CN1459161A - 固定速率数据时隙安排 - Google Patents

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Abstract

描述一种方法，其中把位于一组连续帧(1、…4)内包括的帧(1、…4)的开始和结尾之间的连续数据时隙(1、…N)分配给帧组内定义的数据时隙连接，以便通过传输信道(CH)建立从一个或多个次站(3－1、…3－n)到主站(2)的上行数据传送。系统可以是混合光纤同轴数据通信系统。由此定义在一个或多个次站与主站之间的若干此类数据时隙连接。通过重新分配至少一个数据时隙连接，分配给所述数据时隙连接的那些数据时隙(1，…N)集中在一组连续帧(1、…4)的开始或结尾。该方法通过执行至少一个数据时隙连接的重新分配，有效地且比较平衡地利用了传输信道。重新分配包括要重新分配的现有数据时隙连接的终止及其在下一帧组中的重新安排。

Description

固定速率数据时隙安排
本发明涉及一种方法，其中，位于一组连续帧中包括的帧的开始和结尾之间的连续数据时隙被分配给帧组内定义的数据时隙连接，以便通过传输信道建立从一个或多个次站到主站的上行数据传送。
本发明还涉及适合应用上述方法的传输系统、适合于这种传输系统的主站、适合于这种传输系统的次站以及反映上述方法的操作的相应信号。
这种方法和传输系统见于题为“通过混合光纤/同轴系统有效传送数据的协议”(J.O.Limb等人，IEEE/ACM Transactions on Networking，Vol.5，No.6，1997年12月，第872-881页)的论文。已知的传输系统包括具有数据调制解调器、作为主站和多个次站的前端设备。主站和次站通过同轴光纤传输媒体连接，该媒体包括从主站到次站的高速数据传送所用的下行信道和从一个或多个次站到主站的数据传送所用的上行信道。在通常采用争用程序的请求-许可之后，无争用传输允许在空闲的上行数据时隙连接中。特别是，上行传输必须要由协议控制，协议在比如1-100Mbits/s的传输速度范围内并且在远至35km的相对较远的距离上有效地利用媒体。此外，数据时隙包括在连续分组的帧中，通过建立的数据时隙连接由每个次站发送到主站。对论文中所述还要注意的是，固定速率的上行数据传送是由协议所实现的方法来支持的。
但是，这方面未在此先有技术论文中提及。
因此，本发明的目的是提供一种用于安排数据时隙传送的方法，该方法支持固定速率的上行数据传送，但仍然有效地利用传输系统中的可用上行信道。
此外，根据本发明的方法的特征在于，通过重新分配至少一个数据时隙连接，分配给所述数据时隙连接的那些数据时隙集中在一组连续帧的开始或结尾。
根据本发明的方法的优点在于，通过在帧组中各帧的开始或结尾集中未使用的数据时隙、即未向其分配数据时隙连接的那些数据时隙，可实现与特定准则和标准的一致性。例如，考虑数字视频广播(DVB)准则时，可以将帧组内定义的数据时隙连接安排在帧组内的各帧结尾，以便可以更有效地使用可用上行信道。这里，帧组内定义的数据时隙连接代表扩展到同一帧组内一个或多个帧的数据时隙连接。通过本发明，还有效地限制了帧组中各帧结尾附近区域中使用的数据时隙大小可能的不平衡，因此，或多或少地保证了每帧的所用数据时隙的数量大致相同。通过进一步有利地建议数据时隙连接的重新分配，在上行信道的使用以及所述不平衡的减少上都得到不断优化。
相反，如果有足够的数据时隙可用(可通过简单的连接接纳控制来容易地检查)，则可以自由地执行数据时隙连接的重新分配的安排。此外，如果多数未使用的数据时隙是专门从各帧的开始或结尾排除的，则数据时隙连接重新分配的次数可长时间保持在最小值。另外，这也使主站与多个次站中任何一个相互之间的传输信道的任何消息传递和传输负载最小。
这里还应指出，任何向帧组内定义的数据连接的数据时隙分配和这种分配所需的任何处理均限制在属于一个帧组的帧内的数据时隙。数据在由重复与该帧组相关的时隙分配而产生的时隙中发送。组内的此类处理和相关安排也会重复，并且如果不进行数据时隙连接的重新分配，则不需要重新安排，而可以反复使用以前计算的本地安排。这使该方法很有效。
一个根据本发明的方法的实施例的特征在于，帧组内定义的数据时隙连接是具有恒定速率的固定速率连接，所述速率以每组中连续帧的数量所对应的时隙数量来表示，该速率被表示成{1/nk}的形式，其中，k＝0、1、2、…、K，并且n和k是固定的。
