JP4115938B2 - マルチプロトコル・ビデオおよびデータ・サービスのためのアクセス・ノード - Google Patents

Description

本発明は、概して、ユーザと通信ネットワーク間で通信を行うための方法および装置に関し、特にユーザと複数のプロトコルおよび異なる物理的リンクを含む通信ネットワークとの間で通信を行うための方法および装置に関する。

（関連出願の記述）
本出願は、「マルチプロトコル・ビデオおよびデータ・サービスのためのアクセス・ノード」（Ａｃｃｅｓｓ Ｎｏｄｅ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｖｉｄｅｏ
ａｎｄ Ｄａｔａ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）という名称の２００１年７月１８日出願の米国仮特許出願第６０／３０６，３２８号への優先権の利益を請求する。

種々のアクセス・データおよびビデオ・システムは、個人向けまたは事業所向けサービスについて種々の利点および欠点を持つ。例えば、まず第一に、ケーブルによるデータ・システム・インタフェース仕様（ＤＯＣＳＩＳ）は、事業所にデータ・サービスを提供するために最適化されていないので、ケーブル会社は、事業所に対してデータ・サービスを簡単に提供することができない。例えば、ある事業所が、５５ＭｂｐｓのＯＣ−１速度で対称的データ・サービスを行いたくても、ＤＯＣＳＩＳシステムによりそれを提供するのはほとんど不可能である。ＤＯＣＳＩＳ用の上流の容量は、現在の最高速度である５Ｍｓｙｍｂｏｌｓ／秒の速度において、１６−ＱＡＭ搬送波用の約１５Ｍｂｐｓのネットに制限される。５５Ｍｂｐｓの上流の容量を供給するには、これらＤＯＣＳＩＳ上流チャネルを４つ供給しなければならないし、次にこれらのチャネルを通してトラヒックを割り当てるためにある多重化スキームを作成しなければならない。さらに、その事業所は、任意の他のユーザとこの上流のスペクトルを共有することはできない。このことは、その事業所は、自分自身の光ノードを持たなければならないことを意味する。そのため、当然ケーブル・ヘッドエンドからその事業所の近辺まで新しい光ファイバを設置しなければならない。その間の距離は２５ｋｍにも及ぶ場合がある。

第二に、光ファイバを通して住宅区域内に位置する事業所にデータ・サービスを延長するのは困難でもあるしコストも高いものにつく。一般的に、このようなデータ・サービスは、ＳＯＮＥＴを通して提供される。事業所はＳＯＮＥＴアッド／ドロップ・マルチプレクサにアクセスしなければならないし、そうするには事業所をＳＯＮＥＴリングに加入させるためにファイバ・リンクを設置しなければならない。人口密度の高い都市区域においては、このことは大した問題ではないが、多くのビジネス・パークが位置する住宅区域の場合には、事業所をＳＯＮＥＴリングに加入させるのはコストが高すぎてほぼ不可能である。

第三に、ヘッドエンドと各家庭または事業所間を結ぶ個々の二地点間リンクを通して、遠方のヘッドエンドまたは中央局から家庭および事業所のところに、ファイバを通してデジタル・サービスを提供するのは困難である。これらの個々のファイバ・リンクの長さは、２５ｋｍ以上になる場合があるのに、リンク当たりの平均トラヒックは１０Ｍｂｐｓ以下にしかならない場合がある。各加入者に対して特定のファイバまたは波長を割り当てるのは、コストがかかりすぎて実行不可能である。

第四に、ケーブル会社は、コストのかかるアップグレードを行わないで家庭／事業所にファイバを延長するために、従来のハイブリッド・ファイバ同軸システムを使用すること
ができない。そのため、全二重イーサネットを運ぶベースバンド光リンクの形で家庭および事業所にファイバを延長しなければならない。家庭／事業所の近くにケーブル会社が設置した光ノードが存在する場合でも、その家庭／事業所に対する光リンクは、ケーブル会社のヘッドエンドから家庭／事業所まではるばる延びる二地点間光リンクをアップグレードしなければならない。上記距離は２５ｋｍ以上に及ぶ場合があり、コスト／利益の分析の見地からいってコストが高すぎて採算がとれない。

第五に、ヘッドエンドまたは中央局から非常に遠い場所における種々のアクセス技術からのトラヒックを統合するための方法がない。それどころか、ＨＦＣ、受動光ネットワーク、ＳＯＮＥＴリング、ファイバ分布データ・インタフェース（ＦＤＤＩ）リングのような個々のアクセス技術が存在する。これら各技術は相互に別々に動作する。

従って、従来技術は、ＨＦＣシステム、ＡＴＭまたはイーサネットを運ぶ受動光ネットワーク、ＳＯＮＥＴリング、ＦＤＤＩリングおよび他の光リング上で動作するＤＯＣＳＩＳのような一組のアクセス・アーキテクチャである。これらシステムの重大な欠点は、下記の通りである。第一に、これらのシステムのどれも経済的な価格で完全なビデオ・サービスを提供することができないし、同様に、ファイバから家庭／事業所にサービスを提供することができない。第二に、これらの各アーキテクチャは、他のアーキテクチャから独立していて、どんな簡単な方法でも他のアーキテクチャと相互動作を行うことができない。第三に、これら各アーキテクチャは、いかなる直接的な方法でも他の任意のアーキテクチャからのトラヒックを統合することができない。

それ故、本発明は、ユーザと、上記欠点を持たない種々の通信プロトコルで動作する通信ネットワーク間で通信を行うための方法および装置を開発する問題に関する。

本発明は、ケーブル会社のヘッドエンドまたは電話会社の中央局から遠く離れているところで展開することができるアクセス・ノードを供給することによりこれらおよび他の問題を解決する。上記アクセス・ノードは、狭い地理的エリア内の個人および事業加入者にサービスを提供する。

