CN1150359A - 包含视频交换器的多媒体分配网络 - Google Patents
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Abstract
一种多媒体信息分配系统，包括一个或多个服务器，每个服务器和一个诸如异步传输模式(ATM)包交换网络的网络连接，一些交换点和该网络连接，每个交换点接收来自ATM网络的数字信息并且在一个资源管理器的控制下经过一个同轴交换网络向一个或多个调制解调器提供一个或多个多媒体信息流，其中各个调制解调器通过已有的传输介质如采用异步数字用户线(ADSL)的电话双绞线和一个用户终端连接。
Description
本发明涉及信息处理系统，尤其涉及用于向大量用户分配大量多媒体信息流的信息处理系统。
在现有技术中有许多沿着传输介质(如铜双绞线)向最终用户发送多媒体信息的解决办法。一种这样的现有技术采用称为非对称数字用户线路(ADSL)的非对称调制解调器技术。在美国国家标准学会颁布的ANSI T1.413号文件“远程通信-网络和安装接口-非对称数字用户线路(ADSL)”接口暂行标准中对ADSL作出详细说明。该文件是本文的参考文献。
目前另一种被ANSI考虑作为标准的技术是所谓的超高速数字用户线路(VDSL)(ANSI文件T1E1.4/95-041R1)。
尽管在本文中参照ADSL说明现有技术，应该理解在适当的地方可以用VDSL代替ADSL。和ADSL相比较，VDSL在短距离上提供更宽的频带传输。
现有技术的典型系统包括经过一个基干网络向位于中央分布点的数字交换器传送多媒体数据的一个或多个数据服务器。数字交换器的每个输出端和一个ADSL调制解调器连接。ADSL调制解调器对于用户处的ADSL调制解调器具有直接的点对点连接。
采用ADSL技术，可以利用现有的双绞传输线把多媒体数据传送到家中。但是，现有技术存在一些问题，其中有：
1.带有高速数字端口的数字交换器是昂贵的资源，并且由于各条ADSL线路的数字端口是专用的，当考虑各条用户线的总数时对于服务提供者交换器意味着巨大的投资。例如，假定用户可有240种多媒体信息流选择，交换器必须能够处理240个输入以及其它使用的交互流。如果有24000个用户，并且如果仅有10％的或者2400个用户当前使用交互服务，这仍要求交换器能够在处理多媒体信息流之外处理这些交互流。如果采用诸如OC-3的技术，其每条线路处理24个流(假定每条流6Mbps)，交换器需要有110个OC-3输入和1000个OC-3输出。从而，当和其它诸如调谐同轴电缆传输的解决办法相比，现有ADSL技术解决办法昂贵得多。
2.ADSL调制解调器支持的带宽取决于调制解调器对之间的距离。距离越大，调制解调器对所支持的带宽越窄。在9000至12000英尺的距离下现有技术的ADSL(基于ADSL-2技术)可以支持高达6Mbps(取决于所使用的双绞线的导线尺寸)。随着传输的带宽要求增大，调制解调器对之间的可允许距离减小。
参见图1，现说明现有技术的用于分配多媒体信息的信息处理系统。
现有技术的多媒体信息分配系统10包括多个服务器12，每个服务器和多个提供多媒体信息流的数据库如数据库14和数据库16中的一个连接。每个服务器12和一个网络18如异步传输模式(ATM)网络连接。和网络18连接的还有一个或多个中央分配站20，每个站包括一个具有多个数字端口24的数字交换器22，每个端口和多个非对称数字用户线路调制解调器(ADSL)26中的一个连接。每个调制解调器26通过一种传输介质如铜双绞线28连接到用户的终端30，后者有时称为机顶终端(set top terminal，STT)。在典型的现有技术系统里，分配点20可以是本地电话服务供应者的总局。数字交换器22的输出端和调制解调器26连接，调制解调器26偶而称为服务供应者设备SPE ADSL调制解调器26。每个调制解调器26具有和用户终端30的直接点对点连接。用户终端30偶而称为客户处设备或CPE。
采用ADSL技术的现有技术的系统10可以利用现有的铜双绞线向用户的终端发送多媒体信息。但是，这种现有技术的系统具有一些缺点，其中有：
首先，数字交换器22里的高速数字端口24是昂贵的，并且因为每条ADSL线路需要一个数字端口，从而每条ADSL线路需要一个端口使投资很大。典型的配置可能是每个数字交换器有1000个用户终端。这将需要1000个数字端口24，导致很高成本的数字交换器。
