JP2007515910A - ＩＰ信号及び非ＩＰ信号を配信するＥｔｈｅｒｎｅｔ型ネットワーク - Google Patents

Abstract

本発明は、Ethernet（登録商標）型ネットワークでIP信号と非IP信号との双方を配信するシステム及び方法に関し、Ethernet型ネットワークは、複数の線を有するUTPケーブルを有し、その方法は、そのケーブルに含まれており、そのIP信号を配信するために使用されていない線に基づく信号パスを通じて、その非IP信号を配信することを有する。本発明は、IP信号と非IP信号との双方を受信し、そのIP信号とその非IP信号とを処理し、Ethernet型ネットワークを介してその処理されたIP信号と非IP信号とを送信するゲートウェイ、ルータ及びスイッチに更に関する。

Description

本発明は、Ethernet（登録商標）型ネットワークでIP信号と非IP信号との双方を配信する方法に関する。本発明はまた、Ethernet型ネットワークでIP信号と非IP信号との双方を配信する通信システムに関する。本発明は、Ethernet型ネットワークでIP信号と非IP信号との双方を配信する通信システムで使用されるように適合されるゲートウェイ、ルータ及びスイッチに更に関する。

現在、ホームネットワークは、広範囲のプロトコルを使用してデータを転送するために、デジタルとアナログとの双方の変調技術を使用した有線及び無線ネットワークの異種のセットである。産業ネットワーク及びオフィスネットワークのIP型プロトコルの出現は、IP又はEthernet型プロトコルが家庭で支配的になるという予想を、何人かの専門家に与えてきている。しかし、オフィスネットワークとは異なり、将来のホームネットワークは専門的に設計されておらず、家庭のニーズに従って進化する。Ethernetネットワーク以外に、一般的に家庭は、例えば電話（POTS/DECT）及びTV（UHF/VHF）に基づく従来の製品のネットワークを有する。ユーザはこれらのネットワークに慣れており、全セグメントでEthernet IPのような新しい技術にそれらを一緒に移行することは困難である。

例えば、電話システム、ビデオシステム及びオーディオシステムに基づく家庭での全ての異なる形式のネットワークは、ビル内で多くの線を取り入れており、その線は、調べることが非常に面倒になり、維持することが高価且つ複雑になり得る。

異なるネットワークが１つのネットワークに統合される異なる手法が存在する。

US6,157,810では、低帯域の媒体（例えばカテゴリ5のUTPケーブル）でRF帯域の無線周波数（RF）信号を送信するシステム及び方法が記載されている。それは、異なるシステムの結果である線の数がどのように最小化され得るかは記載していない。そのシステム及び方法は、無線RF信号を傍受することを可能にし、次に、傍受されたRF信号は低帯域の媒体を介して宛先に配信され、宛先でRF信号が再び無線で送信される。

従って、前述の問題への対策を得て、家庭の有線ネットワークの数を最小化することが、本発明の目的である。

このことは、Ethernet型ネットワークでIP信号と非IP信号との双方を配信する方法により得られ、Ethernet型ネットワークは、複数の線を有するUTPケーブルを有し、その方法は、そのケーブルに含まれており、そのIP信号を配信するために使用されていない線に基づく信号パスを通じて、その非IP信号を配信することを有する。

それによって、多くのビルに既に存在するEthernetネットワークはまた、USB、オーディオ、ビデオ等のような他の形式の信号をアナログ及びデジタルで配信するために使用可能になる。UTPケーブルを有するEthernet型ネットワークは、既に広く使用されており、また将来にも使用されるため、非IP信号を配信するためにこれらのネットワークを使用することは、非IP信号を配信するために使用される更なるネットワークを追加することを防ぐための容易な方法である。

特定の実施例では、その非IP信号をそのケーブルに含まれる線で配信する前に、その信号パス又はその非IP信号で適応が行われる。UTPケーブルは特別の種類の信号を処理するように設計されており、ケーブルが他の種類を処理するべきときに、品質ロスを回避するために必要に応じて（例えば信号の帯域を維持することにより）適応が必要となることがあるため、このことが必要になる。

