CN1372740A - Tcp/ip以分组为中心的无线传输系统结构 - Google Patents
Tcp/ip以分组为中心的无线传输系统结构 Download PDFInfo
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Abstract
一种以分组为中心的无线点到多点通信系统,包括:一无线基站经以分组为中心的协议与第一数据网通信;一个或多个主工作站,经以分组为中心的协议与第一数据网通信;一个或多个用户客户前端设备(CPE)站,通过共享带宽经以分组为中心的协议通过无线媒介与无线基站相连;和一个或多个用户工作站,经以分组为中心的协议通过第二网络连接到用户CPE站的每一个。以分组为中心的协议可以是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。以分组为中心的协议可以是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)。该系统包括资源分配装置,用于在所述用户CPE站之间分配共享带宽。执行资源分配以优化终端用户的服务质量(QoS)。
Description
本发明的背景
其它申请的交叉引用
下面的申请具有共同的受让人并包含共同的公开内容：
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21506，名称为″注重服务质量(QoS)的无线点到多点(PtMP)传输系统结构″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21507，名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中根据IP流特性提供动态带宽分配的方法″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21508，名称为″在无线点到多点传输系统中提供基于服务质量(QoS)处理IP流的方法″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21509，名称为″无线点到多点传输系统中的IP流识别″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21510，名称为″无线点到多点(PtMP)传输系统中的IP流的特征表述″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21511，名称为″无线点到多点(PtMP)传输系统中的IP流的分类″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21512，名称为″无线点到多点(PtMP)传输系统中的IP流的优先级排列″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21513，名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中提供基于服务层协议(SLA)安排优先级的操作方法″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21514，名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中利用链路层确认控制传输控制协议(TCP)速率的方法″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21532，名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中的媒介访问控制(MAC)层中以传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)为中心的QoS″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21533，名称为″在无线点到多点传输系统中用于优化对等待时间和抖动灵敏的IP流的基于优先级的调度利用″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21534，名称为″用于无线点到多点传输系统的时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21535，名称为″在无线点到多点传输系统中用于无线传输对等待时间和抖动灵敏的IP流的基于预留安排优先级″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21536，名称为″在无线点到多点(将PtMP)传输系统中将互联网安排优先级的互联网协议(IP)流翻译成无线系统资源分配″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21539，名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中将差别服务(DiffServ)标记的IP流集成到服务质量(QoS)优先级的操作方法″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21540，名称为″通过无线点到多点(PtMP)传输系统识别和操作的虚拟专用网(VPN)的方法″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21541，名称为″时分多址/时分双工(TDMA/TDD)传输媒介接入控制(MAC)的空气帧″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21542，名称为″注重应用、服务质量(QoS)灵敏的媒介访问控制(MAC)层″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21543，名称为″传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)以分组为中心的无线点到点(PtP)的传输系统结构″的美国专利申请。
1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21547，名称为″传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)以分组为中心的电缆点到多点(PtMP)的传输系统结构″的美国专利申请。
本发明的领域
本发明通常涉及通信，更特别涉及一种实现注重QoS的无线点到多点传输系统的系统和方法。
相关技术
例如话音、数据和视频网络的通信网按常规定制成每个传送各自类型的服务。例如，话音服务对延迟非常灵敏而质量不那么重要，因此话音网设计成传送具有有限延迟的话音服务。另一方面，传统的数据服务，例如电子表格不对时间灵敏，但需要无误差的传递。传统的通信网利用电路交换实现可接受的终端用户的服务质量(QoS)。随着新的分组交换的高带宽数据网的到来，不同类型的服务能够通过数据网传送。具体的说，使单独的话音、数据和视频网络会聚到单个宽带远程通信网中。为了确保终端用户满意，期望一种系统为各种要传送的服务类型提供QoS。
无线网尤其要面对有线竞争者在传递QoS的挑战。例如，传统上无线网会由于许多理由呈现较高的误码率(BER)。传统的无线网也实现电路交换连接以提供可靠的通信信道。但是，利用电路交换连接在通信节点之间分配带宽，而无论服务是否一直在这些节点之间传递。因此，电路交换连接相当无效地利用通信带宽。
分组交换能够比传统的电路交换更有效的利用可用带宽。分组交换将服务分成所谓的″分组″，然后这些分组可以从源节点传送到目的地用于重新组合。因此，特定的一部分带宽可以为许多信源和目的地共享从而更有效的利用带宽。
期望一种无线宽带接入通信系统，可以提供与有线宽带接入装置相称的QoS能力。按常规，配置无线宽带接入系统的一个障碍在于在传送足以满足宽带的带宽的同时无法提供可接受的QoS特性。通过无线媒介传送原始带宽而不具有可接受的QoS将对终端用户无益。同样，牺牲足够的带宽来传送高质量的QoS对终端用户也无益。
传统提供无线宽带接入系统的努力没有给QoS授予足够的优先级作为构造该无线系统的指导原理，导致不是最理想的设计。随着互联网、分组交换范例和传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)的快速发展，显然一种新的无线系统设计变得必要起来。
所需要的是一种具有实际QoS能力的以分组为中心的无线宽带接入系统。
本发明综述
本发明提供一种以分组为中心的无线点到多点通信系统，包括：一无线基站经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个主工作站，经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站，通过共享带宽经以分组为中心的协议通过无线媒介与无线基站相连；和一个或多个用户工作站，经以分组为中心的协议通过第二网络连接到用户CPE站的每一个。以分组为中心的协议可以是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。以分组为中心的协议可以是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)。
该系统包括资源分配装置，用于在所述用户CPE站之间分配共享带宽。执行资源分配以优化终端用户的服务质量(QoS)。该无线通信媒介可以包括至少一个：射频(RF)通信媒介；电缆通信媒介；和卫星通信媒介。无线通信媒介可以进一步包括远程通信接入方法，该远程通信接入方法包括至少一个：时分多址(TDMA)接入方法；时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法；码分多址(CDMA)接入方法；和频分多址(FDMA)接入方法。
第一数据网包括至少一个：有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)。第二网络包括至少一个：有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)。
该系统可以包括资源分配器，该资源分配器在用户CPE站之间分配共享带宽。资源分配器优化终端用户的服务质量(QoS)。资源分配器也可以是注重应用的。
A-21506
本发明提供一种注重服务质量(QoS)的无线点到多点通信系统。该系统包括与一个或多个用户客户前端设备(CPE)站相连的无线基站，该CPE站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个；和资源分配装置，在用户CPE站之间分配共享带宽。
资源分配装置包括：分析和调度装置，分析和调度通过共享无线带宽的IP流，其中IP流包括至少一个：传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)流，和用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)流。
该分析和调度装置可以包括：识别IP流的识别器、特征表述该IP流的特征表述器，和分类IP流的分类器，其中分析和调度装置包括安排IP流优先级的安排优先级装置。
识别器包括：分析分组首部字段的分析器装置；和识别新的和现有的IP流的识别器装置。该分析器装置包括：缓冲IP流分组的缓冲设备；从每个分组的分组首部字段提取数据的数据提取装置；和分析分组首部字段的分组首部字段分析器装置。数据提取装置可以包括：用于确定一IP流分组分组是IPv.4还是IPv.6版本的装置；和用于语法分析IP流的分组的装置。分组首部字段分析器可以包括：用于确定信源应用的装置，其中此装置可以包括至少一个：一种装置，用于存储和重现用于信源应用分组首部表中的源地址的信源应用；用于从服务类型(TOS)分组首部字段中确定信源应用的装置；和从差别服务(DiffServ)分组首部字段中确定信源应用的装置。
特征表述器可以包括：用于确定一分组是否比门限寿命老的装置；用于根据分组的寿命预计客户应用IP流废弃的装置；用于确定新IP流的QoS要求的装置；和用于确定与这个新IP流有关的用户CPE站的用户标识的装置。
确定一分组是否比门限寿命老的装置可以包括用于分析生存时间(TTL)分组首部字段以便确定分组寿命的装置。确定新IP流的QoS要求的装置确定QoS要求是根据至少一个：源地址、目的地址和UDP端口号。确定新IP流的QoS要求的装置可以包括用于从IP流QoS要求表中存储和重现IP流的QoS要求的装置。
该分类器可以包括现有IP流的一个分组与一个IP流相关联的装置。分类器可以包括将新IP流的分组分类到QoS等级编组的装置。
将新IP流的分组分类到QoS等级编组的装置可以包括为所述IP流确定和考虑QoS等级编组的装置。将新IP流的分组分类到QoS等级编组的装置可以包括为所述IP流考虑任何可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级的装置。将新IP流的分组分类到QoS等级编组的装置可以包括为所述IP流考虑任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级的装置。
安排优先级装置可以包括：用于为所述IP流考虑基于多级的优先级(HCBPs)的装置。安排优先级装置可以包括为所述IP流考虑虚拟专用网(VPN)优先级的装置。安排优先级装置可以包括为IP流考虑基于服务层协议(SLA)优先级的装置。安排优先级装置可以包括为IP流考虑任何服务类型(TOS)优先级的装置。安排优先级装置还可以包括为所述IP流考虑任何差别服务(DiffServ)优先级的装置。
本发明提供一种以分组为中心的无线点到多点通信系统，包括：一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个。资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；用于分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流的装置，其中该分析装置包括：识别装置识别IP流。
IP流可以是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)流。IP流可以是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)流。识别装置可以包括：分析装置，用于分析IP流中的一个或多个分组首部字段；和用于区分新的和现有的IP流的装置。
分析装置位于用户CPE站，用于从用户CPE站到无线基站的上行无线链接。区分装置位于用户CPE站，用于从用户CPE站到无线基站的上行无线链接。
分析装置位于无线基站，用于从无线基站到用户CPE站的下行无线链接。区分装置位于无线基站，用于从无线基站到用户CPE站的下行无线链接。
分析分组首部字段的装置可以包括：用于缓冲IP流的分组的装置；用于从每个分组的分组首部字段提取数据的装置；和用于分析分组首部字段的装置。用于从每个分组的分组首部字段提取数据的装置包括：用于确定分组是分组版本IPv.4还是分组版本IPv.6的装置；和用于语法分析IP流的分组首部字段的装置。
分析装置可以包括：用于确定信源应用类型的装置，它可以包括：用于到和从信源应用分组首部表存储和重现信源应用类型的装置；用于从服务类型(TOS)分组首部字段中确定信源应用的装置；用于从差别服务(DiffServ)分组首部字段中确定信源应用的装置；和用于从直接应用管道提供的信息中确定信源应用的装置。
本发明提供一种以分组为中心的无线点到多点通信系统，包括：一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个。资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；用于分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流的装置。该分析装置包括用于特征表述IP流的特征表述装置。
特征表述装置可以包括用于确定分组是否比门限寿命老的装置。寿命确定装置可以包括分析生存时间(TTL)分组首部字段以便确定分组寿命的装置或用于根据分组的寿命预计应用IP流废弃的装置；
特征表述装置可以包括如果IP流是新的IP流则确定该IP流QoS要求的装置。特征表述装置可以包括如果IP流是一新的IP流，则确定与该IP流有关的该用户CPE站的用户CPE标识的装置。确定新IP流的QoS要求的装置可以包括用于确定QoS要求的装置是根据至少一个：源地址、目的地址和UDP端口号。确定新IP流的QoS要求的装置可以包括用于从IP流QoS要求表中存储和重现IP流的QoS要求的装置。
本发明提供一种用于无线通信系统的IP流分类系统。更具体的说，该IP流分类系统在以分组为中心的无线点到多点通信系统中编组IP流。
该分类系统包括：一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个。资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；分析和调度装置分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流。该分析装置包括分类IP流的上述IP流分类器。
在一实施例中，分类器包括使现有IP流的一个分组与该IP流相关联的装置。分类器可以包括将新IP流的分组编组到QoS等级编组的装置。QoS编组装置可以包括确定和考虑IP流的QoS等级编组的确定装置。QOS编组装置可以包括为IP流考虑可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级标记的可选择差别服务(DiffServ)装置。QoS编组装置还可以包括为IP流考虑任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级标记的可选择的服务类型(TOS)装置。
本发明提供无线点到多点(PtMP)传输系统中安排IP流的优先级。该系统包括一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与第一数据网相连，一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个，资源分配器该优化终端用户的服务质量(QoS)并且在用户CPE站之间分配共享带宽；连接到资源分配器的互联网协议流(IP流)分析器分析IP流，和IP流调度器调度共享的无线带宽，其中该IP流调度器包括IP流安排优先级器。
在本发明的实施例中优先级排序器包括基于多级的优先级(HCBP)的优先级排序器，用于根据IP流的HCBP优先级安排IP流的优先级。在本发明的实施例中，HCBP优先级排序器包括基于等级的优先级限制器，建立用于每个HCBP优先级的界限。
在本发明的实施例中，该优先级排序器包括虚拟专用网(VPN)优先级排序器，该虚拟专用网(VPN)优先级排序器根据IP流的信源是VPN来安排IP流的优先级。在本发明的一个实施例中，VPN优先级排序器为所有的VPNIP流授予优先的优先级。在本发明的另一个实施例中，VPN优先级排序器为是特定类型IP流的VPN流或是一种VPN的VPNIP流授予优先的优先级。在本发明的实施例中，VPN类型包括启用目录的联网(DEN)表管理方案类型。
在本发明的实施例中优先级排序器包括基于服务层协议(SLA)的优先级排序器，用于根据IP流的用户信源安排IP流的优先级。在本发明的实施例中，SLA层例如包括额外费用层、标准层或数值层。在本发明的实施例中，优先级排序器包括服务类型(TOS)优先级排序器，用于根据IP流分组的TOS标记安排IP流的优先级。
在本发明的实施例中，优先级排序器包括差别服务(DiffServ)优先级排序器，用于根据IP流分组的DiffServ标记安排IP流的优先级。
在本发明的实施例中优先级排序器包括加权公平优先级(WFP)优先级排序器，用于确保共享带宽的公平分配，并根据IP流的优先级设置预留策略界限。
本发明提供一种以分组为中心的无线点到多点通信系统，该系统包括：一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个，分配资源以优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽的方式，分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流的方式其中该调度方式包括根据用于SLA用户的服务层协议(SLA)的优先级安排所述IP流的优先级的方式。
上述系统的另一个特征包括为IP流分析SLA的方式和根据一个或多个用户定义的参数安排IP流优先级的方式。SLA层可以包含额外费用服务层、正常服务层和数值服务层。该系统可以这样设计，即各种SLA层可用于提供不同的(1)SLA用户之间的服务速率、(2)对于SLA用户的网络可用性、(3)用于各个SLA用户的带宽、(4)SLA用户的误差率、(5)SLA用户的等待时间保证和(5)SLA用户的抖动保证。
还公开了一种用于以分组为中心的无线点到多点通信系统的调度方法，该系统包括一种通信系统，一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个，分配资源以优化终端用户的服务质量(QoS)的方式，和在用户CPE站之间分配共享带宽的方式，分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流的方法，其中该调度方法包括根据用于SLA用户的服务层协议(SLA)的优先级安排IP流优先级的步骤。
所述的方法的实施例还可以包括分析IP流的SLA。另一个实施例包括根据一个或多个用户定义的参数安排IP流优先级的附加步骤。该方法可以包括安排优先级到额外费用服务层、安排优先级到正常服务层和安排优先级到数值服务层的步骤。
本发明提供一种注重服务质量(QoS)的无线点到多点通信系统，包括：一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽无线媒介与无线基站进行无线通信；一个或多个用户工作站通过第二网络连接到每一个用户CPE站；和资源分配装置，在用户CPE站之间分配共享带宽以优化终端用户的IP流的服务质量(QoS)。
资源分配装置可以包括将一传输帧的将来时隙分配到通过无线媒介传输的该传输帧中的一个数据分组。分配装置可以包括：装置，用于应用超前保留算法；第一预留装置，用于根据算法为将来传输帧中的互联网协议(IP)流的第一数据分组预留第一时隙；和装置，用于根据该算法为时间在该将来传输帧之后的传输帧中的IP流的第二数据分组预留第二时隙，其中第二数据分组以第一数据分组放置在第一时隙等时的方式放置在第二时隙。
在一实施例中，将第一数据分组放置在第一时隙和将第二数据分组放置在第二时隙之间具有周期的变化。在另一个实施例中，将第一数据分组放置在第一时隙和将第二数据分组放置在第二时隙之间具有非周期的变化。
资源分配装置可以包括为IP流考虑基于多级的优先级(HCBP)的装置。资源分配装置可以包括为IP流考虑虚拟专用网(VPN)优先级的装置。资源分配装置可以包括为IP流考虑基于服务层协议(SLA)优先级的装置。资源分配装置可以包括为IP流考虑任何服务类型(TOS)优先级的装置。资源分配装置可以包括为IP流考虑任何差别服务(DiffServ)优先级的装置。
本发明提供一种具有最优服务质量的无线通信网。一种将一传输帧的将来时隙分配到通过无线通信网系统传输的该传输帧中的一个数据分组的方法包括：应用超前预留算法，根据该算法为将来传输帧中的互联网协议(IP)流的第一数据分组预留第一时隙，根据该算法为时间在该将来传输帧之后的传输帧中的IP流的第二数据分组预留第二时隙，其中第二数据分组以第一数据分组放置在第一时隙等时的方式放置在第二时隙。
在一实施例中，将第一数据分组放置在第一时隙和将第二数据分组放置在第二时隙之间具有周期变化。而在另一个实施例中，将第一数据分组放置在第一时隙和将第二数据分组放置在第二时隙之间具有非周期的变化。
该超前预留算法确定该IP流是否对抖动灵敏。
在一通信系统提供等时的数据分组，该通信系统包括：一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个，资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；其中将超前预留算法应用到互联网协议(IP)流，
以便根据该算法以等时的方式为该IP流的一个或多个连续的将来传输帧预留连续的时隙。该算法确定该IP流是否对抖动灵敏，则连续预留这些连续时隙之间是否具有周期的变化。
一种将一传输帧的将来时隙分配到通过无线媒介传输的该传输帧中的一个数据分组的系统包括：用于应用超前保留算法的装置，根据该算法为将来传输帧中的互联网协议(IP)流的第一数据分组预留的装置，和一种装置，用于根据该算法为时间在该将来传输帧之后的传输帧中的IP流的第二数据分组预留第二时隙，其中第二数据分组以第一数据分组放置在第一时隙等时的方式放置在第二时隙。这种安排可以是周期性地进行或非周期性地进行。超前预留算法用于确定IP流是否对抖动灵敏。
该系统提供通信系统中的等时数据分组，该通信系统可以包括一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个，资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；该系统包括将超前预留算法应用到互联网协议(IP)流的装置，和装置，根据该算法以等时的方式为该IP流的一个或多个连续的将和一种装置对于传输帧预留连续的时隙。
该超前预留算法确定该IP流是否对抖动灵敏，则该系统可以提供连续预留这些连续时隙之间是否具有周期的变化。
本发明提供一种具有最优服务质量(QoS)的通信无线网系统。一种将安排互联网优先级的互联网协议(IP)流变换到无线带宽资源分配的系统包括无线点到多点(PtMP)传输系统，该传输系统具有一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个，和在用户CPE站之间分配共享带宽的资源分配器包括TCP/IP和UDP/IP流(IP流)的分析器，识别IP优先级分组首部IP流标识信息和分类该IP流，和IP流调度器，考虑该IP优先级首部标识信息安排IP流的优先级。
IP优先级分组首部IP流标识信息包括确定和考虑用于IP流的QoS等级编组。IP优先级分组首部IP流标识信息还考虑任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级标记。
该系统服务类型(TOS)字段优先级标记与互联网工程工作小组(IETF)RFC1992b和IETFRFC1349兼容。该标记包括最小延时标记、最大通过量标记、最大可靠性标记、最小货币成本标记和正常服务标记。另外，该系统可以处理考虑任何可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级标记的IP流标识信息，例如与互联网工程工作小组(IETF)RFC2474和IETFRFC2475兼容的标记。
在一实施例中，IP优先级分组首部IP流标识信息包括用于考虑任何资源预留协议(RSVP)信息和目标的装置。该RSVP协议信息可以包括路径信息、预留(Resv)、路径拆卸信息、resv拆卸信息、路径误差信息和确认信息。其它RSVP协议目标包括null，session，RSVP_hop，time_values，style，flowspec，sender_template，sender_Tspec，Adspec，Error_Spec，Policy_data，Integrity，Scope，和Resv_Confirm.该RSVP标记与互联网工程工作小组(IETF)RFC2205兼容。
本发明提供一种以分组为中心的无线点到多点通信系统，包括：一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个；资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；用于分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流的装置。
该调度装置包括根据虚拟专用网(VPN)的优先级为IP流安排优先级的装置。该系统可以包括为该IP流分析虚拟专用网(VPN)优先级或安排所有VPNIP流的优先级的装置。该系统可以包括用于根据一个或多个用户定义的参数安排该IP流的优先级的装置。在该系统中，VPN可以包括启用目录的联网(DEN)表管理方案。VPN可以利用点对点隧道协议(PPTP)实现。
还包括用于完成上述内容的方法。
本发明提供一种以分组为中心的无线点到点的(PtP)通信系统，包括：一无线基站经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个主工作站，经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站通过无线媒介经以分组为中心的协议通过共享带宽与本无线基站进行连接；和一个或多个用户工作站，经以分组为中心的协议通过第二网络连接到用户CPE站的每一个。以分组为中心的协议可以是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。以分组为中心的协议可以是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)。
该系统包括用于在用户CPE站之间分配共享带宽的资源分配装置。可以执行资源分配以优化终端用户的服务质量(QoS)。
该无线通信媒介可以包括至少一个：射频(RF)通信媒介；电缆通信媒介；和卫星通信媒介。该无线通信媒介还可以包括远程通信接入方法，该远程通信接入方法包括至少一个：时分多址(TDMA)接入方法；时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法；码分多址(CDMA)接入方法；和频分多址(FDMA)接入方法。第一数据网可以包括至少一个：有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)。第二网络可以包括至少一个：有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)。
该系统可以包括资源分配器，该资源分配器在用户CPE站之间分配共享带宽。资源分配器优化终端用户的服务质量(QoS)。资源分配器也可以是注重应用的。
本发明提供一种以分组为中心的宽带同轴电缆点到多点通信系统，包括：一电缆无线基站经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个主工作站，经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站，通过共享带宽经以分组为中心的协议通过同轴电缆通信媒介与无线基站相连；和一个或多个用户工作站，经以分组为中心的协议通过第二网络连接到用户CPE站的每一个。以分组为中心的协议可以是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。以分组为中心的协议可以是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)。
该系统可以包括电缆资源分配器，用于在用户CPE站之间分配共享带宽。资源分配器可以优化终端用户的服务质量(QoS)。同轴电缆通信媒介可以包括通过同轴电缆的射频数据通信，其中一个或多个电缆调制解调器调制和解调通过该媒介传输的信号。该电缆调制解调器可以符合DOC/SYS。该QoS优化电缆资源分配器系统可以包括：IP流识别器；IP流特征表述器；IP流分类器；和IP流优先级排序器。
该同轴电缆通信媒介还可以包括远程通信接入方法，该远程通信接入方法包括至少一个：时分多址(TDMA)接入方法；时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法；时分多址(TDMA)接入方法；和频分多址(FDM)接入方法。第一数据网可以是有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)。第二网络可以包括至少一个：有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)。
资源分配器可以是注重应用的。该系统可以是点到点(Ptp)网络。该系统也可以是点到多点(PtMP)网络。
本发明提供一种用于在以分组为中心的无线点到多点通信系统中分配共享无线带宽的方法。该方法包括在无线基站和一个或多个用户客户前端设备(CPE)站之间分配该共享带宽。该方法可以包括动态分配共享带宽。该方法可以以帧为基础分配该共享带宽。(1)以从用户CPE站到无线基站的上行链路方向分配该共享带宽帧，或(2)以从无线基站到用户CPE站的下行链路方向分配该共享带宽帧。
该方法还可以包括：以帧内的一个子帧为基础分配该共享带宽；以从用户CPE站到无线基站的上行链路方向分配该共享带宽的子帧；以从无线基站到用户CPE站的下行链路方向分配该共享带宽的子帧。
在一实施例中，该方法包括以帧内的一个时隙为基础分配该共享带宽，包括：以从用户CPE站到无线基站的上行链路方向分配该共享带宽的时隙，和以从无线基站到用户CPE站的下行链路方向分配该共享带宽的时隙。
在一实施例中，该方法包括以帧内的一个子时隙为基础分配该共享带宽。这包括以从用户CPE站到无线基站的上行链路方向分配该共享带宽的子时隙，或以从无线基站到用户CPE站的下行链路方向分配该共享带宽的子时隙。
