TWI517626B - 電纜數據機及其終端系統 - Google Patents

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Description

電纜數據機及其終端系統
本發明總體上涉及上行通道的合併。
有線電視(CATV)系統不再僅限於向觀看者提供電視節目。此外，CATV系統還經由通過光纜、同軸或其他電纜、諸如WiFi、藍芽(註冊商標)等(所有這些與電視節目的傳統空中無線波廣播形成對比)向用戶駐地傳輸的信號向用戶提供網際網路接入和/或其他服務。
CATV系統可利用符合電纜傳輸資料服務介面規範(DOCSIS)的設備和協定來實現一個以上機頂裝置和一個以上電纜數據機終端系統(CMTS)之間的諸如視頻、音頻和/或資料的資訊的傳輸。DOCSIS規範大體表示由有線電視實驗室(CableLabs，註冊商標)公佈的定義用於CMTS、電纜數據機(CM)和機頂裝置控制的行業標準的一組規範。部分地，DOCSIS規範描述了對包括但不局限於操作支援系統、管理、資料介面、網路層、資料連結層和用於電纜傳輸資料系統的物理層傳輸的電纜數據機系統的各個方面的要求和目標。名為“電纜傳輸資料服務介面規範，DOCSIS 3.0，MAC及以上層協定介面規範，CM-SP-MULPIv3.0-116-110623”的DOCSIS介面規範通過引用整體併入本文。
DOCSIS電纜系統包括兩個主要元件：一個以上的在用戶駐地的電纜數據機，和位於前端(headend，資料轉發站)的CMTS。如本文所使用，術語“下行”表示從CMTS到電纜數據機的方向上資訊的傳輸。術語“上行”表示從電纜數據機到CMTS的方向上資訊的傳輸。
隨著用於電纜數據機的上行通道數量的增加，上行通道合併的複雜度以指數量級地增加。對於加入上行合併通道組的每個通道，由電纜數據機進行的對於每條加入的上行通道的監控和追蹤功能也增加了。例如，對於每個上行通道，電纜數據機必須儲存和監控頻寬請求時間、請求多少頻寬、在哪條上行通道上請求頻寬、許可多少頻寬、收到頻寬許可的時間以及在哪條下行通道上接收該許可。因此，隨著更多的上行通道被加入，電纜數據機要求增加硬體和軟體的複雜度以儲存和監控頻寬請求。
(1)一種電纜數據機，包括：物理層(PHY)，被配置為在多個上行通道上通信，其中，所述上行通道包括第一子組上行通道和第二子組上行通道；以及，頻寬請求器，被配置為在競爭時隙期間僅在所述第一子組上行通道上請求頻寬。並且其中，所述物理層被配置為基於回應於頻寬請求而接收的頻寬在所述第二子組上行通道上傳輸資料。其中，所述物理層被配置為僅在所述第一子組上行通道上傳輸頻寬請求，並且在所述第一子組上行通道和所述第二子組上行通道上傳輸資料。
(2)根據(1)所述的電纜數據機，其中，所述頻寬請求器被配置為對於所述第一子組上行通道中的各上行通道，計算並儲存基於競爭的資料，並且對於所述第二子組上行通道，不計算或儲存基於競爭的資料。
(3)根據(1)所述的電纜數據機，其中，所述頻寬請求器被配置為對於所述第一子組上行通道和所述第二子組上行通道中的各上行通道，儲存佇列深度在該上行通道上傳輸的時間、所傳輸的佇列深度、所請求的頻寬的量以及所接收的頻寬的量。
(4)根據(1)所述的電纜數據機，其中，在基於競爭的請求中，所述頻寬請求器被配置為僅在由電纜數據機終端系統(CMTS)或前端站分配的競爭時隙期間請求頻寬。
(5)一種電纜數據機，包括：物理層(PHY)，被配置為在上行通道上通信；以及，頻寬請求器，被配置為在所述上行通道上發送關於無狀態流的頻寬請求，其中，所述頻寬請求器被配置為不儲存和更新狀態迴圈，所述狀態迴圈追蹤在所述上行通道上傳輸的關於所述無狀態流的所述頻寬請求。其中，所述無狀態流包括除了需要即時或非即時輪詢的流之外的所有類型的流。
(6)根據(5)所述的電纜數據機，其中，對於無狀態流，所述頻寬請求器不為無狀態流儲存佇列深度被傳輸至CMTS的時間、所傳輸的佇列深度以及傳輸所述佇列深度的通道、關於所述上行通道的請求的頻寬量和接收的頻寬量。
(7)根據(5)所述的電纜數據機，其中，無狀態流是除了主動許可服務(UGS)流或具有活動檢測的主動許可服務(non-UGS-AD)流之外的服務流。
(8)一種電纜數據機，包括：物理層(PHY)，被配置為在多個上行通道上通信；以及，頻寬請求器，被配置為在第一子組上行通道上使用基於競爭的請求為基於競爭的流請求頻寬，並且在第二子組上行通道上使用無狀態請求為無狀態流請求頻寬。
(9)根據(8)所述的電纜數據機，其中，所述第一子組上行通道和所述第二子組上行通道無交集。
(10)根據(8)所述的電纜數據機，其中，所述頻寬請求器儲存並更新請求-確認狀態迴圈，所述請求-確認狀態迴圈追蹤所述第一子組上行通道的頻寬請求且不追蹤所述第二子組上行通道的頻寬請求。
(11)根據(8)所述的電纜數據機，其中，所述頻寬請求器被配置為對於所述第一子組上行通道計算和儲存基於競爭的資料。
(12)根據(8)所述的電纜數據機，其中，在基於競爭的請求中，所述頻寬請求器僅在被分配的競爭時隙期間請求頻寬。
(13)根據(8)所述的電纜數據機，其中，在無狀態請求中，所述頻寬請求器不維持無狀態流的請求-確認狀態迴圈，並且其中，電纜數據機終端系統(CMTS)維持所述無狀態流的請求-確認狀態迴圈。
