[发明专利]一种用软件定义的电缆网络系统及方法

说明书

本发明涉及一种用软件定义的电缆网络系统及方法。更具体地说，本发明涉及一种电缆网络系统，通过对网络的用户终端设备进行再编程，而升级和/或改变该用户终端设备及电缆网络系统的功能。

电缆网络，如光纤电缆混合(HFC)网络，作为多媒体通信网目前正在得到飞速发展。如图1所示，这种网络一般具有点对多点网络结构，即有一服务器前端设备1位于服务供应商处，有众多用户终端设备2位于用户处。它们通过电缆网络3相连。当电缆网络3为单向网络时，服务器前端设备1以广播方式向各用户终端设备2发送信息(如有线数字电视广播网)。当电缆网络3为双向网络时，用户终端设备2亦可通过该网发送数据给服务器前端设备1，从而形成双向通信。即使对于单向电缆网络3，用户终端设备2亦可通过其它外部网络5与挂接在同个网上的服务器前端设备1进行通信，如当外部网络为电话网时，它可以通过电话调制解调器和该网相连，再与同样通过电话调制解调器连在同一电话网上的服务器前端设备1相通信。这种通过外部网络5形成的通信链路可以为双向链路，但由于其一般速率较低，故下行数据(从前端至用户端)常通过电缆网络3传送，从而形成一混合通信链路。

一般用户终端设备2连接电视机6和PC机9，但亦可为某个局域网4的网关，从而局域网4内的各设备均可与服务器前端设备1相通信。服务器前端设备1除了提供网络管理和直接发送服务数据(如多媒体节目数据)外，亦可与广域网6相连，作为整个电缆网络系统的网关为该网内的所有用户终端设备2提供服务(包括相关的局域网4)。有时为了更有效灵活地实现网络管理，一部分网络管理功能可以从服务器前端设备1中分离出来并将其置于网络服务器7中，而网络服务器7通过广域网6与整个电缆网络系统相连，从而实现对该网的控制。

以上所述的系统，目前已有应用实例，例如目前在北美和欧洲发展的电缆调制解调器网络(Cable Modem System)即为一典型例子。

由于在网络中一般需要大量的用户终端设备，所以如何降低这些设备的成本一直是众多生产厂家所追求的目标。对于大规模生产的电子设备，在设备内部大量采用专用集成电路往往是降低成本的一个有效途径。比如在目前已推向市场的先进机顶盒和电缆调制解调器内部都大量采用专用集成电路芯片来完成众多的数字信号处理和信令处理工作，如物理层的信号接收发送工作，媒体接入控制层的信令控制工作和数字图像解码工作等均由硬件专用集成电路完成。

这种用专用功能硬件芯片来完成信号处理工作的方式的最大缺点在于缺乏灵活性和无法实现资源复用。

目前，通信技术的发展速度非常快，新理论、新技术和新标准的推出和更新速度是以往任何时期都无法比拟的，一种缺乏足够灵活性的硬件方案将使产品很快被淘汰。比如目前在北美推广的DOCSIS电缆调制解调器标准，仅用了一年多时间即从1.0版本变到1.1版本，其媒体接入控制层协议的变化使硬件芯片制造商被迫不断推出新的芯片，而终端设备制造商和服务供应商更是花费巨大代价来更新设备。目前1.2版已有草案推出，其物理层协议亦将有重大变化，新一轮的硬件升级在所难免。类似的情况也发生在图像编解码方法和标准的不断更新上，如目前虽广泛采用MPEG2图像编解码标准，但MPEG4已标准化，而新的MPEG也在讨论中，所有这些新标准的推出都将使已有的硬件实现方案面临重大问题。

为了适应多种标准并存的现状，有些硬件芯片制造商在同一芯片中封装了能适应多个标准的芯片模块，如有一些接收机芯片能同时接收数字电视卫星广播信号，电缆广播信号和陆地广播信号。但这种芯片在某个时刻仅一部分电路在工作，从而造成芯片的浪费。

本发明的目的就是为解决上述采用硬件芯片方案所带来的问题，提出了一种用软件定义的电缆网络系统及方法，能够仅通过对网络的用户终端设备进行再编程，就能使该用户终端设备升级，改变电缆网络系统的功能，并且当网络中的服务器前端设备更新升级时，不必更新用户终端设备，即能使用户终端设备升级。

本发明在用户终端设备中采用了可编程芯片，如通用或专用数字信号处理器(DSP)芯片、FPGA芯片和通用或专用CPU，通过对这些芯片的编程和/或再编程，从而改变芯片的数字信号处理功能及各种上层的信令及程序。这种对内部芯片的编程和再编程的过程可以通过经过电缆网络和/或外部网络从服务器前端设备下载程序，再由内部芯片自动加载程序来实现，也可以通过由服务供应商或设备制造商发放装有新软件的物理载体(如磁盘，光盘或IC卡等)给最终用户，由最终用户将软件装载到终端设备中来完成。