CN1194513A - 用于多站网的自适应随机存取协议和动态检索树扩展分解 - Google Patents

Abstract

一种通信系统具有多个在一个有多个时隙的数据帧中传送数据的站,其中多个时隙是新的消息小时隙NMS,扩展小时隙EMS和数据时隙DS。参数MAP定义了在一个上行数据帧中的新的消息小时隙,扩展小时隙和数据时隙。主站向多个从属站发送范围参数R和参数MAP。每个从属站独立地确定一个随机传输参数RN。每个从属站向主站(i)如果它的随机传输参数RN对应于参数MAP,在一个新的消息小时隙中发送一个新的预留请求,(ii)如果被分配到参数MAP中的一个扩展小时隙,在一个扩展小时隙中发送一个旧的预留请求,和(iii)如果被主站分配一个数据时隙,在数据时隙中发送数据。

Description

用于多站网的自适应随机存取协议和动态检索树扩展分解

本发明与1996年10月22日递交的序列号为08/734,909的美国专利申请和1996年10月22日递交的序列号为08/734,908的美国专利申请中公开的发明有关。

本发明涉及用于一个其中多站共享一个共用通信信道入口的通信系统的协议和动态检索树扩展过程。

通信系统一般包括多个通过一个共用通信信道相互连接的站。例如，在一个共用天线电视(CATV)系统中，一个起始端通过一条电缆与多个用户站连接。该电缆支持从起始端至用户站的下行通信，和从用户站至起始端的上行通信。在起始端与用户站之间传递的数据在数据帧中发送。因此，当起始端与一个用户站通信时，起始端向用户站发送下行数据帧，当一个用户站与起始端通信时，用户站向起始端发送上行数据帧。

在这种CATV系统中，起始端和用户站必须以某种方式分享电缆的资源。例如，一般把下行和上行通信分配到不同的频率范围。在低分割分配中，下行通信被分配到54MHz与750MHz之间及更高的频率范围，而上行通信被分配到42MHz以下的频率范围。在中分割分配中，下行通信被分配到162MHz及以上的频率范围，而上行通信被分配到5至100MHz之间的频率范围。在高分割分配中，下行通信被分配到234MHz及以上的频率范围，而上行通信被分配到5MHz和174MHz之间的频率范围。

此外，各用户站也必须以某种方式分享电缆的资源。在时分多址(TDMA)CATV系统中，各用户站一般通过在唯一分配的和互不重叠的时间周期中发送数据分享电缆。在频分多址(FDMA)CATV系统中，通过把可用的上行频带宽度分割为多个窄频道并且为每个用户站分配其自身唯一对应的窄频带，使各用户站分享电缆。在码分多址(CDMA)CATV系统中，各用户站通过把它们的数据消息乘以对应的分配码字然后发送其结果的方式分享电缆。

将每个用户站分配给一个唯一的时隙的TDMA系统避免了各用户站发送的数据的碰撞，但限制了从用户站到起始端的数据通过量。因为分配给用户站的频带数量是有限的，因此为每个用户站分配其自身唯一对应的窄频带的FDMA系统同样限制了数据通过量。同样，由于可以分配给用户站的码字的数量是有限的，CDMA系统限制了通信电缆的数据通过量。

为了提高用户站向CATV系统的起始端发送的数据的通过量，已知可以把支持从用户站向起始端通信的上行数据帧分割为多个小时隙和数据时隙。有数据向起始端发送的那些用户站需要在当前上行数据帧(即，在离散时间n的上行数据帧)的一个小时隙中插入一个预留请求。这个预留请求要求起始端在一个后续上行数据帧(例如，在离散时间n+1的上行数据帧)中预留供那些用户站使用的数据时隙。

由于被这种当前系统使用的上行数据帧中的小时隙数量是有限的，因此用户站之间对存取有限数量的小时隙的争用导致了预留请求之间的频繁碰撞(即，争用)。但是，希望至少有一些预留请求将成功地由用户站发送到起始端，而不会在任何给定的上行数据帧中发生碰撞。因此，一般认为最终所有的用户站都将能够在为此目的预留的数据时隙中向起始端发送它们的数据。也是由于这种系统中的小时隙的数量是有限的和固定的，因而在这种系统中的通过量受到相应的限制。

也已经知道通过允许用户站争用上行数据帧中相同的频率、时间或码字时隙，和使用一种树算法来消除任何产生的碰撞的方法来提高用户站向起始端发送的数据通过量。当两个或更多的用户站在一个上行数据帧的相同的时隙或相同的多个时隙中发送数据时产生碰撞。当起始端检测到这种碰撞时，起始端开始一个树算法，该树算法对于第二层争用为其中存在碰撞的先行上行数据帧中的每个争用时隙在下一个上行数据帧中分配预定数量的扩展时隙。也就是说，树算法把其中存在碰撞的每个争用时隙扩展到预定数量的扩展时隙。

响应起始端进行的这种扩展，每个用户站确定它是否在一个其中存在碰撞的时隙进行了发送。每个确定了它在一个存在碰撞的争用时隙中进行了发送的用户站随机地在下一个上行数据帧中选择一个对应于它在其中发送了数据的先行上行数据帧的争用时隙的扩展时隙。然后，这些用户站在对应的随机选择的扩展时隙中再次发送它们的数据。如果起始端再次检测到碰撞，那么树算法对于第三层争用为其中存在碰撞的先行上行数据帧中的每个时隙在下一个数据帧中分配预定数量扩展时隙。争用中的用户站像前面一样作出响应。以这种方式，解决了争用。

本发明涉及将一种在需要时动态地改变一个上行数据帧中的小时隙的数量的协议的特征与一种用于当在一个上行数据帧的同一时隙中两个或更多的站碰撞时解决争用的动态树算法的特征结合在一起的系统。IEEE(电气和电子工程师学会(美国))正在制订有关于这样一种系统的标准(802.14)。

根据本发明的一方面，一个站包括一个接收装置，一个传输参数产生装置，和一个发射装置。该接收装置接收一个具有一个范围参数R和一个参数MAP的下行数据帧。参数MAP定义了多个新的消息小时隙NMS，多个由一个动态检索树扩展过程扩展的扩展小时隙EMS，和多个在下一个上行数据帧中的数据时隙DS。传输参数产生装置产生一个传输参数N。传输参数N受范围参数R的约束。发射装置：(i)如果传输参数N对应于新的消息小时隙，则在下一个上行数据帧的一个新的消息小时隙中发送一个预留请求，(ii)如果该站已经在一个先行上行数据帧中的并且在下一个上行数据帧中被扩展的小时隙中发送了一个预留请求，则在下一个上行数据帧的一个扩展小时隙中再次发送一个预留请求，和(iii)如果有为该站预留的一个数据时隙的话，那么在该数据时隙中发送数据。

根据本发明的另一方面，一个用于通过一种通信媒质在上行数据消息的时隙中发送数据的站包括一个接收装置，第一和第二时隙选择装置，和一个插入装置。该接收装置接收一个下行数据消息。该下行数据消息包括一个时隙参数。时隙参数指出可以在其中发送预留请求的新的消息时隙以及扩展时隙。该扩展时隙由一个动态检索树扩展过程产生。第一时隙选择装置选择一个扩展时隙。第二时隙选择装置在至少一个伪随机的基础上选择一个新的消息时隙。插入装置把一个以前发送过的预留请求插入一个选定的指定的将来上行消息的扩展时隙中，并把一个新的预留请求插入到一个选定的将来上行消息的新的消息时隙中。

根据本发明的又一个方面，一种在上行数据消息的时隙中发送数据的方法包括以下步骤：a)接收一个下行数据消息，其中该下行数据消息包括一个范围参数R和一个时隙参数，其中该时隙参数指出其中可以发送预留请求的新的消息时隙NS和扩展时隙ES，并且其中该扩展时隙ES由一个动态检索树扩展过程产生；b)选择一个扩展时隙；c)根据范围参数R选择一个新的消息时隙；d)在选定的一个扩展时隙中插入一个先行发送过的预留请求；和e)在选定的一个新的消息时隙中插入一个新的预留请求。

根据本发明的再一个方面，一个用于通过一种通信媒质发射和接收数据的站包括一个时隙扩展装置，一个时隙参数确定装置，一个范围参数确定装置，和一个插入装置。该时隙扩展装置根据一个动态检索树扩展过程把该站接收到的一个数据消息中的并且经历了碰撞的小时隙扩展为扩展时隙。时隙参数确定装置确定一个用于一个将来上行数据消息的时隙参数。该时隙参数指出：(i)可以在其中向该站发送新的预留请求的新的消息时隙，和(ii)扩展时隙。范围参数确定装置确定一个将来上行数据消息的范围参数R。范围参数R是根据一个通信媒质的负载确定的。插入装置把时隙参数和范围参数R插入用于通过通信媒质通信的一个下行数据消息中。

