CN101317391B - 在网络中管理无争用时间分配的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于在网络(100)中的各站(102A，102B，104A，104B，104C)之间进行通信的方法和相应的系统。所述方法包括：从协调站提供重复的信标传输(402)，用于协调多个站之间的传输；在通过至少一个所述信标传输指定给第一站的时隙期间从所述第一站向第二站进行发送；以及从所述第一站发送信息，该信息许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分(610)期间进行发送。

Description

在网络中管理无争用时间分配的方法和系统
相关申请的交叉引用 
本申请要求2005年7月27日提交的美国专利申请60/702,717和2005年8月2日提交的美国专利申请60/705,720以及2006年1月23日提交的美国专利申请11/337,963的权益，上述申请通过引用并入此处供参考。 
技术领域
本发明涉及网络协议，并且特别涉及在网络中管理无争用时间分配。 
背景技术
各通信站可通过各种接入技术来共享通信媒体。某些接入技术(如载波侦听多址接入(CSMA)技术)包括争用期，在争用期，各站通过检测媒体何时空闲来确定为了传送信号而对媒体的竞争使用。在CSMA技术中，当来自两个或多个站的信号重叠时，有时候会发生“冲突”。某些CSMA技术试图检测冲突并中止传输以减少冲突的负面影响(如CSMA/CD技术)。其他CSMA技术包括某些机制来避免或减少冲突的可能性(如CSMA/CA技术)。例如，可把多个优先级的一种指定给不同的传输。通过使用优先级解析期(Priority Resolution Period)来许可接入，在优先级解析期，各站通知它们要进行传输的优先级，并且只允许最高优先级的传输在争用过程中继续。随机退避(backoff)机制延长各站试图进行传输的时间，因此减少冲突的可能性。 
其他的接入技术(如时分复用(TDM)技术)分配预定的时间间隔，在其间允许某些站使用媒体。特定的站可在分配给该站的时隙内进行传输。利用这些技术，使用同步机制来保证各站在关于它们的时 隙相对于公共时间基准何时出现达成一致。 
发明内容
在一个方面，本发明提供一种在网络中的各站之间进行通信的方法和相应的系统。所述方法包括：从协调站提供重复的信标传输，用于协调多个站之间的传输；在通过至少一个所述信标传输指定给第一站的时隙期间从所述第一站向第二站进行发送；以及从所述第一站发送信息，该信息许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送。 
本发明该方面的实现可结合下述的一个或多个。 
指定给所述第一站的所述时隙包括在其间所述第二站可向所述第一站发送确认信息的时间，该确认信息用于确认从所述第一站向所述第二站的成功信息传输。 
所述第二站获得许可进行发送的所述时隙的所述部分大于所述第二站发送所述确认信息的时间。 
从所述第二站接收到包含在所述确认信息中的请求之后，所述第一站许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送。 
所述确认信息包括用于指出多个信息段的哪些被所述第二站成功接收以及所述多个信息段的哪些应该由所述第一站重新发送的信息。 
在所述时隙的所述部分从所述第二站发送的信息是不同于用来确认从所述第一站至所述第二站的成功信息传输的确认信息的信息。 
指定给所述第一站的所述时隙根据包含在信标传输中的时间基准 来确定。 
所述时间基准包括接收所述信标传输的预定部分的时间。 
根据所述时间基准来确定所述时隙包括基于所述信标传输中的信息确定从所述时间基准测量的所述时隙的起始和结束时间。 
所述第一站向所述第二站发送准许信息，用于规定所述时隙中允许所述第二站进行发送的部分。 
所述时隙的所述部分包括在其间由所述第二站接收所述准许信息的相同时隙的部分。 
所述时隙的所述部分包括在其间由所述第二站接收所述准许信息的所述时隙的后续时隙的部分。 
在相继的信标传输之间把多个不连续的时隙指定给所述第一站，用于向所述第二站进行发送。 
所述时隙的所述部分包括在其间由所述第二站接收所述准许信息的所述时隙的后续时隙的部分。 
所述准许信息包含在从所述第一站至所述第二站的传输的报头信息中。 
从所述第二站接收了包括所请求时间量的传输之后，所述第一站许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送。 
确定可在所述时隙中得到所请求的时间量之后，所述第一站许可 所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送。 
不需要首先从所述第二站接收请求，所述第一站许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送。 
所述第一站指出准许给所述第二站的时间量。 
所述第二站把准许时间的未使用部分退回给所述第一站。 
在指定给所述第一站的所述时隙的所述部分期间从所述第二站传送给所述第一站的信息包括用于维护从所述第一站至所述第二站的数据流的信息。 
在指定给所述第一站的所述时隙的所述部分期间从所述第二站传送给所述第一站的信息包括所述第一站用于准备待传送给所述第二站的信号而使用的适配信息。 
