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DE69835150T2 - Verfahren und gerät zum reservieren von mitteln eines oder mehrerer mehrfachzugriffskommunikationskanäle - Google Patents

Verfahren und gerät zum reservieren von mitteln eines oder mehrerer mehrfachzugriffskommunikationskanäle Download PDF

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DE69835150T2
DE69835150T2 DE69835150T DE69835150T DE69835150T2 DE 69835150 T2 DE69835150 T2 DE 69835150T2 DE 69835150 T DE69835150 T DE 69835150T DE 69835150 T DE69835150 T DE 69835150T DE 69835150 T2 DE69835150 T2 DE 69835150T2
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upstream
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station
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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationsnetzwerke, wie etwa Hybrid-Faser-Koaxial- (HFC) Kabelnetzwerke, drahtlose Kommunikationsnetzwerke, Satellitennetzwerke, usw., bei denen mehrere Teilnehmerstationen Nachrichten auf einem oder mehreren unidirektionalen Mehrfachzugriffs-Kommunikationskanälen senden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung, es jeder Teilnehmerstation zu ermöglichen, einen Teil eines oder mehrerer unidirektionaler Mehrfachzugriffs-Kommunikationskanäle für einen konkurrenzlosen Zugriff zu reservieren. Dadurch kann das Kabelnetzwerk für Punkt-zu-Punkt- und Gruppenrufkommunikation zusätzlich zur herkömmlichen Fernsehübertragung verwendet werden.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Es ist wünschenswert, allgegenwärtige, integrierte, schnelle und hochleistungsfähige digitale Kommunikationsdienste (wie etwa Video, Daten und Sprache) für Heim, Schule, Regierung und Geschäft bereitzustellen. Ein derartiges Netzwerk, das Telefonnetz, könnte aufgerüstet werden, um derartige Dienste bereitzustellen. Das über hundert Jahre alte Kupfertelefonnetz, das hauptsächlich zum Telefonieren ausgestaltet ist, hat eine brauchbare Bandbreite von nur ungefähr 1 MHz. Deshalb ist es recht schwierig und kostspielig, auf dem Telefonnetz mehrkanaliges Digitalvideo zusammen mit Daten und Sprache bereitzustellen. Andererseits hat die koaxiale Teilnehmeranschlussleitung eines Kabelnetzwerks bis zu jedem Haus eine hohe brauchbare Bandbreite von ungefähr 1 GHz, die reichlich Geschwindigkeit und Kapazität für die oben genannten integrierten Breitbanddienste bereitstellt und dabei noch die üblichen analogen Rundfunkvideoprogramme liefert. Diese üblichen koaxialen Kabelnetzwerke sind leicht auf bidirektionale Hybrid-Faser-Koaxial-Kabelnetzwerke (HFC-Netzwerke) aufzurüsten, um schnelle und hochleistungsfähige bidirektionale Kommunikationen zu ermöglichen. Das HFC-Netzwerk ist von Natur aus eine Technologie mit gemeinsamen Datenträger. Dennoch ist das Bereitstellen eines wirksamen, schnellen, hochleistungsfähigen, gemeinsamen Zugriffs auf die Upstream-Sendung eine Herausforderung für die Kommunikationsindustrie gewesen.
  • 1 zeigt ein herkömmliches bidirektionales Hybrid-Faser-Koaxial- (HFC) Kabelnetzwerk 10 mit einer Kopfstelle 12. Die Kopfstelle 12 umfasst ein Kopfstellensteuergerät 28, das mit einem oder mehreren anderen Netzwerken 30, wie etwa dem Internet und lokalen Netzwerken, kommunizieren kann. Abwärts gerichtete Signale werden von dem Kopfstellensteuergerät 28 über eine an einen Diplexer 32 angeschlossene Koaxialverbindung 34 gesendet und aufwärts gerichtete Signale werden dort empfangen. Der Diplexer 32 teilt die abwärts gerichteten Signale von dem anderen Signal ab, das auf der Verbindung 34 transportiert wird, und gibt sie an einen Lasersender 36 aus. Der Lasersender 36 moduliert die abwärts gerichteten Signale auf ein optisches Signal auf, das über eine faseroptische Downstream-Verbindungsleitung 14 gesendet wird. Ebenso können aufwärts gerichtete Signale, die auf ein Signal auf moduliert sind, das über eine faseroptische Upstream-Verbindungsleitung 14' transportiert wird, an einem optischen Empfänger 38 demoduliert werden. Der Diplexer 32 kombiniert derartige aufwärts gerichtete Signale mit den anderen Signalen, die auf der Verbindung 34 transportiert werden, zum Empfang an dem Kopfstellensteuergerät 28.
  • Die optischen Upstream- und Downstream-Verbindungsleitungen 14, 14' schließen die Kopfstelle 12 an einen optischen Netzknoten 16 an. Die Kopfstelle 12 und der optische Netzknoten 16 können um bis zu ungefähr 80 Kilometer getrennt sein. Wie die Kopfstelle 12 verfügt der optische Netzknoten 16 über einen Lasersender 40, einen optischen Empfänger 42 und einen Diplexer 44. Der Lasersender 40 dient dazu, aufwärts gerichtete Signale, die über den Diplexer 44 empfangen werden, auf ein optisches Signal zur Sendung auf der aufwärts gerichteten optischen Verbindungsleitung 14' zu modulieren. Der optische Empfänger 42 dient dazu, abwärts gerichtete Signale aus dem auf der optischen Downstream-Verbindungsleitung 14 transportierten optischen Signal zu demodulieren und das demodulierte abwärts gerichtete Signal an den Diplexer 44 zu übertragen.
  • Der Diplexer 44 gibt auf der Koaxialverbindungsleitung 18 die abwärts gerichteten Signale aus, die von dem optischen Empfänger demoduliert werden. Ebenso empfängt der Diplexer 44 von der Koaxialverbindungsleitung 18 aufwärts gerichtete Signale zum Modulieren durch den Lasersender 40. Die einzelnen Verbindungen der Koaxialverbindungsleitung 18 werden durch bidirektionale Verstärker 20 und Zapfstellen 22 zusammengeschaltet. Es werden auch Zapfstellen 22 bereitgestellt, um die koaxialen Teilnehmeranschlussleitungen 22 an die Koaxialverbindungsleitung 18 anzuschließen. Die koaxialen Teilnehmeranschlussleitungen 22 schließen die Teilnehmerstandorte 26 an die Koaxialverbindungsleitung 18 für aufwärts und abwärts gerichtete Kommunikation an.
  • Die optischen Verbindungsleitungen 14, 14', die Koaxialverbindungsleitungen 18, die Zapfstellen 20 und die koaxialen Teilnehmeranschlussleitungen 22 definieren einen gemeinsamen Kommunikationsdatenträger, über den mitgeteilte Signale von allen angeschlossenen Netzwerkeinrichtungen, wie Teilnehmerstationen an den Teilnehmerstandorten 26 und die Kopfstelle 12, gesendet oder empfangen werden. Das Kabelnetzwerk 10 ist spezifisch ausgestaltet, um Informationen in der Downstream-Richtung von der Kopfstelle 12 an die Teilnehmerstandorte 26 zu liefern. Für abwärts gerichtete Kommunikation werden frequenzmultiplexierte Kommunikationskanäle definiert, die gegenseitig eindeutige Trägerfrequenzen und nicht überlappende Bänder (6 MHz-Bänder in Nordamerika und anderen NTSC-Kabelfernsehsystemen, 8 MHz-Bänder in Europa und anderen PAL- und SECAM-Kabelfernsehsystemen) in dem Band von 54 MHz bis zur oberen Grenzfrequenz der koaxialen Verbindungsleitungen 18 und Teilnehmeranschlussleitungen 22 (typischerweise 500 bis 570 MHz) aufweisen. Dies wird auch als Subsplit-Kabelnetzwerk bezeichnet. Jeder 6 MHz-Downstream-Kanal kann entweder übliche analoge NTSC-Composite-Videosignale oder digital kodierte Daten, die entsprechend von einem RF-Träger moduliert werden, transportieren. Jedes übliche Broadcast-Videoprogramm wird jeweils in einem getrennten Kommunikationskanal gesendet, indem ein NTSC-Signal auf ein vorherbestimmtes Trägersignal mit einer zugewiesenen Trägerfrequenz moduliert und das Signal von dem Kopfstellensteuergerät 28 aus gesendet wird.
  • Obwohl das Kabelnetzwerk 10 über viel Bandbreite verfügt, stellt das Kabelnetzwerk 10 gewisse Herausforderungen dar, um eine schnelle und hochleistungsfähige Upstream-Sendung von einer großen Anzahl (typischerweise ein paar hundert) Teilnehmerstandorten 26 bereitzustellen. Insbesondere können die Teilnehmerstandorte 26 über ein großes geographisches Gebiet verteilt sein. Der Signalweg (d.h. die Summe der Längen der koaxialen Teilnehmeranschluss leitungen 22, der koaxialen Verbindungsleitungen 18 und der optischen Verbindungsleitungen 14) zwischen einzelnen Teilnehmerstandorten 26 oder Teilnehmerstandorten 26 und der Kabelkopfstelle 12 kann in der Größenordnung von über zehn Kilometern liegen. Derartig lange Signalwege bringen merkbare Verzögerungen in die Signalsendung ein, die bis zu ungefähr 5 μs/Kilometer gehen können.
  • Mehrere Normenausschüsse und Industriekonsortien, wie etwa IEEE 802.14, SCTE, MCNS und DAVIC, haben diese Herausforderungen wahrgenommen und ähnliche Kommunikationsmethoden wie folgt vorgeschlagen. Es werden zwei Kanäle für die Kommunikation definiert, nämlich ein aufwärts gerichteter Kanal (UC) und ein abwärts gerichteter Kanal (DC). Teilnehmerstationen (SS) 50 (2), wie etwa Kabelmodems, Decodierer oder Datenendgeräte, an den Teilnehmerstandorten 26 können auf dem aufwärts gerichteten Kanal UC senden, können aber nur auf dem abwärts gerichteten Kanal DC empfangen. Die Kopfstelle 12 kann nur auf dem aufwärts gerichteten Kanal UC empfangen und nur auf dem abwärts gerichteten Kanal DC senden. Mit anderen Worten ist der Upstream-Kanal UC eine Mehrpunktzu-Punkt-Kanal, während der Downstream-Kanal DC ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Kanal ist. Diese Kanäle UC und DC sind so genannte Mehrfachzugriffskanäle, d.h. dass mehrere Netzwerkeinrichtungen (SS 50, Kopfstelle 12, usw.) auf jeden Kanal UC oder DC zugreifen dürfen. Somit können die Kommunikationskanäle UC und DC, obwohl die physikalische Topologie des Kabelnetzwerks 10 eine Baum- und Zweigkonfiguration ist, als ein wie in 2 gezeigtes logisches Busnetzwerk veranschaulicht werden.
  • Jedem Kanal UC und DC wird ein unterschiedliches Frequenzband und eine unterschiedliche Mittenfrequenz zugewiesen, wie in 3 gezeigt. Wie gezeigt kann dem Upstream-Kanal UC ein Band in dem 5 bis 42 MHz-Band, das noch nicht für die Kommunikation von Kontrollnachrichten verwendet wird, zugewiesen werden. Dem Downstream-Kanal DC kann eines der nicht verwendeten 6 MHz-Bänder, d.h. die derzeit nicht zur Kommunikation üblicher Broadcast-Videoprogramme verwendet werden, zugewiesen werden. Der DC-Kanal wird in Zeitabschnitte aufgeteilt, und der UC-Kanal wird in Zeitabschnitte ("Abschnitte") und Mini-Zeitabschnitte ("Mini-Abschnitte") aufgeteilt. Punkt-zu-Punkt- oder Gruppenruf-Kommunikation wird erreicht, indem Pakete aus den Abschnitten oder Mini-Abschnitten gelesen oder Pakete darin nach Zeitmultiplex- oder Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffsart geschrieben werden. (Hierbei ist ein "Paket" eine Anordnung eines Bitstroms in separate Einheiten. Ein Paket kann Steuer- und Overhead-Informationen, die sich typischerweise in einem Kopfteil des Pakets befinden, und Benutzernachrichten- oder Benutzerdaten-Informationen in einem "Nutzlast"-Teil des Pakets umfassen. Der Begriff "Nutzlast" wird hier noch allgemeiner verwendet, um sich auf einen Kanal zum Transport mitgeteilter Daten oder Nachrichten zu beziehen.) Um ein Paket aus einem Kanal zu lesen, wird der betreffende Kanal eingestellt (das Frequenzband dieses Kanals wird aus den Signalen herausgefiltert, die auf dem gemeinsamen Datenträger transportiert werden), und ein Paket wird aus einem jeweiligen Abschnitt- oder Mini-Abschnitt-Zeitraum des Trägersignals demoduliert. Ebenso wird beim Schreiben eines Pakets auf einen Kanal ein Paket auf ein Trägersignal dieses Kanals aufmoduliert, und das modulierte Trägersignal wird zu dem entsprechenden Abschnitt- oder Mini-Abschnitt-Zeitraum des Trägersignals gesendet und mit den anderen auf dem gemeinsamen Datenträger transportierten Signalen kombiniert.
  • Es ist zu beachten, dass die Verkabelungsstrecke (d.h. der Signalweg) zwischen zwei beliebigen SS 50 und der Kopfstelle 12 oder die gegenseitige Verkabelungsstrecke zwischen zwei beliebigen SS 50 in dem Kabelnetzwerk 10 sehr unterschiedlich sein kann. Somit kann es bei jedem Signal, das an eine oder von einer SS 50 gesendet wird, zu stark abweichenden Laufzeitverzögerungen kommen, je nach seiner relativen Entfernung von der Kopfstelle 12. Geht man davon aus, dass die SS 50 mit einer Systemuhr an der Kopfstelle 12 unter Verwendung einer Zeitstempeltechnik (die nachstehend erläutert werden soll) synchronisiert sind, so kommt ein Paket, das "gleichzeitig" von verschiedenen SS 50 gesendet wird, zu verschiedenen Zeiten an der Kopfstelle 12 an. Der Unterschied kann bis zu über zehn μs betragen. Wird er nicht richtig ausgeglichen, muss zwischen jeder Paketsendung eine lange Schutzzeit eingefügt werden, was zu einer sehr unzulänglichen Zeitmultiplex- (TDM-) Sendung auf den Upstream-Kanälen führt. Um dieses Problem zu lösen, soll das folgende Verfahren, das allgemein bekannt ist, beschrieben werden. Jede SS 50 wird abgefragt und sendet ein Signal an die Kopfstelle 12. Die Kopfstelle 12 zeichnet die Laufzeitverzögerung jeder SS 50 auf. Die Kopfstelle 12 informiert dann jede SS 50 über die Länge einer Laufzeitverzögerung, welche die Signale hinnehmen müssen, die von dieser spezifischen SS 50 an die Kopfstelle 12 gesendet werden. Jede SS 50 wird auch über die maximale Laufzeitverzögerung aller SS 50 in dem Kabelnetzwerk 10 informiert. Jedes Mal wenn eine SS 50 sich entscheidet, ein Signal zu senden, bestimmt die SS 50 die Abschnitts- oder Mini-Abschnittsgrenze, an der sie ihr Paket schreiben möchte. Die SS 50 verzögert dann ihre Sendung gegenüber der Abschnitts- oder Mini-Abschnittsgrenze um einen gewissen Zeitraum, der gleich dem Unterschied zwischen der Laufzeitverzögerung der sendenden SS 50 und der maximalen Laufzeitverzögerung in dem Kabelnetzwerk 10 ist. Der Reineffekt ist, dass es "aussieht", als ob alle an der Kopfstelle 12 empfangenen Signale die gleiche Laufzeitverzögerung erfahren wie die SS 50, welche die maximale Laufzeitverzögerung erfährt.