根据本发明的再一个方面，一个用于通过一种通信媒质发射和接收数据的站包括一个时隙扩展装置，一个时隙参数确定装置，一个范围参数确定装置，和一个插入装置。该时隙扩展装置根据一个固定检索树扩展过程将该站接收到的数据消息中的、并且经历了碰撞的小时隙扩展为扩展小时隙EMS。该时隙参数确定装置确定一个定义一个将来上行数据消息的时隙参数。该时隙参数指出：(i)在其中可以把新的预留请求发送到该站的新的消息小时隙NMS，(ii)在其中可以向该站再次发送旧的预留请求的扩展小时隙EMS，和(iii)在其中可以向该站发送数据的数据时隙DS。该范围参数确定装置确定一个可以在确定是否能够向该站发送新的预留请求中使用的范围参数R。该插入装置在用于通过通信媒质通信的一个下行数据消息中插入时隙参数和范围参数R。

根据本发明的再一个方面，一个站包括一个接收装置和一个发射装置。该接收装置接收第一和第二下行消息。该第一下行消息定义了一个具有新的消息时隙，扩展时隙，和数据时隙的第一上行消息。该第二下行消息定义了一个具有新的消息时隙和一个确定是否该站可以在一个该第二上行消息的新的消息时隙中发送一个预留请求的地址。该发射装置响应该第一下行消息，并(i)如果该站确定可以这样做，在该第一上行消息的一个新的消息时隙中发送一个预留请求，(ii)如果该站已经在一个先行的上行消息中的、并且在该第一上行消息中被扩展了的时隙中发送过一个预留请求，那么在该第一上行消息的一个扩展时隙中再次发送一个预留请求，和(iii)如果有为该站预留的一个数据时隙的话，那么在该数据时隙中发送数据。该发射装置响应第二下行消息并且如果第二下行消息中的地址对应于该站的地址那么在第二上行消息的一个新的消息时隙中发送一个预留请求。

根据本发明的再一个方面，一个站包括一个接收装置，一个传输参数产生装置，和一个发射装置。该接收装置接收一个具有一个争用范围参数R的下行数据帧。该争用范围参数R具有至少两个可能的优先等级值中的一个。该传输参数产生装置根据该站发送的数据的优先等级产生一个传输参数RN。传输参数RN受争用范围参数R的约束。如果该传输参数RN对应于下一个上行数据帧中的时隙，并且如果该预留请求与对应于该传输参数RN的数据有关的话，该发射装置在下一个上行数据帧的一个时隙中发送一个预留请求。

通过以下结合附图的本发明的详细说明可以对本发明的这些和其它优点有更为清楚的了解，其中：

图1是一个包括一个以电缆连接于多个用户站的起始端的CATV系统的示意图，该系统是根据本发明构造的通信系统的例子；

图2示出在其中起始端向图1的用户站进行发送的一个下行数据帧；

图3示出在其中用户站向图1的起始端进行发送的一个上行数据帧；

图4A示出根据一种动态扩展检索树扩展算法的上行数据帧F1-F7中的小时隙的例子；

图4B示出根据一种固定扩展检索树扩展算法的上行数据帧F1-F7中的小时隙的例子；

图5示出上行数据帧的一种时隙格式；

图6A和6B显示了在本发明的一个实施例中的由图1的起始端执行的程序；

图7-10是在解释图6A和6B的程序中使用的曲线图；

图11A和11B显示了在本发明的实施例中图1的每个用户站执行的程序。

图1示出一个包括一个起始端12，多个用户站14₁-14_n和一个连接在起始端12和用户站14₁-14_n之间的电缆16的CATV系统10。根据本发明，起始端12可以是安装有一个能够编程以支持通过电缆16下行通信的处理器的常用硬件设计的。同样，根据本发明，用户站14₁-14_n可以是每个安装有一个能够编程以支持通过电缆16上行通信的处理器的常用硬件设计的。

根据本发明，当用户站14₁-14_n有数据通过电缆16向起始端12传送时，这些用户站首先进行预留请求。在进行预留请求中，由于小时隙从用户站14₁-14_n向起始端12携带预留请求，用户站14₁-14_n对上行数据帧中有限的但是动态可变数量的小时隙相互争用。对于那些被起始端12成功地接收到的预留请求(即，在不存在碰撞的小时隙中被起始端12接收的)，起始端12通过从起始端12向成功的用户站14₁-14_n发送的一个确认来确认该预留请求。因此，上行数据帧被分割成多个时隙S，这些时隙S中的一些或大多数被再划分成多个小时隙MS，使得所有争用和预留活动发生在上行数据帧的小时隙中，并且所有数据传输发生在时隙S的未再划分的数据时隙DS中。

起始端12规定小时隙MS和数据时隙DS在下行数据帧中的排列。用户站14₁-14_n利用这种规定的排列和某些其它参数以便作出是否它们可以在一个后续的上行数据帧中发送预留请求和数据的决定。因此，用户站14₁-14_n争用上行信道的带宽。一个成功的预留请求导致起始端12根据可用性为每个发送了成功的预留请求的用户站预留一个或更多的数据时隙。任何一个用户站可以使用的预留数据时隙的数量取决于进行了成功的预留请求的用户站的数量。

上行和下行数据帧的大小可以是相等的，可以是固定的，并且可以定义为，例如具有至少等于起始端处理时间与电缆16往返行程传输时延的和的大小。

图2中示出了一个示例性的下行数据帧。每个这样的下行数据帧有四个部分。第一部分包含一个范围参数R。当争用中的用户站具有非先行发送的预留请求要发送时，用户站14₁-14_n可以利用范围参数R争用新的消息小时隙。

下行数据帧的第二部分包含一个时隙参数MAP。时隙参数MAP定义下一个上行数据帧的哪些时隙是(i)用户站14₁-14_n用于发送新的预留请求(即，还没有被先行发送过的预留请求)的新的消息小时隙(NMS)，(ii)用户站14₁-14_n用于发送先行发送过的并且与来自其它用户站的预留请求碰撞过的预留请求扩展小时隙(EMS)，和(iii)预留给用户站14₁-14_n，使得用户站14₁-14_n能够发送数据的数据时隙(DS)。例如，时隙参数MAP可以是定义下一个上行数据帧中的每个新的消息小时隙，每个扩展小时隙，和每个数据时隙的位置的映象。映象可以使这些新的消息小时隙，扩展小时隙和数据时隙被分散到整个上行数据帧中。用户站14₁-14_n读取映象，以便确定上行数据帧中的哪些时隙是新的消息小时隙，上行数据帧中的哪些时隙是扩展小时隙，和上行数据帧中的哪些时隙是数据时隙。

作为选择，时隙参数MAP可以仅是划分上行数据帧中的时隙的，新的消息小时隙、扩展小时隙和数据时隙之间的边界。在这种情况下，新的消息小时隙、扩展小时隙和数据时隙被相互隔离。

此外，可以给包含在下一个上行数据帧中的小时隙赋值RQ#(即，一个RQ数)。因此，可以为包含在下一个上行数据帧中的并且用户站14₁-14_n要用来发送新的预留请求(即，还没有被先行发送过的预留请求)的新的消息小时隙赋值RQ#＝0。因而，一个具有一个未被先行发送过的预留请求要发送的用户站可以在一个被赋予0的RQ数的小时隙中发送未被先行发送过的预留请求。

可以把一个不为0的RQ数赋予(i)用户站14₁-14_n用于再次发送在一个先行的上行数据帧中与来自其它用户站的预留请求发生过碰撞的预留请求的扩展小时隙，和(ii)扩展小时隙对应的先行上行数据帧的争用小时隙。例如，如果先行上行数据帧n的小时隙16，27，33和45中发生了碰撞，起始端12在时隙参数MAP中指出先行小时隙16对应于一个4的RQ数，并且起始端12将为4的RQ数赋予在下一个上行数据帧n+1中的并且先行小时隙16被扩展到扩展小时隙。同样，(i)起始端12在时隙参数MAP中指出先行小时隙27对应于一个3的RQ数，并且起始端12将为3的RQ数赋予在下一个上行数据帧n+1中的并且先行小时隙27被扩展到扩展小时隙，(ii)起始端12在时隙参数MAP中指出先行小时隙33对应于为2的RQ数，并且起始端12将一个2的RQ数赋予在下一个上行数据帧n+1中的并且先行小时隙33被扩展到扩展小时隙，(iii)起始端12在时隙参数MAP中指出先行小时隙45对应于一个1的RQ数，并且起始端12将为1的RQ数赋予在下一个上行数据帧n+1中的并且先行小时隙45被扩展到扩展小时隙。

