专利名称：用于数字网络中的自适应带宽利用的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及数字网络系统的领域，更具体地说，涉及在数字网络中，分配给终端用户的自适应带宽利用的改进技术。
背景技术：
传统的数据信道传输技术包括，例如，数据信道组播，它可以在数字用户线接入复用器(DSLAM，digital subscriber line accessmultiplexer)网络中被使用。DSLAM网络向终端或其它端点的终端用户提供在从上游源接收的数据流或者数据信道之间进行切换的能力。DSLAM网络典型地被设计成容纳多种不同类型的数据信道，例如多个视频信道以及与用户数据、语音和游戏业务有关的信道。DSLAM平台的各端点是用户办事设备(CPE，customer premisesequipment)装置，后者可以包括，例如，位于住宅或企业的调制解调器以及用于终端设备(TE)装置(诸如电视机)的机顶盒(STB)。TE装置还可以包括计算机、个人数字助理(PDA)、电话或者其它类型的通信终端。CPE装置包括客户端的所有装置，其中包括TE装置。然而，为了说明的目的，在说明本发明时，已经把TE装置与CPE装置区分开。DSLAM网络使得可以向终端用户提供任何可用的信道，同时允许终端用户使用数据、语音和游戏信道。
终端用户可以从在给定时间广播的一组信道中选择一个数据信道。因特网组播协议(IGMP)信号传统上已经被用来通过从终端用户的CPE装置经由DSLAM网络向宽带远程接入服务器(B-RAS)发送IGMP控制消息来实现该信道选择。信道选择被向上游传送，以便实现切换到新选择的信道。在利用中心局(CO)的DSLAM应用中，CO对IGMP控制消息进行轮询。一个CO可以支持大量的CPE装置。
在CO中，向DSLAM网络中的每个调制解调器或终端用户分配规定量的带宽，以便向各个TE装置传送选定的信道。当连接到一个调制解调器的TE装置关闭时，属于该调制解调器的不用或剩余带宽并不在别处使用，因此也不分配给该调制解调器的其它TE装置。为了支持多信道利用，传统的解决方案向每一个调制解调器分配大量的带宽，当TE装置关闭时，造成显著的带宽浪费，同时在提供数据信道组播过程中也导致较高的成本。
因此，需要有一种改进信道带宽利用的技术，以及在各个调制解调器或其它CPE装置的激活TE装置中使用剩余带宽的技术。
发明内容
在一个说明性的实施例中，本发明根据各个TE装置的运行状态，为一个调制解调器或其它CPE装置的TE装置提供一个具有自适应带宽利用的数字网络系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种在数字网络系统的网络节点的线路卡中使用的集成电路器件。所述集成电路器件能够截取来自至少一个CPE装置的一条或多条控制消息。所述一条或多条控制消息对应于与所述CPE装置有关的至少一个TE装置的至少一种运行状态。所述集成电路器件还能够向所述网络节点的网络处理器发送一条或多条速率控制消息，以便调适带宽利用，并且与至少一个TE装置的运行状态有关地向至少一个CPE装置提供已调适的数据业务流。
一种在数字网络系统的网络节点中使用的装置包括至少一块线路卡，所述线路卡包括能够截取来自至少一个CPE装置的一条或多条控制消息的集成电路器件。所述一条或多条控制消息对应于与至少一个CPE装置有关的至少一个TE装置的至少一种运行状态。所述集成电路器件还能够向所述网络节点的网络处理器发送一条或多条速率控制消息，以便调适带宽利用，并且与至少一个TE装置的运行状态有关地向至少一个CPE装置提供已调适的数据业务流。
提供一种用于在数字网络系统中提供自适应带宽利用的方法，其中，在网络节点的至少一块线路卡的一个集成电路器件中，截取来自至少一个CPE装置的一条或多条控制消息。每一条控制消息对应于与所述CPE装置有关的至少一个TE装置的至少一种运行状态。向与至少一个TE装置的运行状态有关地调适的至少一个CPE装置提供数据业务。
有利的是，本发明的一个说明性的实施例在每个调制解调器/用户的基础上改进了全系统的带宽利用。改进的带宽利用减少了带宽浪费并且使用户成本最小化。本发明的所述说明性实施例还通过整形下行业务来改进流量控制。