所述适配信息包括用于指明要分别用于所述信号中多个载波的每个的调制类型的映射。 
在指定给所述第一站的所述时隙的所述部分期间从所述第二站传送给所述第一站的信息包括用于确认从所述第一站至所述第二站的成功信息传输的确认信息。 
该方法还包括：响应于未从所述第一站接收到所述第二站可在指定给所述第一站的时隙期间进行发送的许可，根据所述第二站从所述协调站接收的各信标传输的至少一个，在基于与其他站的争用而分配的时隙期间，从所述第二站向所述第一站进行发送。 
在基于由所述第一站从所述协调站接收的至少一个所述信标传输 而确定的时隙期间从第一站至第二站的发送包括：在所述第一站和第二站其中之一或两者没有成功接收最近信标传输之后，在基于所述最近信标传输之前的信标传输中包含的信息确定的时隙期间，从所述第一站向所述第二站进行发送。 
在本发明的许多优点(其中一些仅在某些它的不同方面和实现中得到)之中包括下述一些。 
本发明使得各站能够在各种电力线环境中可靠工作并具有较高数据速率。本发明提供信道适配机制，可用在电力线通信系统(power linecommunication system)以及其他受周期性变化信道损伤影响的媒体。本发明可提供较高等级的有保证的服务质量(QoS)。本发明通过使发送站把它的配给时间的一些许可给接收站而使得无争用时间分配得到更有效的利用。 
从已分配时隙得到的许可时间使得接收站可发送不同于确认信息的信息。例如，指定给第一站的时隙可包括第二接收站向第一站发送用来确认从第一站至第二站的成功信息传输的确认信息。反向许可过程在无需得到特定许可的情况下可保持接收站发送这种确认信息的能力，并且提供一种方法使得接收站可获得发送进一步信息的许可。 
本发明的其他特征和优点将在详细的说明书、附图和权利要求书中描述。 
附图说明
图1是网络配置的示意图。 
图2是通信系统的方框图。 
图3是信标周期的时序图。 
图4是各调度(schedule)的图示。 
图5利用AC线循环波形周期示出噪声变化的例子。 
图6是反向准许过程的时序图。 
具体实施方式
本发明有许多的可能实现方式，不可能一一在此叙述。下面介绍一些优选的实现。但是，还需要强调，这里的说明是本发明某些实施的描述，而不是本发明的描述，本发明不限于下面所描述的详细实现，而是由权利要求书在更广的范围描述。 
系统概述 
如图1所示，网络配置100为若干通信站(如计算机设备或影音设备)提供共享的通信媒体110，使得可相互通信。通信媒体110可包括一种或多种类型的物理通信媒体，如同轴电缆、无屏蔽双绞线或电力线(power line)。网络配置100还可包括如桥接器和转发器等设备。各通信站利用预定的物理(PHY)层和媒体访问控制(MAC)层通信协议来相互通信。根据开放系统互连(OSI)网络体系结构标准，MAC层是数据链路层的子层并提供至PHY层的接口。通信配置100可具有任何类型的网络拓扑结构(如总线形、树形、星形、网状等)。各通信站根据请求相互通信，所述请求来自运行在相应站的硬件上的软件应用。 
在所使用的特定通信协议方面，各站可以有差异，但如果这些协议是兼容的，则仍然能够相互通信。例如，网络配置100包括第一类型的通信站以及第二类型的通信站，第一类型的通信站含有使用第一MAC层协议“MAC-A”的站102A、102B、102C，第二类型的通信站含有使用第二MAC层协议“MAC-B”的站104A和104B。MAC-A协议和MAC-A协议相互兼容，并且还使用相同的或至少兼容的PHY层协议(如一个站使用MAC-A协议和PHY-A协议，并且另一个站使用MAC-B协议和PHY-B协议，其中PHY-A和PHY-B实现兼容的信号调制格式)。 
可使用同时存在的多种MAC层协议，例如，使得能够改进MAC层的容量和/或性能，同时还允许使用新MAC层协议的各装置与网络配置100中可能存在的使用较老MAC层协议的原有装置兼容。在某些实现中，双模(DM)装置可与原有的使用第一协议的单模(SM)装置通信，并且可与使用第一协议或第二协议的其他DM装置通信。要使用的协议可按照在网络设置时或当装置加入到该网络中时确定的通信模式来设置。例如，站104A和104B包括使用MAC-A的网络接口模块108。依据所确定的通信模式，站102A、102B和102C包括可使用MAC-A或者可使用MAC-B的网络接口模块106。 
由不同类型装置(如DM装置和SM装置)使用的协议层(或“协议栈”)之间的差异的例子是“中央协调者”(CCo)站的使用。所述CCo是通信站，被选择用来对网络配置100中的至少某些其他站提供某些协调功能。在单个CCo协调下操作的站的集合被称作基础业务集(BSS)。CCo执行的功能包括：当站加入到BSS时对该站的认证，为站提供标识符，以及媒体接入的调度和定时。例如，CCo广播重复的信标传输，据此，该BSS中的各站可确定调度和时序信息。这种信标传输包括载有各站为协调通信而使用的信息的字段。尽管每个重复的信标传输的格式是类似的，但在每个传输中内容通常是变化的。信标传输近似周期性重复，并且，在某些实现中，与通信媒体110的特性相协调。在某些情况下，可使用代理协调者(PCo)来管理对CCo“隐藏”的各站(如不能从CCo可靠接收信号的各站)。 
