DE60131366T2 - Ein bi-direktionalen kabelmodem zum direkten verbinden einer lan-netz zur internet - Google Patents

Ein bi-direktionalen kabelmodem zum direkten verbinden einer lan-netz zur internet Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein bidirektionales, mit dem Internet kompatibles Kommunikationssystem und eine Benutzeroberfläche zum Routen von Daten und Einleiten von Anwendungen in einem Kabelmodem, Computer, TV, VCR oder einem assoziierten Peripheriegerät.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Heimunterhaltungssysteme enthalten zunehmend Funktionen sowohl eines Personal Computer als auch eines Fernsehers (PC/TV-Funktionen), bei denen Kommunikation mit mehreren Quellen und mehreren Zielen stattfindet. Ein solches System kann Daten von Satelliten oder terrestrischen Quellen empfangen, wie etwa HDTV-Ausstrahlungen (hochauflösendes Fernsehen), MMDS-Ausstrahlungen (Microwave Multi-point Distribution System) und DVB-Ausstrahlungen (Digital Video Broadcasts). Ein solches System kann außerdem durch eine Ausstrahlungsverbindung oder Koaxialverbindung (z. B. Kabelfernsehleitungen) unter Verwendung eines Kabelmodems oder über eine Telefonleitungsverbindung unter Verwendung zum Beispiel eines mit ADSL oder ISDN (Asynchroner digitaler Teilnehmeranschluß oder diensteintegriertes digitales Netz) kompatiblen Modems schnellen Internetzugang bereitstellen. Ein Heimunterhaltungssystem kann außerdem unter Verwendung verschiedener Kommunikationsnetze mit lokalen Geräten kommunizieren. Zu solchen lokalen Geräten gehören Geräte des Typs DVD (Digital Video Disk), CDROM, VHS und Digital VHS (DVHSTM), PCs, Digitalreceiver und viele andere Arten von Geräten.
  • Die Schrift IETF RFC 2663, P. Srisuresh, M. Holdredge, "IP Network Address Translator (NAT) Terminology and Considerations", August 1999, offenbart den Oberbegriff des Verfahrensanspruchs 1.
  • Es ist wünschenswert, daß Heimunterhaltungssysteme, die unter Verwendung von Kabel- und anderen Arten von Modems mit dem Internet kompatible bidirektionale Kommunikation unterstützen, in der Lage sind, nahtlos mit vernetzten Geräten auf verschiedenen Netzen zu kommunizieren. Zum Beispiel kann ein solches Heimunterhaltungssystem auf lokalen Netzwerken des Typs Ethernet, HPNA (Home Phoneline Networking Alliance) oder USB (Universal Serial Bus) kommunizieren. Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt diese Anforderungen und assoziierten Probleme.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Ein bidirektionales Kommunikationssystem verwendet ein Verfahren zum nahtlosen Übermitteln packetierter Daten zwischen verschiedenen Netzwerken unter Verwendung hierarchischer Schichten von Kommunikationsprotokollen (darunter z. B. IP-Schichten (Internet Protocol) und MAC-Schichten (Media Access Control)). Bei dem Verfahren erfolgt ein Vergleich einer empfangenen IP-Paketzieladresse in einer ersten Protokollschicht mit einer vorbestimmten IP-Adresse, um zu bestimmen, ob eine Adressenübereinstimmung besteht. Bei einer solchen Adressenübereinstimmung werden Nutzinformationen des empfangenen IP-Pakets aus einem Internet-Netzwerk in ein lokales Netzwerk umgeleitet, indem eine empfangenen Adresse einer zweiten Protokollschicht (z. B. eine MAC-Adresse) durch eine Adresse einer zweiten Protokollschicht ersetzt wird. Als ein weiteres Merkmal wird eine zweite Anmeldung (z. B. Peripheriesteuerung) eingeleitet, um als Reaktion auf den Empfang der umgeleiteten Nutzinformationsdaten gleichzeitig mit einer ersten Anwendung (z. B. Web-Surfen) zu operieren.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine vereinfachte Übersicht über ein paketvermitteltes Netzwerk, das aus abgesetzt befindlichen Kabelfirma-zentral-Endgeräten, einem dem Kunden gehörenden oder geleasten Kabelmodem und seinen angeschlossenen Kundenstandortgeräten (CPE) besteht, gemäß der Erfindung.
  • 2 ein Kabelmodemsystem gemäß der Erfindung.
  • 3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung in einem bidirektionalen Kommunikationssystem zum nahtlosen Übermitteln von Daten zwischen einem Internet-Netzwerk und einem lokalen Netzwerk gemäß der Erfindung.
  • 4 ein beispielhaftes Kabelmodem zur Bereitstellung von bidirektionaler Netzwerk-Überbrückungskommunikation zwischen Schnittstellen für Hochfrequenz (HF) und Kundenstandortgeräten (CPE) gemäß der Erfindung.
  • 5 das Kabelmodem von 4 mit einem Filter zur Durchführung von Analyse und Paketklassifikation und zum Editieren von MAC-Datenstreckenschichtpaketen (Media Access Control) gemäß der Erfindung.
  • 6 MAC-Schicht-Verkapselung von IP-Schicht-Paketen, die auf einer Schnittstelle empfangen und zu einer anderen Schnittstelle weitergeleitet werden, gemäß der Erfindung.
  • 7 die in einem direktionalen Kommunikationssystem verwendeten hierarchisch geschichteten Kommunikationsprotokolle gemäß der Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Ein bidirektionales Kommunikationssystem (z. B. ein Kabelmoden) unterstützt nahtlose Übermittlung packetierter Daten zwischen verschiedenen Netzwerken, die hierarchisch organisierte Kommunikationsprotokolle verwenden. Vorteilhafterweise wird in das Kabelmodemsystem eine Paketklassifizierer- und MAC-Rahmenkopfteileditierfunktion (ein Netzwerkfilter) integriert, um den Betrieb lokaler Anwendungen durch Kundenstandortgeräte (CPE) wie etwa einen an das Modem angeschlossenen PC zu unterstützen. Solche Anwendungen wären zum Beispiel (a) Haushaltsgerätesteuerung, z. B. Heizungsregelung, (b) Peripheriesteuerung, z. B. TV- oder VCR- oder DVD-Steuerung, (c) eine Kommunikationsfunktion, z. B. zwischen verschiedenen Geräten zu Hause, (d) eine Diagnosefunktion, z. B. für eine Kabelmodem-Diagnosefunktion, und (e) sichere private Internet- oder Intranet-Kommunikationsfunktionen, z. B. Email zwischen verschiedenen Heim-PCs. Die Verwendung des Netzwerkfilters in einem Kabelmodem ermöglicht CPE-Geräten in lokalen Netzwerken (z. B. Ethernet-USB- oder HPNA-Netzwerken) einen direkten Austausch von Daten durch das Modem unter Verwendung eines hierarchisch organisierten Kommunikationsprotokolls, das aus mehreren Protokollschichten besteht. Diese Schichten können zum Beispiel IP-Schichten (Internet-Protokoll) und MAC-Schichten (Media Access Control) umfassen.