通过结合附图来阅读以下的说明性的实施例的详细说明，将使本发明的这些和其它目的、特征和优点变得更加明显。
图1是图解根据本发明的一个实施例的DSLAM网络的图；图2是图解根据本发明的一个实施例的通用的DSLAM中心局体系结构的图；图3是图解根据本发明的一个实施例的图2的安排的一个更详细的示例性实施方式的图；图4是说明根据本发明的一个实施例，DSLAM网络中的TE装置的信道选择和状态的表；图5是说明根据本发明的一个实施例，DSLAM网络中的FPGA器件的功能方框图；图6是图解根据本发明的一个实施例，DSLAM网络中的自适应带宽利用方法的流程图。
具体实施例方式
正如将在下面详细说明的那样，本发明在说明性的实施例中一般地涉及数字网络系统领域，更具体地说，涉及在数字网络中，用于向终端用户进行分配的改进的自适应带宽利用技术。
一开始参照图1，这是图解根据本发明的一个实施例的DSLAM网络的图。多个数据信道，例如视频信道，从位于B-RAS 102的网络的远端通过核心网络104被送往接入网106。核心网络104通过边缘路由器108与接入网106进行通信。边缘路由器108可以经由异步传输模式(ATM)112、同步光网络(SONET)、同步数字系列(SDH)114，以太网等，通过接入网106的城域网110，与网络节点，更具体地说，CO 116进行通信。SONET是在光纤网络上进行同步数据传输的美国版本，而SDH则是所述标准的国际版本。边缘路由器108可以提供通过接入网106的城域网110至和来自DSLAM中心局的通信。DSLAM中心局116与位于住宅120和企业122的DSL调制解调器118进行通信，用于例如，与TE装置，诸如电视机124、计算机126或者电话128进行通信。
通过图1所提供的DSLAM网络，响应于从CPE装置送往B-RAS 102并且被CO 116截取的控制消息，可以向CO 116发送多个数据信道，用于通过DSL调制解调器118个别地分配给TE装置124、126和128。如上所述，CPE装置可以被认为是用于TE装置的调制解调器或者STB。例如，在图1所示的实施例中，来自TE装置124(电视机)的控制消息可以来源于用于所述电视机的STB。尤其是当每个调制解调器118提供一个以上的STB时。在所有其它情况下，控制消息在调制解调器118处产生。还有，通过截取控制消息，CO 116能够确定TE装置124、126和128的运行状态，并且根据各个TE装置124、126和128的运行状态，来调适分配给DSL调制解调器118的带宽利用或数据业务流。例如，当TE装置124无效时，CO 116调适送往调制解调器118的数据业务流，使得TE装置126可以利用剩余带宽。
现在参照图2，这是图解根据本发明的一个实施例的通用DSLAM中心局体系结构的图。这可以被认为是图1的DSLAM中心局116的更详细视图。上行链路卡202与至少一块线路卡204a，204b进行通信。在这个实施例中，上行链路卡202通过ATM或多协议网络处理器206处的例如吉比特介质无关接口(GMII)或者串行介质无关接口(SMII)，通过例如光学载波12(OC-12,622.08Mbps)或者光学载波3(OC-3,155.52Mbps)，提供与DSLAM网络的上游部件的通信。
网络处理器206可以与上行链路卡202内或之外的底板装置208或者交换结构210进行通信。具有底板装置208的上行链路卡202，以及具有交换结构210的上行链路卡202，代表本发明的两个独立的实施例。如果在上行链路卡202中实现底板装置208，则上行链路卡202与分别具有底板装置212的一个或多个线路卡204a进行通信。上行链路卡202和线路卡204之间的通信允许线路卡向网络处理器206发送与各个TE装置的运行状态有关的信息。此种通信还允许网络处理器206向线路卡提供已调适的带宽利用，以便向TE装置的调制解调器传输已调适的数据业务流。底板装置212可以利用处理器214以便实现本发明。底板装置212通过线路卡204的DSL调制解调器216与终端用户的DSL调制解调器进行通信。通过DSL调制解调器216的通信允许CPE装置提供控制信号以供线路卡204a截取，并且允许线路卡204a向发出请求的TE装置发送所请求的数据信道，连同由网络处理器206为该系统的每一个调制解调器指定的带宽。如果线路卡的处理器有能力控制下行业务流，则所述线路卡的处理器还可以处理带宽变更请求。
