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[摘 要]本文首先设计了令牌HFC网络，并介绍了其令牌传递机制与工作原理；最后论证了令牌HFC网络对于机顶盒交互业务的合理性与有效应。
[关键词]HFC网络， 令牌， 机顶盒
中图分类号：TN943.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0369-01
1.窄带回传的总体考虑
基于有线电视网络窄带回传技术主要应用于双向型机顶盒交互业务，其关键就是要改造有线电视网络的接入网部分，即HFC网络，使之具有双向回传功能，以便支持双向型机顶盒的交互业务。因此，在选择回传方案之前，先考虑当前双向型机顶盒交互业务的特点和HFC接入网的特点是非常必要的。
一方面，目前机顶盒交互业务具有“回传信息量小”和“各用户之间不需要通讯”两个特点。
1回传信息量小
机顶盒不同于PC，PC上有功能强大的各种应用软件，用户可以通过键盘输入大量的信息，也可以通过鼠标对内容进行灵活的编辑，然后将这些内容上传至网络；而机顶盒的输入功能仅仅依靠几个简单的按钮完成。因此，机顶盒回传信息量很小，当前的交互业务都表现为“点播式”，比如视频点播、新闻浏览、天气预报、远程教育、电视购物等，都只需要回传极少量数据，因此机顶盒交互业务不需要双向对称的网络环境，回传信息量的大小和回传方式主要由应用服务决定。
2各用户之间不需要通讯
由于当前机顶盒的主要功能还是接收电视信号并播放数字电视节目，因此有线电视网络上的各种应用都不同于计算机网络上的应用。计算机网络上，各用户之间是可以通讯的；而目前双向型机顶盒交互业务中，没有任何业务需要各用户之间通讯。
1令牌环网中的操作原理
当环上的一个工作站希望好送帧时，必须首先等待令牌。一旦收到令牌，工作站便可启动发送帧。帧中包括接收站的地址，以标识哪一站应接收此帧。帧在环上传送时，不管帧是否是针对自己工作站的，所有工作站都进行转发，直到待回到帧的始发站，并由该始发站撤消该帧。帧的意图接收者除转发帧外，应针对自身站的帧维持一个副本，并通过在帧的尾部设置“响应比特”来指示己收到此副本。
工作站在发送完一帧后，应该释放令牌，以便出让给它站使用。出让令牌有两种方式，并与所用的传输速率相关。一种是低速操作时只有收到响应比特才释放，我们称之为常规释放。第二种是工作站发出帧的最后一比特后释放，我们称之为早期释放。
2令牌总线中的操作原理
在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递令牌来分配各结点对共享型总线的访问权利，形成闭合的逻辑环路（LC，Logic Ring）。完全采用半双工的操作方式，只有获得令牌的结点才能发送信息，其它结点只能接收信息，或者被动地发送信息（在拥有令牌的结点要求下，发送信息）。为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地维护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的前继站、后继站和本站的地址，每个结点根据后继地址确定下一占有令牌的结点。
2.令牌HFC网络的设计
2.1.令牌的传送机制
由于HFC网络属于树形网络，因此必须首先建立一个虚拟环路。这个虚拟环路也称为逻辑环路，令牌在逻辑环路中依次传递。由于各用户端设备之间不通讯，因此用户端设备无法将令牌传递给下一个用户端设备，只能将令牌传递给头端设备，然后再由头端设备将令牌交给下一个用户端设备。所以头端设备必须拥有一张包含所有用户端设备的循环链表（UECT，User Equipment Circular Table），并按照UECT中的顺序依次分配和收回令牌，UECT实际上就是逻辑环路的具体表现形式。
2.2.MAC帧结构
MAC帧是头端设备和用户端设备通讯的基本单位，由于机顶盒回传业务的交互形式相对简单，因此相对于标准令牌网络的帧结构，作了些简化工作。同时，将MAC帧区分为上行帧和下行帧。
1.上行MAC帧结构
上行MAC帧是一个可变长度的帧，由上行帧的业务类型及回传业务量共同确定，其最大长度为67Bytes。帧头的第一个字节是FC，它标识上行MAC帧头的类型，它由三部分组成；后面紧跟一个可变长度的数据区DATA，长度在0-？4Bytes之间；接着是一个2Bytes长度的地址ADR；最后是长度为1Bytes的校验序列HCS。
2.下行MAC帧结构
下行MAC帧是一个固定长度为l0Bytes的帧。帧头的第一个字节是FC，它标识上行MAC帧头的类型；接着是一个4Bytes长度的数据区TAR，TAR域主要是回复用户端设备申请入环时，给出用户端设备使用的临时标识地址；然后是两个长度都为2Bytes的地址域AAR，NAR，AAR是MAC帧的目标用户端设备的服务标识地址，NAR是下一个令牌的目标用户端设备的服务标识地址；最后是长度为1Bytes的校验序列HCS。
