CN105721414A - 多确认多播协议 - Google Patents

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Abstract

多播传输不允许各个接收机确认数据由网络中的每个接收机接收。这对于等时系统而言是不可接受的，等时系统要求针对每个设备的特定QoS水平。多媒体通信协议支持在多媒体等时系统中使用多播传输(一对多)。发射机建立多确认多播协议，在多确认多播协议内接收设备的群组可以在多确认时段期间确认多播传输。

Description

多确认多播协议
优先权要求
本申请要求于2014年12月19日提交的美国临时专利申请No.62/094,332的优先权，其公开内容通过引用并入。
技术领域
本发明总体涉及用于基于分组的多播通信协议的方法和装置，基于分组的多播通信协议减小了多媒体应用中的分组时延和抖动。
背景技术
多媒体数据的通信要求若干参数的最优性能，以便足够快速地提供数据以维持所提供的多媒体服务的质量(服务质量-QoS)，该多媒体服务诸如VoIP、音频分配或视频分配。数据速率(即信令传输每个数据位或符号的速率)必须足够快速以便以接收设备的应用的消耗速率或者比接收设备的应用的消耗速率更快地提供数据。在分组数据通信协议中，发送数据的分组之间的延迟使数据速率进一步变得更糟。递送数据的各个分组中的延迟是分组时延。跨多个接收分组的延迟的变化被称为抖动。在高度拥挤的共享网络中，设备使用各种方法来竞争对网络的访问，以便它们的分组可以以足够低的时延和抖动被发送，从而确保消耗数据的应用的必需的QoS要求。
在通过引用并入于此的一些通信协议(例如AV和AV2)中，“规则的”MAC协议数据单元(MPDU)可以被传输至OSI模型的接收节点的物理层(PHY)，并且接收针对每个成功传输的MPDU返回的确认(ACK)。这些协议也支持突发模式，突发模式允许发射机在不放弃介质的情况下并且在征求响应之前传输多个长MPDU。该响应(从接收机返回到发射机的选择性确认(SACK))提供用于由传输PHY发送至接收机的PHY的所有MPDU的接收状态。在突发模式下，长MPDU以突发帧间间隔(BIFS)分隔开。因为MPDU突发仅要求单个SACK响应，所以发送分组并且得到ACK响应的时间减少了，并且协议效率针对该通信交换增加了。在突发模式中，帧起始(SOF)定界符包含计数器字段(MPDUCnt)，计数器字段指示多少MPDU跟随当前MPDU，其中值“0”指示序列中的最末MPDU。图1示出了本领域技术人员已知的MPDU突发的示例。
上面引用的协议允许双向突发。在这一模式中，发射机允许其为接收机保留以突发数据至接收机的时间的一部分将数据发送回原始发射机。其用作有效的返回信道，该返回信道无需与网络协商。接收站通过发送SACK的帧控制会话中的“请求逆向传输标志”(RRTF)和“请求逆向传输长度”(RRTL)字段来启动双向突发。RRTL字段为逆向SOF(RSOF)MPDU指定所要求的最小帧长度。在接收到请求时，原始发射机决定是否应答请求和持续时间。明显地，如果已经保留对于比原始发射机更多的时间的请求，其将被拒绝。图2图示出本领域技术人员已知的双向突发机制的示例。当接收机(DevB)确定其想要在逆向方向上传输时，其设置SACK或者RSOF中的RRTF和RRTL字段。这被设置直到原始发射机(DevA)响应，授权对于最大持续时间的请求，或者直到不再需要请求在逆向方向上的传输。图3示出了在双向突发期间的各种帧间间隔。这些间隔导致增加的时延(降低的效率)。
多播传输不允许各个接收机确认数据由每个接收机接收。这对于等时系统(isochronoussystem)而言是不可接受的，等时系统要求针对每个设备的特定QoS水平。一些协议尝试通过允许群组中的一个站用作用于其它站的代理但是其不提供关于多播中的所有设备的信息来规避这一限制。在繁忙的网络中，没有足够的时间和带宽来满足对于等时流量的QoS要求。需要更好的方法来改善分组时延，并且因此改善拥挤的多媒体网络中的通信效率。
发明内容
在一个实施例中，提出了多媒体通信协议，其解决了在多媒体等时系统中使用多播传输(一对多)的问题，以便减少分组时延和抖动。发射机使用SOF定界符来启动新颖的多确认多播协议，其中接收设备的群组均从多确认多播传输接收相同的数据，并且在指派给它们的预定窗口处返回各个确认(ACK)。多确认多播传输包括SOF和净荷传输。随后是多确认时段，在多确认时段中每个接收设备被指派特定窗口以用于将设备的接收状态传输回发射机。发射机可以发送后续的SOF定界符并且继续传输和接收确认，而不针对介质访问重新竞争，或者利用多播群组之外的其它设备放弃介质所有权。所公开的协议和方法具有在现有的基于CSMA的协议内使用的能力，而维持兼容性。