因此，如果一个用户站已经在先行上行数据帧n的小时隙16中发送了一个预留请求，这个用户站检测到先行上行数据帧n的小时隙16被赋予一个4的RQ数，并将在一个被赋予4的RQ数和在下一个上行数据帧n+1中的扩展小时隙中再次发送该预留请求。应当注意，最大RQ数是由经历碰撞的小时隙的数量确定的。在上述例子中，四个小时隙(即，小时隙16，27，33和45)经历了碰撞，因此最大RQ数是4。

下行数据帧的第三部分专用于对用户站14₁-14_n在一个先行上行数据帧中向起始端12成功发送的预留请求进行确认。每个确认字段(ACK)可以包括，例如，(i)一个站ID，它是被给予确认的用户站的地址，和(ii)预留给由站ID标识的用户站的并且该标识的用户站可以在其中向起始端12发送数据的一个或多个数据时隙。

下行数据帧的第四部分包含起始端12可以用来向用户站14₁-14_n发送其它数据的数据时隙。

图3中示出了一个上行数据帧的例子。在该上行信道中，用户站14₁-14_n使用先行下行数据帧的时隙参数MAP，以便确定下一个上行数据帧的定界。上行数据帧包含多个时隙。如图3中所示，一个时隙可以被再划分为多个新的消息小时隙NMS，一个时隙可以被再划分为多个扩展小时隙EMS，或一个时隙可以不被再划分(或部分划分)和被用作一个数据时隙DS。新的消息小时隙NMS，扩展小时隙EMS和数据时隙DS的混合是由起始端12定义的，并且依赖负载条件而变化。因此，小时隙的数量依赖于碰撞的程度和在起始端12的预留请求队列DQ中的预留请求的数量动态地改变。一个时隙可以被再划分为一个固定数量m的新的消息小时隙NMS和/或扩展小时隙EMS。

当两个或更多的来自对应用户站的预留请求在一个上行数据帧的一个新的消息小时隙中或一个扩展小时隙中碰撞时，这个新的消息小时隙或扩展小时隙在一个后续上行数据帧中被扩展为多个扩展小时隙。图4A示出了一个用于扩展其中发生碰撞的新的消息小时隙和/或扩展小时隙的动态检索树扩展过程。当在一个先行上行数据帧中没有碰撞时，在下一个上行数据帧中的所有小时隙都是新的消息小时隙，并且允许用户站14₁-14_n争用这些新的消息小时隙中的任何一个。当随后发生碰撞时，系统进入第一层争用。因此，当新的消息小时隙中存在碰撞时发生第一层争用。图4A中的上行数据帧F1显示了一个第一层争用。其中没有发生碰撞的新的消息小时隙标为NC，其中发生碰撞的新的小时隙标为C，其后面跟随着一个下标字母以区分这些新的消息小时隙。

因此，起始端12用一个扩展系数E(例如，可以是6)扩展在第一层争用期间其中发生碰撞的每个新的消息小时隙。扩展系数E的这个值取决于上行数据帧F1的新的消息小时隙中的碰撞数量。因此，起始端12把其中发生碰撞的每个新的消息小时隙扩展为第二层争用的六个对应的扩展小时隙。当在扩展小时隙中存在碰撞时发生第二层争用。例如，新的消息小时隙Ca被扩展为六个扩展小时隙，其结果是在第二层争用中所有这六个扩展小时隙都不包含碰撞。同样，小时隙Cb被扩展为六个扩展小时隙，结果是在第二层争用中这六个扩展小时隙中的一个(Cb1)包含碰撞，而这六个扩展小时隙的其它五个不包含碰撞。

应当注意，由于在一个上行数据帧中的小时隙的数量是有限的，所以可能出现并不是所有第一层争用的小时隙都能扩展到同一个下一个上行数据帧中的情况。因此，例如，来自上行数据帧F1的小时隙Cf被扩展为在一个上行数据帧F3中而不是在上行数据帧F2中用于第二层争用的六个扩展小时隙。这六个扩展小时隙中的一个(Cf1)包含碰撞，而这六个扩展小时隙的其它五个不包含碰撞。

还应当注意，一个上行数据帧可以包含不同争用层的扩展小时隙。例如，来自代表第一层争用的上行数据帧F1的小时隙Cg被扩展为上行数据帧F3中的六个扩展小时隙，而来自代表第二争用层的上行数据帧F2的小时隙Cb1被扩展为也是在上行数据帧F3中的三个扩展小时隙。

作为另一个例子，图4B示出了一种可以用于扩展其中发生碰撞的新的消息小时隙和/或扩展小时隙的固定检索树扩展过程。当在一个先行上行数据帧中没有碰撞时，下一个上行数据帧中的所有小时隙都是新的消息小时隙，并且允许用户站14₁-14_n争用这些新的消息小时隙中的任何一个。当随后发生碰撞时，系统进入第一层争用。在图4B中的上行数据帧F1示出一个第一层争用。其中没有发生碰撞小时隙标为NC，而其中发生碰撞的小时隙标为C，其后面跟随着一个下标字母以区分这些小时隙。

因此，起始端12用一个扩展系数E(在图4B的例子中是3)扩展其中发生碰撞的每个小时隙。至少部分地根据扩展系数E产生时隙参数MAP。这种扩展的结果是，起始端12把其中发生碰撞的每个小时隙扩展为三个用于第二层争用的对应的扩展小时隙。例如，小时隙Ca被扩展为下一个上行数据帧F2中的三个扩展小时隙，小时隙Cb被扩展为下一个上行数据帧F2中的三个扩展小时隙，小时隙Cc被扩展为下一个上行数据帧F2的三个扩展小时隙，等等。在图4B中上行数据帧F2也包括标为NC的新的消息小时隙，并且可以包括数据时隙(未示出)。

因此，如上行数据帧F2所示，可能产生一个第二层争用。例如，由小时隙Ca扩展的三个扩展小时隙中的一个不包含碰撞，这三个扩展小时隙的其它两个(Ca1和Ca2)包含碰撞。同样，由小时隙Cb扩展的三个扩展小时隙中的一个不包含碰撞，而这三个分解时隙中的其它两个(Cb1和Cb2)包含碰撞。

接着，起始端12把其中发生碰撞的第二层争用的每个小时隙扩展为用于第三层争用的三个对应的扩展小时隙。例如，扩展小时隙Cb1被扩展为用于第三争用层的三个扩展小时隙，其结果是这三个扩展小时隙中的两个不包含碰撞，而这三个扩展小时隙中其余的一个(Cb11)包含碰撞。

图4A示出起始端12设定的扩展系数E可以在争用层之间变化。因此，如果碰撞数量在第二层争用中显著减少时，对于第二层争用可以减小E的值。图4B示出一种固定检索树扩展过程。

图5示出了由一个用户站插入一个小时隙或一个数据时隙中的数据。这个数据包括一个源地址，一个控制字段，一个有效负载，和差错检验数据。源地址是发送中的用户站的地址。控制字段指出用户站发送的消息的类型(例如，预留请求或数据)。有效负载字段，在一个预留请求消息的情况下，包含用户站请求预留的数据时隙的数量，或是在一个数据消息的情况下，包含由用户站发送的数据。CRC字段包含差错检验信息

在确定(i)用于下一个上行数据帧的新的消息小时隙NMS的数量，(ii)用于下一个上行数据帧的扩展小时隙EMS的数量，(iii)扩展系数E，和(iv)用户站14₁-14_n用于确定它们是否可以在新的消息小时隙中发送预留请求的范围参R数中，起始端12执行一个在图6A和6B中示出的程序100。

每次起始端12接收到一个上行数据帧就进入程序100。当进入程序100时，方框102接收一个上行数据帧，并且方框104把这个数据帧中的任何预留请求存储在当前时间n的一个预留请求队列DQ中。方框104还存储空的新消息小时隙的数量，空扩展小时隙的数量，碰撞新的消息小时隙的数量(即，其中预留请求碰撞的新的消息小时隙)，碰撞扩展小时隙的数量(即其中预留碰撞的扩展小时隙)，成功的新的消息小时隙的数量(即，包含单独一个预留请求的新的消息小时隙)，和/或成功的扩展小时隙的数量(即，包含单独一个预留请求的扩展小时隙)。