(14)一種電纜數據機，包括：物理層(PHY)，被配置為在多個上行通道上通信；以及，記憶體，被配置為儲存通道參數設定，其中，所述通道參數設定基於各通道的通道特性而由兩個以上上行通道共用。
(15)根據(14)所述的電纜數據機，其中，所述通道參數設定包括通道頻率、通道調製、前導和前向糾錯(FEC)碼中的至少一個。
(16)根據(14)所述的電纜數據機，其中，具有基本相同的SNR的通道共用通道參數設定。
(17)根據(16)所述的電纜數據機，其中，所述物理層提供指示哪些通道具有基本相同的SNR的信號。
(18)一種電纜數據機終端系統，包括：上行物理層(PHY)解調器，被配置為在電纜數據機的上行通道上接收關於第一流的頻寬請求；以及，頻寬分配器，被配置為當所述第一流是為無狀態請求供應的時分配頻寬並維持關於所述第一流的請求-確認狀態迴圈。
儘管本文參照用於具體應用的示例實施方式描述本發明，但應理解，本公開並不局限於此。本領域技術人員通過本文所提供的教導將認識到其範圍內的其他修改、應用和實施方式以及本公開會有極大應用的其他領域。
圖1A示出了根據本公開實施方式的示例系統100。系統100包括通過HFC網路106與一個以上電纜數據機104a-n耦接的前端或電纜數據機終端系統102。每個電纜數據機104可連接或耦接至一個以上的用戶端裝置112a-n。為了示例的方便，電纜數據機104a被比其他電纜數據機更詳細地示出。
電纜數據機104可包括主時鐘130、上行物理層調製器(US PHY)132、下行物理層解調器(DS PHY)134。US PHY 132與DS PHY 134耦接至介質訪問控制(MAC)136。MAC 136耦接至上行佇列138a-n。上行佇列138儲存上行傳輸至CMTS 102的資料。頻寬請求器144耦接至上行佇列138。電纜數據機104還可以包括耦接於記憶體142的處理器140。根據本公開實施方式，本文所述的由電纜數據機104執行的功能可由處理器104基於儲存在記憶體142中的指令執行。電纜數據機104使用同軸電纜耦接至HFC網路106。儘管本文所述實施方式利用HFC網路和同軸電纜，但其他傳輸方法還可包括但不限於有線、無線或兩種都有的傳輸介質，包括衛星、陸地(如光纖、銅的、雙絞、同軸、混合光纖同軸(HFC)或等等)、無線電、微波、自由空間光和/或其他形式或方法的傳輸。
US PHY 132在電纜數據機104和HFC網路106的上行通道之間形成物理層介面。電纜數據機104可對於上行通道中的每一個均包括單獨的US PHY 132。指向CMTS 102的視頻、聲音、資 料和/或控制消息在US PHY 132處被收集並傳輸至CMTS 102。US PHY 132對上行傳輸至CMTS 102的資訊調製和/或格式化。
DS PHY 134在電纜數據機104和HFC網路106的下行通道之間形成物理層介面。DS PHY 134接收並解調來自CMTS 102的所有脈衝(burst)。
系統100可用的用於通信的頻譜可被分為“通道”。如本文所使用的那樣，術語“下行通道”表示在其上資料由CMTS 102被傳輸至電纜數據機104的通道。術語“上行通道”表示在其上資料由電纜數據機104傳輸至CMTS 102的通道。
MAC 136適當地接收來自DS PHY 134的下行信號並向US PHY 132提供上行信號。MAC 136作為電纜數據機104的資料連結層的下子層進行工作。在實施方式中，MAC 136支援對在物理層上傳輸的信號進行分片、組片、負載報頭的壓縮/解壓、和/或錯誤檢測等。
記憶體142可與MAC 136交互以當信號被MAC 136處理時儲存該信號。記憶體142還可以儲存用於支援處理活動的各種輔助資料。這樣的輔助資料包括安全協定、識別字、規則、策略等。
頻寬請求器144基於上行佇列138中的資料量、上行流的服務品質(QoS)和用戶端112的服務等級協定(SLA)從CMTS 102請求頻寬。QoS包括對電纜數據機104和CMTS 102之間的連接方面的要求，如服務回應時間、丟包、信噪比、串擾、回波、中斷、頻率回應、響度級等。SLA可指定可用性、服務能力、性能、操作或由CMTS 102向電纜數據機104提供的服務的其他屬性的級別，比如計費。在示例中，頻寬請求器144生成指示到MAC 136的佇列138的佇列深度的信號133。佇列深度指示用於傳輸至 CMTS 102的上行佇列138中的資料量。MAC 136基於佇列深度準備頻寬請求。
電纜數據機終端系統(CMTS)102包括主時鐘114、上行PHY解調器122、下行PHY調製器124和MAC 120。MAC 120耦接至頻寬分配器116。CMTS 102還可包括耦接至記憶體128的處理器126。根據本發明實施方式，本文所述的由CMTS 102執行的功能可由處理器126基於儲存於記憶體128的指令進行。
CMTS 102還通過HFC網路106耦接至電纜數據機104。
US PHY 122在CMTS 102與HFC網路106的上行通道之間形成物理層介面。CMTS 102可對於上行通道中的每一個均包括單獨的US PHY 122。US PHY 122接收並解調來自電纜數據機104的所有脈衝。