１つの態様によれば、本発明のアクセス・ノードは、通信リンクおよびプロトコル間で、また通信リンクおよびプロトコルを横切って相互動作ができるようにし、それにより事業者および個人ユーザの両方に対して、サービス・プロバイダが、コストパフォーマンスの高い方法で、各ユーザにそのサービスを調整することができるモジュラー・タイプの構成可能なアクセス・ポイントを供給する。

本明細書においては、「１つの実施形態」または「ある実施形態」へのすべての参照は、その実施形態に関連して記述した特定の特徴、構造または特性が、少なくとも本発明の１つの実施形態に含まれることを意味することに留意されたい。本明細書の種々の場所に「１つの実施形態において」という言いまわしがでてくるが、この言いまわしはすべて必ずしも同じ実施形態を指すものではない。

本発明の１つの例示としての実施形態は、ケーブル・ネットワークまたは他の高速データ通信ネットワークのような電気通信ネットワークで使用するためのアクセス・ノードを含む。アクセス・ノードは、ケーブル会社のヘッドエンド、または電話会社の中央局（例えば、おそらく２５ｋｍの遠距離のところの）から遠く離れているところで展開されるデ
ータ・ネットワーク・ノードを備えていて、狭い地理的エリア内の個人および事業加入者にサービスを提供する。

アクセス・ノードは２つの側面を持つ。すなわち、ネットワークとしての側面とアクセスとしての側面である。ネットワークとしての側面は、ケーブル会社のヘッドエンド（または電話会社の中央局）のところで光ファイバ接続をサポートし、アクセスとしての側面は、個人および事業加入者への接続をサポートする。例えば、アクセスとしての側面は、同軸ケーブルおよび光ファイバ・ケーブルの両方へのインタフェースを含む。ネットワークとしての側面は、高速光ファイバ・ケーブルおよびもっと低い帯域幅の光ファイバ・ケーブルに対するインタフェースを含む。

ネットワークとしての側面およびアクセスとしての側面の両方は、それにより異なる通信プロトコルをサポートする一組の種々のモジュールを有する。そのため、アクセス・ノードは、１つのノードで種々様々な通信プロトコルと通信することができる。このようなことは従来不可能であった。それ故、例えば、ネットワークとしての側面は、（１）ファイバ接続を通して全二重イーサネット、または（２）受動光ネットワーク、または（３）ＳＯＮＥＴリングに対するモジュールを有する。同様に、例えば、アクセスとしての側面は、（１）家庭への同軸ケーブル（これらの同軸ケーブルも、ＲＦ信号として同報通信ビデオを運ぶことができる）を通して動作するＤＯＣＳＩＳプロトコル、（２）ファイバを通しての全二重１０／１００Ｍｂｐｓイーサネット、（３）家庭または事業者にＡＴＭまたはイーサネット・フレームを送る受動光ネットワークに対するモジュールを有する。アクセス・ノードは、２つ以上のタイプのアクセス・モジュール、すなわち、各接続に対して１つのアクセス・プロトコルを選択することにより、同時に２つ以上のアクセス・プロトコルをサポートすることができる。

アクセス・ノードの実行可能な一実施例によれば、そのアクセス技術に対する機能の中のあるものは、これらアクセス技術専用のモジュールで実行されるのではなく、アクセス・ノードの中央プロセッサで実行される場合がある。その理由は、アクセス・ノードは、そのポートに種々のアクセス・モジュールが取り付けられているネットワーク・プロセッサをベースとしているからである。ネットワーク・プロセッサは、ヘッダ構文解析および操作、テーブル参照、待ち行列動作およびパケット転送などの共通の経路指定およびスイッチング機能のハードウェア実施の速度と、複雑で特定プロトコル向け機能のソフトウェアによる実施の柔軟性とを結合する。そうすることにより、依然としてデータの有線速度スイッチングを行いながら、必要に応じて変更することができる種々のスイッチングおよび制御プロトコルをサポートすることができる。このようなネットワーク・プロセッサは、加入者に対して展開されるアクセス技術のためのいくつかの計算を行うのに十分な処理電力を有する。例えば、加入者に対するＤＯＣＳＩＳの場合には、ＤＯＣＳＩＳ規格（ケーブル・モデムによる上流送信を指定するＭＡＰの計算など）の動作のために必要ないくつかの計算をＤＯＣＳＩＳモジュール自身内でではなく、このＤＯＣＳＩＳモジュールが取り付けられているネットワーク・プロセッサにより行うことができる。これは、単に、ＤＯＣＳＩＳ計算のためにネットワーク・プロセッサ（および任意の関連プロセッサ）の計算電力の中のあるものを使用することにより、できるだけＤＯＣＳＩＳモジュールを簡単に維持するための経済的な手段に過ぎない。

アクセス・ノードは、種々の加入者インタフェースへの下流トラヒックをパーティショニングし、最終的にはヘッドエンドに返送される１本の光リンクへの上流トラヒックを統合するパケット・スイッチとして動作する。下流の加入者からの入力トラヒックを統合し、ネットワークからの入力トラヒックをパーティショニングすることにより、アクセス・ノードは、（ＤＯＣＳＩＳを通して）設置済みの同軸ケーブルだけで、同時に何軒かの家庭を収容しながらこれらの家庭および事業所への高速ファイバの使用を可能にする。

