[发明专利]一种基于广电单向HFC接入网的宽带混合网络及其运行方法

权利要求书

1.一种基于广电单向HFC接入网的宽带混合网络运行方法，所述宽带混合网络由混合网络路由器、网络调制器IPQAM、家庭网关、3G、4G或地面波模块构成，其中家庭网关中包括有高频头、主芯片CPU、安全芯片、3G/4G模块和WiFi模块，家庭网关中的3G/4G模块与三大移动运营商之一机站之间建立回传IP数据流的上行通道，家庭网关可以通过局域网或无线WiFi模块与用户家中的笔记本电脑、台式电脑、平板电脑、手机和OTT盒传输IP数据流和TS流，网络路由器将来自互联网的IP数据流进行解析，转换成广电网络调制器能够解读的IP数据流，网络调制器将解析后的IP数据流与广电视频TS流（IP over TS流）一并通过广电的HFC网络输送到每个广电用户家中，进入用户家庭的同轴电缆分为两路，一路与家庭网关连接，另一路与单向机顶盒连接，单向机顶盒连接家庭电视机，其特征在于：

在所述宽带混合网络运行过程中，混合网络路由器频点动态分配方法如下，（1）采用加权轮询对频点做初始分配，即在终端网关注册处理时，选择负载量最小、使用率最低的一个频点，作为初始接入频点；（2）基于max-min fairness算法进行动态带宽分配调整，采用这种算法可以防止任何网关流量不足的问题，同时在一定程度上尽可能提升每个网关速率，是一种很好平衡有效性和公平性的分配策略；（3）终端网关动态频点切换处理，通过这个动态调整机制，最大限度地提高了频点的使用率，合理利用已有的资源；

在所述宽带混合网络运行过程中，控制网络数据传输平均延迟采取了以下方法（1）下行传输IPover TS，由于广电DVB-C/S/T网路具有天然的下行带宽优势，因此将所有的下行IP数据转为TS格式，以达到最佳的传输速度，为此，专门设计了IP-TS MUX模块，实现了类似MAC层的功能，而HFC通路则实现了PHY层的功能，这样使IP网络与ＨＦＣ网络完美地兼容；（2）Max-min Fairness算法进行动态带宽分配，在大流量与小流量数据并发的场景下，采用这种算法有效解决了小流量数据的传输速率、提高用户链路的响应速度，同时在一定程度上尽可能提升每个网关速率；（3）自动ACK机制，在无线信道里面, RTT 并不是很稳定, 导致TCP/IP协议栈无法准确估计延迟时间，这样就会导致TCP降低发送速率，针对这些问题,专门进行了研究和探索，通过在混合网络路由器上设计特定针对TCP优化的模块，监听TCP建立连接的三次握手的交互, 建立对应TCP连接的本地映射HASH表， 然后截取 TCP连接中接收者上报的带有ACK 标志报文，通过做报文的平滑,自动构造并发送ACK 报文给TCP连接中的发送方，以控制发送发均匀的发送数据；（4）快速路由与路径规划，为了保证下行通路畅通无阻，快速无误地到达接收终端，通过在混合路由器上设计的网络规划信息、IPQAM的地址端口信息、路径权值等数据关系模型，进行路径运算，生成到达终端的最短路径，保证下行IP数据报文能准确可靠地找到下一跳路径，以最小路径把报文传输到终端；

在所述宽带混合网络运行过程中，为对网络丢包率进行控制采取以下方法（1）特定的PID表，为了保证IP over TS帧能安全可靠地在DVB-C/S/T网络上传输，定义了特别的PID表，用于传输控制处理，实现差错校验、信息同步，保障高可靠传输；（2）Max-min Fairness算法进行动态带宽分配，通过这个动态调整机制，最大限度地提高了频点的使用率，合理利用已有的资源；（3）限流整形和令牌桶算法形成的QoS保障机制，为了保证了下行数据流在DVB-C/S/T网络传输的稳定、可靠，使下行延时更小，不会产生丢包状况，采用限流整形的算法原理，综合令牌桶算法的精髓，保证每频点（通道）的发送码率不超过单个频点在64QAM调制模式下38Mbps带宽，使频点发送码率不会溢出造成丢包；

在所述宽带混合网络运行过程中，对宽带混合网络TCP/IP优化算法如下，（1）采集RTT信息, 计算TCP的平均延迟；（2）通过TCP 三次握手包的监测,在混合网络路由器建立 TCP连接实体,创建本地对应的TCP连接对象，通过源IP-源端口-目的IP-目的端口, 在 HASH表中建立对于这个TCP连接表的映射；（3）通过对于TCP 断开连接四次握手包的监测和超时处理, 将原有的TCP连接对象销毁；（4）查找TCP的ACK包；（5）缓存TCPACK包；（6）基于TCP包的状态机,在特定的条件下将缓存的ACK包发出，达到控制TCP数据发送的平顺性，抵抗网络波动；（7）报文异常处理,处理网络抖动导致报文乱序等问题；（8）构造ACK报文的处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于广电单向HFC接入网的宽带混合网络运行方法，其特征在于：所述的动态频点切换方法如下（1）基于预测的频点切换时机处理，基于输入流、缓存量、预测流量进行预测分析，评估频点负荷状况，保证频点不会出现切换振荡，频点切换效率高；（2）频点和网关切换处理的策略是采用频点和网关筛选机制，根据各网关缓存量、频点连续流量等因素进行分析，选择最优的切换频点和切换网关；（3）采用稳定、可靠的频点切换流程，实行同一网关频点错位切换、实时状态检测、缓存待发、切换异常恢复，保证频点切换期间数据不丢失；（4）实行快速的频点切换，通过HFC下行网络传递切换信令，极大减少传输时间，在终端上快速响应处理，保证整个切换流程在1秒内完成。