用于下一代电缆网络动态复用的系统和方法

专利名称：用于下一代电缆网络动态复用的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及电缆网络技术，更具体地说，涉及一种用于电缆 网络上的通信量的自适应动态复用技术。
背景技术：
电缆网络使用传输网络来传输多个视频和其他类型的信息流。这 些网络传统地基于同轴传输技术，但是越来越多的这样的网络基于光纤技术并使用基于SONET或ATM的技术。这些传输网络最初向单 向通信介质提供从头端器发送到机顶盒的视频信息，但是电缆网络现 在是双向通信网络。然而，即使利用双向网络，大多数信息(依据所 利用和分配的带宽)也是以视频信息流的形式被从头端器发送到机顶 盒。不考虑使用的实际传输设备，在传输网络部件上存在有限量的带 宽可用来容纳(accommodate)服务。尽管技术的发展正在增加可传 输的信息的总量(例如，许多现有的电缆系统可提供上百个视频频道)， 但是带宽的总量是有限的，并且分配给每种类型的服务的带宽的相对 量是固定的，例如静态的。电缆网络运营商也正在增加他们提供的服务。除了基本服务，大 多数电缆网络还提供电影点播，即看即支付频道，除了高速因特网接 入。可以有许多其他类型的服务，但是所有服务的带宽需求必须不超 过设备的能力。此外，期望以最有效的方式使用现有设备。为了示出本发明的原理，示出了四个主要服务，尽管在实施中存 在更多的服务。这些服务包括1)电影点播(MOD)。该服务允许用户从多个电影中选择一个 以进行当前观看。用户通常从机顶盒向网络发送信号，并且网络下载
使得机顶盒能够对信息解码的合适信息。2) 广播基本视频。其持续地向用户提供各种本地或全国的频道。 因为频道持续的可用，因此在本实施例中不需要特别地发送信号来接 收这些频道。3) 数据服务(高速数据)。该服务提供双向高速数据传输，其通 常由用户使用来浏览万维网。4) 信令。为了获得MOD以及允许网络控制和管理其他服务，信 令必须能够在头端器与用户机顶盒之间传输。在图1中以高层示出了为这些服务分配带宽的布置。在图1中， 光纤120代表传输设备，其具有有限的带宽并且以光纤或"管道，，的大 小被示例性地示出。光纤必须传送各种信息流，并且这些信息流由较 小的带宽流或"管道"表示。例如，电影点播服务被示出为通过其来 流传输各个电影112的总带宽114。运营商已经为MOD分配了特定 总带宽，从而仅限定数量的电影112可通过为MOD分配的最大带宽 114进行流传输。尽管家庭中的特定用户通常仅观看一部电影，但是 网络上的其他用户也可以这样做。因此，能够同时观看点播电影的用 户的总数受限于分配给该服务的带宽。类似地，电缆运营商也为广播视频频道108分配特定量的带宽量 110。在此情况下，因为频道通常被持续地传输，因此分配的带宽通常 与传输频道的数量一致。然而，在特定情况下， 一些频道只在一天中 传输有限小时的节目。例如，特定频道可能在清晨时段进行节目播放。 或者，因为频道带宽不能被用于其他目的，因此这些频道可能携带"补 白，，节目(例如，"商业信息片(infomercial)")。然而，通常说来， 分配给广播基本视频的带宽与频道的最大数目(通常与在任何给定时 间广播的频道数量相同)相关。因为对信令通信量104的通信量需求较少，因此分配给信令106 的带宽与前面提到的服务相比通常较少。信令信道的分配部分地取决 于所分配的其他类型的服务。在这个简单的示例中，如果没有提供电 影点播，则信令信道106将被分配更少的带宽。 最后，为高速数据通信量100分配特定量的带宽102。这种通信 量通常代表用户浏览万维网，而用户浏览万维网代表双向通信量。图1的图以简化方式例示了为电缆传输网络上的各种服务分配的带宽的相对大小以及它们被用于传达通信量的特定实例。当前的实施 基于对于使用、通信量模式和通信量以及收益率的最佳估计，来静态 地定义为每个服务分组分配的带宽。考虑的一个因素包括所发布的频 道的最大分配数目(基于是模拟还是数字传输)。然后剩余的带宽被 划分出分配给MOD的部分。通常，带宽允许处理最大数量的请求。 接下来，为信令应用分配部分带宽(虽然很小)。然后，无论剩下多 少带宽都可分配给基于互联网的(数据)通信量。在图2中示出提供带宽资源固定分配的网络体系结构，图示了 VODQAM设备200、交换式视频广播202、广播频道、高速数据通信 量206以及信令数据208。在与图1的每个"管道"静态对应的基础上， 为上述每个资源分配固定带宽量。