有利的是，固定速率连接将均匀地分布在可用数据时隙上并因而是定期的，可以被自由安排到nK个帧的组内的连续帧中的数据时隙上，只要在数据时隙分配上没有冲突。例如，如果n＝K＝2，则下列各组数据速率连接是可行的，即1、1/2、1/4速率，分别对应于每帧1个数据时隙、每2帧1个数据时隙、每4帧1个数据时隙，这种情况下，一个帧组包括4帧。
根据本发明的方法的另一实施例的特征在于，至少一个数据时隙连接的重新分配是事件驱动的。
因此，如果无事件发生，则不进行重新分配，并且相同的本地安排可有利地用于每个帧组。驱动重新分配的事件特别涉及到添加或终止至少一个数据时隙连接，并且这些事件在帧组内有明确定义。
根据本发明的方法的又一实施例的特征在于，重新分配涉及到要重新分配的现有数据时隙连接的终止及其在下一帧组中的重新安排。有利的是，根据本发明的方法的这个实施例涉及到终止和重新安排的可预测的两步处理。
根据本发明的方法的另一实施例的特征在于，如果帧组中各帧的相应结尾被模拟成并排堆叠、使得数据时隙相应地从帧的开始到结尾形成同样编号的行；从帧结尾开始，可以定义主层包括完全分配给数据连接的帧组中数据时隙的行，但具有最小数据时隙的主层的行或者行号定义为中间层的行除外；轮廓层可定义为那些未包括完全分配的数据时隙的一行或多行；以及这些层用于安排和/或重新安排数据时隙连接。
有利的是，如果未使用的数据时隙、即如上所述的未分配给数据时隙连接的数据时隙由于添加新的数据时隙连接或在轮廓层中终止现有数据时隙连接而要转换成分配的数据时隙，则重新分配在所述轮廓层发生，不涉及在完全分配层、如中间层和/或主层中的任何重新分配动作。这简化了分配处理和控制，并且此类方法可以因而借助于状态机来简单地实现，状态机对所涉及的受限轮廓空间使用列举的状态和过渡。可以最低的重新分配代价来消除未使用的数据时隙，这通过不影响更低的完全分配的中间和主层来保证。
此外，如果在轮廓层操作时创建完全分配给数据时隙连接的新行，则该行会变成新的中间层，而以前的中前层被添加到主层。有利的是，不更改主层的原内容。
现在参照附图说明根据本发明的方法和传输系统及其另外的优点，图中类似的部分使用了相同的参考标号。
图中：
图1表示传输系统的实施例，其中实现了根据本发明的方法。
图2和3是图形表示，用于说明安排帧中包括的数据时隙的传送的方法。
图1示出的传输系统1具有主站2和多个次站3-1、…、3-n，主站也称为前端设备(HE)，次站也称为网络终端(NT)，次站通过数据信道CH连接到主站2。所示系统1是HFC/CATV系统，它具有光纤链路4和光网络终端连接器(ONT)5，通过该终端连接器，下行(DS)数据信道部分和上行(US)数据信道部分、HE 2、NT 3和/或多个NT相互(通过HE)能够通过进行连接(下文称为数据时隙连接)在数据信道CH上进行通信。此类连接通过使用一个或多个时隙建立，这在下面说明。时隙包括在每帧中，并且只要它们用于传送数据，以下就将它们称为数据时隙。
仅通过举例，系统1可以是符合数字视频广播(DVB)/数字视听委员会(DAVIC)标准的网络，例如具有N＝1000个NT，并且US信道的总容量为3088Mbit/s。每帧可包括18个连续的数据时隙，并且持续大约3ms。图2示出各包括18个数据时隙的连续帧，并且示出4帧的组的图示。此处所示模型表示一个箱，其中帧是并排堆叠的。箱在此表示一组的四个帧，它们通过传输信道CH连续传送。帧编号为1、2、3、…、nK，此处n＝K＝2，并且这里每个上行(US)帧包括若干数据时隙，编号为1、2、…18。对应编号的数据时隙包含在箱中的相同行中。图2中以黑色表示的数据时隙已分配给数据时隙连接，并且可以通过适合这些数据时隙的数据单元来填充数据。图2中未分配给数据时隙连接的数据单元保持空白。
如图2所示，在一组4个帧的帧1-4中，从帧的开始、即数据时隙1或者结尾、即数据时隙18排除未使用的空白数据时隙。各帧被分成帧组，每组包括四帧。当然，在安排数据时隙连接的方法中，可以采用不同数目的帧，该数目是nK的倍数，并且在所述实施例中，一帧可以具有任意固定数目的数据时隙。使用的数据时隙在此处集中于帧1-4的结尾，在数据时隙18、17、16、15，这相对于DVB标准是有利的。这保持了上行信道容量。使用的数据时隙在帧1和3中也位于时隙14，在帧4中也位于时隙13和14。使用的上行数据时隙用于建立从一个或多个次站3-1、…3-n到主站2的连接。在接近组中各帧结尾的区域，可能会有使用的数据时隙的大小不平衡，但这可以通过适当地重新分配使用的数据时隙而得到有效地限制。重新分配的结果是使用的数据时隙包含每帧中大致相同数目的数据时隙。
