分布式电缆调制解调器终端系统.pdf

本申请涉及分布式电缆调制解调器终端系统。用于通过多个单独的电缆而服务于多个邻域的HFC CATV网络的分布式CMTS装置，其中在位于电缆设施处的多个QAM调制器与理想上位于多个光纤节点处的多个远程QAM调制器之间划分为这些单独的电缆提供数据的这些QAM调制器。可以使用一个第一光纤将一组基础CATV QAM数据波形传输到这些节点，并且可以使用一个替代光纤或替代光纤频率并且任选地使用例如以太网协议等其他协议将第二组IP/按需数据传输到这些节点。这些节点将提取每一邻域专有的数据，并且将此数据注入到多个未使用的QAM信道中，因此通过更精细的粒度实现改善的数据传输速率。

权利要求书1.  一种用于混合光纤电缆HFC网络的远程CMTS光纤节点CMRTS系统，包括：一个第一光/RF射频转换装置，该第一光/RF射频转换装置将第一组经过RF调制的光纤信号直接转换为第一组CATV RF信号；至少一个QAM调制器装置，该至少一个QAM调制器装置能够将经过数字编码的第二光纤信号的选定部分编码为第二组RF QAM波形；至少一个软件可控交换机，该至少一个软件可控交换机可以被远程引导选择至少一些所述第二光纤信号，并且引导所述至少一个QAM调制器装置将所述选定的第二光纤信号编码为一组选定频率下的所述第二组RF QAM波形；至少一个远程软件可控RF包处理器，该至少一个远程软件可控RF包处理器能够检测由至少一个电缆调制解调器产生的CATV RF上游信号所承载的上游数据，并且将所述上游数据数字地重新打包，并且作为一个第三上游数字光纤信号重新传输所述上游数据；其中所述至少一个软件可控交换机和/或所述软件可控RF包处理器能够被软件远程地配置成实施额外的非DOCSIS功能性、DOCSIS功能性的一个全集或者标准DOCSIS上游和下游功能的一个子集；其中所述至少一个软件可控交换机的机能以及所述至少一个远程软件可控RF包处理器的机能受到一个远程虚拟支架管理器系统控制，其中该虚拟支架管理器系统包括：一个装置配置数据库，该装置配置数据库具有至少多个CMRTS标识符字段、多个电缆调制解调器识别数据字段、与所述电缆调制解调器识别字段相关联的用户特权字段、多个可用的DOCSIS信道、多个可用的IP地址、用以配置所述至少一个软件可控交换机的多个指令以及用以配置所述远程软件可控RF包处理器的多个指令；至少一个处理器；以及硬件和软件，该硬件和软件能够将多个数据包发送到多个远程CMRTS单 元并且从其接收多个数据包。2.  如权利要求1所述的系统，其中所述虚拟支架管理器系统将多个数据包发送到所述远程软件可控RF包处理器以检测由至少一个新初始化的电缆调制解调器传输的上游电缆调制解调器识别数据，并且将所述调制解调器识别数据传输到所述远程虚拟支架管理器系统。3.  如权利要求2所述的系统，其中所述虚拟支架管理器系统在所述装置配置数据库中查找所述电缆调制解调器识别数据，并且确定与所述电缆调制解调器识别数据相关联的该用户的这些特权，并且依据该用户特权字段、可用的DOCSIS信道以及可用的IP地址的值，将多个数据包发送到与所述电缆调制解调器识别数据相关联的该CMRATS单元，从而配置所述软件可控交换机以及所述可用的IP地址，以便在一个第一可用的DOCSIS信道上将下游数据传输到所述电缆调制解调器，并且配置所述软件可控RF包处理器以在一个第二可用的DOCSIS上游信道以及IP地址上从所述电缆调制解调器接收上游数据，并且将所述上游数据作为一个第三上游数字光纤信号而重新传输。4.  如权利要求3所述的系统，其中所述虚拟支架管理器系统通过代理动态主机配置协议DHCP服务来管理用于所述电缆调制解调器的这些IP地址。5.  如权利要求3所述的系统，其中由该虚拟支架管理器系统发送到该CMRTS单元以配置所述软件可控交换机和所述软件可控RF包处理器的这些数据包是通过基于套接字的进程间通信IPC协议来传输的。6.  一种用于混合光纤电缆HFC网络的远程CMTS光纤节点CMRTS系统，包括：一个第一光/RF射频转换装置，该第一光/RF射频转换装置将第一组经过RF调制的光纤信号直接转换为第一组CATV RF信号；至少一个QAM调制器装置，该至少一个QAM调制器装置能够将经过数字编码的第二光纤信号的选定部分编码为第二组RF QAM波形；至少一个软件可控交换机，该至少一个软件可控交换机可以被远程引导选 择至少一些所述第二光纤信号，并且引导所述至少一个QAM调制器装置将所述选定的第二光纤信号编码为一组选定频率下的所述第二组RF QAM波形；至少一个远程软件可控RF包处理器，该至少一个远程软件可控RF包处理器能够检测由至少一个电缆调制解调器产生的CATV RF上游信号所承载的上游数据，并且将所述上游数据数字地重新打包，并且作为一个第三上游数字光纤信号重新传输所述上游数据；其中所述至少一个软件可控交换机和/或所述软件可控RF包处理器能够被软件远程地配置成实施额外的非DOCSIS功能性、DOCSIS功能性的一个全集或者标准DOCSIS上游和下游功能的一个子集；其中所述至少一个软件可控交换机的机能以及所述至少一个远程软件可控RF包处理器的机能受到一个远程虚拟支架管理器系统控制，其中所述虚拟支架管理器系统又由一个操作支持系统OSS网络配置管理处理器和OSS软件系统管理；其中所述OSS软件将与该HFC网络的状态有关的数据存储于一个网络配置数据库中，并且其中所述OSS网络配置管理处理器和OSS软件系统可以通过多个协议来管理，这些协议选自由以下各者组成的群组：NETCONF、CLI、SNMP或Web接口协议。7.  一种用于增强混合光纤电缆HFC网络的数据承载容量的方法，该混合光纤电缆HFC网络具有一个电缆头、一个光纤网络、多个光纤节点、连接到所述多个光纤节点的多个单独的CATV电缆以及多个单独的电缆调制解调器，每一者具有不同的数据要求，连接着所述单独的CATV电缆中的每一者，该方法包括：使用多个第一RF QAM波形将第一组数据从所述电缆头输送到所述光纤节点，该多个第一RF QAM波形能够由一个光/RF转换器直接注入到多个单独的CATV电缆中；将第二组数据从所述电缆头输送到所述光纤节点，所述第二组数据不能够 被一个光/RF转换器直接注入到多个单独的CATV电缆中，并且在所述光纤节点处将所述第二组数据的一个选定部分转换为多个第二RF QAM波形；将所述第一RF QAM波形与所述第二RF QAM波形进行组合，并且将这些组合的RF QAM波形注入到所述单独的CATV电缆中；其中对于所述多个所述单独的CATV电缆中的每一单独的CATV电缆，将所述第一RF QAM波形和所述第二RF QAM波形选择成使得这些组合的RF QAM波形不超过所述每一所述单独的CATV电缆的可用带宽；并且其中将所述第二组数据和所述第二组数据的该选定部分选择成满足针对所述多个电缆调制解调器的所述不同数据要求，使得所述多个单独的CATV电缆中的不同的单独CATV电缆可以承载至少多个不同的第二RF QAM波形，其中通过一个运行网络配置软件的虚拟支架计算机处理器来选择所述第二组数据和所述第二组数据的选定部分；其中所述虚拟支架计算机处理器使用多个基于套接字的IPC协议将选择数据传输到所述光纤节点；并且其中多个运行应用软件的定位在光纤节点处的控制器接收所述选择数据，并且配置所述光纤节点来将所述第二组数据的所述选定部分转换为多个RF QAM波形。8.  如权利要求7所述的方法，其中所述网络配置软件将与该HFC网络的状态有关的数据存储于一个数据库中，并且其中所述网络配置软件可以通过多个协议来管理，这些协议选自由以下各者组成的群组：NETCONF、CLI、SNMP或Web接口协议。9.  一种用于增强混合光纤电缆HFC网络的数据承载容量的方法，该混合光纤电缆HFC网络具有一个电缆头、一个光纤网络、多个光纤节点、连接到所述多个光纤节点的多个单独的CATV电缆以及多个单独的电缆调制解调器，每一者具有不同的数据要求，连接着所述单独的CATV电缆中的每一者，该方法包括：使用多个第一RF QAM波形将第一组数据从所述电缆头输送到所述光纤节点，该多个第一RF QAM波形能够由一个光/RF转换器直接注入到多个单独的CATV电缆中；将第二组数据从所述电缆头输送到所述光纤节点，所述第二组数据不能够被一个光/RF转换器直接注入到多个单独的CATV电缆中，并且在所述光纤节点处将所述第二组数据的一个选定部分转换为多个第二RF QAM波形；将所述第一RF QAM波形与所述第二RF QAM波形进行组合，并且将这些组合的RF QAM波形注入到所述单独的CATV电缆中；其中对于所述多个所述单独的CATV电缆中的每一单独的CATV电缆，将所述第一RF QAM波形和所述第二RF QAM波形选择成使得这些组合的RF QAM波形不超过所述每一所述单独的CATV电缆的可用带宽；并且其中将所述第二组数据和所述第二组数据的该选定部分选择成满足针对所述多个电缆调制解调器的所述不同数据要求，使得所述多个单独的CATV电缆中的不同的单独CATV电缆可以承载至少多个不同的第二RF QAM波形，其中通过一个运行网络配置软件的虚拟支架计算机处理器来选择所述第一RF QAM波形和所述第二RF QAM波形；其中所述虚拟支架计算机处理器使用多个基于套接字的IPC协议将选择数据传输到位于所述电缆头节点处的多个CMTS线卡；并且其中所述CMTS线卡中的多个运行应用软件的控制器接收所述选择数据，并且配置所述线卡来选择所述第一RF QAM波形和所述第二RF QAM波形；其中所述网络配置软件将与该HFC网络的状态有关的数据存储于一个数据库中，并且其中所述网络配置软件可以通过多个协议来管理，这些协议选自由以下各者组成的群组：NETCONF、CLI、SNMP或Web接口协议。

说明书分布式电缆调制解调器终端系统
本申请是申请号为201180015258.3、申请日为2011年3月19日、发明名称为“分布式电缆调制解调器终端系统”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
最初在20世纪40年代末作为一种通过同轴电缆将电视信号传输到位于不良接收区域中的房屋的方式引入的电缆电视(CATV)多年来已经得到修改和扩展，从而使得电缆媒体能够输送不断增多的不同类型的数字数据，包括数字电视和宽带因特网数据两者。
