärts-ATM-Zelle;
    der Formatierer in jeder RU untersucht den 2-Byte-Kopf in jeder ATM-Zelle, um festzustellen, ob die ATM-Zelle an diese RU gerichtet ist, und um die Zelle zu verwerfen, wenn sie an eine andere RU gerichtet ist (RU und Kabelmodem bei der gleichen Kundenräumlichkeit), werden austauschbar verwendet) und leitet sie weiter zu einer Segmentierungs- und Wiederzusammensetzungsschaltung (SAR) als einen Utopia-Datenstrom, wenn die Zelle an diese RU gerichtet ist;
    Die SAR stellt die AAL5-Paket-Grenzen wieder her durch Finden der RFC-1483-Bits und die letzten Zellcodes und setzt die AAL5-Pakete wieder zusammen und prüft sie auf Fehler unter Verwendung der CRC-Bits und speichert die korrigierten AAL5-Pakete im Speicher für Beschaffung durch einen Ethernet-Controller und leitet einen Zeiger auf das Paket an den Ethernet-Controller;
    der Ethernet-Controller beschafft das AAL5-Paket, angezeigt durch jeden Zeiger, und entfernt die RFC-1483-Bits und sendet die verbleibenden Bits als ein Ethernet-Paket (nach Entfernen der RFC-1483-Bits ist das Verbleibende ein Ethernet-Kopf gefolgt durch einen IP-Kopf gefolgt durch einen Nutzlastabschnitt).
  • In der Ausführungsform von 3, wenn das Kabelmodem 12 die Struktur und Funktionalität aufweist, die gerade beschrieben wurde, empfängt der Gateway 14 das Stromabwärts-Ethernet-Paket auf Leitung 16 und koppelt es einfach durch einen Paketschaltprozess auf dem Gateway auf das geeignete LAN-Subnetz (wenn in den Kundenräumlichkeiten mehr als ein LAN verwendet wird). Wenn nur ein LAN verwendet wird, können die Ethernet-Pakete einfach gesendet werden an eine Ethernet-Netzwerk-Schnittstellenkarte in dem Gateway zum Heraustreiben auf das LAN. Ebenso werden Ethernet-Pakete, die empfangen wurden von dem LAN mit IP-Adressen, die anzeigen, dass sie gerichtet sind an Prozesse, die gekoppelt sind an das Weitverkehrsnetzwerk, zu dem das Kabelmodem 12 gekoppelt ist, geleitet durch den Gateway an das Kabelmodem 12. Dort werden sie übertragen auf einem Stromabwärtskanal, zugeordnet zu Kabelmodem 12, und wie derhergestellt durch das Kopfendemodem und gekoppelt an das Internet durch einen Router an dem Kopfende.
  • Andere Beispiel von Hochgeschwindigkeitskabelmodems, die für Kabelmodem 12 verwendet werden könnten, sind gegeben in Azzam, High Speed Cable Modems, (McGraw Hill 1997), ISBN 0-07-006417-2, welches hierin durch Referenz inkorporiert ist.
  • Typischerweise sind die lokalen Netzwerke 18 und 20 10Base-T-Telefonleitungen oder Cat-3-, -4- oder -S-UTP-(verdrillte Paare)-Typ-LANs mit irgendeiner Topologie. Diese LANs sind kostengünstig, und es gibt viele Quellen für kostengünstige Netzwerkadapter, Hubs und Perhiphergeräte. Die physikalischen Medien von LAN(s) 18 und 20 können bereitgestellt werden als eine Verdrillte-Paar-Telefonleitung, mit der die Kundenräumlichkeiten bereits verdrahtet sind, oder es kann eine CAT-5-Verdrahtung sein oder ein RF- oder infrarot-drahtloses LAN-System oder das Koax von dem Kabel-TV-System, welches durch das Haus verläuft, kann verwendet werden für ein ThickNet-(10Base-5)- oder ThinNet-(10Base-2)-LAN. Der letztere Fall nimmt an, dass das Koax getrennt wurde von der Standard-CATV-Abnahmeleitungsspeisung und gekoppelt ist an TV-Gerät-Peripheriegeräte nur indirekt über das Kabelmodem 12. Jedoch ist es auch möglich, die Verbindung des Koaxialkabels beizubehalten, das durch die Räumlichkeiten verläuft zu der HFC-Kabelabnahme 10 für Lieferung von FDMA-analog-CATV-Programmkanälen an verschiedene TVs und VCRs in dem Haus und das 10Base-T- oder drahtlose LAN zu verwenden für Lieferung von digitalen Diensten an die verschiedenen Peripheriegeräte über Netzwerkadapterschaltungen.
  • 3 zeigt Gateway 14 als gekoppelt an zwei LANs 18 und 20, von denen eines ein Hochgeschwindigkeits- und das andere ein Niedriggeschwindigkeits-LAN ist. Das Hochgeschwindigkeits-LAN kann ein 100BaseT sein und ist verwendet, um hochbandbreitenkonsumierende Dienste wie z.B. Videokonferenzen, Video auf Anforderung, Hochgeschwindigkeitsinternetzugriff zu liefern. Es können dort eins oder mehrere LANs gekoppelt sein an dem Gateway. Wenn es dort mehr als ein LAN gibt, stellt der Gateway 14 ebenfalls eine Routing-Funktion bereit, um die Ethernet-Pakete auf das geeignete Netzwerk zu bringen, zu dem die Periphergeräte gekoppelt sind, die die IP-Adresse in dem Paket haben.
  • Die lokalen Netzwerke 18 und 20 dienen ebenfalls dem doppelten Zweck, den Computern auf dem Netzwerk zu erlauben, miteinander zu kommunizieren und Ressourcen zu teilen, wie z.B. geteilte Festplatten, Drucker usw. Zum Beispiel ist der PC 22 typischerweise ein windows-basierter Personal Computer, aber kann auch eine Macintosh- oder andere Workstation sein, der mit Netzwerkcomputern 24 und 26 kommunizieren kann, um Dateien zu erlauben, auf der Festplatte vom PC 22 erzeugt zu werden, auf welche zugegriffen werden kann durch die Netzwerkcomputer, oder Dokumente zu erzeugen auf den Netzwerkcomputern 24 und 26, die auf der Festplatte von PC 22 gespeichert sind. Durch den Gateway 14 und ein internes ADSL-Modem oder Kabelmodem können die Netzwerkcomputer ebenfalls auf das Internet zugreifen und Web-Seiten herunterladen, E-Mails senden usw.
  • Das Fernsehgerät 28 ist gekoppelt an das lokale Netzwerk 18 über einen Netzwerkadapter 30, welcher fungiert, um komprimierte Digitaldaten in empfangenen Ethernet-Paketen zu wandeln in Videosignale auf Leitung 32. Der TV kann verwendet werden in interaktiven Kommnunikationen, so dass Stromaufwärtsdaten gesendet werden können durch Benutzung einer Infrarot- oder RF-drahtloser Tastatur 34. Solche Daten können den Titel oder die Nummer eines VOD-Films einschließen, der anzufordern ist, oder Stromaufwärtstext, der zu senden ist, in einer multimedia-interaktiven Präsentation. Zusätzlich kann eine infrarote oder HF-Fernsteuerung 80 verwendet werden, um Befehle zu übertragen an den Netzwerkadapter 30, wie z.B. Abspielen, Pause, Zeitlupe, Stopp, Zurückspulen usw., um Video-auf-Anforderung-Dienste zu steuern. Information, die der Kunde zu senden wünscht, wird eingegeben auf der Tastatur und kommuniziert zu dem Netzwerkadapter 30 über Infrarot- oder RF-Übertragung von der Tastatur 34 und/oder Fernsteuerung 80. Die Datenübertragungen werden empfangen, demoduliert und erkannt, um die Daten wieder herzustellen, und die Daten werden adressiert und paketiert in IP-Pakete, die eingekapselt sind innerhalb von Ethernet-Paketen durch einen Infrarot- und/oder RF-Receiver 82 in dem Netzwerkadapter 30 (siehe 5, welches ein Blockdiagramm des Netzwerkadapters 30 ist). Die Ethernet-Pakete, die die Stromaufwärts-VOD-Anforderungsdaten beinhalten, sind an den Gateway 14 adressiert. Diese Pakete werden auf das LAN 20 geleitet durch eine Netzwerkschnittstellenkarte 84, welche die Medienzugriffssteuerung vornimmt und physikalische Schichtprotokolle, ob LAN in Verwendung ist, wie z.B. CSMA/CD in dem Fall von Ethernet-LANs.
  • Das IP-Paket, das jede VOD-Anforderung einkapselt, ist adressiert an den bestimmten Videoserver, der die Daten liefern wird. Standardmaus- oder Touchpad-Typ-Technologie in der Infrarottastatur und/oder Fernsteuerung 80 sendet Zeigerinformation an den Receiver 82, so dass der Benutzer Menüs anfordern kann von jedem Videoserver und auf eine Videoauswahl zeigen kann von jedem angezeigten Menü auf dem TV. In einer Ausführungsform hat die Fernsteuerung 80 oder IR-Tastatur 34 Funktionstasten, die gedrückt werden können, um Menüs von VOD-Auswahlen anzufordern von dem Satellit, den HFC- und ADSL-Videoservern. Wenn diese Funktionstasten gedrückt werden, wandelt der Receiver 82 die Anforderung in ein IP-Paket, das adressiert ist an den geeigneten Videoserver, wobei Übertragung der gegenwärtigen Menüdaten angefordert wird. Die Menüdaten, die gegenwärtig verfügbare Auswahlen auflisten, werden gesendet als Stromabwärts-IP-Pakete, die adressiert sind an den Videoadapter, der die IP-Adresse aufweist, die die Quelladresse des Menüanforderungspakets war. Diese IP-Pakete erreichen die IP-Videoschaltung 242, wo sie erkannt und geleitet werden über den Bus 87 zu der 2/3-D-Graphikschaltung 83, welche die Daten wandelt in Graphikdatensignale auf Leitung 85, welche benutzt werden wird, um die Menüs anzuzeigen.
  • Wenn der Benutzer auf eine bestimmte Menüauswahl zeigt auf einem angezeigten Menü, wird die Zeigerinformation übertragen an den Receiver 82 und gewandelt in Graphikanweisungen, die übertragen werden über die Leitung 81 an die optionale 2/3-D-Graphikschaltung 83. Die Graphikschaltung 83 erzeugt Graphiken zum Überlagern auf der TV-Anzeige, und die Zeigerinformation wird gewandelt in ein Graphikbild wie einen Zeiger oder eine Hand, die der Benutzer bewegen kann auf dem angezeigten Menü durch Verwendung einer Maus oder eines Touchpads. Wenn der Benutzer auf eine VOD-Auswahl zeigt und einen „Anforderungs"-Befehl gibt, wird das Menü, in dem der Zeiger liegt, übertragen über den Bus 81 an den Receiver 82, und die Position auf dem Menü, wo der Zeiger gegenwärtig lokalisiert ist, wird bestimmt durch die Graphikschaltung 83 und übertragen an den Receiver 82. Das Menü und so bestimmte gegenwärtige Positionsdaten werden abgebildet auf einer IP-Adresse eines bestimmten Servers und einer bestimmten VOD-Auswahl, die verfügbar ist von diesem Server. Der Receiver 82 verwendet dann die IP-Adresse des Videoservers als eine Zieladresse und seine eigene IP-Adresse als eine Quelladresse und die angeforderte Auswahl, um ein IP-Paket zu erzeugen, das die VOD-Anforderung trägt. Dieses Paket wird dann eingekapselt in ein Ethernet-Paket, adressiert an Gateway 14 und gesendet an den Gateway über die NIC 84 und das LAN 20. Der Gateway entfernt den Ethernet-Kopf und leitet das IP-Paket an den geeigneten Videoserver über das geeignete Stromaufwärtsmedium für diesen Videoserver.
  • In alternativen Ausführungsformen kann der Benutzer einfach die Zahl einer Kategorie von Video eingeben von einem angezeigten Menü von verfügbaren Kategorien und die Nummer einer Videoauswahl auf dem angezeigten Menü. Die Menünummer und die Programmnummer werden dann gewandelt in ein VOD-Anforderungs-IP-Paket durch den Receiver 82 und dann eingekapselt in ein Ethernet-Paket, das adressiert ist an den Gateway 14. Der Gateway 14 verarbeitet dann die VOD-Anforderung, wie oben beschrieben.
  • Wenn das Stromaufwärts-VOD-Anforderungspaket den Gateway 14 erreicht, wird es verarbeitet durch das Ethernet (oder andere LAN-Protokolle) zu IP-Protokollwandlung, und Routing-Prozess (hierin nachstehend bezeichnet als Routing-Schaltung) wird ausgeführt durch die Host-Computerschaltung und die Software-Verarbeitung symbolisiert durch Block 86 in 4A (4A–4B sind zusammen ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Gateways). Die Routing-Schaltung 86 routet dann das VOD-Anforderungspaket an das geeignete Subskriptionsdienstdatenliefernetzwerk für Lieferung an das Verarbeitungs-/Zielgerät, das in der IP-Zieladresse genannt ist.
  • Die Routing-Schaltung 86 ist als ein separater Logikblock in 4A gezeigt von dem Host-Mikroprozessor 128 und seinen zugeordneten Periphergeräten: Direktzugriffsspeicher 129, nichtflüchtiger Speicher 131, um das Bios zu speichern, Festplattencontroller 133 und die Festplatte 135, die er steuert, Anzeigeadapter 137 und Anzeige 139, Tastaturschnittstelle 141 und Tastatur 143. All diese Periphergeräte sind konventionell. In einer tatsächlichen Schaltung ist die Routing-Schaltung 86 üblicherweise der Host-Mikroprozessor, der programmiert ist, die IP zu Ethernet und umgekehrt Protokollwandlung vorzunehmen, Routing-Tabellenkonstruktion und Paket-Routing-Funktionen auszuführen zusammen mit beliebigen anderen notwendigen Funktionen für einen Router einschließlich Netzwerkschnittstellen und beliebigen anderen Funktionen, die für den Routing-Prozess benötigt werden, der in dem Flussdiagramm hierin beschrieben ist. Beschreibung von Gateways, Routern, dem Internetprotokoll und IEEE-802.3-Ethernet-Lokalnetzwerken können gefunden werden in Tannenbaum, Computer Networks, 2. Ausgabe (Prentice Hall 1989) ISBN 0-13-162959-X und Stallings, Data and Computer Communications, 4. Ausgabe, (MacMillan Publishing 1994) ISBN-0-02-415441-5, welche beide hierin durch Referenz inkorporiert sind.
  • Die Funktion des Gateways ist es, Protokollwandlung, Paketformatwandlung, Video-, Sprach- und Datendemodulation, Erkennungs- und Demultiplex-Dienste, konventionelle Zugriffssteuerung bereitzustellen, um zu verhindern, dass Nicht teilnehmer Dienste empfangen, die sie nicht gezeichnet haben. Der Gateway 14 führt Funktionen aus von einem Kabelmodem und einer Set-Top-Decoder-Box für einen Satelliten-Digitaldaten-Teilnehmerdienst, wie z.B. DirectPC, und führt Funktionen von einem ADSL-Modem aus. Als Teil dieser Schnittstellenschaltung führt der Gateway MPEG-Codierungsdienste, IP-Video aus. IP-Video umfasst den Prozess der Wiedergewinnung von Stromabwärts-IP-Paketen und Senden dieser an einen Eingangsanschluss eines Router-Prozesses und Empfangen von Ethernet-Stromaufwärtspaketen und Wandeln dieser in IP-Pakete und Stromaufwärtssenden dieser. Der Gateway führt ebenfalls IP-Telefondienste aus (ähnlich zu IP-Videodiensten, mit der Ausnahme von Telefonie über das Internet) wie auch Schalt- und Routing-Dienste. Mehr Details über die Struktur und den Betrieb des Gateways werden nachstehend enthalten sein.
  • Es obliegt den Netzwerkschnittstellenkarten der Periphergeräte, die Ethernet-Pakete von dem LAN 18 zu empfangen, zu bestimmen, ob diese an die Ethernet-Adresse dieses peripheren Geräts gerichtet sind, die Nutzlastdaten zu wandeln in ein nutzbares Format für das Periphergerät und die Daten zu transferieren an den Prozess, der die IP-Adresse in dem Paket aufweist.
  • Angenommen, dass der Dienst getragen wird durch das Heimnetzwerk, wird bidirektionale Datenübertragung benötigt, und ATM wird stromaufwärts verwendet, wobei die Stromaufwärtsdatenübertragungsverarbeitung von dem Periphergerät zu dem Internet über das Kabelmodem 12 wie folgt ist, angenommen, dass das Kabelmodem von dem Typ ist, der definiert ist in der PCT-Veröffentlichtung WO 97/34421, welche hierin durch Referenz inkorporiert ist:
    Der Anmeldungsprozess, der Stromaufwärtsdaten senden muss, gibt ein oder mehrere Ethernet-Pakete auf das LAN 18 aus, welche die IP-Adresse der Entität auf dem Internet einschließen, zu dem die Daten gerichtet sind;
    jedes Ethernet-Paket wird geroutet durch den Gateway 14 an das Kabelmodem 12, wenn es eine IP-Adresse aufweist, die anzeigt, dass es gerichtet ist an eine Entität auf dem Internet, zu dem der Gateway gekoppelt ist über das Kabelmodem 12;
    das SAR in dem RU-Kabelmodem fügt Pad-Bits zu jedem Ethernet-Paket hinzu, berechnet CRC-32-Fehlererkennungsbits und fügt RFC-1483-Bits hinzu, so dass das resultierende Paket einen vielfachen, ganzzahligen Wert von 48 Bytes aufweist;
    das SAR parst die Pakete in mehrere 48-Byte-ATM-Zellnutzlastabschnitte ohne Kopf-Bytes, fügt Standard-5-Byte-ATM-Zellköpfe zu jedem Nutzlastabschnitt hinzu unter Verwendung eines virtuellen Verbindungsidentifizierers, der den virtuellen Stromaufwärtskanal identifiziert, der dieser RU zugewiesen ist, um das VPI-/VCI-Feld zu konstruieren, und verwendet letzte Zell-, Normalzell- und Idle-Zellinformation, um das PTI-Feld zu konstruieren, und kalkuliert ein HEC-Feld und überträgt die resultierenden ATM-Zellen an einen Formatierer als einen Utopia-Strom;
    der Formatierer fügt ein 9. Bit zu jedem Byte in der Zelle hinzu und kodiert die 9. Bits mit einem Startcode, letzten Zell-, Normalzell- und Idle-Zellcoden unter Verwendung der Information in dem PTI-Feld von jedem ATM-Zellkopf;
    der Formatierer entfernt den 5-Byte-Kopf von jeder ATM-Zelle, während er die Information speichert, und parst jede Stromaufwärts-ATM-Zelle in 9-Bit-Bytes und platziert ein 9-Bit-Byte in jeden Zeitschlitz eines Stromaufwärtsinformationsvektors, der dem virtuellen Kanal entspricht, welcher diesem RU-Modem zugewiesen wurde, und überträgt den Informationsvektor an den Stromaufwärtstransmitter in dem RU-Kabelmodem 12 unter Verwendung der Information in dem VPI-/VCI-Feld des Kopfes, um zu identifizieren, welcher virtuelle Kanal in welchem jeweiligen 9-Bit-Byte von jeder ATM-Zelle zu übertragen ist;
    der Stromaufwärtstransmitter des RU-Modems überträgt die Stromaufwärtsdaten in dem geeigneten virtuellen Kanal wie durch Spreizen des Spektrums des 9-Bit-Bytes unter Verwendung einer oder mehrere Spreizcode, die dem/den virtuellen Kanal/Kanälen zugeordnet sind, die der RU zugeordnet sind;
    die Spreizspektrumdaten werden dann übertragen auf dem Stromaufwärtsträger;
    der Receiver in dem Kopfendkabelmodem empfängt die Stromaufwärtsübertragungen von jeder RU und demoduliert und demultiplext und erkennt die übertragenen Daten von jedem 9-Bit-Byte und platziert die wiederhergestellten 9-Bit-Bytes in die Zeitschlitze auf einem TDMA-Bus, welcher dem Logikkanal entspricht, in dem die Daten empfangen wurden;
    ein Formatierungsprozess in dem Kopfendmodem demultiplext den TDMA-Strom und setzt die 48-Byte-optimierten Stromaufwärts-ATM-Zellen wieder zusammen unter Verwendung der Signalisierungsdaten in den 9. Bits und platziert jede ATM-Zelle in einen Teil eines Zellpuffers, der dediziert ist zum Speichern von ATM-Zellen von der RU, welche die Daten erzeugt hat unter Verwendung der Zeitschlitzdaten, um zu bestimmen, von welcher RU jede ATM-Zelle angekommen ist;
    ein Zellausgabesteuerprozess empfängt dann jede 48-Byte-ATM-Zelle und erzeugt einen Standard-5-Byte-Kopf und überträgt die Standard-53-Byte-ATM-Zelle in dem OC3-Formatdatenstrom an eine Segmentations- und Wiederzusammensetzschaltung in einen Router in dem Kopfendkabelmodem;
    der SAR-Fehler prüft die 53-Byte-ATM-Zelle unter Verwendung des HEC-Feldes und entfernt die Kopf-Bytes, während er die VPI-/VCI- und die PTI-Feldinformation aufbewahrt, und rekonstruiert die AAL5-Sequenz unter Verwendung der RFC-1483-Bits und der letzten Zelldaten, die kodiert sind in dem PTI-Feld, um die Paketgrenzen zu finden, und durch Verbindung der 48-Byte-Nutzlastabschnitte der ATM-Zellen und prüft das Paket auf Fehler unter Verwendung von CRC-Bits;
    wenn keine Fehler gefunden werden, werden die RFC-1483-Bits und die CRC-Bits und Pad-Bits entfernt, um einen Ethernet-Paketkopf, einen IP-Kopf und einen Nutzlastabschnitt zurückzulassen, und das Resultat wird gesendet an einen Router zum Routen auf dem geeigneten Subnetz, um zu dem Ziel zu gelangen, das die IP-Adresse hat irgendwo auf dem Weitverkehrsnetzwerk.
  • Wenn das Kabelmodem 12 die Architektur irgendeines beliebigen Kabelmodems aufweist, das in Azzam, High Speed Cable Modems, beschrieben ist, können ge eignete Modifikationen zu den oben beschriebenen Stromabwärts- und Stromaufwärtsprozessen, die oben beschrieben wurden, vorgenommen werden, oder die Stromaufwärts- und Stromabwärtsprozesse, die in diesen Modems verwendet werden, können verwendet werden für Lieferung der gleichen digitalen Dienste, die sie im Stand der Technik zur Lieferung verwendet haben. Zum Beispiel irgendwelche Kabelmodem-Hardware- und -Softwarestrukturen, die im Stand der Technik bekannt sind, welche in tatsächlichen Feldversuchen verwendet wurden, die identifiziert sind in Azzam, High Speed Cable Modems, Kapitel 14, Abschnitt 14.2, Seiten 512–518 (McGraw Hill 1997), ISBN 0-07-006417-2 können verwendet werden, und alle diese Modemdesigns sind hierdurch inkorporiert durch Referenz. Die Kabelmodems, deren Schaltung und Software hierin inkorporiert sind durch Referenz, schließen ein: das LANcity Personal; Hybrid Networks Cable Client Modem 211; Zenith HomeWorks Elite; Motorola CyberSurfr; General Instruments SURFboard SB1000; Hewlett-Packard QuickBurst; Com21 ComPort; Toshiba und beliebige andere Kabelmodems, die konform sind mit dem IEE-802.14-Standard.
