一种电缆调制解调器和数据传输系统的制作方法

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种电缆调制解调器和数据传输系统。

背景技术：

第五代移动通信技术(5g，5thgeneration)时代已经到来，移动通信从1g到4g,主要是解决人与人之间的通信,而5g则侧重于解决人与物,物与物之间的通信。5g应用将涵盖三大类场景,即:增强移动宽带(embb)、超可靠低延迟通信(urllc)和大型机器类型通信(mmtc)。

第三代合作伙伴计划(3gpp，3rdgenerationpartnershipproject)为5g定义了空中接口称为新无线电(nr，newradio)，规范分为两个频段:fr1(frequencyrange)频率范围是600mhz至6ghz和fr2是毫米波段24–86ghz。fr1频段最大可用带宽是100mhz,fr2频段最大可用带宽是400mhz,相比4glte的载波聚合的100mhz带宽而言,5gfr2的带宽有很大的提升。

由于毫米波波长较短，常用于视距传输方式，其穿透能力极差，具有高衰落特性。以5g来看,宏基站所能覆盖的信号范围就变得十分有限。从5g的建设需求来看，会采取“宏基站+微基站”组网覆盖的模式。微基站体积小，部署灵活，可以灵活的部署在人群建筑密集的地方。

微基站的大规模部署,其应对的承载网络建设将是运营商所面临的问题之一。微基站的信号回传(backhaul)是介于核心网络或骨干网络与网络边缘之间的中间链路。backhaul回传网络必须具备大宽带,快速部署,快速开通业务,便捷运维和低成本等能力。当前广电领域的双向hfc网络相对完善且网络覆盖面广，可以大幅减少运营商的基建投资压力。由于采取的是“光纤+同轴电缆”架构，且双向光节点不断“下沉”部署，双向hfc网络“天然”具备高可靠、低时延的特性以满足5g的相关需求。

图1为采用hfc网络作为5g微基站的回程通道示意图，图中包括三个子系统，ue&smallcellsub-system、docsissystem、5gcorenetwork。其中ue(userequipment)，即用户的移动终端；smallcell，即微基站；cm(cablemodem)，电缆调制解调器。cmc(coaxmediaconverter)同轴电缆媒体转换器；clouldran以及clouldepc构成5g后端网络。

5g和hfc网络的上行数据传输都需要经过请求-授予的过程。在不同应用场景下，5g网络的上行请求授予时延要求也各不一样。例如，在embb场景下，5gnr用户面时延(单向)为4ms；到了urllc场景下，5gnr用户面时延(单向)仅为0.5ms；而控制面时延则要长些为10ms。docsis3.0的端到端典型延迟时间为10-15ms左右。由于5g的移动网络和docsis网络是两个独立的系统，它们的操作是串行的，延迟是两个系统延迟的总和，叠加端端时延将有可能超过25ms。这样的叠加高延迟将会对5g网络的实时性产生影响，将直接影响5g在智能工业、无人驾驶汽车、vr以及物联网等方面的应用；例如无人驾驶汽车遇到障碍物不能及时规避、遇到堵车不能及时降低速度、遇到红绿灯不能及时启停等，在vr领域存在声音图像不同步，虚拟实景游戏卡顿等。

技术实现要素：

为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种电缆调制解调器和数据传输系统。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种电缆调制解调器cm，所述cm设置有上行逻辑通道和分类器；所述上行逻辑通道为发送数据前无需经过传输授权的上行通道；

所述cm，用于接收移动终端ue发送的上行数据；确定所述上行数据满足预设条件时，无需向同轴电缆媒体转换器cmc发送授权请求也无需等待cmc回复，通过所述上行逻辑通道直接将所述上行数据传送至cmc，经由cmc将所述上行数据传输至5g后端网络。

