CN100539534C

CN100539534C - 用于共享通信媒体的访问系统和方法

Info

Publication number: CN100539534C
Application number: CNB2005100749942A
Authority: CN
Inventors: S·加尼特; B·拉赫米
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2025-06-06
Also published as: CN1708025A; EP1603283A2; US7742497B2; EP1603283A3; ATE480070T1; DE602005023241D1; EP1603283B1; US20050271076A1

Abstract

提供了用于共享通信媒体的基于优先权的访问系统和方法。确定了将在共享通信媒体上被传送的业务的优先权及相应权重。可以例如在第一次尝试传送所述业务之前，或者在不成功的传送尝试之后的业务传送之前，进行所述确定。所述权重与若干业务传送尝试成比例地控制指数延迟范围限制因子的改变率。所述合成加权延迟范围限制因子被用来确定从中选择延迟的延迟范围。因而基于所述被选择的延迟来确定传送的补偿时间。

Description

用于共享通信媒体的访问系统和方法

技术领域

本发明通常涉及通信，并且尤其涉及提供到共享通信媒体的访问。

背景技术

在多重通信设备之间共享通信媒体的通信系统中，每个设备通常能够访问该共享通信媒体以发送业务。例如，以太网中的网络设备使用带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access withCollision Detection)协议，以总线的形式访问共享通信媒体。如果基本同时向所述总线发送来自不止一个设备的业务，则检测到冲突并且每个设备从延迟范围中随机选择整数延迟，所述延迟范围是基于发送所述业务所进行的尝试数目来确定的。然后计算出补偿时间(back-off time)间隔，并且在该补偿时间过期后重新传输所述业务。

然而，在所述基本以太网协议中，不存在对所述共享总线的基于优先权的访问控制。一般也称为站或节点的所有设备执行相同的算法来访问所述总线并且当发生冲突时执行补偿(back-off)。这在不同的设备之间或者在该设备上执行的应用之间，难以达到相对的或者定量的服务质量(QoS)保证。

目前已经知道一些基于优先权访问共享以太网总线的机制，其改变延迟、补偿间隔计算技术或者补偿算法。然而所述机制倾向于过分地或者不足地将相对于低优先权业务的高优先权业务进行优先排序，以至于某些所述机制有效地降低了高优先权业务的优先权，或者明确地通过或者旋转了媒体访问许可。

其它技术规定了多次重新传输而不增加所选择的补偿时间的范围。这类技术有效地阻挠了失败的传输尝试之后补偿通信媒体的一个主要目的：如果补偿时间范围根本不增加，则冲突概率对于随后的重新传输而言保持基本相同。

已经为无线通信网络建议了基于优先权的媒体访问控制方案，其中，共享通信媒体是无线的。根据一个这样的方案，带冲突避免(CollisionAvoidance)的载波侦听多路访问(CSMA/CA)机制控制了访问无线媒体。如果该媒体繁忙，则设备推迟其自身的传送直到当前传送结束。推迟之后，通过随机数目的时间间隔或在零和竞争窗口(CW)范围中的时隙，该设备指数地补偿，并仅当该媒体空闲时递减补偿计数器。一旦其补偿时间过期，设备就开始传送。其它设备保持其剩余的补偿时间直到当前传送结束，并且当该媒体再次变为空闲时，继续递减其补偿计数器。只要其补偿计数器达到零，设备就能够开始传送。如果发生冲突，所述CW将增加，并且开始新的补偿过程。

通过采用访问类别(AC，Access Category)实现了针对无线网络的一个提议中的QoS支持。每个设备可以有最多四个AC来支持虚拟局域网(VLAN)标签指定的八个用户优先权。映射表将VLAN优先权映射到AC，以便为具有较高优先权的AC分配较短的CW，并且因此在多数情况下，与较高优先权AC相关联的业务将先于低优先权业务被传送。这可以通过将CW限制(CWmin和CWmax)设置为指定值来达到。为了进一步的区别，根据AC还采用了不同的内部帧间隔(IFS，inter frame space)。当共享通信媒体变为空闲时，直到所述IFS过期，否则设备不能开始CW。下面的表1示出了对于每个AC的CW和IFS的不同值的一个例子：

AC	CWmin	CWmax	IFS
AC	CWmin	CWmax	IFS	0	CWmin	CWmax	2
1	CWmin	CWmax	1	0	CWmin	CWmax	2
1	CWmin	CWmax	1	2	(CWmin+1)/2-1	CWmin	1
3	(CWmin+1)/4-1	(CWmin+1)/2-1	1	2	(CWmin+1)/2-1	CWmin	1

表1

基于在所述CW限制CWmin和CWmax内的CW，设备选择随机的补偿时间。然后补偿时间按照Random(0，CW)＊slot time来计算，其中时隙取决于所述媒体的物理特性。每次侦听到信道为一个时隙的空闲时，递减补偿计时器或计数器。当该补偿计时器或计数器达到零时，所述设备准备传送。

虽然所述方法支持基于优先权访问共享无线媒体，但是CW限制不是基于指数限制因子(limit factor)的。不像该技术中使用的CW限制，指数限制因子具有相对容易理解的特性和性能。采用不同的IFS还增加了该方案的复杂度。

发明内容

本发明的实施例提供了对共享通信媒体基于优先权的访问。与业务优先权相关联的权重(weight)被用于相对于传送尝试数目来控制延迟范围限制因子的改变率。

根据本发明实施例的补偿方案的修改不需要改变网络中任何现有的设备，然而新的设备可以利用修改以获得其它设备上的通信媒体访问的相对优先权。

一方面，本发明提供了访问共享通信媒体的方法。确定了所述共享通信媒体上将要传送的业务的优先权，并且将基于所述优先权的权重应用于指数延迟范围限制因子。所述权重与传送业务尝试数目成比例地控制延迟范围限制因子的改变率。基于延迟范围内的延迟来计算补偿时间，所述延迟范围是基于加权延迟范围限制因子来确定的。所述业务在该补偿时间过期后在所述共享通信媒体上被重新传送。

