專利名稱：提供低成本高速數據業務的方法與系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用分布式局域接入控制在資源共享網絡上提供雙向寬帶數據業務。
諸通信網絡可分為兩大類(a)中央控制(b)同等層對同等層(peer-to-peer)。諸中央控制網絡使用一個中心局(CO)控制至和來自所有諸末端用戶(EU)的傳輸。同等層至同等層網絡中，諸EU與其它諸EU協同，在或不在CO的幫助之下，控制他們自己的傳輸。
a.中央控制系統中央控制系統或者是點對多點系統，比如無源光網絡(PON)和混合光纖/同軸線(HFC)網絡，或者是點對點系統，比如在當今的諸局域電話系統中所使用的有源星形網絡(ASN)。
點對多點系統中，多個用戶共用同一種物理傳輸媒體。對于下行流(downstream)傳輸，將信息通過(諸)下行流信道廣播到所有或若干群用戶，并且每個EU選擇發給該特定用戶的信息。對于上行流(upstream)傳輸，時分多址(TDMA)是用于避免共享傳輸路徑上碰撞的常用方法之一。使用TDMA，其中多個EU共享同一頻率或波長信道，不得不在CO和EU處使用某些媒體接入控制(MAC)以協調通信業務并讓諸用戶依次接入同一信道。
常使用保留類或保留-爭用結合(Reservation-like or reservation-contention combined)MAC協議，其中CO或者預調度所有EU的上行流傳輸，或者基于其請求為每個EU動態指定上行流信道(時隙)。
幾項困難或復雜性出現于使用前述協議的點對多點系統，因為從CO到每個EU的距離不同，MAC協議必須能夠消除諸不同距離所引起的問題。因此，傳輸中的延遲和額外開銷是不可避免的。進一步地，在類似常規HFC的諸系統中，有限的上行流帶寬及噪聲亦使得有必要使用一定的調制方案，比如四相移相鍵控(QPSK)或正交調幅(QAM)技術，這是因為它們是帶寬有效的，且對噪聲穩健。但這些系統也是復雜和昂貴的。
在諸點對點系統中，CO具有若干個連至每個EU的專用物理線路。因此，不需要MAC。然而，實施和維護非常昂貴。某些系統使用若干個執行集中或多路復用功能的遠程節點來完成設備共享，從而降低成本(有源雙星ADS；光纖至路邊FTTC)。然而，對于將來的容量需求，諸遠程節點可成為潛在的帶寬瓶頸。
b.同等層對同等層系統在計算機網絡中，尤其是在局域網(LAN)中，同等層對同等層系統是非常流行的。這些系統中，每個EU與其它諸EU協同在或不在CO的幫助下控制它自己的傳輸。MAC算法可為爭用或基于保留的Aloha，具有碰撞檢測的載波偵測多址(CSMA/CD)，或令牌通行，它們均是技術中熟知的協議。應用最廣泛的LAN是使用CSMA/CD協議的以太網。
基于CSMA/CD協議，每個EU在傳輸(載波偵測)之前監聽業務，信道一空閑即傳輸，一檢測到碰撞(碰撞檢測)即停止，并且補償(back off)(該用戶根據一定的算法將傳輸延遲一定的時間周期)之后重新傳輸。因此，該網絡是自控制或自管理的。
因為所有用戶共享同一邏輯路徑作雙向傳輸，該雙向傳輸被廣播至整個網絡，因此當一個用戶講話時所有其它用戶不得不聽。因此，僅能達到半雙工傳輸。該方法適用于低負荷下的局域通信，并只允許一少部分來自外界的業務被有效地傳輸進入該LAN。還要求每個EU在結束發送信息包之前檢測碰撞。因此，整個網絡上的往返路程延遲須短于傳輸一個具有最小信息包規模(512比特或在10Mbps時51.2μs)的以太信息包所需的時間。這將傳輸距離限制在僅有幾千米。此外，廣播方案未給用戶保密，因為他們被要求監聽其它EU的傳輸。
與中央控制網絡中基于保留的MAC協議相比，基于爭用(contention-based)的CSMA/CD在輕業務負荷下具有簡單、低延遲、和少額外開銷的優點，并且不需要CO協調業務。然而，其有限傳輸范圍的局域廣播以及半雙工操作的特點使得它不適合用于LAN之外。
另一方面，諸如無源光網絡(PON)或混合光纖同軸線(HFC)網絡的中央控制網絡的方向性拓撲結構防止了每個EU監聽其近鄰的上行流傳輸或監視總線或中繼線上的業務。因此，在中央控制網絡上直接實施CSMA/CD是困難的，除非CO將至少部分上行流業務下行反射使得諸EU能夠監視上行流業務，如在10Broad36以太網中(參看IEEE802.3)。在具有數英里覆蓋區的典型網絡中，大的往返路程延遲超出通用的IEEE802.3(以太網)標準。即便進行一定的協議改進，這個延遲將大大降低傳輸效率。
本發明克服了與以太類LAN有關的諸項困難和限制以及常用于中央控制系統的基于保留的MAC協議的復雜性。
提供若干個中間節點(IN)以協調局域信令并將業務信息提供給每個EU而不需涉及CO。諸IN從上行流信令中得出業務信息并且將若干個業務信息信號(TIS)下行發送至每個EU。諸IN或者產生TIS，或者至少環回(loopback)來自諸EU的諸信號或信令的一部分。從而，不管原有網絡拓撲結構是中央控制的還是同等層對同等層的，可借助于這些IN使用具有碰撞檢測或防碰撞(CA，Collision Aviodance)的標準CSMA方案，并且獨立于CO-EU的距離。諸中間節點可實現幾種可供選擇的通信業務管理方法。
通過將雙向傳輸分解到若干不同的通信路徑或信道上，并在諸用戶終端(即計算機內的以太網卡)使能雙向操作方案，還可以高效率和動態通信業務控制方式實現全雙工傳輸。從而，從操作的觀點看，中央控制與同等層對同等層控制之間的界限消失，并且客戶可使用標準以太網卡來接入網絡。
將參看以下諸附圖詳細描述本發明，這些附圖中相似的參考數指示相似的元件，其中

圖1是描述某些基本網絡結構的框圖。
圖2(a)是顯示該系統的一個實施方式的框圖，而圖2(b)是描繪數據傳輸與頻率關系的圖。
圖3(a)是描述該系統的一個進一步的實施方式的框圖，而圖3(b)是描繪數據傳輸與頻率關系的圖。
圖4(a)是一個流程圖，顯示圖3(a)系統的通信業務監視的方法，而圖4(b)是一個流程圖，顯示末端用戶為響應諸業務信息信號所因循的方法。
圖5(a)是描述帶內信令情形下本發明的方法的另一個實施方式的圖，圖5(b)是描述帶外信令情形下本發明的方法的一個實施方式的圖，而圖5(c)描述一個進一步的帶外信令情形。
圖6是描述使用半雙工傳輸的方法的一個實施方式的圖。
圖7是一個流程圖，描述一個進一步的實施方式，其中若干個信道被用于上行流傳輸。
圖8(a)描述一個標準以太網系統，而圖8(b)和圖8(c)顯示標準以太網的數據結構。
圖9顯示全雙工模式中所使用的系統的一個實施方式。
圖10顯示使用全雙工模式和一個橋路器(bridger)的系統的一個實施方式。
圖11描述該系統的一個進一步的實施方式。
圖12(a)描述將一個小型光纖節點(mFN)用作中間節點的系統的一個實施方式，而圖12(b)描述數據傳輸和業務與頻率的關系。
圖13(a)顯示常規HFC網絡中的系統的一個實施方式，而圖13(b)描述數據傳輸與頻率的關系。
圖14(a)描述使用PON網絡內的一個分裂器的系統的一個實施方式，而圖14(b)描述使用兩個分裂器的實施方式；以及圖15(a)顯示常規以太網10BaseT結構，而圖15(b)描述一個使用本發明的改進以太網結構。
以下參看諸附圖描述本發明的諸最佳實施方式。1.基本網絡結構圖1顯示基本網絡結構的一個實施方式。中心局(CO)或前端(HE，headend)10連接至多個遠程中間節點(IN)15。借助使用總線或星形結構的分布式網絡，諸IN 15進一步建立與諸末端用戶(EU)20的連接。諸IN 15可以是附加給現有網絡的若干附加節點，或是具有下述諸附加功能的若干個現有遠程節點。
為了與IEEE802.3標準(以太網)兼容，一個IN與由該IN服務的最遠的EU之間的距離被安排成往返行程延遲小于51.2μs，這相當于傳輸一個具有最小規模的以太信息包所需的時間。(最小信息包規模為512比特并且標準傳輸速度為10Mbps)如果使用一個可供選擇的信息包規模或可供選擇的爭用方案，則該距離可相應變化。
