KR100938259B1 - CATV network system and method for providing IPTV service - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

본 발명은, IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템 및 그 방법에 관한 것임.The present invention relates to a CATV network system having an IPTV service providing function and a method thereof.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention

본 발명은, 방송 서비스와 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, 방송 채널을 사용자의 요청에 의해 전송하는 IP 계층 상의 IPTV 서비스로 대체함에 있어, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜을 고려하여 채널 변경 지연 없이 IPTV 서비스를 제공함으로써, 사용자의 원활한 채널 변경을 지원하는 동시에 상향 대역을 효율적으로 사용하기 위한, IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.The present invention integrates the bandwidth of a broadcast service and a communication service and replaces a broadcast channel with an IPTV service on an IP layer that is transmitted by a user's request, without considering a channel change delay in consideration of the DOCSIS protocol, which is a MAC protocol of a CATV network. The purpose of the present invention is to provide a CATV network system having a function of providing an IPTV service and a method thereof to support a smooth channel change of a user and to efficiently use an uplink band by providing an IPTV service.

3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention

본 발명은, IIPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템에 있어서, 방송 서버로부터 모든 채널 데이터를 수신하며, 방송 서비스의 대역폭과 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜 확장 스택의 계층 구조를 기반으로 채널 변경 지연 없이, 케이블 모뎀(CM)으로부터 요청받은 해당 채널 데이터를 제공하되, 연속 채널 변경 모드로 동작시, 현재 사용자가 시청하고 있는 채널('현재 채널')의 인접 채널('제1 인접 채널')을 상향 대역 할당 주기(Grant Interval)에 맞춰 미리 전송하기 위한 케이블 모뎀 종단 장치; 및 상기 케이블 모뎀 종단 장치로 특정 채널 데이터를 요청하고, 해당 채널 데이터를 제공받기 위한 다수의 케이블 모뎀을 포함함.The present invention relates to a CATV network system having an IIPTV service providing function, which receives all channel data from a broadcast server, integrates the bandwidth of a broadcast service with the bandwidth of a communication service, and provides a DOCSIS protocol extension stack that is a MAC protocol of a CATV network. Provides the channel data requested from the cable modem (CM) without channel change delay based on the hierarchical structure, but when operating in the continuous channel change mode, the adjacent channel ('current channel') of the channel being watched by the user ('current channel') A cable modem termination device for transmitting the first neighbor channel) in advance according to an uplink allocation interval (Grant Interval); And a plurality of cable modems for requesting specific channel data from the cable modem end device and receiving the corresponding channel data.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

본 발명은 CATV 네트워크 시스템 등에 이용됨.The present invention is used in CATV network system and the like.

IPTV 서비스, CATV 네트워크, 대역폭 통합, DOCSIS 프로토콜, USG 서비스 클래스 IPTV Service, CATV Network, Bandwidth Integration, DOCSIS Protocol, USG Service Class

Description

IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템 및 그 방법{CATV network system and method for providing IPTV service}CATV network system having IPTV service providing function and method therefor {CATV network system and method for providing IPTV service}

도 1 은 일반적인 양방향 HFC 구조의 CATV 네트워크 시스템에 대한 일실시예 구성도,1 is a configuration diagram of an embodiment of a CATV network system of a general bidirectional HFC structure;

도 2 는 일반적인 양방향 HFC 구조의 CATV 네트워크에 대한 대역폭을 나타내는 일예시도,2 is an exemplary diagram illustrating bandwidth for a CATV network of a general bidirectional HFC structure;

도 3 은 본 발명에 따른 DOCSIS 프로토콜 확장 스택의 계층 구조에 대한 일예시도,3 is an exemplary diagram for a hierarchical structure of a DOCSIS protocol extension stack according to the present invention;

도 4 는 본 발명에 적용되는 USG 서비스 클래스의 일예시도,4 is an exemplary view of a USG service class applied to the present invention;

도 5 는 본 발명에 적용되는 rtPS 서비스 클래스의 일예시도,5 is an example of an rtPS service class applied to the present invention;

도 6 은 본 발명에 따른 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템의 일실시예 구성도,6 is a configuration diagram of an embodiment of a CATV network system having an IPTV service providing function according to the present invention;

도 7 은 본 발명에 따른 CATV 네트워크 시스템에서의 IPTV 서비스 제공 과정에 대한 일실시예 설명도,7 is a diagram illustrating an embodiment of a process for providing an IPTV service in a CATV network system according to the present invention;

도 8 은 본 발명에 따른 채널 지연과 GI와의 관계를 나타내는 일실시예 설명도,8 is an exemplary explanatory diagram showing a relationship between channel delay and GI according to the present invention;

도 9 는 본 발명에 따른 연속 채널 변경 상황 하에서 채널 변경 관리 과정에 대한 일실시예 설명도,9 is a diagram illustrating an embodiment of a channel change management process under a continuous channel change situation according to the present invention;

도 10 은 본 발명에 따른 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템의 채널 변경 지연에 대한 성능을 나타내는 일예시도이다.FIG. 10 is an exemplary view illustrating performance of channel change delay in a CATV network system having an IPTV service providing function according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

61 : CMTS 62 : CM61: CMTS 62: CM

본 발명은 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방송 서비스와 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, 방송 채널을 사용자의 요청에 의해 전송하는 IP 계층 상의 IPTV 서비스로 대체함에 있어, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜을 고려하여 채널 변경 지연 없이 IPTV 서비스를 제공함으로써, 사용자의 원활한 채널 변경을 지원하는 동시에 상향 대역을 효율적으로 사용하기 위한, IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CATV network system having a function of providing an IPTV service and a method thereof, and more particularly, to an IPTV service on an IP layer that integrates a bandwidth of a broadcast service and a communication service and transmits a broadcast channel at the request of a user. In the replacement, CATV having IPTV service provision function to support user's smooth channel change and efficiently use uplink band by providing IPTV service without delay of channel change considering the DOCSIS protocol, which is the MAC protocol of CATV network. A network system and a method thereof are provided.

현재의 네트워크는 사용자들에게 다양한 서비스를 지원하기 위해 방송 서비스와 통신 서비스의 융합을 추구하고 있다. 이와 같은 서비스 모델은 다양한 서비 스(데이터, 음성, 그리고 영상 서비스)가 하나의 가입자 회선에서 이루어지며, 이러한 다양한 서비스를 패키지 형태로 제공함으로써, 새로운 가입자의 유치와 새로운 수익 모델 창출에 기여할 것으로 전망한다. The current network seeks a convergence of broadcast service and communication service to support various services to users. This service model expects that various services (data, voice, and video services) are performed on one subscriber line, and by providing these various services in package form, it will contribute to attracting new subscribers and creating new profit model. .

그러나, 지금까지 방송 서비스와 통신 서비스는 서로 별개의 영역으로 다루어져 왔다. 즉, 방송 서비스는 단방향 서비스이며, 사용자의 요구에 상관없이 모든 프로그램 형태의 연속적인 데이터를 전송한다. 반면에 통신 서비스는 양방향 서비스이며, 사용자의 요구에 의해 데이터를 전송한다. 예를 들어, 같은 영상 데이터가 전송될지라도, VOD(Video-On-Demand)는 통신 서비스로 취급되지만, TV와 같은 프로그램은 방송 서비스로 취급된다. However, broadcast services and communication services have been treated as separate areas. That is, the broadcast service is a one-way service, and transmits continuous data in all program types regardless of the user's request. On the other hand, a communication service is a bidirectional service, and transmits data at the request of a user. For example, even if the same video data is transmitted, VOD (Video-On-Demand) is treated as a communication service, while programs such as TV are treated as broadcast services.