  • Durch die Verwendung des Netzwerkfilters in dem Modem wird außerdem vorteilhafterweise eine manuelle Konfiguration zur Operation in einem angeschlossenen PC überflüssig und eine gleichzeitige Kommunikation (a) zwischen dem PC und dem Internet und (b) zwischen dem PC und dem Kabelmodem möglich. Die Kommunikation zwischen dem PC und Modem dient zur Unterstützung lokaler Anwendungen, wie zum Beispiel einer Diagnoseanwendung, wie zum Beispiel mit Bezug auf das System von 1 beschrieben werden kann. Das System von 1 umfaßt ein paketvermitteltes Netzwerk, das aus abgesetzt angeordneten Kabelfirmen-zentralen Geräten 90 mehrerer Systembetreiber (MSO), einem dem Kunden gehörenden oder geleasten Kabelmodem 12 und seinen angeschlossenen Kundenstandortgeräten (CPE) 95 besteht. Beispielsweise kommuniziert in dem System von 1 eines der CPE-Geräte 95 mit dem Internet über das Kabelmodem 12 und die zentralen Geräte 90 und lädt außerdem gleichzeitig Diagnoseinformationen von dem Modem 12 herunter. Die Zentrale 90 stellt in der Regel Funktionalität eines Internet-Dienstanbieters (ISP) bereit, so daß die CPE-Geräte 95 sich mit dem Internet verbinden, im World Wide Web surfen, FTP-Dateitransfers ausführen und Email austauschen können usw.
  • Das Kabelmodem des Systems 12 implementiert Anwendungen, bei denen lokale Kommunikation erfolgt, wie zum Beispiel mehrere Diagnoseanwendungen. Die Diagnoseanwendungen kommunizieren mit den CPE-Geräte 95 unter Verwendung einer Netzwerk-IP-Adresse, die von dem Mehrfach-Systembetreiber (MSO) der Zentrale 90 auf einen bestimmten festen Wert beschränkt wird (der von der dem System 12 zugewiesenen IP-Adresse verschieden ist). Ferner sind die CPE-Geräte 95 in der Regel in einem anderen logischen Netzwerk oder Subnetzwerk als die Diagnoseanwendung resident. Folglich entstehen Probleme mit folgendem: (a) Konfigurieren von CPE-Netzwerkparametern zur Unterstützung lokaler Kommunikation zwischen dem Modemsystem 12 und CPE 95 unter (b) Aufrechterhaltung der Internet-Kommunikation zwischen CPE 95 und einer abgesetzten Quelle, auf die über die Zentrale 90 (z. B. zum Web-Surfen) zugegriffen wird, während gleichzeitig die Kommunikation zwischen dem System 12 und CPE 95 für lokale (z. B. Diagnose-)Anwendungen aufrechterhalten wird. Damit die CPE 95 auf Diagnoseinformationen in dem System 12 zugreifen können, ist es insbesondere notwendig, die CPE 95 so zu konfigurieren, daß sie in demselben logischen Netzwerk resident sind, wie das von der Diagnoseanwendung des Systems 12 verwendete. Ein Verfahren zur Behandlung dieses Problems besteht darin, die Netzwerkadresse der CPE 95 vorübergehend so umzukonfigurieren, daß die CPE-Einrichtung in demselben Netzwerk wie die Modem-Diagnoseanwendung residiert. Dadurch wird sichergestellt, daß CPE 95 und System 12 vom Standpunkt des Netzwerkprotokolls aus direkt verbunden sind. Eine solche Konfigurationsoperation ist jedoch eine nichttriviale und fehleranfällige Aufgabe, die erfordert, daß ein Benutzer eine gültige Netzwerkadresse und Subnetzmaske bestimmt sowie erfordert, daß ein Benutzer eine detaillierte Prozedur zum Eingeben von Konfigurationswerten und zum Aktivieren in einem CPE-Gerät befolgt. Um eine feste Netzwerkadresse auf einem PC mit Microsoft Windows zu setzen, ist es erforderlich, daß ein Benutzer in sein Netzwerk-Einrichtsteuermenü geht, existierende Optionen ändert, die korrekten Parameter eingibt und den PC neu bootet. Diese Operation erfordert Fähigkeiten, die wahrscheinlich über die des größten Teils der PC-fähigen Bevölkerung hinausgehen. Nachdem die CPE-Netzwerkadresse für diesen Zweck festgelegt wurde, residiert darüber hinaus das CPE-Gerät nicht mehr in demselben logischen Netzwerk wie die Zentrale, und das CPE- Gerät (z. B. ein PC) kann nicht gleichzeitig im Internet surfen oder Email austauschen.
  • Die beispielhafte Ausführungsform des Systems 12 von 2 behandelt diese Probleme, indem es vorteilhafterweise eine Paketklassifizierer- und MAC-Rahmenkopfteileditierfunktion (ein Netzwerkfilter) enthält. Dadurch wird es unnötig, manuell die Netzwerkadresse eines CPE-Geräts festzulegen, um eine lokale Netzwerkfunktion wie zum Beispiel Austausch von Diagnosedaten mit dem Kabelmodem 12 auszuführen. Außerdem erlaubt es dem CPE-Gerät, gleichzeitig im Weg zu surfen, während Modem-Diagnosedaten ausgetauscht werden. Das System 12 von 2 unterstützt Kabelmodem-Überbrückungskommunikation zwischen dem Internet (durch die CATV-Zentrale) und Geräte des lokalen Netzwerks (LAN) (einschließlich PCs). Ferner erfolgt die bidirektionale Kommunikation zwischen dem System 12 und der CATV-Zentrale in einem in 7 dargestellten mehrschichtigen Protokollformat.
  • Das in 7 dargestellte mehrschichte Protokollformat umfaßt eine physische Schicht 629 mit QAM (Quadratur Amplitude Modulation) oder QPSK (Quadratur-Phasen-Umtastmodulation) zur Aufwärtsstreckenkommunikation zwischen dem System 12 und der Zentrale (über die Leitung 10 von 2). Diese physische Schicht übermittelt Transportprotokolldaten des Typs MPEG2 (Moving Pictures Expert Group), die Datenrahmen 631 des Typs DOCSIS MAC (Media Access Control) übermitteln. Die MAC-Daten übermitteln Logikstrecken-Steuerdatenrahmen 633 des Typs Ethernet-II/802.3 oder MAC-Verwaltungsdaten, und die Ethernet-Daten übermitteln ihrerseits IP-Schicht-Daten. Außerdem erhält das Kabelmodem einen Rückkommunikationsweg zu der CATV-Zentrale aufrecht und verwendet dabei die hierarchisch angeordneten Protokollschichten 633, 631 und 629 zum zeitlich gemultiplexten Übermitteln von Rückdaten im Ethernet-Protokoll.