在MAC-A和MAC-B协议实现的接入技术方面也可能存在差异。例如，在一种情形下，MAC-A协议使用第一接入技术，MAC-B协议与第一接入技术兼容并提供第二接入技术。MAC-A协议使用带有免冲突的载波监听多路访问(CSMA/CA)技术来接入网络配置100。MAC-B使用混合方法，该方法包括在其中使用时分多址(TDMA)技术的无争用时段(CFP)，以及可选择地包括在其中使用CSMA/CA技术的争用时段。由CCo调度和管理无争用时段以对运行在装置上的特定应用(如 音频和/或视频应用)提供改进的业务质量(QoS)。其他MAC协议可使用这些或其他接入技术的任何一种或某种组合。 
在某些实现中，当网络配置100包括表现出变化的传输特性的通信媒体100时，网络接口模块使用包括可改进性能的特征的协议。例如，当通信媒体110包括室内的AC电力线，可选的耦接到其他媒体(如同轴电缆线)，由该通信媒体110提供的任何两个站之间的通信信道可表现出噪声特性和频率响应的周期性变化。 
在存在变化信道特性的情况下，例如电力线噪声，为了改进性能和QoS稳定性，CCo利用AC线频率(如50或60Hz)来同步信标传输。由于发电厂和本地的噪声以及负载改变，通常存在AC线循环的相位和频率的变化。这种同步使得可相对于信标传输中的时间基准对各站分配时隙，从而使用为AC线循环的特定相位区优化的一致信道适配。CCo还利用信标传输提供信息，包括可由各站使用的时间戳，用于相对于位于该CCo的主网络时钟来同步局部时钟。 
减轻由变化信道特性所引起的损害的另外方面涉及使用鲁棒的信号调制格式，如正交频分多路复用(OFDM)，也称作离散多频(DMT)。OFDM是一种扩频信号调制技术，其中可用的带宽被划分成若干窄带的低数据速率信道或“载波”。为了获得高频谱效率，各载波的频谱重叠并相互正交。数据按符号的形式传输，所述符号具有预定时长并包含若干数量的载波。在这些载波上传送的数据可按振幅和/或相位调制，利用诸如二相相移键控(BPSK)、四相相移键控(QPSK)或m位正交调幅(m-QAM)的调制模式。 
PHY层通信系统体系结构 
各种通信系统体系结构的任何一种都可用来实现网络接口模块的部分，该接口模块在数据与通过通信媒体传输的信号波形之间做转换。在站上运行的应用按段(segment)向该网络接口模块提供数据并且按 段从该网络接口模块接收数据。“MAC协议数据单元”(MPDU)是信息的段，包括附加信息和MAC层要求PHY层传输的有效负载字段。根据待传输数据的类型，MPDU可具有各种格式的任何一种。“PHY协议数据单元(PPDU)”是指用来表示经电力线传输的MPDU的经调制的信号波形。 
在OFDM调制中，数据是按OFDM“符号”的形式传输的。每个符号具有预定的时长或符号时间Ts。每个符号根据N个正弦载波波形的重叠生成，这些波形相互正交并形成各OFDM载波。每个载波具有从符号开头测量的峰值频率fi和相位Φi。对这些相互正交的载波的每个，整数个正弦波形周期包含在符号时间Ts。等价地，每个载波频率是频率区间Δf＝1/Ts的整数倍。可独立地选择所述载波波形的相位Φi和振幅Ai(依照适当的调制方式)，而不影响所得到的调制波形的正交性。这些载波占用称作OFDM带宽的频率f1和fN之间的频率范围。 
是使用PHY-A协议，还是使用PHY-B协议，据此，可以有两种类型的PPDU结构。例如，PHY-B信号可使用较密的OFDM载波频率区间和相应较长的符号。 
参见图2，通信系统300包括发射机302，用于通过通信媒体304向接收机306传送信号(如OFDM符号序列)。发射机302和接收机306可都结合在每个站的网络接口模块中。通信媒体304可表示从一个装置经电力线网络至另一个装置的路径。 
在发射机302，实现PHY层的模块从MAC层接收MPDU。该MPDU被传送给解码器模块，以执行诸如加扰(scrambling)、纠错编码和交错(interleaving)等处理。 
经编码的数据被馈送至映射模块322，映射模块322根据用于当前符号的星座图(如BPSK，QPSK，8-QAM，16-QAM星座图)来取数据比 特的组(如1、2、2、3、6、8或10比特)，并且把这些比特所表示的数据值映射到当前符号的载波波形的同相(I)和正交相(Q)分量的对应振幅。这导致每个数据值与对应的复数Ci＝Aiexp(jΦi)相关联，复数的实部和虚部分别对应于具有峰值频率fi的载波的I分量和Q分量。作为替换，可使用任何能把数据值关联至调制载波波形的适当调制方式。 
映射模块322还判定系统300使用OFDM带宽中的载波频率f1、…、fN中的哪个来传送信息。例如，可避开某些经历衰落的载波，并且不在这些载波上传输信息。映射模块对该载波使用带有来自伪噪声(PN)序列的二进制值的相关BPSK调制。对于辐射功率的媒体304上对应于受限带宽(如业余无线电带宽)的某些载波(如载波i＝10)，在这些载波上不传输电能(如A10＝0)。映射模块322还可根据“音调映射(tone map)”确定待用于每个载波(或音调(tone))上的调制的类型。如下面信息描述的，所述音调映射可以是默认音调映射，或者是由接收站确定的定制音调映射。 
反向离散傅立叶变换(IDFT)模块324执行由映射模块322确定的N个复数(其中一些对不使用的载波是零值)的结果集到N个具有峰值频率f1、…、fN的正交载波波形的调制。经调制的载波通过IDFT来组合以形成离散时间符号波形S(n)(对采样率fR)，这可写成： 
公式(1) S ( n ) = Σ i = 1 N A i exp [ j ( 2 πin / N + Φ i ) ]
