-
Verwandte Anmeldungen
-
Diese
Patentanmeldung betrifft die US-Anmeldung Serial-No. 08/561,758,
eingereicht am 22. November 1995, mit dem Titel "HOME MULTIMEDIA NETWORK ARCHITECTURE;
die US-Anmeldung Serial-No. 08/561,757, eingereicht am 22. November 1995,
mit dem Titel SET-TOP ELECTRONICS AND NETWORK INTERFACE UNIT ARRANGEMENT;
die US-Anmeldung Serial-No.
08/561,535, eingereicht am 22. November 1995, mit dem Titel METHOD
AND APPARATUS FOR RECOVERING DATA STREAM CLOCK.
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft digitale Multimediennetzwerke und
spezieller den Hub eines Netzwerks, der Daten über das Netzwerk zu und von Endeinheiten
oder -terminals, die mit dem Netzwerk verbunden sind, empfängt und
neu sendet. (Das Schriftstück
US-5,440,554 beschreibt eine automatische Breitband-Nebenstellenanlage).
-
Hintergrund der Erfindung
-
Die
schnellen Zuwächse
in digitaler Technologie und Telekommunikation haben die Attraktivität erhöht, ein
Netzwerk im Heim zu besitzen, um eine Vielzahl von Produkten im
Heim miteinander und mit der Außenwelt
zu verbinden. Der Bereich von verfügbaren Fremddiensten umfasst
interaktive Dienste, Kabel-Video- und -Audiodienste, Satellitennetzwerke,
Fernsprechgesellschaftdienste, Video auf Abruf und andere Typen
von Informationsdiensten. Jedoch ist eine Durchdringung der Personalcomputer
in Heimen in den Vereinigten Staaten ungefähr 33% und wächst nur
langsam, obwohl Regierungen eine umfassendere Durchdringung wünschen,
um "Telearbeit" zu ermutigen und
Straßenverkehr
und Verschmutzung zu verringern. Eine weitere Durchdringung von
Computern im Heim entsteht vom Kauf von Verbraucherunterhaltung
und Informationsprodukten, die einen systemintegrierten Computer
und ein durch eine opake Benutzerschnittstelle verdecktes Betriebssystem
enthalten. Ein solches Produkt ist eine herkömmliche Set-Top-Box.
-
Set-Top-Boxen
sind Multimediencomputer, die die Verwendung von Fernsehgeräten erweitern. Eine
herkömmliche
Set-Top-Box weist ein Externnetzwerkschnittstellenmodul auf, das
die Set-Top-Box mit dem externen Netzwerk und Datenprovider verbindet.
Das Netzwerkschnittstellenmodul muss eine Anzahl von komplizierten
Funktionen ausführen,
wie z. B. Bilden einer Schnittstelle mit einem speziellen externen
Netzwerk, Abstimmung, Demodulation, Fehlerkorrigieren, Videoentscrambeln, MPEG-Taktrückgewinnung
und Verschlüsselung
und Entschlüsselung,
die für
das externe Netzwerk spezifisch sind. Als Folge ist das Netzwerkschnittstellenmodul
eine verhältnismäßig kostspielige
Komponente von Set-Top-Boxen. Diese Unkosten würden notwendig sein, selbst
wenn ein einziges Fernsehgerät im
Haus vorhanden ist. Jedoch enthalten die meisten Heime mehrere Fernsehgeräte und ein
Ausrüsten von
jedem mit seiner eigenen Set-Top-Box
und zugehörigem
Netzwerkschnittstellenmodul ist eine Verdopplung von kostspieligen
Komponenten.
-
Der
herkömmliche
Hub in einem Netzwerk weist eine Signalregenerierfunktion auf, so
dass ein Signal eine maximale Entfernung in dem Netzwerk von einem
Gerät zu
einem Hub und eine andere maximale Entfernung wieder von dem Hub
zu einem anderen Gerät
gesendet werden kann. Ein komplexer Hub in einem Netzwerk weist
einen Speicher und ein Vorwärts-
oder Paketroutingschema auf, das die Adressen von Datenpaketen überprüft, wenn
sie durch den Hub empfangen werden und eine Schaltfunktion ausführt, um
die Datenpakete zweckmäßig zu ihrem
beabsichtigten Bestimmungsort zu routen. Diese Funktionalität geht jedoch
mit einem hohen Preis einher, so dass die Kosten eines Heimnetzwerks
mit einem solchen Hub für
den typischen Wohnungseigentümer/in
untragbar hoch sein können, der/die
dann vor einer Installierung eines Heimnetzwerks zurückschreckt.
-
Andere
typischerweise kostspielige Netzwerktechniken, wie z. B. diejenigen,
die in Fernsprechvermittlungsstellen verwendet werden, sind modifiziert
worden, um eine Punkt-zu-Punkt-Anschließbarkeit bereitzustellen. Z.
B. veranschaulicht das US-Patent No. 5,440,554, das an Staddard
et al. am 8. August 1995 erteilt ist, ein System, das eine Schmalbandfernsprechvermittlung
und ein Breitbandschaltarray kombiniert, um Punkt-zu-Punkt-Breitbandverbindungen
bereitzustellen. Jedoch neigt dies dazu, kostspielig zu sein und liefert
keine robuste Mehrpunkt-Netzwerkkonfiguration.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
oben beschriebenen und andere Probleme werden durch die vorliegende
Erfindung überwunden,
die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Terminals
mit einem Netzwerk bereitstellt. In gewissen Ausführungsformen
der Erfindung wird eine Passivhub-und-Direktschaltungskreuzschienen-Anordnung
bereitgestellt. Der passive Hub, der keinerlei Paketroutingschaltungsanordnung
aufweist, regeneriert bloß Signale,
die er empfängt,
und sendet die Signale über
das Netzwerk. Eine Direktschaltungskreuzschiene liefert eine selektiv
schaltbare Direktschaltung für
zwei Terminals auf dem Netzwerk, wobei der Hub und das Netzwerk
wirkungsvoll umgangen werden.
-
Die
Erstellung einer Direktschaltung kann z. B. zwischen einer Netzwerkschnittstelleneinheit
zum Senden von Videodaten direkt zur Set-Top-Elektronik verwendet werden. Dies liefert
die Vorteile, die Netzwerkschnittstelleneinheit von der Set-Top-Elektronik zu
separieren, d. h. keine Duplizierung der Netzwerkschnittstelleneinheiten
für einen
speziellen Dienst bei jeder Set-Top-Elektronik, ein Vermögen, unter
konkurrierenden Diensteprovidern auszuwählen usw. Diese Vorteile werden
jedoch ohne den Verlust von Bildqualität gewonnen, der sonst auftreten
könnte, wenn
die Direktschaltung durch die Kreuzschiene nicht verfügbar wäre, da ein
kostengünstiges
Heimnetzwerk, das z. B. auf Ethernet beruht, wahrscheinlich unakzeptablen
Jitter zu dem Signal einführen würde. Die
Direktschaltungskreuzschiene liefert die Direktschaltung zwischen
der Netzwerkschnittstelleneinheit und der Set-Top-Elektronik, als
ob sie körperlich
in der Nähe
zueinander lokalisiert und durch einen Bus verbunden wären, wie
bei herkömmlichen Set-Top-Boxen.