这造成当和其它技术如调谐同轴电缆传输相比这种现有技术的系统10是非常昂贵的。
其次，ADSL调制解调器26支持的带宽取决于总局20处的调制解调器和用0户终端30处的调制解调器之间的距离。调制解调器对之间的距离越大，所能支持的带宽越窄。基于ADSL-2技术的现有技术的ADSL调制解调器26取决于双绞线28的导线的尺寸在9000至12000英尺的距离上可支持高至六Mbps的带宽。当带宽要求增大时，多媒体信息能够传送的距离明显减小。
图2中表示现有技术的多媒体分配系统的第二个例子。
交换器节点200具有用于交互服务的输入端202和用于广播服务的输入端204。
如果采用象OC-3的技术，可能有110个OC-3输入端(100个OC-3用于2400个交互流及10个OC-3用于240个广播流，其中每条OC-3线路处理24个流)以及交换器所需的1000个OC-3输出端(假定24000个用户终端)。
如果有240个多媒体信息流可供用户选择，交换器必须能够处理这240个输入并且还必须能够处理使用的任何其它交互流。如果存在24000个用户，并且如果只有10％的或者2400个用户当前使用交互服务，仍旧需要该交换器能够处理这些交互流202以及广播式多媒体信息流204。交换机节点200的1000条OC-3输出线的每条通过光纤电缆和一个远程信号分离器208连接，该信号分离器把OC-3线路上传送的24条流分解到24个ADSL端口210上，其中每个ADSL端口通过双绞线28和一个用户终端30连接(见图1)。
在过去的几年中对于“视频点播”和“交互式电视”进行了大量的研究。下述的现有技术系统代表一些正在进行的发展。
欧洲专利公开0624039A2说明一种用于向用户发送和交互式电视服务有关的音频和/或视频信号。信号源和可以是包交换网的数字网络连接。和该网络连接的还有处理机，用于对诸如有线电视系统和电话用户环路系统的应用以及分配机构的接口进行控制。对于每个用户，在用户处有一个信号转换器、一种通向中央点的传输介质以及一种从传输介质向包交换网进行转换的接口转换器。
该专利公开一种按异步传输模式(ATM)网络实现的带有在串行光网(SONET-3)技术下实现的链路的包交换网。
尽管该专利一般性地涉及包括ATM传输的系统，但是该专利既没有讲授也没有建议对多个集中器分享一种模拟传输介质，其中每个集中器把数字ATM信号转换到ADSL。另外，因为“上游”接口通常是用光纤连接到网缘(FTTC，fiber to the curb)、ATM或者SONET，该专利没有意识到或者建议按照本发明所说明和所要求的结构或技术。
台湾专利227077讲授一种多媒体分配系统，它包括一个中央终端和一个用户终端，还包括一个光纤交换星状网络结构，其中该中央终端执行对选择通道的视频切换。该系统利用中央终端处的调谐转换器从多个多路复用的信号中选择一个视频信号并且仅向该用户终端传送该选定的视频信号。
该专利看来讲授从光纤到网缘(FTTC，fiber to the curb)的系统。该专利没有指明本发明所说明和所要求的混合式光纤同轴结构。
美国专利5,303,229讲授一种光纤远程通信网络，它具有设置在用户附近的一个光网单元，其用于终止光纤传输线路并且用于沿诸如铜双绞线的金属线向用户提供电信号。
因为该专利讲授为小量的用户(8-20)使用FTTC，该专利的技术对于现有的双绞线已安装基础的应用是有限的。按照本发明所说明的和所要求的多媒体分配系统允许借助现有的双绞线为大量用户提供服务。
美国专利5,387,927讲授一种用于从宽带数字信号源传送宽带视频服务的方法，这种方法包括在多个数字信号通道中形成来自该信号源的数字信号并且相对于多个数字信号的通道调制多个载波信号。然后这些通道被多路复用以形成一个用于对来自激光源的光进行调制的组合信号。在光纤链路上把调制后的光源传送到本地分配箱，在本地分配箱调制光转换成电信号并且向一些用户的机项终端(set top terminal)广播。
该专利没有讲授也没有建议在一种适宜于利用用户当前已安装的双绞线的介质上在分配数字信号的同时传输模拟广播信号。另外，该专利没有讲授也没有建议采用光纤线路来延长距离以及利用同轴电缆方便地实现多站布局。
下述专利都和各种ADSL分配的实现有关：美国专利5,247,347；5,408,260；5,341,474；5,371,532。
尽管上面标明的各专利都涉及ADSL分配系统，但它们都没有讲授或建议按照本发明所说明的和要求的发明。
