CN101253781A

CN101253781A - 媒体访问控制架构

Info

Publication number: CN101253781A
Application number: CNA2006800314873A
Authority: CN
Inventors: 彼得·埃尔·关·乔
Original assignee: Optimal Licensing Corp
Current assignee: Optimal Licensing Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-08-27
Also published as: WO2007027667A9; WO2007027667A3; WO2007027667A2; AU2006284932A1; EP1929799A2; JP2009507422A; US20070058661A1; IL189526A0; KR20080063749A; CA2619382A1

Abstract

公开了提供调度媒体访问控制(MAC)架构的系统和方法。依照实施例提供的调度MAC架构导致一种一次一功能的方法，其中站被提供并行的处理媒体访问。建立通信框架以便进行站间通信，其中优选的是，该通信框架依照功能间隔定义了如何请求访问，如何发送数据帧和/或如何终止会话。优选地，功能间隔是以考虑了公平性、吞吐量效率、争用、业务流管理以及等待时间的方式排列的。优选的是，通过不同的功能间隔定义超帧结构。调度MAC架构可以与其它MAC协议共存，例如基于载波侦听多址访问方案的MAC协议。

Description

媒体访问控制架构

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年9月1日提交的题为“A Multiple AccessControl Architecture”的美国临时申请60/713,052的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明一般地涉及通信，更具体而言，涉及的是提供关于共享通信媒体的媒体访问控制。

背景技术

在国际电报电话咨询委员会(CCITT)和国际电信联盟(ITU)电信标准中，早已经定义了基于连接(例如交换链路)和基于无连接(例如路由的分组)的通信技术。在基于连接的通信中，通信站间的完整传输集使用的是相同的通信路径(例如交换链路)。基于连接的通信是公共交换电话网络(PSTN)过去的传统工作方式。例如，在连接呼叫时，在该呼叫的所有时间都会保持端到端连接，而站间的所有传输都是通过该连接传递的。与基于连接的通信相反，在基于无连接的通信中，通信站间的每次传输都可以经过一个或多个网络内部的不同路径(例如，每个分组都是单独从端点经由通过网络的“最佳”路径而路由到端点的)。一般来说，诸如公共数据网络(因特网)、局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)等数据网络是以无连接架构为基础的。

当多个站共享通信媒体(例如铜传输线、电力线、空气、光纤等等)时，例如在无连接架构中，通常较为理想的是实施某种形式的媒体访问控制(MAC)，以便仲裁这些站对媒体的使用以及促成媒体的共享使用。LAN、WAN和因特网等被设计成经由图1所示的共享媒体来为多个站服务，并且有可能提供最流行的MAC方案。对于例如用户终端101-105的站来说，MAC提供的多访问能力通常被认为是必要的，以便根据所涉及的系统并且经由例如媒体100的共享媒体而与作为网关111的图1显示的接入点、路由器、交换机、网关、基站等等进行通信，其中媒体100可以包括铜传输线、电力线、空气、光纤等等。

通常，MAC与物理层规范是始终紧密相关的，并且由此是作为单独的规范文档发布的。由于媒体物理特性存在差异，因此其后果是有多种不同的MAC方案在使用(例如用于有线线路的以太网、用于无线的IEEE802.11(WiFi)、用于电力线的电力线通信系统等等)。

虽然目前已实施了多种不同的MAC方案，但在用于MAC层设计的方法中仍旧存在一些通用性。由不同制造商为多种媒体实施的不同MAC方案通常以冲突避免方案实施或以冲突检测方案实施。这些MAC方案的例子可以在TIA/IS-94(TDMA蜂窝规范)、TIA/EIA95-B(CDMA蜂窝规范)、TIA/EIA/IS-2000系列(CDMA2000蜂窝规范)、TIA/EIA-732系列(蜂窝数据分组数据规范)、IEEE802.3-2002(具有冲突检测的载波侦听多址访问(CSMA/CD)接入方法和物理层规范)以及IEEE802.11(无线LAN媒体访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范)中找到，这些规范通过引用合并于此。通常，这些MAC方案是互不兼容的，由此需要在其间进行仲裁(例如在使用这些MAC方案中的不同方案的网络之间的桥接器或网关)，并且每一个MAC方案都使用了自身的硬件和软件配置。

很多此类MAC方案(例如IEEE802.11)都是通过实施“一次一站”或串行处理来提供冲突避免以及由此仲裁对共享媒体的访问。其它的MAC方案(例如IEEE802.3的以太网)实施的是随机访问处理，在该处理中，提供冲突检测和回退时段而仲裁对共享媒体的访问。从以下论述中可以更好地了解到，这些方案中的每种方案都存在与之相关的缺陷。

为了提供可接受的解决方案，除了仲裁对共享媒体的访问之外，MAC方案通常还需要解决其它各种问题。这些其它问题包括性能目标，例如访问公平性、争用控制、吞吐量效率、网络稳定性以及等待时间。相应地，MAC层设计性能特性通常包括这些性能目标之间的平衡。吞吐量和等待时间通常会因为各种其它性能目标而被放弃(trade down)。一般来说，由于设备供应方规定了原始传输速率(而不是吞吐速率)，因此，吞吐量效率在前述平衡中具有较低优先级，且在典型的用户业务量需求中，媒体并不是瓶颈。

为了更高地帮助理解当前的MAC方案，在下文中将会给出与两种广泛使用的数据网络MAC方案相关的细节。特别地，在下文中将会描述提供了冲突避免方案例子的IEEE802.11(WiFi)MAC方案，以及提供了冲突检测方案例子的以太网MAC方案。

IEEE802.11提供了两种MAC配置：一种是通常被称为“基础架构”配置的点协调功能(PCF)，另一种则是通常被称为“ad-hoc”或对等配置的分布式协调功能(DCF)。PCF控制的是供接入点与站进行通信的媒体，而DCF则为各个站通信提供媒体控制。

PCF操作(例如“基础架构”配置)是以始终全面控制媒体的点协调为基础的，由此提供了一种冲突避免方案。如图2所示，与站进行通信的方法包括一次轮询一个站。每个重复间隔(例如重复间隔200)都以信标帧(例如信标帧201)为开始，其中该信标帧会向该站通告广播控制消息和新的重复的开始。接下来，向第一站发送轮询帧(例如轮询帧202)。如果存在关于第一站的数据，那么该轮询帧可以包括此数据。第一站用“ACK”帧(例如ACK帧203)进行响应。如果存在来自第一站的数据，那么该ACK帧可以包括该数据。PCF操作使用与其它每一个站相关联的轮询帧(例如轮询帧204、206和207)来一次一站地轮询其它站。而这些站则使用如上所述的ACK帧(例如ACK帧205和208)来对轮询帧进行响应，由此可以想到，在某些状况中，例如在某个站断电或进入休眠的情况下，该站未必使用ACK帧来进行响应。

在图2中可以看出，在某些前述帧之间提供了最短帧间距离(SIFS)和PFC帧间距离(PIFS)，以提供时间距离。例如，SIFS是用于帧间的时间距离，诸如调节传播延迟。当被轮询站未做出响应时，PIFS是从轮询帧的一个结束到下一个轮询帧的开始的时间距离。

用于PCF MAC层的吞吐量上限是在图3的重复间隔310中表示的情况，其包括轮询帧、SIFS、以及具有数据帧的ACK的重复流。假设轮询帧、SIFS和具有数据帧的ACK分别约为62字节、10μs和500字节，那么上限吞吐量效率将会随着从1Mb/s到1Gb/s的原始比特率而从89％达到16％。所关注的另一个上限是用于单站吞吐量的。假设这样一个5站模型，其中该模型中的一个站始终是活动的，并且其它四个站是空闲的(参见图3中的重复间隔320)，单站吞吐效率的上限将会随着从1Mb/s到1Gb/s的原始比特率而从50％到4％。图3的表330显示了上限吞吐量与原始比特率(媒体中的比特率)的对比。

前述PFC方案的主要优点在于：系统是在无争用的环境中工作的。但是，也有一些与这种方案相关的缺陷，包括在没有数据将要发送或者没有活动的站上耗费时间、基本不活动的时间(例如SIFS和PIFS)以及可变的延迟。PFC性能特性如下：(1)争用、无争用，这简化了系统操作以及吞吐量；(2)公平性、高度公平性，其中所有站都具有相同的机会来访问媒体；(3)等待时间，等待时间随业务量负载而变化；以及(4)吞吐量，吞吐量效率低。

DCF操作(例如“ad-hoc”或对等配置)以冲突避免为基础，由此在没有点协调的情况下提供媒体控制。特别地，由IEEE802.11实施的DCF使用的是具有请求发送(RTS)和清除发送(CTS)的载波侦听多址访问(CDMA)冲突避免(CA)(CSMA/CA)。对IEEE802.11的DCF方案和以太网之间的主要差别在于处理隐藏节点的DCF能力。隐藏节点表示网络中的一个或多个站无法检测到某些其它站的传输状态，由此这些其它站对所述站而言是“隐藏的”(隐藏节点)。在无线和电力线通信网络中，由于某些站间的高路径损耗，隐藏节点是常见的。而具有RTS/CTS的CSMA/CA则是为了解决隐藏节点的问题而开发的。

在图4中显示了具有RTS/CTS的CSMA/CA的示例性单连接处理。信源可以是一个站，其中当媒体保持空闲达到与分布式帧间距离(DIFS)相等的时间之后，该站将会发送一个RTS(例如RTS401)。这个RTS不但充当了发送请求，而且还充当了除目的地之外的所有其它站的网络分配矢量(NAV)。当某个站检测到NAV(在这里是RTS)时，这意味着媒体在接下来的两个数据帧中将会繁忙。而例如接入点的目的地则可以在SIFS间隔之后使用CTS(例如CTS402)来对RTS做出响应。初始信源检测到CTS，并且将其解译成是“媒体清除”以及“目的地预备接收消息”，由此在SIFS间隔之后传送数据(例如数据403)。该CTS与RTS相类似，它不但充当了站间的握手分组，而且还充当了针对其它站的NAV，指示媒体会在一个数据帧后空闲。在SIFS间隔之后，目的地响应于所述数据而提供ACK(例如ACK404)，以便告知信源传输成功。为了建立与媒体访问相关的公平性，该信源(它使用媒体来传送数据)将会调用争用窗口(例如争用窗口405)，以停止争用下一个帧中的媒体访问。

图5显示的是多站环境中的CSMA/CA操作的例子。在图5的例子中，例如与上述的RTS401、CTS402、数据403以及ACK404相对应，站A完成帧501的传输，例如与上述的争用窗口405相对应，站A还为了公平性调用争用窗口502。所示实施例中的站B-D中的每一个都会在帧501中开始媒体访问处理，但是通过使用前述NAV而将其访问延迟到了帧501的结束加上DIFS时段的持续时间(如图5时间线中的点503所示)。在所述帧结束时，站B-D中的每一个都会检测到媒体空闲，并且至少等待DIFS时段的持续时间以便访问媒体(例如传送RTS)。但是，为了避免媒体争用或通信冲突，图示例子中的CSMA/CA包括添加到每个站的访问延迟时间的随机访问时间或回退时段，在这里将其分别显示成了用于站B、C、D的回退时段504、505和506。如果媒体在某个站的回退时段终结时保持空闲，那么该站可以传送RTS。