CO/HE與諸IN或諸IN與諸EU之間的物理媒體，在PON中可以是光纖23，在HFC網絡中可以是同軸線22，在ASN中可以是絞合線對21，或者在無線網絡中可以是無線鏈路24。可應用的網絡的一個示例是美國專利第5,528,582號和美國專利申請編號08/526,736-兩者均被插入于此作為參考-中所公開的小型光纖節點混合光纖/同軸線(mFN-HFC)網絡。該mFn-HFC網絡中，電纜TV前端等同于CO/HE，諸mFN等同于諸IN，而諸IN(諸mFN)與諸EU之間的分布式網絡包含多個無源同軸線分配引線(例如參看本申請的圖12(a))。
如圖1所示，該網絡可被劃分成兩個主要部分A和B。分配部分A包含諸IN 15、諸EU 20、以及諸IN15與諸EU20之間的傳輸媒體21-24。諸IN 15將從CO/HE 10所接收的諸下行流信號分配給多個EU20。諸IN 15還使用將在以下討論的MAC協議集中通過分配網絡的來自諸EU 20的諸上行流信號，并將它們轉發至CO/HE 10。
另一部分B包含CO/HE分組交換設備14，比如一個常規以太網交換橋路器或若干智能中樞(hub)，以及若干高速中繼線路18和19。分組交換設備14可擁有一個或多個連接至諸高速中繼線的中繼端口18、19，以及多個通過分配線路25-28與諸IN 15對接的分配端口1-4。在常規的以太網中，一個分配端口通過RJ45絞合線對(TP)與一個PC連接。分組交換設備14能夠多路分解通過中繼線所接收的諸高速信息包并基于每個信息包中的目的地址(MAC層)將它們發送至每個分配端口1-4。如果諸信息包是給與該端口有關的用戶EU的話，則它也接收來自每個分配端口的上行流信息包，并將諸信息包按規定路線發送至另一分配端口。否則，分組交換設備14多路復用諸信息包并通過高速中繼線將它們發送至其它地方。在諸商業以太網交換橋路器上所有這些功能是現成的。分組交換設備14可包含若干個緩沖區，以允許它同時接收來自多個分配端口的諸輸入信息包并基于目的地址發送它們。
如圖1所示，一個分配端口連接至一個服務于多個EU20的IN。交換橋路器14基于通過該IN現在與該端口有關的諸EU 20的地址，將諸信息包發送至每個分配端口1-4。因此，CO/HE 10能將一定信息在窄范圍內廣播至一定EU 20組。IN 15則通過分配網絡將這些下行流信息包廣播至諸EU。
對于上行流傳輸，IN 15解決局域爭用并將諸上行流信息包傳送至交換橋路器14的分配端口。橋路器則發送這些信息包。對于那些因在該IN的局域服務區內碰撞而損壞的諸信息包，橋路器14具有自動放棄這些信息包的內置功能(built-in)。如果難業務量輕微，亦可進行一定的集中，以允許多個IN 15共享交換橋路器的同一個分配端口。對于上行流傳輸，本發明的系統使用每個IN 15以獨立于網絡的其它諸端口而協調上行流業務并解決每個IN的局域服務區內的爭用。
CO/HE和諸IN 15之間以及通過分配網絡傳輸的諸信號可以是諸基帶編碼信號、未編碼信號、或RF信號。為物理地保持網絡上的全雙工傳輸，上行流和下行流傳輸處在獨立的路徑(若干個獨立的RF信道，獨立的波長、獨立的編碼、或獨立的物理路徑)上，并且將被多個EU共享。當然，也可將時分雙工(TDD)用于半雙工傳輸的單個雙向路徑。以下討論假定上行流和下行流傳輸處于若干獨立信道(例如若干RF信道)。2.IN和諸方法的實施方式圖2(a)顯示一個結合本發明的IN的第一個實施方式的系統。每個IN 15通過將總線上的上行流通信業務狀態通知到每個EU 20來協調上行流業務。從諸EU傳輸至諸IN的諸信號通過雙工器38和放大器39。當IN 15將諸上行流信號傳送至CO/HE 10時，它還使用一個環回單元(loop backunit)30抽出(tap off)諸上行流信號的若干個部分并通過(若干)獨立信令信道將它們下行環連(loop)。
環回單元30包含耦合器33，用于抽出諸EU 20所傳輸的部分上行流信號并將它們傳輸至帶通濾波器(BPF)34。BPF34將所選出的諸信號送至混合器35和本機振蕩器36，它們一起工作以將諸信號上變頻或下變頻進入由BPF42所選擇的諸信令信道。信號隨后通過耦合器37被環回。
每個EU被連接至這樣一個抽出器(tap)41，它允許諸下行流信號至每個EU 20的分配以及自每個EU 20的上行流的傳輸。當EU 20有數據待傳輸時，它將首先監聽(諸)下行流信令信道，并且如果該(諸)信道上沒有東西則傳輸。傳輸時，它將在(諸)信令信道上接收到的數據與它的傳輸數據進行比較。如果數據相同，則沒有發生碰撞。否則假定有碰撞，并且EU 20停止傳輸并在一個補償期(back-off period)之后重新傳輸。該EU 20還可使用諸環回信號的信號電平或其它信息來監視上行流信道的狀態。在IN 15的幫助下，在該IN的服務范圍內，不涉及網絡的其它諸部分(比如CO/HE)，局部實現標準CSMA/CD協議。提供發射機31用于將上行流數據發送至CO/HE10，并提供接收機32用于從CO/HE 10接收下行流數據。
不象在常規以太網那樣任何EU的傳輸均被廣播至整個網絡并且每個EU均使用輸入數據業務來確定信道狀態，本發明的系統可具有獨立的上行流和下行流RF信道，如圖2(b)所示。圖2(b)中的水平軸代表頻率而垂直軸代表幅度。EU獨立于總線上的下行流數據業務，根據(諸)獨立信令信道確定上行流通信狀況并使用標準CSMA/CD協議管理其上行流傳輸。因此，全雙工傳輸可得以實現。
圖3(a)顯示本發明的系統的第二實施方式。第二實施方式在以下點上不同于第一實施方式諸業務信息信號(TIS)是在IN 15產生的。來自諸EU 20的信號通過諸抽出器41被傳輸并到達雙工器38處的IN 15。耦合器33抽出諸部分被業務監視器(TM)16檢測出的信號。TM 16用檢測器33檢測(諸)上行流信號以觸發一個信號發生器44來產生(若干個)窄帶的業務信息信號(TIS)。TIS可以僅是RF音調。TIS信號，通過耦合器37、放大器70、以及雙工器38被環回至諸EU 20。
IN 15通過圖3(b)所描述的(諸)獨立信令信道下行傳輸(諸)TIS以指示諸上行流信道上的通信業務狀態。圖3(b)中的水平軸代表頻率而垂直軸代表幅度。三種業務情況是可能的(1)如果諸上行流信道中沒有通信業務，則TM 16檢測不到上行流信號并且不產生TIS；(2)如果僅有一個EU上行傳輸諸信息包，則TM檢測出一個正常的RF信號電平并產生一個低電平TIS以指示信道占線(busy)；以及(3)如果存在因多個EU同時發送上行流信號而導致的碰撞，則TM在該上行流信道上檢測到一個更高的RF電平并產生一個高電平TIS以指示碰撞。TM 16還可使用上行流信息包中的信息(即地址或信息包模式)或與上行流傳輸有關的其它信息來確定上行流業務狀態。諸EU對TIS的解釋被結合圖4(b)公開于下。
圖4(a)是描述圖3(a)中諸IN所使用方法的一個流程圖。在S10，IN15監聽上行流數據信道。在S15，IN 15確定該上行流數據信道是否空閑。如果該信道空閑，IN 15則在S20將TIS設置為0。如果該信道不空閑，IN 15則在S25確定RF電平是否超過一個特定閾值。如果RF電平不超過該特定閾值，IN在S30將TIS設置為低。如果RF電平超過該特定閾值，IN在S35將TIS設置為高。特定電平根據系統的諸參數設定。
圖4(b)是描述圖3(a)的系統中的一個EU所因循的過程的流程圖。諸EU接收諸IN所產生的TIS--這一點已結合圖4(a)予以公開，以允許CSMA/CD協議。在EU方，EU 20在S40每逢它具有信息包待上行發送時便監聽TIS。在S45，EU 20確定TIS為0、高、或低。如果TIS為0，則EU 20在S50傳輸。如果TIS為低，則EU 20在S55等待(延遲傳輸)。如果TIS為高，若EU 20已經在傳輸則它在S60停止并補償。
為避免這樣的情形——其中一個EU的信號強于兩個“弱”EU的信號之和，需要一定的RF電平控制。一種方法是為每個EU下行發送一個導頻信號作為基準以調節其上行流信號電平，使得在IN 15從每個EU 20所接到的信號電平實質上一致。
