电缆通信系统及其管理方法 本发明涉及通信系统，具体涉及管理电缆通信系统的业务。
电缆通信系统要设计得可处理广泛的各种各样的业务，其中包括：电话、广播电视、可视电话和大的宽带数据。综合这些业务的一种途径是应用一种与现在的电缆电视系统相类似的系统。可是，在向用户仍然提供可接受的业务并满足双向通信系统的附加要求的同时，为了高效地利用资源例如带宽还须采用新的方法。
典型的电缆电视系统具有固定的用户群体(例如一个街区的家庭)，它们与电缆设备的前端上的某些特定的收发信机相关联。这些用户群体有时称为“服务地区群体”。可是这样的系统有几个缺点，例如，如果前端收发信机或用户单元须重新编组或者重新组织，则业务将会中断；例如，如果用户数目改变而使组必须修改，则对现有用户之中至少某一些可能要中断业务。这对于例如电话之类的业务来说，是不能接受的。
现有的电缆电视系统还有一个缺点是，通常需要工作人员在用户地点配置好电缆电视机顶盒。在现有的电缆电视系统中，保密和鉴别信息一般在制造装置中或用户地点上输入。电缆电视机顶盒的初始化要求工作人员在用户地点处输入信息。
为此，现在需要一种灵活的、能够有效管理、考虑在远处配置用户单元和重新组织服务地区组群体(也称为“迁移用户单元”)且不停顿业务的系统。
图1示出利用电缆基础设施的通信系统的示意图；
图2示出发送的射频切换矩阵的原理图；
图3示出接收的射频切换矩阵的原理图；
图4示出频带宽度的表示图；
图5示出频带宽度参数的框图；
图6示出保密标识参数的框图；
图7示出鉴别参数框图；
图8示出电子串联编号的框图；
图9示出表示用户单元迁移程序的流程图；
图10示出流程图表示图9所示过程的一个步骤的细节；
图11示出表示用户初始化程序的流程图。
总的来说，本发明提供一种用于管理电缆通信系统的方法和装置。一个控制单元借助于与用户单元通信和交换有关通信方法的信息，可以有效和高效地控制在电缆系统中发生的通信。
如下文将要详细说明的，控制单元要向用户单元发送含有操作参数的消息。控制单元可以向所有的用户单元发送广播消息，或者只向一个用户单元发送操作参数。控制单元可以发送的信息类型的例如包括关于保密、鉴别和频带宽度方面的信息。然后，用户单元响应这些操作参数，修改它与电缆系统的其它部分通信的方式。例如，用户单元可利用保密信息来译码控制单元所发送的加密消息。又例如，用户单元可以限制只向在频带宽度信息中而描述的那些频率传送消息。
用户单元还可以向控制单元发送消息，该消息包括例如关于用户单元的能力、用户单元如何与系统连接和故障方面的信息，或关于控制单元如何对用户单元所发送的专用消息译码的信息。
本发明的另一个重要方面是能够将用户单元从一个服务地区迁移到另一个服务地区而不停顿业务。当该系统被扩展或被压缩时，业务迁移是必需的。本发明在电缆系统中提供了对通信的管理与控制的能力，从而考虑了在电缆系统中增加用户单元，而不停顿业务，或无需工作人员在用户单元地点。
例如，在某些情况下，要求位于一个服务地区的用户单元使用一条与其它服务地区在电气上相隔离的通路，(也即使用一条不同的电缆支路)。当一些新的用户单元增加到该系统上时，要求在用户单元从一个服务地区迁移到另一个服务地区期间对每个用户单元所使用的频率进行控制。为了防止信号受污，迁移的用户单元必须使用与非迁移的用户单元所使用的频率互不相同的频率。目标收发信机或将要服务于迁移用户单元的收发信机，要加入到电隔离地电缆支路中，并且也使用互不相同的频率进行通信。实际上，在这中间步骤，由利用这同一电缆支路的收发信机和用户单元组成两个群体。在所有的迁移用户单元都被指令并使用新频率之后，这两个群体可以是分离开的。于是，在用户单元的迁移完成时自然不会停顿业务。只要每个群体使用与其它群体正在使用的频率互不相同的频率，两个以上的群体就可以使用同一条电缆支路。