在图示例子中，站C具有最短回退时段，由此可以访问媒体而完成帧507的传输并调用争用窗口508以便公平性，其中举例来说，帧507的传输与如上所述的RTS401、CRS402、数据403以及ACK404相对应，而争用窗口508则与如上所述的争用窗口405相对应。如图示例子所示，在帧507中，站B和D将会结束各自的回退时段，并且由此发现媒体繁忙。站B和D再次发起如上所述的传输延迟和随机回退。同样，如图示例子所示，站E在帧507中开始媒体访问处理，但发现媒体繁忙并且将访问推迟到了帧507的结束加上DIFS时段的持续时间的时间(如图5时间线中的点509所示)。

当站C的帧507结束时，站B-D中的每一个检测到媒体空闲，并且如先前所述，至少等待DIFS时段的持续时间及其各自的回退时段以访问媒体。在图示例子中，回退时段510(站B)和512(站E)长于回退时段511(站D)，由此站D发现媒体空闲，并且由此站D访问媒体来完成帧513的传输。

在提供公平性的工作中，由于站B已经等待了媒体一次，因此站B的回退时段会在回退时段510缩短(与回退时段504相比)。但是，由于为站E随机选定的回退时段(回退时段512)最初短于站B的相应回退时段(回退时段510)，因此，站E能在所示实施例中的帧513结束之后获得媒体。也就是说，站B和E都会缩短其后续的回退时段，但是它们各自生成的回退时段会使站E最先访问媒体。

应该预见到的是，前述冲突避免依赖于每一个站都能检测NAV。在果存在隐藏节点的状况时(也就是某个站无法检测来自其它站的传输)，那么另一个站未必检测到上述的NAV，诸如来自某个站的RTS。相应地，一个以上的站有可能同时尝试使用媒体，由此将会导致每一个站的传输都无法进行。这种冲突可能导致可以察觉的吞吐量降低，并且这种未检测到的冲突的可能性将会随着站的数量以及特定的拓扑而增大。

前述DCF方案的主要优点在于：系统并没有实施关于非活动站(例如断电或进入休眠的站)的空闲时段或轮询时段。但是，存在一些与这种方案相关的缺陷，包括与争用控制相关联的可察觉的空闲时段、基本无活动的时间(例如SIFS和DIFS)以及受到隐藏节点影响的吞吐量。

DCF性能特性如下所示：(1)争用，实质性的争用，这将会导致复杂的系统操作以及降低的吞吐量；(2)公平性，中等的公平性，其中随机性有可能导致某些站访问媒体的机会增多；(3)等待时间，等待时间随业务量负载而变化；以及(4)吞吐量，吞吐量效率低。

从上文中可以看出，公平性是无法通过使用具有回退时段的冲突检测的争用解决方案来保证的，并且虽然公平性可以通过点协调争用解决方案来实现，但是吞吐量通常会因为提供冲突避免争用解决方案的点协调处理而受到影响。此外，诸如上述的SIFS、DIFS以及回退时段的媒体未使用时段对吞吐量产生影响。

发明内容

本发明涉及的是提供了调度媒体访问控制(MAC)架构的系统和方法。优选地，通过使用本发明实施例的调度MAC，可以对站进行同步，以便进行通信。依照本发明实施例提供的调度MAC不但通过冲突避免架构提供了争用控制，而且无论是相等访问还是不等访问(例如基于服务质量(QoS)的访问，加权有利访问，优先级访问等等)，所述调度MAC都提供了访问公平性、争用控制。

本发明的实施例通过实施与媒体无关的调度MAC而将MAC层与物理层去耦合。相应地，无论是双工还是单工，抑或是时分多址(TMDA)、信道化划分的多址访问(例如频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)等等)和/或类似形式，本发明实施例的MAC架构都独立于物理层。本发明的实施例可以在提供与多种媒体有关的媒体访问控制时使用。例如，本发明的实施例可以提供用于无线、电力线和/或有线基础架构的媒体访问控制。类似地，不同的MAC架构可以结合不同的性能判据来进行优化，依照本发明的实施例，不同的MAC架构可被提供以便与一个物理层(例如公共的硬件平台)结合使用。

依照本发明实施例提供的调度MAC架构导致产生一种一次一功能的方法，其中站被提供成并行处理媒体访问。例如，在每个需要访问媒体的站执行数据传输之前，所述站实施媒体访问请求，由此以并行处理方法来操作。

根据本发明的一个实施例，为经由共享媒体的站间通信，例如在托管(hosting)点协调(PC)的站、网关、桥接器、用户终端以及其它站之间的通信，建立了通信框架。优选地，该通信框架依照功能间隔定义了如何请求访问、如何发送数据帧以及如何终止会话。优选地，这些功能间隔是以顾及了公平性、吞吐量效率、争用、业务流管理以及等待时间的方式来设置的。相应地，本发明实施例中的调度MAC架构是如下提供的：对使用该架构将要支持的功能选集进行选择，对这些功能的时间序列以及每一个功能的间隔进行优化以便满足预期的性能目标，诸如争用控制、访问公平性、吞吐量效率、网络稳定性以及等待时间。依照本发明实施例而实现的一次功能方法简化了用来管理功能间隔的过程。

依照本发明实施例而实现的调度MAC架构提供了在单个共享媒体中为连接和无连接通信提供服务的能力。例如，基于无连接的通信可以通过需要媒体访问以便在需要访问功能间隔中发布下一个数据帧功能间隔的ad hoc请求的站来提供服务，而基于连接的通信可以通过在需要访问功能间隔中的一系列数据帧功能间隔期间调度或保留媒体访问的站来提供服务。

在依照本发明实施例的操作中，点协调例如可以实施(托管)在网关、桥接器、接入点或是与共享媒体进行通信的其它节点或站中，所述点协调提供了用以指示调度MAC超帧开始的信标。每一个需要访问媒体的站都可以在需要访问(NFA)功能间隔中使用确认(ACK)或是表明需要访问的其它指示来做出响应。作为补充或替换，每一个需要访问媒体的站都可以在诸如确认自身或是别的通信信息中(例如在资源请求功能间隔内部)提供关于所需要的资源的信息(例如期望的带宽量、优先级指示符、调度访问持续时间等等)。优选地，在何时发送(WTS)功能间隔中，点协调提供了与资源分配相关的信息，例如何时在数据帧功能间隔中传送数据以及分配给每个站的数据传输带宽量。这些站可以使用该信息而在数据帧功能间隔内的适当时隙传送数据。

传送到站的数据可以在前述功能间隔之一中提供，例如何时发送功能间隔、用于下行链路传输的独立数据帧功能间隔等等。例如在何时发送功能间隔中从点协调提供给站的信息可以标识供特定的站使用的上行链路数据传输和/或下行链路数据功能间隔传输时隙。

优选地，这里给出的超帧以及各种功能间隔具有可变的长度，以便适应即时的业务量需要。例如，当没有站需要媒体访问时，超帧基本上可以通过其中没有数据的数据传输功能间隔、何时发送以及资源请求来被缩短。

应该理解的是，上述功能间隔以及附加或可选的功能间隔可以被组织在除如上述超帧之外的其它超帧中。例如，一个或多个相关联的功能间隔是可以在不同的超帧中提供。根据一个实施例，需要访问和资源请求功能间隔在第一个超帧中提供，而相关的何时发送和数据帧功能间隔则是在后续的超帧中提供。

根据本发明的实施例，功能间隔还可以用于除了本发明的调度MAC之外的其它功能。例如，调度MAC超帧架构的功能间隔可以为现有的MAC协议保留。例如，通过确保除了用于CSMA协议的功能间隔之外所有其它功能间隔都不具有长于DIFS的媒体空闲间隔，与CSMA协议的共存性还可以得到支持。换句话说，调度MAC协议设备将会正常工作，直至存在禁止了来自所有调度MAC协议设备的传输的空白间隔为止。然后，该媒体将不受调度MAC协议设备约束，并且因为媒体是自由的CSMA协议设备变为活动。

本发明的实施例实施了通过利用前述功能间隔来增强MAC性能的优化算法。优选的是，该优化算法是中性的，因为尽管其可以优化或者改进一个或多个性能参数，但是它并没有对所关注的其它性能参数产生负面影响。使用根据本发明实施例的具有功能间隔的通信框架，这些算法可以执行以根据对于业务量状态的充分了解来动态做出分配决定，由此使用确定的网络特性行为来优化公平性、吞吐量效率、争用、业务流管理以及等待时间。例如，在第一功能间隔中提供的关于不同的站的媒体访问需要所提供的信息(例如在资源请求中提供所提供的信息)，可以由这些算法在分配以下功能间隔使用的过程中加以使用(例如将针对数据传输帧的访问分配给具体的站，将数据传输帧内部的容量分配给允许使用该数据传输帧的站等等)。

作为补充或替换，这些算法可以动态调整一个或多个功能间隔，以便在不降低其它性能目标的情况下优化吞吐量。根据一个实施例，最短帧间距离(SIFS)并不是恒定的时间间隔，而是一个通过使用同步通信以及计算得到的传播延迟信息而确定的动态调整的时隙间隔。

依照本发明的概念所提供的MAC架构提供了没有回退处理的争用解决方案，不损害吞吐量的公平性，减小的空闲时间(例如减小的SIFS、DIFS等等)，与站的数量以及原始比特率无关的高吞吐量效率，以及在等待时间方面的改进的一致性。此外，本发明实施例的MAC架构还提供了关于不同条件下网络行为的确定性能，这简化了系统的开发、测试和维护。

在上文中广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便更好地理解以下关于本发明的详细描述。在下文中将对构成本发明权利要求主题的本发明的附加特征和优点进行描述。本领域技术人员应该理解，所公开的概念以及具体实施例是很容易作为基础来修改或设计用于执行与本发明的目的相同的其它结构。本领域技术人员也应该了解，这些等同结构并未脱离所附权利要求中阐述的本发明的实质和范围。对于那些在组合和操作方法方面被认为是本发明特性的新颖特征来说，通过结合附图来思考下文中的描述，可以更好地理解这些新颖特征以及其它的目标和优点。然而，应该明确理解的是，每个附图仅仅是出于例证和描述目的而被提供的，并且这些附图不应该被认为是关于本发明的限制。