圖5(a)-5(c)描述本發明的方法的第三個實施方式，其中系統可擁有實質上與圖2(a)或圖3(a)類似的諸元件。圖5(a)描述一種帶內信令情形，圖5(b)描述一種帶外信令情形，圖5(c)描述一種進一步的帶外信令情形。帶內信令情形下，上行流信令是在上行流數據信道內發送的，而帶外信令情形下上行流信令是在上行流數據信道外發送的。
如同圖5(a)-5(c)中所描述的，當EU 20有待傳輸數據并且(諸)上行流信道被下行流信令指示為空閑時(將在以下討論)，該EU將在發送數據之前在一個窄帶信道上發送其地址上行流。該地址最好是一個相對于數據包小的信息包。
IN 15則在所有用戶監聽的另一個窄帶信令信道上環回該地址信令下行流。如果作傳輸的EU無錯誤地取回它的地址，則沒有發生碰撞。隨后它將開始傳輸數據。否則，失真的地址指示碰撞，并且該EU將不傳輸數據并將補償。
在圖5(a)所示的帶內信令情形下，其中信令傳輸是在上行流數據信道(即RF信道)內，地址信令信息包需要具有一個長于該IN與最遠EU之間往返行程延遲的長度，以便確保所有EU如果試圖在往返行程時間段(信令時段)內傳輸時可檢測碰撞或信道占線。地址信令信息包后可跟隨一定的填充(pad)(附加比特流)。該填充的目的是避免當被IN環回的遠處EU的地址信息包已通過離IN 15較近的一個EU 20時，但在遠處的EU接到所有返回地址并開始傳輸數據之前，該較近的EU虛假地檢測出信道空閑并開始在“寂靜”時間段內傳輸(如果沒有填充)。
在t0，EU 202開始傳輸地址信令。在t1，它結束地址的發送并開始發送填充。在t2，EU 202接到從IN 15返回的完整地址，并且，如果地址是正確的，則停止發送填充并開始傳輸數據。在t′2，IN 15發送由末端用戶EU 202的數據所觸發的TIS。在tn，EU 202結束發送數據。IN 15在tm接到EU 202的數據包的結尾并停止發送TIS。在此之后，在ta11，諸用戶檢測出信道為空閑，并且如果它們有數據待傳輸則在Δt之后開始發送地址。圖5(a)中，ΔT描述最大往返路程延遲。Δt是EU 20檢測出另一個用戶傳輸的結尾(信道空閑)與它開始發送其地址之間的時間間隔。為了與IEEE802.3兼容，Δt＝9.6μs。
在以下的情形下不需要填充(1)如果該EU傳輸算法被調節使得它在傳遞的地址信息包結束之后的一定時間段內不傳輸；或(2)如果IN與最遠EU之間的往返路程延遲小于包間防護(interpakcet guard)時間(9.6μs)。這是因為IEEE 802.3標準(設在EU的以太網卡上)僅允許EU在傳遞的信息包結束9.6μs之后開始傳輸。因此，即便存在某些“寂靜”時間段，距IN最近的EU將在它能夠傳輸之前檢測到TIS。當EU獲得返回的正確地址并開始發送數據時，IN 15將使用該數據信號觸發一個TIS并在信令信道上下行傳輸它以指示該上行流信道占線。該TIS可以是某個預定的信息包流或一個簡單的RF音調。IN一檢測出該數據信道上沒有通信業務它將立即停止。
在圖5(b)和5(c)所顯示的帶外信令情形下，EU用這樣一個TIS跟隨在該地址后，這個TIS或是一個預定的信息包流或是一個RF音調并且是在數據信道之外的上行流信令信道上傳輸的。該IN在下行流信令信道上將它們下行環回。
在帶外信令中，地址信息包的長度不必大于往返路程延遲，但地址和填充和/或TIS的總長度需要長于往返路程延遲。如果地址長度小于往返路程延遲，則靠近IN的EU將具有接入該信道的優勢。因此，為保持公平接入，最好保持地址信息包的長度長于往返路程延遲。
有幾種實施帶外信令的情形(1)EU在發送數據之前發送其后跟隨一個填充或TIS的地址。該EU還可發送其后跟隨一個填充和一個TIS兩者的地址。IN環回該地址和填充和/或TIS。當EU得到返回的正確地址時它結束填充或TIS并開始傳輸數據。IN隨后使用該數據流觸發一個TIS并在信令信道下行發送它以指示信道占線。除了前述的地址不必長于往返路程延遲之外，這種情況類似于帶內信令情形。
(2)當EU得到返回的正確地址時它開始傳輸數據并在上行流信令信道上連續傳輸TIS。該IN還在下行流信令信道上連續環回TIS。該EU同時停止數據和TIS。這仍類似于帶內信令情形和情形#1。
(3)EU以與(2)中相同的方法開始傳輸它的地址、TIS和數據。然而它在結束數據傳輸之前的ΔT時刻停止傳輸T1S，其中ΔT＝發送該地址信息包所需的時間。如同圖5(b)中所顯示的，EU 202在tj停止發送TIS；而EU 201在tc檢測出信道空閑并在tc+9.6μs開始發送地址。EU 202在te停止傳輸數據，te＝tj+ΔT。EU 201在ts得到返回的正確地址并開始數據傳輸。
(4)EU傳輸它的地址，其后跟隨TIS。不管EU的物理位置如何也不管它是否更早地得到返回的地址，它將在它得到返回的正確地址之后并且在它結束TIS的發送后的Δs時間段之后開始傳輸數據，其中Δs＝發送一個地址信息包所需的時間。該EU將在結束數據傳輸之前2Δs時刻停止TIS傳輸。因此，地址的總長度+TIS等于該數據包的總長度。如同圖5(c)所示，EU 202在t1開始發送地址，在t2開始發送TIS，t2-t1＝發送該地址信息包所需的時間(Δs)。它在t3開始發送數據，t3-t2＝發送該地址信息包的時間(Δs)。在ts，EU 202停止發送TIS，而在tnEU 201檢測出信道空閑并在9.6μs之后開始發送其地址。在t′n，EU201發送TIS，其中t′n＝tn+9.6μs+Δs。在t″n，EU201發送數據，其中t″n＝t′n+Δs。在te，EU202結束數據傳輸，其中te-ts＝2Δs。
在(3)和(4)兩者中，正在傳輸數據的EU在它的數據傳輸停止之前釋放信令信道以允許其它諸EU測試上行流信道狀態。這給以帶外信令比帶內信令更高的效率。采用帶內或帶外信令，CSMA/CA算法被局部實現(例如，不借助于CO)，并且諸數據包永不碰撞。
在帶外信令情形下，地址信令(地址+TIS或填充)還可與數據同時傳輸。在接到返回的地址時，EU或可繼續傳輸數據和TIS，或可停止傳輸并補償。因此，實現了正常的CSMA/CD。以上4種情形均可使用于此情況。
在所有的帶內和帶外情形下，諸EU還可使用所環回的地址的幅度或其它信息來確定上行流信道狀態。應指出，所謂的“地址”可以僅是這樣的一個RF音調或，根據它可確定出信道狀態的其它信號。
以上所有算法可擁有若干個與諸下行流數據信道獨立的下行流信令信道。上行流和下行流傳輸是相互獨立的。從而，實現全雙工操作。
本發明的一個進一步的實施方式中，下行流信令可使用與下行流數據相同的信道。如圖6所示，CO/HE 10可連續發送下行流信息包61、61a，但在諸信息包之間保留相對大的防護帶60。IN 15則可使用下行流信道防護帶期間的“寂靜”時間插入業務信息信令59。EU 20隨后在同一RF信道上接收業務信息信令和數據，但僅使用信令作為上行流業務指示而不像常規以太網CSMA/CD協議中那樣使用下行流數據業務。數據包62被成功地上行傳輸。數據包63和64在部分65碰撞。采用該方案，在該IN、EU或CO/HE可能需要緩沖。
如圖6所示，除帶寬和效率減小之外，上行流和下行流傳輸仍是相互獨立的，從而保持全雙工操作。另一種情形是實施這樣的半雙工操作，其中CO/HE僅在某些時間段內傳輸諸下行流信息包，并在其它用于上行流傳輸和業務控制的時段停止傳輸。從而上行流和下行流可占據同一RF信道。
圖7是描述這樣一種方法的流程圖，該方法中多個RF信道被用于上行流傳輸。當一個RF信道占線時，諸EU可選擇(1)停留在同一RF信道，等待或補償直至該信道空閑；或(2)切換至另一個上行流RF信道并通過監聽該信道的信令繼續進行同一算法(此情形下，需要多個信令信道)。這增加了總體傳輸效率。
在S100，EU 20在信道1監聽TIS。在S105，EU 20確定TIS信號是否指示空閑、占線、或是碰撞。
如果該信號指示空閑，則EU 20在S110傳輸。