最重要的改进之一发生在20世纪90年代，当时通过电缆实验室(Cablelabs，一个非盈利性R&D协会)工作的大量主要电子器件和电缆运营商公司引入了电缆数据服务接口规范(DOCSIS)。首先作为DOCSIS版本1.0在20世纪90年代末引入，并且之后升级了许多次(当前为DOCSIS版本3.0)，DOCSIS标准定义了通过同轴电缆发送相对大量的数字数据所需要的物理层(PHY)和媒体接入控制(MAC)层，这些同轴电缆最初被设计成管理模拟标清电视信道。
最初，模拟电视(在美国)在范围从约54MHz(最初用于VHF信道2)直到约885MHz(用于现在不再使用的UHF信道83)的频率下将电视信道作为一系列大致6MHz带宽的射频波形来传输。此电视信号被作为组合振幅调制信号(用于黑色和白色部分)、正交振幅调制信号(用于彩色部分)以及频率调制信号(用于音频部分)来传输，并且此组合信号将被叫做频分多路复用(FDM)信号。
随着在20世纪80年代末和20世纪90年代初的数字电视和高清电视标准化的发展，模拟电视的基本6MHz带宽频谱得以保留，但是调制方案被改变为更复杂并且更高数据速率的正交振幅调制(QAM)方案，该QAM方案能够将 数字信息编码到非常复杂的QAM模拟信号(波形)上。
DOCSIS标准建立于此模拟和数字TV基础之上，并且用以提供宽带因特网服务(因特网协议，或IP)、IP语音、按需定制视频以及其他现代服务的专用额外标准是基于先前针对数字和高清电视建立的QAM数据传输波形(一般也是6MHz宽)。
因此，通过一系列步骤，最初从20世纪50年代和20世纪60年代开始在巨大费用下通向数百万家庭的简单同轴电缆已经逐渐升级以便适应不断增加的对数字数据的需求。在每个房屋(或公寓、办公室、商店、饭店或其他位置)处，家庭通过电缆调制解调器连接到CATV电缆，使用电缆调制解调器来提取下游DOCSIS数字数据(经常用于高速因特网)，并且注入上游DOCSIS数字数据(同样经常用于高速因特网应用)。
遗憾的是，即使在同轴电缆中，也存在可用于传输数据的有限量的带宽。同轴电缆及其相关联的射频接口设备已经典型地仅使用约1000MHz以下的频率范围，并且因此对于20世纪50年代的同轴电缆可以最终传输多少数据是存在极限的。
相比而言，使用高得多的光频率(其中波长典型地在800纳米到2000纳米的范围中)的光纤(纤维光学、纤维)技术能够传输高得多的量的数据。光纤数据速率典型地是以每秒数十或甚至数百千兆位计。实际上，从0MHz到1000MHz的整个RF CATV电缆频谱能够被转换为光波长(例如，1310nm或1550nm)，经由光纤承载，并且随后在光纤的另一端处被转换回为完整的RF CATV电缆频谱，而不会接近耗尽光纤承载额外数据的能力。
这个转换过程可以通过相对简单的光/数或数/光转换器来实现，其中CATV RF波长通过简单的(“低能的”)E/O或O/E转换器而被简单地来回转换为光信号，这些E/O或O/E转换器位于将光纤连接到CATV电缆的节点(光纤节点)中。
光纤的较高数据承载容量允许还承载额外数据，并且在一些方案中，在一 个光波长(例如，1310nm)下承载CATV波形的本质上模拟(以模拟方式编码的数字)频谱，并且在一个替代光波长(例如，1550nm)下承载通过完全不同的协议编码的数字数据。此双重方案通常被称作波分多路复用。
光纤技术已经广泛用于高容量计算机网络，并且这些网络通常不使用DOCSIS协议或QAM协议来传输数据。而是，这些高容量计算机网络通常使用完全不同类型的数据传输协议，例如以太网协议IEEE 802.3ah、1000BASE-LX10、1000Base-BX10以及其他协议。这些网络和协议通常被称作GigE网络，GigE网络是用于基于光纤的计算机网络的千兆字节速度和以太网协议的缩写。
因此，如果一个用户想要将来自在CATV电缆上输送的RF QAM波形的计算机数据传送到高速GigE光纤网络，那么这些数据必须在DOCSIS电缆QAM波形与用于光纤GigE网络中的替代协议(通常为以太网协议)之间来回转变。
虽然理想上，满足不断增加的对数字数据(例如，按需视频、高速因特网、IP语音等)的家庭需求的最佳方式将是通过将光纤伸展到每个家庭，但这将是惊人昂贵的解决方案。相比而言，已经为数千万户家庭实施了基于电缆的CATV解决方案，并且此费用已经从20世纪50年代开始在数十年的使用中被承受和分摊。因此，远具经济吸引力的是，找到使得现有的(在带宽受限的情况下)CATV电缆系统能够得到进一步扩展来满足不断增长的对额外数据的需求的方案。
电缆系统组件：
在典型的CATV电缆网络(电缆)的设施或“头”端处，部分地通过电缆调制解调器终端系统(CMTS)装置来管理组合许多不同类型的数据(模拟电视信道、数字电视信道、按需信道、IP语音、DOCSIS信道等)并且将此数据发送到分散在城镇、城市、县市以及甚至州的各个区中的许多不同邻域中的用户(家庭)的具挑战性任务。这些CMTS装置的一端连接到各种数据源(电视台、视频服务器、因特网等)，并且另一端连接到许多不同的CATV电缆。
典型地，CMTS装置的一端将具有到各种数据源和适当的数据交换机(例如，层级2/3交换机)的连接，并且另一端具有到多个不同线卡(通常被物理封装成看起来像刀片服务器，并且被放入固持多个线卡的主CTMS箱中)的连接。每个线卡将典型地连接到电缆或光纤，这些电缆或光纤朝着不同组的多个邻域行进远离电缆头，其中典型地，每一组多个邻域将处于大致邻接的地理区中。随后典型地通过各种分路器和节点将线卡电缆或光纤进一步细分，并且最终，信号流动到单独的邻域，每一邻域由其自身的CATV电缆服务。
在每一邻域层级处，一个单独的CATV电缆将服务于约25户到数百户家庭(房屋、公寓)。这些通过电缆调制解调器而连接到该单独的电缆。这里，将把每一电缆调制解调器视为一个家庭或“房屋”，而不管该电缆调制解调器是服务于一个房屋、公寓、办公室、工作地点还是其他应用。
CMTS线卡将典型地至少包含传输并且接收适当的CATV信号所需要的MAC和PHY装置。典型地，线卡PHY装置将包含多个QAM调制器，该多个QAM调制器可以调制层级2/3交换机已经发送到那个特定线卡的数字信号，并且在电缆或光纤上将这些信号作为多个QAM信道发送出去。这些线卡还将典型地包含MAC和PHY装置以接收从此项技术中的各种电缆和电缆调制解调器发送回到电缆头的上游数据。
直接将每一单独的邻域CATV电缆连接到电缆设施是不实际的。而是，以更复杂的方案来安排电缆网络，其中去往和来自许多不同单独邻域的信号通过网络进行组合，之后到达电缆设施或电缆头。因此，每一CMTS线卡将典型地将信号发送到多个邻域并且从多个邻域接收信号。
作为通过电缆发送并且接收数据的替代，各种CMTS线卡可以替代地通过光纤来与其不同组的邻域进行通信。然而，将单独的光纤直接从单独的邻域铺设到电缆设施或电缆头也是不实际的。因此，光纤网络也通常以更复杂的方案进行安排，其中去往和来自不同的单独邻域的信号也通过光纤网络进行组合，之后信号到达电缆设施或电缆头。
在最低程度上，光纤网络将至少典型地通常通过不更改光纤信号的“低”能光纤分路器/组合器(这里称为分路器)来对光纤信号进行分路(或组合)，并且经过分路的信号随后将通过子光纤发送到不同邻域。在那里，光纤信号可以通过“低能”光纤节点被转换为RF信号以及从RF信号转换为光纤信号(适合于单独的电缆)，该“低能”光纤节点自身仅将光信号转换为RF信号以及将RF信号转换为光信号，而不会以其他方式更改信号的内容。这些混合光纤-电缆网络被称为混合光纤电缆(HFC)网络。
现有技术与不同类型的CMTS系统一起工作，并且光纤节点包括里瓦(Liva)等人的美国专利7,149,223；苏查足克(Sucharczuk)等人的美国专利申请案2007/0189770；以及艾米特(Amit)的美国专利7,197,045。
典型地，几乎所有CATV用户想要对至少一组标准的电缆电视信道进行直接接入，并且因此为了满足此基本期望，通常所有的CATV电缆将接收对应于此“基本”或“标准”包的一组基础的电视信道(这些信道还可以包括各种常用的付费信道)。另外，大多数用户将希望接入大范围的个别化数据，并且在这里，CATV电缆的有限带宽开始成为更大的障碍。
作为朝向更高效的电缆利用率的第一步骤，模拟电视正在逐步退出，从而释放出大量的FDM带宽(模拟标清TV信道)，该带宽可以被承载数字TV和DOCSIS数据两者的更高效的QAM信道取代。然而，尽管使旧式FDM TV信号逐步退出能够释放出额外的电缆带宽，但最多仅将满足不断增加的对数字TV和DOCSIS服务(数据)的家庭需求数年。因此，需要用以供应更大量的数据(具体来说是按需视频数据、IP语音数据、宽带因特网(IP)数据以及其他数据)的额外方法。
发明内容
在此披露了一种新型的用于HFC网络的分布式功能性CMTS系统和方法。此系统和方法在一个总体计算机控制的网络配置和数据分布方案下在多个电缆 设施CMTS装置与多个远程光纤节点CMTS(这里称为电缆调制解调器远程终端系统，或者CMRTS)装置之间划分各种CMTS功能。
此计算机控制的信号和数据分布方案被设计成使递送到多个单独的CATV电缆(服务于多个单独的邻域)的定制数据的粒度(邻域特性)最大化。同时，该系统和方法保留了与旧式HFC网络和装置的向后兼容性，并且可以在许多不同的CMRTS装置故障情形下从较高层级的标准和定制数据递送服务适度地降级为现有技术层级的标准和定制数据递送服务。该系统允许多个现有的HFC网络逐渐升级，从而在具成本效益的基础上将改善的定制(IP-按需)服务提供给多个选定的邻域，并且可以最终允许所有邻域在需求和资金允许时进行升级。
本发明部分地依赖于一个分布式CMTS设计，其中在整个HFC网络上划分并且分布CMTS PHY部分中的QAM调制器(用于最终提供用于将多个数据信号发送到一个给定的单独电缆的多个波形)。在这里，一些QAM调制器位于多个中央CMTS单元上的多个主要(集中式，例如为电缆头或电缆设施)CMTS线卡的多个PHY单元中。其他QAM调制器位于远程或分布式CMTS的PHY部分中。这些远程CMTS单元被称为电缆调制解调器远程终端系统(CMRTS)单元。这些CMRTS单元将通常位于HFC系统的多个光纤部分与该HFC系统的多个电缆部分之间的多个最终网络光纤节点(FN)处。