DS PHY 124在CMTS 102與HFC網路106的下行通道之間形成物理層介面。指向一個以上電纜數據機104的視頻、聲音、資料和/或控制消息在DS PHY 124處被收集並且傳輸至相應的電纜數據機104。DS PHY 124對下行傳輸的資訊進行調製和/或格式化。
MAC 120適當地接收來自US PHY 122的上行信號並向DS PHY 124提供下行信號。MAC 120作為CMTS 102的資料連結層的下子層進行工作。在實施方式中，MAC 120支援對在物理層上傳輸的信號進行分片、組片、負載報頭的壓縮/解壓、和/或錯誤檢測等。
記憶體128可與MAC 120交互以當信號被MAC 120處理時儲存該信號。記憶體128還可以儲存用於支援處理活動的各種輔助資料。這樣的輔助資料包括安全協定、識別字、規則、策略等。
頻寬分配器116可基於由電纜數據機104的頻寬請求器144生成的頻寬請求向電纜數據機104分配頻寬。在示例中，正如下面將進一步描述的那樣，頻寬分配器116還可儲存電纜數據機104的上行通道的狀態。頻寬分配器116以“許可”的形式許可頻寬，“許可”是通過DS PHY 124在下行通道上進入的一條MAP消息。
在示例中，用戶端112可以是任何有線或無線裝置，包括但不限於個人電腦、筆記型電腦、手機、個人數位助理(PDA)或諸如iPodTM或iPadTM的媒體播放器。
隨著電纜數據機104的上行通道數量的增加，對應的上行通道的合併(bonding)的複雜度增加。“上行通道合併”使電纜操作者可以通過組合多個通道以在MAC層形成更大的合併組來向每個電纜數據機提供更高的上行頻寬。加入上行合併通道的每個通道指數式地增加了由電纜數據機執行的所需的監控和追蹤功能。例如，對每個上行通道，電纜數據機必須儲存並監控請求時間、請求多少頻寬、在哪條上行通道上請求頻寬、多少頻寬被許可、收到頻寬許可的時間以及在哪條下行通道上收到頻寬許可。因此，隨著更多的上行通道被加入，電纜數據機要求增加硬體和軟體的複雜度以儲存和監控頻寬請求。
在傳統DOCSIS系統中，傳統的電纜數據機負責通過DOCSIS 3.0中定義的基於狀態的處理來管理上行合併。這樣的管理職責導致了可擴展性問題，其中硬體/軟體職責隨著每一通道的加入而指數式地增加。儘管由CMTS進行的下行合併隨著更多下行通道被加入也容易增加，但上行合併要比由CMTS所進行的下行通道合併複雜的多，因為每個加入的通道階乘式地增加複雜度。例如，在下行方向上，通道合併是在CMTS被完全控制的情況下的以統計式多工形式進行的相對簡單的實施。這樣，CMTS可同時地、 在重疊的時間上、或是不同時地，在不同的通道上對電纜數據機傳輸不同的包。但是，在上行方向上，CMTS不知道哪個電纜數據機想要傳輸、什麼時候該電纜數據機將要傳輸或每個電纜數據機要傳輸多少資料。因此，每個電纜數據機必須請求並得到允許以在被稱為“時隙(time slot)”的某些場合處進行傳輸。進一步地複雜化，還可能出現合併和非合併通道的混合。
在傳統DOCSIS系統中，傳統電纜數據機使用“基於狀態”的頻寬請求機制。在本文稱為“基於狀態”的請求中，傳統電纜數據機可在由CMTS定義的競爭時隙期間向CMTS發送頻寬請求。進一步地，電纜數據機必須對每個上行佇列維持“狀態迴圈”或“請求-確認狀態迴圈”(下文中描述)。在DOCSIS中，每個佇列都與上行服務流相關聯。除狀態迴圈外或作為狀態迴圈的補充，電纜數據機也可為由實施基於狀態的請求的每個服務流所用的每個通道上的該服務流儲存：頻寬請求發送的時間、請求多少頻寬、在哪條上行通道上請求頻寬、多少頻寬被許可、收到頻寬許可的時間以及在哪條下行通道上收到該許可。
圖1B示出根據本公開實施方式的示例狀態迴圈150。在示例中，電纜數據機可在四種狀態中的一種以上狀態工作，即，請求狀態152、等待狀態154、確認狀態156和關閉狀態158。請求狀態152表示頻寬請求器144正在請求來自CMTS的頻寬。一旦請求被發送，電纜數據機進入等待狀態154，直到從CMTS接收到回饋(諸如許可或確認“ack”消息)。確認狀態156表示CMTS接收到請求或電纜數據機接收到對應的許可。如果電纜數據機超過預定時間段後仍處於確認狀態156或等待狀態154，電纜數據機通過重新進入請求狀態152生成另一請求。換句話說，如果電纜數 據機在預定的時間段內並未接收到確認消息或許可消息，那麼電纜數據機將生成另一請求。
在所有請求已被許可或沒有其他未決或未完成的請求之後，電纜數據機104進入關閉狀態158。關閉狀態158表示沒有更多的資料要傳輸、所有請求都已被許可或不再請求頻寬。當再次需要頻寬時，狀態迴圈150再次進入請求狀態152。
因此，在基於狀態的請求模式中，電纜數據機104必須為每個上行通道在例如記憶體142中儲存並維持/更新狀態迴圈150。