其中时间标号n从1至N，Ai和Φi分别是具有峰值频率fi＝(1/N)fR 的载波的振幅和相位，并且 j = - 1 . 在某些实现中，该离散傅立叶变换对应于快速傅立叶变换，其中N是2的乘方。 
后处理模块326把连续(可能重叠)符号序列组合成“符号集”， 该符号集可作为连续块通过通信媒体304来传输。后处理模块326对该符号集前置前导码，用于自动增益控制(AGC)和符号时序同步。为了减轻符号间和载波间的干扰(如由于系统300和/或通信媒体304的不完善而出现的干扰)，该后处理模块326可利用循环前缀来扩展每个符号，所述循环前缀是该符号的最后部分的副本。后处理模块326还可执行其他的功能，如对符号集中的符号子集应用脉冲整形窗口(如利用升余弦窗口或其他类型的脉冲整形窗口)以及重叠符号子集。 
模拟前端(AFE)模块328把含有连续时间(如经低通滤波的)形式的该符号集的信号耦接至通信媒体304。经通信媒体304的连续时间形式的波形S(t)的传输效果可通过与表达经该通信媒体的传输的脉冲响应的函数g(τ；t)的卷积来表示。通信媒体304可能添加了噪声n(t)，这可能是随机噪声和/或干扰机(jammer)发出的窄带噪声。 
在接收机306，实现PHY层的模块从通信媒体304接收信号并产生用于MAC层的MPDU。AFE模块330联合自动增益控制(AGC)模块332和时间同步模块334操作，从而把采样的信号数据和时序信息提供给离散傅立叶变换(DFT)模块336。 
在去除循环前缀之后，接收机306把采样的离散时间符号馈送到DFT模块336，以提取表示编码数据值的N个复数的序列(通过执行N点DFT)。解调器/解码器模块338把这些复数映射至对应的比特序列并执行比特的适当解码(包括解交错和解加扰)。 
包括发射机302或接收机306中的各模块的通信系统300的任何模块可用硬件、软件或硬件与软件的组合来实现。 
信标传输 
网络中各个站可产生规则的信标传输用于不同的用途。从CCo至BSS中每个站的重复信标传输被称作中央信标(CB)传输。在各CB 传输之间的时间段，所述各站可相互通信，假定任何两个通信站之间的电力线信道特性允许这样做。 
CB传输的一个主要功能是运送媒体分配(或调度)信息。这种调度信息把各CB传输之间的一些时间分配成争用时段，在争用时段，各站要竞争接入电力线媒体。调度信息还分配无争用时段，在无争用时段，把时隙指定给特定站用于接入到电力线媒体。 
如下面详细描述的，CB传输相对于AC线循环同步，使得各CB传输之间的时间(或“信标周期”)基于基础AC线循环频率。根据诸如零交叉的电力线波形的可检测特征，按固定的时间间隔来传输CB，由此可以把CB传输同步到AC线循环。信标周期可被设置成AC线循环周期一半的任何倍数，例如，通过等待给定数量的零交叉。 
在某些情况下，希望增大信标周期，使得可通过降低在CB传输中发送“附加信息”所占的时间百分比来更有效地使用媒体。还存在与各站的传输相关联的附加信息。还可能希望让信标周期尽可能小，从而在给定的时间长度提供期望数量的传输时机。既要使附加信息量低，也要使传输时机之间的时延低，因此，根据这二者之间的权衡来选择信标周期。例如，在某些实现中，选择信标周期是AC线循环周期的两倍。在这种情况下，当在60Hz的AC线循环频率的电力线环境中工作，信标周期可以近似是33.33毫秒。当在50Hz的AC线循环频率的电力线环境中工作，信标周期可以近似是40毫秒。由于AC线循环频率的变动，会发生信标周期的改变。 
图3示出示例性信标周期400的结构，信标周期400由信标区402跟随争用区404和保留区406组成。可选地，信标区402可按任意次序跟随任意数量的争用区和保留区。争用区404是一段时间，在该时间段中，各站可竞争许可以利用诸如CSMA/CA的共享媒体访问协议进行传输。 
保留区406包括无争用时段(CFP)408，CFP 408包括指定由预定站使用的时隙(如使用TDMA协议)。对参与站的每个，可把CFP 408划分成连续的时隙。作为替换，CFP 408可被划分成会话，每个会话再对每个参与站划分成时隙。因此，在CFP 408期间，某个站可被分配多个时隙。 
争用区404和保留区406中的CFP 408是“持久的”，因通常它们在多个信标周期保持有效。这种持久调度的时间使得由于某种原因错过信标周期的站可使用以前存储的调度信息，如下面详细描述的。保留区406还包括不保证对多于一个的时段有效的“非持久”时段410。这种非持久调度时间使得可对紧急时隙分配请求做快速响应，以及有时间用于网络维护活动。例如，非持久时段410可包括时隙用于某个站转而传送用来设置和维护网络的发现信标(Discover Beacon)。在需要时，非持久时段410可使用争用接入和无争用接入二者之一或者两者。在这里的例子中，非持久时段410包括非持久争用区410A和非持久无争用“额外分配”会话410B。 
信标区402是分配给CCo用来向BSS中的各站广播CB传输的时间。利用包括前置码、帧控制字段和信标有效负载的OFDM波形来发送CB传输。在这个例子中，CB传输的开始420(并且因此信标区402的开始)按与零交叉的预定偏移Δ同步到AC线循环。信标有效负载运送各站用来确定保留区和争用区时序的信息。在这个例子中，一个争用区404紧随信标区402。如果提供一个或多个保留区，也可在信标周期400提供另外的争用区。 
