TW201310946A

TW201310946A - 用於對雙層網路中的上行傳輸時間進行調度的頭端節點、分支節點及其方法

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Publication number: TW201310946A
Application number: TW101129031A
Authority: TW
Inventors: Niki Pantelias
Original assignee: Broadcom Corp
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2013-03-01
Also published as: HK1178343A1; US9450692B2; EP2560323B1; CN102957689A; US20130044766A1; EP2560323A1; US20150263817A1; KR101502605B1; KR20130020580A; CN102957689B; US9055483B2; TWI478534B

Abstract

本發明提供了一種雙層網路中的調度，即，用於對雙層網路中的傳輸進行調度的方法、系統及電腦程式產品。在示例中，系統包括有線纜線資料服務介面規範（DOCSIS）調度器，其被配置為生成MAP消息以將頻寬和第一時間實例分配給纜線數據機以將資料傳輸至分支節點。系統進一步包括MAP消息轉換器，該消息轉換器耦接至DOCSIS調度器並被配置為確定來自纜線數據機的資料到達分支節點的第二時間實例並生成GATE消息，該GATE消息授予分支節點頻寬以將纜線數據機在第二時間實例接收的資料傳輸至頭端節點。

Description

用於對雙層網路中的上行傳輸時間進行調度的頭端節點、分支節點及其方法

本發明總體上涉及點對多點網路中的調度。

包括不同介質(例如，光學介質和同軸介質)的雙層網路由於經由不同介質所使用的協定間的差異，使得存在對至終端站以及自終端站的傳輸進行調度的困難。需要方法及系統來克服這些不足。

本發明的一方面提供了一種用於對雙層網路中的上行傳輸時間進行調度的頭端節點，包括：調度器，被配置為生成第一消息，以為終端站經由所述雙層網路的分支介質向分支節點傳輸資料分配頻寬和第一時間實例；消息轉換器，耦接至所述調度器，並被配置為確定來自所述終端站的資料到達所述分支節點的第二時間實例並生成第二消息，所述第二消息授予所述分支節點頻寬以通過所述雙層網路的主幹介質將從所述終端站在所述第二時間實例接收到的資料傳輸至頭端節點。

其中所述調度器是有線纜線資料服務介面規範(DOCSIS)調度器，所述終端站是纜線數據機，所述第一消息是MAP消息，所述第二消息是GATE消息，所述雙層網路的所述主幹介質是光學介質，所述雙層網路的所述分支介質是同軸纜線介質。

其中所述調度器被配置為從所述分支節點接收頻寬請求，其中所述請求源自通過所述分支介質耦接至所述分支節點的所述終端站。

其中所述調度器基於與所述終端站相關聯的服務品質(QoS)以及服務水準協定，確定要分配給所述終端站的所述第一時間實例(the first instance in time)以及頻寬量。

其中節點進一步包括耦接至所述調度器的時基，所述調度器被配置為基於從所述時基接收到的資料確定所述第一時間實例。

其中節點進一步包括耦接至所述MAP轉換器的時基，所述MAP轉換器被配置為基於來自所述時基的資料確定所述第二時間實例。

其中節點進一步包括用於傳輸所述MAP消息和所述GATE消息的無源光網路(PON)物理(PHY)層，其中所述分支節點對所述GATE消息進行儲存和處理並將所述MAP消息轉發至所述纜線數據機。

本發明的另一方面提供了一種分支節點，包括：第一下行實體層(PHY)，被配置為從頭端節點接收第一消息及第二消息；以及第二下行實體層，耦接至所述第一下行實體層並被配置為將所述第一消息傳輸至終端站；其中所述第二消息指定所述分支節點將從所述終端站接收到的資料傳輸至所述頭端節點的第二時間實例，其中所述第二時間實例約等於所述分支節點從所述終端站接收所述資料的時間。

其中所述第一下行實體層是無源光網路下行實體層，所述第二下行實體層是有線纜線資料服務介面規範(DOCSIS)實體層，所述第一消息是MAP消息，所述第二消息是GATE消息，所述終端站是纜線數據機，所述頭端節點包括纜線數據機終端系統(CMTS)。

其中所述分支節點通過無源光網路(PON)耦接至所述頭端節點並通過同軸網路耦接至所述纜線數據機。

其中節點進一步包括被配置為在將所述資料傳輸至所述頭端節點之前對從所述終端站接收到的資料進行儲存的緩衝器。

本發明的又一發明提供了一種用於對雙層網路中的上行傳輸時間進行調度的方法，包括：生成第一消息以將頻寬和第一時間實例分配給第一設備，以將資料傳輸至分支節點；確定來自所述第一設備的所述資料到達所述分支節點的第二時間實例；及生成第二消息，所述第二消息授予所述分支節點頻寬以將所述第一設備在所述第二時間實例接收的所述資料傳輸至頭端節點。