本発明の利点の１つは、アクセス・ノードが、個人加入者への経済的な同報通信ビデオ・サービスをサポートすることができることである。このサポートは、ＨＦＣビデオ分配システム上にアクセス・ノードを設置することにより行うことができる（図３参照）。同報通信ビデオは、依然としてケーブル・ヘッドエンドから光ノードへのアナログ光リンク上のＲＦ搬送波により送信されていて、上記光ノードのところでは、これらのＲＦ搬送波は、以前（ＨＦＣアーキテクチャ）と同じ方法で同軸プラント内に挿入される。アクセス・ノード・アーキテクチャにおいては、ＨＦＣの従来の光ノードが、その古い機能を保持しながら、さらにアクセス・ノードとなる二重の役割を果たしている。従来のＨＦＣ光ノードが、アクセス・ノードと同じ場所に配置されているというふうにいうこともできる。アクセス・ノードは、信号を同じ同軸プラント内に送るために、同じＲＦフィルタおよび（ＨＦＣ光ノードの一部である）電子増幅器を使用する。

同報通信ビデオの他に、アクセス・ノードにより同軸プラントを通して運ばれるナローキャスト・トラヒック（ｎａｒｒｏｗ ｃａｓｔ ｔｒａｆｆｉｃ）が存在する。特定のアクセス・ノードによりサービスを受けるこれら加入者に対する一意のナローキャスト・トラヒックは、インターネット・トラヒック（ＤＯＣＳＩＳデータ）、ビデオ・オン・デマンド（ＶＯＤ）およびＩＰを通した音声（ＶｏＩＰ）を含む。このトラヒックは、ヘッドエンドからアクセス・ノードに、ベースバンド光リンクを通してパケットとして運ばれる。上記トラヒックは、同軸ケーブル・プラントを通して加入者に送られるので、アクセス・ノードでトランスポートするために上記トラヒックはＲＦ搬送波に変換される。アクセス・ノードでベースバンドからＲＦへの変換を行うことにより、あるアクセス・ノードから他のアクセス・ノードへのナローキャスト・トラヒックに対して高度の周波数再使用を行うことができる。

本発明の第２の利点は、アクセス・ノードが、特定の光学的技術をサポートするための適当なアクセス・モジュールを設置することにより、家庭および事業者へのファイバ接続をサポートすることができることである。例えば、モジュールの１つのタイプは、受動光ネットワークを通してイーサネットをサポートすることができ、一方、他のモジュールは、１０／１００Ｍｂｐｓ全二重イーサネット・リンクの星形ネットワークをサポートすることができる。それ故、事業者用のＤＯＣＳＩＳを使用しないでも、またこれら事業者へサービスを提供するためのＳＯＮＥＴリングを形成しないでも、事業者へのデータ・サービスを延長することができる。

本発明の第３の利点は、事業者および家庭用に設置されているこれらのファイバ・リンクが、ケーブル会社のヘッドエンドまでの距離（例えば、２５ｋｍにも及ぶ）を通して延長する必要がないことである。代わりに、最長で数キロメートルしかない事業者からアクセス・ノードへの距離を延長するためだけにファイバ接続が必要になるだけである。このことは、１０／１００Ｍｂｐｓイーサネット・リンクは、短い距離（すなわち、５００メートル以下）に対する多モード・ファイバをベースとする安価な光学的技術を使用することができることを意味する。

第四に、ケーブル会社が、住居用サービスを家庭への同軸から家庭へのファイバへシフトしたい場合には、アクセス・ノードをヘッドエンドに接続しているファイバ・ネットワークを交換しないでも、また同軸ケーブル・プラントに悪影響を与えないで、増設によりこのようなシフトを行うことができる。そのため、アクセス・ノードから（ファイバに）アップグレードする種々の住居にファイバを設置するだけですむ。

第五に、種々のアクセス側モジュールを使用することにより、アクセス・ノードは、同時に、個人および事業者への複数のアクセス・ネットワークをサポートすることができる
。これらの種々のアクセス・プロトコルからのトラヒックは、アクセス・ノードで統合され、ヘッドエンド（または中央局）へまたから統一光リンクを通して運ばれる。

同報通信ビデオを含むすべてのビデオ・サービスをファイバから家庭へ送ることが望ましい。アクセス・ノード・アーキテクチャは、このアーキテクチャをサポートするように変更することができる。そうするためのいくつかの方法がある。

概念的に最も普通の方法は、同報通信ビデオＲＦ搬送波をファイバから家庭へ送るという方法である。ＲＦ搬送波を変更する必要はなく、単にファイバを通して送るだけでよい。

ファイバを通して家庭へ全ビデオ・サービスを提供するためのもう１つの一般的なアプローチは、同報通信ビデオおよびナローキャスト・ビデオの両方をベースバンド光リンクを通してＭＰＥＧパケットとして送る方法である。この場合、ＲＦ搬送波は全然使用しない。話は変わるが、標準解像度のＴＶスクリーン上の娯楽ビデオ用のＭＰＥＧプログラムは、３Ｍｂｐｓ〜６Ｍｂｐｓを必要とする。１００の「同報通信ビデオ」ストリームが存在する場合には、このことは、潜在的な６００Ｍｂｐｓ相当のＭＰＥＧパケットを意味する。家庭へ１００Ｍｂｐｓのイーサネットを使用したい場合には、そのリンクはすべての同報通信ビデオを収容することはできない。加入者がアクセス・ノードに自分が見たいプログラムを知らせるための何らかの方法、および家庭に送信されるこの材料だけに対する何らかの方法を使用しなければならない。

このビデオ・サービス・アーキテクチャを実行するもう１つの方法は、ベースバンド光リンクを通してＭＰＥＧパケット・ストリームとしてヘッドエンドからアクセス・ノードに送られるすべての「同報通信」ビデオを供給する方法である。加入者とアクセス・ノードとの間の制御プロトコルにより、加入者は、自分が家庭で見たいＭＰＥＧパケット・ストリーム（例えば、ビデオ・コンテンツなど）を選択することができる。次に、選択したＭＰＥＧパケット・ストリームは切り替えられ、アクセス・ノードから加入者の家庭へもっと低い帯域幅のベースバンド光リンクを通して送られる。