该方法可以将共享带宽分配给一个或多个控制分组。该方法包括分配下行确认时隙；分配预留请求时隙；分配操作数据时隙；分配上行确认时隙；分配确认请求时隙；分配帧描述符时隙；和分配命令和控制时隙。
该方法可以将共享带宽分配给一个或多个数据分组。该方法可以包括将该共享带宽分配到上行链路方向；和将该共享带宽分配到下行链路方向。
本发明提供一种方法，用于在通信系统中提供注重服务质量(QoS)的无线点到多点通信。该通信系统包括：一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个。
本发明方法可以包括以优化终端用户QoS的方式在用户CPE站之间分配共享带宽。
该方法包括通过共享无线带宽分析和调度IP流。这包括识别IP流；特征表述IP流；分类IP流；和安排IP流的优先级。
该识别步骤可以包括分析分组首部字段；和识别新的和现有的IP流。此包括：缓冲该IP流的分组；从每个分组的分组首部字段提取数据；和分析该分组首部字段。它还包括确定该IP流分组是IPv.4分组版本还是IPv.6分组版本；和用于语法分析该分组的装置。它还包括确定信源应用类型，包括至少一个：从信源应用分组首部表中存储和重现源地址的信源应用；从服务类型(TOS)分组首部字段中确定信源应用；和从差别服务(DiffServ)分组首部字段中确定信源应用；识别步骤还可以包括将现有的IP流存储到IP流识别数据表中和从IP流识别数据表中重现现有的IP流。
该方法还可以包括：确定一分组是否比门限寿命老；根据该分组的寿命预计客户应用IP流废弃；确定新IP流的QoS要求；和确定与新IP流有关的用户CPE站的用户标识。它可以包括分析生存时间(TTL)分组首部字段以便确定该分组的寿命。
该方法还可以包括：确定新IP流的QoS要求是根据至少一个：源地址；目的地址；和UDP端口号。该方法可以包括将新IP流的分组分类到QoS等级编组的装置。它可以包括：确定和考虑该IP流的QoS等级编组。考虑用于该IP流的任何可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级标记。考虑用于该IP流的任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级标记。为该IP流考虑基于多级的优先级(HCBPs)；为该IP流考虑虚拟专用网(VPN)的优先级；为该IP流考虑基于服务层协议(SLA)的优先级；考虑用于该IP流的任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级。和为该IP流考虑任何差别服务(DiffServ)优先级。
本发明提供一种方法，用于在无线点到多点(PtMP)传输系统中将差别服务(Diffserv)标记的IP流集成到服务质量(QoS)优先级。该系统包括：一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个，和在用户CPE站之间分配共享带宽的资源分配器。本发明的方法包括步骤：分析IP流用于差别服务(DiffServ)标记；和考虑任何该DiffServ标记调度该IP流。
IP流可以包括至少一个：TCP/IP流；和UDP/IP流。该分析步骤可以包括：识别具有该DiffServ标记的该IP流；特征表述具有该DiffServ标记的该IP流；和分类具有该DiffServ标记的该IP流。该调度步骤可以包括考虑到任何DiffServ标记和另一个IP优先级首部标识信息来安排IP流的优先级。该安排优先级的步骤可以包括加权公平优先级(WFP)。
安排优先级的步骤可以包括至少一个：根据IP流的基于多级的优先级安排优先级；根据服务层协议(SLA)的等级优先级安排优先级；根据虚拟专用网(VPN)预约安排优先级；和根据虚拟专用网(VPN)预约等级优先级安排优先级。
识别步骤可以包括至少一个：分析该IP流中的一个或多个分组首部字段；和区分新的和现有的IP流。分析分组首部字段的步骤可以包括：缓冲该IP流的分组；从每个分组的分组首部字段提取识别信息；从该分组首部字段分析该标识信息。提取步骤可以包括至少一个：确定该分组是分组版本IPv.4还是分组版本IPv.6；语法分析该IP流的分组首部字段。分析步骤可以包括确定信源应用类型的步骤。
分析步骤可以包括考虑任何差别服务(DiffServ)字段优先级标记的步骤。DiffServ字段优先级标记可以与互联网工程工作小组(IETF)RFC2474兼容。DiffServ字段优先级标记可以与IETFRFC2475兼容。
分类步骤可以包括使现有IP流的一个分组与现有IP流相关联的步骤。该分类步骤可以包括将新IP流的分组编组到QoS等级编组的步骤。该编组步骤可以包括考虑IP流的任何DiffServ标记的步骤。该安排优先级的步骤可以包括考虑IP流的任何DiffServ标记的步骤。
附图描述
下面将参照附图描述本发明，其中：
图1A是提供标准远程通信网概况的方框图，该远程通信网在一个或多个本地接入和传输区域内提供本地交换机载波服务；
图1B描述一示范性网络，该网络包括与一数据网相连的工作站；
图1C说明一传统的视频网，例如有线电视(CATV)网；
图2A是说明标准远程通信网概况的方框图，该远程通信网在位于不同本地接入和传输区域内的用户之间提供本地交换机载波和局间载波服务；
图2B详细地说明信令网；
图2C说明通过数据网运送话音、数据和视频服务的示范性网络；
图2D描述一种网络，该网络包括经路由器连接到数据网的点到多点的无线网；
图3A描述点到多点网络的示范性透视图；
图3B描述进一步说明无线点到多点网络的方框图；
图4描述本发明的无线互联网协议网络接入结构；
图5A描述从用户主机通过到目的地主机的有线连接到无线基站的互联网协议流；
图5B说明包括传输控制协议附属代理的功能描述实例的功能流程图，该附属代理执行出局传输控制协议欺骗函数；
图5C说明包括传输控制协议附属代理的功能描述实例的功能流程图，该附属代理执行入局传输控制协议欺骗函数；
图6说明表示调度混合互联网协议流的方框图；
图7说明分组首部字段信息，该信息可用于识别互联网协议流和互联网协议流的要求；
图8A是总结示范性下行链路分析、安排优先级和调度功能的方框图；
图8B是总结示范性上行链路分析、安排优先级和调度功能的方框图；
图9说明下行链路流调度器在安排帧时隙的优先级和调度资源分配过程中如何考虑服务层协议；
图10描述本发明的媒介访问控制硬件结构的实施例；
图11是用于以分组为中心的无线点到多点通信系统的示范性软件组织；
图12A说明示范性的时分多址媒介访问控制空气帧；
图12B说明用于时分多址/时分双工(TDMA/TDD)空气帧的示范性结构；
图12C说明示范性的下行传输子帧；
图12D说明示范性下行传输子帧的示范性上行确认分组字段；
图12E说明示范性下行传输子帧的示范性确认请求分组字段；
图12F说明下行传输子帧的示范性帧描述符分组字段；
图12G说明下行传输子帧的示范性下行媒介访问控制有效负荷数据单元；
图12H说明下行传输子帧的示范性命令和控制分组；
图12I说明示范性的上行传输子帧；
图12J说明上行传输子帧的示范性下行确认分组；
图12K说明上行传输子帧1204的示范性预留请求分组；
图12L说明上行传输子帧的示范性媒介访问控制有效负荷数据单元；
图12M、12N和12O说明上行传输子帧的示范性操作数据分组；
图13说明用于本发明功能的示范性流调度器；
图14是超前预留算法的示范性二维方框图；
图15A是用于下行链路流分析器的示范性逻辑流程图；
图15B是用于下行链路流调度器的示范性逻辑流程图；
图16A是用于上行链路流分析器的示范性逻辑流程图；
图16B是用于上行链路流调度器的示范性逻辑流程图；
图17说明下行链路方向的互联网协议流，包括互联网协议安全性加密；和
图18说明上行链路方向的互联网协议安全性支持。
附图中，相同的附图标记通常表示相同、功能相似和/或结构相似的元件。附图中第一出现的元件用附图标记最左边的数字表示。
优选实施例的详细描述
VII.实例环境
本发明是根据实例环境描述的。该实例环境利用固定的无线点到多点(PtMP)连接以传送分组的数据信息，该数据信息包括例如从通信载波收到的IP电话、视频、数据。正如这里所使用的，通信载波可以包括本领域技术人员可以识别的US国内实体(参见下面在部分II的定义)例如ILECs、CLECs、IXCs、NGTs和增强型服务提供商(ESPs)，和全球实体例如PTTs和NEs。另外，正如这里所使用的，一种通信系统包括本领域技术人员可以识别的例如ILECs、CLECs、IxCs和增强型服务提供商(ESPs)实体所用的国内系统和全球系统。
在优选实施例中，通信服务从广域网(WAN)连接到达。数据服务通过网络路由器从数据网接收并可以从互联网协议(IP)格式解调为例如点到点协议(PPP)。网络路由器可以例如包括通用计算机，例如SUN工作站运行的路由选择软件或专用路由选择装置，例如CISCO的SanJose，CA、ASCEND的Alameda，CA、NETOPIA的Alameda，CA、或3COM的SantaClara，CA的各种模型。
在另一种方案中，例如(点对点隧道协议(PPTP))的虚拟专用网可用于在远程用户和公司数据网之间产生″隧道″。隧道允许网络管理员从服务器(例如WindowsNT服务器)到数据网(例如互联网)扩展虚拟专用网。
虽然本发明是依据此实例环境描述的，则重要需要注意的是只是为了说明的目的用这些术语提供描述。本发明并不期望局限为此实例环境或者上述装置之间精确的互操作。实际上，在阅读下面的描述之后，相关领域的技术人员如何在其它环境实现本发明将变得很明显。
VIII.定义
下面的表1定义共同的通信术语。这些术语用于本发明整个说明书的剩余部分。
表1
| 术语 | 定义 |
| 进网汇接局(AT) | AT是用于在LATA中的EOs之间转换呼叫的3/4类交换机。AT提供到IXCs的用户接入，以提供长途呼叫服务。进局汇接局是一网络节点。其它网络节点可以例如包括CLEC、或其它增强型服务提供商(ESP)、国际接口局或全球存在点(GPOP)、或智能外设(IP)。 |
| 承载(B)信道 | 承载(B)信道是用于运送数字话音和数字数据信息。ISDN承载信道是每秒64,000比特，它可以运送PCM数字化话音或数据。 |
| 被叫方 | 被叫方是在目的地或终端接收来自网络发送呼叫的呼叫者。 |
| 主叫方 | 主叫方是从起始端通过任何类型的网络放置呼叫的呼叫者。 |
| 中心局(CO) | CO是容纳本地EO的设施。EOs经常称为 |
| COs。 | |
| 1级交换机 | 1级交换局、区域中心(RC)是本地和长途交换的最高层，或″最后一个诉诸局″以完成呼叫。 |
| 3级交换机 | 3级交换局是主中心(PC)；进网汇接局(AT)具有3类功能。 |
| 4级交换机 | 4级交换局如果话务员存在是长途电话中心(TC)或是长途交换点(TP)；进网汇接局(AT)具有4类功能。 |
| 5级交换机 | 5级交换局是终端局(EO)或本地和长途交换的最低层，本地中心局。该交换机最靠近终端用户。 |
| 竞争的LEC(CLEC) | CLECs是可以与ILECs竞争的市话服务的电信服务提供商。！nterprise是Century21是实例。CLEC可以或不可以IXC服务。 |
| 竞争接入供应商(CAPS) | 例子是Teligent和Winstar。 |
| 客户前端设备(CPE) | CPE是指位于客户房屋内的设备，并用于连接到电话网，包括普通电话机、按键电话系统、PBXs、会议电视设备和调制解调器。 |
| 数字化数据(或数字数据) | 数字化数据是指已经抽样变成二进制表示的模拟数据(即包括0和1的序列)。数字化数据较少受噪声和衰减失真的影响，因为它更容易再生以重建原始信号。 |
| 出网终端局 | 出口EO是直接连接到被叫方、终端点的节点或目的地EO，被叫方″归属″出口EO。 |
| 出口 | 出口是指从在网络目的地端的被叫方或终端到服务线路中心(SWC)的连接。 |
| 终端局(EO) | EO是用于LATA内用于转换市内呼叫的5类交换机。LEC的用户连接(″归属″)到EOs，表 |
| 示EOs是用户连接的最后一个交换机。 | |
| 增强服务提供商(ESP) | 网络服务供货商。 |
| 同等接入 | 1+拨号用于US国内呼叫，用于按照需要接入任何长途载波，要求从母公司AT&T分离的区域性贝尔操作公司(RBOCs)的改进最终判断(MFJ)术语下。 |
| 全球现场点(GPOP) | GPOP是指国际电信设备和国内设备接口位置，国际出入局POP。 |
| 在职的LEC(ILEC) | ILECs是美国传统的LECs，它是区域贝尔操作公司(RBOCs)。Bell South和US West是实例。ILEC还可以代表独立的LEC，例如GTE。 |
| 入口终端局 | 入口EO是直接连接到被叫方、起始点的节点或服务线路中心(SVC)，被叫方″归属″入口″EO。 |
| 入口 | 入口是指从主叫方或起始的连接。 |
| 综合服务数字网(ISDN)基本速率接口(BRI)线路 | ISDN基本速率接口(BIR)线路向用户提供2条承载B信道和1条数据D线路(通常所说的通过一或二对″2B+D″)。 |
| 综合服务数字网(ISDN) | ISDN是为通信(话音、数据和信令)、端到端数字传输电路、带外信令和特征显著的带宽量提供标准的网络。 |
| 中间机中继(IMT) | 中间机中继(IMT)是两个公共连接的交换机之间的电路。 |
| 交换机间载波(IXC) | IXCs是美国国内长途电信服务提供商。AT&T、MCI、Sprint是例子。 |
| 互联网协议(IP) | IP是TCP/IP协议的一部分。它用于识别输入的信息，为出局信息选择路由、跟踪互联网节点地址(用一数字指定互联网上的TCP/IP主 |
| 机)。IP相应于OSI的网络层。 | |
| 互联网服务提供商(ISP) | ISP是为用户提供互联网访问的公司。 |
| ISDN基本速率接口(PRI) | ISDN基本速率接口(PRI)线路为ISDN提供T1电路提供同等物。传递到客户房屋的PRI可以提供分别以1.544每秒兆比特和2.048每秒兆比特运行的23B+D(北美)或30B+D(欧洲)信道。 |
| 本地交换机载波(LEC) | LECs是本地电信服务提供商。Bell Atlantic和US West是实例。 |
| 本地接入和传送区(LATA) | LATA是LEC提供服务的地区。美国内部这些本地地理区域有超过160个LATAs。 |
| 局域网(LAN) | LAN是在标准化控制下通过相对较短距离(例如，建筑物内部)的计算机和外围设备(例如，打印机和调制解调器)提供连接的通信网。 |
| 改进的最终判断(MFJ) | 改进的最终判断(MFJ)是要求区域性贝尔操作公司(RBOCs)从它们的母公司AT&T脱离的决定。 |
| 网络节点 | 网络节点是远程通信网中资源的通用术语，包括交换机、DACS、再生器等等。网络节点本质上包括所有的非电路(传输)设备。其它的网络节点可以包括例如CLEC装置，或其它的增强型服务提供商(ESP)、存在点(POP)、国际出入局或全球存在点(GPOP)。 |
| 新成员(NE) | 新一代全球通信。 |
| 下一代电话(NGT) | 新的电信服务提供商，特别是IP电话提供商。例子是层3和Qwest。 |
| 分组化话音或通过骨干网的话音 | 分组化话音的一个例子是通过互联网协议的话音(VOIP)。通过分组的话音是指通过数据网运送电话或话音服务，例如话音通过 |
| 帧、话音通过ATM、话音通过互联网协议(IP)、话音通过虚拟专用网(VPNs)、话音通过骨干网等等。 | |
| 管道或专用通信设备 | 管道或专用通信设备将ISP连接到互联网。 |
| 存在点(POP) | POP是指IXC和LEC设备接入的LATA内的位置。 |
| 点到点隧道协议(PPTP) | 虚拟专用网协议、点到点隧道协议(PPTP)可用于在远程用户和数据网之间建立″隧道″。隧道允许网络管理员将虚拟专用网(VPN)从服务器(例如Windows NT服务器)扩展到数据网(例如互联网)。 |
| 点到点(PPP)协议 | PPP是允许计算机与互联网利用调制解调器建立连接的协议。PPP支持高质量的图形前端，类似Netscape。 |
| 邮政电话电报(PTT) | 国家管理的电话公司，许多正解除管理，例如NTT。 |
| 专用小交换机(PBX) | PBX是位于用户防务的专用交换机。用户一般是隙网提供本地交换的私人公司。 |
| 具有拨号音的专线 | 专线是两个具体的点之间具体专用于客户使用的直接信道。具有拨号音的专线可以将PBX或ISP的接入连接器连接到端局(例如，信道化的T1或PRI)。专线还可以称为租用线路。 |
| 公共交换电话网(PSTN) | PSTN是全球话音交换网 |
| 区域性贝尔操作公司(RBOCs) | RBOCs是从AT&T脱离后提供LEC服务的贝尔操作公司。 |
| 信令系统7(SS7) | SS7是一种广泛用于世界各地的公共信道局间信令(CCIS)。SS7网络提供信令功能，表示呼叫到达、传送路由选择和目的地信号 |
| 和监视线路和电路状态。 | |
| 交换等级或局等级 | 局等级是是根据传输要求和与其它交换中心的多级关系对电话中心局交换机的功能排列等级。在RBOCs脱离AT&T之前，局等级是根据在美国公众交换网(PSTN)中的多级功能分配给局的数字。使用下面的等级数字：1级＝区域中心局(RC)，2级＝分区中心(SC)，3级＝主要中心(PC)，4级＝长途电话中心(TC)，如果话务员存在或其他的长途交换点(TP)，5级＝端局(EO)本地中心局。任何一个中心处理来自分层结构更低的一个到两个或多个中心的服务。因为剥夺和交换局具有更多的智能软件，这些指定已经变得不那么稳固。5级交换机最靠近终端用户。技术已经更接近终端用户，分散了网路等级系列和交换机等级的传统定义。 |
| 电信载波 | LEC、CLEC、IXC、增强型服务提供商(ESP)、智能外设(IP)、国际/全球存在点(GPOP)，即任何电信服务提供商。 |
| 传输控制协议(TCP) | TCP是端到端协议，在OSI的传输和会话层操作，经过分隔和排序IP分组在主计算机运行的进程之间传递数据字节。 |
| 传输控制协议/互联网协议(TCP/IP) | TCP/IP是在互连网络之间提供通信的协议。TCP/IP协议被广泛用于互联网，它是包括通过高速连接连接的许多大型网络的网络。 |
| 中继线 | 中继线连接进网汇接局(AT)和端局(EO)。 |
| 广域网(WAN) | WAN是将LAN扩展到电信载波电路的数据网。该载波一般是通用载波。桥接交换机或路由器用于连接LAN与WAN。 |
Ix.引言
无线环境中的服务质量(QOS)
服务质量(QoS)的概念是数据网中一个最难和最不可理解的主题。虽然在数据网中有公共术语，但是QoS具有许多不同的用途和定义，这会导致以精确或定量术语的冲突。当尝试测量或指定足以允许进行设备或网络性能关于QoS比较的数值时，会进一步发现碰撞。
在通常数据网的关于QoS的碰撞当应用到无线数据通信时被传递和放大。无线传输具有比有线传输更高的固有误码率(BER)。为分享无线媒介的多个用户增加例如点到多点(PtMP)的拓扑结构使得希望将QoS定义成特别解决无线数据通信中的多个复杂因数。
为了提供适用于无线数据通信的QoS的清楚定义，QoS要解决的问题性质是有益的。通过无线方式进行数据通信的许多问题是独有的并且不同于有线数据通信，但实际上有一些问题是共有的。对于无线宽带接入系统，传送的质量问题比有线模拟方式更复杂。类似于有线对应物，无线传送数据遇到的问题包括例如慢速的外设接入、数据误差、″信息漏失″、不必要的重发、服务拥塞、失序数据分组、延迟和抖动。除了这些问题以外，无线传送增加了问题，这些问题包括例如较高的固有误码率(BERs)、有限带宽、用户争用、无线电干扰和TCP服务速率管理。注重QOS的无线系统期望解决所有的这些问题。
数据网的用户有多种方式经历困难。一种网络困难是由于缺乏网络可用性。根据所使用的接入技术，这可以包括″调制解调器不应答″情形、″网络忙″情形、或网络连接的突然″掉线″。这些情形不会描述成与高QoS一致。一旦实现网络连接，由于拥塞引起的慢速通信服务、本地接入瓶颈和网络故障会表现为网页装载慢、文件传递慢或数据流多媒体应用中话音/视频质量差。数据流多媒体应用中的质量差会导致高″抖动″，或大而迅速的延迟变化，导致会话的中断、失真或终止。许多不同的情形会导致实际的数据误差，它在某些环境下可能是灾难性的，例如在电子表格的文件传输过程中。期望可以最小化或消除数据通信网的这些问题。
1.质量
在数据网中，质量通常意味着以可靠和及时的方式传送数据的处理。可靠和及时是依赖于要解决的通信服务的性质。这些术语可以包括限制数据丢失、期望数据准确性、限制数据延迟变化(也称为抖动)和限制数据重发和限制数据分组顺序倒置的参考。因此，QoS是一复杂的概念，它需要相当复杂的机理来实现。
QoS可以是一种相对的术语，对于不同的用户具有不同的含义。偶而浏览网络但不下载文件传送协议(FTP)文件或实时多媒体会话的临时用户与进行许多大型数据库或财务文件的FTP文件下载、频繁的H.323电视会议和IP电话呼叫的用户具有对QoS的不同定义。而且，用户可以为高网络可用性、低延迟和低抖动支付额外费用(即所谓的服务层协议(SLA))，而另一个用户可以为偶而的网上冲浪或只在周末支付较低费用。因此，也许最好将QoS理解为连续性，是通过什么网络性能特性对特定用户和用户SLA最重要定义的。最大化终端用户的体验是提供无线QoS的必要组成部分。
2.服务
在数据网中，服务可以定义为从网络一端到另一端的一种连接。以前，服务可以进一步定义为具体的协议，例如IBM的系统网络结构(SNA)、Novell的IPX、Digital的DECnet。但是，似乎是TCP/IP(即包括用户数据报协议(UDP))已经进展到变成选择的压倒性协议，并将在可预知的将来继续成为压倒性的。因此，服务可以定义为特殊类型的TCP/IP连接或传输。这种服务类型可以包括例如FTP文件传递、电子邮件服务、超文本传递协议(HTTP)服务、H.323会议电视会话。期望一种QoS机理处理这些不同类型的服务，除了处理先前讨论的不同类型的质量。
3.作为一种机理的QoS
QoS可以认为是一种机理，用于迭择性的分配缺乏的网络、传输和通信资源分配具有适当优先级的差别类型的网络服务。理想地，数据通信服务量的性质、用户要求、网络情形和信源和信宿的特性都可以改变在任何给定时刻操作的QoS机理。但是最后，期望QoS机理以为用户提供最佳服务的方式操作，而与用户以何种方式定义无关。
a.电路交换的QoS
电话公司主要为话音服务产生的遗留网络中，数据传输参照QoS的以电路为中心的定义实现。在此定义中，QoS是指运送异步(即通过序列的开始和停止而不必利用公共的时钟传输数据)以及等时(即对于对时间灵敏的话音和视频定时的接入网络带宽)服务的能力电路交换的QoS是通过为每次连接或服务贡献端到端电路实现的，不论它是话音(参见图1A)或数据。以电路为中心的QoS机理只不过是提供此电路以便用户独占使用。当然，此方法在会话的整个持续时间都为单个用户提供电路、与该电路有关的全部传输信道和传输媒介自身，而与会话的每个时刻是否实际传输数据无关。人们通常相信只有这种方式可以真正实现QoS。因此，无线宽带接入系统(参见图2A)传统设计也利用此方法，为每个特定的数据连接都提供无线信道，而与应用或在任何给定时刻是否真正有数据传送无关。这种QoS的以电路为中心的方案就设备的成本和传输媒介自身的利用率来说相当昂贵。
b.异步传输模式(ATM)QoS
对于ATM网，电话公司可以连续的为遗留的话音电路机理提供以电路为中心的QoS机理，该QoS机理具有以模拟方式建立的永久虚拟连接(PVCs)(即为无限利用提供的虚路径或虚信道连接(VPC或VCC))和交换虚拟连接(SVCs)(即ATM网根据从终端用户或另一网络收到信令信息需要建立端点之间的逻辑连接)。但是，需要多个新概念，包括允许策略、服务整形和例如漏桶的机理，以便处理现在分类为可变比特率(VBR)、恒定比特率(CBR)和未指定的比特率(UBR)的服务。
虚拟电路是为数据传输会话建立的，再次与数据应用或在任何给定时刻是否传送数据无关。虽然ATM提供用于宽带网服务的QoS，ATM设计的基础假设包括有线网的低BER特性而不是无线媒介的高BER。不识别ATM机理运送的服务特性和无线较高的固有BER，就不能提供实际的QoS。ATMQoS机理不解决与无线通信有关的独特挑战。
C.分组交换的QoS
分组交换是具有革命性的数据通信，因此传统的电路交换和ATM网概念和它们的遗留的QoS机理需要更新。对于分组交换的数据通信，它不能给特定的数据通信会话提供电路。实际上，分组交换强处在于路由选择的灵活性和它相应物理网络的并行性。因此，QoS机理无法以与遗留的以电路为中心的QoS机理相同的方式工作。
简单地提供″适当的″带宽并不是用于分组交换网的足够的QoS机理，而不是用于无线宽带接入系统。虽然某些IP流是″对带宽灵敏″，而其它IP流是对延迟和/或抖动灵敏。实时或多媒体流和应用不能通过简单地提供过多的带宽保证及时的行为，即使不是成本的问题。期望用于以IP为中心的无线宽带接入系统的QoS机理识别详细的服务IP流与IP流之间不同的要求，并以最佳的方式分配传送这些IP流必需的系统和媒介资源。
d.综述-QoS机理
最后，终端用户的体验是QoS的最终判断者。期望以IP为中心的无线宽带接入系统以可以最大化终端用户体验的方式分配和调节系统和媒介资源。对于例如最初网页下载屏幕的应用，数据传输速度是QoS的最好的测量值。对于其它的应用，例如下载或上载电子表格，QoS最好的测量值传输误差的最小化。对于某些应用，QoS最好的测量值可以是优化速率和误差。对于某些应用，及时的传递分组可以是QoS最好的测量值。重要需要注意的是快速数据传输与分组的及时传递并不相同。例如，已经″太老的″数据分组可以迅速地传输，但也可以老到对用户没有用处。然后数据应用自身的性质和期望的终端用户体验可以为QoS机理提供最可靠的标准。期望以IP为中心的无线宽带接入系统提供QoS机理，该QoS机理能为每个特定IP流的系统特性，还可以适应网络负荷、拥塞和误差率的改变而改变。
4.服务保证和服务层协议(SLAs)
服务保证能够进行，服务层协议(SLA)可以进入到电信服务提供商和用户之间，从而可以描述指定程度的网络可用性，访问费用可以是基于该指定的程度。遗憾的是，难以量化在任何给定时刻网络可用性的程度，因此它变成服务性能相当粗糙的量度。期望数据传送速率、误差率、重发、延迟和抖动用作网络可用性的量度，但实时测量这些量超出了传统网络服务提供商(NSP)的能力。
网络服务提供商期望的另一层服务区别是服务层协议(SLA)，该协议提供不同的服务速率、网络可用性、带宽、误差率、等待时间和抖动保证。期望以IP为中心的无线宽带接入系统可以提供SLAs，使服务提供商能够具有更多的机会用于服务区分和收益。
5.服务等级和服务质量
为了实现实际的QoS机理，期望一种系统能够区分通信服务或服务类型，因此系统资源的不同层可以分配给这些类型。习惯上将″服务等级″称为可以接收类似处理或分配系统和媒体资源的编组服务类型的装置。
目前，有多个方法可被用于有线网装置实现差别服务等级。作为实例的方法包括服务整形、允许控制、IP优先和差别拥塞管理。期望以IP为中心的无线宽带接入系统利用所有的这些方法将服务区分为服务等级、将这些服务等级映射到QoS矩阵、从而简化QoS机理的操作和管理。
B.QoS和以IP为中心的无线环境
在类似本发明的点到多点(PtMP)无线系统中，期望QoS机理不只应付有线网的考虑，而且还应付特定于无线环境的考虑。正如前面指出的那样，期望处理无线的固有BER。高BER可以要求以有效的方式检错、校正和重发。期望BER处理机理也利用TCP/IP的重发算法有效工作，而不会进一步引起带宽利用不必要的恶化。无线的另一个挑战是在用户之中争用有限的无线带宽。期望该系统在易受到干扰和噪声的无线媒介中处理来自多个用户的服务请求，这使得难以有效的进行无线带宽的有效分配。
如上所述，从电路交换和ATM数据网变化到分组交换的数据网已经压缩了QOS机理的定义。本发明在点到多点的以IP为中心的无线系统中提供了一种新的QOS机理用于分组交换网的通信服务。为了使该系统提供最佳的QoS性能，期望该系统包括QoS机构的新方案。将QoS用作系统结构和设计的基础指导构成了本发明的以IP为中心的无线宽带接入系统与设计具有传统以电路为中心的或ATM信元以电路为中心的方案的例如Teligent和Winstar使用的现有无线宽带接入系统之间重要、本质和有利的差别。
C.以IP为中心的无线宽带接入QoS和排队规则
1.管理排队
排队是操作数据流所需的通常已被接受的工具。为了要检查或改变的分组首部，用于进行路由判断或在适当的端口输出数据流，期望数据分组可以排队。但是，根据定义排队给服务流引入延时，这是有害的，并且甚至可以完全消除排队的目的。过度的排队会对通信服务具有有害的影响，因为会将对时间灵敏的分组延迟超出它们有用的时帧，或增加RTT(往返行程时间)、产生无法接受的抖动甚至引起数据传送机构的超时。因此，期望可以聪明并且节俭地利用排队，而不必在对延时灵敏的通信服务，例如实时会话中引入不适当的延时。
在无线环境下，时分多址(TDMA)、前向检错(FEC)和另一种技术是必需的，期望排队只用于允许分组和无线帧处理。但是，在实时IP流的情况下，在实时通信服务全部增加的延时最好保持在大致20毫秒以下。
将排队管理用作提供基于QoS的差别服务的主QoS机理是用于无线宽带系统的简单而直接的方法。但是，无线系统通常比对应的有线系统受到更多的带宽限制，因此对延时更灵敏。为此，期望基于QOS的差别服务能够提供超出简单的排队所能做到的机理。但是，某些排队仍然是必需的，现在讨论的是不同的排队方法。
2.先进先出(FIFO)排队
先进先出(FIFO)排队可被用于无线系统，类似于有线系统，当下行数据信道变成临时拥塞时缓冲数据分组。如果临时拥塞是由突发通信服务引起的，合理深度的FIFO队列可用于平滑进入拥塞通信段的数据流。但是，如果拥塞变得很严重，或持续时间相对较长，FIFO会导致FIFO队列中删除的分组填入容量，网络不能接受引起分组删除的额外分组，即所谓的″分组摇摆″。虽然这对QOS及其自身具有有害的影响，删除分组会对服务流量引起进一步的问题，因为TCP协议会以正确的顺序重发丢失的分组，进一步恶化了这种问题。分组废弃的问题可以通过增加FIFO缓冲器的尺寸来最小化，但会因此在废弃出现之前需要更多的时间。遗憾的是，最终FIFO会变得足够大而使分组变得太老，并且往返时间(RTT)可以增加到分组无用的程度，数据连接事实上是丢失了。
在无线宽带环境中，FIFO队列的要求部分依赖所使用的RF接入方法的类型。对于时分多址/时分双工(TDMA/TDD)，期望排队数据即使用于收集足够的数据构造用于传输的数据帧。频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)不是″TDMA″本质上″顺序的″，因此对FIFO排队具有较低的要求。但是，通常对于所有的无线访问技术，噪声和干扰是会导致重发的因数，因此对QoS产生进一步的延时和随之而来的反作用。
利用先进先出队列，共享的无线宽带系统可以均一地延时所有的服务。这看上去是″最公平的″方法，但如果目标是为用户提供高QoS则不一定是最好的方法。利用不同类型的排队管理，可以实现整个QoS更好的基础。
3.优先排队
共享的无线宽带环境可以包括数据得以通过RF媒介传输的有限带宽片段。因此，与接入技术无关，这些系统可能需要一些排队量。但是，利用FIFO队列会对所有的服务导致恒定的推迟，而不考虑服务优先级或类型。大多数数据通信环境包括混合的服务，具有实时交互性数据、文件和数据下载、网页访问等等 的组合一些类型的服务对延时和抖动比其他类型更灵敏。优先排队简单地根据数据分组的相对优先级和类型重新排序队列中的数据分组，因此对等待时间和抖动灵敏的服务数据可以移到队列的前面。
遗憾的是，如果下行链路数据信道拥塞或高优先级服务过多引起的拥塞，则会出现″缓冲器饥饿″情形。因为高优先级分组的相对容量占用了大部分缓冲器空间，只为较低的优先级分组留下较小的空间。这些低优先级的分组会经历显著的延时，因为系统资源提供给高优先级分组。除了低优先级分组在缓冲器中保存了很久一段时间或从不达到缓冲器，导致这些分组的数据流明显延迟，相应于这些低优先级分组的实际应用还可以被破坏和停止工作。因为排序方法的性质，用于低优先级分组的整个等待时间、抖动和RTT是难以预料的，这对QoS有反作用。
如果队列长度小，队列内数据的重新排序对QOS具有有益的影响。实际上，检查分组首部以便得到必要的信息重新排序队列所需的处理本身就会显著增加数据流的推迟。因此，特别是对于无线宽带数据环境，作为QoS机理，优先排队不会比FIFO队列好很多。
4.基于等级的排队
通过根据分组的等级分配队列空间和系统资源给分组，就可以避免缓冲器饥饿。每个等级可以定义成包括与某些类似优先级和类型的数据流。所有的等级可以给出服务的最低层，因此高优先级数据流无法独占所有的系统资源。根据该分类方案，因为没有数据流永远被完全关闭，信源应用可以接收关于服务速率的信息，并能够提供TCP调整的传输率，支持均匀的服务流。
虽然此方案在无线宽带系统中会比FIFO排队做得更好，等待时间和抖动灵敏的IP流会受到高优先级大容量IP流的不利影响。
5.加权公平排队
加权公平排队方法可以尝试为小量的IP流提供保证的排队资源，因此能允许剩余的IP流无论容量或优先级具有等量的资源。虽然这可以防止缓冲器饥饿，但会导致更好的延迟和抖动性能，面对迅速变化的RF下行链路信道带宽可用性难以达到稳定的性能。
提供高质量服务需要一种比简单排队管理更复杂的QoS机理。
D.以IP为中心的无线宽带接入QoS和TCP/IP
1.TCP/IP
TCP/IP协议栈已经变成通过互联网传送数据的标准方法，并且正逐渐变成虚拟专用网(VPN)的标准。TCP/IP协议栈不只包括互联网协议(IP)，还包括传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)和互联网控制信息协议(ICMP)。假设TCP/IP协议栈是用于数据通信的标准网络协议，创建一组最佳的QoS机理用于无线宽带数据环境更易管理。QoS机理可能创建可以跨越网络的整个范围，包括网络的有线和无线部分。这些机理可以以平滑和透明的方式集成TCP速率控制机理和提供适于网络有线和无线部分的端到端QOS机理。当然，拥塞或经历其它传送问题的有线网部分无法用无线QoS机理解决。但是，当没有严重的有线网络拥塞或瓶颈存在时，无线QOS机理能够以增强终端用户体验的方式优化数据流。