이러한 방송 서비스와 통신 서비스를 동시에 지원하기 위한 대표적인 네트워크로서, CATV(Cable Television) 네트워크가 있다. 최초의 CATV 네트워크는 모든 사용자에게 아날로그 영상 채널 데이터를 전송하기 위한 단방향 네트워크이었으나, 방송 서비스와 통신 서비스를 동시에 지원하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 양방향 HFC(Hybrid Fiber coaxial Cable) 구조로 확장되었다. As a representative network for simultaneously supporting such a broadcast service and a communication service, there is a CATV (Cable Television) network. The first CATV network was a unidirectional network for transmitting analog video channel data to all users, but was extended to a bidirectional hybrid fiber coaxial cable (HFC) structure as shown in FIG. 1 to simultaneously support a broadcast service and a communication service.

그러나, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 양방향 HFC 구조의 CATV 네트워크의 대역폭은, 방송 서비스와 통신 서비스의 대역폭이 서로 분리되어 있어 대역폭의 효율적 사용이 불가능하다. 이때, 5Mhz~42Mhz와 500Mhz~750Mhz는 각각 통신을 위한 상향 및 하향 전송 대역폭이며, 54Mhz~450Mhz는 아날로그 방송을 위한 하향 전송 대역폭이다.However, as shown in (a) of FIG. 2, the bandwidth of the CATV network having the bidirectional HFC structure is separated from each other by the bandwidth of the broadcast service and the communication service, and thus it is impossible to efficiently use the bandwidth. At this time, 5Mhz ~ 42Mhz and 500Mhz ~ 750Mhz are uplink and downlink transmission bandwidth for communication, respectively, 54Mhz ~ 450Mhz are downlink transmission bandwidth for analog broadcasting.

따라서, CATV 네트워크상에서 방송 서비스와 통신 서비스를 동시에 효율적으 로 지원하기 위해 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 대역폭을 통합하는 것이 바람직하다. Therefore, in order to efficiently support a broadcast service and a communication service simultaneously on a CATV network, as shown in FIG.

이러한, 방송 서비스와 통신 서비스의 대역폭이 분리된, 종래의 양방향 HFC(Hybrid Fiber coaxial Cable) 구조의 CATV 네트워크는, 사용자의 요구에 관계없이 모든 채널들을 사용자에게 전송하므로 불필요한 대역폭의 낭비를 야기한다. 예를 들어, '낚시 채널'을 이용하는 시청자가 한 명도 없더라도 MSO(Multiple System Operator)는 모든 사용자에게 '낚시 채널'을 CATV 네트워크의 하향 대역을 통해 전송한다. The CATV network of the conventional bidirectional hybrid fiber coaxial cable (HFC) structure, in which the bandwidths of the broadcast service and the communication service are separated, transmits all channels to the user regardless of the user's needs, causing unnecessary waste of bandwidth. For example, even if there are no viewers using the 'fishing channel', the multiple system operator (MSO) transmits the 'fishing channel' to all users through the downlink band of the CATV network.

결국, 대역폭의 낭비는 통신 서비스를 위한 자원 활용에 제약을 주므로, 네트워크 자원을 효율적으로 사용하기 위해 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 방송 서비스와 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, 도 3에 도시된 바와 같은 DOCSIS 프로토콜 확장 스택의 계층 구조를 기반으로 방송 채널을, 사용자의 요청에 따라 전송하는 IP 계층 상의 IPTV 서비스로 대체하고자 한다.As a result, the waste of bandwidth constrains the resource utilization for the communication service, thus integrating the bandwidth of the broadcast service and the communication service as shown in FIG. 2 (b) in order to efficiently use network resources. Based on the hierarchical structure of the DOCSIS protocol extension stack as shown, a broadcast channel is replaced with an IPTV service on an IP layer transmitted according to a user's request.

아울러, 종래의 방송 서비스를 IPTV 서비스로 대체함에 있어, 채널 변경 지연을 줄이는 것은 중요한 문제이다. 즉, 적절한 시간 안에 사용자가 요청한 채널 변경이 이루어지도록 하는 메커니즘이 필수적이다. In addition, in replacing a conventional broadcast service with an IPTV service, it is important to reduce a channel change delay. In other words, a mechanism for making a channel change requested by a user in an appropriate time is essential.

이때, CATV 네트워크상에서 IPTV 서비스를 원활하게 지원하기 위해, 채널 변경 지연은 CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜을 반드시 고려해야 한다. 이는, 사용자가 채널 변경시, 채널 변경에 대한 정보 전송은 데이터 슬롯의 경쟁에 의해 이루어지는데, 이러한 상황은 채널 변경 지연을 증가시키며, 사용자의 채널 변경이 적절한 시간 안에 이루어질 수 없게 만드는 원인이 되기 때문이다.At this time, in order to smoothly support the IPTV service on the CATV network, the channel change delay must consider DOCSIS protocol, which is the MAC protocol of the CATV network. This is because when a user changes a channel, the transmission of information about the channel change is caused by contention of data slots, which increases the channel change delay and causes the user's channel change to not be made in a timely manner. to be.

이하, DOCSIS 프로토콜의 서비스 클래스에 대해 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, the service class of the DOCSIS protocol will be described in detail.

DOCSIS 프로토콜은 IEEE 801.14를 기반으로 개발되었으며, DOCSIS-1.0의 경우 가상 큐, 미니슬롯, 하향 MPEG-2 포맷, 보안 모듈, piggybacking, 동기화 과정, 변조 방식 등 다양한 기술들을 차용하고 있다. The DOCSIS protocol was developed based on IEEE 801.14. DOCSIS-1.0 employs a variety of technologies including virtual queues, minislots, downlink MPEG-2 formats, security modules, piggybacking, synchronization processes, and modulation schemes.

그러나, DOCSIS-1.0의 경우 QoS(Quality of Service) 메커니즘이 없는 관계로 데이터의 특성에 따른 QoS에 관한 보장이 불가능하였기 때문에, DOCSIS-1.1에서는 데이터의 특성에 따른 서비스 클래스의 정의 및 QoS 보장 기술을 제시하고 있다. 즉, DOCSIS-1.1은 QoS 보장에 좀 더 민감한 형태로 설계되었다고 할 수 있으며, 특히 데이터의 특성에 따른 5가지 서비스 클래스의 구분은 QoS 제공에 있어 가장 중요한 요소가 된다. However, in case of DOCSIS-1.0, there is no quality of service (QoS) mechanism, so it is impossible to guarantee QoS according to the characteristics of data. Suggesting. In other words, DOCSIS-1.1 is designed to be more sensitive to QoS guarantees. In particular, the classification of five service classes according to the characteristics of data becomes the most important factor in providing QoS.

여기서, 5가지 서비스 클래스는, UGS(Unsolicited Grant Service), UGS-AD(Unsolicited Grant Service-Activity Detection), rtPS(real- time Polling Service), nrtPS(non real-time Polling Service), Be(Best effort)이며, 하기에 기술되는 본 발명에서는 사용자의 채널 변경 요청 정보를 적절한 시간 내에 CMTS(Cable Modem Termination System)로 전송하기에 적합한 UGS 서비스 클래스 및 rtPS 서비스 클래스만을 고려한다. The five service classes include unsolicited grant service (UGS), unsolicited grant service-activity detection (UGS-AD), real-time polling service (rtPS), non real-time polling service (nrtPS), and best effort (Be). In the present invention described below, only the UGS service class and the rtPS service class suitable for transmitting the user's channel change request information to the cable mode termination system (CMTS) within an appropriate time period are considered.

USG 서비스 클래스는 VoIP(Voice over IP)와 같이 고정된 크기의 패킷을 주기적으로 발생하는 실시간 트래픽 플로우를 지원하도록 정의된 서비스 클래스로서, 도 4에 도시된 바와 같이 고정된 크기의 데이터 슬롯을 특정 CM(Cable Modem)에 주 기적으로 할당함으로써, 슬롯 경쟁 및 허가 과정에 의한 지연 및 오버헤드를 제거할 수 있다. USG service class is a service class defined to support real-time traffic flow that periodically generates fixed size packets such as Voice over IP (VoIP). By periodically assigning to (Cable Modem), it is possible to eliminate the delay and overhead caused by slot contention and admission process.