进一步地，所述上行数据满足预设条件，包括：所述上行数据携带有网络标签；所述网络标签与所述分类器存在对应关系；

所述上行逻辑通道对应的时隙被使用前，无需由cm对cmc发起授权请求；所述上行逻辑通道，用于传输携带有其对应的网络标签的上行数据；

所述分类器，用于确定所述上行数据携带有网络标签时，根据上行数据携带的标签，将上行数据导入到对应的上行逻辑通道。

进一步地，所述cm还包括：vlan交换机；

所述vlan交换机，用于根据接收上行数据的以太网lan口，对所述上行数据添加所述网络标签。

进一步地，所述cm还包括：处理器；

所述处理器，用于根据接收的上行数据量动态确定所述上行逻辑通道的实际所需时隙。

进一步地，所述处理器，具体用于根据接收的上行数据确定时隙利用率；

确定所述时隙利用率大于预设的时隙利用率阈值时，向cmc发送用以获得第二时隙的申请请求；所述第二时隙对应的时隙利用率为所述时隙利用率阈值；

在确定所述时隙利用率小于时隙利用率阈值时，释放部分时隙；释放部分时隙后的第三时隙对应的时隙利用率为所述时隙利用率阈值。

进一步地，所述cm，具体用于确定当前的时隙大小、时隙数量，以及所述上行数据；根据所述当前的时隙大小、时隙数量、所述上行数据确定时隙利用率。

进一步地，所述cm，具体用于从tftp服务器获取配置文件，根据所述配置文件创建所述上行逻辑通道及分类器并申请上行逻辑通道的时隙；

所述cm，还用于在开机运行时，读取保存的时隙参数值；根据所述配置文件和所述时隙参数值申请上行逻辑通道及其时隙。

进一步地，所述上行数据满足预设条件，包括：所述上行数据的接收lan口对应有分类器；所述分类器为根据电缆调制解调器接口掩码cmim进行数据识别的cmim分类器；

所述cmim分类器，用于确定接收所述上行数据的lan口并确定所述lan口对应有分类器时，确定所述cmim分类器对应的上行逻辑通道，并将所述上行数据导入确定的所述上行逻辑通道。

进一步地，所述cm，还用于确定所述上行数据的大小，当确定所述上行数据的大小超过当前时隙可传输数据大小一定阈值时，按当前时隙传输所述上行数据并缓存剩余上行数据后，根据所述上行数据的大小向所述cmc发送用以获得第三时隙的申请请求；确定获得所述第三时隙后，按所述第三时隙传输剩余的上行数据。

本发明实施例还提供了一种数据传输系统，其特征在于，所述系统包括：依次连接的5g后端网络、城域网交换机、cmc、以上任意一项所述的cm、微基站；

所述微基站，用于与ue进行数据传输，将ue发送的上行数据发送到cm；

所述cm，用于接收经由微基站传输的、移动终端ue发送的上行数据；确定所述上行数据携带有网络标签时，无需向cmc发送授权请求也无需等待cmc回复，通过所述上行逻辑通道直接将所述上行数据传送至cmc；

所述cmc，用于将所述上行数据传输至城域网交换机；

所述城域网交换机，用于将所述上行数据传输至5g后端网络。

本发明实施例所提供的cm和系统，cm设置有上行逻辑通道和分类器；所述上行逻辑通道为发送数据前无需经过传输授权的上行通道；所述cm，用于接收移动终端ue发送的上行数据；确定所述上行数据满足预设条件时，无需向同轴电缆媒体转换器cmc发送授权请求也无需等待cmc回复，通过所述上行逻辑通道直接将所述上行数据传送至cmc，经由cmc将所述上行数据传输至5g后端网络。本发明实施例的方案中，所述cm配置有发送数据前无需经过传输授权的上行逻辑通道，使得cm向所述cmc发送上行数据时无需申请时隙，直接根据当前时隙进行数据传输，从而更好的缩短时延，提高数据传输效率。

附图说明

图1为采用hfc网络作为5g微基站的回程通道示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电缆调制解调器的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种数据传输系统的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种时隙确定方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种时隙确定方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种缓存方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种数据传输系统的示意图。