如果TIS信號指示占線，則在S115作出是在信道1等待還是切換至信道2的決定。如果EU 20在信道1等待，則它返回至S100中的監聽狀態。如果EU 20切換至信道2，則它在S120監聽信道2的TIS。在S125，該TIS指示被確定。如果指示為空閑，則EU 20通過信道2傳輸。如果指示占線或碰撞，EU 20沿襲它應在S105之后沿襲的諸步驟。
傳輸時，如果在S105的指示為碰撞，則在S130作出一個決定以確定是在信道1補償并恢復監聽還是切換至信道2。如果信道2更為可取，EU 20在S135停止傳輸并切換至信道2。EU 20隨后進行至S120以監聽信道2的TIS。可供選擇地，在S140，EU 20停止傳輸并在信道1補償，并且返回S100以恢復信道1上的監聽。
CO/HE或IN還可將一定的信令傳輸至諸EU，以便分配一定的EU群在一定的信道上傳輸并且其它諸EU群在其它諸信道上傳輸。
在以上所提及的任何實施方式中，每個RF信道上的業務負荷可被動態調節。例如，如一個用戶想初始化一個要求低延遲的高優先級傳輸，在數據傳輸之前(使用CSMA/CA 協議)或與之同時(使用CSMA/CD協議)，它可上行發送一個高優先級信令，該信令包含其地址和優先級信息。IN 15隨后環回該信號或在下行流信令信道發送一個特殊TIS(由該信號觸發的)，指示高優先級業務將出現在上行流數據信道。優先級信息可以是地址之前或之后的若干個額外比特的預定義模式，或者可以是幅度被增加至一定閾值以上的RF音調。當接到該特殊信令時，所有不具有高優先級信息包的用戶將調節他們的算法以具有更小的甚至為0的幾率在該信道上傳輸。在高優先級EU的信令(和數據)與其它EU的信令(和數據)碰撞的情形下，高優先級EU將不經補償立即重新傳輸而同時其它諸常規用戶將補償或移至其它信道。因此，這給予高優先級用戶更高的容量/效率以及低延遲。
這種優先級策略還可應用于單-RF信道情形，其中每個EU的MAC協議將被調節以使得當發生碰撞時，在諸常規EU將正常補償或補償一段更長的時間的同時，高優先級EU將立即重新傳輸或補償一小段時間。
類似地，一個保留類算法還可借助一種爭用算法(CSMA/CD或CSMA/CA)一起對若干特殊用戶完成。例如，用戶A要求常比特速率傳輸。它則如以上所提及的上行發送優先級訊息以便基于同樣的爭用協議(CSMA/CD或CSMA/CA)與其它諸用戶競爭。該用戶一獲得這樣的信道，其中該EU和IN 15接到一個完整的和未失真的信令， IN 15就將該訊息放入緩沖區或存儲器。該IN隨后將周期地通過下行流信令信道發送該訊息。周期可為N×信息包時間間隔。以太網使用可變信息包規模，但信息包時間間隔和N可通過系統操作員確定。當接到該訊息時，特定EU將發送它的信息包，同時如果其它EU 20正在傳輸的話，則它們停止傳輸。采用這種安排，特定EU可以始終在網絡(IN)控制的保留時隙內傳輸，籍此完成常比特速率傳輸。其它諸用戶僅可在不存在該信令和上行流信道空閑時競爭信道。保留周期可被來自用戶A的另一個信令結束。
為簡化IN 15，不在IN內部完成諸復雜功能是有利的。以上優先級和保留方案可更靈活地在CO/HE完成。并且，對EU20作出供高優先級用的保留和請求的允許可預定或周期地由網絡指定。這可基于請求通過在初始化階段或動態地允許或禁用每個EU的用戶室內設備(CPE，customer premisesequipment)中的發送優先級信令的容量來完成。CO/HE可使用上行流數據和信令信道獲得諸EU的信息并使用下行流信令和/或數據信道來控制每個EU的傳輸/接收功能。
3.硬件實施本發明可獨立于網絡拓撲結構加以實施，并且EU可使用一個標準以太網卡接入網絡。
圖8(a)顯示一個標準以太網用戶終端。一個典型以太網卡包含在邏輯鏈路控制(LLC)130之下3個主要與功能相關的部分。物理層信令(PLS)100執行數據打包和編碼/解碼。它具有3個至收發信機或媒體附接單元(MAU 110)的物理接口線對數據輸入101，數據輸出102，控制輸入103。PLS 100通過數據入101從MAU 110接收數據，將它解碼，并將它傳送至一個MAC120。它通過數據出102將輸出數據從MAC 120傳送至MAU 110。
在接收數據的過程中，MAC 120產生載波啟動(Carrier-On)以指示信道占線(載波偵測)。MAC 120處理CSMA/CD協議，上對接至LLC 130，并下對接至PLS 100。
傳輸的同時，MAU 110監視總線并通過控制輸入103發送一個信號質量訊息到PLS 100，以指示碰撞或信道占線。MAU直接與網絡對接，傳輸和接收數據，并且監視總線。
從原理上說，傳輸和接收功能是相互獨立的。然而，在標準的以太網中，因為雙向傳輸發生于總線上的同一傳輸路徑，一個計算機的傳輸占據整個信道并被廣播至整個網絡。因此，其它諸擁有待傳輸數據的計算機將在監聽狀態等待并延遲它們的傳輸。然而，在總線上傳遞的信息包結束(加上9.6μs的包間防護時間)之后，不管是否將有另一個信息包通過總線，每人都可開始傳輸，如果存在另一個信息包，則將發生碰撞，并且每人將根據CD程序補償。因此，盡管該算法允許以太網卡同時傳輸和接收，實際上，在常規以太網中，一個EU不能同時傳輸和接收不損壞的數據。這導致半雙工操作。
存在三種類型的基帶以太網。10Base5和10Base2使用同軸線總線(粗同軸線和細同軸線)。10BaseT使用RJ45絞合線對(TP)以將多個EU連接至一個非交換中樞，該中樞將任何用戶的上行流信號廣播至所有其它用戶。因此，盡管上行流和下行流是在兩個獨立線對上攜載的，邏輯上說網絡是一個總線。典型地，10BaseT和10Base2的諸MAU被集成在以太網卡上，以一個RJ45端口連接TP，以BNC連接同軸線。10Base5使用這樣一個外部MAU，它通過一個附接單元接口(AUI)端口與以太網卡對接。如上所述，AUI上的諸接口線為數據輸入、數據輸出、以及控制輸入。10BaseT和10Base2還可使用若干這樣的外部收發信機(MAU)，它們與以太網卡的AUI對接，并借助一個TP的RJ45端口或同軸線的BNC與媒體(總線)連接。本發明的實施可根據元件的類型變化。
在10BaseT中，為保持PC與中樞/橋路器之間的鏈路的完整性(以保證通行鏈路不斷(dead))，中樞/橋路器和以太網卡的諸MAU具有通過外出線對周期地將短脈沖發送至另一方的功能。接到這個脈沖時，接收方將用另一個脈沖響應。如果兩方中一方未在一定時間段內接到該脈沖，它將假定鏈路已斷并終止數據傳輸。
圖8(b)描述標準以太網3電平曼徹斯特編碼。信息包的結尾通過保持兩比特周期的高電壓并后隨0電壓來指示。10BaseT MAU直接通過TP發送這個信號。在基帶同軸線系統10Base5或10Base2中，以太網收發信機DC將該3電平曼徹斯特編碼信號DC偏移以成為一個2電平信號并通過強迫電壓歸零來標注信息包的結尾，如圖8(c)所示。前述諸信號是通過兩個計算機之間的網絡傳輸的標準信號。
借助于本發明，使用TP、同軸線或光纖的諸基帶系統中，可采用與標準以太網相同的方式直接將3電平曼徹斯特編碼信號或2電平信號通過媒體傳輸。
在諸RF系統中，一個常用方法是將3電平曼徹斯特編碼變換回非歸零(NRZ)并使用諸如QPSK或QAM的RF調制技術來傳輸數據。這需要接收機的同步/時鐘恢復，還使用突發型信息包傳輸。在諸如mFN-HFC的系統中，潔凈而大的帶寬使得使用一種大為簡單的調制/解調方案成為可能。2電平信號(使用MAU由3電平信號轉換出的)可被直接施加至RF載波一種稱為開-關鍵控(OOK，on-off-keying)的調制格式。因為信息包結束時電壓歸零，這將抽出RF載波，操作的自動突發模式得以實現。在接收方，使用簡單的包絡檢測來恢復這樣的2電平信號，而不使用同步/時鐘恢復，隨后使用MAU的現有功能將它們轉換回3電平曼徹斯特編碼信號。曼徹斯特信號是自計時的。