該方法進一步包括從所述分支節點接收頻寬請求，其中，所述請求源自所述第一設備。

該方法進一步包括基於與所述第一設備相關聯的服務品質(QoS)以及服務水準協定，確定要分配給所述第一設備的第一時間實例以及頻寬量。

其中所述第一設備是纜線數據機，所述頭端節點是纜線數據機終端系統(CMTS)。

該方法進一步包括基於從DOCSIS時基接收到的資料確定所述第一時間實例。

該方法進一步包括基於來自無源光網路(PON)時基的資料確定所述第二時間實例。

其中所述第一消息是MAP消息，所述第二消息是GATE消息。

該方法進一步包括將所述MAP消息及所述GATE消息傳輸，其中所述分支節點對所述GATE消息進行儲存和處理以確定所述第二時間實例，並將所述MAP消息轉發至對所述MAP消息進行儲存和處理的所述纜線數據機以確定所述第一時間實例。

包含的附圖用於提供對本發明的進一步理解，並且結合於本說明書中並且構成本說明書的一部分，附圖示出了本發明的實施方式，並且將與描述一起用於解釋本發明的原理。。

現在，將參照附圖對本發明進行說明。附圖中，相同的參考標號可以表示相同或功能上類似的元件。

儘管關於具體的應用，本文參照示意性實施方式對示例進行了說明，但應理解，這些示例並不限於此。能夠獲知本文中提供的教導的本領域的普通技術人員將理解到，附加的修改、應用以及實施方式將落在本發明的範圍以及實施方式具有重要用途所在的其他領域內。

雙向通訊系統的公共架構是經由共用介質的點對多點網路。一個示例是纜線資料通訊系統，例如符合有線傳輸資料服務介面規範(DOCSIS)的通訊系統。在該系統中，可以包括纜線數據機終端系統(CMTS)的單個頭端節點通過共用同軸纜線或混合光纖同軸(HFC)介質與多個終端使用者節點(例如纜線數據機(CM))進行通訊。“同軸纜線”在本文中可以被稱為“同軸介質”或“coax”。另一個示例是其中單個無線基站可以通過無線頻譜中的共用頻帶與多個使用者設備進行通訊的典型家用網路中的無線 Wi-Fi系統。另一個示例是其中單個蜂窩基站可以以相同的頻帶與多部手持終端進行通訊的蜂窩系統。又一示例是其中單個光線路終端(OLT)通過共用光學介質與多個光網路單元(ONU)進行通訊的無源光網路(PON)。

在這些類型的雙向通訊系統中，在任何給定時間內只有單個設備可以經由指定通道或通道的一部分進行通訊。網路上所使用的協定確定哪個設備在任何給定時間內使用該通道或該通道的指定部分。在開放式系統互聯(OSI)模型中，介質存取控制(MAC)層通常確定終端使用者設備的傳輸順序。在DOCSIS、PON及其他系統中，位於頭端節點(例如DOCSIS網路中的CMTS或PON網路中的OLT)中的調度器決定每一個終端站(例如DOCSIS系統中的CM或PON系統中的ONU)使用通訊介質的時間以及使用的時長。沿下行方向(即從頭端節點至終端站)，該頭端節點僅僅是發射器，因此可以自主決定什麼時候將資料存入哪個終端站，然後將資料發送。沿上行方向(從終端站至頭端節點)，頭端上的調度器將消息傳送給每一個終端站，使其知道何時允許其將資料傳輸至頭端節點以及其可以傳輸資料的時長。

可行的演算法有多種，該調度器可以使用這些演算法來確定何時允許流量流至各個終端站以及允許多少流量流至各個終端站。例如，調度器可以使用迴圈輪轉或加權迴圈輪轉方法來向每個終端站提供基本恒定的頻寬。在基於分組的通訊系統中，調度器可以結合有請求-授權機制。在請求-授權機制中，調度器指定終端站報告關於他們必須或期望為傳輸使用的資料量的資訊可使用的時隙。調度器將消息傳送給終端站，以將這些時隙通知給終端站。在終端站作出回應之後，調度器使用接收到關於每個終端站上的資料量的資訊以及其他資訊(例如業務類型及每個請求所需的服務品質(QoS)處理)，以將時隙分配給傳輸資料的終端站；將包含關於這些資料傳輸時隙的資訊的消息傳送給終端站。最後，終端站通過在所分配的時隙期間中傳輸資料來作出回應。

對於不恒定的流量，優先使用請求-授權機制(例如對於Web流覽的盡力而為業務，其表現出混合有較長空閒時段的短暫活動)，這是因為其只有在此站具有要發送的流量時才使頻寬分配給終端站。這樣就允許介質(例如同軸纜線介質)的統計多工，利用率更高且性能更好。使用請求-授權機制的缺點在於，將另外的延時源引入上行路徑。具有待傳輸資料的終端站必須等待調度器為請求資料傳輸用頻寬提供機會，然後再等待調度器提供資料傳輸用時隙。

對恒定頻寬業務(例如語音業務)來說，通常最好是避免使用請求-授權機制。與之相比，該調度器使用關於業務的優先順序資訊，來安排終端站可利用的資料傳輸機會，而不需要終端站首先報告資料可用性。例如，如果終端站以20 ms的包間隔進行ITU-T標準G.711編碼IP語音(VoIP)電話通話，則調度器提供大小約為每20 ms一個G.711資料包的傳輸機會。