그러나, 전송할 데이터가 없는 경우에는 대역폭 낭비를 일으킨다. However, if there is no data to transmit, bandwidth is wasted.

rtPS 서비스 클래스는 MPEG 비디오와 같은 가변 길이의 데이터 패킷을 주기적으로 발생하는 실시간 트래픽을 지원하는 서비스 클래스로서, 사용자는 도 5에 도시된 바와 같이 주기적으로 제공되는 요청 슬롯을 할당받음으로 인해 경쟁 없이 원하는 크기의 데이터 슬롯을 요청할 수 있으며, 이를 통해 실시간 데이터를 전송할 수 있다. The rtPS service class is a service class that supports real-time traffic that periodically generates variable length data packets such as MPEG video, and a user wants without contention due to being allocated a request slot that is periodically provided as shown in FIG. You can request a data slot of size, which allows you to send real-time data.

rtPS 서비스 클래스는 UGS 서비스 클래스에 비해 효과적으로 상향 전송의 대역폭을 활용할 수 있으나, 요청 후 전송 방식에 의한 상대적으로 긴 지연시간을 야기하는 단점이 있다.The rtPS service class can utilize the bandwidth of uplink transmission more effectively than the UGS service class, but has a disadvantage of causing a relatively long delay time after the request.

제안하는 IPTV 시스템에서 사용자의 채널 변경 정보는 단지 사용자가 요청한 새로운 채널에 대한 정보만을 포함하므로, 전달하고자 하는 정보의 크기는 일정하다. 이러한 채널 변경 정보는 가능한 한 빨리 전송되어야 하므로, 지연이 작은 UGS 서비스 클래스가 적합하며, 이러한 이유로 DOCSIS CATV 네트워크상에서 동적 채널 관리 메커니즘은 UGS 서비스 클래스를 이용하는 것이 바람직하다.In the proposed IPTV system, since the channel change information of the user includes only information about a new channel requested by the user, the size of information to be delivered is constant. Since such channel change information should be transmitted as soon as possible, a low delay UGS service class is suitable, and for this reason, it is preferable that a dynamic channel management mechanism uses a UGS service class on a DOCSIS CATV network.

결국, IPTV 서비스 보급에 있어 채널 변경 지연을 줄이는 것이 중요하다. 즉, 적절한 시간 안에 사용자가 요청한 채널 변경이 이루어지도록 하는 메커니즘은 필수적이다. As a result, it is important to reduce channel change delays in disseminating IPTV services. In other words, a mechanism for making a channel change requested by a user in an appropriate time is essential.

이러한 문제를 해결하기 위한 몇 가지 종래의 기술에 대해 살펴보기로 한다.Some conventional techniques for solving this problem will be described.

'Chunglae Cho', 'Intak Han', 'Yongil Jun' and 'Hyeongho Lee'에 의해, "Improvement of Channel Zapping Time in IPTV Services Using the Adjacent Groups Join-Leave Method"란 제목으로, 'Advanced Communication Technology 2004, vol. 2(pp. 971-975, 2004.)'에 실린 종래의 기술은, 사용자가 현재 시청하고 있는 채널 이외에 부가적으로 인접한 채널들을 미리 보내줌으로써, 채널 변경 지연을 줄일 수 있는 메커니즘을 제시하고 있다. 즉, 사용자가 현재 시청하고 있는 채널의 인접 채널을 요청시, 네트워크 지연 없이 요청한 인접 채널을 시청할 수 있도록 한다. According to 'Chunglae Cho', 'Intak Han', 'Yongil Jun' and 'Hyeongho Lee', entitled 'Improvement of Channel Zapping Time in IPTV Services Using the Adjacent Groups Join-Leave Method', 'Advanced Communication Technology 2004, vol. 2 (pp. 971-975, 2004.) suggests a mechanism for reducing channel change delay by sending additional channels in advance in addition to the channel the user is currently watching. That is, when the user requests the adjacent channel of the channel currently being watched, the user can watch the requested adjacent channel without network delay.

'J.M. Boyce', 'A. M. Tourapis'에 의해, "Fast efficient channel change [set-top box applications]"란 제목으로, 'ICCE. 2005 Digest of Technical Papers(pp.1-2, Jan. 2005)에 실린 종래의 기술은, 디코딩 지연을 줄이면서 동시에 비디오 코딩의 효율을 높일 수 있는 시스템을 제시하고 있다. 즉, 인코더는 낮은 비트로 인코딩된 I 프레임을 주기적으로 인코딩하여 일반적인 영상 프레임들과 함께 전송한다. 따라서, 사용자가 새로운 채널을 요청시, 디코더는 일반적인 영상 프레임의 I 프레임을 기다릴 필요 없이 낮은 비트로 인코딩된 I 프레임을 이용하여 빠른 디코딩을 수행하여 디코딩 지연을 줄인다. 'J.M. Boyce ',' A. M. Tourapis', entitled "Fast efficient channel change [set-top box applications]". The prior art, published in 2005 Digest of Technical Papers (pp. 1-2, Jan. 2005), proposes a system that can reduce the decoding delay and increase the efficiency of video coding. That is, the encoder periodically encodes I frames encoded with low bits and transmits them with general image frames. Therefore, when the user requests a new channel, the decoder performs a fast decoding using a low bit encoded I frame without reducing the decoding delay without having to wait for the I frame of a general video frame.

'Jaegwan Kim', 'Hyunho Yun', 'Minho Kang', 'TaeYeon Kim', 'Jungju Yoo'에 의해, "Performance evaluation of channel zapping protocol in broadcasting services over hybrid WDM-PON"란 제목으로, 'ICACT 2005, vol. 2(pp. 1152-1155, Feb. 2005.)에 실린 종래의 기술은, IGMP 파라미터 중 GQI(General Query Interval)을 줄임으로써, 채널 변경 지연을 줄일 수 있는 방법을 제시하고 있다. 즉, GQI는 채널 멀티캐스트 그룹의 조인 처리 시간과 관련되어 있으므로, GQI를 조절함으로써 빠른 채널 변경이 가능하도록 만든다. By 'Jaegwan Kim', 'Hyunho Yun', 'Minho Kang', 'TaeYeon Kim', 'Jungju Yoo', titled "Performance evaluation of channel zapping protocol in broadcasting services over hybrid WDM-PON" , vol. 2 (pp. 1152-1155, Feb. 2005.) proposes a method for reducing channel change delay by reducing GQI (General Query Interval) of IGMP parameters. That is, since the GQI is related to the join processing time of the channel multicast group, adjusting the GQI enables fast channel change.

'Ulf Jennehag', 'Tingting Zhang'에 의해, "Increasing bandwidth utilization in next generation IPTV networks"란 제목으로, "ICIP 2004, vol. 3(pp.2075-2078, Oct. 2004.)에 실린 종래의 기술은, GOP 부호화와 비교하여 동기화 프레임의 수를 줄임으로써, 대역폭 효율을 높일 수 있는 시스템을 제안하고 있다. 또한, 제안한 시스템은 동기화 프레임의 빈도수를 높임으로써, 디코딩 지연을 줄일 수 있다. Prior art, published by ICF 2004, vol. 3 (pp.2075-2078, Oct. 2004.), entitled "Increasing bandwidth utilization in next generation IPTV networks" by "Ulf Jennehag" and "Tingting Zhang". Has proposed a system that can improve bandwidth efficiency by reducing the number of synchronization frames compared to GOP encoding, and the proposed system can reduce decoding delay by increasing the frequency of synchronization frames.