如果在上行链路卡202中实现交换结构210，则上行链路卡202与每个具有通用桥(UB，universal bridge)218的一个或多个线路卡204b进行通信。通用桥218利用实现本发明并且与线路卡204b的DSL调制解调器216进行通信的处理器220。在利用线路卡204a和204b的实施例中，DSL调制解调器216、终端用户的调制解调器和CPE装置执行类似的功能。
如图3所示，这是根据本发明的一个实施例的图2的安排的更详细的示例性实施方式。更具体地说，这可以被认为是实现上行链路卡中的交换结构的通用DSLAM中心局体系结构的详细说明。上行链路卡302通过网络处理器306(对应于图2的网络处理器206)来接收数据信道和发送用户业务。网络处理器306可以被实现为通常可以从位于美国宾夕法尼亚州Allentown的Agere System公司买到的部件APP550。网络处理器306与UB 308进行通信，后者又与交换结构310进行通信。在本发明的这个实施例中，UB 308可以被实现为部件UB2G5NP，同时交换结构310可以被实现为部件PI40SAX、PI20SAX，这些产品通常也可以从Agere System公司买到。上行链路卡302还包括一个时钟312。上行链路卡302向一个或多个线路卡304发送数据信道，同时也接收必要的用户业务。
在线路卡304a中，UB 314a通过交换结构310与上行链路卡302进行通信。UB 314a还与线路卡304a内的FPGA 318a和微处理器320a进行通信，以便实现本发明。线路卡304a通过FPGA 318a与调制解调器316进行通信。从上行链路卡302向FPGA 318a发送信道，并且从调制解调器316向FPGA 318a发送控制消息。存在关于线路卡304b、UB314b、FPGA 318b和微处理器320b的类似通信系统。线路卡304a、304b均还包括各自的时钟322a、322b。
和处理器320a、320b进行通信的FPGA 318a、318b可以被认为是线路卡304a、304b的管理装置。线路卡的这种管理装置可以被视为实现本发明的集成电路器件的一个实例。管理装置保存如图4所示的表。该表可以被存储在管理装置的内部存储器或者相关的外部存储器中。该表表示针对一个特定线路卡的TE装置的运行状态和信道选择。该表被用来为适当的终端用户提供和管理所请求的数据信道，同时也为了自适应带宽利用目的而跟踪TE装置的使能情况。在本实施例中利用CPE装置和管理装置之间的一对一信令，动态地对这张表进行更新。当一个终端用户激活一个TE装置并且选择一个信道时，TE装置的CPE装置，即调制解调器或STB产生一条控制消息，例如IGMP，打算去往远端服务器B-RAS。中心局(CO)的线路卡中的管理装置截取所述控制消息，并且用它来动态地更新所述表，使得可以由网络处理器根据给定调制解调器的各个TE装置的运行状态来调适带宽。
必须从CPE装置所发送的控制消息中获得所述数据信道的标识号。所述表保存由CPE装置请求的、并且最后向CPE装置发送的数据信道的标识，例如，一个电视频道号。此外，所述表还包括用于与所述线路卡有关的每一个TE装置的使能/禁止位，用以表明它是接通还是关闭。这张表中的端口列表示用于住宅或企业的DSL调制解调器。图4中的表图解了124个调制解调器，其中的每一个能够支持4个TE装置，例如，每间房屋中的4部电视机。线路卡的管理装置的附加实施例可以保存具有48或64个DSL调制解调器的表。
一旦在线路卡的管理装置处接收到来自截取的控制信号的使能或禁止信号时，所述管理装置产生具有端口利用信息的带内速率控制(IBRC)消息，以便传送到网络处理器。当进行系统初始化时，需要对这张表进行一次初始扫描。
现在参照图5，这是图解根据本发明的一个实施例的FPGA器件的各功能块的方框图。这可以被认为是图3中的FPGA器件318的详细说明。在UB接收接口块510处接收来自UB的下行信号，上述UB可以被实现为通常可以从Agere Systen公司买到的部件UB2G5。UB接收接口块510保存表示TE装置的信道选择和运行状态的表，必要时还保存信元报头转换表。捕获先进先出寄存器(FIFO)512提取从UB产生的信号用于反压控制目的，这将在下面加以说明，并且将其发送到微处理器接口。一个UB至调制解调器接口块514接收来自UB接收接口块510的传输，并且向发出请求的CPE装置(更具体地说，调制解调器和STB)提供所请求的信道的传输。