  • Typischerweise wird die IEEE-802.14-kompatible Kabelmodemgattung Arten beinhalten, die die folgenden Eigenschaften aufweisen:
    Stromabwärtsdaten, die beinhaltet sind in einem der 6-MHz-TV-Kanäle, die das Spektrum oberhalb von 550 MHz belegen;
    Stromaufwärtskanal, mit einem zugeordneten Band zwischen 5 und 45 MHz;
    64-QAM-Stromabwärtsmodulationslieferung oberhalb von 30 Mbps-Datenrate;
    Stromaufwärtskanal, der QPSK-Modulation oder eine Kombination von TDMA- und synchronen Code-Teilungs-Multipler-Zugriff-Multiplextechniken aufweist und QAM-Modulationslieferung von 2 bis 10 Mbps in jedem Stromaufwärtskanal;
    eine Medienzugriffssteuersoftwareschicht zum Vermitteln von Stromaufwärtszugriff zwischen mehreren Benutzern, die das gleiche Kabelmedium teilen;
    ein MAC-Protokoll, welches ATM-freundlich ist unter Verwendung des ATM-Zelltransportkonzepts und möglicherweise einschließend Segmentierung von ATM-Zellen in kleine Segmente, um die Systemleistungsfähigkeit zu verbessern;
    Status- und Steuerinformationsrückschleifen von dem Stromaufwärts zu dem Stromabwärts, um entfernte Kabelmodems mit Status- und Steuerinformationen zu versehen, um eine Hackordnung zu bestimmen;
    der Stromaufwärtskanal, aufgeteilt in Frequenzkanäle, welche individuellen Nutzern zugeordnet sind, oder Kombination zweier Multiplex-Verfahren wie z.B. TDMA und synchrones CDMA oder CDMA.
  • Kabelmodems innerhalb dieser Gattung schließen Schaltungen und Software ein, um Zeitsynchronisation zu erzielen, wo Rahmenausrichtung für geeignetes Demultiplexen notwendig ist.
  • Auch wenn nicht notwendigerweise innerhalb der Gattung, schließen die besseren Modems in der Gattung ebenfalls Zeitsynchronisation gekoppelt mit TDMA und CDMA ein, um Intersymbolinterferenzen zu reduzieren, wie auch Leistungsausrichtung und adaptive Entzerrung, um andere Formen von Interferenz zu minimieren. Diese besseren Kabelmodems werden ebenfalls Verschlüsselung einschließen wie z.B. pseudozufällige Verschachtelung oder DES-Verschlüsselung für Privatheit und ein MAC-Schichtprotokoll, das Fairness in Stromaufwärtsbandbreitenzugriff sicherstellt.
  • Diese Kabelmodems sind verwendet worden, um auf den Wohnsitz bezogene Online-Teilnehmerdienste zu liefern, die einschließen Internetzugriff E-Mail, Weltnachrichten, Einkaufen, lokale Inhalte einschließlich Stadtregierung, Schulen, Bibliotheken und andere Nachrichten der Gemeinschaft, Multimedia-Dienste, Campus-Netzwerke, Fernstudium und Telemedizin, Internetzugriff zu Schulen, Prodigy, Jones Internet Channel und Heimarbeitsprogramme.
  • Details von Gateway-Schnittstellen zu Stromabwärtskabel, Satellit und ADSL.
  • Bezugnehmend auf 4 ist dort ein Blockdiagramm gezeigt einer Ausführungsform des Gateways 14, der konfiguriert ist als eine alleinstehende Schaltung, wo Schnittstellen zu den Satelliten-, HFC- und PSTN-Netzwerken alle implementiert sind auf der Platine. Diese Schaltung kann eine Erweiterungskarte in einem Personal Computer sein, oder sie kann integriert sein in das Motherboard eines Personal Computers. Die anderen bekannten Komponenten des Personal Computers sind der Einfachheit halber nicht in 4 gezeigt, aber es ist ausreichend zu sagen, dass die Host-CPU des PCs gekoppelt ist an die Schaltung, die in 4 gezeigt ist, durch die Adress-, Daten- und Steuerbusse des PCs, so dass die Schaltungen, die Steuereingaben benötigen oder Daten von der Host-CPU, diese empfangen können. Die Steuer- und Dateneingänge, die von jeder Schaltung benötigt werden, werden beschrieben werden, wenn die Schaltung beschrieben wird.
  • Die Ausführungsform des Gateways 14, der in 4 gezeigt ist, schließt die gesamte Schaltung eines DOCSIS 1.2-Kabelmodems 70 darin ein. Zuerst betrachtend die Schnittstellenschaltung, um das HFC an das LAN zu koppeln, die HFC-Abnahmeleitung 10 ist gekoppelt an eine Stromaufwärts- und Stromabwärtskombinierer- und Isolationsschaltung 90. Dort werden stromaufwärtsmodulierte RF-Trägersignale auf Leitung 92 von Stromaufwärtsisolationsverstärkern oder Koppler 94 gekoppelt auf das Kabel 10, und stromabwärtsmodulierte RF-Signale werden empfangen vom Kabel 10 und platziert auf Leitung 96. Typischerweise wird Kombinierer 90 einen Bandpassfilter einschließen, um zu verhindern, dass Stromaufwärts-RF-Signale in die Leitung 96 eintreten, und kann optional einen Abschluss für die Leitung 92 einschließen, um Reflektionen zu verhindern. Die Isolationsschaltung 98, typischerweise ein Pufferverstärker oder eine Kapazität oder andere Schaltung, wie z.B. ein Überspannungsableiter, schützt die interne Schaltung des Gateways vor irgendwelchen unerwünschten DC-Signalen oder Blitzschlägen auf dem HFC.
  • In der Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, werden drei Tuner 100, 102 und 104 verwendet. Der Tuner 100 ist getunt auf einen von den konventionellen CATV-analog-Videokanälen in NTSC-, PAL- oder SECAM-Format. Typischerweise wird die Gesamtbandbreite des HFC aufgeteilt werden in unterschiedliche Frequenzbänder für CATV-FDMA-analog-Videokanäle, ein Stromaufwärts-DOCSIS-Daten-Management- und -Steuersignalband, ein Digital-VOD-Signalband und ein Stromabwärts-DOCSIS-Datenband. Das Frequenzband für Stromaufwärtsdaten und Mangement- und Steuersignale erstreckt sich von 0 bis ungefähr 50 MHz. Innerhalb dieses Bands werden Stromaufwärts-DOCSIS-Daten moduliert werden auf eine Trägerfequenz, und Management- und Steuerdaten werden moduliert werden auf eine andere Trägerfrequenz. Es kann dort mehrere Stromaufwärts-Management- und Steuerkanäle bei unterschiedlichen Frequenzen geben oder in unterschiedlichen Zeitschlitzen oder auf der gleichen Frequenz mit den Daten von jedem Management- und Steuerkanal, der sein Spektrum gespreizt hat mit einem unterschiedlichen Spreizcode. Typischerweise wird das Frequenzband von 50 bis 500 MHz reserviert werden für FDMA-6-MHz-Breite-analog-CATV-Videosignale. Digitale Videodaten, wie z.B. für VOD oder Telekonferenzen usw., werden typischerweise moduliert auf eine Mehrzahl von unterschiedlichen Frequenzkanälen in einem Band oberhalb von 5 MHz, wobei jeder Kanal ungefähr 6 MHz breit ist und beinhaltet eine Mehrzahl von Video-, Audio- und assoziierten Datenunterkanälen, die durch TDMA getrennt sind. Stromabwärts-DOCSIS-Daten, wie z.B. Webseiten, die heruntergeladen werden während Hochgeschwindigkeits-Internetzugriff werden typischerweise moduliert auf einen Träger, der eine Frequenz aufweist irgendwo oberhalb der Video-auf-Anforderungs-Trägerfrequenzen.
  • Eine der Funktionen des Gateways 14 ist es, angeforderte Dienste an all die Periphergeräte in den Kundenräumlichkeiten zu liefern nahtlos über das geteilte LAN, dadurch eliminierend die Notwendigkeit für separate Koaxialkabelverdrahtung, um CATV-analog-Signale zu liefern, ein digitales Netzwerk, um digitale Daten zu liefern, Telefonverdrahtung, um konventionellen Telefondienst zu liefern. All diese Dienste werden geliefert über ein einziges digitales Datenverteilungssystem, das ein oder mehrere LANs beinhaltet. Zu diesem Zweck werden selbst CATV-Signale, die analog sind, wenn sie angeliefert werden, digitalisiert, komprimiert, gewandelt in IP-Pakete und dann in Ethernet-Pakete und übertragen an die unterschiedlichen Fernsehgeräte über ein LAN.
  • Empfang und Verteilung von analogen CATV-Signalen
  • Der Tuner 100 startet diesen Prozess durch Empfangen von Steuerdaten vom Mikroprozessor 128, welche den CATV-analog-Videokanal definieren, der angefordert worden ist. Benutzer fordern analoge CATV-Übertragungskanäle an über ihre IR-Tastaturen 34 oder Fernsteuerungen 80 in 3. Diese Anforderungen werden eingekapselt in Management- und Steuer-Ethernet-Pakete, die an die Host-CPU 128 durch Netzwerkadapter 30 adressiert sind. Die Host-CPU empfängt diese und erzeugt ein Bus-Paket auf Bus 156, das adressiert ist an den Tuner 100, welches ihm sagt, zu welchem Kanal zu tunen. Der Host-Bus 156 kann ein PCI-Bus in einem windows-basierten Personal Computer sein, aber hohe Verkehrslast kann einen solchen Bus auf seine Knie bringen, da nur zwei Geräte diesen Bus verwenden können, um zu einer bestimmten Zeit zu kommunizieren. In alternativen Ausführungsformen kann ein Hochkapazitätsmultiplexbus wie ein H.100-Standard-TDMA-Bus, gekoppelt durch geeignete Bustreiber an den Host-Bus in einem Computer mit ausreichenden Erweiterungsschächten für all die notwendigen Erweiterungsmodule, um einen flexiblen Gateway zu implementieren, verwendet werden. In anderen Worten, bei Ausführungsformen mit kleinem Bandbreitenverbrauch, wo nur ein oder zwei der Erweiterungsmodule, die in 8 gezeigt sind, zugegen sind, kann ein windows-basierter Personal Computer mit einem PCI- oder ISA-Bus und einem oder zwei Erweiterungsschächten ausreichend sein. Jedoch bei Ausführungsformen mit hohem Bandbreitenverbrauch, wo viele oder alle der Erweiterungsmodule, die in 8 gezeigt sind, zugegen sind oder vielleicht hinzugefügt werden, wenn die Anzahl der Dienste und externen Netzwerke, die zu benutzen sind, wächst, kann der Gateway 14 die Konfiguration haben von einem oder mehreren Personal Computern, von denen jeder mit einem schnellen Mikroprozessor und einem PCI- oder einem irgendwie schnelleren Bus ausgestattet ist, von denen einer oder mehrere die Software verarbeiten, die symbolisiert ist durch 8, um die Arbeit aufzuteilen. Diese Server würden gekoppelt sein an die LANs durch eine oder mehrere NICs mit ihren ein oder mehreren Host-Bussen, die gekoppelt sind an andere Erweiterungsmodulschnittstellenplatinen durch ein oder mehrere Hochkapazitätsbusse wie z.B. einen H.100-TDMA-Bus, eine Firewire oder selbst FDDI- oder Fibre-Channel-Arbitrated-Loop-LAN-Technologie. Die Erweiterungsmodulschnittstellenplatine würde eine Mehrzahl von Erweiterungsschächten aufweisen, die angeschlossen sind an den/die Hochkapazitätsbus(se) oder LAN(s), welcher die Erweiterungsmodulschnittstellenplatine an einen oder mehrere Server koppelt. Jeder Erweiterungsschacht würde verfügbar sein, um eines der Erweiterungsmodule, die in 8 gezeigt sind, zu koppeln an die geteilten Software- und Hardware-Einrichtungen der Server. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird auf all diese verschiedenen alternativen Bus- oder LAN-Typ-Verbindungen zwischen dem/den Server(n) und den Modulen in den Erweiterungsschächten einfach Bezug genommen werden als der Host-Bus oder der PCI-Bus 156. Es wird dort ebenfalls Beschreibungen geben von Schaltungen mit der Wirkung des Platzierens von Daten in PCI-Bus- oder Host-Bus-Pakete die adressiert sind an eine bestimmte Schaltung, zu der sie zu senden sind, wie z.B. die IP-Videoschaltung 158 oder den Routing-Prozess 86. Dies ist zu verstehen als tatsächliches Platzieren der Daten in ein Paket mit einer Zieladresse, die gesetzt ist auf die Zielschaltung oder den Prozess oder Bemessungssteuerung des Host-Busses, und Schreiben der Adresse der Zielschaltung auf ihre Steuerleitung und Platzieren der zu transferierenden Daten auf die Datenleitungen und Aktivieren jeweiliger notwendiger Steuersignale, um die Adresse zu verriegeln, und Eintakten der Daten in ein Datenregister oder anderen Speicher.
  • Die RF-Ausgabe des Tuners 100 auf den Bus 134 wird dann digitalisiert durch einen Analog-zu-digital-Wandler in der A/D-Matrix 130. Die digitalen Abtastun gen auf der Leitung 136 werden eingegeben in einen Videodemodulator 138, der in dem digitalen Bereich wirkt, um das digitalisierte analoge Videosignal zu demodulieren durch Entfernen der RF-Komponente. Der Videodemodulator 138 gibt digitale Daten auf die Leitung 166 aus, welche ein konventionelles Basisband-NTSC, -PAL-, oder -SECAM-Formatvideosignal repräsentieren.
  • Die digitalen Daten auf der Leitung 166 weisen eine zu hohe Bitrate für Übertragung über das LAN auf, da unkomprimierte Videoübertragung bei 221 Mbps ist. Dort müssen die Videodaten komprimiert werden. MPEG-II-Kompression wird bevorzugt, aber irgendeine andere bekannte Form von Kompression, die gegenwärtig bekannt ist oder die in Zukunft entwickelt werden wird, wird geeignet sein, da die Form der Kompression nicht kritisch ist. MPEG-II-Kompressionsschaltung ist wohlbekannt und wird verwendet für den MPEG-Coder 146. Jedoch komprimiert MPEG-II-Komnpression nicht NTSC-, PAL- oder SECAM-Formatsignale. Sie müssen zuerst gewandelt werden in YUV-Formatlumineszenz- und -chrominanzsignale. Diese Wandlung wird vorgenommen in dem Videodecoder 142, welcher von einem bekannten Schaltungstyp ist in irgendeinem Videosystem, das MPEG II-Kompression verwendet.
  • Die komprimierten Videodaten werden eingekapselt in PCI-(oder andere Typen)Buspakete, die adressiert sind an die IP-Videoschaltung 158. Dort werden die kommprimierten Videodaten eingekapselt in IP-Pakete, die adressiert sind an den Netzwerkadapter des TV, wo der CATV-Videokanal zu betrachten ist. Die IP-Videoschaltung 158 bestimmt, welche IP-Zieladresse bei Konstruktion der IP-Pakete zu verwenden ist, über Daten, die von dem Host-Mikroprozessor 128 empfangen wurden. Wenn die ursprüngliche Anforderung empfangen wird, bestimmt der Host-Mikroprozessor 128 ebenfalls zusätzlich zum Benachrichtigen des Tuners 100, zu welchem Kanal er tunen soll, aus der Ethernet-Paketquelladresse, welcher TV-Netzwerkadapter die Daten angefordert hat. Die IP-Adresse dieses Netzwerkadapters wird eingekapselt in ein PCI-Buspaket und übertragen über den Host-Bus 156 an die IP-Videoschaltung. Die IP-Pakete, die den digitalisierten CATV-Kanal einkapseln, werden dann gesendet über den Bus 160 an den Routing-Prozess 86.
  • Der Routing-Prozess 86 ist ein konventioneller IP-zu-Ethernet-Routing-Prozess, welcher die IP-Paketzieladressen untersucht und die entsprechenden Ethernet-Adressen nachschaut. Die IP-Pakete werden dann eingekapselt in Ethernet-Pakete und geroutet an die geeignete LAN-Netzwerk-Schnittstellenkarte für LAN 18 oder 20 in Abhängigkeit von der Ethernet-Zieladresse jedes Paketes. Der Prozess arbeitet umgekehrt für einkommende Ethernet-Pakete von den LAN(s).
  • Wenn die IP-Pakete den Netzwerkadapter erreichen des TVs, das den CATV-Kanal angeordert hat, werden sie gewandelt in ein Videosignal, das angezeigt werden kann durch das TV, durch die Schaltung, die nachstehend beschrieben wird in Verbindung mit der Diskussion von 5.
  • Video auf Anforderung
  • Ein Nachteil des Betrachtens von CATV-Übertragungskanälen ist, dass es dort keine Einrichtung gibt, um VCR-ähnliche Steuerungen zu haben wie Pause, Zurückspulen, Abspielen, Zeitlupe oder Stopp über das einkommende Video. Dies ist ein Grund, warum VOD vorteilhafter ist. Wir wenden uns nun zu einer Übersichtsdiskussion von VOD-Lieferung über Kabelmodem. Später wird VOD-Lieferung über ADSL-Modem oder Satellitenschüssel besprochen werden. Die Erörterungen hierin bezüglich Lieferung von VOD beziehen sich ebenfalls auf Lieferung von Videokonferenzdiensten, Heimeinkauf, Fernstudium und andere Multimedia-Dienste, die Video-, Bilder oder andere Multimedia-Daten einschließen. Es gibt dort ebenfalls große Ähnlichkeiten in den Funktionsweisen und der Struktur der Schaltung für Empfangen, Aufzeichnen und Verteilen digitaler VOD über Satelliten, daher werden dort anscheinend einige Wiederholungen von Erörterungen sein, die folgen. Zuerst ein schneller Überblick.
  • Das VOD-Stromabwärtsfrequenzband weist eine Mehrzahl von Videokanälen auf, jeder bei einer unterschiedlichen Trägerfrequenz. Jeder Videokanal trägt mehrere TDMA-Kanäle von MPEG-II-komprimiertem Video mit ihrem zugehörigen Audio und manchmal mit einem oder mehreren zusätzlichen TDMA-Unterkanälen, die zugeordneten Daten gewidmet sind.
  • Der Tuner 102 wird befehligt durch den Host-Mikroprozessor 128, zu einem bestimmten VOD-Kanal zu tunen. der Kunde wird ein bestimmtes VOD-Programm anfordern unter Verwendung der IR-Tastatur 34 oder Fernsteuerung 80. Der Mikroprozessor 128 empfängt die Anforderungsinformation über Management und Steuer-Ethernet-Pakete, die erzeugt werden durch den Netzwerkadapter 30 und getrieben werden auf das LAN 20. Als ein Beispiel, wie die Video-, Audio- und die zugeordneten Datenunterkanäle eines VOD-Programms verwendet werden, sei angenommen, dass der Tuner 102 auf einen Heimeinkaufs-VOD-Kanal getunt ist, wo eine Mehrzahl von Kunden einen Gegenstand zu kaufen wünscht, der gezeigt ist durch die Videodaten auf einem ersten Unterkanal und beschrieben ist auf einem zugeordneten Audiodatenunterkanal, mögen dort viele Kunden sein, die den Gegenstand kaufen wollen, die zu einem Operator sprechen müssen. Diese vielen Kunden haben ihre Telefonrufe digitalisiert in IP-Pakete auf digitalen Telefonen, wie z.B. 62 in 1, mit jedem Paket adressiert an die IP-Adresse, die der Telefonnummer entspricht, die auf der Anzeige gezeigt ist. Diese Pakete werden eingekapselt in Ethernet-Pakete und übertragen auf das LAN 18 oder 20 zu dem Gateway 14. Dort werden sie empfangen durch den Schaltungsprozess 86, und die Ethernet-Köpfe werden entfernt, und die IP-Pakete werden gesendet an DOCSIS-Modem zum Übertragen an einen Stromaufwärtskanal.
  • An dem Kopfstationsmodem werden die IP-Telefonpakete wieder hergestellt und geroutet an die IP-Adresse, wo die Operator warten. Es sei angenommen, dass drei Anrufer anrufen, um den gezeigten und beschriebenen Gegenstand zu kaufen. Die Sprache der drei unterschiedlichen Operator, die diese Anrufe handhaben, wird digitalisiert in IP-Pakete, die adressiert sind an das digitale Telefon, das ver wendet wird durch den Anrufer, mit dem sie sprechen. Diese IP-Pakete, die adressiert sind an die Telefone der drei unterschiedlichen Anrufer, sind QAM-moduliert durch den Kopfstationsmodemmodulator, welcher das VOD-Programm überträgt und stromabwärts sendet als zugeordnete Daten auf drei unterschiedlichen TDMA-Unterkanälen, die zugeordnet sind zu den Video- und Audiounterkanälen der Heimeinkaufspräsentation.
  • Der Host-Mikroprozessor 128 sagt dem Tuner 102, zu welchem Kanal er in dem VOD-Band zu tunen hat, über Steuerdaten, die übertragen werden über den Daten-, Adress- und Steuerbus 156 (ebenfalls bezeichnet als der Host-Bus). Der RF-Tuner 102 tunt zu dem Kanal und weist alle anderen Signale zurück.
  • Dann werden die Video-, Audio- und zugeordnete Werte für jeden Video-, Audio- und Daten-QAM-modulierten Konstellationspunkt zurückgewonnen durch den QAM-Demodulator 146.
  • Die wiedergewonnenen Datenwerte werden dann aufgeteilt durch den Transport-Demultiplexer 148 in Video-, Audio- und zugeordnete Datenströme auf Leitungen 150, 152 und 154. Der Transport-Demultiplexer empfängt Steuerdaten von dem Host-Mikroprozessor über Daten-, Adress- und Steuerbus 156, welche ihm mitteilen, welche Unterkanäle in dem Demultiplex-Prozess herauszuseparieren sind.
  • Eine konventionelle bedingte Zugriffsschaltung 126 entschlüsselt dann die wiedergewonnenen Daten, um jeglichen unautorisierten Zugriff darauf zu verhindern. Der Entschlüsselungsprozess kann der gleiche Prozess sein, der gegenwärtig verwendet wird in Ku-Band-Satellitendigitalvideolieferung oder irgendein anderer konventioneller Verschlüsselungsprozess. Da VOD-Unterkanäle nur an bestimmte Benutzer gesendet werden, können die Daten verschlüsselt werden durch PGP unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels des Benutzers, an den die Daten gerichtet sind. Der Nutzer verwendet dann seinen privaten Schlüssel, um die Daten zu entschlüsseln.
  • Die bedingte Zugriffsschaltung weist eine konventionelle PCI- oder andere Busschnittstellenschaltung auf. Typischerweise ist der Gateway implementiert als eine oder mehrere Platinen auf einem Personal Computer wie einer Pentium-Klasse oder PowerPC Macintosh, welcher einen Systembus aufweist. Jeder Systembus, der schnell genug ist, um im schlimmsten Fall die Systemlastbitrate zu tragen, mag ausreichen. Der schlimmste Fall von Systemlast basiert auf der Anzahl von Typen von Periphergeräten in dem Haus. Typischerweise kann ein komprimierter Digitalvideokanal geliefert werden mit guter Bildqualität bei 2 Mbps, so dass, wenn ein Haushalt 4 TVs hat, die alle geschaltet sind auf unterschiedliche VOD-Kanäle, und eine Videokonferenz stattfindet, 10 Mbps adäquat sein sollten. PCI-Busse weisen maximale Bitraten weit über 10 Mbps auf, so dass ein PCI-Bus für Systembus 156 adäquat ist für die meisten Anwendungen. Die bedingte Zugriffsschaltungsbusschnittstelle paketisiert die entschlüsselten Video-, Audio- und zugeordneten Daten in PCI-Buspakete, die adressiert sind an eine IP-Videoschaltung 158, und platziert sie auf den Bus 156 über die Leitung 160.
  • Die IP-Videoschaltung empfängt die PCI-Buspakete und kapselt die Video- und Audiodaten in IP-Pakete ein, die adressiert sind an den Netzwerkadapter 30, der das VOD-Programm angefordert hat. Die zugeordneten Daten werden eingekapselt in IP-Pakete, die adressiert sind an Telefone 62 (oder egal welches Telefon verwendet wird zum Sprechen mit dem Operator). Die IP-Pakete werden dann übertragen über die Leitung 160 an den Routing-Prozess 86.
  • Der Routing-Prozess 86 ist ein konventioneller IP-zu-Ethernet-Routing-Prozess, welcher die IP-Paketzieladressen untersucht und die entsprechenden Ethernet-Adressen nachschaut. Die IP-Pakete werden dann eingekapselt in Ethernet-Pakete und geroutet an die geeignete LAN-Netzwerkschnittstellenkarte zu LAN 18 oder 20 in Abhängigkeit von der Ethernet-Zieladresse jedes Pakets. Der Prozess arbeitet umgekehrt für einkommende Ethernet-Pakete von dem/den LAN(s).