在一个实施方案中，位于多个集中式CMTS PHY部分中的这些QAM调制器主要集中于发送数据，例如一般由许多邻域通常请求的多个电缆TV信道的一个标准化包以及也许一个基本层级的DOCSIS服务。因此，在一个简化的实例中，在一个驱动三个邻域中的三个电缆的中央CMTS线卡中的多个中央QAM单元将把多个相同的QAM信号发送到所有三个邻域。同时，此中央CMTS单元和CMTS线卡可以任选地与位于多达三个远程CMTS(CMRTS)单元中的远程或分布式QAM调制器协调其工作(即，划分责任以用于产生多个QAM信道)，这三个CMRTS单元位于将HFC网络的光纤部分与供应这三个邻域的这三个电缆连接的这些最终光纤节点(FN)中。
本发明的CMRTS单元将典型地被设计成高度软件可配置的，使得这些CMRTS单元操作其远程或分布式QAM调制器来发送下游数据的能力以及这些CMRTS单元操作各种RF包处理器的能力可以被远程软件重新配置，这些RF包处理器从各种电缆调制解调器接收经调制下游数据的多个RF突发、解调这些突发、将此上游数据数字化并重组为多个包，并且将此数据重新传输回到上游，该远程软件可以用来简化该分布式CMRTS网络的管理和配置。
在此实例中，为了将一组标准化TV信道和其他服务供应给三个邻域中的这三个电缆，该中央CMTS单元和中央CMTS线卡将使该CMTS线卡中的这些QAM调制器设定成用多个光波长下的多个QAM信号来驱动一个光纤，其中这些QAM波形使得这些光QAM波形可以用廉价的“低能”转换器直接转换为射频QAM波形，并且直接被注入到这三个电缆中以提供基本层级的服务。
为了供应数据来驱动这些远程CMRTS QAM调制器，从而提供一个较高层级的服务，两个不同的选项是可能的。
在与多个现有的CTMS设计更向后兼容的第一选项中，用以驱动这些远程CMRTS QAM调制器的数据是使用一个单独的层级2交换机和单独的光纤系统典型地使用数字以太网协议来发送的。此层级2交换机和第二光纤系统将很大程度上独立于电缆设施CTMS单元而操作。在这里，该电缆设施CTMS单元的运营商将仅把该CTMS配置成具有可用于由这些远程CMRTS单元中的这些QAM调制器随后使用的一些空QAM信道，但另外根据多个正常方法操作标准(现有技术)的CTMS。
在代表与先前的CMTS设计更极端的脱离的第二选项中，除了发送标准组的CATV RF数据之外，该集中式CMTS单元和CMTS线卡还在一个第二通信媒体上将额外数据发送到这些CMRTS单元，并且智能地协调哪些信息在第一通信媒体上发送以及哪些信息在第二通信媒体上发送，以便使整体系统功能性最大化。
本发明的CMRTS单元的一个优点在于，因为这些CMRTS单元可以被设 计成高度软件可配置的，所以多个相同的CMRTS单元可以被重新配置成还与第一向后兼容的CMRT选项、第二更极端的CMTS选项(设计)或广泛多种其他选项一起工作。因为该CMRTS设计是软件可配置的并且允许现有技术CATVRF到光信号的通过，所以这些CMRTS也是高度向后兼容的，并且以可以对电缆运营商很大程度上透明的方式实施，直到需要该CMRTS的更高功能性为止。
对于第一或第二选项，用于将数据传输到该CMRTS的该第二通信媒体可以使用一个第二光纤以及一个替代性数据传输协议，例如先前所论述的各种以太网协议。如果使用此方案，那么数据将需要通过这些远程CMRTS单元进行转换、重新格式化以及QAM调制。这些CMRTS单元中的这些QAM调制器将随后提供一个射频(RF)QAM信号，该RF QAM信号可以被注入到该电缆中，并且被附接到各种电缆的电缆调制解调器辨识。为了避免冲突，由这些CMRTS单元提供的这些QAM波形的频率(或至少时间片)应不同于由这些中央CMTS QAM调制器提供的这些QAM波形的频率(或至少时间片)。
可替代地，此第二通信媒体可以使用还用于承载来自该CMTS的多个QAM信号的相同(第一或主要)光纤将数据承载到这些CMRTS单元。在此替代性配置中，可以在一个替代波长下承载CMRTS数据。举例来说，可以承载CATV TV台的主要包以及也许一些DOCSIS服务的CMTS数据可以使用一个1310nm的光波长传送，而可以承载补充性IP/按需数据的CMRTS数据可以使用一个1550nm的光波长传送。这种类型的方案通常被称为波分多路复用。如先前所论述，此补充性CMRTS数据无需使用CATV顺从性QAM调制来编码(虽然可以这样做)，而是可以使用不同的协议和调制方案来承载，例如先前所论述的GigE以太网协议。
此第二通信媒体(自身是光纤媒体)将一般能够传输比在标准CATV电缆上可能可以传输的数据多得多的IP/按需数据。遗憾的是，在光纤网络的末端，我们再次遇到CATV电缆带宽瓶颈，这再次限制了可以被传输到任何给定单独邻域的数据量。
本发明部分地依赖于以下观察，即在目前的相当粗糙的粒度水平下(其中多个邻域是由多个相同的CATV QAM信号服务的)，来自服务于多个邻域的多个电缆的IP-按需数据的合计需求可以容易地使有限的CATV带宽饱和。然而，在较细的粒度水平下(其中每一邻域可能得到其自身的定制的CATV信号)，用于一个单独邻域的IP-按需数据更可能配合于每一邻域的CATV电缆的有限带宽内。因此，窍门是通过挑选并且选择递送到每一邻域的标准QAM与QAM IP/按需信号的混合来避免使每一邻域的特定CATV电缆带宽超载。然而，这个递送多个邻域专有的CATV信道的一个可能不断改变的混合的方案产生一些相当复杂的网络管理问题。
如先前所论述，为了应付这些复杂的网络管理问题，本发明还部分地依赖于一个复杂的计算机控制系统以频繁地(或甚至连续地)调整中央CMTS与多个远程CMRTS单元的操作，从而小心地平衡用户对标准数据的需求(例如，标准QAM TV信道以及也许一个有限标准水平的DOCSIS服务)与定制数据(例如，IP/按需数据)。
举例来说，该计算机控制系统可以管理服务于各种邻域的各种电缆上的可用带宽。当用于向后兼容的第一选项模式中时，所传输的“标准”QAM信道预先被电缆运营商固定，并且这些保持相对恒定。当用于更高的吞吐量以及更极端的第二选项模式中时，计算机化系统可以改变正被任何给定的中央CMRT线卡传输的“标准”QAM信道，以及正被多个远程CMRTS单元传输的用户定制或“付费”的IP/按需QAM信道。
在CATV行话中，电缆头处的各种CMTS系统通常被称作“支架”或“CMTS支架”。虽然从网络管理角度来看，本发明将CMTS单元的功能性从电缆头分布到整个网络中，但在一些实施方案中，其他网络设备和软件可以更简单地继续与此网络分布式CMTS通信，如同该网络分布式CMTS仍然是单个电缆设施或电缆头CMTS一样。因此，在一个实施方案中，管理网络分布式CMTS的此CMTS和CMRTS计算机控制系统和软件将也被称为“虚拟支架”硬件和软件， 因为该计算机控制系统可以管理运行一个分布式CMTS系统中所涉及的复杂的配置问题，并且随后在需要时对系统的其余部分屏蔽此复杂性。因此，电缆设施系统的其余部分无需被重新设计来管理分布式CMTS功能性，而是可以继续处理本发明的分布式CMTS，如同该分布式CMTS是现有技术的非分布式CMTS一样。
因此，虚拟支架硬件/软件系统可以例如将多个邻域中对基本的TV信道和基本的DOCSIS服务的用户需求、多个单独邻域中对高级或付费的按需TV或付费DOCSIS IP服务(IP-按需)的用户需求以及可以在电缆上承载的总QAM信道的有限数目作为输入。
在第一选项中，虚拟支架系统将简单地使用可由电缆运营商供应的任何空QAM信道来工作，并且将工作以在此整体约束内优化到多个用户的数据。
在第二选项中，为了发送更多数据，虚拟支架系统可以主动得多。举例来说，该虚拟支架系统可以选择引导一个中央CMTS线卡的PHY单元中的QAM调制器停止在一个QAM信道(频率)上发送信号，以便释放出此QAM信道(频率)来用于一个邻域专有的QAM信道(频率)。
在任一选项中，该虚拟支架系统可以随后指示相同的中央CMTS线卡上的多个GigE PHY单元使用第二通信媒体并通过以太网调制传输协议将邻域专有(IP/按需数据)发送到那些邻域。该虚拟支架系统可以随后指示服务于目标邻域的光纤节点上的远程CMRTS单元从该第二通信媒体取得此IP/按需数据，解码并且QAM调制该数据，并且使用现在空的QAM信道(频率)将此现在经过RF调制的QAM数据注入于用于那个特定邻域的电缆上。
该虚拟支架系统还可以指示服务于一个不同邻域的一个不同光纤节点上的另一远程CMRTS单元从该第二通信媒体取得用于此邻域的IP/按需数据，解码并且QAM调制此数据，并且也将此现在经过RF调制的QAM数据注入于用于此邻域的电缆上。
应注意，通过此方法，即使两个邻域都可以从相同的集中式CMTS线卡接 收到一些共同的QAM信道和数据，但总体的CATV QAM信道是不相同的。而是，至少对于IP/按需数据，相同的QAM信道(频率)现在承载用于这两个不同邻域的不同数据。
通过使用这些系统和方法，各种电缆和QAM信道的有效数据承载容量已经有所增加。但是同时，如果适当地配置该集中式计算机系统(虚拟支架)，那么可以对上游(电缆设施)和下游(电缆调制解调器)系统两者选择性地隐藏交换安排的大部分复杂性，因此实现与现有的HFC设备的良好的向后兼容性。
附图说明
图1所示为针对承载旧式模拟电视FDM信道、QAM数字电视信道以及各种类型的DOCSIS数据的一个典型CATV电缆分配的各种频率和数据信道的总体视图。
图2所示为使用多个光纤和多个光纤节点将数据从电缆头传输到各种单独电缆的一个现有技术HFC电缆系统的一个实例。
图3对比了在一个现有技术光纤-电缆(光纤)节点与本发明的改善了的电缆调制解调器远程终端系统(CMRTS)光纤节点之间的差异。
图4所示为本发明的改善了的CMRTS光纤节点还可以如何传输更大量的上游数据。
图5所示为与电缆设施处的一个高级CMTS一起工作的本发明的分布式电缆调制解调器终端系统的一个实施方案(在这里所示为第二选项)可以如何将更大有效量的下游数据分布到服务于不同邻域中的多个用户的各种CATV电缆。
图6所示为CMRTS光纤节点的一些实施方案可以如何在第二选项中进行构建以及操作的额外细节。
图7所示为CMRTS光纤节点的额外细节。
图8所示为可以如何通过“虚拟支架”软件来配置分布式电缆调制解调器 系统的概览，该“虚拟支架”软件控制该系统的CMTS和CMRTS装置的操作和数据流。
图9所示为与一个现有技术CMTS一起工作的本发明的分布式电缆调制解调器终端系统的一个替代性实施方案(在这里所示为第一选项)可以如何将更大有效量的下游数据分布到服务于不同邻域中的多个用户的各种CATV电缆。
