CN1152382A - 在共享媒介上在多个应用之间管理频谱的方法和系统 - Google Patents

Abstract

频谱管理提供在共同媒介上各应用之间的动态频谱使用率调整。动态资源管理方法适用于管理频谱和把应用特定要求与实时频谱特性相配合以便可以更加优化可用频谱的使用。至少给多个不同应用的每个应用指定一个第一频谱代理，用于管理分配给该应用的信道，并且频谱管理器根据实现该应用所要求的频道参数中的下列至少一个参数以及根据该应用的时刻要求变化预定的要求来给多个不同应用分配频道。

Description

在共享媒介上在多个应用之间管理频谱的方法和系统

本申请可能涉及以下共同申请：CX095004，Abhay Joshi、MeteKabatepe、Lawrence W.L1oyd、John A.Perreault和Stephen Schroeder的题为《用于混合争用与轮询协议的方法和装置》；CX095005，AbhayJoshi、Mete Kabatepe、Lawrence W.L1oyd、John A.Perreault和Stephen Schroeder的《由次站提供接入共用传输媒介的方法和系统》；CX095007，Abhay Joshi、Mete Kabatepe、Lawrence W.Lloyd、John A.Perreault与Stephen Schroeder”的《多重轮询的方法和装置》；CX095009，Abhay Joshi、Mete Kabatepe、Lawrence W.Lloyd、John A.Perreault与Stephen Schroeder的《用于混合有限争用与轮询协议的方法与装置》；CX095011 Abhay Joshi、Mete Kabatepe、Lawrence W.Lloyd、John A.Perreanlt与Stephen Schroeder的《利用深度优先搜索技术的碰撞分辨率的混合争用/轮询协议碰撞分辨率的系统和方法》；以及CX095012，Abhay Joshi，Mete Kapatepe、Lawrence W.Llody、John A.Rerreault与Stephen Schroeder的《在共同媒介上管理多个应用之间管理频谱的方法和系统》。

本发明涉及通信系统的频谱管理，特别涉及在通信系统存在多个应用之间的频谱管理。

在各种不同应用之间用于共享频谱的机制稳态地、典型地把频谱的一部分分配给一个服务区域内的多种应用的每种应用。

在这些应用不能使用的情况不存在时，这种分配就不能取消，尚且，现行的机制还不考虑所分配的频谱对服务一个特定应用的适合性。

为此，当前的频谱管理方案具有以下缺点：

当前算法不允许在服务区内所支持的应用之间动态共享频谱。

所使用的算法不考虑与使用频谱的每种特定应用有关的特定通信要求。例如，频带质量在任何给定的瞬时对一种应用可能是合适的，但对另一用途可能不适合，于是，稳态地分配给一种特定应用的频谱是对那种应用不可能是最合适的频谱。

一旦把频谱分配给一种应用并且在该应用不能使用的情况不存在时，该频谱就不能重新分配。如果该应用指定了分配给它的频谱的一部分或全部是不能使用的，则该频谱就浪费了，即使它对服务区域内的一些其他的应用有用也是如此。

频谱特性随时间而变化。为此，如果当前某些特定的频谱对一个应用的使用是合适的，但它可能在分配给该应用的所有时段内不是合适的，导致在时间范围内对该应用的用户的服务质量差，当前的静态频谱分配机制不用天时(TOD)来表征频谱特征和智能地对不同的TOD确定频谱的适用性。

一个个别的应用通过对该服务区内的其他的较高优先权的应用减少或拒绝对其某些用户的服务，从而具有对这些较高优先权应用的利用可减缩它的频谱利用率并释放频谱的能力。当前频谱管理机制不允许这种动态的频谱使用率调整。

据此，现在需要一种频谱管理的方法和系统，用以提供在共享媒介上在各应用之间动态的频谱使用率调整。

图1示出适用于实施本发明方法的系统的方框图；

图2示出根据本发明方法的步骤的一个实施例的流程图。

本发明将动态资源管理方法用于解决管理频谱并使应用的特殊要求与实时频谱特性相匹配的问题，以使可用频谱的利用率更优化。虽然无线系统使用动态载波共享，以在网孔之间提供可用载波的共享，但是应用与实时频谱特性不匹配。