图1公开了对于电缆分布网络中的多种类型的通信量进行带宽分 配的现有技术方法。图2公开了用于在电缆网络中提供多个服务的网络体系结构的现 有技术方法。图3公开了在电缆网络中动态分配带宽通信量类型的根据本发明 的一个实施例。图4公开了用于在电缆网络中提供带宽动态分配的网络体系结构 的根据本发明的 一 个实施例。
具体实施方式
对于各种类型的服务进行带宽的静态分配是用于在电缆网络上分配带宽的当前实现方式。这要求运营商定义带宽分配并定期地查看对 于服务和使用的分配。通常，电缆运营商具有各种子网络，并且类似
地，必须定期地查看和重新分配每个子网络的带宽。如果要提供一个 新服务，则必须将特定量的带宽分配给该服务，并且电缆提供商必须 分配未使用的带宽或很可能在现有的服务类型之间重新分配带宽。显 然，将可用资源(带宽)与对资源的需要(服务)相匹配很耗时、易 产生错误并且要进行估计。尽管对剩余带宽进行分配有助于分配处理 并提供错误的"减少，，，但是剩余带宽的保持是低效的并且显示出无法 实现的收入可能性。此外，不能假设剩余带宽永远存在。如果有足够 的额外带宽可用，则在不改变现有分配的情况下可以添加新服务，并 且不需要重新分配。然而，随着信道数量的增加，新特性的增加，用于添加新服务的 可用带宽是有限的。假设存在许多信道服务机会并且电缆运营商期望 将这些服务添加到他们的电缆网络中，则需要更灵活的带宽分配方案 来管理新的以及现有的服务。在图1和图2中示出当前实施的基本方案。在图1中示出一个分 配，其可由电缆运营商执行以进行对于不同服务的资源分配。在图1 中，光纤120表示被分配以永久地容纳服务的有限带宽。所公开的服 务是示例性的，其可以或多或少。图1表示用于高速数据102的固定 带宽，其可包括一定数量的主动连接，例如，TCP/IP连接100。类似 地，存在对广播视频110分配的固定带宽，其包括一定数量的频道108。 类似地，存在在主机和网络之间传送信令信息108的信令频道106。 最后，存在为电影点播114分配的有限带宽，其可处理最大特定量的 电影112。当前，带宽的分配是静态的，相关的体系结构在图2中示出。在 图2中，每个带宽被分配并且必须传送所需的通信量。例如，在图2 中，对高速DOCSIS网络通信量208分配图1的带宽102，该带宽将 传送图1的所有高速数据通信量100。基于当前/计划的用户来确定所 分配带宽的尺寸。类似地，图2的流控制200表示主机与电缆网络之 间的信令通信量，该流控制200与传送总信令通信量104的图1示出 的信令通信量104相对应。类似地，存在分配给广4番通信量206、交
换式数字视频204和视频点播通信量202的静态带宽量。(注意所 有这些具有相应的图1示出的带宽)。图2示出对用于复用通信量的 设备分配独立于其他通信量的带宽。此外，图2中的每个QAM可管 理其带宽，以便例如容纳广告信息的插入。此外，QAM内的通信量 的分配与其他通信量的分配不是实时协调的。如所期望的，服务混合以及由此的分配的带宽可随着一天的过程 或一周的每天而改变。例如，电缆运营商可发现MOD的需求在周末 晚上或基于所提供电影的流行度而显著地增加。类似地，数据通信量 (例如，因特网)可在一周期间增加，但在周末期间减少。除了基于时间的度量，该服务区域的人口统计可能影响与其他服 务区域相关的服务混合。特定区域可能出现数据通信量的大百分比， 以及对广播视频的低需求。其他区域可能出现对电影点播的巨大需求。 包括具有学龄儿童的大量家庭的区域可能在放学后的星期期间为了作 业而使用因特网，而具有较少这种家庭的其它区域可能没有相同的需 求。因此，电缆网络运营商可能期望基于特定人口统计区域改变带宽 资源的分配。例如，服务区域的一部分可能具有一种类型的通信量分 配，而服务区域可能具有不同的通信量分配方案。对于各种服务类型 的带宽分配需要周期性的调整。尽管可以由电缆运营商基于改变用户人口统计或增长因素来手动 地分配通信量，但是重新调整容易产生误差。如果太多的通信量被分 配给不必要的高速数据，则当在特定时间选择视频点播服务时，可能 对用户产生不利的影响。为了最佳效率，应实时地进行重新分配，但 这不可能手动进行。在图3中示出带宽的动态分配的原理。在图3中，分配给多种服 务的相关带宽与图l相比不同。此外，分配给这些服务的相关带宽可 随时间而改变。因此，图3例示了在时间-T+A时相同电缆网络的带 宽分配。带宽分配的差异的原因在于在一些服务区域中，可能存在 对电影点^"(MOV)的需求比期望的需求大，因此对MOD分配的带 宽314较大以容纳数量增加的同时电影312。类似地，可能存在对较