附图说明

为了更全面地理解本发明，将结合附图来参阅后续的描述，其中：

图1显示的是经由共享媒体提供通信的网络配置；

图2显示的是通过一次轮询一个站来提供媒体访问控制的现有技术中的点协调功能；

图3显示的是关于现有技术中点协调功能媒体访问控制层的吞吐量的上限；

图4显示的是现有技术中以请求发送/清除发送提供载波侦听多址访问冲突避免的分布式协调功能；

图5显示的是现有技术中的载波侦听多址访问冲突避免操作在多站环境中的例子；

图6显示的是经由根据本发明实施例适配的共享媒体来提供通信的网络配置；

图7A-7C显示的是由本发明实施例的调度媒体访问控制架构所定义的超帧的各种配置；

图8显示的是本发明的调度媒体访问控制架构的实施例；

图9A-9G显示的是本发明的调度媒体访问控制架构的帧结构的实施例；

图10A-10C显示的是根据本发明实施例来提供不同事务的帧交换协议；

图11A-11C显示的是根据本发明实施例的用于数据通信的数据帧交换；

图12显示的是用于实施本发明实施例中的调度媒体访问控制架构的以太网或WiFi站的适配的例子；

图13显示的是根据本发明实施例的协议适配器被构建在媒体周围，以使调度媒体访问控制架构对标准网络设备透明的实例；

图14显示的是根据本发明实施例的调度媒体访问控制的功能框图；

图15显示的是根据本发明实施例的调度媒体访问控制访问的功能框图；

图16显示的是本发明实施例的业务流控制算法的操作流程图；

图17描述的是与媒体中的观察点位置相关的帧间距离；

图18A描述的是具有处于不同位置的站和网关的逻辑网络；

图18B显示的是本发明实施例的帧间空间矩阵；以及

图19显示的是根据本发明实施例来检测最小帧间距离值以及实施帧间距离校正的流程图。

具体实施方式

本发明实施例中的媒体访问控制(MAC)平台在点协调(PC)(例如图6的PC601)、网关(例如图6的网关110)、桥接器、站(例如图6的用户终端101-105)和/或用于共享媒体的其它设备(例如图6的媒体100)之间建立了基础通信框架。实施例中的点协调601包括控制算法(例如软件代码)，该算法可以在基于主机处理器的系统(例如网关110、桥接器、服务器或其它站)上操作，以便提供所述的媒体访问控制。为了托管实施例中的点协调601，诸如网关110的不同的站可以被适配成包括附加的资源，例如提升的处理能力、增大的存储器、增加的输入/输出功能等等。为了对依照点协调601提供的控制做出响应，共享媒体100的站(例如用户终端102-105以及网关110)被适配成包括实施这里描述的媒体访问控制的控制算法。例如，提供媒体访问控制层的软件算法，以便定义这里描述的用户终端101-105中的每一个的操作。

本发明的实施例实施了一种调度媒体访问控制(MAC)架构，以便关于共享通信媒体提供争用控制。依照本发明实施例而提供的调度MAC实施的是一种用于可变长度超帧的功能间隔框架，由此实现一种一次一功能的方法。本发明实施例中的MAC架构包括MAC平台以及优化算法功能模块，其中关于多个目标环境优选可以执行中性算法，由此中性算法在不降低其它性能目标的情况下增强一个或多个性能目标。

可以在提供关于多种媒体和/或网络的媒体访问控制中使用本发明的实施例。例如，本发明的实施例可以提供一种用于无线、电力线和/或有线基础架构的MAC架构。本发明实施例中的MAC架构可以用于诸如公共数据网络(因特网)、局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、公共交换电话网(PSTN)、电缆传输系统、卫星传输系统等的网络。

本发明实施例的调度MAC架构将一个或多个共享媒体通信比特流分成了重复的超帧间隔。每一个超帧间隔优选包括了用于提供前述功能间隔的子间隔。实施例中的MAC平台的点协调(PC)提供了调度器，该调度器通过向诸如网关110或用于点协调的其它主机、用户终端101-105等的站提供指令来管理前述超帧以及相关联的功能间隔。优选地，点协调是在充分了解业务量需求的情况下管理调度的，由此在实现公平性、吞吐量效率、争用、业务流管理和/或等待时间中提供了超出典型MAC方案的优点。

在通过本发明实施例中的点协调来管理所有上行业务量的情况下，点调谐与其主机(例如网关)的组合将会充分了解网络业务量。相应地，网络业务量管理以及网络性能(例如帧丢失、过载状态等等)可以在软件中加以解决。

实施例中的超帧的功能间隔包括一个或多个数据帧子间隔、需要访问(NFA)子间隔、资源请求(RFR)子间隔、确认(ACK)子间隔、信标子间隔以及何时发送(WTS)子间隔。可以关于超帧的上行部分(例如终端到托管点协调的网关)和/或下行部分(例如托管点协调的网关到终端)提供前述子间隔。例如，信标子间隔、WTS子间隔和/或数据帧子间隔可以与超帧的下行部分相关联，而NFA子间隔、RFR子间隔、ACK子间隔和/或别的数据帧子间隔则可以与超帧的上行部分相关联。

在依照本发明实施例的操作中，在点协调与调整调度MAC的站之间进行的控制通信是借助信标子间隔、NFA子间隔、RFR子间隔、WTS子间隔、ACK子间隔以及数据帧子间隔中的控制帧来进行的。净荷数据(例如在网关与相关联的终端之间携载的业务量)则是经由数据帧子间隔携载的。站根据点协调定义的调度时隙来发送数据帧。优选地，为了实现优化的或期望的性能，点协调的一个或多个优化算法将对功能间隔(例如顺序、长度、向站分配资源等等)进行操作。

将注意力转到图7A-7C，该图显示的是由本发明实施例中的调度MAC架构所定义的超帧的不同配置。所示实施例中的调度MAC架构将共享媒体比特流分成了重复的超帧间隔，并且这些超帧间隔被显示成第N-1个超帧间隔、第N个超帧间隔以及第N+1个超帧间隔。优选地，所示实施例中的每一个超帧都包括了其中定义的多个功能间隔，并且在这里将其显示为包括信标子间隔701、需要访问(NFA)子间隔702、资源请求(RFR)子间隔703、何时发送(WTS)子间隔704、下行数据帧子间隔705以及上行数据帧子间隔706。

通过下文中的论述，可以更好地理解的是，功能间隔的顺序和长度是可以依照本发明的实施例而改变的。相应地，图7A-7C的实施例描述了处于本发明的调度MAC架构的超帧内的功能间隔的一些排列。依照本发明实施例实施的功能间隔的排列可以包括在多个超帧间隔上扩展相应的功能间隔。例如，资源子间隔请求可以提供在与何时发送子间隔不同的超帧间隔中(例如前一个)，该何时发送子间隔响应于资源请求子间隔中的请求来提供信息。

应该理解的是，不但数据帧子间隔可以以不同于图示的其它功能间隔(例如信标子间隔、NFA子间隔、RFR子间隔和/或WTS子间隔)的方式设置在超帧中，而且上行和下行数据帧子间隔也可以以不同于图示彼此相关的方式(例如在超帧间隔中出现于下行数据帧子间隔之前的上行数据子间隔)来设置。由于数据帧子间隔的位置相对于其它功能间隔以及其它数据帧子间隔来说可以改变，由此导致出现大量的可能配置，因此，在图7B和7C中并未全部显示数据帧子间隔，为了简化附图，在图7A中只提供了一种配置。

虽然在图7A-7C的实施例中并未明确显示，但是可以依照本发明的实施例来使用确认(ACK)子间隔。例如，ACK子间隔可以设置在跟随在需要的另一个功能间隔之后的超帧间隔的时间线中。但作为另一个例子，ACK子间隔可以定义在下行数据帧子间隔705之后的上行比特流中，以便帮助那些在下行数据帧子间隔705中指定了数据帧的站确认其对相应数据帧的接收。

本发明实施例中的超帧间隔的开始是由例如可以在所示实施例的信标子间隔701中提供的广播信标划定的。该广播信标可以用于同步共享媒体的不同的站，尤其是在超帧间隔如本发明优选实施例中那样为可变长度的时候。相应地，实施例中的广播信标提供了开始新的超帧的时间指示。该广播信标可以是唯一的数据串，或是易于被站识别为信标的其它传输。除了信标串之外，本发明的实施例还可以在信标子间隔内提供一定数量的数据(例如控制数据)。例如，在本发明实施例的信标子间隔内可以提供子间隔时序信息、子间隔长度信息、子间隔组织信息、时间偏移(例如时序提前)信息、功能间隔时隙信息(例如特定的站在适当子间隔中提供需要访问和/或资源请求信息的时隙)等等。

在依照本发明实施例的操作中，广播信标为调度MAC的实施和控制提供了不同的全局消息。这些全局消息可以包括每个间隔的时间位置，例如超帧长度、处于上行和下行的每个间隔的开始时间等等，以便帮助每个站确定所关注的间隔的位置。在使用资源请求调度时，如下所述，由广播信标提供的全局消息可以在超帧间隔的前部提供间隔的时间位置。实施例中的广播信标提供的全局消息包括了诸如加载状态(例如轻、中和高)的业务流管理信息，这允许不同的站所实施的业务流管理算法对共享媒体的访问进行控制，例如对需要访问消息传递进行控制。例如，如果加载状态为中等，那么，在当前超帧间隔中发送了数据的站将没有资格请求下一个超帧间隔中的数据帧(例如站在需要访问子间隔中提供了否定应答，虽然该站需要访问共享媒体)。作为补充或替换，本实施例中的广播信标全局消息可以包括维护消息，例如关闭/开启所有站发射机以提供全局软件更新等等。例如，添加和/或去除站消息可以包括在每个超帧间隔的广播信标中。

实施例中的超帧架构提供了显示每个超帧间隔的业务量需求快照的机会。在所示实施例中，业务量需求信息是由点协调借助上行方向中提供的RFR子间隔703从期望获取共享媒体访问来进行数据传输的站中收集的。优选地，关于所需要的资源的信息(例如期望的带宽，将要传送的数据的类型，将要传送的数据量，服务质量优先级信息，未来数据帧子间隔的保留和调度，诸如一系列超帧等等)是在RFR子间隔中传递的。优选地，与为当前请求资源的每个站请求的资源相关的信息是在连续间隔中传递，在这里则是在RFR子间隔703中传递的，由此可以向点协调提供关于即时业务量需求的全部资料，以便实施业务量规划。

实施例中的点协调601经由包括在下行发送的何时发送子间隔(例如WTS子间隔704)中的信息来授权许可要求资源的特定站发送数据帧(例如在下一个超帧间隔中)。与上述的资源请求子间隔一样，对已被许可访问共享媒体并且当前正在请求资源的每一个站来说，与这些站何时接收和/或传送数据帧相关的信息优选是在连续间隔中传递的，在这里则是在WTS子间隔704中传递的，由此可以简化数据帧位置消息。

应该理解的是，资源请求子间隔的长度可以被设置成确定的长度以接纳(accommodate)来自所有共享媒体的站的请求。但是，当在特定超帧间隔中不是所有的站都在请求资源的时候，这种间隔可能导致可以察觉的媒体空闲时间。如果共享媒体的站的数量小，那么较为理想的是接纳资源请求子间隔中的所有资源请求，从而避免争用问题。作为替换，如果共享媒体的站的数量大，或者期望将空闲时间减至最小，那么可以将资源请求子间隔的长度设置成接纳来自并非所有共享媒体的站的请求，例如接纳相关统计的数量的站。但是，如果资源请求子间隔的长度不足以在特定超帧间隔中接纳请求资源的每一个站，那么这些站会在超帧间隔中争夺时隙分配且需要解决争用问题。

本发明的实施例实施了一种可变长度的资源请求子间隔，以便提供最小化空闲时间的无争用解决方案。例如，依照所示实施例，提供了需要资源子间隔(例如NFA子间隔702)，以便发现哪些站希望访问共享媒体，并且由此允许点协调调整资源请求子间隔的长度，以便接纳来自每个站的请求。