描述信标周期中时隙分配的信息在一个或多个信标项(BENTRY)内的信标有效负载中广播。网络中的各站使用这种信息来协调带宽的共享。信标有效负载运载三种类型的调度信息： 
·信标区信息 
·持久调度信息 
·非持久调度信息 
信标区信息在区BENTRY中运载。这种BENTRY包含保留区406和争用区404的时长。在保留区404中的持久CFP 408期间或在非持久时段410期间可发生对无争用接入的传送站的时隙分配。 
持久CFP调度信息在持久调度BENTRY中运载。提供持久CFP调度，由传送站用来请求有保障的QoS。在每个信标周期，这些传送站获得足够量的时间来递送它们的数据并满足它们的丢失率和时延要求是很重要的。例如，对某个站指定足够量的时间，使得可包括时机来传送丢失的数据并且依然满足或超过成功传输之间的最小时延。由于可能站会错过CB传输，这种调度是持久的。 
持久调度BENTRY具有两个字段，用于解释调度信息的持久性： 
·当前调度倒计数(CSCD) 
·预览调度倒计数(PSCD) 
如果调度没有改变，则调度信息反映当前调度和预览调度倒计数是零。在这种情况下，当前调度倒计数指出那些假定当前调度对它们有效的信标周期的最小数量。当前调度倒计数的值应该不小于先前的当前调度倒计数的值减1。按这种方式，错过信标的站可以知道它们还可以使用它们具有的当前调度信息多长时间。 
当调度改变，把预览调度倒计数置成非零值。该值指出该调度信息是新调度(不是当前调度)以及何时该新调度生效。在这种情况下，当前调度倒计数是新调度当生效时在第一信标周期期间它的当前调度倒计数将具有的值的预览。当前调度倒计数的值在这种情况下是预览值，并且不应该从它的初始值发生改变。按这种方式，错过CB传输的站将知道何时它们可以使用它们具有的新调度信息以及这些信息将会 在多长时间内有效。这种方法允许新调度的若干复本，以保证所有的站具有相关信息，即使当新调度生效时在信标周期期间某些站错过CB传输。 
图4示出了调度改变的例子。调度信息图500示出由CCo发送的CB传输的BENTRY中的PSCD和CSCD的值。当前调度图502示出了两个调度即调度A和调度B的哪一个在给定信标周期期间是有效的。起初，调度A是有效的。在信标周期2，CCo确定调度应该改变到调度B。因此，从信标周期3开始，该CCo包括含有调度B的BENTRY，调度B具有为该调度所图示的PSCD和CSCD的值(图4中遮蔽了预览的调度)。尽管CCo具有在单独的BENTRY中传送调度A以及调度B的选项，但已不需要传送调度A。 
一旦CCo已经在信标周期3中宣告调度B，可由新的调度C替换调度B的最早信标周期是信标周期11。这是因为尽管调度B的PSCD是非零的，但该CSCD是CSCD将在B为当前调度时的第一信标周期(信标周期6)中的值的预览。由于CCo选择预览值4，调度B必须是5个信标周期的当前调度。 
响应来自站的请求，或者在没有站的明确请求的情况下，CCo可以更新调度，包括更新分配给站的时隙的大小。例如，CCo可以根据通过监视各站之间经共享通信媒体的传输而获得的信息来更新调度。CCo可调整时隙来说明由于通信媒体改变而造成的信道容量变化，或说明信道使用情况的变化。 
CCo能够确定各种传输特性变化的一种方式是通过读取传输的报头字段中的信息。例如，报头字段可指出等待传输的挂起数据的数量，或者表示在给定时间量(如1微妙)所传送用户数据比特(如，排除了特定的附加数据)数量的“比特负载估计”。CCo使用这些字段来确定是增加还是减少持久和/或非持久调度。 
CCo还可以响应所检测的变化，如站之间链路上增长的差错率。例如，某个站可能正通过使用具有较高差错率的调制提高数据速率，这种差错率不能通过增加的数据速率来补偿。CCo可以改变调度，给那些看来需要更高数据速率的站更多时间，或优化全局特性，如总网络吞吐量。 
调度信息的持久性改进了可靠性，但降低了对紧急需求的响应性(responsiveness)。在CFP 408期间请求用于传输的增加时间的站可在宣告新调度(B)的相同信标周期(3)把它的请求传送给CCo。这要求该发送站在可以广播修订的调度(C)之前等待所宣告的调度(B)生效。修订的调度(C)在它变成有效之前必须倒计数，因此可以强制发送站在它可得到它所需要的附加CFP时隙之前等待几个信标周期。 
非持久的调度信息指出在额外分配会话410B期间对哪些站分配了时隙用于满足更多传输时间的紧急请求。传送站必须接收CB传输来使用在信标周期中给定的任何额外分配时隙，这使得额外分配时隙不如持久CFP 408时隙可靠。 
允许具有常规CFP 408时隙分配的发送站如调度定义的那样在它的起始时间开始它的传输，并且应该如调度定义的那样在其结束时间结束的它的传输。如果发送站没有接收CB传输，但发送站具有当前有效的调度信息(由于调度持久性)，在它的分配的时隙期间，它可以开始它的传输。 
指定给发送站的CFP 408时隙包括MPDU的传输之后的时间，在此期间，依照选择性重复字段重发请求(SR-ARQ)方法，接收站(可多个)可发送选择性的确认(SACK)。每个表示MPDU的PPDU波形包括独立加密的前置码、帧控制字段和由多个段构成的有效负载或PHY块(PB)。所述前置码和帧控制字段一起被称作帧开始(SOF) 定界符。每个PB包含在它自己的FEC块中。MPDU可包含可变数量的FEC块，这取决于数据速率和有效负载时长。响应于单个MPDU，可发送SACK，或者在响应时利用单个SACK来发送多个MPDU(如4个)的突发。 