  • Die von der CATV-Zentrale zu dem Kabelmodem übertragenen umfassenden Daten der physischen Schicht werden zur Ethernet-Kommunikation in 802.3-Ethernet-Datenrahmen durch die Ethernet-transparente Streckenschichtbrücke 617 verarbeitet oder durch die USB/MAC-Schicht 623 in das USB- oder HPNA-Format konvertiert. Bei der Kommunikation über Port 72 (2) im Ethernet-Format werden die durch Brücke 617 bereitgestellten Ethernet-II/802.3-Daten 619 zur Übermittlung in dem Format 626 der physischen Schicht des Typs Ethernet-II/802.3 zu angeschlossenen LAN-Geräten auf Port 72 als MAC-Schichtdaten 623 eingekapselt. Ähnlich werden bei der Kommunikation über die Ports 82 und 77 (2) im USB- bzw. HPNA-Format die durch die Brücke 617 bereitgestellten Ethernet-II/802.3-Daten 619 zur Übermittlung im physischen USB- oder HPNA-Schichtformat 626 zu angeschlossenen LAN-Geräten auf den Ports 82 und 77 in USB-HPNA-Schicht- oder HPNA-MAC-Schicht-Datenrahmen 623 eingekapselt.
  • Das Kabelmodem hält bidirektionale Kommunikation mit den LAN-Geräten aufrecht und empfängt außerdem Daten von den Geräten in dem entsprechenden Ethernet-USB- oder HPNA-Protokoll. Bei anderen Ausführungsformen kann das System 12 über andere Methoden, wie etwa 802.11- und "Bluetooth"-Datenstrecken, bidirektionale Kommunikation mit LAN-Geräten aufrechterhalten.
  • Die Daten, die sowohl aus der CATV-Zentrale als auch angeschlossenen CPE-Geräten empfangen werden, können zu der entgegengesetzten Schnittstelle überbrückt (weitergeleitet) oder zu dem TCP/IP-Stapel 615 (7) geleitet werden. Der TCP/IP-Stapel 615 gewährt Protokollschichtung und – entschichtung von Daten bei der Kommunikation zwischen der Streckenschichtbrücke 617 und einer von internen Software-Anwendungen verwendeten Socket-Anwendungsprogrammierschnittstelle (API). Zu den internen Software-Anwendungen gehören die SNMP-Anwendung 605 (System Network Management Protocol), die DHCP-Anwendung 607 (Dynamic Host Configuration Protocol), der HTTP-Server 609, die Diagnoseanwendung 611 und der Server 613 für ATE (Automatic Test Equipment).
  • Das hier beschriebene Kabelmodem verwendet ein MPEG-kompatibles Protokoll, das dem MPEG2-Bildcodierungsstandard entspricht, der als "MPEG-Standard" bezeichnet wird. Dieser Standard besteht aus einem Systemcodierungsteil (ISO/IEC 13818-1, 10.6.1994) und einem Videocodierungsteil (ISO/IEC 13818-2, 20.1.1995). Die hier beschriebenen mit Internet-TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) und Ethernet kompatiblen Protokolle gewähren Kompatibilität mit den vorläufigen Anforderungen der MCNS (Multimedia Cable Networks Systems) und den Anforderungen von DOCSIS 1.0 (Data Over Cable Service Interface Specification 1.0), die von der ITU (International Telecommunications Union) im März 1998 ratifiziert wurden und in dem RFC 2669 (Request For Comment Document 2669) spezifiziert werden. Die RFC-Dokumente sind über das Internet verfügbar und werden von Internet-Normenarbeitsgruppen erstellt.
  • Die Prinzipien der Erfindung können auf jedes beliebige bidirektionale Kommunikationssystem angewandt werden und sind nicht auf Kabel-, ADSL-, ISDN- oder herkömmliche Modems beschränkt. Ferner verarbeitet das offenbarte System Daten des Internet-Protokolls (IP) von vielfältigen Internet-Quellen, wie etwa zum Beispiel gestreamte Video- oder Audiodaten, Telefonnachrichten, Computerprogramme, Emails oder andere packetierte Daten und Übermittlungen.
  • Das Kabelmodem (System 12) von 2 kommuniziert über eine bidirektionale breitbandige schnelle HF-Strecke auf der Leitung 10, die in der Regel aus Koaxialkabel oder Hybrid-Faser/Koax (HFC) besteht, mit einer CATV-Zentrale. Das Modemsystem 12 kommuniziert bidirektional über lokale Netzwerke (LANs) mit Geräten, die sich an einem Benutzerstandort befinden. Typische benutzerseitige lokale Netzwerke sind etwa mit Digital/Intel/Xerox-Ethernet kompatible Netzwerke, die über den Verbinder 72 angeschlossen sind. Andere benutzerseitige Geräte kommunizieren über mit USB (Universal Serial Bus) oder HPNA kompatible Netzwerke, die über Verbinder 82 bzw. 77 angeschlossen sind. In den Ethernet-, HPNA- und USB-Netzwerken angeschlossene Benutzergeräte wären zum Beispiel Geräte wie etwa PCs (Personal Computers), Netzwerkdrucker, Videoempfänger, Audioempfänger, VCRs, DVDs, Scanner, Kopierer, Telefone, Faxmaschinen und Haushaltsgeräte.
  • Im Betrieb trennt der Diplexer 20 des Kabelmodemsystems 12 von 2 (von dem Modem 12 zu einer CATV-Zentrale gesendete) Aufwärtsstrom-Übermittlungen von (von einer CATV-Zentrale zu dem Modem 12 gesendeten) Abwärtsstrom-Übermittlungen, die über die Kabelleitung 10 übermittelt werden. Der Diplexer 20 trennt Aufwärtsstromdaten von Abwärtsstromdaten auf der Basis der verschiedenen Frequenzbereiche, die die Aufwärtsstromdaten (in der Regel 5–42 MHz) und die Abwärtsstromdaten (in der Regel 92–855 MHz) jeweils verwenden. Die Steuerung 60 konfiguriert die Elemente des Kabelmodems 12 von 2 für den Empfang von MPEG2-Transportdaten aus der CATV-Zentrale auf der Kabelleitung 10 und für das Konvertieren der Daten in ein mit Ethernet, USB oder HPNA kompatibles Format zur Ausgabe über die Ports 72, 82 bzw. 77.
  • Ähnlich konfiguriert die Steuerung 60 die Elemente des Kabelmodems 12 von 2 für den Empfang von mit Ethernet, USB oder HPNA kompatiblen Daten aus den Ports 72, 82 und 77 und für das Konvertieren und Senden von MPEG2-Transportprotokolldaten zu der CATV-Zentrale auf der Kabelleitung 10. Die Steuerung 60 konfiguriert die Elemente des Systems 12 durch das Setzen von Steuerregisterwerten in diesen Elementen unter Verwendung eines bidirektionalen Daten- und Steuersignalbusses. Genauer gesagt konfiguriert die Steuerung 60 den Tuner 15, das SAW-Filter 25, den Differenzverstärker 30 und die Schnittstelleneinrichtung 35 für MCNS (Multimedia Cable Networks Systems) für den Empfang eines DOCSIS-formatierten Signals auf einer zuvor identifizierten HF-Kanalfrequenz. Das DOCSIS-formatierte Signal umfaßt ein MPEG2-Transportprotokollformat, das Ethernet-kompatible Datenrahmen übermittelt, die IP-Dateninhalt enthalten.