在一个实施例中，确定是根据以下来进行的：所述业务的传送是否成功、应用权重的操作、确定延迟的范围、计算补偿时间，并且当所述业务传送不成功时，在该补偿时间过期后传送所述业务。业务传送的成功可以通过例如检测冲突或者确定该业务传送是否被确认来确定。

例如从所述业务中的优先权指示、接收该业务的业务源的优先权，或者与该业务特定类型相关联的优先权，可以确定业务优先权。可以使用将不同业务优先权映射为各自的权重的映射表来基于优先权确定权重。

根据一个实施例，所述延迟范围限制因子是业务传送尝试的数量。在相关的实施例中，该延迟范围定义为(0，2^{min(x，f(W，attempts))}-1)，其中x是该指数延迟范围限制因子的最大值，W是权重，并且attempts是业务传送尝试的数量。函数f(W，attempts)可以定义为

f (W, attempts) = [\begin{matrix} Integer (W * attempts), & (W * attempts) > 1 \\ 1 & (W * attempts) \leq 1 \end{matrix}

本发明也提供了一种用于提供到共享通信媒体的访问的系统，该系统包括发射机和流控制器。所述发射机被配置以在所述共享通信媒体上发送业务。所述流控制器被配置以确定所述业务的优先权、将基于所述优先权的权重应用到指数延迟范围限制因子(该权重与业务传送尝试数目成比例地控制延迟范围限制因子的改变率)、基于利用合成加权(resultantweighted)延迟范围限制因子所确定的延迟范围内的延迟来计算补偿时间，并且在该补偿时间过期后控制该发射机发送所述业务。

所述系统中的存储器可以存储将不同业务优先权映射到各自权重的映射表。所述存储器或者其它存储器也可以提供寄存器以存储所述权重和所述延迟范围限制因子。

还提供了一种接口卡，用于具有许多接口的访问设备，所述接口被配置以从许多业务源接收业务。所述接口卡提供到共享通信媒体的访问，并且包括许多发射机和许多流控制器，所述发射机被配置以在所述共享通信媒体上发送从所述许多接口的分别的一个所接收的业务，所述流控制器分别关联于所述许多接口和许多发射机。配置每个流控制器以确定从其相关接口所接收的业务的优先权、将基于所述优先权的权重应用到指数延迟范围限制因子(该权重与业务传送尝试数目成比例地控制的延迟范围限制因子的改变率)、基于利用合成加权延迟范围限制因子确定的延迟范围内的延迟来计算补偿时间，并且基于所计算的补偿时间控制其相关发射机发送业务。

根据本发明的另一个方面，以太网通信网络接入方法包括检测该以太网通信网络中被传送的业务的冲突、确定该被传送的业务的优先权和相应权重、基于随机选择的延迟来计算补偿时间，以及在该补偿时间过期后重新传送所述被传送的业务。优选地从指数限制因子定义的延迟范围选择所述延迟，相应的权重被应用于该指数限制因子来相对于业务传送尝试数目控制限制因子的改变率。

所述补偿时间可以例如是所述延迟和时间间隔或者整数时隙的乘积。在后者的情况下，该补偿时间可以每时隙递减一次，或者仅仅在所述以太网通信网络空闲的时隙期间递减。

根据本发明的另一个方面的用于以太网通信网络的访问设备包括收发信机和流控制器，所述收发信机被配置以在共享以太网通信媒体上传送和接收业务。所述流控制器被配置以检测在所述共享以太网通信媒体上被传送的业务的冲突、确定该被传送的业务的优先权和相应权重，以及在延迟过期后重新传送所述被传送的业务。从指数限制因子所定义的延迟范围随机地选择所述延迟。所述权重相对于传送业务尝试数目来控制指数限制因子的改变率。因此连接到以太网集线器设备的许多访问设备可以共享单个以太网通信链路，所述集线器设备被连接到该链路。

在读过下面对本发明的特定实施例的描述后，本发明实施例的特征和其它方面对于本领域的普通技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

现在将参考附图对本发明实施例的例子进行更详细的描述，其中：

图1是通信系统的框图，本发明可以在该系统中被实现；

图2是另一个通信系统的框图，本发明可以在该系统中被实现；

图3是系统的框图，该系统用于根据本发明的实施例对共享通信媒体提供基于优先权的访问；

图4是优先权映射为权重的例子的框图。

图5是一种方法的流程图，该方法根据本发明的实施例对共享通信媒体提供基于优先权的访问；

图6-11是本发明的实施例的模拟结果的例子；

图12是通信系统的框图，该系统根据本发明的实施例提供具有到共享通信媒体的访问的多重设备；

图13是另一个通信系统的框图，该系统根据本发明的实施例提供具有到共享通信媒体的访问的多重设备。

具体实施方式

图1是通信系统的框图，本发明在该系统中被实现。图1的系统包括多重访问设备10、12、14、16和共享通信媒体18。

图1的系统和其它图的特定内容只用作说明的目的，因此应认识到本发明决不限于此。例如，尽管所述共享通信媒体18在图1中用线表示，但是可以结合共享无线媒体来实现本发明。所述共享通信媒体18也可以与其它通信媒体或者网络相连接以与其它设备(未示出)进行通信。也可以提供其它或者较少的访问设备和其它类型的设备。其它变化对本领域的技术人员来说也将是显而易见的。

任何所述访问设备10、12、14、16可以产生业务或者从外部设备接收业务以在所述共享通信媒体18上传送。在一个实施例中，所述访问设备10、12、14、16是计算机系统。可以如下来产生业务：例如通过在所述访问设备10、12、14、16上执行的软件应用，或者通过连接到或包括于该访问设备10、12、14、16的、例如是扩音器、扫描仪、照相机的外围设备。所述访问设备10、12、14、16不需要专用的设备，并因此可以支持在所述共享通信媒体18上通信之外的功能。

