线缆调制解调器的跳频方法、线缆调制解调器及传输系统

具体实施方式

如图1所示，在本发明中，在CM的应用软件层定义一跳频模块1，通过此跳频模块1，通过Telnet、内置Webserver或内部命令传递的方式，即可使CableModem工作在所需要的频点上。

实现跳频功能主要需两个功能模块：跳频模块和Tuner控制模块。跳频模块属于CM的应用软件层；Tuner控制模块属于CM驱动和资源层，为原有的设计模块，负责下行频道的扫描和控制。在CM加电后，内嵌的操作系统开始运行(如pSOS实时操作系统)，在进行硬件的自检后，Tuner控制模块开始搜索下行频点；跳频模块根据接收的指定频点命令(利用Telnet、内置Webserver或命令传递方式)，向Tuner控制模块发送指定的频点，Tuner控制模块转到此指定频点，进行下行频点锁定，若锁定成功，则完成跳频，执行下一步操作(获取上行参数)；若未能锁定指定的下行频点，则重新进行锁定。跳频模块作用的硬件有QAM调制解调器、Cable ModemPHY&MAC层。用户通过设定的方式，发送跳频控制指令到CmlnfoArea，作用于CmApp，调用内部函数，完成跳频。

Cable Modem的整体系统结构的描述以及跳频模块所在位置，如图1所示，整体系统由以下几部分组成：

驱动和资源层：提供DOCSIS的物理实现以及接口设备驱动等；其中设备驱动包括如FLASH、以太网接口、USB接口、DOCSIS MAC、安全加密、高频头相关的设备，同时还包括一Cable Modem硬件抽象管理模块：其主要功能是定义各种消息的封装，如数据消息、MAC管理消息、以太网消息；另外，还负责下行频道扫描的底层功能(Tuner控制模块)以及Cable Modem状态管理、Watchdog实现等。

实时操作系统层：是一种嵌入式实时多任务操作系统(如pSOS，vxworks等)，其主要职能是：

BSP生成和工具；

多线程(任务)实现：线程(任务)的创建和调度(状态管理、优先级管理)，线程间通信(如事件、信号、消息队列等)、同步；

存储管理，包括存储分配和访问保护；

系统时间管理，如时间片、定时器、日期和时间；

中断和异常处理，中断向量表、中断服务例程、异常捕获和处理；

系统输入输出功能：主要有应用程序和OS之间的接口，OS内核和设备驱动程序之间的接口；及

网络支持。

应用软件层：在操作系统层面之上，实现各种功能的应软件，包括应用协议、用户界面、跳频软件等。

应用协议主要包括：SNMP，TFTP，DHCP，Telnet。

应用软件主要包括：Cable Modem与CMTS之间的交互模块、DOCSIS MAC协议和操作模块、RFI和Ethernet/USB接口之间的数据转发模块、CPE(Customer PremisesEquipment)管理模块、服务分类多IP实现模块、软件在线升级功能模块、控制台命令管理模块、SNMP处理模块、Webserver处理模块、系统防火墙模块、数据和参数管理模块及跳频模块。

本发明是对Cable Modem的软件结构的功能扩充，在现有的软件体系结构中，增加跳频模块，因此本说明书中只详细说明跳频模块的技术实现，而不对其他软件模块做作详细说明。

跳频技术是指：在光纤同轴混合网中，不同的CMTS提供多个不同的下行频点，并在各个下行频点同时为合法用户提供注册服务，用户自行选择或随意改变CableModem工作的下行频点。通过跳频技术，可以使Cable Modem主动选择不同的下行频点，扩大了Cable Modem的工作带宽。

采用“跳频”技术与传统的CM注册步骤有所区别：

工作在不同频点的CMTS都要同时给Cable Modem传送上行信道扫描符(UCD)，这样，当Cable Modem扫描到每个CMTS的下行频点时，都可以进行注册。