图10所示为CMRTS光纤节点的一个替代性实施方案可以如何在第一选项中进行构建以及操作的额外细节。
具体实施方式
在一个实施方案中，本发明可以是用于一个混合光纤电缆(HFC)网络的一个分布式电缆调制解调器终端系统(CMTS)。此系统将典型地由多个部分组成。
在一些实施方案中，该系统将实质上独立于电缆设施处的CMTS而工作，并且将实质上用来通过在电缆设施处添加最少量的新设备来补充现有技术CMTS的功能性。在这里，电缆设施电缆处的此新设备将主要由一个层级2/3交换机、一个虚拟支架管理系统(将描述)以及用以沿着光纤发送并且接收数据的多个适当的MAC和PHY装置组成。该现有技术电缆设施CMTS继续如之前一样操作，但有一点不同，即电缆运营商应提供一些空的信道，以便为由本发明提供的新信道提供空间。
在其他实施方案中，该系统的多个部分将与至少一个第一包交换机、一个第一MAC(媒体接入控制)和一个第一PHY(物理层)一起嵌入到一个高级CMTS头中，该第一MAC和该第一PHY能够将数据作为至少多个第一经过数字编码的模拟QAM波形(第一光信号)从一个层2-3交换机发送到一个第一光纤的一个第一末端并且从该层2-3交换机接收数据。
在一些实施方案中，该CMTS头还可以具有一个第二MAC和一个第二PHY，该第二MAC和该第二PHY能够将数据从该层2-3交换机发送到该第一 光纤的该第一末端或一个第二光纤的该第一末端，并且从该层2-3交换机接收数据。如果使用该第一光纤的该第一末端，那么典型地，该第二PHY将使用一个替代波长并且通常使用一个替代数据传输协议(例如，一个以太网协议)来发送以及接收数据，但也可以使用QAM波形。举例来说，该第一波长可以是1310nm，并且该第二波长可以是1550nm。一般来说，这两个不同波长将隔得足够远以避免串扰，通常具有20nm、50nm、100nm或更多的间隔，这取决于光信号的带宽。
可替代地，该第二MAC和第二PHY可以使用一个第二光纤的第一末端发送出此数据。在两种情况下，这些被叫做第二光信号。出于论述的简明和简易起见，此第二信号将通常还叫做“光纤2”，并且绘制为一个单独光纤，而不管该第二信号实际上是在第二光纤上发送，还是仅在第一光纤上在第二波长上发送。
该系统还将通常具有位于第一光纤的第二末端处的一个或多个远程CMRTS光纤节点。(在这里，术语“第二末端”还将用于标示光纤的远端(距CMTS和电缆头最远)，甚至在分路之后。)
CMRTS光纤节点的一个部件可以是第一“低能”光/RF(射频)转换装置，该第一“低能”光/RF转换装置将第一光信号(由CMTS在光纤的第一末端处作为QAM波形发送)转换为第一组RF信号。这些典型地被叫做O/E或E/O转换器，这取决于电RF/光纤转换的方向。
此CMRTS的另一部件可以是至少一个QAM调制器装置，该至少一个QAM调制器装置能够检测第二光信号的选定部分，并且将这些选定部分编码为第二组RF QAM波形。此QAM调制器可以是一个CMRTS PHY单元的部分，并且该CMRTS可以通常具有对应的MAC和包交换能力，以及一个任选的控制器(例如，微处理器和相关联的软件)，用以选择第二光信号的多个部分并且在需要时控制该包交换、MAC和PHY(包括CMRTS QAM调制器)。
该CMRTS将还通常包含至少一个软件可控交换机，该至少一个软件可控 交换机可以被远程引导选择至少一些第二光信号(选定的第二光信号)，并且引导所述至少一个CMRTS QAM调制器装置将选定的第二光信号编码为一组选定频率下的第二组RF QAM波形(远程产生的QAM信号)。通常，此软件可控交换机将为该任选的控制器的部分或受该控制器控制。
该CMRTS还可以包含至少一个远程软件可控RF包处理器，该至少一个远程软件可控RF包处理器能够检测由至少一个电缆调制解调器产生的CATV RF上游信号所承载的上游数据，并且将所述上游数据数字地重新打包，并且作为第三上游数字光纤信号重新传输所述上游数据。
通常，该软件可控交换机和/或软件可控RF包处理器能够由软件远程地配置成实施标准DOCSIS上游和下游功能的至少一个子集。举例来说，在上游侧上，可以实施DOCSIS上游时分多址(TDMA)和DOCSIS同步码分多址(SCDMA)功能中的一者或多者。在下游侧上，可以实施各种DOCSIS QAM调制模式(例如，16层级、32层级、64层级、128层级和256层级QAM调制模式)中的一者或多者。依据所需的CMRTS的功能性的层级，CMRTS可以在光纤节点处产生承载数字广播视频、按需数字视频、数字高清(HD)视频、语音数据和DOCSIS(数据)信道的QAM信道。
在又其他实施方案中，还可以通过CMRTS实施尚未是DOCSIS规范的正式部分的额外功能(即，非DOCSIS功能性)，例如来自各种新型号的非DOCSIS标准机顶盒网关的上游数据。这将使得电缆提供商能够通过能够领先于他的竞争者提供尖端前沿的服务来辨别自身。在此实例中，可以将CMRTS视为处理DOCSIS功能的一个超集，因为该CMRTS正用于将HFC系统的功能性扩展超出标准DOCSIS功能的功能性。在这里，术语“超集”正用于表示额外的(非标准DOCSIS)功能性。因此，举例来说，作为DOCSIS功能的全集或DOCSIS功能的子集的CMRTS在它还实施额外的非标准DOCSIS功能的情况下将被描述为实施DOCSIS“超集”。额外的非标准DOCSIS功能性(非DOCSIS功能性)的其他实例包括用以传输各种形式的数字视频(例如，标准数字视频、高清HD 数字视频以及各种形式的按需数字视频)的功能性。
软件可控交换机和软件可控RF包处理器两者将通常并入它们自身的微处理器或微控制器以及存储器(例如，快闪存储器、ROM、RAM或其他存储器存储装置)，从而并入操作这些交换机和处理器、解译从虚拟支架管理器发送的命令包以及将多个数据包传输到该虚拟支架管理器所需要的软件。
该CMRTS还通常具有一个组合器装置，或至少附接到一个组合器装置(例如，一个双工装置)，该组合器装置将第一组RF信号与远程产生的QAM信号进行组合，从而产生适合于注入到连接到至少一个电缆调制解调器的一个CATV电缆中的一个组合式RF信号。可替代地，此双工装置可以在实际的CMRTS单元外部，然而，该CMRTS单元将通常取决于用于功能性的一个内部或外部组合器(例如，一个双工装置)。
该系统将还通常具有一个集中式计算机系统或计算机处理器运行软件(例如，虚拟支架软件)，该集中式计算机系统或计算机处理器运行软件控制它的功能的许多方面。如先前所论述，因为现有技术非功能上分散的CMTS单元通常被称作“支架”，所以控制本发明的分散式CMTS-CMRT单元的功能性的计算机软件将在替代方案中被称作“虚拟支架”。此“虚拟支架”软件将以一种将容易管理的方式理想地管理复杂得多的分散式CMTS-CMRTS系统，并且理想地有时对电缆设施几乎透明，以使得电缆设施中的其他系统可以通常管理本发明的分散式CMTS-CMRTS系统的更复杂的数据分布性质，如同该系统的行为更好像较简单的现有技术CMTS系统一样。
具体来说，计算机处理器和“虚拟支架”软件的一个重要功能将是选择并且控制至少第二光信号和远程产生的QAM信号。这些将以一种极大地增加电缆系统用户可用的IP-按需数据的量的方式进行管理，如将论述。
因此，在一个实施方案中，本发明可以是用于一个混合光纤电缆(HFC)网络的一个远程CMTS光纤节点(CMRTS)系统。此系统的此CMRTS部分将典型地包括一个第一光/RF(射频)转换装置，该第一光/RF转换装置将第一组 经过RF调制的光纤信号直接转换为第一组CATV RF信号。该CMRTS部分将还通常包括至少一个QAM调制器装置，该至少一个QAM调制器装置能够将经过数字编码的第二光纤信号的选定部分编码为第二组RF QAM波形。该CMRTS部分将还通常包含至少一个软件可控交换机，该至少一个软件可控交换机可以被远程引导选择至少一些第二光纤信号(选定的第二光信号)，并且引导所述至少一个QAM调制器装置将某些选定的第二光信号编码为一组选定频率下的第二组RF QAM波形。这些将被称为远程产生的QAM信号。该CMRTS部分将还通常包括至少一个远程软件可控RF包处理器(以及相关联的MAC和PHY单元)，该至少一个远程软件可控RF包处理器能够检测由至少一个电缆调制解调器产生的多个CATV RF上游信号所承载的上游数据，将此上游数据数字地重新打包，并且随后作为第三上游数字光纤信号重新传输回此上游数据(通常最终常常重新传输回到电缆设施)。本发明是一种系统，因为在这里，该至少一个软件可控交换机和/或该软件可控RF包处理器将通常被设计成能够由软件远程地配置成实施标准DOCSIS上游和下游功能的至少一个子集。
应注意，为了实现增强的用户数据体验，该CMRTS无需实施标准DOCSIS功能性的全集。这是因为最终被递送到各个房屋上的各种电缆调制解调器的至少一些DOCSIS功能性将通过从电缆设施处的CMTS获得的直接转换的CATV RF信号来递送。
在本发明的许多实施方案中，该至少一个软件可控交换机的技能以及所述至少一个远程软件可控RF包处理器的技能优选受到一个远程虚拟支架管理器系统控制。
在另一实施方案中，本发明可以是一种用于增强混合光纤电缆(HFC)网络的数据承载容量的方法，该混合光纤电缆(HFC)网络具有一个电缆头、一个光纤网络、多个光纤节点、连接到所述多个光纤节点的多个单独的CATV电缆以及多个单独的电缆调制解调器，每一者具有不同的数据要求，连接着所述单独的CATV电缆中的每一者。此方法将通常包括使用多个QAM波形将第一 组数据从电缆头输送到这些光纤节点，该多个QAM波形能够由一个光/RF转换器直接注入到多个单独的CATV电缆中。这些QAM波形将被称为RF QAM波形。
该方法将还通常包含将第二组数据从该电缆头输送到这些光纤节点。在这里，此第二组数据将通常不能够被光/RF转换器直接注入到单独的CATV电缆中。而是，该方法将替代地通常在这些光纤节点处将此第二组数据的选定部分转换为RF QAM波形。来自该第二组数据的多个选定部分的这些远程产生的RF QAM波形将被称为第二RF QAM波形。
通常，该方法将随后将该第一RF QAM波形与该第二RF QAM波形进行组合，并且将这些组合的RF QAM波形注入到服务于多个单独的邻域的多个单独的CATV电缆中。