當包的分片(fragment)被以不同的順序傳輸，由於上行合併通道的特性，維持狀態迴圈150的複雜度增加。在對跨調度電纜數據機104的所有上行通道的調度器(未示出)的管理中出現了另一個問題。在基於狀態的請求系統中，確認(ACK)時間必須被電纜數據機104追蹤。ACK時間包括對於電纜數據機中的每個上行通道的已處理的ACK和未決ACK的超時時間。請求可由電纜數據機104在特定的上行通道上作出，而來自CMTS 102的許可可在任何通道上下行傳來，從而增加了追蹤許可的複雜度。進一步地複雜化許可追蹤處理，頻寬許可可以是對於多個請求的許可的子集或組片。因此，隨著電纜數據機104的上行通道的數量的增加，每個通道需要儲存並追蹤的資料量增加為上行通道的數量的階乘。
通常跨高達4個通道的DOCSIS上行通道合併被擴展至8個通道以上。然而，很難將DOCSIS上行合併擴展至諸如32或48個通道的大量通道。一個具體的困難存在於DOCSIS中使用的請求-許可追蹤方法。DOCSIS執行競爭請求，即，上行中存在任何數量的電纜數據機104(可以包括所有電纜數據機104)均可嘗試向CMTS 102發送頻寬請求的時隙。這些請求可能發生衝突，使 得CMTS 102不能接收請求。為減少衝突，存在關於電纜數據機104在競爭時隙期間何時可嘗試發送的規則。“競爭時隙”指的是由CMTS 102分配的時間段，在該時間段期間，任何電纜數據機104可從CMTS 102請求頻寬。DOCSIS提供了一組規則，其包括事件請求衝突中的退避演算法。為使退避演算法和其他規則工作，電纜數據機104應具有確定其請求是否被CMTS接收到的方法。若該請求被接收到，則電纜數據機不被允許重新請求頻寬，但若該請求未被接收到，則電纜數據機可重試從CMTS請求頻寬。有非常複雜的用於確定請求是否被CMTS 102接收到的關於ACK時間、許可待決等的DOCSIS消息結構和規則。在DOCSIS 3.0中，實施所有這些結構/規則等的複雜性比通道數量增長得更快，因為每個通道均需要每個其他通道上的有關請求時間和ACK時間的資訊。對於服務流通過其可發送基於競爭的頻寬請求的每個通道，電纜數據機必須計算和儲存“基於競爭的資料”。如本文所提及的基於競爭的資料例如可通過與退避視窗相加在一起，退避視窗與變數相乘，在某範圍內選取亂數(x)，以及跨與服務流相關的所有通道計算x的許多請求可能來計算。因此，在增加的每個新通道上實施基於競爭的請求可包括計算和維持關於各新通道的基於競爭的資料，從而顯著增加了複雜性。
基於有限競爭的請求
為克服上述問題，根據本公開的實施方式，電纜數據機104可執行“基於有限競爭的請求”，這指的是限制其中發生基於競爭的頻寬請求的通道數量，從而僅為基於競爭的通道儲存和維持請求狀態。未用於基於競爭的請求的通道以及用於基於競爭的請求的通道均可用于向上游發送資料至CMTS 102。
圖2A示出了基於有限競爭的請求的一個實例。如圖2A所示，上行PHY 132經由上行通道200向CMTS 102發送資訊。上行通道200包括第一子集上行通道202和第二子集上行通道204。再參照圖1，在基於有限競爭的請求中，頻寬請求器144在競爭時隙期間，僅在第一子集上行通道202上請求頻寬。第二子集上行通道204僅用於向上游發送資料至CMTS 102，且不用於基於競爭的請求。通過限制其上發生基於競爭的請求的上行通道的數量，基於競爭的資料僅必須為通道202維持，從而減少了記憶體142的儲存量以及需要由處理器140處理的量。仍必須為每個上行通道202維持基於狀態的資料(例如，狀態迴圈150)。在一個實例中，上行資料可在第一子集上行通道202以及第二子集上行通道204上發送，但基於競爭的請求限於第一子集上行通道202。
通過限制子集通道202的基於競爭的請求的數量，可提供給任何數量的非基於競爭的通道(諸如通道204)較小的複雜度增加，因為當與通道202相比時，通道204具有較少開銷。單播請求時機可能出現在任何上行通道上，以及回應任何請求類型(競爭或其他)的許可可能出現在任何下行通道上。因此，系統的總容量可擴展至大量通道，而不會使基於競爭的追蹤的複雜性增加至超過通道202的所需。
在一個實例中，電纜數據機104可保持追蹤何時存在競爭時機，並同時跨所有上行通道200來計算它們。CMTS 102將競爭請求時機置於每個上行通道200上。電纜數據機104的供應確定了這一特定電纜數據機使用哪些上行通道200來回應競爭時機。電纜數據機104的供應可經由DOCSIS配置檔、來自CMTS的DOCSIS MAC管理消息、來自網路管理系統的簡單網路管理協定(SNMP)命令、或其他方式來進行。在基於有限競爭的請求中， 電纜數據機保持追蹤其何時在上行通道202中的一個上進行頻寬請求，並與其他上行通道204共用該資訊。電纜數據機102例如由CMTS 102來供應，以使用一些上行通道202用於基於競爭的請求，且剩餘通道204不用於競爭請求。
圖2B是根據本公開實施方式的用於由電纜數據機執行的基於有限競爭的請求的示例性處理210的流程圖。處理210將繼續參照圖1-圖2所述的實例性操作環境來描述。然而，該處理不限於這一實施方式。注意，處理210所示的一些步驟不一定必須以所示順序出現。在一個實例中，這些步驟由電纜數據機104來執行。
在步驟212中，競爭時隙期間，在為基於競爭的請求分配的第一子集上行通道上請求頻寬。例如，在為基於競爭的請求而分配的上行通道202上請求頻寬。
在步驟214中，僅為為基於競爭的請求而分配的第一子集上行通道維持狀態。例如，為第一子集上行通道202中的每一個維持狀態150。