动态资源管理在本发明中按如下步骤实现的，1)监视信道的质量等级(测量的质量等级)；2)自动地确定有关的特性，例如，信道速度、传播延迟(最大值和最小值)等；3)保持用于检测趋势的信道质量的历史；4)把特性用于信道(例如，信道速度、传播延迟、质量等级、稳定性等)；5)根据信道的特性按优先次序排列特定应用(例如话音、数据等)的信道；6)分配适用于特定应用的使用的特定信道给那些应用；及7)监视分配给每种应用的信道的使用特性与信道特性并给应用分配或重新分配信道，以维持此应用用户的业务。

通常，在宽带电缆网络中分配射频(RF)频谱用于多个应用，例如，数据、话音和视频。FR频谱一般可在服务区内共享。RF频谱的动态分配向用户提供效率和便利。参看图1以标号100示出频谱管理器，它负责一个或多个服务区内分配给它使用的所有频谱管理。在一个服务区内，频谱管理器102动态分配和重新分配频谱，为话音、数据、视频等的各自应用来使用。

频谱管理器102是通过分配适合于服务区内的每个应用使用的频道来进行频谱分配的，根据应用的性质及其要求，分配特定的频道。频谱代理104、106、……108；110、112、114管理分配给一个应用的APP.1、2……N(N为正整数)的信道，并给频道指定与重新指定该应用的个别用户。频谱代理104、106、…、…、108；110、112…、114负责服务在服务区122……内所有该应用的用户。在一个服务区内，可能有不止一个频谱代理可服务于同一应用，但服务于不同的用户。

服务区122……可以包含一个或多个光纤节点(FN116、…、118、120、……，具有以下限制：由频谱代理指定的频道为服务区FN116、……118内的所有光纤节点共享，频道124被指定，如在一个光纤节点(例如116)上分配那样，它还被认为是在那个服务区域内的其他光纤节点……118上分配的。该光纤节点可以服务于可能使用不同应用的多个个别的用户。

频谱管理器管理分配给一个或多个服务区的一个信道组124、126……。每个服务区122……具有一个指定的频道组124……，在频谱管理器102的控制下信道组由不同应用电话、数据、视频共享各种应用APP.1、……N具有其自己的频谱代理104、106、……108；110、112、114，它管理分配给此应用的信道，在一个服务区内，一个以上的频谱代理可能服务于同一应用，但是服务于不同的用户。频谱管理器通常是中央控制器例如微处理器，而且频谱代理是独立的从属，由中央控制器管理。在选择时，频谱代理可以与频谱管理器一起配置。频谱管理器102对于不同应用的信道分配作出决定，至少根据下面两个考虑：

1)根据用于那种特定应用的适用性给应用分配频道。为确定适用性所要考虑的频道的参数是质量、带宽和中频。这适用于上行和下行信道二者。信道质量是当前差错率和信道稳定性的度量。稳定性是信道在操作期间频繁程度(或偶尔性)和在什么时间持续期以及该信道出现差错的度量。信道带宽是信道的频谱宽度。在服务区内工作的每种应用都有信道质量和信道带宽的特殊要求。例如，数据应用以及话音应用不能容忍信道差错。应用所要求的质量、带宽和中频将取决于此应用在传输媒介上所使用的调制。

2)根据频道的天时要求变化，按照其要求，对诸多应用分配频道。天时TOD要求是根据每种应用在不同的TOD的配置的要求或根据有关每个应用的TOD要求的历史信息。历史信息将通过监视每种应用的要求随时建立。频谱管理器将利用这个信息根据它们的TOD要求在应用之间调整信道分配。频道也以TOD状况为特征。例如，某些频道可能在某些TOD上历史地呈现低质量(高差错率)。这个信道能在不同的TOD上被某些应用定义为可用的而被一些其他的应用定义为不能用的。频谱管理器将利用这个信息分配某些特定信道给特定的应用，其质量要求在那个TOD上的那些信道是满足的。