調度器可以採用各種方法的組合。例如，可以將請求-授權機制用於自終端站的一些類型的業務，而對於其他類型的業務不使用其。以此為例，在DOCSIS中，恒定頻寬主動授權業務(UGS)的業務流可以用於自設備的即時語音通話，而請求-授權機制可以用於來自相同纜線數據機的盡力而為資料業務。

UGS業務流將關於VoIP資料包的延時最小化，同時請求-授權機制以增加延遲為代價使盡力而為業務資料的網路效率最大化。理論上，盡力而為業務流是耐延遲的。然而，實際上，UGS業務流的性能可能會受到增加延遲的負面影響。例如，如果在上行中返回的TCP確認(ACK)消息的延遲較低，則使用慢啟動演算法的下行傳輸控制協定(TCP)流可以在較短時段內增加到最大速度。上行TCP ACK的過度延遲可以防止下行流永久達到最大速率。同樣，請求-授權機制可以用於這樣的業務，即，其表現出突發資料模式和/或具有可變頻寬需求的業務，但對延遲仍然是敏感的，例如使用變數位元速率壓縮的雙向視訊會議，或要求將用戶擊鍵盡可能快地傳輸至遠端伺服器的即時遊戲或雲計算業務。因此，期望將由點對多點系統中的請求-授權機制添加的延遲最小化。

還可以具有雙層點對多點網路。圖1示出了根據實施方式的雙層點對多點網路100的示例。網路100包括通過主幹介質103耦接至分支節點104a-n的頭端節點102。主幹介質103形成雙層網路的第一層。分支節點104a-n通過分支介質106a-n耦接至終端站108a-n。分支介質106a-n形成雙層網路的第二層。

在網路100中，頭端節點102通過共用介質(例如主幹介質103)與多個終端站108進行通訊。分支節點104可以通過分支介質106複製並提供頭端節點102的業務一部分或全部至終端站108。該拓撲結構可以延伸至包含兩層以上的系統。例如，第二層的終端站108中的一個或多個轉而通過其他介質提供了作為至另外的終端站的分支節點的功能。應當理解，雖然參照雙層系統對本文所提出的示例進行了說明，但這些示例仍適用於兩層以上的網路。

圖2示出了雙層網路200的另一個示例。在網路200中，主幹介質103是光學介質，例如PON，分支介質106是同軸纜線。乙太網無源光網路(EPON)協定可以用於調度經由主幹介質103的傳輸，DOCSIS協定可以用於調度經由分支介質106的傳輸。由於網路200中協定之間的差異，必須對主幹介質103和分支介質106分離地進行調度。因此，必須對雙層網路進行雙層調度。除調度延遲外，雙層調度還會引起緩衝。

雙層網路的另一個示例是包括一個或多個中繼器或“範圍擴展器”的Wi-Fi家用網路。通常供家用所出售的Wi-Fi中繼器從主要接入點(AP)或基站創建獨立的無線網路。因此，每個中繼器可以用作可以到達多個終端站的分支節點104。在該示例中，主幹介質可以是PON、同軸纜線或來自主要AP的Wi-Fi，並且分支介質是附加的Wi-Fi通道。各個分支節點的介質可以部分或完全相互重疊或與主幹介質重疊，因此必須協調整個分支的傳輸定時。

應當理解，每一個分支介質106可以是不相同的介質。例如，分支介質106a可以是無線介質，而分支介質106n可以是光學介質，每個介質都有獨立的調度要求。在本文所提出的示例中，主幹介質使用DOCSIS標準，而分支介質使用EPON標準。然而，在可替換的實施方式中，主幹介質可以使用EPON標準，而分支介質可以使用DOCSIS 標準。還應當理解，雖然參照DOCSIS標準及EPON標準對本文所提出的實施方式進行了說明，但這些實施方式並不限於任何特定類型的標準、協定或網路配置，即主幹介質和分支介質都可以使用任何類型的標準、協定或網路配置。

在具有多層的任何點對多點網路中，必須決定調度功能應位於系統的哪個位置。調度可以分佈在多個節點中，集中在單個節點，或兩者的一些組合。圖3示出了在雙層網路中使用分散調度的示例網路300。在圖3的示例中，頭端節點102對每一個分支節點104a-n進行調度。每一個分支節點104轉而對其相關的終端站108進行調度。例如，頭端節點102包括通過與主幹介質(MM)終端307a-n進行通訊來對每一個分支節點104a-n進行調度的調度器306。類似地，每個調度器308a-n對各自的終端站108進行調度，所述終端站是使用各自的調度器308的網路的一部分。調度器306例如可以包括EPON調度器的一部分或全部功能。調度器308例如可以包括DOCSIS調度器的一部分或全部功能。