附图说明
为了更全面理解本发明以及其优点，现在结合附图对以下描述进行参考，在附图中：
图1图示出MPDU突发序列的示例；
图2图示出双向突发序列的示例；
图3图示出在双向突发中使用的帧间间隔；
图4图示出根据一个实施例的多确认时段；
图5图示出根据一个实施例的使用SOF和RSOF的电力线通信多媒体网络协议的示例；以及
图6图示出根据一个实施例的使用RSOFD和每突发多个SOF电力线通信多媒体网络协议的示例。
具体实施方式
以下详细讨论各个实施例的进行和使用。然而，应当理解的是，本公开提供了许多可应用的发明构思，其可以体现在宽范围的具体上下文中。所讨论的具体实施例仅是进行和使用本发明的具体方式的示例，并且并不限制本发明的范围。
在用于针对由多媒体设备使用的数据最小化通信分组时延和抖动的协议方法和装置的具体上下文中，在并非限制的情况下，描述了实施例，该多媒体设备诸如音频系统，其中所有个体网络设备用作具有等时QoS要求的群组，以便实现一个组合的体验。本公开也使用HomePlugAV规范作为上下文框架(包括术语)以用于呈现本发明，但是所公开的发明并不限于该协议。在本公开中，“接收机”是用于帮助在多播发射机和接收多播目的地之间进行区分的拓扑术语，但是在此描述的所有发射机和接收机在功能上是收发机。
根据本公开，网络初始化数据在制造或发现协议时利用关于网络上的设备的数字信息通过一种或多种方法(诸如用户接口)被编程，网络设备是多媒体设备的群组的一起起作用的部分，诸如渲染一个音乐文件的音频系统。数字信息包括标识符(诸如设备ID、MACID、链路ID)、拓扑数字信息(诸如定义群组内的设备顺序的网络中的所有设备的序列号)、序列回退值、以及定界符帧长度和如在下面具体化的其它信息。初始化数据可以是字段可编程的，以便允许设备在销售和安装之后被替代或者重新目的化。
根据一个实施例，图4图示出针对多确认多播协议使用多确认时段的方法。当发射机已经赢得载波监听多址接入(CSMA)协议的CSMA竞争过程400时，发射机传输帧起始(SOF)定界符410，其包含包括帧长度(FL)字段420(表示持续时间的数字值)和多确认时间窗口的指派的数据。其也传输MAC协议数据单元(MPDU)净荷430。
现在对图5进行参考。多播传输被寻址到共享公共功能(诸如在扬声器的示例中)的接收设备520的群组的所有成员。随后是多确认时段440，在多确认时段440期间多播群组中的每个接收设备在其指派的确认时间(570、575、580和585)处确认最末多播传输的状态。确认定界符是逆向帧起始(RSOF)定界符590。RSOF定界符并不传输任何净荷，但是确实包含延伸到由SOF425分配的FL的结束的帧长度598a-d。因为在RSOF内发送的FL指示多确认时段何时结束，所以可以被隐藏至原始发射机的任何网络设备可以使用RSOF来确定何时竞争访问。针对多播群组中的每个设备而言，RSOF的确认时间是之前提及的初始化协议的一部分。特定接收机的确认时间可以从MPDU净荷的结束被指派到每个接收机，或者接收机可以被指派在多播群组内的唯一序列号并且基于偏移时间(在SOF中传输的)乘以接收机的序列号来计算其确认时间。例如，SOF可以传输通过将RSOF持续时间与RSOF之间的时间间隔相加生成的SOFFL数，以说明时间变化(“RSOF”帧间间隔(RSIFS))，对多播群组中的设备数计时。如果多播群组中的设备计算针对每个接收机的确认时间，接收机可以将其序列号与由数目划分的FL相乘。每个接收机随后在其时间窗口中发送RSOF作为确认。如果在多确认时段期间由原始发射机接收到任何RSOF，则原始发射机推断与网络上的其它设备不存在冲突。如果任何接收机不确认或者确认未收到数据，则原始发射机可以重新传输该分组。如果接收机不确认该分组，则发射机可以重新传输该分组或者通过在FL到期并且请求接收机再次确认之前传输另一SOF来扩展确认窗口。任何设备可以通过发送选择性的确认(SACK)定界符来终止多确认时段，但是对于多播群组序列中的最末设备而言优选的方法是终止多确认时段。在原始FL结束时，网络中的所有设备查找下一个定界符并且可以竞争访问。