在所述共享通信媒体18上传送的业务可以包括几乎任何类型的信息，例如包括数据、文本、声音、图像及其组合。业务的格式化取决于所述共享通信媒体18的类型和在其上通信所使用的协议，例如将所述业务格式化为分组、帧或其它类型的块。然而，本发明决不限于任何特定类型的业务或者格式化。

在图1的系统中，根据本发明的实施例的访问控制优选地在至少一个所述访问设备10、12、14、16中被实现，以对用于该主机系统的共享通信媒体18提供基于优先权的访问。例如通过访问设备中的网络卡可以提供访问控制。在这种类型的实现中，所述网络卡允许针对多重外围设备、应用或具有软件的相对简单配置的业务类型分配优先权。

如以上简要描述，所述共享通信媒体18可以包括例如共享总线的物理元件，或者被包括在例如媒体无线通信网络的较不具体的媒体中。在优选的实施例中，所述共享通信媒体18是以太网总线。尽管该共享通信媒体18在不同类型的通信系统中可以采取不同的形式，然而本领域的技术人员将认识到，通常可认为该共享通信媒体18是广泛使用的参考模型或者分层结构模型中的物理层，所述模型例如是开放系统互连(OIS)参考模型和CSMA/CD分层结构模型。下面描述的访问控制技术优选地在较高结构层被实现，例如OSI数据链路层或者CSMA/CD MAC层。

下面将进一步详细描述根据本发明的实施例操作访问设备10、12、14、16以提供对所述共享通信媒体18的基于优先权的访问。

图2是另一个通信系统的框图，本发明可以在该系统中被实现。如图所示，多重访问设备20、22、24、26与集线器设备28连接。该集线器设备28被连接到共享通信媒体，或者否则适于在该共享通信媒体上通信，并因此代表了连接点，所述访问设备20、22、24、26通过该连接点来访问所述共享通信媒体。

所述访问设备20、22、24、26产生或接收将在所述共享通信媒体上被传送的业务，并且还可以支持其它功能。在图2中，所述集线器设备28为所述设备20、22、24、26提供了到所述共享通信媒体的访问。所述访问设备20、22、24、26是本发明的一个实施例中的计算机系统，并且可以通过例如在所述设备上执行的软件应用来产生业务。

在图2所示的实施例中，可以认为所述集线器设备28是共享通信媒体的一部分。所述访问设备20、22、24、26优选地支持对于到通信媒体的连接的基于优先权的访问，所述连接是由所述集线器设备28提供的媒体。可以在任何所述访问设备20、22、24、26中实现基于优先权的访问，并且不需要在所述集线器设备28中实现该访问。

根据本发明的另一个实施例，尽管配置为所述集线器设备28的访问设备优选地包括了多重端口或接口以与所述设备20、22、24、26通信，该集线器设备28仍然基本上类似于图1的访问设备10、12、14、16。在该实施例中，所述集线器设备28可以针对多重设备20、22、24、26以及可能地其本身的应用或外围设备，来支持对所述共享通信媒体的基于优先权的访问。当在所述集线器设备28提供了基于优先权的访问时，所述设备20、22、24、26不需要支持基于优先权的访问。

因此，如同在图1中访问设备10、12、14、16和图2中访问设备20、22、24、26的情况下，访问设备可以为其自身的业务或者可能地除其自身本地产生的业务之外从其它通信设备接收的外部业务，提供到所述共享通信媒体的访问。后面的安排说明了上面简要描述的可选实施例，其中，访问设备被配置为集线器设备。因此在此应当说明访问设备的参考号码。

可以通过任何类型的通信链路在所述设备20、22、24、26和所述集线器设备28之间通信。例如，可以使用物理线缆或无线通信链路。如本领域的技术人员所知道的，通过所述设备20、22、24、26和所述集线器设备28的相应的兼容接口可以提供所述通信链路。

根据本发明的实施例，在例如图2所示的系统中对共享通信媒体的基于优先权的访问，可以由所述访问设备20、22、24、26或者所述集线器设备28来提供，如下面参考图3-5的更详细的描述。

图3是系统的框图，该系统根据本发明的实施例对共享通信媒体提供基于优先权的访问。可以在例如图1和2的任何访问设备中或者图2的集线器设备28中来实现所述系统。如果为多重业务源提供基于优先权的访问，则在单个访问设备中优选地提供了多重访问系统。

应该认识到，图3仅示出了这样的元件：涉及根据本发明的实施例对共享通信媒体提供基于优先权的访问。包括所述系统的访问设备通常还包括其它元件来产生或接收业务并且可能支持除通过所述共享通信媒体进行通信之外的功能。图3中一般以“其它访问设备元件”来表示所述其它元件，该其它元件还可以包括例如处理器，该处理器执行可以产生具有不同优先权的业务的软件应用。

图3的系统包括存储映射表32和权重寄存器33的存储器30、与该存储器30和其它访问设备元件连接的流控制器34、与该流控制器34连接的发射机/接收机36，以及将该发射机/接收机36连接到共享通信媒体的接口38。图3所示的元件可以在例如用于计算机系统的网络卡或接口卡上被提供。

所述存储器30可以是例如随机访问存储器(RAM)或只读存储器(ROM)的固态存储设备，以存储优先权到权重的映射表32和权重寄存器33。适于实现该存储器30的许多其它类型的存储设备对本领域的技术人员是显而易见的。如下面更详细的描述，所述映射表32将业务优先权映射到各自的权重，该权重被存储在所述权重寄存器33中用于所述流控制器34的访问，该流控制器34控制业务传送的补偿时间增加率。