-
Wenn
andere Daten zu einer direktverbundenen Netzwerkschnittstelleneinheit
gesendet werden, aber nicht für
die direktverbundene Set-Top-Elektronik gedacht sind, können diese
Daten durch die Set-Top-Elektronik auf dem Netzwerk als Ganzes durch
den Hub neugeroutet werden. Dies vermeidet die Notwendigkeit für eine komplexe
Schaltanordnung, um diese Funktion einer Einspeisung von Daten in das
Netzwerk zusätzlich
zur Direktübertragung der
Videodaten zur Set-Top-Elektronik
zu erzielen.
-
Die
vorhergehenden und anderen Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlicher.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
1 ist
ein schematisches Blockschaltbild eines Heimnetzwerks, das gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
-
2 ist
eine Wiedergabe einer beispielhaften Installation des Heimnetzwerks
der vorliegenden Erfindung in einem Heim.
-
3 ist
ein Funktionsschaltbild des Heimnetzwerks von 1.
-
4 ist
eine schematische Wiedergabe einer Netzwerkschnittstelleneinheit
und einer Set-Top-Elektronikeinheit, die gemäß bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung konstruiert sind.
-
5 ist
ein Blockschaltbild einer Netzwerkschnittstelle der Set-Top-Elektronik, die gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
-
6 ist
ein Blockschaltbild der Netzwerkschnittstelle der Netzwerkschnittstelleneinheit,
die gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
-
7 ist
ein Blockschaltbild eines Hub und einer Direktschaltungskreuzschiene,
die gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert sind, gekoppelt mit einer
Netzwerkschnittstelleneinheit und einer Set-Top-Elektronikeinheit.
-
8 ist
ein Funktionsschaltbild einer beispielhaften Benutzerschnittstelle
für das
Heimnetzwerk der vorliegenden Erfindung.
-
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
-
1 ist
eine schematische Wiedergabe eines Heimmultimediennetzwerks 10,
das gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Diese Ausführungsform
ist jedoch nur beispielhaft, da das Netzwerk 10 in einer
beliebigen von einer Anzahl von unterschiedlichen Weisen im Bereich
der Erfindung konfiguriert sein kann und unterschiedliche Geräte umfassen
kann, die mit dem Netzwerk 10 gekoppelt sind. Außerdem ist
die Erfindung nicht auf Netzwerke beschränkt, die in Heimen lokalisiert
sind, sondern ist auf Netzwerke anwendbar, die in anderen Typen
von Strukturen installiert sind, wie z. B. Büros, Wohnblöcken usw. Zwecks Veranschaulichung
wird jedoch die beispielhafte Ausführungsform im Zusammenhang
einer Heiminstallation beschrieben.
-
Das
Netzwerk 10 ist ein digitales Netzwerk, das eine Anschließbarkeit
von unterschiedlichen Typen von Ausrüstung mit der Welt außerhalb
des Heims liefert. Diese Ausrüstung
kann unter anderem z. B. ein Analogfernsehgerät 12, Digitalfernsehgerät 14,
Digital-VCR 16, Digital-Camcorder 18, Personalcomputer 20,
Audioausrüstung 22,
Drucker 24, Faxmaschinen 26 und Telefone 28 sein.
Zusätzlich
dazu, diese Ausrüstung
mit der Außenwelt
zu verbinden, verbindet das Netzwerk 10 auch intern im
Heim das digitale Video, digitale Audio, Computer und Fernsprechausrüstung miteinander.
Dies vereinheitlicht Kommunikation und Steuerung im Heim, wobei
die volle Leistung der Externnetzwerkverbindungen oder internen
Datenquellen für
ein beliebiges Terminal auf dem Netzwerk 10 verfügbar gemacht
wird.
-
Eine
Kommunikation mit der Außenwelt
wird durch eine Anzahl von separaten Netzwerkschnittstelleneinheiten
(NIUs) 32 ausgeführt
und kann körperlich
in einer Eingangseinheit 30 kombiniert sein, wobei jede
Netzwerkschnittstelleneinheit 32 eine Verbindung zwischen
einem unterschiedlichen externen Netzwerk und dem Heimnetzwerk 10 ermöglicht. Die
unterschiedlichen externen Netzwerke können unterschiedliche Typen
von Signalen weiterleiten. Diese können z. B. Rundfunksignale
(digital oder gemischt analog/digital) sein, die auf hybridem Faser/Koax
oder Kabel weitergeleitet werden. Andere Typen von Signalen sind
ISDN, Rundfunk-/Digitalsatellitendienste, FTTC, FTTH, ADSL und andere.
Mindestens die folgenden Datentypen können weitergeleitet werden:
komprimiertes Video, komprimiertes Audio, komprimierte Internet-WWW-Grafik
und -Daten, Internet-e-Mail
und andere Daten, Computerdateidaten und Steueranzeigedaten.
-
Logischerweise
bekommen alle Terminals im Heimnetzwerk 10 gleichen Zugriff
auf die Netzwerkschnittstelleneinheiten 32, und ein Benutzer
würde nicht
bemerken, wenn er sie körperlich
zu Gesicht bekommt. Die Anzahl von Netzwerkschnittstelleneinheiten 32,
die erforderlich sind, wird durch die Anzahl von pro Heim erforderlichen
Strömen,
z. B. die Anzahl von unterschiedlichen Programmkanälen (d.
h. Video, Audio und andere), die gleichzeitig erforderlich sind,
bestimmt, nicht durch die Anzahl von Terminaleinheiten in einem
Heim.
-
In
gewissen bevorzugten Ausführungsformen
wird Kabel- oder Antennenfernsehen bei Verteilung durch reguläres hausinternes
Koax unmodifiziert beibehalten (gewöhnliches altes Fernsehen oder
POTV). POTS (gewöhnlicher
alter Fernsprechdienst) wird auch auf dem digitalen hausinternen Netzwerk 10 weitergeleitet.
-
Die
digitalen Signale werden überall
im Heim über
ein internes Netzwerk 34 verteilt. In gewissen bevorzugten
Ausführungsformen
ist das interne Netzwerk 34 im Wesentlichen Ethernet vom
Typ 10base-T- oder 100base-T-Twisted Pair, aber es wird ein spezieller
Switch Hub verwendet, um das Netzwerk auf jegliche Anzahl von Terminaleinheiten
skalierbar zu machen, wobei jedes hochbitratiges Video empfangen
kann.
-
Das
Heimnetzwerk 10 verbindet diejenigen Computer oder Produkte
mit systemintegrierten Computern, welche die Netz-Bandbreite, Protokolle, Routing,
Puffern und Adressieren unterstützen
können.
Andere Breitbandprodukte, die diese komplexe Funktionalität nicht
unterstützen,
müssen
zu solch einer Hauptrechnereinheit entweder direkt oder über ein
lokales peripheres Netzwerk angebracht sein, um eine Interoperabilität zu erzielen.