  • Nun werden wir uns einer detaillierteren Besprechung des Prozesses zuwenden, der ausgeführt wird durch das System, um VOD über entweder Satellit, HFC oder ADSL zu empfangen.
  • 6A–6C umfassen zusammen ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Verarbeitung, die in dem System auftritt, um eine VOD-Auswahl anzufordern über entweder HFC-, Satelliten- oder ADSL-Modem. Bezugnehmend zusammen auf 4A und 4B, 5 und 6A–6E, fordert ein Benutzer ein bestimmtes Videoprogramm an über die IR-Tastatur 34 oder Fernsteuerung 80, die als ein Zeigergerät fungiert, um auf dem TV 28 in 3 auf eine angezeigte Menüauswahl zu zeigen. Die Auswahl wird empfangen durch den IR- oder RF-Receiver 82 in 5, wie symbolisiert durch Schritt 106 in 6A. Die Videoauswahl zusammen mit der IP-Adresse des Netzwerkadapters 30 wird eingekapselt in ein IP-Paket und dann eingekapselt in ein Ethernet-Paket durch den Netzwerkadapter 30 und gestartet auf LAN 20 (Schritt 108). Das IP-Paket weist die IP-Adresse des Netzwerk-Adapters 30 als seine Quelladresse und die IP-Adresse des VOD-Servers als seine Zieladresse auf. Die IP-Adresse wird üblicherweise unterschiedlich sein in Abhängigkeit davon, ob die Videoauswahl angefordert wurde über HFC, Satellit oder ADSL, da jedes Netzwerk wahrscheinlich seinen eigenen Videoserver hat. Der Benutzer wählt üblicherweise die VOD-Auswahl von einem angezeigten Menü auf seiner Anzeige für jedes Netzwerk, so durch Anzeigen auf die gewünschte Auswahl auf dem Menü des ADSL-Netzwerks wird z.B. die IP-Adresse gesetzt auf die IP-Adresse des Videoservers für das ADSL-Netzwerk.
  • Der Netzwerkadapter kapselt das IP-Paket ein, das die Videoauswahl anfordert, in ein Ethernet-Paket (Schritt 108). Die Ethernet-Zieladresse ist der Routing-Prozess 86 in dem Gateway. Die IP-Paketnutzlastnachricht identifiziert den Film oder ein anderes gewünschtes Videoprogramm, und in einigen Ausführungsformen identifiziert es den bestimmten VOD-Kanal und Subkanal, zu dem der Gateway VOD-Tuner getunt wird (Schritt 108). MPEG-II-komprimiertes Video wird übertragen auf zwei oder mehreren Subkanälen (ein Video, ein assoziierter Daten und null oder mehr assoziierte Videosubkanäle), und dieses wird vorgenommen unabhängig davon, ob das Liefermedium HFC, Satellit oder ADSL ist. Schritt 108 repräsentiert den bevorzugten Prozess, worin das Kopfende des HFC, Satellitennetzwerks oder der ADSL-Zentrale die Kanäle und die Subkanäle für Last beobachtet und Stromabwärtslast sendet, wobei es Nachrichten ausgleicht, die anzeigen, welche Kanäle und Subkanäle frei sind. Diese Lastausgleichsnachrichten werden beobachtet durch die Gateways, und die Kanäle und die Unterkanäle, die verfügbar sind, werden ausgewählt durch die Gateways zum „Lagern", hierdurch helfend die Last über das Netzwerk auszugleichen. In anderen Ausführungsformen kann jedoch der Videoserver und/oder die Kopfstation einfach die angeforderte Videoauswahl legen auf irgendeinen unbenutzten Subkanal eines Kanals, der nicht voll belegt ist, und sendet eine Stromabwärtsmanagement- und Steuernachricht an den Gateway, von dem die Anforderung herrührt, wobei es anzeigt, wo die angeforderte Videoauswahl gefunden werden wird. Der Host-Mikroprozessor 128 in dem Gateway sendet dann Daten zu seiner Schaltung, um zu veranlassen, dass auf den richtigen Kanal getunt wird und dass die richtigen Subkanäle gedemultiplext werden. Der „Subkanal" bedeutet die bestimmten Zeitschlitze oder Spreizcodes, die beim Empfangen der Videodaten zu verwenden sind, wenn auf die Frequenz des „Kanals" getunt ist. In Ausführungsformen, in denen nur ein Videosubkanal pro Kanal getragen wird, bedeuten dann Subkanal und Kanal die gleiche Sache.
  • In der bevorzugten Ausführungsform weist das Kopfstationsmodem (oder andere Kopfstationsschaltung wie z.B. das Uplink-Übertragungszentrum in dem Fall von Satelliten oder der ADSL-Zentrale – hierin nachstehend werden diese anderen Kopfstationsschaltungen zur Kürze bezeichnet werden als Kopfstationsmodems) eine Mehrzahl von VOD-Modulatoren/-Transmittern auf (hierin nachstehend Modulatoren genannt), von denen jeder gekoppelt ist an den VOD-Server und von denen jeder eine Mehrzahl von Strömen von MPEG-II-komprimierten Videodaten empfängt. Jeder Modulator ist strukturiert, um einen VOD-Kanal stromabwärts zu übertragen mit einer Mehrzahl von MPEG-II-komprimierten Video-/Audio- /verbundenen Datenströmen, die darin gemultiplext sind durch TDMA, CDMA oder synchrone CDMA.
  • Um die bevorzugte Form von Lastausgleich zu implementieren, beobachtet das Kopfstationsmodem, welche Subkanäle von jedem Stromabwärts-VOD-Kanal verwendet werden. Es überträgt dann Management- und Steuernachrichten an alle Gateways über den HFC, Satelliten-Downlink oder ADSL-Leitungen von Teilnehmern, anzeigend, welche VOD-Kanäle und -Subkanäle verfügbar sind und welche Stromaufwärtskanäle die Gateways benutzen sollen zum Senden von Nachrichten, welche anzeigen, dass ein Gateway „gelagert" hat auf einem bestimmten Kanal oder Subkanal.
  • Die Bedeutung des Begriffs „gelagert" oder „lagern" ist wie folgt. Die Gateways empfangen diese Übertragungslastausgleichsnachrichten, und die Host-CPU von jedem Gateway mit einer anhängigen VOD-Anforderung befehligt ihre VOD-Tuner (wie z.B. Tuner 102 oder 180 oder einen entsprechenden Tuner ins ADSL-Modem 182 in 4A), zu einem Kanal zu tunen, der ein verfügbarer Subkanal ist, wie symbolisiert in Schritt 108. Die Host-CPU befehligt dann den geeigneten Transportdemultiplexer (z.B. Demultiplexer 114 für HFC-Lieferung oder Demultiplexer 184 in dem Fall von Satellit oder einen ähnlichen, aber nicht-gezeigten Demultiplexer in dem ADSL-Modem 182) zu demultiplexen und nur die komprimierten Video- und Audiodatensubkanäle auszuwählen, die das angeforderte Programm tragen, wie auch die zugeordneten Datensubkanäle. „Gelagert" oder „lagern" bedeutet daher Tunen des geeigneten digitalen VOD-Tuners und Transportdemultiplexers in dem Gateway zu einem bestimmten Kanal und Unterkanal.
  • Die Kanal- und Unterkanallagerinformation ist beinhaltet in dem Gateway in dem IP-Paket, das die Stromaufwärts-Videoanforderung trägt, oder ist enthalten innerhalb eines separaten IP-Pakets, das erzeugt wird durch den Gateway, das sich auf das IP-Paket bezieht, welches die VOD-Anforderung trägt, ebenfalls wie symbolisiert durch Schritt 108. Diese Lagerdaten helfen dem Videoserver oder Router in dem Kopfstationsmodem (oder entsprechender Schaltung in einem Satellit oder ADSL-VOD-Netzwerk), um die angeforderten Videodaten zu dem korrekten Modulator zu bringen, der auf dem VOD-Kanal überträgt, zu dem der Gateway gekoppelt ist, zu der angeforderten IP-Adresse, zu welcher getunt ist. Die Kanal- und Subkanaldaten, die in der Stromaufwärtsnachricht enthalten sind, werden ebenfalls verwendet, um den Modulator zu steuern, damit er die Video- und zugeordneten Audiodaten auf den Unterkanal legt, auf den der Gateway getunt ist.
  • Fortfahrend mit der Diskussion von 6A, wird das Ethernet-Paket empfangen durch den Schaltprozess 86 (nachdem es durch die Netzwerkadapterkarte passiert des Host-Computers und herauf durch die Ethernet-Protokollschichten, wo der Ethernet-Kopf entfernt wird, wie symbolisiert durch Schritt 110). Der Schaltprozess schaut die Zieladresse des IP-Pakets in einer Nachschlagetabelle nach und bestimmt von der Zieladresse des IP-Pakets, dass es an einen VOD-Server gerichtet ist, der an das Kopfstationsmodem gekoppelt ist, treibend HFC 10 oder die Kopfstation treibend den Uplink zu dem Satelliten oder der ADSL-Zentrale (Schritt 112).
  • Schritt 116 repräsentiert den generellen Zweck des Übertragens des IP-Pakets, das die VOD-Programmanforderung enthält, an den geeigneten Videoserver über das geeignete Übertragungsmedium. Die folgenden Absätze besprechen die unterschiedlichen Fälle individuell, und Schritt 116 ist so zu interpretieren, dass er jede dieser individuellen Fälle abdeckt in Abhängigkeit davon, welcher Videodienst adressiert ist durch das IP-Paket. Die folgende Diskussion nimmt an, dass der Gateway ausgerüstet ist mit HFC-, Satelliten- und ADSL-Erweiterungsmodulen, so dass VOD angefordert werden kann von irgendeinem dieser drei Netzwerke. Jedoch kann der Gateway auch nur irgendeine Unterkombination von einem oder mehreren von den HFC-, Satelliten- oder ADSL-Modemerweiterungskarten aufweisen, so dass Schritt 116 nur Routen des IP-Anforderungspakets an einen Videoserver oder möglicherweise einen ausgewählten von zwei unterschiedlichen Videoservern repräsentiert, die VOD über zwei unterschiedliche Netzwerke liefern.
  • In dem Fall eines IP-Anforderungspakets, das adressiert ist an einen Videoserver, der an das HFC 10 gekoppelt ist über das Kopfstationsmodem zur Lieferung von einer VOD-Auswahl über das HFC, repräsentiert Schritt 116 den folgenden Subprozess. Das IP-Paket wird geroutet zu DOCSIS-Modem 70 und übertragen auf einem Stromaufwärtsmanagement- und -steuerkanal. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Management- und Steuerkanal, der verwendet wird zum Übertragen der Stromaufwärtsanforderung, der Kanal, der bezeichnet ist in einer Stromabwärtslastausgleichsnachricht von dem Kopfstationsmodem, wobei angezeigt wird, welche Kanäle und Unterkanäle verfügbar sind und welche Stromaufwärtskanäle die Gateways verwenden sollen beim Anzeigen, dass sie gelagert haben auf einem der verfügbaren Kanäle und Subkanäle. Das IP-Paket wird von der HFC wiederhergestellt und direkt gekoppelt oder über das Internet zu dem Videoserver, an den es adressiert ist. Der Videoserver kann direkt gekoppelt sein an das Kopfstationsmodem oder indirekt über das Internet, in welchem Fall das IP-Anforderungspaket gesendet wird durch den Router an der Kopfstation über das Internet zu dem Videoserver.
  • In dem Fall eines IP-Anforderungspakets, das adressiert ist an einen Videoserver, der gekoppelt ist an eine Satelliten-Uplink-Kopfstationsschaltung, ist der Stromaufwärtskanal über das PSTN, so dass Schritt 116 das Folgende repräsentiert. Das IP-Paket wird geroutet zu dem ADSL-Modem 182 oder dem DOCSIS-Modem 70 für Stromaufwärtsübertragung über die Telefonleitungen. Wenn es geroutet wird zu dem ADSL-Modem, überträgt dieses die IP-Paketanforderungsnachricht stromaufwärts über die PSTN-Leitungen zu der ADSL-Zentrale, wo es geroutet wird zu dem Videoserver, der gekoppelt ist an den Satelliten-Uplink über eine Verbindung zu dem Internet bei dem CO oder einer Aufbauverbindung über das PSTN direkt zu dem Videoserver.
  • Wenn das IP-Paket, das adressiert ist an einen Videoserver, der VOD liefert über das Satellitennetzwerk, geroutet wird zu dem DOCSIS-Modem, wird das IP-Paket übertragen über das HFC zu dem Kopfstations-DOCFSIS-Modem. Dort wird das Paket wiederhergestellt und neu zusammengesetzt (falls notwendig) und gesendet zu dem Router zur Lieferung über das Internet oder anderes WAN zu dem Videoserver, an den das Paket adressiert ist. Alternativ kann das Kopfstations-DOCSIS-Modem einen Verbindungsaufbau machen über das PSTN zu dem Videoserver oder IP-Telefonie benutzen zum Liefern des Pakets zu dem Videoserver über das Internet über IP-Telefonieschaltung, die gekoppelt ist an das Internet bei dem Videoserver.
  • Wenn das IP-VOD-Anforderungspaket adressiert ist an einen Videoserver, der über ADSL liefert, repräsentiert Schritt 116 das Folgende. Der Routing-Prozess 86 routet das IP-Paket zu dem ADSL-Modem 182, wo es übertragen wird über den ADSL-Stromaufwärtskanal zu dem ADSL-Modem bei der CO. Die CO routet dann das IP-VOD-Anforderungspaket zu dem Videoserver, der direkt gekoppelt ist zu der CO, oder gibt es an einen Router, der verbunden ist mit dem Internet, zum Routen zu einem Videoserver, der zu dem CO gekoppelt ist über das Internet (der Begriff Internet bedeutet das Internet oder irgendein anderes Weitverkehrsnetz, das gegenwärtig existiert oder das in der Zukunft existieren wird). Alternativ kann der CO einen Verbindungsaufbau machen zu dem Videoserver über das PSTN und sendet ein IP-VOD-Anforderungspaket über die Aufbauverbindung oder kann kommunizieren mit einer anderen CO, wo ein Videoserver lokalisiert ist, durch eine T1-Leitung oder DS1- oder andere Hochgeschwindigkeitstelefonleitungen. Die Verarbeitung und Schaltung von ADSL-Lieferung von Video-auf-Anforderung, die gelehrt wird in dem US-Patent 5,247,347, kann verwendet werden, und dieses Patent ist durch Referenz hierin inkorporiert.
  • Der Schritt 120 repräsentiert den optionalen Schritt von Authentifikation und/oder bedingtem Zugriff, der bei der Kopfstation ausgeführt wird vor dem Routen des IP-Anforderungspakets an den Videoserver. In einigen Ausführungsformen wird das IP-Paket, das die VOD-Anforderung trägt, nur geroutet an den Videoserver, wenn der Benutzer, der die Anforderung vornimmt, authentifiziert ist und/oder ein zu dem angeforderten Dienst autorisierter Teilnehmer ist. Dies wird typischerweise ausgeführt durch Benutzen der Quelladresse als Suchschlüssel zum Durchsuchen einer Nachschlagtabelle von autorisierten Nutzern. Die Weise, in der die angeforderten Dienste wie die VOD beobachtet werden, so dass sie nur geliefert werden an autorisierte Teilnehmer, ist nicht kritisch für die Erfindung, und die Nachschaufunktion, die als Teil von Schritt 120 erwähnt ist, kann ersetzt werden durch irgendeine bekannte Weise von Sperrdiensten nur für autorisierte Nutzer. Die Sperrfunktion kann ebenfalls ausgeführt werden bei den Gateways nach Übertragung der VOD-Daten stromabwärts, und der Gateway 14 weist bedingte Zugriffsmodule 126 und 186 auf, die diese Ausführungsformen repräsentieren. In diesen Ausführungsformen, in denen die bedingte Zugriffssperrfunktion durchgeführt wird bei dem Gateway, wird Schritt 120 nicht benötigt. Prozesse zur Durchführung von bedingter Zugriffssperrung bei den Kundenräumlichkeiten sind wohlbekannt in C-Band- und Ku-Band-subskriptionsbasierter Analog-und-digital-Videoübertragung und brauchen hier nicht beschrieben werden. Um diesen Typ von bedingtem Zugriff bei den Kundenräumlichkeiten zu implementieren, weist jeder Gateway ein Entschlüsselungsmodul auf (126, 186 und ähnliche Schaltung in ADSL-Modem 182) mit einem Schlüssel oder Passwort, das darin gespeichert ist. Dieser Schlüssel oder Passwort wird verwendet durch den Videoserver oder andere Dienstanbieter, um die VOD-Daten zu verschlüsseln oder andere Daten, die den angeforderten Dienst kodieren, unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels des autorisieren Teilnehmers. Nur dieser Teilnehmer kann die Daten entschlüsseln unter Verwendung seines privaten Schlüssels. Die bedingten Zugriffsmodule 126 und 186 in 4A sind intendiert, irgendeine dieser bekannten Stand-der-Technik-Strukturen und -Prozesse zu symbolisieren zum Blockieren von Zugriff durch nicht-autorisierte Personen auf Dienste.
  • Nachdem das IP-Paket den Videoserver erreicht hat, liest er das IP-Paket und öffnet die Datei, wobei er die Daten des angeforderten Films oder andere Videopro duktion speichert (Schritt 124). Der Videoserver beginnt dann, die Videodaten als IP-Pakete zu übertragen, die adressiert sind an das TV und den Netzwerkadapter 30, die den Film angefordert haben (Schritt 124). Die IP-Pakete beinhalten komprimierte Videodaten typischerweise durch MPEG-II-Kompression. Der Schritt 124 ist intendiert, einen der folgenden drei Subprozesse zu beschreiben von Lieferung von Videodaten, die IP-Pakete tragen, in Abhängigkeit von dem Videoserver, zu welchem das originale IP-Paket, das die VOD-Anforderung trägt, gerichtet war und ob die IP-Videodatenpakete zu liefern sind über HFC, über Satellit oder über eine DSL-Verbindung. Der Schritt 124 ist nicht intendiert, Lieferung der VOD-Daten durch alle drei Netzwerke zu repräsentieren. Die Diskussion jedes Unterprozesses ist markiert durch einen Kopf, und drei unterschiedliche Linien von Schritten sind gezeigt in 6A–6E für die drei unterschiedlichen Liefernetzwerke, da jedes Liefernetzwerk gekoppelt ist an eine unterschiedliche Schaltung in dem Gateway 14.
  • Zuerst in dem Fall von HFC-Lieferung repräsentiert der Schritt 124 den Prozess von Übertragen der IP-VOD-Pakete an den Modulator in dem Kopfstationsmodem, welches stromabwärts überträgt auf dem Kanal, der in dem Originalanforderungspaket identifiziert ist. Übertragung zu diesem Modulator kann durch eine lokale Direktverbindung oder über das Internet oder anderes WAN oder durch eine T1- oder DS2-gepachtete Leitung oder möglicherweise durch andere Hochgeschwindigkeits-PSTN-Verbindung wie z.B. DSL sein.
  • Die Videodaten werden in irgendeiner bekannten Weise komprimiert und verschlüsselt vor der Übertragung. Die bevorzugte Weise der Implementierung von bedingtem Zugriff ist es, die Sperrfunktionen an dem Videoserverende der Verbindung vorzunehmen, um zu vermeiden, Stromabwärtsbandbreite zu verschwenden durch Anforderungen von nicht-autorisierten Nutzern.
  • In dem HFC-Lieferfall werden die komprimierten Video- und Audiodaten (und möglicherweise zugeordnete Daten wie z.B. IP-Telefoniepakete) übertragen durch die Kopfstation auf dem Kanal und Unterkanälen, die identifiziert sind in den Lagerdaten, welche gegeben werden in der Ursprungsanforderungsnachricht, und kommen bei. dem Gateway 14 an über die Leitung 10 (Schritt 136). In alternativen Ausführungsformen werden der Videoserver und die Kopfstation kooperieren, um die VOD-Daten auf unbenutzte Subkanäle von einem Kanal zu legen, der nicht voll verwendet wird, und senden eine Stromabwärtsmanagement- und Steuernachricht, die dem Gateway anzeigt, wo er das angeforderte VOD-Programm finden kann (Schritt 136).
  • Nach Erreichen des Gateways auf der HFC-Verbindung 10 wird das RF-Stromabwärtssignal gekoppelt über den Koppler 90 zu der Puffer-/Isolationsschaltung 98 und erreicht die Tuner 100, 102 und 104. Die Tuner 100 und 104 weisen es zurück, da sie nicht angewiesen wurden, durch die Host-CPU 128 des Gateways, auf analoge Videodaten bzw. DOCSIS-Datenträgerfrequenzen zu horchen. Der Tuner 102 ist jedoch angewiesen worden durch den Host-Mikroprozessor 128 (hierin nachstehend der „Host"), auf den Kanal zu tunen, auf dem die VOD-Daten moduliert sind. Im Tuner 102 wird das RF-Signal empfangen, die RF-Komponente wird entfernt, und ein Basisbandsignal wird ausgegeben auf die Leitung 190. In einigen Ausführungsformen gibt der Tuner 102 ein IF-Signal auf Leitung 190 aus, welches digitalisiert ist in der A/D-Matrix 130, mit dem IF heruntergemischt auf Basisband durch den QAM-Demodulator 146 vor Demodulation der Konstellationspunkte. In einigen Ausführungsformen wird ebenfalls konventionelle Trägerwiederherstellung und Taktwiederherstellung durchgeführt im Tuner 102, und die RF-Komponente wird entfernt unter Verwendung eines lokalen Trägers, der synchronisiert ist in Frequenz und Phase mit dem Träger des Transmitters, um das RF-Signal zu reduzieren auf I- und Q-Basisbandsignale auf Leitungen 190 und 191.
  • Die RF-Träger-tragenden VOD-Daten sind QAM-moduliert, so dass der Tuner ein komplexes, analoges Basisbandsignal auf Leitung 190 ausgibt mit einer In-Phasen- und einer Quadraturkomponente, von denen jede mehrere Abtastperioden aufweist, von denen jede die I- und Q-Werte eines Konstellationspunkts definieren. Beide Komponenten werden zu der A/D-Matrix 130 gesendet zum Abtasten mit einer Abtastung pro Konstellationspunkt auf jedem der I- und Q-Signale.
  • Die A/D-Matrix ist zusammengesetzt aus entweder zwei oder drei A/D-Wandlern, in Abhängigkeit davon, ob das DOCSIS-Modem 70 darin eine A/D-Wandlungsschaltung aufweist. Typischerweise tut es das, so dass die Ausgabe des DOCSIS-Daten-Tuners 104 auf Leitung 132 gezeigt ist als Weiterleiten des Basisbandsignals gerade durch die Matrix 130, ohne irgendeine Abtastung dadurch.
  • Die Abtastungen der Basisband-analog-I- und Q-Signale auf Leitungen 190 und 191, die VOD-Datenkonstellationspunkte beinhalten, werden ausgegeben auf den Bus 136. Der Prozess des Empfangens des RF-Stromabwärts-VOD-Signals und Modulierens und Digitalisierens jedes Konstellationspunkts-I- und -Q-Wertes ist symbolisiert durch Schritte 136. In der bevorzugten Ausführungsform wird das Taktsignal, das enthalten ist in den Daten (oder übertragen wird auf einem separaten Kanal in einigen Ausführungsformen), welches die Grenzen jedes Konstellationspunkts definiert, wiederhergestellt durch den Tuner 120 und wird verfügbar gemacht für jede der anderen Schaltungen, die mit den Videodaten umgehen müssen.
  • Die digitalisierten, komprimierten VOD-Daten sind typischerweise QAM-64-moduliert. Dies bedeutet, dass die Video- und Audiodaten übertragen werden in der Form von Konstellationspunkten, von denen jeder Punkt übertragen wird während einer unterschiedlichen Zeit auf dem Quadraturträger mit Video-, Audio- und zugeordneten Konstellationspunkten, die übertragen werden während unterschiedlicher Zeitschlitze auf dem gleichen Kanal. Jeder Video-, Audio- oder zugeordnete Datenpunkt nimmt die Form einer komplexen Zahl an, die einen Phasen- und einen Amplitudenwert hat. Der QAM-Demodulator 146 bestimmt den komplexen Wert von Video-, Audio- und entsprechenden Datenpunkten von den komprimierten VOD-Daten, die jedem Konstellationspunkt entsprechen (Schritt 140).
