DE60216647T2

DE60216647T2 - Verfahren und System zur Erzeugung einer Zeitdifferenz hinsichtlich des Minizeitschlitz-Taktes und -Zählers in Headendvorrichgtungen

Info

Publication number: DE60216647T2
Application number: DE60216647T
Authority: DE
Inventors: Lisa V. Suwanee Denney; David R. Alpharetta Dworkin
Original assignee: Broadcom Corp
Current assignee: Broadcom Corp
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: EP1223699A2; DE60216647D1; US20020093935A1; US7006535B2; EP1223699A3; US20060120294A1; ATE348454T1; EP1223699B1

Description

Die hier beschriebene Erfindung betrifft TDMA-(Time Division Multiple Access = Zeitmultiplexverfahren mit Vielfachzugriff)-Kommunikationen und insbesondere die Synchronisierung zwischen einer Headend-Vorrichtung und fernen Geräten quer durch ein TDMA-System.
Gewisse Kommunikationssysteme umfassen einen Satz von fernen Kommunikationsvorrichtungen, die mit einer Headend-Vorrichtung derart verbunden sind, dass das Headend für die Verteilung von Informationsgehalt zu den fernen Geräten verantwortlich ist. In einem solchen System kann das Headend auch administrative Funktionen aufweisen, wie etwa die Verwaltung von Kommunikationen zwischen dem Headend und den fernen Geräten. Übertragungen von dem Headend zu einem oder mehreren der fernen Geräte werden hier als Downstream-Übertragungen bezeichnet. Übertragungen in der entgegengesetzten Richtung von einem fernen Gerät zu seinem assoziierten Headend werden hier als Upstream-Übertragungen bezeichnet. Da es mehrere ferne Geräte geben kann, die mit einem einzigen Headend assoziiert sind, müssen die Upstream-Kommunikationen so verwaltet werden, dass Ordnung und Effizienz aufrechterhalten werden. Ein adäquates Dienstniveau muss aufrechterhalten werden. Dies kann durch die Verwendung von mehreren Kanälen in der Upstream-Richtung und die Verwendung von TDMA-Kommunikationen in jedem Kanal des Upstream erreicht werden. In einer solchen Anordnung wird die Upstream-Bandbreite für jeden Kanal von dem Headend geregelt und zugewiesen. Jedes gegebene ferne Gerät kann in der Upstream-Richtung nur übertragen, nachdem es Bandbreite von dem Headend angefordert hat und eine Gewährung für die Bandbreite von dem Headend erhalten hat.
Ein Standard, mit dem ein solches Kommunikationssystem arbeiten kann, ist die Data Over Cable System Interface Specification (DOCSIS) (Spezifikation der Schnittstellen für Daten über Kabel-TV-Leitungen). Die DOCSIS-Spezifikation wurde ursprünglich für Kabelkommunikationssysteme ersonnen. Obwohl die DOCSIS bei solchen Kommunikationssystemen verwendet werden kann, ist sie nicht notwendigerweise auf Kabel beschränkt. Auch drahtlose Kommunikationssysteme können zum Beispiel nach der DOCSIS-Spezifikation arbeiten. In ähnlicher Weise kann die DOCSIS-Spezifikation in Satellitenkommunikationssystemen verwendet werden.
Auf dem Gebiet der Kabelkommunikationen spezifiziert DOCSIS die Anforderungen und Zwecke für ein Kabelheadend und für ferne Kabelmodems. Ein Kabelheadend ist auch als ein Kabelmodem-Terminierungssystem (CMTS; cable modern termination system) bekannt. Die DOCSIS besteht aus einer Gruppe von Spezifikationen, die Betriebsunterstützungssysteme, das Management, Datenschnittstellen sowie auch den Vermittlungsschicht-, Leitungsschicht- und physikalischen Schicht-Transport abdecken. Es sei angemerkt, dass die DOCSIS-Spezifikation keine Anwendungsschicht spezifiziert. Die DOCSIS-Spezifikation umfasst eine extensive Medienzugangsschicht-(MAC)- und physikalische (PHY) Schicht-Upstream-Parameter-Regelung für Robustheit und Anpassungsfähigkeit. Die DOCSIS stellt auch eine Sicherungsschicht-Sicherheit mit Zugriffsberechtigungsprüfung bereit. Dies verhindert den Diebstahl von Diensten und stellt eine gewisse Gewährleistung der Verkehrsintegrität bereit.
Die augenblickliche Version von DOCSIS (DOCSIS 1.1) verwendet einen Anforderungs-/Gewährungsmechanismus, um es den fernen Geräten (wie etwa den Kabelmodems) zu erlauben, auf eine Upstream-Bandbreite zuzugreifen. DOCSIS 1.1 erlaubt auch die Bereitstellung von unterschiedlichen Diensten für unterschiedliche Parteien, die an ein einziges Modem gebunden sein können. Im Hinblick auf die Verarbeitung von Paketen erlaubt DOCSIS 1.1 die Segmentierung von großen Paketen, was die Bandbreitenzuweisung vereinfacht. DOCSIS 1.1 erlaubt auch die Kombinierung von mehreren kleinen Paketen, um den Durchsatz je nach Notwendigkeit zu erhöhen. Sicherheitsmerkmale sind durch die Spezifikation des 56 Bit Data Encryption Standards (DES; Datenverschlüsselungsstandard), die Verschlüsselung und die Entschlüsselung vorhanden, um die Privatsphäre einer Verbindung zu sichern. DOCSIS 1.1 stellt auch eine Nutzdaten-Header-Unterdrückung bereit, wodurch unnötige Ethernet/IP Header Informationen unterdrückt werden können, damit die Bandbreitenausnutzung verbessert wird. DOCSIS 1.1 unterstützt auch den dynamischen Kanalwechsel. Der Downstream-Kanal oder der Upstream-Kanal oder beide können im Fluge gewechselt werden. Dies erlaubt einen Lastausgleich von Kanälen und kann die Robustheit verbessern.
