CN1726672A - 共享介质通信系统 - Google Patents
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Abstract
在共享介质通信系统(100)中,用于避免应用程序数据碰撞的一个通用措施是请求授权机制。争夺上游带宽的次站(104)在共享介质(106)上发送请求,来自主站(102)的授权(110)响应每个该请求。如果至少两个接入请求被合并为多请求(108),则可以提高这样一个系统的效率。
Description
发明领域
本发明涉及一个共享介质通信系统,其包含:
—主站,安排该主站接收接入请求,该主站处理该接入请求和响应该接入请求发送一个授权(grant);
—次站,该站用于发送接入请求和接收该授权;和
—共享介质,该共享介质使主站和次站耦合。
本发明也涉及次站,该次站用于把接入请求发送给主站和响应该接入请求接收来自主站的授权,该接入请求包含用于接入到共享介质的一个请求。
本发明也涉及主站,该主站用于接收来自次站的接入请求,用于处理接入请求和响应于该接入请求把授权发送给次站,该接入请求包含用于接入到共享介质的一个请求。
本发明也涉及一种运行共享介质通信系统的方法,该方法包含:
—主站接收一个接入请求,处理该接入请求和响应于该接入请求发送一个授权。
—次站把接入请求发送给主站和接收来自主站的授权,该接入请求包含用于接入到共享介质的一个请求。
本发明也涉及一种方法,该方法把接入请求发送给主站和响应于该接入请求接收来自主站的授权,该接入请求包含用于接入到共享介质的一个请求。
本发明也涉及一种方法,该方法接收来自次站的接入请求,处理接入请求和响应于该接入请求发送一个授权给次站,该接入请求包含用于接入到共享介质的一个请求。
本发明也涉及在共享介质通信系统使用的信号。
背景技术
在开始的段落中所描述的共享介质传输系统的一个实施方案可从由电缆电视实验室有限公司发布的DOCSIS标准:“电缆数据服务接口规范”,无线频率接口规范,SP-RFIv2.0-I02-020617得知。
每一次站能发送数据通信量上游(upstream)给主站。次站在DOCSIS系统中是电缆调制解调器(CM),但是也可以是机顶盒,电视或接收机。主站在DOCSIS系统中是电缆调制解调器终端系统(CMTS),但是它也可以是前端设备或基站。
共享介质可以携带所有次站发送的数据。然而,当两个或更多个次站发送的数据在介质中碰撞时,数据在主站变得无法了解。
在DOCSIS系统中描述了一种阻止这样碰撞的措施是一个请求-授权机制。想使用介质的次站发送一个接入请求给主站。主站在争夺的次站之间进行调停并且主站发送一个授权下游(downstream),该下游指示使用介质的次站。次站接收授权后仅仅发送它的数据上游。请求-授权机制阻止了应用数据之间的碰撞,但是没有阻止请求之间的碰撞,这可以用碰撞排解协议解决该碰撞。请求-授权机制通常被应用在共享介质通信系统,包含象用于同轴或双绞线电缆、光纤的介质的系统,混合光纤同轴(HFC)系统和基于无源光网络的系统(PON)。为了使接入请求适合在介质上传输,通过在ISO栈的较低层的功能通常在帧中缠绕接入请求。这对每个单独的接入请求增加了开销。
每个次站能处理几个同时业务流(service flow)。业务流可以被看作次站的单方向的传输业务。依照业务流所定义的业务通信参数的所谓质量,通过次站处理一个业务流包括整形,修正和区分通信量的优先次序。
在次站上每个业务流产生它本身自己的接入请求。因此,所有业务流的接入请求争夺进入介质。这将损坏通信系统的性能,特别是,它增加了接入延迟。
已知的共享介质通信系统在处理接入请求上有相对低的效率并且有相对的高的接入延迟。
发明内容
本发明的目的是提供一个在开始的段落中所描述类型的共享介质通信系统,该共享介质通信系统在处理接入请求上有相对高的效率。
通过如下方案来实现该目的:安排次站将多个接入请求合并为多请求并且发送多请求给主站,和安排主站接收多请求,处理多请求和发送响应于合并在多请求中的接入请求的授权。