実施例では、その信号パスで行われる適応は、その信号パスのインピーダンスを適応させることを有する。その理由は、UTPケーブルのツイストペアの伝送媒体のインピーダンスは100ohmであり、ケーブルで正確に製造されているからである。他の信号形式は、適切に配信されるために、異なるインピーダンスを有する媒体を必要とする。

他の実施例では、適応は、ドライバ機能の制御による信号伝搬のアクティブな適応により実現される。この適応方法は、通信システムの産業技術を使用したUTPケーブル及びコネクタの特性の明示的な測定に基づくが、消費者環境（すなわち、時間領域反射率測定（TDR：Time Domain Reflectometry））には適用されない。このテストは、信号パスに対する信号特性の適応を実行するための容易且つロバストな方法であることが証明される。

本発明は、Ethernet型ネットワークでIP信号と非IP信号との双方を配信する通信システムに更に関し、通信システムは、複数の線を有するUTPケーブルを有し、そのケーブルに含まれ、IP信号に使用されていないその線が、その非IP信号を配信するように適合される。

それによって、多くのビルに既に存在するEthernet通信システムはまた、USB、オーディオ、ビデオ等のような他の形式の信号をアナログ及びデジタルで配信するために使用可能になる。UTPケーブルを有するEthernet型ネットワークは、既に広く使用されており、また将来にも使用されるため、非IP信号を配信するためにこれらのネットワークを使用することは、非IP信号を配信するために使用される更なるネットワークを追加することを防ぐための容易な方法である。

特定の実施例では、そのシステムはゲートウェイを有し、そのゲートウェイは、
非IP信号を受信し、
その非IP信号をそのケーブルに含まれる線で配信する前に、その信号パス又はその非IP信号で適応を行い、
Ethernet型ネットワークを介してその処理された非IP信号を送信するように適合される。

適応されたゲートウェイで信号を処理することにより、IP信号及び非IP信号は、ネットワークへの入り口で処理され、それによって、全てのコード変換及びセキュリティ問題が、ファイヤウォールにより保護されたIP信号及び非IP信号で実行され得る。これらは、内容のセキュリティ検査（証明書の確認及びフラグの検査）を含み、アナログプロトコルへの変換のための、内容又は関連するメタデータの関連のセキュリティ装置及び透かしのコード変換による追加を含む。ゲートウェイでコード変換されるときにデジタルコンテンツを保護するためのこのようなセキュリティ処理は、第三者の確認処理により監視及び検査され、著作権及び作者の権利が侵害されていないかを確認してもよい。

実施例では、そのシステムはルータを有し、そのルータは、非IP信号をルーティングし、非IP信号がEthernetネットワークの全エンドポイントにブロードキャストされることを可能にするように適合される。ルータの適合は、多重増幅器若しくはエミッタ−フォロア増幅器、又は選択された入力ポート信号に従って信号がルータの出力ポートで複製されることを可能にするCMOS技術の同様の実装を有してもよい。

実施例では、そのシステムはスイッチを有し、そのスイッチは、
その非IP信号を送信し、
その非IP信号とそのIP信号とを切り替えるように適合される。

本発明は、本発明による通信システムで使用されるように適合されるゲートウェイ、ルータ及びスイッチに更に関する。

本発明の以下の好ましい実施例について、図面を参照して説明する。

欧州及び米国でのビルの規則に加えて、ビル装置供給及び設置産業は、IEEE標準802.3及びEIA/TIA568に対して強い偏見を有している。他のデジタルネットワーク標準は、ビル設置に適していない、又は米国又は欧州レベルで認められていない。更に、標準はオフィスで広く使用されているため、設置産業はEthernetの設置処理に熟練している。また、近年に、フランスの全ての新しい家庭又はオフィスビルが、UPTカテゴリ5以上の良好な信号品質のケーブルで配線されなければならないことが公示された。

電気配線Ethernetに広く採用されている標準に、100Base-TXと呼ばれるものがある。媒体ケーブルでは、この標準は、スタートポロジでは最大100メートルのセグメントで、カテゴリ5の線（４セットの100Ohmの非シールド・ツイストペア又はUTP）を使用する。

