TWI477126B - 用於最大限度地利用訊框突發的電纜數據機及其方法與終端系統 - Google Patents

Description

用於最大限度地利用訊框突發的電纜數據機及其方法與終端系統

本發明總體涉及根據突發的上行通訊。

有線電視(CATV)系統不再僅限於向觀眾提供電視節目。與傳統無線電波廣播電視節目相比，除其他服務外，有線電視(CATV)系統透過利用光纖、同軸電纜和其他電纜以及當地廣播頻道(例如Wi-Fi、藍芽等)向用戶端發射的信號，向用戶提供連網網際網路存取。

CATV系統可利用有線電纜資料服務介面規範(DOCSIS)相容設備和協定來進行資訊的傳輸，例如，一個或多個設備和一個或多個電纜數據機終端系統(CMTS)之間的視訊、音訊和/或資料的傳輸。與CMTS通訊的一個典型設備就是電纜數據機。電纜數據機通常位於用戶端並被配置為發射和接收與CMTS之間的連網網際網路通訊。然而，在通常的配置中，許多電纜數據機共用相同的通訊媒體。結果，它們與CMTS的通訊出現資料突發。然而，這些資料突發並不總是使用單個突發透過通訊通道傳輸最大資料量。因此，需要能最大限度地使用上行資料突發並雙向支援巨型訊框的改進方法和系統。

根據本發明的一個方面，提供一種在電纜數據機中最大限度 地利用突發訊框的方法，包括：從用戶端設備接收將要透過通訊通道傳輸的一個或多個資料包；對所述一個或多個資料包進行排隊；確定經由所述通訊通道傳輸的突發訊框的最大尺寸；將所述一個或多個資料包的各資料包整體添加到所述突發訊框中，直至達到所述突發訊框的最大尺寸；確定所述突發訊框是否具有可用空間；若存在可用空間，則將所述一個或多個資料包中的一資料包分段為至少第一片段資料包和第二片段資料包，其中，所述第一片段資料包的尺寸基本上等於所述突發訊框的可用空間；若存在可用空間，將所述第一片段資料包添加到所述突發訊框中；以及在傳輸視窗期間，透過所述通訊通道傳輸所述突發訊框。

其中，所述通訊通道實施DOCSIS。

其中，所述傳輸更包括：傳輸所述至少第一片段資料包和第二片段資料包，其中，所述至少第一片段資料包和第二片段資料包保持未組合狀態直至到達其目的地。

其中，所述分段包括利用IPv4協定。

其中，所述分段包括利用IPv6協定。

其中，該方法更包括：在電纜數據機終端系統(CMTS)接收至少第一片段和第二片段；將所述至少第一片段和第二片段重組為重組資料包；以及從所述CMTS傳輸所述重組資料包。

其中，確定所述突發訊框是否具有可用空間包括：確定所述突發訊框開銷；以及從所述突發訊框的最大尺寸中減去所述突發訊框開銷。

其中，該方法更包括：接收來自用戶端設備的巨型乙太網路訊框；將所述巨型乙太網路訊框分段為多個片段資料包，其中，所述多個片段資料包中的各片段資料包的尺寸小於或等於預定臨界值。

其中，所述預定臨界值為乙太網路最大訊框尺寸。

其中，將所述巨型乙太網路訊框分段為多個片段，包括：其 中，用IP協定將所述巨型乙太網路訊框分段為多個資料包片段。

根據本發明的另一方面，提供一種用於最大限度地利用訊框突發的電纜數據機，包括：處理器；記憶體；用戶端接收器，被配置為接收來自用戶端設備的一個或多個資料包；上行佇列器，被配置為對所述一個或多個資料包的各資料包進行排隊；資料包連接器，被配置為確定所述突發訊框是否具有可用空間；資料包分段器，被配置為：若存在可用空間，則將所述一個或多個資料包中的一資料包分段為至少第一片段和第二片段，其中，所述第一片段的尺寸基本上等於所述突發訊框的可用空間，以及若存在可用空間，將所述第一片段添加到所述突發訊框中；以及上行調變器，被配置為調變所述突發訊框並在傳輸視窗期間，透過所述通訊通道傳輸所述突發訊框。

其中，所述通訊通道實施DOCSIS。

其中，所述上行調變器還被配置為：傳輸所述至少第一片段資料包和第二片段資料包，其中，所述至少第一片段資料包和第二片段資料包保持未組合狀態直至抵達其目的地。

其中，所述資料包分段器利用IPv4協定。

其中，所述資料包分段器利用IPv6協定。

其中，所述資料包連接器被進一步配置為：確定所述突發訊框開銷；以及從所述突發訊框的最大尺寸中減去所述突發訊框開銷。

其中，所述用戶端接收器被進一步配置為接收來自用戶端設備的巨型乙太網路訊框，且其中，所述資料包分段器被進一步配置為：將所述巨型乙太網路訊框分段為多個片段資料包，其中，所述多個片段資料包中的各片段資料包的尺寸小於或等於預定臨界值。

其中，所述預定臨界值為乙太網路最大訊框尺寸。

根據本發明的又一方面，提供一種用於最大限度地利用突發 訊框的電纜數據機終端系統(CMTS)包括：處理器；記憶體；接收器，被配置為接收來自遠端主機的巨型訊框；資料包分段器，被配置為將所述巨型訊框分段為兩個以上片段，其中，各個片段的尺寸小於或等於預定臨界值；以及下行調變器，被配置為調變各片段並將各片段傳輸至電纜數據機。

其中，該CMTS更包括：媒體存取控制層，被配置為接收來自電纜數據機的一個或多個片段，其中，所述一個或多個片段形成資料包；以及資料包重組器，被配置為將一個或多個資料包重組為資料包。