이러한 종래의 기술(알고리즘)들은 CATV 네트워크의 특성을 전혀 고려하지 않아 CATV 네트워크상에 직접적으로 적용할 수 없는 문제점이 있다. These conventional techniques (algorithms) do not consider the characteristics of the CATV network at all, there is a problem that can not be applied directly on the CATV network.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 방송 서비스와 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, 방송 채널을 사용자의 요청에 의해 전송하는 IP 계층 상의 IPTV 서비스로 대체함에 있어, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜을 고려하여 채널 변경 지연 없이 IPTV 서비스를 제공함으로써, 사용자의 원활한 채널 변경을 지원하는 동시에 상향 대역을 효율적으로 사용하기 위한, IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and it is a MAC protocol of CATV network in integrating bandwidth of broadcast service and communication service and replacing broadcast channel with IPTV service on IP layer transmitting by user's request. By providing an IPTV service without delay of channel change in consideration of the DOCSIS protocol, the present invention provides a CATV network system and a method for providing a CATV network system having an IPTV service providing function to support user's smooth channel change and to efficiently use an uplink band. There is this.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, IIPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템에 있어서, 방송 서버로부터 모든 채널 데이터를 수신하며, 방송 서비스의 대역폭과 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜 확장 스택의 계층 구조를 기반으로 채널 변경 지연 없이, 케이블 모뎀(CM)으로부터 요청받은 해당 채널 데이터를 제공하되, 연속 채널 변경 모드로 동작시, 현재 사용자가 시청하고 있는 채널('현재 채널')의 인접 채널('제1 인접 채널')을 상향 대역 할당 주기(Grant Interval)에 맞춰 미리 전송하기 위한 케이블 모뎀 종단 장치; 및 상기 케이블 모뎀 종단 장치로 특정 채널 데이터를 요청하고, 해당 채널 데이터를 제공받기 위한 다수의 케이블 모뎀을 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus of the present invention for achieving the above object is a CATV network system having an IIPTV service providing function, receiving all channel data from a broadcast server, integrating the bandwidth of the broadcast service and the bandwidth of the communication service, Based on the hierarchical structure of the DOCSIS protocol extension stack, which is a MAC protocol, it provides the channel data requested from the cable modem (CM) without delay of channel change, but when operating in the continuous channel change mode, the channel currently being watched by the user (' A cable modem termination device for previously transmitting an adjacent channel ('first adjacent channel') of the current channel 'according to an uplink allocation interval (Grant Interval); And a plurality of cable modems for requesting specific channel data from the cable modem end device and receiving the corresponding channel data.

한편, 본 발명의 방법은, CATV 네트워크 시스템에서의 IPTV 서비스 제공 방법에 있어서, 케이블 모뎀 종단 장치가 방송 서버로부터 모든 채널 데이터를 수신하며, 방송 서비스의 대역폭과 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜 확장 스택의 계층 구조를 기반으로 채널 변경 지연 없이, 케이블 모뎀(CM)으로부터 요청받은 해당 채널 데이터를 제공하되, 연속 채널 변경 모드로 동작시, 현재 사용자가 시청하고 있는 채널('현재 채널')의 인접 채널('제1 인접 채널')을 상향 대역 할당 주기(Grant Interval)에 맞춰 미리 전송하는 채널 데이터 제공단계; 및 상기 케이블 모뎀이 상기 케이블 모뎀 종단 장치로 특정 채널 데이터를 요청하고, 해당 채널 데이터를 제공받는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the method of the present invention, in a method for providing an IPTV service in a CATV network system, the cable modem end device receives all channel data from the broadcast server, integrates the bandwidth of the broadcast service and the bandwidth of the communication service, Based on the hierarchical structure of the DOCSIS protocol extension stack, which is a MAC protocol of the MAC protocol, provides the channel data requested from the cable modem (CM) without delay of channel change, and when operating in the continuous channel change mode, the channel currently being viewed by the user ( A channel data providing step of previously transmitting an adjacent channel ('first adjacent channel') of the 'current channel' according to an uplink allocation interval (Grant Interval); And requesting, by the cable modem, specific channel data to the cable modem end device, and receiving the corresponding channel data.

또한, 본 발명은 DOCSIS CATV 네트워크상에서의 효율적인 IPTV 서비스를 위한 방송 서비스 구조를 제시하며, 이러한 구조하에서 네트워크 자원을 효율적으로 사용하면서 사용자의 원활한 채널 변경이 이루어지도록 하는 동적 채널 관리 메커니즘을 제시한다.In addition, the present invention proposes a broadcast service structure for an efficient IPTV service on a DOCSIS CATV network, and proposes a dynamic channel management mechanism for smoothly changing a channel while using network resources efficiently under such a structure.

또한, 본 발명에서 사용자의 채널 변경 요청에 대한 정보는 UGS 서비스 클래스에 의해 CMTS로 전송된다.In addition, in the present invention, the information on the channel change request of the user is transmitted to the CMTS by the UGS service class.

또한, 본 발명에서 방송 채널 데이터는 IPTV 서비스 형태로 제공되며, DOCSIS CATV 네트워크상에서 방송과 통신의 대역폭은 통합되어 있다. In addition, in the present invention, broadcast channel data is provided in the form of IPTV service, and the bandwidth of broadcast and communication is integrated on a DOCSIS CATV network.

또한, 본 발명에서 통제할 수 있는 요소는 네트워크 관리 부분이다. In addition, an element that can be controlled in the present invention is the network management part.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 6 은 본 발명에 따른 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템의 일실시예 구성도이다.6 is a configuration diagram of an embodiment of a CATV network system having an IPTV service providing function according to the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템은, 방송 서버로부터 모든 채널 데이터를 수신하며, 방송 서비스의 대역폭과 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜 확장 스택의 계층 구조를 기반으로 채널 변경 지연 없이, CM(Cable Modem)로부터 요청받은 해당 채널 데이터를 제공하기 위한 CMTS(Cable Modem Termination System)(61) 및 CMTS로 특정 채널 데이터를 요청하고, 해당 채널 데이터를 제공받기 위한 다수의 CM(Cable Modem)(62)을 포함한다.As shown in FIG. 6, the CATV network system having an IPTV service providing function according to the present invention receives all channel data from a broadcast server, integrates the bandwidth of the broadcast service with the bandwidth of the communication service, and provides the MAC of the CATV network. Based on the hierarchical structure of the DOCSIS protocol extension stack, which is a protocol, specific channel data is requested to the CMTS (Cable Modem Termination System) 61 and CMTS to provide corresponding channel data requested from a cable modem (CM) without delay of channel change. And a plurality of cable modems (CMs) 62 for receiving corresponding channel data.

이하, 도 7을 참조하여 CATV 네트워크 시스템에서의 IPTV 서비스 제공 과정에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, an IPTV service providing process in a CATV network system will be described with reference to FIG. 7.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 CATV 네트워크 시스템은 모든 채널 데이터를 사용자에게 전송하는 반면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템은 사용자의 요청과 관련된 일부 채널 데이터만을 전송하므로, 여분의 대역폭을 방송 이외의 서비스를 위해 사용할 수 있는 장점이 있다. As shown in (a) of FIG. 7, a conventional CATV network system transmits all channel data to a user, while a CATV having an IPTV service providing function according to the present invention is illustrated as shown in (b) of FIG. 7. Since the network system transmits only some channel data related to the user's request, there is an advantage that the extra bandwidth can be used for services other than broadcasting.

이때, 사용자가 시청하고자 하는 채널 데이터를 CMTS(61)에서 스위칭하여 전달해야 하는데, 이를 위하여 방송 서비스의 대역폭과 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜 확장 스택의 계층 구조를 기반으로, 사용자의 시청 채널 정보 및 상태를 지연 없이 CMTS(61)로 빠르게 전달한다.At this time, the channel data that the user wants to watch should be transferred by switching in the CMTS 61. For this purpose, the bandwidth of the broadcast service and the bandwidth of the communication service are integrated, and the hierarchical structure of the DOCSIS protocol extension stack, which is the MAC protocol of the CATV network, is provided. Based on this, the user's viewing channel information and status are quickly transmitted to the CMTS 61 without delay.

여기서, 채널 변경에 대한 지연은, 사용자의 명령 프로세싱 시간, 네트워크 지연, 그리고 디코딩 지연으로 이루어진다. Here, the delay for the channel change is made up of the user's command processing time, network delay, and decoding delay.

먼저, 사용자의 명령 프로세싱 시간은 사용자의 채널 변경 요청과 이러한 정보가 CATV 네트워크상의 상향 대역으로 전송되기까지의 시간을 의미한다.First, the user's command processing time means the user's channel change request and the time until this information is transmitted in the upband on the CATV network.