ビデオ・アーキテクチャを形成するもう１つの方法は、加入者が制御プロトコルを使用している場合には、その家庭からアクセス・ノードとヘッドエンドの両方に延長する。この場合、家庭にいる加入者は、ＭＰＥＧパケット・ストリームを選択する。この選択はヘッドエンドおよびアクセス・ノードの両方に送られる。特定のアクセス・ノード（そして他のアクセス・ノードではない）加入者が選択したこれらの同報通信ストリームは、ヘッドエンドからそのアクセス・ノードに送られる。アクセス・ノードにおいては、ＭＰＥＧビデオ・パケット・ストリームが、上記の場合と同じ方法で切り替えられ、ファイバ・リンクを通してそれらを選択した加入者の家庭に送られる。

この第２のアプローチの利点は、加入者（特定のアクセス・ノードによりサービスを受けている）が実際に選択しているこれらの同報通信ビデオＭＰＥＧパケット・ストリームだけが、ヘッドエンドからアクセス・ノードに何時でも送られることである。例えば、ケーブル会社は、「同報通信」と見なされ、いつでもヘッドエンドで入手することができる３００の別々のＭＰＥＧビデオ・ストリームを識別したい場合がある。これら３００のビデオ・ストリームは、３００×５Ｍｂｐｓ（１５００Ｍｂｐｓ）のデジタル・コンテンツの集合体を含むことができる。特定のアクセス・ノードの加入者は、特定の時間にこれらストリームの中から選択した３０のストリームだけを持つことができる。すなわち、３０×５Ｍｂｐｓ＝１５０Ｍｂｐｓの全デジタル負荷に対して、３００の「同報通信」ビデオ・ストリームの中の３０のストリームだけを見たり（または記録したり）する。それ故、ヘッドエンドからアクセス・ノードへの負荷のトランスポートおよび切り替え（パケット
・ドロップを含む）は、１５００Ｍｂｐｓから１５０Ｍｂｐｓに低減する。そのため、ヘッドエンドからアクセス・ノードへの光リンクを遥かに安価なものにすることができるし、アクセス・ノード自身内の容量切り替え（パケット・ドロップを含む）をもっと少なくすることもできる。

図１について説明すると、この図は、上記のようなアクセス・ノードを内蔵する通信ネットワーク・アーキテクチャを示す。ケーブル・ヘッドエンド１１は、２つのマルチプレクサ・ノード１２ａおよび１２ｂに結合している。ケーブル・ヘッドエンドは、おそらくマルチプレクサ・ノードによるサービスを受ける数で割ったヘッドエンドによるサービスを受ける加入者の数により制限を受ける多くのマルチプレクサ・ノードに結合することができる。各マルチプレクサ・ノード１２ａ，１２ｂは、複数のアクセス・ノード１３ａ−ｄ，１４ａ−ｅに結合している。間にマルチプレクサ・ノードを全然接続しないで、１つのアクセス・ノードをケーブル・ヘッドエンド（または電話会社の中央局）に直接接続することもできる。さらに、各マルチプレクサ・ノードに対して約１０のアクセス・ノードを設置することができる。これを制限するのは、アクセス・ノード内の経済的パケット・スイッチング容量に対するマルチプレクサ・ノード内の経済的パケット・スイッチング容量の比率である。

各アクセス・ノード１３ａ−ｄ，１４ａ−ｅは、家庭、事業者および他の潜在ユーザを含む１人またはそれ以上のユーザに結合している。ある場合には、何人かのユーザは、それに対して各ユーザが結合していて、そのタップ（例えば、１５ａ−ｂ，１６ａ−ｂ）が今度はアクセス・ノード（例えば、それぞれ１３ｃおよび１４ａ）に結合しているタップ（例えば、１５ａ−ｂ，１６ａ−ｂ）によりサービスを受けることができる。さらに、１つのタップ１５ａ−ｂ，１６ａ−ｂを他のタップに結合することもできる。図４は、同軸ケーブル接続の追加の詳細図である。

マルチプレクサ・ノード１２ａは、各アクセス・ノード（１３ａ−ｄそれぞれ）に一意の波長（λ_１，λ_２，λ_３，λ_４）を送信する波長分割多重化ノードである。この実施形態の場合には、マルチプレクサ・ノード１２ａは、１Ｇｂｐｓまたは１００Ｍｂｐｓのイーサネット・ファイバ接続を通してアクセス・ノード１３ａ−ｄに結合している。代わりに、マルチプレクサ・ノード１２ａは、同様にファイバ接続を通してケーブル・ヘッドエンド（またはハブ）１１に結合している。各アクセス・ノード１３ａ−ｄ，１４ａ−ｅは、約２０〜１２５の家庭にサービスを提供することができる。

アクセス・ノード１３ａは、アクセス・ノード１３ａに結合している各ユーザからケーブル・ヘッドエンド１１へ完全なファイバ接続が行われるように、ファイバを通してそのユーザ（図示せず）に結合している。

ファイバを通してそれに接続している事業者ユーザ１７ａ含むアクセス・ノード１３ｂについても同じことがいえる。アクセス・ノード１３ｂの他のユーザは図示していない。
アクセス・ノード１３ｃの場合には、アクセス・ノード１３ａに対して完全なファイバ接続が存在する。何人かのホーム・ユーザ１８ａ−ｂは、ファイバを通してアクセス・ノード１３ｃに接続していて、一方、他のホーム・ユーザ１８ｃ−ｊは、タップ１５ａ−ｂを通して同軸ケーブルによりアクセス・ノード１３ｃに結合している。この場合、ホーム・ユーザ１８ｃ−ｆは、同軸ケーブルを通してタップ１５ａに結合していて、ホーム・ユーザ１８ｇ−ｊは、同軸ケーブルを通してタップ１５ｂに結合している。タップ１５ａおよび１５ｂは、同軸ケーブルを通して相互に結合していて、次に同軸ケーブルを通してアクセス・ノード１３ｃに結合している。