2.用等级区分
如上所述，数据通信服务可以根据服务等级处理。为了用等级区分服务，数据通信服务(或一序列与特定的应用、功能或目的有关的数据分组)可以区分为多个服务等级的一个。区分是根据包含在分组首部的一些可以识别的信息作出的。一种方法可以包括分析例如IP分组首部中的多个项，它们可以从具有特定的应用、功能或目的的分组流中唯一地识别和关联该分组和其它分组。至少，信源IP地址、信源TCP或UDP端口、目的地IP地址和目的地IP或UDP端口能够使分组与公共IP流关联，即可用于将分组分类到服务等级。
通过创建有限和易管理数目的分立服务等级，多个IP流可以通过QoS机理合并和用给定的一组QoS参数处理。这些等级可以定义在组合了有线和无线网片段中提供公共和有用的特性用于最佳管理。
3.每个IP流的区分
有限和分立的一组服务等级可以允许QOS机理计算量不那么集中，使用较少的内存，较少的状态机，因此比每个单独的IP流具有单独的QoS机理(或几组参数)具有更好的规模。但是，在网络接入装置，例如点到多点(PtMP)无线宽带接入系统中，同时的IP流总数一般不会超过1000的范围，因此所要求的处理开销量可以允许每个IP流的QoS区分，而不述诸于服务等级。但是，IP流的服务等级合并提供于与市场营销、付费和管理的优点。
在本发明之前，每个IP流区分没有用于无线环境(包括通过同轴电缆和卫星通信的射频传输)。
4.将IP优先用于服务等级
正如与互联网工程工作小组(IETF)1992b所述的，在服务类型(IPTOS)字段中的IP优先比特理论上可以用作将IP流排序到服务等级的装置。IETF RFC 1349建议一组4个比特定义，具有不同的含义：最小时延；最大通过量；最大可靠性；最小货币成本；和正常的服务。
这些定义能够显著的加入网络、路由选择和接入装置中，用于区分不同类型的IP流，因此可以适当地分配资源，导致QoS改进。但是，这种建议没有被广泛使用。IETF中的许多建议利用此字段以及资源预留协议(RSVP)，以改进分组的网络处理。
虽然服务类型(TOS)字段多年来已经成为TCP规范的不可缺少的组成部分，但该字段通常不使用。该字段中缺席的适当比特通过信源处理机设置，接入装置、网络和网络路由无法实现QoS机理。
5.TCP调整传输速率机理
TCP调整传输率的方式可以通过以IP为中心的无线QoS机理并入和管理。如果不管理TCP机理，任何无线QoS机理都可以被无线带宽系数压倒或抵消。在解决影响TCP传输速度的具体无线因数之前，需要回顾TCP传输速率机理。
当分组丢失出现时，TCP可以通过″感应″控制传输速率。因为TCP/IP主要为有线环境创建，具有非常低的固有BER，诸如通过光纤线路找到的，假设TCP的任何分组丢失都是由于网络拥塞，而不是通过误码丢失。因此，TCP假定传输速率超过网络的容量，并通过减慢传输速率来响应。但是，无线链路段分组丢失主要是由于固有的高BER不是拥塞。表现出来的差别也是显著的。TCP可以最初在分组流的开始使传输速率均匀上升，被称作慢开始方式。该速率可以连续地增加，直到分组接收确认信息丢失或超时。TCP能因此″补偿″，减少传输窗口大小、然后以更慢的速率和正确的顺序重发丢失的分组。TCP能因此以线性方式增加传输速率，这可以称为避免拥塞的方式。
如果正如本发明多个用户共享无线链路，媒介固有的高BER引起频繁的分组丢失，导致拥塞避免方式中无结果的TCP重发。因为无线带宽是一种珍贵的物品，以IP为中心的无线QoS机理最好提供分组重发而不启用TCP重发和随之而来的传输速率不必要的″两败俱伤″。此因素以及许多其它的因素能够创建以IP为中心的无线媒介访问控制(MAC)层。以IP为中心的MAC层的一个功能在于调整丢失分组的本地重发而不必发送TCP和不必要地改变TCP传输速度。以IP为中心的无线MAC层的主要任务是以顺序和有效的方式提供到无线媒介的共享接入。根据本发明的MAC层，基于抢先预留的注重智能多媒体的媒体接入(PRIMMA)层，从CA，Calabasas的Malibu网络公司还可以根据例如IP流类别、服务层协议(SLAs)和QoS考虑调度整个无线媒介所有的分组传输。
6.以IP为中心的无线系统中的TCP拥塞避免
a.网络拥塞倒塌、全球同步和以IP为中心的无线TCP拥塞避免
无线传输的固有高误码率(BER)使得出现通常所说的拥塞倒塌或全球同步倒塌问题的概率比有线环境大。当多个TCP发送器同时因为分组丢失检测到拥塞，TCP发送器全部都可以通过收缩它们的传输窗口大小和暂时暂停进入TCP慢启动方式。然后多个发送器都同时尝试重发丢失的分组。因为它们都以大致同步的再次启动传输，所以会出现产生拥塞的可能性，并且循环会重新开始。
在无线环境，突发噪声的出现会引起来自许多IP数据流同时丢失分组。TCP发送器的TCP传输速率机理可以假设分组由于拥塞丢失，它们都会补偿同步。当TCP发送器重新启动时，发送器可以大致同步的重新启动，实际上现在可以在无线链路段中产生实际的拥塞。此周期行为会继续一段时间，可能会引起难以预料的系统性能。这部分会由于系统队列溢出，它会引起更多的分组掉落并会引起更多徒然的重发。这会退化进入″竞争″状态，这在重新建立稳定性之前会花去许多分钟；这会对QoS产生明显的负影响。
在有线世界，随机超前检测(RED)可用于防止全球同步。通过在拥塞倒塌出现之前随机选择来自随机选择分组流的分组，可以避免全球同步。可以监视队列，当当队列深度超过预置的界限时，可以启动RED，异步启动TCP发送器的传输速率控制器。这能避免最初的拥塞，该拥塞会导致倒塌，于是全球同步。
代替纯粹的随机分组废弃，考虑到分组优先级或类型可以废弃该包裹。虽然仍然是随机的，删除给定IP流的概率可以是分组优先级或类型的函数。在无线系统中，通过优选例如数据流音频的实时IP流和具有更苛刻分组生存时间参数H.323流的UDP分组采用加权随机超前检测(WRED)，而不必考虑重发和TCP速率复位。这些IP流对等待时间和抖动更灵敏，对分组丢失较不灵敏。
在无线环境中，利用适当设计的MAC层，可能触发拥塞倒塌和全球同步的BER导致的分组丢失根据本发明最好用本地重发丢失分组来管理，不需要RED和TCP发送器不必要的重发分组和TCP传输速率的复位。以IP为中心的无线系统单独的远程管理TCP发送器的TCP传输窗口，在TCP发送器检测到分组丢失和开始重发以及不必要的复位传输速率之前传送分组接收确认。此以IP为中心的无线系统TCP传输窗口管理器与MAC层通信，以得知通过无线媒介传送的所有分组的状态。
b.网络拥塞中分形自相似网络服务特性与泊松分布的影响
按常规，相信网络服务可以用泊松分布模拟。利用这种分布通过系统模拟得到这样一种结论，即数千个具有泊松分布的服务流的总和导致整个网络服务的均匀分布。换句话说，整个网络可以″平均化″单个服务流的突发。利用这种模型，网络拥塞行为、突发行为和动态的服务特性用于产生传统的拥塞避免策略、设计网络装置队列缓冲区大小和服务和容量局限预测。
最近的研究表明基于TCP/IP的服务使得网络表现为分形或自相似方式。根据这种模型，当单个服务流的突发总计到整个网络时，整个网络会变成突发。网络服务流的突发特性覆盖网络的所有时间范围和IP流范围。这隐含在设计根据本发明的以IP为中心的无线宽带系统中，和作为一个整体设计网络中的拥塞避免策略。利用对网络特性的新观察，很明显网络路由器、交换机和传输设备在大多数情况下是″无工程师″。这种无工程师导致网络拥塞行为的进一步恶化。
以IP为中心的无线系统总体结构和设计的隐含范围是从队列缓冲容量到本地拥塞避免策略。因为无线系统对高固有BER的负担更大，网宽拥塞行为对本地(无线媒介信道)拥塞避免策略的影响必须正确测量和抵消。为此，期望以IP为中心的无线系统的拥塞避免算法设计成用新的数学和工程考虑来优化服务流，该数学和工程考虑直到近来才对系统设计人不明显或不可用。
考虑到这些，以IP为中心的无线系统设计无法处理传统的有线系统设计方案而不会导致系统的性能特性非常低。根据以电路为中心的无线系统的传统设计方案，带宽利用、实时多媒体质量和整个系统的QoS提供非常低的终端用户体验。
7.以IP为中心的无线系统中的具体应用信息流控制
在数据流范围内，每个数据流具有不同的带宽、等待时间和抖动要求，为了实现终端用户可以感觉的高QoS，期望以IP为中心的无线系统能够在宽范围内实时的管理QoS机理参数。QoS机理必须能够改变系统特性，只要来自适当终端用户的相应于具体应用的一个或多个数据流以透明的方式开和关。此方案与其它QoS机理的区别在于通过建立端到端的以电路为中心的连接实现高QoS，而不必考虑实际QoS要求的基础应用。利用本发明，提供具体于应用而不是具体于电路的QoS机理，缺乏的无线带宽可以被节省和动态分配给需要与每个操作类型有关的QoS机理的地方。
B.QOS和为中心的无线媒介访问控制
1.基于超前预留的注重智能多媒体的媒介接入(PRMIMA)MAC层
本发明的基于超前预留的注重智能多媒体的媒介接入(PRIMMA)媒介访问控制(MAC)层提供以IP为中心的无线QoS机理的应用交换功能。一旦每个IP数据流的性质和QoS要求被该系统的其它部分确定，此信息传送到PRIMMAMAC层，因此每个应用的IP流以正确的优先次序转换到适当的目的地。
2.PRIMMAIP协议栈垂直信令
对于从本地用户的CPE产生的IP数据流，关于应用性质的应用级信息能被系统用于分配适当的QoS机理参数给IP数据流。对于从非本地主机产生的IP数据流，关于用于构造适当QoS机理参数的IP数据流的信息可以从分组首部中取出。关于IP数据流的信息″垂直″传送到从应用层(即，OSI第7层)到用于带宽预留和应用交换目的的PRIMMAMAC层(即，OSI第2层)的协议栈模型。虽然这违背了为协议栈的每一层提供隔离和独立的传统实践，从而多少限制了协议栈各个层的互换程度，这在以IP为中心的无线宽带接入系统中优点远远大于缺点。
3.PRIMMAIP流的控制和应用交换
根据以IP为中心的无线系统中每个IP应用流的具体的一组QoS要求，通过适当的预留通过无线媒介的带宽以″超前″的方式转换。每个方向的无线传输帧构造成为每个IP流提供单独QoS要求的方式。利用QoS要求构造无线传输帧，最佳的QoS性能可以导致系统处理的整个应用范围。例如，延迟和抖动灵敏的IP电话、其它的符合H.323的IP数据流和实时音频与视频数据流可以为无线传输帧中的最佳安排给出更高的优先级。另一方面，超文本传送协议(HTTP)服务，例如最初的网页传输可以为特定的应用任务给出更高的带宽预留优先级。不需要等待时间、抖动或带宽要求的其它服务，例如文件传送协议(FTP)文件下载、电子邮件传输，可以分配系统资源和无线传输帧中安排的低优先级。
4.PRIMMATCP传输速率代理
无线终端用户通过易受到突发错误事件的低速、高BER无线部分与高速、低BER有线骨干网隔开。横贯无线段的TCP/IP服务经历频繁的分组丢失，该分组丢失没有干扰的产生如上所述的拥塞倒塌和全球同步。因此，期望本发明的以IP为中心的无线系统利用能够监视无线段分组丢失的TCP传输速率，并可以通过重建和传送任何丢失的分组确认管理远程TCP传输速率功能。PRIMMAMAC层自己可以通过无线媒介重发任何丢失的分组。
以IP为中心的无线TCP传输速率代理或″附件″还可以在必要时根据IP流的QoS要求控制IP数据流。所有以IP为中心的无线TCP传输速率代理的功能可以对本地和远程主机和应用透明。
F.远程通信网
1.话音网
a.简单的话音网
图1A是提供标准远程通信网100概况的方框图，该远程通信网100在一个或多个局部接入和传输区域(LATAs)内提供本地交换机载波(LEC)服务。远程通信网100可以提供从主叫方102到被叫方110的话音交换连接。图1A表示还包括专用小交换机112，该专用小交换机112通过例如专线提供到LEC服务的多用户接入。主叫方102和被叫方110可以是普通的电话设备、按键电话系统、专用小交换机(PBX)112或在主计算机上运行的应用。网络100可被用作调制解调器接入，作为从主叫方102到例如互联网服务提供商(ISP)(未示出)的数据连接。网络100还可用于接入例如专用数据网。例如，主叫方102可以是一个职员，他在远程位置操作笔记本计算机，并例如通过拨号调制解调器连接接入他老板的专用数据网。
图1A包括终端局(EOs)104和108。EO104称为进局EO，因为它提供从主叫方102到公众电话交换网(PSTN)设备的连接。EO108称为出局EO，因为它提供从PSTN设备到主叫方110的连接。除了进局EO104和出局EO108，与远程通信网100的PSTN设备包括在存在点(POPs)132和134的进网汇接局(AT)，它能够提供用于长途服务的一个或多个局间载波(IxCs)106的接入，参见图2A。或者，对本领域技术人员来说很明显IXC106还可以例如是CLEC、其它的增强型服务提供商(ISP)、国际出入局或全球存在点(OPOP)或智能外设(IP)。
图1A还包括连接到EO104的专用小交换机(PBX)112。PBX112连接呼叫方124和126、传真116、客户计算机118和有关的调制解调器130，具有客户计算机120和经有关的调制解调器130连接的服务器计算机122的局域网128。PBX112是位于用户场所的通常一类通信设备的具体实例，通常称为客户前端设备(CPE)。
网络100还包括用于呼叫建立和呼叫拆卸公共信道交互信令(CCIS)网。具体的说，图1包括信令系统7(SS7)信令网114。信令网114在下面将参照图2B描述。
b.详细的话音网
图2A是说明标准远程通信网概况的方框图，该远程通信网在位于不同LATAs内的用户之间提供LEC和IXC载波服务。远程通信网200是远程通信网100更详细的版本。主叫方102a和主叫方110a分别连接到EO开关104a和108a。换句话说，主叫方102a归属在第一LATA的进局EO104a，而被叫方1lOa归属在第二LATA的出局EO108a。不同LATAs用户之间的呼叫是一般路由选择到IXCs的长途呼叫。美国IXCs的实例包括AT&T、MCI和Sprint。
远程通信网200包括进网汇接局(AT)206和208。AT206提供到现场点(POPs)132a、132b、132c和132d的连接。IXCs106a、106b和106c提供POPs132a、132b和132c(在第一LATA)和POPs134a、134b和134c(在第二LATA)之间的连接。竞争本地交换机载波(CLEC)214提供POP132d和POP134d之间的选择性连接。POPs134a、134b、134c和134d反过来连接到提供到出口EO108a连接的AT208。被叫方1lOa可以接收来自它所属的EO108a的呼叫。
或者，对本领域技术人员来说很明显，AT206还可以是CLEC、或其它的增强型服务提供商(ISP)、国际出入局或全球存在点()或智能外设。
网络200还包括归属CLEC交换机104c的被叫方102c。在美国1996年的通信法之后，CLECs获得许可竞争进入本地RBOCs领域。RBOCs现在称为具有客户计算机120b和经有关调制解调器130b连接的服务器计算机122b的在职本地交换机。
i固定无线CLECs
网络200进一步包括固定无线CLEC209。固定无线CLEC的实例是VA，Vienna的Teligent公司、Winstar通信公司、高级无线电信公司和Teleport通信总公司的BizTel单元。固定无线CLEC包括通过RF链路与用户收发信机RF塔212通信的无线收发信机射频(RF)塔212。用户收发信机RF塔212描述成连接到CPE盒、PBX112b。PBX112b连接呼叫方124b和126b、传真116b、客户计算机118b和有关的调制解调器130b，具有客户计算机120b和经有关的调制解调器130b连接的服务器计算机122b的局域网128b。
网络200还包括被叫方110a、传真116a、客户计算机118a和有关的调制解调器130a，和蜂窝通信RF塔202和有关的蜂窝用户主叫方204，它们都连接EO108a，如图所示。
EO104a、108a和AT206、208是交换分层结构的一部分。EO104a称为5级局，AT208是3/4级局交换机。在从AT&T的区域贝尔经营公司(RBOCs)被剥夺最终的判断之前，局等级是根据美国公众交换网(PSTN)多级功能分配的局号。局等级是根据电话中心局交换机与其它交换中心的传输要求和多级关系的功能等级。一级局称为区域中心局(RC)，局最高层或″最后一个诉诸局″来完成呼叫。二级局称为分区中心(SC)。三级局称为主要中心(PC)。四级局称为如果话务员存在则是长途电话中心(TC)或是长途交换点(TP)。五级局是终端局(EO)，即本地中心局，用于本地和长途交换的最低层和最靠近终端用户的一层。任何一个中心都处理该分层结构中来自一个或多个较低中心的服务。因为剥夺和交换局具有更多的智能软件，这些指定已经变得不那么稳固。技术已经开发了更接近终端用户的功能，分散了网路等级系列和交换机等级的传统定义。
ii.互联网服务提供商(ISP)的连通性
除了提供从主叫方102a到被叫方11的话音连接，PSTN可以提供主叫方102a到ISP(即类似于客户118b)的数据连接。
网络200还包括互联网服务提供商(ISP)(未示出)，它可以包括连接到数据网142的服务器计算机122，它将在下面参照图1B进一步的讨论。互联网是公知的全球通信网，包括由数据链路连接在一起的多个大型网络。这些链路可以例如包括集成数字服务网(1SDN)、TI、T3、FDDI和SONET链路。或者，互联网可以是互连例如内联网的多个LANs和/或WANs的专用网。ISP可以为例如客户118b的用户提供互联网接入服务。
为了与ISP建立连接，客户118b可以利用主计算机连接到调制解调器(调制器/解调器)130b。调制解调器可以将主计算机的数据调制成传输到LEC设备的形式(传统是模拟形式)。一般，LEC设备将输入的模拟信号转换成数字形式。在一个实施例中，数据转换成点到点协议(PPP)格式。PPP是允许计算机利用标准调制解调器与互联网建立连接的公知协议。它支持高品质的图形用户接口。本领域技术人员可以认识到，可用其它的格式，例如包括传输控制程序、互联网协议(TCP/IP)分组格式、用户数据报协议、互联网协议(UDP/IP)分组格式、异步传输模式(ATM)信元分组格式、串行线路接口协议(SLIP)协议格式、点对点(PPP)协议格式、点到点隧道协议(PPTP)格式、NETBIOS扩展用户接口(NETBEUI)协议格式、Appletalk协议格式、DECnet、BANYAN/VINES、网间分组交换(IPX)协议格式、和互联网控制信息协议(ICMP)协议格式。
iii.通信链路
注意图1A、2A和这里描述的其它附图包括线路，这些线路可以是指通信线路、或网络节点或系统之间的逻辑连接，这些网络节点或系统由通信载波装置物理实现。这些载波装置包括电路和电路之间的网络节点，例如包括数字接入和交叉连接系统(DACS)、再生器、汇接局、铜线和光纤电缆。对本领域技术人员来说很明显这些可选择的通信线路可用于连接一个或多个通信系统装置。而且，这里定义的通信载波可以包括例如LEC、CLEC、IXC、增强型服务提供商(ISP)、诸如全球存在点(GPOP)的全球或国际服务提供商和智能外设。EO104a和AT206通过中继线连接。中继线将AT连接到EO。中继线可以称为中间机中继线(IMT)。AT208和EO108a通过可以是IMT的中继线连接。
参见图1A，EO104和PBX112可以通过具有拨号音的专线连接。专线还可以例如将ISP(未示出)连接到EO104。具有拨号音的专线可以连接到调制解调器架或接入在ISP的转换器设备。专线的实例是信道化的T1或综合服务数字网(ISDN)的基本速率接口(PRI)。ISP还可以通过管道或专用通信设施连接到互联网。管道可以是专用通信设施。专线可以处理到和来自ISP的数据调制解调器服务。
中继线可以处理交换的话音服务和数据服务。例如，中继线可以包括通过T1-T4载波的数字信号DS1-DS4。表2提供了典型载波以及它们各自的数字信号、信道数目和带宽容量。
表2
| 数字信号 | 信道数目 | 载波表示 | 每秒兆比特带宽(Mbps) |
| DS0 | 1 | 无 | 0.064 |
| DS1 | 24 | T1 | 1.544 |
| DS2 | 96 | T2 | 6.312 |
| DS3 | 672 | T3 | 44.736 |
| DS4 | 4032 | T4 | 274.176 |
或者，中继线可以包括光载波(OCs)，例如OC-1、OC-3等等。表3提供典型的光载波，以及它们各自的同步传送信号(STSs)、ITU命名和带宽能力。
表3
| 光载波(OC)信号 | 电信号，或同步传输信号(STS) | 国际电信联盟(ITU)术语 | 每秒兆比特带宽(Mbps) |
| OC-1 | STS-1 | 51.84 | |
| OC-3 | STS-3 | STM-1 | 155.52 |
| OC-9 | STS-9 | STM-3 | 466.56 |
| OC-12 | STS-12 | STM-4 | 622.08 |
| OC-18 | STS-18 | STM-6 | 933.12 |
| OC-24 | STS-24 | STM-8 | 1244.16 |
| OC-36 | STS-36 | STM-12 | 1866.24 |
| OC-48 | STS-48 | STM-16 | 2488.32 |
值得注意的是，专线是可以运送数据调制解调器服务的连接。专线可以是具体专用于两个规定点之间客户使用的直接信道。专线还可以称为租用线路。在一实施例中，专线是ISDNI基本速率接口(ISDNPRI)连接。ISDNPRI连接可以包括T1上的单个信号信道(称为数据或D信道)，其它的23个信道用作承载或B信道。(承载信道是承载话音和数据信息的数字信道。)如果使用多个ISDNPRI线路，用于所有线路的信令可以通过单个D信道运送，释放剩余的线路只运送承载信道。
Iv电信服务
电信服务量可以从通信载波的任何网络节点发送和接收。通信载波例如可以包括LEC、CLEC、IXC和增强型服务提供商(ISP)。在一实施例中，此服务可以从例如EO104a的5级局或从例如AT206的3/4级局的网络节点接收。或者，网络系统还可以是例如CLEC、或其它的增强型服务提供商(ISP)、国际出入局或全球存在点(GPOP)或智能外设。
话音服务例如是指主叫方102a和被叫方110a的交换话音连接。重要值得注意的是这是点到点专用路径，即不论是否使用带宽都分配。交换话音连接在主叫方102a和EO104a、然后到AT206、然后通过例如IXC106a的IXC网络到AT208，然后到EO10Sa和通过中继线到主叫方110a之间建立。在另一个实施例中，AT206或IXC106a还可以例如是CLEC、或其它增强型服务提供商(ISP)、国际出入局或全球存在点(GPOP)或智能外设。
主叫方102a可能是通过话音网数据连接到服务器的计算机。数据服务例如是指主叫方102a(利用调制解调器)和可以是一部分ISP的服务器122b之间的数据连接。数据连接可以例如在主叫方102a和EO104a、然后到AT206、然后到CLEC214、然后通过固定无线CLEC209链路到PBX112b，到与服务器122b有关的调制解调器130b之间建立。
C.信令网
图2B更详细的说明信令网114。信令网114是用于处理主叫方102和被叫方110之间呼叫的建立、拆卸和监督的单独网络。信令网114给定的例子是7号信令系统(SS7)网络。信令网114包括服务交换点(SSPs)236、238、240和242，信号转移点(STPs)222、224、226、228、230和232和服务控制点(SCP)234。
在SS7网络中，SSPS是提供SS7功能的骨干网交换机部分。SSPS例如可以是话音交换机和SS7交换机的组合，或连接到话音交换机的计算机。SSPs利用原语与交换机通信，创建用于通过SS7网传输的分组。
EOs104a、108a和ATs206、208可以分别在SS7信令网表示为SSPs236，238，240和242。相应的，EOs104a、108a和ATs206、208之间的连接(用虚线表示)可以用连接254、256、258和268。这些链路的类型在下面描述。
STPs充当SS7网的路由器，一般提供为同址交换机的附属。STPs从起始点SSPs将信息选择路由到目的地SSPs。结构上，STPs可以而且一般用“匹配对”提供以便在出现拥塞或故障提供冗余和共享资源(即自动进行负载共享)。如图2B所示，STPs可以多级安排，以便为信令信息提供多级的路由选择。例如，配对的STPs222、224和配对的STPs226、228在第一等级，而配对的STPs230、232在第二等级。
SCPs提供数据库功能。SCPs可用于在SS7网中提供高级特征，包括为特种服务号(例如800和900号)选择路由，存储关于用户服务的信息、提供呼叫卡生效和盗用保护和提供高级智能网(AIN)服务。SCP234连接到配对的STPs230和232。
在SS7网中，不同网络单元之间具有唯一的链路。表4提供公共SS7链路的定义。
参见图2B，配对的STP对通过C链路连接。例如，STPs222、224，配对的STPs226、228和配对的STPs230、232通过C链路连接(未示出)。
在同一等级上配对的STPs222、224和配对的226、228通过B链路270，272，244和282连接。在不同等级配对的STPs222、224和配对的STPs230、232通过D链路266、268、274和276连接。同样，在不同等级的配对的STPs226、228和配对的STPs230、232通过D链路278、280、246和248连接。
SSPs236、238和配对的STPs222、224通过A链路254和256连接。SSPs240、242和配对的STPs226、228通过链路258和260连接。
SSPs236、238还可以通过E链路(未示出)连接到配对的STPs230、232。最后，配对STPs230、232通过链路250和252连接到SCP234。
为了更详尽的描述SS7网路拓扑，读者可以参考ISBN0-07-054991-5，NY10020，纽约McGraw-Hill，Russell，Travis的信号系统#7，这里并入它的全文作为参考。
表4
| SS7链路技术 | 定义 |
| 访问(A)链路 | A链路连接SSPs到STPs，或SCPs到STPs，提供通过STPs的网络访问和数据库访问 |
| 桥(B)链路 | B链路连接配对的STPs与其它配对的STPs |
| 交叉(C)链路 | C链路以配对的方式彼此连接，在正常情况下，只有网络管理信息通过C链路发送 |
| 斜线(D)链路 | D链路将在基本层的配对STPs链接到在第二层的配对STPs |
| 扩展(E)链路 | E链路将SSPs连接到远程配对的STPs，并用在容纳配对STPs的A链路拥塞时 |
| 完全相关(F)链路 | 当SSPs之间有大量的服务或直接连接到STP不可用时，F链路提供本地SSPs之间的直接连接(旁路STPs)。F链路只用于呼叫建立和呼叫拆卸。 |
d.SS7信令呼叫流
为了在SS7远程通信网启动呼叫，主叫方利用连接到进局EO开关的电话拨叫被叫方的电话号码。电话号码从该电话机传送到在主叫方本地交换机载波(LEC)的进局EO的SSP。首先，SSP可以根处理据满足特定标准的启动和内部路由选择规则。第二，SSP可以发出进一步的信令信息到另一个EO或进网汇接局(AT)，如果必要的话。信令信息可以从SSP传递到STPs，它在进局EO和终端局或出口EO之间为信号选择路由。出口EO具有被叫方电话号码指定的端口。如果直通中继线不存在或如果直通中继线已满，呼叫通过汇接中继器建立EOs之间的直接连接。如果该呼叫是长途呼叫，即在位于不同本地接入传输区域(LATAs)的主叫方20和被叫方之间，则呼叫通过局间载波(IXC)交换机连接。这种长途呼叫通常称为LATA间呼叫。LECs和IXCs集体称为公众电话交换网(PSTN)。
1996通信法的通过，授权本地电话服务市场的竞争，允许CLECs与提供本地交换服务的ILECs。但是，这种竞争仍然不能为处理大容量的话音和数据通信提供必要的带宽。这是由于电路交换技术的局限，该技术限制了LECs所用设备的带宽和增加辅助设备的高成本。
e.电路交换
电路交换在呼叫的持续时间内为呼叫提供一条信道。因此，利用电路交换，需要大量的交换带宽处理高容量的语音呼叫。此问题由于利用话音电路通过设计用来处理话音通信的同一设备运送数据通信而便复杂。
i.时分复用(TDM)电路交换
TDM电路交换在连接的整段时间内在两个连接的设备之间创建全部时间连接或专用电路。TDM将带宽划分为可有多个时隙的固定时隙，每个时隙具有自己可用的固定容量。TDM网中每个连接的设备被分配固定的一部分带宽，根据速率的要求利用一个或多个时隙。当装置处于传送方式时，数据只放置在此时隙中，而不需要例如处理或翻译的额外开销。因此，TDM是所运送服务透明的协议。但遗憾的是，当设备不发送数据时，时隙保持空，从而浪费带宽的使用。网络上更高速率的装置可以变慢或等待传送数据，但空闲的容量在传输的整段时间内无法分配给更高优先级的设备。TDM不太适合突发的数据，而突发的数据正成为当今组织数据需要的标准。
2.数据网
图1B描述一个实例的网络148，包括连接到数据网142的工作站144和146。数据网142可以是充当将多个局域网(LAN)连接在一起的广域网(WAN)。网络148包括一个实际的局域网，包括例如客户工作站138和服务器136的多个主计算机，这些主计算机通过包括网络接口卡(NICs)的布线和例如以太网集线器的集线器连接在一起。LAN通过网络路由器140连接到数据网142，网络路由器140允许数据服务从客户138和服务器136选择路由到工作站144和146。
a.分组交换
与上面参照图1A和2A所述的通过电路交换连接传送服务的话音网100和200不同，数据网148利用分组交换传送服务。
目前，互联网、内联网和互连计算机的类似公共或专用数据网通常使用分组交换技术。分组交换提供比电路交换更有效的通信信道利用。分组交换网传送信息分组，该信息可以包括各种类型的数据，例如数字化话音、数据和视频。利用分组交换，许多不同的呼叫能够共享一条通信信道而不是将该信道专用给单个呼叫。在语音呼叫期间，例如数字化话音信息可以在呼叫者之间60％的时间内传送，而其它40％的时间内没有声音传送。利用电路交换连接，语音呼叫可以占用由于没有声音而未使用50％带宽的通信信道。对于数据呼叫，信息可以只在10％的时间内在两个计算机之间传送。利用数据呼叫，信道带宽的90％没有使用。相比之下，分组交换连接允许语音呼叫、数据呼叫和可能的其它呼叫信号全都通过同一信道发送。
分组交换将媒介数据流分成片段，例如公知的分组、信元或帧。每个分组编码具有地址信息，用于传送到正确的目的地并可以通过网络发送。这些分组可以在目的地接收，媒介数据流重新组合成原始的形式，用于传送到接收机。此处理利用通常称为互联网协议(IP)的一族重要的通信协议而变得可能。
在分组交换网中，在发送器和接收机之间存在单个连续的物理连接。来自许多不同呼叫的分组与其它传输一起共享网络带宽。这些分组可以沿许多不同的路由同时发送到目的地，并能因此向接收端重新组合。结果是比电路交换更有效的利用远程通信网的带宽。
b.路由器
数据网142可以包括多个网络路由器140。网络路由器用于在多个网络之间为信息选择路由。路由器充当两个或多个网络之间的接口。路由器可以在任两个网络之间找到最好的路径，即使在两个网络之间有多个不同的网络。
网络路由器可以包括描述各种网络域的表。域可以认为是局域网(LAN)或广域网(WAN)。信息可以经网络路由器在多个LANs和/或WANs之间传送。路由器查看分组并从分组首部的目的地地址确定分组的目的域。如果路由器不直接连接到目的地域，则路由器可以将分组选择路由到路由器的缺省路由器，即路由器分层结构更高层的路由器。因为每个路由器具有它所连接的缺省路由器，分组可以通过一系列路由器传送到目的地域和容纳分组最终目的地址的目的地主机。
C.局域网(LANs)和广域网(WANs)
局域网(LAN)可以认为是经主计算机的网络接口卡(NICs)互连的多个主计算机。NICs例如经铜线连接，以允许主计算机之间的通信。局域网的实例包括以太网总线网、以太网交换网、令牌环网、光纤数字数据内联(FDDI)网络和ATM网。
广域网(WAN)是在广阔区域内连接的主计算机的网络。为了使特定LAN的主计算机与另一个LAN或WAN的主计算机通信，必须存在互连LANs和WANs的网络接口。网络接口的实例是上面讨论的路由器。
设计用来互连多个LANs和/或WANs的网络称为互联网(小写字体″i″)。互联网可以在包括LANs和WANs的多个网络之间传递数据。在一LAN的主计算机和另一LAN的主计算机之间经例如互联网协议(IP)协议出现通信。IP协议用于为网络的每个主计算机分配一个唯一的IP地址，允许数据包通过互联网传送到与互联网相连的其它LANs和/或WANs的其它主计算机。互联网可以包括互连两个或多个网络的路由器。
″互联网″(大写″I″)是一个连接遍及全世界网络的全球性的互连网络。互联网包括计算机的全球网，计算机经协议的互联网协议(1P)族互联。
″内联网″是利用互联网软件和互联网标准，例如互联网协议(IP)的专用网的互联网。内联网可以预留给已经获得使用该网络必需的授权的各方使用。
d.交换对路由选择
在使用例如IPX或TCP/IP协议的网路体系结构的中间层选择路由。交换在较低层、OSI模型的第2层，即媒介访问控制(MAC)层进行。
e.TCP/IP以数据包为中心对ATM以电路为中心的数据网
异步传输模式(ATM)是大小固定的信元交换以电路为中心的数据网。ATM实现虚电路(VCs)、虚路径(VPs)和传输路径(TPs)。类似ATM的以电路为中心的网络在信源和目的地节点之间建立虚电路，该节点通过将虚拟电路提供给具体的通信量类型来提供QoS。