  • Jeder SS 50 wird ein eindeutiger Bezeichner oder eine eindeutige Adresse zugewiesen. Jedes Paket, das in jeden Abschnitt geschrieben ist, enthält mindestens die Zieladresse, d.h. die SS 50, die der letztendlich vorgesehene Empfänger des Pakets ist. Eine SS 50 sendet Informationen an eine andere SS 50 oder an die Kopfstelle 12, indem sie die Informationen in Pakete aufgeteilt und die Pakete in zugeteilte Abschnitte des Upstream-Kanals UC schreibt. Diese Pakete werden von dem Upstream-Kanal UC an die Kopfstelle 12 ausgestrahlt, die jedes Paket aus jedem Zeitabschnitt ausliest. Die Kopfstelle 12 untersucht die Zieladresse in dem Kopfteil des Pakets. Die Kopfstelle 12 schreibt das Paket in einen verfügbaren Abschnitt des Downstream-Kanals DC. Die Pakete werden in dem Downstream-Kanal DC ausgestrahlt und werden aus den Abschnitten von jeder SS 50 ausgelesen. Jede SS 50 vergleicht die Zieladresse der empfangenen Pakete mit ihrer zugewiesenen Adresse oder mit den Gruppen- (Gruppenruf-) Adressen, die den Gruppenrufgruppen zugewiesen sind, an denen die SS 50 teilnimmt. Wenn die Adressen übereinstimmen, wird das Paket angenommen. Ansonsten wird das Paket abgewiesen.
  • Wie nachstehend ausführlicher beschrieben werden soll, werden zwei Arten von Paketen auf den Kanälen UC und DC, nämlich "Nutzlast-" Pakete und "Kontroll-" Pakete, gesendet. Nutzlastpakete transportieren Benutzernachrichten oder Benutzerdaten, die einem Ziel mitzuteilen sind. Kontrollpakete transportieren Kontrollnachrichten, um Teile der Kommunikationskanäle zuzuteilen, oder andere Overhead-Kontrollinformationen. Aus nachstehend beschriebenen Gründen schreiben die SS 50 Kontrollpakete in Mini-Abschnitte des Upstream-Kanals UC und schreiben Nutzlastpakete in Abschnitte des Upstream-Kanals UC. Die Kopfstelle 12 schreibt Nutzlast- und Kontrollpakete in Abschnitte des Downstream-Kanals DC. Z.B. nimmt jeder Abschnitt des Downstream-Kanals DC einen Impulsrahmen an, der ein Nutzlastpaket und ein Kontrollpaket umfasst. Dies ist möglich, weil nur die Kopfstelle 12 Kontroll- und Nutzlastpakete in Abschnitte des Downstream-Kanals DC schreibt.
  • Es muss eine Möglichkeit bereitgestellt werden, um zu verhindern, dass jede SS 50 versucht, Pakete in denselben Zeitabschnitt des Upstream-Kanals UC zu schreiben. Dazu wird ein Abschnittzuweisungs-Reservierungsprotokoll eingesetzt, nach dem jede SS 50 nur Pakete in Abschnitte schreiben darf, die dieser SS 50 zugewiesen wurden. Jede SS 50 kann versuchen, Abschnitte zu reservieren (d.h. eine Zuweisung eines oder mehrerer Abschnitte anfordern), indem sie ein Reservierungsanforderungs-Kontrollpaket in einen Mini-Abschnitt des Upstream-Kanals UC schreibt, der zugeteilt wurde, um neue Reservierungsanforderungspakete zu empfangen. Das Reservierungsanforderungs-Kontrollpaket kann die Adresse oder den Bezeichner der SS, die Anzahl oder die Größe der Abschnitte, die für die mitzuteilenden Nutzlastpakete notwendig sind, (herkömmlicherweise kann die Abschnittslänge eine ganze Zahl von Mini-Abschnittslängen sein, und somit kann die Anzahl der notwendigen Abschnitte als die Anzahl der notwendigen "Mini-Abschnitts-" Längen ausgedrückt werden), die Art der Kommunikation, für die Abschnitte angefordert werden, und eine Fehlerprüfungsfolge (z.B. eine zyklische Blockprüfung bzw. CRC) angeben. Die Kopfstelle 12 empfängt die Reser vierungsanforderungs-Kontrollpakete aus den Mini-Abschnitten und antwortet, indem sie jeder anfordernden SS 50 einen oder mehrere Abschnitte zuweist. Die Kopfstelle 12 schreibt dann Kontrollpakete in Abschnitte des Downstream-Kanals DC, die angeben, welche Abschnitte jeder SS 50 zugewiesen werden. Jede SS 50 empfängt Kontrollpakete, die auf ihre jeweilige Reservierungsanforderung antworten und sendet dann ihre Nutzlastpakete nur in diesen zugewiesenen Abschnitten. Da die SS 50 nur Nutzlastpakete in ihren zugewiesenen Abschnitten senden, bemüht sich keine andere SS 50 darum, gleichzeitig auf denselben Abschnitt zuzugreifen. Die Konkurrenz beschränkt sich somit auf relativ kleine Reservierungs-Mini-Abschnitte und nicht auf die relativ langen Nutzlastpakete. Es ist zu berücksichtigen, dass jeder Abschnitt oder Mini-Abschnitt, auf den mehr als eine SS 50 gleichzeitig zugreift (wodurch es zu einer Kollision kommt), verloren ist. Somit ermöglicht es die Verwendung von Mini-Abschnitten den SS 50, auf Bandbreite einsparende Art und Weise Zugriff auf die größeren Abschnitte zu erhalten.
  • Die Nutzlastpakete werden an der Kopfstelle 12 empfangen. Die Kopfstelle 12 identifiziert jedes empfangene Nutzlastpaket, das für eine SS 50 in dem Kabelnetzwerk 10 bestimmt ist, und schreibt jedes der identifizierten Pakete in einen verfügbaren Abschnitt des Downstream-Kanals DC. Jede SS 50 empfängt von dem Downstream-Kanal die für sie bestimmten Nutzlastpakete.
  • Dennoch besteht beim Zugriff auf die Mini-Abschnitte Konkurrenz. Diese Konkurrenz wird dadurch aufgehoben, dass ein Rückmeldemechanismus und ein Kollisionsauflösungsalgorithmus (CRA) verwendet werden. Die Kopfstelle 12 überwacht jeden Mini-Abschnitt und stellt fest, ob eine Kollision stattgefunden hat. Wenn die Kopfstelle 12 eine Kollision erfasst, sendet die Kopfstelle 12 eine Nachricht über den Downstream-Kanal DC, die angibt, in welchen Abschnitten eine Kollision erfasst wurde. Jede SS 50, die versucht hat, ein Reservierungsanforderungspaket zu senden, überwacht die Nachrichten, die auf dem Downstream-Kanal DC gesendet werden. Wenn eine SS 50 eine Nachricht von der Kopfstelle 12 empfängt, die angibt, dass eine Kollision in demselben Mini-Abschnitt stattgefunden hat, in dem die SS 50 vorher versucht hat, ihr Reservierungsanforderungspaket zu schreiben, bestimmt die SS 50, dass ihr Reservierungsanforderungspaket mit einer anderen Sendung von einer anderen Einrichtung kollidiert ist und deshalb nicht von der Kopfstelle 12 empfangen wurde. In diesem Fall führt die SS 50 einen CRA aus, um zu bestimmen, ob und wann sie versuchen soll, ihr Reservierungsanforderungspaket erneut zu senden. Es sind mehrere CRA bekannt, wie etwa "Ternärbaum" und "P-persistent und DQRAP". Siehe P. Jacquet, P. Muhlethaler & P. Robert, "Asymptotic Average Access Delay Analysis: Adaptive P-Persistence Versus Tree Algorithm", IEEE PBO2.14, doc. no. IEEE 802.14-96/248 (1996) und das amerikanische Patent Nr. 5 390 181.
  • Es ist wünschenswert, die Konkurrenz zu reduzieren, um die Verwendung der Bandbreite in den Upstream- und Downstream-Kanälen UC und DC zu steigern und gleichzeitig so viele SS 50 wie möglich unterzubringen. Im Allgemeinen wird dies erreicht, indem das Verhältnis von Mini-Abschnitten zu Nutzlastabschnitten in dem Upstream-Kanal UC erhöht und die Größe der Mini-Abschnitte in dem Upstream-Kanal UC verringert wird. Die amerikanischen Patente Nr. 5 012 469 und 5 390 181 beschreiben verschiedene Änderungen des Verhältnisses und der Anordnung der Mini-Abschnitte zu den Nutzlastabschnitten in dem Upstream-Kanal UC. Das Upstream-Spektrum von 5 bis 42 MHz eines Subsplit-HFC-Kabelnetzwerks ist für Geräusche und Störungen anfällig, welche die Menge des Spektrums, die für zuverlässige Sendungen zur Verfügung steht, einschränken kann. Die Geräusche sind insbesondere "Eingangsgeräusche" und "Impulsgeräusche". Eingangsgeräusche treten auf, weil die koaxiale Verkabelung der Verbindungsleitungen 18 und der Teilnehmeranschlussleitungen 22 mit mangelhafter Abschirmung wegen korrodierter Anschlüsse, rissiger Kabelmäntel, usw. wie Antennen funktionieren. Diverse Radiosendungen werden von dem gemeinsamen Datenträger aufgefangen, wie etwa Jedermannfunksendungen (CB) bei ungefähr 24 MHz, Kurzwellenradiosendungen an verschiedenen Stellen in dem 5 bis 42 MHz-Band, usw., und tragen zu den Eingangsgeräuschen bei. Impulsgeräusche dagegen ergeben sich aus Geräuschspitzen, die wegen einem anderen Phänomen auftreten, wie etwa Blitzschläge auf die Koaxialverkabelung. Die Koaxialverkabelung der Verbindungsleitungen 18 kann auch ein elektrisches Leistungssignal transportieren, um verschiedene Einrichtungen (z.B. Verstärker 20) des Kabelnetzwerks mit Energie zu versorgen. Stromleitungsbogenbildung durch Schwachstellen der Kabel und Anschlüsse kann ebenfalls zu den Impulsgeräuschen beitragen.
  • Um Kontrollpakete, wie etwa Reservierungsanforderungspakete, zuverlässig in Mini-Abschnitten zu senden, wird häufig eine binäre Pulslagenmodulationstechnik (BPSK) oder eine quartäre Pulslagenmodulationstechnik (QPSK) verwendet. Um andererseits die in Nutzlastpaketen gesendete Datenmenge zu maximieren, wird häufig eine Quadraturamplituden-Modulationstechnik (QAM) höherer Ordnung, wie etwa eine 16-QAM, 64-QAM oder sogar 256-QAM, mit leistungsstarker Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) verwendet. Spektral wirksame Modulationsmethoden, wie 16-QAM, 64-QAM und 256-QAM, benötigen jedoch längere Präambeln für die Trägerwiederherstellung und Burst-Synchronisierung und erfahren ein viel höheres Burst-Overhead für Mini-Abschnitte. D.h. jede SS 50 schreibt eigentlich einen Impulsrahmen in jeden Mini-Abschnittszeitraum, der einen Schutzzeitraum zwischen Bursts und eine Präambel umfasst, die dem eigentlichen Mini-Abschnitt-Kontrollpaket vorhergehen, wie in 4 gezeigt. (4 zeigt auch, dass die Mini-Abschnitt-Paketstruktur eine Adresse oder einen Bezeichner, ein Nutzlastpaket oder einen Kommunikationsartanzeiger, ein Feld mit der Anzahl angeforderter Mini-Abschnitte und ein CRC-Feld umfasst.) Die Einrichtungen des Kabelnetzwerks 10 können Kosinusfilter verwenden. Diese Filter führen eine gedämpfte Schwingung in den Kanal ein. Zudem benötigen die Sender und Empfänger der SS 50 und der Kopfstelle 12 eine begrenzte Zeit zum An- und Abschalten, um Pakete in den angegebenen Abschnitten zu lesen und zu schreiben. Zweck des Schutzzeitraums ist es, genügend Zeit bereitzustellen, damit sich die Schwingung abdämpfen kann und die Sende- oder Empfangsschaltungen der SS 50 und der Kopfstelle 12 an- oder abschalten können. Auf den Schutzzeitraum folgt ein "Burst" oder eine Kombination aus Präambel und modulierten Daten. Zweck der Präambel ist es, es einem Empfänger zu ermöglichen, sich genau auf die Trägerfrequenz des Trägersignals einzustellen, auf dem die Daten moduliert sind, und sich in Phase auf das Trägersignal auszurichten, bevor er das Trägersignal abtastet und Daten aus dem Trägersignal demoduliert. Dieser Synchronisierungs- und Ausrichtungsvorgang wird "Burst-Sync." genannt. Längere Präambeln sind erforderlich, wenn spektral wirksame QAM-Methoden höherer Ordnung verwendet werden, um eine sehr feine Abstimmung sicherzustellen, wodurch eine sehr genaue Abtastung und Demodulation sichergestellt wird. Die Auswirkung dieser Effekte auf die Effizienz der Mini- Abschnitte ist umso stärker je größer die Ordnung der QAM, wie in 5 dargestellt. D.h. ein größerer Anteil der Zeit des Upstream-Kanals UC wird den Mini-Abschnitten zugeteilt, je größer die Ordnung der QAM.
  • Um die Verwendung des Upstream-Kanals UC zu steigern, wurde auch eine Technik zur Änderung des Zeitteilungsmusters des Upstream-Kanals UC in Mini-Abschnitte und Abschnitte vorgeschlagen. Dies ist in 6 abgebildet. Oben in 6 wird ein feststehendes Zeitteilungsmuster des Upstream-Kanals UC in Abschnitte und Mini-Abschnitte gezeigt. Der Nachteil dieser Technik ist, dass ein Großteil der Kapazität des Upstream-Kanals UC Mini-Abschnitten zugeteilt werden muss, um einem typischen Extremfall oder starker Belastung (zahlreiche Versuche, auf die Mini-Abschnitte zuzugreifen) Rechnung zu tragen. Bei der alternativen herkömmlichen Technik kann das Verhältnis von Mini-Abschnitten zu Abschnitten dynamisch verändert werden, indem man das Muster umordnet, nach dem der Upstream-Kanal zeitlich in Abschnitte und Mini-Abschnitte aufgeteilt wird. Dies ist unten in 6 dargestellt. Nimmt man z.B. an, dass die Belastung gering sein wird (wenige Versuche, auf Mini-Abschnitte zuzugreifen), reduziert sich das Verhältnis von Mini-Abschnitten zu Abschnitten. Nimmt man an, dass die Belastung stark sein wird, erhöht sich das Verhältnis von Mini-Abschnitten zu Abschnitten. Diese Technik hat jedoch folgende Nachteile:
    • (1) Sie ist in der Ausführung komplex.
    • (2) Sie ist schwierig und unpräzise, um die Belastung auf vergangenen Daten basierend vorherzusagen, wodurch ein mögliches Stabilitätsproblem auftreten kann.
    • (3) Sie erlegt dem Mini-Abschnitt zusätzliche Bedingungen auf, wie etwa die Forderung, dass die Abschnittslängen einem ganzzahligen Vielfachen der Mini-Abschnittslängen entsprechen, was die Verwendung des Upstream-Kanals UC für Nutzlastdaten weiter reduziert.
  • Obwohl der Stand der Technik (inklusive der von den erscheinenden Normen, wie etwa IEEE 802.14, SCTE, MCNS und DAVIC, vorgeschlagenen Techniken) eine mehrfache Upstream-Kanalunterstützung umfassen kann, wird jeder Upstream-Kanal statistisch der Station zugewiesen, und jeder Kanal muss immer noch sowohl die Kontroll- als auch die Nutzlastbitströme unterstützen. Ein derartiges Netzwerk zeigt weiterhin Unzulänglichkeit, hohe Netzwerklatenz und große Verzögerung eines einzelnen Upstream-Kanals.
  • Das amerikanische Patent Nr. 5 278 833 beschreibt ein drahtloses Netzwerk, das eine Basisstation und "Kommunikationseinheiten", wie etwa Mobil- oder schnurlose Telefone, umfasst. Dieses Patent beschreibt ausführlich die Schaltungen und Kommunikationsformate. Deshalb werden hier nur gewisse Einzelheiten dieses drahtlosen Kommunikationssystems wiederholt. Es wird eine Frequenzmultiplextechnik verwendet, um zwei Kanäle zu bilden, nämlich einen Upstream-Kanal mit einem ersten Band und einen Downstream-Kanal mit einem zweiten, nicht überlappenden Band. Wie zuvor wird der Upstream-Kanal verwendet, um Informationen von den Kommunikationseinheiten an die Basisstation zu senden, und der Downstream-Kanal dient zur Kommunikation von Informationen von der Basisstation zu den Kommunikationseinheiten.