100‧‧‧DOCSIS環境

102‧‧‧電纜數據機終端系統

104a~104n‧‧‧電纜數據機

106、306‧‧‧HFC網路

112a~112n、312a~312n‧‧‧用戶端設備

114‧‧‧主時脈

116‧‧‧頻寬分配器

120‧‧‧媒體存取控制器

121、331‧‧‧實體層

122‧‧‧上行實體層解調器

124‧‧‧下行實體層調變器

126、340‧‧‧處理器

128、342‧‧‧記憶體

129‧‧‧分段器

144a~144n‧‧‧微時槽

146‧‧‧上行通道

148‧‧‧下行通道

200‧‧‧突發環境

201、300‧‧‧電纜數據機

202‧‧‧上行佇列

204.1~204.4‧‧‧資料包

204.4a、204.4b、348.1、348.2‧‧‧片段

206‧‧‧連接頭

208.1~208.4‧‧‧MAC擴展標頭

210、304‧‧‧突發訊框

330‧‧‧資料包連接器

332‧‧‧上行實體層調變器

334‧‧‧下行實體層解調器

336‧‧‧MAC

337‧‧‧下行佇列

338‧‧‧上行佇列

341‧‧‧用戶端接收器

346‧‧‧資料包分段器

400‧‧‧方法

S410~S480‧‧‧步驟

圖1顯示了根據實施方式的範例DOCSIS環境100。

圖2顯示了根據範例性實施方式的連接突發環境200的示圖。

圖3顯示了根據範例性實施方式的電纜數據機300的框圖。

圖4顯示了根據實施方式的用於在DOCSIS下最大限度地利用突發訊框的方法的流程圖。

以下詳細的描述參照附圖闡述與本發明一致的範例性實施方式。詳細描述中所涉及的“一個範例性實施方式”、“範例性實施方式”、“實施方式範例性實施方式”等表示所述的範例性實施方式可包括特定的特徵、結構或特性，但是每個範例性實施方式不必包括特定的特徵、結構或特性。而且，這種短語不必用於相同的範例性實施方式。而且，當結合範例性實施方式描述特定的特徵、結構或特性時，結合不論是否清楚描述的其他範例性實施方式對這種特徵、結構或特性進行改變是在本領域的普通技術人員的知識範圍內的。

提供本文中所述的範例性實施方式用於進行闡述，而非限制性的。其他範例性實施方式是可行的，並且在本發明的精神和範圍內，可對這些範例性實施方式進行修改。因此，詳細描述並非 意指限制本發明。更確切地說，本發明的範圍僅根據以下申請專利範圍書及其等同物來限定。

本發明的實施方式可以以硬體、韌體、軟體或其任意組合來實現。本發明的實施方式還可以實施為儲存在機器可讀媒體上的指令，這些指令可由一個或多個處理器執行。機器可讀媒體可以包括用於以機器(例如，計算設備)可讀的形式儲存和傳輸資訊的任何機制。例如，機器可讀媒體可以包括唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；磁片儲存媒體；光儲存媒體、快閃記憶體設備、電、光、聲音或其他形式傳播信號(例如，載波、紅外線信號、數位信號等)以及其他。此外，本文中將韌體、軟體、程式、指令描述為執行特定動作。然而，應當理解，這種描述僅僅是為了方便，並且這種動作實際上是由計算設備、處理器、控制器或其他設備執行韌體、軟體、程式、指令等來實現的。

範例性實施方式的以下詳細描述將完整地揭示本發明的普適性，使得人們為了各種應用，透過應用相關領域的普通技術知識在無需進行過度試驗的情況下，容易地修改和/或調整這種範例性實施例，這種修改和/或調整是不背離本發明的精神和範圍的。因此，這種調整以及修改意指在根據本文中所給出的這種教導和引導的範例性實施方式的含義以及多個等價物的範圍內。要理解的是，本文中的措辭或術語用於描述而非限制，所以鑒於本文中的教導，相關領域的技術人員能夠理解本說明書的術語或措辭。

範例性DOCSIS環境

圖1顯示了根據實施方式的DOCSIS環境100的範例。DOCSIS環境100包括電纜數據機終端系統(CMTS)102，其透過HFC網路106耦接至一個或多個電纜數據機(CM)104a至104n。各電纜數據機104可耦接至一個或多個用戶端設備112a至112n。在本文所提供的實施方式中，“n”為任意正整數。

CMTS 102可包括媒體存取控制器(MAC)120以及實體層 (PHY)121，該實體層包括下行實體層調變器(DS PHY)124和上行實體層解調器(US PHY)122。CMTS 102還可包括主時脈114和頻寬分配器116。在實施方式中，CMTS 102可包括耦接至記憶體128的處理器126。本文中所描述的由CMTS 102執行的功能也可由處理器126根據儲存在記憶體128中的指令來執行。CMTS 102耦接至HFC網路106，其提供CMTS 102和電纜數據機104之間的相互連接。HFC網路106支援有線、無線或兩種傳輸媒體，包括衛星、地面(例如光纖、銅、雙絞線、同軸電纜等)、無線電、微波、自由空間光和/或任何其他傳輸形式或方法。HFC網路106可以是任何類型的網路，包括但不限於網際網路或其他廣域網路(WAN)。在實施方式中，HFC網路106是DOCSIS網路的一部分。應理解，網路106的類型是一種設計選擇並且可以是任意的。

PHY 121包括US PHY 122和DS PHY 124。US PHY 122形成CMTS 102與HFC網路106的上行通道之間的實體層介面。CMTS 102可具有針對其上行通道中的每一個的單獨的US PHY 122。US PHY 122接收並解調來自電纜數據機104的所有突發。