  • Der Transportdemultiplexer 148 fungiert zum Demulitplexen der Video-, Audio- und zugeordneten Datenpunkte von ihren jeweiligen Subkanalzeitschlitzen (oder Codes in Ausführungsformen, wo die Subkanäle CDMA gemultiplext sind), wie symbolisiert durch Schritt 144. Der Videodemultiplexer empfängt eine Steuerdateneingabe von dem Mikroprozessor 128, welche dem Demulitplexer mitteilt, welche Subkanalzeitschlitze (oder Codes) bei Wiedergewinnung der angeforderten VOD-Daten zu benutzen sind.
  • Die wieder gewonnenen Video-, Audio- und zugeordneten Daten werden ausgegeben in komprimierter Form auf Busse 150, 152 und 154 an eine bedingte Zugriffsschaltung 126. Diese optionale Schaltung entwürfelt die Daten, wenn der Nutzer autorisiert ist, das angeforderte Programm zu empfangen, oder nimmt andere bekannte Typen von bedingter Zugriffssperrung vor, wenn die bedingte Zugriffsfunktion nicht bereits ausgeführt worden ist an der Kopfstation (Schritt 192). Wenn der Nutzer autorisiert ist, die VOD-Daten, die Video-, Audio- und zugeordneten Daten zum empfangen, werden Punkte eingekapselt in Buspakete, die verwendet werden auf dem Host-Bus 156 und gesendet werden über den Bus an einen IP-Video-Einkapselungsprozess 158. Typischerweise ist der Host-Bus ein PCI-Bus, so dass die bekannten PCI-Busschnittstellenschaltungen in der bedingten Zugriffsschaltung 126 die VOD-Daten einkapseln in PCI-Buspakete, die adressiert sind an die IP-Videoeinkapselungsschaltung (Schritt 192).
  • Die IP-Videoschaltung überwacht den Bus 158 auf Pakete, die adressiert sind an sie, und wenn sie eines findet, nimmt sie die PCI-Buspakete, die zusammen ein IP-Paket von Videodaten umfassen, und ordnet die VOD-Daten darin neu in eine IP-Paketnutzlast. In Fällen, in denen die VOD-Daten niemals in ein IP-Paketformat an der Kopfstation gebracht wurden, werden die VOD-, Video- und Audiodaten geordnet in IP-Pakete, die adressiert sind an den Netzwerkadapter, der das VOD-Programm angefordert hat. Jegliche zugeordneten Daten werden eingekapselt in ein IP-Paket, das adressiert ist an das geeignete Periphergerät, wie z.B. PC 22 oder das Telefon 60 in 3. Üblicherweise ist die IP-Zieladresse, an die die Video-, Audio- und zugeordneten Daten gebunden sind, enthalten innerhalb der Daten selbst, und wenn ein IP-Paket aufgebrochen wurde, z.B. in Oktetts oder ATM-Zellen für Übertragung, werden die Original-IP-Quell- und Zieladressen erhalten wie durch die vorher hierin beschriebenen Verfahren.
  • In der bevorzugten Ausführungsform werden die IP-Quell und Zieladressen in den IP-Paketdaten innerhalb der PCI-Buspakete verwendet, um einen IP-Paketkopf zusammenzusetzen nach Neuzusammensetzen des IP-Pakets. Die resultierenden IP-Pakete werden übertragen über die Leitung 160 an den Routing-Prozess 86 (Schritt 194). Bei Ausführungsformen, in denen die VOD-Video-, Audio- und zugeordneten Daten niemals platziert waren in einem IP-Paketformat, beobachtet der Host 128, wo jede VOD-Anforderung herkommt auf dem LAN, und die Adressen des Videoservers, zu denen jede adressiert ist. Wenn dann Daten ankommen von diesem Videoserver (wie bestimmt durch die Quelladresse der Daten oder des Netzwerks, Kanal und Subkanal, auf denen die Daten ankommen), sendet der Host Daten zu der IP-Videoschaltung 158, wobei er ihr die IP-Adresse des Netzwerkadapters mitteilt, zu der die Video- und Audiodaten zu adressieren sind und die IP-Adresse von jedem anderen Periphergerät, zu dem irgendwelche zugeordneten Daten zu senden sind. Der Fall, in dem die VOD-Daten nicht ursprünglich eingekapselt sind in ein IP-Paket, kann auftreten, wo ein Videoserver direkt gekoppelt ist an ein Kopfstationsmodem oder eine Satelliten-Uplink-Einrichtung oder ein ADSL CO. Der Schritt 194 ist so zu interpretieren, dass er ebenfalls diesen alternativen Fall abdeckt von Konstruieren von IP-Paketen unter Verwendung von IP-Adressen, die geliefert werden von dem Host 128, der all die ausgehenden VOD-Anforderungen beobachtet.
  • Der Routing-Prozess 86 empfängt die VOD-IP-Pakete und liest die IP-Zieladresse und bestimmt, dass die IP-Adresse abgebildet wird auf die Ethernet-Adresse des Netzwerkadapters 30 in 3. Die IP-Pakete, die an diesen Netzwerkadapter adressiert sind, werden dann eingekapselt in Ethernet-Pakete, die adressiert sind an den Netzwerkadapter 30, und gesendet an die geeignete Netzwerkschnittstellenschaltung in der Routing-Schaltung 86 zum Starten auf LAN 20 (Schritt 196). Der Haushalt kann mehrere TV-Geräte haben, von denen jedes seinen eigenen Netzwerkadapter hat. In einem solchen Fall wird die IP-Zieladresse in den VOD-Daten verwendet werden, um zu bestimmen, welcher Netzwerkadapter das Programm angefordert hat, und die Adresse diese Netzwerk-Ethernet-Adapters wird verwendet werden in dem Ethernet-Paketkopf des Ethernet-Pakets, in das die VOD-Daten-IP-Pakete eingekapselt werden. Die Routing-Schaltung wird dann bestimmen, welches LAN und NIC zu benutzen ist, um die Daten zu dem richtigen TV zu bringen.
  • Was mit den VOD-Daten geschieht, wenn sie zu dem Netzwerkadapter gelangen, wird besprochen werden nach Diskussion der ADSL- und Satellitenlieferfälle.
  • DSL-Netzwerklieferung
  • In dem Fall von ADSL-Lieferung (oder Lieferung durch irgendeinen digitalen Teilnehmerleitungsdienst mit adäquater Bandbreite) werden die IP-Pakete übertragen von dem Videoserver an die ADSL-Zentrale innerhalb näherungsweise 3 Meilen von dem Teilnehmer durch eine T1- oder DS1-Leitung, typischerweise kann ebenfalls eine ADSL-Stromabwärtsverbindung verwendet werden, wenn die mögliche maximale Last von VOD-Daten, die zu diesem bestimmten CO gesendet werden, gering genug ist (Schritt 198, 6B).
  • Von der ADSL-Zentrale werden die Videodaten-IP-Pakete FDMA-gemultiplext auf den ADSL-Stromabwärtsträger und übertragen an den Gateway des anfordernden Teilnehmers über die geeignete Teilnehmeranschlussleitung. Bei dem Gateway kommen die IP-Pakete auf der PSTN-Teilnehmeranschlussleitung 58 an und werden gekoppelt über einen Isolationspuffer 204 an das ADSL-Modem 182 (Schritt 202).
  • Das ADSL-Modem 182 ist eine konventionelle Struktur und stellt die IP-Pakete wieder her in einer konventionellen Weise und gibt sie aus auf die Leitung 188 an den Schaltprozess. Dort werden die IP-Pakete, die VOD-Daten tragen, eingekapselt in Ethernet-Pakete, die adressiert sind an die NIC des Netzwerkadapters 30, der das Videoprogramm angefordert hat, und werden gesendet an die geeignete NIC in der Routing-Schaltung 86, welche anschließt an das LAN, zu dem der Netzwerkadapter 30, der das VOD-Programm angefordert hat, gekoppelt ist (Schritt 206).
  • In Ausführungsformen, in denen nur ein einziges LAN verwendet wird bei den Kundenräumlichkeiten, kann ein ADSL-Modem 200 (gezeigt in gestrichelten Linien, um anzudeuten, dass es eine alternative Ausführungsform ist) mit einer Ethernet-Ausgabeschnittstelle ersetzt werden durch ein ADSL-Modem 182 mit einem ADSL-Modemausgang, der direkt gekoppelt ist an das LAN.
  • Satellitennetzwerklieferung
  • In dem Fall von Satellitenlieferung der Videodaten-IP-Pakete liefert der Videoserver für die Satellitennetzwerklieferung die VOD-Daten-IP-Pakete an die Satelliten-Uplink-Einrichtung durch irgendein geeignetes Mittel wie z.B. eine T1- oder DS1-gepachtete Leitung oder Direktverbindung zu dem Uplink-Transmitter, wenn der Videoserver lokalisiert ist bei der Uplink-Einrichtung (Schritt 208).
  • Die Uplink-Einrichtung moduliert die IP-Paketdaten auf den DirecPC-Uplink-Träger oder einen anderen Träger, der sich VOD-Anwendungen widmet, und überträgt sie an einen geosynchronen Satelliten (Schritt 210).
  • Ein Transponder auf dem Satelliten stellt die IP-Pakete dann wieder her, und QPSK moduliert sie (oder unter Verwendung eines anderen geeigneten Modulationsschemas) auf einen DirecPC- oder VOD-Downlink-Träger und überträgt sie an alle Schüsseln in seinem Ausleuchtungsbereich auf der Erdoberfläche (Schritt 212).
  • Der Tuner 180 (4A) empfängt das RF-Signal und führt herkömmliche Träger und Taktwiederherstellung durch, so dass die wiederhergestellten Träger und Taktsignale verwendet werden können beim Demodulieren, Erkennen und Demulitplexen des Signals, wie es der Fall war für die bevorzugte Ausführungsform des Tuners 102. Der Tuner 180 empfängt Daten von dem Host 128 über den Host-Bus 156, die im mitteilen, zu welchem Stromabwärtskanal er tunen soll, und er tunt alle anderen RF-Signale aus. Die VOD-Downlink-Quadraturträger werden dann moduliert, und I- und Q-Basisbandsignale werden ausgegeben auf Leitungen 216 und 218 (Schritt 214).
  • Analog-zu-digital-Wandlung kann irgendwo vorgenommen werden hinter dem Tuner 180 und vor der IP-Paketisierungsschaltung 158. Jedoch, für Parallelität mit dem HFC-Fall wird angenommen werden, dass A/D-Wandlung in dem QPSK-Demodulator 220 geschieht vor der Konstellationspunkt-Demodulationsverarbeitung. Der wiederhergestellte Takt von dem Tuner 180 wird verwendet, um die Demodulations- und A/D-Wandlungsprozesse in Schaltung 220 zu synchronisieren. Die I- und Q-Werte der QPSK-Konstellationspunkte werden dann demoduliert zu ihren Original-analog- oder digital-Werten, um einen Strom zu erhalten von Video-, Audio- und zugehörigen Datenpunkten auf Bus 222 (Schritt 224). Wenn sie zu Analogwerten demoduliert werden, werden diese analogen Werte für die I- und Q-Werte jedes Konstellationspunktes später digitalisiert.
  • Das Satelitten-VOD-Liefersystem ist sehr ähnlich zu dem HFC-System, in dem Videoprogramme geliefert werden auf Kanälen, wobei jeder eine unterschiedliche Downlink-Frequenz aufweist und jeder eine Mehrzahl von TDMA- oder CDMA-Subkanälen aufweist. Es ist die Funktion des Transportdemultiplexers 184, Daten von dem Host 128 zu empfangen, die ihm mitteilen, welche Subkanäle wiederherzustellen und die Video-, Audio- und zugeordneten Datenpunkte von ihren jewei ligen Subkanälen zu demultiplexen (Schritt 226). Der Transportdemultiplexer 184 weist irgendeine konventionelle TDMA- oder CDMA-Demultiplex-Struktur auf, die Daten empfangen kann, welche anzeigen, welche Unterkanäle wiederherzustellen sind und Wiederherstellen dieser, und kann die gleiche Struktur haben wie der Transportdemultiplexer 148.
  • Die wiederhergestellten Video-, Audio- und jeweilige zugehörige Daten werden ausgegeben auf eine bedingte Zugriffsschaltung 186 über Busse 228, 230 und 232. Die bedingte Zugriffsschaltung 186 fungiert zum Verschlüsseln oder Durchlassen der VOD-Daten an den Teilnehmer, der sie angefordert hat, nur wenn er ein legitimierter Teilnehmer ist und wenn diese Sperrfunktion nicht durchgeführt wurde bei der Satelliten-Uplink-Einrichtung oder bei dem Videoserver (Schritt 234). Die bedingte Zugriffsschaltung kann irgendeine der bekannten Strukturen aufweisen, um diese Funktion durchzuführen.
  • Die bedingte Zugriffsschaltung weist eine Host-Busschnittstellenschaltung auf (nicht getrennt gezeigt), welche fungiert, um die Daten von den VOD-IP-Paketen zu nehmen (üblicherweise werden die IP-Pakete, die VOD-Daten tragen, aufgebrochen für Übertragung über den Kanal) und die Daten in Buspakete einzukapseln, des Typs, der verwendet wird auf dem Host-Bus 156, z.B. PC-Buspakete. Diese Pakete sind adressiert an die IP-Videoschaltung 158 (Schritt 236).
  • Die IP-Videoschaltung funktioniert wie zuvor beschrieben. Im Wesentlichen nimmt sie ein Paket, das an sie adressiert ist, von dem Host-Bus 156 und setzt das IP-Paket entweder wieder zusammen, wenn es original ein IP-Paket war, aber für Übertragung aufgebrochen wurde (wie z.B. in ATM-Zellen) oder kapselt die Daten ein in IP-Pakete, wenn sie niemals in einem IP-Paketformat waren (Schritt 238). Voraussichtlich schließen die einkommenden VOD-Daten die IP-Zieladresse in sich ein. Jedoch wird in einigen Ausführungsformen der Host-Bus 128 der IP-Videoschaltung 158 mitteilen „Wenn du Daten empfängst von der bedingten Zugriffsschaltung 186, sind sie zu adressieren an die IP-Adresse von Netzwerkadapter xx, der sie angefordert hat." Auf dem ein en oder anderen Weg setzt die IP-Videoschaltung 158 einen IP-Paketkopf zusammen für jedes Paket, der der Routing-Schaltung 86 mitteilt, wohin das Paket auf dem LAN zu senden ist. Die resultierenden IP-Pakete werden zu der Routing-Schaltung 86 gesendet über den Bus 160 (Schritt 238).
  • Die Routing-Schaltung 86 schaut die Ethernet-Adresse, die zu der IP-Adresse gebunden ist, nach, kapselt jedes IP-Paket ein in ein Ethernet-Paket und routet es zu der geeigneten Netzwerkschnittstellenschaltung im Router 86 für das LAN, zu dem der Netzwerkadapter gekoppelt ist, welcher das VOD-Programm angefordert hat (Schritt 240).
  • Bemerke, dass, wenn es dort zugeordnete Daten gibt mit dem VOD-Programm, welche zu dem Personal Computer 22 gehen müssen oder zu IP-Telefon 60 in 3, Daten dann ihre IP-Adresse gesetzt haben auf den PC oder das Telefon, wie der Fall sein mag, und der Router 86 adressiert die Ethernet-Pakete, die diese zugeordneten Daten beinhalten, an die Ethernet-Adresse des PCs oder des Telefons oder anderen Periphergerätes, wie der Fall sein mag, und dieses ist wahr unabhängig davon, ob die VOD-Daten geliefert werden durch ADSL, HFC oder Satellit (Schritte 238 und 194).
  • Die Netzwerkadapterstruktur und der Subprozess für Video-auf-Anforderung-Verarbeitung
  • Unabhängig davon, welches Netzwerk verwendet wurde zur Übertragung des VOD-Programms, sind die Daten, die das Programme kodieren, nun eingekapselt worden in Ethernet-Pakete und gelegt worden auf das LAN. Ein Blockdiagramm eines typischen Netzwerkadapters 30 in 3 ist gezeigt in 5. Die Funktion des Netzwerkadapters ist es, die geeigneten Ethernet-Pakete aufzusammeln von dem LAN, die Video- und Audiodaten herauszuschälen und sie zu wandeln in ein NTSC- oder PAL- oder SECAM-Signal oder in ein Videosignal, das gespeist werden kann in einen Videoeingang eines TV.
  • Jeder Netzwerkadapter weist eine Netzwerkschnittstellenkarte 84 auf, die den Netzwerkadapter an das physikalische Medium des LANs koppelt. Netzwerkschnittstellenschaltungen für Ethernets sind wohlbekannt und werden hierin nicht weiter beschrieben werden. Jede NIC auf den LANs 18 und 20 weist eine einmalige Ethernet-Adresse auf, welche sich abbildet auf eine oder mehrere IP-Adressen. Daher, wenn ein IP-Paket, das an die IP-Adresse des Netzwerkadapters 30 adressiert ist, bei dem Gateway ankommt, wird die Routingtabelle des Gateways diese IP-Adresse abbilden auf die Ethernet-Adresse des Netzwerkadapters. Das gesamte IP-Paket, Kopf und alles, wird dann eingekapselt werden in ein Ethernet-Paket mit der Zieladresse des Ethernet-Pakets, welche die des Netzwerkadapters ist.
  • Alle Ethernet-Pakete werden empfangen durch NIC 84, aber nur Pakete, die an den Netzwerkadapter 30 adressiert sind, werden behalten. Wenn ein Ethernet-Paket, das zu dem Netzwerkadapter 30 adressiert ist, empfangen wird, wird es untersucht, um festzustellen, ob die Ethernet-Adresse zu der Adresse des Netzwerkadapters passt, und wenn dem so ist, wird das Paket geleitet durch den Ethernet-Protokollstapel, wo der Ethernet-Kopf entfernt wird und Fehlererkennung und -korrektur ausgeführt wird auf dem Paket. Das resultierende IP-Paket wird dann geleitet an die IP-Videoschaltung 242 (Schritt 244). Für ausgehende Pakete wie Menüanforderungen und VOD-Anforderungspakete führt der Ethernet-Protokollstapel in NIC 84 die CSMA-/CD-Übertragung und Kollisionsdetektionsprotokoll aus und überträgt das Paket auf das LAN.
  • Die IP-Pakete von der NIC 84 werden untersucht durch die IP-Videoschaltung 242, um festzustellen, ob sie an den Netzwerkadapter adressiert sind und ob sie Graphikdaten oder Videodaten sind. Der IP-Paketkopf wird entfernt und Nutzlasten von Paketen, die Video-/Audiodaten enthalten, werden übertragen als ein Bit strom an den MPEG-Decoder 246, und Pakete, die Graphikdaten enthalten, werden übertragen als ein Bitstrom an die 2/3-D-Graphikschaltung 83 (Schritt 248). In einigen Ausführungsformen werden die Menüs nicht gesendet werden als separate Daten, sondern einfach Videorahmen sein, die digitalisiert und komprimiert sind. In solchen Ausführungsformen ist der Bus 87 nicht notwendig.
  • Der MPEG-Decoder 246 dekomprimiert die komprimierten Video- und Audiodatenbits und erzeugt einen unkomprimierten Audiobitstrom auf der Leitung 250 und einen unkomprimierten Videobitstrom auf der Leitung 252 (Schritt 258).
  • Der Audiobitstrom ist erweitert für Stereo und gefiltert und dann gewandelt in ein Analogsignal in irgendeinem konventionellen Audioprozessor 254 (Schritt 258). In alternativen Ausführungsformen werden die unkomprimierten Audiodaten nicht verarbeitet, um sie zu erweitern oder zu wandeln zu Stereo oder sie zu filtern, und sie werden einfach gewandelt in ein Audiosignal.
  • Der Datenausgang auf der Leitung 252 ist ein digitalisierter YUV-Formatvideosignal. Der Videoprozessor 256 filtert das Videosignal, um es zu erweitern (Schritt 258). Die Kombination des Videoprozessors 256 und der 2/3-D-Graphikscahltung 83 sind kommerziell verfügbar in integrierter Schaltungsform von ATI oder C3.
  • Das digitalisierte YUV-Formatvideosignal auf der Leitung 264 (oder 252, wenn der Videoprozessor 256 nicht verwendet wird) wird gewandelt durch den Videocoder 260 in ein NTSC-, PAL-, SECAM- oder Verbundformatvideosignal, welches auf einem TV angezeigt werden kann (Schritt 262). Wenn das Ausgangsformat zusammengesetztes Video ist, wird das zusammengesetzte Videosignal eingegeben in den TV-Videoeingang über die Leitung 266 (Schritt 262). Ähnlich wandelt der Audioprozessor die digitalisierten, unkomprimierten Audiodaten in ein Audiosignal auf der Leitung 270 zum Einkoppeln in den Audioeingang von einem TV (Schritt 272). Wenn das Ausgangssignal von dem Videocoder 260 ein NTSC-, PAL- oder SECAM-Format ist, wird das Signal moduliert auf einen RF-Träger bei einer lokal ungenutzten Frequenz, wie z.B. Kanal 3, durch einen Videomodulator 276 (Schritt 274).
  • Breitbandinternetzugriff
  • Internetwählverbindungen sind sehr langsam über Modems. Es ist sehr viel nützlicher, im Internet zu surfen mit einer sehr viel größeren Bandbreite, zumindest stromabwärts.
  • Bezugnehmend auf die 7A–7? ist dort ein Flussdiagramm des Prozesses von Hochbandbreitensurfen des Internets gezeigt, unter Verwendung eines von den HFC-, satellitengelieferten DirectPC- oder DSL-Netzwerken. In Schritt 278 startet der Personal Computer 22 in 3 oder Netzwerkcomputer (hier nachstehend manchmal bezeichnet als NC) 24 oder 26 seinen Browser und gibt eine URL einer Webseite ein, die zu betrachten ist. Die Netzwerkcomputer 24 und 26 haben keinerlei lokale Festplatten, daher führen sie ihre Browser von der Festplatte des Personal Computers aus über bekannte Techniken der Ausführung geteilter Software auf einem Server über das Netzwerk oder über ein WAN wie das Internet. Typischerweise zeigen die Netzwerkcomputer an, welches Programm sie ausführen wollen durch Doppelklicken eines Symbols auf ihren Desktops. Diese Aktion wird gewandelt in einer Anforderung, das Programm von einem Server auf dem LAN oder WAN herunterzuladen in das RAM des Netzwerkcomputers. Diese Anforderung wird gewandelt durch die NIC des Netzwerkcomputers in ein Ethernet-Paket, das gerichtet ist an den Server auf dem LAN. Die NIC des Servers liest das Paket auf, öffnet die Datei und erzeugt ein oder mehrere Ethernet-Pakete, die an den Netzwerkcomputer gerichtet sind, welcher die Pakete empfängt, und lädt das Browserprogramm oder andere Anwendung, die Internetzugriff benötigt, in den RAM und startet seine Ausführungsform.