该方法将控制此选择和混合过程，以使得对于每一单独的CATV电缆(它可以是包含大量其他单独的CATV电缆的群组或多个电缆的一部分)，第一RF QAM波形和第二RF QAM波形将被选择成使得这些组合的RF QAM波形不超过这些单独的CATV电缆中的任一者的可用带宽。
在这里，该方法将控制该第二组数据和该第二组数据的该选定部分以满足(通常比现有技术方法更好地满足)大量不同电缆调制解调器的不同数据要求。在这里，一般来说，在与多个单独的CATV电缆的群组相比而考虑时，不同的单独的CATV电缆将一般承载不同的第二RF QAM波形，其中每一不同的RFQAM波形将一般满足钩接到特定的单独的CATV电缆的各种电缆调制解调器的独特数据要求。
图1所示为针对CATV(100)分配的各种频率和数据信道的总体视图。典型地，分配较低的频率(例如，5到42MHz)以用于将来自单独的电缆调制解调器的“上游”数据传输回到电缆头或电缆设施(102)。典型地，使用时间共享TDMA(时分多址)方式来传输上游数据，其中单独的电缆调制解调器在大致2MHz宽的QAM信道上被分配一定次数来传输数据。在54MHz左右开始 直到大致547MHz，当前为旧式模拟视频信道(104)分配空间，这些模拟视频信道在大致6MHz宽的FDM信道上进行传输。在高于以上频率的频率下，当前为在大致6MHz宽的QAM信道上进行传输的数字电视(106)分配频率(空间、带宽)，并且在高于该频率下，当前为DOCSIS服务(108)分配空间，这些DOCSIS服务可以传输语音、按需视频、IP和其他信息，再次将该空间大体上作为一系列6MHz宽的QAM信道。在约1GHz以上，电缆带宽目前很少使用，但未来的服务可能进一步扩展到此区中。
本发明在更高频率电缆带宽和信道的使用方面是无差别的。如果可用，那么本发明可以使用它们。如果不可用，那么本发明将应付现有的电缆频率和带宽。
CATV电缆因此具有至多约100到200个QAM信道的有限带宽。当此带宽用于服务于去往大量不同订户的大量不同类型的定制数据时，此带宽会被快速耗尽。
下面(110)、(120)所示为示出可以如何以更简化的图表来描述CATV频谱分配的图式。此图表将用于各图中，从而更清楚地示出本发明的一些CATV频谱分配方面。
“上游”区段(112)是所有上游信道的抽象概念，包括目前使用的5到42MHz区中的上游信道，以及现在的和未来的更高频率上游DOCSIS信道。“视频”区段(114)是几乎废弃的模拟TV FDM信道以及标准的“数字视频”信道以及计划中的数字视频信道的抽象概念，这些计划中的数字视频信道将占用马上将收回的模拟带宽(一旦模拟信道逐步退出)。区段(114)还代表其他标准的数字无线电和FM信道，并且一般可以代表将通常不在不同组的用户与邻域之间定制的任何组的标准化下游信道。
“DOC1”信道(116)可以是(取决于使用模式)现在的或未来的DOCSIS信道的全集或子集。如此说明书中常用的，DOC1常常代表一组基础的DOCSIS服务，该组基本的DOCSIS服务将可在更高性能IP/按需或DOC2信道(118) 出故障的情况下被邻域用来后退使用。常常选择DOC1QAM信道，从而不耗尽CATV电缆的全部带宽，以使得至少一些剩余的QAM信道可让邻域定制的DOC2信道使用。“IP/按需或DOC2”信道(118)实质上(取决于使用模式)是CATV电缆上的剩余可用的下游带宽，并且常常保留用于传输邻域专有数据(IP/按需数据)，通常通过不同的通信媒体(例如，第二光纤或第二波长，并且通常通过非QAM协议)从电缆头输送到单独的邻域。
应注意，当论述现有技术使用时，通过光纤发送到一个邻域群组的DOC1(116)和IP/按需(118)信道的总和可以从不超过CATV电缆的有效带宽(即，CATV电缆的承载能力以及电缆调制解调器检测电缆RF信号的能力)。
相比而言，当论述本发明时，通过光纤发送到一个邻域群组的DOC1(116)和IP/按需(118)信道的总和将常常超过一个邻域群组基础上的CATV电缆的有效带宽，但DOC1(116)和IP/按需(118)的总和将从不超过每个邻域基础上的CATV电缆的有效带宽。
如果通过光方法(即，光纤)传输相同的CATV频谱，以使得在相同的频率间隔下传输相同的波形，但仅仅移位到多个光波长，那么将把此频谱叫做(120)，但各种波形将另外保持相同的命名以使混淆减到最少。
图2所示为现有技术HFC系统(200)如何将数据从电缆设施或电缆头(202)传输到服务于不同邻域(206)的不同光纤节点(204)的简化版本。每一邻域将典型地由高达数百个不同房屋、公寓、办公室或商店(208)(此处一般称作“房屋”)组成，每一者配备有它们自身的电缆调制解调器(未图示)。在这里，出于简明起见，仅示出HFC系统的下游部分。
该电缆设施将从一组源获得标准化媒体内容(210)(例如，模拟和数字视频信道的标准分类)，并且还获得更多的个别化数据(212)，例如来自因特网的按需视频、IP以及来自其他源的其他个别化数据。将此数据在CTMS支架(214)处编译到大量不同的QAM(并且现在也是FDM)调制的CATV广播信道中。此CMTS(214)将通常具有大量的不同刀片状线卡(216)。这些线卡通过光纤 (218)将信号传输到不同区域(多个邻域群组)。
应注意，FDM调制的CATV广播信号是模拟信号(用于较老式的模拟电视)，并且甚至QAM信号(虽然它承载经过数字编码的信息)自身也是模拟信号。出于历史原因，在下游方向上，在美国，FDM和QAM波形(信号)两者通常具有约6MHz的带宽。
为了示出这种情况，如图1中先前所论述，将FDM和QAM信号示出为具有一个中心波长和带宽，以便强调此信号的实质上模拟的性质，甚至在承载数字信息时也是如此。这些模拟信号可以通过光纤来承载，并且使用非常简单和廉价的设备将这些模拟信号转换为用于网络的CATV电缆部分的RF信号。
如先前所论述，典型的HFC网络实际上具有相当复杂的拓扑。不是将一个光纤从CTMS发送到每一不同邻域，典型地，多个光纤将服务于多个邻域。为此，来自CTMS侧光纤的信号将至少通常被分路(通过光纤分路器(220))到若干不同的子光纤(222)中，并且每一子光纤又将接着将信号承载到一个不同的光纤节点(光纤节点，FN)(204)。在这里，HFC网络的相当复杂的环形拓扑将被简化，替代地由这些光纤分路器代表。
在光纤节点(FN)(204)处，光纤信号被转换为一个CATV射频(RF)信号，并且经由多个CATV电缆(226)发送到每一邻域中的单独房屋(208)处的单独的电缆调制解调器。典型地，每一邻域将由25到数百个房屋组成，这些房屋由连接到本地光纤节点(204)的一个CATV电缆(226)服务。
由于该CATV电缆(226)连接到该邻域(206)中的所有房屋(208)，所以如果一个邻域中的一个房屋的电缆调制解调器想要请求定制的按需视频或IP，那么该邻域中的附接到那个特定CATV电缆的所有房屋将实际上接收到定制信号。尽管仅与发出请求的房屋(未图示)相关联的电缆调制解调器将实际上调谐到所请求的信号中并且对所请求的信号进行解码，但应了解，如果该邻域中的每一单独房屋在相同时间同时请求其自身的一组定制按需视频或IP，那么CATV电缆的有限带宽将快速饱和。因此，对可以传输到每一房屋的定制数 据的量存在一个上端，超出该上端，就必须限制带宽且/或对额外定制数据的请求将必须被拒绝。
尽管电缆设施(202)处的CMTS支架(214)的不同刀片或线卡(216)可以将不同的定制IP/按需信道发送到不同的邻域群组，但此过程的粒度是次佳的，因为连接到相同的光纤分路器的所有单独邻域将得到相同的定制IP/按需信号。在给定CATV电缆的有限带宽的情况下，如果所有邻域都得到相同的信号，那么可以发送到每一单独邻域的数据量必须不得已地进行限制，以便不超过总的可用带宽。
图3对比了在典型的现有技术光纤节点(204)的情况下与在本发明的改善了的CMRTS光纤节点(300)的情况下发生的在光纤(222)与CATV电缆(226)之间的转换过程。在这里，出于简明起见，仅图解说明该过程的下游部分。
在现有技术转换过程(顶部)中，光纤(218)承载用于数字电视和DOCSIS用途(它可以承载按需视频或IP数据)两者的标准化视频信号和模拟QAM信号(它包含数字信息)两者。
在现有技术“低能”光纤节点(204)中，简单地将光纤的光FDM或QAM模拟信号转换为RF FDM或QAM信号，并且将这些信号传递到CATV电缆(226)。因此，如果(例如)有四个不同光纤连接到此不同的光纤节点，那么所有光纤将得到相同的定制IP/按需信号，并且接着可以将此信号相当低效地传输到未曾请求该定制信号的可能数千个非目标家庭。
相比而言，通过使用本发明的改善了的“智能”CMRTS光纤节点(300)，可以通过“主要”光纤信道(在这里叫做“光纤1”，并且绘制为较粗的线)承载标准化信号(例如，标准化视频信道)以及(针对向后兼容性)DOCSIS QAM信道的全集或子集。对于向后兼容性，光纤1可以常常是用于承载现有技术信号的相同光纤，并且为了强调本发明的此向后兼容性方面，将通过相同的数字(222)来标示光纤1。
典型地，光纤1(222)将承载CATV频谱作为一系列光波长，该一系列光 波长直接对应于将被注入到CATV电缆(120)中的RF QAM波形。
然而，在本发明中，DOCSIS QAM信道的子集、全集或超集也可以通过其他物理媒体装置来承载，例如通过第二光纤，或通过光纤1上的一个替代波长的光。出于简明起见，将把承载此额外组数据的媒体叫做“光纤2”，并且将把它绘制为较细的线(302)来强调至少在初始阶段中，光纤2可以用于承载补充性数据来扩展向后兼容的光纤1线路(222)的数据承载能力。当然，最终，光纤2可能可以承载大体上比光纤1多的数据。
尽管光纤2(302)还可以通过适合于简单转换为在电缆上使用的RF QAM波形的光QAM波形(可能仅通过QAM调制不同频率下的相同信号)来传输其数据，但绝不要求光纤2实际上使用任何类型的QAM编码。通常，光纤2可以通过标准的千兆位以太网协议来传输此补充性数据。为了强调光纤2通常通过非CATV兼容或QAM信号承载方法来承载数据的事实，将光纤2信号(304)示出为一系列线(306)，从而用符号表现(例如)可以使用信号传输的替代性数字方法的事实。在这里，每条线代表最终将被转换为QAM信号并且被发送到特定邻域的数据。
