CN117955932A - 在多点有线或光共享物理媒体上协调数据分组传输的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及在多点有线或光共享物理媒体上协调数据分组传输的系统及方法。一种用于无冲突数据分组传输的共享总线网络系统的媒体接入控制层MAC或装置，所述媒体接入控制层包含传输控制器、优先级队列、时间戳装置及任选协调器分组产生器。所述传输控制器经配置以解码从物理层接收的协调分组。所述传输控制器进一步经配置以从所述协调分组提取控制信息。所述传输控制器进一步经配置以产生数据分组传输调度及分配非重叠时间间隔以在避免冲突的情况下传输多个数据分组。

Description

在多点有线或光共享物理媒体上协调数据分组传输的系统及 方法

技术领域

本公开大体上涉及用于通信及数据传输的系统及方法，包含(但不限于)用于在有线连接(例如多点有线或光共享物理媒体)上进行数据分组传输的系统及方法。

背景技术

数据传输网络用于传输数据分组。明确来说，网络的拓扑可被概括为具有网络节点所附接到的抽头的总线。举例来说，例如RS485网络、无源光网络及传统10Base-5及10Base-1TS以太网的网络拓扑可用于传输数据分组。此类网络上的节点监测网络上的流量以检测“静默”以确保安全传输，但仍在尝试传输数据分组时，节点可能因为数据分组可能在网络上发生冲突而经历错误。以太网网络系统可实施数据冲突检测系统(例如，具有冲突检测的载波感测多路存取(CSMA/CD)等)。

发明内容

一方面，本公开涉及一种装置，其包括：传输控制器，其经配置以：从网络媒体接收协调分组；从所述协调分组获得信息；及提供经配置以响应于来自所述协调分组的所述信息分配非重叠时间以传输多个数据分组的数据分组传输调度。

另一方面，本公开涉及一种用于数据分组传输的方法，所述方法包括：由传输控制器接收协调分组；从所述协调分组获得信息；由所述传输控制器提供经配置以使用来自所述协调分组的所述信息分配非重叠时间的传输调度；及由所述传输控制器根据所述传输调度传输数据分组。

又一方面，本公开涉及一种装置，其包括：一或多个处理器及存储器，所述存储器存储在由所述一或多个处理器执行时使所述一或多个处理器执行包括以下的操作的指令：接收协调分组；从所述协调分组获得信息；及提供经配置以使用来自所述协调分组的所述信息分配非重叠时间以传输多个数据分组的数据分组传输调度。

附图说明

将通过参考结合附图进行的详细描述来变得更加明白及更好地理解本公开的各种目的、方面、特征及优点，其中通篇相同参考符号识别对应元件。在图式中，相同参考数字通常指示相同、功能类似及/或结构类似元件。

图1A是根据一些实施例的总线物理媒体网络拓扑的示意性框图。

图1B是根据一些实施例的具有分支的总线物理媒体网络拓扑的示意性框图。

图2是根据一些实施例的在CSMA/CD网络段中具有递送延时、抖动及重新排序的数据分组传输段的示意图。

图3是根据一些实施例的检测及减轻数据分组传输冲突的协调数据分组传输系统的示意图。

图4是根据一些实施例的具有帧开始标记及流量协调的数据分组传输段的示意图。

图5A到5D是根据一些实施例的图4中说明的帧开始标记的示范性实施例的示意性框图。

图6是根据一些实施例的说明传输机会时序的数据分组传输段的示意图。

图7展示根据一些实施例的说明不同传输机会序列的示意图。

图8是根据一些实施例的传输机会映射的示意图。

图9是根据一些实施例的说明用以先占数据分组的传输的干扰机制的数据分组传输段的示意图。

图10说明根据一些实施例的开放系统互连(OSI)模型。

附图及下文描述中陈述方法及系统的各个实施例的细节。

具体实施方式

以下公开内容提供用于实施所提供标的物的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件及布置的具体实例以简化本公开。当然，这些仅是实例且不意在限制。举例来说，其中第一及第二特征直接通信的实施例还可包含其中额外特征可在第一与第二特征之间，使得第一与第二特征可不直接通信。另外，在各个实例中，本公开可重复参考数字及/或字母。此重复是为了简化及清楚的目的且其本身未指示所论述的各个实施例及/或配置之间的关系。

本文中公开的各种实施例涉及检测及减轻在同一网络上传输的数据分组之间的冲突的协调数据分组传输系统及方法。数据分组传输可指在网络的不同层或节点之间传输数据分组。在一些实施例中，数据分组可指被制成为可在通信网络内传输的单个封包或容器的数据单元。在一些实施例中，网络可为在多点有线或光共享物理媒体上。本文中公开的一些实施例涉及协调数据分组传输系统，其包含经配置以促进数据分组传输同时避免在数据分组之间的冲突的媒体接入控制(MAC)层及物理接口(PHY)层。MAC层是网络内控制负责与有线、光或无线传输媒体交互的硬件的层。在一些实施例中，MAC层负责传输媒体的流量控制及多路复用。传输媒体上的节点可监测网络上的流量，且当尝试传输数据分组时，可因为数据分组可能在网络上冲突而经历错误。节点可被定义为通信网络内的抽头点。每一节点可为用于数据传输或重新分布的端点。节点可经配置以辨识、处理及转发至其它网络节点的传输。

