CN1216883A - 上行流时隙分配的方法和布局以及使用此方法的通信系统 - Google Patents

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Abstract

在从网络终端到主站的上行流方向中以时分多路复用的方式共享公共链路的通信网络中将上行流时隙分配给网络终端,主站有至少一个许可表和至少一个特别许可队列。许可表被循环扫描并且主站下行流广播用于此许可表的每个登记项的许可消息。许可消息将上行流时隙分配给网络终端。如果被扫描的登记项为空,那么主站将上行流时隙分配给网络终端,其终端标识符从非空特别许可队列中读出。

Description

上行流时隙分配的方法和布局 以及使用此方法的通信系统
本发明涉及分配上行流(upstream)时隙给网络终端的方法，适用于执行此方法的布局，以及使用此方法的通信系统。
这样的方法和相关的布局已经在现有技术中被周知，如美国专利US 5,539,743，名称为“通信网络的多址系统”。其中，公布了一种通信系统，该系统中通过具有多点对一点体系结构的网络将称为分站(substation)的多个网络终端连接到主站(main station)。请求的分站被分配一上行流时隙用于将上行流数据突发脉冲(burst)传输到主站。由主站实施这种分配：下行广播为每个上行流时隙定义的通常所说的数据传输允许信号(TENO)或许可(grant)消息到所分配的分站。主站有一张时间表或许可表，其中不同的分站基于对上行流带宽的请求占用不同的登记项。以固定的时间间隔扫描此表并且其标识符被存储在被扫描的登记项中的分站通过许可消息被分配一个时隙。如引用的美国专利的30-37行11列中指示的那样，如果被扫描的表登记项为空，那么主站授权任意分站占用一上行流时隙。
US 5,539,743中已知的解决方法缺少选择分站的最佳确定标准，在被扫描的时间表中的登记项为空的情况下，该分站被许可发送上行流突发脉冲。在周知的方法中，任意分站都可获得许可。然而，此任意所选的分站可能没有用于上行流传输的数据，同时没有获得空闲上行流时隙的其他分站却具有大量的等待传输的数据。
本发明的一个目的在于提供上述周知类型的方法和相关的装置，但是其中可以以更为有效的方式选择分站，该分站在许可表中没有分站标识符的情况下被分配一上行流时隙。
根据本发明，通过权利要求1中定义的方法、权利要求6中定义的布局和权利要求7中定义的通信系统实现此目的。
在此方式中，通过每次在许可表中扫描到空登记项时就转而查询特别许可队列，上行流时隙分配受到管理使得对特别额外带宽具有最高需求的网络终端接收大部分的特别许可消息。在网络终端需要数据包特别传输的单个许可消息序列的情况中，其终端标识符可以被写入特别许可队列的后续登记项，使得在周知方法中随机分配给网络终端的上行流时隙序列如今被分配给具有特殊需求的此网络终端。网络终端的特别额外带宽请求，也就是取代分发给网络终端的协商(negotiated)最小带宽的带宽，能够通过特别许可队列以类似的方式处理。结果，特别许可队列允许将空闲的上行流时隙分配给想要获得额外许可消息的终端站并且因此改善网络资源的使用效率。与周知的方法相比，本发明避免了将空闲的上行流时隙随机分配给不需要它的网络终端。
值得注意的是：在权利要求中使用的术语“包括”应该不会被解释成限制于此后列举的装置。因此，“包括装置A和B的设备”的表述范围应该不限于设备仅由部件A和B组成。其意味着对于本发明，设备的相关部件仅是A和B。
类似地，值得注意的是：在权利要求中使用的术语“连接到”应该不会被解释成仅限制于直接连接。因此，“连接到设备B的设备A”的表述范围应该不限于这样的设备或系统，其中设备A的输出被直接连接到设备B的输入。其意味着在A的输出和B的输入之间存在一条路径，该路径可能是包括其它设备或装置的路径。
根据本发明，该方法的另外特征在权利要求2中定义。
在此方式中，请求特别额外带宽的网络终端的终端标识符能够依据赋予此带宽请求的优先权在特别许可队列之一中排队。从而，特别带宽请求没有以先进先出为基础进行处理，而如果仅提供了一个特别许可队列的话，则就是按先进先出处理的。特定的优先权级别能够被考虑。
本方法的一个有利特征在权利要求3中定义。
因此，在支持服务质量(QoS)的网络中，如异步传输模式(ATM)网络，由网络终端传输的上行流数据的服务级的质量确定了特别带宽的相应请求的优先权，并且特别许可队列的登记项由此网络终端的终端标识符填充。例如，在具有两个特别许可队列的系统中，ABR(可用比特率)通信量可能赋予的优先权低于CBR(恒定比特率)和VBR(可变比特率)通信量的优先权。
本发明的另一特征在权利要求4中定义。
如上面已经简短解释的那样，特别许可队列可能用于管理网络终端的上行流时隙分配，该终端暂时请求一些超出了协商最小带宽的额外带宽。
本发明的再一特征在权利要求5中定义。