  • Die Steuerung 60 verwendet einen Initialisierungsprozeß zur Bestimmung der HF-Kanalfrequenz, für deren Empfang der Tuner 15 konfiguriert werden soll. Bei dem Initialisierungsprozeß erfolgt ein iteratives Abstimmen auf sukzessive in Frage kommende HF-Kanalfrequenzen, bis ein DOCSIS entsprechendes Signal erhalten wird. Die Steuerung 60 erkennt ein DOCSIS entsprechendes Signal auf einem in Frage kommenden Kanal durch das erfolgreiche Dekodieren durch den MCNS-Schnittstellenprozessor 35 der empfangenen Daten und durch eine entsprechend akzeptable Fehlerrate für die dekodierten Daten. Bei dem Initialisierungsprozeß sendet die Steuerung 60 in Verbindung mit der MCNS- Schnittstelle 35, dem Verstärker 85 und dem HF-Transformator 87 außerdem Daten signalaufwärts zu der CATV-Zentrale für vielfältige Zwecke, wie etwa das adaptive und iterative Einstellen von Signalaufwärts- und Signalabwärts-Kommunikationsparametern. Diese Parameter wären zum Beispiel Kabelmodem-Sendeleistungspegel und Timing-Offset.
  • Nach der Initialisierung und im Normalbetrieb wird ein HF-Träger unter Verwendung von 64- oder 256-QAM (Quadratur Amplituden Modulation) mit MPEG2-Transportprotokolldaten moduliert. Die MPEG2-Transportdaten enthalten Ethernet-formatierte Daten, die ihrerseits IP-Daten enthalten, die zum Beispiel eine vom Benutzer angeforderte Webseite in HTML (HyperText Mark-Up Language) repräsentieren. Die MPEG-Transportdaten werden durch den Diplexer 20 dem Tuner 15 zugeführt. Der Tuner 15 setzt das Eingangssignal aus dem Diplexer 20 in ein niedrigeres Frequenzband herab, das durch das Saw-Filter 25 gefiltert wird, um die Isolation von benachbarten HF-Kanälen zu verbessern. Das gefilterte Signal aus der Einheit 25 wird durch den Differenzverstärker 30 pegelumgesetzt und gepuffert, um ein mit dem MCNS-Schnittstellenprozessor 35 kompatibles Signal bereitzustellen. Das resultierende abwärtsumgesetzte pegelumgesetzte Signal aus dem Verstärker 30 wird durch den MCNS-Prozessor 35 demoduliert. Diese demodulierten Daten werden weiterhin in dem Prozessor 35 Trellis-decodiert, auf Byte-synchronisierte Datensegmente abgebildet, entschachtelt und Reed-Solomon-fehlerkorrigiert. Trellis-Decodierung, Entschachtelung und Reed-Solomon-Fehlerkorrektur sind bekannte Funktionen, die zum Beispiel in dem Lehrbuch Digital Communication, Lee und Messerschmidt (Kluwer Academic Press, Boston, MA, USA, 1988) beschrieben werden. Ferner setzt der Prozessor 35 die Daten im MPEG2-Format in Ethernet-Datenrahmen um, die der Steuerung 60 zugeführt werden.
  • Die Steuerung 60 analysiert und filtert die Ethernet-kompatiblen Daten aus der Einheit 35 unter Verwendung von der CATV-Zentrale aus konfigurierten Filtern. Die durch die Steuerung 60 implementierten Filter vergleichen Datenkennungen in ankommenden Ethernet-Rahmenpaketen, die durch die Einheit 35 bereitgestellt werden, mit aus der CATV-Zentrale vorgeladenen Kennungswerten. Die Kennungswerte werden während einer zuvor durchgeführten Initialisierungs- oder Konfigurationsoperation vorgeladen. Durch dieses Mittel implementiert die Steuerung 60 eine Datenzulassungs-Steuerfunktion, die gewählte Daten zu lokalen LAN-Geräten weiterleitet und anderen gewählten Dateninhalt verwirft. Dieses konfigurierbare Filtersystem kann vorteilhafterweise zum Filtern von Daten auf der Basis von Metadatenelementen in den ankommenden Daten für vielfältige Zwecke verwendet werden, wie etwa auf der Basis von (a) einer Inhaltseinstufung für Kindersicherung oder eine andere Blockiersteuerung, (b) vorbestimmten Benutzerpräferenzen zum Abzielen von Werbung und "Push-Inhalt", (c) Firewall-Filterung, (d) Identität der Quelle und (e) Datensuchfunktion. Die gefilterten Ethernet-kompatiblen seriellen Daten werden über die Ethernet-Schnittstelle 65, Filter- und Isolationstransformator 70 und Port 72 zu einem PC übermittelt. Die Schnittstelle 65 puffert und konditioniert die Daten aus der Steuerung 60 zur Filterung und Transformation durch die Einheit 70 zur Ausgabe zu einem PC über Port 72.
  • Auf ähnliche Weise konvertiert und filtert die Steuerung 60 (in Ethernet-MAC-Rahmen übermittelte) Daten aus dem Prozessor 35 zur Ausgabe im USB-Format über den Port 82 oder im HPNA-Format über Port 77. Die USB-Daten werden durch den Sender/Empfänger 75 gepuffert und durch das Filter 80 für Rausch- und Störungsunterdrückung (EMI/ESD) vor der Ausgabe an USB-kompatible LAN-Geräte, die mit dem Port 82 verbunden sind, gefiltert. Ähnlich werden die HPNA-Daten vor der Ausgabe an mit dem Port 77 verbundene HPNA-kompatible LAN-Geräte durch die Schnittstelle 62 konditioniert und durch den Sender/Empfänger-Verstärker 67 gepuffert.
  • Das Modemsystem 12 übermittelt außerdem Datensignalaufwärts von einem angeschlossenen PC zum Beispiel zu einer CATV-Zentrale. Für diesen Zweck empfängt die Steuerung 60 des Systems 12 Ethernet-kompatible Daten aus dem angeschlossenen PC über Port 72, Schnittstelle 65 und das Filter bzw. den Isolationstransformator 70 und führt sie dem Prozessor 35 zu. Der Prozessor 35 moduliert einen HF-Träger mit den empfangenen Ethernet-Format-Daten unter Verwendung von 16-QAM oder QPSK (Quadratur-Phasen-Umtastmodulation). Die resultierenden modulierten Daten werden zur Signalaufwärtskommunikation über den Verstärker 85, den Transformator 87 und den Diplexer 20 zeitlich auf die Kabelleitung 10 gemultiplext. Der Verstärker 85 gibt die Daten mit einem entsprechenden Leistungspegel, der bei dem zuvor beschriebenen Initialisierungsprozeß ausgewählt wird, an die CATV-Zentrale aus. Der Transformator 87 gewährt einen Grad an Fehler- und Rauschisolation im Fall eines Ausfalls in dem Modem 12 oder beim Auftreten von lokal erzeugtem Rauschen in dem Modem oder in angeschlossenen Geräten.