在步驟216中，接收頻寬許可。例如，回應步驟212中發送的頻寬請求，從CMTS 102接收頻寬許可。
在步驟218中，基於步驟216中接收到的頻寬向上游發送資料。例如，基於步驟216中從CMTS接收到的頻寬許可，經由第二子集上行通道204，或者經由第一子集上行通道202和第二子集上行通道204這兩者來發送資料。
無狀態請求
在另一實例中，為克服上述關於擴展上行合併的問題，根據本公開的實施方式，電纜數據機104和CMTS 102可執行“無狀態”請求。在如本文所述的“無狀態請求”中，電纜數據機104不針對 為無狀態請求而提供的服務流來儲存或更新狀態迴圈150。電纜數據機104不再需要儲存發送每個頻寬請求的時間、接收到確認的時間、使各請求處於其上的上行通道、請求的時間、請求多少頻寬、在哪個通道上請求頻寬、多少頻寬被許可、或接收到頻寬許可的時間以及在哪個通道上接收到。在一個實例中，CMTS 102可儲存和更新狀態迴圈150以及使各請求處於其上的上行通道、請求的時間、請求多少頻寬、在哪個通道上請求頻寬以及對於為無狀態請求而提供的每個電纜數據機104的每個流和每個上行通道許可了多少頻寬。
圖3A示出了無狀態請求。在本實例中，流300a至300n被稱為“無狀態流”。如本文所提及的無狀態流是實施無狀態請求的上行流。例如，無狀態流300a可以是聲音流，無狀態流300b可以是資料流程等。需要理解，諸如無狀態流300a的無狀態流可經由多個上行通道(諸如通道200)來發送。如此，無狀態流是一種邏輯結構，且不應與作為可用於通信的頻率的通道相混淆。無狀態流使用一個以上通道來發送。在一個實例中，再參照圖1，在無狀態請求中，頻寬分配器116可週期性向電纜數據機104發送單播輪詢。在另一實例中，頻寬分配器116可向電纜數據機104分配競爭時隙，在該競爭時隙期間，它們可請求頻寬。頻寬請求器144可確定上行佇列138的佇列深度。PHY 132向CMTS 102發送所確定的佇列深度。頻寬分配器116基於接收到的佇列深度，向電纜數據機104分配頻寬。頻寬經由下行PHY調製器124以頻寬許可的形式發送。
如上所述，在無狀態請求中，電纜數據機104不儲存用於無狀態流300的狀態迴圈150、頻寬請求的時間、所請求的頻寬量、 在哪個通道上請求頻寬以及是否從電纜數據機終端系統接收對所請求頻寬的許可。
在一種實施方式中，只要電纜數據機具有向CMTS 102發送其佇列深度的時機，它在此時即發送佇列深度的當前值，而不保持追蹤什麼佇列深度值之前被發送至CMTS 102。相反，常規的基於狀態的系統保持追蹤之前被發送至CMTS 102的佇列深度。
在一個實例中，任何DOCSIS流均可作為除主動許可服務(UGS)流或主動許可服務活動檢測(non-UGS-AD)流之外的無狀態流來提供。這是因為UGS和UGS-AD流可以無狀態方式工作，卻不這樣提供。
在一個實例中，無狀態請求中沒有基於競爭的請求。DOCSIS也具有單播輪詢，且可以經由請求/傳輸策略關閉DOCSIS數據機中的競爭請求。因此，為執行DOCSIS中的無狀態請求，可能必須停用競爭請求，且例如，頻寬分配器116將週期性地向每個電纜數據機104發送單播輪詢。電纜數據機104將通過報告在發送請求時關於流的上行佇列138中的資料量來回應輪詢。在DOCSIS 3.0中，電纜數據機104必須保持追蹤之前是否有為上行佇列138中的資料請求的頻寬，以確保不會為相同資料請求兩次，除非請求被丟失。在無狀態請求中，電纜數據機104簡單報告上行佇列138的當前佇列深度，而不關心之前所報告的。
當CMTS 102從電纜數據機104接收到請求時，CMTS 102可確定請求的時間。CMTS 102追蹤是否已向在請求時間之後開始的請求頻寬的流給予了許可。這些是未交付的但在請求時間處尚未使用的許可。從請求中的佇列深度減去未交付的/未使用的許可會告知CMTS 102將額外需要多少來許可給流以使其佇列變空。CMTS 102可基於競爭服務流的需要、與請求流相關的QoS和與 電纜數據機104相關聯的服務等級協定，許可其任何部分或完全不許可。無狀態請求還減小了CMTS 102的負擔，因為它不需要發送“許可待決”來告知電纜數據機104收到其請求並將最終給予許可。
採用無狀態請求，去除了與通過電纜數據機104維持狀態150相關聯的所有請求/許可追蹤，這大大簡化了電纜數據機104的工作。CMTS 102可能必須保持追蹤對未交付的但未使用的許可。在一個實例中，CMTS 102不會保持追蹤，但隨後它可許可電纜數據機比它們實際需要的更多的頻寬。然而，CMTS不再需要如DOCSIS 3.0中所進行的那樣以MAP消息向數據機發送許可待決。因此，CMTS可具有與其在常規的DOCSIS 3.0要求下所進行的大約相同量的資訊來追蹤。因此，CMTS 102的複雜性基本不變，但數據機104的複雜性大大降低。
圖3B是根據本公開實施方式的用於由電纜數據機執行的無狀態請求的示例性處理310的流程圖。處理310將繼續參照圖1和圖3所示的實例性操作環境來描述。然而，該處理不限於這些實施方式。注意，處理310所示的一些步驟不一定必須以所示順序出現。在一個實例中，這些步驟被電纜數據機104執行。