一些网络是以数据包为中心的网络。与以电路为中心的网络不同，以数据包为中心的网络不使用得以传送数据包的专用电路。TCP/IP对要在IP网上的各个系统之间发送的用户数据打包。当大文件向下发送到协议栈时，IP功能负责分割和打包该数据。然后首部被放置在数据包中用于传送到数据链路。这数据的路由选择和交换在IP(即网络)层处理。IP在某种意义上是一种哑协议。当数据包准备通过媒介传输时，IP不具体将呼叫选择路由到一具体的信道。相反，它将首部放入数据包并让网络来处理。因此，输出数据包可以采取各种路线从信源到达目的地。这意味着这些数据包以数据报的形式而不是其它协议的顺序编号。IP努力试图将数据包传送到目的地网络接口；但它不能保证数据会到达，数据没有误差、沿这条路径的节点会使它们自己涉及数据的精确性和定序，或回来警告发信人传送机理有差错。也有可能在数据包的IP路由选择中，数据包可以沿网络的环形发送，，因此IP在它的首部具有一种机理即允许一定数目的″跳跃″或所谓的网络″生存周期″。并非允许未传送的数据包环绕该网络，IP具有计数器机理，数据包每经过一个网络节点就减值。如果计数器期满，节点将删除该数据包。与IP合作的是TCP，它提供控制以确保发送和传递可靠的数据流。在发送端，TCP放入字节计数首部在信息中，该信息传送给IP协议层并装入内部作为数据包的一部分。接收端当得到数据包时负责重新排序数据包并确保准确性。如果所有的IP流都没有正确收到，字节计数确认或非确认消息可以送回发送端，提示发送端重新发送填充数据包流剩余部分的必要字节。TCP缓冲另外的数据包直到改变重新发送未确认的数据包。
3.视频网
图1C说明一传统的视频网150，例如，有线电视(CATV)网。视频网150可以包括连接到各种视频捕获、分配链路和视频输出监视器的视频网160。视频输入装置可以包括例如会议摄像机154和158。视频输出装置可以包括例如电视152和156。视频网160可以包括各种的头端(即，电缆的服务端)和用于组播各种视频信号例如同轴电缆电视(CATV)和国家电视标准码(NTSC)调谐器设备的分配链路设备。标准的电缆系统具有非常大量的可用带宽。
重要需要注意的是CATV是一种无线通信方法。许多视频信号的频率同时沿着电缆分布。电视调谐器通过调谐一个具体的频率或″频带″选择一特定的信道。
虽然电缆电视CATV视频网经常只包括一个物理电缆，多个信道可以同时呈现在该电缆上。这通过共享电缆的频谱和利用频分(FDM)组播将不同的频率范围分配给不同的信道。宽带电缆通信系统可以完全按照CATV系统操作。与FDM技术相反的是没有将电缆分成频带而是利用分时组播(TDM)分成时隙。利用TDM，每个传输视频站能占用电缆的整个带宽，但只用于一段非常短的时间。电缆目前能够承载直到750MHz。FDM技术可用于将信道分为多个专用的逻辑信道。技术更新允许FDM信道内的时分多路存取技术(TDMA)。
电缆系统能允许在两个独立的维度上进行组播，以通过电缆实现数据信道。信道可以用FDM分离，在一频带中，被多个用户经TDMA共享。宽带电缆最常用的TDMA接入方法是XEROX为以太网开发的CSMA/CD。
利用单个电缆，中分的安排能容纳双向同时传输。另一种容纳双向传输的方式是利用双电缆系统。
宽带本质上是模拟信号方法。因为摄像机例如也是模拟装置，来自摄像机(或录像机)的信号可以直接以红/绿/蓝(RGB)格式传输到宽带电缆信道。
G.话音/数据/视频网的会聚
认识到数据包交换数据网，例如互联网的固有效率，近来注意力已经集中到通过集中的数据包交换数据网数字化和传输话音、数据、视频和其它信息。为了传送高质量服务(QoS)的终端用户体验，数据网尝试提供及时的传送不同类型信息的机理，和具有适当的带宽提供可接受的终端用户体验。
图2C说明通过数据网运送话音、数据和视频业务的示范性网络236。网络286包括归属EO 104b的主叫方102b，在此EO 104b链接到电话网关288b。网络286还包括归属EO 108c的被叫方110c，在此EO 108c链接到电话网关288c。Eos 104b和108c和电话网关288b和288c可以链接到信令网114。电话网关288b和288c还可以分别经路由器140b和140c连接给数据网142。
还参见图2C，电话网关288b和288c可用于将话音业务和信令信息数据打包为适于通过数据网142传送的形式。对本领域技术人员很明显电话网关288b和288c可以包括设计用于控制、建立和拆卸呼叫的各种计算机设备。通过数据网传送的语音呼叫可以包括例如话音通过数据包(VoP)、话音通过数据(VoD)、话音通过互联网协议(VoIP)、话音通过异步传输模式(VoATM)、话音通过帧(VoF)。电话网关288b和288c的一个实例是可从各种厂家得到的符合媒介网关控制协议(MGCP)，例如新泽西Parsippany的朗讯和加利福尼亚PaloAlto的CISCO。重要需要注意的是其它的网络装置也是允许传送例如VoIP所必需的，例如可从软交换协会多个成员公司得到的软交换，包括科罗拉多州的第3层Louisville通信。
网络286描述成包括连接到数据网142的其它设备。第一，符合H.323的电视会议系统289表示成包括摄像机154g、电视152g和路由器140g。第二，包括客户工作站138a和服务器136a的局域网(LAN)128a经网络路由器140a连接到数据网。同样，具有客户工作站138f和服务器136f的局域网128f经网络路由器140f连接到数据网142。
数据网142可以提供通过网络路由设备将信息数据包从信源位置连接到数据网142的目的地位置。例如，数据网142可以将用于传输话音和数据业务的互联网协议(IP)数据包从电话网关288b选择路由到电话网关288c。数据网142表示本领域公知的以数据包为中心的数据网。一种公知的数据网是全球互联网。其它的实例包括专用内联网、数据包交换网、帧中继网和异步传输模式(ATM)以电路为中心的网络。
在一实施例中，数据网142可以是IP数据包交换网。例如IP网的数据包交换网与电路交换网不同，不需要数据包交换网内始发和终止位置之间专用的电路。数据包交换网将消息分裂为称为信息数据包的小段。这种数据包将被装入头文件，首部指定数据包必须到达的目的地址。然后数据包交换网接受该数据包并将它们路由到包含在数据包首部的目的地地址指定的目的地。
路由器140a、140b、140c、140d、140e、140f和140g可以经例如光纤链路连接和铜线连接的物理媒介彼此连接。路由器140a-g彼此之间传递信息并根据路由协议互相通信。
数据网142可以利用任何数据网实现，例如IP网、ATM虚拟以电路为中心的网、帧中继网、X.25网和其他种类的LANs和WANs。其它数据网可交换地用于数据网142，诸如FDDI、快速以太网或SMDS数据包交换网。帧中继和ATM是面向连接以电路为中心的业务。交换多兆字节数据业务(SMDS)是面向连接的大数据包业务，提供直到45Mbps的速度。
1.数据网实例
a.异步传输模式(ATM)
ATM是高带宽、低延时、固定大小基于信元的多路复用网络技术。带宽容量分成53个字节的信元，具有首部和有效负荷字段。ATM利用固定长度信元，相信在硬件上固定长度的信元比可变大小的数据包更容易交换因此在某些环境中应该导致更快的传输。
ATM环境以电路为中心的方式建立虚电路。因此，ATM利用分割和重新排序算法(SAR)将可变长度的IP数据包流分成固定大小的信元。
每个ATM信元包括一个48字节的有效负荷字段和一个5字节的首部，该首部用来识别信元所谓的″虚电路″。ATM认为适合于话音、数据和视频业务的高速组合。目前，ATM接入可以高到622Mbps或更高的速率执行。ATM近来每年都能加倍它的最大速率。
ATM由国际电信联盟(ITU-T)、美国国家标准学会(ANSI)、ETSI和ATM论坛定义为标准协议。ATM包括多个构件块，包括传输路径、虚路径和虚通道。异步传输模式(ATM)是基于信元的交换和复用技术，设计成用于宽范围电信业务的通用的面向连接传输模式。ATM还可以用于ATM论坛规定的1AN和专用网技术。
ATM直接或通过适配层处理面向连接的通信，或通过使用适配层处理无连接的通信。ATM虚连接可以恒定比特率(CBR)或可变比特率(VBR)工作。发送到ATM网的每个ATM信元包括一个小首部，该首部包括从起点到目的地建立以虚电路为中心的连接。所有的信元按顺序通过此虚拟连接传送。ATM提供永久或交换的虚拟连接(PVCs或SVCs)。ATM是异步的，因为传输的信元不需要是周期的，如同同步传输模式(STM)需要的数据时隙。
ATM使用利用首部字段加在每个固定长度有效负荷的近似途径。ATM首部识别虚通道(VC)。因此，时隙可用于准备好数据传输的任何主机。如果主机没有准备好传送，则发送空或空闲信元。
ATM允许定义复用和交换方法的网路体系结构的标准化。同步光网络(SONET)提供以很高速率进行物理传输的基础。通过根据延迟和丢失性能为不同通信类型提供分开的虚电路，ATM还可以支持用于不同应用要求的多个服务质量(QoS)等级。ATM还可以支持到可用带宽类1AN接入。
信元映射到物理传输路径、诸如北美DS1、DS3和SONET；欧洲E1、E3和E4；ITU-T STM标准；和各种本地光纤和电传有效负荷。所有的信息经这些固定长度的信元在ATM网中复用和转换。
ATM信元首部字段识别信元类型和优先级，并包括六个部分。ATM信元首部包括一般的流控制(GFC)、虚路径标识符(VPI)、虚通道标识符(VCI)、有效负荷类型(PT)、呼叫损失优先级(CLP)和首部差错检验(HEC)。VPI和VCI只保存本地有效性，并识别目的地。GFC允许复用器控制ATM终端的速率。PT表示信元是否包括用户数据、信令数据或保持信息。CLP表示信元的相对优先级，即在拥塞期间更高优先级信元之前删除较低优先级的信元。HEC检测和校正首部中的误差。
ATM信元有效负荷字段原封不动的经过网络，没有错误检验或校正。ATM依赖更高层协议执行有效负荷的误差检验和纠正。例如，传输控制协议(TCP)可用于执行纠错功能。固定的信元大小简化了ATM交换机和复用器的执行并允许高速执行。
当利用ATM时，与其它的数据包交换网不同较长的数据包无法延时较短的数据包，因为长数据包被分成许多固定长度的信元。此特征允许ATM在同一网内运送例如话音和视频的CBR通信连同潜在具有很长数据包的VBR数据通信。
ATM交换机获取业务并分成固定长度的信元，将信元复用为单个位流用于通过物理媒介传输。举个例子，不同类型的业务可以通过包括话音、视频和数据业务的ATM网。视频和话音业务对时间非常灵敏，所以无法显著改变延时。另一方面，数据可以面向连接或无连接方式发送。在任一种情况下的数据都不如话音或视频业务对延时灵敏。数据业务例如电子数据表数据需要精确的传输。因此，ATM按常规必须区分话音、视频和数据业务。话音和视频业务需要优先级和保证用有限的延时传递，而数据业务同时需要低丢失的保证。在一集中的数据网，数据业务还可以运送话音业务，使得它依赖于时间的。利用ATM，在一实施例中，多种类型的业务可以通过单个ATM虚路径(VP)与虚电路(VCs)组合，虚电路指定用来分离数据、话音和视频业务。
传输路径可以包括一个或多个VPs。每个VP可以包括一个或多个VCs。因此，多个VCs可以通过单个VP中继。交换可以在传输路径、VPs或在VCs级执行。
ATM交换到虚通道层的能力类似于电话世界中专用或公共交换机(PBX)或电话交换机的功能。在PBX交换机中，可以交换中继线组内的每个信道。执行VC连接的装置通常由于类似于电话交换机称为VC交换机。连接VPs的ATM设备通常称为VP交叉连接，类似于传输网路。这种类似是为了解释的原因，而不应该是按照字面意义的。ATM信元交换机不需要只局限为交换VCs和只交叉连接到VPs。
在ATM层，为用户提供虚路径连接(VPC)或虚通道连接(VCC)的选择。虚路径连接(VPCs)只根据虚路径标识符(VPI)值交换。VPC的用户可以在VPI内部明显地分配VCCs，因为它们跟随相同的路线。虚通道连接(VCCs)根据组合的VPI和虚通道标识符(VCI)值交换。
VPIs和VCIs用于通过网络为呼叫选择路由。注意VPI和VCI值在具体的传输路径(TP)上是唯一的。
需要着重注意的是数据网142可以多个其它数据类型网络的任何一个，包括除了ATM网的各种数据包交换数据网。
b.帧中继
或者，数据网142可以是帧中继网。对本领域技术人员来说很明显，帧中继网可用作数据网142。数据可以帧传送，而不是在ATM信元中传送数据。
帧中继是用于WANs的数据包交换协议，WANs盛行于远程位置之间的LAN到LAN连接。以前帧中继接入最高在大约1.5Mbps。今天，所谓的″高速″帧中继提供大约45Mbps。此速率相比较例如ATM的其它技术仍然相对较慢。
帧中继业务使用类似于X.25网的流线型版本的数据包交换形式。数据包是以帧的形式，长度可变。此方案的主要优点在于帧中继网可以容纳与事实上任何本地数据协议有关的各种大小的数据包。帧中继网是完全独立于协议的。数据网142的帧中继网的实施例不从事冗长的协议转换处理，因此比一些其它的网络提供更快和较便宜的交换。帧中继还比传统的X.25网快，因为X.25网络设计为目前可用的可靠电路，并且执行较不严格的检错。
C.互联网协议(IP)
在一实施例中，数据网142可以是通过ATM网的互联网协议(IP)网。对本领域技术人员来说很明显，通过各种其它数据链路层网络例如以太网的互联网协议(IP)网都可用作数据网142。数据可以传送被TCP分段的可变长度以数据包为中心的IP数据图的数据包，而不是以固定长度的以电路为中心的ATM信元传送数据。IP数据网可以放在多个物理网上，例如SONET光网络。
2.虚拟专用网(NPNs)
虚拟专用网(VPN)是一个由被通信载体操作的宽区域通信网，它提供使用时什么表现为专线，而实际上包括公共网中所有客户共享的中继线。正象VPN可以通过有线网提供为业务，VPN可以提供于无线网中。VPN可以允许专用网配置在公共网内。
VPNs可以由通信载体提供给客户，以为它们的WANs提供安全、保证和远途的带宽。这些VPNs通常将帧中继或交换多兆字节数据业务(SMDS)用作选择的协议，因为这些协议定义逻辑网络上的用户群，而与物理位置无关。ATM作为VPN协议已经得到喜爱，因为公司需要更高的可靠性和更大的带宽处理更复杂的应用。利用ATM的VPNs为公司的网络提供相同的虚拟安全性和QoS，因为WANs用专用电路设计。
互联网已经以更低的成本产生VPNs的替换方案，即虚拟专用互联网。虚拟专用互联网(VPI)让公司经互联网连接不同的LANs。用户只安装软件或硬件软件的组合，用VPN形式的网络授权和加密能力产生共享，安全的内联网。VPI通常使用基于浏览器的管理接口。
3.H.323会议电视
现在将简要概述用于会议电视的H.323建议。H.323标准为通过基于IP的网络包括互联网的音频、视频和数据通信提供基础。通过遵守H.323建议，来自多个厂商的多媒体产品和应用可以互相操作，允许用户不考虑兼容性来通信。H.323允诺成为进一步基于LAN产品的多媒体应用的基础。
H.323是来自国际电信联盟(ITU)的庞大建议，它为用于通过不提供确保服务质量(QoS)的局域网(LANs)的多媒体通信设置标准。这些网络支配当今组织的台式机并包括数据包交换TCP/IP和通过以太网的IPX、快速以太网和令牌环网技术。因此，H.323标准是重要的标准部件用于新的广范围的合作，用于多媒体通信的基于LAN的应用。
H.323规范是在1996由ITU的研究组16批准的。版本2是在1998年1月批准的。该标准范围广，包括独立的设备和嵌入个人计算机的技术以及点到点和多点会议。H.323还解决呼叫控制、多媒体管理和带宽管理以及LANs和其它网络之间的接口。
H.323是一系列通信标准的一部分，允许在网络范围内进行电视会议。通常所说的H.32X，此系列包括H.320和H.324，它分别对应ISDN和PSTN通信。
H.323结构定义了用于基于网络通信的四个主要组件，包括终端、网关、网闸和多点控制单元(MCUs)。
终端是LAN上的客户端点，提供实时、双向通信。所有的终端都支持话音通信；视频和数据是可选的。H.323规定合作的不同音频、视频和/或数据终端所需的操作模式。H.323是下一代互联网电话、电话会议终端和电视会议技术的标准。
所有的H.323终端还支持H.245，它用于协商信道使用和容量。需要三个其它的组件：Q.931用于呼叫信令和呼叫建立，称为登记/允许/状态(RAS)的组成部分，它是用于与网闸通信的协议；和支持用于排序音频与视频数据包的RTP/RTCP。
H.323终端的可选组件是视频编解码器、T.120数据会议协议和MCU容量。
网关是H.323会议的可选元件。H.323网关可以提供许多业务，大部分是H.323会议端点和其他终端类型之间的翻译功能。这种功能包括传输格式(即H.225.0到H.221)之间和通信过程(即H.245到H.242)之间的翻译。另外，网关还在音频与视频编解码器之间变换，在LAN侧和电路交换网侧执行呼叫建立和清除。
通常，H.323网关的目的是反映LAN端点到SCN端点的特性，反之亦然。网关的主要应用可能是与模拟PSTN终端建立链路、与远程的符合H.320的终端通过基于ISDN电路交换网建立链路、和与远程符合H.324的终端通过PSTN网建立链路。
如果不需要连接到其它网络就不需要网关，因为在同一LAN中端点可以直接与其它端点通信。终端与网关通信利用H.245和Q.931协议。
利用适当的代码转换器，H.323网关5806可以支持遵守H.310、H.321、H.322和V.70的终端。
许多网关的功能留给设计者。例如，可以通过网关的通信的H.323终端的实际数目不受标准化的影响。同样，SCN连接数目、同时支持的独立会议数目、音频/视频/数据转换功能和包括多点功能留给制造商。通过H.323网关技术并入H.323规范，ITU已经将H.323定位以将基于标准的会议端点保持在一起。
网闸是启用H.323网络的最重要的部件。它可以充当区域内所有呼叫的中心点，并为登记端点提供呼叫控制业务。在许多方面，H.323网闸充当虚拟交换机。
网闸执行两个重要的呼叫控制功能。第一是从用于终端和网关的LAN混叠到IP或IPX地址的地址转换，正如RAS规范中定义的。第二个功能是带宽管理，这也在RAS内指定。例如，如果网络管理器已经指定LAN中同时会议数目的门限，一旦达到门限网闸就可以拒绝再进行连接。效果是将总的会议带宽限制到总可用带宽的一部分；剩余的容量留给电子邮件、文件传递和其它LAN协议。可以由单个网闸管理的所有终端、网关和多点控制单元的集合称为H.323区域。
网闸一个可选但很有价值的特征是能够为H.323呼叫选择路由。通过网闸为呼叫选择路由，可以更有效地控制。业务提供商需要这种能力，为放置在它们网络的呼叫付费。如果呼叫的端点不可用，此业务还可用于将呼叫重新选择路由到另一端点。另外，能够为H.323呼叫选择路由的网闸可以帮助做出关于多个网关之间平衡的决定。例如，如果呼叫通过网闸选择路由，则网闸能够根据某种专有的路由选择逻辑将呼叫重新选择路由到许多网关中的一个。
虽然网闸逻辑上独立于H.323端点，厂家可以将网闸功能并入网关和MCUs的物理实现中。
网闸在H.323系统中不是必需的。但是，如果存在网闸，终端必须使用网闸提供的业务。RAS将这些定义为地址转换、允许控制、带宽控制和区域管理。
网闸还可以在多点连接中扮演角色。为了支持多点会议，用户利用网闸接收来自点到点会议中两个终端的H.245控制信道。当会议切换到多点，网闸可以将H.245控制信道重发到多点控制器MC。网闸不需要处理H.245信令；它只需要在终端之间或在终端和MC之间传递。
包含网关的LANs还可以包括网闸，将输入的E.164地址变换为传送地址。因为区域由网闸定义，包括内部网闸的H.323实体要求一种禁止内部功能的机理，因此当LAN中有多个包含网闸的H.323实体时，实体可以配置进入同一区域。
多点控制单元(MCU)支持三个或更多端点的会议。在H.323下，MCU包括必需的多点控制器(MC)，和零个或更多的多点处理器(MP)。MC处理所有终端之间的H.245协商，以确定用于音频与视频处理的公共容量。MC还通过确定哪一个音频与视频数据流要多点传送来控制会议资源。
MC不直接处理任何媒体流。这留给MP，MP混合、交换和处理音频、视频和/或数据比特。MC和MP容量可以存在于专用部件或其它H.323组件的一部分。
本发明支持无线基站302的多点传送，包括提供：与RFC 1112、1584的兼容性；识别和支持多点传送的应用，包括：多媒体、电话会议、数据库、分布式计算、实时工作组；支持通过无线链路的广播功能；保存带宽、保持QoS等待时间性能；支持IPv6 IGMP和IPv4 IGMP多点传送；组员身份查询、组员身份报告消息。
1998年1月批准的H.323标准的版本2解决了版本1的缺陷，并在现有的协议，例如Q.931、H.245和H.225以及全新的协议内引入新的功能。最显著的进步在于安全、快速呼叫建立、辅助业务和T.120/H.323集成。
G.以数据包为中心的注重QoS的无线点到多点(PtMP)通信系统
1.无线点到多点通信系统
图2D描述网络296，该网络296包括经路由器140d连接到数据网142的点到多点(PtMP)无线网298。重要需要注意的是网络296包括图2C的网络286加上PtMP无线网298。PtMP无线网298允许在用户位置的客户前端设备(CPE)通过共享带宽的无线连通性获取连接到数据网142的各种话音、数据和视频资源。无线PtMP网络298是数据包交换网，它是以TCP/IP数据包为中心的(即在传送通信IP流期间不产生专用电路)和注重QoS的。
具体的说，PtMP无线网298包括通过例如有线连接连接到路由器140d的无线接入点(WAP)290d。无线接入点290e同样可以通过有线连接连接到路由器140e。WAP290d与0一个或多个无线收发信机用户天线292d和292e无线通信，例如射频(RF)通信。对本领域技术人员来说很明显，无线通信方法能利用例如微波、蜂窝、扩频、个人通信系统(PCS)和卫星。
在另一个实施例中，RF通信通过有线电视(CATV)同轴电缆实现。本领域技术人员可以理解同轴电缆充当RF波得以传播的波导。相应地，在RF收发信机用户天线292d和WAP 290d之间的通信链路可以是同轴电缆。因此，同轴电缆连接类似于无线连接，称为本发明无线连接的另一种形式。
在另一实施例中，RF通信通过例如低轨道地球(LEO)卫星连接或高轨道地球卫星的卫星连接实现。用LEO卫星连接作为例子，WAP 290d和RF收发信机用户天线292d充当卫星网关，具有本发明所述的其它功能。
对本领域技术人员来说很明显，虽然本发明是在点到多点网络的环境下描述，本发明同样适用于点到点网络环境。
参见图3A，在本发明的实施例中，WAPs290d和290e可以连接到无线基站302，在此″IP流″可以被排队、分析、特征表述、分类、优先级排序和调度，正如下面参照后面附图更全面的描述的。
参见图3B，本发明的一个实施例，天线292d和292e分别连接到用户客户前端(CPE)站294d和294e(也称为CPEs294d、294e)。用户CPE站294d和294e经有线或无线连接连接到各种其它CPE设备。例如，CPE站290d和290e可以连接到语音呼叫方124d、124e、126d和126e，传真机116d和116e，包括视频监视器152d和152e和摄像机154d和154e的电视会议设备，包括客户计算机120d和120e和服务器122d和122e的主计算机。例如PBXs的各种遗留装置可以连接到CPEs294d和294e。另外，下一代技术，例如可从CA，SanJose的CISCO系统子公司Selsius得到的以太网电话机和其它互联网装置可以经LAN连接连接到CPEs294d和294e。其它会议电视设备以及符合H.323的会议设备还可以连接到CPEs294d和294e。
在本发明的实施例中，天线292d和292e都可以与WAPs290d和290e通信，用于备用无线通信路径。
回到图3A，描述的本发明PtMP网的实例透视图300。图300包括与用户位置306a、306b、306c、306d、306e、306f、306g、306h、306i和306j无线通信的无线基站302。具体的说，无线基站302经无线接入点290d与用户位置306a-j的用户天线292a-j通信。
无线基站302在接口320通过例如有线连接连接到网络路由器140d。网络路由器140d连接到数据网142，数据网142包括各种其它的网络路由器140b用于将业务选择路由到数据网142上的其它节点，诸如电话网关288b。
回到图3B，描述进一步说明本发明的无线PtMP的方框图310。图310包括在接口320连接到数据网142的无线基站302。还连接到数据网142的是路由器140d和电话网关288b，电话网关288b在EO 104b连接到5级中心局(CO)交换机。IP电话网关288b可以通过例如将数据包变换为时域复用(TDM)标准电话机信号从而将电话业务终止到PSTN设备的。无线基站302经天线WAP 290d和292d与在用户位置306d的无线CPE 294d通信。对本领域技术人员来说很明显，CPE 294d的其它结构是可能的，例如没有电话机装置的一个或多个主计算机、没有主计算机的一个或多个电话机、一个或多个主计算机和一个或多个电话机设备、和一个或多个H.323能够举行电视会议平台，它可以包括具有监视器和摄像机的主计算机。
CPE 294d表示成具有多个电话机装置124d和126d，例如模拟电话和主计算机，客户120d和服务器122d。客户120d和服务器122d可以经例如以太网LAN的LAN连接或经提供高速数据连接的遗留V.35设备322d连接到CPE 294d。能够连接到数据网的其它互联网装置也可以连接到CPE294d。
2.网络协议栈结构-无线IP网络接入结构(WINAAR)
图4描述本发明的无线IP网络接入结构(WINAAR)400。结构400说明网络协议栈，它是通过数据包交换、共享带宽、无线PtMP连接增强支持以IP为中心的QoS的TCP/IP协议栈版本。网络协议栈将依据开放系统互联(OSI)7层网络协议栈标准描述，该标准包括物理层(OSI层1)402、数据链路层(OSI层2)404、网络层(OSI层7)406和408、传送层(OSI层4)410和应用层(OSI层7)412。
a.物理层
在一实施例中，物理层402可以利用多个无线应用特定集成电路(WASICs)、现用的16QAM/QPSK 416 ASIC实现；干扰缓和和多径抵消(IMMUNE)/RF 418算法ASIC用于最小化和/或消除有害干扰；和调频(FH)419 ASIC，用于根据给定频率的噪声级改变频率级提供优化数据链路完整性的动态和自适应的多信道传输。物理层402可以包括射频(RF)信号415。
b.数据链路层
数据链路层404位于物理层402的上面。数据链路层404可以包括媒介访问控制(MAC)层414，它在图400中用图表示成MAC层部分414a和超前基于预留的智能多媒介接入(PRIMMA)技术部分414b和414c。箭头426、428和430分别说明MAC层414能从数据和多媒体应用425读取首部信息、TCP/IP427和IP429层以分析和调度″IP流″的IP数据包。IP流的IP数据包通过分析首部信息而被识别，以确定IP流的QoS要求，因此IP流被特征表述、分类、呈现、优先级排序和调度。
C.网络层
1.互联网协议(IP)
网络层408是互联网协议(IP)429。正如下面进一步讨论和上面参照数据网142已经讨论的，IP是解决信息数据包的标准协议。现在参照图7，IP首部字段702可以包括例如信源和目的地IP地址、IP业务类型(TOS)、生存周期(TTL)、和协议字段。IP是的网络故障非常有弹性的数据报协议，但不能保证顺序传送。路由器利用互联网控制消息协议(ICMP)发送误差和控制消息到其它路由器。ICMP还可以提供一种功能，即用户可以发送″声脉冲信号″(反射数据包)以便验证可到达性和IP地址主机的往返行程时延。另一OSI层3协议是地址分解率协议(ARP)，它可以直接接入数据链路层。ARP映射实际地址，例如以太网MAC地址到IP地址。
2.互联网协议(IP)v4和IPv6
网络层408的IP429可以是例如IP版本4(IPv4)或IP版本6(IPv6)。IPv6(有时称为下一代互联网协议或IPng)是目前互联网协议版本IPv4的后向兼容扩展。IPv6设计成解决互联网的成功引起的问题(诸如用完地址空间和路由器表)。IPv6还加入所需的特征，包括电路安全性、自动配置和类似于QoS的实时业务。互联网的递增使用和许多可用IP地址的分配已经产生增加编址容量的紧急需要。IPv4利用32个字节数形成地址，它可以提供大约四十亿个不同的网络地址。相比之下，IPv6每一地址使用128个字节，它提供了更大量的可用地址。
3.资源预留协议(RSVP)
网络层408的IP429可以增强RSVP。开发用来为IPv4增加QoS特征，RSVP应该能够根据应用的带宽要求使网络管理器分配带宽。基本上，RSVP是正在显现的通信协议，希望该通信协议向路由器发信号以便为实时数据、视频和音频业务的实时传输预留带宽。
以每个连接为基础操作的资源预留协议可用于一种网络，以便临时提高给定用户的优先级。RSVP端到端运行以传送用于特殊处理的应用要求。RSVP识别客户和服务器之间的会话，要求路由器处理该会话以便为此通信给出接入资源的优先级。当会话完成时，预留给此会话的资源被释放用于其它的会话。
RSVP在它的信令方案中很遗憾只提供两个等级的优先级。在每个路由器跃到低或高优先级时识别数据包。但是，在拥挤的网络中，划分两个等级是不够的。另外，在一次路由器跳跃排序优先级的数据包可以在下一次跳跃时拒绝。
在1997年被接受为IETF标准，RSVP不试图操纵谁应该接受带宽，但当多个用户同时都需要大量带宽时将会发生什么的问题仍然存在。目前，该技术对此情形提供先来先服务的响应。IETF已经形成特别工作组以考虑该问题。
因为RSVP提供特殊的业务等级，许多人认为该协议与QoS相同。例如，Cisco目前将RSVP用在它基于IPv4的网间互联路由器操作系统中，以便传送IPv6类型的QoS特征。但是，RSVP只是QoS图象的一小部分，因为它只在给定客户/服务器连接时有效。虽然RSVP允许应用请求等待时间和带宽，但RSVP不为拥塞控制或整个网络优先级提供整个企业集成QoS所需的业务流管理。另外，RSVP不解决与通过无线媒介传送数据包有关的特定挑战。
本发明支持RSVP是通过提供：(1)与RFC2205的兼容性；(2)识别和支持RSVP消息，包括：路径消息、预留(Resv)、路径拆卸消息、resv拆卸消息、路径误差消息、Resv误差信息和确认消息。(3)识别和支持RSVP目标，Null，Session，RSVP_Hop，Time_Values，Style，F10wspec，Sender_Template，Sender_Tspec，Adspec，Error_Spec，Policy_Data，Integrity，andScope，Resv_Confirm；(4)RSVPF10wspecs的结构变换，用于在无线基站302的QoS资源分配。
本发明提供DiffServ和RSVP/int-serv支持是通过提供：
(1)支持RFC 2474和2475；(2)在互联网核心的Diffserv；(3)用于主要和边缘网络的RSVP/int-serv；(4)用于DiffServ兼容性的允许控制能力；(5)差别业务(DSs)(字段标记支持为DiffServ使用，和变换到无线基站302资源分配)；和(6)支持将多个端到端会话结合到一个隧道会话。
4.实时传送协议(RTP)和实时控制协议(RTCP)
传送层410的TCP可以具有RTP和RTCP增强。实时传送协议(RTP)是互联网中正在显现的协议，受到IEIF音频/视频传送工作组的拥护。参见图7，RTP和RTCP首部字段708可以包括多个子信息字段。RTP支持通过数据包交换网的交互式话音和视频实时传输。RTP是提供内容标识、数据包排序、定时重建、丢失检测和安全的详细协议。利用RTP，数据可以对延时有限制的传送给一个或多个目的地。
RTP和其它互联网实时协议，诸如互联网数据流协议版本2(ST2)的注意力集中在数据运送效率上。RTP和类似RTCP的其它互联网实时协议被设计为用于持续进行和交换大量数据的通信会话。RTP不处理资源预留或QoS控制。然而，RTP依赖例如RSVP的资源预留协议，动态传送以分配适当的带宽。
RTP加入时间标记和首部，用来区分IP数据包是否是数据或话音，允许优先级排序话音数据包，但RSVP允许网络装置预留带宽用于运送连续的多媒体数据流。
实时控制协议(RTCP)是伴随RTP的协议，分析网络情形。RTCP以多点播放方式工作，以提供反馈到RTP数据源以及所有的会话参与者。采用RTCP可以阻止通过专用IP网数据报传送通过IP的话音。利用RTCP，软件可以通过通知网络传输期间应用的峰值形成或变化调整改变网络负荷。利用RTCP网络反馈，电话软件可以响应降级的连接转换压缩算法。
5.IP组播协议
网络层408的IP429还可以支持组播协议。数字话音和视频包括大量的数据，当划分为数据包时，数据必须以及时的方式和正确的顺序传送，以保持初始内容的质量。协议发展已经将注意力集中在提供有效的方式发送内容到多个接收者的传送，称为组播。组播包括以一个到多个的关系将消息从一个主机广播到多个主机。网络装置将消息广播到选定的一组其它设备，例如在LAN、WAN或互联网的PCS或工作站。例如，路由器可以将关于路由选择表更新的信息发送到网络中的其它路由器。
实现多个协议用于IP组播，包括升级互联网协议自身。例如，IP最新版本IPv6的一些改变支持不同形式的编址，用于单播(点到点通信)、任意播(与一组装置中最近的成员通信)和组播。对IP组播的支持来自多个协议，包括互联网组管理协议(IGMP)、独立于协议的组播(PIM)和距离矢量组播路由选择协议(DVMRP)。排队算法还可用于确保视频或其它组播数据类型到达时，假设没有可见或可听的变形。
实时传送协议(RTP)目前是IETF草案，设计用于诸如视频和话音的端到端、实时传送。RTP操作用户数据报协议(UDP)，提供没有保证的及时传送、服务质量(QoS)、传送或传送顺序。RTP连同混频器和变换器一起工作支持加密和安全性。实时控制协议(RTCP)是分析网络情形的一部分RTP定义。RTCP提供业务的强制监视并收集关于参与者的信息。RTP与RSVP通信以动态的分配适当的带宽。
互联网数据包一般遵循先来先服务的基础。当网络变得拥挤时，资源预留协议(RSVP)允许某些类型的业务例如电视会议在对时间较不灵敏的业务例如电子邮件之前附加额外费用传送。RSVP通过以不同价格提供不同的QoS改变互联网价格结构。利用SLAs，不同的QoS层可以根据SLA预约水平提供给在CPE位置站的用户。