其它一些专利一般性地涉及集成的或交互式的电视通信系统。其中有美国专利5,319,455；5,361,091；4,290,142。
如上所述，这些专利都没有讲授和建议本文中根据本发明所说明和要求的多媒体分配网络。
因此，本发明的一个目的是通过一种分配系统有效地分配多媒体信息流，这种分配系统包括向大量的用户传输大量的多媒体信息流，其中每个用户可以选择任何信息流。
从而，一种多媒体信息分配系统包括至少一个多媒体信息流源；包括一个或更多的交换器节点，每个交换器节点和至少一个多媒体信息流源连接以便接收至少一个多媒体信息流及向各交换器节点的至少一个输出端提供多媒体信息流，每个交换器节点包括一个或多个交换端口，每个端口具有至少一个和多媒体信息流源连接的输入端；包括第一组多个调制解调器，其中每个调制解调器具有一个和至少一个交换端口连接的输入端；包括一个集中器电路，用于把这些调制解调器的输出集中到该集中器电路的一个输出端；包括一种和集中器电路的输出端连接的传输介质；以及包括第二组多个调制解调器，其中每个调制解调器具有一个和传输介质连接的输入端，第二组多个调制解调器中的第一分组具有至少一个和用户终端连接的输出端。
一种备择的实施方式还包括第二组多个调制解调器中的第二分组，所述第二分组中的各个调制解调器具有和多个网络中的至少一个网络连接的至少一个输出端，每个网络和至少一个用户终端连接。
通过下述对本发明的最佳实施方式连同附图的详细说明，本发明的其它特点和优点将会更加清楚。
图1是现有技术的用于分配多媒体信息的信息处理系统的一个例子的方块图。
图2是现有技术的用于分配多媒体信息的信息处理系统的第二个例子的方块图。
图3是按照本发明的第一实施方式的一种信息处理系统的方块图。
图4是一个流程图，说明按照本发明图3中所示的资源管理器的操作。
图5是按照本发明的第二实施方式的一种信息处理系统的方块图。
本发明的第一实施方式
本文中所说明的本发明可解决现有技术的系统中所发现的问题。通过和ADSL调制解调器相结合采用同轴电缆调谐技术，数字端口24可以由一些压缩数字信息流共享，例如，各个数字端口能够支持六个6Mbps的信息流。通过采用同轴电缆发送多媒体信息并且通过把多媒体信息转换到靠近用户终端的双绞线，能支持的带宽可以远远大于现有技术的6Mbps(另一种高带宽技术的例子是上面的本发明的背景中所讨论的VDSL)。
现参见图3说明本发明的第一实施方式。
如现有技术的多媒体分配系统一样，一些各和数据库14、16相连接并和一个或多个广播多媒体信息源相连接的服务器12经过网络18向中央分配点302提供所需的多媒体信息流，中央分配点302包括具有一些数字同轴端口306的一个数字交换器304。除了数据库14、16里存储的多媒体信息之外，各个服务器12可以访问用户终端30也需要的实时广播信息。每个数字同轴端口306具有一个和同轴电缆总线308相连并和同轴/ADSL调制解调器310的各输入端相连的输出端。应该注意数字端口306的数量通常不同于同轴/ADSL调制解调器310的数量。数字端口306的数量可以通过所需的不同多媒体信息流的数量来确定，而调制解调器310的数量由同时要求服务的用户的数量确定。例如，对于240个多媒体信息流，可能只需要少至10个的数字同轴端口306，因为每个数字同轴端口306利用OC-3技术可以同时处理24个压缩的多媒体信息流。各个同轴/ADSL调制解调器310的输出端通过已有的传输介质如铜双绞线28和用户终端30处的类似ADSL调制解调器连接。
在中央分配点302里数字同轴端口306和同轴/ADSL调制解调器310之间的连接控制是由资源管理器312处理的，资源管理器根据用户请求从一个服务器12接收路由选择和其它的比如多媒体流的开始时间的信息。
将根据图4说明资源管理器312的控制功能。
当一个用户终端30接通电源时，向资源管理器312发送一个用户终端初始化呼叫。用户终端标识(ID)的有效性被检验。如果该标识无效，呼叫被拒绝并且显示出错信息。如果其标识是有效的，对服务器12检验可使用性。如果服务器12是不可使用的，向用户终端发送资源忙信息，并显示。如果服务器12是可使用的，检验数字同轴端口306的可使用性。如果没有可使用的数字同轴端口，向用户终端发送并显示资源忙信息。如果有可使用的数字同轴端口，向发出请求的用户终端30分配服务器12带宽的一部分和分配一个数字同轴端口。然后资源管理器312向同轴/ADSL调制解调器310发出一条信息以对所分配的数字同轴端口的频率进行调谐。接着资源管理器312向服务器12发送一条信息以启动对用户终端30的呼叫。然后服务器12开始和用户终端30通信以便发送所请求的多媒体信息流。