In Kommunikationssystemen wie diesen kann die Ausbreitungsverzögerung (propagation delay) von betrieblicher Bedeutung sein und muss ausgegli chen werden. Jede Übertragung, egal ob upstream oder downstream, zwischen einem Headend und einem fernen Gerät wird einen gewissen Betrag an Zeit erfordern, um an ihrem Zielort anzukommen. Darüber hinaus kann, wenn ein Headend und mehrere assoziierte ferne Geräte gegeben sind, die Upstream-Ausbreitungsverzögerung zwischen jedem der fernen Geräte und dem Headend unterschiedlich sein. Aber eine effiziente Upstream-Kommunikation erfordert die Synchronisierung zwischen einem Headend und jedem ihrer fernen Geräte. Die Konkurrenz wird minimiert und die Verarbeitung wird effizienter gemacht, wenn zum Beispiel ein Headend weiß, wann sie eine Übertragung von einem fernen Gerät zu erwarten hat. Dies ist nur dann möglich, wenn das Headend und jedes ferne Gerät das gleiche Zeitgefühl aufweisen.
Die DOCSIS stellt eine Lösung für das Upstream-Synchronisierungsproblem bereit. Das Headend sendet eine Synchronisierungsnachricht an alle fernen Geräte, die mit dem Headend assoziiert sind. Die Synchronisierungsnachricht enthält einen 32 Bit Zeitstempel auf der Grundlage eines Taktes von 10,24 Megahertz (MHz). Der Zeitstempel ist eine Angabe des Wert des Taktes des Headends zu dem Zeitpunkt der Übertragung der Synchronisierungsnachricht. Der Zeitstempel wird dazu verwendet, die Synchronizität im Hinblick auf die Upstream-Kommunikationen zu erzielen, indem jedes ferne Gerät mit dem Taktwert des Headends versorgt wird, und zwar zu dem Augenblick der Zeit der Übertragung der Synchronisierungsnachricht. Jedes ferne Gerät verriegelt dann die Frequenz und die Phase seines lokalen Taktzählers so, dass er mit der Zählung übereinstimmt, die in dem empfangenen Zeitstempel enthalten ist.
Es sei angemerkt, dass der 10,24 MHz Takt in einigen Systemen in Form von Zeiteinheiten oder "Ticks" interpretiert werden kann. Jeder Tick kann zum Beispiel 6,25 Mikrosekunden dauern. Ticks können außerdem in größeren Einheiten organisiert werden, die Minizeitschlitze genannt werden. Die Anzahl an Ticks pro Minizeitschlitz kann nach dem Belieben des Headends definiert werden. Die zur Verfügung stehende Bandbreite kann deshalb als eine Reihe von Minizeitschlitzen betrachtet werden.
Nach dem Empfangen des Zeitstempels gleicht jedes ferne Gerät dann seinen lokalen Takt so an, dass es einen gewissen Teil der Ausbreitungsverzö gerung zwischen diesem und dem Headend ausgleicht. Dieser Kompensationsschritt berücksichtigt die bekannten Faktoren, die zu der gesamten Ausbreitungsverzögerung beitragen. Solche Faktoren umfassen die Systemtopologie und die Downstream-Verschachtelung. Diese Kompensation ist als Ranging Offset bekannt. Jedes ferne Gerät addiert den Ranging Offset zu seinem lokalen 32 Bit Takt. Der sich ergebende Taktwert wird dann arithmetisch in eine Minizeitschlitzzahl umgewandelt.
Nach der Synchronisierungsnachricht sendet das Headend eine anfängliche Zuordnungsnachricht (initial map message) (die im Allgemeinen entsprechend ihrer englischsprachigen Form mit Großbuchstaben als "MAP-Nachricht" bezeichnet wird und im Folgenden in dieser Form verwendet wird) an alle ihre fernen Geräte, die in einem gegebenen Kanal arbeiten. Diese Nachricht teilt im Allgemeinen allen fernen Geräten mit, welche(n) Minizeitschlitz(e) das ferne Gerät zur Übertragung in der Upstream-Richtung verwenden kann. Deshalb ordnet diese Nachricht ferne Geräte den Minizeitschlitzen zu. Diese Nachricht definiert auch einen bestimmten Punkt in dem Upstream (z.B. einen speziellen Minizeitschlitz), an dem die fernen Geräte antworten sollen. Wenn eine Antwort eines fernen Geräts an dem Headend empfangen wird, vergleicht das Headend die tatsächliche Ankunftszeit in dem Upstream mit der erwarteten Ankunftszeit. Jeglicher Unterschied zwischen diesen beiden Punkten stellt eine zusätzliche (da noch nicht berücksichtigte) Ausbreitungsverzögerung im Hinblick auf das antwortende ferne Gerät dar. Das Headend kann dann das ferne Gerät über diesen Unterschied informieren, was es dem fernen Gerät erlaubt, seinen lokalen Takt weiter anzupassen. Als eine Folge dieser Nachstellung werden das Headend und das ferne Gerät das gleiche Zeitgefühl im Hinblick auf die Upstream-Kommunikationen aufweisen.