图2以标号200示出根据本发明的方法的步骤的一个实施例的流程图。该方法对信道组提供有效管理，此信道组在多个不同应用之间分配，并具有用于通信系统中的多个用户的预定数量的频道，其中信道组的频谱的频率在多个不同应用之间动态地扩展，以便为使用中的应用优化应用要求的规则，该方法包括以下步骤：A)至少给多个不同应用中的每个应用分配多个频谱代理中的第一频谱代理，用于管理分配给该应用的信道和B)由频谱管理器根据至少以下之一给多个不同应用分配频道；B1)实现该应用所要求的频道的参数；和B2)根据该应用的天时要求的变化而预定的要求，其中至少第一频谱代理监视当前分配给该至少第一频谱代理的所有频道并保持每个频道的质量与使用率的度量的当前信息，它们是已指定分配给些至少第一频谱代理的应用使用的。

在选择时，可以使用同轴电缆把多个用户中的至少一些用户连接到通信系统。在选择时，还可使用光缆把多个用户中的至少一些用户连接到通信系统。

每个频谱代理监视当前分配给它的所有频道并保持分配给其应用使用的每个频道的质量与使用率度量的当前信息。每个频谱代理根据这个信息把分配给其应用的信道分为巳分配的、可用的和服务中止的，并把此信息传递给频谱管理器(步骤206)。通常，“已分配的”表示分配给此信道的应用的要求已被满足并且此信道当前在使用中，“可用的”表示分配给此信道应用的要求已被满足，但此信道当前不在使用中，“服务中止”表示该应用要求不被满足。

为此，频谱管理器具有关于在它控制下分配给每种应用的信道质量的当前信息。这允许频谱管理器要求该应用重新分配“服务中止”的信道(步骤208)，此“服务中止”信道可能适合于由具有更宽的质量要求的应用来使用。

类似地，频谱管理器也可以把来自一个应用的“服务中止”表的频道与具有更宽的质量要求的另一应用的可用信道进行转换(步骤210)。于是频谱管理器根据每种应用的频道使用率的当前信息，可以重新分配已分配的信道。

根据给应用分配信道的规则，频谱管理器可以请求任何频谱代理返回已分配的特定信道(步骤212)，这样的信道可能在频谱代理的已分配的“可用的”或“服务中止”的信道表中。例如，频谱管理器可以在需要的地方使用这个能力来合并相邻的频道以便生成要求比单个信道中可用的频谱宽度更宽的信道。

另外，频谱管理器可以请求任何频谱代理返回一个或多个任何已分配的信道(步骤214)。其中频谱管理器不指定要返回哪个特定信道，但只指定由频谱代理要返回的信道数量与类型频谱代理可以通过返回所要求数量的指定类型的信道(步骤204)以便可以其他应用重新分配这些信道进行响应。信道类型表示信道参数，即质量、带宽和中频满足由频谱管理器根据要求此信道的应用所确定的最少的一组要求。

更进一步地说，频谱管理器可以请求频谱代理速率调整，一个频道216并返回信道的一部分。例如，一些调制技术允许不同频谱的使用率，因而使用这种调制技术的应用的频谱代理可以返回信道的一部分。

在某些情况下，某些应用可以使用由频谱管理器分配给它们的信道中的所有可用的信道。如果需要的话，这些应用可以把它们的用户集中在比如果由所述应用使用的网络没有重载使用时正常使用的频道更少的信道上，来缩减这些应用的信道使用率。频谱管理器可请求这样应用把用户分配到更少信道上(步骤218)并从信道已分配的表中返回一些已分配的信道来为可能信道短缺的其他应用服务。结果，如果信道再次变成可用的，则频谱管理器将把这些信道返回原来持有者并允许该应用在所有可用的信道上分配用户。这样的机制给该应用提供信道使用的最大灵活性而频谱管理器给用户提供最有效的服务。

