CN103460646A - 用于在订户驻地网络中执行频谱管理的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于在包括接入链路和局域链路的网络中根据预定限制来执行频谱管理的方法，所述接入链路和所述局域链路有干扰地耦合，所述方法包括：量化在所述接入链路和所述局域链路之间的干扰；确定用于在所述接入链路上进行操作的第一发射机的第一频谱配置；以及确定用于在所述局域链路上进行操作的第二发射机的第二频谱配置；其中对所述第一频谱配置的所述确定和对所述第二频谱配置的所述确定被执行，使得所述接入链路和所述局域链路的相应可实现信道容量满足所述预定限制。
Description
技术领域
本发明涉及频谱管理的领域，更具体地，涉及在诸如订户驻地网络的局域网络中应用频谱管理的领域。
背景技术
公知的是将频谱管理应用于无线传输系统并且应用于数字订户线（DSL）系统。订户线在物理上以捆绑的方式共址，其中取决于频率和耦合长度的量的串扰将在通过相应线路行进的信号之间源发。正如无线发射机中的多址或共信道干扰一样，DSL发射机因此必须考虑特定频率限制，以便于使相似或不相似的系统彼此共存。在高级形式的频谱管理中，对多DSL发射机的功率谱密度（PSD）进行协调，以例如实现可用于这些发射机的总比特速率的增加或者甚至降低总功率以满足特定的目标速率。
发明内容
本发明基于下述考虑：订户驻地处局域网（LAN）的存在影响该订户的DSL链路的可操作特性并且受到其影响。因此，本发明的目的在于联合优化接入链路和本地链路的容量和/或功率消耗。
在本发明的第一方面中，提供了一种用于在包括接入链路和局域链路的网络中根据预定限制来执行频谱管理的方法，该接入链路和局域链路有干扰地耦合，该方法包括：对接入链路和局域链路之间的干扰进行量化；确定用于在接入链路上进行操作的第一发射机的第一频谱配置；以及确定用于在局域链路上进行操作的第二发射机的第二频谱配置；其中，对第一频谱配置的确定和对第二频谱配置的确定被执行以使得接入链路和局域链路的相应可实现信道容量满足预定限制。
在根据本发明的方法的实施例中，预定限制包括最大化接入链路和局域链路的相应信道容量的加权和。
在根据本发明的方法的实施例中，预定限制包括最大化接入链路和局域链路的相应信道容量中的较小的信道容量。
在实施例中，根据本发明的方法进一步包括分析网络的拓扑以确定预定限制。
在根据本发明的方法的实施例中，对干扰的量化包括：使第一发射机循环通过活动状态和不活动（passive）状态，以确定在从第一发射机接收到的干扰中的差异；使第二发射机循环通过活动状态和不活动状态，以确定在从第二发射机接收到的干扰中的差异；从在接入链路上进行操作的第一接收机获得第一信息以确定在第二发射机的循环期间接收到的干扰中的差异；以及从在局域链路上进行操作的第二接收机获得第二信息以确定在第一发射机的循环期间接收到的干扰。
这里，基本不活动状态是指在传输带宽的至少一个相关部分上PSD被减少或者被设置为0的状态。
在具体实施例中，第一发射机和第二发射机被包括在客户驻地设备中，对干扰的量化由包括在客户驻地设备中的处理器来控制，处理器可操作地耦合到第一发射机和第二发射机，并且处理器进一步被配置成从第一接收机接收第一信息并且从第二接收机接收第二信息。
在另一具体实施例中，对干扰的量化由网络管理装置来控制，并且网络管理装置被配置成控制第一发射机、第二发射机、第一接收机和第二接收机。
在又一具体实施例中，网络管理装置通过TR-069协议交换来控制第一发射机、第二发射机、第一接收机和第二接收机中的至少一个。
尽管处理器可以驻留在还包括接入网络终止和家用（in-home）网络终止的客户驻地设备中，但是处理器还可以量化来自和去往客户驻地设备外部的接入和家用收发机的干扰。类似地，处理器可以控制客户驻地设备外部的接入和家用收发机的配置。
根据本发明的另一方面，提供了一种被配置用于执行如上所述的方法的计算机程序。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在如上所述的方法中使用的客户驻地设备。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在如上所述的方法中使用的网络管理装置。
附图说明
现在仅通过示例的方式并且参考附图来描述根据本发明的实施例的装置和/或方法的一些实施例，在附图中：
图1图示了可以在其中有利地使用本发明的网络的第一示例性拓扑；
图2图示了可以在其中有利地使用本发明的网络的第二示例性拓扑；
图3图示了具有根据本发明的频谱管理器的示例性网络；以及
图4提供了根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
