DE60132071T2 - Kabelmodemsystem und verfahren zur übertragung von speziellen daten - Google Patents

Kabelmodemsystem und verfahren zur übertragung von speziellen daten Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kabelmodemsysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Kabelmodemsystem und ein Verfahren zur Datenübertragung.
  • Hintergrund
  • Herkömmliche Kabelmodemsysteme nutzen DOCSIS-konforme Geräte und Protokolle, um Daten zwischen einem oder mehreren Kabelmodems und einem Cable Modem Termination System (CMTS) zu übertragen. DOCSIS (Data Over Cable System Interface Spezification, Spezifikation für die Systemschnittstelle für die Übertragung von Daten über Kabel) bezieht sich im Allgemeinen auf eine Gruppe von Spezifikationen, die branchenweit gültige Standards für Kabel-Kopfstellen und Kabelmodem-Geräte definieren. Teilweise legt DOCSIS Anforderungen und Zielsetzungen für verschiedene Aspekte von Kabelmodemsystemen dar, welche Betriebsunterstützungssysteme, Verwaltung, Datenschnittstellen sowie Datentransport auf der Netzwerkschicht, auf der Sicherungsschicht und auf der Bitübertragungsschicht für Kabelmodemsysteme umfassen.
  • Auf einer oberen Ebene umfasst DOCSIS ein 4-Wege-Handshake-Protokoll mit dem folgenden Nachrichtenaustausch: (1) Anforderung von Bandbreite für die Datenübertragung durch ein Kabelmodem, (2) Bewilligung der Anforderung durch das CMTS, (3) Angabe eines Upstream-Zeitschlitzes durch das CMTS und (4) nachfolgende Datenübertragung durch das Kabelmodem. Sowohl die Zeitschlitzangabe als auch die Bewilligungsnachrichten sind in einer einzelnen DOCSIS-Nachricht eingekapselt, die unter dem Namen Map bekannt ist, die in der Tat alle die normale Funktionsweise des DOCSIS-Protokolls betreffenden Rückmeldungen von dem CMTS an die Kabelmodems umfasst.
  • Nachdem die Bewilligung durch das CMTS von dem Kabelmodem empfangen worden ist, kann der Upstream-Kanal als kontinuierlicher Strom von Mini-Zeitschlitzen betrachtet werden, die zum Übertragen von Daten auf Arten verwendet werden können, die von den DOCSIS-Standardprotokollen abweichen und effizienter als diese sind. Zum Beispiel können Sprach- und Datenpakete von dem Kabelmodem so verarbeitet werden, dass durch die Beseitigung von Protokoll-Systemaufwand die Anzahl von Bits, die pro Paket übertragen werden, verringert wird. Insbesondere kann eine proprietäre, protokollspezifische Header-Komprimierungstechnik zum Verringern der Größe diverser Protokoll-Header innerhalb eines bestimmten DOCSIS-Pakets verwendet werden. Die Verwendung einer protokollspezifischen Header-Komprimierungstechnik stellt einen ausgeprägten Vorteil gegenüber DOCSIS 1.0 dar, das keine Header-Unterdrückung vorsieht, sowie gegenüber DOCSIS 1.1, das Header-Unterdrückung nur auf der Grundlage des Vorhandenseins redundanter Bitfolgen in nacheinander übertragenen Paketen gestattet.
  • Techniken, welche die Anzahl von pro Paket übertragenen Bits wie weiter oben beschrieben verringern, erfordern eine zusätzliche Verarbeitung durch das CMTS, um das ursprüngliche DOCSIS-Paket und die darin enthaltenen Protokoll-Header zu rekonstruieren, so dass das Paket von der Kabel-Kopfstelle ordnungsgemäß gehandhabt werden kann. Herkömmliche CMTS-Geräte sehen jedoch keine solchen zusätzlichen Verarbeitungsfunktionen vor. Im Übrigen kann das Austauschen oder Nachrüsten vorhandener CMTS-Geräte, um diese Funktionen vorzusehen, in untragbarer Weise kostenaufwändig sein.
  • Das Dokument SUMNER M: "DOCSIS 1.1 Overview" CABLEABS, [On-line] 3. Mai 1999 (1999-05-03), XP002165493, aus dem Internet abgerufen unter <URL:http://www.cablemodem.org/Euro11_Overview.pdf> [am 07.08.2001 abgerufen] offenbart ein Verfahren zur Unterdrückung von Nutzdaten-Headern.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kabelmodemsystem und ein Verfahren für die Datenübertragung bereitzustellen, die eine spezialisierte Kopfstellenverarbeitung von geänderten DOCSIS-Paketen bei Nutzung herkömmlicher CMTS-Geräte bereitstellen, die nicht oder nur geringfügig verändert sind.