3.令牌HFC网络的工作原理
令牌HFC网络的基本工作包含了网络初始化、用户端设备入环、用户端设备出环和令牌丢失处理，所有工作都由头端设备和用户端设备共同完成。
网络初始化的工作是由头端设备完成的，主要包括包含逻辑环路的建立，即UECT的建立。在建立好UECT之后，头端设备开始管理令牌。头端设备依照UECT中用户端设备的SIA标识地址依次发放BT，当到达UECT最后一个时，头端设备开始发放CT。而用户端设备的入环工作工作就是在接收到头端设备发放CT时，准备竞争使用令牌，入环成功后用户端设备将获得一个SIA，并使用SIA标识接收BT，从而回传业务信息。头端设备给予每个SIA同等的机会获得BT，一个用户端设备可能获取多个SIA，因此，它将获得更多的机会回传信息。用户端设备在不需要网络时，可以申请出环。出环申请所回传的信息被当作一个业务信息对待，因此用户端设备只能在获得BT时，才能申请出环。
令牌在传递的过程中有可能丢失，与标准令牌网络不同的是，每当令牌HFC网中的用户端设备使用完令牌后，头端设备会产生一个新的令牌。因此当令牌发生丢失时，令牌HFC网络只是简单的重新发出另一个令牌给逻辑环路中的下一个用户端设备。
4.令牌HFC网络的合理性与有效性
令牌技术是当前局域网技术中的一个重要技术，令牌技术保证了每次只有一个站点可以发出信號。
由于HFC网络是共享介质的树形结构，因此在上行通道中存在竞争使用信道的可能，为了尽可能避免因碰撞而引起头端设备无法正常接收用户端设备的回传信息，本课题使用时分复用的方式使用上行信道资源。令牌实际上就是使用时分复用的一个较成熟的技术，并且令牌保证了任意时刻只有一个用户端设备使用上行信道资源，没有获得令牌的用户端设备自动关闭上行信道，可以有效避免噪声上传。令牌HFC网络与传统HFC网络最大的区别是，传统HFC网络的上行信道是一个多点对点的通讯形式，而令牌HFC网络的上行信道被改造为一个点对点的通讯形式，有效解决了汇聚噪声引起的漏斗效应。
令牌技术也存在一些缺点，由于任意时刻只有一个用户端使用上行信道，因此所有用户端设备必须平均等待几乎全部用户端设备使用上行信道的总体时间，但由于机顶盒回传信息量小，每个用户端设备回传信息的时间也就小。适当增加等待时间，但是部分地避免汇聚噪声引起的漏斗效应还是值得的。
5.结语
本文主要讨论了基于有线电视窄带回传技术的总体设计。
参考文献
[1] 陶德胜.EPON EOC技术在广电宽带接入应用中的探讨.中国有线电视，2010.
[2] 田雨.双向HFC网的改造.中国有线电视，2012.
[关键词]HFC网络， 令牌， 机顶盒
中图分类号：TN943.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0369-01
1.窄带回传的总体考虑
基于有线电视网络窄带回传技术主要应用于双向型机顶盒交互业务，其关键就是要改造有线电视网络的接入网部分，即HFC网络，使之具有双向回传功能，以便支持双向型机顶盒的交互业务。因此，在选择回传方案之前，先考虑当前双向型机顶盒交互业务的特点和HFC接入网的特点是非常必要的。
一方面，目前机顶盒交互业务具有“回传信息量小”和“各用户之间不需要通讯”两个特点。
1回传信息量小
机顶盒不同于PC，PC上有功能强大的各种应用软件，用户可以通过键盘输入大量的信息，也可以通过鼠标对内容进行灵活的编辑，然后将这些内容上传至网络；而机顶盒的输入功能仅仅依靠几个简单的按钮完成。因此，机顶盒回传信息量很小，当前的交互业务都表现为“点播式”，比如视频点播、新闻浏览、天气预报、远程教育、电视购物等，都只需要回传极少量数据，因此机顶盒交互业务不需要双向对称的网络环境，回传信息量的大小和回传方式主要由应用服务决定。
2各用户之间不需要通讯
由于当前机顶盒的主要功能还是接收电视信号并播放数字电视节目，因此有线电视网络上的各种应用都不同于计算机网络上的应用。计算机网络上，各用户之间是可以通讯的；而目前双向型机顶盒交互业务中，没有任何业务需要各用户之间通讯。
1令牌环网中的操作原理
当环上的一个工作站希望好送帧时，必须首先等待令牌。一旦收到令牌，工作站便可启动发送帧。帧中包括接收站的地址，以标识哪一站应接收此帧。帧在环上传送时，不管帧是否是针对自己工作站的，所有工作站都进行转发，直到待回到帧的始发站，并由该始发站撤消该帧。帧的意图接收者除转发帧外，应针对自身站的帧维持一个副本，并通过在帧的尾部设置“响应比特”来指示己收到此副本。
工作站在发送完一帧后，应该释放令牌，以便出让给它站使用。出让令牌有两种方式，并与所用的传输速率相关。一种是低速操作时只有收到响应比特才释放，我们称之为常规释放。第二种是工作站发出帧的最后一比特后释放，我们称之为早期释放。
2令牌总线中的操作原理