RSVP协议可由代表应用的主机用于向网络为特定的数据流请求具体的QoS。路由器可利用RSVP协议将QoS控制请求传送到所有必要的网络节点，以便建立并保持提供所请求业务必需的状态。RSVP请求通常但不一定导致将资源预留给沿数据路径每个节点。
RSVP本身不是路由协议。RSVP设计成与电流和将来单播和组播路由协议的操作。RSVP处理查阅本地路由选择数据库以获得路由。在例如组播情况下，主机发送IGMP消息加入组播组，然后发送RSVP消息以便沿着该组的传送路径预留资源。路由协议确定数据包运送到哪里。当数据包根据选择的路由运送时RSVP只关注这些数据包的QoS。本发明通过共享的无线带宽传送注重QoS的无线PtMP接入，并可以考虑IP流中数据包首部内提供的优先级信息，接收该IP流通过无线基站的带宽传输。
d.在网络层的VPN网(可选协议的实例)
在网络层406还描述了可选虚拟专用网(VPN)协议，点到点协议(PPP)420和IPsec 422，正如在下面所讨论的。
目前对于VPNs存在多个协议标准。例如，IP安全(IPsec)、点到点隧道协议(PPTP)、层2转发协议(12F)和层2隧道协议(12TP)。IETF已经建议一种用于互联网协议(IP)的安全结构，它可用于使基于VPNs的互联网安全。IPsec通过在业务进入互联网时加密该业务和在另一端解密该业务来帮助组织防火墙之间通过互联网的私人会话安全，同时允许厂商使用许多加密算法、密钥长度和密钥契约技术。IPsec的目的在于让公司混合和匹配最好的防火墙、加密和TCP/IP协议产品。
IPsec设计成经通过互联网的加密数据流将两个LANs链接在一起。
1.点到点隧道协议(PPTP)
点到点隧道协议(PPTP)提供除IPsec使用以外的对VPN安全性的另一种方案。与IPsec不同，IPsec设计成经通过互联网的加密数据流将两个LANs链接在一起，PPTP允许用户通过PPTP服务器或支持PPTP的ISP经互联网连接到一组织的网络。PPTP在1996年早期被提议为IETF的标准。防火墙厂家期望支持PPTP。
PPTP由微软以及3Com、Ascend和US Robotics一起开发，目前在可从华盛顿州Redmond的Microsoft公司得到的WINDOWS NT服务器4.0、WINDOWS NT工作站4.0、经过升级的WINDOWS 95和WINDOWS98实现。
PPTP中的″隧道″是指装入消息内部，因此通过在服务器和客户之间产生一隧道，消息会被加密然后通过互联网PPTP传送，还可以组合处理资源。
2.层2转发(12F)协议
Cisco开发的层2转发协议(12F)与PPTP的相似之处在于它也装入TCP/IP数据包内的其它协议内部用于通过互联网传送，或任意其它的TCP/IP网络，例如数据网112。与PPTP不同，12F需要专用的符合12F的路由器(它需要更改为LAN或WAN基础结构)，运行于网络协议栈的较低层不需要TCP/IP路由选择功能。12F也提供超出PPTP所能找到的用户名和口令的额外安全性。
3.层2隧道协议(12TP)
层2隧道协议(12TP)组合12F与PPTP规范。在1997年11月，IETF批准12TP标准。Cisco将12TP放入它的互联网操作系统软件，微软将它并入WINDOWS NT 5.0；12TP超过IPsec的主要优点在于，IPsec只覆盖TCP/IP通信，而12TP可以承载多个协议。12TP还提供通过非IP网的传输能力。但是12TP忽略数据加密，而数据加密是网络管理员有信心的使用VPNs的一个重要的安全性特征。
4.IPsec
本发明支持利用IPsec422的安全性加密特征的IP流。集成IPsec422流的WINAAR结构400将在下面分别参照图17A和17B以下行链路和上行链路方向描述。无线基站302通过将防火墙放置在无线基站支持IPsec加密流的优先级排序和在识别分析之前解密数据流和数据包首部信息。通过无线传输介质，帧数据流已经包括帧数据的加密和实现跳频。
IPsec提供用于例如VPNs和电子商务安全的安全数据传输。IPsec与RFC2401-2407兼容。IPsec支持IPv4和IPv6，和IPsec隧道方式。无线基站302安全协议支持包括鉴定首部(AH)和装入安全有效负荷(ESP)。无线基站302支持IPsec鉴定(MD5)，加密算法和自动密钥管理(IKE和ISAKMP/Oakley)。无线基站302提供了传输模式或隧道模式的选择以及安全业务可选择的间隔尺度，例如为两个主机之间的所有业务提供单个加密隧道，或为主机之间的每个TCP连接提供独立的加密隧道。
e.传送层
1.传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)和用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)
正如已经讨论的，互联网协议(IP)已经变成目前使用的主要网络协议。这种成功大半是一部分互联网，它是根据传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)的协议族。TCP/IP是连接PCs、工作站和服务器最常用的方法。TCP/IP包含为许多软件产品的一部分，包括台式机操作系统(例如，微软的Windows 95或Windows NT)和LAN操作系统。
目前最普遍的LAN协议是来自Novell的NetWare网络操作系统(NOS)IPX/SPX。但是，IPX/ISPX正输给TCP/IP。Novell现在将本身的IP支持并入NetWare，结束了NetWare需要当通过TCP/IP连接运送IPX数据包时装入IPX数据包。UNIX和Windows NT服务器都可以利用TCP/IP。Banyan的VINES、IBM的OS/2和其它LAN服务器操作系统也可以利用TCP/IP。
传送层四410可以包括网络协议的一套标准TCP/UDP/IP协议族的传输控制协议(TCP)或用户数据报协议(UDP)427部分。正如下面所进一步讨论的和上面参照数据网142已经简短提及的，TCP是一种标准协议，用于在信源和目的地IP地址之间将业务分成数据包、传输、重新组装和重发信息数据包。现在参照图7，TCP首部字段706可以包括例如信源和目的地端口号、窗口大小、紧急指示符、标记(SYN、ISN、PSH、RST、FIN)和最大段大小(MSS)。TCP和UDP为TCP/IP主机提供一种能力，以便通过端口号区分多个应用。TCP可以为应用提供数据的可靠和顺序传送。TCP还可以提供数据流自适应信息流控制、分割、重新组合和优先级排序。UDP只提供未确认的数据报能力。近来定义的实时协议(RTP)、RFC1889可以提供支持例如多媒体应用的实时能力。
TCP利用基于窗口的信息流控制。每个TCP源具有动态改变的传送窗口，它确定在每个连续的往返时间(RTT)期间可以传输多少个数据包。如果在最后一个RTT内没有数据包丢失，则TCP信源继续增加它的传送窗口。一旦检测到拥塞，则信源TCP通过倍增的减小反向调节它的传输，即″撤回″。所谓的TCP窗口与时间的宽度越大相应于数据包的突发脉冲串更长。TCP的窗口流控制协议展现了通过量增加的效果和缓冲利用直到由迅速撤回一段时间时间之后的丢失终止。
TCP操作IP提供通过数据网142的端到端的可靠传输。TCP通过动态降低窗口大小或片段大小控制传送过程中未确认的数据量。反向也是这样，如果所有涉及的网络元件具有低误差率则增加的窗口或片段大小值实现更高的通过量、支持更大的数据包和足够缓冲以支持更大的窗口大小。
f.应用层
应用层七412可以包括应用426，例如通过TCP、超文本传输协议(HTTP)、文件传送协议(FTP)、TE1NET远端登录、简单邮件传送协议(SMTP)；和通过UDP、简单网络管理协议(SNMP)、RPC、NFS和TFTP。其它应用还可以通过网络栈运行，例如可从VA，Reston的AO1得到的例如NETSCAPE NAVIGATOR环球网浏览器，可从NY，Armonk的IBM得到的例如LOTUS 123的电子表格应用或可从WA，Redmond的微软得到的例如MSNetMeeting的会议电视程序。从这种应用传送的数据包需要特殊的处理和优先级排序以实现适当的终端用户QoS。
3.PRIMMA方法IP流优先级排序
a.调度混合的IP流
图6说明调度混合IP流的方框图600。方框图600表示无线基站302的调度。方框图600的功能包括互联网的PRIMMA管理、VPN和实时IP流。回到图3A，无线IP流从数据网142经网络路由器140d到达无线基站302的接口320。然后调度IP流用于从无线基站302经天线290d通过用户位置306d经天线292d进行传输。
回到图6的方框图600，在其中示出接口320和无线基站天线290d之间的下行链路和上行链路流。正如这里描述的，IP流是指从信源到目的地主计算机传送的一系列有关数据包。来自数据网142(通过接口320)的IP流630包括互联网IP流608，VPNIP流610和实时IP流612。IP流630是下行链路方向。
下行链路IP流分析器602(以下称下行链路流分析器602)分析互联网IP流608、VPNIP流610和实时IP流612。IP流分析器602进一步在下面参照图8A和15A描述。IP流分析器602接收数据包和分析数据包首部字段以识别新的或现有的IP流。IP流分析器602还可以根据数据包首部字段的内容特征表述该IP流的QoS要求。IP流分析器602可以分类IP流和使给定的数据包与来自现有IP流的其它数据包相关联，并可以将类似的QoS要求的IP流组合在一起。IP流分析器602还可以将IP流呈现给流调度器。
下行链路PRIMMA MAC IP流调度器604(以下称下行链路流调度器604)调度收到的IP流608、610和612用于沿下行链路方向传输。下行链路流调度器604可以优先级排序不同等级的IP流。例如，调度器604可以预留下行链路帧的时隙用于等待时间灵敏的IP流；对于FIP类型的IP流608、调度器604可以分配大量的带宽用于文件传输；和对于电子邮件类型的IP流608，可以为数据包给出较低的优先级。在优先级排序无线带宽帧时隙的分配中，下行链路流调度器604可以考虑IP流630是来自虚拟专用网(VPN)的VPNIP流610，例如结合企业通信网的远程支局。所有来自VPN的业务可以给出较高的优先级，或特定的类型的VPN业务可以请求特殊的业务等级。下行链路流调度器604可以优先级排序实时IP流612，由此按照需要出现这些IP流到达在CPE用户位置306的CPEs 294。
下行链路PRIMMA MAC分段和重新排序(SAR)和成帧器606(以下，下行链路SAR和成帧器606)分段和将收到IP流的数据包成帧，用于通过无线媒介传输到在CPE用户位置306的CPEs 294。例如IP流616、624可以传送到在CPE用户位置306d的CPE 294d，经基站天线290d通过无线媒介传送到在CPE用户位置306d的用户天线292d和CPE 294d。在本发明中，术语无线媒介用于广阔的不仅包含通过蜂窝通信的RF传输，而且包含通过卫星通信的RF传输和电缆(例如，同轴电缆)通信的传播。
在上行链路方向，来自在CPE用户站306d的CPE 294d的IP流626在无线基站天线290d接收。IP流626可以包括互联网IP流618、VPNIP流620和实时IP流622。上行链路IP流分析器602(以下，上行链路流分析器632)分析互联网IP流618、VPNIP流620和实时IP流622。下面参照图8B和15B进一步描述上行链路流分析器632。在一实施例中，IP流分析器632的功能出现在用户CPE位置306d的CPE 294d，并发送向无线基站302传送数据的请求，包括关于CPE 294d将调度上行链路时隙的IP流的信息。
上行链路PRIMMA MAC IP流调度器634(以下，上行链路流调度器634)可以调度请求的IP流。在一实施例中，调度器634的功能可以在用户CPE位置306d的CPE 294d执行。在另一个实施例中，调度器634的功能可以在无线基站302执行。将上行链路流调度器634放置在无线基站的优点在于它特别在点到多点结构中提供效率。将一集中的调度器放置在基站302而将多个上行链路流调度器634放置在用户CPE位置306的CPEs 294更有效。
上行链路PRIMMA MAC分段和重新排序(SAR)及成帧器636(以下，SAR和成帧器636)能分段并将收到IP流的数据包成帧，用于通过无线媒介从在CPE用户位置306的CPEs 294传输到无线基站302，用于进一步通过数据网142传输。来自CPE用户位置306d的CPE 294d的IP流626可以从连接到CPE用户位置306d的CPE 294d的用户天线292d通过例如RF通信、电缆调制解调器和卫星通信的无线媒介传送到基站天线290d。
b.下行链路和上行链路子帧优先级排序的概述
图8A的方框图800总结示范性下行链路分析、优先级排序和调度功能。同样，图8B的方框图830总结示范性的上行链路分析优先级排序和调度功能。方框图800和830是图6方框图600功能的更详细的图。
以方框图800(图8)开始，它描述在下行链路路径如何执行共享无线带宽的IP流优先级排序和调度，从数据网142-到路由器140d-到接口320-到无线基站302-WAP290d-通过无线媒介-到无线收发信机用户天线292d-到在用户CPE位置306d的用户CPE站294d。
IP流分析器602对下行链路帧调度器执行识别、特征表述、分类和呈现数据包的功能。参照图15A描述识别、特征表述、分类和呈现数据包的功能。
在识别期间，它根据数据包首部部分的字段确定输入IP数据流的数据包是否为系统已知，即是″现有的IP流″，或新IP数据流的第一个数据包。识别还可以包括例如确定数据包的信源以便外推数据包有效负荷中的信息类型。
在特征表述期间，系统以前未知的新数据包(新IP数据流中的)根据数据包首部信息特征表述，以确定IP数据流的QoS要求，和识别接收IP数据流的用户CPE站。
在分类期间，新的IP数据流区分为通信优先等级。分类还可以包括将来自不同IP流的特征类似的数据包一起编组为单个等级。IP流630的等级编组实例示出为IP等级810a-810g。
在显示期间，新的IP数据流初始化并呈现给下行链路流调度器604。
下行链路流调度器根据等级队列优先级将IP数据流的数据包放置到等级队列，并利用一组规则，用超前预留算法调度数据包，用于通过无线媒介传输到在用户CPE位置306的用户CPE站294。该规则由输入到下行链路调度器的信息决定，所述下行链路调度器基于例如多级的优先级排序、虚拟专用网(VPN)启用目录的数据优先级(例如启用目录的联网(DEN))和业务层协议优先级。下面参照图14描述用于调度例如等时业务的超前预留算法。
SAR和成帧器606分解、排序和成帧数据包，用于通过无线媒介从WAP 290d到无线收发信机用户天线292的无线传输。方框图800中示出多个用户应用820a-820e运行在例如用户工作站120d(未示出)的装置上，该装置连接到位于用户CPE位置306a-306e的用户CPE站294a-e(未示出)。每个用户CPE位置306可以容纳一个或多个用户CPE站294，每个用户CPE站294可以到和从一个或多个用户工作站120接收和传送一个或多个IP数据流。实际上，连接到单个CPE站的每个应用可以接收或传送多个IP数据流。
参见图8A的用户CPE位置306a，CPE SAR和成帧器814a重新排序收到的数据并通过CPE流调度器816a和CPE IP流分析器818a传送到用户应用820a。CPE IP流调度器816a-816e可以执行下行链路流调度器604对于上行链路业务的同一功能。同样，CPE IP流分析器818a-818e执行与下行链路流分析器602相同的功能。
在本发明的实施例中，在下行链路模式，CPE IP流调度器816a-816e和CPEIP流分析器818a-818e不执行功能。
方框图800说明在下行链路路径上执行的逻辑功能，但不是这些功能的物理位置。
用户应用820a-820e和CPE SAR和成帧器814a-814e的功能可以在通过无线连接连接到无线基站302的实际用户CPE站294中执行。
方框图800列出下行链路流调度器604所用的一组示范性的优先级812，以便将收到的数据包放置到优先级等级队列。列出的是下面一组优先级实例：等待时间灵敏的UDP优先级812a、高优先级812b、中间优先级812c、初始超文本传输协议(HTTP)屏蔽优先级812d、等待时间中等的优先级812e、文件传送协议(FTP)、简单邮件传送协议(SMTP)和其它的电子邮件业务优先级812f和低优先级812g。本领域技术人员将会意识到根据终端用户的QoS要求许多不同的优先级等级是可能的。等待时间灵敏的UDP优先级数据是指具有最高优先级的数据，因为它对抖动(即时间同步很重要)和等待时间(即，反方向IP数据流之间经过的时间量)灵敏。高优先级812b是指例如额外费用VPN业务和高优先级SLA业务。中间优先级812c是指例如数值VPN业务层和中间层SLA业务。HTTP屏蔽优先级812d是指下载HTTP数据，例如初始的HTTP屏蔽，它很重要因为能使互联网用户觉得好象有大量的带宽可用于互联网会话。等待时间中等的优先级812e是指对等待时间中等的例如电子邮件业务的数据。FTP、SMTP优先级812f数据包括对等待时间和抖动不灵敏但因为传输尺寸需要大量的带宽才能精确下载的数据。最后，低优先级数据812g是指可以通过长时间传送的数据，当一网络装置在24小时的基础上传送状态信息到另一个网络装置时。
方框图830(图8)描述在上行链路路径如何执行共享无线带宽的IP流分析、优先级排序和调度，从用户CPE站294d-到无线收发信机用户天线292d-通过无线媒介-到WAP 290d-到无线基站302-到接口320-到路由器140d-到数据网140。
方框图830包括上行链路流分析器632、上行链路流调度器634和上行链路SAR和成帧器636。这些组件在功能上类似于下行链路流分析器602、下行链路流调度器604和下行链路SAR和成帧器606，但分析、调度、排序和成帧数据包，该数据包从用户CPE站294的用户工作站120(在用户CPE位置306a-306e)经无线媒介传送，并传送数据包到接口320用于传输到数据网142。
图8B示出的是用户应用820a-820e，它是图8A所示的相同的应用。其中还示出CPE IP流分析器819a-819e、CPEIP流调度器817a-817e和CPESAR和成帧器815a-815e。这些组件的功能类似于用户应用820a-820e、CPE IP流分析器818a-818e、CPE IP流调度器816a-816e、和CPE SAR和成帧器814a-814e。但是，这些组件的功能是在上行链路路径分析、调度和传送IP流，从用户CPE站(在用户CPE位置306a-306e)到无线基站302用于选择路由到目的地主机工作站136(未示出)。
值得注意的是，多个应用可以连接到在用户CPE位置306a-306e的一个或多个用户CPE站。为了防止多个应用争用用于上行链路通信的固定数目的带宽分配，在本发明的一个实施例中，使用预留调度系统。用于数据包的带宽分配称为帧时隙，下面在图12A-12Q、14、16A和16B中描述。
方框图830说明在上行链路路径上执行的逻辑功能，但不是这些功能的物理位置。
例如，在一实施例中，识别用于上行链路的数据包、特征表述和分类该数据包的IP流分析器632的分析功能在一优选实施例中可以出现在用户位置306a-306e的CPE用户站294a-294e(未示出)的CPE IP流分析器819a-819e中。
而且，在一实施例中，用于调度上行链路子帧时隙的CPE IP流调度器817a-817f的功能可以在无线基站302执行，使得每个用户CPE站294通过无线连接连接到无线基站302。
在此实施例中，调度功能在无线基站302的上行链路流调度器634执行，所述无线基站302基于通过来自CPE站的上行链路IP流预留请求提供的信息分类。通过将所有的调度功能放置在无线基站302，整个系统的服务质量可以通过集中调度控制来优化。
在另一个实施例中，但是它们各自的功能可以在实际的用户CPE站执行。
在此实施例的预留调度功能中，在允许在上行链路路径与接口320通信之前，每个用户CPE站利用TDMA机身的预留请求块(RRB)请求预留帧时隙用于上行线路传输，下面参照图12A-12O进一步描述。在预留请求之后，如线路640所示，上行链路流调度器634向请求用户CPE站294传送一个或多个时隙的描述，CPE站294利用这些时隙从信源用户工作站120通过无线媒介传送上行链路数据包，这些数据通过数据网142指向目的地主机工作站136。
C.业务层请求
图9说明PRIMMA MAC IP流调度器604在优先级排序帧时隙和调度资源分配过程中如何考虑业务层协议；图9描述调节SLA的IP流管理图900，包括优先级排序从CPE用户位置306a、306b、306c和306d传送到无线基站302的上行链路业务。例如假设电信业务的用户已经预订四个SLA层P1902a、P2904a、P3906a和P4908a的一个。在示出的实例中，假设IP流902b被发送给在CPE位置306a的用户并具有P1902a的SLA优先等级。同样，IP流904b、906b和908b发送给在CPE位置306b、306c和306d的用户并分别具有P2904a、906a和908a的SLA优先等级。无线基站302的PRIMMA MAC调度器604、634在将可用带宽分配给用户CPE IP流902b、904b、906b和908b过程中会考虑基于SLA的优先级。在说明的例子中，IP流902b可以根据SLA优先级902a分配帧时隙902c。帧时隙904c、906c和908c可以同样考虑SLA优先级进行调度。上行链路IP流业务然后传送到数据网142。
基于SLA的优先级排序可以为电信提供商提供一种有价值的手段，以便向各个客户提供差别业务。例如，有可能已经购买额外费用SLA业务协议的用户的低优先级业务可以比只签署数值层或低成本SLA业务优先级的高优先级业务调度更高的优先级。
d.首部标识
图7说明数据包首部字段信息700，该信息可用于识别IP流和IP流的QoS要求。具体的说，IP首部字段702可以包括例如信源和目的地IP地址，有助于提供注重应用的优先资源分配；IP业务类型(TOS)，帮助PRIMMAMAC分类数据包或IP流的有用字段；IP生存周期(TT1)，预计应用数据包废弃的有用字段；和可用于识别IP流的协议字段。
数据包首部信息700还包括UDP首部字段704。包括在UDP数据包首部字段704中的是信源和目的地端口号。
数据包首部信息700还包括TCP首部字段706。包含在TCP数据包首部字段706的是信源和目的地端口号；TCP滑行窗口大小；紧急指针；SYN，ISN，PSH，RST和FIN标记；和最大段大小(MSS)。
数据包首部信息700还包括实时协议RTP和RTCP首部字段708。
对本领域技术人员来说很明显其它数据包首部字段也可用于识别IP流。该字段已经通过例子给出，而不是对有用数据包首部字段无遗漏的列举。其它的字段，例如IPv6关于差别业务(DIFF SERV)的字段还可于无线基站302的IP流分析器602和632。
e.TDMA MAC空气帧
图12A-12O说明一示范性的时分多址(TDMA)媒介访问控制(MAC)传输空气帧。这里描述的字段只是本发明的一个实施例而不是对本发明多种实现的限制。
图12A说明整个TDMA MAC传输空气帧。空气帧1202包括下行传输子帧1202和上行传输子帧1204。
图12A的TDMA MAC空气帧包括上行确认数据包(UAB)1206、确认请求数据包(ARB)1208、帧描述符数据包(FDB)1210、数据时隙(DS)11212a，DS21212b，DS31212c，DS41212d，DS51212e，DS61212f，DS71212g，DS81212h，DS91212i，DS101212j，DS111212k，DSm12121，下行确认数据包(DAB)1214、预留请求数据包(RRB)1216，UA11218a，UA21218b，UA31218c，UA41218U，UA51218e，UA6121Sf，UA71218g，UA81218h，UA91218i，UA101218j，UA111218k，UA1212181，和UAn1218m.
在这里描述的实施例中，所用的TDMA类型是TDMA/时分双工TDMA/TDD。在TDMA/TDD中，对于一个时间间隔，传输是从CPE站294到无线基站302，在时间的另一个实例中，传输是从无线基站302到CPE站194。许多时隙能被用于上行链路或下行链路。时隙数目是动态分配给上行链路和下行链路。但是，因为下行链路数据速率通常高于上行链路数据速率，所以更多的时隙分配给下行链路。虽然下行链路和上行链路之间的时隙分布是动态分配的，但是一帧的时隙总数在此实施例中是固定的。
表5
| MAC空气帧 | 时隙 | 数据包/子帧 | 名称 | 描述 |
| 0 | 1-8 | DAB/上行 | 下行确认请求数据包 | 确认从用户CPE站到无线基站在下行子帧中对下行时隙的接收 |
| 0 | 1-8 | RRB/上行 | 预留请求数据包 | 从用户CPE站请求在后来帧的传输预留，具有动态可调整的争用时隙数 |
| 0 | 最大16 | US1-US1 6/上行 | 上行时隙传输 | 上行子帧中的数据时隙，每帧是可变的(在一个实施例中最大16) |
| 0 | 1-3 | ODB/上行 | 操作数据包 | 来自用户的，每帧由用户CPE站排序的OA&MP数据 |
| 0 | 0 | UAB/下行 | 上行确认数据包 | 从无线基站到用户CPE站，在前一个子帧收到上行时隙的确认 |
| 0 | 0 | ARB/下行 | 确认请求数据包 | 用户CPE请求在前一个子帧已经收到预留请求的确认 |
| 0 | 0 | FD/下行 | 当前帧的帧描述符 | 描述下行传输子帧的内容 |
| 0 | 最大16 | DS1-DS1 6/下行 | 下行时隙传输 | 下行子帧中的数据时隙，每帧是可变的(在一个实施例中最大16) |
| 0 | 0 | CCB/下行 | 命令和控制数据包 | 每帧由用户排序的OA&MP命令和帧同步 |
图12B是本发明示范性的TDMA/TDD空气帧1220的符号说明。TDMA/TDD空气帧结构1220描述帧大小为1228的帧，它可以是例如16个时隙或32个时隙。对本领域技术人员来说很明显，可以使用具有其它时隙数目的帧结构1220而不偏离本发明的精神或范围。帧结构1220包括例如各种TDMA时隙1222a、1222b、1222c和1222d。每个TDMA时隙1222a-c可以包括数据时隙1224a、1224b、1224c和1224d，这些时隙可以分别包括控制数据包1226a或数据包1226b-d。
在本实施例中，帧大小为1228的帧内所有TDMA时隙1222的总数是固定的。但是，值得注意的是，利用本发明的资源分配方法，有可能将全部TDMA时隙1222的一个子组分配给上行链路方向，在此所有的上行链路TDMA时隙集体称为上行链路子帧或上行传输子帧1204；并将全部TDMA时隙1222的一个子组动态分配给下行链路方向，在此所有的下行链路TDMA时隙集体称为下行链路子帧或下行链路传输子帧1202。利用本发明的资源分配方法，有可能将所有的TDMA时隙1222分配给给定上行的或下行方向。还有可能将所有的数据时隙1224分配给单个CPE站。无线基站302具有一状态机，并且知道与其有连接的每个CPE站294的状态(即，具有无线基站294可以识别的IP流)。
下面详细描述下行传输子帧1202和上行传输子帧1204。
1.下行传输子帧
图12C描述一示范性的下行传输子帧1202。图12C的下行传输子帧包括发射机往返时间1230、UAB1206、ARB31208、FDB1210、每帧可变数目的DSs(例如，16)1212，和命令和控制数据包(CCB)1232。DS传输1212包括DS11212a，DS21212b，DS31212c，DS41212d，DS51212e，DS61212f，DS71212g，DS81212h，DS91212i，DS101212j，DS111212k，和DSm12121.
图12D描述下行传输子帧1202的示范性UAB1206。图12D的下行传输子帧包括UAB1206，ARB1208，FDB1210，DS11212a，DS21212b，DS31212c，DS41212d，DS51212e，DS61212f，DS71212g，DSn1212h，DS91212i，DS101212j，DS111212k，DSm12121，和CCB1232.
UAB 1206包括子时隙UAB11206a，UAB21206b，UAB31206c，UAB41206d，UAB51206e，UAB61206f，UAB71206g，和UABn1206h.UAB11206a包括前序1234a、用户ID1234b、IP流标识符1234c、时隙顺序号1234d和循环冗余校验(CRC)1234e。
UAB字段是无线基站302向CPE站294的已经收到上行传输子帧时隙(例如，US1-US16)的确认。读者可以参考下面对上行传输子帧的讨论。
在ARB 1206的子时隙UAB11206a中：前序1234a包括用于链路完整目的的数据；用户ID 1234b识别做出预留请求的CPE站294；IP流标识符1234c识别IP数据流；业务数据等级质量1234a识别IP数据流的优先等级，如果CPE站294知道的话；IP流优先级和类型1234b是新IP数据流的指示符；和CRC 1234e，它代表循环冗余码，提供子时隙对RRB1 1216a的误差校验。
图12E描述下行传输子帧1202的示范性ARB 1208。图12E的下行传输子帧包括UAB1206，ARB1208，FDB1210，DS11212a，DS21212b，DS31212c，DS41212d，DS51212e，DS61212f，DS7I212g，DSn1212h，DS91212i，DS101212j，DS111212k，DSm12121，和CCB1232.ARB1208包括子时隙ARB11208a，ARB21208b，ARB31208c，ARB41208d，ARB51208e，ARB61208f，ARB71208g，和ARBn1208h，ARB11208a包括前序1234a、用户ID1234b、IP流标识符1234c、时隙顺序号1234d和循环冗余校验(CRC)1234e。
ARB字段是无线基站302给CPE站294的无线基站302已经收到来自CPE站294的上行预留请求的确认。读者可以参考下面对上行传输子帧的讨论。
在ARB1208的子时隙ARB11208a中：前序1234a包括用于链路完整目的的数据；用户ID 1234b识别做出预留请求的CPE站294；IP流标识符1234c识别IP数据流；业务数据等级质量1234a识别IP数据流的优先等级，如果CPE站294知道的话；IP流优先级和类型1234b是新IP数据流的指示符；和CRC 1234e，它代表循环冗余码，提供子时隙对RRB11216a的误差校验。
图12F描述下行传输子帧1202的示范性FDB 1210。图12F的下行传输子帧包括UAB1206，ARB1208，FDB1210，DS11212a，DS21212b，DS31212c，DS41212d，DS51212e，DS61212f，DS71212g，DSn1212h，DS91212i，DS101212j，DS111212k，DSm12121，和CCB1232.
FDB包括关于下行传输子帧时隙(例如，DS2-DS16)的详细信息。
FDB 1210包括前序子时隙1236a、下行时隙子时隙1236b的数目、用于上行预留1子时隙1236c的IP流ID、用于上行预留2子时隙1236d的IP流ID、用于上行预留n子时隙1236e的IP流ID，和用于下一个上行子帧子时隙1236f的争用时隙计数。
在FDB 1210中，字段：定义为如下前序子时隙1236a包括用于链路完整目的的数据；下行时隙子时隙1236b的数目包括下行时隙(DSs)的数目；用于下行预留子时隙1236c的IP流ID包括DS1的IP流标识；用于下行预留子时隙1236d的IP流ID包括用于DS2的第二IP流标识；用于下行预留n子时隙1236e的IP流ID包括用于DSm的另一个IP流标识；用于下一个上行子帧子时隙1236f的争用时隙计数提供用于下一个可用上行子帧的计数。
图12G描述一示范性的MAC有效负荷数据单元(PDU)。下行MACPDU包括关于有效负荷实际结构的信息。图12G的下行MAC PDU包括MAC链接列表序列号1238a(MAC链接表的序列号)、预留请求标引号1238b(对下行IP流的标引)、压缩的IP流标识符1238c、压缩的IP流优先级和类型1238d(识别一压缩IP流的优先级和类型)、时隙有效负荷1238e(下行数据时隙中的数据量)和CRC1234e(误差校验信息)。
图12H描述下行传输子帧1202的示范性CCB。CCB包括每一帧由用户CPE站294排序的OAM&P命令和帧同步。CCB 1232包括模式命令子时隙1240a(包括选择CPE站要采取什么模式)、概况命令子时隙1240b(包括具体的系统命令，诸如用于一模块的临时电路)、控制数据标引子时隙1240c(包括CPE站下载数据所需的下载位置和内存需求或其它信息)、datab10ck1子时隙1240d(包括具体的系统数据)、datablock2子时隙1240e(同上)、datablock n子时隙1240f(同上)和CRC子时隙1234e(误差校对信息)。
2.上行传输子帧
图12I的上行传输子帧描述一示范性的上行传输子帧1204。图12I的上行传输子帧包括发射机往返时间1230、DAB1214、RRB1216、每一帧可变数目的USs1218，例如16、操作数据包(ODB)1242，包括来自用户的由用户进行每一帧排序的OAM&P数据。US传输1218包括US11218a，US21218b，US31218c，US41218d，US51218e，US61218f，US71218g，US81218h，US91218i，US101218j，US111218k，US12，12181，和US131218m.