在步驟312中，請求頻寬，但不儲存或維持狀態迴圈。例如，在任何的上行通道300上請求頻寬，而不為任何通道維持狀態迴圈150。可通過向CMTS 102發送佇列深度來請求頻寬。
在步驟314中，接收頻寬許可。例如，基於步驟312中的請求，從CMTS 102接收頻寬許可。
在步驟316中，基於步驟314中接收到的頻寬許可向CMTS發送資料。例如，經由一個以上無狀態上行通道300向CMTS 102發送資料。
基於有限競爭和無狀態的請求
在一種實施方式中，電纜數據機104可支持基於有限競爭的請求和無狀態的請求這兩者。如上所述的基於競爭的請求可在如上所述的上行通道的有限子集上執行。如上所述的無狀態請求可包括當經由基於競爭的通道或通過其他方式(諸如單播輪詢)給予時機時請求頻寬的無狀態流。
圖4是根據本公開實施方式的用於由電纜數據機執行的無狀態和基於有限競爭的請求的示例性處理410的流程圖。處理410將繼續參照圖1所示的示例性操作環境來描述。然而，該處理不限於這些實施方式。注意，處理410所示的一些步驟不一定必須以所示順序出現。在一個實例中，這些步驟被頻寬請求器144執行。
在步驟412中，確定流是作為無狀態流還是作為基於有限競爭的流來提供。例如，頻寬請求器144通過CMTS 102確定流是基於競爭的流還是無狀態流。若該流是無狀態流，則處理進行至步驟416。若該流是基於有限競爭的流，則處理進行至步驟414。流可通過電纜操作器經由CMTS 102提供，或者基於儲存在電纜數據機104的記憶體142中的指令來提供。
在步驟414中，在為基於有限競爭的請求而提供的第一子集通道上請求頻寬。例如，通過在由CMTS 102分配的競爭時隙期間請求頻寬並維持狀態迴圈150，在為基於競爭的請求提供的上行通道上請求頻寬。
在步驟417中，不為使用基於競爭的請求的通道維持基於競爭的資訊。然而，為所有通道維持諸如狀態迴圈150的狀態資訊，無論它們是基於競爭的或不是基於競爭的。
在步驟416中，為無狀態流請求頻寬，但不為無狀態流維持狀態迴圈。例如，在為無狀態請求提供的無狀態流上請求頻寬，但不為這些流維持狀態迴圈150。
在步驟418中，接收頻寬許可。例如，基於步驟414或416中的請求從CMTS 102接收頻寬許可。
在步驟420中，基於步驟418中接收到的頻寬許可向CMTS發送資料。例如，經由基於狀態的上行通道402或無狀態上行通道404向CMTS 102發送資料。
在一實例中，無狀態請求可被用於競爭域。然而，競爭域將與它們在傳統的DOCSIS中不同地被管理。這是因為，根據定義，利用無狀態請求，數據機不維持追蹤其先前的請求，從而電纜數據機無法知道其請求是否被獲知。
在一實例中，數據機可使用無狀態請求，但可以仍能夠為至少一個流或少量的流進行基於競爭的請求。例如，電纜數據機104在初始化期間可能需要像傳統的DOCSIS那樣進行操作，直到CMTS能夠確定數據機的版本並且確定該電纜數據機是否能夠進行無狀態請求。在另一實例中，可能需要電纜數據機與CMTS的較早版本進行通信。在此情況下，限制用於基於競爭的通道的總數僅能夠被用於能夠競爭的流。例如，此新的數據機可能能夠在單個通道上僅為單個服務流進行競爭請求。
在一實施方式中，在啟動期間，電纜數據機104可被操作為無狀態電纜數據機、基於有限競爭的電纜數據機、或基於有限競爭的電纜數據機和無狀態電纜數據機的組合。在一實施方式中，CMTS 102支援基於有限競爭的電纜數據機和無狀態電纜數據機這兩者。例如，CMTS 102可為基於有限競爭的服務流分配競爭時隙，同時也支援無狀態服務流。如果其被配置為對某些服務流以 有限競爭模式操作，則電纜數據機104可在用於競爭時隙的基於有限競爭的通道204上作出回應。如果其被配置為以無狀態模式操作，則電纜數據機104可回應於來自CMTS 102的單播輪詢。在另一實例中，電纜數據機104可被配置為以有限競爭模式和無狀態模式這兩者進行操作。
圖5是根據本公開的實施方式的由CMTS執行的利用無狀態流向電纜數據機分配頻寬的處理500的流程圖。將繼續參照圖1至圖4描述的操作環境實例對處理500進行描述。然而，處理不限於這些實施方式。注意，處理500的一些步驟不需要按所示順序發生。在一實例中，由頻寬分配器116執行步驟。
在步驟502中，接收對應於無狀態流的頻寬請求。例如，頻寬分配器116接收對應於無狀態流的頻寬請求。
在步驟504中，基於在步驟502中收到的頻寬請求分配頻寬。例如，頻寬分配器116可從電纜數據機104接收包括佇列深度的頻寬請求，並基於收到的佇列深度分配頻寬。
在步驟506中，為無狀態流維持狀態。例如，頻寬分配器116維持與在步驟502中生成了頻寬請求的電纜數據機104的無狀態流相對應的狀態150。
在步驟508中，接收資料。例如，回應於在步驟506中許可的頻寬從電纜數據機接收資料。
這樣，關於圖1至圖5的上述實例提供了降低了複雜度並且同時節省記憶體空間的用於上行通道的向上擴展(upward scaling)的解決方案。以下參照圖6A至圖6B描述的參數設定的共用提供了進一步的記憶體空間的節省。
共用的通道參數設定