在依照优选实施例的操作中，需要访问共享媒体的站会在需要访问子间隔中传递短的确认响应(例如ACK)，以便向点协调告知有多少站具有资源需求。作为补充或替换，不需要访问共享媒体的站可以在需要访问子间隔中传递短的否定响应(例如NAK)，以便向点协调告知有多少站具有资源需求。使用这种短响应，需要访问子间隔可以很短，并且仍旧接纳共享媒体上的所有的站，或者可以在任何时间接纳处于共享媒体之上并且在统计上有可能具有访问需求的所有站(可以根据当前站的数量、历史网络活动、预测网络活动等等而随时间进行调整)。

一旦点协调了解了哪些站希望访问共享媒体，那么点协调可以调整资源请求子间隔，以便仅仅接纳来自这些站的请求。例如，点协调可以在下一个超帧间隔(例如第N+1个超帧间隔)的信标子间隔中提供信息，以便确定适当长度的资源请求子间隔来接纳在先前超帧间隔(例如第N个超帧间隔)的需要访问子间隔中提供了确认响应的每一个站的请求。由于本发明实施例为每一个在资源请求子间隔中请求访问共享媒体的站提供了如下数据，例如期望带宽、传送数据类型、传送数据量、服务质量优先级信息、诸如一系列超帧的未来数据帧子间隔的保留或调度等等，因此，通过了解哪些站期望实施这种访问以及通过相应调整资源请求间隔的长度，可以导致实现可观的效率。

如上所述，诸如NFA子间隔702、RFR子间隔703以及WTS子间隔704的不同的功能间隔之间的时序关系可以不同于所示实施例中所示的形式，并且可以被配置成优化不同的性能标准。在一个例示实施例中，特定超帧间隔(例如第N个超帧间隔)的RFR子间隔703以及WTS子间隔704与下一个超帧间隔(例如第N+1个超帧间隔)中的数据帧子间隔相关联。在该例示实施例中，特定超帧间隔(例如第N个超帧间隔)的NFA子间隔702与下一个第二超帧间隔(例如第N+2个超帧间隔)中的数据帧子间隔相关联。该例示实施例导致发送数据的延迟增加一个超帧间隔。但是，假设来自所有的站的资源请求消息的总和大于来自所有的站的需要访问消息加上来自请求访问共享媒体的站的资源请求消息的总和，那么可以在开销中提供总的增益。这是因为优选实施例中的需要访问消息是很短的(例如二进制消息“是”或“否”)。

本发明的实施例还提供了如图7C中显示为RFR调度子间隔707的附加功能间隔，以便减少与资源请求相关联的空闲时间并减小发送数据的延迟。在图7C所示的实施例中，NFA子间隔702、RFR调度子间隔707、RFR子间隔703以及WTS子间隔704之间的时序关系与下一个超帧(例如第N+1个超帧间隔)中的数据帧是相关的。由于需要访问信息的收集是在信标子间隔之后进行的，并且根据实施例，所述信标子间隔向这些站提供了包括资源请求子间隔703的不同功能间隔的配置、长度等信息，因此，这种功能间隔排列引入了与RFR子间隔703的长度相关的未知变量。

相应地，图7C的实施例将超帧间隔分成了两个时间部分，并且在这里将其显示成前部和后部。所示实施例的前部从超帧间隔的开始延伸到RFR调度子间隔707的开始，并且包括了需要访问子间隔702。所示实施例的后部则从RFR调度子间隔707的开始延伸到超帧间隔的结束，并且包括了RFR子间隔703。在根据优选实施例的操作中，用于后部的调度(例如处于后部的功能间隔的配置、长度等等)会在RFR调度子间隔707中进行广播。由此，点协调能够收集需要访问信息，并且在同一个超帧间隔中适当配置相应的功能间隔，例如RFR子间隔703、WTS子间隔704、数据帧子间隔705(在图7C中并未明确显示)和/或数据帧子间隔706(在图7C中同样没有明确显示)。

虽然可以使用前述资源请求调度子间隔来减小净荷数据的传输延迟，但是使用该子间隔会向调度MAC的实施添加额外的复杂度，这样在某些情况下是无法得益于所实现的延迟减小的。相应地，本发明的实施例可以不实施资源请求调度子间隔。

将注意力转到图8，该图显示的是可以在图6的网络上工作的本发明的调度MAC架构的实施例，其中该架构具有为了优化一个或多个性能参数而配置的不同功能间隔的时序关系。特别地，图8描述的是一种可能的超帧配置，在该配置中，数据帧子间隔被设置在超帧间隔的开始，而需要访问、资源调度请求、资源请求以及何时发送子间隔则朝着超帧间隔的结束设置，以便在其中提供最新的业务量信息。应该理解的是，上行和下行间隔既可以使用单独或独立的媒体来传送(例如不同的射频信道或单独的有线线路)，或可以使用相同的媒体来传送(例如使用时分双工(TDD))。

在图8所示实施例中的超帧间隔的下行部分开始于信标子间隔701。当处于共享媒体100上的用户终端101-105解码了包括在优选实施例的信标子间隔701内的广播信标消息之后，每一个这样的用户终端都应该知道超帧开始时间，这样如果在先前的超帧间隔中存在何时发送消息，那么该终端能够从所述消息中计算出何时发送许可的数据帧。针对被解码的广播信标消息，每个这样的用户终端还应该知道NFA子间隔702的时序，RFR调度子间隔707的时序，如果存在的话，那么该用户终端还应该知道在RFR子间隔703中发送资源请求的时序，在ACK子间隔801中接收针对先前超帧中发送的数据帧的确认的时序，以及用于在ACK子间隔802中为在这个超帧间隔中接收的数据帧发送确认的时序。

继续参考图8所示的实施例中的超帧间隔的下行部分，接着显示的是ACK子间隔801，提供了用于对从用户终端101-105到点协调601的数据帧进行确认的确认帧，以及用于用户终端101-105在先前的超帧间隔中从网关110接收的数据帧。在图示下行配置中显示的下一个功能间隔是供网关110向用户终端101-105发送数据帧的数据帧子间隔705。在根据优选实施例的操作中，每个用户终端都会解码数据帧头中的标识，以便确定这个数据帧是用于该站还是别的站。

在图8所示的下行配置中，RFR调度子间隔707跟在数据帧子间隔705之后。优选地，RFR调度器子间隔是以例如在NFA子间隔702内的由用户终端101-105提供的需要访问信息为基础的。点协调601优选使用需要访问信息来确定哪一个站需要在RFR子间隔703中访问，并且构建关于允许谁访问以及何时允许访问的规划。根据所示实施例，关于允许谁访问以及何时允许访问的判定处理还会定义关于剩余超帧间隔的时序，例如WTS子间隔704的开始时间，以及可能的一个或多个数据帧或是用于填充整个持续时间的填充字节。

在图8所示的下行配置中的下一个功能间隔是WTS子间隔704。在根据优选实施例的操作中，WTS子间隔704的何时发送信息是由点协调601根据需要访问共享媒体100的用户终端101-105中的一些在RFR子间隔703中提供的资源请求信息来完成的。实施例中的每一个何时发送消息都包括站标识符以及用于在下一个超帧间隔中将上行数据帧插入媒体100的开始时间。

本发明的实施例通过操作来确保来自不同站的相邻上行数据帧不会在网关110重叠。相应地，本发明的实施例还实施了在子间隔(这些间隔并未按比例显示)之间示出的帧间距离(例如在子间隔之间的间隙)来避免这种重叠。但是，由于帧间距离会在一个超帧上多次出现，因此，帧间距离的持续时间会在吞吐量效率方面发挥很大的作用。相应地，如下文中更详细描述的那样，本发明的实施例通过操作来最小化这种距离。

图8的超帧间隔的上行部分以数据帧子间隔706为开始，其中该数据帧子间隔包括由来自先前超帧间隔的何时发送消息调度的来自用户终端101-105的数据帧。跟随在所示实施例中的上行方向上的数据帧子间隔706之后的NFA子间隔702允许用户终端101-105指示每一个这样的站是否具有资源需求。根据优选实施例，每一个站都具有处于NFA子间隔702中的时隙。优选地，在NFA子间隔702中提供的来自每一个站的需要访问消息都非常短(例如，二进制“是”或“否”)，由此NFA子间隔702不会对共享媒体100的吞吐量产生很大影响。应该理解的是，根据本发明实施例来使用NFA子间隔702将会消除针对共享媒体100的争用。

继续参考图8所示实施例中的超帧间隔的上行部分，接下来显示的是RFR子间隔703。如上所述，对需要访问共享媒体100(如在NFA子间隔702中所示的)并且将被准许访问(如在RFR调度子间隔707中所示的)的用户终端101-105来说，其中的一些用户终端将会根据RFR调度子间隔707中的消息提供的信息来发送资源请求消息(例如包括了诸如站n以及数据帧长度k的资源需求信息)。

在根据优选实施例的操作中，在数据帧子间隔706和/或数据帧子间隔705中发送数据帧的顺序与NFA子间隔702中的站的顺序是相同的。当站在NFA子间隔702中发送了需要访问之后，该站将会等待RFR调度子间隔707提供的调度信息，该调度信息指示了何时在RFR子间隔703中提交所述站的资源请求消息。当站在RFR子间隔703中传送了资源请求之后，该站将会等待WTS子间隔704提供的调度信息，其中该调度信息提供了与何时在后续(例如下一个)超帧间隔中发送数据帧有关的指令。优选地，站会在ACK子间隔802中为在同一个超帧间隔中接收的下行数据帧提供确认消息。此外，ACK子间隔802中的确认消息的顺序优选与所发送的数据帧的顺序相同。

通过以上论述，可以认识到实施例的调度MAC架构促进了等同的访问方案。但是，也允许网络管理员定制每个站的访问权利。例如，可以规定访问频率(例如每个超帧或是更少)，依照网络管理者规定的访问权利，访问频率可以通过点协调调整与在需要访问子间隔中提供的特定站相关联的需要访问时隙的频率来控制。作为补充或替换，多帧访问也是可以允许或禁止的，甚至是可以根据要提供的帧保留的等级来改变的。这种访问权利控制有助于在共享媒体上关于特定的站来规定服务质量。

在上文中已经描述了依照实施例的不同功能间隔及其时序和配置，在下文中将会提供根据本发明实施例的在这种功能间隔内部携带数据的帧的结构。依照本发明实施例，除了超帧间隔和超帧间隔内不同功能间隔具有可变长度之外，处于功能间隔内的帧也可以具有可变的长度。例如，数据帧长度可以根据加载的业务量、访问共享媒体的站的数量等等而改变。本发明的实施例则根据接收质量(例如接收差错率)通过操作来调整数据帧长度，例如在接收质量下降的时候缩短数据帧长度以及在接收质量提升的时候增大数据帧长度，由此减小在接收数据无法恢复时需要重传的单个数据帧的大小。