Beispiele für
Computer oder Produkte mit systemintegrierten Computern, die auf
dem Heimnetzwerk 10 lokalisiert sind, die als Endbenutzergeräte funktionieren,
umfassen: die Eingabe/Ausgabe-Computer von Netzwerkschnittstelleneinheiten,
die eine Externnetzwerk-zu-Heimnetzwerk-Umwandlung und -Konditionierung ausführen; Computer,
wie z. B. Set-Top-Elektronik
(STE); PCs; Workstations; High-End-Drucker; und spezielle Computer,
die Gateway/Steuerfunktionen bereitstellen. Andere Endbenutzergeräte, die
mit dem Netzwerk 10 gekoppelt werden können, umfassen Videoprodukte:
Ausrüstung
für digitales
komprimiertes (MPEG) und unkomprimiertes Video; digitale Videocamcorder-Produkte;
digitale Videobandaufzeichnungsprodukte und digitale Fernsehsichtgerätprodukte
und analoge Fernsehsichtgerät-
und Aufzeichnungsprodukte. Audioprodukte, die mit dem Netzwerk 10 gekoppelt
werden können,
umfassen: Ausrüstung
für digitales
komprimiertes (MPEG) und unkomprimiertes Audio; HIFI-Stereo; digitale
Audiobandaufzeichnungsprodukte. Andere Typen von Produkten, die
mit dem Netzwerk 10 verbunden sein können, sind Datenprodukte, wie
z. B. Drucker und andere Peripheriegeräte. Noch weitere Produkte,
die durch das Netzwerk 10 gesteuert werden können, umfassen
Hausautomation und Haushaltsgeräte: zentrales
Heizen/Wechselstrom, Sicherheitskontroller, Mikrowellenofen und
andere Küchenausrüstung, Beleuchtung,
Sprinkler und andere Energiesteuerung.
-
Gewisse
Ausführungsformen
des Heimnetzwerks 10 umfassen ein oder mehrere lokale periphere
Netzwerke (LPN) 15, die eine lokale Verbindung für zukünftige sehr
hochbitratige, Motion-JPEG- oder I-Frame-only-MPEG-Videogeräte, -Audiogeräte, -Drucker
und derartige Peripheriegeräte
bereitstellen. Diese Geräte
brauchen eine kontinuierliche lokale digitale Verbindung mit einer
hohen Brandbreite, wo die Datenübertragung
kontinuierlich von z. B. Digitalkamera zu Digital-VCR ist. Eine
Aufnahme solcher Geräte
direkt auf dem internen Netzwerk 34 würde eine größere Netzwerkbandbreite über das ganze
Netzwerk 34 erfordern, als normalerweise benötigt wird.
Stattdessen ist das lokale periphere Netzwerk 15 normalerweise
zwecks Interoperabilität durch
ein Gateway mit dem internen Netzwerk 34 verbunden. Jedoch
ist in gewissen anderen Ausführungsformen
der Erfindung das Heimnetzwerk 10 mit Hardware und Software
versehen, die an die Hochgeschwindigkeitsgeräte angepasst ist, so dass ein
lokales peripheres Netzwerk 15 nicht notwendig ist.
-
Ein
Heimautomationsnetzwerk (HAN) 17 ist zur Heimautomation
vorgesehen. Dieses Heimautomationsnetzwerk 17 kann auf
der Stromleitung oder einem anderen niederbitratigen Netzwerk zur
Steuerung von Haushaltsgeräten,
Heimsicherheitssystemen, Beleuchtung usw. laufen. Dieser Zubringer
geht von einem Steuercomputer 20 aus, der im Heim lokalisiert
ist.
-
Ein
exemplarisches Modell der Installation des Heimnetzwerks 10 der
vorliegenden Erfindung in einem Haus 36 ist in 2 wiedergegeben.
Das Heimnetzwerk 10 ist eine Langstreckentrasse, die z. B.
für bis
zu 100 m-Kabelverläufen
von einem Switched Hub 38 geeignet ist, der Teil des internen
Netzwerks 34 bildet. In der beispielhaften Installation,
die in 2 wiedergegeben ist, sind die Eingangseinheit 30 mit
ihren Mehrfach-Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 zusammen
mit dem Switched Hub 38 in einem Versorgungsbereich des
Hauses lokalisiert.
-
Ein
Twisted-Pair-Kabel verläuft
zu jedem Raum des Hauses 36 und endet an einer Wandsteckdose.
Es kann z. B. Cat-5-Twisted Pair (für 100 Mbit/s) verwendet werden,
wenn eine Installation vorgenommen wird, da der größte Teil
der Kosten Arbeit ist. Für
eine vorübergehende
Retroinstallation ist ein Twisted-Pair-Kabel klein genug, dass es
unter einem Teppichrand kundenspezifisch angepasst angebracht werden
kann. Ein Benutzer im Heim verbindet ein Computerprodukt in einem
Raum, indem der Ethernetport des Computerprodukts in die Ethernetwandsteckdose
gesteckt wird.
-
In
der Ausführungsform
von 2 ist der Hub 38 als ein separates Gerät wiedergegeben,
aber in anderen Ausführungsformen
ist der Hub 38 in eine oder mehrere der Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 integriert.
Der Hub 38 liefert die Anschließbarkeit mit allen Bereichen
des Hauses und der einen oder den mehreren Netzwerkschnittstelleneinheiten 32.
Aufrüsten,
Erweitern sowohl der Summenbandbreite als auch Anschließbarkeit
des internen Netzwerks 34 wird durch zusätzliches
Stecken oder Wechseln zu einem größeren Hub erzielt. Der Hub
wird in größerer Einzelheit
später
erörtert.
-
Die
vorliegende Erfindung, wie in den 1 und 2 dargestellt,
sondert die Funktionalität
der Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 von der Set-Top-Elektronik 40.
Herkömmlicherweise
enthält eine
Set-Top-Box eine Netzwerkschnittstelleneinheit, deren Komponenten
intern durch einen Bus mit den Set-Top-Elektronikkomponenten verbunden
sind. Im Gegensatz dazu liefert jedoch die vorliegende Erfindung
eine Separation der Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 und
der Set-Top-Elektronik 40 mit dem internen Netzwerk 34,
das dazwischen eingefügt
ist. Diese Anordnung erlaubt, dass Mehrfach-Set-Top-Elektronik überall im
Heim 36 weniger kostspielig verteilt wird, da die Elektronik
einer Netzwerkschnitt stelleneinheit nicht für jede Set-Top-Elektronik dupliziert
werden muss. Zusätzlich
befreit es, wenn man separate Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 mit
unterschiedlichen externen Netzwerken und mit einem gemeinsamen
internen Netzwerk 34 koppeln lässt, den Wohnungseigentümer/in davon,
gezwungen zu sein, sämtliche
Programme von einer einzigen Quelle, wie z. B. der Fernsprech- oder
Kabelgesellschaft, zu empfangen. Die Separation ermöglicht dem
Wohnungseigentümer/in
auch, Dienste hinzuzufügen,
aufzugeben oder zu ändern,
indem einfach eine von den Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 geändert wird,
ohne dass sämtliche
Set-Top-Elektronik 40 überall im
Haus 36 ersetzt werden muss.