다음으로, 네트워크 지연은 채널 변경 정보가 CMTS(61)로 전달된 후부터 요청한 채널에 대한 첫 번째 패킷이 사용자에게 전달되기까지의 시간을 의미한다. Next, the network delay means a time from when the channel change information is transmitted to the CMTS 61 until the first packet for the requested channel is delivered to the user.

마지막으로, 디코딩 지연은 영상을 디스플레이하기 위해 필요한 첫 번째(I) 프레임이 사용자에게 도착한 후부터 영상 장치에 디스플레이되기까지의 지연시간을 의미한다. Finally, the decoding delay refers to the delay time from the arrival of the first (I) frame required for displaying the image to the user and displayed on the imaging apparatus.

이때, 명령 프로세싱 시간과 디코딩 지연은 각각 사용자 시스템의 성능과 비디오 코딩 알고리즘에 관련되어 있으므로, 이러한 두 가지 요소는 네트워크 관리를 통해 조절하는 것이 불가능하다. In this case, since the command processing time and the decoding delay are related to the performance of the user system and the video coding algorithm, respectively, these two factors cannot be adjusted through network management.

결국, 네트워크 관점에서 접근할 수 있는 요소는 네트워크 지연이며, 본 발명에서는 네트워크 지연을 줄임으로써 효율적인 채널 변경이 가능하도록 한다. As a result, an element that can be accessed from a network point of view is network delay, and the present invention enables efficient channel switching by reducing network delay.

이하, 도 8을 참조하여 채널 변경 지연에 대해 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, the channel change delay will be described in detail with reference to FIG. 8.

도 8에 도시된 바와 같이, 채널 변경 지연은 UGS 서비스 클래스의 GI(Grant Interval)에 의존한다. 도 8의 (a)에서 사용자의 채널 변경 요청은 2ms에 발생하고, 이러한 정보는 50ms에 상향대역을 통해 CMTS(61)로 전송됨을 볼 수 있다. 즉, GI가 50ms이므로 48ms를 기다린 후, 사용자의 채널 변경 요청 정보가 상향대역을 통해 CMTS(61)로 전송될 수 있다. As shown in FIG. 8, the channel change delay depends on the Grant Interval (GI) of the UGS service class. In FIG. 8 (a), it can be seen that the user's channel change request occurs at 2ms, and this information is transmitted to the CMTS 61 through the uplink at 50ms. That is, since the GI is 50ms, after waiting 48ms, the channel change request information of the user may be transmitted to the CMTS 61 through the upband.

반면, 도 8의 (b)와 같이 GI가 10ms로서 도 8의 (a)에 비해 작은 경우, 사용자의 채널 변경 요청 정보는 단지 8ms를 기다린 후 곧장 CMTS(61)에 전송될 수 있 으나, 상대적으로 네트워크 비용은 20/sec에서 100/sec로 증가한다. On the other hand, if the GI is 10ms as shown in (b) of FIG. 8 and is smaller than that of FIG. 8 (a), the channel change request information of the user may be transmitted to the CMTS 61 immediately after waiting only 8 ms. As a result, network costs increase from 20 / sec to 100 / sec.

이를 감안하여, 본 발명에서는 이러한 네트워크 비용과 채널 지연을 동시에 고려한다. In view of this, the present invention considers such network cost and channel delay at the same time.

즉, 대부분의 상향 전송 대역폭이 이와 같은 방송 서비스를 위해 사용된다면 사용자의 원활한 채널 변경을 지원할 수 있으나, 반면에 통신 서비스를 위한 대역폭은 상대적으로 감소하게 되므로, 방송 서비스를 위한 네트워크 비용을 최소화하면서 동시에 사용자의 채널 변경 요청 정보를 가능한 한 빨리 상향 대역으로 전송하여, 불필요한 방송서비스를 위한 상향 대역폭을 줄이고 효율적인 통신 서비스를 지원할 수 있도록 한다.In other words, if most of the uplink transmission bandwidth is used for such a broadcasting service, the user can smoothly change the channel, while the bandwidth for the communication service is relatively reduced, thereby minimizing the network cost for the broadcasting service. By transmitting the channel change request information of the user to the uplink as soon as possible, it is possible to reduce the uplink bandwidth for unnecessary broadcast services and to support efficient communication services.

한편, 사용자의 채널 변경은 연속 채널 변경과 임의 채널 변경으로 분류할 수 있다. 연속 채널 변경은 사용자가 현재 시청하고 있는 채널의 인접한 상향 또는 하향 채널의 요청을 의미한다. 즉, 사용자가 현재 10번 채널을 시청하고 있다면, 다음번 새로운 채널 요청은 9번 또는 11번 채널이 될 것이다. Meanwhile, the user's channel change can be classified into a continuous channel change and an arbitrary channel change. Continuous channel change means a request for an adjacent uplink or downlink channel of the channel that the user is currently watching. In other words, if the user is currently watching channel 10, the next new channel request will be channel 9 or 11.

임의 채널 변경의 경우 새로운 채널 요청에 사용자의 채널 선택은 랜덤이다. In case of random channel change, the user's channel selection is random in the new channel request.

본 발명에서 해결하고자 하는 바는 하기의 [수학식 1]을 만족시키는 GI와, 연속 채널 변경시 현재 채널에 대해 부가적으로 전송되는 인접 채널의 수(ACnew)를 결정하는 것이다. The present invention is to determine the GI that satisfies Equation 1 below, and the number of adjacent channels (AC new ) additionally transmitted for the current channel when the continuous channel is changed.

Cost(GI), Cost (GI),

제약조건 (1) : Dc(GI) ≤ DBc Constraints (1): Dc (GI) ≤ DBc

제약조건 (2) : Dr(GI) ≤ DBrConstraints (2): Dr (GI) ≤ DBr

여기서, Cost(GI)는 UGS 서비스 클래스의 GI에 대한 네트워크 비용을 의미하고, Dc(GI)와 Dr(GI)는 각각 주어진 GI에 대한 연속 채널 변경 지연과 임의 채널 변경 지연을 의미하며, DBc와 DBr는 각각 연속 채널 변경 지연과 임의 채널 변경 지연의 임계값을 의미한다.Here, Cost (GI) means network cost for GI of UGS service class, Dc (GI) and Dr (GI) mean continuous channel change delay and random channel change delay for a given GI, respectively. DBr means a threshold value of the continuous channel change delay and the random channel change delay, respectively.

연속 채널 변경 상황하에서 사용자가 어떤 채널을 선택할지를 쉽게 예측할 수 있으므로, 현재 사용자가 시청하고 있는 채널 이외에 몇 개의 인접 채널들을 적절한 시간 내에 미리 보내줌으로써, 연속 채널 변경시에 사용자가 느끼는 채널 변경지연을 감소시킬 수 있다. 이때, GI를 줄이거나 ACnew를 증가시켜 연속 채널 변경 지연이 DBc를 초과하지 않도록 한다. In the continuous channel change situation, it is easy to predict which channel the user will select, and thus, by transmitting several adjacent channels in advance in an appropriate time in addition to the channel currently being watched by the user, the channel change delay felt by the continuous channel change is reduced. You can. At this time, reduce the GI or increase the AC new so that the continuous channel change delay does not exceed DBc.

도 9를 참조하여, 연속 채널 변경 상황하에서 채널 변경 관리 과정에 대해 살펴보기로 한다.Referring to FIG. 9, a channel change management process in a continuous channel change situation will be described.

도 9에 도시된 바와 같이, Dtrans는 네트워크 지연이며, Ddec은 디코딩 지연을 의미한다. 이때, GIc는 연속 채널 변경에 대한 GI라 칭한다. As shown in FIG. 9, D trans is a network delay and D dec is a decoding delay. In this case, GIc is called GI for continuous channel change.

초기에 사용자는 채널 n을 시청하고 있으며, 3개의 인접 채널(n+1, n+2, n+3)이 함께 전송되고 있다.Initially, the user is watching channel n, and three adjacent channels (n + 1, n + 2, n + 3) are transmitted together.