在理解那些可以根据本发明实施例使用的帧结构的过程中，如果理解可供这些实施例使用的源和目的地端口标识方案，那么将会是非常有益的。与共享媒体耦合的任意站或其它节点可以根据其执行发送还是接收而被视为源或目的地。优选地，与共享媒体的物理连接或接口具有与之关联的唯一标识符，但在所述物理连接或接口之后则有可能具有用于不同功能的多个逻辑连接。每个功能都可以经由与共享媒体的连接来发送和/或接收数据帧。每个这样的功能在共享媒体上通过与之关联的物理连接或接口的源/目的地端口号来标识，其中该端口号在特定共享媒体形成的网络内部是唯一的。换句话说，在头中具有与特定物理连接或接口相关联的端口号的数据帧，将会提供通过使用该物理连接或接口来直接访问该媒体的功能。对低成本的多功能站来说，这是很有吸引力的特点。根据实施例，在数据报中具有逻辑端口号，以便解析与端口号相关联的各个逻辑端口。优选地，由于每个端口号都具有请求访问媒体的权利(例如NFA)且由此将端口号保持在最小有助于降低会见和调度复杂度，因此实施例将端口号保持在最小，例如通过使用与端口号相关联的前述逻辑端口来实现。优选地，当某个站提交了整个数据帧长度的需要访问请求的时候，该请求可以与多个逻辑端口数据报或多个数据帧相关。一个数据帧中的多个数据报意味着所有数据报都是从相同的源去往相同的目的地。

图9A显示了例示实施例中的广播信标帧结构。该图示广播信标帧结构是以唯一的前置码字为开始的，优选的是对所述前置码字进行选择以免被误认为是数据。广播信标帧结构的下一个部分包括为超帧间隔内的不同功能间隔建立开始时间的消息。应该理解的是，站可以从两个相邻开始时间的差值中计算出功能间隔长度。此外，本实施例的站知道标准消息持续时间，由此有助于从功能间隔包括的消息数量中计算功能间隔长度。

在图9B中显示了例示实施例的数据帧结构。所图示的数据帧结构被设计为支持每一个站的多个同时连接。每一个站的不同连接(例如可以在站上工作的不同功能的连接)是通过各个唯一的(例如逻辑)端口号来识别的。根据本发明的实施例，这种逻辑端口号可以是物理端口号的子层。换句话说，每一个接收机都可以实施双层排序，第一排序层是端口号，第二层则是逻辑端口号。无论采用怎样的基础方案，每一个连接优选是由源端口号以及目的地端口号来识别的。其中目的地指的是与经过位置无关的终止数据帧的位置。相应地，所示实施例的数据帧头包括用于连接标识的源端口号以及目的地端口号。

在根据优选实施例的操作中，每一个站都包括两个连接映射表，一个表包括的是所述站自身的站ID以及与工作在该站上的功能相关的端口号，另一个表包括的是目的地信息，例如站ID、支持功能等等。为了建立连接，头优选包括了目标站ID以及功能，而不是目的地端口号，这是因为发起该连接的站开始可能不知道目标站的端口号。优选地，在连接建立时，源站将会使用目的地端口号来替换数据帧中的目标站ID。

如果数据帧无序到达或者实施丢失帧的再重传，图9B中所示的数据帧头适用于追踪事务序列。特别地，图9B中的数据帧结构头包括了用于事务序列追踪的序列号。

所示实施例中的数据帧结构始于数据报后的头，其中该数据报优选包括净荷数据。根据本发明的实施例，该数据报的长度可以从64字节变成5000字节，并且通常处于约1000字节的水平。此外，所示实施例中的数据帧结构还包括在此被显示成循环冗余码和校验的差错检测和/或校正，以便检测传输差错和/或在不执行重传的情况下提供数据恢复。

图9C显示的是例示实施例中的确认帧结构。所图示的确认帧结构提供了确认消息，以便声明数据传递正确或不正确。所图示的确认帧结构包括源端口号和序列，随后是所接收的数据帧的状态。由于实时数据帧(例如基于因特网协议的语音(VoIP)数据流)通常不会从丢失或损坏的数据帧的重传中受益，因此，优选实施例只将确认消息应用于非实时数据帧。

在图9D中显示了例示实施例中的需要访问帧架构。如上所述，在需要访问子间隔中，每一个站优选具有自己的时隙。在需要访问子间隔内的序列分配优选是在初始设置过程中完成的。通过处于超帧间隔开始的广播信标，每一个站的需要访问时隙的位置可以根据每一个确认的固定持续时间而从NFA子间隔的开始时间来计算。所示实施例的需要访问帧结构是用于“是”、“空闲”或“未显示”的源端口号。例如，了解其时隙时间的站，可以用“是”来做出响应表示它是活动的，用“空闲”表示它是“开启的”但是并未处于活动模式，或者用“未显示”表示站因为关闭、休眠或不存在而没有做出响应。

本发明的实施例在需要访问子间隔中提供了别的未指定时隙，以便帮助新站接入网络，例如将即插即用插入声明用于点协调。相应地，站优选设置有用于网络初始化的源端口号。此外，站还可以设置有在网络的初始化过程中使用的目的地端口号，例如托管点协调的网关的端口号。做为补充或替换，可以广播与点协调相关联的目的地端口号，例如可以在广播信标内进行广播，以在网络上的初始化过程中使用。

图9E显示了例示实施例中的资源请求调度帧结构。在根据优选实施例的操作中，点协调的资源请求调度算法会在需要访问子间隔中收集所有具有“是”响应的源端口号，并优选丢弃空闲消息和无应答。优选地，该资源请求调度算法会在资源请求调度子间隔中重新发送这些源端口号，这些源端口号将会在资源请求子间隔和/或一个或多数据帧子间隔中按照为所述站指定时隙的顺序来被提供资源。相应地，所示实施例中的资源请求调度帧包括了多个源端口号消息。此外，所示实施例中的资源请求调度帧还包括关于资源请求子间隔的开始、何时发送子间隔的开始以及下一个超帧间隔的开始的信息，由此定义了如上所述的超帧间隔中的第二部分的结构。

图9F显示了例示实施例中的资源请求帧结构。优选地，在资源请求调度子间隔中列举的站会在资源请求子间隔的适当时隙中发送资源请求帧结构中显示的信息。包括在所示实施例的资源请求帧结构中的信息包括源端口号、连接类型和服务需求、持续时间以及频率。连接类型可以包括诸如用于指示单帧事务或多帧事务的信息(例如为未来的某个时段、为一定量的已识别数据帧、为预定量的数据来保留数据帧，直至站提供终止链路的请求为止，等等)。多帧保留的目的是在期望永久性连接时避免连续检查需要访问和资源请求的处理(例如与用于实时通信的基于连接的链路相适应)。在资源请求帧结构中指定的服务可以包括诸如实时或非实时的信息。在资源请求帧结构中指定的持续时间可以包括诸如数据帧子间隔的量和/或为该站的使用而保留的子间隔所请求数据的时段数量的信息。应该理解的是，如果持续时间从一个数据帧到另一个数据帧发生了很大变化，则多帧事务未必是非常有用的。但是，如果持续时间基本恒定，例如在传送语音信号的情况下，这种多帧事务将会是非常有用的。在资源请求帧结构中指定的频率可以包括诸如保留的数据帧的频率的信息，例如，每个超帧间隔、每隔一个超帧间隔等等。

图9G显示的是例示实施例中的何时发送帧结构。优选实施例中的何时发送帧包括使请求资源并且被准许访问共享媒体的站了解何时发送其数据的指令。相应地，所示实施例中的何时发送帧结构包括了端口号和发送数据的开始时间。

在上文中已经描述了在包括本发明实施例的超帧的不同功能间隔内的帧和超帧的配置，以下将会提供可以依照本发明实施例实施的帧交换协议。应该理解的是，可以实施各种帧交换协议，以便执行特定事务，例如建立连接、交换数据帧、注册新站等等。在这里提供的是用于提供例示事务的帧交换协议的例子。但是，本领域技术人员将会理解，本发明的帧和帧结构可以容易地关于不同的帧协议来使用和/或用于提供这里描述的事务以外的事务或是替换的事务。

对点间的任何通信来说，通常期望的是在数据传送之前执行握手。例如，目标站可能没有通电或者目标站可能想在哪些站可以与之相连方面具有选择性。握手可以包括标识源站的从源站到目标站的消息，如果源站接受该连接，则以指示连接已被接受的某种形式的信息来响应目标站。在根据本发明实施例的操作中，发送给目标站的初始消息包括源站的端口号和目的地ID，其中目标站做出的肯定响应包括目标站端口号。从目标站接收到目标站端口号则可以向源站指示连接已被目标站接受。相应地，虽然目的地ID是在初始的连接请求握手事务中使用的，但是源站也可以将目标端口号用于后续的数据帧传输。

图10A-10C以及11A-11C描述的是用于提供各种事务的帧交换协议。应该理解的是，虽然这些附图中提供的实施例提供的是其中所有的业务量会通过网关或其它中心节点(例如接入点、桥接器等等)的基础架构配置，但是本发明的概念同样适用于直接将帧从一个站传送到另一个站的分布式配置。

将注意力转到图10A，该图显示的是一种通过访问共享媒体来传送数据帧的帧交换协议。图10A的帧交换协议包括根据如上所述的操作来在需要访问、访问调度请求、访问请求、何时发送以及数据帧中的信息交换。在图10A所示的帧交换协议中，如果媒体没有过载，那么在该处理中使用的调度MAC架构将会保证在下一个超帧间隔中发送数据帧。应该理解的是，根据本发明的实施例，媒体访问在基础架构和分布式网络配置中都是受点协调控制的，因此，图10A的帧交换协议是同时适用于基础架构和分布式网络配置的。

一般来说，在没有预备接收数据帧的目标站的情况下，数据帧的传输是毫无用处的。图10B显示了一种用于与接收数据帧的目标站建立连接的帧交换协议，相应地，其中显示的数据帧优选包括了上述的握手信息。来自图10B所示站A的数据帧可以对应于图10A所示的数据帧，由此可以使用图10A的帧交换协议来访问共享媒体，以便传输该数据帧。如图10B所示，数据帧是从站A传送到网关，并且随后转发到站B的(假设在这个所示实施例中，站A和站B建立网内连接)。依照上述实施例，站B使用确认帧和通过网关传送到站A的数据帧(在这里，该数据帧优选包括了站B的端口号以便进行连接)来做出响应。站A则使用所示实施例中的确认帧来做出响应，其中所述确认帧同样是经由网关传送的。

与外部网络(例如设置在图7中的网关左侧的网络)中的站进行的通信可以通过将外部网络协议帧(例如头、数据帧等等)封装在本发明实施例中的调度MAC的超帧间隔的数据帧内来实现。也就是说，外部网络协议帧可以包括处于超帧间隔的数据帧子间隔内的净荷。在根据优选实施例的操作中，用于外部网络连接的外部接口被视为逻辑站。相应地，根据实施例，这种外部网络接口具有自己的端口号。由此，在调度MAC网络内部的站与外部接口之间以及在外部网络的站与外部网络接口之间可以建立连接，并且其间进行的通信是由网关仲裁的。例如，内部头将从指向外部网络接口端口号的数据帧中剥离(从调度MAC去往外部网络的数据)或插入其上(从外部网络去往调度MAC网络的数据)。然后，该网关优选地在适当的网络上传递重新配置的数据，以便将其传送到实际目的地。