本领域的技术人员可以理解，对于在本说明书中的家庭网络的任何引用仅仅是示例性的，并且并不意在将本发明的应用范围限制为住宅设置。本发明实际上还可适用于存在接入链路和局域网络链路的其他设置，包括办公室、工业、服务和教育设置。
在附图中示出的收发机的数目仅出于说明的目的来进行选择，并且不以任何方式限制本发明的一般性。关于给定收发机描述的操作可以在必要修正的情况下应用于网络中的其他收发机。
公知的是对数字订户线（DSL）接入系统应用频谱管理。在高级形式的频谱管理中，对多DSL发射机的功率谱密度进行协调，以实现可用于这些发射机的总比特速率的增加。可以容易地在源自公共接入节点（数字订户线接入复用器，DSLAM）的DSL线路之间实现协调，这是因为在该点集中了所有必要信息。因为基于离散多音调（DMT）传输的DSL系统，诸如ADSL、VDSL及其后续发展都允许按音调的功率配置（导致频率解耦（decoupling）的优化问题），并且因为这些系统使用可以在线路之间同步（导致进一步解耦的优化问题）的250μs的固定符号持续时间，所以这些系统特别适用于高级频谱管理。
公知的是用于在诸如HomePlug AV、G.hn和IEEE P1901的家庭网络（HN）中使用的特定LAN通信技术与DSL运营商使用的双绞线相互干扰，这是因为它们共享频谱的一些部分。
例如，G.hn技术可以使用从接近于DC到高达100MHz的频带，而VDSL2仅被限制为30MHz。由于相互干扰而导致铜线接入链路的可到达数据速率降低了20%到50%。由于下游发射机和家庭网络发射机之间的远近效应而导致的下游方向上的特别显著的问题是：在客户驻地处接收到的DSL DS信号已经被衰减了取决于客户驻地设备（CPE）和接入节点之间的距离的特定量。
由于通常间断地进行传送的家庭网络设备感生的瞬时噪声而导致不仅DSL线路的速率受到影响，而且线路的稳定性也受到影响。
另一方面，对于在例如[0,30]MHz的减小的频带上进行操作的一些遗留家庭网络技术，由DSL感生到家庭网络链路中的串扰可能限制家庭网络的容量。
本发明还基于有利于联合优化接入和家用链路的频谱的考虑。然而，本发明还基于基于DMT的DSL系统的频谱管理优点（频率解耦、时间解耦和集中管理）不适用于混合DSL/家庭网络环境的认识。因此，本发明对于接入和家用链路引入了新颖的公共频谱管理器。
例如，在DSL系统之间存在的频率解耦不存在于DSL和家用系统的混合中。DSL在时域中进行滤波的情况下使用DMT，这与频域中的“正弦”函数相对应。载波间隔和滤波使得载波频率位置与所有其他载波的“正弦”函数的零交叉相对应。因此，不同的子信道或音调是正交的，并且一个音调处的发射PSD不会对邻近音调产生显著的载波间干扰。以该方式，DSL中的频谱优化问题在音调上解耦。接入和家用系统使用不同的载波频率，并且这样，优化问题不再在音调上解耦。一种用于克服该问题的方法是通过修改优化架构，使得载波间干扰可以被建模或估计，并且添加到在特定载波上观察到的干扰。这意味着问题陈述可以不再在音调上解耦，造成了较高的处理复杂度。然而，较高的处理复杂度通过小数目的干扰线路得以缓解。尽管在接入环境中，通常数十线路相互干扰，当前问题中的相互干扰的线路的数目限制为一个接入链路以及一个或几个家用链路。因此，由于在音调上耦合而导致的增加的复杂度部分地通过线路数目中的减小的复杂度来补偿。克服在音调上耦合的替代方式是得到在较大带宽范围上的PSD水平，例如，通过有限数目的引导音调优化并且进行插值以确定剩余音调而不是每个音调的PSD。
公共频谱管理器可以驻留在CPE内，该CPE集成了DSL和家庭网络芯片，或者可以是在例如通过TR-069协议与家用设备交流的接入运营商的网络中的独立管理平台的一部分。该协议可以允许对总发射功率以及PSD的形状的特定方面的配置，诸如频谱凹口（notch）的应用等。
针对趋向在DSL接入网络和家用分布网络之间的相互作用，可以考虑两个示例性情境。
在图1中图示的第一示例性情境中，在接入节点或中心局140和客户驻地处的线路终止110之间的DSL接入网络，与家用分布网络120-123进行合作以向用户提供通过服务器160例示的、从广域网（也称为“云”）150内提供的服务。在该情境下，两个网络共享公共目标，并且频谱优化可以用于实现该公共目的。
在第一情境中，因为家庭网络是接入网络的延伸，所以聚集的下游和上游净DSL数据速率（在路径140-110上）应当匹配家庭网络上的净数据速率（在图示的示例中，路由120-121-122）。在功能上，目标在于避免DSL链路或家庭网络中的任何一个出现数据流的瓶颈。