  • Wie bei dem Kabelnetzwerk 10 wird eine Zeitmultiplextechnik verwendet, um jeden der Upstream- und Downstream-Kanäle in Zeitabschnitte zu unterteilen. Jeder der Zeitabschnitte kann von der Basisstation zur Kommunikation zwischen einer ausgewählten Kommunikationseinheit und der Basisstation zugewiesen werden. Im Gegensatz zu dem Kabelnetzwerk 10 wird der Upstream-Kanal nur in gleichmäßig große Zeitabschnitte aufgeteilt. Jedoch jedes Mal, wenn ein Zeitabschnitt des Upstream-Kanals nicht für eine normale Nutzlastkommunikation verwendet wird, kann er in zwei oder mehrere gleich große Unterabschnitte zur Sendung von Kontrollinformationen verwendet werden. Eine Kommunikationseinheit kann kommunizieren, indem sie ein Anforderungspaket in einem der Unterabschnitte eines Zeitabschnitts sendet, der nicht zuvor für eine Nutzlastkommunikation zugewiesen wurde. Die Basisstation empfängt derartige Anforderungspakete, bestimmt wie viele Zeitabschnitte für die Kommunikationseinheit zur Kommunikation notwendig sind, und sendet ein Kontrollpaket in einem Zeitabschnitt des Downstream-Kanals, das angibt, welche Abschnitte der Kommunikationseinheit zugewiesen sind. Die Kommunikationseinheit sendet dann ihre Pakete in ihrem zugewiesenen Zeitabschnitt. Es wird kein Konkurrenzauflösungsprotokoll für das Senden von Reservierungsanforderungen angegeben. Dieses Patent erklärt auch nicht, wie eine Kommunikationseinheit bestimmt, dass ein Zeitabschnitt des Upstream-Kanals nicht für eine Nutzlastkommunikation zugewiesen ist. Schließlich ist zu beachten, dass der Upstream-Kanal nicht sowohl Reservierungsanforderungspakete als auch Nutzlastpakete gleichzeitig transportieren kann. Die Upstream-Kanalkapazität wird daher jeder dieser Paketarten zugeteilt, wodurch die Verwendung des Upstream-Kanals zum Transport von Nutzlastinformationen reduziert wird.
  • Das amerikanische Patent Nr. 5 012 469 offenbart ein Satellitenkommunikationsnetzwerk. Das Satellitenkommunikationsnetzwerk umfasst mehrere Bodenstationen, die mit einer Satellitenstation in Verbindung stehen. Die Kommunikation ist zweiseitig unter Verwendung eines einzigen Kanals mit Konkurrenz. Der Kanal ist zeitmultiplexiert nach einem von mehreren verschiedenen Formaten, je nach Verkehrslast. Nach einem Format wird der Kanal unter gewissen Bedingungen in "große Abschnitte" aufgeteilt, die einen Nutzlastzeitabschnitt und eine feste Anzahl von Mini-Abschnitten umfassen. Jeder Mini-Abschnitt wird den Bodenstationen eindeutig zugewiesen, um Reservierungsanforderungspakete (die eine Reservierung von Nutzlastzeitabschnitten anfordern) zur Sendung an die Satellitenstation zu schreiben. Unter anderen Bedingungen wird der Kanal nur in Nutzlastzeitabschnitte aufgeteilt, und die Nutzlastzeitabschnitte werden jeder Bodenstation eindeutig zugewiesen. Wenn sich die Bedingungen, wie etwa die Verkehrslast, ändern, wird der Kanal nach dem geeigneten Format der beiden Formate formatiert. Nach einem zweiten Format wird der Kanal auf eine von drei verschiedenen Möglichkeiten formatiert, welche die beiden oben genannten Formate und ein drittes Format umfassen, wobei der Kanal in Zeitabschnitte aufgeteilt wird, auf welche die Bodenstation konkurrenzmäßig zugreift. Der Kanal wird wieder den Bedingungen entsprechend nach einem der drei verschiedenen Formate formatiert. Zu den oben genannten Nachteilen für die drahtlosen und Kabelnetzwerke kommt hinzu, dass die in diesem Patent vorgeschlagene Architektur höchst komplex ist.
  • Das amerikanische Patent Nr. 5 590 131 offenbart ein Verfahren zum wahlfreien Zugriff auf Warteschlangen für die Datenträgerzugriffs-Kontrollschicht in Netzwerken mit Broadcast-Kanälen, um Reservierungsbandbreite einzusparen und gleichzeitig einen direkten Sendezugriff bereitzustellen, wobei vor dem Empfang eines ersten Zeitabschnitts eine Vielzahl von Reservierungsabschnittsparametern von einem Benutzer initialisiert wird. Außerdem wird in dem amerikanischen Patent Nr. 5 590 131 offenbart, dass ein Reservierungskanal mit dem Übertragungskanal entweder zeit-, frequenz- oder raummultiplexiert werden kann.
  • Die wissenschaftliche Veröffentlichung "A protocol for Efficient Transfer of Data over Fiber/Gable Systems", IEEE 1996, J.O. Limb, D. Sala, offenbart eine Station, die befähigt wird, Daten auf dem gemeinsamen Datenträger eines HFG-Systems zu senden, wobei Abschnitte eines Upstream-Kontrollkanals mit Abschnitten eines Upstream-Nutzlastkanals zeitmultiplexiert werden. Reservierungsanforderungen werden auf dem Upstream-Kontrollkanal gesendet und daraufhin wird die Zuweisung von Abschnitten in dem Upstream-Nutzlastkanal über den Downstream-Kanal empfangen. Der Zugriff auf den Upstream-Kontrollkanal basiert jedoch nur auf reiner Konkurrenz, wodurch er unzulänglich wird. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Diese und andere Aufgaben werden von der vorliegenden Erfindung erreicht. Beispielhafte Umgebungen für die Verwendung der vorliegenden Erfindung sind ein drahtloses Netzwerk, ein Satellitennetzwerk, ein Kabelnetzwerk, usw. In einem Kabelnetzwerk wird ein Kopfende als zentrales Steuergerät bereitgestellt, ein gemeinsamer Datenträger wird bereitgestellt und mehrere Stationen, nämlich Teilnehmerstationen, werden an das Kopfende über den gemein samen Datenträger angeschlossen. Beispielhaft sendet das Kopfende ein oder mehrere übliche Broadcast-Videoprogramme, indem es sie auf ein oder mehrere Trägersignale aufmoduliert und die Trägersignale auf dem gemeinsamen Datenträger sendet. Derartige übliche Broadcast-Programme können somit zur gleichen Zeit an jeder Teilnehmerstation empfangen werden. Frequenzbänder, die nicht für übliche Broadcast-Videoprogramme verwendet werden, werden zugewiesen, um Punkt-zu-Punkt- oder Gruppenruf-Kommunikation bereitzustellen.
  • Um eine derartige Punkt-zu-Punkt- oder Gruppenruf-Kommunikation bereitzustellen, werden erfindungsgemäß drei Arten von Kommunikationskanälen, nämlich ein oder mehrere Upstream-Nutzlastkanäle, ein oder mehrere Upstream-Kontrollkanäle und ein oder mehrere Downstream-Kanäle zugeteilt. Beispielhaft weisen die Trägersignale der Kanäle ferner gegenseitig nicht überlappende Bänder auf. Jeder Bitstrom wird ferner beispielhaft in Pakete geordnet.
  • Das Mehrfachzugriffsnetzwerk kann gebildet werden, indem die Kanäle mit Kanalbezeichnern und vollständigen Beschreibungen der Kanalprofile, wie etwa Trägerfrequenzen, Symbolraten, Burst-Parameter, usw. zugewiesen werden, so dass die Stationen und das zentrale Steuergerät kommunizieren können. Zusammen mit einer Netzwerkidentität, wird eine Kontrollnachricht zur Netzwerkkonfiguration von dem zentralen Steuergerät an alle an den Datenträger angebundenen Stationen gesendet. Es sind mindestens drei Kanäle notwendig, um das Netzwerk (DCPC, UCC und UPC) zu definieren. Zusätzliche Kanäle können dem Netzwerk durch das zentrale Steuergerät hinzugefügt werden. Jede Konfigurationsänderung wird den Stationen mitgeteilt, indem Netzwerkkonfigurationsnachrichten verwendet werden. Ferner werden alle Kontrollnachrichten an die Stationen eindeu tig durch die Netzwerkidentität, die Kanalidentität, die Stationsidentität und die Mini-Abschnittsidentität identifiziert, was Flexibilität erlaubt, um die Netzwerkkapazität und Leistung den Bedürfnissen der Netzwerkdienstanbieter entsprechend entweder zu erhöhen oder zu erniedrigen.
  • Beispielhaft wird jeder Kanal in Abschnitte oder Mini-Abschnitte aufgeteilt. Jeder Upstream-Nutzlastkanal wird zugewiesen, um aufwärts gerichtete Nutzlastbitströme von den Stationen zu dem zentralen Steuergerät zu transportieren. Jeder Upstream-Kontrollkanal wird zugewiesen, um aufwärts gerichtete Kontrollbitströme, wie etwa Bitströme mit Reservierungsanforderungen, welche die Reservierung von Zeitabschnitten des Upstream-Nutzlastkanals anfordern, von den Stationen zu dem zentralen Steuergerät zu transportieren. Jeder Downstream-Kanal wird zugewiesen, um mindestens abwärts gerichtete Kontrollbitströme, wie etwa Bitströme, die Bestätigungen enthalten und auch Angaben zugewiesener Abschnitte in dem Upstream-Nutzlastkanal enthalten, von dem zentralen Steuergerät zu den Stationen zu transportieren. Jeder Downstream-Kanal transportiert beispielhaft auch den Kollisionsstatus der kollidierten Reservierungsanforderungs-Mini-Abschnitte. Der Downstream-Kanal kann auch beispielhaft Nutzlastbitströme transportieren.
  • Beispielhaft können Stationen Bitströme mit Reservierungsanforderungen in Mini-Abschnitte des Upstream-Kontrollkanals schreiben. Derartige Bitströme mit Reservierungsanforderungen werden von dem zentralen Steuergerät empfangen, das daraufhin jeder Station spezifische Abschnitte zuweist. Das zentrale Steuergerät schreibt Kontrollbitströme in den Downstream-Kanal, welche die Abschnittszuweisung angeben, die von den jeweiligen Stationen empfangen werden, welche die Bitströme mit Reservierungsanforderungen abgeschickt haben. Jede Station schreibt dann ihre Nutzlastbitströme nur in zugewiesene Abschnitte des Upstream-Nutzlastkanals. Beispielhaft werden die Nutzlastbitströme von dem zentralen Steuergerät empfangen. Wenn die empfangenen Nutzlastbitströme für eine Station im Netzwerk bestimmt sind, schreibt das zentrale Steuergerät jeden dieser Nutzlastbitströme in Abschnitte des Downstream-Kanals. Jede Station empfängt die in dem Downstream-Kanal gesendeten Nutzlastbitströme, nimmt die für sie bestimmten Bitströme an und weist jeden anderen Nutzlastbitstrom ab.
  • Gemäß der Erfindung, wie sie in dem unabhängigen Verfahrensanspruch 1 und dem unabhängigen Schaltungsanspruch 40 definiert ist, kommuniziert eine Station auf einem gemeinsamen Datenträger eines Netzwerks wie folgt. Die Station wartet, bis ein Bitstrom von dem Downstream-Kanal empfangen wird, der die Identität einer verfügbaren Gruppe von einem oder mehreren Reservierungsabschnitten auf dem Upstream-Kontrollkanal angibt, wenn Daten zur Sendung von der Station verfügbar sind, wird auf der angegebenen verfügbaren Gruppe von Reservierungsabschnitten wahlfrei bestimmt, ob ein Bitstrom zu senden ist oder nicht, der eine Anforderung enthält, um einen oder mehrere Abschnitte eines Upstream-Nutzlastkanals auf einem Upstream-Kontrollkanal zu reservieren, jedoch nur während einem der Reservierungsabschnitte der angegebenen Gruppe von Reservierungsabschnitten. Die Station empfängt dann mehrere Bitströme von einem Downstream-Kanal, umfassend mindestens einen Bitstrom, der eine Angabe eines oder mehrerer Abschnitte des Upstream-Nutzlastkanals enthält, welcher der Station zur Sendung von Paketen zugewiesen ist. Die Station sendet dann Nutzlastbitströme auf dem Upstream-Nutzlastkanal, jedoch nur an den zugewiesenen Abschnitten des Upstream-Nutzlastkanals. Der Bitstrom mit Reservierungsanforderung und die Nutzlastbitströme können gleichzeitig auf dem Upstream-Kontrollkanal und dem Upstream-Nutzlastkanal des gemeinsamen Datenträgers während überlappender Zeiträume transportiert werden, oder aber Reservierungsanforderungs- und Nutzlastpakete können nicht gleichzeitig sondern hintereinander gesendet werden, da sie von einem einzigen programmierbaren Upstream-RF-Sender gesendet werden können. Werden Reservierungsanforderungs- und Nutzlastpakete hintereinander übertragen, schaltet jeweils ein erster Schalter zwischen der Weiterleitung modulierter UPC- und UCC-Signale auf einen Einfrequenzagiltuner, während ein zweiter Schalter zwischen der Weiterleitung einer Angabe des gewählten Trägersignals f2 und f3 umschaltet.
  • Gemäß der Erfindung, wie sie in dem unabhängigen Verfahrensanspruch 26 und dem unabhängigen Schaltungsanspruch 54 definiert ist, ermöglicht ein zentrales Steuergerät eines Netzwerks die Kommunikation von Bitströmen von einer Station über einen gemeinsamen Datenträger des Netzwerks wie folgt. Das zentrale Netzwerksteuergerät empfängt von einem Upstream-Kontrollkanal einen Bitstrom mit Reservierungsanforderung, der die Reservierung von Abschnitten für eine bestimmte Station anfordert. Das zentrale Netzwerksteuergerät sendet auf einem Downstream-Kanal einen Bitstrom, der eine Angabe eines oder mehrerer Abschnitte umfasst, die der bestimmten Station zugewiesen sind, und ferner sendet das zentrale Netzwerksteuergerät auf dem Downstream-Kanal einen Bitstrom, der eine Angabe des Auftretens einer Gruppe von einem oder mehreren verfügbaren Abschnitten auf dem Upstream-Kontrollkanal umfasst. Das zentrale Netzwerksteuergerät empfängt einen Bitstrom von einem der zugewiesenen Abschnitte eines Upstream-Nutzlastkanals. Wiederum können die Bitströme mit Reservierungsanforderungen und die Nutzlastbitströme gleichzeitig auf dem Upstream-Kontrollkanal und dem Upstream-Nutzlastkanal des gemeinsamen Datenträgers während überlappender Zeiträume transportiert werden, oder aber die Reservierungsanforderungs- und Nutzlastpakete können nicht gleichzeitig sondern hintereinander übertragen werden, da sie von einem einzigen programmierbaren Upstream-RF-Sender übertragen werden können. Werden Reservierungsanforderungs- und Nutzlastpakete hintereinander übertragen, schaltet jeweils ein erster Schalter zwischen der Weiterleitung modulierter UPC- und UCC-Signale auf einen Einfrequenzagiltuner, während ein zweiter Schalter zwischen der Weiterleitung einer Angabe des gewählten Trägersignals f2 und f3 umschaltet.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Durch die Sendung von Reservierungsanforderungspaketen und aufwärts gerichteten Nutzlastpaketen auf getrennten "gleichzeitigen" Kanälen kann jeder Kanal vollständig ausgenutzt werden. Es können z.B. verschiedene Modulationstechniken auf jedem Kanal verwendet werden, wie etwa BPSK, QPSK, n-QAM, orthogonales Frequenzmultiplex (OFDM), diskrete Multitonmodulation (DMT), diskrete Wellenmultitonmodulation (DWMT), Codemultiplex (CDMA), synchrones Codemultiplex (SCDMA), usw. Dies optimiert die Effizienz des Upstream-Nutzlastkanals, stellt aber eine hohe Zuverlässigkeit und kleine Mini-Abschnittgröße auf dem Upstream-Kontrollkanal sicher. Durch die Reduzierung der Mini-Abschnittsgröße nimmt die Wahrscheinlichkeit der Kollision auf dem Upstream-Kontrollkanal ab und die Verzögerungen bei erneuten Sendungen im Falle von Kollisionen können global reduziert werden (je nach der verwendeten Technik zur Kollisionsauflösung). Ebenso wird durch die Entfernung der Mini-Abschnitte aus dem Upstream-Nutzlastkanal die Kanalverwendung für Nutzlastpakete maximiert, auch wenn Modulationstechniken mit größerer Spektraleffizienz verwendet werden. Somit können die konkurrierenden Anfragen der Reservierungsanforderungspakete und Nutzlastpakete erfüllt werden, ohne einander zu schaden.