如下文的详细描述，所述流控制器34控制对共享通信媒体的访问。在一个实施例中，该流控制器34至少部分地以软件实现。也预期基于硬件的流控制器，其中，例如权重寄存器33的寄存器被用来存储数值，在访问控制操作期间读取并处理该数值。

所述发射机/接收机36通过所述接口38向/从所述共享通信媒体发送/接收业务。该发射机/接收机36可以执行例如业务格式化和错误控制的操作。如图3所示的实施例中，例如通过监控所述共享通信媒体或者检测在预定确认时间周期内业务传送没有被响应，该发射机/接收机36还规定了冲突检测。如同所述流控制器34，该发射机/接收机36也至少部分地以软件实现。

尽管图3没有明确地示出，可以例如在所述存储器30中提供传送和接收缓冲器或队列，以存储将在所述共享通信媒体上被传送的业务以及由所述发射机/接收机36从该共享通信媒体接收的业务。

所述接口38可以是为所述共享通信媒体提供连接的连接器、插头、端口或者类似的设备。对于以太网设备，例如所述接口38包括与以太网线缆连接的以太网端口。然而在无线网络中该接口38可以包括天线和连接器。

如在40所指出的，尽管所述接口36和所述共享通信媒体是物理层元件，所述存储器30、流控制器34和发射机/接收机36仍可以与较高的结构层相关联。在用于以太网设备的系统中，该较高层优选地是MAC层，因此所述存储器30、流控制器34和发射机/接收机36可以在MAC芯片中被实现为存储器、流控制引擎以及发射和接收引擎。对其它类型的设备，所述元件可以关联于OSI参考模型的数据链路层(2层)或者相应于2层或以上的某些其它结构的层。

对于集线器访问设备，可提供多重流控制器34和发射机/接收机36。每个所述流控制器可访问相同的映射表32，或者为每个流控制器提供存储器或映射表。类似地，集线器设备中的所有发射机/接收机可以共享单个接口38，在这种情况下，该接口38实际上是所述共享通信媒体的一部分，或者可以提供分离的接口。

在操作中，在访问设备的流控制器34产生或接收在共享通信媒体上传送的业务。业务可以包括由访问设备的外围设备或者应用本地产生的业务，或者在集线器访问设备的情况下远程产生的业务。在一个实施例中，通过访问设备结构中的业务源或者较高层，将所述流控制器34所接收的业务格式化为分组。

取决于一类共享通信媒体，例如，访问设备可以在几乎接收到业务的同时传送该业务，或者在确定该共享通信媒体空闲之后的某个时刻传送该业务。例如在CSMA/CA系统中，在初始随机补偿之后进行传送业务的第一尝试，尽管在CSMA/CD系统中，在侦听到该共享通信媒体为空闲之后，访问设备通常为固定的所谓分组内间隔或IPG拖延初始传送尝试。可以将根据本发明的实施例的技术应用到初始补偿时间和重新传送的补偿时间的计算中。

在图3的系统中，所述流控制器34至少控制了所述发射机/接收机36的传送功能。例如通过配置该流控制器34将业务传递给所述发射机/接收机36以基本立即地进行传送，可以提供传送的控制。在该方案中，所述流控制器34确定业务将被传送的时刻，并且当所述发射机/接收机36从该流控制器34接收到业务时传送该业务。根据可选的方案，将在所述共享通信媒体上传送的业务存储在传送缓冲器中，并且所述流控制器34确定所述业务将被传送的时刻，并且指示所述发射机/接收机36读取所述传送缓冲器并传送该业务。当然，传送缓冲器也可以被用在以前的方案中并且由所述流控制器34读取。在基于分组的网络中，可以从所述传送缓冲器中读取业务并一次一个分组地传送该业务。

因而确定了所述业务传送是否成功，例如，所述确定可以是基于冲突检测或者检测在确认时间周期内没有被确认的被传送的业务。在图3的系统中，所述发射机/接收机36被配置为检测冲突并在检测到冲突时改变所述流控制器34。如果所述传送成功，则可以对下一个业务的块或者分组重复该过程。

然而如果该传送不成功，则确定该业务的优先权。根据本发明的实施例，补偿时间取决于所述业务的优先权，在该补偿时间期间所述流控制器34在再次传送该业务之前补偿所述共享通信媒体。每个业务优先权级别和各自的权重相关联。所述权重因而被应用于延迟范围限制因子来相对于已经为所述业务进行的传送尝试数目控制因子的改变率。基于加权延迟范围限制因子来确定延迟范围，并且利用该延迟范围内的延迟来计算补偿时间。优选地当侦听到所述媒体为空闲时，在所述补偿时间过期后进行传送所述业务的另一个尝试。

图4是优先权映射为权重的例子的框图。在图4中，尽管应当知道较多或较少的优先权可以被用于业务区分的其它级别，但是两个优先权比特规定了四个优先权。如上面的简要描述，优选地使用所述权重相对于传输尝试数目来控制延迟范围限制因子的改变率，以使权重1说明所述尝试数目和延迟范围限制因子之间的直接比例关系。

考虑例如IEEE 802.3以太网标准中所定义的CSMA/CD。本领域的技术人员知道IEEE 802.3涉及了从电子电气工程师协会(IEEE)可用的、涉及CSMA/CD以太网网络的一组规范。在这种类型的网络中，在与以太网总线连接的每个节点中的MAC层执行以下算法步骤：

