有线电视网络用户接入状态检测与管理系统 本发明涉及有线电视网络管理技术领域，具体地说是一种有线电视网络用户接入状态检测与管理系统。
有线电视迅猛发展，网络管理却严重滞后，特别是有线电视计费问题，长期困扰有线电视管理者，于是各种可寻址用户网络管理技术手段应运而生，但目前市面上的可寻址装置普遍存在以下缺点：
1、计费不合理，不管用户是否接入网络，一直提供信号；对电 视用户来说，看多看少、看与不看都一样收费，给网络用户管 理带来极大困难，运营商和用户间的矛盾较大。
2、缺乏主动监测手段，不能有效防止在集线器之后偷窃信号。
3、用户单方面受控，没法参与，不利于提高用户的线路保护意 识。
4、在无用户收视的情况下，现有可寻址装置仍处于满负荷工作 状态，浪费能源，增加了网络运营成本。
5、现行可寻址装置采用混合型一体化设计，不利于灵活组网和 在线维护，造成网络结构不合理，增加了网络建设成本。
本发明的目的是设计一种可靠的有线电视网络用户接入状态检测、信息传递和用户接入管理方法，通过管理装置主动检测用户端口的使用情况，实现对接入用户通道和自身功耗的智能化管理。该方法根据用户接入网络的实际时间合理计费，并利用电视信号防盗告警功能，有效防止信号偷窃的有线电视网络用户接入状态检测与管理系统。
本发明有线电视网络用户接入状态检测与管理系统，包括前端主控设备CENT、网络用户接入管理器Cable Hub和用户室内终端连接盒Cable LB，并在Cable Hub和Cable LB的连接电缆上通过低频回路加载一个低频电压信号，从而建立起Cable Hub和Cable LB之间进行管理信息交互的通道。
低频回路包括电容C2、C，电感L3、L，电阻R5，监测传感电路，并通过电缆连接而成。
网络用户接入管理器Cable Hub包括硬件和软件。硬件包括RF双向放大器和分支分配器A1，数据调制解调器A2，系统电源A3，CPU及外围接口电路A4，用户端口状态取样检测输出信号电路A5，N个A5以矩阵方式组成一起构成[A5]，开关K。
用户端口状态取样检测和输出信号控制电路A5包括：高频扼流线圈L1、L2、L3、L4，耦合电容兼隔直电容C2、C，滤波和抗干扰电容C5、C3、C4、PlN二极管D1、D2、D3，发光二极管D4，状态检测电压+V，按图4连接。N个A5以矩阵方式组合在一起便组成[A5]。
网络用户接入管理器Cable Hub包括RF双向放大分支分配器A1，数据调制解调器A2，系统电源A3，CPU及外围接口电路A4，用户端口状态取样检测与输出信号控制电路A5，都制成集成电路模块插件，插装在Cable Hub的电路板插座上。这样不管那个电路坏了检修，更换都非常方便、容易。不会造成整个板子的浪费。
软件包括：在单向网络中，网络用户接入管理器Cable Hub通过数据解调器和CPU的串行接口接收前端微机下传的指令和数据，实现内部的数据更新、规则变化及软件升级；在双向网络中，Cable Hub还能通过CPU的串接口和数据调制器把自身的信息和用户端口的信息回传到前端计算机。Cable Hub内保存着总体的计费规则和全部用户端口的费用信息，比如用户要看电视时，Cable LB通过监测传感电路B向Cable Hub发出收视请求，Cable Hub中的A4通过[A5]获取用户的请求信号，根据预定地规则决定是否开通相应的用户端口，如查询确认该用户端口还有费用，便开通对应用户端口，允许用户收看电视节目，同时开始计时，不停地减去相应的费用；当费用不足时，该用户端口的信号开始闪烁告警，提示用户缴费；当费用完用时，强行关断用户信号，欠费时Cable Hub不理会用户的收视服务请求，始终关断其用户端口，用户家里的监测传感电路不起作用，直到用户缴费后，Cable Hub的数据更新为止。当A4得知所有用户端口都断开时，就让开关K断开，切断放大器A1的工作电源，A1停止工作，直到至少有一用户端口打开为止。