在10Base5或10Base2中，因共享同軸線總線，用戶將通過總線自動接收到它自己的傳輸。在10BaseT中，盡管它具有若干獨立的物理雙向路徑，但邏輯上網絡的實施是一條總線。為仿真在10BaseT和10Base2中所發生的，10BaseT收發信機將所傳輸的數據包環回至接收機端口。換言之，在典型以太網實施中，以太網卡在它把數據放在數據輸出線路上時期望在數據輸入線路上看到一個信號。為實現全雙工操作，第一步是禁用環回功能，這可通過修改驅動軟件實現。
不象常規以太網那樣雙向傳輸同時發生在同一邏輯路徑上，本發明可使用具有若干個獨立的上行流和下行流傳輸路徑的網絡。因此，在修改或不修改標準以太網卡的條件下，可實現全雙工或半全雙工操作。
在半全雙工方案中，使用常規以太網卡。如圖8(a)所示，PLS 100使用一個帶有相同的數據輸入、數據輸出和控制輸入電路的AUI端口與MAU110對接。常規MAU被修改以使得它通過數據輸出從PLS接收外出數據并將它送過(諸)網絡上行流信道。它還從(諸)網絡下行流信道接收網絡下行流數據并通過數據輸入電路將它提供給PLS。在禁用環回功能的條件下，數據輸入和數據輸出線路可獨立地工作。該MAU還用(若干)這樣的下行流信令信道對接控制輸入電路，這些下行流信令信道可如同以上所述，與(諸)數據信道相同或獨立于(諸)數據信道。
采用這種安排，如果在網絡下行流信道上存在一個信息包，則MAU將把它傳送至數據輸入以便PLS接收。該MAC隨后接通Carrier-On以防止該PLS通過該數據輸出出電路傳輸一個上行流信息包。然而，如以上所提及的，如果該EU具有信息包待傳輸，則PLS將在進來的信息包結束加上包間防護時間(9.6μs)之后開始傳輸，而不管是否有后隨的下行流信息包。
因為現在上行流和下行流傳輸處在獨立的信道上，并且將始終不碰撞，上行流傳輸將繼續。如果在(諸)上行流信道上發生碰撞，該MAU將利用(諸)下行流信令信道辨認碰撞，并且將通過控制輸入電路將一個標準信號質量訊息發送至PLS。隨后上行流傳輸被停止。并且，如果下行流信道空閑并且上行流信道占線，則修改后的MAU將由下行流TIS觸發，通過控制輸入電路將一個標準質量信號發送至PLS。這則防止MAC初始化上行流傳輸而不影響下行流接收功能。除當一個下行流信息包首先進入并被接收時上行流傳輸不能起動的事實外，上行流傳輸和碰撞檢測是獨立于下行流接收功能的。因此，利用一個標準以太網卡實現了半全雙工。
圖9描述用于全雙工方案的一個以太網卡。該卡被修改以擁有兩個獨立的PLS-MAC芯片100a-120a和100b-120b。芯片100a-120a僅控制接收而芯片100b-120b僅控制傳輸。接收芯片將僅在數據輸出和控制輸入電路未被使用時才通過數據輸入101a與MAU 110對接。芯片100b將完全利用所有三個接口電路。
對接收下行流數據，MAU 110將接收的數據提供給接收芯片的數據輸入電路。對于上行流傳輸，傳輸芯片將通過數據輸出電路將數據發送至MAU。MAU 110還將(諸)下行流信令信道上的信息轉換成一個信號質量訊息并將它提供給傳輸芯片的數據輸入和控制輸入以指示信道占線和碰撞。所有這些功能是獨立于其它芯片所執行的數據接收的。結果，兩個芯片可被集成在一起。
在全雙工或半全雙工情形下，在CO/HE處將使用一個全雙工橋路器或兩個半雙工橋路器(一個用于上行流，一個用于下行流)。標準橋路器使用具有鏈路完整性功能的RJ45端口。然而，因為本發明在用戶的以太網卡上使用AUI端口，并且網絡擁有獨立的監視方案，橋路器的鏈路完整性功能無用。然而，橋路器產生一個鏈路脈沖并期望一個響應。
為使用標準橋路器而避免修改的復雜性，如圖10所示，本發明使用兩個組合的10BaseT收發信機(MAU)110a和110b的功能。第一收發信機110a與橋路器的傳輸絞合線對111對接并接收下行流數據加鏈路脈沖。它隨后將數據傳送至它的AUI 115的數據輸入端口112，AUI 115則與用于通過網絡傳輸的其它諸RF部件對接。
響應于鏈路脈沖，收發信機110a隨后產生另一個鏈路脈沖并將此提供給它的輸出對113，該輸出對與另一個收發信機110b的輸入對114連接。接收收發信機110b通過其AUI 117的數據輸出端口116從網絡接收上行流數據，并且響應于第一個收發信機的鏈路脈沖產生一個鏈路脈沖。它隨后將所有脈沖傳送至它的與橋路器的輸入對131連接的輸出對121。從而，建立一個鏈路脈沖環路。橋路器14和兩個MAU 110a和110b兩者將確認鏈路完整性，而同時MAU 110a和110b獨立執行下行流和上行流數據傳輸。在真實的硬件實施中，該兩個MAU可集成在一起。
圖11顯示這樣的標準MAU，在EU位置它被修改以使得它擁有相同的至以太網卡的AUI端口的接口(數據輸入，數據輸出，控制輸入)并且還對接網絡的下行流、上行流、以及信令信道。MAU 110通過(諸)下行流數據信道接收諸下行流信息包，將它們轉換成若干標準3電平曼徹斯特編碼信號，并通過數據輸入電路161將它們傳送至以太網卡160。MAU 110通過數據輸出162從以太網卡接收諸外出信息包，并將它們轉換成網絡上所用的格式，并將它們上行傳輸。它還使用(諸)信令信道執行網絡監視功能并通過控制輸入電路163將一個信道質量訊息發送至以太網卡160。MAU 110進一步包含檢測器40和61、邏輯電路60、地址與TIS發生器41、調制器62、帶通濾波器80和81、以及放大器70和71。緩沖區141執行臨時數據存儲。
以上所討論的操作IN的第一個實施方式中，MAU 110將通過(諸)信令信道所環回的諸信息包與所傳輸的數據比較，并相應地產生一個信號質量訊息。借助IN的第二個實施方式，MAU 110將TIS轉換成一個信號質量訊息。第三實施方式中，MAU 110在上行流數據傳輸之前(使用CSMA/CA)或與之同時(使用CSMA/CD)通過(諸)上行流信令信道傳輸一個地址，并基于通過(諸)下行流信令信道返回的地址的正確性產生一個信號質量訊息。
在標準以太網實施中，以太網卡將不向MAU 110指示它將傳輸數據。因此，在網絡上使用CSMA/CA方案時，MAU 110將在通過數據輸出電路162從以太網卡160接到若干外出數據包時發送上行流地址信令，并將諸數據包存放在一個緩沖區141直至它接到返回的地址。MAU 110隨后將或釋放諸數據包(無地址碰撞)，或向以太網卡160指示一個碰撞。在情形(1)-(4)的帶外信令CSMA/CA方案中，MAU 110因循帶有TIS或填充(信息包流或RF音調)的地址信令，并且通過(諸)上行流信令信道傳輸。如果MAU 110得到返回的正確地址，則它傳輸來自緩沖區141的數據包流，同時連續傳輸該TIS，或者如同情形(1)停止TIS或填充。如同情形(4)當它通過數據輸出電路162接到來自以太網卡160的信息包的結尾時停止發送TIS，或者如同情形(3)，在結束釋放數據包之前ΔT時刻停止TIS，同時結束所緩存的信息包的釋放。
因此，在情形(3)和(4)中盡管數據傳輸仍在總線上進行，TIS的結束允許其它諸EU測試信道存在性而不影響現有上行流數據傳輸，如同前面所討論的。當然，如果PLS/MAC可在送出數據之前向MAU發送一個請求，則MAU110可用“未預備好”來響應并使用地址信令檢查網絡上的通信業務狀態。當接到返回的地址時，它可隨后向PLS/MAC指示“準備傳輸”或碰撞。因此，110中將不需緩沖區。無論哪一種情形，以太網卡借助基于標準CSMA/CD協議的正常操作繼續進行，同時MAU 110在網絡上允許CSMA/CA。
當使用多個上行流信道時，MAU 110將確定是否應指示一個碰撞以及是否應使用另一個信道。同樣的情形還應用于諸優先級保留方案。再一次地，MAU 110被用作以太網卡160與網絡間的接口。以太網卡160將基于設置在電路板內部的同一CSMA/CD協議工作，同時MAU 110執行諸附加功能。當然，以太網卡的操作算法還可被修改以便與MAU功能協同。
如果信令和數據使用同一下行流信道，MAU將把信令“剝離”信息包流并產生一個信號質量訊息。