  • Das Mehrfachzugriffsverfahren kann die Unterstützung mehrerer Kanäle für erweiterte Bandbreitennachfrage vereinfachen und kann die Anzahl unterstützter Teilnehmerstationen maximieren. Um die Kapazität zu steigern, kann jeder Upstream-Nutzlastkanal oder jeder Downstream-Nutzlastkanal dem Netzwerk hinzugefügt werden. Um die Konkurrenz zu minimieren und die Zugriffsverzögerung des Mehrfachzugriffsnetzwerks zu verringern, kann der Strom von Mini-Abschnitten in dem Upstream-Kontrollkanal durch Zuteilen einer größeren Bandbreite oder durch Zuweisen einiger Teilnehmerstationen an verschiedene Upstream-Kontrollkanäle verbessert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 zeigt ein herkömmliches HFC-Kabelnetzwerk.
  • 2 zeigt eine herkömmliche logische Buszuweisung von Kanälen in einem HFC-Kabelnetzwerk.
  • 3 zeigt eine herkömmliche Zuteilung von Trägerfrequenzen und Bändern an Kanäle.
  • 4 zeigt einen herkömmlichen Mini-Abschnittrahmen.
  • 5 zeigt eine herkömmliche Aufteilung eines Upstream-Kanals in Abschnitte und Mini-Abschnitte unter Verwendung verschiedener Modulationstechniken.
  • 6 zeigt herkömmliche feste und dynamische Muster für die Aufteilung des Upstream-Kanals in Abschnitte und Mini-Abschnitte.
  • 7 zeigt ein logisches Busnetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 8 zeigt eine Zuteilung von Frequenzen an Kanäle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt Ströme des Upstream-Kontrollkanals UCC und des Upstream-Nutzlastkanals gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10A zeigt Schaltungen in einer Teilnehmerstation gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10B zeigt Schaltungen in einem Upstream-RF-Sender gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 zeigt eine beispielhafte Paketstruktur für Pakete, die auf dem Downstream-Kanal zur Verwendung in den Schaltungen von 10A und 10B gesendet werden.
  • 12 und 13 zeigen ein Flussdiagramm eines Prozesses, der von einer Teilnehmerstation gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • 14 zeigt Schaltungen in einer Kopfstelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 15 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses, der von einer Kopfstelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • 16 zeigt eine Grafik, welche die Nutzlasteffizienz der vorliegenden Erfindung mit dem Stand der Technik vergleicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung kann in einem beliebigen Netzwerk eingesetzt werden, wie etwa ein drahtloses Netzwerk, ein Satellitennetzwerk, ein Kabelnetzwerk, usw. Aus praktischen Gründen wird die Erfindung ausführlich für ein bidirektionales HFC-Kabelnetzwerk (HFC-Netzwerk) veranschaulicht, das eine physikalische Baum- und Zweig-Struktur aufweist, ähnlich wie die in 1 gezeigte herkömmliche Topologie. Somit ist die vorliegende Erfindung einfach mit vorhandenen Kabelnetzwerken mit gegrenzter Änderung für bidirektionalen Betrieb verwendbar. In dieser Abbildung ist das zentrale Steuergerät die Kopfstelle, die Stationen sind die Teilnehmerstationen, und der gemeinsame Datenträger ist die optische Faser und die Koaxialverkabelung, welche die Kopfstelle, die Faserknoten und Teilnehmerstationen verbindet.
  • Erfindungsgemäß werden drei Arten von Kommunikationskanälen bereitgestellt (zusätzlich zu den anderen Kanälen zum Transportieren üblichen Broadcast-Programme in Abwärtsrichtung). Die drei Arten von Kommunikationskanälen sind ein Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC, ein Upstream-Kontrollkanal UCC und ein Upstream-Nutzlastkanal UPC. Mindestens einer von jeder Art der drei beschriebenen Kanäle ist für das Kommunikationsnetzwerk bei dieser Erfindung notwendig. Eine logische Netzwerkkonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt. Bei einer Ausführungsform (z.B. 10A) können der Upstream-Kontrollkanal UCC und der Upstream-Nutzlastkanal UPC Bitströme von einer einzigen SS gleichzeitig transportieren. D.h. verschiedene Bitströme können gleichzeitig auf dem Upstream-Nutzlastkanal UPC und dem Upstream-Kontrollkanal UCC während überlappender Zeiträume transportiert werden. Derartige "gleichzeitige" Kanäle können definiert werden, indem eine Anzahl von Modulationstechniken, wie etwa FDM, OFDM, DMT, DWMT, CDM, FM, usw. verwendet werden. Beispielhaft wird die Erfindung als eine FDM-Technik verwendend veranschaulicht, wobei jeder der drei Kommunikationskanäle DCPC, UPC und UCC jeweils eine eindeutige Trägerfrequenz f1, f2 oder f3 und gegenseitig nicht überlappende Bänder wie in 8 gezeigt aufweist. Z.B. befinden sich die UCC- und UPC-Kanalbänder zwischen 5 und 42 MHz, während das DCPC-Kanalband sich zwischen 54 und der oberen Grenzfrequenz des Kabelnetzwerks (typischerweise 7 MHz aber möglicherweise bis zu 1 GHz) liegt. Jedem Downstream-Kanal, einschließlich der Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanäle DCPC, werden Bänder in Einheiten von 6 MHz (in Nordamerika nach dem NTSC-TV-Kanal-Abkommen) zugeteilt. Den Upstream-Kanälen, einschließlich des Upstream-Kontrollkanals UCC und des Upstream-Nutzlastkanals UPC, werden Bänder unterschiedlicher Bandbreiten zugeteilt, typischerweise von 100 kHz bis 6 MHz, jedes Mal, wenn ein rauscharmes Nebenband in dem Band von 5 bis 42 MHz auffindbar ist.
  • Noch einmal mit Bezug auf 7 dient der Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC demselben Zweck wie der Downstream-Kanal DC in 2 und ist in Abschnitte aufgeteilt. Der Upstream-Kontrollkanal UCC ist in Mini-Abschnitte aufgeteilt, um nur Kontrollpakete wie Reser vierungsanforderungspakete zu transportieren. Andererseits ist der UPC in Abschnitte aufgeteilt, um nur Nutzlastpakete zu transportieren. Wie zuvor können die SS 150 in einem der bezeichneten Abschnitte gemäß einer Regel zum erneuten Senden der Upstream-Kanäle UPC und UCC schreiben und können nur Pakete aus den Abschnitten des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC lesen. Ebenso kann die Kopfstelle 112 nur Pakete in die Abschnitte des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC schreiben und kann nur Pakete aus den Abschnitten und Mini-Abschnitten der Upstream-Kanäle UPC und UCC lesen. Außerdem können die SS 150 nur Pakete in zugewiesene Abschnitte des Upstream-Nutzlastkanals UPC schreiben. Die SS 150 kann auch frei Pakete in Mini-Abschnitte des Upstream-Kontrollkanals UCC schreiben, die gemäß einer Regel zum erneuten Senden bezeichnet werden, wobei sie nur der Konkurrenz von den anderen SS 150 ausgesetzt sind. Alternativ kann konkurrenzfrei auf die Mini-Abschnitte zugegriffen werden, indem die SS 150 abgefragt werden oder indem jeder Mini-Abschnitt jeder SS 150 eindeutig und fest zugewiesen wird. Bei noch einer anderen Methode wird eine Mischung aus konkurrenzmäßig und fest zugewiesenen Mini-Abschnitten bereitgestellt.
  • Im Gegensatz zu der Kanalarchitektur aus 2 und 3 erfordert die Kanalarchitektur der 7 und 8 somit, dass eine konkurrenzlose Sendung der aufwärts gerichteten Nutzlastpakete in Abschnitten und eine konkurrenzmäßige Sendung von abwärts gerichteten Reservierungsanforderungspaketen in Mini-Abschnitten in verschiedenen frequenzmodulierten Kanälen in verschiedenen Frequenzbändern erfolgt. Dies ist in 9 abgebildet, wobei der Upstream-Nutzlastkanal UPC einen Strom nur von Nutzlastpaketen in Abschnitten (deren Größe fest oder variabel sein kann) transportiert. Gleichzeitig transportiert der Upstream-Kontrollkanal UCC einen Strom nur von Reservierungsanforderungspaketen in Mini-Abschnitten (deren Größe beispielhaft fest ist). Somit können in einer beispielhaften Ausführungsform (z.B. in den Schaltungen von 10A, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden soll) beide Arten der Sendungen gleichzeitig erfolgen, ohne sich gegenseitig zu stören oder sich anderweitig gegenseitig einzuschränken. Z.B. können die Pakete, die auf dem Upstream-Nutzlastkanal UPC gesendet werden, mit n-QAM (wobei n = 16, 64, 256,...), QPSK, usw. moduliert werden, und die Pakete, die auf dem Upstream-Kontrollkanal UCC gesendet werden, können mit BPSK, QPSK,..., usw. moduliert werden. Somit können Mini-Abschnittrahmen mit relativ kürzeren Präambeln (nicht gezeigt) beginnen. Jedes in einen Mini-Abschnittrahmen geschriebene Kontrollpaket kann eine Adresse oder einen Bezeichner einer Teilnehmerstation, einen Bezeichner der Kommunikationsart, für die der oder die Abschnitte angefordert werden, die Größe oder Anzahl der angeforderten Abschnitte und andere Informationen (z.B. Fehlerprüfungs- und/oder Korrekturcode bzw. -folgen, usw.) umfassen.
  • 10A zeigt die Schaltungen in einer Teilnehmerstation 1, die verwendet werden, um die Teilnehmerstation 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung anzupassen. 10A zeigt nicht die herkömmlichen Schaltungen, die ebenfalls in einer Teilnehmerstation 1 vorliegen können, um übliche Broadcast-Kanäle zu empfangen, um Anforderungen zu senden, um Pay-Per-View-Ereignisse zu empfangen, um Daten zu verarbeiten, um Sprache oder Video zu empfangen und zu digitalisieren, usw. Die koaxiale Teilnehmeranschlussleitung 22 ist an einen Diplexer 152 angeschlossen. Der Diplexer 152 trennt die Downstream-Empfangskanalbänder von den Upstream-Sendekanalbändern. Die Downstream-Kanalsignale, die das Signal des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC umfassen, werden an einen Downstream-RF-Empfänger 154 ausgegeben. Ebenso werden die (gegebenenfalls vorhandenen) Signale des Upstream-Kontrollkanals und des Upstream-Nutzlastkanals, die von den Upstream-RF-Sendern 156 ausgegeben werden, von dem Diplexer 152 zur Ausgabe auf der koaxialen Teilnehmeranschlussleitung 22 kombiniert.
  • Die empfangenen Signale, die von dem Diplexer 152 an den Downstream-RF-Empfänger 154 ausgegeben wurden, werden in einen Frequenzagiltuner 158 eingegeben. Wie gezeigt empfängt der Frequenzagiltuner 158 ein Signal, das die Auswahl der Trägerfrequenz (oder Mittenfrequenz) von f1 und die Kanalbandbreite angibt, wodurch der Frequenzagiltuner 158 veranlasst wird, nur das Frequenzband des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC auszufiltern.
  • Das ausgefilterte Signal des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC wird in einen Empfänger/Demodulator, eine Vorwärtsfehlerkorrekturvorrichtung, einen Entschachteler und Decodierer 160 eingegeben. Die Empfängerschaltung 176 führt die umgekehrten Funktionen der Senderschaltung 260 aus (siehe 14). Beispielhaft sind einige dieser Nebenschaltungen wahlweise und sind nur zur Veranschaulichung einbezogen. Siehe ITU-T Recommendation J.83, "Digital Multi-Programme Systems for Television Sound and Data Services for Cable Distribution", Okt. 1995. Die Schaltung 160 umfasst einen Empfänger/Demodulator, der die Paketdaten aus dem Trägersignal (oder Signalen), das dem Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC zugewiesen ist, empfängt und demoduliert. Derartige empfangene Pakete werden an eine Schaltung zur Teilnehmerdatenträger-Zugriffskontrolle 162 ausgegeben.
  • Die Schaltung zur Teilnehmerdatenträger-Zugriffskontrolle 162 gibt zur rechten Zeit Nutzlastpakete und Reservierungsanforderungspakete an die Upstream-RF-Sender 156 aus. Nutzlastpakete werden an einem Codierer, einem Verschachteler, einer Vorwärtsfehlerkorrekturvorrichtung und einem Modulator 176 empfangen. Die Vorwärtsfehlerkorrekturvorrichtung fügt den Paketdaten Bits zur Vorwärtsfehlerkorrektur hinzu. Der Modulator moduliert das Paket auf ein Trägersignal, z.B. unter Verwendung einer QPSK-Modulationstechnik, einer 16-, 64- oder 256-QAM-Modulationstechnik usw. Das modulierte Trägersignal wird an einen Frequenzagiltuner 178 ausgegeben. Der Frequenzagiltuner 178 empfängt auch eine Angabe des Trägersignals oder der Mittenfrequenz f2 und der Bandbreite, die dem Upstream-Nutzlastkanal UPC zugewiesen wird. Daraufhin verschiebt der Frequenzagiltuner 178 das modulierte Trägersignal auf das Band, das dem Upstream-Nutzlastkanal UPC zugewiesen ist. Beispielhaft kann die Angabe der Frequenz variiert werden, um das Frequenzband zu ändern, auf das der Frequenzagiltuner 178 das modulierte Signal verschiebt, z.B. um geräuschvolle Teile des 5 bis 42 MHz-Bands zu vermeiden.
  • Die Reservierungsanforderungspakete werden von dem Teilnehmerdatenträger-Zugriffssteuergerät 162 an einen Codierer und Modulator 182 ausgegeben. Die Codiernebenschaltung der Schaltung 182 kann eine andere Codierung als die Codiernebenschaltung der Schaltung 176 ausführen, wobei diese andere Codierung für die besondere Modulationstechnik geeignet ist, die in dem Modulator 182 verwendet wird. Beispielhaft moduliert der Modulator 182 das Reservierungsanforderungspaket, indem er eine BPSK- oder QPSK-Modulationstechnik verwendet. Das modulierte Signal wird an den Frequenzagiltuner 184 ausgegeben. Wie gezeigt empfängt der Frequenzagiltuner 184 eine Angabe der Fre quenz f3, die dem Upstream-Kontrollkanal UCC zugewiesen wird. Als solcher verschiebt der Frequenzagiltuner 184 das modulierte Signal auf das Frequenzband, das dem Upstream-Kontrollkanal UCC zugewiesen wird. Wie der Frequenzagiltuner 178 kann die Angabe der Frequenz variiert werden, so dass der Frequenzagiltuner 184 das modulierte Signal auf ein wählbares Frequenzband verschiebt.
  • Die modulierten Trägersignale für den Upstream-Nutzlastkanal UPC und den Upstream-Kontrollkanal UCC werden in einen RF-Verstärker 180 eingegeben. Der RF-Verstärker 180 gibt die verstärkten Signale des Upstream-Nutzlastkanals UPC und des Upstream-Kontrollkanals UCC an den Diplexer 152 aus. Der Diplexer 152 gibt das Signal des Upstream-Nutzlastkanals UPC und des Upstream-Kontrollkanals UCC auf die koaxiale Teilnehmeranschlussleitung 22 zur Sendung an die Kopfstelle 112 aus (7).