例如，在分配给发送站的时隙内，该站可发送多个PPDU，每个PPDU持续该接收站对给定信道适配指定的时间间隔。每个PPDU包括可由接收方使用的SOF定界符，用于为一致解调而估计在该适配时间间隔内的相位和振幅变形。尽管时隙内单个的长PPDU可具有较少的附加信息，传送多个PPDU可使得每个PPDU使用不同适配并提供更精确的相位和振幅变形估计，变形在每个适配时间间隔可能变化。但是，可使用单个SACK来确认时隙内的所有MPDU。 
SACK格式提供对四种SACK类型(SACKT)字段的支持(在四个MPDU的突发中，每MPDU一个)。SACKT指出究竟是下述结果的哪一种： 
·在相应MPDU中的所有PB都正确接收(SACKT＝0b00)， 
·相应MPDU中的所有PB都有差错地接收或者没有检测该相应的MPDU(SACKT＝0b01)，或 
·在相应MPDU中发现好的和坏的PB的混合(SACKT＝0b11)。在这种情况下，提供SACK信息字段(SACKI)。该字段包含位图，指出该MPDU内每个PB的接收状态。 
线循环同步 
如上所述，可使用各种技术以适应共享通信媒体的变化的信道特性。对于使用没有CCo的通信协议来通信的各站，如MAC-A协议，通过站中的与其他站的信道适配装置交互的信道适配装置，可对周期性变化信道的多个相位区域的每个指定不同的信道适配，如2004年2越26日提交的、名称为“Channel Adaptation Synchronized to PeriodicallyVarying Channel”、申请号10/787,544为的美国专利申请所描述的，该 申请通过引用并入此处供参考。对于使用带有CCo的通信协议来进行通信的各站，如MAC-B协议，信道适配可以基于把信标传输同步到周期性变化的信道。然后各站可根据接收的信标传输来执行信道适配，无需每个站去直接检测周期性变化信道的相位。 
通过让CCo利用数字锁相回路(DPLL)或等效装置来跟踪AC线循环中的特定点而达到线循环同步。利用CCo上的滤波器或数字锁回路可有助于消除AC线循环相位测量中的噪声事件或抖动(jitter)。CCo还可使用其局部跟踪历史来预测信标传输的未来位置，并在信标调度中把这种预测通告给所有站。为了保证具有持久分配的站可进行传送，即使当没有检测到CB传输，CCo在信标有效负载内提供有关未来CB传输的位置的信息。 
时钟同步 
CCo包括网络时钟(Network Clock)，该时钟用于对BSS中的各站提供分布式时间基准。CCo在CB传输中传送由网络时钟产生的时间戳。例如，时间戳可以是来自计数器的32位值，该计数器随着CCo的25MHz网络时钟的沿(如上升沿)递增。网络的所有时序，包括信标周期和调度，可从网络时钟导出。每个站把局部时间基准(如数字锁相回路)同步到网络时钟。CB传输的传输开始(如前置码的开始)接近时间戳值(如在小于微秒的范围)发生。 
在各站之间，使用网络时钟来同步PHY层信令，从而可消除载波间的干扰，而无需高精度的各时钟。例如，尽管站上的局部时钟足够精确，可对具有200kHz载波区间的采样PHY-A信号提供精确的样本时间，但当用来采样仅具有25kHz载波区间的PHY-B信号时，局部时钟可能引起载波间的干扰。较密的载波区间对应于较长的符号和用于导致采样误差的传送站时钟和接收站时钟之间频率误差的更多时间。其他信号特性也会影响信号对于采样误差的敏感性。例如，较高等级的调制(如16-QAM对4-QAM)通常具有更严格的时序容限。采样误 差的结果可能导致各载波不再严格正交。较之低频载波，这种采样误差可能更影响高频载波。 
用于确定采样时间的PHY层时钟可能比根据时间戳同步到网络时钟的局部时钟更快。在某些实现中，PHY层时钟是75MHz，并根据局部的25MHz时钟调整。例如，如果跟踪网络时钟的局部时钟按10个百万分率(ppm)调整(相对于25MHz)，则PHY层时钟也按10ppm调整(相对于75MHz)。 
信道估计 
信道估计是测量电力线信道的特性以适应PHY层的操作从而提供优化性能的处理。 
信道估计可包括： 
·选择音调映射(Tone Map)，音调映射用来指定用在每个载波上的调制方法。在信标周期内任何给定的载波可在不同时间使用不同的调制。 
·选择FEC率。 
·选择保护区间长度。 
·选择信标周期内的区间，在该区间中应用特定音调映射、FEC率和保护区间设置。 
在AC线循环周期中，FEC率和保护区间长度可能变化，但在给定的时间对所有载波是相同的。 
把信道估计的结果报告给CCo，用于在CFP中分配时隙。CCo可对发送站和接收站之间的通信分配时间以执行信道估计。CCo然后可以使用这种信道估计信息来确定或更新CFP中分配给各站的时隙的调度。 
在CP和CFP之间，信道估计的过程可能略有不同。在CP中，接 收站可指定发送站在该CP的任何处可使用的默认音调映射(ToneMap)。接收站可以有选择地定义在信标周期的特定区间期间在CP可使用的附加音调映射。这种方法使得发送站可利用音调映射调制的数据快速开始通信，并且避免CSMA接入过程和用于CP的信道估计过程之间的复杂交互。这种方法很适合尽力服务数据(best effort data)的传输。作为替换，接收站可指定应用特定信道适配的信标周期内的区间，无需考虑传输是在CP内还是在CFP内。 
