专利名称：融合ip网络和有线电视网络的宽带数据通信系统及方法
技术领域：
本发明涉及宽带数据通信技术，特别涉及融合IP网络和有线电视网络的宽带数 据通信系统及方法。
背景技术：
有线电视网络是点到多点的树型网络结构的广电宽带综合网，该网络具有宽带的 下行广播通道，根据频分多址来划分信号。为了在有线电视网络上实现双向交互业务必须 解决双向数据传输，实现双向数据传输的方法通常分为两类一类采用包括Docsis、MoCA, HiNOC, HomePlug AV、HPHA、WLAN等技术对有线电视网进行双向改造；另外一类采用带外方 式解决上行数据传输，如ADSL、GPRS、CDMA、Wifi、Bluetooth等技术。IP网络和有线电视网络并存环境中VOD业务系统结构图，如图1所示，以融合IP 网络和有线电视网络环境下的VOD业务系统为例。系统包括VOD业务服务器、会话与资源管 理服务器、IP/DVB网关、数字机顶盒。VOD业务大体流程如下数字机顶盒通过IP网向VOD 业务服务器发送点播请求；VOD业务服务器通过IP网向会话与资源管理服务器发送频点申 请指令；会话与资源管理服务器分配空闲的频点用于本次点播，并将频点信息、IP/DVB网 关的IP地址和数据接收端口通过IP网络发送到VOD业务服务器；VOD业务服务器将频点信 息通过IP网络发送到数字机顶盒，同时VOD业务服务器将音视频数据发送到指定IP地址 和端口的IP/DVB网关；IP/DVB网关接收该音视频数据，将该数据转换为运动图像MPEG-TS 传输流，该数据通过有线电视网络发送到数字机顶盒；数字机顶盒锁定频点，并在频点上接 收数据，将数据转换后解码显示。可见，双向IP网和有线电视单向广播网并存的环境下，双 向交互业务通常采用有线电视网络下传内容数据，采用IP网络传送控制信令。相关专利如下中国专利号为200610035447. 8公开了 “一种基于有线电视网的双向IP传输系统 的实现方法”，其方法由双向IP数据网、IP/DVB网关、QAM调制器和数字有线电视网、数字电 视接收终端盒RS232/网络协议转发器组成。数字电视接收终端通过RS232/网络协议转发 器向双向IP数据网发送上行IP包。下行IP包由IP/DVB网关和QAM调制器通过数字有线 电视网发送给数字电视接收终端。中国专利号200710001262. X公开了 “在分离双向网络中提供双向业务的系统、方 法及设备”，该专利针对数字电视网络中不同的双向业务，由不同的信号转换设备进行信号 转换，同时还需要在机顶盒中集成不同的客户端，进行相应的业务处理。该专利能够在分离 双向网络中，针对各种不同的双向业务统一进行转换处理。该方法包括以下步骤双向网络 转换设备至少接收一种双向业务内容信息，对接收到的双向业务内容信息进行转换处理， 将转换后的双向业务内容信息发送。同时该发明公开了在分离双向网络中提供双向业务内 容信息，对接收到的不同的双向业务内容信息分别进行转换处理；双向业务接收处理设备， 能够接收和处理各种双向业务内容信息，可以针对不同的业务分别作出处理。现有其他业务与VOD业务相似，业务服务器在使用IP和有线电视网络时需要自行选择使用有线电视网络或者IP网络的传输数据，使用有线电视网传输数据时，需要将音视 频内容封装为MPEG-TS传输流，以这种方式开发和提供的双向交互业务难度大、网络适应 性差、移植性差；另外，现有的专利“200610035447. 8”侧重于传输，其下行数据的分离采用 特定的IP网络交换机，在网络部署上，IP网络交换机与IP/DVB网关需要在同一子网内 ’专 利“200710001262. X”侧重于内容转换处理，其双向网络转换设备为特定的路由设备，必须 部署在机顶盒的接入网络段。
发明内容
本发明的目的在于，为了使业务服务器不需要专门的将音视频内容封装为 MPEG-TS传输流，更好的融合IP网络和有线电视网络的环境中实现数据通信，充分合理利 用IP网络和有线电视网络的带宽资源。为实现上述发明目的，本发明提出了一种融合IP网络和有线电视网络的宽带数 据通信系统，该系统包括IP网络、IP/DVB网关、有线电视网络和终端；所述的IP/DVB网关，用于负责从所述的IP网络中接收MPEG-TS传输流，将 MPEG-TS传输流转换为基带信号，并调制到频点上，通过所述IP/DVB网关的RF发送器发送 到所述的有线电视网络；所述的终端，采用既能从有线电视网络接收DVB数据广播又能接入IP网络的设 备；所述的终端通过有线电视网络与所述的IP/DVB网关连接；其特征在于，该系统还包括融合通道网关；所述的终端与所述的融合通道网关在所述的IP网络建立端到端的双向通道，并 