DS PHY 124形成CMTS 102與HFC網路106的下行通道之間的實體層介面。因此，目的地為一個或多個電纜數據機104的視訊、語音、資料和/或控制消息由DS PHY 124進行收集並傳輸至各個電纜數據機104。DS PHY 124調變和/或格式化資訊以進行下行傳輸。

MAC 120接收來自US PHY 122的上行信號並根據需要提供下行信號至DS PHY 124。MAC 120作為CMTS 102的資料連結層的下部子層來進行操作。在實施方式中，MAC 120可支持分段、連接、承載標頭抑制/擴展和/或對使用DOCSIS透過實體層傳輸的信號進行錯誤檢查。

當信號被MAC 120處理時，記憶體128可與MAC 120交互 來儲存信號。記憶體128還可儲存用來支援處理動作的各種輔助資料。這樣的輔助資料包括安全協定、識別字、規則、策略等。

HFC網路106包括上行通道146和下行通道148。上行通道146可以是用於將資料從電纜數據機104通訊至CMTS 102的一個或多個通道。下行通道148可以是將資料從CMTS 102通訊至電纜數據機104的一個或多個通道。各電纜數據機104可在任何時候開始透過上行通道146的傳輸。具體地，CMTS 102和電纜數據機104可利用微時槽144a至144n控制經由上行通道146的資料傳輸。微時槽144a至144n可控制來自電纜數據機104的資料突發的定時。各微時槽144a至144n可相當於各電纜數據機104可進行傳輸所在的時段。通常使用被稱為點(tick)的機制來進行將時間量分配給各微時槽。各點表示預設時間，通常為微秒(us)，例如6.25微秒。例如，在通常配置中，各微時槽144a至144n可分配兩個點。但為微時槽144a至144n配置的時段可根據CMTS 102的配置不同而不同。

為了接收微時槽144a至144n內的時槽分配，電纜數據機104可以向CMTS 102請求一個或多個微時槽。在接收到來自電纜數據機104的請求後，CMTS 102可同意這些請求。但在一些情況下，CMTS 102可根據微時槽的可用性，分配微時槽的數量小於請求的或根本就不分配。

為微時槽144a至144n配置的時段與電纜數據機104的突發機會的數量是相關的。然而，可能會存在額外的延遲，例如減少突發機會數量的時間提前延遲和下行交叉存取(downstream interleaver)。例如，常見的時間提前延遲為兩毫秒(ms)，下行交叉存取為0.15毫秒。相應地，在這種情況下，若微時槽144共計為兩毫秒(2毫秒+2毫秒(時間提前延遲)+0.15毫秒(下行交叉存取延時))，那麼電纜數據機104只能每隔4.15毫秒才能傳輸。

突發可傳輸的資料量可取決於多個因素。首先，所使用的調 變方案以及分配給各微時槽的時間/點限制突發尺寸。例如，採用每微時槽兩點的64 QAM調變，理論上最大突發尺寸約為11,315位元組。但CMTS 102可對此進一步限制。例如，CMTS 102可提供限制突發尺寸的配置設置(例如4096位元組)。類似地，電纜數據機104可進一步限制突發尺寸。例如，電纜數據機104的特定硬體可限制突發尺寸。電纜數據機104可具有限制突發尺寸的配置設置。例如，電纜數據機104可被配置為將突發訊框尺寸限制為2048位元組。相應地，突發訊框的最大尺寸為通道的理論最大尺寸、CMTS 102上設定的限制和電纜數據機104上的限制中的最小者。例如，如果上行通道146的理論最大尺寸為11,315位元組，CMTS 102被配置為4096位元組的限制，電纜數據機104被配置為2048位元組的限制，那麼最大突發尺寸應為2048位元組。

還可為連接突發配置DOCSIS環境100。連接突發是DOCSIS的允許資料包在電纜數據機104排隊並在相同突發訊框中發送的特性。然而，可連接在相同訊框中的資料包數量受最大訊框突發尺寸的限制。電纜數據機104中的硬體也會限制訊框突發的尺寸。例如，電纜數據機104沒有足夠的儲存或處理能力來遍曆特定位元組數或特定訊框數對訊框進行連接。

範例性連接突發環境

圖2是顯示了根據範例性實施方式的連接突發環境200的示圖。連接突發環境200包括電纜數據機201和突發訊框210。電纜數據機201可包括上行佇列202。上行佇列202可以是在傳輸前儲存資料包204.1至204.4的佇列。資料包204.1至204.4可以是乙太網路封裝連網網際網路協定(IP)資料包。例如，資料包204.1至204.4可實施IPv4或IPv6。儘管圖2描述了資料包204.1至204.4，但應理解，上行佇列202可儲存任何數量的資料包。例如，若用戶端設備向電纜數據機201發送資料包以進行傳輸，則該資料包可首先放置在上行佇列202中，而電纜數據機201等待該資 料包的傳輸時機。然而，在實施方式中，可為連接突發配置電纜數據機201。