在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递令牌来分配各结点对共享型总线的访问权利，形成闭合的逻辑环路（LC，Logic Ring）。完全采用半双工的操作方式，只有获得令牌的结点才能发送信息，其它结点只能接收信息，或者被动地发送信息（在拥有令牌的结点要求下，发送信息）。为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地维护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的前继站、后继站和本站的地址，每个结点根据后继地址确定下一占有令牌的结点。
2.令牌HFC网络的设计
2.1.令牌的传送机制
由于HFC网络属于树形网络，因此必须首先建立一个虚拟环路。这个虚拟环路也称为逻辑环路，令牌在逻辑环路中依次传递。由于各用户端设备之间不通讯，因此用户端设备无法将令牌传递给下一个用户端设备，只能将令牌传递给头端设备，然后再由头端设备将令牌交给下一个用户端设备。所以头端设备必须拥有一张包含所有用户端设备的循环链表（UECT，User Equipment Circular Table），并按照UECT中的顺序依次分配和收回令牌，UECT实际上就是逻辑环路的具体表现形式。
2.2.MAC帧结构
MAC帧是头端设备和用户端设备通讯的基本单位，由于机顶盒回传业务的交互形式相对简单，因此相对于标准令牌网络的帧结构，作了些简化工作。同时，将MAC帧区分为上行帧和下行帧。
1.上行MAC帧结构
上行MAC帧是一个可变长度的帧，由上行帧的业务类型及回传业务量共同确定，其最大长度为67Bytes。帧头的第一个字节是FC，它标识上行MAC帧头的类型，它由三部分组成；后面紧跟一个可变长度的数据区DATA，长度在0-？4Bytes之间；接着是一个2Bytes长度的地址ADR；最后是长度为1Bytes的校验序列HCS。
2.下行MAC帧结构
下行MAC帧是一个固定长度为l0Bytes的帧。帧头的第一个字节是FC，它标识上行MAC帧头的类型；接着是一个4Bytes长度的数据区TAR，TAR域主要是回复用户端设备申请入环时，给出用户端设备使用的临时标识地址；然后是两个长度都为2Bytes的地址域AAR，NAR，AAR是MAC帧的目标用户端设备的服务标识地址，NAR是下一个令牌的目标用户端设备的服务标识地址；最后是长度为1Bytes的校验序列HCS。
3.令牌HFC网络的工作原理
令牌HFC网络的基本工作包含了网络初始化、用户端设备入环、用户端设备出环和令牌丢失处理，所有工作都由头端设备和用户端设备共同完成。
网络初始化的工作是由头端设备完成的，主要包括包含逻辑环路的建立，即UECT的建立。在建立好UECT之后，头端设备开始管理令牌。头端设备依照UECT中用户端设备的SIA标识地址依次发放BT，当到达UECT最后一个时，头端设备开始发放CT。而用户端设备的入环工作工作就是在接收到头端设备发放CT时，准备竞争使用令牌，入环成功后用户端设备将获得一个SIA，并使用SIA标识接收BT，从而回传业务信息。头端设备给予每个SIA同等的机会获得BT，一个用户端设备可能获取多个SIA，因此，它将获得更多的机会回传信息。用户端设备在不需要网络时，可以申请出环。出环申请所回传的信息被当作一个业务信息对待，因此用户端设备只能在获得BT时，才能申请出环。
令牌在传递的过程中有可能丢失，与标准令牌网络不同的是，每当令牌HFC网中的用户端设备使用完令牌后，头端设备会产生一个新的令牌。因此当令牌发生丢失时，令牌HFC网络只是简单的重新发出另一个令牌给逻辑环路中的下一个用户端设备。
4.令牌HFC网络的合理性与有效性
令牌技术是当前局域网技术中的一个重要技术，令牌技术保证了每次只有一个站点可以发出信號。
由于HFC网络是共享介质的树形结构，因此在上行通道中存在竞争使用信道的可能，为了尽可能避免因碰撞而引起头端设备无法正常接收用户端设备的回传信息，本课题使用时分复用的方式使用上行信道资源。令牌实际上就是使用时分复用的一个较成熟的技术，并且令牌保证了任意时刻只有一个用户端设备使用上行信道资源，没有获得令牌的用户端设备自动关闭上行信道，可以有效避免噪声上传。令牌HFC网络与传统HFC网络最大的区别是，传统HFC网络的上行信道是一个多点对点的通讯形式，而令牌HFC网络的上行信道被改造为一个点对点的通讯形式，有效解决了汇聚噪声引起的漏斗效应。
令牌技术也存在一些缺点，由于任意时刻只有一个用户端使用上行信道，因此所有用户端设备必须平均等待几乎全部用户端设备使用上行信道的总体时间，但由于机顶盒回传信息量小，每个用户端设备回传信息的时间也就小。适当增加等待时间，但是部分地避免汇聚噪声引起的漏斗效应还是值得的。
5.结语
本文主要讨论了基于有线电视窄带回传技术的总体设计。
参考文献
[1] 陶德胜.EPON EOC技术在广电宽带接入应用中的探讨.中国有线电视，2010.
[2] 田雨.双向HFC网的改造.中国有线电视，2012.