-
In
gewissen Ausführungsformen
ist eine "Master"-Set-Top-Box mit
Mehrfach-Netzwerkschnittstelleneinheiten
versehen. Jedoch ist diese Ausführungsform
logisch dieselbe wie oben beschrieben, da die Netzwerkschnittstelleneinheiten
in dieser Ausführungsform
mit dem internen Netzwerk und nicht durch einen Bus mit der Set-Top-Elektronik verbunden
sind.
-
3 ist
eine Funktionsansicht des Heimnetzwerks 10 der vorliegenden
Erfindung. Wie aus dem Schaltbild ersichtlich ist, bildet der Multiport-Switched
Hub 38 die Mitte der Netzwerkverbindungen. In gewissen
Ausführungsformen,
in denen ein Zwischen-Paketjitter angemessen gesteuert wird, wird
ein herkömmlicher
im Handel erhältlicher
Paket-Switched Hub verwendet. In anderen bevorzugten Ausführungsformen,
wie z. B. derjenigen, die in 3 wiedergegeben
ist, ist der Switched Hub 38 eine Kombination von Netzwerkports
und Ports, die für
die Dauer einer Sitzung direkt(leitungs)geschaltet sind. Die direktverbundenen
Ports (und Systeme) können über den
(codierten) Netzwerktakt phasenstarr gekoppelt sein. Um diese Funktionalität bereitzustellen,
umfasst deshalb der Switched Hub 38 einen verhältnismäßig einfachen
und kostengünstigen Hub 42 und
eine Direktschaltungskreuzschiene 44. Der Hub 42 kann
in gewissen bevorzugten Ausführungsformen
ein im Handel erhältliches
Gerät sein, wie
z. B. Am79C981, das von Advanced Micro Divices, of Sunnyvale, Kalifornien,
hergestellt wird. Einzelheiten der Direktschaltungskreuzschiene 44 werden
in Bezug zu 7 später beschrieben.
-
Eine
Sterntopologie, wie durch Ethernet 10/100base-T definiert, wird
in Verbindung mit dem Switching Hub 38 verwendet. Der Switching
Hub 38 liefert ein Fan-Out zu den meisten Räumen im
Haus 36. Die maximale Systembandbreite ist ein Vielfaches
der Drahtbitrate ((Bitrate × Anzahl
von Ports)/2), z. B. 20 Ports und 100 Mbit/s Bitrate = 1 Gb/s maximale
Summenbandbreite.
-
Der
Switched Hub 38 ermöglicht
eine spezielle Behandlung für
den stark asymmetrischen Verkehr, z. B. komprimierte digitale Video-
und Internetdaten, indem diese Fälle
vom Sender zum Empfänger
direktgeroutet werden. Dieser Verkehr ist folglich von dem internen
Netzwerk 34 separiert und ermöglicht, dass eine Gesamtsummenbandbreite
nur durch die Erweiterbarkeit des Hub 38 begrenzt wird,
obwohl sie durch die 10 Mbit/s pro Zweig begrenzt bleibt. Eine Verwendung
von 100base-T-Technologie statt einer 10base-T-Technologie verbessert
das Netzwerk, wenn erforderlich.
-
Die
synchronen (Manchester- oder blockcodierten) Direktverbindungen
des Switching Hub werden in erster Linie für die Übertragung von MPEG-Video verwendet,
wo eine fortlaufende hochbitratige Langzeitverbindung erforderlich
ist. Hochbitratiges Video in komprimierter Form kann so hoch wie
8 Mbit/sec sein und wird für
Livevideo und aktionsreiche Filme und Sport benötigt. Niederbitratiges Video ist
1,5 Mbit/sec. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird digitales MPEG-Video überall im
Netzwerk 10 beibehalten. Eine Umwandlung zu echtem Video
findet nur am Sichtgerät
(z. B. Fernsehgerät 12)
oder der Set-Top-Elektronik 40 statt.
-
Zwei
separate Direktschaltungen sind als Beispiele in 3 wiedergegeben.
Beispielsweise ist die Netzwerkschnittstelleneinheit 32,
die mit einem ISDN-Netzwerk
gekoppelt ist, durch die Direktschaltungskreuzschiene 44 mit
dem Personalcomputer 20 des lokalen peripheren Netzwerks 15 direktverbunden.
Eine andere separate Direktschaltung wird durch die Direktschaltungskreuzschiene 44 zwischen einer
unterschiedlichen Netzwerkschnittstelleneinheit 32 (die
beispielsweise mit hybridem Faser/Koax gekoppelt ist) und der Set-Top-Elektronik 40,
die mit dem Fernsehgerät 12 gekoppelt
ist, bereitgestellt. Diese Geräte,
die durch die Direktschaltungskreuzschiene 44 nicht direktverbunden
sind, bleiben am Hub 42 angebracht und sind folglich vernetzt.
-
In
Bezug zu der Switching Hub-Architektur, wo ein direkter Punkt-zu-Punkt-Weg
konfiguriert ist, werden alle Daten, die diesen Weg durchlaufen,
direkt zu dem Endpunktterminal des Wegs geliefert, selbst Daten,
die für
ein oder mehrere andere Terminals gedacht sind. Folglich wird in
gewissen bevorzugten Ausführungsformen
einer Regel gefolgt, dass Daten, die mit den hochratigen Daten (typischerweise
Benachrichtigen) gemultiplext werden, zu vernetzten Terminals durch
den Endpunkt des Direktwegs ausgegeben werden müssen, wobei solche Pakete zum
Hub 38 rückgeführt werden.
Z. B. werden Nachrichten, die über
das ISDN-Netzwerk gesendet werden, die nicht für ein Gerät auf dem lokalen peripheren
Netzwerk 15 gedacht sind, durch den lokalen peripheren
Netzwerkhauptrechner 20 zum Hub 38 zur Verteilung
rückgeführt. Diese
Regel spart die Unkosten und Komplikation, einen Switched Hub vom
Paketroutertyp zu besitzen, wobei das Demultiplexen an dem (den)
Endpunkten) statt zentral verteilt ist, und funktioniert gut für asymmetrischen
Datenfluss und lokalen Bestimmungsort, d. h. ist keinen Schichten
von Schaltern unterworfen.
-
Ein
Vorteil von direktgeschalteten Wegen besteht darin, dass potenzielle
Verzögerungen
beim Erhalten eines Zugriffs auf das Netzwerk 34 (und möglicherweise
Stören
der empfindlichen Taktbezugszeitgebung, die im MPEG-Strom weitergeleitet
wird) ganz und gar vermieden werden.
-
Es
ist erforderlich, dass der Hub 38 in gewissen bevorzugten
Ausführungsformen
einem "Vollduplexbetrieb
bewusst" ist, was
bedeutet, dass ein direktgerouteter Weg nur einen Senderterminal-"Aufwärts"-Weg nur mit einem
Empfangsterminal-"Abwärts"-Weg verbindet. Im
Gegensatz dazu werden der Weg abwärts zum Sender und Weg aufwärts zum Empfänger nicht
durch die Direktschaltung beeinträchtigt und würden normalerweise
am Netzwerk angebracht sein, d. h. an sämtlichen übrigen Terminalwegen angebracht
sein, die miteinander verbunden sind.