  • Auf ähnliche Weise übermittelt das Modemsystem 12 auch Daten signalaufwärts von über den USB-Port 82 oder über den HPNA-Port 77 angeschlossenen Geräten. Bei einer beispielhaften Implementierung empfängt die Steuerung 60 des Systems 12 Ethernet-kompatible Daten von dem Sender/Empfänger 75 und führt sie zur Signalaufwärtskommunikation auf die zuvor beschriebene Weise dem Prozessor 35 zu. Für diesen Zweck empfängt der Sender/Empfänger 75 in USB-Rahmen aus dem Port 82 eingekapselte Ethernet-Daten über das Filter 80 und entfernt die USB-Rahmendaten, um der Steuerung 60 Ethernet-Format-Daten zuzuführen. Ähnlich empfängt die Schnittstelle 62 in dem HPNA-Format eingekapselte Daten aus dem Port 77 über den Sender/Empfänger 67 und führt der Steuerung 60 Ethernet-Format-Daten zu.
  • Die Steuerung 60 reagiert außerdem auf einen Ein-/Aus- und Rücksetzschalter 90 und führt zusätzlich zu den bereits beschriebenen vielfältige Funktionen aus. Die Steuerung 60 konfiguriert Parameter des Modems 12 unter Verwendung von aus einer CATV-Zentrale bereitgestellten Konfigurationsinformationen. Außerdem weist die Steuerung 60 das System 12 beim Synchronisieren und Multiplexen der Signalaufwärtskommunikation auf die Kabelleitung 10 an und implementiert eine Ratenbegrenzung bei der Steuerung von Signalaufwärts-Datenverkehr. Ferner filtert die Steuerung 60 bidirektional empfangene Daten und führt entweder der CATV-Zentrale oder an die Ports 72, 77 und 82 angeschlossenen LAN-Geräten gewählte Daten zu. Außerdem unterstützt die Steuerung 60 Daten-Ranging-Kommunikation mit der CATV-Zentrale. Die Ranging-Kommunikation wird durch die CATV-Zentrale eingeleitet und umfaßt das kontinuierliche, aber in Abständen auftretende Abfragen individueller Modems, um Status zu bestimmen und Modem- oder Leitungsausfälle zu identifizieren.
  • Das System 12 verwendet außerdem ein unter der Anleitung der Steuerung 60 arbeitendes Netzwerkfilter, um vorteilhafterweise Pakete (von einem CPE-Gerät, die für die CATV-Zentrale bestimmt sind) abzufangen und die Ziel-MAC-Adresse mit der Diagnoseschnittstellen-MAC-Adresse des Modemsystems 12 zu ersetzen. Dies führt dazu, daß das Paket nicht zu der CATV-Zentrale, sondern zu dem TCP/IP-Stapel (Stapel 615 von 7) geleitet wird und bewirkt, daß das Modemsystem 12 in demselben logischen Netzwerk wie das angeschlossene CPE-Gerät zu residieren scheint. Dieser Abfangmechanismus und die anscheinende direkte Verbindung behandelt die zuvor beschriebenen Probleme (a) des Konfigurierens von Netzwerkparametern zur Unterstützung lokaler Kommunikation zwischen dem Modemsystem 12 und angeschlossenen CPE-Geräten und (b) des gleichzeitigen Aufrechterhaltens der Internet-Kommunikation zwischen einem CPE-Gerät und dem Internet über das System 12, während gleichzeitig die Kommunikation zwischen dem System 12 und dem CPE-Gerät für lokale, z. B. diagnostische Anwendungen aufrechterhalten wird.
  • Diese Probleme entstehen, weil eine IP-Adresse, die für lokale, z. B. diagnostische, Anwendungen in dem System 12 zugeteilt werden kann, darauf eingeschränkt wird, einen festen Wert aufzuweisen. Eine solche Einschränkung kann zum Beispiel auftreten, weil sie von einer Sourcing-Spezifikation proprietärer Geräte erfordert wird oder weil eine andere Stelle, wie zum Beispiel IANA (Internet Assigned Numbers Authority) als Adressen für diese spezifischen Aufgaben feste Werte oder einen festen Bereich vorbestimmter Werte definiert hat. Der IP-Adressenbereich 192.168.xx.xx wurde von der IANA als eines einer kleinen Anzahl lokaler privater Netzwerke definiert, die zum Beispiel keinem realen öffentlichen Netzwerk zugewiesen werden sollten. Ein Gateway-Router, der über die CATV-Zentrale empfangenen Internet-Datenverkehr filtert, verwirft deshalb Verkehr mit Ziel-IP-Adressen im Bereich 192.168.xx.xx. Dies geschieht, solange der Router nicht spezifisch dafür konfiguriert wurde, 192.168.xx.xx-Pakete zu routen, was unwahrscheinlich ist.
  • Es folgt eine spezifische Veranschaulichung, wie ein Problem aufgrund der Reservierung einer festen, nicht öffentlich zu gebrauchenden IP-Adresse für bestimmte Anwendungen auftritt. Zuerst wird angenommen, daß die IP-Adresse 192.168.100.1 für die Verwendung für Kabelmodem-Diagnoseanwendungen designiert wurde. Außerdem wird angenommen, daß einem angeschlossenen CPE-Gerät von einem zentralen-DHCP-Server eine dynamische IP-Adresse von 172.10.2.65 zugewiesen wird. Ein Benutzer des angeschlossenen CPE-Geräts, der in Modem-Diagnosewebseiten (bei 192.168.100.1) browsen möchte, gibt über einen in dem CPE-Gerät residenten Web-Browser eine entsprechende URL des Systems 12 ein, z. B. www.rca_modem.com. Eine durch den Browser erzeugte Internet-Domänennamen-Auflösungsanforderung wird durch das CPE-Gerät dem System 12 überreicht, um den vom Benutzer eingegebenen Domänennamen weiterzuleiten und in eine entsprechende IP-Adresse der Quelle der angeforderten Webseite zu übersetzen. Ein abfangender Domänennamenserver in dem System 12 fängt vorteilhafterweise die Domänennamen-Auflösungsanforderung ab und verwendet eine Abfang-Domänennamen-Datenbank bei der Übersetzung des abgefangenen Domänennamens (hier www.rca_modem.com.) in eine IP-kompatible Adresse und übermittelt die IP-Adresse (hier 192.168.100.1) zurück zu dem anfordenden CPE-Gerät.