  • Wenn das auszuführende Programm auf einem Server auf dem Internet angesiedelt ist, wird der Schritt des Doppelklickens des Symbols des zu startenden Programms gewandelt durch TCP-/IP-Protokoll-Software-Schichten in dem Netzwerkcomputer (typischerweise gespeichert in nicht-flüchtigem Speicher EEPROM oder ROM) in ein IP-Paket, das an den Server adressiert ist, der das Anwendungsprogramm speichert, das auszuführen ist. Das IP-Paket wird dann eingekapselt in ein Ethernet-Paket durch die NIC des NC, das an den Gateway 14 adressiert ist. Bei dem Gateway wird das Ethernet-Paket empfangen durch die NIC, und der Ethernet-Kopf wird entfernt durch den Routing-Prozess 86. Das Paket wird dann geroutet zu dem geeigneten Transmitter für das Stromaufwärtsmedium, für das der Benutzer eine Subskription hat oder welches das günstigste für Internetzugriff ist, wenn der Nutzer DSL-, Satellit- und HFC-Module installiert hat – oder irgendeine Kombination davon (kostengünstigster Routing-Prozess). In anderen Worten wird das IP-Paket geroutet werden zu dem DOCSIS-Modem 70 für Stromaufwärtsübertragung über das HFC 10 oder das ADSL-Modem 182, wenn der DSL-Dienst zu verwenden ist, oder zu dem konventionellen Modem 280 (welches ebenfalls ein konventionelles FAX-/Datenmodem sein kann), wenn Satellitenherunterladdienst über DirectPC zu verwenden ist. Das IP-Paket wird gesendet durch eines dieser Medien zu der Kopfstation, ADSL CO oder Wählverbindung zu der Satelliten-Uplink-Einrichtung. An dem Ziel wird das IP-Paket wiederhergestellt und geroutet durch einen Router bei dem Ziel zu dem Internetserver, der die auszuführende Anwendung speichert.
  • Der Internetserver sendet dann das auszuführende Programm zu dem Netzwerkcomputer durch Einkapseln der Daten des Programms in IP-Pakete, die adressiert sind an den NC, der sie angefordert hat. Diese IP-Pakete kommen bei dem Gateway an und werden wiederhergestellt durch das DOCSIS-Modem, ADSL-Modem oder Satellitenempfangsschaltung, welche nachstehend zu beschreiben ist, und werden gesendet zu dem Routing-Prozess 86. Dort werden sie eingekapselt in Ethernet-Pakete, die adressiert sind an die NIC des NC, der das Programm angefordert hat, und gestartet auf das LAN. Der NC empfängt die Pakete, trennt die Daten des Programms heraus, speichert sie in seinem RAM und beginnt sie auszuführen.
  • Der Nutzer gibt dann die URL der Webseite an, die er besuchen möchte (Schritt 278). Der Browser oder eine andere Anwendung leitet dann diese URL herab zu den TCP-/IP-Protokoll-Software-Verarbeitungen, die in Ausführung auf dem Computer sind, welche die URL umsetzen in ein IP-Paket, welches anfordert, dass die Webseite bei der URL heruntergeladen wird zu dem Computer, der nach ihr gefragt hat, wie beschrieben durch die Quelladresse des IP-Pakets (Schritt 282). Dieses IP-Paket wird dann eingekapselt in ein Ethernet-Paket, das adressiert ist an den Gateway 14 durch die NIC des NC oder PC (Schritt 284).
  • Die NIC des Gateways (nicht separat gezeigt in 4A) empfängt das Ethernet-Paket, entfernt den Ethernet-Kopf nach Fehlererkennung und -korrektur und leitet das IP-Paket herauf zu den Routing-Prozessschichten. Der Router schaut die Zieladresse in seinen Routing-Tabellen nach und leitet das Paket weiter zu einem der Stromaufwärtstransmitter (Schritt 286). Wenn der Nutzer nur eine Netzwerkschnittstelle installiert hat, wie z.B. nur eine HFC-Schnittstelle oder nur eine ADSL-Schnittstelle (wie bestimmt entweder durch einen Untersuchungsprozess, der ausgeführt wird durch den Router oder durch Konfigurationsdaten), wird das IP-Paket weitergeleitet an den Stromaufwärtstransmitter. Jedoch, wenn der Nutzer mehr als eine Netzwerkschnittstelle installiert hat, kann der Router das IP-Paket weiterleiten zu einem Stromaufwärtstransmitter basierend auf irgendeinem Kriterium, wie z.B. Benutzerwahl, wie angezeigt durch ein Management- und Kontrollpaket, das an den Gateway gesendet wurde, oder ein Feld in dem IP-Paket, durch einen Zufall- oder Wettkampfauswahlprozess oder durch einen kostengünstigsten Routing-Algorithmus, der automatisch den günstigsten Dienst für Breitbandinternetzugriff auswählt. Der Schritt 286 ist intendiert, irgendeines dieser Verfahren zur Auswahl des Stromaufwärtstransmitters zu repräsentieren.
  • Wenn der Stromaufwärtstransmitter das DOCSIS-Modem 70 ist, wird das IP-Paket stromaufwärts übertragen über einen virtuellen Kanal, der sich diesem Gateway widmet, oder der zugeordnet ist während der Übertragung durch die Kopfstation. Der virtuelle Kanal kann etabliert werden durch TDMA, SCDMA oder CDMA oder möglicherweise durch FDMA. Das CO-Modem stellt das IP-Paket wieder her und leitet es an einen Router, der an die Kopfstation gekoppelt ist (Schritt 288).
  • Wenn der Stromaufwärtstransmitter das ADSL-Modem 182 ist, wird das IP-Paket moduliert auf den Stromaufwärtsträger und übertragen über die PSTN-Teilnehmeranschlussleitung 58 zu dem ADSL-Modem bei dem CO. Dort wird es wieder hergestellt und geleitet an einen Router, der an das Internet gekoppelt ist (Schritt 288).
  • Wenn das Stromabwärtsmedium der Satelliten-Downlink sein wird, ist der Stromaufwärtstransmitter das konventionelle Modem 280. Dieses Modem wählt ein Modem bei der Satelliten-Uplink-Einrichtung an und überträgt das IP-Paket dorthin. Das IP-Paket wird wiederhergestellt und weitergeleitet an einen Router, der an das Internet gekoppelt ist (Schritt 288).
  • Der Router sendet das IP-Paket an den Webserver bei der URL (Schritt 290), welcher die Webseite öffnet, die in der URL identifiziert ist, und beginnt die Webseitendaten zurückzusenden an den Router als eine Serie von IP-Paketen (Schritt 292).
  • Die IP-Pakete kommen bei dem Router an und werden gesendet zu dem geeigneten Stromabwärtstransmitter. Der Schritt 294 ist intendiert, Stromabwärtsübertragung über irgendeines von den HFC-, DSL- oder Satellitenmedien zu repräsentieren. In dem Fall von HFC-Lieferung wird der Stromabwärtstransmitter das Kopfstationsmodem sein. Das Kopfstationsmodem wird entweder das IP-Paket übertragen auf dem Stromabwärtsträger zu allen Gateways oder wird es übertragen auf einem virtuellen Stromabwärtskanal, der zu dem Gateway zugeordnet ist bei den Räumlichkeiten des PCs oder NCs, der die Webseite angefordert hat (Schritt 294).
  • Wenn das Stromabwärtsmedium der Satelliten-Downlink ist, sendet der Router die IP-Pakete zu dem Uplink-Transmitter, welcher diese zu dem Satelliten überträgt. Ein Transponder auf dem Satelliten empfängt die Pakete und überträgt sie zurück auf dem Downlink-Kanal (Schritt 294).
  • Wenn das Stromabwärtsmedium eine DSL-Teilnehmeranschlussleitung ist, sendet der Router bei dem CO die IP-Pakete an das ADSL-Modem bei dem CO, welcher diese moduliert auf den Stromabwärtsträger (Schritt 294).
  • Der Schritt 296 repräsentiert die Wiedergewinnung der IP-Pakete bei dem Gateway, unabhängig von dem Stromabwärtsmedium, Übertragung zu dem Router, Protokollwandlung und Routen und Übertragen heraus auf dem geeigneten LAN. Die Details, wie dieses vorgeht in dem Gateway für jedes unterschiedliche Stromabwärtsmedium, folgen.
  • In dem Fall von HFC-Stromabwärtslieferung filtert der Tuner 104 alles bis auf den DOCSIS-Stromabwärtsträger heraus und entfernt die RF-Komponente. Das resultierende Basisbandsignal wird geleitet durch die A/D-Matrix auf Leitung 132 zu dem DOCSIS-Modem 70. Dort werden die IP-Pakete wiederhergestellt und gesendet an die Routing-Schaltung 86 über den Bus 300. Auch wenn dies als ein separater Bus gezeigt ist, kann es in einigen Ausführungsformen tatsächlich der Host-Bus 156 sein mit den IP-Paketen, die gesendet werden an den Host-Mikroprozessor 128 durch Einkapselung in PCI-Buspakete, die an den Host adressiert sind. Ähnlich für alle anderen Busse, die gezeigt sind in 4A, die in die Routing-Schaltung 86 hineingehen oder herauskommen. Der Router 86 schaut die Zieladresse in den IP-Paketen nach und bestimmt, dass sie zu PC 22 oder einem von NC 24 oder 26 adressiert sind. Der Router kapselt dann die IP-Pakete ein in Ethernet-Pakete, die adressiert sind an den geeigneten PC oder NC, und richtet sie zu der NIC für das geeignete LAN, das verbunden ist zu dem PC oder NC, der die Daten angefordert hat (Schritt 296).
  • In dem Fall von Satellitenstromabwärtslieferung wird der Tuner 302 in 4B angewiesen durch den Host 128, zu dem DirectPC-stromabwärts-QPSK-modulierten Träger zu tunen. Der Tuner weist alle anderen Signale zurück und stellt den Träger wieder her und synchronisiert einen lokalen Oszillator, um zwei kohärente Referenzsignale zu erzeugen, die phasen- und frequenzangepasst sind zu den zwei Quadraturträgern, die verwendet werden zur Übertragung der Stromabwärts-IP-Pakete. Diese lokalen Referenzsignale versorgen zwei Korrelatoren in dem Tuner, einer für den In-Phasenkanal und einer für den Quadraturkanal. Jeder Korrelator besteht aus einem Multiplizierer und einem Integrierer. Digitale QPSK-Übertragung und Transmitter und Receiver dafür wie auch andere Modulations- und Demodulationsschemata und Träger und Taktwiederherstellungsschaltungen sind beschrieben in Haykin, Communication Systems, 3. Ausgabe (Wiley & Sons 1994) ISBN 0-471-57178-8, welches hierin durch Referenz inkorporiert ist. Der digitale Satelliten-Receiver-Kanal ist nicht begrenzt auf QPSK-Modulation, und irgendein Modulations- und/oder Multiplexschema, das heutzutage oder nachfolgend für Stromabwärtsübertragung verwendet wird, kann verwendet werden mit geeigneten Anpassungen an den Gateway-Satelliten-Digitaldaten-Receiver.
  • Der Ausgang von dem Receiver 302 koppelt über I- und Q-Busse 306 und 310 an einen QPSK-Demodulator 304, welcher fungiert zum Wiederherstellen der IP-Paketdaten und Einkapseln dieser in Buspakete für den Host-Bus, welche adressiert sind an die Routing-Schaltung 86. Der QPSK-Demodulator 304 umfasst typischerweise ein Entscheidungsgerät, das die Basisband-I- und Q-Kanaldaten empfängt und diese vergleicht mit Entscheidungsschwellwert von null Volt. Wenn die I-Kanalspannung größer ist als null, wird eine Entscheidung einer logischen 1 gemacht, aber wenn die Spannung weniger ist als null, wird eine Entscheidung einer logischen 0 gemacht. Wenn die Q-Kanalspannung größer ist als null, wird eine Logikentscheidung von 1 gemacht, aber wenn ihre Spannung weniger als null ist, wird eine Entscheidung von logisch 0 gemacht. Schließlich werden die zwei binären Bitsequenzen, die die IP-Pakete definieren, welche aus der Entscheidungsschaltung herauskommen, wieder kombiniert in einem Multiplexer im Demodulator 304 und gesendet an Busschnittstellenschaltung im Demodulator 304 zur Einkapselung in Buspakete und Übertragung über den Bus 312 und den Host-Bus 156 an den Router 86. Der Router empfängt sie, entfernt, die Host-Buspaketköpfe, schaut die IP-Zieladresse nach und findet heraus, dass sie adressiert sind an den PC 22 oder einen der NCs. Die IP-Pakete werden dann eingekapselt in Ethernet-Pakete (oder welch immer anderes Paketformat verwendet wird auf den LANs 18 oder 20), die adressiert sind zu dem PC oder NC, der die Daten angefordert hat, und werden gesendet an die geeignete NIC (Schritt 296).
  • Wenn das Stromabwärtsmedium eine ADSL-Teilnehmeranschlussleitung ist, stellt ein konventionelles ADSL-Modem 182 in 4A die IP-Pakete wieder her und sendet sie auf dem Bus 188 an den Router 86. Der Router empfängt sie, entfernt die Host-Buspaketköpfe (wenn der Bus 188 tatsächlich der Host-Bus 156 ist), schaut die IP-Zieladresse nach und findet heraus, dass sie adressiert sind an den PC 22 oder einen der NCs. Die IP-Pakete werden dann eingekapselt in Ethernet-Pakete (oder welch immer anderes Paketformat verwendet wird auf den LANs 18 oder 20), die adressiert sind an den PC oder NC, der die Daten angefordert hat, und sie werden gesendet an die geeignete NIC (Schritt 296).
  • Die NIC des PCs oder NCs, der die Daten angefordert hat, empfängt die Ethernet-Pakete, nimmt Fehlerkorrektur vor und entfernt die Ethernet-Köpfe. Die resultierenden IP-Pakete werden geleitet heraus zu den TCP-/IP-Protokollschichten, wo die IP-Paketköpfe entfernt werden, und das TCP-Protokoll stellt sicher, dass alle Pakete empfangen wurden. Die Nutzlastdaten werden dann gesendet an die Anwendung, die sie angefordert hat, zur Anzeige (Schritte 308). Verarbeitung durch den PC oder NC der IP-Paketdaten und Ethernet-Pakete ist die gleiche wie bei PCs auf einem LAN, die Modems teilen und Wählverbindungen zu dem Internet über ISPs, und diese Technologie ist durch Referenz inkorporiert.
  • Empfang und Verteilung von analoger Videoübertragung über Satellit oder terrestrische Antenne
  • Einer der Vorteile des Gateways 14 ist es, dass er ebenfalls verwendet werden kann zur Verteilung von Analog-TV-Ubertragungen an TVs durch das Haus unter Verwendung des LAN, wodurch er die Notwendigkeit separater Verdrahtung eliminiert.
  • Der Tuner 314 startet diesen Prozess durch Empfangen von Steuerdaten vom Mikroprozessor 128, welche definieren, welcher C-Band-analog-Videokanal angefordert worden ist durch den Nutzer. Der Tuner 314 kann irgendein konventioneller C-Band-Satelliten-Tuner sein, der so modifiziert ist, dass er digitale Steuerdaten von dem Host 128 akzeptiert, um zu steuern, zu welchem Satelliten und welchem Transponder zu tunen im Gegensatz zum Empfangen dieser Information direkt von der Fernsteuerung oder von den Vorderseitenschaltern. In dem hierin beschriebenen Heimnetzwerk fordern Nutzer C-Band-Übertragungskanäle an über ihre IR-Tastaturen 34 oder Fernsteuerungen 80 in 3. Diese Anforderungen werden eingekapselt in Management- und Steuer-Ethernet-Pakete, die adressiert sind an die Host-CPU 128 durch den Netzwerkadapter 30. Die Host-CPU empfängt sie und erzeugt ein PCI-Buspaket auf dem Bus 156, das adressiert ist an den Tuner 314, ihm mitteilend, zu welchem Kanal er zu tunen hat, d.h. zu welchem Satelliten die Schüssel zu schwenken und zu welchem Transponder oder Kanal in der Downlink-Übertragung zu tunen.
  • Der RF-(oder IF-)Ausgang des Tuners 314 auf dem Bus 134 wird dann digitalisiert durch den Analog-zu-digital-Wandler 316. Die digitalen Abtastungen auf der Leitung 318 werden eingegeben in einen Videodemodulator 320, welcher in dem digitalen Bereich fungiert, um das digitalisierte analoge Videosignal zu demodu lieren durch Entfernen der RF-Komponente. Der Videodemodulator 320 gibt digitale Daten aus auf die Leitung 322, welche ein konventionelles Basisband-NTSC-, -PAL- oder -SECAM-Formatvideosignal repräsentieren.
  • Die digitalen Daten auf der Leitung 322 sind bei einer zu hohen Bitrate, um sie über das LAN zu senden, da unkomprimierte Videoübertragung mehr als 212 Mbps von Bandbreite verbraucht. Daher müssen die Videodaten komprimiert werden. MPEG-II-Kompression ist bevorzugt, aber irgendeine andere Form von Kompression, die gegenwärtig bekannt ist oder zu entwickeln ist in der Zukunft, wird geeignet sein, da die Form der Kompression nicht kritisch ist. MPEG-II-Kompressionsschaltung ist wohlbekannt und wird verwendet für den MPEG-Coder 326. Jedoch komprimiert MPEG-Kompression nicht NTSC-, PAL- oder SECAM-Formatsignale. Sie müssen zuerst gewandelt werden in YUV-Formatlumineszenz und -Chrommnanz-Signale. Diese Wandlung wird vorgenommen im Videocoder 324, welches eine bekannte Art von Schaltung ist in jedem Videosystem, das MPEG-II-Kompression verwendet.
  • Die komprimierten Videodaten werden eingekapselt in PCI-(oder anderer Typ)-Buspakete, die adressiert sind an die IP-Videoschaltung 158 in 4A. Dort werden die komprimierten Videodaten eingekapselt in IP-Pakete, die adressiert sind an den Netzwerkadapter des TV, wo die Anforderung herkommt und der Satelliten-C-Band-Videokanal zu betrachten ist. Die IP-Videoschaltung 158 bestimmt, welche IP-Zieladresse zu benutzen ist bei Konstruktion der IP-Pakete über empfangene Daten von dem Host-Mikroprozessor 128. Wenn die ursprüngliche Anforderung empfangen wurde, bestimmt der Host-Mikroprozessor 128 ebenfalls zusätzlich dazu, dass er dem Tuner 314 mitteilt, zu welchem Kanal zu tunen ist, von der Quelladresse des Ethernet-Pakets, das die Anforderung trägt, den Netzwerkadapter, welches TVs die Daten angefordert hat. Die IP-Adresse dieses Netzwerkadapters wird eingekapselt in ein PCI-Buspaket und übertragen über den Host-Bus 156 zu der IP-Videoschaltung. Die IP-Pakete, die den digitalisierten C-Band-Videokanal einkapseln, werden dann übertragen über den Bus 160 zu der Routing-Schaltung 86. Der Bus 160 kann einfach der Host-Bus 156 sein in Ausführungsformen, wo der Routing-Prozess ausgeführt wird durch Software auf dem Host 128.
  • Der Routing-Prozess 86 ist ein konventioneller IP-zu-Ethernet-Routing-Prozess, der die IP-Paketzieladressen untersucht und die entsprechenden Ethernet-Adressen nachschaut. Die IP-Pakete werden dann eingekapselt in Ethernet-Pakete und geroutet zu der geeigneten LAN-Netzwerk-Schnittstellenkarte für LAN 18 oder 20 in Abhängigkeit von der Ethernet-Zieladresse jedes Pakets. Der Prozess arbeitet umgekehrt für einkommende Ethernet-Pakete von den LAN(s).
  • Wenn die IP-Pakete den Netzwerkadapter des TV erreichen, der den CATV-Kanal angefordert hat, werden sie gewandelt in ein Videosignal, das angezeigt werden kann durch das TV durch die oben in Verbindung mit der Diskussion von 5 beschriebene Schaltung.
  • Terrestrischer Übertragungsempfang
  • Empfang und Verteilung von Standard-TV-Übertragungen, die empfangen werden über eine Antenne, die gekoppelt ist an den Gateway 14, sind sehr ähnlich. Eine Standard-TV-Antenne 328 ist gekoppelt an den Gateway durch ein Koax- oder doppeltes Zuleitungskabel 330. Ein TV-Tuner 332 tunt den angeforderten Kanal und gibt den gewünschten Kanal als ein RF- oder IF-Signal aus. Der Tuner 332 kann ein konventioneller TV-Tuner sein, der modifiziert ist, um digitale Steuerdaten von dem Host-Computer 128 zu empfangen, die steuern, welchen analogen TV-Übertragungskanal der Tuner auswählt.
  • Der A/D-Wandler 334 tastet die Ausgangs-RF oder -IF ab und speist die Abtastungen an einen Videodemodulator 336. Dort wird das Signal demoduliert in dem digitalen Bereich, um die RF-Komponente zu entfernen. Wie es der Fall ist für all die analogen Signal-Receiver-Schaltungen sowohl für HFC als auch für Satellit, kann die Analog-zu-digital-Wandlung irgendwo vorgenommen werden entlang der Linie von Schaltungen, einschließlich gerade vor dem MPEG-Coder.
  • Der Ausgang 338 ist eine digitale Version eines NTSC- oder PAL- oder SECAM-Signals. Es wird eingespeist in einen Videodecoder 340, der es in ein YUV-Format wandelt. Das YUV-Signal wird dann komprimiert durch den MPEG-Coder 342 und in Buspakete des verwendeten Formats auf dem Host-Bus 156 (typischerweise PCI) gelegt und adressiert an die IP-Videoschaltung 158.
  • Die IP-Videoschaltung entfernt Buspaketköpfe (und kann Fehlererkennung und -korrektur durchführen) und kapselt die komprimierten Videodaten von den PCI-Buspaketen in IP-Pakete ein, die an den Netzwerkadapter des TV-Geräts adressiert sind, wo der angeforderte Kanal zu betrachten ist. Die IP-Pakete werden dann an den Router 86 gesendet, wo die Zieladresse nachgeschaut wird und die IP-Pakete eingekapselt werden in Ethernet-Pakete, die adressiert sind an den gleichen Netzwerkadapter und gestartet werden auf das geeignete LAN.
  • LAN-alternative Ausführungsformen
  • Video ist synchron oder stromorientiert. Andererseits ist traditioneller LAN-Verkehr burst-artiger. LANs sind nicht entwickelt worden, um Stromverkehr zu unterstützen, und daher ist es möglich, dass ein 10 Mbps-10BaseT-Ethernet-LAN zeitweise nicht ausreichend Bandbreite aufweist, um die Last zu unterstützen, besonders wenn es dort mehrere TVs gibt, von denen jedes einen unterschiedlichen Kanal anfordert, zusammen mit anderem simultanem Verkehr, wobei die 10 Mbps-Bandbreite geteilt wird. Video ist hoch-bandbreitenintensiv, so haben selbst 100 Mbps-LANs Probleme beim Unterstützen von Hochqualitätsvideo vermischt mit traditionellerem LAN-Datenverkehr.
  • Dementsprechend ist es im Bereich der Gattung der Erfindung, höher kapazitive LANs für LANs 18 und 20 zu verwenden. Spezifisch können diese LANs Fast Ethernet, Switched Ethernet, FDDI, ATM und Fibre Channel Arbitrated Loop sein. Solche LANs sind beschrieben in Tannenbaum und Horak, supra, und Kembel, Arbitrated Loop, Connectivity Solutions, a division of Northwest Learning Associates, Inc of Tucson, Az, (1997) ISBN 0-931836-82-4.
  • Empfang und Verteilung von DirecTV-digital-Videoübertragung
  • Der Gateway wird einen Busschacht einschließen für ein Modul, das regulär planmäßiges DirecTV und andere Formatdigitalvideoübertragungen auf Downlinks von einem Satelliten empfangen kann. Ein Tuner 344 dient zum Empfangen digitaler Steuerinformation vom Host-Mikroprozessor bezüglich welchen Kanal auf dem Downlink ein Nutzer angefordert hat. Der Tuner tunt dann zu diesem Kanal und weist alle anderen Signale zurück, und ein QAM-Demodulator demoduliert das Signal, um die übertragenen Daten wiederherzustellen und gibt ein komplexes Basisbandsignal auf die Leitung 348 aus. Konventionelle QAM-modulierte Digitaldaten-Receiver werden gelehrt in LEE & Messerschmitt, Digital Communications, 2. Ausgabe, (Kluwer Academic Publishers 1994) ISBN 0-7923-9391-0, Abschnitt 6.4.3, Seiten 203–208 und 6–18 und 6–19, die Gesamtheit dieses Buches ist hierdurch inkorporiert durch Referenz. Typischerweise wird der Tuner 344 einen Bandpassfilter umfassen, um den gewünschten Kanal zu tunen und Signale außerhalb des Bandes zurückzuweisen, und Aufdopplung als einen Anti-Aliasing-Filter. Typischerweise wird das Signal dann digitalisiert, und ein Phasenaufteiler (ein Filter, der nur Frequenzkomponenten in der positiven Hälfte des Fourier-Spektrums passieren lässt und Fourier-Komponenten in der negativen Hälfte zurückweist) wirkt in dem diskreten Zeitbereich, um die negative Hälfte der Fourier-Frequenzkomponenten des empfangen Spektrums zu entfernen, zum Ausgeben eines analytischen Signals. Dann wird die positive Hälfte der Frequenzkomponenten der empfangen Signale demoduliert, d.h. die RF-Trägerkomponente wird entfernt durch Mischen mit einem lokalen Träger, der synchronisiert ist mit dem übertragenen Träger.