为了完整性，服务器160和广域网150被图示为可操作地连接到接入节点140。明显地，路径160-150-140对端对端服务递送的质量有影响。
可实现的净DSL数据速率取决于环路长度、噪声条件和配置的参数集。在家庭网络中的净数据速率取决于对应的家用参数。二者都取决于相互干扰。
根据本发明的方法包括其中该相互干扰被量化的步骤。这可以通过修改设备的配置并且观察效果来实现。例如，从家庭网络到DSL链路中的串扰可以通过在关闭家庭网络设备（或在相关频率上打凹口）时的静音线路噪声（QLN）或信噪比（SNR）与打开家庭网络设备时的进行比较来量化。这些测量之间的差异提供了来自家庭网络的串扰噪声功率。从DSL线路到家庭网络的干扰可以以类似的方式来获取。
需要的准确度可以允许对本发明的方法的进一步优化。在有利实施例中，足以确定该干扰的上限。
根据家庭联网技术，直接SNR或QLN测量可能是不可用的。尽管如此，在DSL线路被相应地接通和断开（或被打凹口）时，通过读出并且比较吞吐量，即净数据速率，来提供间接测量。
在具有串扰信道状态信息的情况下，对于联合优化步骤可以应用已知的频谱均衡技术。目标可以是最大化DSL和家庭网络链路的最小数据速率和/或最小化功率。该目标用作对于优化过程的预定限制。根据选择的优化算法，这样的频谱均衡可能导致具有与家用或接入发射机的可配置选项一致的格式的、依赖于频率的频谱形状，或者简化的试探式功率回退方案。
当家庭网络技术可以间断地进行传送时，有利地是根据相关家庭网络发射机是否是活动的来存储用于DSL线路的不同的操作简档。这需要获得关于发射机的活动的信息（通过检测，或者通过从家庭网络发射机本身接收预期的信息）并且以非常低的反应时间来切换DSL简档。
在图2所示的第二示例性情境中，在接入节点或中心局140和客户驻地处的线路终止110之间延伸的DSL接入网络提供第一服务，而家用分布网络123-122提供第二（家用）服务，诸如通过与收发机123一起示出的服务器例示的来自家用媒体服务的媒体分发。图2的其他元件与图1中具有相同附图标记的元件相对应。
因此，家庭网络还承载不需要进入（并且不来自）接入网络的数据。在该情境下，频谱优化应当均衡两个网络的竞争目标。
在需要时，可以允许家庭网络的净数据速率高于净DSL数据速率。可以通过例如加权因数来在上述一般频谱优化框架中引入该修改的限制，以平衡竞争目标。加权将与从云到终端设备的端对端链路相比于不同家用终端设备之间的链路的重要性相关。
图3在原理上示出了如何部分地或完全从家庭网络外执行本发明的方法。网络分析器170经由网络150，优选地通过远程配置协议来可操作地连接到接入节点140和客户驻地设备100中的一个或多个。在可应用的情况下，TR-069可以用作远程配置协议。
在不失去一般性的情况下，客户驻地设备100包括用于与DSL线路交互的第一收发机110和用于与LAN交互的第二收发机120。为了执行本发明的方法，客户驻地设备100可以由网络分析器170指令以选择性地激活在各种链路上进行操作的收发机，并且评价如上所述的相互干扰的测量。
客户驻地设备100还可以用作LAN中的其他LAN收发机121-123的代理，其可以被包括在本发明的方法中。为此目的，可能需要客户驻地设备100来中继来自和去往网路分析器170的管理消息，可选地在由网络分析器170使用的协议（例如，TR-069）和在LAN内使用的不同管理协议之间进行转译。
进一步通过图4的流程图图示了本发明的方法。虽然以特定顺序示出了图4中图示的不同过程步骤，但是这并不会暗示所选择的顺序对于执行本发明来说是必须的。如将从下面的描述中清楚的是，在不背离本发明的范围的情况下，特定步骤可以被重新排序或甚至被省略。
本发明的方法的准备步骤（未示出）可以包括确定需要进行的配置的类型以及得到的性能限制，即以上结合第一情境描述的类型的配置或者以上结合第二情境描述的类型的配置。因此，量化在接入链路和LAN链路410之间的相互干扰的步骤可以根据可能的情况而包括检查端对端链路或各个链路中的每一个是否满足预定性能需要的子步骤。
在接下来的一个或多个步骤中，根据已知的频谱分配算法并且根据先前确定的限制来确定420用于接入链路发射机的期望频谱配置和/或确定430用于LAN链路发射机的期望频谱配置。如果可能，则可以选择频谱分配算法以简单地满足预定限制或者还优化特定的效用函数（例如，端对端吞吐量或给定链路的吞吐量）。
在随后的步骤440中，在受影响的发射机上施加更新的配置参数。如由从步骤440返回到步骤410的箭头所指示的，可以定期地重复该过程，以考虑动态变化的干扰环境。替代地或附加地，该过程可以在特定事件发生时被异步地重复，诸如在网络的相关部分中的收发机的添加或移除。