Cable Modem增加一个由用户控制的“跳转到”指定频点扫描功能，重新完成注册。

这样，采用“跳频”技术的Cable Modem注册步骤为：

由计算机或IP机顶盒等用户终端设备对Cable Modem发送跳频控制指令，CableModem这时只在指定频点进行扫描，等待一个从CMTS(Cable Modem Terminationsystem)发送出来的上行信道扫描符(UCD)，获得上行信道的传输参数。CMTS会周期性地传输UCD给所有的Cable Modem。Cable Modem经过校准、建立IP连接、建立时间、建立安全机制、传输操作参数、初始化基本保密机制、向CMTS注册。

因此，本发明的采用跳频的CM的工作流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤S1，Cable Modem上电，经过系统底层Boot后，由TunerWrite函数控制Tuner控制模块自动开始搜索下行频点；

步骤S2，在跳频模块中，通过内置Webserver、Telnet或内部命令传递等形式，接收用户终端发送的跳频控制指令GoToDs_Fre()，此指令中为指定频点值，SeCmDs_Fre()将此值传递给TunerWrite，写入高频头中，开始扫描；

步骤S3，高频头以指定的值扫描射频接口中的信号，并锁定一频点；

步骤S4，CM检查锁定后的频点是否与指定的频点一致，如果一致，进行步骤S7，如果不一致，进行步骤S5；

步骤S5，判断时间是否超长，如果超长，报告错误，并异常结束，如果没有超长，则进入步骤S6；

步骤S6，Tuner控制模块重新锁定一新的频点，并返回步骤S4；

步骤S7，依次进行获取上行参数、测距和自动调整、设备分类识别、建立IP连接、建立日期时间、发送可选参数、注册上线过程。

下面就CM实现“跳频”的几种方式进行详细描述，在此为方便描述，将CM的IP地址设置为192.168.100.1。

第一种方式为命令行方式实现“跳频”，其可以在Telnet中，通过手工输入命令的方式实现，如：

C：Telnet  192.168.100.1回车

   ＞GotoFrq 508000回车

其中：GotoFrq为跳频命令，508000为指定频点。

第二种方式为内置Webserver方式，即在Cable Modem的内置Webserver上实现跳频，Cable Modem自身具有一内置的Webserver，该WebServer是作为实现跳频的一种方式，其IP地址为192.168.100.1，可在此内部Web上提供指定下行频点的功能，如图3所示。其工作流程示意图见图9所示。

第三种方式为内部命令传递方式，即以内部命令传递方式实现“跳频”：计算机、IP机顶盒、IP电话等用户终端设备向Cable Modem发送“跳频”指令，Cable Modem接受此命令，并将工作频点转到指令所描述的频点下。这种方式在实际应用中最为方便、有效。

上述3种方式中的“跳频”指令是由计算机、IP机顶盒、IP电话等用户终端设备向Cable Modem发送的命令，Cable Modem须接受此命令，并按照命令参数确定的频点重新与CMTS建立注册，然后工作在这个指定的频点下，直到下一个同类指令到来。

具体的指令定义如下表所示：

一种可行的传送指令方式为，通过HTTP协议，向Cable Modem的内置Webserver发送指令。例如，上表中的命令可以表述为：

http：//192.168.100.1/GoToDs-Fre？frq＝’508000’

当运营商利用“跳频”技术开展业务应用时，可以通过在前端服务器设置配置文件或利用html页面描述，在Web页面中给出关联的频点和业务内容。本发明中的业务包含但不限于IPTV、IP电话、宽带上网。

下面分别给予描述“配置文件方式”和“Web页面方式”的应用。

配置文件方式：计算机、IP机顶盒、IP电话等终端设备通过Cable Modem与前端服务器建立网络连接后，可以从指定IP的服务器自动获取一个文件，该文件中描述了每一项业务与所在频点。计算机、IP机顶盒、IP电话等终端设备可以利用这个文件，向Cable Modem发送“跳频”指令，然后，再开展相关的业务。配置文件表的形式如下：