Insbesondere definiert die anfängliche MAP-Nachricht in dem Upstream einen Anfangspunkt (einen Minizeitschlitz) in einem anfänglichen Verwaltungsbereich (IMR; initial maintenance region). Der IMR stellt ein Intervall in dem Upstream dar, in dem jedes der assoziierten fernen Geräte, die in dem gegebenen Kanal arbeiten, eine Antwort an das Headend schicken kann. Die MAP-Nachricht weist demnach Bandbreite zu. Da die MAP-Nachricht den anfänglichen Zeitpunkt (Minizeitschlitz) in dem Upstream definiert, an dem ein fernes Gerät antworten kann, wird jedes ferne Gerät antworten, wenn seine Minizeitschlitzzahl dem Minizeitschlitz entspricht, der in der MAP-Nachricht identifiziert ist. Das Headend wird dann an diesem Zeitpunkt in dem Upstream eine Antwort erwarten.
Aber es wird typischerweise eine gewisse restliche Ausbreitungsverzögerung geben. Das Headend wird eine Antwort zu einem bestimmten Zeitpunkt in dem Upstream erwarten; das ferne Gerät wird eine Antwort zu einem Zeitpunkt senden, den es für diesen bestimmten Zeitpunkt in dem Upstream hält. Wenn die Übertragung an das Headend ankommt, wird sie typischerweise etwas später sein, als sie von dem Headend erwartet wird. Diese Verzögerung stellt die restliche Ausbreitungsverzögerung des antwortenden fernen Geräts dar. Das Headend wird dann dem fernen Gerät die Größe dieser restlichen Ausbreitungsverzögerung mitteilen. Dies erlaubt es dem fernen Gerät, seinen internen Zeitstempel-(TS; time stamp)-Zähler um diesen Betrag weiter nachzustellen. An diesem Punkt ist das ferne Gerät effektiv mit dem Headend synchronisiert. Eine nachfolgende Nachricht, die von dem fernen Gerät zu einem bestimmten Zeitpunkt in dem Upstream gesendet wird, wird demnach an dem Headend zu einer Zeit empfangen, die das Headend für den bestimmten Zeitpunkt in dem Upstream hält.
Es sei angemerkt, dass der IMR, wie er von dem Headend zugewiesen wird, ausreichend groß sein muss, um jede mögliche Ausbreitungsverzögerung auszugleichen. Als eine Folge davon kann der IMR einen beträchtlichen Betrag an Zeit (d.h., Bandbreite) in dem Upstream darstellen. Der IMR muss alle möglichen Ausbreitungsverzögerungen für den Satz von fernen Geräten ausgleichen, die mit einem Headend im Hinblick auf einen bestimmten Upstream-Kanal assoziiert sind. In einigen Kommunikationssystemen ist die Upstream-Bandbreite aber kostbar. Sie stellt Möglichkeiten für die fernen Geräte dar, Informationen zurück zu dem Headend zu übertragen. Solche Übertragungen können Einkommensquellen für einen Kommunikationssystem-Provider darstellen. Deshalb stellt die Dedizierung eines beträchtlichen IMR zum Zwecke der Erzielung der Synchronisierung quer durch das System eine Ineffizienz und einen möglichen Verlust an Einkommen für den System Provider dar. Deshalb besteht ein Bedarf nach einem Synchronisierungsprozess, der für einen IMR weniger Upstream-Bandbreite benötigt.
Die US-A-5,317,571 betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Übertragungszeit zwischen fernen Geräten und einem Headend in einem Kommunikationssystem.
Die WO00/28712A betrifft ein Kabelmodemsystem, das eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Synchronisierung von Upstream-Kommunikationen zwischen einer Vielzahl von Kabelmodems und einem Kabelmodem-Terminierungssystem umfasst.
Die FR 2 636 482 beschreibt ein Messverfahren zum Bestimmen der Übertragungszeit zwischen einer fernen Station und der zentralen Station in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Übertragungsnetzwerk.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Synchronisierung von fernen Geräten mit einem Headend eines Kommunikationssystems den Empfang von Positionssignalen von fernen Geräten zu verbessern.
Diese Aufgabe wird von dem Verfahren von Anspruch 1 und dem System von Anspruch 9 erzielt. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden in den Unteransprüchen bestimmt.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und ein System zum Zuweisen eines anfänglichen Verwaltungsbereichs (IMR; initial maintenance region) für einen Upstream-Kanal in einem Kommunikationssystem, wobei das Kommunikationssystem ein Headend und wenigstens zwei ferne Geräte umfasst, die mit dem Kanal assoziiert sind. Eine erste Ausbreitungsverzögerung von dem Headend zu dem fernen Gerät, das die größte Verzögerung aufweist, wird bestimmt. In ähnlicher Weise wird eine zweite Ausbreitungsverzögerung von dem Headend zu dem fernen Gerät, das die kleinste Verzögerung erfährt, bestimmt. Der IMR wird dann als kürzer als die erste Ausbreitungsverzögerung und wenigstens so lang wie der Unterschied zwischen den beiden Ausbreitungsverzögerungen definiert. Der Anfangspunkt des IMR wird eingerichtet, indem der TS-Zählerausgang des Headends modifiziert wird. Ein Modifikationswert wird zu dem Headend-TS-Zählerausgang addiert. Der Modifikationswert entspricht einem Zeitintervall, das so lang wie die Ausbreitungsverzöge rung von dem Headend zu dem fernen Gerät sein kann, das die kürzeste Verzögerung aufweist.
Die hier beschriebene Erfindung weist das Merkmal auf, dass sie den Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausbreitungsverzögerung berechnet. Die Erfindung weist auch das Merkmal auf, dass sie den Start eines IMR so bestimmt, dass sie die Ausbreitung zwischen dem Headend und dem fernen Gerät, das die kürzeste Ausbreitungsverzögerung aufweist, berücksichtigt. Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass sie IMRs erlaubt, die ein Minimum an Upstream-Bandbreite benötigen.