在一些实施例中，协调数据分组传输系统通过引入实施于网络节点的MAC层中的流量管理及接入协议来解决或缓解冲突及流量优先化的问题，所述网络节点帮助协调数据分组的传输及对每一节点在共享网络段上的传输机会的调度。在一些实施例中，传输机会可指一或多个节点可安全地传输数据分组的时间间隔。在一些实施例中，这些间隔参考由用作协调器的一或多个MAC单元产生的帧开始标记来协调。在一些实施例中，MAC层可由任何电路实施，包含纯固定硬件或具有经配置以提供通信流量控制的软件的可编程处理器。

在一些实施例中，协调数据分组传输系统可使用物理媒体相依(PMD)收发器，其具有检测及报告网络上的空闲状态及冲突且允许MAC作出关于何时尝试分组传输的决策的能力。PMD使用在PMD级别下允许的调制技术及数据格式接收及传输任意数据分组。

一个实施例涉及包含传输控制器的装置。所述传输控制器可经结构化以从网络媒体接收协调分组。所述传输控制器可经结构化以从所述协调分组获得信息。所述传输控制器可进一步经配置以提供经配置以响应于来自所述协调分组的所述信息分配非重叠时间以传输数个数据分组的数据分组传输调度。网络媒体可指网络信号经由其传输或接收的物理媒体，包含(但不限于)电线、同轴电缆、传输线路、光纤、空气或空间(例如开放空间)。

在一些实施方案中，传输控制器可进一步经配置以用作网络协调器。在一些实施例中，网络协调器可指提供调度或其它信息用于管理网络上的通信的节点。在一些实施例中，节点可指能够在网络中通信的装置。在一些实施方案中，协调分组包含用于与网络系统相关联的一或多个节点的传输机会。在一些实施方案中，协调分组指定用于与网络系统相关联的一或多个节点的传输机会的优先化方案。传输机会的优先化方案可指用于为传输机会及节点指派顺序的顺序或过程。在一些实施方案中，协调分组描述经配置以响应于至少优先化方案启动受控冲突的干扰机制。在一些实施方案中，优先化机制基于在传输队列中花费的持续时间提高一或多个数据分组的优先级。在一些实施方案中，传输控制器可进一步经配置以收集每一节点的使用统计数据以检测传输间隔的持续时间及使用及通过实施干扰机制以先占网络带宽垄断来临时排除用于选定节点的传输机会。在一些实施例中，传输间隔可指用于传输数据分组的时间段。

在一些实施方案中，协调分组包括同步模式、帧开始标记码、开始标识号、传输机会标识映射、时间戳及错误校正码中的至少一者。在一些实施方案中，传输控制器经配置以利用呈经匹配滤波器及错误校正单元的形式的高可靠性数据模式检测器来获得信息。在一些实施方案中，传输控制器经配置以检测传输机会的持续时间且将节点ID与相关联于网络系统的一或多个节点中的节点的源MAC地址匹配以识别网络客户端。信息可为控制信息，包含(但不限于)优先级方案、传输ID映射(其定义被允许传输的节点)、最小优先等级(超过其，MAC或其它装置将释放分组到网络)、实现传输的目的地地址/端口或地址群组、当前被允许传输的数据分组的大小及/或其它分组属性或参数。

一个实施例涉及一种方法。所述方法包含由传输控制器接收协调分组。所述方法进一步包含从协调分组获得信息。所述方法进一步包含由传输控制器提供经配置以使用来自协调分组的信息分配非重叠时间的传输调度。所述方法进一步包含由传输控制器根据传输调度传输数据分组。

在一些实施方案中，传输控制器进一步包括经配置以编码及传输协调分组的编码器。在一些实施方案中，协调分组描述用于与网络系统相关联的一或多个节点的传输机会。在一些实施方案中，所述方法进一步包含由传输控制器收集每一节点的使用统计数据以检测传输间隔的持续时间及使用。在一些实施方案中，所述方法进一步包含由传输控制器通过实施干扰机制以先占网络带宽垄断来临时排除用于选定节点的传输机会。在一些实施方案中，所述方法进一步包含由传输控制器检测经调度传输间隔的持续时间及将节点ID与相关联于网络系统的一或多个节点中的节点的源MAC地址匹配以自动识别网络客户端。

一个实施例涉及一种装置。所述装置可包含一或多个处理器及存储器，所述存储器存储在由一或多个处理器执行时使一或多个处理器执行操作的指令。所述操作可包含接收协调分组。所述操作可包含从协调分组获得信息。所述操作可包含提供经配置以使用来自协调分组的信息分配非重叠时间以传输数个数据分组的数据分组传输调度。在一些实施方案中，所述操作可进一步包含根据数据分组传输调度传输数据分组。

在一些实施例中，系统及方法提供优于常规类以太网的具有冲突检测的载波感测多路存取系统(CSMA/CD)的优点，所述常规系统不支持基于节点的优先级及分组流量类别的数据分组传输且在流量由许多短分组组成时花费太多时间在退避仲裁上。在一些实施例中，这些系统及方法避免带宽降级、不可预测的分组递送延时及抖动且确保来自一个节点的高优先级数据分组不会被来自其它节点的较低优先级分组阻挡。在一些实施例中，系统及方法在于工业自动化、音频-视频及汽车车载网络中发现的时间敏感、时间关键控制网络中特别有利。

现在参考图10，展示根据示范性实施例的开放系统互连(OSI)模型1000。OSI模型1000是7层网络模型，其定义不同计算系统可用于彼此通信的机制。OSI模型1000包含数据链路层1002。数据链路层1002定义MAC的功能性。“PMD”被表示为物理层1004。在一些实施例中，分组由应用层1004中的一或多种应用产生且被向下传递到数据链路(MAC)层1002。