此后，方框106确定CATV系统10是否处于稳态。当CATV系统10处于稳态时，存储在当前离散时间n的预留请求队列DQ中的预留请求的数量DQ(n)大于方框102刚刚接收的数据帧中的数据时隙的数量DS(n)，但是小于数据时隙DS(n)乘以常数α这一数量。例如，常数α可以是1.6。刚刚接收到的上行数据帧在这里被指定为上行数据帧n，并且是在离散时间n接收到的。如果系统处于稳态，方框108根据下面的等式确定要分配给下一个上行数据帧n+1的小时隙MS的数量： $\mathrm{MS}(n+1)=M=\frac{S}{\frac{k}{e}+\frac{1}{m}}----\left(1\right)$

其中S是在一个数据帧中的时隙的总数，m是一个时隙可以被再划分成的小时隙的数量，e是2.718281828...，MS(n+1)用于下一个上行数据帧的小时隙的数量，k是由预留请求预留的数据时隙的平均数，M是小时隙的稳态数。由于整个一个时隙被用作一个数据时隙，因此在下一个上行数据帧n+1中的数据时隙的数量由下面的等式给出： $\mathrm{DS}(n+1)=S-\frac{\mathrm{MS}(n+1)}{m}.$

如果方框106确定CATV系统10不处于稳态，方框110确定在离散时间n起始端12的预留请求队列DQ中的预留请求的数量DQ(n)是否小于刚刚接收到的上行数据帧中的数据时隙的数量DS(n)。如果是这样，方框112根据下面的等式确定要分配给下一个上行数据帧n+1的小时隙MS的数量：

MS(n+1)＝m(S-DQ(n))    (2)

其中DQ(n)是在时间n起始端12的预留请求队列DQ中的预留请求的数量DQ(n)。因而，在下一个上行数据帧n+1中的数据时隙的数量DS(n+1)被设定为DQ(n)。

如果方框106确定CATV系统10不处于稳态，并且如果方框110确定在离散时间n起始端12的预留请求队列DQ中的预留请求的数量DQ(n)不小于在刚刚接收到的上行数据帧中的数据时隙的数量DS(n)，那么方框114根据下面的等式确定要分配给下一个上行数据帧n+1的小时隙的数量MS： $\mathrm{MS}(n+1)=M-m\frac{\mathrm{DQ}\left(n\right)-\mathrm{\αDS}\left(n\right)}{6}----\left(3\right)$

其中DS(n)是在刚刚接收到的上行数据帧中的预留数据时隙的数量。因此，在下一个上行数据帧n+1中的数据时隙的数量DS(n+1)由下式给出： $\mathrm{DS}(n+1)=S-\frac{\mathrm{MS}(n+1)}{m}$

如同以下将要说明的那样，小时隙MS(n+1)将被划分在新的消息小时隙和/或扩展小时隙之间。

方框116分析由方框102接收的上行数据帧，以便确定其中哪些非空新的消息小时隙中包含非争用预留请求。这些新的小时隙包含仅来自一个用户站的预留请求。方框116设定一个等于这些小时隙数量的参数SUC_N。方框116也分析由方框102接收的上行数据帧，以便确定其中哪些非空扩展小时隙中包含非争用预留请求。这些扩展小时隙包含仅来自一个用户站的预留请求。方框116设定一个等于这些小时隙数量的参数SUC_E。如果需要，方框116可以给第一层争用之后的每一层争用确定一个参数SUC_E，使得参数SUC_E1适合于第二层争用，参数SUC_E2适合于第三层争用，等等。

方框118分析接收到的上行数据帧以确定其中哪些非空新的消息小时隙中包含争用预留请求。这些新的消息小时隙包含来自一个以上用户站的预留请求。方框118设定一个等于这些新的消息小时隙数量的参数COL_N。方框118也分析接收到的上行数据帧，以便确定其中哪些非空扩展小时隙包含争用预留请求。这些扩展小时隙包含来自一个以上用户站的预留请求。方框118设定一个等于这些扩展小时隙的数量的参数COL_E。如果需要，方框118可以为第一层争用之后的每一层争用确定一个参数COL_E，使得参数COL_E1适合于第二层争用，参数COL_E2适合于第三层争用，等等。

方框120选择是否根据参数SUC计算有效站的数量，N。如果选择计算，方框122从下面的等式确定有效站的数量N： $\mathrm{SUC}=\mathrm{MS}\frac{N}{\mathrm{MS}-1}{\left(\frac{\mathrm{MS}-1}{\mathrm{MS}}\right)}^N----\left(4\right)$

其中N是有效站的数量，MS是在刚刚接收到的上行数据帧中的小时隙的总数，SUC是由方框116确定的其中没有发生碰撞的非空小时隙的数量。方框120可以为每一个争用层确定有效站的数量，使得可以从参数SUC_N确定有效站的数量N_N，从参数SUC_E1确定有效站的数量N_E1，从参数SUC_E2确定有效站的数量N_E2，等等。

作为选择，方框122可以根据图7中所示的曲线图从存储在起始端12的存储器中的查阅表确定于等式查阅表确定有效站数量N。这个曲线对应于等式(4)。这个曲线图的垂直轴是输入轴。由方框104确定的参数从存储在起始端12的存储器中的有效站数量N。这个曲线图相应SUC沿垂直轴输入。水平轴是输出轴，沿水平轴可以确定作为输入垂直轴的函数的有效站的数量N。当使用图7的曲线图时，由于每一个沿垂直轴输入的值沿水平轴有两个输出值，因而产生了不确定性。使用图8中所示的碰撞曲线可以解决这种不确定性。以下将更详细地解释图8的曲线。

在另一方面，如果方框120选择不根据参数SUC计算有效站的数量，那么方框124从下面的等式确定有效站的数量N： $\mathrm{COL}=\mathrm{MS}-\mathrm{MS}\frac{N}{\mathrm{MS}-1}{\left(\frac{\mathrm{MS}-1}{N}\right)}^N-\mathrm{MS}{\left(\frac{\mathrm{MS}-1}{\mathrm{MS}}\right)}^N----\left(5\right)$

其中N是有效站的数量，MS是刚刚接收到的上行数据帧中的小时隙的总数，COL是方框118确定的在刚刚接收到的上行数据帧中的并且其中发生碰撞的小时隙的数量。方框124可以为每一争用层确定一个有效站数量N，使得可以从参数COL_N确定有效站数量N_N，从参数COL_E1确定有效站数量N_E1，从参数COL_E2确定有效站数量N_E2，等等。

作为选择，可以根据图8中所示的曲线图从存储在起始端12的存储器中的查阅表确定有效站的数量N。这个曲线图对应于等式(5)。这个曲线图的垂直轴是输入轴。方框118确定的参数COL沿垂直轴输入。水平轴是输出轴，沿水平轴可以确定作为垂直轴的函数的有效站的数量N。

方框120也可以根据用户设定的标记或根据其它标准作出它自己的决定。

应当明白，可以安排CATV系统10仅从等式(4)确定有效站的数量N。如果这样，方框122必须使用碰撞参数COL和方框124，以便解决上述的不确定性。作为选择，可以安排CATV系统10仅从等式(5)确定有效站的数量N，在这种情况下，没有不确定性需要解决。如果是这样，可以取消方框116，120和122。作为另一种选择，可以从参数SUC和参数COL的组合确定有效站的数量N。

方框126使用有效站数量N，以便根据存储在起始端12的存储器中并且与图9中所示曲线一致的查阅表确定扩展参数E。这个曲线图的水平轴是输入轴。由上述方法之一确定的有效站的数量N沿水平轴输入。垂直轴是输出轴，沿垂直轴确定作为水平轴的函数的扩展参数E。因此，对第一层争用根据有效站数量N_N确定出一个扩展系数E_N，对于第二层争用根据有效站数量N_E1确定出一个扩展系数E_E1，对于第三层争用根据有效站数量N_E2确定出一个扩展系数E_E2，等等。

作为选择，方框126可以根据存储在起始端12的存储器中并且与图10中所示曲线一致的查阅表确定扩展参数E。这个曲线图的水平轴是输入轴。由方框118确定的参数COL沿水平轴输入。垂直轴是输出轴，沿垂直轴确定作为水平轴的函数的扩展参数E。