図１に、RJ-45コネクタである物理レイヤのコネクタが図示されている。RJ-45コネクタは８の接触器（４のツイストペアの導線毎に１つ）を有する。RJ-45には２つの配線パターンが存在する。これらはEIA/TIA568A及びEIA/TIA568Bと呼ばれる。後者のBの改良型は最近のものであり、最も広く使用されている。双方の改良型は、２つのツイストペア（実際にはコネクタの同じ接触器）を使用するが、コネクタについて異なる配線の配色の構成を使用する。RJ45コネクタは、４ピンを備えたRJ11コネクタ（電話コネクタ）と共に使用可能であり、AT&Tの配線構成では、RJ11プラグは同じケーブルで電話とEthernetとを運ぶためにダブルRJ45ソケットで使用され得る。実際に、常にRJ11プラグはRJ45ソケットに物理的にプラグインされ得る。“一般的な”ダブルRJ45ソケット構成により、コンピュータ及び／又は電話が、RJ45/RJ11プラグの組み合わせを使用して同じ線にアクセスすることが可能になる。

この100Base-TXの配線構成は、RJ-45コネクタの半分（すなわち、配線されているがEthernetの物理プロトコルで使用されないピン4、5、7、8のツイストペア）を放置する。従って、ほとんどのオフィス及び家庭の配線構成（すなわちRJ11構成を使用しないもの）で冗長である。その一方、ほとんどのEthernetルータ、スイッチ及びハブは100Base-TXの配線接続のみを使用する。米国では、この“冗長度”は、RJ45と並行してRJ11へのピン4、5（P1）で音声回線を運ぶために使用されるが、ダブルソケット構成及びパッチシステムを必要とする。注意：冗長度は他の場合にも使用される。例えば、フランスでは、双方のエンドでピン1、2をピン4、5に変換してピン3、6をピン7、8に変換することにより、１つのケーブルシステムで２つのEthernet接続を配線するために使用される。これは、例えば拡張端末（すなわちルームTV）が代替のIP接続を使用しているときに、居住者のラップトップがRJ45コネクタで通常のIPダブルツイストペア接続を使用可能なホテルや同様の公共場所にある。同様に、ホームネットワーキングでは、１つのカテゴリ5のケーブルシステムで２つのIP接続を提供するために、内部配線の使用を拡張する同じ技術を使用することができる。

本発明によれば、UTPケーブルの冗長のツイストペアは、家庭のスター型ネットワークで良質の非IPアナログ信号を少なくとも転送するために使用される。

しかし、これらの信号を転送可能にするために、物理レベルでネットワークの複数の適応が必要になる。これらの変形は、ネットワークのゲートウェイ、ルータ及びスイッチ機能のレベルで実装され、アナログ信号を物理ネットワークに多重化されることを可能にしなければならない。これらの信号がネットワークに多重化されると、ネットワークに取り付けられた端末は、ネットワークへのRJ45コネクタを使用して直接的に、又は端末がこれらの信号を利用することを可能にするアダプタを使用して、アナログ信号を利用することができる。

このような多重化に対してオープンであるアナログ及び非IP信号の非排他的なリストは、以下のクラスに分類される。
−ブロードキャストTV及びラジオ（ベースバンドでの選択チャネル等）
−RJ11のようなPOTS電話
−ブロードバンドケーブル（コード変換済）
−USB信号
図２に、非IP信号とIP信号とを配信するために使用される本発明によるEthernetネットワークを示す。ネットワークはゲートウェイ（GW）201を有し、そのゲートウェイ201は、例えばTV信号である各衛星203からのアナログ非IP信号を受信する。ゲートウェイは、IP信号を受信するために、インターネット205に更に接続される。ゲートウェイは、それぞれスイッチ（SW）207に基づく第１のネットワークである２つの別個のEthernet型ネットワークに接続される。その第１のネットワークは、コンピュータ209、211、テレビ213、215及びIP型電話217である異なる装置間でそれぞれIP信号と非IP信号との配信を処理する。更に、ゲートウェイ201は、それぞれテレビ219及びコンピュータ211である装置に直接接続される。