本发明的一个重要方面是调谐的同轴电缆交换和ADSL相结合。利用ADSL，可以采用已经安装的双绞线传输介质基础在最低成本下进行多媒体分配。通过在分配点302处采用同轴电缆调谐，可以共享数字端口306，从而不再象现有系统所需那样要求数字端口306和调制解调器310之间的一对一的对应关系。
而且，对于典型的同轴/ADSL调制解调器310，可以在每个6MHz的模拟通道上发送约为38Mbps的数字带宽。从而，如果典型的压缩视频流要求高达6Mbps，可以在每个模拟通道上运送6条压缩视频流。
在系统300里每个同轴/ADSL调制解调器310执行几个功能。第一是对发送给调制解调器310的多个多媒体信息流进行解调和信号分离。第二是穿过双绞线28向用户终端30发送多媒体流。多媒体信息流可以利用ATM单元载运。当使用ATM单元时，每个ATM单元可以载运诸如多媒体信息流的多媒体通信也可以载运诸如控制信息、语音等的非多媒体通信。
通过采用同轴电缆调谐和ADSL调制解调器310的组合，数字同轴端口的数量减少到服务忙碌高峰期间所需的有效多媒体信息流的数量。在典型的网络应用中，在忙碌高峰期间仅有30％的用户请求服务。如果每个用户只需要单个多媒体信息流，利用本发明中实施在每个通道传送六个信息流，对于每100个和系统300连接的用户只需要五个数字同轴端口306。
对于交互式电视应用，需要把数字端口306的一部分(典型地为模拟通道的六分之一容量)专用于特定的交互式电视应用。资源管理器312对交互式TV服务根据用户请求控制数字同轴端口306的分配以及重新分配。
本发明的第二实施方式
现参照图5说明本发明的第二实施方式，该实施方式可用于在保持足够的带宽的同时扩大中央点502和用户终端30之间的距离。
如果提高带宽要求，一种保持适当的带宽/距离关系的技术是减小ADSL调制解调器对310和30沿铜双绞线28之间的距离(见图3)。通过把同轴/ADSL调制解调器310移出中央分配点302而安装在靠近用户终端的一个点，可以获得更宽的带宽。在这种布局中，调制解调器对可以用上面本发明的背景中所说明的VDSL调制解调器来实现。
根据图5表示的实施方式和图3中所示的实施方式相类似，其中服务器12、数据库14及16、网络18、带有数字同轴端口306的数字交换器304、同轴电缆总线308和资源管理器312基本上都和图3的实施方式中说明的相同。但是，本发明的第二实施方式500包括一个和同轴电缆总线308连接的转换器510，它用于把总线308上的电信号转换成光信号以便经过光纤514把光信号传输到位于用户终端30附近的互补转换器516上。互补转换器516把从光纤传输介质514上接收到的光信号转换成电信号，然后该电信号通过第二同轴电缆总线518传送到同轴/ADSL调制解调器310的输入端，如上面所述那样，通过双绞线28同轴/ADSL调制器310一对一的和用户终端30连接。应该注意互补转换器516也可以和其它邻近的同轴电缆总线518连接，或者也可以作为光中继器把光纤电缆延伸到其它的用户组。
这种接线结构被称为混合式光纤电缆(HFC，hybrid fiber cable)分配系统。该结构的同轴电缆部分可以是分接的并且用于为模拟电视用户服务。
典型的系统可以具有能用于多媒体流传输的700MHz的带宽。如果每个模拟通道具有6MHz的带宽，该系统可以处理大约116个通道。为模拟广播信号保留约40个通道(模拟电视用户所使用的标准电视广播，模拟电视用户可以通过标准的同轴电缆标准电视广播与混合式光纤电缆分配系统连接)，剩下的70多个通道用于压缩数字多媒体信息流的传输。因为每个通道可以传送6个压缩数字多媒体信息流，对于经ADSL与多媒体信息分配系统连接的数字用户终端30约能得到420个流。可以由用户终端30选择420个数字多媒体信息流中的任何一个流。
为了直接接收模拟广播信号可以对传输介质同轴电缆总线518连接一个或更多的可调谐电视接收机522。电视接收机522具有对各个模拟通道进行调谐的能力。
另外，调制解调器组526可以和同轴电缆总线518连接以便向其它的网络(如共享LAN、交换LAN、多点网络、PTP网络、STAR网络或其其它带有任何拓扑或任何协议的网络)分配信息流。