应当理解，方框116-126对每一层争用把扩展系数E确定为一个动态可变的扩展系数，就象结合图4所做的说明那样。

方框128把在下一个上行数据帧n+1中的扩展小时隙的数量确定为EMS(n+1)，并把下一个上行数据帧n+1中的新的消息小时隙的数量确定为NMS(n+1)。方框128通过根据对应的扩展系数E扩展其中发生碰撞的上行数据帧n中的新的消息小时隙和扩展小时隙确定一个初始参数EMS_i(n+1)。即，方框128利用扩展系数E_N扩展其中发生碰撞(如果有的话)的上行数据帧n中的新的小时隙，方框128利用扩展系数E_E1扩展其中发生碰撞的(如果有的话)上行数据帧n中的第一层扩展小时隙，方框128利用扩展系数E_E2扩展其中发生碰撞的(如果有的话)上行数据帧n中的第二层扩展小时隙，等等。所有这些扩展小时隙相加以产生初始参数EMS_i(n+1)。然后，方框128从方框106-114确定的要分配给下一个上行数据帧n+1的小时隙的数量MS中减去该初始参数EMS_i(n+1)。如果该结果小于NMS_min(其可以设定为0，4或任何其它数)，方框128设定EMS(n+1)等于MS-NMS_min，和设定NMS(n+1)等于NMS_min，其中MS是由方框106-144确定的。如果该结果不小于NMS_min，那么方框128设定EMS(n+1)等于EMS_i(n+1)，并设定NMS(n+1)等于MS-EMS_i(n+1)。以这种方式，一个上行数据帧包含不少于EMS_min小新的消息小时隙。

方框130根据下面的等式从参数COL确定范围参数R：R(n+1)＝max{min{N，R(n)-NMS(n)+ $\frac{e-1}{e-2}\mathrm{COL}\left(n\right)+\frac{\mathrm{NMS}\left(n\right)}{e}\},\mathrm{NMS}(n+1)\}----\left(6\right)$

其中n指示当前帧，n+1指示下一个上行数据帧，R(n+1)是下一个上行数据帧n+1的范围参数，R(n)是刚刚接收到的上行数据帧n的范围参数，N代表由方框116-124的某种组合确定的有效站数量N_N，NMS(n+1)是由方框128确定的下一个上行数据帧n+1中的新的消息小时隙的数量，NMS(n)是刚刚接收到的上行数据帧n中的新的消息小时隙的数量，COL(n)是方框118根据刚刚接收到的上行数据帧n确定的参数COL，e是2.718281828...。

方框132确定时隙参数MAP。如果时隙参数MAP是新的消息小时隙、扩展小时隙和数据时隙的映象，那么方框132依照任何适当的规则，根据由方框128确定的NMS(n+1)和EMS(n+1)以及上述的结合方框106-114确定的DS构造映象。作为选择，方框132可以通过把上行数据帧n+1的第一部分分配给NMS(n+1)个新的消息，把上行数据帧n+1的下一个部分分配给EMS(n+1)个扩展小时隙，和把上行数据帧n+1的剩余部分分配给DS个数据时隙确定时隙参数MAP。如上所述，方框132也分配RQ数和小时隙标记。方框132把时隙参数MAP，以及作为参数R的范围参数R(n+1)插入到要发送的下一个下行数据帧中。

方框134把任何附加信息插入到下一个下行数据帧中并通过电缆16发送下一个下行数据帧。此后，程序100返回方框102等待下一个上行数据帧。

每个用户站14₁-14_n都执行图11A中所示的程序200。当进入程序200时，方框202使其对应的用户站等待包含，其中包括(inter alia)，范围参数R、时隙参数MAP和确认(其包括为该用户站预留的数据时隙分配)的下一个下行数据帧。当接收到下一个下行数据帧时，方框204从时隙参数MAP确定其对应的用户站和一个或更多的其它用户站是否在先行的上行数据帧的同一小时隙中发送了预留请求，即，其对应的用户站发送的预留请求是否与一个或更多的其它用户站发送的预留请求碰撞。方框204可以通过，例如，将在其中它的对应的用户站在先行的上行数据帧中发送了数据的小时隙与在时隙参数MAP中扩展的小时隙比较而作出这种确定(例如，通过确定在先行上行数据帧中的并且在其中它的用户站发送了一个预留请求的小时隙是否已经在刚刚接收到的下行数据帧中被赋予了一个不是0的RQ数)。

如果方框204确定其对应的用户站和一个或更多的其它用户站在先行上行数据帧的同一小时隙中发送了预留请求，那么方框206从时隙参数MAP确定它的对应用户站是否被允许在下一个上行数据帧中再次发送它的先行争用数据。例如，方框206可以通过把赋予在其中它的用户站发送过它的先行争用预留请求的先行上行数据帧的小时隙的RQ数与赋予下一个上行数据帧的小时隙的RQ数比较而作出它的确定。如果方框206没有发现匹配的小时隙，那么方框206确定不允许它再次发送它的先行争用预留请求。另一方面，如果方框206发现了一个匹配的小时隙，那么方框206确定允许再次发送它的先行争用预留请求。

因此，如果方框206确定允许再次发送它的先行争用预留请求，那么方框208产生一个在赋予其对应的用户站的扩展小时隙范围之内的随机数N。也就是说，产生该随机数N，使其等于对应于在其中对应的用户站在先行上行数据帧中发送过争用数据的小时隙的扩展小时隙中的一个(即，使得该随机数N等于具有与赋予其中用户站(对应于方框206)发送过其争用预留请求的先行上行数据帧的小时隙的RQ数相同RQ数的扩展小时隙中的一个)。然后，方框210在用于传输的下一个上行数据帧的扩展小时隙N中插入该先行争用预留请求。方框212使一个COL标记复位。

应当注意，如果方框206确定赋予其中其用户站发送过其先行争用预留请求的先行上行数据帧的小时隙的RQ数大于赋予下一个上行数据帧的小时隙的最大RQ数，方框208产生一个随机数N，使得该随机数N等于一个在下一个上行数据帧中的并且具有赋予它的最大RQ数的扩展小时隙。接着，方框210在那个扩展小时隙N中插入先行争用预留请求。

另一方面，方框206可以确定不允许其对应的用户站在下一个上行数据帧中再次发送其先行争用预留请求(即，其对应的用户站已经被分配到允许它在其中再次发送它的先行争用预留请求的一个更靠后的上行数据帧中)。例如，如果赋予在先行上行数据帧中的并且用户站在其中(对应于方框206)发送过其先行争用预留请求的小时隙的RQ数小于赋予下一个上行数据帧的小时隙的最小RQ数，那么不允许这个用户站在这下一个上行数据帧中再次发送它的先行争用预留请求。在这种情况下，方框214设定COL标记。

如果方框204确定其对应的用户站和一个或更多的其它用户站没有在该先行上行数据帧的同一小时隙中发送预留请求，那么方框216确定是否设定了COL标记。如方框214所示，COL标记是在用户站已经不成功地发送了一个预留请求但不允许它在下一个上行数据帧中再次发送这个预留请求时设定的。因此，在一个后续过程通过程序200期间，方框216允许方框206确定该用户站现在是否可以再次发送它的先行争用预留请求。如果设定了COL标记，程序流通向方框206。

如果方框216确定没有设定COL标记，或是在方框214设定了COL标记之后，或是在方框212使COL标记复位之后，方框218(图11B)确定对应的用户站是否(i)有数据要发送和(ii)还没有为这个数据先行发送过一个预留请求。如果对应的用户站(i)有数据要发送和(ii)还没有为这个数据先行发送过一个预留请求，方框220产生一个由包含在刚刚从起始端12接收到的下行数据帧中的范围参数R建立的范围之内的传输参数RN。由范围参数R建立的范围可以是包括0和R在内的0与R之间的范围，包括1和R在内的1与R之间的范围，或类似的范围。这个范围包含所有被赋予0的RQ数的所有新的消息小时隙。传输参数RN被用于确定是否允许其对应的用户站向起始端12发送一个新的预留请求。传输参数RN可以由方框220作为一个随机数产生。因此，由于每个用户站14₁-14_n在由范围参数R建立的范围之内产生一个作为随机值的自身传输参数RN，用户站14₁-14_n的传输可能性沿范围参数R限定的范围的间隔按统计学分布。

方框222确定由方框220刚刚产生的N的值是否对应于由包含在刚刚从起始端12接收到的下行数据帧中的时隙参数MAP定义的新的消息小时隙中的一个。也就是说，如果时隙参数MAP是一个映象，那么方框222确定N的值是否等于映象中定义的新的消息小时隙中的一个。另一方面，如果时隙参数MAP包括新的消息小时隙、扩展小时隙和数据时隙之间的边界，那么方框222确定N的值是否落在新的消息小时隙边界之内。如果N的值对应于时隙参数MAP的新的消息部分，那么方框224把一个传输预留请求插入到等于N的值并且在为传输回起始端12而组配起来的上行数据帧中的新的消息小时隙中。