従来のEthernetゲートウェイ、ハブ、ルータ及びスイッチは、変更又はアダプタを必要とせずに、UTPネットワークを作り、UTPケーブルの冗長のツイストペアでアナログ信号を運ぶのに適していない。ネットワークの適合は、内部又は外部ソースからの信号の多重を更に必要とする。

アナログ非IP信号をネットワークに取り入れる論理位置は、ネットワークの適合について異なるプロトコルが処理されるゲートウェイのレベルである。アナログ又は非IP信号は、外部ソース、STB若しくはDVDプレイヤから、又はコード変換（すなわち、様々なソースからゲートウェイでのデジタル・アナログ変換）によりネットワークに取り入れられてもよい。

図３に、ゲートウェイのアーキテクチャを示す。ゲートウェイは、１つのクラスの非IP信号がネットワークに取り入れられる点である。図３では、ゲートウェイはUHF放送局301から入力を受信し、この入力はUHFチューナ303により受信される。305において、コード変換するトランスコーダ（TC）は、UHF放送局301からの入力を受信するだけでなく、DVB放送局311からの信号も受信する。307において、UHFリモジュレータ（UHF RM）は、コード変換された信号を再変調し、スイッチ（SW）309を介して、その信号はEthernetを介して配信される。ゲートウェイはデジタルミキサ及び透かし装置（D MX+WM）313を更に有し、そのデジタルミキサ及び透かし装置313は、ローカルのデジタルコンテンツとブロードキャストされるコンテンツとを混合し、コンテンツに透かしを更に追加するように適合される。ゲートウェイは、ファイヤウォール、NAT、DHCP等を扱う標準IPゲートウェイ（IP GW）機能317を更に有する。更に、ゲートウェイは、遠隔制御ユニット319から入力を受信する遠隔制御インタフェース321を有する。323において、遠隔制御入力は、UHFチューナ303から受信した信号のルーティングを切り替えるために使用される。

デジタルコンテンツをアナログプロトコルにコード変換する機能を有するようにゲートウェイの機能を拡張し、ローカルのデジタルコンテンツをブロードキャストされるアナログコンテンツと混合することにより、ゲートウェイの機能は拡張され、表示クライアントの機能が従来のアナログTVのものまで最小化される。この構成では、AV及び他のフォーマットのデータ及びストリームが１つ以上のアナログTV又はラジオチャンネルに再フォーマットされルことを可能にするコード変換パスが存在する。次に、そのAV及び他のフォーマットのデータ及びストリームが、従来のAV技術を使用して再生及び記録され得る。このようなコード変換は、アナログコンテンツが元のデジタル送信源及びパスに対して追跡可能なことを確保するために、透かし及び同様のセキュリティ装置の追加を有する。

スイッチ又はルータ及びゲートウェイのスイッチ機能は、IP信号及び非IP信号の基本的な信号切り替えを提供する。非IP信号では、アナログ切り替えは、カテゴリ5ケーブルと関連のソケット及びプラグとにより提供されるものより優れた品質である必要がある。スイッチは、高品質のビデオ及びアナログ信号の送信を提供するように適合される。更に、ネットワークがギガビット−100/10Mbitのハイブリッドネットワークの一部を形成している場合、スイッチは、IPトラヒックとして高性能のギガビットEthernet信号を切り替えるように適合されてもよい。このようなハイブリッドは、ホーム−オフィス及びマルチメディア技術を混合したホームネットワークで生じる。ホーム−オフィスは、バックボーンIPネットワークにギガビット技術を必要とする。しかし、リビングルーム、キッチン、ベッドルーム、ガレージ等では、Ethernet接続はIP信号と非IP信号との双方を運ぶように使用される必要がある。ネットワーク内の信号である第２のクラスのアナログ非IP信号が、スイッチでネットワークに取り入れられる。ネットワーク内の信号は、ネットワークの他のスイッチ又はIP型プロトコルにコード変換するゲートウェイにルーティングされる。