所公开的协议方法是独立的方法，但也是与现有的本地协议兼容的并且可以用来修改现有的本地协议，本地协议诸如IEEE802.11系列标准、IEEE1901-2010标准和基于HomePlugAV的规范。针对确认时段推迟传输的能力类似于HomePlugAV的双向突发方法，除了多确认多播协议修改了SOF和RSOF定界符以支持来自多个接收机的多确认，其具体地在HomePlugAV中不被允许或预期。通过修改现有的机制，多确认多播协议可以使用兼容的定界符来初始化，并且在确认时段内操作，确认时段与不同于本地协议的协议隔离并且可以包含不同于本地协议的协议，而不影响本地协议。以此方式，该协议可以用于修改现有的(本地)协议以支持多确认多播协议。
在另一实施例中，从接收机到原始发射机的RSOF传输590包括关于接收的信号的质量的数字信息。发射机分析RSOF数字信息并且决定哪个载波频率以及其它发射机参数将导致对于群组的所有设备而言最有效且成功的通信。该结果使用公共音调映射(tonemap)被传达至接收机群组。
在另一实施例中，如图6中所示，在FL时段425到期或被终止之前，发射机可以发射后续SOF定界符610以继续传输，而不竞争介质访问，或者发送选择性的确认(SACK)595定界符以放弃介质所有权，并且结束多确认多播协议的多确认时段。群组内的设备的不同的子群组620、630可以具有不同的QoS要求。例如，高频扬声器可以是共享相同MPDU净荷的设备的子群组。第二个子群组可以是低频扬声器。在这一实施例中，第二或后续SOF定界符610可以使用不同的音调映射或者除了第一或后续SOF之外的其它数字信息，以便优化通信效率并且减小时延。接收机可以通过被包含在SOF中的局部链路ID(LID)被预先指派(被聚集)至特定SOF。
在又一实施例中，从接收机到原始发射机的RSOF590传输包括关于接收的信号的质量的数字信息。发射机分析RSOF数字信息并且通过信道性能(而非应用功能)将群组划分成子群组，使得针对每个SOF子群组(620、630)的音调映射参数可以被优化，对于其而言信道频率和传输参数(例如，调制)将导致最有效、最低分组时延的通信。
尽管不是本公开的限制，但是发射机可以利用多确认多播协议推迟竞争的最大时间通常被限制为允许设备不参与到群组中以竞争对网络的访问。总的原始发射机的级联FL典型地在5ms和10ms之间。
当在本地协议内使用多确认多播协议时，取决于其有效性其可以打开或关闭，而不影响与本地协议的互操作性或兼容性。例如，如果发射机确定信道条件为使得多确认多播协议正在执行少于接收设备所需的，则多确认多播协议可以被挂起以支持本地协议，诸如使用单播传输至每个设备的分组分配，或者其它方法。发射机或者更高的通信层确定使用哪个协议用于每次传输。
虽然已经在附图和前述描述中详细的图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性或示例性的、而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，通过研究附图、本公开和所附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变化。

Claims (18)

1.一种用于载波监听多址接入(CSMA)网络的多播通信方法，包括：
由发射机向多个接收机发射多播传输，所述多播传输包括第一帧起始(SOF)定界符和介质访问(MAC)数据净荷；
其中所述第一SOF包含第一帧长度(FL)字段，所述第一帧长度字段建立多确认时段；
在所述多确认时段期间由每个所述接收机向所述多播传输的所述发射机发射在指派的确认时间处的确认；以及
其中所述确认包含第二FL字段，所述第二FL字段指示直至所述多确认时段的持续时间到期的时间；以及
其中所述多播传输通过使用以下项中的一项终止：由所述接收机中的一个接收机的选择性的确认(SACK)和所述多确认时段的到期。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述指派的确认时间通过以下项中的一项建立：在包括所述接收机的设备群组的制造时间处或者由每个接收机的用户。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述指派的确认时间由每个所述接收机基于偏移时间乘以设备群组序列号来计算。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述确认是包含所述第二FL字段的逆向SOF(RSOF)定界符，所述逆向SOF定界符指示被计算为等于在由所述第一FL字段设置的所述多确认时段中剩余的时间的信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述确认包含关于通信质量的数字信息，所述方法还包括由所述发射机使用关于通信质量的所述数字信息来确定一个或多个最佳参数，以在用于后续多播传输的公共音调映射中使用。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