在示例中，終端站108向相應分支節點104請求頻寬以傳輸資料。分支節點104對該請求進行調度並利用調度器308向終端站108發出頻寬授權。終端站108基於接收到的頻寬授權將資料包傳輸至分支節點104。在接收到來自終端站108的資料包時，分支節點104將“EPON REPORT”發送給頭端節點102，以為所接收到的資料包請求頻寬。調度器306對頻寬授權進行調度並發佈給分支節點104。回應於從調度器306接收到的授權，分支節點104 將從終端站108接收到的資料包發送給頭端節點102。頭端節點102然後通過廣域網路(例如互聯網(未示出))轉發資料包。

上述關於圖3進行描述的分散調度看起來是直接的但會存在缺點。例如，每個分支節點104的成本的複雜度會是成本高昂的，這是因為每個分支節點104包括邏輯電路以及支援由調度器308執行的調度功能的處理能力。另外，沿上行方向，由頭端節點102從分支節點104接收的頻寬請求可以包含僅關於聚集在該節點處的流量的資訊，即由於所用協議的限制性，關於每個單獨終端站108的流量的資訊可以不由分支節點104提供。與具有關於來自每個終端站108的可用流量的資訊所作出的決定相比，缺乏關於終端站108的資訊會使頭端節點102作出優化度較差的調度決定。例如，起於支援多個使用者的一個特定分支節點104的終端站108可以接收的業務比支援較少使用者的不同分支節點104上的終端站108少。所需校正動作可以用於頭端節點102中的調度器306增加至具有更多的使用者的分支節點104的分配。然而，無需關於單獨終端站108的流量要求的資訊的情況下，頭端節點102上的調度器306會不能執行所需分配。

此外，沿上行方向，如果兩層上都使用請求-授權機制，則流量會經歷兩次請求-授權延遲，這是因為調度必須在主幹介質103上發生一次，然後在分支介質106上再發生一次。這導致調度及緩衝延遲。例如，對自終端站108的上行傳輸來說，調度器308必須向調度器306請求每次傳輸的頻寬。由分支節點104從終端站108接收的資料必須緩存，同時調度器308要等待來自調度器306的響應。這會導致調度延遲同時伴隨有緩衝問題。例如，如果調度延遲過度，那麼分支節點104中的緩衝器可能會溢位。另外，調度器306可能會不具有為單獨終端站108a-n提供服務品質(QoS)的細微性。例如，用於主幹介質103的調度器306能夠為分支節點104提供匯總業務，但不能滿足每個終端站108的單獨QoS需求。

將調度功能集中於頭端節點102中可以解決分散調度的一些問題。例如，分支節點104不需要包含任何調度功能，使得這些分支節點可以更簡單且成本更低。另外，對上行流量來說，頭端節點102中的集中調度器將從所有單獨終端站108接收報告，為其提供做出最佳選擇所需的資訊。

圖4示出了利用集中調度的示例性網路400。在圖4的示例中，頭端節點102包括具有DOCSIS調度器403的DOCSIS CMTS 402以及具有EPON調度器405的EPON OLT 404。主幹介質103是PON，以及分支介質是同軸纜線。在圖4的示例中，DOCSIS調度器402對可以作為纜線數據機的每一個終端站108進行調度。調度器402將用於為終端站108分配所請求的頻寬的DOCSIS MAP消息傳輸。EPON調度器404授予分支節點104a-n頻寬。每個分支節點104可以包括形成與主幹介質103的PON介面的EPON ONU 406。EPON ONU 406耦接至緩衝器408，該緩衝器對至終端站108或自終端站108的下行通訊及上行通訊進行緩衝。DOCSIS PHY 410形成與分支介質106的同軸纜線的介面。

在示例中，終端站108向其相應的分支節點104傳輸對頻寬的DOCSIS請求。回應於DOCSIS請求，分支節點104發送EPON REPORT以從EPON OLT 404請求頻寬，以將所接收的DOCSIS請求傳輸至EPON OLT 404。

回應於EPON REPORT，EPON OLT 404利用EPON調度器405發送EPON GATE消息，該消息允許分支節點104將從終端站108接收到的DOCSIS請求傳輸至EPON OLT 404。EPON OLT 404授權頻寬以將DOCSIS請求傳輸至分支節點104。在接收到所請求的頻寬時，分支節點104將DOCSIS請求傳輸至EPON OLT 404。EPON OLT 404將所接收到的DOCSIS請求傳輸給DOCSIS CMTS 402。DOCSIS調度器403對首先發送給EPON OLT 404的MAP消息中的授權進行調度並發佈。EPON OLT 404將MAP消息傳輸至分支節點104，該分支節點然後將MPA消息轉發給終端站108。

在接收到具有所分配的頻寬的MAP消息時，終端站108將資料傳輸至分支節點104。分支節點104再將EPON REPORT發送給EPON OLT 404，以請求用以將從終端站108接收到的資料發送的頻寬。EPON調度器405對EPON GATE消息進行調度，以允許分支節點104將所接收的資料傳輸至頭端節點102。分支節點104將資料包傳輸至頭端節點102，該頭端節點可以將所接收的資料包轉發給WAN。