具体实施方式

在本发明的各种实施例中，cm设置有上行逻辑通道和分类器；所述上行逻辑通道为发送数据前无需经过传输授权的上行通道；所述cm，用于接收移动终端ue发送的上行数据；确定所述上行数据满足预设条件时，无需向同轴电缆媒体转换器cmc发送授权请求也无需等待cmc回复，通过所述上行逻辑通道直接将所述上行数据传送至cmc，经由cmc将所述上行数据传输至5g后端网络。

下面结合实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图2为本发明实施例提供的一种电缆调制解调器的结构示意图；如图2所示，所述电缆调制解调器(cm)，所述cm设置有上行逻辑通道和分类器；所述上行逻辑通道为发送数据前无需经过传输授权的上行通道；

所述cm，用于接收移动终端ue发送的上行数据；确定所述上行数据满足预设条件时，无需向同轴电缆媒体转换器(cmc)发送授权请求也无需等待cmc回复，通过所述上行逻辑通道直接将所述上行数据传送至cmc，经由cmc将所述上行数据传输至5g后端网络。

具体地，所述上行数据满足预设条件，包括：所述上行数据携带有网络标签；所述网络标签与所述分类器存在对应关系；

所述上行逻辑通道对应的时隙(上行时间片)被使用前，无需由cm对cmc发起授权请求；所述上行逻辑通道，用于传输携带有其对应的网络标签的上行数据；

所述分类器，用于确定所述上行数据携带有网络标签时，根据上行数据携带的标签，将上行数据导入到对应的上行逻辑通道。

这里，上行逻辑通道的时隙预先由cm向cmc申请并有cmc分配，从而无需再次申请。具体来说，cm向所述cmc发送为上行逻辑通道分配时隙的请求，cmc为上行逻辑通道分配时隙，从而所述cm的上行逻辑通道可以根据分配的时隙直接发送上行数据；实现所述cm无需向cmc发送授权请求也无需等待cmc回复，即可通过所述上行逻辑通道直接将所述上行数据传送至cmc。

具体地，所述cm还包括：vlan交换机；

所述vlan交换机，用于根据接收上行数据的以太网(lan)口，对所述上行数据添加所述网络标签。

cm预先保存有一个以太网口表，其中存有接收的上行数据可通过上行逻辑通道传输的lan口，从而vlan交换机可以根据接收上行数据的lan口确定是否添加网络标签。

这里，举例来说，vlan交换机接收上行数据，确定接收的该上行数据的lan口为lan口1，则根据接收的lan口1为其添加网络标签(vlanid)，假设为vlan10；这里的分类器为基于vlan的分类器，所述分类器确定上行数据携带vlan10，确定对应的上行逻辑通道，假设为上行逻辑通道1，则将上行数据导入到上行逻辑通道1进行传输。