Cable Hub对用户接入状态的检测是这样来实现的：在Cable Hub和Cable LB的连接电缆上，加载了一个低频(包括直流)电压信号，+V为检测用低频电压，KZ为通用的射频开关电路，R5为限流检测电阻，L、L3为高频扼流线圈，它对高频电视信号呈现高阻，但低频的检测信号能顺利通过，C、C2为高频耦合电容，对低频的检测信号呈现高阻，但高频电视信号能顺利通过，C5为滤波电容，滤除检测信号中的杂波干扰。检测电压+V，经过R5、L3、D点(Cable Hub的某端口)、用户电视电缆、E点、L、用户监测传感电路B与地相连，形成一个封闭的直流或低频检测回路。用户终端不开机时，监测传感电路B不通，检测回路不通，R5中没有电流通过，R5没有电压降，T点电压不发生变化。用户终端开机时，B接通，检测电路形成回路，R5中有设定的电流通过，R5有电压降，T点电压发生变化，这样便可通过监测T点(或D点、E点)的电压变化，来判断用户终端的开机状态。
该检测方法同样可以用于网络中直接关联的其它地方。
Cable Hub对用户接入端口状态的控制是这样来实现的：当检测到用户终端开机，CPU就根据预定的规则，决定KZ是否闭合：比如用户还有消费权益，KZ闭合，则用户线路处于开通状态；否则KZ断开，用户线路就处于断开状态；当检测到用户终端没有开机时，也断开KZ。这样便实现了对用户接入端口状态的控制。
这样通过用户接入端口状态的检测与控制，实现对用户端口的智能化管理。
用户室内终端连接盒Cable LB具有用户终端开机状态监测与传感功能。在通用有线电视用户终端网络上串联一个耦合电容C，耦合电容C和电缆相连，同时电缆和电感L相连，电感L和由电阻R、开关K串联组成的手动传感电路串联。当用户开机时，开关K闭合，导致加载在电缆上的低频电压发生变化。
由于用户终端设备处于工作状态时，必然会在AC220供电线路上产生电流，将此电流信息检测出来，就可达到了自动监测的目的。
在上述连接盒Cable LB的电路基础上，加连由电源插座、传感变压器、整流滤波电路、电阻R1、R2、R3、三极管Q和隔离二极管D等组成的自动传感电路(见图8)，形成一种多功能的用户盒，要使该电路正常工作，用户终端设备必须插在本电源插座上。
用户终端设备关机时，T的初级线圈没有负载电流(待机状态时电流很小，可忽略不计)，次级没有电压，整流滤波电路没有输出，Q处于截止状态，检测回路不通，E点处于高电位，Cable Hub检测到这种状态，不给该端口提供RF信号，也不计时；当用户终端设备开机后，T的初级线圈中有负载电流通过，在次级形成交变电压，经整流滤波电路形成直流电压，该直流电压通过电阻R1和二极管D加至Q的集电极，通过电阻R2加至Q的基极，Q进入饱合导通状态，其集电极维持0．3V的低电压，于是E点电平变低，Cable Hub检测到这种状态，根据预定规则打开合法用户相应的用户端口，并开始计时。
开关K起辅助传感作用，平时处于断开状态，必要时，合法用户合上后可接通RF信号。
在前述终端连接盒Cable LB的电路基础上，还可加连由电源插座、传导电阻R1、热敏电阻Rt组成的自动传感电路。如图9所示。
自动传感电路由电源插座、传导电阻R1、热敏电阻Rt组成。R1和Rt在电气上完全隔离，在空间上紧靠在一起，能够进行可靠的热传导。Rt具有负温度系数，冷态时电阻呈无穷大，热态时电阻很小。用户终端设备关机时，R1中没有负载电流(待机状态时电流很小，可忽略不计)，不发热，Rt处于冷态，电阻无穷大，呈现开路特性，检测回路不通，E点处于高电位，Cable Hub检测到这种状态，不给该端口送电视信号，不计时；用户终端设备开机后，R1中有负载电流通过，温度升高，Rt处于热态，电阻很小，呈现短路状态，接通检测回路，E点电平变低，Cable Hub检测到这种状态，根据预定规则打开合法用户相应的端口，并开始计时。
此外，还可通过检测用户终端设备与Cable LB接口处的静电电压、中频辐射、行频辐射或智能化用户终端设备的状态指示信号，来监测用户终端设备的开机状态。
在图7、图8和图9所述的有线电视网络用户室内终端连接盒Cable LB的基础上，可在手动开关K的两端并联一个由电阻Rd和发光二极管LED串联组成的线路状态显示电路，实现防盗告警。分别见图10、图11、图12。
以图10为例，当用户终端设备开机时，Cable Hub的检测电压+V从E点经电感L、电阻R和传感电路B或开关K接地，形成检测回路，于是E点电位变低，Cable Hub检测到这种状态，根据预定规则打开合法用户端口的电视信号，并开始计时。这时LED灯熄灭，指示线路正处于使用状态。相反，用户终端设备未用时，开关K断开，E点电位变高，Cable Hub检测到这种状态，断开用户端口的电视信号，并停止计时。这时LED灯变亮，指示线路处于停用状态。如果用户终端设备没有使用，LED灯却变暗或熄灭，说明线路正被盗用，提醒用户采取保护措施。