因此，也如此文档中先前指示的那样，特别许可队列可能用于管理网络终端的上行流时隙分配，该终端通告传输单个的上行流数据链(train)。这样的传输通常在数据链传输之前和之后需要调整许可表。然而，特别许可队列比许可表更适合于处理这样的请求，因为一旦向网络终端发送许可消息时该队列就被自动更新。
与相应的附图一起参考实施方式的下面描述，本发明的上述其它目的和特征是很明显的，并且本发明本身也能够被很好地理解。
图1表示通信系统，其中该系统使用根据本发明的方法；并且
图2是图1的中心站LIM的框图，包括根据本发明的上行流时隙分配的布局。
在图1所示的通信系统中，通过公共链路L与各个单独链路L1、L2、L3、和L4的层叠连接，主站或线路接口模块LIM被连接到四个网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4。
在下行流方向中由链路L、L1、L2、L3和L4组成的网络具有一点到多点的体系结构，也就是从主站LIM到网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4的方向以及在上行流方向中多点到一点的体系结构，也就是从网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4到主站LIM的方向。数据通过此网络双向传输。在下行流方向中，主站LIM将打包(empacked)在ATM(异步传输模式)单元中的数据广播到所有的网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4。在上行流方向中，网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4以在不同终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4之间同时共享公共链路L的方式将打包(empacked)在ATM单元中的数据传输到主站LIM。换言之，网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4的上行流传输以时分多路复用的方式共享公共链路L，这意味着将来自不同网络终端的上行流突发脉冲以不同的时隙经过公共链路L传输。为了将此上行流时隙分配给特定的网络终端并且避免多于一个的网络终端试图占用上行流突发脉冲传输的同一时隙，主站LIM为每个上行流时隙确定网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4中的哪一个允许占用该时隙。通过主站LIM下行流广播的许可消息将上行流时隙分配通知给网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4。此许可消息包括网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4的终端标识符ID1、ID2、ID3和ID4，该终端被允许在与该许可消息相关的上行流时隙中发送上行流突发脉冲。为了获得网络终端的公平的上行流时隙分配，主站LIM考虑拥有网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4的用户和网络操作员之间协商的最小通信率(traffic rate)。这些协商的通信率在参与者之间制定的通信协议(traffic contract)中确定。从网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4中接收到的许可请求以及传输到主站LIM的数据的服务级质量也被考虑以公平地在网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4中分配上行流时隙。在如图1所示的ATM(异步传输模式)网络中，依据这些数据相关的延迟、误比特率、单元丢失等的传输需求，数据确实分类为不同的服务级质量，如CBR(恒定比特率)、VBR(可变比特率)、UBR(未定比特率)或ABR(可用比特率)。由于某些服务级质量具有超出其它的优先权，很显然在上行流方向中经过公共链路L传输的数据的服务级质量能够影响网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4的时隙分配。
图1的主站或线路接口模块LIM在图2中更为详细地显示。所示的主站LIM包括收发机TRX、第一许可表存储器T1、第二许可表存储器T2、第一特别许可队列Q1、第二特别许可队列Q2、填写装置FILL、扫描装置SCAN、许可消息产生器GRANT和控制单元CTRL。