從前述示例可知，當網路400的不同層使用不同MAC層協定時，圖4中的集中調度會出現問題。如上所述，在圖4的系統中，用於主幹介質103的PON由EPON協議進行控制，而DOCSIS可以是經由分支介質106與終端站進行通訊並對終端站進行管理的較佳協議。將DOCSIS調度器402集中會形成如圖4所示的EPON系統414被DOCSIS系統416包圍的體系。由於網路400中協定之間的差異，DOCSIS調度器403不能控制PON上的流量，因此EPON請求-授權機制在DOCSIS請求-授權機制內運行。網路400的集中調度會產生附加延遲，如在上述詳細的示例中，其中傳輸來自終端站108的可用上行流量的DOCSIS請求首先在分支節點104被接收和緩存，隨後是在PON上完成的請求-授權過程的延遲，使得可以最終將來自終端站108的原始請求發送給頭端節點102。當頭端節點102已分配用於資料傳輸的時隙時，其將此資訊傳送給EPON調度器405，以傳輸至分支節點104，然後傳輸至終端站108。最後，當終端站108傳輸其資料時，在分支節點104上接收並緩存該資料，該分支節點然後需要完成PON上的另一請求-授權迴圈，以將從終端站108接收到的資料傳輸至頭端節點102。顯然的是，當與分散方法相比時，該集中調度方法產生更多步驟，並因此產生增加的延遲。

此外，EPON調度器405並不瞭解為每個終端站108保證的服務品質(QoS)。例如，終端站108a可以具有與其相關聯的第一QoS，該第一QoS不同於與終端站108b相關聯的QoS。然而，EPON調度器405為每個分支節點104分配總頻寬，而不能單獨支援每個終端站108的QoS需求。因此，圖4所示的集中調度缺乏細微性QoS支持。

提供對此問題的可能解決方案的一個系統將EPON MAC層協定擴展至分支節點104之外，並且經由同軸分支介質106到達利用PHY層轉換(translation)的終端站108 以適應PON和同軸介質的不同特性。單一MAC協定允許頭端節點102控制網路的PON層和同軸層的調度。然而，在一些情況下，系統提供商更喜歡在終端站中保留DOCSIS協定。例如，服務提供者希望利用DOCSIS特點來對同軸纜線PHY進行管理，或希望使用結合有諸如路由或VoIP支持等特性的現有DOCSIS纜線數據機和/或CMTS產品。

圖5示出了將緩衝和調度延遲最小化的示例網路500。在網路500中，主幹介質103是PON，分支介質106是同軸纜線網路。在該示例中，頭端節點102包括DOCSIS下行介質存取控制(DS MAC)502、DOCSIS調度器504、PON MAC 510、DOCSIS時基506、MAP轉換器(translator)508、PON時基512、PON傳輸實體層(PHY TX)518、PON接收實體層(PHY RX)514及DOCSIS上行MAC(DOCSUS US MAC)516。每個分支節點104包括EPON ONU 520、DOCSIS傳輸PHY(DOCSIS TX PHY)530及DOCSIS接收PHY(DOCSIS RX PHY)532。EPON ONU 520包括耦接至與DOCSIS TX PHY 530耦接的緩衝器526的PON接收PHY(PON RX)522。DOCSIS RX PHY 532耦接至與無源光網路傳輸PHY(PON TX)524耦接的緩衝器528。PON TX 518和PON RX 514形成頭端節點102和主幹介質103之間的介面，在該示例中，主幹介質是PON。PON TX 524和PON RX 522提供分支節點104和主幹介質103之間的介面。DOCSIS TX PHY 530和DOCSIS RX PHY 532提供分支節點104和分支介質106之間的介面，在該示例中，分支介質106是同軸纜線。

在網路500中，對於上行通訊，由終端站108傳輸的頻寬請求由DOCSIS RX PHY 532接收，終端站108可以是纜線數據機。該請求在緩衝器528中緩衝，並由PON TX 524傳輸至頭端102。該請求由PON RX 514接收並轉發給DOCSIS上行MAC 516，DOCSIS上行MAC 516轉而將該請求轉發給DOCSIS調度器504。回應於該請求的接收，DOCSIS調度器504生成MAP消息，該消息基於與對應於該請求的流相關聯的QoS參數、與流和/或生成該請求的終端站108相關聯的服務水準協定以及可能的其他考慮因素，將頻寬分配給請求頻寬的終端站108。MAP消息還為終端站108指定第一時間實例。第一時間實例是終端站108可以基於來自DOCSIS時基506的時序資訊開始傳輸資料的時間。將由DOCSIS調度器504生成的MAP消息發送給MAN轉換器508併發送給DOCSIS DS MAC 502以傳輸回終端站108。

MAP轉換器508基於DOCSIS調度器504生成的MAP消息，大致確定來自終端站108的資料到達分支節點104的第二時間實例，假設終端站108在MAP消息中分配的第一時間實例傳輸資料。該MAP消息不得含有任何競爭區域，因為EPON不支援競爭。MAP轉換器508可以儲存諸如分支節點104的處理速度以及分支介質106的傳送速率等資訊，該資訊允許其大致確定資料將到達分支節點104的第二時間實例。MAP轉換器基於從PON時基512接收到的PON時序資訊生成GATE消息，該GATE消息允許分支節點104將大致在第二時間實例開始從終端站108接收的資料傳輸至頭端節點102。第二時間實例可以適應由終端站 108和分支節點104產生的時序和處理延遲。因此，第一時間實例是終端站108可以將資料傳輸至分支節點104的時間，第二時間實例是基本上等於分支節點104從終端站108接收資料並準備將所接收的資料傳輸至頭端節點102的時間的時間或在該時間之後不久的時間。