如将论述，在一些实施方案中，例如完全由“智能”CMRTS光纤节点(300)构成的系统，光纤1(222)根本无需承载任何定制(用户专有)信息，例如DOCSIS信息(116)或IP/按需信道(118)。可以从光纤1(222)移除这些定制信道(即，通过滤波)，或者更通常地，一些或全部定制IP/按需信道/DOCSIS将简单地不会首先被电缆设施CMTS注入到光纤1中。
可替代地，光纤1(222)可以承载标准化视频信道(114)，以及一些定制DOCSIS(116)或IP/按需DOCSIS信息(118)，并且可以将此部分组的IP/按需DOCSIS信息发送到仍由现有技术“低能”光纤节点服务的那些用户。然而，由本发明的改善了的CMRTS光纤节点服务的用户将能够接入通过光纤2、GigE或光纤波长2(304)发送的额外信息。
在本发明的改善了的CMRTS光纤节点(300)处，光纤节点的CMRTS单 元将确定(或至少选择)其特定邻域所请求的一组定制数据(308)、(310)、(312)，并且从光纤2媒体(302)检索此信息。此信息将随后被QAM调制，并且被转换为适当的RF频率，被放在合适的空IP/按需QAM CATV电缆信道(314)、(316)、(318)上，并且随后通过CATV电缆发送到曾请求那个特定数据的邻域。在该邻域处，来自曾请求那个数据的房屋的特定电缆调制解调器可以调谐到此QAM信道中并且提取该数据，而同样附接到那个电缆的其他电缆调制解调器将忽略该QAM信道且/或忽略该数据。
如将简短地论述，此方法允许精细得多的粒度以及定制数据的相应更高的传输速率。
图4所示为本发明也可以使用一种类似系统和方法来传输更高量的上游数据。如先前所论述，仅分配有限量的带宽(112)来从一个邻域中的单独的电缆调制解调器将上游数据传输回到电缆设施或电缆头。在此实例中，所示为从5MHz到42MHz的有限区(112)。在现有技术过程中，来自多个不同光纤的信号将合并到单一光纤(222)上，从而再次增加拥塞问题。相比而言，通过使用改善了的CMRTS光纤节点(300)，来自每一邻域(400)、(402)、(404)的上游数据可以被提取，QAM信号被任选地解码，数据被放在一个适当的(空)返回信道(或一个适当的返回信道的一个空TDMA时间片)(406)、(408)、(410)上，并且通过较不拥塞的第二定制数据传输媒体(例如，光纤2(302))发送回到电缆头或电缆设施。
可替代地，为了保留向后兼容性，可以继续使用现有技术上游方法。作为又另一替代方案，该新方法和现有技术方法可以在系统配置和需要规定时由电缆系统互换地使用。
图5所示为先前所论述的第二选项的一个实例，其中由CMTS产生的RF QAM信道的分布以及由CMRTS产生的QAM信道的分布一起在使用CMRTS和新型的更高功能性CMTS的一种更复杂的系统中进行管理。
在这里，在此实施方案中，改善了的“智能”CMRTS光纤节点(300)可 以输送更高有效量的定制用户数据。在这里，这些改善了的“智能”CMRTS光纤节点(300)被示出为结合电缆头处的一个改善了的CMTS支架(500)和改善了的CMTS线卡(502)而工作。
在图2中先前所示的现有技术系统实例中，来自电缆设施处的现有技术CMTS单元(214)的一根光纤(218)被一个光纤分路器(220)分路为三根子光纤(全部承载相同数据)(222)，并且这些子光纤随后被路由到三个不同的邻域。因为来自光纤分路器的所有光纤将承载相同数据，所以定制数据被低效地发送到所有三个邻域，尽管来自一个邻域的仅一个房屋可能已经实际上请求了该定制数据。
因此，CATV定制IP/按需视频信道的有限承载容量(带宽)可能变得饱和。
相比而言，通过使用一个改善了的CMTS支架(500)和改善了的CMTS线卡(502)，能够取得传入数据，并且将该数据分割到两个输送媒体(例如，光纤1(218)和未分路的光纤(301))中。本发明的“智能”CMRTS光纤节点(300)(通常在分路器(220)将光纤1和光纤2进一步分路为子光纤(222)、(302)之后)现在可以运送高得多的量的数据。
如先前所论述，可以传送更多数据，因为在每一不同的CMRTS光纤节点(300)处，不同的CMRTS光纤节点可以定制并且优化去往和来自服务于那个特定邻域的电缆的DOCSIS或其他信号，从而更好地服务于那个邻域，并且是以远不受总电缆带宽约束的方式来这样做。
在这里，假设改善了的CMTS(500)和改善了的CMTS线卡(502)已经将适当的数据放置到光纤1(218)(222)和光纤2(301)(302)上。(这方面将简短地进行论述。)
为此，“智能”CMRTS光纤节点(300)从光纤2(302)检索额外数据(304)；QAM调制此额外数据，并且将该额外数据放到一个合适的空QAM CATV电缆信道(118)上。
在图5中，邻域1已经请求了IP/按需数据(312)。这通过邻域1CMRTS (300)进行选择，通过CMRTS进行QAM调制，并且作为IP/按需信道(118)中的IP/按需信号或波形(316)放到服务于邻域1的电缆(226)上。类似地，邻域2已经请求了IP/按需数据(310)。这通过邻域2CMRTS(300)进行选择，通过CMRTS进行QAM调制，并且作为IP/按需信号或波形(318)放到服务于邻域2的电缆上。应注意，该QAM信道或频率(318)可以占用与信号(316)完全相同的信道(118)。因此，已经传输了更多数据，而同时，尚未超过服务于两个邻域的CATV电缆的有限带宽。
因此，如果由那个智能CMRTS光纤节点服务的邻域尚未请求那个数据，那么空QAM CATV电缆信道(118)变得可用于将替代类型的数据承载到那个邻域。不是用既定用于其他邻域的非想要的QAM信道来填满CATV电缆的有限承载容量，CATV电缆的有限承载容量可以替代地集中于那个特定邻域的需要。
在图5中，邻域1和2是由本发明的改善了的“智能”CMRTS光纤节点(300)服务。相比而言，邻域3仅由现有技术“低能”光纤节点(204)服务。
为了继续将恰当水平的DOCSIS或其他定制服务提供给邻域3，改善了的CMTS支架(500)和CMTS线卡(502)可以选择发送邻域3所需要的DOCSIS QAM信道(116)的至少一个子集(这里示出为DOC1)。
在这里，这将是不够高效的，因为邻域3数据还连同所有邻域一般所使用的视频数据(114)一起通过光纤1发送到所有邻域，并且邻域1和2对此邻域3数据不感兴趣。然而，这保留了邻域3服务，并且保持向后兼容性的完整。
为了将优良的DOCSIS或其他IP/按需服务提供给邻域1和2，改善了的CMTS支架(500)和CMTS线卡(502)已经将邻域1和2所请求的定制数据加载到光纤2(302)(304)(312)、(310)上。光纤2将通常被路由到所有邻域，并且实际上当然可以简单地是使用一个替代性波长和(任选地)一个不同协议的光纤1。
因此，系统的将定制数据递送到由改善了的“智能”CMRTS光纤节点(300) 以及改善了的CMTS(500)、(502)服务的邻域1和2的有效能力已经大体上增加，因为IP/按需信道可以与每一邻域专有的数据一起定制。同时，向后兼容性得以保留，因为仍使用现有技术低能光纤节点3(204)的邻域3可以继续利用通过光纤1(222)传输的DOCSIS子集信道。
图6所示为“智能”CMRTS光纤节点(300)可以如何结合电缆头CMTS(500)的改善了的电缆设施和改善了的CMTS线卡(502)来操作的额外细节。出于简明起见，再次主要示出系统的下游部分。CMRTS光纤节点(300)通常将具有一个简单的光/电(O/E)(600)转换器，从而将通过光纤1光传输的主要(标准化)CATV模拟(FDM和QAM)数据/波形(120)转换为RF信号。也就是说，此O/E转换器是光/RF(射频)转换装置，该光/RF转换装置将第一组经过RF调制的光纤信号直接转换为第一组CATV RF信号。CMRTS光纤节点(300)将通常也具有电/光(E/O)(602)转换器，从而从CATV电缆取得上游RF数据，并且在需要时将该上游RF数据转换为适合于通过光纤1(未图示)或光纤2发送回到电缆场地的光信号。换句话说，此E/O转换器是RF(射频)/光转换装置，该RF/光转换装置将第一组上游CATV RF信号直接转换为经过RF调制的光纤信号，并且相对于CMRTS单元在上游发送所述经过RF调制的光纤信号。
CMRTS光纤节点(300)将还包含一个CMRTS单元(604)，该CMRTS单元(604)将从光纤2(301)、(302)取得定制IP/按需数据信号(304)，将此数据QAM调制到一个适当的空CATV RF QAM信道(118)，并且将此定制数据传输到CATV电缆(226)上。
来自光纤1(218)、(222)的经过RF转换的主要CATV模拟(QAM信道)信号(114)、(116)以及来自光纤2(301)、(302)、(312)的经过频移的定制IP/按需QAM信道(318)被组合(例如，通过使用位于CMRTS光纤节点(300)内或外的双工单元(606))，并且使用CATV电缆(226)将包含标准的CATV视频(114)和DOCSIS CATV子集(116)以及扩展的IP/按需QAM调制的数 据(318)的完全重构的CATV信号发出到邻域中的不同房屋。
如先前所论述，应了解，由于至少最初大多数HFC系统将由改善了的CMRTS光纤节点和较旧的“低能”光纤节点的变化混合组成；所以这将向电缆设施(202)处的CMTS单元(500)强加相当多的配置和管理问题。通过计算机化网络管理系统和软件(称为“虚拟支架”)来管理此复杂性。
在改善了的“虚拟支架”系统的一个实施方案中，可以用包处理器(610)以及用以将标准CATV模拟、QAM和DOCSIS信号传输到第一(主要)光纤1上的MAC(612)和PHY(614)装置或功能性来配置CMTS(500)和改善了的CMTS线卡(502)。也可以用包处理器(616)、用以在光纤线路2或光纤波长2上传输补充性IP/按需扩展DOCSIS数据的MAC(618)和PHY(620)功能性来配置相同的线卡。如先前所论述，光纤2扩展数据可以通常通过一种完全不同(非QAM)的方法(304)来编码。因此，用于光纤2的MAC(618)和PHY(620)可以不同(例如，遵循标准的GigE协议)于用于光纤1的MAC(612)和PHY(614)。
由改善了的线卡传输和接收的光纤1和光纤2信号的确切混合将依据哪类光纤节点在下游(南端)连接到线卡(502)而变化。