1.等待来自下一个较高层的、将要在所述总线上发送的分组；

2.设置attempts＝0；

3.等待总线上的静默(silence)(载波侦听-CS(Carrier Sensing))；

4.在96个比特时间的IPG期间等待，然后尝试传送；

5.监测所述总线的冲突(冲突检测-CD(Collision Detection))。如果所述传送成功，回到步骤1。否则，发生冲突-进行步骤6；

6.attempts加1(即attempts++)；

7.如果attempts＝16，返回失败；

8.在0和(0，2^{min(10，attempts)}-1)之间选择均匀(uniform)随机整数延迟；

9.针对delay＊slot_time补偿，其中slot_time是512比特时间；

10.回到步骤3。

所述网络中所有节点的MAC(多路存取-MA)遵循所述步骤。由于延迟随着不成功尝试的数量指数地增加，因此步骤8的所述补偿时间计算被称为“指数补偿”。注意，不对分组或节点优先权做任何考虑，每个节点针对每个分组执行相同的算法步骤。因此，所有分组/节点对所述总线具有相等的访问，并且不产生服务质量区分。在所述方案中，可以认为尝试的数量是延迟范围限制因子。

由于迅速增长、多功能型及普及，以太网网络部署最近显著地增加了。针对企业网和其它类型的网络已经开发了例如使用统一的IP结构的通过互联网协议的语音(VoIP)应用。也期望在不久的将来部署这样的IEEE802.3p结构：支持分组中的优先权比特标记以指示所请求的优先权或者服务类别(class-of-service)。然而，IEEE 802.3p优先权被用于下游交换，而不是总线访问。尽管可以针对网络交换机的优先权队列，给较高优先权业务高于低优先权业务的优先权，但利用上述算法访问总线保持不变。

下面更详细描述的本发明的一个实施例尤其适用于以太网网络。该实施例基于以上算法，考虑了业务优先权并且提供了对共享通信媒体基于优先权的访问，而不需要改变与访问设备相连接的现有网络基础设施。

业务优先权可以取决于业务自身的类型或者所述业务的源。例如可以给不同类型的业务分配不同的优先权。例如由于语音业务对延迟比数据业务更敏感，可以给语音业务分配相对于数据业务更高的优先权。可以通过产生所述业务的应用来进行优先权分配，例如通过在所述业务或者业务块中插入优先权指示器(priority indicator)。

在优选的实施例中，业务被分组，并且每个分组报头包括优先权指示，图4说明了对于优先权映射到权重的两个优先权比特。根据一个这样的实施例，从现有的优先权字段、标签或其中一部分确定了业务优先权。如上所述，IEEE 802.3P通过3-bit VLAN标签规定了优先权或服务类别请求。因此，MAC层所接收的分组的优先权基于该VLAN标签被确定。尽管规定所述VLAN标签用于下游交换机或者其它网络单元，然而这里指出的优先权还被用于根据本发明的实施例的基于优先权的总线访问。

应当知道，其它方案也可以或者作为替代来确定业务优先权。优先权在业务类型中可以是固有的。如此，可以配置映射表、MAC层或者较高层来将某个业务类型映射为某个优先权。例如给包括图像的业务相对于仅包括文本的业务更高的优先权。可选地，可以根据所述业务的源分配或者确定业务优先权。如果访问设备从若干源接收业务以在共享通信媒体上传送，每个源可以具有相关的优先权。VoIP应用所产生的业务可以采用浏览器应用上的优先权。在集线器设备中，不同的端口可以具有不同的相关优先权，以在端口间规定优先权和服务区别。

可以使用不止一个优先权表来控制补偿时间并且因此访问共享通信媒体。例如，可以针对访问设备从其接收业务的软件应用或者源来建立各自的映射表。

也预期可以在“正在传输中(on the fly)”增加或者改变映射表。以例如有效地改变分配给业务优先权的权重，或者增加新的业务优先权。

因此本发明决不受限于基于特定业务特征的特定业务优先权分配或者确定。单独地或者组合地使用任何以上方案，可以分配和确定业务优先权。例如，访问设备除了具有未分配优先权的端口之外还可以具有已分配优先权的端口。已分配优先权的端口上所接收的业务的优先权对应于分配给接收该业务的端口的优先权，然而其它端口所接收的业务的优先权可以基于该业务的优先权指示器或者该业务的类型来确定。尽管优选地是对所述访问设备而言相同类型业务的优先权应当基本上相同，然而与相同总线连接的不同访问设备不需要使用完全相同的优先权分配/确定方案。例如，鉴于一个访问设备可以使用已分配优先权的端口，并且共享相同通信媒体的另一个访问设备可以依赖业务中的优先权指示器，语音业务优选地在两个访问设备具有相同的优先权。

在优选的实施例中，将基于业务优先权所确定的权重应用于与传送尝试数目成比例地控制延迟范围限制因子的改变率。因此，补偿时间的计算变为考虑优先权。对适于以太网网络的实施例而言，每个MAC层优选地执行基本上与上述相同的步骤，除了将步骤8例如改变为考虑基于优先权的权重，如下：

1-7基本与以上相同；

8.在范围(0，2^{min(x，f(W，attempts))}-1)中选择均匀随机整数延迟，其中在当前802.3以太网网络中x是10，将其设置为延迟范围限制因子及其延迟范围的最大值；和

9.基本与以上相同；

根据一个实施例，如下定义函数f(W，attempts)：

f (W, attempts) = [\begin{matrix} Integer (W * attempts), & (W * attempts) > 1 \\ 1 & (W * attempts) \leq 1 \end{matrix}

以使“W＊attempts”项四舍五入为大于1的最接近的整数，或者可选地舍位为整数值。如果W＊attempts≤1，就选择值1。

根据本发明的实施例的这个或者类似的分配的结果是，每个重新传送尝试的补偿时间对于高优先权业务来说增加的较慢，这为所述业务改进了较快访问共享通信媒体的可能性。在另一个实施例中，除非利用大于1的权重来分配较大的补偿时间增量，否则类似的技术应用于低优先权业务。因此低优先权业务可能较不经常地访问所述媒体。

优选地从所述均匀分配Uniform(0，2^{min(x，f(W，attempts))}-1)中选择随机延迟。其它方案也是可能的，例如，针对不同的业务优先权为下限选择非零的偏移值。