MAP轉換器508知悉在主幹介質104和分支介質106上所用的PHY參數，使得其可以確保GATE分配的大小足以承載在MPA分配過程中由終端站108進行傳輸的資料量。MAP轉換器508還必須知悉DOCSIS和EPON系統之間的時基，以及自終端站108傳輸突發的時間直至由分支節點104處理並準備傳輸至頭端節點102的時間通過分支節點104的所期望的延遲。必須確保GATE消息包含正確的啟動時間。為了最大程度地減少延遲，GATE應該在資料就緒之後儘快開始，但不得在資料就緒之前或錯失傳輸機會之前以及另一個機會必須在稍後的時間提供之前開始，從而導致延遲甚至進一步增加。

將由DOCSIS調度器504生成的MAP消息發送給DOCSIS DS MAC 502，該DOCSIS DS MAC 502通過PON MAC 510和PON TX 518將MAP傳輸至分支節點104。MAP消息由分支節點104a中的PON RX 522接收，在緩衝器526中緩存，並通過DOCSIS TX PHY 530轉發至目的終端站108。由MAP轉換器508生成的GATE消息通過PON MAC 510和PON PHY 518傳輸至分支節點104a。分支節點104a不將GATE消息轉發給終端站108。GATE消息表示第二時間實例以及可供分支節點104a將從終端站108接收的資料傳輸至頭端節點102的持續時間。

在不存在MAP轉換器508的條件下，在接收到來自終端站108的資料時，分支節點104必須首先將資料緩存在緩衝器528中，隨後請求頭端節點102對分支節點104可以將所接收的資料傳輸至頭端節點102的時間進行調度。分支節點104然後必須等待直至從頭端節點102接收到將用於傳輸所接收的資料的頻寬分配給頭端節點102的GATE消息。因此，通過在前面對終端站108和分支節點104的傳輸時間進行調度，MAP轉換器508使分支節點104從終端站108接收資料的時間與分支節點104將資料傳輸至頭端節點102的時間大致對齊，以最大程度地減少調度和緩衝延遲。緩衝在分支節點104仍然會發生，但持續的時間最短，這是因為上行調度已經“預先”被MAP轉換器508完成。該示例的特徵在於缺乏PON調度器，這是因此DOCSIS調度器結合MAP轉換器對網路500中的兩層都進行調度。這就允許頭端節點102對所請求的頻寬進行預分配，以對從終端站108接收到的資料進行傳輸，還使分支節點108發送資料的時間一致，使得幾乎不涉及緩衝或調度延遲。

在示例中，終端站108將對頻寬的DOCSIS請求傳輸至相應的分支節點104。分支節點104可以取得頭端節點102的預授權，以將關於頻寬的DOCSIS請求傳輸至頭端節點102。

DOCSIS調度器504在MAP消息中發出授權，該MAP消息被發送至分支節點104，然後發送給終端站108。MAP轉換器508基於MAP消息生成GATE消息，以使得來自終端站108的資料到達分支節點104的時間與分支節點104 可以將所接收的資料傳輸至頭端節點102的時間實例相對齊。將GATE消息傳輸至分支節點108。

終端站108在由MAP消息表示的時間實例傳輸資料。分支節點104接收該資料並基於由GATE消息表示的時間實例以最小延遲傳輸至頭端節點102。

沿下行方向，頭端節點102從後端網路(例如互聯網(未示出))接收資料包，並進行DOCSIS分類以確定要使用的目的終端站108以及相應的業務流(出於DOCSIS QoS目的)。DOCSIS調度器504確定資料包在下行方向上的傳輸順序以及在不超過下行同軸部分(分支介質106)容量的情況下可以傳輸至終端站108的資料總量，分支介質的容量可以小於PON(主幹介質104)的容量。DOCSIS調度器504通過DOCSIS DS MAC 502按所需順序以及合適的速率將資料包傳送給PON MAC 510。在該示例中，忽略EPON MAC 510的下行分類及QoS功能，使得所接收的資料包按DOCSIS調度器504選擇的順序進行傳輸。

總之，圖5的實施方式提供了一種方法供服務提供者將調度功能集中在頭端節點102中，同時為每個終端站108保留DOCSIS協定端到端例如QoS和服務水準協定的功能，同時將EPON協定併入網路500的光學部分。將DOCSIS調度器504進行的分配轉換為EPON的相應分配，並按照合適的格式傳輸至EPON分支節點104。實質上，EPON網路“從屬於”DOCSIS調度器504。具體地，沿上行方向，在合適的時間，將通過頭端節點102中的DOCSIS調度器504為單獨終端站108進行調度的分配轉換為合適分支節點104的EPON分配。分支節點104通過同軸纜線從終端站 108接收傳輸，然後經歷最小緩衝延遲，這是因為到達之後立即在PON上啟動所分配的時隙，以繼續通過分支節點104將資料傳輸至頭端節點102。