以在IP机顶盒上收看视频节目为例，说明配置文件的方式。

在IP机顶盒初次注册时，会收到运营商服务器上下载的节目配置文件，以下表举例说明：

当用户操作机顶盒看节目的时候，机顶盒中的软件，利用已经下载到机顶盒的这个配置文件，取出相关信息，向Cable Modem发送“跳频”指令，例如，当选择收看第1套节目时，机顶盒会向Cable Modem发送“跳频”到508000KHz的指令，待注册完成后，转去搜寻业务流“中央电视台一套”的节目信息，并播放。

Web页面方式：计算机、IP机顶盒、IP电话等终端设备，登录到开展业务的Web页面，在页面的描述中给出该业务与频点的关联关系，当用户选择该项业务时，计算机、IP机顶盒、IP电话等终端设备根据关联的频点，向Cable Modem发送“跳频”指令，然后，再转向这个的业务。

以视频节目为例，作一说明，假设节目名称：“中电通咨讯台”。

如图4所示，在Web页面中，按钮“点击播放”对应一个“中电通咨讯台”电视频道的组播流，以及该组播流所在的频点，其btml描述可以是如下的形式之一：

    <p><a href＝″iptv：//224.2.171.2：1111/udp″frq＝″508000″>

    <img border＝″0″src＝″iptvimages/play.gif″width＝″133″height＝″22″>

    </a><p>

其中：href＝″iptv：//224.2.171.2：1111/udp″表示中电通咨讯台”电视节目组播流的IP地址及端口号，udp组播等业务信息frq＝″508000″表示该业务所在频点为508000KHz；src＝″iptvimages/play.gif″表示“点击播放”的按钮。

当用户按下按钮“点击播放”之后，计算机、IP机顶盒、IP电话等终端设备会给Cable Modem发送“跳频”到508000KHz的指令，待注册完成后，转去搜寻业务流“中电通咨讯台”的节目信息，并播放。

图9为Web页面方式的跳频过程示意图。

如图9所示，CPE通过登录到Cable Modem的Web页面上，发出跳频请求Request，Cable Modem的Webserver处理模块调用应用层的跳频模块，传送设定下行频点SetDSFreq命令，跳频处理的结果通过GetCmInfo返回到Web页面，而后，通过Response反馈给CPE。其流程图如图13所示。

其中会应用到的主要函数定义如下：

上表中的函数的设计说明如下：

Get_DsFre()：在WEB指定下行频点

名称：lFreq；

数据类型：int32；

数据值的有效范围：50.0MHz-801.25MHz

Send_Ack()：WEB返回指定下行频点的结果

数值：0or1；

数据类型：Bool；

GoToDs_Fre()：跳转到指定的频点

名称：lFreq；

数据类型：int32；

数据值的有效范围：50.0MHz-801.25MHz

SetCmDs_Fre()：将指定的频点设定为目前扫描的下行频点

名称：lFreq；

数据类型：int32；

数据值的有效范围：50.0MHz-801.25MHz

TunerWrite()：执行将Hz转换成MHz的动作，同时将结果的高8位写入Divider byte1(用于存储扫描频率值)寄存器，低8位写入Divider byte 2寄存器中，本函数输入项名称为lFreq；数据类型为int32，数据值的有效范围为50.0MHz到801.25MHz，输入数据的来源为扫描下行信道时的频率。

WriteDownstream()：其输入为ULONG Register，UCHAR ValueIn[]，UCHARLength，并把ValueIn[]中的值按照Length大小(字节、双字节和四字节)转换成Value，然后写入Register中，其输出为0或＞0，其中，Register表示存入的第一个寄存器的地址，小于0×1000为多字节寄存器，否则为单字节寄存器，ValueIn[]表示将要写入数据的数组，Length：表示写入数据的长度(以字节为单位)；输出项的数据类型为ULONG类型，数据范围0表示写操作成功，＞0表示写操作失败，其函数逻辑流程如图10所示。