在一些实施例中，数据链路层1002包含传输控制器(例如，在媒体接入控制器MAC中)，其经配置以接收及解码协调分组且使用其时序及/或内容来作出何时从应用选择及传输来自递送到MAC的多个分组的分组的决策。在一些实施例中，传输控制器可指响应于协调分组中的控制信息控制分组传输的装置。传输控制器可由任何电路、软件或其组合实施，包含(但不限于)经配置以使用优先级方案接收控制信息及实现分组传输的处理器。传输控制器可为硬件电路、数字信号处理器、层、微控制器、ASIC或其它装置或是硬件电路、数字信号处理器、层、微控制器、ASIC或其它装置的部分。在一些实施例中，帧开始标记含有唯一数据模式，其可用简单模式相关器识别。模式相关器以同步化唯一数据模式开始，及接着识别帧开始标记码。

在一些实施例中，协调分组可指含有针对在协调分组被提供之后数据分组应如何或何时被传输的控制信息的任何数据分组。举例来说，在一些实施例中，协调分组可定义最小优先等级(超过其，MAC或其它装置将释放分组到网络)、实现传输的目的地地址/端口或地址群组、当前被允许传输的数据分组的大小及/或其它分组属性。在一些实施例中，协调分组是或包含帧开始标记，其可在于网络传输段期间检测到空闲周期时被发送。在一些实施例中，帧开始标记码可包含格式ID字段，其紧凑地直接编码此类属性的群组，使得ID本身足以基于与协调分组的ID匹配的策略选择从接收到当前协调分组的时间到新协调分组到达的时间将导引MAC把特定分组释放到网络的策略。在其中包含格式ID字段的情况中，帧开始标记还可包含额外字段，如下文关于图5更详细描述。紧凑ID字段中策略的编码希望降低由协调分组引发的带宽开销。

现在参考图1A，展示根据示范性实施例的单段总线物理媒体网络100的拓扑。类总线的物理媒体网络100包含数据分组在其上传输的物理媒体总线102。物理媒体网络100还包含一或多个节点104a到104n，其可经配置以将与节点相关联的数据分组发送到总线102。在一些实施例中，假如从任何单个节点104的传输透明地被所有节点看见，那么物理媒体可以电线、同轴电缆、传输线路、光纤或开放空间的形式来实施。节点中的每一者可任意地以不同时间间隔将数据分组发送到总线，这会导致冲突。举例来说，如果节点104a及节点104b尝试同时传输数据分组，那么可能因为总线102状态可由冲突信号驱动而发生冲突。因此，节点104通常经结构化以经配置以监测总线物理媒体网络上的所有流量来检测冲突及退避并重传冲突分组。

现在参考图1B，物理媒体网络106的多段总线拓扑可在实用用例中构造，具有一或多个经连接分支，如根据示范性实施例展示。物理网络106(例如总线)包含连接到节点104c的分支110。在一些实施例中，其它节点104a、104b及104n直接连接到总线102。假如来自任何单个节点的传输透明地被所有节点看见，且即使在冲突节点定位于不同段上的情况下也将发生冲突，那么此多段物理媒体网络106展现与上文关于包含一或多个节点104a到104n及总线102的总线物理媒体网络100描述的许多相同特征。

现在参考图2，来自典型CSMA/CD网络上的节点的数据分组传输段200的时序图展现由于数据分组传输段200期间的冲突所致的递送延时、抖动及重新排序的影响。在一种案例中，可存在四个有效节点：节点A、节点B、节点C及节点D。在第一时间间隔202中，节点B得到大数据块以在物理媒体空闲时传输。节点B将立刻开始传输到物理媒体。当数据分组B在被传输的过程中时，节点A可接收将要传输的短但紧急的数据分组。因为在总线上存在载波(即，数据分组B被传输)，因此节点A将必须推迟传输直到由节点B进行的传输结束，再加上可靠地检测物理媒体上的安静(空闲)状态的时间。因此，数据分组A的传输将仅在时间间隔204中发生。数据分组A的延迟传输将由于延期而导致未指定延时及递送时间抖动。在一些实施例中，如果数据分组B很短，那么可变延时可短到几微秒，且如果数据分组B长到单个分组所允许的最大值，那么可变延时可长到几毫秒。在一些实施例中，空闲状态跟随在数据分组A的传输之后。

第三时间间隔206说明冲突可如何导致经传输分组重新排序。考虑其中节点C及节点D两者紧接彼此接收不久将要传输的数据分组的案例。因为物理媒体是空闲的，因此数据分组C将立即被传输。因为节点D在载波检测器发现来自节点C的传输之前接收到分组，因此节点D也将开始传输数据分组D。时间间隔206期间的冲突致使在冲突检测器感测到它时终止。接着，随机退避超时将在两个节点中开始。在退避间隔之后，数据分组D或C可被随机选择以首先被传输。在图2中展示的示范性实施例中，节点D被随机选择且在间隔208中被首先传输，从而有效地重新排序原始分组序列且引入未指定延时及递送时间抖动。

图2中展现的实例CSMA/CD不支持节点的优先级及分组流量类别，且当流量由许多短分组组成时可能花费过多时间在退避仲裁上，这引入带宽降级、不可预测的分组递送延时及抖动。另外，图2中展现的CSMA/CD不保证来自一个节点的高优先级数据分组不被来自其它节点的较低优先级分组阻挡。此行为在于工业自动化、音频-视频及汽车车载网络中发现的时间敏感、时间关键控制网络中可能是不可接受的。