少的广播视频频道308的需求。需求的数量可基于一天中的时间或基 于电缆网络所服务于的特定市场而改变。信令带宽306被同样例示出， 而基于数量增加的基于因特网的连接300,为数据分配的带宽302更 大。智能地并动态地控制通过电缆网络从头端器发送的各种信息流 (不管视频还是其他)的能力影响在网络中的设备的操作。所述设备 必须能够接收或提供关于所需要或消费的带宽资源的信息。为了提供 灵活性和更大的效率，现在电缆网络必须能够使用动态分配的带宽方 案来提供信息流。这是通过在图4中示出的智能复用器(又称"下一代QAM"或 "NexGen QAM")来实现的。NexGen QAM能够接收关于所需带宽的 信息，并在适当时动态地调整对于服务的带宽分配。此外，通过在网 络边缘处的智能QAM复用器，可以对于分布网络更好地容纳对于与 网络相连的主机的需求而言的通信量的分配。此外，通过在更为接近 网络边缘处复用各种类型的通信量，处理每种通信量类型的各种不同 网络部件被与总通信量隔开很大程度。本质上，在网络的边缘复用不 同的流在一定程度上免除了在复用之前的通信量类型的通信量分配。 这也提供了在不同通信量类型之间的带宽分配的单个协调点。在图4中，NexGen QAM400接收两种类型的通信量。首先，其 接收待复用到主机的通信量。其次，其接收关于待发送到主机的通信 量的信令信息。通过接收关于每种通信量类型的信令信息，NexGen QAM 400能够知道如何基于当前的请求和当前的通信量分配来分配 通信量。因此，NexGen QAM 400接收关于DOCSIS HSD的建立请求 以及数据本身。从而，NexGen QAM 400被示出为包括机顶盒网关 (DSG)接口 402，所述DSG接口.402在用户与互联网(未示出)之 间传送高速数据。高速数据通常是双向的，其带宽需求直接与能够访 问HSD服务的用户数量相关。NexGen QAM也复用轮流传送(crausel)到主机的信令数据。 数据轮流传送(carousel) 404处理软件更新的发布并且当需要时将命
令下载到主机。通常，对于该通信量类型所需要的量不是那么大。在 一些实施例中，该分配可以是静态的，然而，如果大量的下载是必须的，则可存在动机来调整已分配的带宽。当然，当需要时，由NexGen QAM 400进行的带宽的动态分配需要向主机请求信令协议以便通知 它们重新分配。NexGen QAM也包含代表视频流的交换式数字广播频道406的 复用。分配的带宽正比于所传送视频流的数量。类似地，视频流被视 频流部件408接收并^皮传送到NexGen QAM。所述视频流和交换式数 字频道可具有动态插入的广告，以使得QAM具有用于接收插入通信 量的部件410。 NexGen QAM 400不仅接收广告通信量416，而且接收 如何以及何时插入通信量的信令信息。如所示的，要求NexGen QAM知道哪个通信量类型纟皮要求传送 以及这些通信量类型的特性。从而，NexGenQAM接收关于通信量的 输入。例如，从客户应用接口 422接收关于所请求用户服务的输入420。 这将关于预期的用户带宽需求(例如，包括确保将带宽分配给由用户 正在请求观看的电影)的信息提供给NexGen QAM。此外，NexGen QAM接收其他信息，诸如关于其他视频流422、交换式视频控制消息 428、传送带数据430等的信息。NexGen QAM针对被管理的带宽资源监控影响信息流的相关分 配的数据输入。因此，NexGen QAM接收这样的输入，所述输入包括 被用户请求的当前服务的状态、所提供的当前服务以及访问由管理对 于资源的服务分配的电缆运营商定义的各种规则。