图5是方法50的流程图，该方法根据本发明的实施例提供了对共享通信媒体的基于优先权的访问。

在52，从较高层接收所述共享媒体上传送的业务。然后例如在所述流控制器34或者存储器30(图3)的尝试寄存器中，在54将尝试数目设置为零。当在56侦听该媒体为空闲时，在58传送所述业务。在56该传送可以通过例如96比特时间IPG的初始拖延(initial hold-off)来进行。

如同基于冲突检测技术在60所确定的，如果所述业务传送成功，则针对业务的下一个分组或块重复所述方法。否则，所述尝试数目在62递增1。如同在64所确定的，如果所述尝试数目大于尝试的最大数目，则在66宣布该业务传送失败。尽管可以使用某些其它尝试的最大数目，然而在所述方法50中尝试的最大数目示例性地是16。

在68，确定所述业务的优先权，并且在70，延迟范围限制因子应用了基于所确定的业务优先权的权重。在72，计算了补偿时间，例如作为整数延迟和延迟时间间隔之间的乘积，所述整数延迟是从延迟范围Uniform(0，2^{min(x，f(W，attempts))}-1)选择的。例如，利用不同的寄存器可以完成72的操作，所述寄存器包括上述尝试寄存器和加载针对业务优先权的权重的权重寄存器33。在优选的实施例中，所述延迟时间间隔是一时隙，并且一时隙等于512比特时间。

如同在74所检测到的，所述补偿时间过期后，所述方法回到56，并进行重新传送业务的尝试。所述方法因而基本上按照以上描述来进行。

所述方法50只用于说明的目的。还应当认识到，可以使用比图5明确示出的步骤更多或者更少的步骤来实现本发明的实施例。例如，当传送失败时，可以执行其它错误处理技术。可以按照不同的顺序执行图5所示的步骤。

因此，根据本发明的实施例，针对不同的业务优先权来控制延迟和补偿时间。相关的特征，信道分配延迟(Channel Assignment Delay)，被定义为这样的时间量：只要所述信道(即所述共享通信媒体)是空闲的并且有一个或者多个准备好传送的设备，就给该准备好的设备分配信道访问所需要的时间量。这包括随机竞争周期并且由下式给定：

d＝(1/S)(1-r)T

其中，

d＝平均信道分配延迟；

T＝时隙；

r＝无冲突的传送片段；并且

S＝在下一个时隙中成功传送的概率。

针对ALOHA网络的S的最佳值是S＝1/2e＝0.18。对于时隙ALOHA，S的最佳值是S＝1/e＝0.37。针对CSMA-CD的S的最佳值在时隙中是1/(1+2d_max＊e)，其中d_max是所述媒体上的最大传播延迟。例如，假定该最大传播延迟是0.1个时隙，S＝0.65。

如从所述问题所知道的，所述信道分配延迟与成功传送的概率(S)成反比。因此，由于所述信道分配延迟控制成功传送的概率(S)，因而通过根据本发明的实施例修改基于优先权的随机补偿来提供区分的信道分配延迟。

出于说明的目的，如图1所示，利用四节点总线网络来模拟本发明的实施例。在所述模拟中，当配置两个其它访问设备来产生高优先级分组时，两个所述访问设备利用指数到达间的时间(inter-arrival times)来产生低优先权分组。所述行分组的报头被保存在传送队列中，并且基于分组优先权按照修改的补偿规则被传送。

所述模拟覆盖了不同的被提供的负载(0.8，0.6，0.4)和权重参数的4种情况。所述被提供的负载0.8，0.6分别表示重网络负载，而负载0.4表示了较轻加载的网络。用于模拟的权重的组合如下：

情况1：W_Hi＝1.0，W_Lo＝1.0

两个优先权具有相等的权重，没有补偿修改，代表现有网络部署。

情况2：W_Hi＝1.0，W_Lo＝1.5

没有针对高优先权的修改补偿，低优先权使用具有权重为1.5的被修改的补偿。

情况3：W_Hi＝1.0，W_Lo＝2

没有针对高优先权的修改补偿，低优先权使用被修改的补偿，以比情况2较低侵略性地尝试媒体访问(权重为2.0)。

情况4：W_Hi＝0.5，W_Lo＝1

高优先权使用被修改的补偿，低优先权没有改变，代表当高优先权使用更富侵略性的补偿方法时对于低优先权的现有部署。

图6-11是对于本发明的实施例和上述模拟条件的模拟结果的例子。针对每个上述所提供的负载说明了吞吐量和延迟(在很短的时间内)。当然，不同的操作条件将产生不同的结果。

根据图6-11中的模拟结果，可以观察到，不通过任何补偿修改，高和低优先权业务获得对所述总线相等的访问(相同的吞吐量和延迟)，如情况1所示(W_Hi＝1.0，W_Lo＝1.0)。同时，利用被修改的补偿(所有其它情况)，高优先权获得相对于低优先权(较低的吞吐量和较高的延迟)更快的对所述总线的访问(较高的吞吐量和较低的延迟)。低优先权的性能取决于所选择的权重。即使在较低的负载，本发明的实施例也为较高优先权业务提供更好的性能，如图10和11中所提供的负载0.4的吞吐量和延迟数字所指出的。

以上分析和模拟的结论是，本发明的实施例提供了对于共享通信的基于优先权的访问。

通过利用W<1.0，本发明的实施例可以被实现，来例如为VoIP源、其它高优先权访问设备和业务提供对共享通信媒体较快的访问。由于访问设备中的本发明的实施例不影响其它访问设备或者网络单元的操作，因此现有设备可以继续使用有效代表W＝1.0的传统技术。这类“即插即用”能力不需要改变现有设备和网络的配置。使用本发明实施例的新设备自主地获得更好的媒体访问及更好的延迟和吞吐量性能。