利用連接突發，電纜數據機201可將資料包204.1至204.4的部分組合在一起以用突發訊框210發送。例如，突發訊框210的最大尺寸可為2048位元組。如上所述，存在影響突發訊框210的最大尺寸的各種設置和配置。因此，本領域的技術人員應理解到，突發訊框210的最大尺寸可以是任何尺寸。類似地，資料包204.1至204.4的尺寸也可以是任何尺寸。例如，資料包204.1至204.4中的各個資料包可具有不同的尺寸。尺寸的大小可取決於許多因素，例如資料包204.1至204.4內所包含的特定協定、資料和/或消息。例如，各資料包204.1至204.4的長度為215位元組。當利用DOCSIS傳輸資料包時，可能會傳輸一些開銷資料，以當各資料包204.1至204.4到達CMTS(例如CMTS 102)後被正確地解碼和處理。具體地，MAC擴展標頭208.1至208.4可分別添加到各資料包204.1至204.4。MAC擴展標頭208.1至208.4可包括與DOCSIS中乙太網路資料包傳輸相關的額外資料。在實施方式中，各MAC擴展標頭208.1至208.4的長度可為10位元組。因此，對於添加到突發訊框210的各資料包，還必須添加10位元組的額外資料。這可有效地將各資料包204.1至204.4的長度延長10位元組，如此使得在資料包204.1至204.4的原始長度為512位元組的情況下，當添加有MAC擴展標頭208.1至208.4時，其長度就會有效地增加至522位元組。類似於MAC擴展標頭208.1至208.4，突發訊框210還可包括連接頭(concatenation header)206。連接頭206可包括與突發訊框210內的連接有關的標誌和資料。連接頭206可允許CMTS(例如圖1所示的CMTS 102)進一步處理和解碼突發訊框210內的連接訊框。在實施方式中，連接頭206的長度可為六位元組。然而，本領域的技術人員應理解到，在突發訊框210內還可傳輸其他系開銷。例如，CMTS可被配置為利用 BPI+的隱私和安全。

如上所述，根據範例，各資料包204.1至204.4可有效地為522位元組(當考慮MAC擴展標頭208.1至208.4時)。當各資料包204.1至204.4被組合一起並且添加有連接頭206後，總計為2094位元組，其大於突發訊框210的2048位元組尺寸。因此，並非所有資料包204.1至204.4都全部插入突發訊框210中。最多只有三個資料包(例如204.1至204.3)全部插入突發訊框210中。然而，如果僅204.1至204.3被添加到突發訊框210中，那麼突發訊框210的2048位元組中就只有1572位元組被利用(包括連接頭206)。這會導致突發訊框210中的476位元組空間未被利用，而該空間對於資料包204.4太小而不能插入。

在實施方式中，電纜數據機201可被配置為利用此額外空間。具體地，電纜數據機201可被配置為在網路協定層對資料包分段。例如，若資料包204.1至204.3可插入突發訊框210中，則電纜數據機201可對資料包204.4進行分段。如上所述，在這樣的情況下，突發訊框210具有476位元組的未利用空間。然而，這並不包括MAC擴展標頭208.4。在將MAC擴展標頭208.4計算在內後，就只為資料包204.4的部分留下466位元組的空間。資料包204.4然後被分割為片段204.4a和204.4b。片段204.4a可最多包括466位元組的資料，包括所有子頭(例如Ethernet、IP、TCP/UDP、HTTP等)。片段204.4b可包括資料的剩餘部分。由於片段是IPv4和IPv6協定支援的功能，所以片段204.4a和204.4b可進行端對端傳輸，而無需在傳輸過程中被再組合。例如，若資料包204.4的目的地為網路服務器，片段204.4a和204.4b可被分別傳輸到網路服務器，然後在網路服務器上將該兩個片段重組為數據包204.4。例如，電纜數據機201可不依賴CMTS進行片段處理。具體地，CMTS可能意識不到片段204.4a和204.4b是片段。相反，CMTS可將片段204.4a和204.4b對待為典型的網路封裝DOCSIS資料包。因此， 本發明實施方式的一個優點在於，電纜數據機201可相容於任何類型的CMTS，而無需CMTS意識片段的存在。然而，在實施方式中，片段204.4a和204.4b可在CMTS(例如圖1所示的CMTS 102)中進行重組。具體地，CMTS可包括將片段重組為資料包的資料包重組器(未顯示)。若接收到來自不同資料包的多個片段，資料包重組器可被配置為明瞭各片段，以使得正確地將這些片段重組為相應資料包。例如，CMTS可將片段204.4a和204.4b複製到記憶體(例如記憶體128)，然後再根據IP協定規則將片段重組成資料包204.4。因此，在這種情況下，重組的資料包204.4然後被傳輸至其預期的最終目的地。

以上討論的技術還可用於支援巨型訊框。巨型訊框是大於1518位元組(乙太網路標頭被考慮在內)的乙太網路訊框。例如，巨型訊框可從用戶端設備發送至電纜數據機201。在一些情況下，巨型訊框可大於最大突發尺寸，例如，當最大突發訊框為2048位元組時，巨型訊框可為4096位元組。DOCSIS規範不支援乙太網路巨型訊框。因此，電纜數據機和CMTS不能處理巨型訊框，而且當用戶端設備發送巨型訊框時，電纜數據機和CMTS可被配置為丟棄此訊框。然而，電纜數據機201可支持巨型訊框。例如，電纜數據機201可接收來自一個或多個用戶端設備的巨型訊框，並將資料發送至CMTS，而無需對CMTS進行任何修改。具體地，若上行佇列202中的任何資料包為巨型乙太網路訊框，則電纜數據機201可被配置為在網路層將巨型訊框資料包分段成尺寸小於或等於1518位元組的一個或多個片段。例如，電纜數據機201可利用IP規則對巨型訊框進行分段。若電纜數據機201接收到的資料包的尺寸為2000位元組，那麼電纜數據機201可被配置為將此資料包分割成1518位元組(包括乙太網路和IP層)的第一片段以及482位元組的第二片段。因此，從用戶端設備接收到的資料包可以是巨型訊框，然而，當利用DOCSIS將此資料包發送至 CMTS時，資料包可被分段成尺寸均小於或等於1518位元組的標準乙太網路訊框尺寸的一個或多個片段。因此，CMTS可將各資料包視作標準乙太網路訊框進行解碼。因此，根據IP協定的具體版本，片段然後可在傳輸路徑上被重組或到達預期目的地後被重組。