Die oben genannten und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden, ausführlicheren Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung deutlich, wie dies in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist.
1 veranschaulicht eine beispielhafte Topologie eines Kommunikationssystems, das eine Kopfstelle und einen Satz von fernen Kabelmodems zeigt.
2 veranschaulicht eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die eine CMTS-Zeitbasisreferenz so modifiziert, dass sie den Anfangspunkt eines IMR ändert.
Die 3A und 3B veranschaulichen den Synchronisierungsprozess zwischen einem Headend und einem Satz von fernen Geräten gemäß der DOCSIS.
4 ist ein Flussdiagramm, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung den Prozess des Definierens eines IMR, der für sich weniger Bandbreite in dem Upstream beansprucht, und das Erstellen einer MAP-Nachricht veranschaulicht, die den IMR zu fernen Geräten transportiert.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Topologie eines Kommunikationssystems, das ein Headend, einen Zwischenknoten und einen Satz von fernen Kabelmodems zeigt.
Die 6A und 6B veranschaulichen den Synchronisierungsprozess zwischen einem Headend und einem Satz von fernen Geräten, wenn eine Topologie gegeben ist, die einen Zwischenknoten einschließt.
7 ist ein Flussdiagramm, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung den Prozess des Definierens eines IMR, der für sich weniger Bandbreite in dem Upstream beansprucht, und das Erstellen einer MAP-Nachricht veranschaulicht, die den IMR zu fernen Geräten transportiert, wenn eine Topologie gegeben ist, die einen Zwischenknoten einschließt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente angeben. Ebenfalls in den Figuren entspricht die Ziffer ganz links außen jedes Bezugszeichens der Figur, in der das Bezugszeichen zum ersten Mal verwendet wird. Obwohl spezifische Konfigurationen und Anordnungen erörtert werden, sollte es klar sein, dass dies nur für illustrative Zwecke erfolgt. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass andere Konfigurationen und Anordnungen verwendet werden können. Es wird einem Fachmann auf dem relevanten Gebiet klar sein, dass die vorliegende Erfindung auch in einer Vielfalt von anderen Vorrichtungen und Anwendungen verwendet werden kann.
I. Überblick
Die hier beschriebene Erfindung adressiert die Probleme, wie eine Upstream-Bandbreite in einem auf DOCSIS basierenden Kommunikationssystem oder einem ähnlichen System bewahrt werden kann. Ein Beispiel eines solchen Systems ist in 1 veranschaulicht. Das System 100 umfasst ein Headend 105. Das Headend 105 kann zum Beispiel ein Kabelmodem-Terminierungssystem (CMTS) sein. Ein solches CMTS ist das BCM93212, das von der Firma BROADCOM Corporation aus Irvine, Kalifornien, verfügbar ist. Downstream-Übertragungen bewegen sich in der Richtung 107; Upstream-Übertragungen bewegen sich in der Richtung 108. Die Einheiten 110 bis 170 stellen ferne Geräte dar. In einem Kabelkommunikationssystem ist jedes ferne Gerät ein Kabelmodem (CM). Es sei angemerkt, dass die Route der Kommunikationen zwischen jedem Kabelmodem und dem Headend 105 geringfügig unterschiedlich ist. Aus diesem Grund und auch aus anderen Gründen können die Ausbreitungsverzögerungen zwischen dem Headend 105 und jedem Kabelmodem jeweils unterschiedlich sein. Die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem Headend 105 und dem fernen Gerät 110 (CM₁) ist als T₁ gezeigt. Im Gegensatz dazu ist die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem Headend 105 und dem fernen Gerät (CM₇) als T2 gezeigt. In dem herkömmlichen DOCSIS Synchronisierungsprozess ist der IMR so definiert, dass er die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem Headend 105 und dem fernen Gerät ausgleicht, das die größte Ausbreitungsverzögerung aufweist (in diesem Fall das ferne Gerät 170). Es sei daran erinnert, dass der IMR ein Intervall in dem Upstream repräsentiert, in dem irgendeines der assoziierten fernen Geräte, die in dem gegebenen Kanal arbeiten, eine Antwort an das Headend schicken kann. Die vorliegende Erfindung verkürzt den IMR, so dass er nur den Unterschied zwischen der kürzesten und der längsten Ausbreitungsverzögerung, T₂ – T₁, ausgleichen muss. Der sich ergebende kürzere IMR verbraucht weniger Upstream-Bandbreite und stellt deshalb eine effizientere Art und Weise dar, ein Headend mit ihren assoziierten fernen Geräten zu synchronisieren.
II. Vorrichtung
Die Definition eines IMR beruht auf dem Taktausgang an der Kopfstelle. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Hardware-Implementierung dazu verwendet, einen 32 Bit Taktausgang, d.h., einen Zähler, für einen Upstream-Kanal zu schaffen. Solche Zähler sind den Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet bekannt.