  • Diese Aufgabe wird durch ein in dem unabhängigen Anspruch 1 angegebenes Kabelmodemsystem und ein in dem unabhängigen Anspruch 6 angegebenes Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen erfüllt.
  • Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel ist auf ein Kabelmodemsystem zum Übertragen von Daten von einer Benutzervorrichtung an ein ein Kabelmodem umfassendes Netzwerk, ein mit dem Kabelmodem über ein Kabelnetzwerk gekoppeltes Cable Modem Termination System und einen mit dem Cable Modem Termination System und mit dem Netzwerk gekoppelten Kopfstellen-Server gerichtet. Das Kabelmodem empfängt Datenpakete von der Benutzervorrichtung, ändert den Inhalt der Datenpakete gemäß einem Datenübertragungsprotokoll und überträgt die geänderten Datenpakete an das Cable Modem Termination System. Das Cable Modem Termination System empfängt die geänderten Datenpakete und überträgt die geänderten Datenpakete an den Kopfstellen-Server. Der Kopfstellen-Server stellt den Inhalt der geänderten Datenpakete in einem nicht geänderten Zustand wieder her und überträgt die wiederhergestellten Datenpakete an das Netzwerk.
  • Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung hängt das Kabelmodem außerdem Adressinformationen an die geänderten Datenpakete an, und das Cable Modem Termination System überträgt die geänderten Datenpakete nur dann an den Kopfstellen-Server, wenn die Adressinformationen die Adresse des Kopfstellen-Servers umfassen. In weiteren Ausführungsbeispielen umfassen die Adressinformationen eine Ethernet-Adresse, und das Netzwerk umfasst das Internet. In noch weiteren Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Datenübertragungsprotokoll um ein Header-Unterdrückungsschema.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN/FIGUREN
  • Die beigefügten Zeichnungen, die in dieses Dokument aufgenommen wurden und einen Bestandteil der Anmeldung bilden, veranschaulichen die vorliegende Erfindung und dienen ferner zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern und es einem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen und zu verwenden.
  • 1 ist ein übergeordnetes Blockdiagramm eines Kabelmodemsystems gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt verschiedene für die Datenübertragung in einem Kabelmodemsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendete Paketformate.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens für die spezialisierte Datenübertragung in einem Kabelmodemsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • 4A zeigt ein Paketformat, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für die Datenübertragung in einem Kabelmodemsystem verwendet wird.
  • 4B zeigt ein Paketformat, das gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für die Datenübertragung in einem Kabelmodemsystem verwendet wird.
  • 4C zeigt ein Paketformat, das gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für die Datenübertragung in einem Kabelmodemsystem verwendet wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen geben identische Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente an. Außerdem identifiziert bzw. identifizieren die ganz links befindliche(n) Ziffer(n) die Zeichnung, in der das Bezugszeichen zum ersten Mal vorkommt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Inhaltsverzeichnis
    • A. Kabelmodemsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
    • B. Änderung und Rekonstruktion von Datenpaketen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
    • C. Spezialisierte Protokolle für die Datenübertragung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
    • D. Alternative Modulation-/Demodulationssysteme gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
    • E. Schlussbemerkung
  • A. Kabelmodemsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
  • 1 ist ein übergeordnetes Blockdiagramm eines beispielhaften Kabelmodemsystems 100 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Kabelmodemsystem 100 umfasst ein Kabelmodem 110, ein Kabelnetzwerk 112, ein Cable Modem Termination System (CMTS) 114 und einen Kopfstellen-Server 116.