此外，利用本系统Cable LB与Cable Hub的信息交互功能，还可在Cable LB上显示用户交费、欠费、应交、余额、消费时间等信息。
本发明有线电视网络用户接入状态检测与管理系统的优点是：采用计算机前端寻址集中管理与网络单元独立控制相结合的方法，既可通过前端机房的微机控制每个用户端口的信号通断，又可由用户自己决定端口电视信号的通断。与现有的可寻址集线器相比之下，计费地点由前端机房移到了用户现场，计费方式由盲目计费变成了实时计费，用户由完全被动受控变成了相对主动控制，集线器之后的线路由受控状态变成了监控状态，由于把线路状态作为实时计费的依据，用户利益与线路状态密切关联，增强了用户爱网护网的自觉意识。由于放大器是Cable Hub中耗电最大的器件，通过适时切断放大器电源达到整个Cable Hub节能的目的。
使用本系统可以对用户进行实时计费，用户看多少时间交多少费用，达到明白消费，自觉交费的目的，符合习惯的消费心理，这种方式比有线电视现行粗放型的计费方法更加科学合理。
使用本系统可轻易做到以秒计费，比现行电信的计费更精确。
收视费的单价等宏观政策由网络经营者自己掌握，看不看电视，看多少时间由用户决定，这是一种双方都容易接受的管理方式。
对相应端口的电视信号通道，用户看则打开，不看则不打开，随时提醒用户“有线电视也是一种资源”，浪费资源就是浪费自己的金钱，有利于强化用户的节约意识。
专用用户盒具有防盗告警功能，从技术上解决了有线电视末端信号的防盗难题。
由于采用实时计费，用户看多少时间交多少钱，用户的切身利益与线路的使用状况密切关联，用户信号被偷，受损失的不再仅仅是网络经营者，最直接的主要的受害者就是用户自己，在这样的情况下用户就会与网络经营者配合，主动地爱网护网，防盗抓贼。这就从主观上解决了有线电视信号的防盗问题。
用户主观上有防盗的意识，客观上又有防盗告警器的技术支持，这就从根本上解决了有线电视的用户管理问题。
集线器通过对放大器电源的智能化管理达到节能目的，由于放大器是集线器中耗电最大的器件，所以节能效果显著。可以这样粗略估算一下，传统集线器每天24小时不间断工作，CATV HUB每天0点至8点关断放大器电源，一天中1／3的时间处于低功耗状态，这样大约节省1／4到1／3的电能。
集线器节电功能不仅节约了电费，而且通过降低整体功耗，降低了整机的温度，延长了器件的寿命，提高了器件的可靠性，从而提高了有线网络运行的可靠性。
对控制信号的处理过程自始至终不涉及电视信号本身，在机理上不会造成电视信号的损伤，可兼容于现有的任何广播电视信号传输系统。
结构简单，制造容易，成本特低，特别适于有线电视广播宽带综合网的收费管理系统。
计费型用户接入管理器从根本上杜绝对了集线器之后偷窃信号的行为，在技术和观念上完善了有线网络管理的功能，能明显提高有线电视用户的收费率，从而给网络经营者带来直接的经济效益。实施例
下面结合附图对实施例作详细说明。
图1为有线电视网络状态检测与管理系统方框图。
图2为Cable Hub和Cable LB的原理框图。
图3为Cable Hub中的状态检测与控制方法的电路原理框图。
图4为Cable Hub中的状态检测与控制电路A5的实施例电路原理图。
图5为Cable Hub中CPU的主程序流程图。
图6为Cable Hub中CPU的定时中断服务程序流程图。
图7-图12为终端连接盒Cable LB的电路原理图
如图1所示，有线电视网络用户接入状态检测与管理系统包括前端主控设备CENT、网络用户接入端口管理器Cable Hub、内置管理软件和用户室内终端连接盒Cable LB，三者之间通过有线电视HFC网络连接。主控设备CENTR通过FSK数据调制解调器与网络用户接入管理器Cable Hub进行信息传送或通信，Cable Hub可通过数据解调器和CPU接收前端主控设备CENT下传的指令和数据，实现内部的数据更新、规则变化及软件升级；在双向网络中，Cable Hub还能通过CPU的串行接口和数据调制器把自身的信息和用户端口的信息回传到前端主控设备CENTR。
用户接入端口管理器Cable Hub包括RF放大和分支分配器A1、数据调制解调器A2、系统电源A3、CPU及外围接口电路A4、开关K、管理软件、用户端口状态取样检测与输出信号控制电路A5，N个A5以矩阵方式组合在一起构成[A5]。Cable Hub采用模块化结构，主要部件都制成集成电路模块插件，插装在Cable Hub的主板插座上。