处理接入请求的系统的效率被提高,因为节省了多路的单独接入请求的开销。另一个优点是减少了接入延迟,因为合并的接入请求不能相互地争夺进入共享介质。
有利地,被合并的接入请求也可以包含多请求。
有利地,在DOCSIS请求帧中表示了多请求,在表示所谓的业务ID(SID)和请求大小(request size)的比特中编码多请求,请求大小是被请求的小时隙的个数。除了前缀,所有这些比特可用于编码多请求。这些比特的至少其中之一比特编码被合并的接入请求的SID。剩余比特的至少其中一个编码每个被合并的接入请求的请求大小。这一优点是使用普通的DOCSIS请求帧。
有利地,通过把多请求放到DOCSIS特定厂商帧中,使多请求适合传输。通过任意但特定的比特组合,这可以被指示在DOCSIS MAC帧的FC_PARM字段中。例如,这可以被包含在将来的标准中。优点是有较多的比特用于编码多请求。这增加了接入请求的数目,该接入请求有效地合并在多请求中。使用所谓的请求/数据传送的机会用于特定厂商MAC帧的传输。
在根据本发明共享介质通信系统的实施方案中,安排次站适合接入请求的合并,该合并依赖于以前合并的接入、以前发送的多请求和/或以前接收的授权的历史记录(histories)。
在根据本发明共享介质通信系统的实施方案中,安排次站适合多请求的发送,该发送依赖于以前合并的接入请求、以前发送的多请求和/或以前接收的授权的历史记录。
有利地,上述两个适合包含结合至少两个接入请求的参数,该接入请求适合一个单独的业务流。一个例子是为数据传输求至少两个连续接入请求的数据大小的和。另一个例子是为时隙介质求至少两个连续接入请求的间隙请求数目的和。然而,在DOCSIS标准中产生的另一例子是求来自单独业务流的至少两个请求帧的所谓小时隙的请求数目的和。
有利地,这些适合在合并两个特殊的接入请求中的潜在增益和实际碰撞的不利条件之间使用折衷。一方面,如果在该系统上有相对高的通信负载,该系统支付(pays off)以把相对高数目的接入请求合并为多请求。另一方面,如果在该系统上有相对低的通信负载,则有相对少的增益,因为接入请求很少被合并。通过得到的历史记录,估计实际的通信负载。
有利地,主站获得包含在多请求里的接入请求并且处理每个接入请求好像接入请求被单独接收。
有利地,主站使用用于部分地或整体地处理接入请求以及用于处理多请求的一种装置或方法。
附图说明
参考附图,从优先实施例的下面描述中本发明的上述目的和特性将更显而易见。
图1显示了根据本发明的通信系统的一个实施方案的方块图。
图2显示了根据本发明的在通信系统的实施方案中使用的多请求。
图3显示了根据本发明的图解通信系统性能的一些曲线图。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的通信系统的一个实施方案的方块图。共享介质通信系统100包含主站102和至少一个次站104。主站可以是电缆调制解调器终端系统(CMTS),但是它也可以是前端设备,集中器,管理中心或基站。次站可以是电缆调制解调器(CM),但是也可以是机顶盒,电视机,网络终端连接器,接收器或所谓的用户办事设备。
共享介质106使主站102与每个次站104耦合。介质和网络通常有树拓扑,而且可能是总线拓扑和星拓扑。介质可以是同轴或双绞线电缆,光纤,混合光纤同轴(HFC)和无源光网络(PON)。
为了避免在共享介质106上碰撞,每个次站104必须发送请求108给主站102。仅仅次站104接收授权110后,次站104才发送另外的数据给主站102。该另外的数据可以包含任何内容,象例如音频和/或视频流,数据文件,事务处理(transactions),用户反馈和其他广播。次站104能把多个请求108合并为多请求108并且发送多请求108给主站102,而不是发送几个单独的请求108。主站102接收到多请求108后,主站102处理多请求108并响应在多请求108中的被合并请求发送授权110。