2 veranschaulicht ein Hardware-Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Taktausgang für einen Upstream-Kanal um einen Offset modifiziert wird. Ein 32 Bit Zähler 205 wird von einem Signal 210 getaktet. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist ein Taktsignal 210 eine Frequenz von 10,24 MHz auf. Der Zähler 205 empfängt einen Zeitstempel-Lastwert 215 und wird von einem Lastzeitstempelsignal 220 gesteuert. Der Zeitstempel-Lastwert 215 ersetzt jeden bestehenden Zählerwert, wenn das Signal 220 ihn dahingehend aktiviert. Der Zähler 205 erzeugt einen Zählerausgang 225. Der Zählerausgang 225 zusammen mit einem Offset-Wert 230 werden in dem Addierglied 235 kombiniert, wodurch der Zählerausgang 225 modifiziert wird. Der Offset 230 entspricht in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Ausbreitungsverzögerung zwischen dem fernen Gerät, das die kürzeste Ausbreitungsverzögerung aufweist, und dem Headend. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Offset 230 in Inkrementen von 98 Nano sekunden ausgedrückt. Wie oben beschrieben worden ist, kann in einigen Systemen ein Taktsignal in Form von Zeiteinheiten oder "Ticks" interpretiert werden. Ticks können außerdem zu größeren Einheiten organisiert werden, die Minizeitschlitze genannt werden. Die Anzahl an Ticks pro Minizeitschlitz kann nach dem Belieben der Kopfstelle definiert werden. Die zur Verfügung stehende Upstream-Bandbreite kann deshalb als eine Reihe von Minizeitschlitzen betrachtet werden.
Der Ausgang des Addierglieds 235 ist der mit einem Offset versehene Zählerausgang 240. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel betritt der Ausgang 240 eine Bit-Verschiebevorrichtung 245 und wird nach rechts verschoben. Der Verschiebe-Prozess wird durch ein Minizeitschlitzzahl-Regelsignal 250 geregelt. Jede Verschiebung von einer Position, d.h., die Teilung durch zwei, verdoppelt die Minizeitschlitzgröße (Anzahl an Ticks pro Minizeitschlitz). Folglich kann die Größe der Minizeitschlitze geregelt werden.
Der Ausgang der Verschiebevorrichtung 245 wird in zwei Signale geteilt, nämlich 260 (Bit 0) und 255 (die restlichen 26 Bits). Das Signal 260 wird durch einen Inverter 270 geleitet und zu dem Flipflop 275 gesendet. Der Ausgang des Flipflops 275 ist der Minizeitschlitztakt 285. Die 26 Bits des Signals 255 werden zu 26 entsprechenden Flipflops gesendet, die kollektiv als Flipflop 265 gezeigt sind. Der Ausgang des Flipflops 265 ist eine Minizeitschlitzzahl 280. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die Flipflops 265 und 275 jeweils von 20,48 MHz Takten 290 und 295 gesteuert. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auch das Addierglied 235 programmierbar, so dass der Offset 230 je nach Notwendigkeit unterschiedliche Werte aufweisen kann.
Diese Modifikation bei dem Zählerausgang 225 dient dazu, den Beginn des IMR zu definieren. Das Versetzen des Ausgangs 225 dient dazu, den Wert zu versetzen, der den Punkt in dem Upstream darstellt, an dem ein fernes Gerät antworten kann. Dieser Wert, der nun versetzt (offset) ist, wird in der MAP-Nachricht verwendet. Dies verzögert den Punkt in dem Upstream, an dem das ferne Gerät antworten kann, und der zugewiesene IMR ist effektiv kürzer, als er anderenfalls wäre. Folglich wird weniger Bandbreite für den IMR benötigt.
III. Verfahren
Wie oben beschrieben worden ist, sorgt die hier beschriebene Erfindung für die Schaffung eines IMR, der Upstream-Bandbreite während des Synchronisierungsprozesses einspart. Der gesamte Synchronisierungsprozess ist in den 3A und 3B veranschaulicht. Der Prozess beginnt mit dem Schritt 305. In dem Schritt 310 sendet das Headend eine Synchronisierungsnachricht an alle ihre assoziierten fernen Geräte, die in einem gegebenen Upstream-Kanal arbeiten werden. Wie oben diskutiert worden ist, enthält die Synchronisierungsnachricht einen Zeitstempel, der den aktuellen Taktwert an dem Headend repräsentiert. In dem Schritt 315 empfängt jedes dieser fernen Geräte die Synchronisierungsnachricht. In dem Schritt 320 verriegelt sich jedes ferne Gerät auf die Frequenz des Headendtaktes, der in der Synchronisierungsnachricht übertragen worden ist. Im Schritt 325 führt das ferne Gerät eine Kompensation für jede bekannte Verzögerung durch, indem es seinen lokalen Takt nachstellt. In dem Schritt 330 berechnet jedes ferne Gerät eine aktuelle lokale Minizeitschlitzzahl auf der Basis seines lokalen Taktwertes.
In dem Schritt 335 sendet das Headend eine MAP-Nachricht an alle assoziierten fernen Geräte, die den Anfangspunkt eines IMR in dem Upstream identifiziert. Der Anfangspunkt kann in Form eines bestimmten Minizeitschlitzes identifiziert sein. Im Schritt 340 empfängt jedes ferne Gerät die MAP-Nachricht. In dem Schritt 345 sendet das ferne Gerät dann, wenn eine Minizeitschlitzzahl des fernen Geräts mit dem Minizeitschlitz übereinstimmt, der in der MAP-Nachricht identifiziert ist, als Antwort eine Burst-Übertragung zu dem Headend. Ein Burst, wie er in diesem Kontext zur Herstellung der Synchronisierung verwendet wird, ist als ein Ranging Burst bekannt. Im Schritt 350 vergleicht ein Burst-Demodulator in dem Headend die Ankunftszeit des Ranging Burst mit der erwarteten Ankunftszeit des Burst. Im Schritt 355 instruiert das Headend das ferne Gerät, seinen lokalen Takt (den Takt des fernen Geräts) um den Zeitunterschied nachzustellen. Wenn das ferne Gerät dies tut, wird der Synchronisierungsprozess bei Schritt 360 abgeschlossen.