收发机TRX提供了请求输出RO、许可输入GI、数据输入/输出端口DIO和线路输入/输出端口LIO。通过后面的线路输入/输出端口LIO，收发机TRX连接到也在图1中显示的公共链路L。填写装置FILL具有四个输出，它们被连接以分别写许可表存储器T1和T2以及特别许可队列Q1和Q2的输入。收发机TRX的请求输出RO连接到填写装置FILL的输入。许可表存储器T1和T2以及特别许可队列Q1和Q2的读出的输出连接到扫描装置SCAN的各个输入。后面的扫描装置SCAN的输出与许可消息产生器GRANT的输入相互连接，并且此许可消息产生器GRANT中的输出进一步地连接到收发机TRX的许可输入GI。图2中所示的控制单元CTRL控制填写装置FILL、扫描装置SCAN和许可表存储器T1、T2的操作，以及连接到这些部件的控制输入。为了避免图示的繁琐，控制单元CTRL与每一个刚才列举的受控制的部件FILL、SCAN、T1和T2之间的控制线路没有显示，而是代之以分别表示受控部件的控制输入和控制单元CRTL的控制输出的点箭头。两个控制输入--许可表存储器T1和许可表存储器T2的控制输入--被标记为表T1的指针PT1和表T2的指针PT2。收发机TRX的数据输入/输出端口DIO连接到双向数据总线DATA，该总线DATA可能连接到主站LIM内部或外部的数据处理装置。此数据处理装置没有在图2中显示。
为了解释图2中显示的功能框的工作方式，假设主站LIM已经接收到来自网络终端ANT1、ANT2和ANT3的许可请求。以这些请求以及网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4的用户与网络操作员间的通信协议中指定的协商的最小通信率为基础，填写装置FILL计算许可表存储器T1如何填写终端标识符ID1、ID2、ID3和ID4，以便获得经过不同网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4的公共链路L的上行流容量的公平共享。当已经完成此计算时，填写装置FILL将这些计算结果写入许可表存储器T1中。在此写处理之后的许可表存储器T1的状态显示在图2中。如能从图2中看到的那样，网络终端ANT4没有占用许可表存储器T1中的任何登记项，因为其没有请求任何许可。其它网络终端ANT1、ANT2和ANT3分别占用第一许可表存储器T1的4、2和4个登记项。填写了一个和同一终端标识符如ID2的许可表存储器T1的登记项被分散在整个表中使得允许相应的网络终端ANT2占用时间上几乎等间隔的上行流时隙。在此方式中，每个网络终端能够大约以恒定的数据速率传输上行流数据突发脉冲。一旦填写装置FILL填写许可表存储器T1，扫描装置SCAN开始以循环的方式扫描许可表存储器T1的登记项。对于每个许可表存储器T1的登记项，扫描装置SCAN读取存储在其中的终端标识符，并且将读出的终端标识符提供给许可消息产生器GRANT。基于接收到的来自扫描装置SCAN的终端标识符，许可消息产生器GRANT产生一许可消息，该消息中嵌入了接收到的终端标识符，并且将该许可消息应用于收发机TRX的许可输入GI。收发机TRX将此许可消息下行流广播给网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4。
当扫描装置SCAN循环地扫描第一许可表存储器T1时，以从网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4中接收到的新的请求为基础，填写装置FILL确定第二许可表存储器T2的内容。一旦第二许可表存储器T2由填写装置FILL填写时，扫描装置SCAN从扫描第一许可表存储器T1中交换到扫描第二许可表存储器T2。第一和第二许可表存储器(T1和T2)因此以交替的方式改变角色。当扫描装置SCAN读一个许可表存储器时，填写装置FILL填写其它的许可表存储器。扫描和填写操作由控制单元CTRL控制。换言之，此控制单元CTRL保留指针PT1和PT2的轨迹，这些指针确定被分别扫描和填写的表T1和T2的登记项，并且控制填写装置FILL和扫描装置SCAN使得它们不会在同一许可表存储器上同时操作。
现在假设主站LIM接收到来自网络终端ANT2的特别请求。这里，除了其用于CBR(恒定比特率)数据传输的协商最小带宽外，此网络终端ANT2请求获得分配4个上行流时隙。接收来自收发机TRX的此特别请求的填写装置FILL识别此请求是特别请求并且因此不将此请求用于确定许可表存储器T1或T2之一的内容。而代之以：填写装置FILL使用网络终端ANT2的标识符ID2填写特别许可队列Q1的4个登记项。在类似方式中，网络终端ANT4发送1上行流时隙的特别请求给中心站LIM。在此特别请求中，网络终端ANT4指定此时隙将用于ABR(可用比特率)通信的传输，作为结果，填写装置FILL将网络终端ANT4的标识符ID4写入第二特别许可队列Q2的一个登记项中。此第二特别许可队列Q2用于排队ABR(可用比特率)级的数据的特别请求，该数据比属于服务级的CBR或VBR质量的数据的优先权低。后面三级的数据的上行流传输的特别请求在第一特别许可队列Q1中排队。据此，如图2中所示，来源于网络终端ANT1并用于在4个上行流时隙中传输的ABR数据的额外特别请求在特别许可队列Q2中排队。来自网络终端ANT3和ANT2并且用于非ABR通信的上行流传输的特别请求在Q1中排队。