  • Das CPE-Gerät ist jedoch nicht in der Lage, Pakete direkt zu der identifizierten IP-Adresse 192.168.100.1 zu senden. Der Grund dafür besteht darin, daß wie zuvor erwähnt die zugewiesene IP-Adresse des CPE 172.10.2.65 ist und folglich das CPE nicht in demselben logischen Netzwerk wie die Diagnoseanwendung des Systems 12 (IP-Adresse 192.168.100.1) residiert. Folglich leitet das CPE die Pakete zu der Zentrale weiter und der Gateway-Router bestimmt, wohin sie zu senden sind. Zu diesem Zweck verkapselt das CPE-Gerät das für 192.168.100.1 bestimmte IP-Paket in einen Ethernet-MAC-Rahmen, dessen Ziel-MAC-Adresse die des Gateway-Routers in der CATV-Zentrale ist. Leider weiß der Gateway-Router nichts über die interne Diagnose-IP-Adresse der Modems, weil die IANA den IP-Adressenbereich 192.168.xx.xx als lokales Subnetz designiert hat, das nicht in dem öffentlichen Internet zu verwenden ist. Deshalb scheint es dem Gateway-Router, daß die IP-Pakete aus dem System 12 auf einem lokalen ungültigen Subnetz vorliegen und der Gateway-Router verwirft sie folglich. Deshalb kann das CPE-Gerät nicht mit der Diagnoseanwendung des Systems 12 kommunizieren.
  • In Verbindung mit dem System 12 verwendet die Steuerung 60 (2) das Verfahren von 3 zur Lösung der beschriebenen Kommunikationsprobleme, um lokale Kommunikation zwischen dem System 12 und einem angeschlossenen CPE-Gerät zu erleichtern sowie um es dem CPE-Gerät zu ermöglichen, gleichzeitige Internet- und lokale Kommunikation durchzuführen. Im Schritt 403 von 3 untersucht die Steuerung 60 im Anschluß an den Start im Schritt 400 eine empfangene IP-Paketzieladresse in dem IP-Kopfteil der Ethernet-II/802.3-MAC-Schichtdaten (Schicht 619 von 7), die für die CATV-Zentrale bestimmt sind. Dadurch bestimmt die Steuerung 60, ob die empfangene IP- Paketzieladresse mit einer vorbestimmten IP-Adresse übereinstimmt. Genauer gesagt bestimmt die Steuerung 60, ob die empfangene Adresse in einer Klasse von einer oder mehreren Adressen liegt, die für private und nicht öffentliche Internet-Benutzung designiert sind, wie zum Beispiel die designierte Kabelmodem-Diagnoseanwendungsadresse 192.168.100.1. Bei diesem beispielhaften Kabelmodemsystem gehört diese Diagnosenetzwerkadresse zu einer speziellen Klasse von lokalen privaten IEEE-Netzwerken, einschließlich der Adressenklassen 10.x.x.x, 172.16.0.0 bis 172.31.255.255 und 192.168.x.x. Wie bereits erläutert, ist die Diagnoseanwendungsadresse von der Standardnetzwerkadresse des Systems 12 (IP-Adresse 172.10.2.65) verschieden. Diese Standardnetzwerkadresse des Systems 12 wird dynamisch von einer DHCP-Client-Anwendung (Element 607 in 7) beschafft und von einer SNMP-Agent-Anwendung (Element 605 in 7) benutzt. Um einen unbefugten Zugang zu dem Internet-Dienst zu verhindern, geben CATV-Zentralenbetreiber in der Regel die Netzwerkadresse eines Modems nicht preis. Bei Abwesenheit einer IP-Adressenübereinstimmung im Schritt 403 werden Nutzinformationsdaten des empfangenen IP-Pakets zu dem empfangenen MAC-Adressenziel übermittelt.
  • Im Schritt 405 von 3 leitet die Steuerung 60 nach einer Adressenübereinstimmung im Schritt 403 die Nutzinformationen der IP-Pakete mit der Diagnose-IP-Adresse 192.168.100.1 um, die für die CATV-Zentrale und das Internet bestimmt sind. Die Steuerung 60 leitet die Pakete der IP-Schicht (ersten Protokollschicht) paketweise zu der lokalen Netzwerkdiagnoseanwendung des Systems 12 (Anwendung 611 von 7) um. Dies erfolgt, indem man die empfangene MAC-Zieladresse in dieser Schicht durch die MAC-Adresse der Diagnosenetzwerkschnittstelle in den Ethernet-MAC- Rahmenschichtdaten (auf einer zweiten Protokollschicht, Schicht 619 von 7) ersetzt. Genauer gesagt wird in dem beispielhaften MAC-Rahmen von 6 mit den Elementen 513–524 die empfangene MAC-Zieladresse in dem Element 514 durch die MAC-Adresse der Diagnosenetzwerkschnittstelle ersetzt. Die Ersatz-MAC-Adresse identifiziert eindeutig den Empfänger als eine Diagnoseanwendung 611 (7), und die assoziierten IP-Paket-Nutzinformationsdaten werden über den TCP/IP-Stapel 615 (7) zu dieser Anwendung geleitet. Die Diagnoseanwendung (und die anderen Anwendungen 605–609 und 613 von 7) kommunizieren durch den TCP/IP-Stapel 615 mit ihren CPE-Clients unter Verwendung einer standardmäßigen Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) auf Socket-Basis. Diese Socket-API erfordert beim Erstellen und Initialisieren ihres assoziierten Socket, daß jede Anwendung eine feste Internet-Protokoll-Netzwerkadresse und -portnummer besitzt. Die Steuerung 60 bestimmt die zu verwendende Ersatz-MAC-Adresse aus einer internen Datenbankabbildung der empfangenen IP-Paketzieladresse auf eine Ersatz-MAC-Adresse. Dadurch scheint das angeschlossene CPE-Gerät direkt mit der Diagnoseanwendung des Systems 12 verbunden zu sein, und Nutzinformationsdaten in Paketen mit der Ziel-IP-Adresse 192.168.100.1 können von der Diagnoseanwendung empfangen und verarbeitet werden.
  • Die mit den Paketen aus dem CPE-Gerät zu der Diagnoseanwendung assoziierten Quellen-IP-Adresse wird behalten und zum eindeutigen Identifizieren dieses CPE-Geräts als das Ziel für die Rückkommunikation von der Diagnoseanwendung 611 verwendet. Eine solche Rückkommunikation kann IP-Pakete umfassen, die zum Beispiel eine Diagnosewebseite zur Anzeige auf dem CPE-Gerät über seinen residenten Web-Browser repräsentieren.
  • Im Schritt 410 von 3 wird als Reaktion auf den Empfang der im Schritt 405 umgeleiteten IP-Paketnutzinformationsdaten die Ausführung der Diagnoseanwendungs-Software (Element 611 von 7) eingeleitet. Vielfältige andere Anwendungen können in dem System 12 als Reaktion auf die umgeleiteten IP-Paketdaten eingeleitet werden, wie etwa zum Beispiel (a) Haushaltsgerätesteuerung, (b) Peripheriesteuerung, (c) eine Kommunikations- oder Transaktionsfunktion und (d) eine sichere private Internet- oder Intranet-Kommunikationsfunktion. Ferner empfängt das System 12 unter der Anleitung der Steuerung 60 gleichzeitig IP-Pakete von dem angeschlossenen CPE-Gerät mit IP-Adressen, die nicht mit den vorbestimmten IP-Adressen übereinstimmen, die für private und nicht öffentliche Internet-Benutzung designiert sind (wie im Schritt 403 bestimmt). Die Nutzinformationsdaten der empfangenen nicht übereinstimmenden IP-Pakete werden zu ihren jeweiligen empfangenen MAC-Adressenzieladressen übermittelt, um eine erste Anwendung zu unterstützen, die zum Beispiel gleichzeitig mit der zweiten lokalen netzwerkgestützten Diagnoseanwendung operiert. Die erste Anwendung kann Kommunikation mit abgesetzten Netzwerken, wie zum Beispiel dem Internet, für Anwendungen wie zum Beispiel den folgenden umfassen: (a) ein Web-Surfing, (b) Email und (c) Internettelefon/-videophone. Der Prozess von 3 endet im Schritt 415.