  • Das ausgefilterte Signal des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC wird in einen Demodulator, eine Vorwärtsfehlerkorrekturvorrichtung, einen Entschachteler und einen Decodierer 160 eingegeben. Beispielhaft sind nicht alle dieser Nebenschaltungen notwendig, um die Erfindung durchzuführen. Die Schaltung 160 umfasst einen Demodulator/Empfänger, der die Paketdaten aus dem Trägersignal (bzw. Signalen) demoduliert, das dem Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC zugewiesen ist.
  • Das Teilnehmerdatenträger-Zugriffssteuergerät 162 kann eingesetzt werden, indem ein oder mehrere integrierte Schaltungschips verwendet werden. Die Schaltung zur Teilnehmerdatenträger-Zugriffskontrolle 162 kann eingesetzt werden, indem ein programmierbarer Prozessor oder ein Endzustandsautomat verwendet wird. Nachstehend wird die Schaltung zur Teilnehmerdatenträger-Zugriffskontrolle 162 aus praktischen Gründen als mehrere Nebenschaltungen enthaltend beschrieben.
  • 10B zeigt einen Upstream-RF-Sender 156 einer alternativen Ausführungsform. Insbesondere wird ein einzelner programmierbarer Upstream-RF-Sender gezeigt, der in der Teilnehmerstation 1 aus 10A verwendet werden kann. Beispielhaft kann ein einzelner programmierbarer Upstream-RF-Sender aus einem handelsüblichen Sendechip eingesetzt werden, wie etwa der STEL 1109.
  • Ähnlich wie bei der Beschreibung von 10A gibt die Schaltung zur Teilnehmerdatenträger-Zugriffskontrolle 162 zur rechten Zeit Nutzlastpakete und Reservierungsanforderungspakete an den einzelnen Upstream-RF-Sender 356 aus. Nutzlastpakete werden an einer UPC-Burstprofilschaltung 376 empfangen, während Kontrollpakete an einer UCC-Burstprofilschaltung 382 empfangen werden. Jede Burstprofilschaltung umfasst Parameter, welche die Symbolrate, die Modulation, die Burst-Präambel (wie etwa die Länge und das Muster des Bursts), Fehlerprüfung und/oder einen Vorwärtsfehlerkorrekturcode (FEC) betreffen, sowie ein Interburst-Schutzband, um Zeitverschiebung, Anstieg und Abstieg des Senders zu berücksichtigen. Der Sender 356 umfasst auch eine Schaltung zur Trägerfrequenzauswahl 385, die entweder eine Nutzlastträgerfrequenzauswahl f2 oder eine Kontrollträgerfrequenzauswahl f3 ausgibt. Zudem umfasst der Sender 356 jeweils erste und zweite Schalter 310 und 315. Der erste Schalter 310 ist zwischen den Burstprofilschaltungen 376, 382 und einem Frequenzagiltuner 390 eingekoppelt. Der zweite Schalter 315 ist zwischen der Schaltung zur Trägerfrequenzauswahl 385 und dem Tuner 390 eingekoppelt. Der Tuner 390 ist auch an einen RF-Verstärker 380 gekoppelt, der dem RF-Verstärker 180 in 10A ähnelt.
  • Im Betrieb, wenn ein Upstream-Nutzlastbitstrom von der Schaltung zur Teilnehmerdatenträger-Zugriffskontrolle 162 empfangen wird, wird er der UPC-Burstprofilschaltung 376 zugeführt. Die UPC-Burstprofilschaltung verarbeitet den Bitstrom nach ihren Parametern. Wenn man z.B. FEC-Parameter verwendet, fügt die Burstprofilschaltung den Paketdaten Vorwärtsfehlerkorrekturbits hinzu. Ferner moduliert die Burstprofilschaltung unter Verwendung von Modulationsparametern das Paket auf ein Trägersignal. Das modulierte Trägersignal wird dann über den Schalter 310 an den Frequenzagiltuner 390 ausgegeben. Gleichzeitig empfängt der Frequenzagiltuner auch eine Angabe des Trägersignals oder der Mittenfrequenz f2 und der Bandbreite, die dem Upstream-Nutzlastkanal UPC von der Schaltung zur Trägerfrequenzauswahl 385 über den Schalter 315 zugewiesen wird. Daraufhin verschiebt der Frequenzagiltuner 378 das modulierte Trägersignal auf das Band, das dem Upstream-Nutzlastkanal UPC zugewiesen ist. Beispielhaft kann die Angabe der Frequenz variiert werden, um das Frequenzband zu ändern, auf das der Frequenzagiltuner 178 das modulierte Signal verschiebt, z.B. um geräuschvolle Teile des 5 bis 42 MHz-Bandes zu vermeiden.
  • Die Reservierungsanforderungs- (kontroll-) Pakete werden von dem Teilnehmerdatenträger-Zugriffssteuergerät 162 an die UCC-Burstprofilschaltung 382 ausgegeben. Wie bei der UPC-Burstprofilschaltung 376 verarbeitet und moduliert die UCC-Burstprofilschaltung den Bitstrom nach ihren Parametern. Das modulierte Trägersignal wird dann über den Schalter 310 an den Frequenzagiltuner 390 ausgegeben. Gleichzeitig empfängt der Frequenzagiltuner auch eine Angabe des Trägersignals oder der Mittenfrequenz f3 und der Bandbreite, die dem Upstream-Nutzlastkanal UCC von der Schaltung zur Trägerfrequenzauswahl 385 über den Schalter 315 zugewiesen wird. Daraufhin verschiebt der Frequenzagiltuner 378 das modulierte Trägersignal auf das Band, das dem Upstream-Nutzlastkanal UCC zugewiesen wird.
  • Die modulierten Trägersignale für den Upstream-Nutzlastkanal UPC und den Upstream-Kontrollkanal UCC werden in den RF-Verstärker 380 eingegeben. Der RF-Verstärker 380 gibt die verstärkten Signale des Upstream-Nutzlastkanals UPC und des Upstream-Kontrollkanals UCC an den Diplexer 152 aus. Der Diplexer 152 gibt das Signal des Upstream-Nutzlastkanals UPC und des Upstream-Kontrollkanals UCC auf der koaxialen Teilnehmeranschlussleitung 22 zur Sendung an die Kopfstelle 112 aus. Im Gegensatz zu dem Sender aus 10A, kann die Kopfstelle jedoch wegen der inhärenten Zeitverzögerung, welche die Ausführungsform aus 10B erfährt (wegen der Kanalumschaltverzögerung der Schalter 310 und 315), eine derartige Verzögerung berücksichtigen, wenn die Reservierung oder Nutzlast-Burst-Sendung eingeplant und berechtigt wird.
  • Beispielhaft sind Pakete, die von dem Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal empfangen werden, MPEG-2-Transportstrompakete, in die andere Nachrichtenpakete, Paketfragmente oder Zellen eingefügt werden können, wie in 11 gezeigt. Gemäß dem MPEG-2-Systemstandard ist jedes Transportpaket 188 Byte lang mit einem Vier-Byte-Kennsatz und einem 184-Byte-Nachrichtentransportteil (gewöhnlich als "Nutzlast" bezeichnet, was von dem vorliegenden Gebrauch des Begriffs Nutzlast zu unterscheiden ist). Das MPEG-2-Transportstrompaket umfasst ein Synchronisierungswort und einen 13-Bit-Paketbezeichner oder "PID". Weitere Kontrollinformationen liegen ebenfalls im Kennsatz des Transportstrompakets vor. Eine Gruppe reservierter PID wird von der Schaltung 162 verwendet, um die MPEG-2-Nutzlasten (welche digitale Videoprogramme trans portieren) von andersartigen Kontrollen und Daten (wie etwa Internetpaketsegmente, ATM-Zellen oder STM-Bitströme) zu trennen.
  • Der Nachrichtentransportteil des Pakets umfasst beispielhaft zwei Paketarten, nämlich ein "Kontroll-" Paket und eine "Nutzlast-" Paket. Der Downstream-Kontrolldemultiplexer 166 demultiplexiert das Kontrollpaket. Das Kontrollpaket umfasst eine Netzwerkkonfigurationsnachricht, die eine Netzwerkidentität, die DCPC-Kanalidentität, die UCC-Kanalidentität und die UPC-Kanalidentität enthält, die zusammen das Mehrfachzugriffsnetzwerk definieren. Je nach Bedarf können auch zusätzliche Kanalidentitäten einbezogen werden. Alle notwendigen Kanalinformationen und Parameter, die gebraucht werden, um die Stationssender und -empfänger zu konfigurieren, werden unter Verwendung zusätzlicher Kontrollnachrichten an alle Stationen ausgestrahlt. Die Station sendet ihre Upstream-Pakete unter Verwendung der vorkonfigurierten Kanäle.
  • Die Station überwacht die Kontrollnachrichten von dem zentralen Steuergerät. Die Rückmeldekontrollnachricht des Mini-Abschnittskollisionsstatus identifiziert eindeutig den Status der Mini-Abschnittssendung unter Verwendung der Netzwerkidentität, der UCC-Kanalidentität und der Mini-Abschnittsidentität. Ebenso werden die Berechtigungen der Bandbreitenreservierung, die an die Station gesendet werden, eindeutig durch die Netzwerkidentität, eine Stationsidentität pro Berechtigung (welche eine Adresse oder einen Bezeichner der Zielstation umfasst) identifiziert, während die berechtigten Zeitabschnitte der Nutzlastsendung eindeutig durch die UPC-Kanalidentität, den Anfang der Mini-Abschnittsidentität und die Anzahl berechtigter Abschnitte identifiziert werden. Eine oder mehrere Berechtigungen können innerhalb einer Berechtigungsnachricht gesendet werden. Zusätzlich kann das Kontrollpaket andere Kontrollinformationen umfassen.
  • Wie in 11 gezeigt kann das Feld zur Berechtigung der Bandbreitenreservierung in jeder Reservierungsberechtigung, Nr. 1 bis Nr. N, eine Identität der die Reservierungsberechtigung empfangenden Teilnehmerstation, eine UPC-Kanalidentität, ein Identitätsfeld des Sendeanfangs-Mini-Abschnitts und ein Feld mit der Anzahl berechtigter Abschnitte umfassen. Die UPC-Kanalidentität umfasst eine Adresse oder einen Bezeichner der Ziel-SS. Das Teilnehmerdatenträger-Zugriffssteuergerät 162 bestimmt. ob die Adresse in diesem Identitätsfeld der Adresse der SS 150, auf der sich das Teilnehmerdatenträger-Zugriffssteuergerät 162 befindet, oder einer Gruppenrufadresse einer Gruppenrufgruppe, an der diese SS 150 teilnimmt, entspricht. Wenn nicht, sind die Kontrollinformationen in dem Identitätsfeld des Sendeanfangsabschnitts und dem Feld mit der Anzahl berechtigter Abschnitte für eine andere SS bestimmt, und diese Informationen werden abgewiesen. Stimmen die Adressen überein, so sind die Informationen in dem Identitätsfeld des Sendeanfangsabschnitts und dem Feld mit der Anzahl berechtigter Abschnitte für die SS 150 gedacht, auf der sich das Teilnehmerdatenträger-Zugriffssteuergerät 162 befindet, und die Informationen werden wie nachstehend beschrieben verarbeitet.
  • Der Downstream-Nutzlastdemultiplexer 164 demultiplexiert die Paketdaten und setzt sie wieder in das Nutzlastpaket zusammen. Das Nutzlastpaket kann Nachrichten, Internetpaketsegmente, einen synchronen Übertragungsmodus- (STM) Bitstrom, asynchrone Übertragungsmodus- (ATM) Zellen, usw. enthalten. Unter Verwendung von Kennsatzinformationen in dem Nutzlastpaket bestimmt das Teilnehmerdatenträ ger-Zugriffssteuergerät 162, ob die Nutzlastpaketdaten für die SS 150 gedacht sind, auf der sich das Teilnehmerdatenträger-Zugriffssteuergerät 162 befindet, und deshalb angenommen werden sollten, oder ob die Nutzlastpaketdaten für eine andere SS bestimmt sind und abgewiesen werden sollten.
  • Noch einmal mit Bezug auf 10A umfasst das Teilnehmerdatenträger-Zugriffssteuergerät 162 auch ein Sendesteuerprogramm 168, eine Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170, einen Upstream-Nutzlastmultiplexer 172 und einen Reservierungsanforderungs-Paketgenerator 174. Die Wirkungsweise der Schaltungen 168, 170, 172 und 174 wird nun mit Bezug auf 12 und 13 beschrieben. In einem ersten Schritt S1 führt das Sendesteuerprogramm 168 gewisse Initialisierungsverfahren aus. Das Sendesteuerprogramm 168 empfängt z.B. aus den Kontrollpaketen Angaben über verfügbare Mini-Abschnitte, zugewiesene Abschnitte und andere Informationen bezüglich der Zeitmessung. (Die zusätzlichen Informationen können eine einheitliche, von der Kopfstelle 112 gepflegte Systemuhr sein, die periodisch Pakete, die "Schnappschüsse" der Systemuhr (Zeitstempel) enthalten, an die SS 150 sendet. Man kann z.B. die Technik verwenden, die bei MPEG-2-Systemen verwendet wird, um die Systemuhr unter Verwendung von Programmtaktreferenzen bzw. PCR wiederherzustellen, um die SS-Uhr mit der Kopfstellenuhr zu synchronisieren. (Siehe ISO/IEC 13818-1: "Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio", part 1: Systems.) In einem nächsten Schritt S2 bestimmt das Sendesteuerprogramm 168, ob eine anstehende Warteschlange (nicht gezeigt) Nutzlastdaten enthält, die auf Sendung warten. Wenn nicht, wird Schritt S1 wiederholt. Wenn zu sendende Nutzlastdaten verfügbar sind, bestimmt das Sendesteuerprogramm 168 in Schritt S3, wie viel Kapazität notwendig ist, um die zu sendende Daten zu senden (z.B. als Anzahl der Mini-Abschnittszeiträume, wenn die Abschnittsgrößen in solchen Inkrementen zugeteilt werden). Anschließend bestimmt das Sendesteuerprogramm 168 in Schritt S4 den nächsten verfügbaren Mini-Abschnitt, in dem ein Reservierungsanforderungspaket gesendet werden kann. Die Kontrollpakete, die aus dem Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC demultiplexiert wurden, umfassen eine Identifizierungsangabe des Anfangs-Mini-Abschnitts und eine Angabe der Anzahl von Mini-Abschnitten in einer Gruppe von Mini-Abschnitten, beginnend mit dem identifizierten Anfangs-Mini-Abschnitts, die für neue Reservierungsanforderungspakete zur Verfügung stehen. Der Anfang der Mini-Abschnittsgrenze kann durch einen Abstandszähler angegeben werden, der sich auf eine synchronisierte Zeitmarkierung an der Kopfstelle 112 und an jeder SS 150 bezieht. Nach einer Technik erzeugt das Sendesteuerprogramm 168 eine Zufallszahl und bestimmt, ob die Zufallszahl in den Bereich von 1 bis zu der Zahl, die als in der Gruppe verfügbarer Mini-Abschnitte befindlich angegeben wird, fällt. Wenn nicht, unterlässt es das Sendesteuerprogramm 168, Reservierungsanforderungspakete zu senden, bis eine Kontrollnachricht von der Kopfstelle 112 empfangen wird, welche die nächste verfügbare Gruppe von Mini-Abschnitten angibt.