CMTS還可以接收來自遠端主機的巨型訊框。例如，回應於接收到源於電纜數據機201的巨型訊框，遠端主機可發送巨型訊框至CMTS。但在一些情況下，遠端主機無需首先接收巨型訊框也可發送巨型訊框至CMTS。若CMTS接收到巨型訊框，CMTS可被配置為將巨型訊框分為尺寸均小於或等於1518位元組的乙太網路訊框尺寸的兩個以上片段，。一旦電纜數據機201接收到片段，就可利用IP協定規則重組這些片段。

具有分段功能的範例性電纜數據機

圖3顯示了根據範例性實施方式的電纜數據機300的框圖。電纜數據機300可透過用戶端接收器341耦接至一個或多個用戶端設備312a至312n。用戶端設備312可以是透過用戶端接收器341耦接至電纜數據機300的任何計算設備，包括但不限於例如通用串列匯流排(USB)驅動器、硬碟驅動器、快閃記憶體驅動器、光碟機(例如CD ROM和DVD ROM)的儲存設備；WiFi設備(例如無線電話或網路電話(VoIP))；可利用LAN埠的設備(例如視訊遊戲系統)；以及無線設備(例如個人數位助理(PDA)、行動電話、有線或無線平板設備、機上盒以及其他連網設備(例如交換器、集線器或路由器)。在本範例中，電纜數據機300從HFC網路306接收到的資料或通訊量(包括例如來自圖1的CMTS 102以及網際網路的資料)在本文中被稱為廣域網路(WAN)通訊量。透過用戶端接收器341在用戶端設備312a至312n之間通訊的資料在本文中被稱為區域網路(LAN)通訊量。在範例中，實體層(PHY)331形成WAN通訊量和LAN通訊量的實體層介面。

電纜數據機300可包括實體層(PHY)331，其包括上行實體層調變器(US PHY)332和下行實體層解調器(DS PHY)334。US PHY 332和DS PHY 334耦接至MAC 336。MAC 336耦接至上行佇列338和下行佇列337。上行佇列338包括一個或多個佇列，其用於儲存上行傳輸至CMTS(例如圖1所示CMTS 102)的資料包。例如，上行佇列338可包括資料包344.1至344.4344.4。然而，本領域的技術人員將認識到，上行佇列338可包括任何數量的資料包。此外，各資料包344.1至344.4可以為任何尺寸，例如512位元組。當電纜數據機300達到其傳輸時間，資料包344.1至344.4中的一個或多個可被置於突發訊框304中，以透過HFC網路306進行傳輸。下行佇列337包括一個或多個佇列，其用於儲存下行傳輸至用戶端設備312a至312n的資料。電纜數據機300更包括耦接至記憶體342的處理器340。根據範例性實施方式，本文中所描述的由電纜數據機300執行的功能也可由處理器340根據儲存在記憶體342中的指令來執行。電纜數據機300利用以下傳輸方法耦接至HFC網路306：包括但不限於有線、無線或有無線傳輸媒體，包括衛星、地面(例如光纖、銅、雙絞線、同軸電纜、混合光纖-同軸電纜(HFC)等)、無線電、微波、自由空間光和/或任何其他傳輸形式或方法。

實體層(PHY)331包括US PHY 332和DS PHY 334。US PHY 332形成電纜數據機300與HFC網路306的上行通道(例如圖1的上行通道146)之間的實體層介面。電纜數據機300可針對各上行通道包括單獨的US PHY 332。目的地為CMTS的視訊、語音、資料和/或控制消息由US PHY 332進行收集並傳輸至CMTS。因此，US PHY 332調變和/或格式化要上行傳輸至CMTS(例如圖1的CMTS 102)的資訊。在實施方式中，HFC網路306可被配置為時基多工，例如用於上行通訊的TDMA，或用於上行通訊的SCDMA(同步分碼多工存取)。因此，US PHY 332可被配置為傳 輸突發(例如突發訊框304)。

DS PHY 334形成電纜數據機300與HFC網路306的下行通道(例如圖1的下行通道148)之間的實體層介面。DS PHY 334接收並解調來自CMTS(例如圖1的CMTS 102)的所有突發。

MAC 336接收來自DS PHY 334的下行信號並根據需要將上行信號提供至US PHY 132。在實施方式中，MAC 336可解碼來自CMTS的控制信號並控制上行通訊的定時。MAC 336作為電纜數據機300的資料連結層的下部子層進行操作。在實施方式中，MAC 336可支持承載標頭抑制/擴展，和/或對透過實體層傳輸的信號進行錯誤檢查。

當信號被MAC 336處理時，記憶體342可與MAC 336交互來儲存信號。記憶體342還可儲存用來支援處理動作的各種輔助資料。這樣的輔助資料包括安全協定、識別字、規則、策略等。

在實施方式中，MAC 336更包括資料包連接器330。資料包連接器330可將上行佇列338中的資料包344.1至344.4中的兩個以上資料包連接，以用突發訊框304進行傳輸。資料包連接器可被配置為確定突發訊框304的最大尺寸。突發訊框304可傳輸的資料量可取決於許多因素。具體地，突發訊框的最大尺寸為通道的理論最大尺寸、CMTS上設定的限制和電纜數據機300上的限制中的較小者。例如，如果HFC網路中的上行通道的理論最大尺寸為11,315位元組，CMTS被配置成限制為4096位元組，電纜數據機300被配置成限制為2048位元組，那麼最大突發尺寸為2048位元組。

然後根據最大突發訊框尺寸，資料包連接器330便可確定上行佇列338中能夠插入突發訊框304中的資料包數量。例如，在一些情況下，資料包344.1至344.4中兩個以上資料包的尺寸足夠小，使得它們都能夠完全插入突發訊框304中。在這些情況下，資料包連接器330可將這些資料包連接在一起，以在突發訊框304 中傳輸。然而，如上所述，在一些情況下，在連接後，突發訊框304中可能會存在一些未利用空間。例如，突發訊框304的最大突發尺寸為2048位元組，而各資料包344.1至344.4的尺寸為512位元組。在這種情況下，不是所有資料包344.1至344.4可全部插入突發訊框304中。然而，例如如果只有344.1至344.3被連接並被置於突發訊框304中，則一旦將DOCSIS頭的開銷考慮在內，突發訊框304中就只會留下476位元組的未利用空間。因此，電纜數據機300可被配置為利用此空間。