一种类似的方法可被实施来组合服务地区群体。在这种方法的程序中，由收发信机和用户单元组成的两个隔离的工作群体被指令使用互不相同的频率，然后被组合于一条电缆支路上。与第一收发信机相关联的用户单元被通知：使用适当的频率与第二收发信机相通信。最后，所有的用户单元与第二收发信机相通信，而第一收发信机可以从该支路上断开并在该系统中的其它地方应用。这些程序的各种组合和适配可被用来高效地管理该系统。
与用户单元相通信的能力考虑了制造实质上相同的通用的用户单元。由于用户单元可在远处配置，并下装所有必需的信息以在具体系统上通过电缆进行通信，因而在安装之前无需配置用户单元。这至少在两方面有益：第一，因为在制造设备运出之前可以实现节约体积并能对所有的用户单元采用相同的测试程序，故制造用户单元的成本可保持最低限度。第二，业务提供者可维持大量的用户单元，而不用考虑某些用户单元在某些系统上将是不工作的。
现在，参照附图以较详细地描述本发明。图1示出电缆通信系统100的示意性概括图，控制单元110经由电缆分配网络120耦连到用户单元130。控制单元110用于接收信号(也即信息)和主动地为该信号制定通往整个通信系统100的路由，还执行其它的系统管理功能。在本发明的优选实施例中，控制单元110是由几个收发信机200组成的，收发信机200是由一个发射机和一个接收机组成的。虽然同一电缆典型地由发射机和接收机两者应用，但发射机和接收机也可以连接到不同的电缆上。电缆分配网络120用以安排和互联诸多电缆，它可包含许多电缆、分线器、组合器、滤波器和放大器，还包括用以发送信号并为该信号来往于控制单元110与用户单元130之间制定路由所需的其它设备。电缆装置由混合式光纤/同轴电缆(HFC)组成，但也可以是任何其它合适的传输媒体，例如低损耗同轴电缆或光缆。电缆类型的选择取决于具体的应用和系统要求。
典型的电缆系统100可以含有多个控制单元110和用户单元130，用户单元按照服务地区群体140来安排。服务地区群体140是连接在一条电缆支路160上的用户单元130的集合，它们与其它电缆支路160在电气上相隔离。虽然将用户单元130组群成为服务地区群体140所使用的准则通常是地理位置，但也可以使用其它准则，例如用户单元130所要求的业务类型，来将用户单元130组群在一起。将用户单元130连接到另一个支路160上就可以使用户单元130从一个服务地区群体移动到另一个服务地区群体，他们就是迁移的用户单元170。迁移用户单元170所迁入的新服务地区就是目标服务地区190。对于用户单元迁移的详情将在下文详细描述图5时讨论。
在本发明的优选实施例中，电缆分配网络120包括一个射频切换矩阵150，用以将电缆160的多个支路连接到控制单元110的不同的收发信机200上。射频切换矩阵150可被电控，以将支路160和收发信机200重新连接成为不同的安排。
根据优选实施例的射频切换矩阵的更详细的原理图示于图2和图3中。图2示出发射机射频切换矩阵的详细原理图，图中示出开关、组合器和放大器的一种设置情况。图2所示的射频切换矩阵有18个输入端口和3个输出端口。这考虑到3群6个收发信机200、2群9个收发信机200或1群18个收发信机200的配置，可连接到1、2或3个服务地区群体140上。
类似地，图3示出接收机射频矩阵的原理图，该矩阵在结构和功能上与发射机射频矩阵相似。图3所示的射频切换矩阵有3个输入端口机18个输出端口。这考虑到3群6个收发信机200、2群9个收发信机200或1群18个收发信机200的配置情况，它们连接到1、2或3个服务地区群体140上。
图4示出在电缆通信系统100的频带宽度的多个部分之间的关系图。电缆分配网络120在频带宽度410上工作，它由具体的通信系统和该系统的各种部件的物理限制来制约。在本发明的优选实施例中，频带宽度410被划分成为几个频谱部分，其中一部分用于下行通信，另一部分用于上行通信。下行通信是指从控制单元110向用户单元130传送信号，上行通信是指从用户单元130向控制单元110传送信号。