图10C描述的是用于本发明实施例的调度MAC网络的站与外部网络的站之间的通信的帧交换协议。根据所示实施例，封装了外部网络协议帧的数据帧将被从站A传送到网关，其中该网关会从数据帧中剥离调度MAC头信息，并且将剩余数据设置于外部网络上的外部网络协议之中。该数据帧依照外部网络协议而被路由到外部网络中的适当的站。并且外部网络中的站将会使用传送到网关的外部接口的确认帧和数据帧(每一个帧都依照外部网络协议)来做出响应。该网关利用适于调度MAC网络的头来封装这些帧，并且将其转发到站A。而站A则使用所示实施例中的确认帧来做出响应，并且所述确认帧同样是如上所述地通过网关传送的。

一旦建立了连接，例如使用前述帧交换协议建立了连接，则可以执行数据通信。图11A-11C显示的是根据本发明实施例的数据通信的数据帧交换。特别地，图10A描述的是从站A经由网关将数据帧传送到站B，以便使用依照图10B的帧交换协议通过其间所建立的连接来进行数据通信。图10B描述的是将数据帧从站A经由网关传送到因特网上的站，以便使用依照图10C的帧交换协议通过其间建立的连接来进行数据通信。图10C描述的是将数据帧从因特网上的站经由网关传送到站A，以便进行数据通信。

当新站与共享媒体相连时，在根据本发明实施例的需要访问子间隔中是没有用于该站的需要访问时隙的。点协调可以通过多种方式来察觉所述新站。优选地，新站具有一组唯一的端口号，例如，端口号既可以由网络管理员指定，或者被提供为唯一的MAC号码。在具有了唯一端口号的情况下，点协调可以标识新站，以便向需要访问子间隔中添加相关联的时隙。网络管理员可以使用点协调并且例如通过输入端口号来注册该站，或者该站也可以被自动识别，例如通过使用即插即用协议。一旦点协调察觉到新站，优选的是广播信标利用需要访问子间隔中的需要访问时隙来广播这个新站的端口号。这个信号可以使用“是”消息来做出响应，然后如果需要，新站可以与点协调进行通信，以便完成整个注册处理。一旦新站可以访问需要访问子间隔，新站可以以上述的关于共享MAC网络上的其它站对共享媒体的访问的方式来请求和接收共享媒体的访问。

如果有大量不活动的站，那么可以对需要访问子间隔中未使用的需要访问时隙的大量空间进行分配。相应地，本发明的实施例通过操作来从需要访问时隙分配中收回这些站，例如，在站通知其离线时或者在与需要访问时隙相关的未使用的预定时段之后。本发明的实施例实施再激活方案来为先前没有活动的站再次提供需要访问时隙。

没有活动的站可以分成两类。在相关联的需要访问时隙没有信号的站有可能处于断电或是处于休眠模式。一旦这些站回到在线状态，那么这些站可以不需要快速访问。在一个时段后而在相关需要访问时隙中使用“否”做出响应的站有可能处于空闲模式。这些站有可能需要快速访问能力。本发明实施例中的再激活方案将需要访问子间隔中的一些时隙分配给空闲或无活动站的子集，由此周期性地提供针对这些站的访问。为了提供关于这些空闲站的更快访问，实施例的再激活方案可以通过操作而以高于完全没有活动的站的频率在需要访问子间隔时隙中包括这些站。

在现有的有线和无线LAN中，因为开销很大，对短消息服务的支持是非常低效的，所以支持短消息服务通常是存在问题的。在对短消息服务具有实时需求时，这种低效还会进一步加剧。但是，对本发明实施例的调度MAC架构来说，由于短开销(头和帧间距离)和多种帧保留方案，本发明实施例的调度MAC架构可以容易地支持这种服务以便网络内通信。

本发明实施例中的调度MAC架构可以用于现有MAC架构的直接替换，例如以太网MAC协议、IEEE802.3和WiFi MAC协议、IEEE802.11。但是，本发明实施例的调度MAC架构将MAC层与物理层去耦合，由此以太网和WiFi的物理接口可以保持相同。相应地，诸如路由器、交换机、网关、桥接器、用户终端等基础架构可以容易地被用于实施本发明实施例的调度MAC。

将注意力转到图12，该图显示的是以太网或WiFi站的适配的例子以便实施本发明实施例中的调度MAC架构。在图12所示的实施例中，除了MAC功能被本发明实施例中被示出为调度MAC点协调1201和调度MAC访问1202的调度MAC算法取代以外，站配置与以太网和WiFi站的配置基本相同。图13显示的是一个备选实施例，其中在媒体周围构建了在这里被显示成网关适配器1301和站适配器1302的协议适配器，以使调度MAC架构对标准网络设备透明。

图14显示的是调度MAC的功能框图，提供了与提供调度MAC和点协调的电路实施例相关的细节，例如，可以与图12和13中的用于提供调度MAC以及点协调1201的例子相对应。图14所示的功能块可以用软件、固件和/或众所周知的电子电路(例如控制器、复用器、解复用器、存储器、缓存器等等)来实施，以便提供这里描述的操作。作为补充或替换，图14所示的功能块还可以在专有电路例如专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA))中实现。为了方便起见，在这里将图14所示的功能块的组合称为MAC芯片1400，但是如上所述，这些功能块中的某些或所有功能块可以没有被实施在集成电路中。

在所示实施例的MAC芯片1400的操作中，当外部数据(例如与外部网络的站相关联的数据)进入或者离开MAC芯片1400时，添加/去除头块1401会分别去除或插入内部头。依照本发明的实施例，头的去除直接进行。但是，头的插入较为困难，因为必须知道应该使用哪一个内部头。使用了现有的网络转换点，例如TCF/IP网络到以太网的转换点，依照实施例解决了这个问题。

要在网关或调度控制中心使用的所示实施例中的MAC芯片1400包括被示出为复用/解复用块1402的复用器和解复用器功能，其中数据和控制帧是单独组合或分离的。所示实施例中的复用/解复用块1402的媒体侧与在这里被显示为媒体接口1403的媒体接口模块相耦合，其将信号置于共享媒体之上和/或从共享媒体提取信号，MAC芯片1400为共享媒体提供调度MAC架构。实施例中的控制功能消息被携带在与数据帧相同的超帧间隔的控制帧中，并且它们优选具有相同的格式。然而，优选的是，该控制功能消息与数据帧的不同之处在于相关的连接会在网关或托管点协调的其它站上终止(例如，控制功能消息具有唯一的网关端口号)。

由所示实施例的复用/解复用块1402从媒体比特流中解复用得到的控制功能消息被提供给被示出为复用/解复用块1405的另一个复用器和解复用器功能。复用/解复用块1405对不同的控制功能消息执行复用和解复用，以便由所示实施例中的MAC帧管理块1406提供的MAC超帧管理来进行处理。所示实施例中的MAC帧管理块1406在被显示为MAC处理器1407的MAC控制器的控制下执行操作。MAC处理器1407为每一个超帧协调常规任务，例如调度、消息形成以及时序间隔生成(例如使用时序生成器1408)。此外，本实施例中的MAC处理器1407还对未经调度的任务进行协调，例如站的注册/撤销、维护、故障监视等等。

实施例的插分块1404提供的是可以在不同情况下使用的中继功能。例如，插分块1404的中继功能可以在基础架构配置中的网关中使用，其中所有数据帧都是通过网关传送到目的地的，并且其中插分块1404是为所有网内业务量实施的。在另一个应用中，插分块1404用于站A与站B之间的通信的中继功能，其中站A的传输无法到达站B，反之亦然，然而站C却可以到达站A和B。在根据实施例的操作中，起源于站A和B的站C以及站C将会使用插分块1404来向站A和站B中合适的一个站重传数据帧。

图15显示的是在站中使用的调度MAC访问功能框图，其提供了与提供调度MAC访问的电路的实施例相关的细节，例如可以与用于提供图12和13中的调度MAC访问1202的例子相对应。与图14的功能块一样，图15所示的功能块也可以实现在软件、固件和/或众所周知的电子电路(例如控制器、复用器、解复用器、存储器、缓存器等等)和/或在专用电路(例如专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)等等)中。

为了方便起见，在这里将图15所示的功能块的组合称为MAC芯片1500，但是如上所述，这些功能块中的某些或所有功能块可以没有被实施在集成电路中。

实施例中用于提供调度MAC访问的电路例如与图12和13中用于提供调度MAC访问1202的例子相对应，该电路中的调度MAC功能块与结合MAC芯片1400而示出的功能块基本相同，并且优选具有缩减功能。例如，头插入管理的是实施例的调度MAC访问1202之中的少量头，由此，添加/去除头块1501可以提供上述关于添加/去除头块1401而描述的功能，但是这种功能是可以进行相应调整的。同样，所示实施例中的复用/解复用块1502所提供的复用器和解复用器功能与复用/解复用器1402的功能是相似的，尽管优选的这种功能被调整成与数量减少的控制功能消息相对应，并且对应于与调度MAC访问1500的操作相关联的数据帧。所示实施例中的复用/解复用块1502的媒体侧与在这里被显示为媒体接口1503的媒体接口模块相耦合，其将信号置于共享媒体之上和/或从共享媒体提取信号，MAC芯片1500为共享媒体提供调度MAC架构。优选地，插分块1504是按照上述关于插分块1404描述的方式来工作的。

对所示实施例中由复用/解复用块1502从媒体比特流中解复用得到的控制功能消息来说，其被提供给被示出为复用/解复用块1505的另一个复用器和解复用器功能。复用/解复用块1505对不同的控制功能消息执行复用和解复用，以便由所示实施例中的MAC帧管理块1506提供的MAC超帧管理来进行处理。所示实施例中的MAC帧管理1506在被显示为MAC处理器1507的MAC控制器的控制下执行操作。MAC处理器1507为每一个超帧协调各种任务，例如调度、消息形成、时序间隔生成(例如使用时序生成器1508)和可以周期性或不规律执行的任务，例如相应站的注册/撤销、维护、故障监视等等。

根据本发明的实施例，提供调度MAC访问功能的MAC芯片1500未必使用(或包括)调度和追踪发送分组时间(例如省略了时序生成器1508)。该实施例的调度MAC架构将会简化站，将大量的复杂度转移到网关或其它点协调主机。由于这种实施例通常只是一个网关(或其它点协调主机)和许多其它的站，因此这种实施例是非常优选的。

为了帮助评估本发明实施例中的调度MAC操作所提供的无争用媒体访问控制的效率，在下文中显示了使用不同的MAC方案来发送一个数据帧的开销成本的比较。

用于发送一个数据帧的平均PCF开销：

2SIFS+Poll+ACK+((N-n)(2SIFS+Poll+ACK))/n

用于发送一个数据帧的平均DCF开销：

DIFS+3SIFS+RTS+CTS+ACK

用于发送一个数据帧的平均调度MAC开销(没有RFR调度子间隔)：

2IFS+NFA+RFR+WTS+ACK+((N-n)(IFS+NFA))/n

用于发送一个数据帧的平均调度MAC开销(具有RFR调度子间隔)：

2SIFS+NFA+RFR schedule+RFR+WTS+ACK+((N-n)(IFS+NFA))/n

其中：

N是站的总数；

n是将要发送数据的站的数量；以及

IFS是帧间距离。

应该指出的是，本发明实施例中的调度MAC的下行方向并不需要帧间距离(IFS)，这是因为何时发送(WTS)信息是连续的块。

从上文中可以看出，本发明实施例中用于提供无争用媒体共享方案的调度MAC的平均开销是非常有利的。此外，通过实施与数据帧保留、IFS优化、业务流管理以及头简化相关的优化算法，还可以进一步增强上述的与本发明实施例中的调度MAC有关的平均开销的优点。