  • Das Kabelmodem 110 funktioniert als Schnittstelle zwischen einer Vielzahl von angeschlossenen Benutzervorrichtungen und dem Kabelnetzwerk 112 und gestattet den Benutzervorrichtungen, Daten über das Kabelnetzwerk 112 zu senden und zu empfangen. In dem Kabelmodemsystem 100 umfassen die Benutzervorrichtungen ein erstes Telefon 102, ein zweites Telefon 104, einen ersten Datennutzer 106 und einen zweiten Datennutzer 108. Bei Ausführungsbeispielen umfassen das erste und das zweite Telefon 102 und 104 für IP-Telefonie (VoIP) taugliche Telefone, die zur Sprachkommunikation über ein paketvermitteltes Netzwerk geeignet sind. Bei Ausführungsbeispielen umfassen der erste Datennutzer 106 und der zweite Datennutzer 108 einen PC, eine Datenendeinrichtung und jede beliebige Benutzervorrichtung, die Anwendungen ausführen kann, die Daten über ein paketvemitteltes Netzwerk senden und empfangen. Bei dem beispielhaften Kabelmodemsystem 100 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Kabelmodem 110 und vier Benutzervorrichtungen 102, 104, 106 und 108 gezeigt. Im Allgemeinen kann das Kabelmodemsystem der vorliegenden Erfindung jede beliebige Anzahl von Kabelmodems und jede beliebige Zahl von Benutzervorrichtungen umfassen.
  • Das Kabelnetzwerk 112 verbindet das Kabelmodem 110 mit dem CMTS 114 und gestattet die Übertragung von Daten zwischen diesen Systemelementen. Bei Ausführungsbeispielen kann das Kabelnetzwerk 112 Koaxialkabel, Glasfaserkabel oder eine Kombination aus Koaxial- und Glasfaserkabeln umfassen, die über einen Glasfaserknoten verknüpft sind.
  • Das CMTS 114 ist ein Kopfstellenelement, das die Übertragung von Daten in Upstream- und Downstream-Richtung zwischen sich selbst und dem Kabelmodem 110 sowie allen anderen Kabelmodems steuert, an die es mittels des Kabelnetzwerks 112 angeschlossen sein kann. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst das CMTS 114 DOCSIS-konforme Hardware und Software, welche die Übertragung von Daten zwischen sich selbst und dem Kabelmodem 110 gemäß den DOCSIS-Spezifikationen steuert. Demgemäß beteiligt sich das CMTS 114 an einem 4-Wege-Handshake-Protokoll mit dem Kabelmodem 110, das den folgenden Nachrichtenaustausch umfasst: (1) Anforderung von Bandbreite für die Datenübertragung durch das Kabelmodem 110, (2) Bewilligung der Anforderung durch das CMTS 114, (3) Angabe eines Upstream-Zeitschlitzes durch das CMTS 114 und (4) nachfolgende Datenübertragung durch das Kabelmodem 110. Sowohl die Zeitschlitzangabe als auch die Bewilligungsnachrichten sind in einer einzelnen DOCSIS-Nachricht eingekapselt, die unter dem Namen Map bekannt ist, die in der Tat alle die normale Funktionsweise des DOCSIS-Protokolls betreffenden Rückmeldungen an das Kabelmodem 110 umfasst.
  • Das CMTS 114 fungiert auch als Schnittstelle zwischen dem Kabelnetzwerk 112 und dem Internet 118 und verarbeitet von dem Kabelmodem 110 empfangene Daten, die an das Internet gerichtet sind, um an das Internet 118 übertragen zu werden. Wie weiter unten noch ausführlicher erörtert wird, leitet das CMTS bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bestimmte Typen von Daten, die von dem Kabelmodem 110 empfangen wurden, zur weiteren Verarbeitung an den Kopfstellen-Server 116 weiter, bevor die Daten an das Internet 118 übertragen werden können. Das CMTS 114 fungiert auch als Schnittstelle zwischen dem Kabelmodem 110 und weiteren Kabelmodems in dem Kabelnetzwerk 112. Zum Beispiel kann das CMTS 114 Daten zwischen dem Kabelmodem 110 und einem weiteren Kabelmodem (nicht gezeigt) in dem Kabelnetzwerk 112 übertragen.
  • B. Änderung und Rekonstruktion von Datenpaketen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können das Kabelmodem 110 und der Kopfstellen-Server 116 Daten in proprietären Formaten, die von den Standard-DOCSIS-Protokollen abweichen, senden und empfangen. Bei Ausführungsbeispielen kann das Kabelmodem 110 Datenpakete gemäß einem proprietären Header-Unterdrückungsschema ändern, bevor sie über das Kabelnetzwerk 112 übertragen werden, und der Kopfstellen-Server 116 kann die geänderten DOCSIS-Pakete, die über das Kabelnetzwerk 112 und das CMTS 114 von dem Kabelmodem 110 empfangen werden, rekonstruieren.