-
Ein
spezielles Routing tritt als Reaktion auf Benutzerdienstanforderungen
auf. Nachrichten werden durch die Hubsteuerung aufgenommen und jegliche
Direktroutingänderungen
implementiert. Geräte,
die nicht vom Netzwerk geschaltet werden, werden verbunden, und
kein Routing ist erforderlich.
-
Die
MPEG-Taktrückgewinnung
wird an den Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 ausgeführt, wie später beschrieben.
Bei der MPEG-Taktrückgewinnung
an den Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 und der Erstellung
einer Direktschaltung zum Heimnetzwerkbestimmungsort wird Jitter
im Signal, das am Bestimmungsort (wie z. B. dem Fernsehgerät 12) empfangen
wird, im Wesentlichen beseitigt. Eine Direktschaltungsfähigkeit
funktioniert gut für
den stark asymmetrischen Punkt-zu-Punkt-Verkehr, der in dem Unterhaltungs(video)heimszenarium
erwartet wird.
-
Für Analog-only-Dienste,
z. B. Übergangskabelfernsehen,
wird dies nicht als Teil des digitalen Netzwerks erachtet. Für gemischte
digitale/analoge Dienste, wie z. B. hybrides Faser/Koax (HFC), und neuere
Formen von gemischtem Kabelfernsehen wird dies als ein Übergangszustand
erachtet und als eine vorübergehende
Erweiterung zu dem volldigitalen System der vorliegenden Erfindung
behandelt. Das Signal vom hybriden Faser/Koax wird direkt zu einer
Set-Top-Elektronik 40 oder zu einer Kombination von Netzwerkschnittstelleneinheit 32/Set-Top-Elektronik 40 geliefert.
Zur Verbindung mit dem Heimnetzwerk 10 sind zwei Ports
erforderlich, einer für
die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und einer für die Set-Top-Elektronik 40.
Eine Umgehung ist in gewissen bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, um
die analogen Signale mit den Audio/Video-Schaltungen der Set-Top-Elektronik 40 quer
zu verknüpfen.
-
Das
Heimnetzwerk 10 wird über
ein handgehaltenes Befehlsgerät
oder Computertastatur zu einer Software gesteuert, die auf den lokalen
Terminals läuft,
wie z. B. den Personalcomputern 20 oder Set-Top-Elektronik 40.
Eine nur für
jedes Heimterminal gültige
Steuerungssoftware handhabt Quellenverfügbarkeit, Quellenauswahl, Wegemanagement durch
Kommunikation mit den Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 und
externen Gateways. Die Externnetzwerkprotokolle werden in den Netzwerkschnittstelleneinheiten 32 gepuffert,
um eine Standardschnittstelle zu den Terminals auf dem Heimnetzwerk 10 zu
liefern. 8 gibt ein Beispiel für eine Benutzerschnittstelle
wieder. In dieser Ausführungsform
ist das Heimnetzwerk 10 transparent, und der Benutzer weiss
davon nur indirekt von der Anzahl von verbundenen Diensten.
-
4 ist
ein Blockschaltbild, das eine einzige Netzwerkschnittstelleneinheit 32 wiedergibt,
die durch das interne Netzwerk 34 mit einer einzigen Set-Top-Elektronikeinheit 40 gekoppelt
ist. Die übrigen
Teile des Heimnetzwerks 10 einschließlich dem Switching Hub 38 sind
in 4 zwecks Veranschaulichung und Erklärung nicht
dargestellt.
-
Die
Netzwerkschnittstelleneinheit 32 weist ein oder mehrere
Netzwerkschnittstellenmodule 50 auf, die die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 mit
einem speziellen externen Netzwerk durch eine Schnittstelle verbinden.
In dem Beispiel von 4 liefert das Netzwerkschnittstellenmodul 50 eine Schnittstelle
zu einem externen Netzwerk, das MPEG-Videodaten weiterleitet. Die
MPEG-Videodaten
werden zu einem Internnetzwerkschnittstellenbauelement 52 geliefert,
das die Daten zum Transport über
das interne Netzwerk 34 aufbereitet. In gewissen bevorzugten
Ausführungsform
ist das interne Netzwerk 34 ein Ethernetnetzwerk, so dass
das Internnetzwerkschnittstellenbauelement 52 ein Ethernetschnittstellenbauelement
ist.
-
Die
Architektur der vorliegenden Erfindung nimmt an, dass für einige
Netzwerke ein Erststufenmultiplexen an der Netzwerkschnittstelleneinheit 32 notwendig
ist, um in einer definierbaren Bandbreitengrenze (ein Strom) zu
bleiben, statt einer willkürlichen Bandbreite,
die durch die Konstruktion des ankommenden Stroms (mehrere Ströme) vorgegeben
ist. Unter der Annahme, dass MPEG-2-Video verwendet wird, gibt es
ein Demultiplexen von einem Mehrprogrammtransportstrom in einen
Einprogrammtansport, wie in der MPEG-2-Spezifikation definiert.
Dies wird durch einen MPEG-Transportchip 54, wie z. B. dem
9110B-Chip, der von C-Cube im Handel erhältlich ist, ausgeführt. (Ein
Zweitstufendemultiplexen, um die Video-, Audio- und andere Daten
zu separieren, tritt noch in der Set-Top-Elektronik auf, während ein
Decodieren vorzugsweise nur am Sichtgerätterminal oder Computer ausgeführt wird.)
Mit diesem Lösungsansatz
ist es nicht notwendig, breitbandige Ströme überall im Haus zu senden, und
die Terminals im Haus 36 brauchen bloß eine standardisierte Einprogrammschnittstelle
zu sehen. Eine Komprimierung wird für Video erfordert, das im Heim
erzeugt wird, z. B. Sicherheitsfronttürkamera oder Videokonferenzkamera.
-
Sämtliche
Externnetzwerkschnittstellenbildung, Entschlüsselung, Zugriffssteuerung, Demultiplexen
zu einem Einprogrammstrom usw. wird durch das Netzwerkschnittstellenmodul 50 ausgeführt. Folglich
puffert das Netzwerkschnittstellenmodul 50 die Heimnetzwerkhardware
und -software gegen die Eigentümlichkeiten
des angebrachten externen Netzwerks. Mehrere unterschiedliche Programme
erfordern mehrere Netzwerkschnittstellenkreuzschienenverbindungen,
sei es von einem oder mehreren Providern. In gewissen Ausführungsformen
wird ein Doppelmodul mit zwei Verbindungen mit der Kreuzschiene
versehen, wobei zwei Programme, die von demselben externen Netzwerk
empfangen werden, bereitgestellt werden.