根据优先权分配，可以用许多方法实现本发明的实施例。例如，如果访问设备产生单一优先权的业务，则能够在部署网络中访问设备之前将权重预编程在该访问设备中。如果访问设备产生多重业务优先权，则该设备能实现多重网络端口，每优先权一个端口，并且所述业务通过相应的权重设置被适当地路由到该端口。可选地，能够在以太网集线器内部实现所述设备，这针对在单一网络端口上提供访问的优先权提供了必要的竞争机制。

在优选的实施例中，在PC的区分服务以太网卡中实现了本发明。所述卡可以具有两个或者多个MAC驱动，其通过以太网集线器IC与单个物理以太网端口互联，由此多重优先权级别的业务共享了到网桥的单个点到点以太网链路。所述卡也能够用来支持例如VoIP(高优先权)和互联网访问(低优先权)应用。由于本发明允许每个辐(以太网链路)承载具有多重优先权的业务，因此本发明补充了星型(hub and spoke)拓扑安排。

图12是通信系统的框图，该系统根据本发明的实施例提供具有到共享通信媒体的访问的多重设备。图12的系统是办公用网络系统的例子，其中，集线器访问设备80而不是路由器与PC 82、84、86，打印机88以及服务器90互相连接。可以配置所述集线器设备80或者任何所述设备82、84、86、88、90来提供基本如上所述的对共享通信媒体的基于优先权的访问。因此所有所述设备可以共享单个网络连接。在传统网络中，每个办公室或者设备块运行各自的线路。图12的系统中，也可以针对到打印机88的连接来支持基于优先权的访问。

图13是另一个通信系统的框图，该系统根据本发明的实施例提供具有到共享通信媒体的访问的多重设备。对于本地网络(home network)91的例子，设备98、102、106通过连接器96、100、104，说明性的RJ-45连接器，被连接到集线器访问设备108。由于集线器相对于路由器而言非常便宜，因此在所述设备98、102、106或者所述集线器设备108实现根据本发明实施例的访问机制，可以显著地降低实现基于优先权的共享通信媒体访问的成本。所述集线器设备108通过网络接口设备94与例如公共交换电话网(PSTN)的外部网络92连接。

在一个可能的配置中，与所述电话102和所述PC 106相比，实现所述服务器98的计算机系统具有更高的优先权来访问到所述PSTN 92的单个共享连接。在另一个可能的配置中，给所述电话102分配以最高优先权。

应该认识到，本发明决不限于图12和13中特定系统的例子。其它类型的设备也可以与访问设备连接，并因此为该设备提供对共享通信媒体基于优先权的访问。

上面的描述仅仅说明了本发明原理的应用。本领域的技术人员可以不脱离本发明的精神和范围来实现其它安排和方法。

例如，尽管上文主要描述了MAC设备实现的情况，然而其它类型的实现也是可能的。例如，以通过电子设备的处理器来执行的软件可以实现本发明。

Claims

1.一种访问共享通信媒体的方法，包括：

确定将在所述共享通信媒体上被传送的业务的优先权；

通过在指数延迟范围限制因子的指数中将基于所述优先权的权重应用于业务传送尝试的数目，来基于合成加权的延迟范围限制因子确定延迟范围，所述权重与业务传送尝试的数目成比例地控制所述指数的改变率；

基于在所述延迟范围内的延迟，计算补偿时间；和

在所述补偿时间过期后，在所述共享通信媒体上传送业务。

2.根据权利要求1的方法，还包括：

确定所述业务传送是否成功；和

当所述传送不成功时，重复下列步骤：确定延迟范围、计算补偿时间，以及在所述补偿时间过期后传送所述业务。

3.根据权利要求1的方法，在确定优先权之前还包括：

在所述共享通信媒体上传送所述业务；和

确定该业务传送是否成功，

其中，当所述传送不成功时，进行下列步骤：确定优先权、确定延迟范围、计算补偿时间，以及在所述补偿时间过期后传送所述业务。

4.根据权利要求1到3的任何一个的方法，其中，所述业务包括优先权指示，并且其中，确定所述业务的优先权包括确定所述业务中的优先权指示。

5.根据权利要求1到3的任何一个的方法，还包括：

访问将不同业务优先权映射到各自权重的映射表，以由此基于所述优先权来确定所述权重。

6.根据权利要求1到3的任何一个的方法，还包括：

从业务源接收所述业务，

其中，确定所述业务的优先权包括确定所述业务源的优先权。

7.根据权利要求1到3的任何一个的方法，其中，所述延迟范围包括(0，2^{min(x，f(W，attempts))}-1)，

其中

x是所述指数的最大值；

W是所述权重；并且

attempts是所述业务传送尝试的数目。

8.根据权利要求7的方法，其中

f (W, attempts) = [\begin{matrix} Integer (W * attempts), & (W * attempts) > 1 \\ 1 & (W * attempts) \leq 1 \end{matrix}] .

9.根据权利要求2或3的方法，其中，确定所述业务传送是否成功包括检测冲突。

10.根据权利要求2或3的方法，其中，确定所述业务传送是否成功包括确定该业务传送的预定接收机是否响应了所述业务传送。

11.一种用于提供到共享通信媒体的访问的系统，包括：

发射机，其被配置以在所述共享通信媒体上发送业务；和

流控制器，其被配置为：确定所述业务的优先权，在指数延迟范围限制因子的指数中将基于所述优先权的权重应用到业务传送尝试的数目，其中所述权重与业务传送尝试数目成比例地控制所述指数的改变率，基于利用通过应用所述权重而获得的合成加权延迟范围限制因子所确定的延迟范围内的延迟来计算补偿时间，以及在所述补偿时间过期后控制所述发射机来发送所述业务。

12.根据权利要求11的系统，所述流控制器还被配置以确定所述业务传送是否成功，并且当所述业务传送不成功时，应用权重、计算补偿时间以及控制所述发射机重新发送该业务。