现在参考图3，展示根据示范性实施例的协调数据分组传输系统300的框图。协调数据分组传输系统300包含媒体接入控制(MAC)层302及物理接口(PHY)层304。在一些实施例中，MAC 302可经配置以监测网络流量及基于来自PHY层304的冲突、载波感测及帧开始标记信号协调数据分组传输。PHY接口层304上的MAC层302数据流包含在应用层1006处产生及消耗的常规网络数据分组以及在MAC层302处在内部产生及消耗的分组。在一些实施例中，MAC层302可包含于OSI模型1000的数据链路层1002中。在一些实施例中，MAC层302可为数据链路层1002的一部分，而物理层304可为OSI模型1000中的物理层1004的部分。协调数据分组传输系统300可实施于节点104a到n(图1及2)中的任一或多者中。

MAC层302可包含传输控制器320及数个数据缓冲器或设施，包含其中上层放置不同优先级的分组(例如，传输队列优先等级310、312、314等)的缓冲器、希望用于产生协调分组308的本地缓冲器或设施及用于产生传输时间戳316的本地缓冲器或设施。数据(例如，缓冲器中的数据分组)通过具有数个源输入的多路复用器或选择器306被释放到PHY层304。在一些实施例中，多路复用器基于来自传输控制器320的命令选择从哪一源输入取得数据且将源数据发送到PHY层304。

在一些实施例中，多路复用器源可包含供应协调分组308的单元或缓冲器。协调分组308可包含可用于协调数据分组传输的控制信息。在一些实施例中，协调分组308可采取与硬件状态机、由硬件或可编程处理器填充的数据缓冲器或其它实施方案相关联的分组的形式。

在一些实施例中，协调分组308可仅在MAC层之间交换且可被阻止传播到接收路径上的更高层级。因为协调分组308正载送特殊MAC相关数据，因此协调分组308可具有与常规网络分组不同的格式且可显著地更短以节省带宽。在其它实施例中，协调分组308的内容可由MAC层302之外的其它系统元件产生或可为所述其它系统元件可见的。

在一些实施例中，协调分组可为直接指示数据传输帧的开始的帧开始标记。来自帧开始标记之后及下一帧开始标记之前的所有数据都可为相同数据传输规则、优先级及时序可适用的同一逻辑帧的部分。帧开始标记的各种实施方案在下文关于图5更详细描述。

多路复用器输入还可包含含有具有不同经指派传输优先等级310、311及314的分组的一或多个传输队列。当分组存在于这些队列中的多于一者中时，控制器320将基于传输队列的优先等级选择传输队列中的哪一者将首先提供数据到PHY层304。

在一些实施例中，固定优先级经指派到队列。通常，具有最高优先级的传输队列将首先提供数据到PHY层304。在其它实施例中，可实施其它优先级方案。举例来说，可实施老化优先级方案，其中传输队列的优先级可随时间流逝而提高，同时传输队列继续具有尚未被传输的未完成分组。在此情况中，已保持未传输分组达最长时间的传输队列可具有最高优先级。

在一些实施例中，传输队列优先级可基于由传输控制器320选择的传输调度被动态地修改。举例来说，在一些实施例中，具有最低数目的节点(例如节点0)可具有最高优先级。在其它实施例中，具有最高数目的节点(例如节点N)可具有最高优先级。最后，在一些实施例中，任何节点优先级可由与协调数据分组传输系统300分离的计算系统(例如，应用软件)确定且由传输控制器320设置为最高优先级。

在一些实施例中，MAC层302可含有时间参考318或时钟产生器，其时钟周期是全网络已知的，且网络上事件的时间协调可以此参考为单位来引用。在一些实施例中，时间参考318对控制器320中的事件拍摄快照且可任选地将传输到网络的分组的时间戳提供到多路复用器或选择器306。

传输控制器320可经配置以实施数据分组传输调度，其避免在不同传输之间的冲突。当节点可释放(例如，提供)PHY层304上的数据时，调度定义非重叠时间间隔的序列。调度适用于在跟随帧开始标记(FSM)之后的帧中被允许的传输。调度借助于协调分组308(其是由所有节点中的传输控制器320接收及解译的分组)跨越网络上的所有节点被共享。在一些实施例中，协调分组308可为单独广播分组。在其它实施例中，协调分组308可为包含(序连)于FSM中的数据字段。明确来说，调度可编码于作为FSM中的紧凑字段的策略ID中。在一些实施例中，固定调度可在配置时提供，且FSM仅用于定界帧。

协调分组308由网络上的所有活动节点中的传输控制器320观察及解译。在一些实施例中，来自协调分组的调度在协调分组被接收之后是有效的，且称为当前调度。当前调度可部分或完全被来自最新接收的(下一)协调分组调度覆盖。在一些实施例中，协调信息可由纯硬件提取。在其它实施例中，协调信息可由软件可编程处理器或上述的组合处置。

在一些实施例中，数据分组传输调度可指定义用于传输数据分组同时避免冲突的非重叠时间段的数据。数据分组传输调度适用于用于数据传输的时间段，其在本文中可称为帧。帧从帧开始标记(FSM)中定义的时间开始且可横跨到下一FSM传输。在一些实施例中，FSM将时间指针传送到帧边界。在其它实施例中，FSM的出现指示帧的边界。帧可涵盖一或多个有效负载数据分组或可为空。数据分组传输调度可呈各种数据形式且被存储于任何类型的存储装置或电路中。经配置以分配非重叠时间的数据分组传输调度可指包含定义不相交的用于数据传输的相异时间段的数据的数据分组传输调度。