在CFP中发生数据通信之前，接收站定义在其中调度传输的信标周期的区间中有效的音调映射。如果在区间中没有定义有效音调映射，发送站在该区间中传送“SOUND MPDU”，直到接收站为该区间定义音调映射。SOUND MPDU包括接收站知晓的信号，根据该信号，接收站可估计信道的特性。接收站定义音调映射，其中针对该载波频率的信道的特性来裁制对载波的调制。除了信道特性，接收站还可以根据待传送数据的类型来定义音调映射(如对于那些对数据丢失更敏感的应用，定义更鲁棒的调制)。利用信道估计响应(CER)消息把音调映射传送给发送站。 
作为替换，如果在区间中没有定义有效音调映射，发送站可使用默认的音调映射，该默认音调映射具有可成功传送的足够冗余，即使假定最坏情况的信道特性。如果发送站只具有相对少量的数据要发送，这种默认的音调映射更合适。 
信道估计过程还包括某些机制来维护信标周期内可使用每个音调映射的各区间的列表。音调映射区间被定义成可使用特定音调映射的信标周期内的时间段。因CCo把信标周期锁定至AC线循环，各区间同步到AC线循环。 
电力线上的信道和噪声特性往往呈现基础AC线循环的周期性。在某些情况下，这些质量减损按图5所示的AC线循环的频率的两倍(如 100或120Hz)发生，而在另外的情况下，它们可能按与AC线循环相同的频率发生(如相应于AC线波形极性的噪声源)。由于不同的接入机制和QoS要求，在CP和CFP中发生的区间可不同地处置。 
接收站规定可在其中使用各音调映射的各区间，这受限于包括下述的特定准则： 
·CP默认音调映射可用于争用期的任何处。 
·除默认音调映射之外，各区间不相交(不重叠)。 
·发送器可不利用不同的音调映射跨区间之间的边界传送带有PPDU有效负载的PPDU。 
·接收器根据指定的音调映射来规定足够大的区间来运载完整的PPDU。 
·当前区间定义利用CER消息来运载。 
·如果从接收站接收最近的CER消息以来经过了30秒的时间段，则当前区间定义变得失效。 
无争用反向许可 
在某些实现中，这些站支持“反向许可(reverse-grant)”过程。该过程允许发送站将它的无争用时间分配的一部分分配给接收站，从而接收站可向该发送站传送数据(如经反向信道)。例如，可使用这种过程向发送站发送更新的音调映射，以响应由接收站所确定的信道特性的改变。 
接收站利用用来发送SACK消息的、在接收站分配时间区间期间发送的消息中的请求反向许可(RRG)字段来启动反向许可过程。RRG字段指出该请求的存在和接收站要发送的块的数量。接收站还在请求反向许可数据类型字段中指出通过反向许可待发送的数据的类型。 
当接收到请求，发送站决定是否接收该请求以及它的时长。发送站通过传送许可信息来用信号通知准许反向许可。例如，发送站设置 下一个PPDU传输的SOF定界符中的RGLEN字段。该RFGLEN字段规定可能在该反向许可时间分配中传送的PPDU的最大帧长(FL_AV)。反向许可时间分配可发生在传送许可信息的相同信标周期，或者在后续的信标周期。如果反向许可发生在后续信标周期，持久调度信息使得可使用反向许可分配，即使发送站或接收站错过对应的CB传输。 
图6示出了反向许可过程的例子。在该例子中，站A利用CFP向站B发送数据。站B通过在SACK消息600中把RRG字段设置成指出数据的请求量的值(如RRG＝10指出一个PB)来启动反向许可。站A的响应时间使得它不能在包含该请求的SACK消息之后立刻许可SOF定界符帧控制字段中的请求。在这种情况下，站B在下一个SACK消息602中重复该请求，并且站A在后续的SOF定界符604中许可该请求。站A通过在SOF定界符604的RGLEN中设置最大可允许帧长“len”来发信号通知该许可。 
当接收了指出反向许可被允许的数据，站B传送SACK 606以确认数据被接收。然后站B在反向许可时段610传送具有RGLEN＝00的SACK，跟随待发送的期望数据，直到达到长度“len”。站A传送SACK 612以响应该SOF，结束该反向许可时段610。站A恢复常规的SOF定界符跟随有效负载数据的传输，并且站B传送SACK PPDU作为响应。作为替换，在SACK响应610或612中传送的信息可包括在后续的SOF中，以消除对不同的SACK响应的需要。 
对这些反向许可过程的改型也是可能的。发送站可进行主动反向许可；例如，发送站在没有首先从请求反向许可的接收站接收RRG的非零值的情况下，可把RGLEN设置成非零值。如果接收站不需要使用在主动反向许可中准许的这个时间段，接收站可把该时间退回给发送站。例如，接收站可向发送站传送消息指出许可时间的剩余部分可由发送站使用。对于本发明来说，与上述不同的其他改进也在本发明的范围之内，本发明由权利要求书来定义。 

Claims (29)

1.一种在网络中的各站之间进行通信的方法，该方法包括：
从协调站提供重复的信标传输，用于协调多个站之间的传输；
在通过至少一个所述信标传输指定给第一站的时隙期间，从所述第一站向第二站进行发送；以及
从所述第一站发送许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送的信息。
2.如权利要求1所述的方法，其中指定给所述第一站的所述时隙包括所述第二站可向所述第一站发送确认信息的时间，该确认信息用于确认从所述第一站向所述第二站的成功信息传输。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第二站获得许可从而可进行发送的所述时隙的所述部分大于所述第二站发送所述确认信息的时间。