如果方框222确定N的值不对应于时隙参数MAP的新的消息部分，或如果方框218确定用户站没有需要预留请求的新的数据，或在方框224把一个预留请求插入到具有一个等于N的值的新的消息小时隙中之后，方框226确定刚刚接收到的下行数据帧是否有在用户站可以在其中发送旧数据的下一个上行数据帧中是否有预留的数据时隙。旧的数据是指已经由适当的用户站为其进行了成功的先行预留请求的数据，并且起始端12已经为该数据预留了一个或更多的数据时隙。如果是这样，方框228把这个旧数据插入起始端12为这个用户站预留的数据时隙中。

如果方框226确定在下一个上行数据帧中还没有为该用户站预留一个数据时隙，或是在方框228把旧数据插入到一个响应一个先行预留请求而预留的数据时隙中之后，方框230通过电缆16发送下一个上行数据帧的它的部分。此后，程序200返回方框202等待下一个下行数据帧。

因此，本发明把根据用户站对上行信道提出的请求数量适当地分配信道资源与一种动态检索树扩展过程结合在一起以解决发射站之间的争用。随着具有向起始端12发送数据的用户站的数量增加，在上行数据帧中发生碰撞的机会也增加了。随着在上行数据帧中的碰撞数量增加，范围参数R的值被增大，这将导致用户站能够把一个预留请求插入到一个后续上行数据帧的新的消息小时隙中的可能性减小。此外，随着具有向起始端12发送数据的用户站的数量增加，在起始端12的预留请求队列DQ中的预留请求数量也增加。随着预留请求队列DQ中的预留请求数量的增加，分配给后续上行数据帧的小时隙的数量减少。

与此类似，随着具有向起始端12发送数据的用户站数量的减少，在上行数据帧中发生碰撞的机会也减少。随着在上行数据帧中的碰撞数量减少，范围参数R的值减小，这将导致用户站能够把一个预留请求插入到一个后续上行数据帧的新的消息小时隙中的可能性增大。此外，随着具有向起始端12发送数据的用户站数量的减少，在起始端12的预留请求队列DQ中的预留请求数量也减少。随着预留请求队列DQ中的预留请求数量的减少，分配给后续上行数据帧的小时隙的数量增加。

因此，随着预留请求的数量增加时，起始端12减少分配给用户站的小时隙的数量，以便减少在上行数据帧中用户站发送的成功的预留请求的数量。随着上行数据帧的小时隙中的碰撞数量减少，范围参数R的值增大，这具有减少允许在分配给后续上行数据帧的新的消息小时隙中发送预留请求的用户站数量的作用。因此，时隙参数MAP和范围参数R共同作用在CATV系统10适当地调节数据业务量。

与此同时，利用动态树检索过程解决了在新的消息小时隙和扩展小时隙中发生的争用。因此，争用减少量提高了，并且把减少争用所需的重复次数减至最少，这减少了数据传输中的时延。

RQ数的使用具有一些优点。例如，使用一个选择的组地址或特定的专用地址可以把一个0的RQ数赋予一组选定的用户站。以这种方法，可以控制某些选定的用户站能够发送预留请求的可能性。因此，可以给有限数量的用户站赋予0的RQ数，以提高它们成功地发送预留请求的可能性。

作为选择，可以利用一个选择的组地址或特定的专用地址为特定类型的用户站赋予0的RQ数，以便仅允许那种类型的用户站能够成功地发送预留请求。因此，在来自其它类型用户站的业务量一般较少时的非峰值负荷时间中可以读取仪器。

以上讨论了本发明的某些改进。在本发明技术领域中的实践可以对本发明作出其它的改进。例如，如E所述，每个用户站确定其传输参数RN为一个随机数，该随机数RN仅被限制在由范围参数R建立的范围之内。作为替代，可以由每个用户站在一个伪随机基础上或在任何倾向于把用户站的传输参数RN分布在整个范围R的其它基础上确定传输参数RN。因此，应当理解传输参数RN的随机产生不仅包括包括传输参数RN的随机产生，而且包括传输参数RN的伪随机产生，以及用类似方法的传输参数RN的产生。

而且，上行数据帧和下行数据帧的大小在以上被说明为固定的。但是，上行数据帧和下行数据帧的大小是可以被动态改变的，使得这些数据帧的大小，例如，可以根据通信业务负荷而变化。

此外，以上描述了用来确定范围参数R的专门的过程。作为替代，范围参数R可以用其它方式确定。例如，可以把范围参数R作为成功参数SUC的函数或作为碰撞参数COL和成功参数SUC二者的函数确定。

另外，如上所述，当用户站具有要发送的数据时，用户站在产生的传输参数RN中使用争用范围参数R，而不管该数据的优先等级。作为选择，当用户站具有低优先等级的数据要发送时，用户站可以在产生的一个传输参数RN_L中利用争用范围参数R_L，和当用户站具有高优先等级的数据要发送时，用户站可以在产生的另一个传输参数RN_H中利用一个不同的争用范围参数R_H。对应于争用范围参数R_L的传输参数RN_L确定用户站是否可以发送低优先等级的数据，对应于争用范围参数R_H的传输参数RN_H确定用户站是否可以发送高优先等级的数据。因此，当用户站具有高优先等级的数据要发送时，可以给予它们更大的成功地发送预留请求的机会。

同样如上所述，电缆16连接在起始端12和用户站14₁-14_n之间。但是，可以用任何通信媒质连接起始端12和用户站14₁-14_n，例如扭绞线对，光缆，无线传输，利用卫星，等等。

如上所述，可以从参数SUC和/或COL确定有效站的数量N。但是，可以用从在一个先行的上行数据帧中的空时隙的数量(即，参数EMP)，或用参数EMP，SUC和/或COL的组合确定有效站数量N的方法替代。

此外，如上所述，可以为每层争用再次确定扩展系数E。作为替代，可以根据第一层争用确定扩展系数E，并可以在其后为后续的争用层减去固定的量。

另外，以上是从一种CATV系统的角度说明本发明的。但是，应当理解本发明可以用于各种通信系统。

此外，如上所述，如果一个上行数据帧要包含小时隙，上行数据帧可以拥有的最小数量的新的消息小时隙是NMS_min。为了容纳这个最小数量的新的消息小时隙，最好是调节上行数据帧的大小。如果在一个预定数量的上行数据帧中没有足够的扩展小时隙以有效地解决争用，也必须调节上行数据帧的大小。

另外，新的消息小时隙的最小数量NMS_min不必是固定的。作为替代，首先确定扩展小时隙的数量，然后从小时隙的总数MS中减去扩展小时隙的数量。如果这个减法结果是存在一个可以被指派为一个新的消息小时隙的小时隙，那么把一个时隙再划分为m份，以产生m+1个新的消息小时隙。与此类似，如果这个减法结果是有两个可以被指派为新的消息小时隙的小时隙，那么把一个时隙再划分为m份，以产生m+2个新的消息小时隙，如果这个减法结果是有三个可以被指派为新的消息小时隙的小时隙，那么把一个时隙再划分为m份，以产生m+3个新的消息小时隙，等等。可以给这个过程加上一个限制，使得如果减法结果是有四个可以被指派为新的消息小时隙的小时隙时，仅有四个小时隙被指派为新的消息小时隙。

此外，如上所述，争用行为发生在新的消息小时隙(NMS)中和扩展小时隙(EMS)中。但是，争用行为可以替代地发生在诸如新的消息时隙(NS)和扩展时隙(ES)这样的正常时隙中。

而且，如上所述，争用行为发生在新的消息小时隙(NMS)中和扩展小时隙(EMS)中。但是，争用行为可以替代地发生在诸如新的消息时隙(NS)和扩展时隙(ES)这样的正常时隙中。在这种情况下，可以根据下面的等式重写等式(1)： $\mathrm{CS}(n+1)=M=\frac{S}{\frac{k}{e}+1}$

其中CS(n+1)是在一个数据帧中的争用时隙的总数，CS＝NS+MS，n+1代表下一个上行数据帧，e是2.718281828...，k是由预留请求预留的数据时隙的平均数，M是争用时隙的稳态数；可以根据下面的等式重写等式(2)：

               CS(n+1)＝S-DQ(n)

其中DQ(n)是在时间n的起始端12的预留请求队列DQ中的预留请求的数量DQ(n)；等式(3)可以根据下面的等式重写： $\mathrm{CS}(n+1)=M-\frac{\mathrm{DQ}\left(n\right)-\mathrm{\αDS}\left(n\right)}{6}$

其中DS(n)是刚刚接收到的上行数据帧中的预留的数据时隙的数量；等式(4)可以根据下面的等式重写： $\mathrm{SUC}=\mathrm{NS}\frac{N}{\mathrm{NS}-1}{\left(\frac{\mathrm{NS}-1}{\mathrm{NS}}\right)}^N$