ルータは、ネットワークに他のセットのサービスを提供する。ルータは、ネットワークの内部通信に対する制御を提供する。これらのサービスを提供するために、ネットワークのクライアント及びサーバへのIPリンクを有さなければならない。このようなサービスは、DHCP（すなわち、ネットワークへの内部IPアドレスの提供）を有する。本発明では、ルータは、カテゴリ5ケーブルで代替の非IPネットワークを制御して設定する中央の機構を更に提供する必要がある。ルータは、I/O冗長のケーブルで使用されるプロトコルについてデータのソース及びシンクに命令し、ネットワークのインフラストラクチャを提供するスイッチ及びハブでのルーティングを構成する。スイッチでは、IP信号と非IP信号との基本的な切り替えは同様である。しかし、ハブはかなり簡単な装置であり、広範囲のプロトコルには一般的に当てはまらないようにIPネットワークで動作する。従って、ハブは非IP信号に対して非常に簡単な構成を使用しなければならない、又は非IP信号に対してIPスイッチの全機能を有さなければならない。ルータによるスイッチの制御及び命令は、IPルーティングで使用されるものを複製する。

UTPケーブルのツイストペアの伝送媒体のインピーダンスは100ohmである。これはケーブルで正確に製造され、高帯域のデータ伝送を可能にするために必要である。しかし、VHF及びUHF信号の伝送用の従来の媒体は75ohmであり、ツイストペアではなく同軸ケーブルを使用する。ツイストペアでのアナログデータの伝送を可能にするために、何らかの形式の信号パスのアクティブな補正が必要になる。この信号伝送パスの適応は、時間領域反射率測定の技術を使用して実現され得る。この技術を使用して、信号パスの中断及び回線のエンドでのインピーダンスの不一致（TV、コネクタ及びアダプタ）が、ゲートウェイのドライバ電子機器により補正され得る。

図４に、アナログデータの伝送用に使用されるツイストペアを扱うドライバ401の簡単な変更を行うことにより、ケーブルのインピーダンスがどのように補正され得るかについての例を示す。その変更は、信号パスの適応を可能にし、クロックパルスを生成するタイマ403を有する。タイマ403はゲート回路405に接続され、ゲート回路405は増幅器407に接続され、増幅器407はまたケーブルセグメント402の入力Aに接続される。それによって、増幅器407は、返信された信号を増幅し、それをゲート回路405に転送する。ゲート回路405は制御回路409に接続され、制御回路409はドライバ401を制御する。

ケーブル信号パスの特性の測定は、２つのステップの処理である。
1.ケーブル402のセグメントが隔離される。すなわち、高い（オープンの）インピーダンスで終端され、トリガが生成された後に、0から1（1から0）への信号変換がポイントAのドライバ401から伝搬される。
2.ポイントAでの信号の返信が増幅器407により増幅され、タイマ403とゲート回路405と制御回路409とを有する変更回路により監視される。返信信号の監視により、適切なレベルの返信信号がゲートカウント処理を終端する。

ゲート回路により、トリガポイントが１つ又は連続の測定を可能にし、送信信号のドライバを適応させ、（IP及び非IPの）UTPケーブルセグメントの全ての信号の特性を最適化することが可能になる。

この適応処理は反復的でもよく、既知の信号について最適化された特性の参照テーブルから値を提供することにより直接行われてもよい。ケーブルセグメントが変更した場合、又は他の信号形式がそのケーブルセグメントを伝搬する場合、信号強度の適応が必要になる。このことは、端末がスイッチに追加されるほどスイッチで頻繁に行われるとは想定されない。しかし、ルータでは、信号パスが限られた容量に最適化される必要があるため、処理はより動的になり得る。

前記の実施例は本発明を限定するものではなく例示するものであり、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者は多数の代替実施例を設計することができる点に留意すべきである。請求項において、括弧の間にある如何なる参照符号も請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。‘有する’という用語は、請求項に記載のもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェアを用いて、適切にプログラムされたコンピュータを用いて実装され得る。複数の手段を列挙する装置の請求項において、複数のこれらの手段は、ハードウェアの同一のアイテムに具現されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すのではない。