在Cable Hub和Cable LB的连接电缆上，加载了一个低频(包括直流)电压信号，如图3所示，+V为检测用低频电压，KZ为通用的射频开关电路，R5为限流检测电阻，L、L3为高频扼流线圈，它对高频电视信号呈现高阻，但低频的检测信号能顺利通过，C、C2为高频耦合电容，对低频的检测信号呈现高阻，但高频电视信号能顺利通过，C5为滤波电容，滤除检测信号中的杂波干扰。检测电压+V，经过R5、L3、D点(Cable Hub的某端口)、用户电视电缆、E点、L、用户监测传感电路B与地相连，形成一个封闭的直流或低频检测回路。用户终端不开机时，监测传感电路B不通，检测回路不通，R5中没有电流通过，R5上没有电压降，T点电压不发生变化。用户终端开机时，B接通，检测电路形成回路，R5中有设定的电流通过，R5上有电压降，T点电压发生变化，这样便可通过监测T点(或D点、E点)的电压变化，来判断用户终端的开机状态。
当检测到用户终端开机，CPU就根据预定的规则，决定KZ是否闭合，比如用户还有消费权益，KZ闭合，则用户线路处于开通状态，否则，KZ断开，则用户线路处于断开状态；当检测到用户终端没有开机，也断开KZ。这样便实现了对用户接入端口状态的控制。
A5包括高频扼流线圈L1、L2、L3、L4，耦合电容兼隔直电容C2，滤波和抗干扰电容C1、C5、C3、C4，PIN二极管D1、D2、D3，发光二极管D4，状态检测电压+V，端口控制电压Ctrl，辅助控制电压+V1，按图4连接。
检测电压+V，经过R5、L3，从D点(Cable Hub的某端口)通过电缆输出到用户家中，通过用户室内的监测传感电路接地，形成封闭的检测回路，同前所述，可以根据T点电位的变化来准确判断用户终端是否正在使用，从而实现用户接入端口状态的检测功能。控制电压Ctrl从C点输入，当C点输入低电平时，由于辅助控制电压+V1的作用，二极管D1、D2都截止，D3导通，RF信号无法通过，此时发光二极管D4的阳极无电压，不亮，指示RF信号通道处于关断状态；当C点输入高电平时，由于控制电压CTRL比辅助电压+V1高一倍，二极管D1、D2导通，RF信号从A点，经D1、D2、C2，从D点输出到用户家里，此时D4的阳极得到正电压，正常发光，表明RF信号通道处于打开状态。
Cable Hub内保存着总体的计费规则和全部用户端口的费用信息，用户终端开机时，Cable Hub通过[A5]获取用户的请求信号，根据预定的规则决定是否打开相应的用户端口通道。比如查询确认该用户有足够费用，便开通对应用户通道，允许用户享受信息服务，同时开始计时，不停地减去相应的费用；当费用不足时，该用户的信号开始闪烁告警，提示用户缴费；当费用减到预定值时，强行断开用户通道；欠费时Cable Hub不理会用户的服务请求，始终断开其端口通道，用户室内的监测传感电路不起作用，直到用户缴费后，Cable Hub的数据更新为止。当Cable Hub通过[A5]检测到全部用户端口都已断开时，就控制开关K断开，切断放大器A1的工作电源，A1停止工作，FSK解调器继续工作，直到至少有一个用户端口打开为止，从而达到节能目的。
用户室内终端连接盒Cable LB具有用户终端设备开机状态监测与传感功能。在通用有线电视用户终端网络上串联一个耦合电容C，耦合电容C和电缆相连，同时电缆和电感L相连，电感L和由电阻R、开关K串联组成的手动传感电路串联。当用户开机时，开关K闭合，导致加载在电缆上的低频电压发生变化。
由于用户终端设备处于工作状态时，必然会在AC220供电线路上产生电流，将此电流信息检测出来，就可实现开机状态的自动监测。在上述连接盒Cable LB的电路基础上，可在开关K的两端并联由电源插座、传感变压器、整流滤波电路、电阻R1、R2、R3、三极管Q和隔离二极管D等组成的自动传感电路；或者并联由电源插座、传导电阻R1、热敏电阻Rt组成的自动传感电路，当用户开机时，负载电流使R1升温，Rt电阻下降，导致加载在电缆上的低频电压发生变化。当用户终端设备不经本电源供电或功耗较小时，可由人工接通开关K。
在上述的有线电视网络用户室内终端连接盒Cable LB的基础上，可在开关K的两端并联一个由电阻Rd和发光二极管LED串联组成的线路状态显示电路，有效实现防盗告警功能。