例如，即使在特定 时间大量的用户请求电影，也可存在基于各种规则而允许的最大数量， 以便提供所保证的最低服务水平。具体来说，运营商可能期望为高速 数据使用保留特定的带宽水平，从而即使带宽或资源对额外的电影可 用，电影的数量仍将受限。各种通信量类型的输入被提供给作为NexGen QAM的子部件的 传输流处理器(也称为传输流服务器或TSM) 430。 TSM是用于确定 哪个流被呈现给用户的"网守"。TSM选择性地将每个输入分配给所分 配的带宽，并准备输入流以进行传输。TSM也可在传输之前对数据进 行重新编码和/或解密。尽管图4公开了包括在NexGen QAM中的各种资源，但是其他 实施例也可以选择性地分离这些部件中的一些。因此，在特定实施例 中，仅NexGen QAM 400可包括TSM。然而，其他部件仍与TSM紧 密地结合。将这些部件中的一些与诸如交换式结构、视频流、数据轮 流传送等的TSM结合存在优点。这允许在TSM与资源之间的通信量 类型的更快更密切的协调。TSM还逻辑地用作将广告流插入传输的点。通过将广告信息的插 入布置地尽可能接近传输流，可针对本地市场定制广告。可使用各种 技术插入广告插入并且广告插入可净皮插入各种输入流中。类似地，TSM可接收与视频点播(或电影点播)相应的数据，并 且还可提供数据的本地緩冲。通过允许TSM从资源中"拉出，，数据并 对其緩沖，不再要求视频资源提供紧密同步的数据流。相反，当通信 量被复用到电缆网络时，TSM提供这种功能性。这种方法将对于装置 的高同步收集的需求减小到一定程度并集中TSM中的同步功能性。最后，TSM是准备并插入交换式数字广播、本地频道等的逻辑点。 当需要时，TSM还可接收流并且对视频数据进行緩沖和转换(译码)。TSM的并入允许其他网络元件提供作为非流数据的数据，并将准 备最终总信息流的功能定位在网络的边缘处。通过这样做，为如何将 资源在一个区域中组合以形成最终的总信息流提供了更大的灵活性。 这也将更大的控制和灵活性提供给电缆运营商。TSM通常利用最大可用带宽的指示以及当前为不同类型服务分 配的可用带宽的指示来维护数据库或其他存储器存储。当接收到服务 请求或关于通信量类型的其他信息时，TSM确定当前分配的可用容 量，并确定额外的带宽是否要被分配给服务类型，并确定其是否可用。 对最大可用带宽进行适当的修改，并且对针对服务类型的任何其它带 宽分配进行适当的修改。此外，为了确定请求的相关联带宽，TSM可 考虑指示通信量类型限制的各种规则并访问历史趋势，这些历史趋势
包括基于一天中的时刻、 一周中的天的历史趋势，以确定要如何分配 带宽。因此，可定义最小或最大带宽阈值，以使得不超过该限制。例如，NexGen QAM400可以控制分配的带宽，以便关于视频点播电影 的需求，必须为高速数据用户保留分配的最小带宽。在此情况下， NexGen QAM可产生不能容纳该请求的信令指示(对于合适的通信量 资源)。
权利要求
1、一种在电缆分布网络中的复用设备，包括对于基于高速DOCSIS的部件的第一通信量接口，能够接收要在电缆分布网络上传输的、包括高速数据通信量的第一通信量数据；第一通信量信令接口，能够接收与高速数据通信量相关联的第一带宽指示；对于交换式数字广播部件的第二通信量接口，能够接收要在电缆分布网络上传输的、包括高速数据通信量的第二通信量数据；第二通信量信令接口，能够接收与交换式数字广播通信量相关联的第二带宽指示；对于视频点播部件的第三通信量接口，能够接收要在电缆分布网络上传输的、包括视频点播通信量的第三通信量数据；第三通信量信令接口，能够接收与视频点播通信量相关联的第三带宽指示；和通信量复用器，用于接收高速数据通信量、交换式数字广播通信量以及视频点播通信量，并产生复用的通信量流，该通信量复用器还用于响应于接收由第一通信量带宽指示、第二通信量带宽指示和第三通信量指示构成的组中的一个指示，来为高速数据通信量、交换式数字广播通信量和视频点播通信量中的一个，重新分配可用带宽，其中，带宽的重新分配考虑了在电缆分布网络的分布设备在上对于该复用的流可用的总带宽水平。
2、 如权利要求l所述的设备，还包括规则数据库，通信量复用 器使用该规则数据库来确定与由第一通信量数据、第二通信量数据和 第三通信量数据构成的组中的至少一个数据相关的带宽的重新分配。