  • Wenn jedoch die Zufallsnummer in den Bereich fällt, dann stellt das Sendesteuerprogramm 168 in Schritt S5 zur rechten Zeit dem Reservierungsanforderungs-Paketgenerator 174 eine Angabe der benötigten Abschnittskapazität bereit. Daraufhin erzeugt der Reservierungsanforderungs-Paketgenerator 174 ein Reservierungsanforderungspaket, das die Adresse oder den Bezeichner der SS 150, die angeforderte Abschnittskapazität und die Art der Kommunikationsdaten, die in den angeforderten Abschnitten mitzu teilen sind, umfasst. Der Reservierungsanforderungs-Paketgenerator 174 wird durch das Sendesteuerprogramm 168 aktiviert, um das Reservierungsanforderungspaket zur angegebenen Zeit für die Sendung auf dem Upstream-Kontrollkanal in dem bestimmten Mini-Abschnitt der nächsten Gruppe verfügbarer Mini-Abschnitte, die durch die Zufallszahl angegeben wurde, die von dem Sendesteuerprogramm 168 erzeugt wurde, auszugeben. (Die eigentliche Sendezeit des Anforderungspakets kann gegenüber der Zeit der vorderen Grenze des entsprechenden Mini-Abschnitts, in dem das Reservierungsanforderungspaket gesendet wird, verzögert sein. Die Verzögerungszeit kann der Unterschied zwischen der Laufzeitverzögerung von SS zu Kopfstelle an dieser bestimmten SS 150 und der maximalen Laufzeitverzögerung von SS zu Kopfstelle sein.) Das Reinergebnis ist, dass Mini-Abschnitts-Bursts von allen SS an den Empfängertunern des Kopfstellensteuergeräts 258, 259 mit minimaler Verschiebung ankommen. Anschließend weist der Reservierungsanforderungs-Paketgenerator 174 in Schritt S6 dann die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170 an, ihren Bestätigungszeitgeber einzustellen und mit dem Zählen zu beginnen. Die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170 stellt daraufhin einen geeigneten Zeitgeber ein und lässt den Zeitgeber ablaufen. Der Zeitgeber wird beispielhaft eingestellt, um nach einem Zeitraum abzulaufen, der über die Rückmeldeverzögerung im Extremfall hinausgeht, die gleich der Rundreiselaufzeit plus der Verarbeitungsverzögerung an der Kopfstelle 112 und der SS 150 ist, zwischen der Sendung von Reservierungsanforderungspaketen und dem darauf folgenden Empfang von Bestätigungspaketen. In Schritt S7 wartet die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170 auf ein Bestätigungskontrollpaket, das der Downstream-Nutzlastdemultiplexer 164 empfangen soll. Die Weitersenderegel-Entscheidungs schaltung 170 antwortet auf eines der folgenden Ereignisse:
    • (1) Der Zeitgeber läuft ab (Schritt S8). Beispielhaft gibt dies an, dass die Reservierungsanforderungsnachricht nicht empfangen wurde. Daraufhin veranlasst die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170 das Sendesteuerprogramm 168 dazu, den Reservierungsanforderungs-Paketgenerator 174 einzuplanen, um das Reservierungsanforderungspaket an dem nächsten verfügbaren Mini-Abschnitt des Upstream-Kontrollkanals UCC erneut zu senden. Dies wird durch Schritt S9 erreicht, der veranlasst, dass die Ausführung zu Schritt S4 zurückkehrt.
    • (2) Ehe der Zeitgeber abläuft, wird eine Nachricht von der Kopfstelle 122 über den Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC empfangen, die angibt, dass eine Kollision stattgefunden hat (Schritt S9 bis S11). Eine derartige Angabe kann z.B. in dem Feld mit dem Mini-Abschnitts-Kollisionsstatus eines Kontrollpakets vorliegen, das auf dem Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC empfangen wurde (12). Daraufhin aktualisiert die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170 in Schritt S12 ihre Parameter des Kollisionsauflösungs-Algorithmus (z.B. den dauerhaften Parameter, den nächsten verfügbaren Kollisionsauflösungs-Mini-Abschnitt, usw.). Die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170 bestimmt außerdem, ob die Sendung des Reservierungsanforderungspakets erneut versucht werden soll oder nicht. Geht man davon aus, dass die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170 bestimmt, die Sendung erneut zu versuchen, so bestimmt die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170 in Schritt S13, wann eine derartige Weitersendung durchzuführen ist, und plant die Weitersendung in Schritt S14 ein. Zur rechten Zeit werden die Schritte S17, S5 bis S7 ausgeführt, wodurch das Sendesteuerprogramm 168 den Reservierungsanforderungs-Paketgenerator 174 dazu veranlasst, das Reservierungsanforderungspaket zu regenerieren und es an dem nächsten verfügbaren Mini-Abschnitt auf dem Upstream-Kontrollkanal UCC, der für kollidierte Reservierungsanforderungspakete verfügbar ist, erneut zu senden. Dies veranlasst auch die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170, den Zeitgeber anzuhalten (Schritt S9).
    • (3) Bevor der Zeitgeber abläuft, wird eine Nachricht in einem Kontrollpaket empfangen, das von der Kopfstelle 112 über den Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC übertragen wurde und den Empfang des Reservierungsanforderungspakets bestätigt, jedoch keine Abschnitte angibt, die derzeit für die Zuweisung zur Verfügung stehen (Schritt S9 bis S11, S13). Beispielhaft veranlasst dies die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170, den Zeitgeber anzuhalten (Schritt S9) und auf die Berechtigungskontrollnachricht zu warten, die angibt, welche Abschnitte der SS 150 zugewiesen sind (Schritt S15).
    • (4) Bevor der Zeitgeber abläuft, wird eine Nachricht in einem Kontrollpaket empfangen, das von der Kopfstelle 112 über den Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC übertragen wurde und den Empfang des Reservierungsanforderungspakets bestätigt und bestimmte Abschnitte für die Sendung zuweist (Schritt S9, S15). Derartige Informationen können z.B. in den Feldern mit der Sendeanfangs-Abschnittsidentität und der Anzahl berechtigter Abschnitte eines empfangenen Kontrollpakets vorliegen (11). Dies veranlasst ebenfalls die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung 170, den Zeitgeber anzuhalten (Schritt S9).
  • Auf den Empfang eines Berechtigungskontrollpakets hin, das der SS 150 einen oder mehrere Abschnitte zuweist, plant das Sendesteuerprogramm 168 die anstehenden zu sendenden Daten, die sich in der Sendewarteschlange in Schritt S15 befinden, ein. Die Daten werden zur rechten Zeit von dem Upstream-Nutzlastmultiplexer 172 in Pakete segmentiert und an die Codier-, Verschachtel-, Vorwärtsfehlerkorrektur- und Modulatorschaltung 176 unter der Kontrolle des Sendesteuerprogramms 168 ausgegeben. Das Sendesteuerprogramm verwendet die interne Systemuhr, die Anfangsabschnittsangabe und die Angaben der Anzahl berechtigter Abschnitte, die von dem Downstream-Kontrolldemultiplexer 166 in Kontrollpaketen empfangen wurden, um die Segmentierung und Modulation von Paketdaten richtig mit dem oder den zugewiesenen Abschnitten zu synchronisieren. (Auch hier kann die eigentliche Sendung von der vorderen Abschnittsgrenze um eine bestimmte Verzögerung verzögert sein, die gleich dem Unterschied zwischen der Laufzeitverzögerung von Kopfstelle 112 zu SS 150 für diese SS 150 und der maximalen Laufzeitverzögerung von Kopfstelle 112 zu SS ist.) Danach wird in Schritt S16 eine Abrechnung der verbleibenden zu sendenden Daten in der Warteschlange vorgenommen, und die Verarbeitung kehrt zu Schritt S1 zurück.
  • Mit Bezug auf 14 wird nun eine Schaltung gezeigt zur Anpassung eines Kopfstellensteuergeräts einer Kopfstelle 112. Die Kopfstelle 112 weist einen Downstream-RF-Sender 256, einen Upstream-Nutzlastkanal-RF-Empfänger 254 und einen Upstream-Kontrollkanal-RF-Empfänger 255 auf. Der Downstream-RF-Sender 256 empfängt Pakete an einer Codier- Verschachtel-, Vorwärtsfehlerkorrektur- und Modulatorschaltung 260. Diese Schaltung 260 moduliert unter anderem Pakete zum Senden auf ein Trägersignal. Das modulierte Trägersignal wird an einen Frequenzagiltuner 278 ausgegeben, der auch eine Angabe der Träger- oder Mittenfrequenz f1 empfängt. Der Frequenzagiltuner 278 verschiebt das modulierte Trägersignal auf das Band des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC. Der RF-Verstärker 280 verstärkt das Signal und gibt das verstärkte Signal an den Diplexer 252 aus. Der Diplexer 252 kombiniert das so erzeugte Signal des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals mit den anderen Signalen, die auf der Koaxialverbindung 34 transportiert werden.
  • Der Diplexer 252 spaltet auch die aufwärts gerichteten Signale 254 von den Signalen ab, die auf der Koaxialverbindung 34 transportiert werden. Der Upstream-Nutzlastkanal-RF-Empfänger 254 weist einen Frequenzagiltuner 258 auf, der die aufwärts gerichteten Signale, eine Angabe der Träger- oder Mittenfrequenz f2 und eine Angabe der Bandbreite des Upstream-Nutzlastkanals UPC empfängt. Als solcher filtert der Frequenzagiltuner 258 das Signal des Upstream-Nutzlastkanals UPC aus. Das ausgefilterte Signal des Upstream-Nutzlastkanals UPC wird in eine Burst-Demodulator-, Vorwärtsfehlerkorrektur- und Decodierschaltung 276 eingegeben. Unter anderem demoduliert und empfängt die Schaltung 276 jedes Nutzlastpaket von dem Upstream-Nutzlastkanal UPC und gibt jedes Nutzlastpaket an das Kopfstellendatenträger-Zugriffssteuergerät 262 aus.
  • Ebenso weist der Upstream-Kontrollkanal-RF-Empfänger 255 einen Frequenzagiltuner 259 auf, der die aufwärts gerichteten Signale, die von dem Diplexer 252 ausgegeben werden, eine Angabe der Träger- oder Mittenfrequenz f3 und eine Angabe der Bandbreite des Upstream-Kontrollkanals UCC empfängt. Als solcher filtert der Frequenzagiltuner 259 das Signal des Upstream-Kontrollkanals UCC aus. Das ausgefilterte Signal wird in eine Burst-Demodulator- und Decodierschaltung 282 eingegeben. Unter anderem demoduliert die Schaltung 282 jedes Kontrollpaket aus dem Upstream-Kontrollkanal UCC und gibt jedes Kontrollpaket an den Kollisionsdetektor 290 aus. Wie gezeigt ist der Kollisionsdetektor 290 an ein Reservierungsanforderungsregister 292 und eine Warteschlange mit dem Mini-Abschnittkollisionsstatus 294 angeschlossen. Auf die Erfassung einer Kollision hin, werden Kollisionsstatusinformationen in das Kollisionsstatusregister 294 eingegeben. Auf den Empfang eines Reservierungsanforderungspakets hin werden Informationen bezüglich der Reservierungsanforderung, z.B. die Adresse der anfordernden SS, die Menge der angeforderten Abschnittskapazität, usw., in dem Reservierungsanforderungsregister 292 gespeichert.
  • Das Kopfstellendatenträger-Zugriffssteuergerät 262 wird als eine Upstream-Synchronisiereinrichtung 230, eine Ressourcenzuteilungseinrichtung 232, eine Konkurrenzauflösungsschaltung 234 und eine Paketfilter- und Weiterleitungsschaltung 236 umfassend gezeigt. Obwohl es als getrennte Schaltungen gezeigt wird, kann das Kopfstellendatenträger-Zugriffssteuergerät 262 auch mit einem entsprechend programmierten Prozessor eingesetzt werden.
  • Der Zweck dieser Paketfilter- und Weiterleitungsschaltung 236 ist es, Nutzlastpakete von innerhalb des Kabelnetzwerks und von anderen Netzwerken 230 zu empfangen und derartige Pakete an das richtige Ziel weiterzuleiten. Pakete, die für außerhalb des Kabelnetzwerks bestimmt sind, werden an eines der angebundenen Netzwerke 30 gesendet. Pakete, die für eine SS 150 bestimmt sind, werden in einen Puffer für abwärts gesendete Daten 240 eingereiht, um auf den Nutzlastbitströmen des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC gesendet zu werden.
  • Der Zweck der Upstream-Synchronisiereinrichtung 230 ist es, eine Systemuhr zu pflegen und periodisch Zeitstempel der Systemuhr an die SS 150 auszustrahlen, so dass alle Stationssystemuhren und die Kopfstellensystemuhr synchronisiert sind. Nach der Synchronisierung kennen die Stations-MAC 162 die genaue Lage eines Mini-Abschnitts, indem sie sich auf den Abstandswert zu dem Zeitstempelwert, der den DCPC entlang ausgestrahlt wird, beziehen. Die Upstream-Synchronisiereinrichtung 230 synchronisiert auch die Sendung von Paketen auf dem Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC. Zusätzlich können mehrere verschiedene Paketarten für die Sendung in dem Puffer für Downstream-Senderdaten 240 zur Verfügung stehen, die in getrennten Warteschlangen gespeichert werden können. Die Upstream-Synchronisiereinrichtung 230 trifft eine sinnvolle Wahl aus den verschiedenen Arten eingereihter Pakete, je nach ihrer Art und ihrer jeweiligen Dringlichkeit für die Ausgabe aus dem Puffer für Downstream-Senderdaten 240. Wie oben angemerkt, können die auf dem Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal DCPC gesendeten Pakete MPEG-2-Transportstrompakete, die spezifische PID enthalten, Kontrollpakete und Nutzlastpakete sein. Die Upstream-Synchronisiereinrichtung 230 segmentiert eingereihte Pakete und fügt sie nach Bedarf wieder zu MPEG-2-Transportstrompaketen zusammen. Dies ist jedoch nur beispielhaft; es können andere Multiplexier- und Codiermethoden verwendet werden.
  • Der Zweck der Ressourcenzuteilungseinrichtung 232 ist es, die Ressourcen zu verfolgen und sie angemessen und ordentlich oder nach der Priorität jeder Kommunikation, für welche Ressourcen zugeteilt werden, zuzuteilen. Ganz besonders verfolgt die Ressourcenzuteilungseinrichtung 232 zugeteilte Abschnitte auf dem Upstream-Nutzlastkanal UPC und stellt sicher, dass jeder Abschnitt nur einer einzigen SS 150 zugeteilt wird. Die von der Ressourcenzuteilungseinrichtung 232 verwendete Zuteilungstechnik kann recht kompliziert sein, wobei Abschnitte auf einer nach Prioritäten geordneten Basis zugeteilt werden, je nach der Kommunikationsart, für die jede SS 150 angefordert hat, Abschnitte zu reservieren.
  • Der Zweck der Konkurrenzauflösungsschaltung 234 ist es, eine Kontrollpaketnachricht zu erzeugen, wenn eine Kollision stattfindet. Die Konkurrenzauflösungsschaltung 234 kann auch Statistiken über die Anzahl der Kollisionen führen, wobei die Statistiken wiederum verwendet werden können, um zu kontrollieren, wann ein Anfang eines verfügbaren Mini-Abschnitts für neue Reservierungsanforderungen auszustrahlen ist oder wie viele Mini-Abschnitte in einer Gruppe von Mini-Abschnitten für neue Reservierungsanforderungen verfügbar zu machen sind. Die Konkurrenzauflösungsschaltung 234 kontrolliert demnach, wie viele restliche Mini-Abschnitte für die Weitersendung kollidierter Reservierungsanforderungspakete zur Verfügung stehen.
  • Der Abschnittszuteilungsvorgang der Kopfstellenschaltungen 112 soll nun mit Bezug auf 15 beschrieben werden. In Schritt S20 empfängt der Upstream-Kontrollkanal-RF-Empfänger 255 ein moduliertes Signal von dem Upstream-Kontrollkanal und demoduliert daraus ein Reservierungsanforderungs-Kontrollpaket. In Schritt S21 empfängt die Kollisionserfassungsschaltung 290 ein Reservierungsanforderungspaket von dem Upstream-Kontrollkanal-RF-Empfänger 255. Danach bestimmt der Kollisionsdetektor, ob eine Kollision stattgefunden hat, z.B. indem er eine Fehler prüfung an dem empfangenen Reservierungsanforderungspaket vornimmt. In Schritt S22 aktualisiert die Kollisionserfassungsschaltung 290 das Kollisionsstatusregister, um anzugeben, ob eine Kollision stattgefunden hat oder nicht. In Schritt S23, wenn eine Kollision stattgefunden hat, dann aktualisiert die Konkurrenzauflösungsschaltung 234 in Schritt S24 diverse Konkurrenzauflösungsparameter (z.B. die Anzahl der Kollisionen, usw.). Die Konkurrenzauflösungsschaltung 234 reiht ferner ein mit einer Kollision erfasstes Kontrollpaket in den Puffer mit Downstream-Senderdaten 240 ein. In Schritt S25 wird das mit einer Kollision erfasste Kontrollpaket an den Downstream-RF-Sender 256 zur Sendung in dem geeigneten Zeitabschnitt des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC unter der Kontrolle der Upstream-Synchronisiereinrichtung 230 ausgegeben. Die Verarbeitung kehrt dann zu Schritt S20 zurück.