如果调制解调器的接收接口出现拥塞，则所述调制解调器应当忽略FPGA器件的轮询以避免在调制解调器中发生溢出。尤其是，当反压来自调制解调器时(当使用UTOPIA接口时，为反的TXCLAV)，FPGA器件应当不向所述调制解调器发送通信业务，并且应当保持各个每端口反压状态。如果FPGA器件出现拥塞，则它将产生一个流量控制消息(当使用SPI 3接口时，为反的RENB)，并将其向上游发送。
多物理层(MPHY)接收接口块518接收来自CPE装置的控制消息。一个调制解调器至UB接口块520接收来自MPHY接收接口块518的传输，并产生TM信元以便向UB2G5传输。插入FIFO 522插入从反压控制块516以及从微处理器产生的IBRC消息，以便上行传输到网络处理器用于自适应带宽利用。在调制解调器至UB接口块520，也从UB接收轮询-PHY发送分组可用(当使用SPI 3接口时为PTPA)。
如图6所示，这是在根据本发明的一个实施例的DSLAM网络的线路卡的自适应带宽利用方法的流程图。所述方法开始于方框610，在这里，线路卡的管理装置截取对应于一个TE装置的运行状态的控制消息。所述控制消息还可以包括信道选择信息，并且打算将其传送到所述系统的B-RAS。在方框612，与TE装置的运行状态相关地更新由所述管理装置保存的一张表。如图4所示，根据在控制消息中接收的运行状态，给定TE装置的使能位可以被改变为“0”或“1”。
在方框614，在管理装置与终端设备(TE)装置的运行状态有关地产生一个带内速率控制(IBRC)消息。所述优选实施例的IBRC消息可以含有下列字段线路卡号；端口/调制解调器号；以及TE装置的运行状态(接通/关闭)。IBRC消息还可以包括可选的带宽信息。在方框616，从线路卡的管理装置向管理装置的网络节点中的网络处理器发送所述IBRC消息。如同上面涉及图5所描述的那样，插入FIFO插入所述IBRC消息以便进行上行传输。
在方框618，网络处理器捕获IBRC消息并且调适带宽利用。如果IBRC消息表明TE装置已被关闭，则网络处理器可以增加用于与同一调制解调器或CPE装置有关的另一个TE装置的数据速率。反过来说，如果IBRC消息表明TE装置已被接通，则网络处理器可以降低用于与同一调制解调器或CPE装置有关的另一个TE装置的数据速率。每次改变信道时，特别是如果所需带宽相同或相接近，不需要产生一条IBRC消息。然而，当信道改变需要不同带宽时，所述网络处理器可以相应地调适通信流量。在方框620，管理装置根据已调适的数据业务流，向所述调制解调器的一个或多个TE装置提供请求的信道。一个调制解调器的已使能TE装置能够使用同一调制解调器的一个TE装置被禁止所导致的剩余带宽。这也能防止管理装置由于业务整形而导致端口拥塞。
因此，如同这里所描述的那样，本发明在说明性的实施例中提供了在每个调制解调器的基础上具有自适应带宽利用的数字网络系统。
本发明的附加的实施例可以纳入CO、DSL调制解调器和TE装置的多个数目和组合。这些实施例还可以纳入与CO中的单个上行链路卡有关的线路卡的不同数目和组合。每个线路卡中的上述表基于线路卡与之通信的调制解调器的数目以及与每个调制解调器有关的TE装置的数目。因此，在附加的实施例中，在所述表中提供的端口和信道的数目也可以有所不同。
在本发明的一个特定实施例中，可以利用应用专用的集成电路(ASIC)器件来取代FPGA器件。还有，可以利用来自另一应用的专用信令来取代IGMP和IBRC消息。当使用任何类型的控制消息时都可以实施本发明。最后，本发明并不局限于说明性实施例的CO中的上行链路卡—线路卡配置。本发明也可以应用于只利用一块线路卡的单层配置。如上所述，在调适所述系统的带宽利用的过程中，所述方法可以利用线路卡的处理器。
如上所述，本发明的管理装置可以被认为是一个集成电路器件。就集成电路而言，一般来说，在半导体晶片的表面上典型地以重复的图案形成多个相同的芯片。每个芯片都可以包括其它结构或电路。从晶片分割或切割各个芯片，然后封装为集成电路。本领域的技术人员都知道如何切割晶片和封装芯片以生产集成电路。这样制造出来的集成电路也被认为是本发明的部件。