图2显示了根据本发明的在通信系统的实施方案中使用的多请求。在DOCSIS请求帧(RF)200中描述了多请求。代表性地,请求帧由有效载荷和头组成。
DOCSIS请求帧200的有效载荷由14比特的SID210和8比特的请求大小212组成。头(未示出)包含物理层开销,例如:
—安全带,用于安全把连续的脉冲和不同的次站分离开;
—报头,接收的脉冲的解调需要该报头;
和一些MAC层的开销,例如:
—用于识别请求的控制字段,如所指的,和
—用于错误检测的检查序列。
结果,仅仅请求帧相对小部分被专用于有效载荷。
根据本发明,特殊SID管理方案和请求划分规则被使用,如在下面描述中所详述的。
SID210在L比特的前缀(PF)220,N比特的次站数目(SSN)和请求业务流(SF)224中进一步被区分。请求业务流(SF)224是剩余M比特的一个字段。对于DOCSIS的请求帧200,M=14-L-N。
预先定义的前缀220,例如`01`和`001`,被使用来指示能合并接入请求的商标次站(brand secondary station)或其他次站。主站以特殊的方式对待商标次站。所谓的特殊SID起始于这些前缀220的其中一个。所有其他SIID被称为正常的SID(NSID)。
使用请求业务流224的M比特为由SSN222所指示的次站产生一组M SSIDS(特殊业务标识符)。每个M比特代表一个业务流。设置一个比特以指示用于各自业务流的一个合并请求。如果设置多比特,多请求包含用于各自业务流每一个的请求。设置比特的最大个数最高被限定到R,对于DOCSIS帧200,R再被限定到8。对于请求业务流224的每个比特模式,预先定义一种构造,该构造是把请求大小212构造为许多请求子字段(subfield)中。因此,含有在请求业务流224中设置的r比特,8比特分别被子划分为大小fr1,fr2,...,frr的连续子字段,对于任一r对fri的i的求和是8。在请求业务流224中,子字段i为第i组比特的业务流编码合并请求的请求大小。
在具体实施例中,指示商标次站所使用的前缀是长度L=2的比特串“01”。在下一个8比特中编码次站的数目,因而对于这个前缀N=8意味是256个商标次站的最大值。剩余的M=14-2-8=4比特用于编码业务流224。取R=2,以便最多2个请求被合并在多请求中,例如,原始请求字段的子划分可以是f11=8和f21=f22=4。也就是说,如果在合并的SSID中显示唯一的一个SSID时,那末它的请求大小可达到255(8比特),然而,如果有2个在合并的SSID中表示的SSID,它们中的每一个有最大的请求大小15(4比特)。作为后者情况的例子,如果多请求包含等于比特串01 11001011 0101的SID 210和等于比特串1001 0111的请求大小212,那末对于SSID 01 11001011 0100的请求有请求大小1001(=9)和对于SSID 01 110010110 0001的请求有请求大小0111(=7)。
本领域的普通技术人员考虑可替换的方法在请求帧中编码多请求。
对于每个次站,可利用的SSID的数目有一个上限。因此,主站执行一些逻辑电路以确定是否在次站对产生的新业务流上赋值SSID或NSID。
可以赋值单独多套SSID给一个次站,假设该次站独立地对待SSID,恰恰象多于一个NSID的同时存在。在商标次站上执行此的一种可能是在NSID上提供SSID优先权。在FCFS序列中处理NSID的每一个。作为替换方案,可以按FCFS,循环法或另外公平的方式服务接入请求和多请求。最后,可能是指定SSID给无商标的次站,但是主站应该认为它们为NSID。
通常,合并请求减少了被合并请求的最大请求大小。减轻碰撞的一个选项是使用借道。第一请求仅仅请求小数目的小时隙以仅仅传输帧的一部分。帧下一部分的请求被加到帧的以前部分中。
图3示出了根据本发明的描述通信系统性能的一些曲线图。在这个情况下,系统由100个次站组成和在每个次站上有5个业务流。显示了几种情况下在系统上作为通信负载函数的平均连接有效时间(CAT)。