以太網卡160使用這樣一個AUI端口164，與MAU側的相同，該端口擁有兩個數據輸出接頭(數據輸出162)、兩個數據輸入接頭(數據輸入161)、以及兩個控制輸入接頭(控制輸入163)。以太網卡AUI 164還常規地具有兩個供DC電源輸出用的接頭，而MAU AUI常規地具有兩個DC電源輸入接頭。正規RJ45 TP具有4個線對，并因此可被用于以下述方式互連MAU 110與PC(以太網卡)一對用于從PC到MAU的上行流數據，一對用于從MAU 110到PC的下行流數據，一對用于控制，以及一對用于PC對MAU供電。
MAU 110還可與用戶家中的多臺PC對接，并解決用戶室內的那些PC的上行流爭用。這可通過使用若干TP將多臺PC連接至MAU 110來完成。如果檢測到的MAU 110對多個到來數據電路起作用，它將通過它們的控制輸入電路將碰撞信令發送至所有PC或僅發送至傳輸著的諸PC。為家中聯網，也可給MAU加上一定的橋路器功能。
本發明可實施到各類網絡上。IN可以是網絡中的一個具有以上所述的諸附加功能的現有節點、或一個附加節點。IN還可與CO/HE同處一位置。諸如光纖、同軸線、絞合線對、和無線鏈路的不同的傳輸媒質，以及諸如基于基帶的或基于通帶的不同的傳輸方法均可用于CO/HE與IN以及IN與諸EU之間。
圖12(a)和12(b)所示的mFN-HFC實施方式中，每個mEN被與每個同軸線分配放大器170相鄰安裝并服務于與該放大器有關的諸EU 20。則mFN變成了IN。它將上行流數據傳送至CO/HE并將來自CO/HE的下行流數據廣播至諸EU，獨立于常規CO-FN-放大器-EU諸路徑所攜載的業務。來自諸EU 20的諸信號通過雙工器21和22到放大器70。耦合器23轉移一部分信號通過帶通濾波器80至混頻器35和本機振蕩器36，它們一起工作以對信號進行上或下變頻。信號隨后通過耦合器37、放大器71、以及雙工器22和21環回至諸EU。接收機30和發射機31從CO/HE 10接收信號及向CO/HE 10發送信號。
在IN操作的第一實施方式中，在將諸上行流信號傳送至CO/HE 10的同時，mFN 110還抽出諸上行流信號的若干部分，將它們頻移，并通過(諸)下行信令信道廣播它們。在第二實施方式中，mFN 110使用諸上行流RF信號觸發一個TIS(使用TIS發生器41)并通過(諸)下行流信令信道發送它。為平衡諸EU的上行流信號電平，mFN 110或CO/HE 10可下行發送一個導頻信號作為所有EU 20調節他們的上行流傳輸信號電平的基準。在第三實施方式中，mFN 110接收上行流地址信令，將它頻移，并通過(諸)下行流信令信道發送它。
在多信道上行流傳輸情形下，使用多個信令信道。mFN接著頻率塊偏移上行流信令并通過多個下行流信令信道傳輸。對于保留方案，mFN緩存上行流優先級/保留信令，并基于以上所討論的算法將它下行傳輸。
每個mFN邏輯上可擁有一個返回CO/HE 10的點對點連接。因此，數據信道和信令信道的頻率可在許多mHN中再用。
在常規的HFC中，在mFN-HFC情形下，諸同軸線分配放大器170可變為若干個具備以上所討論的諸附加局部信令功能的IN。如圖13(a)和(b)中所示的，放大器170在傳統的5-40MHz上行流頻率范圍內接收上行流信令，并且在相同的5-40MHz范圍內或在范圍為50MHz至1GHz的常規的下行流頻率上下行發送它。
圖13(a)中，諸EU 20所發送的諸信號沿路徑(c)通過雙工器21。定向耦合器24抽出部分信號并將它們發送至帶通濾波器80并接下來到開關81。在開關81，信號可通到混頻器32或通到混頻器35。混頻器32和本機振蕩器33一起工作將諸信號變頻至5-40MHz間的一個頻率。混頻器35和本機振蕩器36一起工作將諸信號上變頻至傳統的下行流頻帶(50MHz-1GHz)。第一種情形下，如圖13(a)所示，諸信號橫穿路徑(b)并通過放大器31、帶通濾波器(BPF)41以及耦合器23并在(2)中的5-40MHz頻帶(b)內被下行發送。第二種情形下，如圖13(b)所示，諸信號通過耦合器25取道路徑(a)并在(1)中傳統的下行流頻帶(a)內被下行發送。頻率范圍和路徑(a)-(c)在圖13(b)中進一步被描述。符號(a)和(b)代表下行流信令，而(c)代表上行流信令。
因為許多放大器(IN)通常共享同一同軸線總線，每個IN需要擁有專用數據/信令RF信道(頻分多址，FDMA)以避免與至其它IN的傳輸碰撞。換言之，除在IN的服務區內的局域MAC外，在CO/HE與諸IN(放大器)之間需要有一種諸如FDMA、時分多址(TDMA)或碼分多址(CDMA)的MAC方案，或若干個獨立物理路徑。
在mFN-HFC或常規HFC中，FN甚至CO/HE也可被用作IN，只要IN與最遠EU之間的往返路程延遲和數據包或地址包規模可被安排以使得以上所討論的諸算法起作用即可。
本發明還可被實施于諸如有源雙星(ADS)、FTTC等的多種有源星形網絡。基本結構是CO/HE、主數字終端(host digital terminal，HDT)或擁有使用光纖、同軸電纜、TP或無線鏈路的到多個遠程節點(RN)的點對點連接的基站。每個RN進一步使用光纖、同軸線、TP或無線鏈路建立至多個EU的點對點連接。則RN變成了IN。mFN-HFC中所討論的諸功能也可在此情形下使用。并且，如果在每個EU與RN(IN)之間使用若干專用線路，則上行流業務監視的功能可被簡化。如果僅有一條輸入線路活動則IN將對所有EU廣播“正常”TIS，而多于一個線路活動時則廣播碰撞TIS。該IN還可僅將碰撞TIS發送至諸活動線路，允許其它諸“前期寂靜”的EU在諸碰撞EU一旦停止傳輸時即開始傳輸。
圖14(a)和(b)所示的無源光網絡(PON)是這樣的星形網絡，其中有源RN被一個有源分光器(optical splitter)或波分復用(WDM)分裂器/路由器代替。為協調上行流通信業務，上行流光可在分裂器位置被檢測并轉換成一個TIS。該TIS可隨后通過下行流光纖(如果使用兩條光纖)或在同一光纖上的獨立波長或RF副載波廣播返回至諸EU。可供選擇地，為保持PON的無源性質，另一種方法是使用對上行流和下行流傳輸不同的波長或不同的副載波，并無源地環回上行流信號用于通信業務指示目的。
圖14(a)和(b)顯示該PON的略圖。圖14(a)是使用一個分裂器15來連接一條光纖和一個EU的情形。圖14(b)是使用兩個分裂器15a和15b的情形，其中一個用于上行流一個用于下行流。因此，每個EU的上行流和下行流傳輸是在獨立的光纖上進行的。無論哪一種情形，如果上行流和下行流傳輸使用不同波長，則上行流光在分光器150和150b的未被使用的中繼端口上被收集，被耦合至下行流中繼端口151或另一個分裂器150a的未被使用的中繼端口，并下行廣播。因此，該EU將在一個波長上接收下行流并在另一個與上行流相同的波長上接收TIS。EU 20可將接收的作為上行流數據的TIS與它的傳輸數據比較以監視通信業務狀態。借助一定的上行流傳輸電平控制，如上所討論的，該EU還可使用接收的TIS電平來監視通信業務。如果僅使用一個分配光纖(及分裂器)(圖14a)，可能需要有一個回波消除方案以避免傳輸數據與TIS之間的沖突。同樣的原理也應用于這樣的情形，其中上行流和下行流使用若干相同的波長但不同的副載波。
如圖15(a)-(b)所示，所提出的策略還可用于將標準以太網升級成全雙工操作。圖15(a)所示的標準以太網使用若干TP將多個EU連接至一個中樞或橋路器44，或將它們連接到同軸線總線上。基于本發明，如圖15(b)所示，以太網被劃分為幾個小的小區A和B。在每個小區內，一個IN與多個EU連接。每個IN隨后連接至一個交換橋路器45。IN使用與以前以全雙工傳輸(上行流或下行流處在獨立的線對或獨立的頻率上)所討論的相同方法解決局部爭用。因為在EU的小群體內爭用被局部解決，網絡效率得以增加。在標準RJ45 TP線束中有四個線對，僅使用三個線對(一對用于上行流、一對用于下行流，一對用于信令)。另一對可用于多信道上行流/下行流傳輸。所有這些方案還可在同軸線(10Base5和10Base2)、光纖、或無線傳輸媒體上使用。并且，不象常規以太網中那樣每個EU與橋路器的一個端口連接，這種方案允許若干群(與一個IN有關的)用戶EU共享一個接口，因此減低了成本。