图12K描述上行传输子帧1204的示范性RRB1216和上行传输子帧1204。图12K上行传输子帧也示出DAB1214，RRB1216，US11218a，US21218b，US31218c，US41218d，US51218e，US61218f，US71218g，US81218h，US91218i，US101218j，US111218k，US1212181，USn1218m，和ODB1242。
RRB1216包括子时隙RRB11216a，RRB21216b，RRB31216c，RRB41216d，RRB51216e，RRB61216f，RRB71216g，和RRBn1216h，RRB11216a包括前序1234a、用户ID1234b、IP流标识符1234c、业务数据等级质量1244a、IP流优先级和类型1244b、和CRC1234e。
CPE站294利用RRB 1216的一个子时隙(RRB11216a，RRB21216b，RRB31216c，RRB41216d，RRB51216e，RRB61216f，RRB71216g，和RRBn1216h)以进行预留请求，它是CPE站294对将来上行线路传输子帧的带宽的请求。如果两个CPE站294d 294e尝试接入RRB 1216的同一子时隙，这种情况的出现是因为它们的伪随机码发生器选择同一子时隙，则出现″冲突″，并且该数据无法被无线基站302读取。两个CPE站294d、294e需要重试。
预留请求时隙可以IP流为基础提供。除了将预留请求时隙分配给每个CPE用户站之外，默认数目(例如5)可用于争用时隙。如果冲突被多于预留请求时隙数的请求用户检测到，则该分配的时隙可以动态的改变以提供额外的RRB时隙。(冲突类似于以太网中的CSMA/CD冲突，在此以太网上的冲突装置通过在一随机的时间再试来尝试通过该总线结构重发。)
预留请求时隙可以由一个IP流基提供。它不是为每一个用户站CPE分配预留请求时隙，而是存在一个可获的默认数字称为争时隙。如果探测到有大量的高于预留时隙的用户请求冲突，时隙分配器会动态地变化以提供附加地RRB时隙。(冲突类似于以太网的冲突情况CSMA/CD，然而以太网的冲突设备会试图在任意时段经总线结构进行重新发送)。
本发明的无线争用方法是建立在1.Roberts在1972开发的″时分式A10ha″方法，它是N.Abramson在十九世纪七十年代早期开发的″A10ha″方法和所谓的比特映射预留协议的改进。与时分式A10ha方法相似，本发明提供离散的时隙用于传输数据，而不是允许在任何点都传输数据。但是，除了传输数据的实际″有效负荷″，本发明还方便地只传送描述实际数据有效负荷内容的预留请求。而且，用于预留请求的时隙数可以方便的根据最近过去检测到的冲突频率来动态改变。
与先前持续和非持续的用于无线的各种载波感应多址(CSMA)技术不同，本发明方法的方便之处在于不要求用户CPE站294d在传输之前″感应″载波(无线信道)。此外，用户CPE站294d通过伪随机数选择来选择″子时隙″传送，不需要在先的载波感应。如果检测到冲突，用户CPE站294d将利用伪随机数过程在下一个帧中再试。
除了利用比特映射协议解决争用之外，正如用于某些预留协议，无线基站可以明确授予预留请求。标准的比特映射协议要求所有站可以接收来自所有其它站的信号，因此后续的传输顺序可以从得到的比特映射格式中隐含的确定。本方法有利的不需要接收来自其它CPE用户站294d的预留请求信号。这是有利的，因为在更高的频率(例如2GHz到30GHz)，有视线和距离约束，接收来自其它CPE用户站294d传输的要求会不适当地限制CPE用户站的拓扑结构、位置和距离。
有利的是，通过允许无线基站302明确地授予请求预留，可以考虑其它因素，例如相对或动态CPE用户站294d(或IP流)优先级因素。因此，本发明的预留协议可以动态调整争用子时隙的数目和明确的授予无线基站预留，则允许比任何现有方法更佳的装置分配响应IP流QoS要求的无线(如无线电)带宽。
值得注意的是，RRB11216a包括下面的字段：前序1234a、用户ID1234b、IP流标识符1234c、服务质量数据等级1244a、IP流优先级和类型1244b、和CRC 1234e。在RRB 1216的子时隙RRB11216a中：前序1234a包括用于链路完整目的的数据；用户ID 1234b识别做出预留请求的CPE站294；IP流标识符1234c识别IP数据流；业务数据质量等级1234a识别IP数据流的优先等级，如果CPE站294知道的话；IP流优先级和类型1234b是新IP数据流的指示符；CRC 1234e，它代表循环冗余码，提供子时隙对RRB11216a的误差校验。作为选择，子时隙RRB11216a可以提供附加的字段，它包括将在其IP数据流中传送的数据包CPE站294的数目。
图12K描述上行传输子帧1204的示范性DAB 1214，在此CPE确认收到来自基站的时隙。DAB是从用户CPE站294到无线基站的已经在前一子帧中收到下行时隙的确认。
DAB1214包括子时隙DAB11214a，DAB21214b，DAB31214c，DAB41214d，DAB51214e，DAB61214f，DAB71214g，和DABn1214h.子时隙DAB11214a包括前序1234a、用户ID1234b、IP流标识符1234c、时隙顺序号1234d和循环冗余校验(CRC)1234e。(这些字段具有与RRB所述相同的信息。)
图121描述一示范性的MACPDU上行时隙。图121的MACPDU上行时隙包括CPE链接列表序列号1246、预留请求标引号1236b、压缩IP流标识符1238c、压缩IP流优先级和类型1238d、时隙有效负荷1238e和CRC1234e。上行MAC PDU类似于下行MAC PDU，但是用于上行子帧有效负荷信息。
图12M，12N和12O详细描述一示范性的ODB 1242。此字段用于存储关于无线基站302和CPE站294之间连接信息的。ODB 1242包括前序1234a(包括链路完整数据)、用户ID 1234b(识别哪个CPE站294做出预留请求)、系统状态1248a(关于CPE站294状态的信息)、性能数据1248b(缓冲器统计、处理器性能统计、系统状态的充满状况)、天线数据1248c(关于天线的信息)、CRC 1234e(误差校验信息)和同步模式1248d(误差校验信息)。
参见图12M，系统状态子时隙1248a包括系统状态1250a(CPE站的模式，例如命令模式、工作模式、或系统的初始模式)、系统状态1250b(CPE站的状态)、系统资源1250a(CPE站的模式)系统功率1250b(CPE站的模式)、系统温度1250a(CPE站的温度)。CPE站294需要轮流利用ODB 1242传送它们的信息。
参见图12N、性能数据1248a包括重复通讯尝试1252a的数目(重复通信尝试的数目)、帧遗漏1252b(已经漏失的帧数)、等待状态标引1252c(等待状态的标引)。
f.示范性的基于等级的帧优先级排序
图13表示方框图1300，说明本发明的示范性的流调度器如何调度产物。方框图1300包括：流调度器604，634(它是下行链路流调度器604和上行链路流调度器634的组合)，下行链路传输子帧1202(即，下一个MAC顺延子帧)，上行线路传输子帧1204(即，当前MAC上行子帧)。方框图1300还包括下面的下行组件：下行预留先进先出队列1322、1级下行队列1302、2级下行队列1304和3级下行队列1306。方框图1300还包括下面的上行预留组件：当前上行子帧1344(当前的上行子帧1204正要存储在其中)、以前的上行子帧1346、1348、1350，1级上行预留请求队列1308，2级上行预留请求队列1310和3级上行预留请求队列1312。
在下行链路中，IP流QoS等级排队处理器(在下面参照图15A和15B描述)将收到的数据包排队进入1级数据包流队列1324、1326和1328，2级数据包流队列1330、1332和1334、3级数据包流队列1336、1338、1340和1342。
根据来自基于多级的优先级处理器的输入，虚拟专用网(VPN)启用目录(DEN)数据表和业务层协议(SLA)优先级数据表(在下面参照图15A和15B分别描述)，1级、2级和3级数据包流队列分别指定到1级下行流队列1302，2级下行流队列1304和3级下行流队列1306。流调度器604、634在下行链路传输子帧1202上调度这些下行链路数据包。
在一实施例中，附加的处理用于最小化等待时间和抖动。例如，假设1级数据包流队列1324的数据包需要无抖动和无等待时间的传递，即数据包的传递必须在恒定的时间间隔和实时。数据包流队列1324创建例如4个时间相等的时隙预留给将来的，正如在1级下行流队列1302和下面参照图14描述的。该预留供应给下行预留先进先出队列1322并由流调度器604、634在将来下行帧1202上调度。
在上行链路，用于将来上行时隙的预留请求作为CPE用户站294通过无线媒介收到的当前上行子帧1204的一部分到达无线基站302。当前上行子帧1344可以临时存储预留请求，用于根据上述图8B的叙述分析和调度上行链路数据包。以前的上行子帧1346、1348、1350包括上行预留请求等待在将来上行子帧1204中的上行帧时隙分配。预留请求数据包(RRBs)，上面进一步参照图12
***听述的，包括为具有IP流标识符#和该流等级的单个IP流请求多个时隙。上行预留请求(由IP流和等级)由IP流QoS等级排队处理器(分别参照下面图16A和16B所述)排队到1级上行预留请求队列1308，2级上行预留请求队列1310和3级上行预留请求队列1312。流调度器604和1566、634和1666利用这些下行预留和上行预留请求以便分别为在下一下行传输子帧1202和上行传输子帧1204中的数据包分配时隙。
图14是超前预留算法的示范性二维方框图1400。图14包括MAC子帧调度器1566、1666，当前帧n1402和将来帧n+11404，n+21406，n+31408，n+41410，n+51412，n+61414…n+x1416，表示在时间n、n+1、n+2…n+x要传送的数据包帧。每帧被分成可变长度的下行链路子帧1202和可变长度的上行链路子帧1204。下行链路子帧1202和上行链路子帧1204的长度一起构成整个帧的长度。
每帧n 1402包括多个时隙(1418-1478)。时隙1418-1446包括下行链路子帧1202，时隙1448-1478包括上行链路子帧1204。在一实施例中，该时隙长度固定，每个时隙能够存储单个数据包。一帧中帧时隙的总数保持恒定。例如，如果一给定帧包括64个帧时隙，则时隙可以在上行链路或下行链路方向动态分配，例如32上和32下、64上和0下、0上和64下。方框图1400可以认为是两维矩阵，每个时隙具有一时间值(即，时隙-时隙时间间隔)，例如0.01ms，每帧具有总的帧时间间隔时间值(即，帧-帧时间间隔)，例如0.5ms。
在本发明中，超前保留算法根据与该数据包有关的IP数据流的优先级为数据包分配将来时隙。示范性的优先级已经在上面分别参照图8A和8B进行了描述。对于对抖动灵敏的呼叫，表示呼叫对时间灵敏，重要的是保持等时(即，关于时间同相)连接。具有这种信号，重要的是数据散布到帧之间的同一时隙中，或帧之间具有周期变化的时隙中。例如，垂直预留1480表明每帧下行链路通信的接收同一时隙的抖动灵敏信号。特别是，信号分配到帧1402-1416中的时隙1422。如果帧与帧时间间隔的是0.5ms，则时隙将每0.5ms提供给IP流。作为另一个例子，斜线预留1482表示一个随着顺序帧之间的周期变化来接收时隙的抖动灵敏信号。具体的说，信号分配时隙1440在帧1402，时隙1438在帧1404…时隙1426在帧1416，以产生″斜线″。如果帧与帧的时间间隔是0.5ms，时隙与时隙时间间隔的是0.01ms，则一个时隙可以每0.5减0.01等于0.49mms提供给IP流。因此，为了减少帧间隔，可以使用正斜率的斜线预留。为了得到递增的帧间隔，负斜率的斜线，例如负斜率的斜线上行链路预留1486。斜线预留1482还可以根据期望的顺序帧之间的周期而更显著(即，利用更大或更小的斜率)。预留模式1480、1482、1484和1486有对抖动灵敏的通信有用的模式。还示出垂直预留1486，类似于垂直预留1480，对上行链路方向的对抖动灵敏通信有用。
对等待时间灵敏，可以保证每帧中的一个或多个时隙。例如，对于对等待时间灵敏但对抖动不灵敏的呼叫，每帧可以分配一个(或多个)时隙用于通信。但是，时隙在帧之间不必是周期的，作为对抖动灵敏的呼叫。每帧为一IP流分配的时隙数目越大，该IP流每个帧速的总带宽越大。
对于对等待时间较不灵敏的呼叫，就为该通信分配每帧较少的时隙。例如，对等待时间较不灵敏的通信可以接受每四帧一个时隙的保证带宽。对等待时间更不灵敏的呼叫可以每十帧接收单个时隙。
利用这些原理，超前预留算法可以从最高优先级到最低优先级分配时隙，耗用将来帧中的可用时隙数。对抖动和等待时间都灵敏的IP数据流可以首先被分配具有周期模式的时隙(例如，模式1480、1482、1484和1486)，之后是对等待时间非常灵敏(但对抖动不灵敏)的流等等，直到对等待时间最不灵敏的流被分配时隙。通过调度器604、634、1566、1666优先级排序不同等级的IP流进一步在下面参照图15A、15B、16A和16B描述。
g.下行链路子帧优先级排序
1.概述
图15A和15B是下行链路方向上分析和调度共享无线带宽的示范性逻辑流程图。逻辑流属于从数据网140到达无线基站302的IP数据包流，用于向下通过无线媒介传输到用户CPE站294d。图15A是用于下行链路IP分析器602的示范性逻辑流程图1500。图15B是用于下行链路流调度器604的示范性逻辑流程图1560。
图15A和15B的功能组件经由方法模块解释，它们可以看作是物理单元(例如，包括软件、硬件或其组合)或逻辑载体(例如，只用于解释的目的)。本领域技术人员可以认识到这些模块只用于解释示范性的实施例，而不认为是限制。
用于图15A的下行链路IP流分析器的示范性逻辑流程图1500包括数据包首部识别部件1502、数据包特征表述部件1504、数据包分类部件1506和IP流呈现部件1508。这些组件的功能在下面详细解释。
在一实施例中，下行链路IP流分析器602被物理的定位于无线基站302，但是本领域技术人员可以认识到相同的功能可位于远离无线基站302的地方。
图2D、3A和3B有助于读者理解下行链路IP流分析器。
2.引言
IP流分析器602向下行链路帧调度器604执行识别、特征表述、分类、呈现数据包的功能。识别、特征表述、分类和呈现数据包的功能分别由下行链路IP流分析器602的数据包首部识别部件1502、数据包特征表述部件1504、数据包分类部件1506和IP流呈现部件1508执行。
数据包首部识别部件1502根据数据包首部部分的字段内容确定输入IP数据流的数据包是否是本系统已知IP流的一部分或是新的IP数据流的第一个数据包。数据包首部识别部件1502还利用数据包首部字段内容识别数据包的信源。数据包特征表述部件1504特征表述新的数据包(属于新的IP数据流的)，以确定该IP数据流的QoS要求，和识别将接收该IP数据流的与用户工作站有关的用户CPE站。数据包分类部件1506将新的IP数据流分类到通信优先等级，将数据包与类似类型的IP流编组在一起。IP数据流呈现部件1508初始化新的IP数据流并将它呈现给下行链路流调度器604。
下行链路流调度器604将IP数据流的数据包放置到等级队列，并利用例如超前预留算法根据一组规则调度数据包用于通过无线媒介传输到用户CPE站。通过从基于多级的优先级处理器模块1574、虚拟专用网(VPN)启用目录的(DEN)数据表1572和业务层协议(SLA)优先级数据表1570到下行链路流调度器的输入确定这些规则。上面进一步参照图14描述超前预留算法。
3.识别
数据包首部识别部件1502识别在数据接口320根据数据包首部从数据网142收到的IP流。
来自数据网142的IP流数据包流包括来自各种IP流的数据包(在此每个IP流与单个数据″呼叫″有关)在数据包首部标识部件1502接收。IP流可以包括打包数据，它包括任何类型的数字信息，例如打包的话音、视频、音频、数据、IP流、VPN流和实时流。IP流通过数据网142从例如主机工作站136d传输并到达无线基站320的接口302。接口302传送IP流的数据包到数据包首部识别部件1502。在模块1510，收到的数据包缓冲进入存储区。在模块1520，提取并语法分析数据包首部字段的内容。
对于该系统已知的IP流，所谓的″现有IP流″，在表1526中有入口。如果存在现有的特征表述的IP数据呼叫则IP流在该系统中。在模块1522，确定在输入数据包和在现有IP流识别表1526中的现有IP流呼叫之间的入口是否存在匹配。如果是，则该IP流系统已知，并控制传送到数据包特征表述部件1504的模块1530。
如果否，表示该IP流是一新的IP数据流，则控制传送到模块1524，在此分析数据包首部字段。模块1524分析数据包首部信源字段并从信源应用数据包首部数据表1528确定作出数据呼叫或传送IP数据包的信源应用类型。应用可以是任何一种参照图2D描述或本领域技术人员来公知的应用。实例包括从另一个客户工作站138f下载文件传输协议(FTP)、IP话音电话呼叫(通过电话网关288b)、来自呼叫者124d的话音电话呼叫(通过调制解调器连接)、来自与主机工作站136a相连的LAN128a的电子邮件、传真机呼叫和来自多个呼叫者124d和126d(通过调制解调器连接)的电话会议，等等。如果该IP流系统不知道，则该IP流给出IP流识别号，控制传送到模块1526，在此IP流识别号加到现有IP流识别表1526中。
一旦已经通过数据包首部信息或其它装置，例如直接应用识别，确定了信源应用类型，则控制将从模块1524传送到数据包特征表述部件1504的模块1532。为了识别IP流的信源应用类型，任何业务类型(TOS)或差别业务(Diffserv)字段也可以分析。
4.特征表述
数据包特征表述部件1504特征表述新的IP流并传送到数据包分类部件1506用于分类。
对于现有的IP流，控制从数据包首部识别部件1502的模块1522传送到模块1530。如果在模块1522中确定IP数据流已为系统所知，则在模块1530中确定数据包是否是旧的(即，陈旧)。这可以包括例如从生存时间字段(IP数据包首部的字段)确定数据包寿命，并比较该字段和门限寿命值。如果该数据包确定为陈旧，则放弃。根据数据包的寿命，可以预计客户应用废弃。否则，控制可以传送到数据包分类部件1506的模块1540。
对于一新的IP流，控制从数据包首部识别部件1502的模块1524传送到模块1532。如果在模块1524，确定IP流不为系统所知道，则在模块1532利用在模块1524和1528中识别的资源应用信息确定该应用的QoS要求。模块1532通过查寻QoS要求表1534中对于已识别信源应用的QoS要求来执行此操作。不同应用具有不同的Qos要求，以提供可接受的终端用户体验。例如，带宽分配(即，分配适当的带宽量)对执行FTP文件传输下载的应用很重要，不抖动(即，收到数据的时间同步)和等待时间(即，响应之间的时间量)。另一方面，抖动和等待时间对话音电话和电话会议很重要而带宽分配就不重要。
在模块1532处理之后，在模块1536中为IP流执行从用户CPEIP地址表1538查寻目的地CPE用户站ID。每个用户CPE站294d可以在一个或多个用户工作站120d运行一个或多个归属于它的应用。相应地，IP流可以指向一个或多个CPE站294d的一个或多个用户工作站的一个或多个应用。用户工作站可以是与用户CPE站294d连接的任何设备。模块1536在表1538中查询IP流，以确定将从数据网142接收新IP流的数据包的用户CPE站294d的标识。然后控制从模块1536传送到数据包分类部件1506的模块1542。
5.分类
数据包分类部件1506分类IP流并将其传送到IP流呈现部件1508对于呈现。
对于现有的IP流，控制从数据包特征表述部件1504的模块1530传送到模块1540。如果在模块1530中确定该数据包不陈旧，则在模块1540该数据包与现有的IP流相关。如图15A所示，这里处理的数据包确定是该系统已知的IP流的一部分。因此，模块1532、1536和1542的QoS处理是不必要的，因为本数据包的QoS要求假设与它的IP流相同。在另一个实施例中，所有的数据包都被特征表述和分类。从模块1540，控制可以继续到IP流呈现1508的模块1546。
对于新的IP流，控制从数据包特征表述部件1504的模块1536传送到模块1542。在模块1542，通过IP流QoS等级表模块1544的表查寻将该数据包分类到QoS等级，在此QoS等级的类型根据数据包的QoS要求存储。类似的IP流，(即具有类似QoS要求的IP流)在模块1542编组在一起。在分类数据包和IP流中，QoS等级编组、任何Diffserv优先级标记和任何TOS优先级标记可以被考虑。从模块1542，控制传送到IP流呈现部件1508的模块1548。
6.IP流呈现
IP流呈现部件1508准备和向下行链路流调度器604呈现IP流数据包。
对于现有的IP流，控制从数据包分类部件1540的模块1540传送到模块1546。在模块1546，数据包加到相关的现有IP流队列，它是当前IP流的队列。从模块1546，控制传送到下行链路流调度器604的IP流QoS等级排队处理器模块1562。
对于新的IP流，控制从数据包分类部件1506的模块1542传送到模块1548。在模块1548，可以初始化新的IP流用于呈现给模块1552。在模块1550，IP流QoS等级呈现给帧调度器604以便放置到适当的等级队列。模块1552向下行链路流调度器604的IP流QoS等级排队处理器模块1562提供IP流(特别是数据包)和IP流标识符。
7.下行链路流调度器
用于图15B的下行链路流调度器604的示范性逻辑流程图1560包括IP流QoS等级排队处理器模块1562、MAC下行链路子帧调度器模块1566、基于多级的优先级处理器模块1574、VPNDEN数据表模块1572、SLA优先级数据表1570、CPE IP流队列深度状态处理器1582和链路层确认处理器模块1578。
图15B的下行链路流调度器604还包括QoS等级队列如下：1级，1564a；2级，1564b；3级，1564c；4级，1564d；5级，1564e；和6级，1564f；和MAC下行链路子帧：帧n，1568a；帧n+1，1568b；帧n+2，1568c；帧n+3，1568d；…帧n+p，1568k。
在一实施例中，下行链路流调度器604被物理的定位于无线基站302，但是本领域技术人员可以认识到相同的功能可位于远离无线基站302的地方。
下行链路流调度器604用于调度下行链路子帧。整个帧可以分成用于传送上行链路帧的上行链路部分(称为上行链路子帧)和用于传送下行链路帧的下行链路部分(称为下行链路子帧)。
图15B还示出WAP天线、无线媒介、290d、RF收发信机用户天线292d、用户CPE站294d和用户工作站120d。WAP天线290d和RF收发信机用户天线292d分别提供无线基站302(在此下行链路流调度器604位于一实施例中)和用户CPE站294d之间的无线连接，它可以传送IP流到在用户工作站120d上运行的应用。WAP天线290d充当数据网142的无线网关，RF收发信机用户天线充当用户CPE站294d的无线网关。该连接也在图2D和3B中示出。IP流QoS等级排队处理器模块1562接收来自IP流呈现部件1508的数据包。模块1562则产生等级队列1564a-1564f，它是可变数目的队列，并将数据包放置在这些等级队列中。通过模块1562的输入确定数据包如何放置于等级队列1564a-1564f。
模块1562可以接收来自基于多级的优先级处理器模块1574、VPNDEN数据表1572和业务层协议(SLA)优先级数据表1570的输入。模块1562的排队功能可以根据这些输入。
SLA优先级数据表1570可以利用特定客户的预定业务层协议以影响排队功能。顾客可以被提供更高质量的电信业务，例如通过支付附加的钱以接收这种额外费用业务。在模块1562运行的算法可以增加传送到这些客户消息的排队优先级。
虚拟专用网(VPN)启用目录联网(DEN)数据表1572可以为支付VPN功能的公司提供VPN预定服务质量的优先级排序。本领域技术人员可以将VPN理解为专用网，包括由电信业务提供商提供的网络带宽保证的分配。VPNDEN数据表1572允许模块1562提供更高服务质量的客户购买的VPNs。根据SLA优先级数据表1570，可以为这种VPNs增加排队优先级。例如，铂层VPN的最低优先级IP流等级还可以给于比高优先级黄铜层VPN更高的优先级。
SLA优先级数据表1570和VPN DEN数据表1572接收来自操作、管理、保持和供给(OAM&P)模块1108的输入。这是保持离线的模块，包括存储和修正关于新的客户的管理信息或更新关于现有客户的信息。例如，顾客的SLA优先级和VPN信息从OAM&P模块1108更新。
基于多级的优先级处理器模块1574是在基于多级的排队原理下操作的模块。基于多级的排队由Sa11yF10yd和VanJacobson建立，他们被认为是互联网早期的设计者。
基于多级的排队利用边缘接入装置路由器的树形结构分类IP流的不同类型。该树的每个分支象征IP流的不同等级，每个等级专用于一组有限的带宽量。通过这种方式，为不同等级的流保证最低带宽，因此属于一级的单的IP数据流和IP流的单个等级都无法用完所有可用的带宽。本发明利用多级队列概念增加了优先级排序特征，以使得基于等级的优先级预留被实现，正如上面参照图13和14讨论的。
MAC下行链路子帧调度器1566是在等级队列1564a-1564f中排队数据包的处理器模块，并根据优先级1570、1572和1574进行帧时隙预留以填充子帧1568a-1568k，它是可变的帧数。在一实施例中，每个子帧根据优先级1570、1572和1574从每个等级1564a-1564f调度(填充)直到预定数目的数据包。在另一个实施例中，根据参照图13和14描述的本发明的超前预留算法调度子帧用于等时预留。在另一个实施例中，根据已知方法和本发明超前预留算法方法的组合调度子帧。
子帧然后发送到WAP天线290d，用于通过无线媒介无线传输到与用户CPE站294d连接的RF收发信机用户天线292d，WAP天线290d可以将包含在子帧中的数据包发送到在CPE用户位置306d的用户工作站120d。子帧可以从最高优先级调度到最低优先级。
基于多级的优先级(HCBP)处理器模块1574接收从WAP天线290d调度和传送的子帧输入。通过保持对数据包状态的了解(即，通过得知哪个数据包已经送出)，HCBP处理器模块1574知道必须调度等级队列1564a-1564f的哪个数据包。
偶尔，数据包会通过例如噪声而丢失。当此情形出现时，用户CPE站294d向WAP290d发送重发请求1576，它传送请求到链路层确认(ARQ)处理器1578。ARQ处理器1578通知MAC下行链路子帧调度器1566此情形，调度器1566重新调度来自适当等级队列1564a-1564f的请求数据包用于重发。链路层确认ARQ处理器1578也等待来自用户CPE站294d的肯定确认，以决定数据包已经正确被接收。只有在收到肯定接收确认之后，MAC下行链路子帧调度器1566才从等级队列1564a-1564f删除该数据包。
每个用户CPE站294d具有有限量的内存可用于接收IP流中的数据包。例如当连接到用户CPE站294d(例如，用户工作站120d)的设备停止接收IP数据流(例如，用户工作站120d下降)时，CPE用户站294d中的CPE数据包队列会快速填满。在此方案中，用户CPE站294d传送CPE IP流队列深度消息1580表示该队列填满，该消息可由CPEIP流队列深度状态处理器1582接收。CPE队列深度处理器1582通知MAC下行链路子帧调度器1566此情形，调度器1566停止调度指向用户CPE站294d的下行链路子帧。处理器1582还可以发送消息到MAC下行链路子帧调度器1566以刷新来自等级队列1564a-1564f的特殊IP流。
h.上行链路子帧优先级排序
1.概述
图16A和16B是用于上行链路的示范性逻辑流程图。该逻辑流属于分析和调度IP数据包流的共享无线带宽，从连接到用户CPE站294d的用户工作站120d到一个用户站294d，通过无线媒介传输直到无线基站302，并直达数据网142用于传输到目的地主机工作站136a。图16A是用于上行链路流IP分析器632的示范性逻辑流程图1600。图16B是用于上行链路流调度器634的示范性逻辑流程图1660。
图16A和16B的功能组件经由方法模块解释，它们可以看作是物理单元(例如，包括软件、硬件或其组合)或逻辑载体(例如，只用于解释的目的)。本领域技术人员可以认识到这些模块只用于解释示范性的实施例，而不认为是限制。
用于图16A的上行链路IP流分析器632的示范性逻辑流程图1600包括数据包首部识别部件1602、数据包特征表述部件1604、数据包分类部件1606和IP流呈现部件1608。这些组件的功能在下面详细解释。
在一实施例中，上行链路IP流分析器632被物理的定位于无线基站302，但是本领域技术人员可以认识到相同的功能可位于远离无线基站302的地方。在本发明的优选实施例中，IP流分析器632的功能在用户CPE站294d执行，要求用于上行链路数据包/IP流的上行链路预留时隙直到基站302。预留请求数据包(RRB)请求详细的IP流标识符、数据包数目和IP流的分类可以由IP流分析器632建立，最好能经争用RRB时隙用在上行链路，以用于在无线基站302由上行链路帧调度器634调度将来的上行链路子帧时隙。
图2D、3A和3B有助于读者理解上行链路IP流分析器。
2.引言
IP流分析器632向一上行链路帧调度器634执行识别、特征表述、分类、呈现数据包的功能。所述识别、特征表述、分类和呈现数据包的功能分别由上行链路IP流分析器632的数据包首部识别部件1602、数据包特征表述部件1604、数据包分类部件1606和IP流呈现部件1608执行。
数据包首部识别部件1602确定输入IP流的数据包是否为系统已知(即，是否是现有的IP流)或是否是一新的IP数据流的第一个数据包，并根据该数据包的首部部分字段确定信源应用。识别1602可以包括缓冲数据包并提取和语法分析该首部内容。数据包特征表述部件1604特征表述新的数据包(属于新的IP流的)，以根据信源应用确定基于该IP流的QoS要求，和识别将接收该IP流的用户CPE站。数据包分类部件1606将新的IP数据流分类到多个优先等级的一个。分类1606可以包括例如编组具有类似QoS要求的数据包。IP数据流呈现1608初始化新的IP数据流并将它呈现给上行链路流调度器634。
每次用户CPE站294d尝试沿上行链路方向与无线基站302通信时，它通过将RRB插入上行链路子帧来请求预留。然后上行链路帧调度器634在将来上行链路子帧中调度预留请求并通知CPE站294d该预留。在下行链路信号中，最好位于无线基站302的上行链路流调度器634在一特殊的将来帧中传送预留时隙，用于要求用户CPE站294d传送它的上行链路数据。上行链路流调度器634根据下行链路流调度器604在下行链路使用的相同的参数分配该保留。换句话说，上行链路流调度器634根据队列等级优先级和根据一组规则确定该预留时隙，调度该预留，用于利用例如超前预留算法从用户CPE站294d进行上行线路传输。通过从基于多级的优先级处理器模块1674到上行链路流调度器634的输入、虚拟专用网(VPN)启用目录的(DEN)数据表1672和业务层协议(SLA)优先级数据表1670确定这些规则。参照图14描述了该超前预留算法。
3.识别
数据包首部识别部件1602根据数据包的首部内容识别从用户CPE站294d收到的IP流。
数据包流，还称为来自多个IP流的数据包(即，与单个″呼叫″有关的每个IP流)在数据包首部识别部件1602收到。在一实施例中的IP流从一个或多个用户工作站120d传送到用户CPE站294d，用于上行传送到通过数据网142连接到无线基站302的主计算机136a。用户CPE站294d可以传送IP流的数据包到数据包首部识别部件1602的数据包缓冲器模块1610。在一实施例中，数据包首部识别部件1602在CPE用户站294d内部。在模块1610，收到的数据包缓冲在存储区，用于转移给首部提取模块1620。在模块1620，提取和语法分析数据包首部文件以便得到数据包首部字段的内容。
相关的字段可以包括例如信源、目的地、业务类型(TOS)和差别业务Diffserv)标记，如果存在的话。
对于该系统已知的IP流，在现有IP流识别表1626中有入口。如果已经识别到现有IP数据呼叫的IP流的前一个数据包，则IP流在该系统。在模块1622，确定在输入IP流和表1626的入口之间是否存在匹配。如果是，则该IP流系统已知，并将控制传送到数据包特征表述部件1604的模块1630。
如果该IP流不是该系统已知的现有流，则表示该IP流是新的IP流，则将控制传送到模块1624，在此分析数据包首部字段以识别IP流的信源应用。
数据包首部分析模块1624从信源应用数据包首部表1628确定生成该IP流的信源应用类型。应用可以是任何一种参照图2D描述或本领域技术人员来公知的应用类型。实例包括从另一个客户工作站138f下载的文件传送协议(FTP)、从呼叫者124d(通过调制解调器连接)的话音电话呼叫传真机呼叫、和来自多个呼叫者124d和126d(通过调制解调器连接)的电话会议，等等。如果IP流是新的IP流，则关于该新IP流的标识信息加到表1626中，控制从分析模块1624传送到数据包特征表述部件1604的模块1632。
4.特征表述
数据包特征表述部件1604特征表述该IP流并将其传送到数据包分类部件1606用于分类。
如果该IP流是现有的IP流，则控制将从数据包首部标识部件1602的模块1622传送到模块1630。如果在模块1622确定IP数据流系统已知，则在模块1630确定数据包是否是已有的(即，陈旧)。这可以包括例如从生存时间字段(IP数据包首部的字段)确定数据包寿命，并比较该字段和门限寿命值。如果该数据包确定为陈旧，则删除。模块1630可以预计应用数据包废弃。然后控制从模块1630传送到数据包分类部件1606的模块1640。
如果该IP流是新的，则控制从数据包首部标识部件1602的模块1624传送到模块1632。如果在模块1624确定与IP流应用有关的该应用系统不知道，则在IP流QoS要求查寻模块1632中与IP流有关的应用的QoS要求。模块1632通过查寻IP流QoS要求表1634中的应用来执行此操作。不同的应用有不同的要求。例如，带宽分配(即，分配适当的带宽量)对执行FTP下载的应用很重要，而不是抖动(即，收到数据的时间同步)和等待时间(即，响应之间过去的时间量)。另一方面，抖动和等待和对话音电话和电话会议很重要而带宽分配就不重要。
在模块1632处理之后，控制传送到模块163b。在CPE用户站标识符(ID)查寻模块1636中，执行用户CPE ID查寻用于新的IP数据流。每个用户CPE站294d可以具有在一个或多个用户工作站120d上运行的并归属于它的一个或多个应用。相应的，一个或多个用户可以产生或接收从或在用户CPE站294d指向的IP流。用户工作站120d可以是与用户CPE站294d相连的任何设备。模块1636维IP流在表1638中查询CPE站标识符，以便在预留请求数据包(RRB)中提供CPE ID。控制然后从模块1636传送到数据包分类部件1606的模块1648。
5.分类
数据包分类部件1606分类IP流并将它传送到IP流呈现部件1608用于呈现。