２つの形式のRJ45ジャックのピン 非IP信号とIP信号とを配信するために使用される本発明によるEthernetネットワーク 信号を処理し、本発明によるEthernet型ネットワークを介して信号を装置に配信するために使用されるゲートウェイのアーキテクチャ 非IP信号を送信するEthernetネットワークの信号パスでのUTPケーブルのインピーダンス適応

Claims (14)

1. Ethernet（登録商標）型ネットワークでIP信号と非IP信号との双方を配信する方法であって、
   前記Ethernet型ネットワークは、複数の線を有するUTPケーブルを有し、
   前記方法は、前記ケーブルに含まれており、前記IP信号を配信するために使用されていない線に基づく信号パスを通じて、前記非IP信号を配信することを有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記非IP信号を前記ケーブルに含まれる線で配信する前に、前記信号パス又は前記非IP信号で適応が行われる方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記信号パスで行われる適応は、前記信号パスのインピーダンスを適応させることを有する方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記適応は、ドライバ機能の制御による信号伝搬のアクティブな適応により実現される方法。
5. Ethernet型ネットワークでIP信号と非IP信号との双方を配信する通信システムであって、
   前記通信システムは、複数の線を有するUTPケーブルを有し、
   前記ケーブルに含まれ、IP信号に使用されていない前記線が、前記非IP信号を配信するように適合される通信システム。
6. 請求項５に記載の通信システムであって、
   前記非IP信号を前記ケーブルに含まれる線で配信する前に、前記信号パス又は前記非IP信号で適応を行う手段を有する通信システム。
7. 請求項６に記載の通信システムであって、
   前記信号パス又は前記非IP信号で適応を行う手段は、前記非IP信号を配信する信号パスのインピーダンスを適応させる手段を有する通信システム。
8. 請求項７に記載の通信システムであって、
   前記非IP信号を配信する信号パスのインピーダンスを適応させる手段は、ドライバ機能の制御による信号伝搬のアクティブな適応を行う手段を有する通信システム。
9. 請求項５ないし８のうちいずれか１項に記載の通信システムであって、
   前記システムはゲートウェイを有し、前記ゲートウェイは：
   −非IP信号を受信し、
   −前記非IP信号を前記ケーブルに含まれる線で配信する前に、前記信号パス又は前記非IP信号で適応を行い、
   −前記Ethernet型ネットワークを介して前記処理された非IP信号を送信するように適合される通信システム。
10. 請求項５ないし９のうちいずれか１項に記載の通信システムであって、
    前記システムはルータを有し、前記ルータは、前記非IP信号をルーティングし、前記非IP信号が前記Ethernetネットワークの全エンドポイントにブロードキャストされることを可能にするように適合される通信システム。
11. 請求項５ないし１０のうちいずれか１項に記載の通信システムであって、
    前記システムはスイッチを有し、前記スイッチは：
    −前記非IP信号を送信し、
    −前記非IP信号と前記IP信号とを切り替えるように適合される通信システム。
12. 請求項６に記載の通信システムで使用されるように適合されるゲートウェイであって、
    前記ゲートウェイは：
    −非IP信号を受信し、
    −前記非IP信号を前記ケーブルに含まれる線で配信する前に、前記信号パス又は前記非IP信号で適応を行い、
    −前記Ethernet型ネットワークを介して前記処理された非IP信号を送信するように適合されるゲートウェイ。
13. 請求項６に記載の通信システムで使用されるように適合されるルータであって、
    前記ルータは、前記非IP信号をルーティングし、前記IP信号が前記Ethernetネットワークの全エンドポイントにブロードキャストされることを可能にするように適合されるルータ。
14. 請求項６に記載の通信システムで使用されるように適合されるスイッチであって、
    前記スイッチは：
    −前記非IP信号を送信し、
    −前記非IP信号と前記IP信号とを切り替えるように適合されるスイッチ。

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