在本发明的优选实施例中，由控制单元110发送操作参数。操作参数是由用户单元130为了操作所使用的信息的任何表示物。在本发明的优选实施例中，操作参数表示为多个八位字节的二进制数。然而，适合于具体通信系统的任何表示物都可利用。操作参数包括频带宽度参数、保密标识参数、系统信道参数和协议参数。当然，其它的操作参数也可以利用，它们包括但也不限于：振铃指示符，服务地区参数，业务能力指示符，终端指配指示符，历程计数指示符，鉴别密钥，网络鉴别参数，鉴别参数响应指示符，以及对用户单元所发送的任何消息的确认。操作参数也可以用除了这里所说明的那些之外的许多不同的消息配置来表示。
参照图5，图5所示的频带宽度参数是50个8比特的八位字节的集合，其中描述频带宽度的信息包含在第3至第5个八位字节中。当这个频带宽度的描述由用户单元130解释时，它通知用户单元130：什么频率应当用于发送和接收。回到图4，频带宽度410可被划分成为带宽的低端部分和带宽的高端部分，每个部分专用于发送或接收。然而，带宽420的各部分无需是连续的，也可以安排成频带宽度的多个部分，如图4所示，并可在频带宽度420的部分之间含有频谱段430。
参看图6，控制单元110也可以发送保密标识参数600，由用户单元130用来译码控制单元110所发送的加密消息。保密标识参数600的结构和内容由通信系统中所使用的保密协议的类型以及具体的用户单元130而定。通信系统所使用的保密协议可以是本领域的那些已知的协议，例如Diffie-Hellman、RSA或CAVE。
在本发明的优选实施例中，用户单元130向控制单元110发送消息，该消息含有系统信息和用户单元的信息。用户单元130还可以借助于在一个消息中发送用户信息，来通知控制单元110：该用户单元的能力。用户信息包含了关于用户单元如何配置、用户单元的系列号和什么电缆附接于用户单元上等方面的信息，或控制单元可利用来更高效地管理通信系统的和用户单元能检测到或能从存储器中检索到的任何其它信息。诸如电子系列号(ESN)、通用语言设备标识符(CLEI)之类的信息和关于制造能力的信息，通常是在用户单元制造期间装入只读存储器中的。用户单元还可以把诸如鉴别参数、业务提供方和服务地区信息和现用码空位存入非易失存储器中。
一种用以检知客户前提设备(customer premise equipment)的电路可以结合在用户单元中。这种信息可以立即发送给控制单元，或存储入存储器中并在后来的时间检索和发送。可以由用户单元130发送的信息包括但也不限于：鉴别参数、电子序列号(ESN)、保密菜单选择、登记标志、业务能力指示符、终端描述符、通用语言设备标识符、历程计数掩模、鉴别掩模和版型参数等。
鉴别参数700的框图示于图7中。用户单元130向控制单元110发送鉴别参数700。鉴别参数700包含由控制单元110使用的信息，用于鉴别用户单元130所发送的专用消息。一种专用消息是只预定由有限数目的用户单元130和控制单元110或只由控制单元110所理解的一种消息。一种专用消息最好是只预定由控制单元110理解，用来管理发送该消息的用户单元130。鉴别参数的结构和内容还由该通信系统100和该通信系统100中所使用的保密协议而定。通信系统100中可以使用的保密协议还可以是本领域熟知的那些协议，例如RSA、Diffie-Hellman或CAVE。
电子序列号800示于图8中。用户单元通过发送一个电子序列号800可以把用户单元的标识符通知给控制单元。在本发明的优选实施例中，电子序列号由19个八位字节(其前三个八位字节表示用于标识该消息的信息、消息长度的信息和消息格式的信息)的一个最大者来表示。与具体通信系统相兼容的电子序列号的可替代的已知的表示和结构也可以应用。