对于现有的IP流，控制从数据包特征表述部件1604的模块1630传送到模块1640。如果在模块1630，确定数据包不陈旧，则在模块1640该数据包与其IP流相关。如图16A所示，这里处理的数据包确定为系统已知的IP流的一部分。因此，模块1632、1636和1642的QoS处理没有必要，因为当前数据包的QoS要求与其IP流相同。
对于新的IP流，控制从数据包特征表述部件1604的模块1636传送到模块1642。在模块1642，数据包通过执行IP流QoS要求表1644的查寻被分类或编组到QoS等级，在此QoS等级根据数据包的QoS要求存储。从模块1642，控制传送到IP流呈现部件1608的模块1648。
6.IP流呈现
IP流呈现部件1608准备和向流调度器634呈现IP流数据包。在上行链路方向的一个实施例中，预留请求数据包(RRB)建立并经争用时隙向上传输到无线基站302，用于通过IP流调度器634进行调度。在另一个实施例中，调度器位于CPE站294d，因此不需要预留请求。
对于现有的IP流，控制从数据包分类部件1640的模块1640传送到模块1646。在模块1646，数据包被加到IP流队列中，它是当前现有IP流的队列。在一实施例中，这可以包括准备RRB。从模块1646，控制传送到上行链路流调度器634的模块1662。在一实施例中，这可以包括从CPE294d到无线基站302的RRB的上行链路。
对于新的IP流，控制从数据包分类部件1606的模块1642传送到模块1648。在初始化IP流模块1648中，初始化新的IP流用于呈现给模块1652。模块1652将IP数据流(特别是，预留请求数据块数据包)呈现给上行链路流调度器634的模块1662。在模块1650，该IP流的QoS等级呈现给调度器634，最好包括RRB。
7.上行链路流调度器
用于图16B的上行链路流调度器634的示范性逻辑流程图包括IP流QoS等级排队处理器模块1662、MAC上行链路子帧调度器模块1666、基于多级的优先级处理器模块1674、VPNDEN数据表模块1672、SLA优先级数据表1670、CPE IP流队列深度状态处理器1682和链路层确认处理器模块1678。
图16B的上行链路流调度器634也包括QoS等级队列用于1级，1664a；2级，1664b；3级，1664c；4级，1664d；5级，1664e；和6级，1664f；和MAC上行链路子帧：帧n 1668a；帧n+1，1668b；帧n+2，1668c；帧n+3，1668d，...帧n+p，1668k。
在一实施例中，上行链路流调度器634物理的位于无线基站302，但是本领域技术人员可以认识到相同的功能可位于远离无线基站302的地方。例如，在另一个实施例中，上行链路流调度器634可以位于CPE站294d并与其它的CPE站294和无线基站302通信。
上行链路流调度器634用于调度上行链路子帧。整个帧可以分成对于传送上行链路帧的上行链路部分(称为上行链路子帧)和用于传送下行链路帧的下行链路部分(称为下行链路子帧)。
图16B示出WAP天线290d、无线媒介、RF收发信机用户天线292d、用户CPE站294d和用户工作站120d。WAP天线290d和RF收发信机用户天线292d分别提供无线基站302(在此上行链路流调度器634位于一实施例中)和用户CPE站294d之间的无线连接，它可以从在客户计算机120d上运行的应用上行传送IP流。WAP天线290d充当数据网142的无线网关，RF收发信机用户天线292d充当用户CPE站294d的无线网关用于向上传输IP流数据包数据。
图16B中还示出数据接口320，它提供从上行链路流调度器634发送上行链路IP流数据包直达数据网142的数据路由器140d和直达目的地主计算机136a的连接。这些连接也在图2D和3B中示出。
前一帧包括无线基站从用户CPE站294d收到的上行链路预留请求。此时，预留请求数据包已经被识别、特征表述、分类和呈现，最好在CPE站294d，并从CPE 294d的上行链路流分析器632传送到上行链路流调度器634。特别是，预留请求数据包从模块1650呈现给IP流QoS等级排队处理器模块1662。模块1662通知MAC上行链路子帧调度器1666该预留。
反过来，MAC上行链路子帧调度器1666利用该子帧的一个时隙以确认收到确认请求数据包(ARB)呼叫的请求。用于运送帧的示范时隙、时隙和用于此预留的IP流标识符参照描述图12。调度器1666在此预留时隙中传送CPE标识数据，以及请求用户CPE站294d的将来时隙和帧允许用于请求数据包IP流传输的上行链路。
例如，根据从基于多级的优先级处理器模块1674、VPN DEN数据表1672和业务级协议(SLA)优先级数据表1670分配将来帧中的将来时隙。这些部件以类似的方式充当基于多级的优先级处理器模块1574、VPNDEN数据表1572和业务级协议(SLA)优先级数据表1570，正如参照下行链路调度器604的所述的。
当IP流QoS等级排队处理器模块1662从IP流呈现模块1608接收现有或新IP流的数据包，然后它建立等级队列1664a-1664f，它是可变的队列数目，并将这些数据包放置在这些等级队列中。在优选实施例中，有3到10个等级。这些队列包括预留请求数据包用于调度。数据包根据预留请求数据包的内容放置到等级队列1664a-1664f中用于输入到模块1662。
模块1662接收来自基于多级的优先级处理器模块1674、VPN DEN数据表1672和业务级协议(SLA)优先级数据表1670的输入。模块1662的排队功能是基于这些输入。这些部件的功能类似于下行链路流调度方法的对应物。SLA优先级数据表1670和VPNDEN数据表1672接收来自操作、管理、保持和供应(OAM&P)模块1108的输入。OAM&P模块1108提供对优先级的更新，例如当用户改变业务层协议或VPN预订改变时。
MAC上行链路子帧调度器1666采用在等级队列1664a-1664f排队的请求，并调度帧1668a-1668k中的时隙预留，它是可变的帧数。在一实施例中，调度每个帧，直到从每个等级1664a-1664f数据包的预定数目限制或百分比限制。这些请求可以如图13所示调度，考虑到特定的优先级。在另一个实施例中，根据本发明的超前预留算法调度帧，用于调度参照图14所述的等时类型的业务。在另一个实施例中，根据现有方法和本发明的超前预留算法的组合调度帧。
预留时隙调度然后利用例如图12F的1236g和1236h的FDB时隙向下送到CPE站294。上行链路时隙然后由CPE站294d插入到上行链路子帧作为调度。帧时隙然后向上从CPE站294d传送到无线基站302，然后作为数据包传送到它们的目的地址。例如，从无线基站302，数据包可以通过数据网142传送到主计算机136a。
在无线基站302收到上行链路数据包之后，无线基站302将上行确认数据包(UAB)消息送回传送的用户CPE站294d，以确认收到传送的数据包。偶尔，数据包经噪声或无线媒介中的其它干扰丢失。当此情形出现时，用户CPE站294d确定它没有收到UAB数据确认，因此它经WAP290d向无线基站302发送重发请求，请求另一个上行链路预留时隙，WAP290d传送该请求到链路层确认(ARQ)处理器1678。ARQ处理器1678通知MAC上行链路子帧调度器1666需要重发(即，需要一帧时隙预留用于重发上行链路数据包)。CPE用户站294d还可以向ARQ处理器1678发送关于没有收到上行线路传输确认的其它数据消息。ARQ 1678可以将这种消息运送到上行链路子帧调度器1666。上行链路子帧调度器1666从适当的等级队列1664a-1664f重新调度请求的上行链路预留。或者，在另一个实施例中，链路层确认处理器1678还可以向用户CPE站294d发送一肯定的UAB确认以表示该数据包已经正确收到。因此上行链路调度器1666除了调度第一次预留之外，还可以为丢失的数据包调度重复预留。
每个用户CPE站294d具有有限量的存储空间可用于排队数据包，这些数据包从用户工作站120d接收并等待从CPE294d无线基站302的上行链路的预留时隙。例如当用户CPE站294d的队列从等待上行预留的后备数据包而变满时，IP数据流会有潜在地丢失可能或数据包可能变陈旧。在此方案中，用户CPE站294d传送CPE IP流队列深度消息1680到无线基站302表示该队列填满，该消息可由CPE IP流队列深度状态处理器1682接收。处理器1682会通知MAC上行链路子帧调度器1666此情形，它会例如临时增加在用户CPE站294d的IP流的优先级以克服积压的业务，或者会例如停止传送额外的下行链路数据包到CPE站294d，直到队列深度积压的业务再次降低到可接受的程度。处理器1682还可以发送消息到MAC上行链路子帧调度器1666，以刷新等级队列1664a-1664f中来自用户CPE站294d的预留请求。
4.TCP附属代理
TCP是一种可靠的传送协议，适于在拥塞是数据包丢失主要原因的传统网络中执行。但是，具有无线链路的网络会由于比特误差招致显著的丢失。无线环境违反TCP做出的许多假设，引起降级的端到端性能。例如参见Balakrishnan，H.，Seshan，S.和Katz，R.H.，″在蜂窝无线网中改进可靠传输和越区切换性能″，CA，Berkeley的Berkeley加利福尼亚大学，可在UR1，http：//www.cs.berkeley.du/～ss/papers/winet/html/winet.html，通过互联网访问，更直接地处理在窄带无线环境中的越区切换和误码，这里并入它的内容作为参考。尝试修改此问题改进TCP克服来该问题。但是，没有一个商业上可行的装置可以克服此挑战。需要改变TCP标准操作的任何解决方案都是不能实施的。
本发明利用与TCP附属代理接触的增强型MAC层截断TCP层请求，以操纵在传输信源或目的地端的TCP层，用来改进在TCP/IP传输信源和目的地的TCP行为，该TCP/IP传输包括一中间无线链路。数据包可以在无线基站排队等待接收确认，基站可以通过无线链路执行本地重发以克服由高误码率引起的数据包丢失。通过无线链路的通信通过有限的带宽、高等待时间、偶尔发生的高误码率和暂时断开来表述，所述断开必须由网络协议和应用来处理。
可靠的传输协议例如TCP适于传统的有线网。TCP通过适应拥塞引起的端到端延时和数据包丢失而很好的在这种网络中运行。TCP通过保持连续的估计往返延迟的平均值和平均偏差和通过重发在四倍于平均值偏差内没有收到确认的任何数据包来提供可靠性。由于有线网相对较低的误码率，所有的数据包丢失都假设是由拥塞引起的。
在无线环境存在高误码率特性的情况下，TCP象在有线环境一样反应数据包丢失，即它在重发数据包之前降低传输窗口大小，启动拥塞控制或避免机理(例如，慢启动)和复位重发计时器。这些措施导致链路带宽利用的不必要的降低，从而引起性能在显著恶化，即较差的通过量和很高的交互延时。
本发明将数据包保持在等级队列中，等待用户CPE站的接收确认。然后使无线基站对用户CPE站执行本地重发来重发未确认的数据时隙。通过一检测到丢失就重复标识数据包丢失的确认和执行本地重发，无线基站就可以使发送者避免无线链路固有的高误码率。特别是非常低的通信质量和暂时断开的瞬时情形可以隐瞒发送者。
对于从CPE用户主机到无线基站主机传递的数据，在无线基站检测到缺少的数据包并为它们产生否定确认。否定确认可以要求该数据包从CPE用户主机(发送者)重发。CPE用户主机然后处理该否定确认并重发相应缺少的数据包。有利的是，修改发送机TCP或接收机TCP是不必要的，因为本发明将注重TCP的功能放置在MAC层。
图5A说明流程500，描述IP流从用户主机的信源TCP，向下到协议栈用于通过CPE用户站传输，通过无线媒介到无线基站，向上通过在无线基站的协议栈，该无线基站具有实例TCP附属代理，然后通过有线连接和通过协议栈到达目的地主机。附属TCP代理改进传送TCP的TCP滑动窗口算法的操作并与基于智能多媒介接入技术(PRIMMA)媒介访问控制(MAC)合作，允许根据本发明通过无线媒介本地重发。
具体的说，流程500说明IP数据包流从用户工作站120d，通过在CPE用户位置306d的CPE用户站294d，然后通过无线传输媒介到无线基站302，最后通过数据网142的有线链路到主工作站136a。
TCP附属代理510e通过优化无线媒介窗口的方式改变传送TCP的TCP滑动窗口算法的操作来确保传送可靠。TCP附属代理510e对作为代理510c的工业标准协议是透明的，不需要改变客户用户工作站120d或主工作站136a的标准TCP/UDP层。
流程500包括IP流从应用层512a，向下协议栈通过TCP/UDP层510a，通过IP层508a，然后通过点到点(PPP)层520a，然后通过数据链路以太网层504a，然后通过10BaseT以太网网络接口卡(NIC)物理层502a，通过有线连接到用户CPE 294d的10BaseT以太网NIC物理层502b。
用户CPE 294d传送从NIC 502b进来的数据包，向上协议栈通过以太网层504b，通过PPP层520b和520c，向下通过PRIMMA MAC 504c到包括天线292d的无线物理层502c，然后通过无线媒介到无线基站302的天线290d。
无线基站302传送数据包IP流向上从在物理层502d的天线290d通过PRIMMA MAC层504d，通过PPP层520a，通过IP层508d到TCP附属代理510e，它可以将IP流向下通过IP层508e，通过PPP层520e，通过广域网(WAN)层504e，通过有线物理层502e，通过接口320，通过路由器140d，通过数据网142，经有线连接到WAN主工作站136a的有线层502f。
主工作站136a传送IP流从有线层502f，向上通过协议栈，通过WAN层504f，通过PPP层520f，通过IP层508f到TCP/UDP层510f和到达应用层512f。
TCP/UDP层510a和510f提供这种传送功能，例如分段、管理传输窗口、重新排序和请求重发丢失的数据包流。TCP层510a和510f通常发送一个窗口的数据包，然后等待确认或重发请求。TCP滑动窗口算法通常用于改变传输流以提供优化传输和当收到重发请求检测到拥塞时回退。很遗憾在无线环境中，由于高误码率，不是所有的数据包都能到达目的地的地址，不是因为拥塞，而是因为高误码率，以从目的地IP主机向信源提示重发请求。不是慢速传送，TCP附属代理510e改进TCP滑动窗口算法的操作以优化通过无线的操作。PRIMMA MAC层504d与TCP附属代理510e相互作用，允许代理截断例如从用户工作站120d的TCP层510a到达主机136a的重发请求，并允许无线基站重发期望的数据包或流到用户工作站120d，而不是运送重发请求到主机136a，因为数据包仍然可以存储在PRIMMA 504d队列中，而不被删除，直到从用户CPE收到接收确认。因为重发可以根据本发明在PRIMMA MAC数据链路层，即层2执行，则重发出现在从基站到CPE用户，而不需要发送源TCP自始至终都重发，这会引起TCP回退它的滑动窗口算法。因此，使无线基站302重发直到通过无线链路收到确认，则可以克服固有的高误码率，同时保持最佳的TCP窗口。
回想一下，TCP发射机传送一个TCP滑动窗口的数据包并在检测到拥塞以后改变窗口的尺寸。TCP发射机传送一个窗口的数据包，然后等待接收机的确认。如果传输顺利地进行，即没有出现拥塞或丢失的数据包，则发射机TCP逐渐增加传输速率。增加的传输速率继续直到传送TCP检测到拥塞或数据包丢失。当通知拥塞时，传送TCP停止传送，回退并发送较小(即，较小的窗口)的数据包。
TCP附属代理通过改进传送TCP和它的传输窗口算法来改进正常的TCP操作。TCP附属代理通过例如防止复制重发请求来防止发射机被接收TCP通知丢失，即收到拥塞通知。因为传送TCP没有收到这种通知，则它不改变TCP滑动窗口并且传输以更高的速率继续。
如果出现真正的拥塞，即如果TCP附属代理识别数据包真地丢失，则TCP附属代理可以让重发请求到达传送TCP。这可以有利的实现，因为本发明的MAC链路层与更高的协议层通信，它注重应用、注重传输和注重网络。在这种情况下，因为MAC层是传送层，PRIMMA MAC层504d在层4与TCP附属代理510e通信。因为MAC需要对于每个从无线基站302发送的数据包发送到CPE用户站294d的无线传输接收确认，MAC层504d知道TCP层之间的通信，例如重发请求，是否从CPE站的客户计算机TCP发送，因为数据包是在无线传输中丢失或因为实际的拥塞而丢失。
如果PRIMMA MAC 504d没有从504c收到确认，则无线基站302的PRIMMA MAC 504d可以向用户CPE站294d重发丢失的数据包内容。如果用户CPE站294d的PRIMMA MAC 504c承认收到并仍然请求重发，则实际的拥塞已经出现，无线基站302的PRIMA MAC 504d可以让TCP附属代理510e知道它应该允许重发请求发送给主工作站136a的传送TCP510f。
因此，本发明的TCP附属代理510e可以对无线媒介最佳的方式改进TCP滑动窗口算法的操作，而不需要对在接收机和发送机主机商业上可用的TCP层510a和510f作任何改变。在一实施例中，TCP附属代理510e不需要改变在发送(即传送)主机或客户的TCP层。在另一个实施例中，主机和客户TCP层不知道TCP附属代理的操作改变，即它对信源和目的地TCP层是透明的。在另一个实施例中，TCP附属代理510e截断连接到用户CPE站的客户计算机的TCP层和连接到数据网的主工作站的TCP层之间的重发请求。
图5B说明功能流程图522，包括TCP附属代理510e执行输出TCP欺骗功能的实例功能描述。参见图5B和5A，图522假设传输主机136a的TCP层510f已经传送一个窗口的数据包数据到用户工作站120d，并等待确认。图522说明在无线基站302的TCP附属代理510e收到一输出TCP消息524，该消息524已经从用户工作站120d经用户CPE站294d发送。
在步骤526，语法分析输出TCP消息524的TCP首部内容，以显示从用户工作站120d通过无线网到传送主机136a发送的消息内容。
在步骤528，确定TCP首部内容是否包括来自CPE站的复制确认消息。接收来自CPE用户位置的复制确认请求可以指示无线媒介中的丢失消息，或一个实际的拥塞问题。如果在步骤528，TCP数据包确定是一个复制确认消息，则处理继续步骤532，如果否，则处理继续步骤530。
在步骤530，确定有真正的拥塞，即不是在无线链路层的重发尝试引起的复制确认消息。因此，在步骤530，TCP消息允许没有改变的传送到TCP附属510e，并可以继续通过流程500到图5A的TCP层510f。
在步骤532，因为在步骤528检测到复制确认，则确定是否成功传送数据包。经TCP附属代理510e和PRIMMA MAC层504d之间的内部通信执行步骤532。这是图4线428示出的PRIMMA MAC和更高层协议交互性的实例。PRIMMA MAC层504d可以识别数据包是否从无线基站302成功发送到CPE站294d，因为如图15B所示，重发请求1576从在链路层确认(ARQ)处理器1578的CPE站294d接收到MAC下行链路子帧调度器1566，警告调度器1566在将来帧1568重发丢失的数据包。如果在步骤532，确定该数据包成功传送，则处理可以继续步骤530，如上所述。但是如果确定该数据包没有成功传送，则处理继续步骤534。
在步骤534，因为数据包没有成功传送，则TCP附属代理510e可以禁止传送TCP消息524、因为它假设该数据包在无线媒介中丢失。处理可以继续步骤536。
在步骤536，TCP附属代理510e可以等待PRIMMA MAC 504d通知在链路层确认处理器1578收到丢失数据包成功的链路层重发。从步骤536，处理可以继续步骤538。
在步骤538，一收到PRIMMA MAC 504d链路层重发成功的确认，则可以恢复正常的TCP消息。
在另一个步骤(未示出)，TCP附属代理和PRIMMA MAC层可以设置重发尝试次数门限，如果达到门限，则处理可以继续步骤530允许TCP消息不修改的传送。
图5C说明功能流程图540，包括TCP附属代理510e执行打入TCP欺骗功能的实例功能描述。参见图5C和5A，图540假设在传送用户工作站120d的TCP层510a已经传送一个窗口的数据包数据到主机136a，并等待确认。图544说明在无线基站302的TCP附属代理510e收到输入到TCP消息542，该消息已经从主工作站136a经数据网142发送，用于通过无线媒介传送到用户CPE 294d到用户工作站120d。
在步骤544，语法分析输入的TCP消息542的TCP首部内容，以显示从主机136a通过无线网到传送用户工作站120d发送的消息内容。
在步骤546，确定TCP首部内容是否包括来自主机136a的复制确认消息。接收来自主机的复制确认请求可以指示无线媒介中的丢失消息，或一个实际的拥塞问题。如果在步骤546，TCP数据包确定是一个复制确认消息，则处理继续步骤550，如果否，则处理继续步骤548。
在步骤548，确定有真正的拥塞，即不是在无线链路层的重发尝试引起的复制确认消息。因此，在步骤548，TCP消息允许没有改变的传送到TCP附属510e，并可以继续通过流程500到图5A的TCP层510a。
在步骤550，因为在步骤546检测到复制确认，则确定是否成功传送数据包。经TCP附属代理510e和PRIMMA MAC层504d之间的内部通信执行步骤550。这是图4线428示出的PRIMMA MAC和更高层协议交互性的实例。PRIMMA MAC层504d可以识别数据包是否从CPE站294d成功发送到无线基站302，如图16B所示，重发请求1676从在链路层确认(ARQ)处理器1678的CPE站294d接收到MAC下行链路子帧调度器1666，警告调度器1666在将来帧1668重发丢失的数据包。如果在步骤550，确定该数据包成功传送，则处理可以继续步骤548，如上所述。但是如果确定该数据包没有成功传送，则处理继续步骤552。
在步骤552，因为数据包没有成功传送，则TCP附属代理510e可以禁止传送TCP消息542、因为它假设该数据包在无线媒介中丢失。处理可以继续步骤554。
在步骤554，TCP附属代理510e可以等待PRIMMA MAC 504d通知在链路层确认处理器1678收到丢失数据包成功的链路层重发。从步骤554，处理可以继续步骤556。
在步骤556，一收到PRIMMA MAC 504d链路层重发成功的确认，则可以恢复正常的TCP消息。
在另一个步骤(未示出)，TCP附属代理和PRIMMA MAC层可以设置重发尝试次数门限，如果达到门限，则处理可以继续步骤548允许TCP消息不修改的传送。
5.注重无线QoS的PRIMMA媒介访问控制(MAC)硬件结构
图10描述PRIMMA MAC硬件结构1000的实施例。结构1000表示数据网142经有线双向连接到WAN接口320。
WAN接口320双向链接到双向数据帧FIFO 1002，它双向连接到分段和重新排序(SAR)1004和QoS/SLA规则引擎和处理器1008。
QoS/SLA规则引擎和处理器1008也双向连接到IP流缓冲器1014和闪速随机存储器(RAM)1010。
SAR 1004双向连接到IP流缓冲器1014、闪速RAM 1010、QoS/SLA规则引擎和处理器1008和PRIMA MAC调度器ASIC 1012。
PRIMA MAC调度器ASIC 1012也双向连接到RF接口290、静态RAM(SRAM)无线信元缓冲器1018和IP流缓冲器1014。
6.无线基站软件组织
图11是用于以数据包为中心的无线点到多点通信系统的示范性软件组织。图11的软件组织包括无线收发信机和RF应用具体的集成电路(ASIC)模块290、IP流控制部件1102、WAN接口管理部件1104、QoS和SLA管理部件1106、系统和OAM&P部件1108、客户付费和登录部件1110、启用目录联网(DEN)部件1112和无线基站320。
IP流控制模块1102包括传输排队控制模块1102a、TCP率控制和业务等级模块1102b、无线PRIMMA MAC层引擎1102c和IP流识别和分析模块1102d。
WAN接口管理部件1104包括WAN入局/出局排队控制模块1104a、WAN接口端口(例如T1、T3、OC3端口)1104b、防火墙和安全模块1104c和WAN业务整形模块1104d。
IP流控制部件1102和WAN接口管理部件1104表示系统的″核心″，数据包处理、MAC层调度、TCP代理和WANI/F控制功能位于此处。上述″非核心″部件的许多行为支持和控制这些核心部件。
QoS和SLA管理部件1106包括QoS性能监视和控制模块1106a、业务层协议模块1106b、策略管理模块1106c和加密管理模块1106d。
QoS和SLA管理部件1106提供系统所需的静止数据，以便正常地将特定的IP流编组到QoS等级。一般，在安装该系统的预备阶段，业务提供商将(远程)下载与用户CPE站294相关的信息，包括用户CPE站的SLA、各种基于策略的信息(例如工作时间或数据传输速率容限峰值)。加密密钥或″强度″也可以下载，它可以具体到用户CPE站或业务提供商。
系统OAM&P部件1108包括用于WAP模块1108a的SNMP代理客户、用于CPE模块的SNMP代理客户1108b和系统操作、管理、管理和供给模块1108c。
OAM&P部件1108允许远程的业务人员和设备监视、控制、服务、修改和维护该系统。系统性能层可以被自动监视，可以设置系统陷阱和跟踪。利用OAM&P部件1108控制的远程测试和排除故障服务可以解决用户投诉。系统容量界限可以监视，可以出现超前供给附加的WAN连接，导致OAM&P部件1108的自动趋势分析功能。
客户付费和登录模块1110包括计数登录和数据库管理模块1110a、事务查询和处理控制模块1110b、付费和计数控制模块1110c和用户鉴定模块1110d。
客户付费和登录部件1110允许业务提供商接收关于系统用户的账户、付费和交易信息。对于付费的业务提供商，可以收集根据使用、累积的系统资源使用数据。对于具体的行为类型(例如，电视会议、组播等等)有专用的帐单数据收集并传送给业务提供商。此部件还通过用户鉴定功能的操作控制系统对用户的有效性。一旦用户被授权使用该系统，由业务提供商(远程)做出新的用户鉴定入口。同样，用户可以进一步的拒绝访问系统，因为拖欠支付业务或其它的理由。业务提供商还可以向系统远程查询与具体账户有关的事务。
启用目录联网(DEN)部件1112包括DEN QoS 1112a模块，DEN管理和供给1112b模块，DEN IPSEC模块1112c和基于IP的VPN控制和管理模块1112d。
DEN部件1112允许业务提供商向系统输入关于用户基于DEN的VPN操作的相关信息的方法。用户VPNs需要被″初始化″和″供给″，因此系统正常向用户分配具有这些VPNs的系统资源，并提供这些VPNs的识别和操作。来自DEN部件1112的数据被系统用于将适当的优先级用到主要用户的IP流。
本发明的以数据包为中心的无线基站支持启用目录联网(DEN)、MICROSOFT、INTE1和CISCO标准用于提供分布地点如何管理IP流的标准结构。本发明以符合轻加权目录访问协议(1DAP)(1DAP可从WA，Redmond的MICROSOFT得到)方式安排VPN业务的优先级，它允许远程管理、供给和管理。本发明还符合1DAP版本2。本发明还遵守国际电信联盟/电信部分(ITU/T)发布的X.500标准和RFC1777。
在一实施例中，DEN提供基于策略的网路管理，IPsec兼容的网络安全性和基于IPsec的VPNs。无线基站302的DEN计划与公用信息模型(CIM)3.0兼容(一旦该规范定稿)。无线基站302可以本国DEN支持并支持基于目录的DEN QoS机理，包括预留模型(即，RSVP，每流排队)和预先/优先/差别模型(即，数据包标记)。无线基站302可以计划支持DEN网络策略QoS，并且直到DEN完成，支持内部QoS和网络扩展。
6.IPsec支持
上面参照图4引入IPsec。IPsec提供加密数据包的标准方法。在VPN隧道模式中，整个首部都可以编码，即加密。为了本发明能够实现以数据包为中心的注重QoS的优先级排序，在识别数据包/IP流期间，无线基站需要能够分析数据包的首部字段内容。因此，分析未加密的数据包是理想的。
本发明在通过无线媒介传送帧之前已经加密数据流，因此不真正需要利用IPsec通过无线链路提供加密传输。在此业务提供商期望利用IPsec，IPsec能被用于鉴定和安全首部和有效负荷或只是有效负荷数据的密封。IPsec通常集成在防火墙。如果业务提供商期望实现本发明和IPsec，则本发明应当在防火墙后面实现，即防火墙能移到无线基站。这允许在基站结束IPsec流，它可以提供基站访问数据包首部字段。
图17说明下行链路方向包括IPsec加密的IP流。同样，图18描述上行链路方向的本发明的IPsec支持。
图17说明下行链路流1700，描述下行链路方向IP流从信源主机工作站136a、向下支持IPsec的协议栈，用于向上传输并通过连接到数据网142的无线基站302，通过加密层，然后通过无线链路到用户CPE 294d，向上通过在用户CPE 294d的协议栈，然后通过有线连接连接到数据网142，向上通过协议栈到在用户位置306d的目的地用户工作站120d。
具体的说，流1700说明IP数据包流从主工作站136a，通过无线基站302，然后通过无线传输链路到用户CPE 294d，和通过有线链路到用户工作站120d。
主工作站136a将IP流向下从应用层1712h，向下通过TCP/UDP层1710h，通过IP层1708h，通过可选择的PPP层1706h，通过以太网层1705h，向下通过10BaseT层1702h，通过数据网142到10BaseT层1702g，然后向上通过以太网1704g，协议栈向上通过可选择的PPP层1706g到IP层1708g和1708h，向下通过互联网防火墙和IPsec安全网关1706f，向下通过WAN层1704f，到有线层1702f到数据网142到有线物理层1702e。
无线基站302的有线物理层1702e将流通过IPWAN层1704e向上传送至协议栈，通过IPsec安全网关1706e和防火墙到IP网络层1708e和1708d，然后向下通过加密层1706d、PRIMMA MAC层1704d和向下到无线链路，到用户CPE 294d。
用户CPE 294d将IP流从在物理无线层1702c的天线292d向上通过MAC层1704c，通过加密层1706c，通过IP层1708b和1708c，然后down通过可选择层1706b到以太网层1704b到10BaseT连接1702b到10BaseT连接。
用户工作站120d传送IP流向上从10BaseT层1702a，向上通过协议栈通过以太网层1704a，通过可选择PPP层1706a，通过IP层1708a，到TCP/UDP层1710a和直到应用层1712a。
图18说明上行链路流1800，描述上行链路方向IP流从在CPE位置306d的用户工作站120d的信源TCP，用于传输的协议栈向下通过连接CPE用户站294d的以太网，通过无线媒介到无线基站302，向上通过在支持IPsec的无线基站302的协议栈，然后通过有线连接到数据网142，通过协议栈到目的地主机。
具体的说，流1800说明IP数据包流从用户工作站120d，经过用户CPE 294d，然后通过无线传输媒介到无线基站302，和最后通过有线链路到主机工作站136a。
流程1800包括IP流从应用层1812a，向下协议栈通过TCP/UDP层1810a，通过IP层1808a，然后通过可选择的点到点(PPP)层1806a，然后通过数据链路以太网层1804a，然后通过10BaseT以太网网络接口卡(NIC)物理层1802a，通过有线连接到用户CPE 294d的10BaseT以太网NIC物理层1802b。
用户CPE 294d传送从NIC 1802b输入的数据包，协议栈向上通过以太网层1804b，通过可选择的PPP层1806b到IP层1808b和1803c，向下通过互联网防火墙和IPsec安全网关1806c，向下通过PRIMMA MAC 1804c到包括天线292d的无线物理层1802c，然后通过无线媒介，例如RF通信、电缆RF和卫星线路到在无线物理层1802d的无线基站302的天线290d。
无线基站302传送数据包IP流向上从在物理无线层1802d的天线290d，向上通过MAC层1804d，通过IPsec层1806d和1806d，它可以装入数据包并加密它们。从IPsec层1806e，IP流可以向下通过WAN层1804e和通过有线物理层1802e通过数据网142。
有线物理层1802f传送IP流向上至协议栈，通过WAN层1804f，通过IPsec安全网关1806f和防火墙到IP网络层1808f和1808g，然后向下通过可选择的PPP层1806h，以太网层1804h，向下通过10BaseT层1802g，通过接口320，通过路由器140d，通过数据网142，经有线连接到主工作站136a的10BaseT物理层1802h。
主机工作站136a将IP流向上从10BaseT层1802h，向上通过协议栈通过以太网层1805h，通过可选择PPP层1806h，通过IP层1808h，到TCP/UDP层1810h，直到应用层1812h。
w.结论
虽然上面已经描述了本发明的各种实施例，但应当理解它们只是作为例子而不是限制给出的。因此，本发明的宽度和范围不应该由上述的任何一个示范性实施例限制，而应当只根据下面的权利要求书和等同物定义。
Claims (219)
1.一种以分组为中心的无线点到多点通信系统，包括：
一无线基站，经以分组为中心的协议与第一数据网通信；
一个或多个主工作站，经所述以分组为中心的协议与所述第一数据网通信；
一个或多个用户客户前端设备(CPE)站，通过共享带宽经所述以分组为中心的协议通过无线媒介与所述无线基站相连；和
一个或多个用户工作站，经所述以分组为中心的协议通过第二网络连接到所述用户CPE站的每一个。
2.根据权利要求1的系统，其中所述以分组为中心的协议是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。
3.根据权利要求1的系统，其中所述以分组为中心的协议是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)。
4.根据权利要求1的系统，进一步包括：
资源分配装置，用于在所述用户CPE站之中分配共享带宽。
5.根据权利要求4的系统，其中所述资源分配装置操作优化终端用户的服务质量(QoS)。
6.根据权利要求1的系统，其中所述无线通信媒介包括至少一个：
射频(RF)通信媒介；
电缆通信媒介；和
卫星通信媒介。
7.根据权利要求6的系统，其中所述无线通信媒介进一步包括一种远程通信接入方法，该远程通信接入方法包括至少一个：
时分多址(TDMA)接入方法；
时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法；
码分多址(CDMA)接入方法；和
频分多址(FDMA)接入方法。
8.根据权利要求1的系统，其中所述第一数据网包括至少一个：
有线网；
无线网；
局域网(LAN)；和
广域网(WAN)。
9.根据权利要求1的系统，其中所述第二网络包括至少一种：
有线网；
无线网；
局域网(LAN)；和
广域网(WAN)。
10.根据权利要求1的系统，进一步包括：
资源分配器，在所述用户CPE站之间分配共享带宽。
11.根据权利要求10的系统，其中所述资源分配器优化终端用户的服务质量(QoS)。
12.根据权利要求10的系统，其中所述资源分配器是注重应用的。
13.根据权利要求11的系统，其中所述资源分配器包括：