且分别为该双向通道的端设备；所述的IP/DVB网关和所述的有线电视网络构成所述的融合通道网关到所述的终 端的单向通信通道；所述的终端将上行IP包通过IP网络双向通信通道发送到所述的融合通道网关， 所述的融合通道网关从所述的IP网络中获取到上行IP包，然后检查地址映射表是否存在 映射记录；如果映射记录不存在，则要先分配一个未用端口作为映射端口，并在地址映射表 中保存地址映射记录；然后对上行IP包进行地址转换，以融合通道网关的地址和映射端口 替换原始上行IP包中的源地址和源端口，然后将转换后的上行IP包发送到IP网络；如果 映射记录存在，则所述的融合通道网关直接对上行IP包进行地址转换，以融合通道网关的 地址和映射端口替换上行IP包中的源地址和源端口，然后，将转换后的上行IP包发送到所 述的IP网络；所述的融合通道网关从所述的IP网络中接收响应的下行IP包，查询地址映 射表获得终端的IP地址和端口，对接收到的下行IP包进行地址转换，以终端发送的上行 IP包源地址和源端口替换下行IP包的目的地址和目的端口 ；所述的融合通道网关将转换 过的下行IP包通过IP网络双向通道、或经所述的IP/DVB网关和有线电视网络构成融合通 道网关到终端的单向通信通道、或同时通过双向通信通道和单向通信通道发送的所述的终 端。所述终端与所述融合通道网关处于不同IP子网中。
所述IP网络/有线电视网络采用分离的物理线路，包括ADSL接入方式的IP网 络和有线电视网络。所述IP网络/有线电视网络采用通过频分复用合并到同一物理线路，包括基于 Docsis技术的CMTS和CM实现的IP双向网络。所述的RF发送器后面串接QAM调制器，RF发送器将信号发送到所述的QAM调制 器，所述的QAM调制器将信号与其他信号复用后发送到所述的有线电视网络；其中，其他信 号包括模拟电视信号、数字电视信号。所述的双向通信通道采用IP隧道或虚拟专用网络。所述的终端采用双模数字机顶盒终端。一种融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信方法，该方法具体步骤步骤1)所述的终端启动后，与所述的融合通道网关通过所述的IP网络建立端 到端的双向通信通道，同时所述的终端获取频点、符号率、调制方式、传输流PID、节目号参 数；步骤2)所述的终端将上行IP包通过所述的双向通信通道发送到所述的融合通 道网关；步骤3)所述的融合通道网关从所述的IP网络中获取到上行IP包，然后检查地 址映射表是否存在映射记录；如果映射记录不存在，则要先分配一个未用端口作为映射端 口，并在地址映射表中保存地址映射记录；然后对上行IP包进行地址转换，以融合通道网 关的地址和映射端口替换原始上行IP包中的源地址和源端口，然后将转换后的上行IP包 发送到IP网络；如果映射记录存在，则所述的融合通道网关对上行IP包进行地址转换，以 融合通道网关的地址和映射端口替换上行IP包中的源地址和源端口，然后，将转换后的上 行IP包发送到IP网络；步骤4)所述的融合通道网关从所述的IP网络中接收响应的下行IP包，查询地 址映射表获得终端的IP地址和端口，对接收到的下行IP包进行地址转换，以终端发送的上 行IP包源地址和源端口替换下行IP包的目的地址和目的端口 ；步骤5)所述的融合通道网关将转换过的下行IP包通过双向通信通道、或经过所 述的IP/DVB网关和有线电视网络构成的所述的融合通道网关到所述的终端的单向通信通 道、或同时通过双向通信通道和单向通信通道发送的所述的终端。所述的步骤1)中，终端获取频点、符号率、调制方式、传输流PID、节目号参数的方 式是通过配置文件获得或由融合通道网关通过所述的IP网络发送。所述的步骤5)中，所述的融合通道网关将转换过的下行IP包按照DVB数据广播 标准封装，形成MPEG-TS包，再将M个MPEG-TS包封装为UDP包，将UDP包经所述的IP网络 发送到所述的IP/DVB网关，所述的IP/DVB网关将传输流转换为基带信号，并调制到分配的 频点上，通过所述的IP/DVB网关的RF发送器发送到所述的有线电视网络，所述的终端通过 解调器接收信号，解封装，从而获得下行IP包；其中，M e [1，7]。本发明的优点在于，本发明充分合理利用了双向IP网络和有线电视网络的网络 带宽资源，可在双向IP网和有线电视单向广播网并存的环境中实现非对称的带宽数据通 信；由于终端与融合通道网关分别为IP网络双向通信通道的端设备，融合通道网关可灵活 部署，并且将音视频内容封装为MPEG-TS传输流的工作由融合通道网关来完成，降低了开发和提供双向交互业务难度。