-
Der
MPEG-Transportchip 54 führt
die MPEG-Taktrückgewinnung
aus und liefert den rückgewonnen
27 MHz-Takt und das ausgewählte
Programm zu einer Internnetzwerkverbindung 56. Der 27-MHz-Takt
wird durch einen MPEG-zu-Netzwerk-Synthesizer 58 empfangen
und zu einem 10 MHz-Takt umgewandelt, z. B. wenn das interne Netzwerk 34 ein
10base-T-Ethernetnetzwerk ist. Der 10-MHz-Takt sowie das ausgewählte Programm
werden zu einem herkömmlichen
Transceiver 60 geliefert (wie z. B. einem Ethernettransceiver),
der mit dem internen Netzwerk 34 verbunden ist. Der Synthesizer 58 wirkt,
um den Ethernettakt mit dem rückgewonnen
MPEG-Takt zu rasten. Wenn das Paket von Daten von der Netzwerkschnittstelleneinheit 32 zu
der Set-Top-Elektronik 40 gesendet wird, wird die Set-Top-Elektronik 40 mit
den rückgewonnen MPEG-Daten
bei 27 MHz gerastet. An der Set-Top-Elektronik 40 wird
der 27 MHz-Takt von dem Ethernet-10 MHz-Takt durch einen anderen
Synthesizer regeneriert.
-
Die
Daten werden in der Set-Top-Elektronik 40 durch ein Netzwerkschnittstellenbauelement 62 empfangen,
das eine Netzwerkschnittstelle 64 umfasst. Der 10 MHz-Takt,
der durch die Netzwerkschnittstelle 64 vom Datenstrom vom
Netzwerk 34 herunter rückgewonnen
ist, wird durch eine Torschaltung 66 zu einem Netzwerk-zu-MPEG-Synthesizer 68 durchgelassen.
Ein Durchlassen wird benötigt,
so dass die Arretierfunktion nur ausgeführt wird, wenn ein Paket von
Daten vorhanden ist. Der 10 MHz-Takt wird zu einem 27 MHz-Takt umgewandelt,
der zu einem MPEG-Decoder 70 und einem Video-Decoder/Encoder 72 geliefert
wird. Das ausgewählte
Programm wird durch die Netzwerkschnittstelle 64 zu dem
MPEG-Decoder 70 geliefert,
der die MPEG-Daten decodiert und sie zu dem Video- Decoder/Encoder 72 liefert.
Der Datenstrom wird durch den Videoencoder 72 zu einem
Format (z. B. NTSC oder SVideo) umgewandelt, das zur Verwendung
durch ein Sichtgerät,
wie z. B. ein Fernsehgerät,
geeignet ist. Der Videodecoder dient für den Fall (HFC), wo es ein NTSC-Analogsignal
geben mag, zur Digitalisierung und Vereinigung mit leiterplattenintegrierter
Grafikhardware.
-
Das
Netzwerk 34 in 4 ist schematisch wiedergegeben,
und es versteht sich von der vorherigen Beschreibung, dass die Videodaten
auf dem Netzwerk 34 durch den Hub 42 platziert
werden können,
dass aber eine Direktschaltung der Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und
der Set-Top-Elektronik 40 durch die Direktschaltungskreuzschiene 44 des Netzwerks 34 bevorzugt
wird, um eine jitterfreie Übertragung
von Videodaten bereitzustellen.
-
5 ist
ein ausführlicheres
Schaltbild einer beispielhaften Ausführungsform des Netzwerkschnittstellenbauelements 62 der
Set-Top-Elektronik 40, die in 4 wiedergegeben
ist. Das Netzwerkschnittstellenbauelement 62 umfasst den
Netzwerksynthesizer 68, der mit einem Programmlogikbauelement
gekoppelt ist, das als das Torschaltungsbauelement 66 arbeitet.
Der Netzwerksynthesizer 68 kann durch einen im Handel erhältlichen
Chip implementiert sein, wie z. B. den MC145151, der von Motorola hergestellt
wird. Das Programmlogikbauelement 66 kann durch einen im
Handel erhältlichen
Chip implementiert sein, wie z. B. den MC7958, der auch von Motorola
hergestellt wird. Ein spannungsgesteuerter Kristalloszillator 80 arbeitet
bei 27 MHz und liefert sein Signal zum Programmlogikbauelement 62,
das das 10 MHz-Signal zum Synthesizer 68 durchlässt, wenn
dort ein empfangenes Datenpaket vorhanden ist. Der Synthesizer teilt
die 10 MHz- und 27 MHz-Frequenzen zu einer gemeinsamen Frequenz herunter,
die in einem Phasendetektor des Synthesizers 68 eingespeist
wird. Der Ausgang des Phasendetektors des Synthesizers 68 wird
als ein Steuersignal zu dem spannungsgesteuerten Kristalloszillator 80 geliefert,
um die lokale Frequenz aufwärts
oder abwärts
einzustellen, um mit der ankommenden Ethernet-Frequenz zu rasten.
-
Das
Signal, das das Programmlogikbauelement 66 von dem Empfang
eines Datenpakets informiert, und der 10 MHz-Takt werden durch einen
seriellen Schnittstellenadapter 82 bereitgestellt, der
als eine Empfangsfreigabe dient. Ein im Handel erhältliches
Produkt, das für
den seriellen Schnittstellenadapter geeignet ist, ist Am7992B, der
von Advanced Micro Devices hergestellt wird.
-
Der
Datenstrom wird durch ein Übertrager/Filter 84 empfangen,
wie z. B. eines, das von Pulse Engineering im Handel erhältlich ist,
das PE68026. Eine Kollisionsinformation wird auch durch ein anderes Übertrager/Filter 86 empfangen,
das derselbe Typ von Übertrager/Filter
wie 84 sein kann. Die empfangenen Daten werden zu einem
ersten Netzwerktransceiver 88 geliefert, wie z. B. einem Twisted
Pair-Ethernettransceiver plus (Am79C100). Der Ausgang des ersten
Netzwerktransceivers 88 (die empfangenen Daten) wird für die Empfangsfreigabe 82 und
einen Kontroller 90 verfügbar gemacht. Der Kontroller 90 kann
ein im Handel erhältliches Produkt
sein, wie z. B. der Einchip-Ethernetkontroller Am79C970 (der von
Advanced Micro Devices hergestellt wird). Der Kontroller 90 ist
mit einem Bus 92 gekoppelt, wie z. B. einem Peripheriekomponenten-Kopplungs(PCI)-Bus,
um die empfangenen Daten vom Netzwerk 34 zum MPEG-Decoder 70 der Set-Top-Elektronik 40 zu
liefern.
-
Ein
zweiter Netzwerktransceiver 92 ist mit dem Kontroller 90 gekoppelt
und kann durch denselben Typ von Transceiver wie 88 implementiert
sein. Der zweite Netzwerktransceiver 92 liefert den Sendeweg
für Daten
vom Kontroller 90 zum Netzwerk 34 durch das Übertrager/Filter 84.
-
Eine
Kollisionsinformation wird durch das Übertrager/Filter 86 und
den zweiten Transceiver 92 zum Kontroller 90 geroutet.
-
6 ist
ein ausführlicheres
Schaltbild der Internnetzwerkverbindung 56, die einen MPEG-zu-Netzwerk-Synthesizer 58 aufweist,
der den 10 MHz-Takt vom 27 MHz-MPEG-Takt
synthetisiert, der durch den MPEG-Transportchip 54 rückgewonnen
wird (siehe 4). Ein Kristalloszillator 96 ist mit
dem Synthesizer 58 gekoppelt, um ein 10 MHz-Signal bereitzustellen.