λ_４によりサービスを受けるアクセス・ノード１３ｄの場合には、ホーム・ユーザ１８
ｋ，１８ｍは、ファイバによりサービスを受け、一方、ホーム・ユーザ１８ｌは、同軸ケーブルによりサービスを受ける。

マルチプレクサ・ノード１２ｂについて説明すると、このマルチプレクサ・ノードは、長さが最高１５ｋｍになる場合もあるファイバ接続を通して、ケーブル・ヘッドエンド１１に結合している。このファイバ接続は１Ｇｂｐｓまたは１０Ｇｂｐｓで、イーサネット接続を動作する。各アクセス・ノードのマルチプレクサ・ノードからの距離は最長２ｋｍになる場合がある。この場合、マルチプレクサ・ノード１２ｂは、ファイバ接続を通して各アクセス・ノード１４ａ−ｅに結合している。

アクセス・ノード１４ａは、同軸ケーブルを通して２つのタップ１６ａ−ｂに結合していて、これらのタップには、複数のホーム・ユーザ１８ｎ−ｕが、同軸ケーブルを通して結合している。各ユーザまたは各加入者は、１〜１００Ｍｂｐｓの容量接続を有する。

アクセス・ノード１４ｂは、同軸接続を通して事業者ユーザ１７ｂに結合していて、ホーム・ユーザ１８ｖも同軸接続を通して結合している。追加のユーザ（図示せず）は、例えば、ファイバを通してアクセス・ノード１４ｂに接続することができる。

アクセス・ノード１４ｃは、ファイバおよび同軸で接続しているユーザ（図示せず）にサービスを提供することができる。同じことがアクセス・ノード１４ｄについてもいえる。

アクセス・ノード１４ｅは、３人のホーム・ユーザ１８ｗ−ｙおよび１人の事業者ユーザ１７ｃに結合している。ホーム・ユーザ１８ｘは、同軸ケーブルを通してアクセス・ノード１４ｅに結合していて、一方、ホーム・ユーザ１８ｗ，１８ｙおよび事業者ユーザ１７ｃは、ファイバを通してアクセス・ノード１４ｅに結合している。

上記接続は、本発明のアクセス・ノードにより実行することができる種々様々な接続を示すための単に例示に過ぎない。本発明から逸脱することなしに多くの他の組合わせを行うことができる。本発明のアクセス・ノードを使用すれば、異なる通信データレートおよびプロトコルで動作している混合ケーブルおよびファイバ接続により、事業者ユーザおよび個人ユーザの複雑な組合わせを行うことができる。

図２について説明すると、この図は、本発明の他の態様によるアクセス・ノードのハードウェア実施の例示としての実施形態である。アクセス・ノード２１は、外部使用のための環境的に硬化したエンクロージャ内に収容されている。アクセス・ノード２１の寸法は、約６インチ×４インチ×４インチである。この寸法は、複数のネットワーク・カードおよびケーブルおよびファイバ接続インタフェース・カードを十分収容できるものでなければならない。

この実施形態２１の場合には、アクセス・ノードは、通信カード２２、入力ライン・カード２３、および１０／１００Ｍｂｐｓカード２４およびＤＯＣＳＩＳカード２５を含む。論理的には、アクセス・ノード２１は、スイッチ２７に結合している複数のネットワーク・カード２６ａ−ｃ（例えば、ＡＰＯＮネットワーク、ギガビット・イーサネット（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）またはＧｂＥをベースとするリング・カード）を含む。上記スイッチは、複数のインタフェース・カード２８ａ−ｃ（例えば、１０／１００Ｍｂｐｓ多モード・ファイバ、ＤＯＣＳＩＳ、または１００Ｍｂｐｓ単一モードファイバ・インタフェース・カード）に結合している。例えば、１０／１００ＢａｓｅＴ、１０／１００ＢａｓｅＦ、１０Ｂａｓｅ２、１０００ＢａｓｅＦまたはＤＯＣＳＩＳのような種々のカードを使用することができる。上記はほんの数例にしか過ぎない。それ故、ネットワ
ーク側上の任意のネットワークを、交差接続スイッチのような動作を行うスイッチ２７を通してアクセス側の任意のインタフェースに結合することができる。

図３について説明すると、この図は、本発明のさらにもう１つの態様によるアクセス・ノードの例示として実施形態３１である。アクセス・ノードのネットワーク側上には、２つの光入出力が存在する。１つのファイバ光入力は、同報通信ＲＦ搬送波からなる。このファイバは、当然、アクセス・ノード・ネットワークが上に置かれるＨＦＣネットワークの光ノードへの入力である。すでに説明したように、アクセス・ノードは、ＨＦＣネットワークの光ノードと並置されている。これらのノードは、同じ同軸トランクに取り付けられている。同報通信ＲＦ搬送波は、アナログ光学受信機への入力である。この光学受信機の出力は、アクセス側上の同軸ケーブルを通して送信するために高帯域送信機に送られる。第２の入出力は、例えば、ギガビット・イーサネットのようなナローキャスティング用のベースバンド光リンクを含むファイバ入力である。

アクセス側は、それぞれが１０／１００イーサネット・カードに結合していて、このイーサネット・カードがパケット・スイッチに結合している個人／事業者入出力への同軸ケーブル出力および多モード・ファイバを含む。パケット・スイッチは、ナローキャスト用のベースバンド光リンクを受信する光学受信機／送信機（またはトランシーバ）に結合している。ＣＭＴＳおよびＶＯＤに対する下流トラヒックは、ヘッドエンドからベースバンド光リンク上に到着し、同軸ケーブル用の適当なＲＦ搬送波に変換され、アナログ光学受信機からの出力と混合され、同軸ケーブル上の高帯域で送信される。ＣＭＴＳおよびＶＯＤモジュールも、低い帯域上の同軸ケーブルから入力を受信する。