Es sei angemerkt, dass die DOCSIS-Spezifikation auch eine Prozedur vorsieht, bei der die Konkurrenz durch die fernen Geräte für einen IMR aufgelöst wird. Dies beinhaltet die Auswahl eines beliebigen Wertes zwischen eins und einem spezifizierten anfänglichen Zeitverzögerungs-Wert durch ein fernes Gerät. Dann sendet das ferne Gerät einen Ranging Burst in einem IMR, der diesem beliebigen Wert entspricht. Wenn der Ranging Burst an dem Headend nicht gehört wird, wird ein anderer beliebiger Wert zwischen eins und einem neuen Zeitverzögerungs-Wert von dem fernen Gerät ausgewählt. Dieser Prozess ist in der DOCIS 1.1 Spezifikation ausführlich beschrieben.
Der Schritt des Erstellens und Sendens einer MAP-Nachricht, die den IMR-Anfangspunkt enthält, nämlich der Schritt 335, ist in 4 ausführlicher veranschaulicht. Der Prozess beginnt beim Schritt 405. Im Schritt 410 wird die Ausbreitungsverzögerung T₁ zwischen dem fernen Gerät, das die geringste Ausbreitungsverzögerung erfährt, und dem Burst-Demodulator des Headends bestimmt. Im Schritt 415 wird die Ausbreitungsverzögerung T₂ zwischen dem fernen Gerät, das die größte Ausbreitungsverzögerung erfährt, und dem Burst-Demodulator des Headends bestimmt. Die Bestimmung von T₁ und T₂ kann auf verschiedene Arten und Weisen erzielt werden. Zum Beispiel kann der kürzeste Abstand gemessen werden, der dann in dem Falle eines Glasfaserübertragungsmediums durch die Lichtgeschwindigkeit geteilt werden kann. Alternativ dazu können Verzögerungen direkt durch das Durchführen empirischer Test gemessen werden.
Im Schritt 420 wird der Unterschied zwischen den beiden Verzögerungen (T₂ – T₁) bestimmt. Im Schritt 425 wird ein IMR zugewiesen, der kleiner als T₂ und wenigstens gleich groß wie der Unterschied (T₂ – T₁) ist. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der IMR (T₂ – T₁) lang. In dem Falle, wenn der IMR (T₂ – T₁) lang ist, wird der IMR-Anfangspunkt, wie er in der MAP-Nachricht angegeben ist, der aktuelle Taktausgang plus T₁ sein. Demgemäß wird im Schritt 427 der Zeitbegriff an dem Headend-Empfänger um T₁ versetzt. Im Schritt 430 wird eine MAP-Nachricht erstellt, die den Anfangspunkt dieses IMR ausdrückt. In dem Schritt 435 wird diese MAP-Nachricht zu den fernen Geräten gesendet. Der Prozess endet beim Schritt 440.
In einigen Kontexten kann die Synchronisierung auf einer periodischen Basis durchgeführt werden, um die Synchronizität zwischen dem Headend und ihren fernen Geräten aufrechtzuerhalten. Zu anderen Zeiten können die Systemwartung, das Unterbrechen von Operationen oder andere externe Ereignis se eine Resynchronisation erfordern. Der Prozess von 4 wird aber nicht notwendigerweise wiederholt. Die Werte T₁, T₂ und T₂ – T₁ sollten sich nicht ändern, so dass in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dieser Unterschied nur einmal bestimmt werden muss und der Offset des Headends einmal durchgeführt wird.
IV. Alternative Topologie
Zusätzlich zu der Topologie von 1 sind auch andere Systemtopologien möglich. Eine solche alternative Topologie ist in 5 gezeigt. Downstream-Übertragungen bewegen sich von einem Headend 505 in der Richtung 506; Upstream-Übertragungen bewegen sich in der Richtung 508. In diesem System sind, anders als bei dem von 1, einige der Funktionen, die ansonsten in einem herkömmlichen CMTS untergebracht wären (wie etwa dem Headend 105 von 1), den Zwischenknoten zugeordnet. Diese Zwischenknoten sind in 5 als Knoten 507a bis 507c veranschaulicht. Die Verarbeitung in der physikalischen Schicht kann zum Beispiel in einem Zwischenknoten gehandhabt werden. Dies kann die Demodulation von Upstream-Übertragungen umfassen. In einem Burst-Kommunikationssystem kann deshalb ein Zwischenknoten zusätzlich zu einem Burst-Receiver einen oder mehrere Burst-Demodulatoren enthalten.
Die Einheiten 510 bis 550 stellen ferne Geräte dar. In einem Kabelkommunikationssystem ist jedes ferne Gerät ein Kabelmodem (CM). Die Route der Kommunikationen zwischen jedem Kabelmodem und dem Zwischenknoten 507b ist geringfügig unterschiedlich, so dass die Ausbreitungsverzögerungen jeweils zwischen jedem Kabelmodem und dem Zwischenkonten 507b unterschiedlich sein können. Die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem fernen Gerät 510 (CM₁) und dem Zwischenknoten 507b ist als T₁ gezeigt. Im Gegensatz dazu ist die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem fernen Gerät 550 (CM₅) und dem Zwischenknoten 507b T₂.
In dieser Topologie ist der IMR so definiert, dass er die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem fernen Gerät, das die größte Ausbreitungsverzögerung aufweist (hier das ferne Gerät 550), und dem Zwischenknoten 507b ausgleicht. Der IMR stellt ein Intervall in dem Upstream dar, in dem eines der assoziierten fernen Geräte, die in dem gegebenen Kanal arbeiten, dem Headend antworten kann. Wie bei der Topologie von 1 verkürzt die vorliegende Erfindung den IMR so, dass er nur den Unterschied zwischen der kürzesten und der längsten Ausbreitungsverzögerung, nämlich T₂ – T₁, ausgleichen muss. Der sich ergebende kürzere IMR verbraucht weniger Upstream-Bandbreite und stellt deshalb eine effizientere Art und Weise dar, ein Headend und einen Zwischenknoten mit assoziierten fernen Geräten zu synchronisieren.