ReadDownstream()：其输入为ULONG Register，UCHAR*ValueOut及UCHARLength，其将Register中的值按照Length大小(字节、双字节和四字节)转换成Value，然后输出到ValueOut中，其输出为0或＞0，其中，Register表示输出的第一个寄存器的地址，小于0×1000为多字节寄存器，否则为单字节寄存器；ValueOut表示将要写入数据的数组；Length：表示输出数据的长度(以字节为单位)，其输出数据类型为ULONG类型，数据范围：0表示读操作成功，＞0表示读操作失败，其函数逻辑流程如图11所示。

FindDownstrearn()：其输入为int *StartingPoint、BOOL singleScan及ULONG*pRealFrequency，并从StartingPoint开始检索频率进行扫描，然后把结果输出，其输出为0或＞0，其中StartingPoint是一个指针，指向下行扫描的初始频率位置，SingleScan标志是否进行单频率扫描(TURE为单频率，FALSE为多频率)，PRealFrequency表示扫描到的实际频率。其输出数据类型为ULONG类型，数据范围：0表示读操作成功，＞0表示读操作失败，其函数逻辑流程如图12所示。

图5显示了使用“跳频”技术的传输装置及系统结构图。

各部分功能如下：

Server 10服务器端：对CMTS 20进行管理配置，包括每台CMTS20的上行通道、下行通道、工作参数等；同时对Cable Modem 30(跳频设备)进行管理设置，包括对CableModem30的开户、销户、帐号认证、流量管理等；

CMTS 20：用于连接双向HFC网和宽带数据网，为用户端的Cable Modem提供控制、管理和数据传输功能，它提供动态带宽管理、高速信息流量集中、数据网络资源的接入控制并保证数据服务质量。每个CMTS板卡一般配置为一个下行频道，2或4个上行频道，可支持1000-2000用户。在此系统中，多个CMTS提供多个下行频道，组成一个多业务服务网；

混和器40：将多路射频信号(Cable线传输)混和为一路信号，经过光发射机传送；

以上三部分为前端机房构成；

HFC网络50：传输部分；

采用“跳频”技术的Cable Modem及其连接的外部设备30：用户端设备，有多种连接方式与组合。

图6显示了单一Cable Modem设备及其连接的外部设备的情况。Cable Modem与计算机、IP机顶盒、IP电话在外部连接，当然，实际使用中可以只连接其中一种，也可以连接其中任意两种，还可以同时连接三种外部设备。

图7为CableModem的内部模块结构。

如图7所示，从有线电视线缆传来的信号，接到CableModem的射频接口，经过高频头(Tuner)处理后，送入CableModem的核心处理器(Docsis MAC&PHY、RISC)解调，转化为IP包，经过以太网口或USB接口后，传到外界设备。若前端Server对CableModem所带的外部设备数目无限制，可同时使用以太网口和USB口，有两台以上设备时，在以太网口后可加接一集线器(Hub)。用户根据自己的喜好，利用跳频技术，可方便的切换到所需要的服务。

当然，也可以在Cable Modem内部集成数字电视模块和/或VoIP模块，如图8所示的三网合一终端设备。

三网合一终端设备，同时含有CM模块、视音频处理模块、语音处理模块，外部与计算机、电视机、IP电话连接，实际使用中可以连接其中一种，也可以连接其中任意两种，还可以同时连接三种外部设备。在三网合一终端设备中，将CableModem模块(数据)、IPTV模块(视频)、VCIP模块(语音)集成为单一设备，通过以太网口或USB接口可以连接到计算机，进行上网浏览、网上游戏等活动；通过S-video或YUV接口，连接到普通的模拟电视机，即可收看视频节目；通过一路或多路电话接口(RJ11)可连接一部或多部普通的模拟话机，进行通话。

本发明实现方法中对其直接作用的设备，包括但不限于线缆调制解调器，其还包括符合DOCSIS或EURODOCSIS标准的独立设备，或设计于电路中的符合DOCSIS或EURODOCSIS标准的功能电路。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。