  • In Schritt S23, wenn keine Kollision stattgefunden hat, dann bestimmt die Ressourcenzuteilungseinrichtung 232, ob genügend Ressourcen (z.B. Abschnitte des Upstream-Nutzlastkanals UPC) für die Zuteilung von Abschnitten an die anfordernde SS 150 zur Verfügung stehen oder nicht (Schritt S26). Wenn nicht, dann notiert die Ressourcenzuteilungseinrichtung 234 in Schritt S27 die Anforderung als anstehend und erzeugt ein Kontrollpaket zur Bestätigung einer anstehenden Berechtigung, das in den Puffer mit Downstream-Senderdaten 240 eingereiht wird. Das Kontrollpaket zur Bestätigung einer anstehenden Berechtigung wird an den Downstream-RF-Sender 256 zur Sendung an dem geeigneten Zeitabschnitt des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC unter der Kontrolle der Upstream-Synchronisiereinrichtung 230 ausgegeben. Die Verarbeitung kehrt zu Schritt S20 zurück.
  • Wenn die Ressourcenzuteilungseinrichtung 234 in Schritt S26 feststellt, dass genügend Ressourcen zur Verfügung stehen, um die Reservierungsanforderung zu erfüllen, dann geht die Verarbeitung auf Schritt S28 über. In Schritt 528 weist die Ressourcenzuteilungseinrichtung 234 Ressourcen, d.h. Abschnitte, der SS 150 zu, welche die Reservierungsanforderung gesendet hatte. Die Ressourcenzuteilungseinrichtung 234 erzeugt dann ein Kontrollpaket zur Bestätigung einer Abschnittszuweisung, das die Abschnitte angibt, die der anfordernden SS 150 zugewiesen werden. Wie oben angemerkt, umfasst ein derartiges Paket den Bezeichner oder die Adresse der anfordernden SS 150, den Bezeichner des Anfangsabschnitts in dem Upstream-Nutzlastkanal UPC, welcher der anfordernden SS 150 zugewiesen ist, und die Abschnittskapazität (z.B. gemessen durch die Anzahl von Mini-Abschnittslängen des zugewiesenen Abschnitts), die der SS 150 zugewiesen wird. Die Ressourcenzuteilungseinrichtung 234 reiht das so erzeugte Kontrollpaket zur Bestätigung einer Abschnittszuweisung in den Puffer mit Downstream-Senderdaten 240 ein. Das Kontrollpaket zur Bestätigung einer Abschnittszuweisung wird an den Downstream-RF-Sender 256 zur Sendung an dem geeigneten Zeitabschnitt des Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanals DCPC unter der Kontrolle der Upstream-Synchronisiereinrichtung 230 ausgegeben. Die Verarbeitung kehrt zu Schritt S20 zurück.
  • 16 zeigt eine Grafik der Nutzlasteffizienz für die vorliegende Erfindung und den Stand der Technik. Da wie gezeigt QAM-Techniken höherer Ordnung verwendet werden, wird nach dem Stand der Technik ein größerer Anteil der Kommunikationsbandbreite für Mini-Abschnitte zugeteilt. Im Gegenteil wird erfindungsgemäß die gesamte Bandbreite in dem Upstream-Nutzlastkanal UPC für Nutzlastpakete zugeteilt. Somit erfolgt keine Reduzierung der Band breite, wenn QAM-Techniken höherer Ordnung verwendet werden. Weitere Vorteile, die durch die Erfindung erreicht werden, umfassen folgendes:
    • (1) Da die Upstream-Kontroll- und Nutzlastbitströme in verschiedene Kanäle getrennt werden, kann jeder Kanal einzeln für die beste Betriebsweise optimiert werden. Z.B. ist der Upstream-Kontrollkanal, der eine relativ geringe Bitrate und kurze Mini-Abschnitt-Bursts erfordert, am besten mit einer robusten Modulationsmethode mit relativ schmaler Bandbreite bedient, die in das verfügbare schmale "Loch" in dem Upstream-Spektrum mit Eingangsgeräusch passt. Dies bewahrt das breitere verfügbare geräuscharme Bandbreitenspektrum für Upstream-Nutzlastkanäle auf, was eine Optimierung für die höchste Effizienz mit längeren Nutzlast-Bursts erfordert.
    • (2) Es ist auch zu beachten, dass es einfacher ist, die Nutzlastkapazität zu erhöhen, indem man einfach Upstream-Nutzlastkanäle hinzufügt. Die Kopfstelle benötigt keine Ausstattung für derartige hinzugefügte Upstream-Nutzlastkanäle, die Kontrollinformationen (d.h. Mini-Abschnittsgrenzen und -inhalt) von Nutzlastinformationen (d.h. Abschnittsgrenzen und -inhalt) für derartige hinzugefügten Kanäle wie in dem herkömmlichen System unterscheiden können. Ein ähnlicher Gedankengang gilt für das Hinzufügen zusätzlicher Upstream-Kontrollkanäle, um zusätzliche Teilnehmerstationen unterzubringen. Somit ist das erfindungsgemäße System leichter zu auszubauen.
    • (3) Es ist kein komplexer Algorithmus für eine Neukonfiguration des Systems notwendig, um wiederholt jeden Upstream-Kanal zeitlich sowohl in Ab schnitte als auch in Mini-Abschnitte zu unterteilen. Dadurch wird das System robuster. Dies ergibt sich, weil die Teilnehmerstationen nicht periodisch die Zeituntberechtigung der Upstream-Kanäle neu konfigurieren müssen, um die Kanalverwendung zu optimieren. Häufige Neukonfigurationen erhöhen die Risiken einer fehlerhaften Konfiguration jeder Teilnehmerstation. Da solche Neukonfigurationen nicht vorgenommen werden, sinkt die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Neukonfiguration durch eine Teilnehmerstation. Zudem wird weniger Overhead im Downstream-Kontroll- und Nutzlastkanal erreicht, weil kein häufiges Senden von Neukonfigurationsnachrichten an die Stationen notwendig ist.
    • (4) Die Modulationstechnik für jeden der Upstream-Kontroll- und Nutzlastkanäle kann unabhängig gewählt werden, um die Robustheit oder die Informationstransportkapazität dieses Kanals zu optimieren, was die Einführung weiter entwickelter Modulationstechnologien vereinfacht.
  • Wie zuvor angemerkt war die Ausführung der Erfindung als Kabelnetzwerk rein beispielhaft. Die Erfindung kann z.B. in einem drahtlosen Netzwerk verwendet werden. In diesem Fall ist das zentrale Steuergerät eine Basisstation, die Teilnehmerstationen sind Kommunikationseinheiten, wie schnurlose oder Mobiltelefone oder Endgeräte, und der gemeinsame Datenträger ist Luft. Die Sender und Empfänger des zentralen Steuergeräts und die Kommunikationseinheiten bilden eine Schnittstelle mit dem gemeinsamen Datenträger unter Verwendung von Radioantennen. Es ist zu beachten, dass die Teilnehmerstationen innerhalb des Versorgungsbereichs der Basisstation feststehend oder mobil sein können.
  • Bei einer anderen Ausführungsform wird die Erfindung in einem Satellitenkommunikationssystem verwendet. Das zentrale Steuergerät ist ein Satellit, z.B. auf geosynchroner Umlaufbahn, die Teilnehmerstationen sind Bodenstationen, und der gemeinsame Datenträger ist Luft und Raum. Der Satellit umfasst einen Transponder und ein Bordsteuergerät. Die Sender und Empfänger der Bodenstationen und der Transponder des Satelliten bilden eine Schnittstelle mit dem gemeinsamen Datenträger unter Verwendung von Antennen.
  • Wie ferner oben angemerkt können verschiedene Modulationstechniken verwendet werden, um die Upstream-Kontroll- und Upstream-Nutzlastkanäle zu erlangen, die gleichzeitig Informationen transportieren können. Einige Modulationsmethoden sind Modulationsmethoden mit einem einzigen Träger, wie QPSK und n-QAM. Andere Modulationsmethoden verwenden mehrere Träger, wie etwa DMT, DWMT und OFDM. Nach einer Technik werden die Upstream-Kontroll- und Nutzlastkanäle definiert, indem FDM und SCDMA verwendet werden. Gemäß einer solchen Definition wird jeder Kanal durch eine oder mehrere "orthogonale" Codefolgen definiert. Die Folgen, welche allen Kanälen zugewiesen werden, werden dann auf einen einzigen Träger über die Bandbreite des ganzen FDM-Kanals moduliert.
  • Die obige Diskussion ist zur Veranschaulichung der Erfindung gedacht. Der Fachmann kann zahlreiche alternative Varianten der Erfindung erdenken, ohne den Rahmen der folgenden Ansprüche zu verlassen.

Claims (59)

  1. Verfahren zur Ermöglichung einer Station (150), über einen gemeinsamen Datenträger eines Netzwerks zu kommunizieren, umfassend folgende Schritte: (a) Senden auf einem Upstream-Kontrollkanal (f3) eines Reservierungsanforderungs-Bitstroms, der eine Anforderung enthält, um einen oder mehrere Abschnitte eines Upstream-Nutzlastkanals (f2) zu reservieren, (b) Empfangen einer Vielzahl von Bitströmen aus einem Downstream-Kanal (f1), der mindestens einen Bitstrom umfasst, der eine Angabe eines oder mehrerer Abschnitte des Upstream-Nutzlastkanals (f2) enthält, die der Station zugewiesen sind, um Nutzlastbitströme zu senden, und (c) Senden der Nutzlastbitströme auf dem Nutzlastkanal (f2), und zwar nur in den zugewiesenen Abschnitten des Upstream-Nutzlastkanals (f2); wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende weitere Schritte umfasst: (d) vor Schritt (a) Warten bis ein Bitstrom von dem Downstream-Kanal (f1) empfangen wurde, der die Identität einer verfügbaren Gruppe von einem oder mehreren Reservierungsabschnitten in dem Upstream-Kontrollkanal (f3) angibt, (e) wenn Daten zum Senden von der Station verfügbar sind, auf der Basis der angegebenen verfügbaren Gruppe von Reservierungsabschnitten wahlfreies Bestimmen, ob der Schritt (a) ausgeführt wird oder nicht, aber nur während einem der Reservierungsabschnitte der angegebenen Gruppe von Reservierungsabschnitten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reservierungsanforderungs-Bitstrom und die Nutzlastbitströme gleichzeitig auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) und dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) des gemeinsamen Datenträgers während überlappenden Zeiträumen transportiert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reservierungsanforderungs-Bitstrom und die Nutzlastbitströme durch Umschalten zwischen der Sendung des Reservierungsanforderungs-Bitstroms und der Nutzlastbitströme aufeinander folgend gesendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, ferner umfassend folgende Schritte: (f) nach Beginn der Ausführung von Schritt (a) Empfangen eines Bitstroms aus dem Downstream-Kanal (f1), der angibt, dass bei der Ausführung von Schritt (a) eine Kollision in dem Upstream-Kontrollkanal (f3) stattgefunden hat, und (g) als Antwort darauf erneutes Senden des Reservierungsanforderungs-Bitstroms.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, ferner umfassend folgende Schritte: (f) nach Ausführen von Schritt (a), jedoch vor Schritt (b), Stellen eines Bestätigungszeitgebers, und (g) als Antwort auf das Ablaufen des Bestätigungszeitgebers vor dem Empfang eines Bitstroms, der eine Bestätigung von dem Downstream-Kanal (f1) enthält, Wiederholen von Schritt (a).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend folgende Schritte: (h) nach Ausführen von Schritt (f), jedoch vor Ausführen von Schritt (g), Empfangen des Bitstroms aus dem Downstream-Kanal (f1), der eine Bestätigung des Empfangs der Reservierungsanforderung enthält, jedoch auch angibt, dass keine Abschnitte in dem Upstream-Nutzlastkanal für die Zuteilung verfügbar sind, und (i) Unterlassen Schritt (a) in Schritt (g) zu wiederholen.
  7. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, ferner umfassend folgenden Schritt: (f) Empfangen eines Nutzlastbitstroms aus dem Downstream-Kanal (f2), der eine übertragene Nachricht enthält, die von einer anderen Station in dem Netzwerk ausgeht.
  8. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei jeder der Bitströme, die von dem Downstream-Kanal empfangen werden, in MPEG-2-Transportpakete geordnet ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der vorgeschaltete Kontrollkanal (f3), der vorgeschaltete Nutzlastkanal (f2) und der nachgeschaltete Kanal (f1) jeweils ein voneinander verschiedenes Frequenzband aufweisen.
  10. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei das Netzwerk ein Kabelnetzwerk, die Station (150) eine Teilnehmerstation (150) ist und der gemeinsame Datenträger Kabel umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei das Netzwerk ein drahtloses Netzwerk, die Station eine Kommunikationseinheit und der gemeinsame Datenträger Luft ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei das Netzwerk ein Satellitennetzwerk, die Station eine Bodenstation ist und der gemeinsame Datenträger Luft und Raum umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der nachgeschaltete Kanal (f1) von einer Vielzahl von Stationen über den gemeinsamen Datenträger empfangen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der vorgeschaltete Kontrollkanal (f3) und der vorgeschaltete Nutzlastkanal (f2) Mehrfachzugriffskanäle sind.
  15. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei erste und zweite Modulationstechniken jeweils für den Upstream-Kontrollkanal (f3) und den Upstream-Nutzlastkanal (f2) verwendet werden, wobei die erste Modulationstechnik die Robustheit des Upstream-Kontrollkanals (f3) optimiert, ohne die Robustheit oder Verwendung des Upstream-Nutzlastkanals (f2) zu beeinträchtigen.
  16. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei in Schritt (a) der vorgeschaltete Kontrollkanal (f3), auf dem der Bitstrom, der diese Anforderung enthält, gesendet wird, einer von mehreren Upstream-Kontrollkanälen (f3) ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei in Schritt (b) der nachgeschaltete Kanal (f1), auf dem der Bitstrom, der die Angabe enthält, empfangen wird, einer von mehreren Downstream-Kanälen (f1) ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei in Schritt (c) der vorgeschaltete Nutzlastkanal (f2), auf dem der Bitstrom gesendet wird, einer von mehreren Upstream-Nutzlastkanälen (f2) ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 3, das vor Schritt (a) noch den Schritt des Empfangens eines Bitstroms, der eine Identität des Mehrfachzugriffsnetzwerks von dem Downstream-Kanal (f1) angibt, umfasst, wobei die Identität des Netzwerks mindestens eine Identität der Downstream- (f1) und Upstream-Kanäle (f2, f3) umfasst.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei jeder Kanal des Downstream-Kanals (f1), des Upstream-Nutzlastkanals (f2) und des Upstream-Kontrollkanals (f3) seine eigene Mittenfrequenz, Bandbreite und Modulationsmethode aufweist.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Station ein Kabelmodem ist, und wobei der gemeinsame Datenträger ein Hybrid-Faser-Koaxial-Netzwerk ist.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei der vorgeschaltete Kontrollkanal (f3) einer von einer Vielzahl von Upstream-Kontrollkanälen ist, und wobei der vorgeschaltete Nutzlastkanal (f2) einer von einer Vielzahl von Upstream-Nutzlastkanälen ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Netzwerk ferner ein zentrales Steuergerät umfasst, und wobei eine Kommunikation zwischen der Station (150) und dem Steuergerät ermöglicht wird, indem die Schritte (a), (b), (c), (d) und (e) ausgeführt werden.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Reservierungsanforderungs-Bitstrom und die Nutzlastbitströme gleichzeitig auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) und dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) des gemeinsamen Datenträgers während überlappenden Zeiträumen transportiert werden.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Reservierungsanforderungs-Bitstrom und die Nutzlastbitströme durch Umschalten zwischen der Sendung des Reservierungsanforderungs-Bitstroms und der Nutzlastbitströme aufeinander folgend gesendet werden.