3、 如权利要求l所述的设备，还包括对于客户应用接口的第四 接口，该第四接口能够接收在电缆分布网络上的用户请求的指示。
4、 如权利要求3所述的设备，其中，通信量复用器还响应于接收 到该请求的指示而对于由第一通信量数据、第二通信量数据和第三通 信量数据构成的组中的至少一个数据重新分配带宽。
5、 如权利要求l所述的设备，还包括緩冲器，所述緩冲器存储第 一通信量数据、第二通信量数据或第三通信量数据中的至少一个，以 便于使所述复用的通信量流同步。
6、 如权利要求l所述的设备，其中，所述多个输入还包括接收广 告通信量和相关的广告控制信息，通信量复用器根据广告控制信息将 广告通信量与交换式数字广播数据复用。
7、 如权利要求l所述的设备，其中，通信量复用器对交换式数字 广播通信量进行译码。
8、 如权利要求l所述的设备，其中，在重新分配带宽之后，通信 量复用器通知电缆分布网络上的主机如何访问所述通信量类型之一。
9、 一种在电缆分布系统中的通信量复用器上复用通信量的方法， 包括在通信量复用器上接收与第一带宽水平相关联的交换式广播通信量；在通信量复用器上接收与第二带宽水平相关联的高速数据通信量；在通信量复用器上接收与第三带宽水平相关联的视频点播通信在通信量复用器上复用交换式数字广播通信量、高速数据通信量 以及视频点播通信量，以形成要在电缆分布网络上传输的复用通信量；接收与由交换式广播通信量、高速数据通信量和视频点播通信量 构成的組中的一个通信量相关联的所请求带宽增加的指示；重新分配分别与带宽增加相关联的关于第一带宽水平、第二带宽 水平和第三带宽水平的至少一个带宽水平；和根据重新分配的带宽水平，复用交换式数字广播通信量、高速数 据通信量和视频点播通信量。
10、 如权利要求9所述的方法，其中，为高速数据分配的通信量 大于最小阈值水平。
11、 如权利要求9所述的方法，其中，所请求带宽增加的指示是 基于分析来自连接到电缆网络的主机的信令请求。
12、 如权利要求9所述的方法，还包括以下步骤访问规则数据 库以确定对于由第一带宽水平、第二带宽水平和第三带宽水平构成的 组中的一个带宽水平而提出的带宽增加是否超出限定的水平。
13、 如权利要求9所述的方法，还包括以下步骤将信令信息发 送到网络上至少一个主机，以提供对于一种通信量类型的重新分配带 宽的指示。
14、 如权利要求9所述的方法，还包括以下步骤更新保持在通 信量复用器中的存储器内的带宽分配表。
15、 一种计算机可读介质，包括用于在控制复用器的处理器中执 行以进行以下步骤的软件在存储器中存储对于在通信量复用器中接收的交换式广播通信量的第一带宽分配；在存储器中存储对于在通信量复用器中接收的高速数据通信量的 第二带宽分配；在存储器中存储对于在通信量复用器中接收的视频点播通信量的第三带宽分配；接收与由交换式广播通信量、高速数据通信量和视频点播通信量构成的组中的一个通信量相关联的所请求带宽增加的指示；重新分配分别与带宽增加相关联的关于第一带宽水平、第二带宽 水平和第三带宽水平的至少一个带宽水平；和按照根据重新分配的带宽水平的通信量，复用交换式数字广播通 信量、高速数据通信量和视频点播通信量。
16、 如权利要求15所述的计算机可执行软件，还包括以下步骤 基于重新分配的带宽，更新存储器中的带宽分配表。
17、 如权利要求15所述的计算机可执行软件，还包括以下步骤 访问规则数据库，以确定对于一个通信量类型的重新分配带宽的限制。
18、 如权利要求15所述的计算机可执行软件，还包括以下步骤产生要传输到网络上的至少一个主机的信令信息，以便提供对于一种 通信量类型的重新分配带宽的指示。
全文摘要
公开了一种用于复用电缆网络上的各种类型的通信量的智能复用器。所述复用器接收关于当前提供的通信量或预期将要提供的通信量的信息，包括相关的带宽和当需要时为各种通信量动态地分配带宽。可考虑规则数据库以确定如何重新分配通信量数据。以这种方式，为提供各种服务需求和更有效地使用网络资源而提供灵活性。
文档编号H04J3/00GK101167279SQ200680006872
公开日2008年4月23日 申请日期2006年4月14日 优先权日2005年4月18日
发明者蒂莫西·阿丁汤 申请人:腾博电视公司