为了实施传输调度，传输控制器320可通过接收PHY 324从物理层304接收信息，包含(但不限于)冲突数据、载波感测及帧开始标记指示符。信息可用于确定帧的边界及如何将调度应用于传输。传输控制器320可经配置以解码帧开始标记及从协调分组提取控制信息。控制信息可被定义为针对数据分组应如何被传输的指令。控制信息可包含传输队列优先级规则、开始ID、时间戳及错误校正码。

在一些实施例中，解码协调分组进一步利用高可靠性数据模式检测器来改进对帧边界及协调数据的正确检测的机会。高可靠性对确保网络上的所有节点都以相同方式对待协调数据是至关重要的，且避免在一些节点误译调度的情况中发生冲突。

在一些实施例中，高可靠性模式检测器可指经配置以在存在实质噪声及干扰情况下基于数据模式检测及/或解码FSM及协调分组的装置。在一些实施例中，协调分组可从网络媒体(例如，从另一节点)接收。在一些实施例中，解码数据分组可指将协调分组中的数据转译成可理解格式。在一些实施例中，高可靠性数据模式检测器包含经匹配滤波器及用以解码协调分组的错误校正单元。在一些实施例中，当检测指示FSM及协调分组未被可靠地检测到时，对应帧中的调度经设置为“空”且防止从节点传输，否则，这可致使发生冲突。在一些实施例中，经匹配滤波器可指经配置以检测某些数据的存在或增强信号的滤波器(例如数字滤波器)。

在一些实施例中，传输优先级规则可指为传输队列提供优先化方案的数据。规则可呈各种格式且涵盖在个别节点的队列(例如，当此节点具有传输机会且被允许驱动网络媒体时将要使用的那些队列)内的优先化以及跨越共享段上的所有节点的优先化(例如，当用于每一节点的传输机会开始及结束时)。在一些实施例中，跨越所有节点的优先化定义不同节点的优先等级。

在一些实施例中，帧开始标记可在一些实施例中指传输机会(例如，与MAC层302相关联)的序列。在一些实施例中，传输机会从检测到媒体的空闲状态(无载波)时开始，且持续指定最大时间，以将媒体放置回空闲状态中结束。一旦一个传输机会结束，下一传输机会就可开始。在一些实施例中，调度可定义每一个别传输机会如何被指派到网络节点的方式。传输机会序列前进直到下一FSM，及接着序列针对下一帧重新开始。协调器可在传输机会中的任一者之后发出FSM，从而在任何长度的传输机会序列处终止当前帧。

在一些实施例中，传输控制器320还可经配置以检测经调度传输间隔的持续时间及将节点ID与相关联于网络系统的一或多个节点中的节点的源MAC地址匹配以自动识别网络客户端。在一些实施例中，节点ID是指识别节点的地址或数据。在一些实施例中，源MAC地址是指节点中的MAC的地址。

在简单的未优先化调度中，可允许每一节点按顺序传输其在其队列中的任一者中准备好的任何内容。如果与当前传输机会相关联的节点没有内容要传输，那么失去传输机会且下一机会在媒体上的预定义空闲状态之后开始。举例来说，如果网络包含4个节点，那么节点1可具有最高优先级(例如等级1)，而节点4可具有最低优先级(例如等级4)，或替代地，节点3可具有最高优先等级且节点1可具有最低优先等级。因此，节点将按1、2、3、4或3、2、4、1的顺序被激活。在一些实施例中，可隐式地使顺序与网络上的节点MAC地址或其枚举顺序(节点号)相关联。

在其它实施例中，可观察节点中的内部优先级。例如，在第一循环中，将允许仅在其最高优先级队列中具有数据的节点使用传输机会，且接着，将仅允许具有较低优先级分组的节点使用下一传输机会。举例来说，如果节点2及节点4具有高优先级分组，且节点1、2及3具有低优先级分组，那么传输将按节点2、节点4、节点1、节点2及接着节点3的顺序发送。在一些实施例中，当优先等级以表格形式或以具有针对每一节点及其优先等级的条目的位字段在协调分组中传送时，更灵活调度是可行的。一旦协调信息已被接收，传输控制器320就可经配置以产生数据分组传输调度，其分配非重叠时间间隔用于传输多个数据分组以避免冲突。非重叠时间是指在其期间数据分组可没有冲突地在共享媒体上传输的时间段。

所有活动节点中的传输控制器320应经配置以观察FSM及协调分组、检测帧边界及在帧持续时间期间将调度应用于在共享媒体上的传输。

在一些实施例中，传输控制器320还可经配置以用作网络上的协调器节点及在预定义时间编码及传输协调分组及/或FSM。举例来说，预定义时间可在特定时间段(例如1毫秒、2毫秒等)内或在经过特定数目的传输机会之后任意设置。此协调器节点可在一(初级协调器)或多个节点(退避协调器)上启用。协调功能独立于有效负载数据传输，且用于将FSM及协调分组广播到所有节点。在一些实施例中，传输控制器320可包含经配置以编码及传输协调分组的编码器。编码器可被定义为将数据转换成经编码版本的装置。

现在参考图4，展示根据示范性实施例的具有帧开始标记及流量协调的简单传输机会序列400的时序图。帧开始标记可由具有活动协调功能的一或多个节点以特定速率周期性地发送或在检测到物理媒体的空闲状态时被发送。举例来说，在图4中展示的3节点网络(A、B、C)中，在序列机会中将存在三个传输机会(例如Tx机会A、Tx机会B及Tx机会C)。在第一帧402中，在Tx机会A期间，数据分组A在空闲检测的短静默之后跟随FSM。在数据分组A已被传输之后，在下一传输机会开始之前，针对载波或冲突检测时间，允许短周期经过。这允许具有非空队列的节点的传输控制器320确定传输机会边界且防止数据分组之间的任何冲突。接着，空间被启用。因为在Tx机会B中，节点B没有任何数据分组要传输，因此空间被留空。接着，机会C开始且数据分组C被传输。仅具有将要传输的数据分组的节点将在其对应传输机会期间传输数据分组。否则，调度移到下一传输机会。此过程在第二段404中重复。