図４について説明すると、この図は、図１に示すようなアクセス・ノードからの同軸ケーブル接続出力用の下流接続である。アクセス・ノード４１は、受動タップ４２に結合している種々のユーザに複数のＣＭＴＳ／ＶｏＤチャネル（例えば、図に示す４つの下流および３つの上流）を出力する。ユーザは、パーソナルコンピュータ４３、ケーブル・モデム４４、ハブ４５、ルータ４６、テレビジョン４７、およびセットトップボックス４８を含む、変更することができる装置構成を持つことができる。下流側においては、それぞれが最高１２５の家庭にサービスを提供する４つのＲＦ ＤＯＣＳＩＳ／ＶＯＤ搬送波６ＭＨｚ幅の２５６ＱＡＭが位置する。それ故、これは１２５の家庭に１４０Ｍｂｐｓ、すなわち、通過する一軒の家庭当たり約１．１Ｍｂｐｓを供給する。上流側においては、それぞれが最高１２５の家庭にサービスを提供する４つのＤＯＣＳＩＳ搬送波、６ＭＨｚ幅の１６ＱＡＭが位置する。これは、１２５の家庭に６０Ｍｂｐｓのデータを供給するか、または通過する各家庭当たり約４８０ｋｂｐｓを供給する。

図５について説明すると、この図は、本発明のさらにもう１つの態様による結合ＨＦＣおよびアクセス・ノード・ネットワーク５１である。図５の上の部分はネットワークのＨＦＣ部分を含み、この図の下の部分はネットワークのアクセス・ノード部分を含む。

同報通信ＲＦ搬送波５２は、アナログ光学送信機５３に結合していて、光ファイバ接続を通して、エルビウムでドーピングされたファイバ増幅器５４に結合している。この増幅器５４の出力は、１本のファイバ上の同報通信ＲＦであり、この同報通信ＲＦはスプリッタ５５により分割され、その結果、１本のファイバが各アクセス・ノード（図示せず）に送られる。ある実行可能な実施形態は、ＲＦ同報通信を８つの同じファイバに分割する。

ネットワークのアクセス側においては、インターネット・サービス・プロバイダ（ＩＳＰ）へのおよびからのデータは、スイッチ／ルータ５６に送信される。すべての電話トラヒックは、同じようにスイッチ／ルータ５６に結合している。ローカル・サーバ・データおよびＶｏＤデータも、同じスイッチ／ルータ５６に結合している。次に、このデータは
、それぞれが一意の波長を有する複数の高速光ファイバ接続に多重化される。これらの高速ファイバ接続は、種々のアクセス・ノードに結合している。

ある場合には、データは低密度波長分割多重化（ＣＷＤＭ）スキームにより送信される。他の場合には、データを二地点間ファイバにより各アクセス・ノードに送信することができる。

本明細書において、種々の実施形態を詳細に図示し、説明してきたが、本発明の種々の修正および変更は、上記教示内に含まれること、および本発明の精神および意図する範囲から逸脱することなしに、添付の特許請求の範囲内に含まれることを理解することができるだろう。さらに、これらの例は、特許請求の範囲に含まれる本発明の修正および変更を制限するものと解釈すべきではなく、単に可能な変更の例示としてのものに過ぎない。

本発明の１つの態様による通信ネットワークの例示としての実施形態である。 本発明の他の態様によるアクセス・ノードの例示としての実施形態である。 本発明のさらにもう１つの態様によるアクセス・ノードのもう１つの例示としての実施形態である。 本発明のさらにもう１つの態様によるアクセス・ノードからの同軸ケーブル接続出力用の下流接続の例示としての実施形態である。 本発明のさらにもう１つの態様による結合ＨＦＣおよびアクセス・ノード・ネットワークの例示としての実施形態である。

Claims (17)