13.根据权利要求11的系统，其中，所述流控制器还被配置以最初控制所述发射机发送所述业务、确定该业务传送是否成功，以及当该业务传送不成功时，应用权重、计算补偿时间并且控制该发射机在所述补偿时间过期后发送该业务。

14.根据权利要求11到13的任何一个的系统，其中，所述流控制器被配置以基于从组中选择的至少一个业务特性来确定该业务的优先权，所述组由所述业务中的优先权指示、该业务的源以及该业务的类型组成。

15.根据权利要求11到13的任何一个的系统，还包括：

存储器，其被配置以存储将不同业务优先权映射到各自权重的映射表，

其中，所述流控制器还被配置以访问该存储器中的映射表，以由此基于所述优先权来确定所述权重。

16.根据权利要求11到13的任何一个的系统，还包括：

多个寄存器，其包括存储所述权重和所述延迟范围限制因子的分别的寄存器。

17.根据权利要求11到13的任何一个的系统，其中，所述延迟范围包括(0，2^{min(x，f(W，attempts))}-1)，

其中

x是所述指数的最大值；

W是所述权重；并且

attempts是所述业务传送尝试的数目。

18.根据权利要求17的系统，其中

f (W, attempts) = [\begin{matrix} Integer (W * attempts), & (W * attempts) > 1 \\ 1 & (W * attempts) \leq 1 \end{matrix} .

19.根据权利要求12或13的系统，还包括：

接收机，其被配置以检测所述业务和由另一个发射机所发送的业务之间的冲突，该另一个发射机被配置以在所述共享通信媒体上传送业务，

其中，所述流控制器响应由所述接收机检测的冲突而确定所述业务传送不成功。

20.根据权利要求11到13的任何一个的系统，其在与所述共享通信媒体连接的多个访问设备的至少一个中被实现。

21.根据权利要求11到13的任何一个的系统，其在与所述共享通信媒体连接的多个访问设备的至少一个的网卡中被实现。

22.根据权利要求11到13的任何一个的系统，其在媒体访问控制(MAC)设备中被实现。

23.根据权利要求11到13的任何一个的系统，其中，从由以太网通信媒体和无线通信媒体组成的组中选择所述共享通信媒体。

24.根据权利要求11到13的任何一个的系统，包括多个所述发射机和分别的多个所述流控制器。

25.一种用于具有多个接口的访问设备的接口卡，其被配置为从多个业务源接收业务，所述接口卡用于提供对共享通信媒体的访问并且包括：

多个发射机，其被配置以在所述共享通信媒体上发送业务，该业务是从所述多个接口的分别的一个接收的；和

分别关联于所述多个接口和所述多个发射机的多个流控制器，每个流控制器被配置为：确定从其关联接口所接收的业务的优先权，在指数延迟范围限制因子的指数中将基于所述优先权的权重应用到业务传送尝试的数目，其中所述权重与业务传送尝试的数目成比例地控制所述指数的改变率，基于利用通过应用所述权重而获得的合成加权延迟范围限制因子确定的延迟范围内的延迟来计算补偿时间，以及基于所计算的补偿时间控制其关联的发射机发送所述业务。

26.根据权利要求25的接口卡，其中，所述多个流控制器的每一个还被配置以初始控制其关联的发射机发送从其关联接口接收的业务、确定所述业务传送是否成功，以及当该业务传送不成功时，应用权重、计算补偿时间，并且基于所计算的补偿时间控制所述发射机发送所述业务。

27.根据权利要求25或26的接口卡，其中，给所述多个接口的每一个分配业务优先权。

28.一种以太网通信网络访问方法，包括：

检测在该以太网通信网络中被传送的业务的冲突；

针对所述被传送的业务确定优先权和相应的权重；

基于随机选择的延迟来计算补偿时间；和

在所述补偿时间过期后重新传送该被传送的业务，

其中，从合成加权延迟范围限制因子定义的延迟范围中选择所述延迟，所述合成加权延迟范围限制因子是通过在指数延迟范围限制因子的指数中将相应的权重应用到业务传送尝试的数目而获得的，所述权重与业务传送尝试的数目成比例地控制所述指数的改变率。

29.根据权利要求28的方法，其中，计算包括计算所述延迟和时间间隔的乘积。

30.根据权利要求28或29的方法，其中，所述补偿时间包括整数数目的时隙，还包括：

每时隙递减一次所述补偿时间。

31.根据权利要求30的方法，还包括：

确定所述以太网通信网络是否空闲，

其中，递减包括每个时隙递减一次所述补偿时间，在所述每个时隙中所述以太网通信网络是空闲的。

32.根据权利要求30的方法，其中，所述整数数目包括所述延迟。

33.用于以太网通信网络的访问设备，包括：

收发信机，其被配置以在共享以太网通信媒体上传送和接收业务；和

流控制器，其被配置以检测在所述共享以太网通信媒体上被传送的业务的冲突、确定该被传送的业务的优先权和相应的权重，以及在延迟过期后重新传送所述被传送的业务，

其中，从合成加权延迟范围限制因子定义的延迟范围中随机选择所述延迟，所述合成加权延迟范围限制因子是通过在指数延迟范围限制因子的指数中将相应的权重应用到业务传送尝试的数目而获得的，所述权重与业务传送尝试的数目成比例地控制所述指数的改变率。

34.根据权利要求33的访问设备，其中，所述共享以太网通信媒体包括与以太网通信链路连接的集线器设备。

35.根据权利要求33或34的访问设备，其中，所述权重包括多个权重之一，所述多个权重为各自的业务优先权提供了不同的改变率。

36.以太网通信网络包括：

如同权利要求33中定义的多个访问设备，

以太网通信链路；和

与所述多个访问设备和所述以太网通信链路连接的以太网集线器设备，

由此所述多个访问设备具有对所述以太网通信链路的基于优先权的访问。