图1为IP网络和有线电视网络并存环境中VOD业务系统结构图；图2为本发明提出的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信系统结构图；图3为本发明提出的终端访问网站的系统结构图；图4为本发明提出的终端发送到融合通道网关的上行IP包封装格式图；图5为地址映射表；图6为本发明提出的融合通道网关发送到网站的上行IP包封装格式图；图7为本发明提出的网站发送到融合通道网关的下行IP包封装格式图；图8为本发明提出的融合通道网关通过双向通信通道发送到终端的下行IP包封 装格式图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。本发明提供融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信系统及方法。本发明提出的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信系统结构图，如图2所 示，所述系统包括IP网络、IP/DVB网关、有线电视网络、融合通道网关和终端组成。终端与融合通道网关在IP网络建立端到端的双向通信通道，并且分别为该双向 通信通道的端设备。IP/DVB网关和有线电视网络构成融合通道网关到终端的单向通信通 道。IP网络与有线电视网络可为分离的物理线路，例如ADSL接入方式的IP网络和有 线电视网络；也可为通过频分复用合并到同一物理线路，例如基于Docsis技术的CMTS和 CM实现的IP双向网络。IP/DVB网关负责接收从IP网络接收MPEG-TS传输流，将传输流转换为基带信号， 并调制到频点上，通过所述IP/DVB网关的RF发送器发送到有线电视网络。在IP/DVB网关的RF发送器后面可串接QAM调制器，IP/DVB网关的RF发送器将 信号发送到QAM调制器，QAM调制器将信号与其他信号复用后将复用后的信号发送到有线 电视网络。采用既能从有线电视网络接收DVB数据广播又能接入IP网络的设备。例如双模 数字机顶盒终端可接收DVB数据广播，也有RJ45接口通过双绞线连接ADSL调制解调器实 现IP接入。融合通道网关从IP网络接收终端的上行IP包，进行地址转换，将转换后的上行IP 包发送到IP网络；从IP网络接收响应的下行IP包，进行地址转换，最后所述的融合通道网 关将转换过的下行IP包通过双向通信通道、或经过所述的IP/DVB网关和有线电视网络构 成的所述的融合通道网关到所述的终端的单向通信通道、或同时通过双向通信通道和单向 通信通道发送的所述的终端双向通信通道采用IP隧道或虚拟专用网络。本发明提出的终端访问网站的系统结构图，如图3所示。所述系统由网站、融合通道网关、IP网络、IP/DVB网关、有线电视网络、终端组成。参数设置如下(1)所述网站基于HTTP应用协议提供服务，IP地址为211. 147. 6. 148，监听端口 为80 ；(2)所述融合通道网关IP地址为210. 75. 225. 233 ；(3)所述 IP/DVB 网关 IP 地址为 159. 226. 219. 5 ；(4)所述终端通过ADSL拨号连接到所述IP网，其IP地址为10. 0. 0. 100 ；(5)网站、融合通道网关、IP/DVB网关与IP网络连接；IP/DVB网关连接有线电视 网络；(6)终端同时连接IP网络和有线电视网络。终端启动后，与所述融合通道网关建立IP隧道，同时获取频点、符号率、调制方 式、传输流PID、节目号等参数。其中，终端存在多种方式获取上述参数，例如可通过配置文 件获得，可由融合通道网关通过IP隧道发送到终端等。所述终端访问网站的步骤如下(1)终端将原始上行IP包通过IP隧道发送到融合通道网关。本发明提出的终端发送到融合通道网关的上行IP包封装格式图，如4所示。内层 上行IP包的源地址为10. 0. 0. 100，源端口为2799，目的地址为211. 147. 6. 148，目的端口为 80。(2)融合通道网关接收到上行IP包后，获得内层上行IP包，下检查地址映射表是 否存在映射记录，如果不存在，则分配一个未用端口作为映射端口，在地址映射表中保存地 址映射记录，然后对内层上行IP包进行地址转换，以融合通道网关的地址和映射端口替换 原始上行IP包中的源地址和源端口，然后将转换后的上行IP包发送到IP网络。地址映射表，如图5所示。其中，映射端口为13478，转换后的上行IP包封装格式 如图6所示，转换后上行IP包的源地址为210. 75. 225. 233，源端口为13478，目的地址为 211. 147. 6. 148，目的端口为 80。(3) IP网络将转换后的上行IP包路由到网站，网站接收到融合通道网关的IP包， 将响应的下行IP包发送到IP网络。