圖6示出了用於示出雙層網路中的調度由頭端節點執行的步驟的示例流程圖600。繼續參照圖5中所述的示例操作環境對流程圖600進行說明。然而，該流程圖不限於此實施方式。注意，流程圖600中所示的一些步驟不必以所示的順序出現。

在步驟602中，確定終端站可以將資料傳輸至分支節點的第一時間實例。例如，DOCSIS調度器504確定終端站108可以將資料傳輸至分支節點104的第一時間實例。DOCSIS調度器504生成將第一時間實例分配給終端站108的MAP消息。

在步驟604中，確定分支節點可以將步驟602中接收的資料傳輸至頭端節點的第二時間實例。在實施方式中，第二時間實例大致等於資料從終端站108到達的時間，允許分支節點104所需的任何接收處理時間。例如，MAP轉換器508基於MAP消息中的第一時間實例並基於來自PON時基512的資料確定第二時間實例。MAP轉換器508生成將第二時間實例分配給分支節點104的GATE消息。

在步驟606中，傳輸MAP消息及GATE消息。例如，頭端節點102傳輸MAP消息及GATE消息。分支節點104對GATE消息進行儲存和處理並將MAP消息轉發給終端站108。

圖7示出了用於示出由雙層網路中的分支節點執行的步驟的示例流程圖700。繼續參照圖5中所述的示例操作環境對流程圖700進行說明。然而，該流程圖不限於此實施方式。注意，流程圖700中所示的一些步驟不必以所示的順序進行。

在步驟702中，接收MAP消息及GATE消息。例如，接收將第一時間實例分配給終端站108以傳輸資料的MAP消息以及GATE消息。該GATE消息將第二時間實例分配給分支節點104以對從終端站108接收的資料進行傳輸。

在步驟704中，將MAP消息傳輸至終端站，並將GATE消息進行儲存和處理。例如，分支節點104對GATE消息進行儲存和處理，並將MAP消息轉發給其相應的目的終端站108。該分支節點104準備大致在GATE消息中表示的第二時間實例對從終端站108接收的資料進行傳輸。

在步驟706中，在大致第二時間實例從終端站接收資料，並大致在GATE消息中分配的第二時間實例向上傳輸至頭端節點。

示例通用電腦系統

本文所提供的實施方式或其一部分可以以硬體、固件、軟體和/或其組合實現。

本文所提供的實施方式適用於兩個以上設備之間或一個設備的子部件內的任何通訊系統。本文所述的代表性功能可以以硬體、軟體或其一些組合來實現。例如，本領域的普通技術人員基於本文給出的討論將會理解到，代表性功能可以利用電腦處理器、電腦邏輯、特定用途電路(ASIC)、數位訊號處理器等實現。相應地，執行本文所述功能的任何處理器都在本文所提供的實施方式的範圍和精神之內。

下文描述了可以用來實現本文所提供的本發明的實施方式的通用電腦系統。本發明可以以硬體或軟體和硬體的組合來實現。因此，本發明可以在電腦系統或其他處理系統環境下實現。這種電腦系統800的示例如圖8所示。電腦系統800包括一個或多個處理器，例如處理器804。處理器804可以是特定用途或通用數位訊號處理器。處理器804連接至通訊基礎設施806(例如匯流排或網路)。描述了該示例性電腦系統的各種軟體實現。閱讀本說明書之後，如何利用其他電腦系統和/或電腦體系結構來實現本發明對於相關領域的普通技術人員來說是顯而易見的。

電腦系統800還包括主記憶體805，較佳隨機存取記憶體(RAM)，還可以包括次要存放裝置810。次要存放裝置810例如可以包括硬碟驅動器812和/或RAID陣列816和/或以軟碟機、磁帶驅動器、光碟驅動器等為代表的卸除式存放裝置驅動器814。卸除式存放裝置驅動器814通過已知方式從卸除式存放裝置單元818進行讀取和/或通過已知方式寫入卸除式存放裝置單元818。卸除式存放裝置單元818的代表有軟碟、磁帶、光碟等。將理解到，卸除式存放裝置單元818包括其中儲存有電腦軟體和/或資料的電腦可用儲存介質。

在可替換的實現方式中，次要存放裝置810可以包括使電腦程式或其他指令載入到電腦系統800中的其他類似裝置。此裝置例如可以包括卸除式存放裝置單元822以及介面820。此裝置的示例可以包括程式盒以及盒式介面(例如視頻遊戲裝置中所見的盒式介面)、可移動記憶體晶片(例如EPROM或PROM)及相關插座以及允許將軟體和資料從卸除式存放裝置單元822傳送至電腦系統800的其他卸除式存放裝置單元822以及介面820。