尽管本文中说明了本发明的特定实施方式，应该理解，在不违背本发明的实质和范围的前提下可以进行各种修改。
因此，本发明的范围仅受到下述权利要求及它们的等同物的限定。
Claims (15)
1.一种多媒体信息处理系统，包括：
一个数据传输网络；
一个或多个数据库服务器，用于把多媒体信息分配给用户；各个服务器和所述网络相连接；
一个或多个和所述网络连接的交换节点，每个交换节点从所述网络接收一个或多个多媒体信息流并且在所述节点的一个或多个输出端提供所述一个或多个多媒体信息流，各个所述交换节点包括：
一个或多个与所述交换节点的输入端连接的交换端口；
一个或多个调制解调器，以及
一个模拟交换网络，它把所述交换端口的输出端和所述调制解调器的输入端连接起来，通过第一传输介质各个调制解调器和一个用户终端连接。
2.按照权利要求1的多媒体信息处理系统，其特征在于还包括：
一个资源管理器，用于控制所述多媒体信息流到所述用户终端的路由。
3.按照权利要求1的多媒体信息处理系统，其特征在于还包括：
一个和所述同轴交换网络连接的第一传输转换器；
第二传输介质，其第一端和所述第一传输转换器连接；以及
一个第二传输转换器，其和所述第二传输介质的第二端连接，用于扩大所述交换节点和所述用户终端之间的距离。
4.按照权利要求3的多媒体信息处理系统，其特征在于，所述第一和第二传输转换器采用混合式光纤同轴电缆技术以扩大传输的范围。
5.按照权利要求3的多媒体信息处理系统，其特征在于，所述第一及第二传输转换器包括：
电到光的信号转换器。
6.按照权利要求3的多媒体信息处理系统，其特征在于还包括：
一组或多组和所述第二传输介质连接的调制解调器，用于向所述用户终端分配多媒体信息。
7.用于在一个或多个源和一个或多个用户终端之间交换多媒体信息流的交换节点，它包括：
一个或多个和所述交换节点的输入端连接的交换端口；
一个或多个调制解调器，以及
一个把所述交换端口的输出端同所述调制解调器的输入端连接起来的同轴交换网络，通过第一传输介质每个调制解调器和一个用户终端相连。
8.按照权利要求7的交换节点，其特征在于还包括：
一个资源管理器，用于控制所述多媒体信息流到所述用户终端的路由。
9.按照权利要求7的交换节点，其特征在于还包括：
与所述同轴交换网络相连的第一传输转换器；
与所述第一传输转换器的第一端相连的第二传输介质；以及
与所述第二传输介质的第二端相连的第二传输转换器，用于扩大所述交换节点和所述用户终端之间的距离。
10.按照权利要求9的交换节点，其特征在于所述第一及第二传输转换器采用混合式光纤同轴电缆技术来扩大传输范围。
11.按照权利要求9的交换节点，其特征在于所述第一及第二传输转换器包括：
从电到光的信号转换器。
12.一种多媒体信息分配系统，包括：
多种多媒体信息流的至少一个源；
一个或多个交换节点，每个交换节点和多种多媒体信息流的至少一个源连接以便从所述源接收至少一个多媒体信息流并且用于向各个所述交换节点的至少一个输出提供所述至少一个多媒体信息流，每个所述交换节点包括：
一个或多个交换端口，每个端口具有至少一个和多媒体信息流的一个源连接的输入端；
第一组多个调制解调器，每个调制解调器具有一个和至少一个交换端口连接的输入端；
一个集中器电路，用于把所述第一组多个调制解调器的输出端连接到该集中器电路的一个输出端上；
一种同该集中器电路的输出端相连接的传输介质；以及
第二组多个调制解调器，每个调制解调器具有一个和所述传输介质连接的输入端，所述第二组多个调制解调器的第一分组具有至少一个和一个用户终端连接的输出。
13.按照权利要求12的多媒体信息分配系统，其特征在于所述第二组多个调制解调器还包括：
所述第二组多个调制解调器的第二分组，所述第二分组中的每个调制解调器具有至少一个和多个网络中的至少一个网络中的一个相连接的输出端，每个所述网络和至少一个用户终端相连。
14.按照权利要求12的多媒体信息分配系统，其特征在于各个所述交换节点还包括：
多个调制器，每个调制器具有一个和第一组多个调制解调器中的一个调制解调器的一个输出端相连的输入端并且具有一个和集中器电路的一个输入端相连的输出端。
15.按照权利要求14的多媒体信息分配系统，其特征在于每个所述调制器对一个相连的调制解调器的各输出在不同的频率上进行调制。
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