本发明提出的网站发送到融合通道网关的下行IP包封装格式图，如图7所示，下 行IP包的源地址为211. 147. 6. 148，源端口为80，目的地址为210. 75. 225. 233，目的端口为 13478。(4) IP网络将下行IP包路由到融合通道网关，融合通道网关接收响应的下行IP 包，查询地址映射表获得终端的IP地址和端口，对接收到的下行IP包进行地址转换，以终 端发送的内层上行IP包源地址和源端口替换下行IP包的目的地址和目的端口。转换后的IP包的源地址为211. 147.6. 148，源端口为80，目的地址为10. 0. 0. 100， 目的端口为2799。(5)融合通道网关将转换过的下行IP包通过IP隧道或有单向通信通道发送到终 端，或同时通过IP隧道和单向通信通道发送到终端。本发明提出的融合通道网关通过双向通信通道发送到终端的下行IP包封装格式 图，如图8所示。内层转换后的下行IP包的源地址为211. 147.6. 148，源端口为80，目的地址为10. 0. 0. 100，目的端口为2799。融合通道网关将转换过的下行IP包按照DVB数据广播标准封装为MPE多协议封 装，并且将MPE多协议封装形成MPEG-TS包，再将M个MPEG-TS包封装为UDP包，将UDP包 通过IP网络发送到IP/DVB网关，IP/DVB网关将传输流转换为基带信号，并调制到分配的频 点上，通过所述IP/DVB网关的RF发送器发送到有线电视网络，终端通过解调器接收信号， 解封装，从而获得下行IP包。其中，Me [1，7]。本发明的一种融合IP网络双向通信通道和有线电视网络单向通信通道实现宽带 数据通信的系统及方法，在上述实施例中，以终端访问网站为例做了介绍，与其他双向数据 通信的处理方法和原理相同，这里不重复介绍；实施例中以IP隧道作为双向通信通道，其 他技术实现的双向通信通道均属于本发明保护范围；实施例中终端以ADSL接入方式为例， 其他只要在逻辑上是IP网络和有线电视网络都属于本发明的保护范围，这里就不再逐一 介绍。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信系统，该系统包括IP网络、IP/ DVB网关、有线电视网络和终端；所述的IP/DVB网关，用于负责从所述的IP网络中接收MPEG-TS传输流，将MPEG-TS传 输流转换为基带信号，并调制到频点上，通过所述IP/DVB网关的RF发送器发送到所述的有 线电视网络；所述的终端，采用既能从有线电视网络接收DVB数据广播又能接入IP网络的设备；所述的终端通过有线电视网络与所述的IP/DVB网关连接；其特征在于，该系统还包括融合通道网关；所述的终端与所述的融合通道网关在所述的IP网络建立端到端的双向通道，并且分 别为该双向通道的端设备；所述的IP/DVB网关和所述的有线电视网络构成所述的融合通道网关到所述的终端的 单向通信通道；所述的终端将上行IP包通过IP网络双向通信通道发送到所述的融合通道网关，所述 的融合通道网关从所述的IP网络中获取到上行IP包，然后检查地址映射表是否存在映射 记录；如果映射记录不存在，则要先分配一个未用端口作为映射端口，并在地址映射表中保 存地址映射记录；然后对上行IP包进行地址转换，以融合通道网关的地址和映射端口替换 原始上行IP包中的源地址和源端口，然后将转换后的上行IP包发送到IP网络；如果映射 记录存在，则所述的融合通道网关直接对上行IP包进行地址转换；所述的融合通道网关从 所述的IP网络中接收响应的下行IP包，查询地址映射表获得终端的IP地址和端口，对接 收到的下行IP包进行地址转换，以终端发送的上行IP包源地址和源端口替换下行IP包的 目的地址和目的端口 ；所述的融合通道网关将转换过的下行IP包通过IP网络双向通道、或 经所述的IP/DVB网关和有线电视网络构成融合通道网关到终端的单向通信通道、或同时 通过双向通信通道和单向通信通道发送到所述的终端。
2.根据权利要求1所述的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信系统，其特征在 于，所述终端与所述融合通道网关处于不同IP子网中。
3.根据权利要求1所述的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信系统，其特征在 于，所述IP网络/有线电视网络采用分离的物理线路，包括ADSL接入方式的IP网络和有 线电视网络。
4.根据权利要求1所述的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信系统，其特 征在于，所述IP网络/有线电视网络采用通过频分复用合并到同一物理线路，包括基于 Docsis技术的CMTS和CM实现的IP双向网络。