在配置和优化本发明的调度MAC中使用的某些基本考虑因素包括超帧间隔和功能间隔长度、超帧间隔内部的功能间隔排列，以及超帧间隔之间的功能间隔关联。优选地，包括功能间隔长度的超帧间隔中的每一个功能间隔逐超帧间隔地不同，以便优化吞吐量、等待时间以及用于公平性的业务流管理。用于指导在配置不同功能间隔的时序关系中所使用的优化算法的某些基本规则包括：超帧应该尽可能短并且具有最少的填充比特；最大超帧长度应该按照上行需求来设置，但是最大长度的限度应该按照工作需要来设置；以及最小超帧长度应该按照下行需要来设置(例如超帧长度可以通过需要来设置，以便在一帧中优选为在最早超帧中完成所有需要访问请求)。在配置本发明的调度MAC以便优化性能的过程中，有用的附加考虑因素包括：支持新站的即插即用访问(例如，新站可以向点协调声明其自身，以便包括在超帧配置中，例如在需要访问子间隔中添加时隙)，以及支持实时和非实时数据帧(例如，站可以保留一系列数据帧，以便为实时通信提供基于连接的类型的链路，而其它数据则可以是非实时的，以便适应更高的等待时间，并且由此允许延迟调度)。本发明的实施例对功能间隔的位置和长度进行了配置，以便结合不同类型的物理层来进行优化。

本发明实施例中的调度MAC架构提供了关于MAC层应如何工作的根据。优选实施例实施的是例如可以在图14的MAC处理器1407上工作的一个或多个优化算法，其中该算法通过使用调度MAC平台的灵活性而增强了MAC性能。

例如，可以提供一种优化算法，以便通过改变超帧间隔长度来优化调度MAC的性能参数，例如优化吞吐量。优选地，超帧间隔长度与在本发明实施例的资源请求子间隔中标识的数据帧需求相对应。相应地，如果业务量很重，那么超帧间隔长度将会较长，如果业务量较低，那么超帧间隔长度将会较短。在较短的超帧间隔的情况下，资源请求子间隔的频率将会增大。但是，开销也可以通过缩短资源请求、何时发送以及确认子间隔来减小。虽然总的吞吐量将会降低，但是每一个站的吞吐量将会提高，由此将会保持不依赖于站的数量的高吞吐量。这种优化算法被认为是中性的，因为该算法并没有对诸如访问公平性、争用控制、网络稳定性和等待时间的其它MAC性能参数产生负面影响。

作为补充或替换，可以提供一种优化算法，以便通过实施访问保留算法来优化调度MAC性能参数，例如等待时间。依照本发明实施例而提供的访问保留是指资源请求可以一次请求多个数据帧和/或在将来的超帧中请求数据帧串。这种多数据帧保留将会减少本发明实施例的资源请求子间隔中的业务量，同时还允许所述站保留期望的带宽。特别地，对需要连续和规则业务量的实时业务量来说，借助实施例的访问保留算法所实现的在将来的超帧中的一串资源保留是很有吸引力的。例如，实施访问保留算法的调度MAC可以为非常接近于规律出现的特定的站规划数据帧。使用这种资源保留，可以在减小资源请求负荷的同时将等待时间减至最小。

作为补充或替换，可以采用访问保留算法，通过保留关于适当的站的数据帧时隙来为高和低业务量的站提供更高的公平性。此外，本发明实施例中的访问保留算法可以保持与站的数量无关的吞吐量。例如，超帧的吞吐量将会是总数据帧与总开销和总数据帧的总和相除。假设超帧具有n个数据帧，通过访问保留算法的操作，这n个数据帧可以来自一个到n个站。这意味着吞吐能力并未随站的数量而改变。由于该算法没有对诸如访问公平性、争用控制、吞吐量和网络稳定性的其它性能参数产生负面影响，因此该算法被认为是中性的。

作为补充或替换，可以提供一种优化算法，以便通过实施业务流控制来优化调度MAC的性能参数，例如访问公平性。本发明实施例中的业务流控制算法可以通过操作以便确保访问公平性和在业务量达到最高容量时保持吞吐量。在本发明实施例的调度MAC架构的操作中，在下一个超帧间隔中许可所有被请求的资源。随着业务量的增加，超帧间隔长度变长。长的超帧间隔将会减少发起新请求的机会。相应地，本发明的实施例设置了关于超帧长度的最大超帧间隔长度阈值。例如，基于对每个站的最小访问速率根据优选实施例来设置最大超帧间隔长度阈值。在根据实施例的操作中，当业务量使得超帧间隔长度超出该阈值时，按照下文中的业务流控制算法对下一个超帧采取操作。相应地，本发明实施例中的业务流控制算法在没有减小总吞吐量的情况下将新访问机会保持在可接受的比率之上。

将注意力转到图16，示出了本发明实施例中的业务流控制算法的操作流程图。所示流程图是在接收到资源请求的方框1601开始的。在根据优选实施例的操作中，资源请求会在每个超帧间隔中被更新。相应地，在所示实施例中的方框1602，会从当前资源请求以及剩余的未满足资源请求(由方框1605提供)中确定总的资源请求。也就是说，总的资源请求包括当前超帧间隔的资源请求与先前超帧中剩余的资源请求的总和。

在方框1603，从总的资源请求中计算总的数据帧长度。如果总的数据帧长度小于业务流控制阈值(例如不会导致每一个站的访问速率低于最小值)，那么在方框1606中，将接纳总的资源请求，并且确定何时发送信息以便接纳下一个超帧间隔中的请求。但是，如果总的数据帧长度大于阈值，则计算过剩的数据帧长度，并且在方框1605中确定除了在下一个超帧间隔中接纳的资源请求以外的那些资源请求的何时发送信息。优选地，剩余的资源请求是在下一个第二超帧中被接纳的。关于将要发送的数据帧量以及将要携带到下一个超帧的量的判定可以借助一个因数来完成。该因数可以很小，且如果持续过载，该因数可以增大。但是，任何优先数据帧应该在第一列表上。

作为补充或替换，可以提供一种优化算法，以便通过实施帧间距离算法来优化调度MAC性能参数，例如吞吐量。帧间距离(IFS)被定义成是用于分离两个连续帧的空闲距离，其中所述帧既可以是超帧，也可以是超帧内部的帧。这个距离是需要的，以便确保两个连续帧不在检测点(例如网关)重叠。但是，因为帧间距离是用于每个帧的，因此，帧间距离的大小会对吞吐量产生很大影响。相应地，本发明实施例中的帧间距离算法会结合网络环境的改变来自动优化帧间距离。

当前，以太网和WiFi是将帧间距离用于访问控制。例如，如果站1在最短帧间距离(SIFS)的间隔的空闲时段中等待访问媒体，而其它的站必须在比最短帧间距离更长的间隔中等待访问媒体，那么站1将会具有在其它站之前访问媒体的权利。冲突检测系统的回退规定可以在提高公平性的尝试中，实现向最短帧间距离的间隔添加变化时段以便访问控制。

当前的MAC架构并未考虑媒体中的传播延迟。但是，通过包括传播延迟来反映实际操作环境中发生的情况是重要的。如图17所示，假设站1和站2在媒体具有传播延迟τ的情况下来进行通信。当站1向站2发送帧时，站2会在时间τ之后接收到这个帧。作为响应，站2会在等待了最小帧间距离之后向站1发送帧，并且这个帧会在时间τ之后到达站1，等等。但是，由于每个站都会在不同的相应时间注意到其它站的网络活动，因此该帧间距离是沿着媒体的观察点的函数。在下表中显示了帧间距离与观察点的关系：

连续帧对		观察点上的IFS
连续帧对		观察点上的IFS				第一	第二	站1	站2	站之间	站的外部
站1	站2	SIFS+2τ	SIFS	SIFS+2τ₂	SIFS	第一	第二	站1	站2	站之间	站的外部
站1	站2	SIFS+2τ	SIFS	SIFS+2τ₂	SIFS	站2	站1	SIFS	SIFS+2τ	SIFS+2τ₁	SIFS+2τ

其中τx是站X与观察点之间的延迟，τ是τ₁和τ₂的总和。

在具有很多的站的网络中，帧间距离的计算要稍微复杂一些，尤其是在必须了解观察点与站之间的关系(也就是观察点处于站间还是站外)的情况下。在当前的以太网和WiFi MAC架构中，最短帧间距离和延迟在时间上是恒量。相应地，随着原始比特率的提升，同一的帧大小将会更短。如果最短帧间距离和τ不随着原始比特率缩放，那么最短比特率和τ将会是降低吞吐量的显著因素。

在本发明实施例的调度MAC架构中，不需要使用帧间距离作为公平性控制。相应地，本发明实施例的帧间距离算法促使帧间距离随着原始比特率而缩放。换句话说，帧间距离不会以真实时间标度(例如毫秒)为单位，而是使用原始比特率。这些实施例将会使吞吐量百分比独立于原始比特率。只要在例如网关输入的点协调主机接口上帧没有发生重叠，那么这些实施例的帧间距离将会很小。

本发明实施例中的帧间距离算法可以使用各种技术，以便提供优化的帧间距离。应该理解的是，如果需要的话，本发明的实施例可以单独地或者组合地实施一种或多种此类技术。

一种用于优化帧间距离的方法包括：确定为网络允许的最大媒体延迟，以及使用这个最大延迟的两倍与某个裕量(例如10％)的总和作为在时间上定义的帧间距离。可以从这个帧间距离时间计算等同数量的比特。如果这个数量的比特可被接受(例如，如果包括信标NFA、RFR、WTS、ACK的开销以及帧间间隔大约是20％的比特率或是更少)，那么无论哪一个站在执行发送操作，都可以为所有的帧实施恒定的帧间距离。这种算法在与10Mb/s或是更小的比特率结合使用时最有可能是合乎需要的。但是，如果帧间距离的比特数量无法接受，那么可以减小裕量，或者可以使用可变长度的帧间距离等等。

用于帧间距离优化的更复杂的解决方案包括补偿传播延迟。相应地，本发明的实施例实施了一个帧间距离矩阵，以便控制特定站的发送时间，由此实现了可变长度的帧间距离。

将注意力转到图18A，该图显示的是一个具有不同的站和网关位置的逻辑网络(可以是本发明实施例中的调度MAC架构的主机点协调)。帧间距离测量算法优选设置在网关中。优选地，该算法通过操作来从连续的上行帧对中收集信息。例如，实施例中的帧间距离测量算法通过操作来收集关于第一和第二帧来自哪些站以及其间的帧间距离间隔的信息。通过使用该信息，可以完成如图18B所示的帧间距离矩阵。