在傳統的DOCSIS系統中，電纜數據機104的各上行通道與通道參數設定相關聯。文中所指的“通道參數設定”可包括物理(PHY)層參數、調製率、前導和前向糾錯(FEC)碼等中的至少一個，並且被用於限定上行通道的資料率。圖6A示出了通道參數設定的實例。在圖6A中，記憶體142儲存對應于上行通道602a-n的通道參數設定600a-n。然而，隨著上行通道的數量增加，需要為各上行通道儲存通道參數設定的數量也增加。電纜數據機104中的記憶體142可以是有限的資源。因此，文中呈現的實施方式提供了解決方案以最小化通道參數設定從而節省有限的記憶體空間。
圖6B示出根據本公開的實施方式的共用的通道參數設定。在圖6B中，通道參數設定600a由通道602a-c使用，通道參數設定600b由通道602d-e使用，並且通道參數設定600n由通道602n-4到602n共用。例如通過MAC 136或處理器140將具有在預定閾值內的基本相同(相似)的SNR率的上行通道602與相應的通道參數設定142相關聯。目前，DOCSIS需要各上行通道602與其自己的通道參數設定600相關聯。通過如文中所述共用通道參數設定600，隨著上行通道602的數量向上擴展，可實現記憶體142的大量節省。
可理解，具體實施方式部分(而不是發明內容和摘要部分)旨在被用於解釋權利要求。發明內容和摘要部分可闡述如發明人所設想的本公開的一個或多個但不是所有的示例性實施方式，並且由此，不旨在以任何方式限制本公開和所附權利要求。
通用電腦系統實例
文中呈現的實施方式或其一部分可以以硬體、固件、軟體和/或其組合的方式來實現。
文中呈現的實施方式應用於兩個以上裝置之間的或一個裝置的子部件中的任何通信系統。文中描述的代表性功能以硬體、軟體或其一些組合的方式來實現。例如，如本領域技術人員基於文中所給出的討論而可理解的那樣，可使用電腦處理器、電腦邏輯、專用電路(ASIC)、數位信號處理器等來實現代表性功能。因此，執行文中所述功能的任何處理器均在文中呈現的實施方式的範圍和精神內。
以下描述能夠被用於實現文中呈現的本公開的實施方式的通用電腦系統。本公開可以以硬體、或軟體和硬體的組合的方式來實現。因此，本公開可以在電腦系統或其他處理系統的環境下實現。圖7中示出了這樣的電腦系統700的實例。電腦系統700包括一個或多個處理器，諸如處理器704。處理器704可以是專用或通用數位信號處理器。處理器704連接至通信基礎設施706(例如，匯流排或網路)。關於此示例性電腦系統描述各種軟體實現方式。在閱讀此說明書之後，如何使用其他電腦系統和/或電腦構造實現本公開對本領域技術人員來說將是顯而易見的。
電腦系統700還包括主記憶體705，優選是隨機訪問記憶體(RAM)，並且可以還包括次級記憶體710。次級記憶體710例如可包括硬碟驅動器712、和/或RAID陣列716、和/或可移動儲存驅動器714，代表軟碟驅動器、磁帶驅動器、光碟驅動器等。可移動儲存驅動器714以公知方式讀/寫可移動儲存單元718。可移動儲存單元718代表軟碟、磁帶、光碟等。可理解，可移動儲存單元718包括其內儲存電腦軟體和/或資料的電腦可用儲存介質。
在可選實現方式中，次級記憶體710可包括用於使電腦程式或其他指令被載入進電腦系統700的其他類似裝置。這樣的裝置例如包括可移動儲存單元722和介面720。這樣的裝置的實例可包 括程式盒和盒介面(諸如視頻遊戲裝置中可見的)、可移動記憶體晶片(諸如EPROM、或PROM)以及關聯插介面、以及允許軟體和資料從可移動儲存單元722傳送至電腦系統700的其他可移動儲存單元722和介面720。
電腦系統700還可包括通信介面724。通信介面724允許軟體和資料在在電腦系統700和外部裝置之間傳送。通信介面724的實例可包括數據機、網路介面(諸如乙太網卡)、通信埠、PCMCIA槽和卡等。經由通信介面724傳送的軟體和資料以信號728的形式存在，信號728是能夠被通信介面724接收的電、電磁、光或其他信號。這些信號728經由通信路徑726被提供至通信介面724。通信路徑726運載信號728並且使用線纜或電纜、光纖、點劃線、蜂窩電話鏈路、RF鏈路和其他通信通道來實現。
文中使用的術語“電腦程式介質”和“電腦可用介質”通常指代諸如可移動儲存驅動器714、安裝在硬碟驅動器712中的硬碟以及信號728的介質。這些電腦程式產品是用於向電腦系統700提供軟體的裝置(手段)。
電腦程式(也被稱作電腦控制邏輯)被儲存在主記憶體705和/或次級記憶體710中。電腦程式還可經由通信介面724來接收。這樣的電腦程式在被執行時使電腦系統能夠實施文中所討論的本公開。具體地，電腦程式在被執行時使處理器704能夠實施本公開的處理。例如，當被執行時，電腦程式使處理器704能夠實施文中以上參照流程圖描述的部分或所有的步驟。當本公開使用軟體來實現時，軟體可被儲存在電腦程式產品中並且使用RAID陣列716、可移動儲存驅動器714、硬碟驅動器712或通信介面724被載入進電腦系統700。
在其他實施方式中，本公開的特徵主要以硬體來實現，例如使用諸如專用積體電路(ASIC)和可編程或靜態閘陣列的硬體元件。硬體狀態機的實現方式以執行文中描述的功能對於本領域技術人員來說也是顯而易見的。
儘管以上描述了各種實施方式，但應理解，以示例的方式而非限制的方式呈現它們。對於本領域技術人員來說顯而易見的是，可對形態或細節進行各種修改，而不脫離文中呈現的實施方式的精神和範圍。