需要说明的是，一个上行逻辑通道可以对应多个分类器，一个分类器仅可对应一个上行逻辑通道，这些对应关系预先设定并保存在cm中，可被直接读取。

具体地，所述cm还包括：处理器；

所述处理器，用于根据接收的上行数据量动态确定所述上行逻辑通道的实际所需时隙。

具体地，所述处理器，具体用于根据接收的上行数据确定时隙利用率；

确定所述时隙利用率大于预设的时隙利用率阈值时，向cmc发送用以获得第二时隙的申请请求；所述第二时隙对应的时隙利用率为所述时隙利用率阈值；

在确定所述时隙利用率小于时隙利用率阈值时，释放部分时隙；释放部分时隙后的第三时隙对应的时隙利用率为所述时隙利用率阈值。

这里，所述时隙利用率阈值由开发人员预先设定并保存。

所述cmc接收到用以获得第二时隙的申请请求或者用以获得第三时隙的申请请求后，根据申请请求里申请的时隙重新进行时隙分配并在完成后告知cm。

具体地，所述cm，具体用于确定当前的时隙大小、时隙数量，以及所述上行数据；根据所述当前的时隙大小、时隙数量、所述上行数据确定时隙利用率。

具体地，所述cm，具体用于从tftp服务器获取配置文件，根据所述配置文件创建所述上行逻辑通道及分类器并申请上行逻辑通道的时隙；

所述cm，还用于在开机运行时，读取保存的时隙参数值；根据所述配置文件和所述时隙参数值申请上行逻辑通道及其时隙。

具体地，所述上行数据满足预设条件，包括：所述上行数据的接收lan口对应有分类器；所述分类器为根据电缆调制解调器接口掩码(cmim)进行数据识别的cmim分类器；

所述cmim分类器，用于确定接收所述上行数据的lan口并确定所述lan口对应有分类器时，确定所述cmim分类器对应的上行逻辑通道，并将所述上行数据导入确定的所述上行逻辑通道。

具体地，所述cm，还用于确定所述上行数据的大小，当确定所述上行数据的大小超过当前时隙可传输数据大小一定阈值时，按当前时隙传输所述上行数据并缓存剩余上行数据后，根据所述上行数据的大小向所述cmc发送用以获得第三时隙的申请请求；确定获得所述第三时隙后，按所述第三时隙传输剩余的上行数据。

需要说明的是，以上所述的微基站为5g应用所需的基站。所述cm还可以设置有普通的上行通道，即先向cmc发送授权请求，通过授权后在发送上行数据。

具体地，所述cm可以设置有1个或多个发送数据前无需经过传输授权的所述上行逻辑通道，若存在多个上行逻辑通道，需预先设置有各lan口、分类器、上行逻辑通道的对应关系，以根据接收上行数据的lan口将上行数据传输至所述上行逻辑通道中。

本发明实施例还提供了一种数据传输系统，所述系统包括：依次连接的5g后端网络、城域网交换机、cmc、以上图2所述的cm、微基站；

所述微基站，用于与ue进行数据传输，将ue发送的上行数据发送到cm；

所述cm，用于接收经由微基站传输的、移动终端ue发送的上行数据；确定所述上行数据携带有网络标签时，无需向cmc发送授权请求也无需等待cmc回复，通过所述上行逻辑通道直接将所述上行数据传送至cmc；

所述cmc，用于将所述上行数据传输至城域网交换机；

所述城域网交换机，用于将所述上行数据传输至5g后端网络。

图3为本发明实施例提供的一种结合虚拟局域网(vlan，virtuallocalareanetwork)的网络结构示意图；如图3所示，5g网络包括：5g后端网络、微基站(smallcell)、移动终端(ue，userequipment)；docsis网络包括：同轴电缆媒体转换器(cmc，coaxmediaconverter)、电缆调制解调器(cm，cablemodem)。所述5g网络与所述docsis网络通过带vlan配置功能的城域网交换机连接。其中，所述城域网交换机与所述同轴电缆媒体转换器采用光纤或千兆以太网连接，所述同轴电缆媒体转换器与所述电缆调制解调器采用同轴电缆连接。所述docsis网络为所述微基站提供数据传输通道。

所述cmc和cm之间通过cm的配置文件预先为同轴电缆网络配置至少一个上行方向的逻辑通道(包括图1所述的上行逻辑通道、还可以包括普通的上行通道)、以及分流器，例如：所述同轴电缆网络配置有普通的上行通道1、普通的上行通道2、……图1所述的上行逻辑通道10、分流器。各通道可独立使用，并可以通过cm的配置文件设定有不同的属性，如设定有不同的优先级等；由于5g网络有较为严苛的时延要求，因此可配置5g数据走高优先级的逻辑通道。所述分类器与所述上行逻辑通道10可以绑定，从而带有网络标签的上行数据通过上行逻辑通道10传输。