在图18B的矩阵中的每一个矩阵元都根据发送帧的站来表示一个帧间距离。如果没有延迟，那么帧间距离应该是δc。每一个矩阵元的值未必是始终恒定的(例如，媒体延迟时间可以因为有线系统中的温度或是无线系统中的多径而改变，站有可能移动到不同位置(从长远观点来看)等等)。如果最小帧间距离过小，那么两个相邻的帧有可能会发生重叠，因此，最小帧间距离是非常重要的值。相应地，本发明的实施例是通过操作来追踪最小帧间距离的。图18B中的帧间距离矩阵中的矩阵元则为最小帧间距离值。

图19显示的是根据本发明实施例用于追踪最小帧间距离的算法的操作的流程图。当确定了与特定的站对相关联的帧间距离时，帧间距离将会与保存在帧间距离矩阵中的帧间距离进行比较。如果帧间距离输入小于已存储的帧间距离值，那么已存储的帧间距离值将被更新成帧间距离输入值。但是，如果帧间距离输入大于已存储的帧间距离值，那么优选的是将已存储的帧间距离值增大一部分，从而高于先前存储的值。这个实施例不但有助于根据观察到的网络状况来减小帧间距离值，而且还有助于在最小值增大时(例如重新确定站的位置，媒体传播条件发生变化等等)追踪合适的帧间距离值。

如果测量得到的最小帧间距离大于期望的帧间距离，那么将会通过提前相应站的发送时间来校正实施例中的何时发送子间隔中的信息。如果测量得到的帧间距离小于期望的帧间距离，则操作为相反的。前述帧间距离校正的目标是使测量得到的最小帧间距离等于期望的帧间距离。在图19的流程图的帧间校正部分中显示了实施例的帧间距离校正算法的操作。

在根据本发明优选实施例的操作中，加入网络的新站(或是新部署的网络中的站)将会使用默认的帧间距离值，其中所述帧间距离值足够大以避免帧重叠。一旦站访问媒体，那么本发明实施例的帧间距离算法将会测量与该站相关联的帧间距离，并且将会通过操作而将帧间距离值减至期望的值。

虽然在这里详细描述了本发明及其优点，但是应该理解，在没有脱离所附利要求限定的发明实质和范围的情况下，各种变更、替换和改变都是可行的。此外，本发明的范围并不局限于说明书中描述的处理、设备、制品、材料组合、装置、方法和步骤的特定实施。本领域技术人员很容易从本发明的公开中预见到当前存在或者以后将会开发的处理、设置、制品、材料组合、装置、方法和步骤，依照本发明的相应实施例使用这些处理、设置、制品、材料组合、装置、方法和步骤可以获得的基本相同的功能或者实现基本相同的结果。相应地，所附权利要求旨在将这些处理、设置、制品、材料组合、装置、方法或步骤包括在本发明的范围以内。

Claims

1.一种用于提供共享媒体的媒体访问控制的方法，所述方法包括：

定义多个媒体访问功能，以便定义多个站关于共享媒体的交互活动；

控制对共享媒体的访问，以便每次执行所述多个媒体访问功能中的一个媒体访问功能，由此在同一媒体访问功能执行时为每一个当前具有访问共享媒体的需要的站提供服务。

2.权利要求1的方法，其中所述控制对共享媒体的访问包括：

在每一个所述当前具有访问共享媒体的需要的站使用第二媒体访问功能来实施数据传输之前，每一个所述当前具有访问共享媒体的需要的站使用第一媒体访问功能来实施媒体访问请求。

3.权利要求1的方法，还包括：

提供定义了用于访问共享媒体的协议的调度媒体访问控制架构，其中所述控制对共享媒体的访问依照的是所述调度媒体访问控制架构。

4.权利要求3的方法，其中所述协议包括超帧架构，并且所述多个媒体访问功能包括在所述超帧架构内的多个功能间隔。

5.权利要求4的方法，还包括：

调整所述超帧架构的属性以优化媒体访问控制性能参数。

6.权利要求5的方法，其中所述调整属性包括：

调整超帧间隔的长度，其中所述性能参数包括吞吐量。

7.权利要求5的方法，其中所述调整属性包括：

调整所述超帧架构的超帧内的业务流控制以优化访问公平性。

8.权利要求5的方法，其中所述调整属性包括：

调整所述超帧架构的超帧内的帧的帧间距离以优化吞吐量。

9.权利要求8的方法，其中所述调整帧间距离包括：

确定与共享媒体上的传播延迟相关的信息。

10.权利要求5的方法，其中所述调整属性包括：

调整在所述超帧中提供所述多个媒体访问功能的功能间隔的顺序。

11.权利要求1的方法，其中所述媒体访问功能包括需要访问功能，其中每一个所述当前具有访问共享媒体的需要的站使用所述需要访问功能来指示访问需要。

12.权利要求11的方法，其中使用所述需要访问功能的访问需要的指示包括短帧以显示多个可能状态中的一个。

13.权利要求12的方法，其中所述多个可能状态是三种可能状态，其中所述三种可能状态是需要访问共享媒体，不需要访问共享媒体，以及空闲。

14.权利要求11的方法，其中所述媒体访问功能还包括资源请求功能，其中每一个所述当前具有访问共享媒体的需要的站使用所述资源请求功能来提供与被请求资源相关的信息。

15.权利要求14的方法，其中所述与被请求资源相关的信息包括用于保留多个数据帧传输的信息。

16.权利要求14的方法，其中所述媒体访问功能还包括提供与所述资源请求功能相关的调度的资源请求调度功能，其中所述资源请求调度功能的调度至少部分地从关于所述需要访问功能而提供的信息中确定。

17.权利要求14的方法，其中所述媒体访问功能还包括何时发送功能，其中使用所述何时发送功能来为所述当前具有访问共享媒体的需要的站中的站提供与访问共享媒体相关的信息。

18.权利要求17的方法，其中所述与访问共享媒体相关的信息包括用于数据帧传输的调度。

19.权利要求17的方法，其中所述与访问共享媒体相关的信息包括数据帧传输的大小。

20.权利要求17的方法，其中所述媒体访问功能还包括数据帧传输功能，其中关于所述被提供有与访问共享媒体相关的信息的站的净荷数据被携带在所述数据帧传输功能的数据帧中。

21.权利要求20的方法，其中所述数据帧传输功能的数据帧传输是直接从源站到目标站。

22.权利要求20的方法，其中所述数据帧传输功能的数据帧传输是从源站通过转接点到目标站。

23.权利要求22的方法，其中所述转接点包括托管了提供所述控制对共享媒体的访问的点协调的网关。

24.权利要求1的方法，其中所述媒体访问功能包括资源请求功能以及何时发送功能，其中每一个所述当前具有访问共享媒体的需要的站使用所述资源请求功能来提供与被请求资源相关的信息，并且使用所述何时发送功能来为所述当前具有访问共享媒体的需要的站中的站提供与访问共享媒体相关的信息。

25.权利要求1的方法，还包括：

提供点协调，以便实施所述控制对共享媒体的访问。

26.一种用于提供共享媒体的媒体访问控制的方法，所述方法包括：

定义超帧间隔，所述超帧间隔中具有多个功能间隔，所述功能间隔用于关于相应的功能来服务多个站；以及

对所有当前具有访问共享媒体的需要的站进行操作，以便执行与在当前超帧中的所述多个功能间隔中的特定一个相关联的功能，且在任意站执行与在所述当前超帧中的所述多个功能间隔中的另一个相关联的功能之前。

27.权利要求26的方法，其中所述多个功能间隔包括这种功能间隔，其具有用于共享媒体上每个活动的站指示访问共享媒体的需要的时隙。

28.权利要求27的方法，其中所述多个功能间隔包括这种功能间隔，其具有用于向每一个示出了访问共享媒体的需要的站提供与访问共享媒体相关的信息的时隙。

29，权利要求27的方法，其中所述多个功能间隔包括这种功能间隔，其具有用于每一个示出了访问共享媒体的需要的站提供与被请求资源相关的信息的时隙。

30.权利要求26的方法，其中所述多个功能间隔包括这种功能间隔，其具有用于每一个具有访问共享媒体的需要的站提供与被请求资源相关的信息的时隙。

31.权利要求26的方法，其中所述多个功能间隔包括这种功能间隔，其具有用于每一个具有访问共享媒体的需要的站传送数据帧的时隙。

32.权利要求26的方法，其中所述对所有当前具有访问共享媒体的需要的站进行操作包括：

使用点协调来控制所述站。

33.权利要求32的方法，其中所述点协调提供了所述站对共享媒体的无争用访问。

34.权利要求32的方法，其中借助一个或多个所述功能间隔为所述点协调提供了与共享媒体相关的业务量需求的资料。

35.权利要求32的方法，还包括：

所述点协调通过所述功能间隔中的站时隙分配来提供与共享媒体相关的访问公平性。

36.权利要求35的方法，其中所述访问公平性为由管理员标识给所述点协调的至少一个站提供了访问优先。

37.一种系统，包括：

共享媒体；

与所述共享媒体耦合的多个站；以及

与所述共享媒体耦合的点协调主机节点，其中可以在所述主机节点上工作的点协调逻辑在每一个超帧间隔控制所述多个站中的站，以便每次执行多个媒体访问功能中的一个媒体访问功能，且在任意站执行所述多个媒体访问功能中的下一个媒体访问功能之前。

38.权利要求37的系统，其中所述多个站中的站包括：

媒体访问控制逻辑，对所述点协调进行响应以便与所述站的标准物理层接口一起使用。

39.权利要求38的系统，其中所述标准物理层接口包括以太网网络接口物理层。

40.权利要求38的系统，其中所述标准物理层接口包括WiFi网络接口物理层。

41.权利要求37的系统，其中所述多个站中的站包括：

协议适配器，其可操作用于使所述点控制的操作对所述站的标准网络适配器透明。

42.权利要求37的系统，其中所述主机节点包括网关。

43.权利要求37的系统，其中所述主机节点包括：

媒体接口，提供用于所述共享媒体的接口；以及

复用器/解复用器功能，提供从所述媒体访问功能的数据功能中组合/分离所述媒体访问功能中的控制功能。

44.权利要求37的系统，其中所述多个站中的站包括：

媒体接口，提供用于所述共享媒体的接口；以及

45.权利要求37的系统，其中所述点协调逻辑包括：

流控制算法，用于控制向所述多个站中的哪些站提供对所述共享媒体的访问。

46.权利要求45的系统，其中所述流控制算法还控制提供给所述站的对所述共享媒体的访问量。

47.权利要求37的系统，其中所述点协调逻辑包括：

帧间距离调整算法，用于在所述超帧间隔内提供可调整的帧间距离。

48.权利要求47的系统，其中所述帧间距离至少部分地根据所述点协调逻辑收集的媒体传播信息来调整。

49.权利要求37的系统，其中所述点协调逻辑包括：

超帧序列调整算法，用于提供与所述超帧间隔相关的所述媒体访问间隔的可调整序列。

50.权利要求37的系统，其中所述点协调逻辑包括：

数据帧保留算法，用于促进与所述多个站中的特定站相关的多个数据帧的保留。

51.权利要求50的系统，其中所述多个数据帧处于连续的超帧间隔中。

52.权利要求50的系统，其中所述多个数据帧处于非连续的超帧间隔中。