其中N是新的有效站的数量，NS是刚刚接收到的上行数据帧中的新的消息时隙的总数，SUC是其中没有发生碰撞的一个上行数据帧中的非空新的消息时隙的数量；和等式(5)可以根据下面的等式重写： $\mathrm{COL}={\mathrm{NS}-\mathrm{NS}\frac{N}{\mathrm{NS}-1}\left(\frac{\mathrm{NS}-1}{N}\right)}^N-{\mathrm{NS}\left(\frac{\mathrm{NS}-1}{\mathrm{NS}}\right)}^N$

其中N是新的有效站的数量，NS是刚刚接收到的上行数据帧中的新的消息时隙的总数，COL是在一个刚刚接收到的上行数据帧中的并且其中发生碰撞的新的消息时隙的数量。因此，除非另有说明，这里所述的时隙包括完整的时隙，部分时隙，小时隙，或类似的时隙。

因此，本发明的描述仅是为了说明，和告诉熟悉本领域的技术人员实施本发明的最佳模式的目的。可以对其细节进行实质上的改变而不脱离本发明的精神，并且预留在权利要求范围内的所有改进的独有使用权。

Claims (61)

1.一个站包括：

用于接收具有一个范围参数R和一个参数MAP的下行数据帧的接收装置，其中参数MAP定义了在下一个上行数据帧中多个新的消息小时隙NMS，多个由一个动态检索树扩展过程扩展的扩展小时隙EMS，和多个数据时隙DS；

用于产生一个传输参数RN的传输参数产生装置，其中传输参数RN受范围参数R的约束；和

用于如果传输参数RN对应于新的消息小时隙时在下一个上行数据帧中的一个新的消息小时隙中发送一个预留请求，用于如果该站已经在一个先行上行数据帧中的并且在下一个上行数据帧中被扩展的小时隙中发送过一个预留请求时，在下一个上行数据帧的一个扩展小时隙中再次发送一个预留请求，和用于在为该站预留的一个数据帧中，如果有的话，发送数据的发射装置。

2.如权利要求1所述的站，其中下一个上行数据帧具有S个时隙，其中一个时隙被划分为m个小时隙，和其中S＝(NMS+EMS)/m+DS。

3.如权利要求1所述的站，其中如果传输参数RN对应于一个新的消息小时隙发射装置发送一个预留请求，并且如果传输参数RN不对应于范围参数R发射装置放弃发送一个预留请求。

4.如权利要求1所述的站，其中传输参数RN是一个随机数。

5.如权利要求1所述的站，其中EMS基于有效站的数量。

6.如权利要求1所述的站，其中EMS是一个固定的数。

7.如权利要求5所述的站，其中有效站的数量由下面的等式确定： $\mathrm{SUC}=\left(M{S}_L\right)\left(\frac{N}{M{S}_L-1}\right){\left(\frac{M{S}_L-1}{M{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，MS_L是在先行上行数据帧的一个争用层中的小时隙的总数，SUC是在其中没有发生碰撞的先行上行数据帧的争用层中的非空小时隙的数量。

8.如权利要求5所述的站，其中有效站的数量是从一般对应于下面的等式的一个查阅表确定的： $\mathrm{SUC}=\left(M{S}_L\right)\left(\frac{N}{M{S}_L-1}\right){\left(\frac{M{S}_L-1}{M{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，MS是在先行上行数据帧的一个争用层中的小时隙的总数，SUC是在其中没有发生碰撞的先行上行数据帧的争用层中的非空小时隙的数量。

9.如权利要求5所述的站，其中有效站的数量由下面的等式确定： $\mathrm{COL}=M{S}_L-\left(M{S}_L\right)\left(\frac{N}{M{S}_L-1}\right){\left(\frac{M{S}_L-1}{N}\right)}^N-\left(M{S}_L\right){\left(\frac{M{S}_L-1}{M{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，MS是在先行上行数据帧的一个争用层中的小时隙的总数，COL是在刚刚接收到的并且其中发生碰撞的先行上行数据帧的争用层中的小时隙的数量。

10.如权利要求5所述的站，其中有效站的数量是从一般对应于下面的等式的一个查阅表确定的： $\mathrm{COL}=M{S}_L-\left(M{S}_L\right)\left(\frac{N}{M{S}_L-1}\right){\left(\frac{M{S}_L-1}{N}\right)}^N-\left(M{S}_L\right){\left(\frac{M{S}_L-1}{M{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，MS是在先行上行数据帧的一个争用层中的小时隙的总数，COL是在刚刚接收到的并且其中发生碰撞的先行上行数据帧的争用层中的小时隙的数量。

11.如权利要求1所述的站，其中EMS基于其中发生碰撞的一个上行数据消息中的小时隙的数量。

12.如权利要求1所述的站，其中EMS基于其中没有发生碰撞的一个上行数据消息中的非空小时隙的数量。

13.如权利要求1所述的站，其中发射装置包括：

用于随机地选择一个扩展小时隙的装置；和

用于在随机选择的扩展小时隙中插入预留请求的装置。

14.如权利要求13所述的站，其中EMS基于其中发生碰撞的先行上行数据消息中的小时隙的数量。

15.如权利要求13所述的站，其中EMS基于其中没有发生碰撞的先行上行数据消息中的非空小时隙的数量。

16.如权利要求1所述的站，其中下一个上行数据帧具有MS(n+1)个小时隙，和其中MS(n+1)＝NMS+EMS。

17.如权利要求16所述的站，其中：

如果DS(n)＜DQ(n)＜αDS(n)， $\mathrm{MS}(n+1)=M=\frac{S}{\frac{k}{e}+\frac{1}{m}}$

其中MS是在离散时间n+1的一个数据帧中的并且对应于参数MAP的小时隙的数量，DS(n)是在离散时间n的一个数据帧中的数据时隙的数量，DQ(n)是在离散时间n等待处理的预留请求的数量，α是常数，M是在稳态的小时隙的数量，S是在一个数据帧中的时隙的数量，k是对应于由预留请求预留的数据时隙的一个平均数的数，m是一个数据帧的一个时隙可以被再划分的小时隙的数量；

如果DQ(n)＜DS(n)，

MS(n+1)＝m(S-DQ(n))；和，

如果DQ(n)＞αDS(n)， $\mathrm{MS}(n+1)=M-m\frac{\mathrm{DQ}\left(n\right)-\mathrm{\αDS}\left(n\right)}{6}.$

18.一个用于通过一种通信媒质在上行数据消息的时隙中发送数据的站包括：

a)用于接收一个下行数据消息的接收装置，其中下行数据消息包括一个时隙参数，其中时隙参数指示在其中预留请求可以被发送的新的消息时隙和扩展时隙，和其中扩展时隙由一个动态检索树扩展过程产生；

b)用于选择一个扩展时隙的第一时隙选择装置；

c)用于在至少一个伪随机基础上选择一个新的消息时隙的第二时隙选择装置；

d)用于把一个先行发送过的预留请求插入选定的一个指定的将来上行消息的扩展时隙中，和用于把一个新的预留请求插入一个将来上行消息的一个新的消息时隙中的插入装置。

19.如权利要求18所述的站，其中一个上行数据消息具有S个时隙，其中S取决于NS和ES，其中NS表示在该上行数据消息中的新的消息时隙的数量，和其中ES表示在该上行数据消息中的扩展时隙的数量。

20.如权利要求19所述的站，其中ES基于有效站的数量。

21.如权利要求19所述的站，其中ES是固定数。

22.如权利要求20所述的站，其中有效站的数量是由下面的等式确定的： $\mathrm{SUC}=\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个先行上行数据消息的一个争用层中的争用时隙的总数，SUC是其中没有发生碰撞的先行上行数据帧的争用层中的非空时隙的数量。

23.如权利要求20所述的站，其中有效站的数量是从一个一般对应于下面的等式的查阅表确定的： $\mathrm{SUC}=\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个先行上行数据消息的一个争用层中的争用时隙的总数，SUC是其中没有发生碰撞的先行上行数据帧的争用层中的非空时隙的数量。

24.如权利要求20所述的站，其中有效站的数量是由下面的等式确定的： $\mathrm{COL}=C{S}_L-\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{N}\right)}^N-\left(C{S}_L\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个先行上行数据消息的一个争用层中的争用时隙的总数，COL是在刚刚接收到的并且其中发生碰撞的先行上行数据帧的争用层中的时隙的数量。

25.如权利要求20所述的站，其中有效站的数量是从一个一般对应于下面的等式的查阅表确定的： $\mathrm{COL}=C{S}_L-\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{N}\right)}^N-\left(C{S}_L\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$ 其中N是有效站的数量，CS是在一个先行上行数据消息的一个争用层中的争用时隙的总数，COL是在刚刚接收到的并且其中发生碰撞的先行上行数据帧的争用层中的时隙数量。