  • 6–16 von Lee et al. auf Seite 204 illustriert drei unterschiedliche Konfigurationen eines QAM-Tuners.
  • Es ist die Funktion des QAM-Demodulators 346, die aktuellen Symbole zu senden. Dies wird üblicherweise durch Abtasten und Auftrennen getan. Ein kompletter QAM-Tuner, um das empfangene Signal zurück zum Basisband zu bringen, und Demodulator, um die übertragenen Symbole wiederherzustellen, ist gezeigt in 6–18(b) von Lee & Messerschmitt für den realwertigen Fall und ist zusammengesetzt aus zwei Mischern, die das empfangene Spektrum zurückbewegen zum Basisband durch Multiplizieren mit quadraturverschobenen lokalen Trägern und zwei Empfangsbandpassfiltern, um Signale außerhalb des Bands zurückzuweisen und nur die positive Hälfte der Fourier-Komponenten von In-Phasen- und Quadratursignalen weiterzuleiten. Die I- und Q-Signale werden dann abgetastet bei der Symbolrate und geleitet durch einen Zerteiler, um die tatsächlich übertragenen Symbole wiederherzustellen. Eine komplettere Repräsentation eines zweckmäßigen QAM-Receivers einschließlich sowohl Vorgängerentzerrung als auch Nachfolgerentzerrung und Träger und Timing-Wiederherstellung ist gezeigt in 6–23 von Lee & Messerschmitt. Bevorzugterweise wird dort ebenfalls eine Fehlererkennungs- und Korrekturschaltung sein (nicht gezeigt).
  • Nachdem die Symbole des komprimierten Videoprogramms wiederhergestellt sind, empfängt ein konventioneller Transportdemultiplexer 350 digitalen Steuereingang von dem Host bezüglich auf welchem Subkanal das Videoprogramm zu finden ist, das angefordert worden ist, und demultiplext die Audio-, Video- und jegliche zugehörigen Daten von diesen Subkanälen. Zum Helfen, die Last auf dem LAN zu managen, wird der Transcoder 352 verwendet, um die Bitrate des komprimierten Videos herunterzuübersetzen auf eine niedrigere Rate, wenn dies notwendig ist aufgrund von gegenwärtigen Lastbedingungen auf dem LAN. Transcoder sind bekannt und waren allgemein verfügbar von Imedia in San Francisco, Kalifornien, und nun von den Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung.
  • Die Ausgangsdaten des Transcoders werden geliefert an eine konventionelle bedingte Zugriffsschaltung 354, welche die Daten entschlüsselt, wenn der Teilnehmer autorisiert ist, das Programm zu empfangen. Alternativ kann die bedingte Zugriffschaltung 354 fungieren, um die originalverschlüsselten Daten zu entschlüsseln, wenn der Benutzer ein autorisierter Teilnehmer ist, und dann die Daten wieder verschlüsseln vor Übertragung auf dem LAN unter Verwendung des neuen C5-Verschlüsselungsstandards. Die wiederverschlüsselten Daten werden dann paketisiert in Buspakete und übertragen über den Host-Bus 156 zu der IP-Videoschaltung 158. Dort werden sie eingekapselt in IP-Videopakete, die adressiert sind an den Netzwerkadapter, der das Programm angefordert hat, und sie werden gesendet über den Datenpfad 160 zu der Rotuing-Schaltung/-Prozess 86. Der Routing-Prozess schaut die Zieladresse nach und bildet sie ab auf die LAN-Adresse des Netzwerkadapters und kapselt die Daten ein in Ethernet-Pakete und sendet sie an die korrekte NIC zur Übertragung über das LAN. Bei dem Netzwerkadapter werden die Pakete verarbeitet wie zuvor beschrieben in Verbindung mit der Beschreibung von 5, um die Daten zu wandeln in NTSC-, PAL- oder SECAM-Videosignale und das entsprechende synchronisierte Audio. Wenn CS-Verschlüsselung verwendet wird, verbleiben die Daten verschlüsselt in allen Stufen, bis sie gewandelt werden in Analogvideo- und Audiosignale.
  • Ein konventioneller DirecTV-Receiver, der modifiziert ist zum Empfangen digitaler Steuerdaten, die ihm mitteilen, welchen Kanal und Subkanal zu tunen, kann ersatzweise verwendet werden für den Tuner 344, den QAM-Demodulator 346 und den Transportdemultiplexer 350. Alternativ kann der Satelliten-Receiver verwendet werden, der in US-Patent 5,983,071 gelehrt wird, aber modifiziert zum Entfernen des Audiodecoders 160, des D/A-Wandlers 164, des Videodecoders 170 und des NTSC-Coders 174. Diese Funktionen geschehen alle bei dem Netzwerkadapter nach Verteilung über das LAN. Wenn der Receiver von dem US-Patent 5,983,071 ersatzweise verwendet wird für den Tuner 344, den QAM-Demodulator 346 und den Transportdemultiplexer 358 und die bedingte Zugriffsschaltung 354, werden die Audio- und Videoausgangsströme auf Leitungen 162 und 172 von dem Patent geliefert werden zu dem Transcoder 352. Der Receiver, der in dem US-Patent 5,983,071 gelehrt wird, kann ebenfalls verwendet werden anstelle von dem Tuner 102, der A/D-Matrix 130, dem QAM-Demodulator 146, der bedingten Zugriffsschaltung 126 und dem Transport-Demnultiplexer 148. Dieser Receiver wird wiederum modifiziert sein zum Entfernen der folgenden Komponenten, die in dem Patent gelehrt sind: Audiodecoder 160, der D/A-Wandler 164, der Videodecoder 170 und der NTSC-Coder 174. Diese Funktionen finden alle statt in dem Netzwerkadapter nach Verteilung über das LAN. Die bedingten Zugriffsschaltungen 126 und 186 können beide modifiziert sein wie oben beschrieben, um die wiederhergestellten Daten wieder zu verschlüsseln unter dem C5-Standard, um zu verhindern, dass digitale Kopien gemacht werden. Wenn der Receiver von dem US-Patent 5,983,071 ersatzweise verwendet wird für den Tuner 102, den QAM-Demodulator 130 und den Transportdemultiplexer 148 und die bedingte Zugriffsschaltung 126, werden die Audio- und Videoausgangsströme auf die Leitungen 162 und 172 des Patents geliefert werden, entweder an einen Transcoder, falls dieser zugegen ist, oder an Busschnittstellenschaltung (nicht gezeigt), die es paketisiert und es sendet an die IP-Videoschaltung 158 über den Host-Bus.
  • Bezahlfernsehen-Ziehtechnologie-Gateway-Kompatibilität
  • Der Gateway 14 kann ebenfalls verwendet werden, um Bezahlfernsehen oder freie, reguläre, planmäßige Übertragungen von Digital- oder Analogvideoprogrammen zu empfangen. Ziehtechnologie bedeutet ein Videoserver bei oder gekoppelt zu der HFC-Kopfstation, ADSL-CO- oder Satelliten-Uplink, welcher einen regulären Plan von Videoprogrammen hat, die er zu spezifischen Zeiten auf spezifischen Kanälen ausgibt. Ein Menü, das angezeigt wird auf dem Fernsehen in der Art, die hierin an anderer Stelle beschrieben ist oder veröffentlicht ist, wird verwendet durch den Nutzer, um das Programm auszuwählen, das der Nutzer zu sehen wünscht. Der Benutzer wählt das Programme, welches er zu sehen wünscht, aus, zu der Zeit, wo das Programm angenommenerweise startet, durch Eingeben der Programmnummer (die Programmnummer kann abgebildet werden auf den Serviceanbieter und die Videoserver-IP-Adresse, oder diese Information kann manuell eingegeben werden) auf seiner Fernsteuerung 80 oder Tastatur 34. Diese Programmnummer wird eingekapselt in ein Ehternet-Anforderungspaket und übertragen an den Gateway, wo es geroutet wird an den Host. Der Host 128 sendet dann die geeigneten Befehlsdaten über den Host-Bus an den Tuner 102 oder 100 oder 180 oder 313 oder 344 oder 332 oder ADSL-Modem 182, um zu dem geeigneten Kanal zu tunen, in Abhängigkeit davon, auf welchem Medium das Programm ankommen wird. In dem Fall von digitalem Video sendet der Host ebenfalls Steuerpakete an den Transportdemultiplexer 350 oder 184 oder 148, um sie zu steuern, die komprimierten Video- und Audiosignale von den korrekten Subkanälen zu demultiplexen. Wenn Transcoder verwendet werden in den digitalen oder analogen Video-Receiver-Modulen, wird der Host den Laststatus des LANs beobachten in irgendeiner bekannten Weise und geeignete Steuerpakete senden an die Transcoder über den Host-Bus, um die Bitrate des komprimierten Videos zu steuern, das über das LAN übertragen wird, um so nicht die verfügbare Bandbreite unter variierenden Lastbedingungen zu überschreiten.
  • IP-Telefonie
  • Da es dort ein LAN gibt, das durch die Kundenräumlichkeiten verläuft, ist es nützlich, das LAN zu benutzen, um Video- und Audio- und FAX-Telefoniedaten an die Videofone, Telefone, FAX-Geräte und FAX-Modems im Bereich der Räumlichkeiten zu verteilen. Da all diese physikalischen Telefoniegeräte ebenfalls an einen Computer gekoppelt sind, ist es nützlich ein IP- und/oder PBX-Telefoniemodul 353 in den Gateway einzuschließen, um Funktionalitäten bereitzustellen, die der Nutzer früher nicht vom POTS-Dienst erhalten konnte. POTS-Dienst kann bereitstellen Konferenzruf, Rufweiterleitung, Anrufer-ID, Voice Mail und Pager-Benachrichtung von Voice-Mail-Nachrichten wie auch andere Dienste über Einrichtungen wie Centrex, das bereitgestellt wird durch den CO-Schalter. Jedoch kosten all diese Dienste zusätzliches Geld und können lokal implementiert werden in dem Gateway durch Verwendung von „PBX auf einer Karte"- Erweiterungsschaltung, um die Funktionalität des Hosts zu erweitern. Solche Telefonieschaltung 353, um die Funktionalität von DOS- und Windows-basierten Personal Computern zu erweitern, um PBX-Funktionalität, Voice Mail und einen Host mit anderen Merkmalen einzuschließen, ist kommerziell verfügbar als die VS1- und Incline-Systeme von Picazo Communications, Inc. of San Jose, Kalifornien, und von Netphone, Inc. aus Marlborough, Massachusetts, und Altigen Communications, Inc., von denen die Details hierdurch durch Referenz inkorporiert sind. Die Netphone-PBX auf einer Kartentechnologie, welche verwendet werden kann, um die Schaltung 353 zu implementieren, ist beschrieben im US-Patent 5,875,234, welche hierin durch Referenz inkorporiert ist. Dieses Patent lehrt im Wesentlichen eine PBX-Schaltung auf einer Erweiterungskarte, die gekoppelt ist an den Host-Bus eines Netzwerk-Servers. Die PBX-Karten kann Telefonrufe aufbauen und aufrechterhalten und normale PBX-Rufsteuerungsfunktionen ausführen. Die PBX-Karte kann gesteuert werden von telefonieeingebetteten Anwendungen auf dem Server/Gateway oder durch telefonieeingebetteten Anwendungen, die auf PCs läuft über die LAN-Verbindung zu dem Gateway. Jegliche bekannte Erweiterungsschaltung um PBX-Funktionalität hinzuzufügen zu einem LAN-Server kann verwendet werden für die Schaltung 353, unabhängig davon, ob sie implementiert ist in einer einzigen Platine oder mehr als einer.
  • Typischerweise wird die Schaltung 353 ihre eigene Schaltschaltung aufweisen zum Verbindung von Telefonrufen von Erweiterungstelefonen, die gekoppelt sind an konventionelle Telefonleitungen, zu CO-Fernleitungen 58 und umgekehrt.
  • In einigen Ausführungsformen kann die PBX-Funktionalität alleine ausreichend sein. Jedoch ist die Verwendung des Internets für Telefonie ein wachsender Markt und Web-Seiten, wie z.B. www.net2phone.com existieren bereits, um das Stattfinden von Ferntelefonkonversation über das Internet stattfinden zu lassen, unabhängig von Entfernung für 10 Cent pro Minute. Um Nutzern zu ermöglichen, aus diesen Diensten Vorteil zu ziehen, werden PCs auf LANs 18 und 20 ausgerüstet sein müssen mit Mikrofonen und Lautsprechern. Bei einer solchen Klasse von Ausführungsformen wird die IP- & PBX-Telefonieschaltung 353 Schaltungen einschließen zum Digitalisieren von Analogsprachsignalen, die ankommen von Erweiterungstelefonen über konventionelle Telefonleitungen 354. Die IP- & PBX-Telefonieschaltung 353 kann ebenfalls Paketisierungsschaltungen einschließen in einigen Ausführungsformen, um Ethernet-Pakete zu empfangen, die digitalisierte Sprache tragen von den PCs auf LANs 18 oder 20 von Routern 86 über den Bus 356 und diese paketisieren in IP-Pakete, die adressiert sind an den Internetserver, der die IP-Telefoniedienste bereitstellt. Diese IP-Pakete werden dann zurückgesendet über den Bus 356 zum Router 86, wo sie geroutet werden zu dem Server, der identifiziert ist in der Zieladresse des IP-Pakets. Das Routen kann kostengünstigstes Routen sein, wenn mehrere Hochbandbreitenstromaufwärtsmedien, wie z.B. HFC- und ADSL-Stromaufwärtshochgeschwindigkeitsinternetzugriffsmodule wie z.B. DOCSIS-Modem 70 und ADSL-Modem 182, in dem Gateway zugegen sind. In anderen Ausführungsformen wird das PBX-Erweiterungsmodul 353 Rufsteuerschaltung vornehmen und andere Dienste bereitstellen zwischen Erweiterungsleitungen 354 und den CO-Fernleitungen, und Analogtelefonsignale von den Erweiterungstelefonen auf Leitung 354 werden digitalisiert und paketisiert werden in ein IP-Paket, das adressiert ist an einen IP-Telefonieserver auf dem Internet, dessen IP-Adresse starr ist und bekannt ist, dass sie die IP-Adresse ist, zu der Telefondaten von den konventionellen POTS-Telefonen zu richten sind.
  • Dann wird, anstelle von Senden der Daten von Ethernet-Paketen, die Telefoniedaten tragen, von PCs, Telefonen und FAX-Geräten auf dem LAN zum Einkapseln in IP-Pakete durch das IP- und PBX-Telefoniemodul 353, die IP-Paketeinkapselung an der Quelle vorgenommen werden. In anderen Worten, wenn der PC 22 oder NC 24 oder das Telefon 60 oder das FAX 64 bei den Kundenräumlichkeiten Daten senden wollen an einen IP-Telefonieserver auf dem Internet, werden die digitalen Daten, die durch das Quellgerät erzeugt werden, eingekapselt werden durch das Quellgerät in IP-Pakete, die adressiert sind an den IP- Telefonieserver auf dem Internet. Diese Pakete werden dann eingekapselt werden in Ethernet-Pakete und gesendet werden zu dem Gateway 14. Der Gateway 14 wird dann die Ethernet-Paketköpfe entfernen und die eingeschlossenen IP-Pakete an den Server routen auf dem Internet, zu dem sie adressiert sind, über das DOCSIS-Modem 70, das ADSL-Modem 182 oder möglicherweise durch das konventionelle Modem 280 in 4A (auch wenn Verwendung des konventionellen Modems nur Sinn macht, wenn Medien mit höherer Stromaufwärtsbandbreite nicht verfügbar sind).
  • Modulare Konstruktion des Gateways
  • Bezugnehmend auf 8 ist dort ein Blockdiagramm gezeigt, das die Software-Architektur und modulare Konstruktion des Gateways/LAN-Servers 14 illustriert. Wie oben erwähnt, kann in alternativen Ausführungsformen der Gateway 14 tatsächlich bestehen aus zwei oder mehr Servern, um die Arbeit aufzuteilen, jedoch ist jeder gekoppelt an die Erweiterungsmodule durch eine Bus-/LAN-Struktur 156. Zum Beispiel kann ein Server nur die PBX-Steuersoftware und IP-Telefoniesoftware ausführen, und ein anderer Server fuhrt nur die Management- und Steuer- und Routing-Prozesse aus, die benötigt werden für die Drück- und Ziehvideoanwendungen und Hochgeschwindigkeitsinternetzugriff und kann beliebige Routing-Funktionen ausführen, die benötigt werden für IP-Telefonie bei dem ersten Server.
  • Die Softwareverarbeitungen in dem Host oder Server laufen in Verbindung mit dem Betriebssystem 358 und verwenden seine anwendungsprogrammatische Schnittstelle (API) zur Nachrichtenübertragung zwischen Verarbeitungen und um Daten zu der LAN-Schnittstelle oder NIC 360 und dem Host-Bus 156 zu senden. Die Datenpfade zwischen den unterschiedlichen Software-Verarbeitungen und zwischen den unterschiedlichen Verarbeitungen und NICs 362 und 364 und dem Host-Bus 156 über das Betriebssystem sind symbolisiert durch den Datenpfad 366. Dieser Datenpfad repräsentiert irgendeines der typischen Verfahren und Vor richtung zur Übertragung von Daten zwischen Prozessen oder zwischen Prozessen und Schaltungen in dem Gateway. Zum Beispiel kann NIC # 1 362 ein Ethernet-Paket empfangen, das eine Anforderung trägt für ein Video-auf-Anforderungs-Programm, das adressiert ist an den Management- und Steuerprozess. Einseitig kann NIC 362 dieses Paket übertragen an den Routing-Prozess 86 durch Schreiben der Daten in einen platineneigenen Notizblock-RAM und Aufrufen eines Software-Interrupts für den Routings-Prozess 86 und ihm Zuleiten eines Zeigers zu der Nachricht im RAM. Der Routing-Prozess führt dann eine Interrupt-Dienstroutine aus für diesen Interrupt und liest die Daten von dem Notizblock-RAM bei der Adresse, die ihm mit dem Interrupt zugeleitet wurde, oder bei einer vorzugeordneten Adresse, die in einer Interrupt-Tabelle gespeichert ist. Verarbeitungen und Schaltungen können Nachrichten ebenfalls weiterleiten durch Schreiben dieser an vorbestimmte Orte in geteilten Adressräumen im RAM 129 mit der Zielschaltung oder Prozess und dann setzend ein Interrupt-Bit und speichernd eine Interrupt-Nummer in ein Register. Das Interrupt-Bit veranlasst den Host, eine generische Interrupt-Dienstroutine auszuführen, um die Interrupt-Nummer wiederzugewinnen und dann die Interrupt-Nummer nachzuschauen in einer Interrupt-Vektortabelle. Die Tabelle würde die Adresse des Starts einer Interrupt-Dienstroutine für die Zahl angeben. Jede Schaltung oder Prozess würde eine Interrupt-Nummer und eine zugehörige Interrupt-Dienstroutine aufweisen. Die Dienstroutine, auf die durch die Vektortabelle gezeigt wird, würde dann ausgeführt werden und die Daten wiedergewinnen und sie zurückliefern an den Prozess oder die Schaltung, die mit dem Interrupt verbunden ist. Jedes der Erweiterungsmodule würde Daten oder IP-Pakete weiterleiten an den Routing-Prozess 86 oder den IP-Videoprozess 158 in dieser Weise.
  • Ein Management- und Steuerprozess 368 stellt Video auf Anforderung wieder her und andere Anforderungen für Dienste und Daten, wie beschrieben in der detaillierten Beschreibung jedes Moduls. Diese anderen Anforderungen können die Zahlen von CATV- oder terrestrischen Kanälen einschließen, zu denen zu tunen ist, oder Anforderungen für DirecPC oder ADSL- oder HFC- Hochgeschwindigkeitsinternetzugriff. Andere Daten, die der Management- und Steuerprozess in alternativen Ausführungsformen wiederherstellen wird, sind LAN-verfügbarer Bandbreitenstatus und andere Netzwerkmanagementtypdaten. In Reaktion sendet der Management- und Steuerprozess geeignete Steuerdaten aus an den Tuner, Transportdemultiplexer, Transcoder, konventionelle Zugriffsschaltungen, IP-Videoprozess- und andere Schaltungen oder Prozesse, um die Wiedergewinnung der angeforderten Daten zu managen und sie zu verteilen an das richtige Periphergerät oder Daten stromaufwärts auf bestimmten Stromaufwärtskanälen zu übertragen. Diese Stromaufwärtskanäle können vorzugeordnete oder zugeordnet sein durch Stromabwärtssteuernachrichten von der Kopfstation oder dem ADSL-CO- oder Satelliten-Uplink-Server.
  • Der Routing-Prozess 86 übersetzt zwischen IP- und Ethernet- oder anderen LAN-Protokollen und funktioniert wie zuvor beschrieben. Der IP-Videoprozess 158 kapselt Daten ein, die zu ihm gesendet wurden über den Host-Bus, in IP-Pakete, die an das geeignete Periphergerät adressiert sind.
  • Die IP-Telefonie und andere eingebettete Telefonie- und PBX-Verarbeitungen, die durch den Block 370 repräsentiert sind, steuern das IP- und PBX-Telefonieerweiterungsmodul, PBX-Funktionen zu implementieren, IP-Telefonie auszuführen, usw. Zum Beispiel können dort 5 konventionelle oder LAN-Telefone in dem Heim sein, von denen jedes primär beantwortet wird durch eine Person in der Familie. Einer der Prozesse von Block 370 kann Direkt-nach-innen-Wählen implementieren, so dass jedes Telefon seine eigene virtuelle Telefonnummer hat, die ein Außenstehender wählen kann, wenn er z.B. zu dem Teenager Judy sprechen will, ohne die Unannehmlichkeit, zufälligerweise mit ihrem Vater zu sprechen. Ähnlich können zwei Erweiterungstelefone den Wunsch haben, einen Konferenzruf mit einem Telefon in einem anderen Staat vorzunehmen. Die PBX-Steuersoftware kontrolliert den Schalter in dem PBX-Modul 372, jede dieser gewünschten PBX-Funktionen zu implementieren. Der IP-Telefonieprozess führt IP-Telefonie durch durch z.B. Empfangen digitaler Daten von konventionellen POTS-Telefon über das Telefoniemodul 372 und Einkapseln davon in IP-Pakete, welche durch den Router 86 geleitet werden und umgekehrt. Die IP-Pakete, die von LAN-aktiven Telefonen 60 und 62 empfangen werden, werden einfach direkt geleitet zu dem Router 86.
  • Ähnlich kann ein Datenbankprogramm oder Wortverarbeitungsprogramm, das auf einem Computer oder einem NC auf dem LAN ausgeführt wird, telefonieaktiv gemacht werden. Zum Beispiel kann eine Rolodex-Datei, die durch ein Wortverarbeitungsprogramm erstellt wurde, Telefonnummern beinhalten, und der Nutzer kann eine Person nach Namen nachschauen und dann doppelklicken auf die Telefonnummer. Dieses Doppelklicken wird gewandelt werden durch die telefonieeingebettete Anwendung in ein Ethernet-Paket, welches anfordert, dass die Telefonnummer gewählt wird. Dieses Ethernet-Paket wird gesendet an NIC 362 oder 364 und wird dann weitergeleitet hinauf zu dem Router 86. Der Router entfernt den Ethernet-Kopf und leitet die Daten der Anforderung weiter an eine PBX-Anwendung, die repräsentiert wird durch den Block 370. Die PBX-Anwendung macht einen Funktionsruf an ein Bibliotheksprogramm des OS 358 über die Standard-TAPI-Schnittstelle 374.