现在参考图5A到5D，展示一或多个帧的示范性实施例。如上所述，每个帧以包含同步模式及格式ID的FSM开始。在一些实施例中，同步模式可指用于同步分组传输与时间参考318的模式。FSM由用作协调器的节点中的一者中的协调器功能发送。帧开始标记可含有唯一数据模式，其可用简单模式相关器识别。在一些实施例中，FSM的内容使协调分组不同于在网络上传输的其它数据分组。在一些实施例中，FSM可另外包含一或多个额外字段，例如任选开始ID、任选传输ID映射、任选时间戳及任选错误校正码。

在一些实施例中，帧开始标记包含其它字段。图5A展示格式ID字段，其识别所包含的或紧跟在FSM之后的协调分组且指定用于节点的传输机会的调度。协调分组可包含用于传输调度的信息。在一些实施例中，信息包含传输调度或用于作出传输调度的参数。

在一些实施例中，任选开始ID(图5B)可指哪一节点接收到第一优先级及因此第一传输机会的指示。此字段允许改变节点在每个帧中个别地使用传输机会的顺序。

在一些实施例中，调度由指示用于节点的传输机会序列的映射描述。举例来说，现在参考图8，FSM包含传输机会位映射800，即100011001的模式，其中每一‘1’位代表允许对应节点传输数据。当传输ID映射存在于FSM中时，从节点中的一些进行的传输将不被允许(即，无法传输数据分组)。在此实例中，关于100011001的传输ID映射模式，映射800仅允许节点1、节点4、节点5及节点8在时间序列802中传输。因为序列在完成时回绕且仅由新FSM复位，因此实际传输机会序列802在图8中展现。根据协调器的判断，下一FSM中的模式可为不同的，因此可根据应用的需要动态地改变无冲突接入共享媒体的顺序。

在一些实施例中，任选时间戳字段可在一些实施例中指帧开始标记在媒体上出现的时间的指示。帧开始标记中的时间戳字段旨在准确时基同步到在每一节点的MAC层302中发现的时基。通过比较传输时间(来自FSM的时间戳字段)与FSM的接收时间，每一节点可确定此节点的本地时钟产生器的时序错误且调整其以匹配定位于协调器节点中的时基。

在一些实施例中，帧开始标记可包含时基计数器的快照，所述时基计数器在帧开始标记相关功能达到其峰值时对主协调器(例如，发送帧开始标记的节点)中的参考时钟进行计数。因为从时间戳字段将出现在物理媒体上时起，此时间已经过去，因此协调器将对过程进行流水线运行，并插入为先前帧开始标记捕获的时间戳。跟随节点必须在相关峰值时刻捕获其本地时间，且临时存储其直到下一帧开始标记到达且从主协调器递送先前FSM的时间。在那刻，每一节点可比较本地与远程时间戳且使用差异作为频率或相位跟踪循环的错误信号。

在一些实施例中，时基时钟可与网络时钟无关且与其不同步，且其频率可能需要在一或多个节点中准确地恢复。此类应用中的一者将是传输音频或车辆中的凸轮轴的准确位置。在一些实施例中，可存在一或多个时钟恢复循环，且其使用时间戳数据同时操作。

基于时间戳的网络及应用时钟同步的任何实施方案是可行的。在一些实施例中，经准确同步的时基保证由所有节点相同地遇到对传输机会的时间参考，以避免由于误协调所致的冲突。

在一些实施例中，覆盖协调分组数据的任选错误校正码可减轻协调数据分组中的错误。在一些实施例中，错误校正码可指指示错误的数据。因为协调中的故障可导致全系统冲突及带宽降级，因此FSM及协调数据接收的可靠性可能需要高于常规有效负载的FSM及协调数据接收的可靠性。错误校正单元可指校正错误或提供错误校正码的电路或软件或其组合。在一些实施例中，错误校正码可呈任何通用错误校正码(例如汉明码(hamming)、二进制卷积码、里德-所罗门(Reed-Solomon)码、低密度奇偶校验码等)的形式。格式ID可足够灵活以允许上述字段的不同有效组合，如(但不限于)图5C及5D中展示。

图6说明实施于传输控制器320中的具有冲突避免模式的简单载波感测中的传输机会时序。在一些实施例中，传输控制器320观察协调分组且跟踪所有传输机会的时间位置。在一个实施例中，传输机会可在物理媒体的空闲状态之后均等地间隔开且按照其MAC地址或枚举ID被指派到网络节点。共享网络段上的节点可被指派唯一标识符，从而允许节点将其与传输机会匹配。传输机会的持续时间可以所有节点共同已知的时间单位指定，且可任选地使其可编程。在一些实施例中，网络上的所有节点最初监听以检测帧开始标记。在一些实施例中，仅检测到有效帧开始标记的节点将知道调度且可找到其传输机会开始时间。每一节点具有当前传输机会寄存器，其按来自帧开始标记(如果存在)的开始标识号(例如开始ID)字段值加载或如果字段不存在，那么立即被清除。假定冲突检测时间是T_cd且传输机会防护频带是T_o，那么每一传输控制器320可确定传输机会，如下文描述。