26.如权利要求19所述的站，其中ES基于其中发生碰撞的一个上行数据消息中的时隙的数量。

27.如权利要求19所述的站，其中ES基于其中没有发生碰撞的一个上行数据消息中的非空时隙的数量。

28.如权利要求18所述的站，其中扩展时隙基于有效站的数量。

29.如权利要求28所述的站，其扩展时隙基于其中发生碰撞的先行上行数据消息中的时隙的数量。

30.如权利要求28所述的站，其中扩展时隙基于其中没有发生碰撞的先行上行数据消息中的非空时隙的数量。

31.如权利要求18所述的站，其中下行数据帧包含一个范围参数R，其中插入装置产生一个受范围参数R约束的传输参数RN，和其中如果传输参数RN对应于一个新的消息时隙R，插入装置把一个预留请求插入一个新的消息时隙中。

32.如权利要求31所述的站，其中传输参数RN是一个随机数。

33.如权利要求18所述的站，其中第一时隙选择装置随机地选择该选定的一个扩展时隙，和其中插入装置把一个预留请求插入随机选定的一个扩展时隙中。

34.如权利要求18所述的站，其中一个时隙被再划分成CS个争用时隙，其中一个上行数据消息具有NS个新的消息时隙，其中一个上行数据消息具有ES个扩展时隙，和其中CS＝NS+ES。

35.如权利要求34所述的站，其中：

如果DS＜DQ＜αDS， $\mathrm{CS}=M=\frac{S}{\frac{k}{e}+1}$

其中S是在一个上行数据消息中的时隙的数量，DS＝S-CS，DQ是在一个预留请求队列中等待处理的预留请求的数量，α是一个常数，M是稳态中的时隙的数量，和k是由预留请求预留的数据时隙的平均数；

如果DQ＜DS

CS＝S-DQ；和，

如果DQ＞αDS， $\mathrm{CS}=M-\frac{\mathrm{DQ}-\mathrm{\αDS}}{6}$

36.一种在上行数据消息的时隙中发送数据的方法包括步骤：

a)接收一个下行数据消息，其中下行数据消息包括一个范围参数R和一个时隙参数，其中时隙参数指示在其中预留请求可以被发送的新的消息时隙NS和扩展时隙ES，和其中扩展时隙ES由一个动态检索树扩展过程产生；

b)选择一个扩展时隙；

c)根据范围参数R选择一个新的消息时隙；

d)把一个先行发送过的预留请求插入到选定的一个扩展时隙中；和

e)把一个新的预留请求插入到一个选定的新的消息时隙中。

37.如权利要求36所述的方法，其中ES基于有效站的数量。

38.如权利要求36所述的方法，其中ES是固定数。

39.如权利要求37所述的方法，其中有效站数量是由下面的等式确定的： $\mathrm{SUC}=\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个特定上行数据消息的争用层中的争用时隙的总数，SUC是其中没有发生碰撞的特定上行数据帧的争用层中的非空时隙的数量。

40.如权利要求37所述的方法，其中有效站的数量是从一个一般对应于下面的等式的查阅表确定的： $\mathrm{SUC}=\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个特定上行数据消息的一个争用层中的时隙的总数，SUC是其中没有发生碰撞的特定上行数据帧的争用层中的非空时隙的数量。

41.如权利要求37所述的方法，其中有效站的数量是由下面的等式确定的： $\mathrm{COL}=C{S}_L-\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{N}\right)}^N-\left(C{S}_L\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个特定上行数据消息的一个争用层中的时隙的总数，COL是在一个刚刚接收到的并且其中发生碰撞的特定上行数据帧的一个争用层中的时隙的数量。

42.如权利要求37所述的方法，其中有效站的数量是从一个一般对应于下面的等式的查阅表确定的： $\mathrm{COL}=C{S}_L-\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{N}\right)}^N-\left(C{S}_L\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个特定上行数据消息的一个争用层中的时隙的总数，COL是在一个刚刚接收到的并且其中发生碰撞的特定上行数据帧的争用层中的时隙的数量。

43.如权利要求37所述的方法，其中ES基于其中发生碰撞的一个上行数据消息中的时隙的数量。

44.如权利要求37所述的方法，其中ES基于在一个其中没有发生碰撞的上行数据消息中的非空时隙的数量。

45.如权利要求36所述的方法，其中ES基于在其中发生碰撞的先行上行数据消息中的时隙的数量。

46.如权利要求36所述的方法，其中ES基于在其中没有发生碰撞的先行上行数据消息中的非空时隙的数量。

47.如权利要求36所述的方法，其中步骤c)包括步骤：

产生一个受范围参数R约束的传输参数RN；和

如果N落在范围参数R内，选择新的消息时隙N。

48.如权利要求47所述的方法，其中传输参数RN是一个随机数。

49.如权利要求37所述的方法，其中步骤b)包括随机地选择该选定的一个扩展时隙的步骤。

50.一种用于通过一种通信媒质发射和接收数据的站包括：

a)用于根据一个动态检索树扩展过程把在该站接收的一个数据消息中的并且经历了碰撞的时隙扩展为扩展时隙的时隙扩展装置；

b)用于确定一个用于一个将来上行数据消息的时隙参数的时隙参数确定装置，其中该时隙参数指示(i)在其中可以把新的预留请求发送到该站的新的消息时隙，和(ii)扩展时隙；

c)用于确定一个用于一个将来上行数据消息的范围参数R的范围参数确定装置，其中该范围参数R是根据一种通信媒质的负载确定的；和

d)用于把时隙参数和范围参数R插入到一个用于通过通信媒质通信的下行数据消息中的插入装置。

51.如权利要求50所述的站，其中时隙扩展装置根据有效站的数量扩展时隙。

52.如权利要求50所述的站，其中时隙扩展装置扩展到固定的时隙。

53.如权利要求51所述的站，其中时隙扩展装置由下面的等式确定有效站的数量： $\mathrm{SUC}=\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个争用层中的新的消息时隙和扩展时隙的总数，SUC是对应于该争用层的非空时隙的数量。

54.如权利要求51所述的站，其中时隙扩展装置是从一个一般对应于下面的等式的查阅表确定有效站的数量的： $\mathrm{SUC}=\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个争用层中的消息时隙和扩展时隙的总数，SUC是对应于该争用层的非空时隙的数量。

55.如权利要求51所述的站，其中时隙扩展装置是由下面的等式确定有效站的数量的： $\mathrm{COL}=C{S}_L-\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{N}\right)}^N-\left(C{S}_L\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个争用层中的消息时隙和扩展时隙的总数，COL是在争用层中其中发生碰撞的时隙的数量。

56.如权利要求51所述的站，其中时隙扩展装置是从一个一般对应于下面的等式的查阅表确定有效站的数量的： $\mathrm{COL}=C{S}_L-\left(C{S}_L\right)\left(\frac{N}{C{S}_L-1}\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{N}\right)}^N-\left(C{S}_L\right){\left(\frac{C{S}_L-1}{C{S}_L}\right)}^N$

其中N是有效站的数量，CS是在一个争用层中的消息时隙和扩展时隙的总数，COL是在争用层中其中发生碰撞的时隙的数量。

57.如权利要求51所述的站，其中时隙扩展装置根据其中发生碰撞的时隙的数量扩展时隙。

58.如权利要求51所述的站，其中时隙扩展装置根据其中没有发生碰撞的非空时隙的数量扩展时隙。

59.如权利要求50所述的站，其中时隙扩展装置根据其中发生碰撞的时隙的数量扩展时隙。

60.如权利要求50所述的站，其中时隙扩展装置根据其中没有发生碰撞的非空时隙的数量扩展时隙。

61.如权利要求50所述的站，其中范围参数确定装置根据下面的等式确定范围参数R：

R(n+1)＝min{N，max{NMS(n+1)，R(n)- $\mathrm{NMS}\left(n\right)+\frac{e-1}{e-2}\mathrm{COL}\left(n\right)+\frac{\mathrm{NMS}\left(n\right)}{e}\left\}\right\}$

其中n指示刚刚由该站接收到的一个当前帧，n+1指示要被该站接收的下一个上行数据帧，R(n+1)是用于下一个上行数据帧n+1的一个范围参数，R(n)是用于刚刚接收到的上行数据帧n的一个范围参数，N代表其它有效站的数量，NMS(n+1)是在下一个上行数据帧n+1中的新的消息时隙的数量，NMS(n)是在刚刚接收到的上行数据帧n中的新的消息时隙的数量，COL(n)是基于刚刚接收到的上行数据帧n的一个参数COL，e是2.718281828...。

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