Wie oben beschrieben worden ist, sorgt die hier beschriebene Erfindung für die Schaffung eines IMR, der Upstream-Bandbreite während des Synchronisierungsprozesses einspart. Der gesamte Synchronisierungsprozess ist in den 6A und 6B veranschaulicht. Der Prozess beginnt mit Schritt 605. Im Schritt 610 sendet die Kopfstelle eine Synchronisierungsnachricht an alle ihre assoziierten fernen Geräte, die in einem gegebenen Upstream-Kanal arbeiten werden. Wie oben erörtert worden ist, enthält die Synchronisierungsnachricht einen Zeitstempel, der den aktuellen Taktwert an dem Headend repräsentiert. Im Schritt 615 empfängt jedes ferne Gerät die Synchronisierungsnachricht. Im Schritt 620 verriegelt sich jedes ferne Gerät auf die Frequenz des Headendtaktes, der in der Synchronisierungsnachricht transportiert worden ist. Im Schritt 625 führt jedes ferne Gerät eine Kompensation für jede bekannte Verzögerung durch, indem es seinen lokalen Takt nachstellt. Im Schritt 630 berechnet jedes ferne Gerät eine aktuelle lokale Minizeitschlitzzahl auf der Basis seines lokalen Taktwertes.
In dem Schritt 635 sendet das Headend eine MAP-Nachricht an alle assoziierten fernen Geräte in einem gegebenen Upstream-Kanal, die den Anfangspunkt eines IMR in dem Upstream identifiziert. Der Anfangspunkt kann in Form eines bestimmten Minizeitschlitzes identifiziert sein. Im Schritt 640 empfängt jedes ferne Gerät die MAP-Nachricht, wie dies auch der Zwischenknoten tut. Im Schritt 645 sendet das ferne Gerät dann, wenn die Minizeitschlitzzahl des fernen Geräts mit dem Minizeitschlitz übereinstimmt, der in der MAP-Nachricht identifiziert ist, als Antwort einen Ranging Burst zu dem Zwischenknoten. Im Schritt 650 vergleicht ein Burst-Demodulator in dem Zwischenknoten die Ankunftszeit des Ranging Burst mit der erwarteten Ankunftszeit des Burst. Im Schritt 652 wird der Unterschied zwischen der Ankunftszeit und der erwarteten Ankunftszeit zu dem Headend übertragen. Im Schritt 655 instruiert das Headend das ferne Gerät, seinen lokalen Takt um den Zeitunterschied nachzustellen. Wenn das ferne Gerät dies tut, dann wird der Synchronisierungsprozess im Schritt 660 beendet.
Der Schritt des Erstellens und Sendens einer MAP-Nachricht, die den IMR-Anfangspunkt enthält, nämlich der Schritt 635, ist in 7 ausführlicher veranschaulicht. Der Prozess beginnt beim Schritt 705. Im Schritt 710 wird die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem fernen Gerät, das die kleinste Ausbreitungsverzögerung erfährt (CM 510 in 5), und dem Zwischenknoten bestimmt. Diese Verzögerung wird in 5 T₁ genannt. Im Schritt 715 wird die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem fernen Gerät, das die größte Ausbreitungsverzögerung erfährt (CM 550 in 5), und dem Zwischenknoten bestimmt (T₂). Die Bestimmung von T₁und T₂ kann auf mehrere Arten und Weisen erzielt werden. Zum Beispiel kann der kürzeste Abstand gemessen werden, der dann in dem Falle eines Glasfaserkommunikationsmediums durch die Lichtgeschwindigkeit geteilt werden kann. Alternativ dazu können Verzögerungen direkt gemessen werden, indem empirische Tests durchgeführt werden.
Im Schritt 720 wird der Unterschied zwischen den beiden Verzögerungen (T₂ – T₁) bestimmt. Im Schritt 725 wird von dem Headend ein IMR zugewiesen, der kleiner als T₂ und wenigstens so groß wie der Unterschied T₂ – T₁ ist. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der IMR (T₂ – T₁) lang. In dem Falle, wenn der IMR (T₂ – T₁) lang ist, wird der IMR-Anfangspunkt, wie er in der MAP-Nachricht angegeben ist, der aktuelle Taktausgang plus T₁ sein. Demgemäß wird im Schritt 727 der Zeitbegriff an dem Empfänger des Zwischenknotens um T₁ versetzt. Im Schritt 730 wird eine MAP-Nachricht erstellt, die den Anfangspunkt dieses IMR ausdrückt. In dem Schritt 735 wird diese MAP-Nachricht von dem Headend zu den fernen Geräten gesendet. Der Prozess endet beim Schritt 740.
In einigen Kontexten kann die Synchronisierung auf einer periodischen Basis durchgeführt werden, um die Synchronizität zwischen dem Headend und ihren fernen Geräten aufrechtzuerhalten. Zu anderen Zeiten können die Systemwartung, das Unterbrechen von Operationen oder andere externe Ereignisse eine Resynchronisation erforderlich machen. Der Prozess von 7 wird aber nicht notwendigerweise wiederholt. Die Werte T₁, T₂ und T₂ – T₁ sollten sich nicht ändern, so dass in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dieser Unterschied nur einmal bestimmt werden muss und der Offset des Empfängers des Zwischenknotens einmal durchgeführt wird.