具體地，MAC 336可包括資料包分段器346。資料包分段器346可被配置為將資料包分為兩個以上片段，以使得一個片段可利用未利用空間。例如，資料包分段器346可將資料包344.4分為一個或多個片段，例如348.1和348.2。資料包分段器346被配置為將上行佇列338中的任何資料包分為兩個以上片段。例如，資料包分段器346可利用IP協定(在DOCSIS層外)分割資料包。然而，本領域的技術人員將理解到，可使用其他機制進行分段。資料包分段器346可利用IP版本四協定(IPv4)或IP版本六協定(IPv6)將資料包344.4分為片段348.1和348.2。由於資料包344.4的尺寸小於突發訊框304的尺寸，一般只需分為兩個片段，例如片段348.1和348.2。但在一些情況下，例如當資料包344.4的尺寸大於突發訊框304的尺寸時，就需要兩個以上片段。這在例如使用巨型訊框的情況下會出現。資料包分段器346還可被配置為將與突發訊框304關聯的開銷考慮在內。例如，各資料包344.1至344.4可包括乙太網路標頭。因此，當計算各片段348.1和348.2的尺寸時應考慮乙太網路標頭。例如，如果突發訊框304中的未利用空間為476位元組，則根據頭開銷(例如乙太網路標頭和IP標頭)，可用於資料有效載荷的片段348.1會減少。此外，資料包分段器346還需要包括DOCSIS開銷，例如圖2所示的MAC擴展標頭208。因此，片段348.1包含資料包344.4中可容納在突發訊 框304的未利用空間中的最大允許有效載荷。片段348.2包含資料包344.4的剩餘有效載荷。

在生成片段348.1和348.2後，資料包連接器330可被配置為將片段348.1和資料包344.1至344.3連接一起，以完全利用突發訊框304的所有空間。在一些情況下，由於IP分段的限制，片段348.1可能無法全部佔用未利用空間。例如，在IPv4和IPv6下，IP有效載荷可能只能在8位元組邊界上進行分割。資料包344.1至344.3和片段348.1然後可被資料包連接器330連接到突發訊框304中以便傳輸。片段348.2可保留在上行佇列338中，以在電纜數據機300的未來突發機會進行傳輸。

電纜數據機300可獨立於CMTS執行分段。具體地，CMTS可意識不到片段348.1和348.2是IP片段。代替地，CMTS可將片段348.1和348.2作為典型的DOCSIS資料包來處理。因此，本發明實施方式的一個優點在於，電纜數據機300可相容於任何類型的CMTS，而無需CMTS意識到片段的存在。

透過利用資料包分段器346，電纜數據機300還可支持巨型訊框。如上所述，許多CMTS和電纜數據機不支持巨型訊框。但在一些情況下，用戶端設備312a至312n可被配置為傳輸巨型訊框至電纜數據機300。在這些情況下，電纜數據機300可被配置為利用資料包分段器346來為從用戶端設備312a至312n接收到的各巨型訊框，產生小於或等於標準乙太網路資料包尺寸的片段。例如，若資料包344.4為巨型訊框資料包，則資料包分段器346可被配置為將資料包344.4分為小於或等於1518位元組的兩個以上片段。CMTS也可從遠端主機接收預期至電纜數據機300的巨型訊框。在範例性實施方式中，CMTS可包括IP層分段器，例如分段器129。若CMTS接收到巨型訊框，則分段器可將巨型訊框分為尺寸均小於或等於1518位元組的乙太網路訊框尺寸的兩個以上片段。然後，將片段從CMTS傳輸至電纜數據機300。然後，電纜 數據機300可被配置為根據IP協定規則將片段重組成原來的巨型訊框，或僅僅將這些片段傳輸至目的地用戶端機後再就地重組。

最大限度利用突發訊框的範例性方法

圖4顯示了用於在DOCSIS下最大限度地利用突發訊框的方法的流程圖。

在方法400的步驟S410，從用戶端設備接收要透過通訊通道進行傳輸的一個或多個資料包。一個或多個資料包可由電纜數據機的用戶端接收器(例如電纜數據機300的用戶端接收器341)接收。用戶端設備可以是任何類型的計算設備，包括但不限於，個人電腦、移動設備、機上盒、家用電器、伺服器或平板電腦。用戶端設備也可以是網路設備，包括但不限於路由器或交換器。一個或多個資料包可以是任何類型的連網通訊協定例如乙太網路。在實施方式中，通訊通道可實施DOCSIS。在這種情況下，用戶端設備接收到的一個或多個資料包可被轉換成可利用DOCSIS進行通訊的資料包。然而，通訊通道可以是利用上行通訊中的突發訊框的任何類型的通訊通道。

在步驟S420中，對一個或多個資料包進行排隊。如上所述，為了支援共用相同通訊通道的許多電纜數據機，DOCSIS實施用於每個電纜數據機的時間視窗以進行傳輸。具體地，根據電纜數據機的請求，當特定電纜數據機可以進行傳輸時，CMTS可授權其傳輸視窗。因此，電纜數據機可對要透過通訊通道傳輸的一個或多個資料包進行排隊，直至電纜數據機的傳輸視窗到達。