如果在许可表存储器T1和T2之一的登记项循环扫描的扫描装置SCAN遇到一空登记项，那么扫描装置SCAN从队列Q1和Q2中具有较高优先权的非空队列的时间最长的登记项中读出终端标识符。在图2中，此意味着特别许可队列Q1的最低登记项被扫描，除非此登记项为空。如果此登记项为空，那么特别许可队列Q1没有包括任何填写的登记项，作为结果，扫描装置SCAN将查询特别许可队列Q2的最低登记项。然而，当扫描装置SCAN循环读取其中的登记项时，许可表存储器T1和T2的内容保持不变，而每次扫描装置SCAN读取特别许可队列Q1和Q2中的登记项时，Q1和Q2的内容发生改变。队列中最低或时间最长的登记项被读取并且因此消失，同时读队列中的所有其它的登记项减小一步(step)。因此，根据本发明，每次被扫描的许可表T1或T2包括一空登记项时，上行流时隙被分配给发送特别请求给主站LIM的网络终端。特别请求以先进先出的次序处理，但是也考虑到与数据的服务级质量相关的优先权级别。
值得注意的是：除了请求消息和特别请求消息的接收，以及许可消息的传输，收发机TRX也接收和传输所有的其它数据。此在图2中通过数据输入/输出端口DIO和双向数据总线DATA来指示。
应该注意的是：本发明的适用性并不受限于数据传输经过的传输介质。在具有多点到一点的体系结构(其中终端以时分多路复用的方式共享公共链路)的任何网络中，不依赖于这些链路是双绞线电话线路、同轴电缆连接、卫星连接或经过空气的无线电链路，上行流时隙分配可以根据本发明优化。
另外应该注意的是：本发明的原理通过描述图2中的功能框来说明。在此附图中显示的每个框通过解释其执行的功能而不是解释其包括的电部件来描述。从上面的功能描述中，任何设计微电子部件的熟练的技术人员都能够开发实现这些功能的电子电路。为此，没有提供关于电部件框的进一步细节。
再应该注意的是：本发明的实现不需要对网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4中进行调整。主站LIM中的填写装置FILL能够识别特别许可请求，例如，通过注意到请求的带宽超出协商最小带宽。可选地，网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4本身能够将一许可请求标识为特别，例如通过设置其中的一个保留位，使得填写装置FILL不需要额外的智能来识别特别请求消息。在本发明的后面实现中，在能够将请求消息标识为特别的网络终端ANT1、ANT2、ANT3和ANT4中需要一些次要的额外的硬件或软件。
还应该注意的是：本发明的最简单版本仅包括一个特别许可队列。在此实现中，所有的特别许可请求以先进先出为基础来处理，并且管理每个具有另一相关优先权的多个特别许可队列的复杂性被避免了。接着，填写装置FILL和扫描装置SCAN的复杂性与具有两个或多个特别许可队列的本发明的上述实现相比，被极大地降低了。
进一步地，值得注意的是：如果仅仅使用一个许可表存储器T1代替两个，那么填写装置FILL、扫描装置SCAN和控制单元CTRL的复杂性甚至能够更大地降低。然而，仅使用一个许可表存储器T1意味着转换状态的存在，其中填写装置FILL和扫描装置SCAN两者同时在此单个许可表存储器T1上操作。在此转换状态期间，许可表存储器的登记项的实际内容依赖于填写装置FILL和扫描装置SCAN的相关写和读速率。
虽然本发明的原理已经与特定的装置一起在上面描述，但是应该清楚理解的是此描述仅仅是通过例子来说明，而不是本发明范围的限制。

Claims (7)

1、通过许可消息将上行流时隙分配给网络终端(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)的方法，所述方法用于通信系统中，该通信系统中主站(LIM)通过公共链路(L)和各个单独链路(L1、L2、L3、L4)的分级连接连接到多个网络终端(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)，并且上行流时隙分配的所述网络终端(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)以时分多路复用的方式经过所述公共链路(L)传输上行流突发脉冲到所述主站(LIM)，所述方法包括步骤：
a．在所述主站(LIM)中扫描存储终端标识符(ID1、ID2、ID3、ID4)列表的许可表(T1)的登记项；
b．产生所述许可消息并且将存储在所述许可表(T1)中的所述登记项中的终端标识符(ID1)嵌入到其中；
c．下行流广播所述的许可消息，
其特征在于所述方法进一步包括步骤：
d．如果所述许可表(T1)的所述登记项为空，从特别许可队列(Q1)中读终端标识符(ID2)；并且
e．将从所述特别许可队列(Q1)中读出的所述终端标识符(ID2)在所述许可消息被广播之前嵌入到所述许可消息中。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于所述特别许可队列(Q1)在非空的多个特别许可队列(Q1、Q2)中具有最高的优先权级别。