  • 2 ist hilfreich, um eine Art und Weise zu erklären, wie Pakete gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung durch das Kabelmodem 110 geändert und durch den Kopfstellen-Server 116 rekonstruiert werden. Insbesondere veranschaulicht 2 ein Eingabepaket 202, ein komprimiertes Paket 204 und ein rekonstruiertes Paket 206 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Das Eingabepaket 202 stellt ein Datenpaket dar, das durch eine Benutzervorrichtung für die Übertragung über das Kabelnetzwerk 112 generiert wurde. Das Eingabepaket 202 umfasst einen 802.3-Header 204, einen IP-Header 206, einen UDP-Header 208, einen RTP-Header 210, Nutzdaten 212 und ein CRC-Feld 214.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das Datenpaket 202 durch ein Anwendungsprogramm generiert werden, das auf dem weiter oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen ersten Datennutzer 106 ausgeführt wird. Zum Beispiel kann ein Anwendungsprogramm, das auf dem ersten Datennutzer 106 ausgeführt wird, Sprach- oder Dateninformationen für die Übertragung über das Kabelnetzwerk 112 an ein lokales Kabelmodem oder an das Internet generieren. Diese Sprach- oder Dateninformationen umfassen die Nutzdaten 212 des Eingabepakets 202. Ein auf dem ersten Datennutzer 106 ausgeführtes Anwendungsprogramm oder eine Betriebssystemroutine hängt den IP-Header 206, den UDP-Header 208, den RTP-Header 210 und das CRC-Feld 214 an die Nutzdaten an, so dass sie gemäß den Standard-IP-Protokollen übertragen werden können. Eine Ethernet-Karte innerhalb des ersten Datennutzers 106 hängt ferner den 802.3-Header an das Paket an, so dass das Eingabepaket gemäß den Standard-Ethernet-Protokollen übertragen werden kann.
  • Das Eingabepaket 202 wird an das Kabelmodem 110 übertragen, das bestimmt, ob die Header-Informationen in dem Eingabepaket 202 gemäß einem proprietären Header-Unterdrückungsschema unterdrückt werden können oder nicht. Bei Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem proprietären Header-Unterdrückungsschema um ein protokollspezifisches Header-Unterdrückungsschema, das Header-Felder prädiktiv auf der Grundlage einer a-priori-Kenntnis der diversen Protokolle, mit denen die Header verbunden sind, ändert.
  • Wenn die Header-Informationen unterdrückt werden können, unterdrückt das Kabelmodem 110 den 802.3-Header 204, den IP-Header 206, den UDP-Header 208 und den RTP-Header 210. Bei einem Ausführungsbeispiel werden alle der 802.3-, IP-, UDP- und RTP-Header beseitigt und durch einen aus einem einzelnen Byte bestehenden Rekonstruktionsindex ersetzt. In dem Fall, in dem es sich bei dem Eingabepaket 202 um ein Sprachpaket handelt (das heißt, die Nutzdaten 212 sind Sprachnutzdaten), liefert dieses Schema einen Vorteil von 14 Byte pro Sprachpaket gegenüber der Header-Unterdrückungstechnik von DOCSIS 1.1.
  • Indem es eine Header-Unterdrückung an dem Eingabepaket 202 durchführt, generiert das Kabelmodem ein "komprimiertes" Datenpaket 204 zur Übertragung über das DOCSIS-Netzwerk. Wie in 2 gezeigt, umfasst das komprimierte Datenpaket 204 einen neuen 802.3-Header 232, einen proprietären Header 216, Nutzdaten 218 und ein neues CRC-Feld 234. Bei Ausführungsbeispielen sind die Nutzdaten 212 nicht komprimiert, und daher sind die Nutzdaten 218 mit den Nutzdaten 212 des Eingabepakets 202 identisch.
  • Der proprietäre Header 216 umfasst Informationen, die einem Empfänger des komprimierten Pakets angeben, wie es zu rekonstruieren ist. Bei Ausführungsbeispielen umfassen diese Informationen eine Identifikation des Kabelmodems, von dem aus das komprimierte Paket 204 übertragen worden ist.