本实施例中，所述cm可以包括有vlan交换机，所述vlan交换机，用于根据接收上行数据的以太网lan口，对所述上行数据添加所述网络标签。

所述标签记做vlanid；所述id可以用数字来表示，取值范围为1-4094，例如：所述id可以为数字10，即所述vlanid为10。

具体来说，所述cm的配置文件可以由开发人员预先设定并保存在tftp服务器，由cm在启动时从局端的tftp服务器下载，所述cm根据所述配置文件配置cm的工作状态。

所述cm的配置文件至少包括以下内容：

至少一个上行逻辑通道；所述上行逻辑通道为被分配用于5g传输的上行逻辑通道，且此通道支持可未经授权传输；

至少一个vlan分类器(classifier)，也称为分流器；用以将带有网络标签的上行数据发往相应的上行逻辑通道；

为每一个lan口指定不同的vlanid；从而所述vlan交换机根据设定所述cm配置文件将进入各以太网口的上行数据插入定义所要求的vlanid。

举例来说，lan口1对应上述vlan10，则vlan交换机对由lan口1接收的上行数据均添加标签vlan10。这里，所述vlan交换机具有完全的802.1qvlan功能。为了让vlan交换机处理带有特定vlan标签的封包，cm可以根据从tftp服务器上获得的配置文件对vlan交换机进行编程设定，使得cm的vlan交换机具有处理特定vlan封包的能力、即添加网络标签(vlanid)。

所述cm在完成注册上线之前，根据cm的配置文件创建发送数据前无需经过传输授权的上行逻辑通道。根据docsis规范，cm的注册上线大致分为以下几个阶段，锁定下行、锁定上行、从局端dhcp服务器获取ip地址、从局端tftp服务器获取cm的配置文件、根据cm的配置文件设定cm的运行状态、完成注册上线。普通的上行逻辑通道进行传输要经历请求授予的过程，在传输数据之前首先要向头端cmc请求时隙，只有cmc在给相应cm分配时隙之后才能进行数据的传输，而图1所述的上行逻辑通道的不需要再经过向cmc发送请求并接收授予的过程，当有数据到达cm后即可立即传输。

数据传输的上行方向，cm的配置文件设定对vlan交换机的lan口建立vlan10标签。微基站连接在lan口，lan口上对上行数据进行上行传输，vlan交换机将对其插入vlan10标签。

cm通过配置文件可设置vlan相关的分类器，cm在封包调度时将根据封包特征匹配分类器继而匹配逻辑通道。经由cm的vlan交换机加上vlan10后的封包到达cm处理器后，cm根据vlan分类器标识将带有vlan10的封包送入vlan分类器对应的上行逻辑通道，假设为上行逻辑通道10，由于上行逻辑通道10可不经过请求授予的过程直接传输数据故而减小了上行时延。

cmc接受到cm的上行数据后，将带有vlan数据的封包传输给城域网交换机，城域网交换机根据vlanid将数据发送给了5g后端服务网络。所述城域网交换机还用于去除vlanid，将不带有vlanid的上行数据传输给5g网络。

本发明实施例中还提供有cm实现创建具有活动检测功能的可未经授权的逻辑通道的相关算法。根据docsis协议规范，上行数据传输的调度算法，上行要传输数据之前首先需要申请时隙(带宽)，在获得头端cmc分配的时隙之后才能进行数据的传输。这将增加数据传输的时延，对5g微基站部署造成不利影响。cm首次开机后，在从局端tftp服务器上获得配置文件后，根据配置文件创建无需经过传输授权的上行逻辑通道10，并申请初始时隙，初始时隙大小根据部署经验值设置，并能通过配置文件或其它管理cm的方式及时更新初始时隙参数，例如通过mib，tr069等。cm在运行过程中根据实际流量的利用率向cmc申请或者释放部分时隙。

图4为本发明实施例提供的一种时隙确定方法的流程示意图；如图4所示，cm首次运行开机，从hfc网络的局端tftp服务器上获得cm的配置文件，根据配置文件创建无需经过传输授权的上行逻辑通道10，并申请初始时隙，当ue有数据需要通过docsis网络传到5g后端网络时，ue发送的上行数据通过微基站到达cm后，cm的vlan交换机根据接收的lan口为其添加网络标签，假设为vlan10，cm的分类器根据预设的分类规则，确定网络标签对应的上行逻辑通道，假设vlan10对应上行逻辑通道10后，将含有vlan10标签的上行数据发送到上行逻辑通道10，由上行逻辑通道10直接将上行数据传输到cmc，继而传输到5g后端网络。