如果寄存器的当前值匹配此节点的ID且在MAC层302的传输队列中存在未完成数据，那么传输控制器320将开始发送选定优先级队列分组数据到PHY 304且数据将出现在媒体上。如果在队列中没有可用数据，那么传输器将保持空闲且传输机会将保持未用。如果控制器320遇到没有载波的间隙达超时T_cd+T_o(传输机会间隔)，那么传输机会寄存器的值累加且此过程针对每一传输机会重复。载波检测超时在图6中以绿色标记，且T_o被标记为红色轨迹。在图6中展示的示范性实施例中，传输机会1、2及4未用，且有效传输在传输机会3、5及6发生。如果任选字段均未在帧开始标记中定义，且节点具有将要传输的数据，那么节点的MAC将看到如上文展示的传输机会，且总是按循序顺序(1、2、3、…N)，及接着循环将重复。

简单循序调度可使具有较高ID的节点总是处于位于最后的劣势，且如果较早机会被长分组占用，那么必须等待。现在参考图7，FSM中的序列标识符字段可在不同帧例子中修改顺序。传输机会序列702展现默认传输序列。在默认传输序列中，传输机会序列从第一传输ID(例如ID0)开始且累加传输ID数直到达到最大传输ID。

传输机会序列704展现其中特定StartID在FSM的任选StartID字段中指定的序列。当指定StartID在帧开始标记中定义时，传输机会序列将在匹配StartID的ID处开始，且在最大ID处回绕，如图7中展示，因此来自节点的传输的序列可在每一帧开始标记之后改变。MAC协调功能可通过改变每个循环的StartID来旋转优先级。

传输机会序列706展现使用传输机会映射字段进行选择性轮询，其中仅关键节点被允许在每一帧中发送数据。在实例中，分配第一帧以仅允许节点0、4、5、8，及接着，为节点3、4、5、6、7分配第二帧。应用定义针对特定系统来说哪一传输机会顺序最高效。

如果较低ID节点具有大量数据要传输，那么简单调度可为从具有高ID的节点传输紧急数据形成过多延迟。来自较高ID节点的传输将总是被延迟，尤其是在这些较早传输机会将被加载大分组的情况下。

在增强实施例中，如果MAC层302被允许从其它节点观察先前传输机会的持续时间，那么MAC层302可防止此发生，且如果其具有紧急、时间关键分组要从原始序列传输，那么干扰长分组的传输。更明确来说，如果紧急传输未完成，那么在节点的序列中可在先前传输机会中插入干扰突发。因此，具有较低ID的节点将检测到冲突且快速从共享媒体离开，且等待下一帧开始标记。但当前帧内的传输机会序列将针对所有其它节点继续，且最终紧急分组将更早通过。

现在参考图9，时间序列900说明在示范性实施例中用以先占长数据分组的传输的干扰机制。明确来说，传输控制器320可收集每一节点的使用统计数据以检测传输间隔的持续时间及使用及接着通过实施干扰机制以先占网络带宽垄断来临时排除用于选定节点的传输机会。在一些实施例中，网络带宽可指网络上的通信容量或其任何部分。在一些实施例中，使用统计数据可指从节点中的每一者收集的度量，其描述每一节点何时传输数据、传输持续时间及数据类型以及其它类型的使用统计数据。当通过干扰的先占未被启用时，具有长数据分组的节点3将从节点5推出紧急传输。针对节点5，系统将经历过多延迟及递送时间抖动。在一些实施例中，干扰机制可指通过启动受控冲突而停止数据分组的传输的电路、软件或其组合。在一些实施例中，受控冲突可指发送数据分组的过程，其导致两个节点同时在网络媒体上发送一个数据分组(例如，从而导致冲突)。

节点5中的传输控制器320可实施通过干扰的先占以防止垄断。在一些实施例中，垄断可指连续使用共享媒体用于传输网络带宽的数据分组(达过长的时间段)。如果在节点3正将其传输机会用于长的低优先级分组902时看到其高优先级队列等级310中的未完成紧急分组，那么其可注入干扰序列904以创建故意或受控冲突。响应于冲突，节点3中的传输控制器320将终止传输且将保持分组用于稍后重传。此后，用于节点5的传输机会将较早开始且紧急分组的延迟将减小。

作为此方法的扩展，希望覆盖正常优先级的节点5中的传输控制器320可考虑在其经指派节点将开始其传输之前在先前传输机会中插入干扰序列。因为所有节点中的传输控制器320保持通过检测跟随空闲状态之后的载波突发来跟踪传输机会边界(见图4)，因此干扰突发将被视作被占用的短传输机会。较低优先级节点将假定TO被使用，且将不尝试传输。此情况等同于从节点5“快进”到用于高优先级分组的传输机会，且临时抑制来自先前节点的传输。此抑制可被允许仅针对其队列具有高优先级分组的节点，且如果优先级在节点中相等，那么传输机会的正常循序调度将恢复。

因为传输控制器320必须观察协调分组且必须跟踪所有传输机会的时间位置，且共享媒体上的所有分组都可见且可在每个节点中被接收，因此传输控制器320与MAC接收器一起可监测每一传输机会的利用，且收集利用统计数据(包含(但不限于)分组数目、由每一节点使用的带宽、源MAC地址、分组大小、优先等级)。其还可通过跟踪在每一传输机会发送的分组的地址字段来自动发现MAC地址与节点ID之间的映射。所收集的统计数据及映射可用于应用层。