  • Zusätzlich zu dem Durchführen der Header-Unterdrückung an dem Eingabepaket 202 platziert das Kabelmodem 110 außerdem einen neuen 802.3-Header 232 auf dem komprimierten Paket 204. Der neue 802.3-Header ist notwendig, um das komprimierte Paket 204 an den Kopfstellen-Server 116 zu adressieren, der das komprimierte Paket 204 gemäß dem proprietären Header-Unterdrückungsprotokoll rekonstruieren wird. Durch Anhängen des neuen, an den Kopfstellen-Server 116 adressierten 802.3-Headers 232 an das komprimierte Paket 204 stellt das Kabelmodem 110 sicher, dass das komprimierte Paket 204 zur notwendigen zusätzlichen Verarbeitung von dem CMTS 114 an den Kopfstellen-Server 116 übergeben wird, anstatt von dem CMTS 114 verarbeitet und an das Internet 118 übertragen zu werden.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Kopfstellen-Server 116 möglicherweise nicht direkt mit dem CMTS 114, sondern stattdessen über das Internet 118 verbunden. Bei einem solchen alternativen Ausführungsbeispiel müsste das Kabelmodem 110 zusätzlich zu dem neuen 802.3-Header 232 eine neue IP-Adresse vorne an dem komprimierten Datenpaket 204 platzieren, um komprimierte Datenpakete an den Kopfstellen-Server zu adressieren. Die vorliegende Erfindung ist auf ein solches alternatives Ausführungsbeispiel gerichtet.
  • Der Kopfstellen-Server 116 kann das komprimierte Datenpaket 204 gemäß dem proprietären Header-Unterdrückungsprotokoll rekonstruieren, um ein rekonstruiertes Datenpaket 206 zu generieren. Wie in 2 gezeigt, wird ein Teil des proprietären Headers 216 aus dem komprimierten Paket 204 in dem rekonstruierten Paket 206 in einen Standard-802.3-Header 220, einen IP-Header 222, einen UDP-Header 224 und einen RTP-Header 226 dekomprimiert. Diese Header sind mit dem 802.3-Header 204, dem IP-Header 206, dem UDP-Header 208 und dem RTP-Header 210 des Eingabepakets 202 identisch. Der Kopfstellen-Server 116 generiert außerdem ein neues CRC-Feld 230. Die Nutzdaten 228 des rekonstruierten Pakets 206 sind mit den Nutzdaten des komprimierten Pakets 204 identisch.
  • Nachdem der Kopfstellen-Server 116 das rekonstruierte Paket 206 generiert hat, kann er es für die Übertragung an ein weiteres Kabelmodem in dem Netzwerk 112 oder an das Internet 118 an das CMTS 114 zurücksenden, oder der Kopfstellen-Server 116 kann das rekonstruierte Paket 206 direkt an das Internet 118 übertragen.
  • C. Spezialisierte Protokolle für die Datenübertragung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm 300 eines Verfahrens für die spezialisierte Datenübertragung in einem Kabelmodemsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Beschreibung be schränkt, die von dem Ablaufdiagramm 300 bereitgestellt wird. Vielmehr ist für Fachleute auf diesem Gebiet aus den in diesem Dokument bereitgestellten Lehren offensichtlich, dass auch andere funktionelle Abläufe in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegen. Das Ablaufdiagramm 300 wird unter weiterer Bezugnahme auf das beispielhafte Kabelmodemsystem 100 von 1 beschrieben.
  • In Schritt 302 wird das Kabelmodem 110 eingeschaltet und leitet eine Handshaking-Routine mit dem CMTS 114 über das Kabelnetzwerk 112 ein, um das CMTS 114 zu informieren, dass das 110 nun in dem Kabelnetzwerk 112 präsent und aktiv ist. Während des Handshaking-Vorgangs lädt das Kabelmodem 110 eine Konfigurationsdatei von dem CMTS 114 herunter, welche die Adressinformationen für den Kopfstellen-Server 116 umfasst. Das Kabelmodem 110 sendet dann unter Verwendung von Standard-DOCSIS-Paketen Identifikation- und Konfigurationsinformationen an den Kopfstellen-Server 116. Als Reaktion darauf ordnet der Kopfstellen-Server 116 internen Speicher zu, der zum Speichern von Konfigurationsinformationen für das Kabelmodem 110 verwendet wird. Bei Ausführungsbeispielen ordnet der Kopfstellen-Server 116 außerdem internen Speicher zu, der zum Speichern von Paketen verwendet wird, die von dem Kabelmodem 110 empfangen wurden. Zuvor empfangene Paketinformationen können von dem Kopfstellen-Server 116 verwendet werden, um von dem Kabelmodem 110 empfangene komprimierte Pakete zu rekonstruieren, wobei das Komprimierungsschema teilweise darauf basiert, dass nur inkrementelle Änderungen an den Feldern eines Pakets gesendet werden.