发射具有针对接收机的子群组优化的音调映射的第二SOF定界符，所述接收机的子群组的确认窗口落在以下项中的一项处：在所述第二SOF之后但是在后续SOF之前，或者SACK或者在所述第一FL字段中指定的所述多确认时段的到期；
其中每个音调映射用于针对接收机的该子群组优化通信效率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中链路标识(LID)由不同SOF使用以创建接收机的单独的子群组。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述确认包含关于通信质量的数字信息，并且所述方法还包括由所述发射机使用关于通信质量的所述数字信息来将所述接收机分组成共享子群组专属的音调映射的子群组，所述子群组专属的音调映射针对该子群组被优化；其中所述音调映射由所述SOF使用并且所述子群组内的设备在以下项中的一项处被指派给确认时间：在所述SOF之后并且在后续的SOF之前，或者SACK或者由所述第一FL指定的所述多确认时段的到期。
9.一种方法，包括：
提供竞争时段，在所述竞争时段中，发射机被授权对介质的非竞争访问；
使用多确认多播协议进行通信，包括：
通过基于在帧起始(SOF)定界符中指定的帧长度(FL)指派在多确认时段内的确认时间来初始化接收机的多播群组；
由发射机发射多播传输，所述多播传输包括第一SOF定界符和介质访问(MAC)数据净荷；
其中所述第一SOF定界符包含第一FL字段，所述第一FL字段建立多确认时段；
在所述多确认时段期间由每个接收机向所述多播传输的所述发射机发射在其确认时间处的确认；以及
其中每个确认包含第二FL字段，所述第二FL字段指示直至在所述第一SOF定界符的所述第一FL字段中指定的所述FL到期的时间；以及
通过使用以下项中的一项终止多播传输：选择性的ACK(SACK)或者所述多确认时段的到期，
其中使用所述多确认多播协议的通信与本地通信协议兼容和适用。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述多确认多播协议是兼容的和适用的，因为所述多确认多播协议不影响与使用所述本地协议的网络中的未参与的群组接收机的互操作性。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述多确认多播协议是兼容的和适用的，因为所述多确认多播协议能够在不影响使用所述本地协议的网络中的任何设备的互操作性的情况下被终止。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述确认时间在以下项中的一项处建立：接收机的群组的制造时间或者由每个接收机的用户。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述确认时间由所述接收机基于偏移时间乘以设备群组序列号来计算。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述确认是包含所述第二FL字段中的所述FL的逆向SOF(RSOF)定界符，所述逆向SOF定界符被计算为等于在所述第一FL字段的所述FL中剩余的时间。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述确认包含关于通信质量的数字信息，所述方法还包括由所述发射机使用关于通信质量的所述数字信息来确定最佳参数，以在用于后续多播传输的公共音调映射中使用。
16.根据权利要求9所述的方法，还包括：
利用具有用于设备的子群组的音调映射的第二SOF定界符和后续SOF定界符，所述设备的子群组的确认窗口落在第一SOF之后但是在以下项中的一项之前：后续SOF，或者SACK或者所述多确认时段的到期；
其中每个音调映射用于针对接收机的该子群组优化通信效率。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
当所述发射机确定所述网络的性能不像本地协议传输那么有效时，停止支持本地协议方法的所述多播传输。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述本地分配协议方法是单播的。
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