本领域的技术人员可以容易地认识到，上述方法的各种步骤可以通过编程的计算机来执行。这里，一些实施例还意在涵盖机器或计算机可读并且编码机器可执行或计算机可执行的指令程序的程序存储设备，例如，数字数据存储介质，其中所述指令执行所述上述方法的一些或全部步骤。该程序存储设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬驱动器或光可读数字数据存储介质。实施例还意在涵盖被编程为执行上述方法的所述步骤的计算机。
附图中示出的各种元件的功能，包括标记为“处理器”的任何功能块，可以通过使用专用硬件以及能够执行与适当软件相关联的软件的硬件来提供。当由处理器提供时，该功能可以通过单个专用处理器、通过单个共享处理器或者通过多个独立处理起来提供，其中的一些可以被共享。
此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用应当被解释为专指能够执行软件的硬件，并且可以暗示地包括但不限于数字信号处理器（DSP）硬件、网络处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、用于存储软件的只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）和非易失性存储装置。还可以包括其他硬件，常规和/或定制的硬件。类似地，附图中示出的任何交换机仅仅是概念上的。其功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互或甚至相互地来实现，具体技术可由实现方按照从上下文更具体的理解来选择。
Claims (11)
1.一种用于在包括接入链路和局域链路的网络中根据预定限制来执行频谱管理的方法，所述接入链路和所述局域链路有干扰地耦合，所述方法包括：
-量化在所述接入链路和所述局域链路之间的干扰；
-确定用于在所述接入链路上进行操作的第一发射机的第一频谱配置；以及
-确定用于在所述局域链路上进行操作的第二发射机的第二频谱配置；
其中，对所述第一频谱配置的所述确定和对所述第二频谱配置的所述确定被执行，使得所述接入链路和所述局域链路的相应可实现信道容量满足所述预定限制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定限制包括最大化所述接入链路和所述局域链路的所述相应信道容量的加权和。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定限制包括最大化所述接入链路和所述局域链路的所述相应信道容量中较小的信道容量。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括分析所述网络的拓扑以确定所述预定限制。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中对所述干扰的所述量化包括：
-使所述第一发射机循环通过活动状态和基本不活动状态，以确定在从所述第一发射机接收到的干扰中的差异；
-使所述第二发射机循环通过活动状态和基本不活动状态，以确定在从所述第二发射机接收到的干扰中的差异；
-从在所述接入链路上进行操作的第一接收机获得第一信息，以确定在所述第二发射机的所述循环期间接收到的干扰中的差异；以及
-从在所述局域链路上进行操作的第二接收机获得第二信息，以确定在所述第一发射机的所述循环期间接收到的干扰。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一发射机和所述第二发射机被包括在客户驻地设备中，对所述干扰的所述量化由包括在所述客户驻地设备中的处理器来控制，所述处理器可操作地耦合到所述第一发射机和所述第二发射机，并且所述处理器进一步被配置成从所述第一接收机接收所述第一信息并且从所述第二接收机接收所述第二信息。
7.根据权利要求5所述的方法，其中对所述干扰的所述量化由网络管理装置来控制，所述网络管理装置被配置成控制所述第一发射机、所述第二发射机、所述第一接收机和所述第二接收机。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述网络管理装置通过TR-069协议交换来控制所述第一发射机、所述第二发射机、所述第一接收机和所述第二接收机中的至少一个。
9.一种被配置用于执行前述权利要求中的任一项所述的方法的计算机程序。
10.一种用于在权利要求6所述的方法中使用的客户驻地设备。
11.一种用于在权利要求7所述的方法中使用的网络管理装置。
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