如上所述的发送操作参数和接收用户信息的能力允许控制单元110高效地管理通信系统100。控制单元110管理该系统100的一种途径是使用户单元170从一个服务地区迁移到另一个服务地区中。这种程序可以为了高效地利用系统资源而用于重新组群用户单元，或为了在发生故障时能使业务连续而用于重新组群用户单元，或由于其它各种原因而被执行。
表示按照本发明优选实施例的用于迁移用户单元170的程序的流程图示于图9中(参照图1所示系统内的实际部件来说明)。在步骤910，控制单元通过广播一个消息(内含频带宽度参数500(图5)和标识出哪些用户单元170要迁移的信息)来确立目标服务地区190的频率分配。这样，迁移用户单元170只应用那些根据控制单元所发送的消息规定的频带宽度。控制单元110选择频率以使迁移用户单元170使用与连接在同一支路160上的其它用户单元130所使用的那些频率互不相同的频率。在步骤920，即将服务于目标服务地区190的目标收发信机210在电气上连接到同一支路160上。这一步骤通常由射频切换矩阵150来执行，但也可以应用外部的组合器来完成。
在步骤930，每个迁移用户单元170在逻辑上移动到目标服务地区190中。步骤930的细节示于图10所示的流程图中。步骤930的移动程序在步骤932开始，首先在目标收发信机210与移动的用户单元之间建立通信。在步骤934，与服务地区有关的信息在迁移的用户单元中被更新。这个步骤是通过从控制单元向迁移用户单元(它含有服务地区参数)发送一个消息来执行的。然后，用户单元通过在非易失性存储器中的旧值上写入，以更新服务地区参数。在步骤936，控制单元向迁移用户单元发送一个消息，以通知该用户单元执行一个加电序列来复位。在步骤938，用户单元利用非易失性存储器中的数值来执行加电序列。由于这些数值对应于目标服务地区，所以用户单元已逻辑上移动到该点。在步骤930，未改变物理连接，实际的服务地区群体140仍然是同一个。然而，在步骤930迁移用户单元移动之后，迁移用户单元170工作仿佛它连接在目标服务地区群体190中。
在步骤940，控制单元110判定：是否还有用户单元130必须在逻辑上移动到目标服务地区群体190中。如果“是”，则重复步骤940，而如果“否”，则程序继续前进到步骤950。
在步骤950，目标收发信机210和迁移用户单元170与其它的用户单元130和收发信机200断开。这是通过重新配置射频切换矩阵150来实现的，或者若在连接目标收发信机210中使用外部的组合器，则移去组合器而在目标收发信机210与迁移用户单元170之间作出直接连接来实现。这导致目标收发信机210和迁移用户单元170在电气上与其它的用户单元130隔离开。为此，目标服务地区群体190建立了。
在步骤960，不再要求用户单元130和迁移用户单元170使用互不相同的频带宽度。为此，在步骤960，对用户单元发送新的频带宽度参数，于是可以利用频带宽度410的更多部分。
本发明的另一个实施例示于图11中，用以说明一种对用户单元初始化的方法。在步骤1010，控制单元110在系统广播信道上传送操作参数。系统广播信道用于广播从控制单元110到用户单元130的系统信息。在步骤1020，用户单元扫描和寻找出内含操作参数的系统广播信道。在步骤1030，用户单元接收操作参数，并在需要时译码操作参数。在步骤1040，借助于所得到的系统信息，用户单元可以正当地对该系统进行登记。
据此，现已公开了一种通信系统一种用于管理通信系统的和方法，该方法利用了传送与用户单元往来的操作参数可提供灵活的管理。可以理解，许多其它的系统配置是可以想象出的，并且它们不偏离开后附的权利要求书中所限定的本发明的范围。