在步驟S430，確定經由通訊通道傳輸的突發訊框的最大尺寸。突發訊框是電纜數據機在電纜數據機的傳輸視窗中傳輸資料的資料突發。可根據許多因素來確定突發訊框的最大尺寸。例如，所採用的調變方案以及分配給各微時槽的時間/點會限制突發尺寸。突發訊框的最大尺寸還會受限於CMTS或電纜數據機中的配置設置。電纜數據機的特定硬體也會限制突發尺寸。例如，電纜 數據機中記憶體的大小或處理器的速度均會限制突發訊框的最大尺寸。因此，突發訊框的最大尺寸由通道的理論最大尺寸、CMTS中設定的限制以及電纜數據機中的限制中的較小者來決定。例如，如果通訊通道的理論最大尺寸為11,315位元組，CMTS被配置成限制為4096位元組，電纜數據機被配置成限制為2048位元組，那麼最大突發尺寸應為2048位元組。

許多電纜數據機和CMTS不支援巨型乙太網路訊框。具體地，DOCSIS協定不支援巨型乙太網路訊框。因此，若用戶端發送巨型乙太網路訊框至電纜數據機，則電纜數據機通常被配置為丟棄此訊框。在實施方式中，儘管DOCSIS不支援巨型乙太網路訊框，但可提供對巨型乙太網路訊框的支援。具體地，若一個或多個資料包中的任一個是巨型訊框，那麼可在網路層上對該資料包分段，以使得該資料包小於或等於標準乙太網路訊框。例如，若資料包為2000位元組，那麼可將該資料包分為1518位元組的第一資料包和482位元組的第二資料包。由於分段的原因，無需對CMTS進行任何修改，便可利用DOCSIS將資料包發送至CMTS，而CMTS可將各片段視作正常的乙太網路訊框，儘管這些片段是作為原始巨型乙太網路訊框的資料包的原始部分。在範例性實施方式中，CMTS還可被配置為，在透過網際網路將這些片段發送至目的地用戶端之前，內部重組這些巨型訊框片段。在下行方向，可使用IP層分段將巨型訊框從CMTS發送至電纜數據機。具體地，CMTS可被配置為將資料包分為尺寸小於或等於標準乙太網路訊框尺寸的兩個以上片段。然後，電纜數據機可根據IP協定規則重組這些片段，或將這些片段傳輸至目的地用戶端後再重組。

在步驟S440，可將一個或多個資料包的全部添加到突發訊框中，直至達到此突發訊框的最大尺寸。具體地，可將一個或多個資料包添加到突發訊框中，直至達到突發訊框的最大尺寸或直至一個或多個資料包中的資料無法完全插入該突發訊框中。例如， 若一個或多個資料包的各個資料包均為512位元組，而最大突發尺寸為2048位元組，那麼前三個資料包可被全部添加到突發訊框中，但最後一個資料包將無法完全插入該突發訊框中。在實施方式中，透過利用資料包連接器(例如圖3所示的資料包連接器330)將資料包連接成連接資料包，來將資料包添加到突發訊框中。然後，連接資料包以突發訊框透過通訊通道進行傳輸。

在步驟S450，確定突發訊框是否有可用空間。在步驟S440，可將一個或多個資料包完全添加至突發訊框中。然而，這會在突發訊框中留下未利用空間。例如，若一個或多個資料包的各個資料包均為512位元組，而最大突發尺寸為2048位元組，那麼前三個資料包可被添加到突發訊框中，但最後一個資料包將無法完全插入該突發訊框中。然而，為了計算可用空間量，需要將突發訊框的開銷考慮在內。例如，需要將MAC擴展標頭(例如圖2所示的MAC擴展標頭208)以及連接頭(例如圖2所示的連接頭)考慮在內。突發訊框中的各資料包需要MAC擴展標頭，且突發訊框需要連接頭。在將突發訊框的開銷考慮在內後，可根據突發訊框中的剩餘空間確定突發訊框中的可用空間。

在步驟S460，若存在可用空間，則可將一個或多個資料包中的一資料包分為至少第一片段資料包和第二片段資料包。具體地，資料包分段器(例如圖3所示的資料包分段器346)可將一個或多個資料包中的該資料包分為一個或多個片段資料包。例如利用IP協定可在網路層上對資料包進行分段。然而，本領域的技術人員將理解到，可使用其他協定或在其他層進行分段。由於資料包的尺寸小於突發訊框的尺寸，一般只需分為兩個片段資料包。但在一些情況下，例如當資料包的尺寸大於突發訊框的尺寸時，就需要兩個以上片段資料包。這在使用巨型訊框時會發生。

在實施方式中，第一片段資料包的尺寸幾乎等於可用空間的大小。第一片段資料包的精確尺寸取決於分段的規定。例如，IP 分段會使第一資料包片段稍小於可用空間。具體地，IP資料包只允許在8位元組邊界上進行其有效載荷分割。若IP有效載荷的可用空間不是在8位元組邊界上，第一片段會終止在稍小於可用空間，以保持其有效載荷在8位元組邊界上。突發訊框中的資料包可包括其他開銷，例如乙太網路標頭。為了合適地生成資料包的片段，乙太網路標頭應被計算在內。例如，如果突發訊框中的未利用空間為466位元組，根據頭開銷(例如乙太網路標頭和IP標頭)，片段中用於資料有效載荷的部分就會減少。因此，第一片段包含可容納在突發訊框的未利用空間中的資料包的最大允許有效載荷和IP協定。

在步驟S470，若存在可用空間，則將第一片段添加到突發訊框中。在實施方式中，第一片段可與已添加至突發訊框中的一個或多個資料包的各個資料包相連接。為了方便CMTS解碼突發訊框和片段中的各資料包，還可添加和配置連接頭。一旦片段與剩餘資料包連接後，突發訊框中基本上裝滿資料。