이후, t2 시점에 채널 요청에 대한 응답으로 사용자는 시간 t4에 CMTS(61)로 부터 현재 채널에 대한 부가적인 인접 채널(n+4, n+5)을 수신하게 되고, 디코딩 지연으로 인해 시간 t5에 채널(n+4)에 대한 영상을 디스플레이 장치에 출력한다. Since, t 2 In response to the channel request at that point in time, the user receives additional adjacent channels (n + 4, n + 5) for the current channel from the CMTS 61 at time t 4 and at time t 5 due to the decoding delay. The image of the channel n + 4 is output to the display device.

이때, 시간 t1 시점에 사용자에게 이미 채널(n+1, n+2, n+3)이 전송되고 있으므로, 이에 대한 채널 변경 지연은 Ddec만이 소요되는 반면에 채널(n+4)에 대한 변경 지연은 t5 - t3이 소요된다. 이와 같은 연속 채널 변경 지연이 상기 [수학식 1]의 제약조건 (1)을 만족시키기 위해 하기의 [수학식 2]가 성립해야 한다.At this time, since the channels (n + 1, n + 2, n + 3) are already transmitted to the user at time t 1 , the channel change delay for this time takes only D dec, while the channel (n + 4) The change delay takes t 5 -t 3 . In order for such a continuous channel change delay to satisfy the constraint (1) of Equation 1, Equation 2 below must be established.

Figure 112006088456045-pat00001
Figure 112006088456045-pat00001

여기서, t2 - t1은 0부터 GIC 사이의 값을 가지며, 최악의 상황을 고려하여 t2 - t1를 GIC로 설정하면 하기의 [수학식 3]과 같이 표현할 수 있다.Here, t 2 - t 1 has a value between 0 GI C, t 2 in consideration of the worst case - if there be expressed as shown in Equation 3] t 1 to set a GI C.

Figure 112006088456045-pat00002
Figure 112006088456045-pat00002

여기서, 3은 현재 채널에 대한 인접 채널의 수를 의미하며, 이를 일반적인 형태인 AC로 표현하면 하기의 [수학식 4]와 같다.Here, 3 means the number of adjacent channels with respect to the current channel, and this is expressed as Equation 4 below.

Figure 112006088456045-pat00003
Figure 112006088456045-pat00003

여기서, AC는 하기의 [수학식 5]와 같이 ACold와 ACnew의 합으로 표현되며, 이때 ACold와 ACnew는 각각 현재 채널에 대한 기존에 제공되는 인접 채널의 수와 부가적으로 전송되는 인접 채널의 수를 의미한다.Here, AC is represented by the sum of AC old and AC new as shown in Equation 5 below, where AC old and AC new are additionally transmitted and the number of adjacent channels provided for the current channel, respectively. It means the number of adjacent channels.

Figure 112006088456045-pat00004
Figure 112006088456045-pat00004

상기 [수학식 5]를 만족하면서 네트워크 비용을 최소화하기 위해 GIc는 가능한 큰 값을 가져야만 하므로 하기의 [수학식 6]과 같은 관계를 갖는다. In order to satisfy the above Equation 5 and minimize the network cost, the GIc has to have a large value as much as possible, and thus has a relationship as shown in Equation 6 below.

Figure 112006088456045-pat00005
Figure 112006088456045-pat00005

여기서, 상기 [수학식 6]이 의미하는 바는 하기와 같다. Here, the meaning of [Equation 6] is as follows.

사용자에게 있어 현재 채널에 대한 인접 채널의 수가 많을 경우, 사용자의 GIc를 크게 설정함으로써, 불필요한 연속적인 채널 변경 정보의 상향 전송이 이루어지지 않도록 한다. 반면에 사용자에게 있어 이용 가능한 인접 채널의 수가 적을 경우에는 GIc를 작게 설정함으로써, 사용자의 채널 변경 요청에 민감하게 반응하고 적시에 방송 데이터를 전송할 수 있도록 만든다. If the user has a large number of adjacent channels for the current channel, the user's GIc is set large so that unnecessary continuous channel change information is not transmitted. On the other hand, when the number of adjacent channels available to the user is small, the GIc is set small so that the user can react to the channel change request of the user and transmit broadcast data in a timely manner.

AC, GIc, 그리고 Cost(GIc)의 관계는 하기의 [수학식 7]과 같다. The relationship between AC, GIc, and Cost (GIc) is shown in Equation 7 below.

Figure 112006088456045-pat00006
Figure 112006088456045-pat00006

이때, AC가 너무 작게 설정된다면, 그에 따라 GIc도 매우 작아져야 한다. 그러나, 너무 작은 GIc로 설정할 경우, 많은 상향 대역폭을 요구하며, 이로 인해 다른 서비스의 상향 전송 효율이 저하되므로 바람직하지 않다. At this time, if AC is set too small, the GIc must be very small accordingly. However, if the GIc is set too small, a large amount of uplink bandwidth is required, which is not preferable because the uplink transmission efficiency of other services is lowered.

따라서, GIc가 가질 수 있는 최소값인 GIm을 정의하고, 조절된 GIc가 GIm이하일 경우에 ACnew를 다소 증가시켜 GIc가 항상 허용치 이상을 유지할 수 있도록 한다. Therefore, we define GIm, which is the minimum value that GIc can have, and if the adjusted GIc is less than or equal to GIm, AC new is increased a little so that the GIc can always keep above the allowable value.

연속채널 상황하에서 제약조건 (1)을 만족하면서 Cost(GI)를 최소화하는 GI와 ACnew를 결정하는 알고리즘에 대한 수도코드는 하기의 [표 1]과 같다.The pseudo code for the algorithm for determining GI and AC new for minimizing Cost (GI) while satisfying the constraint (1) in the continuous channel situation is shown in Table 1 below.

Figure 112006088456045-pat00007
Figure 112006088456045-pat00007

지금까지 연속 채널 변경에 대해서만 고려하였다. So far only continuous channel changes have been considered.

임의 채널 변경의 경우 사용자가 어느 채널을 선택할지에 대한 예측이 힘들어, 결국 이를 처리하기 위한 시간이 좀 더 소요되기 때문에, 사용자의 원활한 채널 변경을 지원하기 위해 연속 채널 변경 지연이 DBr 이하가 되도록 만들어 준다. 이때, DBr은 DBc보다 큰 값을 갖는다.In the case of random channel change, it is difficult to predict which channel the user selects, and thus it takes more time to process the channel, so that the continuous channel change delay should be below DBr to support the user's smooth channel change. give. At this time, DBr has a larger value than DBc.

즉, 상기 [수학식 1]의 제약조건 (2)을 만족시키기 위해 하기의 [수학식 8]이 성립되어야 한다. That is, in order to satisfy the constraint (2) of Equation 1, Equation 8 below must be established.

Figure 112006088456045-pat00008
Figure 112006088456045-pat00008

여기서, GIr은 임의 채널 변경에 대한 GI를 의미하고, 연속 채널 변경에서와 마찬가지로 GIr를 하기의 [수학식 9]와 같이 가능한 크게 설정함으로써, 상향 전송에 대한 대역폭을 다른 서비스를 위해 활용할 수 있도록 만든다.Here, GIr means GI for a random channel change, and as in the continuous channel change, the GIr is set as large as shown in [Equation 9] below, thereby making the bandwidth for uplink transmission available for other services. .

Figure 112006088456045-pat00009
Figure 112006088456045-pat00009

본 발명에서 GIr은 GIc보다 작게 설정하였으며, 하기의 [수학식 10]과 같은 관계를 갖는다. In the present invention, GIr is set smaller than GIc, and has a relationship as shown in Equation 10 below.

Figure 112006088456045-pat00010
Figure 112006088456045-pat00010

한 명의 사용자에게 GI는 하나만을 할당할 수 있으므로, 제약조건 (1)와 (2)를 동시에 만족시키기 위해 하기의 [수학식 11]과 같이 GIc와 GIr 중에서 작은 것을 사용자에게 할당한다.Since only one GI can be assigned to one user, to satisfy the constraints (1) and (2) at the same time, the smaller one of GIc and GIr is assigned to the user as shown in Equation 11 below.