分析器和调度器，分析和调度通过所述共享带宽的IP流，其中所述IP流包括至少一个：
传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)流，和
用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)流。
14.根据权利要求13的系统，其中所述分析器和所述调度器包括：
识别器，操作识别所述IP流，
特征表述器，操作表述所述IP流的特征，和
分类器，操作分类所述IP流，
其中所述分析器和调度器包括优先级排序器，操作优先级排序所述IP流。
15.根据权利要求14的系统，其中所述识别器包括：
分析器装置，操作分析分组首部字段；和
识别器装置，操作识别新的和已有的IP流。
16.根据权利要求15的系统，其中所述分析器包括：
缓冲器，操作缓冲所述IP流的分组；
数据提取装置，操作从每个所述分组的分组首部字段中提取数据；和
分组首部字段分析器装置，操作分析所述分组首部字段。
17.根据权利要求16的系统，其中所述数据提取装置包括：
装置，用于确定所述IP流的分组是IPv.4还是IPv.6版本；和
装置，用于语法分析所述分组。
18.根据权利要求16的系统，其中所述分组首部字段分析器包括：
确定装置，用于确定信源应用类型。
19.根据权利要求16的系统，其中所述数据提取装置包括：
IP版本确定器；和
语法分析器，操作语法分析所述分组。
20.根据权利要求16的系统，其中所述分组首部字段分析器包括：
信源应用类型确定器，操作确定所述分组的信源应用类型。
21.根据权利要求18的系统，其中所述确定装置包括至少一个：
装置，用于存储和重现用于信源应用分组首部表中的源地址的信源应用；
装置，用于从服务类型(TOS)分组首部字段中确定信源应用；和
装置，用于从差别服务(DiffServ)分组首部字段中确定信源应用；
22.根据权利要求15的系统，其中所述识别器装置包括：
装置，用于将现有的IP流存储到IP流识别数据表中和从IP流识别数据表中重现现有的IP流。
23.根据权利要求14的系统，其中所述特征表述器包括：
老的确定装置，用于确定一分组是否比门限寿命老；
装置，用于根据所述分组的所述寿命预计客户应用IP流废弃；
QoS确定装置，用于确定所述新的IP流的QoS要求；和
装置，用于确定与所述新的IP流有关的所述用户CPE站的用户标识。
24.根据权利要求23的系统，其中所述老的确定装置包括：
装置，用于分析生存时间(TTL)分组首部字段以便确定所述分组的所述寿命。
25.根据权利要求23的的系统，其中所述QoS确定装置确定所述QoS要求是根据至少一个：
源地址；
目的地址；和
UDP端口号，
其中所述QoS确定装置包括：
装置，用于从IP流QoS要求表中存储和重现用于一IP流的QoS要求。
26.根据权利要求14的系统，其中所述分类器包括：
装置，用于使现有IP流的一个分组与所述IP流相关联。
27.根据权利要求14的系统，其中所述分类器包括：
分类装置，用于将所述新的IP流的所述分组分类到QoS等级编组。
28.根据权利要求27的系统，其中所述分类装置包括：
装置，用于确定和考虑所述IP流的QoS等级编组。
29.根据权利要求28的系统，其中所述分类装置包括：
装置，用于考虑所述IP流的任何可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级标记。
30.根据权利要求28的系统，其中所述分类装置包括：
装置，用于考虑为所述IP流标记任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级。
31.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器装置包括：
装置，用于为所述IP流考虑基于多级的优先级(HCBPs)。
32.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器装置包括：
装置，用于为所述IP流考虑虚拟专用网(VPN)的优先级。
33.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器装置包括：
装置，用于为所述IP流考虑基于服务层协议(SLA)的优先级。
34.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器包括：
装置，用于为所述IP流考虑任何服务类型(TOS)的优先级。
35.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器装置包括：
装置，用于考虑所述IP流的任何差别服务(DiffServ)优先级。
36.根据权利要求14的系统，其中所述识别器包括：
分析装置，用于分析所述IP流中的一个或多个分组首部字段；和
区分装置，用于区分新的和现有的IP流。
37.根据权利要求36的系统，其中所述分析装置位于所述用户CPE站，用于从所述用户CPE站到所述无线基站的上行无线链接。
38.根据权利要求36的系统，其中所述区分装置位于所述用户CPE站，用于从所述用户CPE站到所述无线基站的上行无线链接。
39.根据权利要求36的系统，其中所述分析装置位于所述无线基站，用于从所述无线基站到所述所述用户CPE站的下行无线链接。
40.根据权利要求36的系统，其中所述区分装置位于所述无线基站，用于从所述无线基站到所述用户CPE站的下行无线链接。
41.根据权利要求36的系统，其中所述分析装置包括：
装置，用于缓冲所述IP流的分组；
提取装置，用于从每个所述分组的分组首部字段提取数据；和
第二分析装置，用于分析所述分组首部字段。
42.根据权利要求41的系统，其中所述提取装置包括：
装置，用于确定所述分组是分组版本IPv.4还是分组版本IPv.6；和
装置，用于语法分析所述IP流的所述分组首部字段。
43.根据权利要求41的系统，其中所述第二分析装置包括：
确定装置，用于确定信源应用类型。
44.根据权利要求43的系统，其中所述确定装置包括：
装置，用于将信源应用类型存储到信源应用分组首部表中和从信源应用分组首部表中重现信源应用类型。
45.根据权利要求43的系统，其中所述确定装置包括：
装置，用于从服务类型(TOS)分组首部字段中确定信源应用。
46.根据权利要求43的系统，其中所述确定装置包括：
装置，用于从差别服务(DiffServ)分组首部字段中确定信源应用；
47.根据权利要求43的系统，其中所述确定装置包括：
装置，用于从直接应用管道提供的信息中确定信源应用。
48.根据权利要求36的系统，其中所述区分装置包括：
装置，用于将现有IP流的识别信息存储到IP流识别数据表中和从IP流识别数据表中重现现有IP流的识别信息。
49.根据权利要求14的系统，其中所述识别器包括：
确定装置，用于根据通过所述无线媒介收到的分组确定所述IP流是否为该系统所知；和
资源识别装置，用于识别已传输所述已收到分组的信源应用。
50.根据权利要求49的系统，其中所述确定装置位于所述无线基站，用于从所述无线基站到所述用户CPE站的下行无线链接。
51.根据权利要求49的系统，其中所述确定装置位于所述用户CPE站，用于从所述用户CPE站到所述无线基站的上行无线链接。
52.根据权利要求49的系统，其中所述识别装置位于所述无线基站，用于从所述无线基站到所述用户CPE站的下行无线链接。
53.根据权利要求49的系统，其中所述识别装置位于所述用户CPE站，用于从所述用户CPE站到所述无线基站的上行无线链接。
54.根据权利要求49的系统，其中所述确定装置包括：
装置，用于缓冲所述分组；
装置，用于从所述分组的分组首部字段提取识别信息；
装置，用于利用现有IP流数据表中的所述识别信息执行查寻现有的IP流识别器，以便确定该IP流是否为本系统已知。
55.根据权利要求49的系统，其中所述资源识别装置包括：
装置，用于缓冲所述分组；
装置，用于从所述分组的分组首部字段提取信息；
装置，用于利用信源应用数据表中的所述信息执行查询信源应用类型，以便识别所述信源应用。
56.根据权利要求14的系统，其中所述特征表述器包括：
老的确定装置，用于确定一分组是否比门限寿命老；
57.根据权利要求56的系统，其中所述寿命确定装置包括：
装置，用于分析生存时间(TTL)分组首部字段以便确定所述分组的所述寿命。
58.根据权利要求56的系统，其中所述寿命确定装置包括：
装置，用于根据所述分组的所述寿命预计应用IP流废弃。
59.根据权利要求14的系统，其中所述特征表述器包括：
QoS确定装置，如果所述IP流是一新的IP流，则用于确定所述IP流的QoS要求。
60.根据权利要求14的系统，其中所述特征表述装置包括：
装置，如果所述IP流是一新的IP流，则用于确定与所述IP流有关的所述用户CPE站的用户CPE标识。
61.根据权利要求59的系统，其中所述QoS确定装置包括：
装置，用于确定QoS要求根据至少一个：
源地址，
目的地址，和
UDP端口号。
62.根据权利要求59的系统，其中所述QoS确定装置包括：
装置，用于从IP流QoS要求表中存储和重现用于一IP流的QoS要求。
63.根据权利要求14的系统，其中所述分类器包括：
装置，用于使现有IP流的一个分组与所述IP流相关联。
64.根据权利要求14的系统，其中所述分类器包括：
QoS编组装置，操作将新IP流的一个分组编入QoS等级编组。
65.根据权利要求3的系统，其中所述QoS编组装置包括：
确定装置，操作确定和考虑所述IP流的QoS等级编组。
66.根据权利要求65的系统，其中所述QoS编组装置包括：
可选择的差别服务(DiffServ)装置，操作为所述IP流考虑一可选择的DiffServs字段优先级标记。
67.根据权利要求65的系统，其中所述QoS编组装置包括：
可选择的服务类型(TOS)装置，操作为所述IP流考虑任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级。
68.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器包括：
基于多级的优先级(HCBP)优先级排序器，操作根据所述IP流的HCBP优先级安排所述IP流的优先次序。
69.根据权利要求68的系统，其中所述HCBP优先级排序器包括：
基于等级的优先级限制器，操作建立每个所述HCBP优先级的界限。
70.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器包括：
虚拟专用网(VPN)优先级排序器，操作根据所述IP流的信源为VPN来排优先级序所述IP流。
71根据权利要求70的系统，其中所述虚拟专用网(VPN)优先级排序器为所有的所述VPNIP流授予优先的优先级。
72.根据权利要求70的系统，其中所述虚拟专用网(VPN)优先级排序器授予优先的优先级给至少一个：
操作是一种特殊IP流的所述VPN流，和
操作是来自一种VPN的所述VPNIP流。
73.根据权利要求72的系统，其中所述VPN的类型包括：
启用目录的联网(DEN)表管理方案类型。
74.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器包括：
基于服务层协议(SLA)的优先级排序器，操作根据所述IP流的用户资源的SLA层优先级排序所述IP流。
75.根据权利要求74的系统，其中所述SLA层包括至少一个额外费用层、标准层和数值层。
76.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器包括：
服务类型(TOS)优先级排序器，根据所述IP流的一个分组的TOS标记优先级排序所述IP流。
77.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器包括：
差别服务(DiffServ)优先级排序器，根据所述IP流的一个分组的DiffServ标记优先级排序所述IP流。
78.根据权利要求14的系统，其中所述优先级排序器包括：
加权公平的优先级(WFP)优先级排序器，确保所述共享带宽的公平分布，和根据IP流的优先级设置保留政策界限。
79.根据权利要求74的系统，其中所述基于SLA的优先级排序器包括：
装置，用于为所述IP流分析所述SLA。
80.根据权利要求79的系统，包括：
装置，用于根据一个或多个用户定义的参数安排所述IP流的优先级。
81.根据权利要求74的系统，其中所述SLA层包括至少一个：
额外费用服务层；
正常服务层；和
数值服务层。
82.根据权利要求74的系统，其中所述SLA层用于提供至少一个：
所述SLA用户之间不同的服务速率；
用于所述SLA用户的网络可用性；
用于所述SLA用户的增加的带宽；
用于所述SLA用户的降低的误差率；
用于所述SLA用户的等待时间保证；和
用于所述SLA用户的抖动保证。
83.根据权利要求11的系统，其中所述资源分配装置包括：
分配装置，用于将一传输帧的将来时隙分配给该传输帧中的数据分组，用于通过所述无线媒介传输。
84.根据权利要求83的系统，其中所述分配装置包括：
装置，用于应用超前保留算法；
第一预留装置，用于根据所述超前预留算法为将来传输帧中的互联网协议(IP)流的第一数据分组预留第一时隙；和
第二预留装置，用于根据所述高级预留算法为时间在所述将来传输帧之后的传输帧中的所述IP流的第二数据分组预留第二时隙，
其中所述第二数据分组以所述第一数据分组放置在所述第一时隙等时的方式放置在所述第二时隙。
85.根据权利要求84的系统，其中将所述第一数据分组放置在所述第一时隙和将所述第二数据分组放置在所述第二时隙之间存在周期的变化。
86.根据权利要求84的系统，其中将所述第一数据分组放置在所述第一时隙和将所述第二数据分组放置在所述第二时隙之间存在非周期的变化。
87.根据权利要求84的系统，其中所述高级预留算法确定所述IP流是否对抖动灵敏。
88.根据权利要求11的系统，其中所述资源分配器包括：
装置，用于解释所述IP流的基于多级的优先级(HCBPs)。
89.根据权利要求11的系统，其中所述资源分配器包括：
装置，用于解释所述IP流的虚拟专用网(VPN)优先级。
90.根据权利要求11的系统，其中所述资源分配器包括：
装置，用于解释所述IP流的基于服务层协议(SLA)的优先级。
91.根据权利要求11的系统，其中所述资源分配器包括：
装置，用于解释所述IP流的任何服务类型(TOS)优先级。
92.根据权利要求11的系统，其中所述资源分配器包括：
装置，用于解释所述IP流的任何差别服务(DiffServ)优先级。
93.根据权利要求84的系统，进一步包括：
装置，用于提供将所述第一数据分组放置在所述第一时隙和将所述第二数据分组放置在所述第二时隙之间的周期变化。
94.根据权利要求84的系统，进一步包括：
装置，用于提供将所述第一数据分组放置在所述第一时隙和将所述第二数据分组放置在所述第二时隙之间的非周期变化。
95.根据权利要求84的系统，其中所述超前预留算法包括：
装置，用于确定所述IP流是否对抖动灵敏。
96.根据权利要求84的系统，包括：
装置，用于提供连续预留所述连续时隙的非周期变化。
97.根据权利要求84的系统，包括：
装置，用于提供连续预留所述连续时隙的周期变化。
98.根据权利要求84的系统，其中所述算法包括：
装置，用于确定所述IP流是否对抖动灵敏。
99.根据权利要求14的系统，其中所述分析器操作识别IP优先级分组首部IP流标识信息和分类所述IP流；所述调度器操作安排所述IP流的优先级并操作考虑所述IP优先级首部标识信息。
100.根据权利要求99的系统，其中所述IP优先级分组首部IP流标识信息包括确定器，该确定器操作确定和考虑所述IP流的QoS等级编组。
101.根据权利要求99的系统，其中所述IP优先级分组首部IP流标识信息包括一TOS优先级排序器，该TOS优先级排序器操作解释任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级标记。
102.根据权利要求101的系统，其中所述服务类型(TOS)字段优先级标记与互联网工程工作小组(IETF)RFC1992b兼容。
103.根据权利要求102的系统，其中所述服务类型(TOS)字段优先级标记与IETFRFC1349兼容。
104.根据权利要求103的系统，其中所述标记包括：
最小延时标记；
最大通过量标记；
最大可靠性标记；
最小货币成本标记；和
正常服务标记。
105.根据权利要求99的系统，其中所述IP优先级分组首部IP流标识信息包括一DiffServ优先级排序器，该DiffServ优先级排序器操作解释任何可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级标记。
106.根据权利要求105的系统，其中所述DiffServ字段优先级标记与互联网工程工作小组(IETF)RFC2474兼容。
107.根据权利要求105的系统，其中所述DiffServ字段优先级标记与IETFRFC2475兼容。
108.根据权利要求99的系统，其中所述IP优先级分组首部IP流标识信息包括装置，用于考虑任何资源预留协议(RSVP)信息和目标。
109.根据权利要求108的系统，其中所述RSVP协议信息可以包括：
路径信息；
预留(Resv)；
路径拆卸信息；
resv拆卸信息；
路径差错信息；和
确认信息。
110.根据权利要求108的系统，其中所述RSVP协议目标可以包括：
null；
session；
RSVP_hop；
time_values；
style；
flowspec；
sender_template；
sender_Tspec；
Adspec；
Error_Spec；
Policy_data；
Integrity；
Scope；和
Resv_Confirm.
111.根据权利要求105的系统，其中所述RSVP标记与互联网工程工作小组(IETF)RFC2205兼容。
112.根据权利要求32的系统，包括：
装置，用于分析所述IP流的所述虚拟专用网(VPN)的优先级。
113.根据权利要求112的系统，包括：
装置，用于安排所有VPNIP流的优先级。
114.根据权利要求112的系统，包括：
装置，用于根据一个或多个用户定义的参数安排所述IP流的优先级。
115.根据权利要求32的系统，其中所述VPN包括启用目录的联网(DEN)表管理方案。
116.根据权利要求32的系统，其中利用点对点隧道协议(PPTP)实现所述VPN。
117.根据权利要求1的系统，其中所述系统用作点到点的(PtP)通信系统。
118.根据权利要求117的系统，其中所述以分组为中心的协议是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。
119.根据权利要求117的系统，其中所述以分组为中心的协议是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)。
120.根据权利要求117的系统，进一步包括：
资源分配装置，用于在所述用户CPE站之中分配共享带宽。
121.根据权利要求120的系统，其中执行所述资源分配来优化终端用户的服务质量(QoS)。
122.根据权利要求117的系统，其中所述无线通信媒介包括至少一个：
射频(RF)通信媒介；
电缆通信媒介；和
卫星通信媒介。
123.根据权利要求122的系统，其中所述无线通信媒介进一步包括一种远程通信接入方法，该远程通信接入方法包括至少一个：
时分多址(TDMA)接入方法；
时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法；
码分多址(CDMA)接入方法；和
频分多址(FDMA)接入方法。
124.根据权利要求117的系统，其中所述第一数据网包括至少一个：
有线网；
无线网；
局域网(LAN)；和
广域网(WAN)。
125.根据权利要求117的系统，其中所述第二网络包括至少一种：
有线网；
无线网；
局域网(LAN)；和
广域网(WAN)。
126.根据权利要求117的系统，进一步包括：
资源分配器，在所述用户CPE站之间分配共享带宽。
127.根据权利要求126的系统，其中所述资源分配器优化终端用户的服务质量(QoS)。
128.根据权利要求126的系统，其中所述资源分配器是注重应用的。
129.根据权利要求1的系统，其中所述系统是一种宽带同轴电缆通信系统，其中所述无线媒介包括同轴电缆通信媒介。
130.根据权利要求129的系统，其中所述以分组为中心的协议是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。
131.根据权利要求129的系统，其中所述以分组为中心的协议是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)。
132.根据权利要求129的系统，进一步包括：
电缆资源分配器，用于在所述用户CPE站之间分配共享带宽。
133.根据权利要求132的系统，其中所述资源分配器优化终端用户的服务质量(QoS)。
134.根据权利要求129的系统，其中所述同轴电缆通信媒介包括通过同轴电缆的射频数据通信，其中一个或多个电缆调制解调器调制和解调通过所述媒介传输的信号。
135.根据权利要求134的系统，其中所述电缆调制解调器是DOC/SYScompliant。
136.根据权利要求133的系统，其中所述优化QoS的电缆资源分配器系统包括：
IP流识别器；
IP流特征表述器；
IP流分类器；和
IP流优先级排序器。
137.根据权利要求132的系统，其中所述同轴电缆通信媒介包括一种远程通信接入方法，该远程通信接入方法包括至少一个：
时分多址(TDMA)接入方法；
时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法；
码分多址(CDMA)接入方法；和
频分多址(FDM)接入方法。
138.根据权利要求129的系统，其中所述第一数据网包括至少一个：
有线网；
无线网；
局域网(LAN)；和
广域网(WAN)。
139.根据权利要求129的系统，其中所述第二网络包括至少一种：
有线网；
无线网；
局域网(LAN)；和
广域网(WAN)。
140.根据权利要求138的系统，其中所述资源分配器是注重应用的。
141.根据权利要求133的系统，其中所述系统是点到点的(PtP)网络。
142.一种用于在以分组为中心的无线点到多点通信系统中分配共享无线带宽的方法，所述方法包括：
在无线基站和一个或多个用户客户前端设备(CPE)站之间分配所述共享带宽。
143.根据权利要求142的方法，包括：
动态分配所述共享带宽。
144.根据权利要求143的方法，包括：
以帧为基础分配所述共享带宽。
145.根据权利要求144的方法，包括：
以从所述用户CPE站到所述无线基站的上行链路方向分配所述共享带宽的所述帧。
146.根据权利要求144的方法，包括：
以从所述无线基站到所述用户CPE站的下行链路方向分配所述共享带宽的所述帧。
147.根据权利要求143的方法，包括：
以帧内的一个子帧为基础分配所述共享带宽。
148.根据权利要求147的方法，包括：
以从所述用户CPE站到所述无线基站的上行链路方向分配所述共享带宽的所述子帧。
149.根据权利要求147的方法，包括：
以从所述无线基站到所述用户CPE站的下行链路方向分配所述共享带宽的所述子帧。
150.根据权利要求143的方法，包括：
以帧内的一个时隙为基础分配所述共享带宽。
151.根据权利要求150的方法，包括：
以从所述用户CPE站到所述无线基站的上行链路方向分配所述共享带宽的所述时隙。
152.根据权利要求150的方法，包括：
以从所述无线基站到所述用户CPE站的下行链路方向分配所述共享带宽的所述时隙。
153.根据权利要求143的方法，包括：
以帧内的一个子时隙为基础分配所述共享带宽。
154.根据权利要求153的方法，包括：
以从所述用户CPE站到所述无线基站的上行链路方向分配所述共享带宽的所述子时隙。
155.根据权利要求153的方法，包括：
以从所述无线基站到所述用户CPE站的下行链路方向分配所述共享带宽的所述子时隙。
156.根据权利要求143的方法，包括：
将所述共享带宽分配给一个或多个控制分组。
157.根据权利要求156的方法，包括至少一个：
分配下行确认时隙；
分配预留请求时隙；
分配操作数据时隙；
分配上行确认时隙；
分配确认请求时隙；
分配帧描述符时隙；和
分配命令和控制时隙。
158.根据权利要求143的方法，包括：
将所述共享带宽分配给一个或多个数据分组。
159.根据权利要求158的方法，包括至少一个：
将所述共享带宽分配到上行链路方向；和
将所述共享带宽分配到下行链路方向。
160.根据权利要求142的方法，进一步包括：
以优化终端用户QoS的方式在所述用户CPE站之间分配共享带宽。
161.根据权利要求160的方法，包括：
通过所述共享无线带宽分析和调度IP流。
162.根据权利要求161的方法，包括：
识别所述IP流；
特征表述所述IP流；
分类所述IP流；和
安排所述IP流的优先级。
163.根据权利要求162的方法，其中所述识别步骤包括：
分析分组首部字段；和
识别新的和现有的IP流。
164.根据权利要求163的方法，包括：
缓冲所述IP流的分组；
从每个所述分组的分组首部字段提取数据；和
分析所述分组首部字段。
165.根据权利要求164的方法，包括：
确定所述IP流分组是IPv.4分组版本还是IPv.6分组版本；和
装置，用于语法分析所述分组。
166.根据权利要求164的方法，包括：
确定信源应用类型。
167.根据权利要求166的方法，包括至少一个：
从信源应用分组首部表中存储和重现源地址的信源应用；
从服务类型(TOS)分组首部字段中确定信源应用；和
从差别服务(DiffServ)分组首部字段中确定信源应用；
168.根据权利要求163的方法，包括：
将现有的IP流存储到IP流识别数据表中和从IP流识别数据表中重现现有的IP流。
169.根据权利要求162的方法，包括：
确定一分组是否比门限寿命老；
根据所述分组的所述寿命预计客户应用IP流废弃；
确定所述新的IP流的QoS要求；和
确定与所述新的IP流有关的所述用户CPE站的用户标识。
170.根据权利要求169的方法，包括：
分析生存时间(TTL)分组首部字段以便确定所述分组的所述寿命。
171.根据权利要求169的方法，包括：
确定所述新的IP流的QoS要求。
172.根据权利要求169的方法，包括：
确定所述新的IP流的QoS要求是根据至少一个：
源地址；
目的地址；和
UDP端口号。
173.根据权利要求162的方法，包括：
使现有IP流的一个分组与所述IP流相关联。
174.根据权利要求162的方法，包括：
将所述新的IP流的所述分组分类到QoS等级编组。
175.根据权利要求174的方法，包括：
确定和考虑所述IP流的QoS等级编组。
176.根据权利要求175的方法，包括：
考虑为所述IP流标记任何可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级。
177.根据权利要求175的方法，包括：
考虑为所述IP流标记任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级。
178.根据权利要求162的方法，包括：
为所述IP流考虑基于多级的优先级(HCBPs)。
179.根据权利要求162的方法，包括：
为所述IP流考虑虚拟专用网(VPN)的优先级。
180.根据权利要求162的方法，包括：
为所述IP流考虑基于服务层协议(SLA)的优先级。
181.根据权利要求162的方法，包括：
为所述IP流考虑任何服务类型(TOS)的优先级。
182.根据权利要求162的方法，包括：
为所述IP流考虑任何任何差别服务(DiffServ)的优先级。
183.根据权利要求180的方法，进一步包括步骤：
根据用于SLA用户的服务层协议(SLA)的优先级安排所述IP流的优先级。
184.根据权利要求183的方法，包括步骤：
为所述IP流分析所述SLA。
185.根据权利要求184的方法，包括步骤：
根据一个或多个用户定义的参数安排所述IP流的优先级。
186根据权利要求183的方法，包括：
安排优先级到额外费用服务层；
安排优先级到正常服务层；和
安排优先级到数值服务层。
187.根据权利要求142的方法，其中该方法包括将一传输帧的将来时隙分配到通过无线媒介传输的该传输帧中的一个数据分组，包括：
应用超前预留算法；
根据所述算法为将来传输帧中的互联网协议(IP)流的第一数据分组预留第一时隙；
根据所述算法为时间在所述将来传输帧之后的传输帧中的所述IP流的第二数据分组预留第二时隙，
其中所述第二数据分组以所述第一数据分组放置在所述第一时隙等时的方式放置在所述第二时隙。
188.根据权利要求187的方法，其中将所述第一数据分组放置在所述第一时隙和将所述第二数据分组放置在所述第二时隙之间存在周期的变化。
189.根据权利要求187的方法，其中将所述第一数据分组放置在所述第一时隙和将所述第二数据分组放置在所述第二时隙之间存在非周期的变化。
190.根据权利要求187的方法，其中所述算法确定所述IP流是否对抖动灵敏。
191.根据权利要求147的方法，其中该方法包括在通信系统中提供等时的数据分组，所述通信系统包括：一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与所述第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与所述无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到所述用户CPE站的每一个。资源分配装置优化终端用户的互联网协议(IP)的服务质量(QoS)和在所述用户CPE站之间分配共享带宽，该方法包括：
将超前预留算法应用到互联网协议(IP)流；
根据所述算法以等时的方式为所述IP流的一个或多个连续的将来传输帧预留连续的时隙。
192.根据权利要求191的方法，其中连续预留所述连续时隙之间存在周期的变化。
193.根据权利要求191的方法，其中连续预留所述连续时隙之间存在非周期的变化。
194.根据权利要求191的方法，其中所述算法确定所述IP流是否对抖动灵敏。
195.根据权利要求182的方法，其中该方法包括将标记IP流的差别服务(DiffQoServ)集成到无线点到多点(PtMP)传输系统的服务质量(QoS)优先级，所述无线点到多点(PtMP)传输系统包括一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与所述第一数据网相连，一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与所述无线基站进行无线通信，一个或多个用户工作站通过第二网络与所述用户CPE站的每一个相连，和资源分配器在所述用户CPE站之间分配共享带宽，该方法包括步骤：
分析IP流用于差别服务(DiffServ)标记；和
考虑到任何所述DiffServ标记调度所述IP流。
196.根据权利要求195的方法，其中所述IP流包括至少一个：
TCP/IP流；和
UDP/IP流。
197.根据权利要求195的方法，其中所述分析步骤包括：
识别具有所述DiffServ标记的所述IP流；
特征表述具有所述DiffServ标记的所述IP流；和
分类具有所述DiffServ标记的所述IP流。
198.根据权利要求195的方法，其中所述调度步骤包括：
考虑任何所述DiffServ标记和其它IP优先级首部标识信息安排所述IP流的优先级。
199.根据权利要求198的方法，其中所述安排优先级的步骤包括加权公平优先级(WFP)。
200.根据权利要求199的方法，其中所述安排优先级的步骤包括至少一个：
根据IP流的基于多级的优先级安排优先级；
根据服务层协议(SLA)的等级优先级安排优先级；
根据虚拟专用网(VPN)预约安排优先级；和
根据虚拟专用网(VPN)预约等级优先级安排优先级。
201.根据权利要求197的方法，其中所述识别步骤包括至少一个步骤：
分析所述IP流中的一个或多个分组首部字段；和
区分新的和现有的IP流。
202.根据权利要求201的方法，其中所述分析分组首部字段的步骤包括至少一个：
缓冲所述IP流的分组；
从每个所述分组的所述分组首部字段提取识别信息；和
从所述分组首部字段分析所述标识信息。
203.根据权利要求202的方法，其中所述提取步骤包括至少一个步骤：
确定所述分组是分组版本IPv.4还是分组版本IPv.6；和
语法分析所述IP流的所述分组首部字段。
204.根据权利要求203的方法，其中所述分析步骤包括步骤：
确定信源应用类型。
205.根据权利要求203的方法，其中所述分析步骤包括步骤：
考虑考虑任何所述差别服务(DiffServ)字段优先级标记。
206.根据权利要求205的方法，其中所述DiffServ字段优先级标记与互联网工程工作小组(IETF)RFC2474兼容。
207.根据权利要求205的方法，其中所述DiffServ字段优先级标记与IETFRFC2475兼容。
208.根据权利要求197的方法，其中所述分类的步骤包括步骤：
使现有IP流的一个分组与所述现有IP流相关联。
209.根据权利要求197的方法，其中所述分类的步骤包括步骤：
将新IP流的一个分组编组到QoS优先级等级。
210.根据权利要求209的方法，其中所述编组的步骤包括步骤：
考虑用于所述IP流的任何所述DiffServ标记。
211.根据权利要求198的方法，其中所述安排优先级的步骤包括步骤：
考虑用于所述IP流的任何所述DiffServ标记。
212.根据权利要求179的方法，包含一调度方法用于以分组为中心的无线点到多点通信系统中，所述通信系统包括：一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与所述第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与所述无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到所述用户CPE站的每一个，资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在所述用户CPE站之间分配共享带宽；装置，用于分析和调度通过所述共享无线带宽的互联网协议(IP)流的装置，其中该调度方法包括步骤：
根据虚拟专用网(VPN)的优先级安排所述IP流的优先级。
213.根据权利要求212的方法，包括步骤：
装置，用于分析所述IP流的所述虚拟专用网(VPN)的优先级。
214.根据权利要求213的方法，包括步骤：
安排所有VPNIP流的优先级。
215.根据权利要求213的方法，包括步骤：
根据一个或多个用户定义的参数安排所述IP流的优先级。
216.根据权利要求212的方法，其中所述VPN包括启用目录的联网(DEN)表管理方案。
217.根据权利要求216的方法，其中所述VPNDEN与公用信息模型(CIM)3.0兼容。
218.根据权利要求212的方法，其中利用点对点隧道协议(PPTP)实现所述VPN。
219.根据权利要求212的方法，其中利用互联网协议安全性(IPSec)协议实现所述VPN。
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