5.根据权利要求1所述的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信系统，其特征在 于，所述的RF发送器后面串接QAM调制器，RF发送器将信号发送到所述的QAM调制器，所述 的QAM调制器将信号与其他信号复用后发送到所述的有线电视网络；其中，其他信号包括 模拟电视信号、数字电视信号。
6.根据权利要求1所述的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信方法，其特征在 于，所述的双向通信通道采用IP隧道或虚拟专用网络。
7.根据权利要求1所述的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信方法，其特征在于，所述的终端采用双模数字机顶盒终端。
8.一种融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信方法，该方法具体步骤步骤1)所述的终端启动后，与所述的融合通道网关通过所述的IP网络建立端到端的 双向通信通道，同时所述的终端获取频点、符号率、调制方式、传输流PID、节目号参数；步骤2)所述的终端将上行IP包通过所述的双向通信通道发送到所述的融合通道网关；步骤3)所述的融合通道网关从所述的IP网络中获取到上行IP包，然后检查地址映 射表是否存在映射记录；如果映射记录不存在，则要先分配一个未用端口作为映射端口，并 在地址映射表中保存地址映射记录；然后对上行IP包进行地址转换，以融合通道网关的地 址和映射端口替换原始上行IP包中的源地址和源端口，然后将转换后的上行IP包发送到 IP网络；如果映射记录存在，则所述的融合通道网关对上行IP包进行地址转换，以融合通 道网关的地址和映射端口替换上行IP包中的源地址和源端口，然后，将转换后的上行IP包 发送到IP网络；步骤4)所述的融合通道网关从所述的IP网络中接收响应的下行IP包，查询地址映 射表获得终端的IP地址和端口，对接收到的下行IP包进行地址转换，以终端发送的上行IP 包源地址和源端口替换下行IP包的目的地址和目的端口 ；步骤5)所述的融合通道网关将转换过的下行IP包通过双向通信通道、或经过所述的 IP/DVB网关和有线电视网络构成的所述的融合通道网关到所述的终端的单向通信通道、或 同时通过双向通信通道和单向通信通道发送的所述的终端。
9.根据权利要求8所述的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信方法，其特征在 于，所述的步骤1)中，终端获取频点、符号率、调制方式、传输流PID、节目号参数的方式是 通过配置文件获得或由融合通道网关通过所述的IP网络发送。
10.根据权利要求8所述的融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信方法，其特征 在于，所述的步骤5)中，所述的融合通道网关将转换过的下行IP包按照DVB数据广播标准 封装，形成MPEG-TS包，再将M个MPEG-TS包封装为UDP包，将UDP包经所述的IP网络发送 到所述的IP/DVB网关，所述的IP/DVB网关将传输流转换为基带信号，并调制到分配的频点 上，通过所述的IP/DVB网关的RF发送器发送到所述的有线电视网络，所述的终端通过解调 器接收信号，解封装，从而获得下行IP包；其中，M e [1，7]。
全文摘要
本发明涉及融合IP网络和有线电视网络的宽带数据通信系统及方法，终端与融合通道网关在IP网络建立端到端的双向通道；IP/DVB网关和有线电视网络构成融合通道网关到终端的单向通信通道；终端将上行IP包通过IP网络双向通信通道发送到融合通道网关，融合通道网关从IP网络中获取到上行IP包，查询地址映射表并进行地址转换，将转换后的上行IP包发送到IP网络；融合通道网关从IP网络中接收响应的下行IP包，查询地址映射表并进行地址转换，融合通道网关将转换过的下行IP包通过IP网络双向通道、或经IP/DVB网关和有线电视网络构成融合通道网关到终端的单向通信通道、或同时通过双向通信通道和单向通信通道发送到终端。
文档编号H04N21/63GK102006503SQ20101053772
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者刘磊, 孙鹏, 牛津, 王劲林, 谢铁兵, 郑艳伟, 陈君 申请人:中国科学院声学研究所, 北京世网伟业数字系统技术有限公司