1. ケーブル・ヘッドエンドまたは電話会社の中央局から最長２５ｋｍのところまで、および所定の地理的エリア内の複数の事業者ユーザおよび個人ユーザ間で展開するための通信ネットワークで使用するための装置であって、
   ケーブル・ヘッドエンドまたは電話会社の中央局に対してインタフェースとして機能し、それぞれが第１の複数の通信モジュールの他のモジュールから独立して、同時に特定のプロトコルにより通信することができる前記第１の複数の通信モジュールを含む第１のインタフェースと、
   前記複数の事業者ユーザおよび個人ユーザに対してインタフェースとして機能し、前記複数の事業者ユーザおよび個人ユーザの１人またはそれ以上にサービスを提供する同軸ケーブルに結合するための少なくとも１本の同軸ケーブル・インタフェースと、前記複数の事業者ユーザおよび個人ユーザの１人またはそれ以上にサービスを提供する光ファイバ・ケーブルに結合するための１つの光ファイバ・ケーブル・インタフェースを含み、それぞれが第２の複数の通信モジュールの他のモジュールから独立して、同時に特定のプロトコルにより通信することができる第２の複数の通信モジュールを含む第２のインタフェースと、
   前記第１の複数のモジュールの１つまたはそれ以上を通して、前記ケーブル・ヘッドエンドまたは電話会社の中央局に送信される前記第２の複数のモジュールを通して受信した前記複数の事業者ユーザおよび個人ユーザからのトラヒックを統合し、また、前記第２の複数のモジュールの１つまたはそれ以上を通して、前記複数の事業者ユーザおよび個人ユーザに送信される前記第１の複数のモジュールを通して受信した前記ケーブル・ヘッドエンドまたは電話会社の中央局からのトラヒックをパーティショニングすることにより、前記第１のインタフェースの前記第１の複数のモジュールを前記第２のインタフェースの前記第２の複数のモジュールに結合するためのパケット・スイッチ／ルータとを備え、
   前記第１の複数の各通信モジュールが、前記第１の複数の通信モジュールのすべての他の通信モジュールとは異なるプロトコルにより通信し、
   前記第２の複数の各通信モジュールが、前記第２の複数の通信モジュールのすべての他の通信モジュールとは異なるプロトコルにより通信する、装置。
2. 前記第１の複数の通信モジュールが、（１）ファイバ接続を通しての全二重イーサネット、（２）受動光ネットワーク、および（３）ＳＯＮＥＴリングのうちの２つまたはそれ以上により通信することができるモジュールを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の複数の通信モジュールが、（１）ＤＯＣＳＩＳプロトコル、（２）ファイバを通しての全二重１０／１００Ｍｂｐｓイーサネット、（３）ＡＴＭまたはイーサネット・フレームを運ぶ受動光ネットワークのうちの２つまたはそれ以上により通信することができるモジュールを含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記パケット・スイッチ／ルータがネットワーク・プロセッサを備える、請求項１に記載の装置。
5. 複数の個人ユーザおよび事業者ユーザにナローキャスト・データを送信するための方法であって、
   ケーブル・ヘッドエンドから前記１つまたはそれ以上のアクセス・ノードへ、ベースバンド光リンクにより複数のパケットとして、前記複数の個人ユーザおよび事業者ユーザに送信されるナローキャスト・データを送信するステップと、
   前記１つまたはそれ以上のアクセス・ノードで、前記１つまたはそれ以上のアクセス・ノードによりサービスの供給を受けている個人ユーザおよび事業者ユーザのグループ内の１人またはそれ以上のユーザに送信されるナローキャスト・データを同報通信ＲＦ搬送波と一緒に前記１人またはそれ以上のユーザに送信するためのＲＦ搬送波に変換するステップと、
   １０／１００Ｍｂｐｓ全二重イーサネット接続により、前記アクセス・ノードの中の１つと、前記アクセス・ノードの中の前記１つのアクセス・ノードによりサービスを受けている１人またはそれ以上のユーザとの間でデータを送信するステップと、
   前記１人またはそれ以上のユーザからの前記データを、高速光ファイバ接続を通して前記ケーブル・ヘッドエンドに送信するための第２のプロトコルに変換するステップとを含む、方法。
6. 前記ナローキャスト・データが、インターネット・トラヒック、ＤＯＣＳＩＳデータ、ビデオ・オン・デマンドおよびＩＰによる音声のうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項５に記載の方法。
7. 複数の個人ユーザおよび事業者ユーザとケーブル・ヘッドエンドとの間で、全同報通信ビデオおよびナローキャスト・ビデオを含む完全なビデオ・サービスを通信するための方法であって、
   ベースバンド光リンクを通して、複数のＭＰＥＧパケット・ストリームとして、前記ケーブル・ヘッドエンドからアクセス・ノードにビデオを送信するステップと、
   前記各ユーザと前記アクセス・ノードとの間で動作している制御プロトコルにより、前記各ユーザが、自分が受信したい複数のＭＰＥＧパケット・ストリームからどれかを選択するステップと、
   選択したＭＰＥＧパケット・ストリームを、ベースバンド光リンクを通して前記ケーブル・ヘッドエンドからアクセス・ノードに送信するステップと、
   前記選択したＭＰＥＧパケット・ストリームを、前記アクセス・ノードから前記各ユーザへのもっと低い帯域幅のベースバンド光リンクに切り替えるステップとを含む方法。
8. 複数の個人ユーザおよび事業者ユーザとケーブル・ヘッドエンドとの間でビデオを通信するための方法であって、
   前記複数の各個人ユーザおよび各事業者ユーザにより、各ユーザ、各ユーザによりサービスを受けているアクセス・ノードと前記ケーブル・ヘッドエンドとの間で動作している制御プロトコルにより、各ユーザが受信したい複数のＭＰＥＧパケット・ストリームのどれかを選択するステップと、
   ベースバンド光リンクを通して、前記ケーブル・ヘッドエンドから、前記複数の個人ユーザおよび事業者ユーザのユーザ・グループにサービスを提供しているアクセス・ノードへ、複数のアクセス・ノードが選択したＭＰＥＧパケット・ストリームを送信するステップであって、前記複数のアクセス・ノードが選択ＭＰＥＧパケット・ストリームが前記ユーザ・グループにより選択されたものであるステップと、
   １人またはそれ以上のユーザが選択したＭＰＥＧパケット・ストリームを、前記ユーザ・グループの１人またはそれ以上のユーザに前記アクセス・ノードを結合しているもっと低い帯域幅ベースバンド光リンクに切り替えるステップであって、前記１人またはそれ以上のユーザが選択したＭＰＥＧパケット・ストリームが、前記１人またはそれ以上のユーザが選択したものであるステップとを含む方法。
9. 通信ネットワークであって、
   中央ノードと、
   第１のデータレートで動作している光ファイバ・リンクを通して前記中央ノードに結合していて、前記中央ノードから第１の距離だけ離れている１つまたはそれ以上のマルチプレクサ・ノードと、
   第２のデータレートまたは前記第１のデータレートより低いデータレートで動作している光ファイバ・リンクを通して前記１つまたはそれ以上の各マルチプレクサ・ノードに結合している１つまたはそれ以上のアクセス・ノードとを備え、前記１つまたはそれ以上の各アクセス・ノードが１人またはそれ以上の個人ユーザまたは事業者ユーザにサービスを提供し、前記アクセス・ノードが、前記マルチプレクサ・ノードから前記第１の距離以下の第２の距離まで、および指定の地理的エリア内で前記１人またはそれ以上の個人ユーザまたは事業者ユーザの間で展開するためのものであり、前記アクセス・ノードが、さらに、