Figure 112006088456045-pat00011
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이하, 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템의 채널 변경 지연에 대한 성능을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a performance of channel change delay of a CATV network system having an IPTV service providing function according to the present invention will be described with reference to FIG. 10.

도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 사용자의 연속 채널 변경에 대한 지연이 모두 DBc 이하가 되며, 대부분의 채널 변경 지연이 60ms 근처에 몰려 있다. 이는, 사용자가 요청한 채널 이외에도 부가적으로 인접 채널들을 미리 보내줌으로써, 사용자가 현재 시청하고 있는 채널의 인접 채널을 요청시, 요청한 채널을 디스플레이 장치에 출력하기까지 네트워크 지연 없이 Ddec만이 소요되기 때문이다. As shown in (a) of FIG. 10, all delays for continuous channel change by the user are equal to or less than DBc, and most channel change delays are concentrated around 60 ms. This is because, in addition to the channel requested by the user, by additionally transmitting adjacent channels in advance, when the user requests the adjacent channel of the channel currently being viewed, only D dec is required without a network delay before outputting the requested channel to the display device. .

마찬가지로, 임의 채널 변경만을 고려한 경우에도 사용자의 임의 채널 변경에 대한 지연이 모두 DBr 이하가 된다. 그 이유는 인접 채널을 미리 보내주지 않더라도 몇몇의 임의 채널 변경에 대한 지연이 60ms가 되는 것은 사용자가 요청한 임의 채널이 다른 사용자가 이미 시청하고 있어, 이미 CATV 상으로 전송되고 있기 때문이다. 이때, 사용자의 평균 GI는 312ms 측정되었고, 따라서, 평균 네트워크 비용은 3.2이다. Similarly, even when only a random channel change is taken into account, all delays for a user's random channel change are less than or equal to DBr. The reason is that the delay for some arbitrary channel change becomes 60ms even if the adjacent channel is not sent in advance, because the random channel requested by the user is already watched by another user and is already transmitted on the CATV. At this time, the average GI of the user was measured 312ms, so the average network cost was 3.2.

도 10의 (b)는 본 발명에 따른 채널 관리 방법을 적용하지 않은 경우를 나타낸다.10B illustrates a case where the channel management method according to the present invention is not applied.

도 10의 (a)와 마찬가지로 GI를 312ms로 설정하고, GI와 ACnew를 조절하지 않 았다. 비록 같은 네트워크 비용을 사용하더라도, 도 10의 (a)의 경우보다 평균 채널 변경 지연이 68ms 증가하며, 대부분의 사용자의 연속 채널 변경 지연 및 임의 채널 변경 지연이 지정된 지연 임계값을 벗어나고 있음을 알 수 있다.As in FIG. 10A, the GI is set to 312 ms and the GI and the AC new are not adjusted. Although the same network cost is used, the average channel change delay is increased by 68 ms than in the case of FIG. 10A, and it can be seen that the continuous channel change delay and random channel change delay of most users are out of the specified delay thresholds. have.

이를 통해, 본 발명이 사용자의 원활한 채널 변경을 지원하면서, CATV 네트워크상의 상향 대역을 효율적으로 사용하고 있음을 알 수 있다. Through this, it can be seen that the present invention efficiently supports the uplink band on the CATV network while supporting the user's smooth channel change.

한편, 본 발명의 QoS(패킷 손실 및 지연 시간) 성능에 대해서도 실험하였다. Meanwhile, the QoS (packet loss and delay time) performance of the present invention was also tested.

실험환경은 위 실험과 동일하며, 비실시간 서버로부터 CATV 네트워크상으로 유입되는 트래픽의 양이 패킷 손실을 일으킬 만큼 많을 경우, 기존의 방송 시스템과 제안한 방송 시스템상의 QoS 성능을 분석하며, 부가적으로 WFQ 하향 스케쥴러의 적용 여부에 따른 성능 측정을 수행하였다. The experimental environment is the same as the above experiment. When the amount of traffic flowing from the non-real-time server to the CATV network is large enough to cause packet loss, the QoS performance of the existing broadcasting system and the proposed broadcasting system is analyzed and additionally, WFQ Performance measurement was performed according to the application of the down scheduler.

실험에서 사용된 WFQ 하향 스케쥴러는 유입되는 패킷을 TOS(type of service) 값을 기반으로 하여 3개의 등급(방송데이터, 실시간 데이터, 그리고 비 실시간 데이터)으로 구분하며, 구분된 패킷은 관련된 전송 대기열로 각각 들어가게 된다. The WFQ downlink scheduler used in the experiment classifies incoming packets into three classes (broadcast data, real-time data, and non-real-time data) based on the type of service (TOS) value. Each enters.

방송 데이터는 가장 우선적으로 서비스되어야 할 데이터이므로, 손실과 지연을 최소화하여 적시처리를 보장하기 위해 가장 높은 가중치를 부여하며, 비 실시간 데이터는 시간지연에 민감하지 않으므로, 가장 낮은 우선순위의 가중치를 할당한다.Since broadcast data is the data that should be serviced first, the highest weight is assigned to guarantee timely processing with minimum loss and delay, and the lowest priority weight is assigned because non real-time data is not sensitive to time delay. do.

하기의 [표 2]과 [표 3]는 WFQ 하향 스케쥴링을 적용하지 않은 종래의 방송 시스템, WFQ 하향 스케쥴링을 적용한 종래의 방송 시스템, WFQ 하향 스케쥴링을 적 용하지 않은 본 발명의 방송 시스템, WFQ 하향 스케쥴링을 적용한 본 발명의 방송 시스템에 대한 패킷 손실율과 전송 지연을 각각 측정한 결과를 나타낸다. [Tables 2] and [Table 3] below show a conventional broadcast system without WFQ downlink scheduling, a conventional broadcast system with WFQ downlink scheduling, a broadcast system with no WFQ downlink scheduling, and a WFQ downlink. The packet loss rate and transmission delay of the broadcasting system according to the present invention are measured.

Figure 112006088456045-pat00012
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Figure 112006088456045-pat00013
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상기 [표 2]를 통해 알 수 있듯이, 제안한 방송 시스템은 방송 서비스에 대한 CATV 네트워크의 하향 대역을 효율적으로 사용함으로써, 여분의 하향 대역을 다른 서비스를 위해 사용할 수 있어, 다른 경우들에 비해 상대적으로 더 낮은 패킷 손실율을 보이고 있다. As can be seen from [Table 2], the proposed broadcasting system can efficiently use the downlink band of the CATV network for the broadcast service, so that the extra downlink band can be used for other services, and thus, compared with other cases. It shows a lower packet loss rate.

특히, WFQ 하향 스케쥴링을 적용한 제안한 방송 시스템의 경우 WFQ 하향 스케쥴링을 통해 CTMS의 오버플로우로 인한 패킷 손실은 비실시간 데이터에 국한되므로 방송 데이터와 실시간 데이터 패킷 손실율은 0에 근접한다. In particular, in the case of the proposed broadcasting system using WFQ downlink scheduling, the packet loss due to overflow of CTMS is limited to non-real-time data through WFQ downlink scheduling.

마찬가지로 전송지연 측면에서도 유사한 결과를 보이고 있음을 [표 3]을 통해 알 수 있다. 즉, 제안한 시스템이 기존의 시스템보다 패킷 손실율과 전송지연 측면에서 더 좋은 성능을 보인다. Similarly, it can be seen from Table 3 that similar results are shown in terms of transmission delay. That is, the proposed system shows better performance in terms of packet loss rate and transmission delay than the existing system.