In gewissen Ausführungsformen
ist der Kristalloszillator 96 ein 20 MHz-Oszillator, und
die durch den Synthesizer erzeugte Frequenz beträgt 20 MHz, die dann am Empfänger (der
Set-Top-Elektronik 40) einfach zu 10 MHz geteilt wird.
Ein im Handel erhältlicher
Synthesizer ist der MC 145145-2, der von Motorola hergestellt wird.
-
Der
10 MHz-Takt wird zu einer Mikroprozessorschnittstelle 98 geliefert,
die als eine Schnittstelle für
einen Mikroprozessor 100 dient. Die Mikroprozessorschnittstelle 98 bildet
mit dem Mikroprozessor 100 den Transceiver 60,
der mit dem internen Netzwerk 34 durch ein Übertrager/Filter 102 verbunden
ist. Die Mikroprozessorschnittstelle 98 kann z. B. ein MC68160-Chip
sein, der von Motorola hergestellt wird, und der Mikroprozessor
kann ein MC68EN360 sein, der auch von Motorola hergestellt wird.
Das Übertrager/Filter 102 kann
derselbe Typ wie das Übertrager/Filter 84, 86 von 5 sein.
-
Die
Separation der Netzwerkschnittstelleneinheit 32 von der
Set-Top-Elektronik 40 liefert eine Anzahl von Vorteilen,
wie früher
beschrieben. Die Funktionen (Verantwortlichkeiten) der herkömmlichen
Set-Top-Boxen mit integrierten Netzwerkschnittstelleneinheiten sind
in Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung aufgeteilt. Z. B. ist in bevorzugten Ausführungsformen
die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 verantwortlich für eine Ausführung eines
Externnetzwerk-spezifischen Schnittstellenbildens, einer Abstimmungsdemodulation
und Fehlerkorrektur. Sie liefert Externnetzwerk-spezifisches Videoentscrambeln
und Verschlüsselung/Entschlüsselung
(Kreditkartennummer, Benutzerpasswort usw.). Die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 liefert
auch einen Externnetzwerk-spezifischen Programmführer. Zusätzlich führt sie ein MPEG-Transportdemultiplexen
zu einem einzigen Strom und eine MPEG-Bezugstaktrückgewinnung
aus. In bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung liefert die Netzwerkschnittstelleneinheit ein Heimnetzwerkethernetschnittstellenbilden
und MPEG-/Ethernettaktrasten. Sie liefert auch die Software, um
die Externnetzwerk- und Heimnetzwerkprotokolle für mehrere Ströme und mehrere
Benutzer zu unterstützen.
Die Netzwerkschnittstelleneinheit weist auch die Software auf, um
als das Gateway für
das Heimnetzwerk und Steuerung des Pufferns von Daten zu wirken,
wie notwendig.
-
Die
Set-Top-Elektronik 40 wirkt in bevorzugten Ausführungsformen
im Wesentlichen als ein Anwendungscomputer mit Audio-, Video-, Grafik-
und Analogfernseh-Schnittstelle. Z. B. sorgt die Set-Top-Elektronik
für das
Heimnetzwerk-spezifische Schnittstellenbilden und Datenpuffern,
wie notwendig.
-
Sie
liefert in bevorzugten Ausführungsformen
ein Ethernettakt-/MPEG-Takt-Rasten. Die Set-Top-Elektronik 40 decodiert
MPEG-Video und -Audio, um digitales Audio/Video rückzugewinnen. Sie
führt eine
Digital-Analog-Umwandlung für
Audio und Video durch, und unterstützt Befehle von einer Ferninfrarotsteuerung.
Die Set-Top-Elektronik 40 liefert eine Unterstützung für eine analoge
Videoeingabe (NTSC). Sie verbindet Drucker, Spielports usw. durch
Schnittstellen und unterstützt
ein Bootniveau-Betriebssystem und kann ein volles System von einem
externen Netzwerk herunterladen. Die Set-Top-Elektronik 40 unterstützt Anwendungsprogramme
und Kommunikationen durch die Netzwerkschnittstelleneinheiten zu
einem Netzwerkprovider und einem Programmvideoserver.
-
7 ist
ein Blockschaltbild, das in größerer Einzelheit
eine beispielhafte Ausführungsform
der Hub 42-und-Direktschaltungskreuzschienen 44-Anordnung
der vorliegenden Erfindung und ihre Verbindung mit einer Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und Set-Top-Elektronik 40 wiedergibt.
Die Direktschaltungskreuzschiene 44 und 42 liefern
selektiv entweder eine Direktschaltung zwischen einer speziellen Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und
einer Set-Top-Elektronik 40 oder eine einfache Netzwerkverbindung
durch den Hub 42 für
diese Einheiten. In 7 sind zwecks Veranschaulichung
und Erklärung nur
Teile der Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und der Set-Top-Elektronik 40 wiedergegeben.
-
In
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist der Hub 42 ein verhältnismäßig einfacher
und kostengünstiger
Hub, da er keinerlei Art von Paketroutingvermittlung oder Speichervermittlung
umfasst. Es gibt keine Intelligenz, die den Verkehr untersucht und
den Hub gemäß den Sende- und
Empfangsadressen dynamisch schaltet, wie in Hubs mit Paketroutingvermittlungen.
-
Obwohl
nur eine Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und eine Set-Top-Elektronik 40 in 7 direktverbunden
dargestellt sind, kann jegliche Anzahl von direktverbundenen Paaren
durch die Direktschaltungskreuzschiene 44 verbunden sein,
abhängig
von der Größe der Kreuzschiene 44.
Die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und die Set-Top-Elektronik 40 sind
jeweils mit fünf
Stiftpositionen oder -verbindungen dargestellt, wobei jede der Verbindungen ein
Paar ist. Dies fällt
mit einem herkömmlichen
Klinkenstecker überein,
dem Telephone-RJ45, der zehn Stift positionen aufweist.
-
Das
interne Netzwerk 34 liefert die Verbindung zwischen den
Netzwerkschnittstelleneinheiten 32, der Set-Top-Elektronik 40 und
der Direktschaltungskreuzschiene 44. In bevorzugten Ausführungsformen
ist das interne Netzwerk 34 ein 10- oder 100base-T-Ethernet.
-
Die
Auswahl einer Netzwerkverbindung oder einer Direktschaltung zwischen
der Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und der Set-Top-Elektronik 40 wird durch
eine Anzahl von Schaltern 108 erstellt, die in 7 mit
Buchstabensuffixen wiedergegeben sind, um sie in der folgenden Beschreibung
voneinander zu unterscheiden. In dem Beispiel von 7 sind
die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und die Set-Top-Elektronik 40 direkt
miteinander zu verbinden, wobei die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 Daten
zu der Set-Top-Elektronik 40 überträgt. Ein Mikroprozessor 110 dient
als der Kontroller für
die Direktschaltungskreuzschiene 44 und steuert die Positionen
der Schalter 108 als Reaktion auf Benutzerbefehle, die
zur Ausführung
eine Direktschaltung erfordern. Z. B. kann ein Benutzer wählen, sich
einen Film von einem Video-auf-Abruf-Dienst anzusehen, und deshalb
macht er diese Auswahl auf einer handgehaltenen Fernsteuerung. Der
Mikroprozessor 110 ändert
dann als Reaktion auf diese Auswahl die Positionen der Schalter 108,
um eine Direktschaltung zwischen der Netzwerkschnittstelleneinheit 32,
die mit dem externen Netzwerk verbunden ist, das den Video-auf-Abruf-Dienst
weiterleitet, und der Set-Top-Elektronik 40 zu erstellen,
die mit dem Fernsehempfänger,
auf dem der Benutzer den Film anzusehen wünscht, gekoppelt ist.