應指出，諸IN可獨立于CO與諸EU之間的雙向通信，執行通信業務監視和指示/控制功能。諸IN還可僅執行通信業務監視和指示/控制功能而不中繼CO與諸EU之間的雙向信號傳輸。例如，本發明可在一個無線網絡上實施。若干有線或無線鏈路將諸IN連接至多個固定或移動EU。諸IN使用以上諸實施方式中所描述的算法調整由諸EU到CO或基站的上行流業務。在一個無線網絡中，它可有利于CO直接與某些或所有EU通信。諸IN將處理通信業務監視、指示和控制(信令)，但可以或可不中繼由CO到諸EU或由諸EU到CO的通信信號。諸IN可以與一個或某些EU(例如，一個處在有利位置的，可以是在小山頂上的EU)同處一位置，并甚至可以共享諸EU的天線。
雖然已結合其若干個具體實施方式
描述了本發明，很明顯，諸多選用、修改、和變化對熟練的技術人員來說是明了的。因此，在此所列舉的本發明的諸最佳實施方式意在描述，而非限制。不離開以下權利要求書所定義的本發明的范圍，可作多種變化。
權利要求
1.一種操作一個包括一個中心局以及至少一個中間節點的通信網絡的方法，該方法包括從中心局下行發送若干信號至多個末端單元；在中間節點接收由多個末端單元發送的若干上行流信號；以及從中間節點將若干個從諸接收的上行流信號中得出的業務信息信號發送至多個末端單元。
2.權利要求1的方法，進一步包括在中間節點產生若干個下行流業務信息信號的步驟。
3.權利要求1的方法，進一步包括通知每個末端單元上行流傳輸的許可是否被準許的步驟。
4.權利要求1的方法，進一步包括以下步驟每個末端單元在傳輸諸上行流信號之前監聽諸下行流業務信息信號；當諸下行流信息信號指示諸上行流信道空閑或允許傳輸時，傳輸諸上行流信號；當諸業務信息信號指示上行流信道占線時，在每個末端單元延遲傳輸；以及當傳輸時在每個末端單元處連續監聽諸業務信息信號，并將諸接收的下行流業務信息信號與這樣的下行流信令比較，該下行流信令是每個末端單元所期望將根據它自己曾發送的諸上行流信號得出的，并且其中當所期望的信號與接收信號不同時每個末端單元停止傳輸并補償。
5.權利要求1的方法，其中所述從中間節點發送的步驟包括將諸上行流信號的至少一部分環回至每個末端單元的步驟。
6.權利要求1的方法，進一步包括產生以下信號之一的步驟指示上行流信道空閑的第一信號類型；指示上行流信號被檢測出的第二信號類型；以及指示多個上行流信號已同時到達中間節點從而指示碰撞的第三信號類型；
7.權利要求6的方法，其中每個末端單元在發送諸上行流信號之前監聽諸業務信息信號，并且如果檢測到第二或第三信號類型則不傳輸諸上行流信號。
8.權利要求6的方法，其中每個末端單元在傳輸的同時監聽，并且如果檢測出第三信號類型則停止傳輸并補償。
9.權利要求1的方法，進一步包括以下步驟從多個末端單元上行發送若干個業務信息信號；從中間節點下行環回諸業務信息信號的至少一部分；以多個末端單元監聽諸下行流業務信息信號；以及連續傳輸諸上行流信號或當諸下行流業務信息信號提供信道空閑指示或允許傳輸指示時傳輸諸上行流信號，以及當諸業務信息信號指示占線或碰撞時延遲傳輸并補償。
10.權利要求1的方法，進一步包括以下步驟在中間節點從至少多個末端單元之一上行接收一個地址；以及發送該帶有業務信息信號的地址返回到至少一個末端單元。
11.權利要求10的方法，進一步包括以下步驟在每個末端單元比較所發送地址與所接收地址；以及如果兩個地址相同則用每個末端單元上行傳輸諸信號，如果兩個地址不同則停止傳輸。
12.權利要求10的方法，進一步包括以下步驟在從每個末端單元發送諸上行流信號之前，發送該地址，地址后跟隨著上行流信號的帶外業務信息信令；以及從中間節點下行反射該地址和業務信息信令，其中該末端單元在接到正確的地址后上行傳輸諸信號，同時連續傳輸帶外業務信息信令。
13.權利要求12的方法，其中該末端單元在結束發送諸上行流信號之前的一段時間ΔT停止發送業務信息信令，其中時間ΔT等于或小于發送該地址包的持續時間。
14.權利要求12的方法，其中該末端單元在結束發送諸上行流信號之前停止發送業務信息信令，以使得地址和信令的持續期實質上與諸上行流信號的持續期相同。
15.權利要求12的方法，其中該末端單元同時停止發送諸上行流信號和業務信息信令。
16.權利要求12的方法，進一步包括以下步驟開始從該末端單元傳輸諸上行流信號并同時停止從該末端單元傳輸業務信息信令；以及連續從中間節點傳輸諸業務信息信號，諸業務信息信號是由諸上行流信號得出的。
17.權利要求10的方法，進一步包括從一個末端單元與其上行流信號一起同時發送地址的步驟。
18.權利要求10的方法，包括用諸上行流信號發送帶內地址的步驟。
19.權利要求1的方法，其中中心局通過第一通信路徑發送若干個下行流信號，而中間節點通過第二通信路徑發送若干個業務信息信號。
20.權利要求1的方法，包括通過一個公用通信路徑但在不同的RF信道上，從中心局發送若干下行流信號并從中間節點發送若干業務信息信號的步驟。
21.權利要求1的方法，包括通過一條使用諸不同光波長和不同編碼之一的公用通信路徑，從中心局發送若干下行流信號并從中間節點發送若干業務信息信號的步驟。
22.權利要求1的方法，進一步包括至少通過光纖、同軸電纜、絞合線對以及無線鏈路之一發送諸下行流信號、諸業務信息信號、以及諸上行流信號的步驟。
23.權利要求1的方法，其中諸上行流信號、諸下行流信號、以及諸業務信息信號至少包括諸編碼基帶信號、諸未編碼基帶信號、以及諸RF信號之一。
24.權利要求1的方法，其中諸業務信息信號的持續期大于中間節點與一個所選末端單元之間的最大往返路程延遲。
25.權利要求1的方法，包括通過一個公用RF信道從中心局發送若干下行流信號并從中間節點發送若干業務信息信號，以及借助一個包間間隔發送若干下行流信號，包間間隔具有如此大小以便中間節點可將若干業務信息信號插入該包間間隔。
26.權利要求1的方法，其中在諸一定的時間段內中心局發送諸下行流信號而在其它時間段內諸末端單元傳輸諸上行流信號及諸中間節點插入業務信息信號。
27.權利要求1的方法，包括通過多個信道傳輸諸上行流信號，使得每個末端單元可基于所接收的業務信息信號動態地選擇一個信道。
28.權利要求1的方法，進一步包括以下步驟從至少一個所選末端單元上行發送優先級信令；以及在該中間節點下行環回該優先級信令以允許所選末端單元擁有用于占據一個信道的高優先級以使得其它諸末端單元具有在該信道上傳輸的低優先級。
29.權利要求1的方法，進一步包括以下步驟從至少一個所選末端單元上行發送保留信令以允許該所選末端單元保留若干時隙以使得其它諸末端單元不能在該若干時隙期間在一個特定信道上傳輸。
30.權利要求1的方法，進一步包括在末端單元使用一個標準以太網卡并直接通過網絡傳輸曼徹斯特編碼信號的步驟。
31.權利要求1的方法，進一步包括使用一個標準以太網卡并用一個標準以太網收發信機DC偏移諸曼徹斯特編碼信號以變成直接由網絡上的一個RF載波攜載的2電平信號，以及檢測該RF信號并將它轉換回3電平曼徹斯特編碼的步驟。
32.權利要求1的方法，進一步包括使用一個標準以太網卡通過禁用一個環回功能以便允許獨立的上行流和下行流操作的步驟。
33.權利要求1的方法，進一步包括以下步驟在AUI端口上將一個以太網卡與一個收發信機連接；將一個下行流信道與一個數據輸入電路對接；將一個上行流信道與一個數據輸出電路對接；以及將一個業務信息信令信道與一個控制輸入電路對接。
34.權利要求32的方法，進一步包括在一個輸入信息包結束之后約9.6μs，獨立于諸接收功能，用該末端單元傳輸該上行流信號的步驟。
35.權利要求1的方法，包括分離以太網卡的傳輸與接收功能以使得每當上行流信道空閑時每個末端單元能傳輸。