  • In Schritt 304 generiert eine Benutzervorrichtung (zum Beispiel ein erstes Telefon 102, ein zweites Telefon 104, ein erster Datennutzer 106 oder ein zweiter Datennutzer 108) ein Datenpaket zur Übertragung über das Kabelnetzwerk 112. Bei Ausführungsbeispielen kann das Datenpaket das Eingabepaket 202 von 2 umfassen.
  • In Schritt 306 empfangt das Kabelmodem 110 das Datenpaket von der Benutzervorrichtung und führt in geeigneter Weise eine Header-Unterdrückung gemäß einer proprietären Header-Unterdrückungsroutine durch, wie unter Bezugnahme auf 2 weiter oben ausführlicher beschrieben. Das Kabelmodem 110 generiert dadurch ein komprimiertes Datenpaket mit einer neuen 802.3-Header-Adresse, die das komprimierte Datenpaket an den Kopfstellen-Server 116 richtet. Bei Ausführungs beispielen kann das komprimierte Datenpaket das komprimierte Datenpaket 204 von 2 umfassen.
  • In Schritt 308 sendet das Kabelmodem 110 gemäß dem DOCSIS-Protokoll eine Anforderung nach Bandbreite für eine Datenübertragung an das CMTS 114.
  • In Schritt 310 generiert das CMTS 114 eine Map, welche die Anforderung bewilligt und die Angabe eines Upstream-Zeitschlitzes an das Kabelmodem 110 bereitstellt.
  • In Schritt 312 empfängt das Kabelmodem 110 über die Map-Nachricht die Bewilligung von dem CMTS 114.
  • In Schritt 314 nutzt das Kabelmodem 110 seinen Zeitschlitz zur Übertragung des komprimierten Datenpakets an das CMTS 114.
  • In Schritt 316 empfängt das CMTS 114 das komprimierte Datenpaket und untersucht den neuen 802.3-Header. Da der neue 802.3-Header an den Kopfstellen-Server 116 adressiert ist, übergibt das CMTS 114, wie in Schritt 318 gezeigt, das komprimierte Datenpaket an den Kopfstellen-Server 116, anstatt ihn als Standard-DOCSIS-Paket zu verarbeiten.
  • In Schritt 320 empfangt der Kopfstellen-Server 116 das komprimierte Datenpaket, entfernt den neuen 802.3-Header und rekonstruiert das komprimierte Datenpaket, um ein rekonstruiertes Datenpaket gemäß einem proprietären Header-Unterdrückungsprotokoll zu generieren. Bei Ausführungsbeispielen umfasst das rekonstruierte Datenpaket das rekonstruierte Datenpaket 206 von 2.
  • In Schritt 322 sendet der Kopfstellen-Server 116 das rekonstruierte Datenpaket zur Übertragung an ein weiteres Kabelmodem in dem Kabelnetzwerk 112 oder an das Internet 118 an das CMTS 114 zurück, oder der Kopfstellen-Server 116 kann das rekonstruierte Paket 206 direkt an das Internet 118 übertragen.
  • D. Alternative Ausführungsbeispiele von Kabelmodemsystemen gemäß der vorliegenden Erfindung
  • Das beispielhafte Kabelmodemsystem und die weiter oben beschriebenen Verfahren sehen die Übertragung und die Kopfstellenverarbeitung von Daten gemäß spezialisierten Datenübertragungsprotokollen vor, während herkömmliche Geräte und Software für ein Cable Modem Termination System (CMTS) genutzt werden. Da das weiter oben beschriebene System und die weiter oben beschriebenen Verfahren einen über Ethernet adressierbaren Kopfstellen-Server zum Durchführen der Rekonstruktion von Datenpaketen nutzen, die gemäß einem proprietären Datenübertragungsprotokoll geändert wurden, ist keine Änderung von CMTS-Geräten oder -Software erforderlich. Es sei angemerkt, dass dort, wo ein CMTS einen Router umfasst, der Pakete direkt an das Internet-Backbone-Netzwerk übergibt, möglicherweise einige Software-Änderungen erforderlich sind, um komprimierte Pakete an den Kopfstellen-Server umzuleiten. Eine derartige Software-Änderung wäre jedoch sehr geringfügig und nicht teuer.
  • Ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kabelmodemsystems gemäß der vorliegenden Erfindung nutzt CMTS-Software-Komponenten, um die weiter oben beschriebenen Rekonstruktionsfunktionen im Hinblick auf den Kopfstellen-Server 116 von 1 auszuführen. Eine solche Konfiguration würde eine verbesserte Bandbreitennutzung in dem Kabelnetzwerk vorsehen.
  • 4A zeigt zum Beispiel einen beispielhaften Paketaufbau 402 für ein gemäß dem Kabelmodemsystem 100 von 1 und/oder gemäß dem Verfahren von 3 gesendetes komprimiertes Paket. Anders ausgedrückt zeigt 4A einen beispielhaften Paketaufbau 402 für ein komprimiertes Paket, das gemäß einem Kabelmodemsystem gesendet wurde, bei dem die Rekonstruktion von komprimierten Paketen durch einen spezialisierten Kopfstellen-Server und nicht von dem CMTS selbst durchgeführt wird. Das Paket 402 umfasst aus Gründen der Kompatibilität mit der CMTS-Hardware einen 6 Byte langen DOCSIS-Header 408, einen 8 Byte langen 802.3-Header zum Adressieren des spezialisierten Kopfstellen-Servers, einen proprietären Header 412 mit variabler Länge, der die Informationen zu dem komprimierten Header enthält, und ein Benutzerdatenfeld 414 mit variabler Länge.
  • Im Gegensatz dazu zeigt 4B einen beispielhaften Paketaufbau 404 für ein komprimiertes Paket, das gemäß einem Kabelmodemsystem gesendet wurde, bei dem die Rekonstruktion von komprimierten Paketen nicht von dem Kopfstellen-Server, sondern durch CMTS-Software-Komponenten durchgeführt wird. Das Paket 404 erfordert aus Gründen der Kompatibilität mit der CMTS-Hardware nach wie vor einen DOCSIS-Header 416, und wie das Paket 402 umfasst das Paket 404 einen proprietären Header 418 mit variabler Länge, der die komprimierten Header-Informationen enthält, und ein Benutzerdatenfeld 420 mit variabler Länge. Das Paket 404 erfordert jedoch keinen 802.3-Header, weil in dieser Konfiguration kein spezieller Kopfstellen-Server verwendet wird. Somit wird eine Einsparung von 14 Byte erreicht.
  • Weitere Verbesserungen bei der Bandbreitennutzung können dort erreicht werden, wo ein erfindungsgemäßes Kabelmodemsystem nicht nur die CMTS-Software, sondern sowohl die CMTS-Hardware als auch CMTS-Software nutzt, um die Rekonstruktion von komprimierten Paketen durchzuführen. 4C zeigt ein beispielhaftes Paketformat 406 für ein komprimiertes Paket gemäß einer solchen Konfiguration. Wie aus 4C deutlich wird, kann das CMTS Pakete ohne einen DOCSIS-Header empfangen, da die Hardware des CMTS geändert wurde. Somit besteht das Paket 406 nur aus einem proprietären Header 422 mit variabler Länge, der die komprimierten Header-Informationen enthält, und aus einem Benutzerdatenfeld 424 mit variabler Länge.
  • Jede der obigen Konfigurationen ist selbst innerhalb der Grenzen eines DOCSIS-konformen Systems erreichbar, weil DOCIS so konzipiert ist, dass es Upstream-Übertragungen von Kabelmodems zu der Kopfstelle auf einem gemeinsam genutzten und eingeteilten Medium ermöglicht. Genauer gesagt erfordert DOCSIS, dass das CMTS die Konfiguration von Kabelmodems bestimmt, die in dem Kabelnetzwerk aktiv sind, und als Reaktion auf Anforderungen von jedem Kabelmodem jedem Modem vorbestimmte Bandbreiten-Zeitschlitze zuordnet. Demgemäß verfügt das CMTS über die notwendigen Vorabinformationen, um zu bestimmen, wie es Pakete, die von den einzelnen Kabelmodems stammen, in seinem lokalen Kabelnetzwerk handhaben soll, und um in der Lage zu sein, sie demgemäß zu verarbeiten. Somit gestatten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die Verwendung von proprietären Datenübertragungsalgorithmen, die von Modem zu Modem unterschiedlich sein können, indem sie es dem Kopfstellengerät erlauben, geänderte DOCSIS-Pakete auf eine DOCSIS-konforme Weise zu empfangen.