因此，虽然在这里已经参照附图对本发明进行说明，但是，需要理解的是，本发明并不局限于那些精确的实施例，并且在不离开本发明的范围或精神实质的前提下，本领域的技术人员都可以作出各种各样的其它变动和修改。
相关申请的交叉引用本申请书涉及2004年11月30日提交的题为“Method andApparatus for Improved Data Channel Transmission in a DigitalNetwork″的美国专利申请系列号第10/999,073号，在此通过参考而并入。
权利要求
1.一种在数字网络系统的网络节点的线路卡中使用的集成电路器件，其中，所述集成电路器件能够截取来自至少一个用户办事设备(CPE)装置的一条或多条控制消息，所述一条或多条控制消息对应于与至少一个CPE装置有关的至少一个终端设备(TE)装置的至少一种运行状态，并且能够向所述网络节点的网络处理器发送一条或多条速率控制消息，以便与至少一个TE装置的运行状态有关地调适带宽利用并向至少一个CPE装置提供已调适的数据业务流。
2.根据权利要求1所述的集成电路器件，其中，所述一条或多条控制消息中的每一条包括因特网组播协议信号。
3.根据权利要求1所述的集成电路器件，其中，所述一条或多条速率控制消息中的每一条包括带内速率控制消息。
4.根据权利要求1所述的集成电路器件，包括管理至少一个TE装置的运行状态的一张表。
5.一种在数字网络系统的网络节点中使用的装置，包括至少一个线路卡，该线路卡包括能够截取来自至少一个用户办事设备(CPE)装置的一条或多条控制消息的集成电路器件，所述一条或多条控制消息对应于与至少一个CPE装置有关的至少一个终端设备(TE)装置的至少一种运行状态，所述集成电路器件还能够向所述网络节点的网络处理器发送一条或多条速率控制消息，以便与至少一个TE装置的运行状态有关地调适带宽利用并向至少一个CPE装置提供已调适的数据业务流。
6.根据权利要求5的装置，还包括适于与至少一个线路卡进行通信的上行链路卡，并且包括所述网络处理器，它能够从所述线路卡的集成电路器件接收一条或多条速率控制消息并调适带宽利用，以便与至少一个TE装置的运行状态有关地从至少一个集成电路器件向至少一个CPE装置提供已调适的数据业务流。
7.一种用于在数字网络系统中提供自适应带宽利用的方法，包括下列各步骤在网络节点的至少一个线路卡的集成电路器件中，从与TE装置有关的至少一个用户办事设备(CPE)装置截取一条或多条控制消息，每条控制消息对应于至少一个终端设备(TE)装置的至少一种运行状态；以及与至少一个TE装置的运行状态有关地向至少一个CPE装置提供已调适的数据业务流。
8.根据权利要求7的方法，还包括与至少一个TE装置的运行状态有关地更新由所述集成电路器件保存的一张表的步骤。
9.根据权利要求8的方法，其中，所述更新一张表的步骤还包括下列各步骤确定至少一个TE装置何时被使能；以及跟踪由至少一个使能的TE装置请求的一个或多个数据信道。
10.根据权利要求7的方法，还包括下列各步骤与至少一个TE装置的运行状态有关地从所述集成电路器件向网络节点的网络处理器发送一条或多条速率控制消息；以及从网络节点的所述网络处理器接收已调适的带宽利用，用于从所述集成电路器件到至少一个CPE装置的已调适的数据业务流。
全文摘要
提供一种在数字网络系统的网络节点的线路卡中使用的集成电路器件。所述集成电路器件能够截取来自至少一个CPE装置的一条或多条控制消息。所述一条或多条控制消息对应于与至少一个CPE装置有关的至少一个TE装置的至少一种运行状态。所述集成电路器件还能够与所述至少一个TE装置的运行状态有关地向所述网络节点的网络处理器发送一条或多条速率控制消息，以便调适带宽利用并且向至少一个CPE装置提供已调适的数据业务流。
文档编号H04L12/24GK1798066SQ200510104079
公开日2006年7月5日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年12月29日
发明者迪派克·卡塔里亚, 金城焕, 戴维·P.·索尼尔 申请人:艾格瑞系统有限公司