在步驟S480，在傳輸視窗期間透過通訊通道將突發訊框傳輸。在透過將一個或多個資料包中可完全插入突發訊框中的許多資料包連接；然後根據需要再生成片段並連接片段來創建突發訊框後，可透過通訊通道來傳輸此突發訊框。但在一些情況下，突發訊框一直未被傳輸直到其傳輸視窗到達，然後再由電纜數據機透過通訊通道被傳輸。在傳輸過程中，突發訊框可以是被上行PHY調變器(例如圖3所示的上行PHY調變器332)調變的。然後，第二片段可在電纜數據機的下一傳輸視窗中傳輸。在範例性實施方式中，片段以片段形式傳輸至其預定目的地。在這樣的情況下，利用IP協定規則在最終目的地上重組片段。但根據範例性實施方式，CMTS可被配置為在將片段傳輸至其預定最終目的地之前將這些片段重組。在這樣的情況下，CMTS可傳輸經重組的資料包而非片段至最終目的地，如此便無需在最終目的地上重組片段。

結論

應理解，說明書部分而非摘要部分意指用於解釋申請專利範圍。摘要部分可以闡述一個或多個範例性實施方式，但並非全部範例性實施方式，因此不意指以任何方式限制本發明和所附申請專利範圍。

借助於顯示特定功能塊及其關係的實施的功能創建塊描述了本發明。為了方便說明，這些功能構建塊的界限只是隨意定義的。因此只要能夠適宜地實現具體功能和相關關係，還可定義可替換界限。

對本領域的普通技術人員顯而易見的是，在不背離本發明的精神和範圍的前提下，可進行各種形式和細節上的修改。因此本發明不受上述任何範例性實施方式的限制，而僅由隨附申請專利範圍及其等同物限定。

100‧‧‧DOCSIS環境

102‧‧‧電纜數據機終端系統

104a~104n‧‧‧電纜數據機

106‧‧‧HFC網路

112a~112n‧‧‧用戶端設備

114‧‧‧主時脈

116‧‧‧頻寬分配器

120‧‧‧媒體存取控制器

121‧‧‧實體層

122‧‧‧上行實體層解調器

124‧‧‧下行實體層調變器

126‧‧‧處理器

128‧‧‧記憶體

129‧‧‧分段器

144a~144n‧‧‧微時槽

146‧‧‧上行通道

148‧‧‧下行通道

Claims (10)

1. 一種在電纜數據機中最大限度地利用突發訊框的方法，包括：從用戶端設備接收將要透過第二通訊協定的通訊通道傳輸的第一通訊協定的一個或多個資料包；對所述一個或多個資料包進行排隊；確定經由所述通訊通道傳輸的突發訊框的最大尺寸；將所述一個或多個資料包的各資料包整體添加到所述突發訊框中，直至達到所述突發訊框的最大尺寸；確定所述突發訊框是否具有可用空間；若存在可用空間，則將所述第一通訊協定的所述一個或多個資料包中的一資料包分段為至少第一片段資料包和第二片段資料包，其中，所述第一片段資料包的尺寸基本上等於所述突發訊框的可用空間；若存在可用空間，將所述第一片段資料包添加到所述突發訊框中；以及在傳輸視窗期間，透過所述第二通訊協定的所述通訊通道傳輸所述突發訊框。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，所述傳輸更包括：傳輸所述至少第一片段資料包和第二片段資料包，其中，所述至少第一片段資料包和第二片段資料包保持未組合狀態直至到達其目的地。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，更包括：在電纜數據機終端系統接收至少第一片段和第二片段；將所述至少第一片段和第二片段重組為重組資料包；以及從所述電纜數據機終端系統傳輸所述重組資料包。
4. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，確定所述突發訊框是否具有可用空間包括：確定所述突發訊框開銷；以及 從所述突發訊框的最大尺寸中減去所述突發訊框開銷。
5. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，更包括：接收來自用戶端設備的巨型乙太網路訊框；將所述巨型乙太網路訊框分段為多個片段資料包，其中，所述多個片段資料包中的各片段資料包的尺寸小於或等於預定臨界值。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的方法，其中，所述預定臨界值為乙太網路最大訊框尺寸。
7. 根據申請專利範圍第5項所述的方法，其中，將所述巨型乙太網路訊框分段為多個片段，包括：用IP協定將所述巨型乙太網路訊框分段為多個資料包片段。
8. 一種用於最大限度地利用訊框突發的電纜數據機，包括：處理器；記憶體；用戶端接收器，被配置為接收來自用戶端設備的第一通訊協定的一個或多個資料包；上行佇列器，被配置為對所述一個或多個資料包的各資料包進行排隊；資料包連接器，被配置為確定所述突發訊框是否具有可用空間；資料包分段器，被配置為：若存在可用空間，則將所述第一通訊協定的所述一個或多個資料包中的一資料包分段為至少第一片段和第二片段，其中，所述第一片段的尺寸基本上等於所述突發訊框的可用空間，並且若存在可用空間，將所述第一片段添加到所述突發訊框中；以及 上行調變器，被配置為調變所述突發訊框並在傳輸視窗期間，透過第二通訊協定的所述通訊通道傳輸所述突發訊框。
9. 一種用於最大限度地利用突發訊框的電纜數據機終端系統，包括：處理器；記憶體；接收器，被配置為接收來自遠端主機的第一通訊協定的巨型訊框；資料包分段器，被配置為將所述第一通訊協定的所述巨型訊框分段為兩個以上片段，其中，各個片段的尺寸小於或等於預定臨界值；以及下行調變器，被配置為調變各片段並將各片段使用第二通訊協定傳輸至電纜數據機。
10. 根據申請專利範圍第9項所述的電纜數據機終端系統，更包括：媒體存取控制層，被配置為接收來自電纜數據機的一個或多個片段，其中，所述一個或多個片段形成資料包；以及資料包重組器，被配置為將一個或多個資料包重組為資料包。