所述cm，根据ue发送过来的实际上行数据实时计算时隙利用率，并调整时隙。具体来说，为冗余考虑，cm内预先保存有开发人员设置的时隙利用率阈值，如80％，当cm的时隙利用率大于80％时，cm实时向cmc申请更多时隙，当cm的时隙利用率小于80％时，释放部分多余时隙，确保时隙利用率始终保持在80％附近。并实时将时隙参数大小保存在cm的非易失性存储器中，例如cm的flash中，用以作为后续cm重启后重新创建逻辑通道并申请时隙参数的重要依据。

其中，时隙利用率＝(达到cm的封包大小*封包数量)/(时隙大小*时隙数量)，所述达到cm的封包大小*封包数量即为实际的上行数据。

图5为本发明实施例提供的另一种时隙确定方法的流程示意图；如图5所示，cm开机运行读取上次关机前保存的时隙参数值，获取配置文件并根据读取到的时隙参数大小申请上行逻辑通道10，基站数据使用cmc和cm构成的docsis网络作为数据传输路径，cm将上行数据通过上行逻辑通道10传输到cmc，继而传输到后端网络。cm根据时隙利用率阈值主动调整时隙大小，并更新保存时隙参数到cm的flash中。

本实施例中，所述cm，还用于确定所述上行数据的大小，当确定所述上行数据的大小超过当前时隙可传输数据大小一定阈值时，按当前时隙传输所述上行数据并缓存剩余上行数据后，根据所述上行数据的大小向所述cmc发送用以获得第三时隙的申请请求；确定获得所述第三时隙后，按所述第三时隙传输剩余的上行数据。

具体来说，为解决5g传输数据量激增导致回程时延增大，本实施例提供了一种缓存方法，如下图6所示，cm开机运行后，在cm的内存中开辟缓存空间用来应付数据量突变情况。当上行数据在某一时刻激增导致可未经授权的上行逻辑通道时隙申请算法反馈滞后，对不超过可用时隙的数据继续传输，对超过部分做另外的处理。当缓存空间足够将保存超过可用时隙的数据，当缓存空间不足将丢弃，重新传输。当上行逻辑通道时隙增大到足够传输以上数据、即获得所述第三时隙时，将缓存数据取出送入上行逻辑通道10传输到cmc。

本实施例并不局限于用vlan技术来分类将5g数据导入到上行逻辑通道10传输，另可采用docsiscmim(cablemodeminterfacemask，电缆调制解调器接口掩码)技术来分类匹配将5g基站数据导入到上行逻辑通道10传输，以及其它分类技术。即所述cm需要在cm的配置文件中定义cmim分类器，所述cmim分类器确定接收所述上行数据的lan口，确定所述lan口对应上行逻辑通道时，根据确定的所述lan口确定所述上行数据对应的上行逻辑通道。具体如图7所示。在此网络拓扑中并不需要配置vlan交换机，也无需vlan交换机为上行数据添加vlanid。

此时，所述cm的配置文件进行设定，包含以下设定：

至少一个cmim使用的上行逻辑通道；此上行逻辑通道被分配用于5g传输的逻辑通道，且此上行逻辑通道支持可未经授权即可传输；

至少一个cmim分类器(classifier)，以使cm的处理器将对应lan口(假设为lan口1)上行封包发往上述相应的上行逻辑通道。

同样的，cm在完成注册上线之前，根据配置文件的设定创建具有活动检测功能的可未经授权的上行逻辑通道10，并创建cmim分类器将lan口1与上行逻辑通道(如上行逻辑通道10)绑定，使得5g基站传输到cmlan口1的数据被cm分配到上行逻辑通道10上传输，继而传输到5g后端服务网络。因为使用的是具有活动检测功能的可未经授权的上行逻辑通道，故而省略请求授予过程，达到减少上行时延的目的。

vlan分类器和cmim分类器的区别在于上行数据是否需要携带网络标签(vlanid)，均可实现本方案。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。