如图3所示，有几种类型的数据时隙连接。如果一组包括四帧，则有三种不同类型的连接，其中数据时隙平均分布在该帧组中的各帧上。因此，存在速率为1、1/2或1/4的数据时隙连接。速率为1的数据时隙连接使用4个数据时隙，例如，在4帧的组内接连的帧1、2、3和4中的四个时隙18。如图所示，有两种速率为1/2的数据时隙连接，或者使用帧1和3中的数据时隙，或者使用帧2和4中的数据时隙。这些上述数据时隙处于同样编号的数据时隙中，使得例如帧1和3的时隙16包含有关某一次站3与主站2之间相同数据时隙连接的数据。这同样适用于数据时隙2和4。有四种速率为1/4的数据时隙连接，使用帧1、2、3或4中同样编号的数据时隙中任一个。在以上给出的实例中，每帧使用一个时隙的速率为1的连接具有128kb/s的比特率，每两帧使用一个时隙的速率为1/2的连接具有64kb/s的比特率，而每四帧使用一个时隙的速率为1/4的连接具有32kb/s的比特率。
在大多数情况下，帧组内定义的数据时隙连接是具有恒定速率的固定速率连接，速率用每组中连续帧的数量对应的时隙数量来表示。该速率可表示为{1/nk}的形式，其中k＝0、1、2、…K，并且n和k是固定的。数据时隙平均分布到上行数据传送上，因此速率1/nk转换为每nk个连续帧有1个数据时隙。在前面段落中所述的情况下，它保持：n＝K＝2。如果通常情况下，每帧具有任意数量的时隙N，则具有速率1/nk的数据时隙连接的相继时隙之间的距离等于nk×N。这实际上意味着，在每帧中必须为数据时隙连接分配数据时隙，以便适合其速率，此数据时隙出现在帧内的相同位置。此类数据时隙连接因而称为固定速率数据时隙连接。如果数据时隙连接的数据时隙不出现在帧内的相同位置，则这称为非固定速率数据时隙，并且如下面所述，此类数据时隙将被消除。
如有必要，可重新分配上述每个数据时隙连接，以便使用组内各帧开始或结尾处未使用的数据时隙。尽可能地减少重新分配次数，使传输信道CH上的消息负荷最小，这一点很重要。因而，重新分配是由事件驱动的。与重新分配相关的事件是数据时隙连接的终止以及此后的新数据时隙连接的添加。一般，数据时隙连接的重新分配涉及要重新分配的现有数据时隙连接的终止，随后是在帧组中新位置的数据时隙连接的添加和重新安排。通常，新数据时隙连接设置在由一个或多个未使用的数据时隙所形成的间隙位置。
图2中用黑框表示了上述具有不同速率的若干数据时隙连接。安排数据时隙的一种方法使用了轮廓层C的概念，该层是位于组中各帧末尾的数据时隙连接的顶层。此轮廓层C在不为空的情况下包括用于固定速率数据时隙连接的所有部分安排的数据时隙行。按照轮廓层的行来计算的最大高度与数据速率连接安排所允许的不平衡性有关。在组中帧的末尾是主层M，如果不为空层，则该层包括除称为中间层I的完全安排的行中“最高行”以外的所有完全安排的行。
在图2的实施例中，轮廓层C包括组1-4中的数据时隙13和14。此轮廓层C具有未使用的数据时隙，如帧1、2和3的数据时隙13以及帧2的时隙14。中间层I包括第15行，即帧1-4的数据时隙15，而主层M类似地由第16-18行形成。
安排数据时隙连接的方法为了优化而使用这些C、I和/或M层。特别是，需要已经建立的固定速率数据时隙连接在长时间内重新分配的次数最小，以便使传输信道CH上的任何消息传递和传输负荷最小。另一方面，如上所述，非固定速率的数据时隙连接要从C、I和M层消除。
例如，在添加数据时隙连接时，该连接先放置在轮廓层C，在该层中进行数据时隙连接的重新分配之后，直至必需时才进行各层的升级。另一方面，在终止数据时隙连接时，在整齐排列至帧末尾的固定速率时隙组内，由于连接终止而形成可能的非固定速率数据时隙连接，这利用连接重新分配来消除。有利的是，用于消除非固定速率时隙的连接重新分配仅涉及随要消除的非固定速率数据时隙的特定位置而定的有限数量的数据时隙连接。具体来讲，如果要消除的非固定速率数据时隙位于：
轮廓层C中，则重新分配仅可能涉及到轮廓层C中的其它数据时隙连接，而完全安排的中间层和主层中的数据时隙连接不受影响；
中间层I中，则重新分配仅涉及到轮廓层C和/或中间层I中的其它数据时隙连接，而完全安排的主层中的数据时隙连接不受影响；
主层M中，则涉及到轮廓层和中间层中的数据时隙连接，以及处在与终止的数据时隙连接的时隙位置相同的数据时隙行或位置的数据时隙所分配到的数据时隙连接。