  26. Verfahren in einem zentralen Steuergerät eines Netzwerks zum Ermöglichen einer Kommunikation von Bitströmen von einer bestimmten Station (150) über einen gemeinsamen Datenträger des Netzwerks, umfassend folgende Schritte: (a) Empfangen eines Reservierungsanforderungs-Bitstroms aus einem Upstream-Kontrollkanal (f3), der eine Reservierung von Abschnitten eines Upstream-Nutzlastkanals (f2) für die bestimmte Station (150) anfordert, (b) Senden eines Bitstroms auf einem Downstream-Kanal (f1), der einen oder mehrere Abschnitte auf dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) angibt, die der bestimmten Station (150) zugewiesen sind, und (c) Empfangen eines Bitstroms von der bestimmten Station in einem oder mehreren der zugewiesenen Abschnitte eines Upstream-Nutzlastkanals (f2); wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es ferner folgende Schritte umfasst: (d) vor Schritt (a) Senden eines Bitstroms auf dem Downstream-Kanal (f1), der eine Angabe des Vorkommens einer Gruppe von einem oder mehreren verfügbaren Abschnitten auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) umfasst.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Reservierungsanforderungs-Bitstrom und die Nutzlastbitströme gleichzeitig auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) und dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) des gemeinsamen Datenträgers während überlappenden Zeiträumen transportiert werden.
  28. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Reservierungsanforderungs-Bitstrom und die Nutzlastbitströme durch Umschalten zwischen der Sendung des Reservierungsanforderungs-Bitstroms und der Nutzlastbitströme aufeinander folgend gesendet werden.
  29. Verfahren nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, ferner umfassend folgende Schritte: (e) Erfassen einer Kollision während Schritt (a), und (f) als Antwort auf die Kollision Senden eines Bitstroms in dem Nutzlastkanal, der eine Meldung für mindestens die bestimmte Station (150) umfasst, dass die Kollision stattgefunden hat.
  30. Verfahren nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, ferner umfassend folgende Schritte: (e) nach Schritt (a), jedoch vor Schritt (b), als Antwort auf ein Nichtvorhandensein verfügbarer Abschnitte in dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) Senden des Bitstroms auf dem Downstream-Kanal, der eine Bestätigung des Empfangs der Reservierungsanforderung von der bestimmten Station (150) sowie eine Angabe, dass derzeit keine Abschnitte auf dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) für die Zuteilung verfügbar sind, umfasst.
  31. Verfahren nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, ferner umfassend folgende Schritte: (e) Empfangen eines Nutzlastbitstroms von dem Upstream-Nutzlastkanal, der von einer ersten Station (150) ausgeht und für eine zweite Station (150) bestimmt ist, und (f) Senden des Nutzlastbitstroms auf dem Downstream-Kanal (f1).
  32. Verfahren nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, wobei der vorgeschaltete Kontrollkanal (f3), der vorgeschaltete Nutzlastkanal (f2) und der nachgeschaltete Kanal (f1) jeweils ein voneinander verschiedenes Frequenzband aufweisen.
  33. Verfahren nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, wobei der vorgeschaltete Kontrollkanal (f3) und der vorgeschaltete Nutzlastkanal (f2) Mehrfachzugriffskanäle sind.
  34. Verfahren nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, wobei der nachgeschaltete Kanal (f1) von einer Vielzahl von Stationen über den gemeinsamen Datenträger empfangen wird.
  35. Verfahren nach Anspruch 28, wobei in Schritt (b) jeder der zugewiesenen Abschnitte durch mindestens einen Bezeichner eines Netzwerkbezeichners, eines Stationsbezeichners, eines Upstream-Nutzlastkanal-Bezeichners und eines Mini-Abschnitt-Bezeichners angegeben wird.
  36. Verfahren nach Anspruch 28, wobei in Schritt (d) jeder der verfügbaren Abschnitte durch mindestens einen Bezeichner eines Netzwerkbezeichners, eines Stationsbezeichners, eines Upstream-Kontrollkanalbezeichners und eines Mini-Abschnitt-Bezeichners angegeben wird.
  37. Verfahren nach Anspruch 27, wobei erste und zweite Modulationstechniken jeweils für den Upstream-Kontrollkanal (f3) und den Upstream-Nutzlastkanal (f2) verwendet werden, wobei die erste Modulationstechnik die Robustheit des Upstream-Kontrollkanals optimiert, ohne die Robustheit oder Verwendung des Upstream-Nutzlastkanals (f2) zu beeinträchtigen.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 37, wobei jeder Kanal des Downstream-Kanals (f1), des Upstream-Nutzlastkanals (f2) und des Upstream-Kontrollkanals (f3) seine eigene Mittenfrequenz, Bandbreite und Modulationsmethode aufweist.
  39. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 38, wobei der vorgeschaltete Kontrollkanal (f3) einer von einer Vielzahl von Upstream-Kontrollkanälen ist, und wobei der vorgeschaltete Nutzlastkanal (f2) einer von einer Vielzahl von Upstream-Nutzlastkanälen ist.
  40. Schaltung zur Ermöglichung einer Station (150) über einen gemeinsamen Datenträger eines Netzwerks zu kommunizieren, umfassend: (a) einen Empfänger (154) zum Empfangen einer Vielzahl von Bitströmen aus einem Downstream-Kanal (f1), die mindestens einen Bitstrom umfasst, der eine Angabe von einem oder mehreren Abschnitten eines Upstream-Nutzlastkanals enthält, die der Station (150) zum Senden von Bitströmen zugewiesen sind, (b) Sendemittel (156, 356) zum Senden von Nutzlastbitströmen auf dem Nutzlastkanal (f2), nur in den zugewiesenen Abschnitten des Upstream-Nutzlastkanals (f2) und zum Senden von Reservierungsanforderungs-Bitströmen auf einem Upstream-Kontrollkanal (f3), die eine Anforderung enthalten, um einen oder mehrere Abschnitte auf einem Upstream-Nutzlastkanal (f2) zu reservieren; wobei die Schaltung ferner folgendes umfasst: (c) ein Sendesteuerprogramm (168) zum Warten, bis der Empfänger (154) einen Bitstrom von dem Downstream-Kanal (f1) empfängt, der die Identität einer verfügbaren Gruppe von einem oder mehreren Reservierungsabschnitten in dem Upstream-Kontrollkanal (f3) angibt, und wenn Daten zum Senden von der Station verfügbar sind, basierend auf der angegebenen verfügbaren Gruppe von Reservierungsabschnitten, wahlfreies Bestimmen, ob die Sendemittel (156, 356) dazu veranlasst werden sollen oder nicht, den Reservierungsanforderungs-Bitstrom auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) zu senden, aber nur während einer der Reservierungsabschnitte der angegebenen Gruppe von Reservierungsabschnitten.
  41. Schaltung nach Anspruch 40, wobei die Sendemittel (156) einen ersten Sender (178) zum Senden der Reservierungsanforderungs-Bitströme und eine zweiten Sender (184) zum Senden der Nutzlastbitströme umfassen, um Bitströme gleichzeitig auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) und dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) des gemeinsamen Datenträgers während überlappenden Zeiträumen zu transportieren.
  42. Schaltung nach Anspruch 40, wobei die Sendemittel einen Sender (390) umfassen, und wobei die Schaltung einen ersten Schalter (310) zum Zusammenschalten des Senders (390) mit einem des Nutzlastbitstroms und des Reservierungsanforderungs-Bitstroms, basierend auf einer vorherigen Auswahl, umfasst.
  43. Schaltung nach Anspruch 40, ferner umfassend einen zweiten Schalter (315) zum Zusammenschalten eines Nutzlast-Trägerfrequenz-Auswahlsignals mit dem Sender, wenn der erste Schalter (31) den Upstream-Nutzlastkanal (f2) mit dem Sender (390) zusammenschaltet, und zum Zusammenschalten eines Kontroll-Trägerfrequenz-Auswahlsignals mit dem Sender (390), wenn der erste Schalter (310) den Upstream-Kontrollkanal (f3) mit dem Sender zusammenschaltet.
  44. Schaltung nach Anspruch 41 oder Anspruch 42, ferner umfassend: eine Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung, um darauf zu antworten, dass der Empfänger aus dem Downstream-Kanal (f1) einen Bitstrom empfängt, der eine Angabe enthält, dass eine Kollision in dem Upstream-Kontrollkanal (f3) stattgefunden hat, indem die Sendemittel (156, 356) dazu veranlasst werden, den Reservierungsanforderungs-Bitstrom noch einmal auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) zu senden.
  45. Schaltung nach Anspruch 41 oder Anspruch 42, ferner umfassend: eine Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung, um einen Bestätigungszeitgeber zu stellen, nachdem die Sendemittel (156, 356) den Reservierungsanforderungs-Bitstrom auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) gesendet haben, und als Antwort darauf, dass der Bestätigungszeitgeber abläuft, bevor der Empfänger (154) einen Bitstrom empfängt, der eine Bestätigung von dem Downstream-Kanal (f1) enthält, Veranlassen der Sendemittel (156, 356), den Reservierungsanforderungs-Bitstrom noch einmal auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) zu senden.
  46. Schaltung nach Anspruch 45, wobei nach dem Stellen des Zeitgebers, jedoch bevor der Zeitgeber abläuft, der Empfänger (154) einen Bitstrom aus dem Downstream-Kanal (f1) empfängt, der eine Empfangsbestätigung des Reservierungsanforderungs-Bitstroms sowie eine Angabe, dass in dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) keine Abschnitte für die Zuteilung verfügbar sind, enthält, und wobei als Antwort darauf, die Weitersenderegel-Entscheidungsschaltung es unterlässt, die Sendemittel (156, 356) dazu zu veranlassen, den Reservierungsanforderungs-Bitstrom noch einmal auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) zu senden.
  47. Schaltung nach Anspruch 41 oder Anspruch 42, wobei der Empfänger (154) dazu geeignet ist, aus dem Downstream-Kanal (f1) einen Nutzlastbitstrom zu empfangen, der eine übertragene Nachricht enthält, die von einer anderen Station (150) in dem Netzwerk ausgeht.
  48. Schaltung nach Anspruch 42, wobei der Empfänger (154) dazu geeignet ist, einen Bitstrom zu empfangen, der eine Identität des Mehrfachzugriffsnetzwerks auf dem Downstream-Kanal (f1) angibt, wobei die Identität des Netzwerks mindestens eine Identität des Downstream- (f1) und der Upstream-Kanäle (f2, f3) umfasst.
  49. Schaltung nach Anspruch 42, wobei der Empfänger (154) dazu geeignet ist, einen Bitstrom zu empfangen, der eine Identität eines jeden der zugewiesenen Upstream-Nutzlastabschnitte auf dem Downstream-Kanal (f1) angibt, wobei der Bitstrom die Identität basierend auf mindestens einem Bezeichner eines Netzwerkbezeichners, eines Stationsbezeichners, eines Upstream-Nutzlastkanal-Bezeichners und eines Mini-Abschnitt-Bezeichners angibt.
  50. Schaltung nach Anspruch 42, wobei der Empfänger (154) dazu geeignet ist, einen Bitstrom zu empfangen, der eine Identität der zugewiesenen Upstream-Reservierungsanforderungs-Abschnitte auf dem Downstream-Kanal (f1) angibt, wobei der Bitstrom die Identität basierend auf mindestens einem Bezeichner eines Netzwerkbezeichners, eines Stationsbezeichners, eines Upstream-Kontrollkanalbezeichners und eines Mini-Abschnitt-Bezeichners angibt.
  51. Schaltung nach Anspruch 50, wobei der Empfänger (154) dazu geeignet ist, einen Bitstrom zu empfangen, der jeder Station eine Meldung angibt, dass eine Kollision an einem bestimmten Reservierungsanforderungs-Abschnitt auf dem Downstream-Kanal (f1) stattgefunden hat, wobei der Bitstrom die Meldung basierend auf mindestens einem Bezeichner des Netzwerkbezeichners, des Stationsbezeichners, des Upstream-Kontrollkanalbezeichners und des Mini-Abschnitt-Bezeichners angibt.
  52. Schaltung nach einem der Ansprüche 40 bis 51, wobei jeder Kanal des Downstream-Kanals (f1), des Upstream-Nutzlastkanals (f2) und des Upstream-Kontrollkanals (f3) seine eigene Mittenfrequenz, Bandbreite und Modulationsmethode aufweist.
  53. Schaltung nach einem der Ansprüche 40 bis 52, wobei die Station ein Kabelmodem ist, und wobei der gemeinsame Datenträger ein Hybrid-Faser-Koaxial-Netzwerk ist.
  54. Schaltung in einem zentralen Steuergerät eines Netzwerks zum Ermöglichen der Kommunikation von Bitströmen von einer Station (150) auf einem gemeinsamen Datenträger des Netzwerks, umfassend: (a) einen ersten Empfänger (255), um aus einem Upstream-Kontrollkanal (f3) einen Reservierungsanforderungs-Bitstrom zu empfangen, der die Reservierung von Abschnitten eines Upstream-Nutzlastkanals (f2) für eine bestimmte Station (150) anfordert, (b) einen Sender (256'), um auf einem Downstream-Kanal (f1) einen Bitstrom zu senden, der einen oder mehrere Abschnitte des Upstream-Nutzlastkanals (f2) angibt, die der bestimmten Station (150) zugewiesen sind, und (c) einen zweiten Empfänger (254), um von einem der zugewiesenen Abschnitte eines Upstream-Nutzlastkanals (f2) einen Bitstrom zu empfangen, wobei die Schaltung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner umfasst: eine vorgeschaltete Synchronisiereinrichtung, um den Sender (256') dazu zu veranlassen, auf dem Downstream-Kanal (f1) einen Bitstrom zu senden, der eine Angabe des Vorkommens einer Gruppe von verfügbaren Abschnitten in dem Upstream-Kontrollkanal (f3) enthält.
  55. Schaltung nach Anspruch 54, wobei die Bitströme gleichzeitig auf dem Upstream-Kontrollkanal (f3) und dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) des gemeinsamen Datenträgers während überlappenden Zeiträumen transportiert werden.
  56. Schaltung nach Anspruch 54, ferner umfassend: eine Kollisionserfassungsschaltung (290), um zu erfassen, ob eine Kollision in dem Reservierungsanforderungs-Bitstrom stattgefunden hat, der von dem ersten Empfänger (255) empfangen wurde, und als Antwort auf die Erfassung der Kollision, den Sender (255) dazu zu veranlassen, einen Bitstrom auf dem Downstream-Kanal (f1) zu senden, der eine Meldung für mindestens die bestimmte Station (150) enthält, dass die Kollision stattgefunden hat.
  57. Schaltung nach Anspruch 54, ferner umfassend: eine Ressourcenzuteilungseinrichtung, um auf den Reservierungsanforderungs-Bitstrom und ein Nichtvorhandensein verfügbarer Abschnitte in dem Upstream-Nutzlastkanal zu antworten, indem der Sender (256') dazu veranlasst wird, den Bitstrom auf dem Downstream-Kanal zu senden, der eine Empfangsbestätigung des Reservierungsanforderungs-Bitstroms von der bestimmten Station (150) enthält, aber auch angibt, dass derzeit keine Abschnitte des Upstream-Nutzlastkanals (f2) für die Zuteilung verfügbar sind.
  58. Schaltung nach Anspruch 54, ferner umfassend: einen Downstream-Sendedatenpuffer (240) zum Speichern eines Nutzlastbitstroms, der von dem zweiten Empfänger (254) aus dem Upstream-Nutzlastkanal (f2) empfangen wurde, der von einer ersten Station (150) ausgeht und für eine zweite Station (150) bestimmt ist, und eine vorgeschaltete Synchronisiereinrichtung, um den Sender (256') dazu zu veranlassen, den Nutzlastbitstrom auf dem Downstream-Kanal (f1) zu senden.
  59. Schaltung nach einem der Ansprüche 54 bis 58, wobei jeder Kanal des Downstream-Kanals (f1), des Upstream-Nutzlastkanals (f2) und des Upstream-Kontrollkanals (f3) seine eigene Mittenfrequenz, Bandbreite und Modulationsmethode aufweist.
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