以上已借助於示出了特定功能及其關係的性能的功能塊和方法步驟描述了文中呈現的實施方式。這些功能塊和方法步驟的邊界在文中是任意限定的，以便於描述。可限定替代邊界，只要特定功能及其關係被適當執行即可。因此任何這樣的替代邊界在所聲明的實施方式的範圍和精神內。本領域技術人員可意識到，這些功能塊可由分立組件、專用積體電路、執行適當軟體的處理器等或其組合來實現。因此，本實施方式的寬度和範圍不應由任何上述示例性實施方式來限制，而應僅由所附權利要求及其等同物來限定。
100‧‧‧系統
102‧‧‧電纜數據機終端系統
104、104a~104n‧‧‧電纜數據機
106‧‧‧HFC網路
112a~112n‧‧‧用戶端裝置
114、130‧‧‧主時鐘
116‧‧‧頻寬分配器
120、136‧‧‧MAC
122‧‧‧上行PHY解調器
124‧‧‧下行PHY調製器
126、140、704‧‧‧處理器
128、142‧‧‧記憶體
132‧‧‧上行PHY調製器
133‧‧‧信號
134‧‧‧下行PHY解調器
138a~138n‧‧‧上行佇列
144‧‧‧頻寬請求器
150‧‧‧狀態迴圈
152‧‧‧請求狀態
154‧‧‧等待狀態
156‧‧‧確認狀態
158‧‧‧關閉狀態
200‧‧‧上行通道
202‧‧‧第一子集上行通道
204‧‧‧第二子集上行通道
210、212、214、216、218‧‧‧步驟
300、300A、300B、300N‧‧‧無狀態流
310、312、314、316‧‧‧步驟
410、412、414、416、417、418、420‧‧‧步驟
500、502、504、506、508‧‧‧步驟
600a、600b、600n‧‧‧通道參數設定
602a、602b、602c、602d、602e、602n、602n-1、602n-2、602n-3、602n-4‧‧‧通道
700‧‧‧電腦系統
705‧‧‧主記憶體
706‧‧‧通信基礎設施
710‧‧‧次級記憶體
712‧‧‧硬碟驅動器
714‧‧‧可移動儲存驅動器
716‧‧‧RAID陣列
718、722‧‧‧可移動儲存單元
720‧‧‧介面
724‧‧‧通信介面
726‧‧‧通信路徑
包括附圖以提供對本發明的進一步理解，並且附圖被併入且組成此說明書的一部分，附圖示出了本發明的實施方式，且與說明書一起用於解釋本發明的原理。在附圖中：圖1A示出了根據本公開實施方式的示例系統。
圖1B示出了根據本公開實施方式的示例狀態迴圈。
圖2A示出了基於有限競爭的請求的示例。
圖2B是用於根據本公開示例實施方式的基於有限競爭的請求的示例處理的流程圖。
圖3A示出了根據本公開實施方式的無狀態請求。
圖3B是根據本公開實施方式的無狀態請求的示例處理的流程圖。
圖4是根據本公開的實施方式的無狀態和基於有限競爭的請求的示例處理的流程圖。
圖5是根據本公開實施方式的、利用無狀態流向電纜數據機分配頻寬的處理的流程圖。
圖6A示出了通道參數設定的示例。
圖6B示出了根據本公開的實施方式的共用的通道參數設定。
圖7是其上可實施本發明的示例電腦系統的框圖。
現將參照附圖描述本發明。在圖中，相似的參考標號可指示相同或功能相似的元件。
100‧‧‧系統
102‧‧‧電纜數據機終端系統
104a~104n‧‧‧電纜數據機
106‧‧‧HFC網路
112a~112n‧‧‧用戶端裝置
114、130‧‧‧主時鐘
116‧‧‧頻寬分配器
120、136‧‧‧MAC
122‧‧‧上行PHY解調器
124‧‧‧下行PHY調製器
126、140‧‧‧處理器
128、142‧‧‧記憶體
132‧‧‧上行PHY調製器
133‧‧‧信號
134‧‧‧下行PHY解調器
138a~138n‧‧‧上行佇列
144‧‧‧頻寬請求器

Claims (3)

  1. 一種電纜數據機，包括：物理層(PHY)，被配置為在多個上行通道上通信，其中，所述上行通道包括第一子組上行通道和第二子組上行通道；頻寬請求器，被配置為基於回應於頻寬請求而接收的頻寬在所述第二子組上行通道上傳輸資料；以及上行佇列，其中所述頻寬請求器係基於所述上行佇列中的資料量於競爭時隙期間僅在所述第一子組上行通道上請求頻寬；其中，所述物理層被配置為僅在所述第一子組上行通道上傳輸頻寬請求，並且在所述第一子組上行通道和所述第二子組上行通道上傳輸資料；其中，所述第一子組上行通道係由電纜數據機終端系統提供給所述電纜數據機在基於競爭的請求中請求頻寬。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電纜數據機，其中，所述頻寬請求器被配置為對於所述第一子組上行通道中的各上行通道，計算並儲存基於競爭的資料，並且對於所述第二子組上行通道，不計算或儲存基於競爭的資料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電纜數據機，其中，所述頻寬請求器被配置為對於所述第一子組上行通道和所述第二子組上行通道中的各上行通道，儲存佇列深度在該上行通道上傳輸的時間、所傳輸的佇列深度、所請求的頻寬的量以及所接收的頻寬的量。
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