举例来说，如果所有光纤节点都是“低能”现有技术光纤节点(204)，那么CMTS线卡将仅在光纤1上传输，并且那个特定CMTS线卡的功能性将与现有技术CATV DOCSIS设备和光纤节点向后兼容。也就是说，光纤1(218)、(222)将传输DOCSIS信道的全集，并且光纤2(301)、(302)将什么也不传输，因为没有CMRTS光纤节点(300)可用于收听光纤2数据。
相比而言，如果所有光纤节点都是“智能”的改善了的CMRTS光纤节点(300)，那么改善了的CMTS(500)和CMRTS线卡(502)可以选择将光纤2上的去往不同家庭的所有DOCSIS信道(116)和所有可用可定制数据最大化。在此情况下，光纤1将仅用于传输标准的视频信道(114)。
此替代性方案将使CATV电缆上的空闲QAM信道的数目最大化，并且因 此允许在电缆的那个特定路程上将最高量的定制数据发送到这些房屋。
在混合的“低能”光纤节点(204)和“智能”CMRTS光纤节点(300)的情形中(如先前在图5中所示)，改善了的CMTS(500)和CMTS线卡(502)应理想地选择使用光纤1将标准的视频信道(114)和DOCSIS(116)信息的子集传输到邻域3(由“低能”光纤节点服务)并且从邻域3接收标准的视频信道(114)和DOCSIS(116)信息的子集，从而继续给予邻域3充分的服务。
然而，为了给予邻域1和2(由“智能”CMRTS光纤节点(300)服务)优良的性能，改善了的CMTS(500)和CMTS线卡(502)应理想地在光纤1上保持一些DOCSIS QAM信道空闲。可以由外部命令(将论述)指示的“智能”CMRTS光纤节点(300)将随后确定或至少选择其特定邻域需要通过光纤2(302)传输的哪些GigE数据(304)，对这些GigE数据进行QAM调制，并且在空QAM信道上将这些GigE数据分布到其邻域。在图6的实例中，数据(312)已经被QAM调制，并且被作为QAM波形或数据(318)进行传输。
因此，相同的空QAM信道频率可以将一组数据传输到邻域1中的多个房屋，并且在相同的空QAM信道频率上将一组不同的数据传输到邻域2中的多个房屋。
这个方案是高度高效并且向后兼容的，然而，这向电缆设施CMTS强加了大量的配置和管理负担。这是因为每当将“低能”光纤节点(204)转换为“智能”CMRTS光纤节点(300)时，网络的配置就改变。
如先前所论述，为了管理此复杂性，通过使用额外的“虚拟支架”网络管理计算机、控制器和软件来扩展改善了的CMTS(500)和CMTS线卡(502)的功能性，以及通常扩展CMRTS光纤节点(300)的功能性。
在一个实施方案中，将统一网络管理系统(例如，通过由并入的Tail-f提供的ConfD管理系统来举例说明)添加到改善了的CMTS(500)和线卡(502)，从而统一网络和CMTS硬件和虚拟化层、提供操作系统服务、管理中间件，并且配置该系统来使用适当的联网协议。在此实施方案中，所有或至少大多网络 配置数据被存储于CMTS管理器中的数据库上，并且该网络的配置是由一个过程控制，在该过程中，管理软件(ConfD)经由IPC(套接字)与控制改善了的CMTS和CMRTS单元上的各种包处理器、MAC和PHY装置的功能的应用程序通信。
在这里，计算机或处理器以及相关联的软件存储器(622)被示出为通过位于改善了的CMTS骨干(627)和线卡(502)中的各种其他控制器(624)、(626)来直接控制改善了的CMTS单元(500)的操作。在此“虚拟支架管理器”(622)与本地控制器处理器(624)、(626)之间的这些通信被示出为虚线(628)。虚拟支架管理器还可以控制层级2/3交换机(629)和/或其他装置的操作，这些其他装置将改善了的CMTS单元连接到媒体内容(210)、因特网IP/按需数据或“云”(212)以及由电缆设施(202)提供的其他服务。
该虚拟支架管理器通常还可以管理各种“智能”CMRTS光纤节点(300)的配置，通常通过与和CMRTS光纤节点(未图示)一起嵌入的控制器和应用程序通信。给定CMRTS光纤节点(300)与虚拟支架管理器(622)和改善了的CMRT(500)(虚拟支架管理器(622)和改善了的CMRT(500)将通常位于电缆头或电缆设施处，距各种节点(300)数英里远或更远)之间的典型长距离，CMRTS光纤节点(300)到虚拟支架管理器(622)的通信将通常通过借助光纤1或2传送的各种信号和信号协议来完成。在一个优选的实施方案中，使用基于套接字的进程间通信(IPC)协议。
这使得CMTS支架的配置以及实际上整个网络能够被快速地重新配置，从而满足由本发明产生的不断改变的网络模型。通常，将此网络配置以及各种网络装置的性质存储于一个配置数据库(630)和配置数据库存储器装置(未图示)中将是便利的。
图7所示为CMRTS光纤节点(300)(在这里示出为没有双工单元和/或信号组合器(606)(例如，双工RF信号组合器装置))和CMRTS单元(604)的更多细节。在更高的或至少替代层级的抽象概念下，CMRTS光纤节点的CMRTS 单元将典型地包括一个具有MAC和PHY单元的第一QAM-RF包处理器(700)，这些MAC和PHY单元将光纤2上的下游数据转换为多个射频(RF)QAM波形(信道)，并且将此下游数据(702)输出到本地CATV电缆。如先前所论述，为了维持后退能力，CMRTS光纤节点将还通常具有一个光/电转换器(600)，该光/电转换器(600)能够将在光纤1上发送的CATV波形直接转换为适合于注入到电缆(226)中的RF CATV波形。
此CMRTS单元还可以任选地包括一个第二RF-上游包处理器(704)，该第二RF-上游包处理器(704)将读取由连接到本地CATV电缆(706)的电缆调制解调器发送的上游RF信号(数据)，并且将此上游数据转换为适合于在电缆头或电缆设施处通过光纤2将此电缆调制解调器数据在上游传送回到改善了的CMTS(500)的适当的以太网或其他数据通信协议。此RF-上游包处理器为任选的，因为可替代地(对于向后兼容性)，由电缆调制解调器发送的上游数据可以通过以下操作返回到CMTS：简单地取得上游RF信号(708)，使该上游RF信号(708)行进穿过电/光转换器(602)，并且通过光纤1(222)将上游RF信号(708)传输回到CMTS。
包处理器(700)、(704)以及在需要时O/E和E/O转换器(600)、(602)的操作可以由虚拟支架管理器(622)通过合适的控制器(通常为微处理器)和本地应用软件(Apps)来远程控制，这些控制器和本地应用软件拦截来自光纤1(222)或光纤2(302)的数据，并且通常通过专用的通信协议(例如，先前所论述的套接字协议)来接收和发送命令。
在QAM-RF包处理器(700)和任选的RF-上游包处理器(704)两者中暴露PHY单元的更多细节的更深层级处，CMRTS单元(604)将通常包括：一个数据交换机，例如一个DOCSIS层级2转发器(710)；至少一个控制器(通常为一个微处理器和相关联的软件，未图示)；各种QAM调制器(712)，用以从光纤2(302)取得DOCSIS数据和/或其他IP/按需数据，并且在需要时对该数据进行转换、QAM调制和频移，以便配合于合适的空CATV信道中。为此， CMRTS单元可以使用一个可控时钟产生器(714)来控制多个QAM信道以及多个可变增益放大器(VGA)单元(716)、(718)的频率和时序，从而帮助这些单元的多个PHY部分管理在CMRTS单元(300)与电缆RF信号之间来回转换信号中的模拟过程。
如之前一样，DOCSIS层级2转发器(710)进行交换，并且控制QAM调制器(712)和模/数(A/D)单元(720)的多个交换机可以由虚拟支架管理器(622)通过本地(嵌入式)控制器(通常为微处理器)以及相关联的应用软件经由去往和来自虚拟支架软件的命令来远程地控制。如之前一样，通常这些命令可以经由通常用于传输其他数据的相同光纤1或光纤2路径来发送，并且再次可以使用基于套接字的进程间通信(IPC)协议。
如之前一样，用于处理上游数据的返回过程可以实施早先的电/光(E/O)转换器，并且在除了到光波长的转换之外实质上没有修改地发送回上游信号。可替代地，该上游过程可以是本发明的先前所论述的下游过程的一个上游版本。
在一个实施方案中，可变增益放大器(VGA)单元(718)将把从本地邻域CATV电缆传入的上游RF信号转换为一个信号，该信号随后被调谐到时钟产生器和A/D转换器中并且被A/D转换器数字化，并且随后通过DOCSIS层级2转发器或其他交换机(710)通常使用光纤2(302)朝向电缆设施转发，从而允许发送更大量的上游数据。这里再次地，DOCSIS层级2转发器与转换电路(710)可以由来自虚拟支架软件的命令控制。
图8所示为虚拟支架管理器(622)和配置数据库(630)(先前在图6中所示)可以如何控制多个CMRTS光纤节点(300)、改善了的CMTS(500)和CMTS线卡(502)以及任选地HFC网络系统中的其他活动节点和交换机中的大多数或全部的功能性的更多细节。
在此实例中，虚拟支架管理器软件(622)被示出为作为一个更广泛的CMTS管理器软件包(800)的一个模块而运行；然而，虚拟支架管理器软件(622)还可以作为一个独立的包而运行。将通常在可能位于电缆设施或其他便利位置 处的一个或多个计算机处理器上运行的CMATS管理器软件(800)将通常基于网络配置管理软件(802)。此网络配置软件(802)(还称为操作支持系统(OSS)软件)可以是(例如)基于由瑞典斯德哥尔摩市(国际位置)和弗吉尼亚州环山市(美国位置)的Tail-f系统公司生产的ConfD网络管理软件的软件。
在此实施方案中，使用例如ConfD等软件是有用的，因为此类型的网络管理软件还提供了大量的便利并且常用的接口，从而允许用户与该网络交互，并且随后控制网络配置。这些接口可以包括NETCONF管理代理、SNMP代理、命令线接口(CLI)、因特网(Web)接口以及在需要时其他代理/接口。