Claims

Verfahren zum Zuweisen eines anfänglichen Verwaltungsbereichs für einen Upstream-Kanal in einem Kommunikationssystem (100), wobei das Kommunikationssystem (100) ein Headend (105) und wenigstens zwei ferne Geräte (110, 170) umfasst, die mit dem Kanal assoziiert sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bestimmen einer Ausbreitungsverzögerung T2 von einem fernen Gerät (170), das die größte Verzögerung der wenigstens zwei fernen Geräte erfährt, die mit dem Kanal assoziiert sind, zu einem Demodulator, der die Upstream-Übertragungen demoduliert; (b) Bestimmen einer Ausbreitungsverzögerung T1 von einem fernen Gerät (110), das die kleinste Verzögerung der wenigstens zwei fernen Geräte erfährt, die mit dem Kanal assoziiert sind, zu dem Demodulator; (c) Definieren der Größe des anfänglichen Verwaltungsbereichs; (d) Erstellen einer anfänglichen Zuordnungsnachricht (MAP), die den Anfangspunkt des anfänglichen Verwaltungsbereichs ausdrückt; dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des anfänglichen Verwaltungsbereichs so definiert ist, dass sie kleiner als T2 und wenigstens so groß wie der Unterschied zwischen den Ausbreitungsverzögerungen T2 – T1 ist; und dass das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt umfasst: (e) Bestimmen des Anfangspunkts des anfänglichen Verwaltungsbereichs, um so die Ausbreitung zwischen dem Headend und dem fernen Gerät (110), das die kleinste Ausbreitungsverzögerung T1 aufweist, zu berücksichtigen.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren den folgenden Schritt umfasst: (f) Senden einer MAP zu den wenigstens zwei fernen Geräten (110, 170), wobei die MAP den Anfangspunkt des anfänglichen Verwaltungsbereichs ausdrückt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt (c) die folgenden Schritte umfasst: (i) Addieren eines programmierbaren Offset, der kleiner oder gleich T1 ist, zu einem Taktausgang, der mit dem Kanal assoziiert ist, um einen mit einem Offset versehenen Taktausgang zu bilden; (ii) Übersetzen des mit einem Offset versehenen Taktausgangs in eine entsprechende, mit einem Offset versehene Minizeitschlitzzahl; und (iii) Definieren des Anfangspunkts des anfänglichen Verwaltungsbereichs in Übereinstimmung mit der mit einem Offset versehenen Minizeitschlitzzahl.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der programmierbare Offset in Form von Zeitintervallen eines 10,24 MHz Signals definiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei fernen Geräte (110, 170) Kabelmodems sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Headend (105) ein Kabelmodem-Terminierungssystem ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Demodulator in das Headend integriert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Demodulator in einem Zwischenknoten integriert ist.
Kommunikationssystem (100), in dem ein anfänglicher Verwaltungsbereich in einem Kommunikationskanal zum Zwecke des Erlaubens einer Synchronisierung zwischen kommunizierenden Entitäten zugewiesen ist, wobei das System Folgendes umfasst: ein Headend (105) zum Übermitteln und Empfangen von Informationen; wenigstens zwei ferne Geräte (110, 170), die mit dem Headend assoziiert sind und zum Übertragen von Information zu dem Headend über einen Upstream-Kanal bestimmt sind; wobei das Headend (105) Folgendes umfasst: Einrichtungen, die eine Ausbreitungsverzögerung T2 von einem fernen Gerät (170), das die größte Verzögerung der wenigstens zwei fernen Geräte erfährt, die mit dem Kanal assoziiert sind, zu einem Demodulator bestimmen können, der die Upstream-Übertragungen demoduliert; Einrichtungen, die eine Ausbreitungsverzögerung T1 von einem fernen Gerät (110), das die kleinste Verzögerung der wenigstens zwei fernen Geräte erfährt, die mit dem Kanal assoziiert sind, zu dem Demodulator bestimmen können; Einrichtungen, die die Größe des anfänglichen Verwaltungsbereichs definieren können; eine Taktgeberschaltung zum Erzeugen eines Taktausgangs, der reguläre Intervalle in dem Upstream-Kanal markiert; ein Addierglied zum Addieren eines Offset zu dem Taktausgang, um einen Anfangspunkt des anfänglichen Verwaltungsbereichs mit einem Offset zu versehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des anfänglichen Verwaltungsbereichs so definiert wird, dass sie kleiner als T2 und wenigstens so groß wie der Unterschied zwischen den Ausbreitungsverzögerungen T2 – T1 ist; und dass die Kopfstelle (105) des Weiteren Folgendes umfasst: Einrichtungen zum Bestimmen des Anfangspunkts des anfänglichen Verwaltungsbereichs, um so die Verzögerung zwischen dem Headend (105) und dem fernen Gerät (110), das die kleinste Ausbreitungsverzögerung T1 aufweist, zu berücksichtigen.
System nach Anspruch 9, wobei das Addierglied programmierbar ist.
System nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei der Offset einen Zeitabstand repräsentiert, der kleiner oder gleich einer Ausbreitungsverzögerung zwischen einem fernen Gerät (110), das die kleinste Ausbreitungsverzögerung der wenigstens zwei fernen Geräte (110, 170) aufweist, die mit dem Upstream-Kanal assoziiert sind, und dem Demodulator ist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Headend (105) den Demodulator umfasst.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, des Weiteren mit einem Zwischenknoten zwischen dem Headend und den wenigstens zwei fernen Geräten (110, 170), wobei der Zwischenknoten den Demodulator umfasst.