  • E. Schlussbemerkung
  • Während weiter oben verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese nur beispielhalber und nicht beschränkungshalber dargestellt worden sind. Für die Fachleute auf diesem Gebiet versteht es sich, dass verschiedene Änderungen an Form und Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne von dem in den angehängten Ansprüchen definierten Schutzumfang abzuweichen. Somit soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht durch irgendeines der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern allein in Übereinstimmung mit den folgenden Ansprüchen und ihren Entsprechungen definiert werden.

Claims (10)

  1. Kabelmodemsystem (100) zum Übertragen von Datenpaketen von einem Kabelmodem (110) an ein Netzwerk (118), wobei die Datenpakete gemäß einem Datenübertragungsprotokoll formatiert sind, wobei das System Folgendes umfasst: ein über ein Kabelnetzwerk (112) mit dem Kabelmodem (110) gekoppeltes Cable Modem Termination System (114), dadurch gekennzeichnet, dass das Kabelmodemsystem (100) ferner Folgendes umfasst: einen mit dem Cable Modem Termination System (114) und dem Netzwerk (118) gekoppelten Kopfstellen-Server (116); wobei das Cable Modem Termination System (114) geeignet ist, die Datenpakete zu empfangen und die Datenpakete an den Kopfstellen-Server (116) zu übertragen; und wobei der Kopfstellen-Server (116) geeignet ist, das Format der Datenpakete gemäß dem Datenübertragungsprotokoll zu ändern und die geänderten Datenpakete an das Netzwerk (118) zu übertragen.
  2. Kabelmodemsystem (100) nach Anspruch 1, wobei die von dem Cable Modem Termination System (114) empfangenen Datenpakete Adressinformationen umfassen und wobei das Cable Modem Termination System (114) ferner geeignet ist, die Datenpakete nur dann an den Kopfstellen-Server (116) zu übertragen, wenn die Adressinformationen die Adresse des Kopfstellen-Servers (116) umfassen.
  3. Kabelmodemsystem (100) nach Anspruch 2, wobei die Adressinformationen eine Ethernet-Adresse umfassen.
  4. Kabelmodemsystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Netzwerk (118) das Internet umfasst.
  5. Kabelmodemsystem (100) nach Anspruch 1, wobei die von dem Cable Modem Termination System (114) empfangenen Datenpakete gemäß einem Header-Unterdrückungsschema formatiert wurden und wobei der Kopfstellen-Server (116) geeignet ist, unterdrückte Header-Informationen in den Datenpaketen wiederherzustellen.
  6. Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen in einem Kabelmodemsystem (100), wobei die Datenpakete von einem Kabelmodem (110) an ein Netzwerk (118) übertragen werden, wobei die Datenpakete gemäß einem Datenübertragungsprotokoll formatiert werden, wobei das Kabelmodemsystem (100) Folgendes umfasst: ein über ein Kabelnetzwerk (112) mit dem Kabelmodemsystem (110) gekoppeltes Cable Modem Termination System (114); einen mit dem Cable Modem Termination System (114) und dem Netzwerk (118) gekoppelten Kopfstellen-Server (116); wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen der Datenpakete und Übertragen der Datenpakete an den Kopfstellen-Server (116) durch das Cable Modem Termination System (114); Ändern des Formats der Datenpakete gemäß dem Datenübertragungsprotokoll und Übertragen der geänderten Datenpakete an das Netzwerk (118) durch den Kopfstellen-Server (116).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die von dem Cable Modem Termination System (114) empfangenen Datenpakete Adressinformationen umfassen und wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst: Übertragen der Datenpakete durch das Cable Modem Termination System (114) an den Kopfstellen-Server (116) nur dann, wenn die Adressinformationen die Adresse des Kopfstellen-Servers (116) umfassen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Adressinformationen eine Ethernet-Adresse umfassen.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Netzwerk (118) das Internet umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die von dem Cable Modem Termination System (114) empfangenen Datenpakete gemäß einem Header-Unterdrückungsschema formatiert wurden und wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst: Wiederherstellen unterdrückter Header-Informationen in den Datenpaketen durch den Kopfstellen-Server (116).
DE60132071T 2000-02-15 2001-02-15 Kabelmodemsystem und verfahren zur übertragung von speziellen daten Expired - Lifetime DE60132071T2 (de)

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