3、根据权利要求2的方法，其特征在于所述优先权级别与数据服务质量相关，该数据待由其终端标识符存储在那里的网络终端传输。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于：基于所述终端标识符(ID2)所标识的网络终端(ANT2)的特别带宽请求，终端标识符(ID2)被存储在所述特别许可队列(Q1)中。
5、根据权利要求1的方法，其特征在于：基于所述终端标识符(ID2)所标识的网络终端(ANT2)的唯一许可消息序列请求，终端标识符(ID2)被存储在所述特别许可队列(Q1)中。
6、适用于通过许可消息将上行流时隙分配给网络终端(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)的布局，所述布局用于通信系统中，该通信系统中主站(LIM)通过公共链路(L)和各个单独链路(L1、L2、L3、L4)的分级连接连接到多个网络终端(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)，并且上行流时隙分配的所述网络终端(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)适用于以时分多路复用的方式经过所述公共链路(L)传输上行流突发脉冲到所述主站(LIM)，所述布局包括：
a．至少一个许可表存储器(T1、T2)，适用于存储一列终端标识符(ID1、ID2、ID3、ID4)；
b．扫描装置(SCAN)，其至少一个输入连接到所述至少一个许可表存储器(T1、T2)的输出，所述扫描装置(SCAN)适用于扫描所述至少一个许可表存储器(T1、T2)的登记项，并且将所述登记项中读出的终端标识符(ID1)应用于其中的输出；
c．许可消息产生装置(GRANT)，其输入连接到所述表扫描装置(SCAN)的所述输出，所述许可消息产生装置(GRANT)适用于产生所述的许可消息以及将从所述扫描装置(SCAN)中接收的所述终端标识符(ID1)嵌入在所述许可消息中；并且
d．传输装置(TRX)，其连接到所述许可消息产生装置(GRNAT)，并且适用于广播所述许可消息，
其特征在于所述布局进一步包括：
e．至少一个特别许可队列存储器(Q1、Q2)，适用于存储请求特别额外带宽的网络终端的终端标识符，并且进一步在于：
f．所述扫描装置(SCAN)，其装备了至少一个另外的输入连接到所述至少一个特别许可队列(Q1、Q2)的输出，如果所述许可表存储器(T1)的所述登记项为空，那么所述扫描装置(SCAN)适用于扫描所述至少一个特别许可队列存储器(Q1、Q2)的登记项，并且将所述特别许可队列存储器(Q1、Q2)的所述登记项中读出的终端标识符(ID2)应用于所述许可消息产生装置(GRNAT)。
7、通信系统包括主站(LIM)和通过公共链路(L)和各个单独链路(L1、L2、L3、L4)的分级连接连接到所述主站(LIM)的多个网络终端(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)，主站(LIM)分配的上行流时隙的所述网络终端(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)适用于以时分多路复用的方式经过所述公共链路(L)传输上行流突发脉冲到所述主站(LIM)，并且所述主站适用于通过许可消息将上行流时隙分配给网络终端(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)，并且另外包括：
a．至少一个许可表存储器(T1、T2)，适用于存储一列终端标识符(ID1、ID2、ID3、ID4)；
b．扫描装置(SCAN)，其至少一个输入连接到所述至少一个许可表存储器(T1、T2)的输出，所述扫描装置(SCAN)适用于扫描所述至少一个许可表存储器(T1、T2)的登记项，并且将所述登记项中读出的终端标识符(ID1)应用于其中的输出；
c．许可消息产生装置(GRANT)，其输入连接到所述表扫描装置(SCAN)的所述输出，所述许可消息产生装置(GRANT)适用于产生所述的许可消息以及将从所述扫描装置(SCAN)中接收的所述终端标识符(ID1)嵌入在所述许可消息中；并且
d．传输装置(TRX)，其连接到所述许可消息产生装置(GRNAT)，并且适用于广播所述许可消息，
其特征在于所述布局进一步包括：
e．至少一个特别许可队列存储器(Q1、Q2)，适用于存储请求特别额外带宽的网络终端的终端标识符，并且进一步在于：
f．所述扫描装置(SCAN)，其装备了至少一个另外的输入连接到所述至少一个特别许可队列(Q1、Q2)的输出，如果所述许可表存储器(T1)的所述登记项为空，那么所述扫描装置(SCAN)适用于扫描所述至少一个特别许可队列存储器(Q1、Q2)的登记项，并且将所述特别许可队列存储器(Q1、Q2)的所述登记项中读出的终端标识符(ID2)应用于所述许可消息产生装置(GRNAT)。
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