可以用于控制各种CMTS线卡(502)和CMRTS光纤节点(300)的状态的虚拟CMTS支架软件将通常与在此网络配置软件(802)的控制下运行的一个网络配置数据库(630)交互。该虚拟CMTS支架软件将又将命令发送出到大多数或全部各种远程CMRTS光纤节点，并且控制电缆头(电缆设施)处的CMTS(500)以及在需要时其他装置的操作。如先前所论述，为了实现此控制的一种优选的方式是通过基于套接字的进程间通信(IPC)协议和包(804)，这些基于套接字的进程间通信(IPC)协议和包(804)可以经由用于发送CATV和DOCSIS数据的相同通信线路(例如，光纤1线路(218)和光纤2线路(302))进行发送。在此情形中，举例来说，在远程CMRTS光纤节点(300)中的多个远程包处理器(700)、(704)中运行各种类型的应用软件(Apps)的控制器可以收听来自虚拟支架管理器(622)的适当命令，并且相应地调整CMRTS包(700)、(704)处理器的操作。这些CMRTS光纤节点还可以使用相同的协议将其状态传输回到虚拟支架管理器。
该虚拟支架管理器系统的装置配置数据库(630)将通常具有多个数据字段，包括包含网络中的各种CMRTS单元的识别代码和/或地址的多个字段(CMRTS标识符字段)。该数据库还将通常具有关于连接到各种CMRTS单元的各种电缆调制解调器的状态的信息，包括电缆调制解调器识别数据(电缆调制解调器识别数据字段)以及与这些各种电缆调制解调器相关联的各种用户的特权。举例 来说，一个用户可能具有接入一个广服务阵列高带宽上载和下载数据的特权，而另一用户可能具有对一组不同的服务的有限接入以及更有限的上载和下载数据的特权。可以实施的其他功能包括事件记录、认证、授权和记账(AAA)支持、DOCSIS管理信息BASE(MIB)功能，等等。
通常将在该数据库中的其他字段将包括关于以下各者的信息：用户识别字段(用户特权字段)、可用的DOCSIS信道、可用的IP地址、用于如何远程地配置各种CMRTS软件可控交换机的指令以及用于如何远程地配置各种CMRTS软件可控RF包处理器的指令。
虚拟支架管理器与配置数据库以及该系统的其他部件将通常在一个计算机系统上运行，该计算机系统具有至少一个微处理器，以及例如MAC和PHY单元等标准硬件和软件，该标准硬件和软件将使得该虚拟支架管理器能够在网络上将数据包发送到各种远程CMRTS单元并且接收数据包(通常通过IPC协议)。
OSS软件(802)可以向该虚拟支架管理器软件告知指派给各种用户的特权、证书和加密密钥。该OSS还可以设定关于将指派给各种信道的频率和带宽的政策或分配限制。该OSS还可以在检测到新调制解调器时对来自虚拟支架管理器的询问作出响应。该OSS可以进一步取得由该虚拟支架管理器收集的统计数据，例如所传输和所接收的多个包、数据量，并且使用此信息用于记账和网络管理目的。
可以在米斯拉(Misra)的“用于电信网络的OSS：对网络管理的介绍(OSS for Telecom Networks:An Introduction to Network Management)”(斯普林格(Springer)(2004))中找到关于OSS功能的进一步信息以及可以在用于本发明的OSS软件中实施的功能的更多实例。
举例来说，考虑一个新电缆调制解调器第一次连接到该系统的情况，此系统将如何操作。该电缆调制解调器将把一个上游DOCSIS信号(226)发送到CMRTS(604)。CMRTS(604)中的RF-up包处理器(704)将又收集与电缆调制解调器识别号和其他相关参数相关的信息，以数字格式将数据重新打包， 并且在光纤GigE链路(302)上将数据在上游发送回到虚拟支架管理器系统。该虚拟支架管理器系统(622)将在装置配置数据库(630)中查找电缆调制解调器识别数据，并且确定与所述电缆调制解调器识别数据相关联的用户的特权，并且依据用户特权字段、可用的DOCSIS信道以及可用的IP地址的值，通常通过控制那个特定电缆调制解调器的IPC协议(804)将数据包发送到CMRATS(700)单元。
这些数据包将与多个应用程序(例如，App 1、App n)交互，并且配置CMRTS单元(700)上的软件可控交换机，从而配置QAM-RF包处理器(700)上的软件可控交换机以及电缆调制解调器可用的IP地址，以便在第一可用的DOCSIS信道上将下游数据传输到该电缆调制解调器。这些数据包还将配置软件可控RF包处理器(704)以在第二可用的DOCSIS上游信道以及IP地址上从电缆调制解调器接收上游数据，并且将该上游数据作为第三上游数字光纤信号(302)而重新传输。
通常，虚拟支架管理器(622)将通过代理动态主机配置协议(DHCP)服务或其他方法来管理用于电缆调制解调器的IP地址。
如在其他地方也论述的，此方法的一个特别的优点是其极佳的向前和向后兼容性。相同的CMRTS单元可用于当前的HFC网络、使用常规CMTS单元的HFC网络(选项一)或使用高级CMTS单元的高级HFC网络(选项二)中。
作为操作中的高级CMTS选项二系统的一个实例，假设作为例行维护的结果，来自图5的“低能”光纤节点3(204)现在被“智能”CMRTS光纤节点3(300)取代。作为此改变的结果，网络可能希望通过(例如)现在配置将一个信号发送到光纤分路器“n”(220)的CMTS线卡(502)以现在停止在光纤1(218)、(222)上发送DOC1(116)信道而优化该网络的此分支的性能。通过不再在光纤1上传输DOC 1信道，在HFC网络的此分支上形成额外的空信道(频率)，这些额外的空信道可替代地用于通过光纤2(301)、(302)传输额外的IP/按需数据。
为了实现此改变，虚拟支架管理器(622)将把多个命令发送到适当的层级2/3交换机(629)和CMTS线卡(502)，从而重新配置CATV视频和DOCSIS包处理器(610)、CATV MAC(612)和CATV PHY(614)不再传输DOC 1信道。该虚拟支架管理器还将把多个命令发送到适当的层级2/3交换机(629)、GigE(千兆字节以太网)包处理器(616)、GigE MAC(618)以及GigE PHY(620)，以可替代地发送通常将已经通过光纤1(218)上的DOC 1信道传输的数据，从而现在通过光纤2(301)传输此数据。该虚拟支架管理器还将与CMRTS光纤节点1、2以及新CMRTS光纤节点3(300)通信，从而指示这些光纤节点使用QAM-RF包处理器(700)和/或DOSCIS L2转发器(710)寻找光纤2(302)上的以前的DOC1数据，并且使用QAM调制器(712)来QAM调制此DOC1数据，并且在空DOC1信道(116)上发送出该数据。该虚拟支架管理器现在可以更好地利用此以前低效使用的DOC1信道(频率)，因为现在该信道用于发送邻域专有数据。
在这里，灵活性上的改善增加了系统用户可得到的数据量。在现有技术系统下，Doc1信道(频率)(116)上的DOC1QAM信号被传输到通往三个不同邻域中的电缆的所有三个光纤节点，而不管钩接到附接到一个特定光纤节点的CATV电缆的任何电缆调制解调器是否需要该数据。现在，通过用“智能”CMRTS光纤节点3(300)来取代“低能”光纤节点3(204)，其他邻域接收更广的定制IP/按需服务阵列的能力已经有所增加。
继续此实例，进一步假设新CMRTS光纤节点3(300)中的CMRTS单元(604)在安装之后不久便经历一个早期的致命性故障。在此情况下，CMRTS光纤节点3的O/E和E/O部分(600)、(602)将继续操作，并且因此，出故障的CMRTS光纤节点3(300)现在再次像“低能”光纤节点3(204)一样动作。在此情况下，虚拟支架管理器(622)可以通过简单地使刚刚形成的改变退回来应付此故障，并且在服务于出故障的新CMRTS光纤节点3的同时对所有三个邻域的服务可以继续(在比先前水平低的水平下)。
图9所示为其中本发明的CMRTS系统用于一个更常规的CMTS HFC系统中的一个实例。在这里，CMTS支架是一个标准(现有技术)的CMTS支架(214)，该支架已被电缆运营商配置成让一些QAM信道(DOCSIS信道)是空的。由CMRTS光纤节点(300)中的CMRTS单元(604)管理的数据是以与由标准的CMTS支架(214)管理的数据完全分离的方式来管理，该数据通过CMRTS光纤节点(300)中的简单的O/E(600)和E/O(602)装置从各种邻域中的本地电缆(226)简单地来回传递。
在这里，去往各种CMRTS单元(604)的因特网/IP等数据(212)被独立于CMTS(214)的层级2/3交换机管理，通过先前所论述的GigE MAC和PHY单元(未图示)被转换为一个光信号，并且如之前一样沿着光纤2(301)发送。在这里，虚拟支架管理器(622)仅与层级2/3交换机(629)以及相关联的CMRTS单元(300)交互，而不直接与标准的CMTS支架(214)交互。如之前一样，虚拟支架管理器(622)受网络配置管理软件(OSS)(802)控制。
图10所示为“智能”CMRTS光纤节点(300)可以如何结合现有技术电缆头CMTS(214)和现有技术CMTS线卡来操作的额外细节。至于图9，CMRTS的功能实质上是相同的，然而，现有技术CMTS支架(214)将不再智能地管理它的QAM信道，而是将替代地仅具有可以被CMRTS单元填充的一些预先分配的空QAM信道。
应注意，尽管多个CMRTS实例使用了包处理器(700)、(704)，但在一个替代性实施方案中，可以不需要这些包处理器中的一者或多者。可替代地，信号可以简单地传递，或另外通过波形整形来修改，或通过一些其他装置来修改。
作为一个实例，再另一个实施方案，CMRTS可以根本不包含QAM调制器。在此替代性实施方案中，QAM信号可以在第二光纤上被上下地发送(例如，去往和来自电缆设施或者较靠近电缆设施的光纤节点)，并且CMRTS将简单地使用频移电路来将第二光纤QAM信号转换为一个适当的空CATV QAM信道(DOCSIS信道)。
当此提力或马格努斯侧向力用于旋转一个涡轮装置时，所得的净力210围绕一个中心点驱动该涡轮，如图13中所示。净力210作用于圆柱体195上，并且在方向240上旋转涡轮。
尽管已经相对于本发明的详细实施方案示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以用多个等效物替换其多个元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行修改以使特定情形或材料适配于本发明的传授内容。因此，希望本发明不限于以上详细描述中所披露的多个特定实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施方案。