  • Die TAPI-Schnittstelle repräsentiert eine Sammlung von vordefinierten Windows-Funktionsrufen, von denen jeder ein Bibliotheksprogramm von einer telefonie-dynamisch-verknüpften Bibliothek von Programmen aufruft. Die TAPI-Funktionsrufe stellen eine standardtelefonie-programmatische Schnittstelle bereit für Anwendungen, die Telefonfunktionen ausführen wollen. Das Basislevel von Funktionen erlaubt Anwendungsprogrammen, basiseingehende und -ausgehende Sprach- und Datenrufe durchzuführen durch Bereitstellung von Programmen, die aufgerufen werden können durch Initialisieren und Öffnen und Schließen von TAPI-Leitungen, Lesen und Schreiben unterschiedlicher Parameter, die ein Leitungsgerät steuern, die Details des Platzierens von ausgehenden Sprach- oder Datenrufen oder -antworten auf eingehende Sprach- oder Datenrufe handhaben, Erkennen, Übersetzen und/oder Bilden von Telefon-„Adressen" oder Ruffolgen, Manipulieren von Rufhandhabungen usw. Andere Programme in der TAPI-Bibliothek stellen fortgeschrittenere Funktionen bereit, so wie Ziffer- oder Tonerzeugung und -erkennung, Rufannahme und -zurückweisung, Umleiten, Rufweiterleitung, Parken, Halten, Konferenz usw., wenn die Diese fortgeschrittenen Merkmale werden ergänzende Telefoniedienste genannt und erlauben mehreren Telefonhandgeräten oder anderen Leitungsgeräten, sich nur eine einzige CO-Fernleitung zu teilen oder mehrere CO-Fernleitungen zu teilen in einer PBX-Typ-Anordnung. Die Fernleitungen können analog sein, T1, IDSN oder DSL. Da TAPI ebenfalls das logische Konstrukt von Telefongeräten unterstützt, können die NCs und PCs draußen auf dem Netzwerk mit TAPI-Bibliotheken tatsächlich mehr leitungsvirtuelle Telefone implementiert haben in entsprechend ausführendem Code, so dass jeder Raum mit einem PC darin ebenfalls ein Mehrleitungstelefon aufweisen kann, das fähig ist für Lauthörtelefon, Konferenz, Halten, Parken, Telefonweiterleiten und andere fortgeschrittene Möglichkeiten, die für Standardheimtelefone nicht normal sind.
  • TAPI-Dienste konzentrieren sich auf „Leitungsgeräte" als ein Mittel zum Transportieren von Information von einem Platz zu einem anderen. Ein Leitungsgerät kann ein Standardtelefonhandgerät, eine Faxkarte, ein Datenmodem, eine Telefoniekarte oder irgendein physikalisches Gerät sein, das an eine Telefonleitung gekoppelt ist. In dem System, das in 8 gezeigt ist, sind das ADSL-Modemmodul 378, das konventionelle Modemmodul 380 und IP- und PBX-Telefoniemodul 372 alles Leitungsgeräte. Da ein Leitungsgerät ein logisches Konstrukt ist, kann TAPI mehrere Leitungsgeräte sehen, die alle zu der gleichen physikalischen Telefonleitung gekoppelt sind. Ein TAPI-Rufsteuerprogramm (dialer.exe) kann mehrere gleichzeitige TAPI-Dienstanforderungen von z.B. der PBX-Anwendung, der IP-Telefonieanwendung und anderen telefonieeingebetteten Anwendungen empfangen, die alle repräsentiert werden durch den Block 370, und diese alle zum Bedienen in Reihe anordnen.
  • Kommunikationen zwischen den Anwendungsprogrammen und der TAPI-Bibliothek werden durch die Windows-Nachrichtenfunktion durchgeführt unter Verwendung vordefinierter TAPI-Datenstrukturen. Telefoniebibliotheken für andere Betriebssysteme können ersatzweise verwendet werden für die Windows-TAPI-Bibliothek, und die Datenstrukturen und die Nachrichtenfunktionen des Betriebssystems können ersetzt werden, welches in Verwendung ist.
  • Wie TAPI strukturiert ist und wie Anwendungsprogramme geschrieben werden können, um diese Ressourcen auszunutzen, ist alles definiert in Amundsen, MAPI, SAPI & TAPI Developer's Guide, (SAMS Publishing 1996) ISBN 0-672-30928-9, welches hierdurch durch Referenz inkorporiert ist.
  • Zurückkehrend zum gegenwärtigen Beispiel führt das TAPI-Programm einen Funktionsruf aus und macht diesen zu dem Telefondienstanbieterprozess 376 und leitet ihm die zu wählende Nummer weiter. Die TSP-Schicht 376 isoliert das TAPI-Bibliotheksprogramm von dem Bedürfnis, die Details zu wissen der spezifischen installierten Hardware, und es isoliert die bestimmte Hardware, die installiert ist, davon für die spezifischen telefonieeingebetteten Anwendungsprogramme entworfen zu sein, die zugegen sind. Sie ist Übersetzer zwischen der TAPI-Welt und der Hardwarewelt. In anderen Worten implementiert die TSP-Schicht 376 die TSPI-Funktionen, die durch TAPI-Implementation verwendet werden. Jedes TSP verwendet dann Schnittstelle, welche auch immer geeignet ist, um die Telefoniehardware zu steuern, zu der es verbunden ist. Die TSP-Schicht 376 und die PBX-Kartentreiberschicht 378 können in einigen Ausführungsformen tatsächlich kombiniert sein, und in anderen Ausführungsformen kann die TSP-Schicht verwendet werden, um anzukoppeln an andere Telefoniehardware, wie z.B. ein FAX-Modemserweiterungsmodul 380 bei dem Gateway, durch welches FAXe gesendet werden können unter Verwendung von Daten, die von den PCs empfangen wurden, die keine FAX-Modems oder Verbindungen zu Telefonleitungen haben, die an ihrem Ort auf dem Netzwerk verfügbar sind.
  • Angenommen, dass TSP- und PBX-Kartentreiber separate Prozesse sind, ruft entweder TSP 376 oder TAPI-Programm 374 dann den geeigneten Funktionsruf auf von einem PBX-Kartentreiberprozess 378 und leitet ihm die zu wählende Nummer weiter. Der PBX-Kartentreiber spricht die spezifische Sprache von dem IP- und PBX-Telefoniemodul 372 und sendet ihm eine geeignet formatierte Nachricht, um den Schalter zu steuern und andere Schaltungen davon, um eine CO-Fernleitung zu belegen und die geeigneten DTMF-Töne zu erzeugen, um die angeforderte Nummer zu wählen, wenn ein Rufton erkannt wird.
  • Wenn die Person antwortet, wird die Sprache digitalisiert durch einen Codec in der PBX-Karte 372, und die Daten werden zurückgeleitet an den PBX-Kartentreiber, welcher sie dann zurück hinaufleitet durch alle die Schichten zu dem Router. Der Router kapselt die Daten in ein Ethernet-Paket ein, das adressiert ist an das Telefon oder anderes Leitungsgerät, das den Ruf gemacht hat, und leitet die Pakete an die geeignete NIC. Von der NIC werden die Pakete übertragen über LAN zu dem Netzwerkadapter des Telefons oder PCs oder NCs, von dem der Ruf herrührt. Die umgekehrte Sache geschieht für Sprache, die ausgeht von dem PC, NC oder Telefon, von dem der Ruf hervorgeht zu der Person, welche dem Telefon geantwortet hat.
  • Der Host-Bus ist gekoppelt über Busverbinder oder Erweiterungsschächte zu einem oder mehreren Erweiterungsmodulen, welche die Transmitter- und Receiver-Schaltungen und andere Schnittstellenschaltungen implementieren, die notwendig sind, um den Gateway anzuschließen an die Satelliten, HFC-, POTS- oder DSL-Medien oder irgendwelche anderen Medien, wie z.B. Stromleitungen oder drahtlose Teilnehmeranschlussleitungen, welche in der Zukunft entwickelt werden mögen. Module sind nur gezeigt für gegenwärtig existierende Technologien, aber es ist sicher, dass neue Stromaufwärts- und Stromabwärtsmedien folgen werden, und die Gattung der Erfindung schließt Erweiterungsmodule ein von dem Typ, welcher auch immer benötigt wird, um an diese neueren Medien anzuschließen.
  • Das ADSL-Modemmodul 378 kann irgendein konventionelles ADSL-Modem 182 oder SDSL-Modem oder irgendein anderes Modem sein zum Anschließen an irgendeinen Typ von digitaler Teilnehmeranschlussleitung, welche digital gesteuert werden kann durch den Host 128. Es wird jegliche Verbinder- und Isolationsschaltungen 204 einschließen, die zum Verbinden zu der DSL-CO-Fernleitung benötigt werden.
  • Das FAX-/Datenmodemmodul 380 kann irgendein konventionelles FAX-/Datenmodem oder einfaches Datenmodem sein zum Koppeln über geeignete Verbinder und Isolationsschaltung 205 zu Telefonleitungen 354 innerhalb der Kundenräumlichkeiten wie auch DSL-CO-Fernleitungen 58 und welches digital gesteuert werden kann durch den Host 128.
  • Das IP- & PBX-Telefoniemodul 372 kann irgendeine bekannte oder in Zukunft entwickelte „PBX auf einer Karte" sein, einschließlich einer oder mehreren Erweiterungskarten, welche einem konventionellen Personal Computer Host 128, der irgendein Betriebssystem ausführt, PBX-Fähigkeiten geben und welche digital gesteuert werden können durch den Host 128. Es kann irgendeine zusätzlich benötigte, bekannte Schaltung und Software einschließen, die benötigt wird zum Implementieren von IP-Telefoniefunktionen.
  • Ein DOCSIS-Modemmodul kann irgendein bekanntes oder in Zukunft entwickeltes Kabelmodem sein, das zu dem DOCSIS-Standard oder irgendeinem neuen Standard für Modems konform ist, welcher Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung von einer Kundenräumlichkeit zu einem Kopfstationskabelmodem und/oder dem Internet über eine CATV-HFC-Kabeleinrichtung erlaubt, und welches digital gesteuert werden kann durch den Host 128.
  • Das HFC-Digitalvideomodul 388 kann irgendein digitaler Video-Receiver sein, der digital gesteuert werden kann durch den Host 128 und der kompatibel ist mit Empfang von digitalisierten, komprimierten Videodaten, die über HFC übertragen werden. In dem System von 4A würde z.B. das HFC-Digitalvideomodul 388 typischerweise den Tuner 108, einen A/D-Wandler, der in der Matrix 130 enthalten ist, den QAM-Demodulator 146, den Transport-Demultiplexer 148 und die bedingte Zugriffsschaltung 126 enthalten, um mit dem geteilten IP-Videoprozess 158 zu kommunizieren, welcher in Software auf dem Host läuft. Es kann ebenfalls die Stromaufwärts- und Stromabwärtskombinierer und -isolationsschaltungen 90 und 98 einschließen, auch wenn diese Kombinierer und Isolationsschaltungen geteilt werden durch alle HFC-Schnittstellemnodule in einigen Ausführungsformen.
  • Ein HFC-analog-Videomodul 390 kann irgendein Receiver sein, der in der Lage ist, reguläre, planmäßige Analog-CATV-Übertragungen über HFC zu empfangen, welcher die Daten digitalisieren und komprimieren kann für Übertragung über das LAN und welcher digital gesteuert werden kann durch den Host 128. In der beispielhaften Ausführungsform von 4A und 4B würde das Modul 390 typischerweise einschließen den Tuner 100, einen A/D-Wandler von der Matrix 130, den Videodemodulator 138, den Video-Decoder 114 und MPEG-Coder 147. Es kann ebenfalls einschließen die Stromaufwärts- und Stromabwärtskombinier- und -isolationsschaltungen 90 und 98, auch wenn diese Kombinier- und Isolationsschaltung geteilt werden kann durch alle HFC-Schnittstellenmodule in einigen Ausführungsformen.
  • In einigen Arten innerhalb der Gattung der Erfindung können alle HFC-Schnittstellenmodule, wie z.B. 386, 388 und 390, kombiniert sein in einem HFC-Schnittstellenmodul. Ähnliches gilt für alle Erweiterungsmodule, die anschließen an das PSTN und Erweiterungstelefonleitungen, oder alle Module, die anschließen an die Satellitenschüssel.
  • Ein Satelliten-digitales-Video-auf-Anforderungs-Modul 392 kann irgendein Satelliten-Receiver sein, welcher digital gesteuert werden kann durch den Host 128 zum Tunen zu und zum Empfangen einer spezifischen, angeforderten, kompri mierten, digitalen Video-auf-Anforderungs-Übertragung von einem Satelliten. In der Ausführungsform von 4A und 4B schließt es den Tuner 180, den QPSK-Demodulator 220, den Transport-Demultiplexer 184 und die bedingte Zugriffsschaltung 186 ein.
  • Ein Satellitenanalogvideovideomodul 394 kann irgendein konventioneller C-Band-Satelliten-Receiver sein, der modifiziert ist zum Empfangen digitaler Tuning-Anweisungen von dem Host 128 und der modifiziert ist zum Digitalisieren und Komprimieren des Videoprogramms zur Verteilung auf einem LAN. In der Ausführungsform von 4A und 4B würde er einschließen den Tuner 114, den A/D-Wandler 316, den Video-Demodulator 320, den Video-Decoder 324 und den MPEG-Coder 326.
  • Ein Satellitendirekt-PC-Modul 396 kann irgendein konventioneller Direkt-PC-Receiver sein oder irgendein äquivalenter Receiver zum Empfangen von IP-paketisierten Daten, die übertragen werden von einem Satelliten, wobei es in der Lage ist, digital gesteuert zu werden durch einen Host-Computer und die wiederhergestellten IP-Pakete zu senden zu einem Routing-Prozess, der durch den Host ausgeführt wird. In der Ausführungsform von 4A und 4B würde es einschließen den Tuner 302 und den QPSK-Demodulator 304.
  • Ein Satellitendirekt-TV-Modul 398 kann irgendein konventioneller DirectPC-Receiver oder äquivalenter Digitalsatellitenübertragungs-Receiver sein, welcher reguläre, planmäßige, komprimierte Digital-TV-Ubertragungen empfangen kann von einem Satelliten, jedoch modifiziert, um digital gesteuert zu werden durch den Host 128 zum Tunen zu einem angeforderten Übertragungskanal. In der Ausführungsform von 4A und 4B würde dieses Modul einschließen den Tuner 344, den QAM-Demodulator 346, den Transport-Demultiplexer 350, den Transcoder 352 und die bedingte Zugriffsschaltung 354.
  • Ein terrestrisches Analog-NTSC- oder PAL- oder SECAM-Modul 400 kann irgendein Receiver sein, der in der Lage ist, digital getunt zu werden durch den Host-Computer, welcher reguläre, planmäßige Analog-TV-Ubertragung empfangen kann über eine Antenne und diese digitalisieren und komprimieren kann zur Verteilung über ein LAN. In der Ausführungsform von 4A und 4B würde es einschließen den Tuner 332, den A/D-Wandler 334, den Video-Demodulator 336, den Video-Decoder 340 und den MPEG-Coder 342.
  • Jegliche der oben definierten Module, welche digitale Daten wiederherstellen oder erzeugen für Übertragung auf dem LAN schließen ein einen Transcoder zum Übersetzen der Originalbitrate auf eine niedrigere Bitrate, wo es benötigt wird aufgrund von Netzwerkbelastung. Ähnlich kann jedes Modul, das digitale Daten wiederherstellt, die Kopierschutzmaterial kodieren, wie z.B. Video- oder Audioprogramme, eine C5-Standard-Verschlüsselungsschaltung einschließen zum Wiederverschlüsseln der digitalen Daten vor Übertragung auf dem LAN, um perfekt unautorisierte digitale Kopien zu verhindern, die auftreten könnten, wenn die Digitaldaten in Klarform zu übertragen wären.

Claims (28)

  1. Gateway-Vorrichtung, umfassend: einen Host-Computer (128), der einen Host-Bus (158) aufweist; eine oder mehrere lokale Netzwerkschnittstellen (84, 362, 364), die den Host-Computer an eines oder mehrere lokale Netzwerke (18, 20) koppeln, die Daten zwischen dem Gateway und einem oder mehreren Geräten tragen, die innerhalb von Kundenräumlichkeiten lokalisiert sind; und zwei oder mehrere externe Netzwerkschnittstellenschaltungen (182, 200, 353, 70, 180, 220, 184, 186, 158, 100, 138, 114, 147, 102, 146, 148, 126, 344, 346, 350, 352, 354, 302, 304), die an den Host-Bus gekoppelt sind, um den Host-Computer an zwei oder mehrere Netzwerke zu koppeln, die außerhalb der Kundenräumlichkeiten sind, einschließlich einer Satellitenspeisung (56) zum Empfangen zumindest von Übertragungen von komprimiertem digitalem Video und ein Hybridfaser-Koaxialkabel-Fernsehnetzwerk, hierin nachstehend HFC-Netzwerk (10), das zumindest analoge Fernsehsignale und andere digitale Daten liefert, einschließlich Stromabwärts-DOCSIS-Daten, die von einem Kopfstationsmodem zu den Kundenräumlichkeiten übertragen werden, und die Stromaufwärts-DOCSIS-Daten zu dem Kopfstationsmodem tragen, wobei die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen zumindest ein DOCSIS-kompatibles Kabelmodem (104, 70) einschließen, das an das HFC-Netzwerk gekoppelt ist zum Einstellen auf Stromabwärts-Funkfrequenzsignalen, die durch den Host-Computer spezifiziert sind, wobei die Stromabwärts-Funkfrequenzsignale, die mit DOCSIS-Digitaldaten moduliert sind, ein oder mehrere Daten und/oder Videodiens te codieren und zum Empfangen der Stromabwärts-Digitaldaten und Ausgeben der Daten an einen Routingprozess (86) zur Lieferung an ein oder mehrere Geräte, die zu dem einem oder mehreren lokalen Netzwerken gekoppelt sind, die die Stromabwärts-Digitaldaten angefordert haben, und worin das Kabelmodem strukturiert ist, um Stromaufwärts-DOCSIS-Daten zu übertragen, so dass mehrere Kabelmodems in mehreren Gateways, die an das HFC-Netzwerk gekoppelt sind, erfolgreich an ein Kopfstationsmodem übertragen können, wobei die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen eine Satelliten-Digitalvideo-Übertragungsschnittstelle zum Empfangen komprimierter digitaler Videopakete einschließen, moduliert auf Funkfrequenzsignale, und Verarbeiten der Signale in einem Demodulator (346) und einen Transportdemultiplexer (350) zum Wiederherstellen der Daten eines gewünschten Videoprogramms und einen Transcoder (352) zum Übersetzen der Bitrate des komprimierten Videos herunter auf eine niedrigere Rate, wenn es nötig ist, wegen gegenwärtiger Lastbedingungen auf einem oder mehreren der lokalen Netzwerke und einer bedingten Zugangsschaltung (186) zum Zugangsblockieren, so dass nur Videoprogramme empfangen werden können, zu denen eine Subskription existiert; wobei der Host-Computer ebenfalls programmiert ist, um einen IP-Paketisierungsprozess (158) zu implementieren, um Daten von den externen Netzwerkschnittstellenschaltungen zu empfangen und Paketisieren der Daten in IP-Pakete, wenn die Daten nicht bereits in IP-Paketformat sind, wenn sie durch den Routingprozess empfangen werden, und Liefern (300) der IP-Pakete an den Routingprozess (86), und wobei der Host-Computer ebenfalls programmiert ist mit einem Routingprozess zum Empfangen von IP-Paketen vom IP-Paketisierungsprozess oder dem Kabelmodem und Einkapseln der IP-Pakete in lokale Netzwerkpakete und Übertragen der lokalen Netzwerkpakete auf einem geeigneten lokalen Netzwerk, das an ein Gerät gekoppelt ist, zu dem die IP-Pakete adressiert sind über eine oder mehrere der lokalen Netzwerkschnittstellen und worin der Host-Computer programmiert ist, um den Routingprozess zu implementieren, um stromaufwärts lokale Netzwerkpakete zu empfangen, die IP-Pakete einkapseln von Geräten, die zu den lokalen Netzwerken gekoppelt sind, und Entfernen der lokalen Netzwerk-Paketheader und Leiten der gekapselten IP-Pakete an die geeignete Netzwerkschnittstellenschaltung zum Übertragen über ein externes Netzwerk zu einem Gerät oder Prozess, das die IP-Adresse von jeder IP-Paket-Zieladresse hat, und um IP-Pakete zu empfangen von dem IP-Paketisierungsprozess und Leiten dieser zu den geeigneten Geräten, die an ein lokales Netzwerk gekoppelt sind, zu dem die IP-Pakete adressiert sind, durch Einkapseln der IP-Pakete in geeignete lokale Netzwerkpakete, und Liefern der lokalen Netzwerkpakete zu der geeigneten lokalen Netzwerkschnittstelle (362, 364) zum Treiben auf das geeignete lokale Netzwerk, und ein Management- und Steuerprozess zum Empfangen von Anforderungen für Daten von den Geräten, die zu den lokalen Netzwerken gekoppelt sind, und Senden von digitalen Steuerdaten zu den externen Netzwerkschnittstellenschaltungen, um diese zu steuern, um die Daten zu erhalten.
  2. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen eine direkte Satellitenübertragungsschnittstelle (344, 346, 350, 352, 354) einschließen, um die Gateway-Vorrichtung an eine Satellitenschüssel anzuschließen, bei der komprimiertes digitales Video empfangen wird, moduliert auf eine Funkfrequenz, die von einem Satelliten übertragen wird.
  3. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen ein analoges CATV-Schnittstellenmittel (100, 130, 138, 114, 147) einschließen, angepasst, um Steuersignale von dem Host-Computer zu empfangen, um das analoge CATV-Schnittstellenmittel zu steuern, zum Einstellen eines spezifischen Funkfrequenzkanals, moduliert mit analogen CATV-Übertragungssignalen, Übertragen stromabwärts auf dem HFC-Netzwerk und Digitalisieren (130) des analogen Videosignals und Demodulieren (138) des digitalisierten Videosignals zur Ausgabe digitaler Daten, die konventionelle NTSC-, PAL- oder SECAM-Format-Videosignale darstellen, und Decodieren (114) der NTSC-, PAL- oder SECAM-Format-Videosignale in YUV-Format-Signale, die für Komprimierung geeignet sind, Komprimieren (147) der YUV-Format-Signale zu einer Datenrate, die übertragen werden kann auf einem oder mehreren der lokalen Netzwerke, die gekoppelt sind zu einem Gerät, wo das CATV-Signal zu betrachten ist, Paketisieren (158) der komprimierten Videodaten in ein Paket, das für die Übertragung über das lokalen Netzwerk geeignet ist, und adressiert zu dem Gerät, wo das CATV-Signal zu betrachten sein wird, und Bereitstellen der Pakete an den Routingprozess (86) zum Leiten an das Gerät, wo das CATV-Signal zu betrachten sein wird.
  4. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Management- und Steuerprozess strukturiert ist, um den Host-Computer zu steuern, um lokale Netzwerkpakete zu empfangen von einem oder mehreren Geräten, die an die lokalen Netzwerke gekoppelt sind, welche Anforderungen beinhalten zum Herunterladen spezifischer Daten oder Netzseiten bei uniformen Ressourcenlokator-Adressen, die in dem Paket identifiziert sind, oder die eine Anforderung enthalten, um regelmäßig geplante Videoübertragungen zu empfangen und zu verbreiten, die über das HFC-Netzwerk, einen Satelliten-Downlink oder eine terrestrische Übertragung übertragen werden, oder ein Video-auf-Anforderungs-Programm anzufordern, das über das HFC-Netzwerk oder den Satelliten-Downlink oder über eine digitale Teilnehmeranschlussleitung zu liefern ist, und Erzeugen und Senden geeigneter Steuerdaten an die eine geeignete der externen Netzwerkschnittstellenschaltungen, um zu bewirken, dass die angeforderten Daten oder Webseite oder Videoübertragung oder Video-auf-Anforderungs-Programm angefordert und empfangen werden.
  5. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen ein digitales Teilnehmeranschlussleitungsmodem (182) umfassen.
  6. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen ein konventionelles POTS-Leitungsfax und/oder Datenmodem (280) umfassen.