36.權利要求35的方法，進一步包括以下步驟將一個收發信機與第一以太網卡芯片連接；將一個下行流信道與第一以太網卡芯片的一個數據輸入電路對接；以及將一個上行流信道及一個業務信息信號信道與第二以太網卡芯片的一個數據輸出及一個控制輸入電路對接，以允許獨立的雙向操作使得每當該上行流信道空閑時每個末端單元能傳輸。
37.權利要求1的方法，其中在中心局使用一個標準以太網交換橋路器，并且其中橋路器的每個分配端口被連接至每個中間節點并由該中間節點所服務的多個末端單元共享。
38.權利要求1的方法，包括在中心局使用一個標準以太網橋路器和兩個10BaseT收發信機，使得出自該橋路器的一個輸出對與一個收發信機的輸入對連接，而一個收發信機的輸出對與一個第二收發信機的輸入對連接，其中第二收發信機的一個輸出對與該橋路器的一個輸入對連接以建立一個鏈路脈沖環路來滿足橋路器和諸收發信機的鏈路完整性要求。
39.權利要求1的方法，其中中間節點與中心局處在同一位置。
40.權利要求1的方法，包括通過一個mFN-HFC網絡傳輸，其中中間節點是一個小型光纖節點。
41.權利要求1的方法，其中網絡是一個常規HFC網絡并且中間節點是這樣一個同軸線放大器，該放大器在5-40MHz范圍與50MHz至1GHz的常規下行流頻率范圍之一之內下行發送業務信息信令。
42.權利要求1的方法，其中網絡是常規HFC或mFN-HFC，中間節點是光纖節點。
43.權利要求1的方法，其中網絡是一個有源星形網絡而中間節點是一個遠程節點，使得該中間節點在一個上行流線路活動時將一個信道占線業務信息信號發送至所有用戶，而在多個上行流線路活動時給至少一個用戶發送一個碰撞業務信息信號。
44.權利要求1的方法，其中網絡是一個無源光網絡而中間節點至少是至少一個分光器和至少一個WDM分裂器/路由器之一，并且其中諸上行流和下行流信號使用不同波長或RF載波以使得在該至少一個分裂器之一的一個未被使用的中繼端口處收集上行流光并通過同一條光纖或不同的一條光纖將它下行發送。
45.權利要求1的方法，其中網絡是一個標準以太網并且其中若干個中間節點將網絡劃分成幾個小的小區，每個中間節點局部地解決爭用并與一交換橋路器的一個分配端口連接。
46.一種用于與多個末端單元通信的通信網絡，該通信網絡包括一個中心局，用于將若干個下行流信號傳輸至多個末端單元并用于接收由多個末端單元發送的若干個上行流信號；以及位于網絡中的至少一個中間節點，該中間節點包括一個業務信息信號傳輸裝置，它將根據從多個末端單元接收到的若干個上行流信號中得出的若干個業務信息信號傳輸至多個末端單元。
47.權利要求46的網絡，其中該至少一個中間節點進一步包括一個產生諸業務信息信號的業務信息信號發生裝置。
48.權利要求46的網絡，其中諸業務信息信號包括用于通知每個末端單元上行流傳輸的許可是否被準許的準許信息。
49.權利要求46的網絡，其中每個末端單元在傳輸上行流信號之前監聽諸下行流業務信息信號并在諸下行流業務信息信號指示諸上行流信道空閑或允許傳輸時傳輸諸上行流信號，并當諸下行流業務信息信號指示諸上行流信道占線時等待，并且其中每個末端單元比較諸接收的下行流業務信息信號與它根據它自己曾傳輸的若干個上行流信號得出的所期望下行流信令，并且該末端單元在所期望的信號與接收的信號不同時停止傳輸并補償。
50.權利要求46的網絡，其中中間節點通過將諸上行流信號的一部分環回至每個末端單元而傳輸諸業務信息信號。
51.權利要求46的網絡，其中每個中間節點在接到諸上行流信號時產生并傳輸若干包括以下信號類型之一的業務信息信號指示一上行流信道空閑的第一信號類型；指示一上行流信號被檢測出的第二信號類型；以及指示多個上行流信號已同時到達中間節點從而指示碰撞的第三信號類型；
52.權利要求51的網絡，其中每個末端單元在發送諸上行流信號之前監聽諸業務信息信號，并且如果檢測到第二或第三信號類型則不傳輸諸上行流信號。
53.權利要求51的網絡，其中至少一個末端單元的每個在傳輸的同時監聽，并且如果檢測出第三信號類型則停止傳輸并補償。
54.權利要求46的網絡，進一步包括一個位于每個末端單元內的傳輸裝置，該裝置上行發送若干個業務信息信號；位于中間節點內的環回裝置，用于下行環回諸業務信息信號的至少一部分；位于每個末端單元內的接收裝置，該裝置監聽諸下行流業務信息信號；以及位于每個末端單元內的傳輸裝置，該裝置連續傳輸諸上行流信號，或當諸下行流信息信號提供信道空閑指示或允許傳輸指示時傳輸諸上行流信號，并且當諸業務信息信號指示占線或碰撞時延遲傳輸或補償。
55.權利要求46的網絡，其中該至少一個末端單元的一個地址被上行發送至中間節點并且該地址被下行傳輸返回該末端單元。
56.權利要求55的網絡，其中每個末端單元比較所發送地址與所接收地址，并且如果兩個地址相同則傳輸諸上行流信號，而如果兩個地址不同則停止傳輸。
57.權利要求55的網絡，其中諸上行流信號與該末端單元的地址以及由該末端單元所發送的其它信息同時傳輸。
58.權利要求46的網絡，其中中心局進一步包括這樣一個標準以太網交換橋路器，橋路器具有的每個分配端口與一個中間節點連接，并由該中間節點所服務的多個末端單元共享。
59.權利要求46的網絡，進一步包括這樣一個收發信機，該收發信機在一個AUI端口上與一標準以太網卡連接，并且使用數據輸入電路與一個下行流信道對接，使用一個數據輸出電路與一個上行流信道對接，以及使用一個控制輸入電路與一個業務信息信令信道對接。
60.權利要求46的網絡，其中收發信機使用第一以太網卡芯片的數據輸入電路與一個下行流信道對接，使用第二以太網卡芯片的一個數據輸出電路及控制輸入電路與一個上行流信道及一個業務信息信號信道對接，允許獨立的雙向操作以使得每當上行流信道空閑時該末端單元能傳輸。
61.權利要求46的網絡，包括在中心局使用一個標準以太網橋路器和兩個10BaseT收發信機，使得出自該橋路器的一個輸出對與收發信機的輸入對連接，收發信機的一個輸出對與第二收發信機的輸入對連接，其中第二收發信機的一個輸出對與該橋路器的一個輸入對連接，以建立一個鏈路脈沖環路來滿足橋路器和諸收發信機的鏈路完整性要求。
62.權利要求46的網絡，其中中間節點與中心局處在同一位置。
63.權利要求46的網絡，其中網絡是一個mFN-HFC網絡，中間節點是一個小型光纖節點。
64.權利要求46的網絡，其中網絡是一個常規HFC網絡并且中間節點是一個同軸線放大器，該放大器在5-40MHz范圍與50MHz至1GHz的常規下行流頻率范圍之一之內下行發送業務信息信令。
65.權利要求46的網絡，其中網絡是常規HFC和mFN-HFC中之一，中間節點是光纖節點。
66.權利要求46的網絡，其中網絡是一個有源星形網絡而中間節點是一個遠程節點，中間節點在一個上行流線路活動時將一個信道占線業務信息信號發送至所有用戶，而在多個上行流線路活動時給至少一個用戶發送一個碰撞業務信息信號。
67.權利要求46的網絡，其中網絡是一個無源光網絡，而中間節點至少是至少一個分光器和至少一個WDM分裂器/路由器之一，并且其中諸上行流和下行流信號使用不同波長或RF載波，以使得在該至少一個分裂器之一的一個未被使用的中繼端口處收集上行流光并通過同一條光纖或不同的一條光纖將它下行發送。
68.權利要求46的網絡，其中網絡是一個標準以太網，并且其中若干個中間節點將網絡劃分成幾個小的小區，使得每個中間節點局部地解決爭用并與一交換橋路器的一個分配端口連接。
全文摘要
一種通信網絡使用中間節點解決局域業務爭用。諸中間節點接收來自末端用戶的上行流信號,從諸上行流信號中得出業務信息信號,并且將諸業務信息信號發送至諸末端用戶。通過監聽來自中間節點的諸業務信息信號,諸末端用戶得知上行流傳輸信道是空閑或占線,或者是否已發生碰撞。在或不在中心局或前端的幫助下,諸中間節點得出并發送諸業務信息信號。
文檔編號H04L12/403GK1184390SQ9711966
公開日1998年6月10日 申請日期1997年9月23日 優先權日1996年9月24日
發明者托馬斯·愛德華·達西, 比哈維斯·德塞, 艾倫·H·戈諾克, 盧曉林, 舍伊·利·伍德沃德 申請人:美國電話電報公司