上述概念开辟了发展最佳使用可用信道传输容量的策略的新方法。特别是，由于数据时隙连接速率的有限集，通过客观和可预测的判定，可以列举轮廓层C的轮廓C形状、内容类型以及与中间层I和主层M相关的完全安排的行。这又允许以简单状态机有效实现轮廓层更改。甚至对于现在和将来在各个数据时隙连接或结构和数据时隙连接组的转变与重新分配的计划，也可以做出有关优化策略的预测。轮廓C子空间可以受到限制和/或控制并且与允许的不平衡性相关。有利的是，实现所述方法必需的控制电路和协议软件主要仅存在于主站2中。
虽然以上内容是参考基本上优选的实施例和最佳可能模式来描述的，但应理解不得将这些实施例视为所述装置的限定性实例，因为技术人员可以实现所附权利要求书的范围内的多种修改、特征和特征组合。

Claims (10)

1.一种方法，其中把位于一组连续帧(1、…4)内包括的帧(1、…4)的开始和结尾之间的连续数据时隙(1、…N)分配给帧组内定义的数据时隙连接，以便通过传输信道(CH)建立从一个或多个次站(3-1、…3-n)到主站(2)的上行数据传送，其特征在于，通过重新分配至少一个数据时隙连接，分配给所述数据时隙连接的那些数据时隙(1、…N)集中在所述一组连续帧(1、…4)的开始或结尾。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帧组内定义的数据时隙连接是具有恒定速率的固定速率连接，所述速率用每组中连续帧的数目所对应的时隙数目来表示，该速率表示为{1/nk}的形式，其中k＝0、1、2、…、K，并且n和k是固定的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一个数据时隙连接的重新分配是事件驱动的。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述事件涉及到添加或终止至少一个数据时隙连接。
5.如权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于，所述重新分配包括要重新分配的现有数据时隙连接的终止及其在下一帧组中的重新安排。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，如果帧组中各帧的相应结尾被模拟成并排堆叠，使得数据时隙(1、…18)相应地从帧的开始(1)到结尾(18)形成同样编号的行，则从帧的所述结尾(18)开始，可以定义主层(M)包括完全分配给数据连接的帧组中的数据时隙行，但具有最小数据时隙的主层行或者其行号被定义为中间层(I)的行除外，轮廓层(C)可定义为那些未包括完全分配的数据时隙的行，并且所述各层(M、I、C)用于安排和/或重新安排所述数据时隙连接。
7.一种用于执行如权利要求1到6之一所述的方法的传输系统(1)，其中把位于一组连续帧(1、…4)内包括的帧(1、…4)的开始和结尾之间的连续数据时隙(1、…N)分配给帧组内定义的数据时隙连接，以便通过传输信道(CH)建立从一个或多个次站(3-1、…3-n)到主站(2)的上行数据传送，其特征在于，所述传输系统(1)用于通过重新分配至少一个数据时隙连接，将分配给所述数据时隙连接的那些数据时隙(1，…N)集中在所述一组连续帧(1、…4)的开始或结尾。
8.适用于如权利要求7所述的传输系统(1)中的主站(2)，其中把位于一组连续帧(1、…4)内包括的帧(1、…4)的开始和结尾之间的连续数据时隙(1、…N)分配给帧组内定义的数据时隙连接，以便通过传输信道(CH)建立从一个或多个次站(3-1、…3-n)到主站(2)的上行数据传送，其特征在于，所述主站(2)用于通过重新分配至少一个数据时隙连接，将分配给所述数据时隙连接的那些数据时隙(1，…N)集中在所述一组连续帧(1、…4)的开始或结尾。
9.适用于如权利要求7所述的传输系统(1)的次站(3-1、…3-n)，其中把位于一组连续帧(1、…4)内包括的帧(1、…4)的开始和结尾之间的连续数据时隙(1、…N)分配给帧组内定义的数据时隙连接，以便通过传输信道(CH)建立从一个或多个次站(3-1、…3-n)到主站(2)的上行数据传送，其特征在于，所述次站(3-1、…3-n)用于通过重新分配至少一个数据时隙连接，将分配给所述数据时隙连接的那些数据时隙(1，…N)集中在所述一组连续帧(1、…4)的开始或结尾。
10.用于如权利要求7所述的传输系统(1)中、以便执行如权利要求1到6之一所述的方法的信号。
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