  7. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen umfassen eine Internet-Pakettelefonieschaltung (353) zum Verbinden des Gateways zu dem einfachen alten Telefondienst und/oder digitalen Teilnehmeranschlussleitungen von einer öffentlichen Telefonnetzwerkzentrale, und eine der externen Netzwerkschnittstellenschaltungen umfasst ein digitales Video-auf-Anforderungs-Schnittstellenmittel (102, 146, 148, 126, 86, 128, 158, 70, 94, 90), das gekoppelt ist an das HFC-Netzwerk und den Management- und Steuerprozess und an zumindest eine lokale Netzwerkschnittstelle, das Video-auf-Anforderungs-Schnittstellenmittel ist angepasst zum Empfangen von Stromaufwärts-Video-auf-Anforderung, hierin nachstehend VOD, Anforderungen und Verwendung des Kabelmodems, um die Video-auf-Anforderungs-Anforderungen zu übertragen über das HFC-Netzwerk stromaufwärts zu dem geeigneten Server, der die angeforderten Daten liefern kann, und weiter angepasst zum Steuern eines VOD-Tuner (102) zum Einstellen auf den geeigneten VOD-Funkfrequenzkanal auf dem HFC-Netzwerk, auf dem die angeforderten VOD-Daten ankommen werden, und weiter angepasst zum Demodulieren (146) der empfangenen Symbole, die die VOD-Daten codieren, und Demultiplexen (148) der VOD-Daten in Videodaten, Audiodaten und jegliche zugehörige Hilfsda ten im Transportstrom, und weiter angepasst zum Entschlüsseln (126) der Daten, die durch die Demultiplexschaltung (148) ausgegeben werden, und weiter angepasst zum Einkapseln der Video-, Audio- und Hilfsdaten in IP-Pakete, adressiert an das Gerät, das die Daten angefordert hat, und Leiten der IP-Pakete an das geeignete lokale Netzwerk und Übertragen der IP-Pakete an das geeignete lokale Netzwerk zu dem Gerät, das die VOD-Daten angefordert hat.
  8. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen eine private Vermittlungsstelle umfassen, hierin nachstehend PBX, Telefonieschaltung zum Verbinden des Gateways zu einem oder mehreren einfachen alten Telefondiensten, hierin nachstehend POTS, Telefonleitungen, die innerhalb oder außerhalb der Kundenräumlichkeiten sind und/oder ein oder mehrere digitale Teilnehmeranschlussleitungen, hierin nachstehend DSL, Telefonleitungen von einer öffentlichen Netzwerktelefonzentrale, wobei die PBX-Telefonieschaltung einen Schalter einschließt, der gesteuert wird durch eine Mehrzahl von Prozessen, die den Host-Computer steuern, um PBX-Telefoniefunktionen zu implementieren für Leitungsgeräte, wie z.B. Telefone, die gekoppelt sind an die eine oder mehrere POTS- oder DSL-Leitungen oder das lokale Netzwerk, wobei die Prozesse einen PBX-Anwendungsprozess einschließen, eine oder mehrere Prozesse implementieren eine TAPI-dynamisch verknüpfte Bibliothek und einen PBX-Kartentreiberprozess.
  9. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen ein digitales VOD-Datensatelliten-Schnittstellenmittel (180, 220, 184, 186) umfassen, angepasst zum Empfangen und Leiten von digitalen Daten, Verschlüsseln angeforderter VOD-Programmdaten durch Einstellen (180) auf einen Funkfrequenz-Downlink-Kanal, angegeben durch den Host-Computer, Demodu lieren (220) der empfangenen RF-Signale, um die empfangenen Konstellationspunkte wieder herzustellen, und weiter angepasst zum Demultiplexen (184) der Video-, Audio- und zugehörigen Daten des VOD-Transportstroms, und falls notwendig Entschlüsseln (186) der Daten; und der IP-Paketisierungsprozess steuert den Host-Computer, die IP-Pakete (158) wieder zusammenzusetzen, wenn IP-Pakete aufgetrennt wurden für die Übertragung oder die wiedergewonnenen Daten in IP-Pakete zu Paketisieren, wenn die Daten bei der Übertragung nicht in IP-Paketen waren, und Liefern der IP-Pakete an den Routingprozess (86) zum Leiten und Übertragen auf dem geeigneten lokalen Netzwerk an das Gerät, das das VOD-Programm angefordert hat.
  10. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Kabelmodem seinen Stromaufwärts-Symboltakt erzeugt von einem Mastersymboltakt, der stromabwärts übertragen wird über das HFC-Netzwerk von einem Kopfstationsmodem, wobei der Stromaufwärts-Symboltakt erzeugt wird mit einer Rate, die schnell genug ist für synchrone Code-Teilungsmultiplex-Übertragung, und die M/N mal die Stromabwärts-Symboltaktrate ist, wo M und N ganze Zahlen sind; und das Kabelmodem schließt Mittel ein, die angepasst sind zum Erkennen und Ausschneiden von Schmalbandrauschen in Stromabwärts-Daten, die über das HFC-Netzwerk übertragen werden; und das Kabelmodem schließt Mittel ein, die angepasst sind, zweidimensionales Verschachteln von Stromaufwärts-Daten durchzuführen, sowohl entlang der Zeit- als auch der Spreizcodeachse, um verbesserte Burst-Rausch-Immunität von Stromaufwärts-Datenübertragungen bereitzustellen; und das Kabelmodem schließt Mittel ein, die angepasst sind, um gemixte Modi von Stromaufwärts-Übertragung in zumindest zwei unterschiedlichen logischen Kanälen, übertragen mit überlappender Bandbreite in dem gleichen Frequenzband, zu erlauben.
  11. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen einen Empfänger (180, 220, 184, 186) umfassen zum Anschließen des Gateways an das HFC-Netzwerk, wobei der Empfänger in der Lage ist digitalisierte, komprimierte Video-auf-Anforderungs-Programmdaten in einem MPEG-Transportstrom zu empfangen und zu demodulieren und wiederherzustellen, moduliert auf einen Stromabwärts-Träger, angefordert durch ein Gerät, das an das lokale Netzwerk gekoppelt ist, und Demultiplexen der Audio- und Videokomponenten und Übertragen der wiederhergestellten Daten an den IP-Paketisierungsprozess zum Paketisieren in IP-Pakete oder zum Wiederzusammensetzen von IP-Paketen, falls notwendig, und Übertragen an den Routingprozess zum Leiten an das Gerät, das das VOD-Programm angefordert hat, über die geeignete lokale Netzwerkschnittstelle, die an das geeignete lokale Netzwerk gekoppelt ist, das an das Gerät gekoppelt ist, das das VOD-Programm angefordert hat.
  12. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen einen Receiver umfassen zum Anschließen des Gateways and das HFC-Netzwerk, wobei der Receiver (100, 130, 138, 114, 147) in der Lage ist, analoge Videoübertragungen auf dem HFC zu empfangen, die durch ein Gerät angefordert sind, das an das lokale Netzwerk gekoppelt ist, und Digitalisieren und Demodulieren (138) der analoge Videoübertragungen und dann Codieren (114) der resultierenden Daten in ein Format, in dem sie komprimiert werden können, und dann Komprimieren (147) der Daten und Übertragen dieser über den Host-Bus an den IP-Paketisierungsprozess (158); und die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen umfassen ein digitales VOD-Datensatelliten-Schnittstellenmittel (180, 220, 184, 186), das angepasst ist zum Empfangen und Leiten der digitalen Daten, die die angeforderten VOD-Programmdaten codieren durch Einstellen (180) auf einen Funkfrequenz-Downlinkkanal, der durch den Host-Computer spezifiziert ist, Demodulieren (220) des empfangenen RF-Signals, um die empfangenen Konstellationspunkte wieder herzustellen, und weiter angepasst zum Demultiplexen (184) der Video-, Audio- und zugehörigen Daten des VOD-Transportstroms, und Entschlüsseln (186) der Daten, falls notwendig; und der IP-Paketisierungsprozess steuert den Host-Computer, um die IP-Pakete (158) wieder zusammenzusetzen, wenn IP-Pakete aufgetrennt werden für Übertragung oder die wieder gewonnenen Daten in IP-Pakete zu paketisieren, wenn die Daten bei der Übertragung nicht in IP-Paketen waren, und Liefern der IP-Pakete an den Routingprozess (86) zum Leiten und Übertragen an das geeignete lokale Netzwerk zu dem Gerät, das das VOD-Programm angefordert hat.
  13. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen einen Empfänger (344, 346, 350, 352, 354) umfassen zum Anschließen des Gateways an eine Satellitenschüssel und Empfangen komprimierter digitaler Daten, die ein regelmäßig geplantes Fernsehprogramm codieren, moduliert auf einen Downlinkträger, dessen Kanalnummer angefordert ist durch ein Gerät, das gekoppelt ist an eines der einen oder mehreren lokalen Netzwerke, und Demodulieren und Wiederherstellen der digitalen Daten und Demultiplexen (350) der Audio- und Videodaten davon und Übertragen der wieder hergestellten digitalen Daten über den Host-Bus an den IP-Paketisierungsprozess und an den Routingprozess zur Verbreitung auf dem geeigneten lokalen Netzwerk, das an das Gerät gekoppelt ist, das die Kanalnummer angefordert hat.
  14. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin das Kabelmodem DOCSIS-kompatibel ist und die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen einen Empfänger (102, 146, 148, 126) umfassen zum Anschließen des Gateways an eine Satellitenschüssel und Empfangen komprimierter digitaler Daten, die ein Video-auf- Anforderungs-Fernnsehprogrammn codieren, das auf einen Downlinkträger moduliert ist, worin das Programm angefordert wurde durch ein Gerät, das an eines oder mehrere der lokalen Netzwerke gekoppelt ist, und Demodulieren und Widerherstellen der digitalen Daten des angeforderten Video-auf-Anforderungs-Programms und Demultiplexen der Audio- und Videodaten davon und Übertragen der wiederhergestellten digitalen Daten über den Host-Bus an den IP-Paketisierungsprozess und von dort an den Routingprozess zum Leiten zu dem Gerät, das das Video-auf-Anforderungs-Programm angefordert hat, über das geeignete von den lokalen Netzwerkschnittstellen und den lokalen Netzwerken.
  15. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen einen Empfänger (314, 316, 320, 324, 326) umfassen zum Anschließen des Gateways an eine Satellitenschüssel und Empfangen von einem Gerät, das verbunden ist zu einem oder mehreren der lokalen Netzwerke, einer Anforderung zum Empfangen eines bestimmten Kanals, der ein analoges regelmäßig geplantes Fernsehprogramm aufweist, das moduliert ist auf einen Downlinkträger und Steuern eines Tuners (314) zum Einstellen des angeforderten Kanals zum Ausfiltern im Wesentlichen aller anderen Signale als den angeforderten analogen regelmäßig geplanten Fernsehprogrammsignalen, und Demodulieren (320) und Digitalisieren (316) der Fernsehsignale und Codieren (324) der digitalen Daten in ein Format, das komprimiert werden kann, und Komprimieren (326) der digitalen Daten und Übertragen der komprimieren digitalen Daten über den Host-Bus an den IP-Paketisierungsprozess und an den Routingprozess zum Leiten über die geeignete lokale Netzwerkschnittstelle und das geeignete lokale Netzwerk zu dem Gerät, das den Kanal angefordert hat, der analoge regelmäßig geplante Fernsehprogramme aufweist.
  16. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen einen Empfänger (302, 304) umfassen zum Anschließen des Gateways an eine Satellitenschüssel und Empfangen digitaler Daten, die eine Webseite oder andere Informationen aus dem Internet codieren und in Internet-Protokollpakete eingekapselt sind, die angefordert werden durch ein Gerät, das an ein oder mehrere der lokalen Netzwerke gekoppelt ist, wobei die digitalen Daten moduliert wurden auf eine Downlinkträger, der von einem Satellit an die Satellitenschüssel übertragen wurde, und Demodulieren (304) und Wiederherstellen der Internet-Protokollpakete und Übertragen dieser über den Host-Bus an den Routingprozess (86) zum Leiten an das Gerät, das die Daten angefordert hat, über die geeignete lokale Netzwerkschnittstelle und das geeignete lokale Netzwerk.
  17. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen einen Empfänger (332, 334, 336, 340, 342) umfassen zum Anschließen des Gateways an eine konventionelle terrestrische Fernsehübertragungsantenne und Empfangen eines regelmäßig geplanten Fernsehprogrammsignals, das durch ein Gerät angefordert wurde, das an das lokale Netzwerk gekoppelt ist, und moduliert auf einen terrestrischen Übertragungsträger und Demodulieren des Signals, Digitalisieren des Signals, und Codieren der digitalen Daten in ein Format, das komprimiert werden kann, und Komprimieren der digitalen Daten und Übertragen der komprimierten digitalen Daten über den Host-Bus an den IP-Paketisierungsprozess.
  18. Gateway-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, worin alle oder zumindest einige der externen Netzwerkschnittstellenschaltungen strukturiert sind als Erweiterungsmodule, die gekoppelt sind an den Host-Computer über Erweitungsschächte, um so entfernbar zu sein, so dass nur die gewünschten externen Netzwerkschnittstellenschaltungen in dem Gateway zugegen sein müssen.
  19. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 18, worin die eine oder mehreren lokalen Netzwerkschnittstellenschaltungen Ethernet-lokale Netzwerkschnittstellenkarten (362, 364) sind und die Vorrichtung weiter umfasst ein Transcodiermittel, das angepasst ist zum Konvertieren der original Bitrate der einkommenden Daten in eine andere Bitrate, wo es notwendig ist, um Verkehrslast auf dem einen oder mehreren lokalen Netzwerken zu managen; und der Routingprozess (86) steuert den Host-Computer (128), Internet-Protokoll-formatierte Pakete zu empfangen, entweder von dem IP-Paktisierungsprozess (158) oder direkt von einer externen Netzwerkschnittstellenschaltung (70) und mit der Netzwerkschnittstelle Nachsehen der Ethernet-Adresse des Gerätes, das an das lokale Netzwerk gekoppelt ist, die der Zieladresse der Internet-Protokollpakete entspricht, und Vornehmen all der Protokollkonversionen, die notwendig sind, um jedes der Internet-Protokollpakete einzukapseln in ein oder mehrere Ethernetlokale Netzwerkpakete, die adressiert sind an ein Gerät, das die Daten in den Internet-Protokollpaketen angefordert hat, und Übermitteln derselben über das geeignete lokale Netzwerk (18, 20) an das Gerät, das die Daten angefordert hat.
  20. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 19, worin die lokalen Netzwerkschnittstellen eine oder mehrere Ethernet-Netzwerkschnittstellenkarten (362, 364) sind, die das Gateway an eine entsprechende Zahl von Ethernet-Netzwerken (18, 20) anschließen; und der Host-Bus ist ein hochkapazitiver, gemultiplexter H.100-kompatibler Bus, und der Management- und Steuerprozess ist strukturiert zum Steuern des Host-Computers, Ethernet-Pakete zu empfangen, von Geräten, die an die lokalen Netzwerke gekoppelt sind, die Anforderungen beinhalten spezifische Webseiten herunter zu laden, bei URLs, die in den Paketen identifiziert sind, oder regelmäßig ge plante Videoübertragungen über ein CATV-Hybrid-Faserkoaxialkabelsystem, einen Satelliten-Downlink oder eine terrestrische Übertragung, oder eine Teilnehmeranschlussleitung zu empfangen und zu verteilen, oder Empfang und Verteilung anzufordern von einem Video-auf-Anforderungs-Programm, das zu liefern ist über das CATV-Hybrid-Faserkoaxialkabelsystem oder den Satelliten-Downlink oder über eine digitale Teilnehmeranschlussleitung, und Erzeugen und Senden geeigneter Steuerdaten an die geeignete der externen Netzwerkschnittstellenschaltungen, um zu veranlassen, dass die angeforderten Daten oder Videoübertragung oder Video-auf-Anforderungsprogramn, hierin nachstehend bezeichnet als Inhalt, empfangen und verteilt werden an das Gerät oder die Geräte, die den Inhalt angefordert haben.
  21. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die eine oder mehreren externen Netzwerkschnittstellenschaltungen umfassen: ein modulares digitales Teilnehmerleitungsmodemmittel (182), das an den Host-Computer gekoppelt ist über eine Erweitungsschachtverbindung an den Host-Bus (156) zum Anschließen des Gateways an eine Teilneheranschlussleitung; und ein Direktübertragungssatellitenempfängermodul (344), wie ein DirecTV-Empfänger, der gekoppelt ist an den Host-Bus durch eine Erweiterungsschachtverbindung, und fungiert zum Anschließen des Gateways an eine Satellitenschüssel.
  22. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen weiter umfassen ein konventionelles POTS-Leitungsfax und/oder Datenmodem-Erweiterungsmodul, gekoppelt an den Host-Computer über einen Erweiterungsschacht, zum Anschließen des Gateways an eine konventionelle POTS-Telefonleitung an die Zentrale des öffentlichen Telefonnetzwerks.
  23. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen weiter umfassen ein Internet-Paket-Telefonmodul (372), das gekoppelt ist an den Host-Computer über einen Erweiterungsschacht zum Anschließen des Gateways an den einfachen alten Telefondienst und/oder Teilnehmerleitungs-Telefonleitungen von einer öffentlichen Telefonnetzwerkzentrale.
  24. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Kabelmodem ein DOCSIS-kompatibles modulares Kabelmodem (386) ist, das gekoppelt ist an den Host-Bus des Host-Computers über einen Erweiterungsschacht.
  25. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen umfassen modulare VOD-Mittel (378, 380, 386, 388, 392, 70, 94, 90, 98), die gekoppelt sind an den Host-Bus durch einen Erweiterungsschacht, und angepasst zum Anschließen des Gateways an das HFC-Netzwerk, eine DSL-Leitung oder POTS-Telefonleitung zum Anfordern einer oder mehrerer spezifizierter Video-auf-Anforderungs-Programme über eine Stromaufwärts-Nachricht und angepasst zum Empfangen und Demodulieren der wiederhergestellten digitalisierten, komprimierten Daten, die das eine oder die mehreren angeforderten Video-auf-Anforderungs-Programme codieren, wobei die Daten moduliert sind auf einen Stromabwärts-Träger, der übertragen wird auf einer DSL-Leitung (58) oder dem HFC-Netzwerk (10) oder einem Satelliten-Downlink und angefordert durch ein oder mehrere Geräte, die an ein oder mehrere der lokalen Netzwerke gekoppelt sind, und die modularen VOD-Mittel sind ebenfalls angepasst zum Demultiplexen der Audio- und Videokomponenten und jegliche Hilfsdaten des einen oder der mehreren angeforderten Video-auf-Anforderungs-Programme und Übertragen der wiederhergestellten Daten an den IP-Paketisierungsprozess zum Paketisieren in IP-Pakete, wenn die Daten nicht bereits in IP-Pakete eingekapselt sind, und von dort an den Routingprozess zum Einkapseln in geeignete lokale Netzwerkpakete und Leiten zu dem einen oder den mehreren Geräten, die die Video-auf-Anforderungs-Programme angefordert haben.
  26. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkschnittstellenschaltungen weiter umfassen modulare C-Band-Satellitenempfängermittel (394), die gekoppelt sind an den Host-Bus über einen Erweiterungsschacht und angepasst sind zum Anschließen des Gateways an eine Satellitenschüssel zum Empfangen analoger regelmäßig geplanter Fernsehprogramme, die moduliert sind auf einen Downlink-Träger, angefordert durch ein Gerät, das gekoppelt ist an den Gateway durch ein lokales Netzwerk und Demodulieren und Digitalisieren der Fernsehsignale und Codieren der digitalen Daten in ein Format, das komprimiert werden kann, und Komprimieren der digitalen Daten und Übertragen der komprimierten digitalen Daten über den Host-Bus an den IP-Paketisierungsprozess zum Einkapseln in IP-Pakete und von dort zu dem Routingprozess.
  27. Gateway-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die zwei oder mehr externen Netzwerkempfängermittel umfassen modulare DirecPC-Modemmittel (396), die gekoppelt sind an den Host-Bus durch einen Erweiterungsschacht und angepasst sind zum Anschließen des Gateways an eine Satellitenschüssel und Empfangen digitaler Daten, die eine Webseite oder andere Informationen aus dem Internet codieren und einkapseln in Internet-Protokollpakete, die angefordert sind durch ein Gerät, das an den Gateway gekoppelt ist durch ein lokales Netzwerk, wobei die IP-Pakete moduliert wurden auf einen Downlink-Träger, und weiter angepasst zum Demodulieren des Downlink-Trägers und Wiederherstellen der Internet-Protokollpakete und Übertragen dieser über den Host-Bus an den Routingprozess zum Leiten über das lokale Netzwerk an das Gerät, das sie angefordert hat.
  28. Verfahren ausgeführt durch einen Gateway zum Anfordern eines Video-auf-Anforderungs-Programms, hierin nachstehend VOD, und Verteilen der Daten des Video-auf-Anforderungs-Programms an das Gerät, das es angefordert hat, über ein lokales Netzwerk, hierin nachstehend LAN, umfassend: Empfangen eines LAN-Pakets, das ein Internet-Protokollpaket, hierin nachstehend IP-Paket, einkapselt, welches ein VOD-Programm identifiziert, das anzufordern ist, wobei das LAN-Paket Daten beinhaltet, die das Gerät identifizieren, das das VOD-Programm angefordert hat und die Quelle zum Liefern des VOD-Programms (108); Entfernen von lokalen Netzwerkheadern von empfangenen LAN-Paketen und Leiten der IP-Pakete zu einem Videoserver, der das angeforderte VOD-Programm liefern kann, über eine externe Netzwerkschnittstelle in dem Gateway, die den Gateway an ein externes Netzwerk anschließt, an das der Videoserver gekoppelt ist (110–116), wobei die externe Netzwerkschnittstelle modular ist und gekoppelt ist an einen Host-Computer des Gateways über einen Erweiterungsbusschacht; Empfangen von Funkfrequenzsignalen, die moduliert sind mit Daten, die Pakete codieren, die komprimierte Daten beinhalten, die das angeforderte VOD-Programm codieren, über eine der zumindest zwei modularen externe Netzwerkschnittstellenschaltungen, gekoppelt an einen Host-Computer über einen Erweiterungsschacht und gekoppelt an ein externes Netzwerk, an den der Videoserver gekoppelt ist, wobei die zumindest zwei modularen externen Netzwerkschnittstellenschaltungen den Host-Computer anschließen eine Satellitenspeisung an zum Empfangen von zumindest Übertragungen von einem komprimierten Digitalvideo und einem Hybrid-Faserkoaxialkabel-Fernsehnetzwerk, das zumindest analoge Fernsehsignale und andere digitale Daten liefert, einschließlich Stromabwärts-DOCSIS-Daten, die übertragen werden von einem Kopfstationsmodem und die Stromaufwärts-DOCSIS-Daten tragen zu dem Kopfstationsmodem, und Wiederherstellen (202, 136, 140, 214, 224) der IP-Pakete aus den Funkfrequenzsignalen; Wiederzusammensetzen von IP-Paketen, die komprimierte VOD-Daten oder eingekapselte komprimierte VOD-Daten umfassen, in IP-Pakete, adressiert an die IP-Adresse des Gerätes, das das VOD-Programm angefordert hat, wenn die VOD-Daten nicht ursprünglich in IP-Paketen (238, 194) waren, und Senden der IP-Pakete an einen Routingprozess in dem Gateway; Übersetzen der Bitrate des empfangenen komprimierten Videos herab auf eine niedrigere Rate, falls notwendig, wegen gegenwärtiger Lastbedingungen auf einem oder mehreren lokalen Netzwerken, zu denen der Gateway gekoppelt ist; Blockieren von Zugriff, so dass nur Videoprogramme, zu denen eine Subskription existiert, empfangen werden können; und Einkapseln (240, 196) der IP-Pakete in LAN-Pakete, adressiert an das Gerät, das das VOD-Programm angefordert hat, und Leiten der LAN-Pakete durch eine lokale Netzwerkschnittstelle des Gateways zu dem Gerät, das das VOD-Programm angefordert hat, über ein lokales Netzwerk, das an das Gerät gekoppelt ist.
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