  • 4 zeigt ein beispielhaftes Kabelmodem (System 12 von 1–5), das bidirektionale Netzwerküberbrückungskommunikation zwischen Schnittstellen für Hochfrequenz (HF) und Kundenstandortgeräten (CPE) bereitstellt. 5 zeigt das Kabelmodem von 4, das vorteilhafterweise ein Filter 311 zur Durchführung von Analyse und Paketklassifikation und zum Editieren von MAC-Datenstreckenschichtpaketen (Media Access Control) enthält. Mit Ausnahme der Hinzufügung des Netzwerkfilters 311 zu der CPE-Eingangsschnittstelle eines Kabelmodems stimmt das System vom 5 mit dem von 4 überein. In 5 führt das Netzwerkfilter 311 Paketklassifikation und MAC-Kopfteileditierung von zwei Arten von Paketen durch, die von einem CPE-Gerät (angeschlossen an Port 72 oder Port 77 oder Port 82 von 2) empfangen werden.
  • Als erstes untersucht das Filter 311 (5) alle Anforderungspakete des Adressenauflösungsprotokolls (ARP) (mit den Elementen 509 und 511 von 6A) die über die Leitung 315 aus der CPE-Schnittstelle 316 empfangen werden. Wenn die ARP-Anforderungspaket-Ziel-IP-Adresse die Diagnosenetzwerk-Schnittstellenadresse (z. B. 192.168.100.1) des Systems 12 ist, substituiert das Filter die MAC-Schicht-Zieladresse in dem Paket (Element 514 von 6) mit der der Diagnosenetzwerkschnittstelle. Dies geschieht durch Ersetzen der empfangenen MAC-Zieladresse in dieser Schicht durch die MAC-Adresse der Diagnoseanwendung in den Ethernet-MAC-Rahmenschichtdaten (Schicht 619 von 7). Der abgeänderte MAC-Rahmen wird über den Protokollstapel 615 des Systems 12 und den Standard-MAC-Schicht-Router 309 (5, Weg DEG) zu der Diagnoseanwendung 611 weitergeleitet.
  • Zweitens untersucht das Filter 311 alle aus der CPE-Schnittstelle 316 über die Leitung 315 empfangenen Pakete des IP (Internet-Protokolls) (mit den Elementen 505 und 507 von 6B). Wenn die IP-Paket-IP-Zieladresse die Diagnoseanmeldungsadresse (z. B. 192.168.100.1) des Systems 12 ist, substituiert das Filter die MAC-Schicht-Zieladresse in dem Paket (Element 514 von 6) mit der der Diagnosenetzwerkschnittstelle. Dies geschieht durch Ersetzen der empfangenen MAC-Zieladresse in dieser Schicht durch die MAC-Adresse der Diagnosenetzwerkschnittstelle in den Ethernet-MAC-Rahmenschichtdaten (Schicht 619 von 7). Der abgeänderte MAC-Rahmen wird über den Protokollstapel 615 des Systems 12 und den Standard-MAC-Schicht-Router 309 (5, Weg DEG) zu der Diagnoseanwendung 611 weitergeleitet. Das Netzwerkfilter 311 leitet andere, nicht übereinstimmende Pakete transparent zu dem MAC-Schicht-Router 309 weiter.
  • Wenn die Paket-Ziel-MAC-Adresse nicht die der Standard- oder Diagnosenetzwerkschnittstelle ist, wird das Paket unter Verwendung der bidirektionalen Netzwerkbrückenfunktionalität des Systems 12 zu der entgegengesetzten Schnittstelle 300 überbrückt. Genauer gesagt werden nicht übereinstimmende Pakete von dem Router 309 aus auf dem Weg F zu der HF-Schnittstelle 300 weitergeleitet. Das heißt, auf einer Schnittstelle empfangene Netzwerkschichtpakete werden zu der entgegengesetzten Schnittstelle weitergeleitet, solange die Paket-MAC-Schicht-Verkapselung (6) ein überbrücktes Ziel angibt. Die Zieladresse wird aus der DOCSIS-kompatiblen Ethernet-MAC-Rahmenverkapselung von IP-Paketen abgeleitet, die sowohl eine 48-Bit-Ziel-MAC-Adresse (Element 514 von 6) als auch eine 48-Bit-Quellen-MAC-Adresse (Element 518 von 6) enthält. Die Überbrückungsfähigkeit des Systems 12 ist bidirektional und verwendet die MAC-Schicht-Routing-Funktionen 303 für die HF-Schnittstelle und 309 für die CPE-Schnittstelle. Bei der Durchführung einer Überbrückung wählt der Entscheidungs-Router 303 zwischen den Wegen C und B, und der Router 309 wählt zwischen den Wegen G und F paketweise auf der Basis der Paket-Ziel-MAC-Adresse. Obwohl das Filter 311 durch das Modem des Systems 12 eine Verzögerung in die Überbrückungsdaten einführen kann, kann das Filter ohne weiteres so implementiert werden, daß die Verzögerung unerheblich bleibt.