또한, 제안한 시스템에 WFQ 하향 스케쥴링을 적용할 경우, 사용자에게 있어 안정적인 방송 서비스를 공급할 수 있다. In addition, when WFQ downlink scheduling is applied to the proposed system, stable broadcasting service can be provided to the user.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.As described above, the method of the present invention may be implemented as a program and stored in a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.) in a computer-readable form. Since this process can be easily implemented by those skilled in the art will not be described in more detail.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

상기와 같은 본 발명은, 방송 서비스와 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, 방송 채널을 사용자의 요청에 의해 전송하는 IP 계층 상의 IPTV 서비스로 대체함에 있어, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜을 고려하여 채널 변경 지연 없이 IPTV 서비스를 제공함으로써, 사용자의 원활한 채널 변경을 지원하는 동시에 상향 대역을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention integrates the bandwidth of a broadcast service and a communication service and replaces a broadcast channel with an IPTV service on an IP layer that is transmitted by a user's request, and considers a DOCSIS protocol that is a MAC protocol of a CATV network. By providing an IPTV service without change delay, it is possible to efficiently support the user's channel change and to efficiently use the uplink band.

Claims (8)

IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템에 있어서,In a CATV network system having an IPTV service providing function, 방송 서버로부터 모든 채널 데이터를 수신하며, 방송 서비스의 대역폭과 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜 확장 스택의 계층 구조를 기반으로 채널 변경 지연 없이, 케이블 모뎀(CM)으로부터 요청받은 해당 채널 데이터를 제공하되, 연속 채널 변경 모드로 동작시, 현재 사용자가 시청하고 있는 현재 채널과 인접한 채널들 중 미리 결정된 N개의 수(N은 1이상의 자연수)만큼의 채널들로 구성된 제1 인접 채널을 상향 대역 할당 주기(Grant Interval)에 맞춰 미리 전송하기 위한 케이블 모뎀 종단 장치; 및Receive all channel data from the broadcast server, integrate the bandwidth of the broadcast service with the bandwidth of the communication service, and from the cable modem (CM) without delay of channel change based on the hierarchical structure of the DOCSIS protocol extension stack, which is the MAC protocol of the CATV network. Providing the requested channel data, when operating in the continuous channel change mode, the first channel comprising a predetermined number of N channels (N is one or more natural numbers) among the channels adjacent to the current channel currently viewed by the user. A cable modem termination device for previously transmitting an adjacent channel according to an uplink allocation interval (Grant Interval); And 상기 케이블 모뎀 종단 장치로 채널 요청 데이터를 송신하고, 상기 현재 채널 및 상기 제1 인접 채널 데이터를 제공받기 위한 다수의 케이블 모뎀A plurality of cable modems for transmitting channel request data to the cable modem end device and receiving the current channel and the first adjacent channel data; 을 포함하는 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템.CATV network system having an IPTV service providing function comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 케이블 모뎀 종단 장치는,The cable modem termination device, UGS(Unsolicited Grant Service) 서비스 클래스의 경우에는 상기 케이블 모뎀으로부터 현재 채널의 변경을 알리는 상기 채널 요청 데이터 수신시 변경된 현재 채널에 인접한 채널들 중 미리 결정된 M개의 수(M은 1이상의 자연수)만큼의 채널들로 구성된 제2 인접 채널의 수(ACnew)를 조절하여, 상기 제2 인접 채널을 부가적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템.In the case of the UGS (Unsolicited Grant Service) service class, a predetermined number of M channels (M is a natural number of 1 or more) among channels adjacent to the changed current channel upon receiving the channel request data indicating the change of the current channel from the cable modem. CATV network system having an IPTV service providing function, characterized in that for additionally transmitting the second adjacent channel by adjusting the number of the second adjacent channel (AC new ). 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 케이블 모뎀 종단 장치는,The cable modem termination device, 상기 제1 인접 채널의 수가 증가할수록 상기 제2 인접 채널의 수(ACnew)를 감소시키는 것을 특징으로 하는 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템.CATV network system having an IPTV service providing function, characterized in that as the number of the first adjacent channel increases the number of the second adjacent channel (AC new ). 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 케이블 모뎀 종단 장치는,The cable modem termination device, 상기 제1 인접 채널의 수가 감소할수록 상기 제2 인접 채널의 수(ACnew)를 증가시키는 것을 특징으로 하는 IPTV 서비스 제공 기능을 가지는 CATV 네트워크 시스템.CATV network system having an IPTV service providing function, characterized in that the number of the second adjacent channel (AC new ) increases as the number of the first adjacent channel decreases. CATV 네트워크 시스템에서의 IPTV 서비스 제공 방법에 있어서,In the method of providing IPTV service in a CATV network system, 케이블 모뎀 종단 장치가 방송 서버로부터 모든 채널 데이터를 수신하며, 방송 서비스의 대역폭과 통신 서비스의 대역폭을 통합하고, CATV 네트워크의 MAC 프로토콜인 DOCSIS 프로토콜 확장 스택의 계층 구조를 기반으로 채널 변경 지연 없이, 케이블 모뎀(CM)으로부터 요청받은 해당 채널 데이터를 제공하되, 연속 채널 변경 모드로 동작시, 현재 사용자가 시청하고 있는 현재 채널과 인접한 채널들 중 미리 결정된 N개의 수(N은 1이상의 자연수)만큼의 채널들로 구성된 제1 인접 채널을 상향 대역 할당 주기(Grant Interval)에 맞춰 미리 전송하는 채널 데이터 제공 단계; 및 The cable modem end device receives all channel data from the broadcast server, integrates the bandwidth of the broadcast service with the bandwidth of the communication service, and based on the hierarchical structure of the DOCSIS protocol extension stack, which is the MAC protocol of the CATV network, Provides the channel data requested from the modem (CM), but when operating in the continuous channel change mode, the predetermined number of N channels (N is a natural number of 1 or more) among the channels adjacent to the current channel being viewed by the current user. A channel data providing step of previously transmitting a first adjacent channel including the channel according to an uplink allocation interval; And 상기 케이블 모뎀이 상기 케이블 모뎀 종단 장치로 채널 요청 데이터를 송신하고, 상기 현재 채널 및 상기 제1 인접 채널 데이터를 제공받는 단계The cable modem transmitting channel request data to the cable modem end device and receiving the current channel and the first adjacent channel data 를 포함하는 CATV 네트워크 시스템에서의 IPTV 서비스 제공 방법.IPTV service providing method in a CATV network system comprising a. 제 5 항에 있어서, 상기 채널 데이터 제공단계는,The method of claim 5, wherein the channel data providing step, UGS(Unsolicited Grant Service) 서비스 클래스의 경우에는 상기 케이블 모뎀으로부터 현재 채널의 변경을 알리는 상기 채널 요청 데이터 수신시 변경된 현재 채널에 인접한 채널들 중 미리 결정된 M개의 수(M은 1이상의 자연수)만큼의 채널들로 구성된 제2 인접 채널의 수(ACnew)를 조절하여, 상기 제2 인접 채널을 부가적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 CATV 네트워크 시스템에서의 IPTV 서비스 제공 방법.In the case of the UGS (Unsolicited Grant Service) service class, a predetermined number of M channels (M is a natural number of 1 or more) among channels adjacent to the changed current channel upon receiving the channel request data indicating the change of the current channel from the cable modem. And adjusting the number of second neighboring channels (AC new ), which additionally transmits the second neighboring channels. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 채널 데이터 제공단계는,The channel data providing step, 상기 제1 인접 채널의 수가 증가할수록 상기 제2 인접 채널의 수(ACnew)를 감소시키는 것을 특징으로 하는 CATV 네트워크 시스템에서의 IPTV 서비스 제공 방법.And increasing the number of second adjacent channels (AC new ) as the number of the first adjacent channels increases. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 채널 데이터 제공단계는,The channel data providing step, 상기 제1 인접 채널의 수가 감소할수록 상기 제2 인접 채널의 수(ACnew)를 증가시키는 것을 특징으로 하는 CATV 네트워크 시스템에서의 IPTV 서비스 제공 방법.And increasing the number of second adjacent channels (AC new ) as the number of first adjacent channels decreases.
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JP2003169087A (en) * 2001-11-30 2003-06-13 Toshiba Corp Ip streaming system, policy server, network repeater, and ip streaming distribution method

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