   第１の複数の通信モジュールを含み、前記第１の複数の各通信モジュールが、前記第１の複数の通信モジュールの他のモジュールから独立して、同時に特定のプロトコルにより通信することができる、前記マルチプレクサ・ノードに対してインタフェースとして機能 する第１のインタフェースと、
   １人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザの１人またはそれ以上にサービスを提供する同軸ケーブルに結合するための少なくとも１本の同軸ケーブル・インタフェースと、前記１人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザの１人またはそれ以上にサービスを提供する光ファイバ・ケーブルに結合するための１つの光ファイバ・ケーブル・インタフェースを含み、それぞれが前記第２の複数の通信モジュールの他のモジュールから独立して、同時に特定のプロトコルにより通信することができる第２の複数の通信モジュールを含む、１人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザに対してインタフェースとして機能する第２のインタフェースと、
   前記第１の複数のモジュールの１つまたはそれ以上を通して、前記マルチプレクサ・ノードに送信される前記第２の複数のモジュールを通して受信した前記１人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザからのトラヒックを統合し、また、前記第２の複数のモジュールの１つまたはそれ以上を通して、前記１人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザに送信される前記第１の複数のモジュールを通して受信した前記マルチプレクサ・ノードからのトラヒックをパーティショニングすることにより、前記第１のインタフェースの前記第１の複数のモジュールを前記第２のインタフェースの前記第２の複数のモジュールに結合するためのパケット・スイッチ／ルータとを備え、
   前記第１の複数の各通信モジュールが、前記第１の複数の通信モジュールのすべての他の通信モジュールとは異なるプロトコルにより通信し、
   前記第２の複数の各通信モジュールが、前記第２の複数の通信モジュールのすべての他の通信モジュールとは異なるプロトコルにより通信する、ネットワーク。
10. 前記第１の複数の通信モジュールが、（１）ファイバ接続を通しての全二重イーサネット、（２）受動光ネットワーク、および（３）ＳＯＮＥＴリングのうちの２つまたはそれ以上により通信することができるモジュールを含む、請求項９に記載のネットワーク。
11. 前記第２の複数の通信モジュールが、（１）ＤＯＣＳＩＳプロトコル、（２）ファイバを通しての全二重１０／１００Ｍｂｐｓイーサネット、（３）ＡＴＭまたはイーサネット・フレームを運ぶ受動光ネットワークのうちの２つまたはそれ以上により通信することができるモジュールを含む、請求項９に記載のネットワーク。
12. 前記パケット・スイッチ／ルータがネットワーク・プロセッサを備える、請求項９に記載のネットワーク。
13. 通信ネットワークであって、
    中央ノードと、
    第１のデータレートで動作している光ファイバ・リンクを通して中央ノードに結合している１つまたはそれ以上のアクセス・ノードとを備え、前記１つまたはそれ以上の各アクセス・ノードが１人またはそれ以上の個人ユーザまたは事業者ユーザにサービスを提供し、前記アクセス・ノードが、前記中央ノードからの前記第１の距離より短い第２の距離まで、および指定の地理的エリア内で前記１人またはそれ以上の個人ユーザまたは事業者ユーザ間で展開するためのものであり、前記アクセス・ノードが、さらに、
    第１の複数の通信モジュールを含み、前記第１の複数の各通信モジュールが、前記第１
    の複数の通信モジュールの他のモジュールから独立して、同時に特定のプロトコルにより通信することができる、前記中央ノードに対してインタフェースとして機能する第１のインタフェースと、
    前記１人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザの１人またはそれ以上にサービスを提供する同軸ケーブルに結合するための少なくとも１本の同軸ケーブル・インタフェースと、前記１人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザの１人またはそれ以上にサービスを提供する光ファイバ・ケーブルに結合するための１つの光ファイバ・ケーブル・インタフェースを含み、それぞれが前記第２の複数の通信モジュールの他のモジュールから独立して、同時に特定のプロトコルにより通信することができる第２の複数の通信モジュールを含む、１人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザに対してイン タフェースとして機能する第２のインタフェースと、
    前記第１の複数のモジュールの１つまたはそれ以上を通して前記中央ノードに送信される前記第２の複数のモジュールを通して受信した前記１人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザからのトラヒックを統合し、また、前記第２の複数のモジュールの１つまたはそれ以上を通して、前記１人またはそれ以上の事業者ユーザまたは個人ユーザに送信される前記第１の複数のモジュールを通して受信した前記中央ノードからのトラヒックをパーティショニングすることにより、前記第１のインタフェースの前記第１の複数のモジュールを前記第２のインタフェースの前記第２の複数のモジュールに結合するためのパケット・スイッチ／ルータとを備え、
    前記第１の複数の各通信モジュールが、前記第１の複数の通信モジュールのすべての他の通信モジュールとは異なるプロトコルにより通信し、
    前記第２の複数の各通信モジュールが、前記第２の複数の通信モジュールのすべての他の通信モジュールとは異なるプロトコルにより通信する、ネットワーク。
14. 前記第１の複数の通信モジュールが、（１）ファイバ接続を通しての全二重イーサネット、（２）受動光ネットワーク、および（３）ＳＯＮＥＴリングのうちの２つまたはそれ以上により通信することができるモジュールを含む、請求項１３に記載のネットワーク。
15. 前記第２の複数の通信モジュールが、（１）ＤＯＣＳＩＳプロトコル、（２）ファイバを通しての全二重１０／１００Ｍｂｐｓイーサネット、（３）ＡＴＭまたはイーサネット・フレームを運ぶ受動光ネットワークのうちの２つまたはそれ以上により通信することができるモジュールを含む、請求項１３に記載のネットワーク。
16. 前記パケット・スイッチ／ルータがネットワーク・プロセッサを備える、請求項１３に記載のネットワーク。
17. 前記第１の複数の各通信モジュールが、前記第１の複数の通信モジュールのすべての他の通信モジュールとは異なるプロトコルにより通信する、請求項１３に記載のネットワーク。

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