术语“经耦合”及其变形包含两个构件彼此直接或间接接合。术语“经电耦合”及其变形包含通过导电材料(例如金属或铜迹线)使两个构件彼此直接或间接接合。此接合可为静止(例如，永久或固定)或可移动(例如，可移除或可释放)的。此接合可凭借两个构件彼此直接耦合或耦合至彼此，凭借两个构件使用单独中介构件及彼此耦合的任何额外中介构件来彼此耦合，或凭借两个构件使用与两个构件中的一者一体地形成为单个整体主体的中介构件来彼此耦合而实现。如果“经耦合”或其变形由额外术语修饰(例如，经直接耦合)，那么上文提供的“经耦合”的一般定义由额外术语的通俗语言含义修饰(例如，“经直接耦合”意味着两个构件在没有任何单独中介构件的情况下接合)，从而导致比上文提供的“经耦合”的一般定义更窄的定义。

前述内容概述若干实施例的特征，使得所属领域的技术人员可更好理解本公开的方面。所属领域的技术人员应了解，他们可容易地使用本公开作为设计或修改用于实施本文中介绍的实施例的相同目的及/或实现本文中介绍的实施例的相同优点的其它过程及结构的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效构造不背离本公开的精神及范围，且其可在不背离本公开的精神及范围的情况下对本文做出各种变化、替代及更改。

应注意，本公开的某些段落可引用与系统组件(例如节点、传输机会等)相关的例如“第一”及“第二”的术语。这些术语不旨在仅在时间上或根据顺序使实体(例如，第一装置及第二装置)相关，尽管在一些情况下，这些实体可包含此关系。这些术语也不限制可在系统或环境内操作的可能实体的数目。应理解，上文描述的系统可提供那些组件中的任一者或每一者的多个，且这些组件可被设置在独立机器上或在一些实施例中，被设置在分布式系统中的多个机器上。另外，上文描述的系统及方法可经提供为体现于一或多个制品(例如，软盘、硬盘、CD-ROM、闪存卡、PROM、RAM、ROM或磁带)上或中的一或多个计算机可读程序或可执行指令。程序可以任何编程语言(例如LISP、PERL、C、C++、C#)或以任何字节代码语言(例如JAVA)实施。软件程序或可执行指令可作为目标代码存储于一或多个制品上或中。

虽然方法及系统的前述书面描述使一般技术人员能够制作及使用其实施例，但一般技术人员应理解且了解本文存在特定实施例、方法及实例的变化、组合及等效物。本方法及系统因此不应受上文描述的实施例、方法及实例限制，而是应受本公开的范围及精神内的所有实施例及方法限制。

Claims (20)

1.一种装置，其包括：

传输控制器，其经配置以：

从网络媒体接收协调分组；

从所述协调分组获得信息；及

提供经配置以响应于来自所述协调分组的所述信息分配非重叠时间以传输多个数据分组的数据分组传输调度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述传输控制器经配置以用作网络协调器。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述协调分组包括用于经配置以在所述网络媒体上通信的一或多个节点的传输机会。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述协调分组为用于所述一或多个节点的所述传输机会指定优先化方案。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述协调分组描述经配置以响应于至少所述优先化方案启动受控冲突的干扰机制。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述优先化机制基于在传输队列中花费的持续时间提高一或多个数据分组的优先级。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述传输控制器经配置以：

收集每一节点的使用统计数据以检测传输间隔的持续时间及使用；及

通过实施所述干扰机制以先占网络带宽垄断来临时排除用于选定节点的传输机会。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述协调分组包括同步模式、帧开始标记、开始标识号、时间戳及错误校正码中的至少一者。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述传输控制器包括经配置以获得所述信息的匹配滤波器及错误校正单元。

10.根据权利要求3所述的装置，其中所述传输控制器经配置以检测传输机会的持续时间且将节点ID与在所述网络媒体上通信的所述一或多个节点中的节点的源MAC地址匹配以识别网络客户端。

11.一种用于数据分组传输的方法，所述方法包括：

由传输控制器接收协调分组；

从所述协调分组获得信息；

由所述传输控制器提供经配置以使用来自所述协调分组的所述信息分配非重叠时间的传输调度；及

由所述传输控制器根据所述传输调度传输数据分组。

12.根据权利要求11所述的方法，所述传输控制器进一步包括经配置以编码所述协调分组的编码器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述协调分组描述用于与网络系统相关联的一或多个节点的传输机会。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述协调分组为用于与所述网络系统相关联的所述一或多个节点的所述传输机会指定优先化方案或指定经配置以根据至少所述优先化方案的需要启动受控冲突的干扰机制。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：

由所述传输控制器收集每一节点的使用统计数据以检测传输间隔的持续时间及使用；及

由所述传输控制器通过实施所述干扰机制以先占网络带宽垄断来临时排除用于选定节点的传输机会。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述协调分组包括同步模式、帧开始标记码、开始标识号、传输标识映射、时间戳及错误校正码中的至少一者。

17.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括由所述传输控制器检测经调度传输间隔的所述持续时间及将节点ID与相关联于所述网络系统的所述一或多个节点中的所述节点的源MAC地址匹配以自动识别网络客户端。

18.一种装置，其包括：

一或多个处理器及存储器，所述存储器存储在由所述一或多个处理器执行时使所述一或多个处理器执行包括以下的操作的指令：

接收协调分组；

从所述协调分组获得信息；及

提供经配置以使用来自所述协调分组的所述信息分配非重叠时间以传输多个数据分组的数据分组传输调度。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述操作进一步包括根据所述数据分组传输调度传输数据分组。

20.根据权利要求18所述的装置，其中所述协调分组指定用于与网络系统相关联的一或多个节点的传输机会的优先化方案。