-
In
diesem Fall wird ein Schalter 108a zu seiner veranschaulichten
Position bewegt, um die Sendeleitungen des Transceivers 88 der
Netzwerkschnittstelleneinheit 32 mit einer Leitung 112 der
Direktschaltungkreuzschiene 44 zu verbinden. Die Sendeleitungen
des Transceivers 88 sind nicht länger mit dem Netzwerk an dem
Tx1-Port des Hub 42 verbunden. Ähnlich sind die Empfangsleitungen
des Transceivers 92 der Set-Top-Elektronik 40 durch
einen Schalter 108g mit derselben Leitung 112 der
Direktschaltungskreuzschiene 44 verbunden. Wenn diese Direktschaltung
nun erstellt ist, werden Daten, die durch die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 in
das Heim eintreten, nicht über
das Netzwerk über
den Hub 42 rundgesendet, sondern werden stattdessen direkt
zur Set-Top-Elektronik 40 an der Stelle geliefert, wo die
Daten verwendet werden.
-
Obwohl
die Direktschaltung, die durch die Direktschaltungskreuzschiene 44 erstellt
ist, einen ausgezeichneten Weg für
Daten von der Netzwerkschnittstelleneinheit 32 zu der Set-Top-Elektronik 40 liefert,
kann es geschehen, dass nicht sämtliche
Daten, die in die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 hereinkommen,
für die
Set-Top-Elektronik 40 gedacht sind.
Z. B. ist es möglich,
dass e-Mail über
diese spezielle Netzwerkschnittstelleneinheit 32 empfangen wird
und dass der Wohnungseigentümerin
wünscht, dass
e-Mail zu einem Personalcomputer gelenkt wird und nicht zu einem
Fernsehgerät.
Jedoch gibt es keine Verbindung mit dem Netzwerk 34 aufgrund
der Direktschaltung, wenn eine Direktschaltung erst erstellt ist.
-
Um
dieses Problem zu lösen, überprüft die Set-Top-Elektronik 40 die
Adressen der Datenpakete, die sie empfängt, und führt eine Routingfunktion für Daten
aus, die nicht für
diese Set-Top-Elektronik 40 gedacht sind. Die Daten werden
durch die Set-Top-Elektronik 40 auf
dem Netzwerk 34 durch den Hub 42 neugeroutet.
Dieses Neurouten durch die Endpunktverbindung (in diesem Beispiel
die Set-Top-Elektronik 40)
vermeidet, dass das System einen kostspieligen und komplizierten
Router verwenden muss. Die Set-Top-Elektronik 40 weist
einen Mikroprozessor 120 und einen zugeordneten Speicher 122 auf,
um die Datenpakete zu identifizieren und sie zurück zum Netzwerk 34 zu
routen.
-
Die
Direktschaltung zwischen der Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und
der Set-Top-Elektronik 40 liefert
eine jitterfreie Verbindung für
Videodaten, aber das Neurouten von anderen Daten im Netzwerk 34 durch
den Hub ermöglicht,
dass mehr als ein Typ von Daten durch die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 im
Heim weitergeleitet wird. Sobald die Direktschaltung zwischen einer
Netzwerkschnittstelleneinheit 32 und einer Set-Top-Elektronikeinheit 40 erstellt
ist, wird eine Kollisionsdetektion durch die Set-Top-Elektronik 40 benötigt, um
zu ermöglichen,
dass sie zum Hub 42 sendet. Die Set-Top-Elektronik 40 muss
von Kollisionen erfahren und die Daten zum Netzwerk 34 neusenden,
wenn solche Kollisionen auftreten. Die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 kann
in gewissen Ausführungsformen
eingestellt sein, um Kollisionen zu sperren, weil sie nicht auf
der Direktschaltung auftreten können.
-
Jedoch
ist in gewissen Ausführungsformen in
sowohl dem Netzwerkschnittstelleneinheitport als auch dem Set-Top-Elektronikport
(zum Netzwerk 34 durch die Kreuzschiene 44) zur
Bequemlichkeit dasselbe Kollisionspaar eingeschlossen.
-
In
gewissen bevorzugten Ausführungsformen
ist einer von den fünf
Paaren von Drähten
verfügbar,
um eine Bildschirmfenstereinblendungsfähigkeit für das System bereitzustellen.
Z. B. kann die Netzwerkschnittstelleneinheit 32 einen zweiten Strom
von Daten durch einen anderen Transceiver 88a über ein
zweites Paar von Sendedrähten
auf einer separaten Kreuzschienenverbindungsleitung 114 bereitstellen.
Die Set-Top-Elektronik 40, die einen anderen Transceiver 88a auch
mit der Leitung 114 verbunden aufweist, empfängt diesen
zweiten Strom von Daten durch die Direktschaltung, um eine Bildschirmfenstereinblendung
auf einem Fernsehbildschirm bereitzustellen. Folglich können beide
Bilder ohne Jitter durch separate Direktschaltungen bereitgestellt
werden.
-
In
gewissen bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind die Kreuzschienenschalter 108 durch
ein analoges MOS-Array von Transistoren implementiert, die als Reaktion
auf Signale vom Kontroller 110 gesteuert werden. Dies ist
jedoch nur beispielhaft, da andere Ausführungsformen Schalter von unterschiedlicher
Konstruktion verwenden, wie für
einen Fachmann ersichtlich ist.
-
Obwohl
die Beschreibung der Erfindung die Anordnung mit gewissen logischen
Unterscheidungen der Funktionalität von verschiedenen Elementen wiedergibt,
können
diese logischen Unterscheidungen in anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein.
Z. B. wird beschrieben, dass der Hub 42 mit dem internen
Netzwerk verbunden ist. Jedoch kann der Hub 42 auch logisch
als ein Teil des internen Netzwerks oder selbst das Netzwerk bildend
betrachtet werden, wobei die übrige
Verdrahtung Einrichtungen zum Anbringen von Endterminals am Hub 42 bildet.
Für einen
normalen Fachmann ist es deshalb ersichtlich, dass die logischen
Unterscheidungen, die in der vorliegenden Beschreibung wiedergegeben und
beschrieben sind, nur beispielhaft sind.
-
Die
Separation der Netzwerkschnittstelleneinheit und der Set-Top-Elektronik
gemäß der vorliegenden
Erfindung liefert eine verhältnismäßig kostengünstige Verbindung einer
Vielzahl von Geräten miteinander
im Heim und mit der Außenwelt.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung in Einzelheit beschrieben und veranschaulicht
worden ist, versteht es sich unmissverständlich, dass die Anordnungen
und Verfahren, die oben beschrieben sind, nur als Veranschaulichung
und Beispiel dienen und nicht als Beschränkung aufzufassen sind.