在需要时，可以给予(步骤220)不同的应用和给予每种应用的个别用户(步骤222)优先级，频谱代理可以利用此优先级信息来允许或拒绝由频谱管理器作出的频率信道的请求。例如，如果频谱管理器请求从具有优先级P(P为所选择的优先级值)的频谱代理来的任何个别信道，在下列情况下频谱代理将准许那个要求：1)信道列在频谱代理的“可用的”表或“服务中止”表中，或2)分配给频谱代理的所有频道被指定了，但通过拒绝服务可使一信道对具有服务优先级小于P的一些用户是可用的。在选择时，可利用这个机制保证重要应用接入频道。因此，可以根据预定方案指定应用的预定优先级。更进一步还可根据预定方案指定应用的单个用户的预定优先级。

频谱代理也可以通过减少它的用户组(步骤224)的服务使信道为可用的，而仍然满足可接受的(最低)服务等级并在重要应用需要信道时把可用的信道返回给频谱管理器。因此，应用可以选择地降低其用户服务而不是拒绝服务，这特别适用于可能以不同速率(例如，利用编码算法PCM、ADPCM、VSELP的数字话音)，进行“端对端”操作的应用。

频谱管理器具有关在其控制下每个应用所要求的频率信道的带宽和保护频带的要求。因此，频谱管理器可以组合信道、划分信道并在它组合或划分信道时管理信道之间的保护频带。

本发明为具有多用户的多个应用(例如，数据、电话、视频等)提供在共同媒介(例如，同轴电缆等)上优化不同质量的可用频谱的分配问题的解决方法。适合于一种应用使用的频谱将分配给这种应用使用以使该应用用户的要求可以维持。

监视服务应用要求的特定频谱能力中的时刻变化，并在信道变化引起信道特性不能满足应用的要求时，频谱管理器利用上述枝，术提供满足该应用用户的通信要求的信道。

另一优点是由一个应用指定的不能用的频谱如果它能被需要频谱的另一应用使用的话，此频谱不会浪费。

应用中的频谱使用率可以通过速率调整、拒绝较低优先级用户服务而给较高优先级应用提供频谱，或通过提供降低的但可接受的性能而变化。

Claims (10)

1.一种有效管理信道组的方法，在多个不同应用之间分配的，并具有对通信系统中的多个用户的预定数量的频率信道，其中信道组的频谱频率在多个不同应用之间是动态扩展，以便为使用中的应用优化应用要求的规则，其特征在于，包括以下步骤。

A)给多个不同应用的每个应用分配至少一个第一频谱代理，用于管理分配给该应用的信道；

B)根据下列至少之一由频谱管理器给多个不同应用分配频率信道：

B1)实现该应用所要求的频率信道的参数；和

B2)根据该应用的时刻要求变化预定要求，

其中至少第一频谱代理监视当前分配给该至少第一频谱代理的所有频率信道并保持为指定给该至少第一频谱代理的应用的使用而分配的每个频道的质量与使用率度量的当前信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少包括2A-2I之一；

2A)其中利用同轴电缆把多个用户中的至少一些用户连接到通信系统；

2B)其中利用光缆把多个用户中的至少一些用户连接到通信系统；

2C)其中实现该应用所要求的频率信道的参数包括至少下列之一：质量、带宽和中频；

2D)其中，天时要求的根据是以下之一：

在预定时刻为该应用重新配置的要求，和有关该应用的时刻要求的历史信息；

2E)包括由频谱管理器要求多个频谱代理中的至少一个频谱代理返回分配给此频谱代理的一个特别信道；

2F)频谱管理器的请求包括至少以下之一：

至少一个信道；和

至少一个特定类型的信道；

2G)包括由该至少第一频谱代理执行速率调整一个频道并把此信道的所选部分返回给信道组以响应频谱管理器的请求；

2H)包括为响应频谱管理器的请求，由至少第一频谱代理把一个应用的更多用户分配到一个频道上并返回先前为这些用户所分配的信道以便分配给其他应用；和。

2I)包括由该至少第一频谱代理重新分配通过减少给其用户组的服务但仍然满足预定的最低的服务等级而变成可用的信道，并根据要求把这些信道返回给频谱管理器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预定方案，该至少每一频谱代理把分配给它的应用的信道分类为下列之一：已分配的，可用的和服务中止的，并把此信息传递给频谱管理器，而且在选择时，至少包括3A-3B之一；