電腦系統800還可以包括通訊介面824。通訊介面824允許軟體和資料在電腦系統800和週邊設備之間傳送。通訊介面824的示例可以包括數據機、網路介面(例如乙太網網卡)、通訊連接埠、PCMCIA槽及卡等。通過通訊介面824傳送的軟體和資料是信號828形式，這些信號可以是電信號、電磁信號、光信號或能夠被通訊介面824接收的其他信號。通過通訊路徑826將這些信號828提供至通訊介面824。通訊路徑826攜帶信號828且可以利用電線或纜線、光纖、電話線、蜂窩電話鏈路、RF鏈路及其他通訊通道來實現。

本文中所使用的術語“電腦程式介質”和“電腦可用介質”泛指諸如卸除式存放裝置驅動器814、安裝在硬碟驅動器812中的硬碟以及信號828等介質。這些電腦程式產品是用於為電腦系統800提供軟體的裝置。

將電腦程式(或稱為電腦控制邏輯)儲存在主記憶體805和/或次要存放裝置810中。電腦程式還可以通過通訊介面812接收。執行這種電腦程式時，該電腦程式使電腦系統800實現本文所討論的本發明。具體地，執行電腦程式時，該電腦程式使處理器804實現本發明的處理。例如，當執行電腦程式時，電腦程式使處理器804實現上面參照本文的流程圖描述的步驟的一部分或所有。在利用軟體實現本發明的情況下，可以將該軟體儲存在電腦程式產品中並利用RAID陣列816、卸除式存放裝置驅動器814、硬碟驅動器812或通訊介面824載入到電腦系統800中。

在其他實施方式中，本發明的特徵主要利用硬體部件(例如專用積體電路(ASIC)和可程式設計或靜態閘陣列)以硬體實現。實現硬體狀態機以執行本文所述的功能對相關領域的技術人員來說同樣是顯而易見的。

結論

儘管上面已對各個實施方式進行了說明，但應理解，這些實施方式通過示例的方式給出，而並非是限制性的。對相關領域的技術人員來說顯而易見的是，在不背離本文所提供的實施方式的精神和範圍的情況下，可以在形式和細節上進行各變化。

上面已經借助於示出了特定功能的性能及其關係的功能性構建塊和方法步驟描述了本文中給出的實施方式。為了便於進行描述，本文任意地定義了這些功能性構建塊和方法步驟的界限。可以定義可替換的界限，只要特定的功能和其關係能夠被適當地執行即可。因此，任何這樣的替代邊界都在要求保護的實施方式的範圍和精神之內。本領域的技術人員將意識到，這些功能構建塊可以通過分立元件、特定用途積體電路、執行適當軟體等的處理器或其任意組合實現。因此，本發明實施方式的廣度和範圍不應受上述示例性實施方式中的任何實施方式限制，而只由所附申請專利範圍及其等同物進行限定。

100‧‧‧雙層點對多點網路

102‧‧‧頭端節點

103‧‧‧主幹介質

104a-n‧‧‧分支節點

106a-n‧‧‧分支介質

108a-n‧‧‧終端站

200‧‧‧雙層網路

300‧‧‧示例網路

306‧‧‧調度器

307 a-n‧‧‧幹介質(MM)終端

308 a-n‧‧‧調度器

400‧‧‧示例性網路

402‧‧‧DOCSIS調度器

403‧‧‧DOCSIS調度器

404‧‧‧EPON調度器

405‧‧‧EPON調度器

406‧‧‧EPON ONU

408‧‧‧緩衝器

410‧‧‧DOCSIS PHY

414‧‧‧EPON系統

416‧‧‧DOCSIS系統

500‧‧‧示例網路

502‧‧‧DOCSIS下行介質存取控制

504‧‧‧DOCSIS調度器

506‧‧‧DOCSIS時基

508‧‧‧MAP轉換器

510‧‧‧PON MAC

512‧‧‧PON時基

514‧‧‧PON接收實體層

516‧‧‧DOCSIS上行MAC

518‧‧‧PON傳輸實體層

520‧‧‧EPON ONU

522‧‧‧PON接收PHY

524‧‧‧無源光網路傳輸PHY

526‧‧‧緩衝器

528‧‧‧緩衝器

530‧‧‧DOCSIS傳輸PHY

532‧‧‧DOCSIS接收PHY

804‧‧‧處理器

805‧‧‧主記憶體

806‧‧‧通訊基礎設施

810‧‧‧次要存放裝置

812‧‧‧硬碟驅動器

814‧‧‧卸除式存放裝置驅動器

816‧‧‧RAID陣列

818‧‧‧卸除式存放裝置單元

820‧‧‧介面

824‧‧‧通訊介面

826‧‧‧通訊路徑

圖1示出了雙層網路的拓撲。

圖2示出了主幹介質是無源光網路(PON)且分支介質是同軸纜線的示例雙層網路。

圖3示出了雙層網路中的分散調度。

圖4示出了雙層網路中的集中調度。

圖5示出了具有最小緩衝和調度延遲的示例雙層網路。

圖6示出了用於示出雙層網路中的調度由頭端節點執行的步驟的示例流程圖。

圖7示出了用於示出由雙層網路中的分支節點執行的步驟的示例流程圖。

圖8示出了能夠實現實施方式的示例性電腦系統的框圖。