  • Die durch Integration des Filters 311 in das System 12 abgeleiteten Vorteile sind zum Beispiel die folgenden: (a) es wird überflüssig, Netzwerkparameter manuell zu konfigurieren, um lokale Kommunikation zwischen dem Modemsystem 12 und einem CPE-Gerät zu unterstützen, (b) es wird einem CPE-Gerät möglich, gleichzeitig im Web zu surfen, Email auszutauschen usw., während Daten für lokale Anwendungen ausgetauscht werden, (c) das Filter 311 kann entweder in Hardware oder in Software als einfache Logikfunktion implementiert werden und kann auch zu der HF-Schnittstelle 312 hinzugefügt werden und (d) es können mehrere IP-Adressen (entsprechend zusätzlichen Netzwerkschnittstellen des Kabelmodem-TCP/IP-Stapels 615) definiert werden, um vielfältige Funktionen einzuleiten, z. B. Email, Fax, Internet-Telefon/-videophone, Haushaltsgerätesteuerung, Steuerung der Peripherie (z. B. DVD, VCR, Digitalreceiver, TV, Videokamera, Computer), Heimsicherheitssteuerung, Diagnosefunktionen und etwaige andere Funktionen, die durch ein angeschlossenes CPE-Gerät betreibbar sind (siehe Tabelle I). Tabelle I
    IP-Adresse Auf Ethernet-MAC-Adresse abgebildet Eingeleitete/gesteuerte Funktion
    192.168.100.1 00:10:95:FF:00:03 Diagnose-/Testaktivierung und/oder -steuerung
    199.168.100.2 00:10:95:FF:00:04 TV-Aktivierung und/oder – Steuerung
    194.168.100.3 00:10:95:FF:00:05 VCR/DVD-Aktivierung und/oder Steuerung
    192.169.100.4 00:10:95:FF:00:06 Videokameraaktivierung und Alarmmonitor
    192.168.110.1 00:10:95:FF:00:07 Zentralheizungsaktivierung und -steuerung
    192.168.102.1 00:10:95:FF:00:08 Klimaanlagenaktivierung und/oder -steuerung
    192.168.120.1 00:10:95:FF:00:13 Heimsicherheitssystem-Überwachung
    192.169.100.5 00:10:95:FF:00:23 Computerfunktionsaktivierung und/oder -steuerung
    172.32.100.1 00:10:95:FF:00:24 Digitalreceiveraktivierung und/oder -steuerung
    192.238.100.1 00:10:95:FF:00:25 Faxaktivierung und/oder – steuerung
    195.168.100.1 00:10:95:FF:00:15 Telefon-/Videotelefon-Aktivierung und/oder – steuerung
    192.168.121.1 00:10:95:FF:00:26 Anrufbeantworteraktivierung und/oder -steuerung
    232.126.234.1 00:10:95:FF:00:19 Interfunktionsaktivierung und/oder -steuerung
  • Tabelle I zeigt mehrere individuelle IP-Adressen, die mit Gruppen verschiedener Funktionen assoziiert sind. Jede Gruppe besteht aus einem Paar aus IP-Adresse/MAC-Adresse und dient zum Definieren der assoziierten TCP/IP-Stapelnetzwerkschnittstelle. Gegebenenfalls können Funktionen innerhalb jeder Gruppe unter Verwendung einer assoziierten Portnummer des UDP (User Datagram Protocol) oder TCP (Transmission Control Protocol) individuell identifiziert werden. Diese IP-Adressen werden durch ein Internet-kompatibles Kommunikationsprotokoll (oder bei verschiedenen Anwendungen ein anderes Kommunikationsprotokoll) zur Steuerung oder Aktivierung von Funktionen in einem Decodersystem von einer abgesetzten/lokalen Quelle gesendet. Dadurch können zum Beispiel vielfältige Funktionen abgesetzt (oder lokal) aktiviert oder gesteuert werden, indem man an einem Computer oder einer Internet-Zugangseinrichtung auf eine Webseite zugreift und die Übertragung der entsprechenden IP-Adresse, die mit einer spezifischen Funktion, wie in Tabelle I exemplifiziert, assoziiert ist, einleitet. Im Decoder wird eine empfangene IP-Paket-IP-Adresse mit Adressen in einer vorbestimmten (oder heruntergeladenen) Datenbank verglichen, die IP-Adressen auf andere Protokolladressen einer anderen hierarchischen Kommunikationsschicht, wie z. B. MAC- oder MPEG-kompatible Adressen, abbildet. Auf ähnliche Weise wie für die Diagnoseanwendung des Systems 12 beschrieben, ersetzt ein Editor in dem Decoder die verschiedenen hierarchischen Kommunikationsschichtprotokolladressen durch eine (mit der verglichenen IP-Adresse durch die Datenbank assoziierten) abgebildeten (z. B. MAC-Schicht-)Adresse.
  • Die (in 4 und 5 weiter detaillierte) Architektur des Systems vom 2 ist nicht erschöpfend. Es können andere Architekturen gemäß den Prinzipien der Erfindung abgeleitet werden, um dieselben Ziele zu erreichen. Außerdem können die Funktionen der Elemente des Kabelmodemsystems 12 und die Prozeßschritte von 3 ganz oder teilweise innerhalb der programmierten Anweisungen der Steuerung 60 implementiert werden. Zusätzlich gelten die Prinzipien der Erfindung für jedes bidirektionaler Kommunikationssystem mit mehrschichtigem Protokoll und sind nicht auf DOCSIS-kompatible Modems oder eine beliebige andere Art von Modem beschränkt. Außerdem können das Paketfilterelement und die erfindungsgemäßen Prinzipien, die hier beschrieben wurden, erweitert werden, um an IEEE-802.3-Paketen, mit IEEE-802.5-Token Ring kompatiblen Paketen, IEEE-802.11-Paketen und MPEG-Transportpaketen sowie an unterschiedlichen Internet- und anderen Protokoll-Paketen zusätzlich zum Beispiel zu den Digital/Intel/Xerox-(DIX-)Ethernet-Paketen zu operieren.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Übermitteln packetierter Daten zwischen verschiedenen Netzwerken unter Verwendung hierarchischer Schichten von Kommunikationsprotokollen, wobei das Verfahren zum Betrieb in einem bidirektionalen Kommunikationssystem dient, mit den folgenden Schritten: Vergleichen (403) einer empfangenen IP-Paket-Zieladresse in einer ersten Protokollschicht mit einer vorbestimmten IP-Adresse, um zu bestimmen, ob eine Adressenübereinstimmung vorliegt; und Umleiten (405) von Nutzinformationen des empfangenen IP-Pakets von einem Internet-Netzwerk zu einem lokalen Netzwerk als Reaktion auf die Adressenübereinstimmung, gekennzeichnet durch Ersetzen (405) einer empfangenen Adresse einer zweiten Protokollschicht, die mit dem empfangenden IP-Paket assoziiert ist, durch eine Adresse einer zweiten Protokollschicht, wobei die zweite Protokollschicht von der ersten Protokollschicht verschieden ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn keine Adressenübereinstimmung vorliegt, die Nutzinformationen des empfangenen IP-Pakets zu einem von dem lokalen Netzwerk verschiedenen Ziel geleitet werden, um eine erste Anwendung zu unterstützen, die gleichzeitig mit einer anderen zweiten Anwendung operiert, die in dem lokalen Netzwerk ausgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Anwendung eine der folgenden ist: (a) eine Web-Surfing-Anwendung, (b) Email, (c) Internettelefon/-videotelefon, und die zweite Anwendung eine der folgenden ist: (i) Haushaltsgerätesteuerung, (ii) Peripheriesteuerung und (iii) eine Diagnosefunktion.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das bidirektionale Kommunikationssystem ein Kabelmodem ist und mit dem Schritt des Einleitens einer Anwendung als Reaktion auf den Empfang der umgeleiteten Nutzinformationen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Umleitschritt Nutzinformationen des empfangenen IP-Pakets aus einem ersten Netzwerk zu einem Kommunikationspuffer umleitet, um eine lokale Anwendung zu unterstützen, die (a) Haushaltsgerätesteuerung, (b) Peripheriesteuerung, (c) eine Kommunikationsfunktion, (d) eine Diagnosefunktion und/oder (e) sichere private Internet- oder Intranet-Kommunikationsfunktionen umfaßt.
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