3A)其中该至少第一频谱代理还给具有比信道已分类为服务中止的应用更宽的质量要求的应用，重新分配服务中止的信道；和

3B)其中该至少第一频谱管理器还重新分配一个应用的一个服务中止的频率信道给来自具有更宽质量要求的另一应用的可用的信道。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预定方案给应用指定预定优先级，和在选择时，其中还根据该预定方案给应用的单个用户指定预定优先级。

5.一种有效管理信道组的系统，该信道组是在多个不同应用之间分配的，并具有用于通信系统中的多个用户的预定数量的频率信道，其中信道组的频谱频率在多个不同应用之间是动态扩展以便为使用中的应用优化应用要求规则，其特征在于，该系统包括：

一个频谱管理器，用于根据预定方案在多个用户之间分布和动态地分配频谱频率，和；

多个频谱代理，可操作地连接到频谱管理器和多个用户，其中此多个频谱代理根据预定方案把用于不同应用的频率信道分配给预定服务区域内的多个用户。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，该预定方案包括：

6A)分配多个频谱代理中的至少一个第一频谱代理给多个不同应用的每个应用，用于管理分配给该应用的信道；

6B)由频谱管理器根据下列至少之一给多个不同应用分配频率信道；

6B1)实现该应用所要求的频率信道的参数；和

6B2)根据该应用的时刻要求变化预定要求，其中此至少第一频谱代理监视当前分配给该至少第一频谱代理的所有频率信道并保持为指定给该至少第一频谱代理的该应用使用而分配的每个频率信道的质量与使用率度量的当前信息。

7.根据权利要求6的系统，其特征在于，其中至少7A-7D之一：

7A)其中使用同轴电缆把多个用户中的至少一些用户连到通信系统；

7B)其中使用光缆把多个用户中的至少一些用户连到通信系统；

7C)其中实现该应用所要求的频率信道参数包括至少下列之一：质量、带宽和中频，以及

7D)其中时刻要求根据下列之一：

在预定时刻为该应用重新配置的要求，和

有关该应用的时刻要求的历史信息。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，其中根据预定方案，该至少第一频谱代理把分配给它的应用的信道分类下列之一：已分配的，可用的与服务中止的，并把此信息传递给频谱管理器，而且在选择时，8A-8B中的至少之一：

8A)其中该至少第一频谱代理还给具有比其中信道已分类为服务中止的应用更宽的质量要求的应用重新分配服务中止的信道；和

8B)其中该至少第一频谱代理还重新分配一个应用的一个服务中止的频率信道给来自具有更宽的质量要求的另一应用的可用信道。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，至少包括9A-9E之一：

9A)包括由频谱管理器请求多个频谱代理中的至少一个频谱代理返回分配给此频谱代理的一个特别信道；

9B)包括由频谱管理器要求至少以下之一：

至少一个信道；和

至少一个指定类型的信道；

9C)包括由该至少第一频谱代理执行速率调整一个频道并把该信道的所选部分返回给信道组以响应频谱管理器的请求；

9D)包括为响应频谱管理器的请求，由该至少市一频谱代理把一个应用的更多用户分配到一个频率信道上并返回先前为这些用户所分配的信道以便分配给其他应用；和

9E)包括由该至少第一频谱代理重新分配通过减少该至少第一频谱代理的用户组的服务而变成可用的而仍然满足最低服务等级的信道，并根据请求把这些信道返回给频谱管理器。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，其中根据预定方案给应用指定预定优先级，和在选择时，其中根据预定方案还给应用的个别用户指定预定优先级。

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