4.如权利要求2所述的方法，其中，从所述第二站接收到包含在所述确认信息中的请求之后，所述第一站许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述确认信息包括用于指出多个信息段的哪些被所述第二站成功接收以及所述多个信息段的哪些应该由所述第一站重新发送的信息。
6.如权利要求1所述的方法，其中在所述时隙的所述部分从所述第二站发送的信息是与用来确认从所述第一站至所述第二站的成功信息传输的确认信息不同的信息。
7.如权利要求1所述的方法，其中指定给所述第一站的所述时隙根据包含在信标传输中的时间基准来确定。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述时间基准包括用来接收所述信标传输的预定部分的时间。
9.如权利要求7所述的方法，其中根据所述时间基准来确定所述时隙包括基于所述信标传输中的信息来确定从所述时间基准测量的所述时隙的起始和结束时间。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述第一站向所述第二站发送准许信息，用于规定所述时隙中允许所述第二站进行发送的部分。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述时隙的所述部分包括所述第二站在其间接收所述准许信息的相同时隙的部分。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述时隙的所述部分包括所述第二站在其间接收所述准许信息的所述时隙的后续时隙的部分。
13.如权利要求10所述的方法，其中在相继的信标传输之间把多个不连续的时隙指定给所述第一站，用于向所述第二站进行发送。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述时隙的所述部分包括所述第二站在其间接收所述准许信息的所述时隙的后续时隙的部分。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述准许信息包含在从所述第一站至所述第二站的传输的报头信息中。
16.如权利要求1所述的方法，其中，从所述第二站接收了包括所请求时间量的传输之后，所述第一站许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送。
17.如权利要求16所述的方法，其中，确定在所述时隙中所请求的时间量可用之后，所述第一站许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送。
18.如权利要求1所述的方法，其中，不需要首先从所述第二站接收请求，所述第一站许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第一站指出准许给所述第二站的时间量。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述第二站把准许时间的未使用部分退回给所述第一站。
21.如权利要求1所述的方法，其中，在指定给所述第一站的所述时隙的所述部分期间从所述第二站传送给所述第一站的信息包括用于维护从所述第一站至所述第二站的数据流的信息。
22.如权利要求21所述的方法，其中在指定给所述第一站的所述时隙的所述部分期间从所述第二站传送给所述第一站的信息包括所述第一站用于准备待传送给所述第二站的信号而使用的适配信息。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述适配信息包括用于指明要分别用于所述信号中多个载波的每个的调制类型的映射。
24.如权利要求21所述的方法，其中在指定给所述第一站的所述时隙的所述部分期间从所述第二站传送给所述第一站的信息包括包括用于确认从所述第一站至所述第二站的成功信息传输的确认信息。
25.如权利要求1所述的方法，还包括：响应于未从所述第一站接收到所述第二站可在指定给所述第一站的时隙期间进行发送的许可，根据所述第二站从所述协调站接收的各信标传输的至少一个，在基于与其他站的争用而分配的时隙期间，从所述第二站向所述第一站进行发送。
26.如权利要求1所述的方法，其中，在基于由所述第一站从所述协调站接收的至少一个所述信标传输而确定的时隙期间从所述第一站至所述第二站的发送包括：在所述第一站和第二站其中之一或两者没有成功接收最近信标传输之后，在基于所述最近信标传输之前的信标传输中包含的信息确定的时隙期间，从所述第一站向所述第二站进行发送。
27.如权利要求1所述的方法，其中，所述协调站协调所述多个站之间的多个传输，以在相继的信标传输之间的间隔中发生。
28.如权利要求1所述的方法，其中，信标传输向所述多个站分配多个时隙。
29.一种在站之间进行通信的系统，该系统包括：
协调站，构造成用于提供重复的信标传输，用于协调多个站之间的传输；以及
第一站，构造成用于
在通过至少一个所述信标传输指定给所述第一站的时隙期间向第二站进行发送；以及
发送用于许可所述第二站在指定给所述第一站的时隙的至少一部分期间进行发送的信息。
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