在这里,CAT被定义为在次站上产生第一请求与在主站成功地接收该请求(如果和其他请求合并,可能作为多请求的一部分)之间的时间差(以时间为单位),在图3中,时间的一个单元响应于一个单独请求帧的持续时间并且接入请求占用这样帧的1/3。
在图3中所画的曲线显示了在不合并的情况下(sc.1)和合并的情况(sc.2)下的平均CAT,后者用于R=1,2,3,4和5,正如,在图3的图例中所显示的。另外,两个曲线描述了分析结果(anal.),该分析结果证实了模拟结果。对于相对高的通信负载,当合并被应用和当R增加时,平均CAT显著地减少。仅仅含R=1时的合并能接近不合并时的(sc.1)相对的大平均CAT。这并不奇怪,因为含R=1的合并相应于服务在FCFS顺序的单独次站的业务流。
然而对于相对低的通信负载,发现相反的效果:当R增加时,平均CAT显著地增加。
这意味着:根据对于相对低的通信负荷的R=1时的较低的平均CAT使R依赖于通信负荷支付(pay off),以及朝着相对高的通信负荷的方向增加R到4或5支付(pay off)。
Claims (13)
1.一种共享介质通信系统(100),包含:
-一个主站(102),安排该主站接收一个接入请求(108),该主站处理该接入请求(108)和响应于该接入请求发送一个授权(110);
-次站(104),该次站用于发送该接入请求(108)和接收该授权(110);和
-共享介质(106),该共享介质使主站(102)和次站(104)耦合,
其特征在于:安排次站(104)将多个接入请求(108)合并为多请求(108)并且发送多请求(108)给主站(102),和其中安排主站(102)接收多请求(108),该主站处理多请求(108)和响应于合并在多请求(108)中的接入请求(108)发送该授权(110)。
2.如权利要求1所述的共享介质通信系统(100),其特征在于:安排次站(104)适合接入请求(108)的合并,该合并依赖于以前合并的接入请求(108)、以前发送的多请求(108)和/或以前接收的授权(110)的历史记录。
3.如权利要求1所述的共享介质通信系统(100),其特征在于:安排次站(104)适合多请求(108)的发送,该发送依赖于以前合并的接入请求(108)、以前发送的多请求(108)和/或以前接收的授权(110)的历史记录。
4.一种次站(104),该次站用于发送接入请求(108)给主站(102)和响应于该接入请求(108)接收来自主站(102)的授权(110),该接入请求(108)包含用于接入到一个共享介质(106)的一个请求(108),其特征在于:安排次站(104)合并若干个接入请求(108)为多请求(108)和发送多请求(108)给主站(102)。
5.如权利要求4所述的次站,其特征在于:安排次站(104)适合接入请求(108)的合并,该合并依赖于以前合并的接入请求(108)、以前发送的多请求(108)和/或以前接收的授权(110)的历史记录。
6.如权利要求4所述的次站,其特征在于:安排次站(104)适合多请求(108)的发送,该发送依赖于以前合并的接入请求(108)、以前发送的多请求(108)和/或以前接收的授权(110)的历史记录。
7.一种主站(102),该主站用于接收来自次站(104)的接入请求(108),用于处理接入请求(108)和响应于接入请求(108)发送授权(110)给次站(104),接入请求(108)包含用于接入到一个共享介质(106)的一个请求(108),其特征在于:安排主站(102)来接收包含若干合并接入请求(108)的多请求(108),处理多请求(108)和响应于在多请求(108)中的接入请求(108)发送授权(110)给次站(104)。
8.一种操作共享介质通信系统(100)的方法,该方法包含:
-主站(102)接收一个接入请求(108),处理该接入请求(108)和响应于该接入请求(108)发送一个授权(110),
-次站(104)发送该接入请求(108)给主站和接收来自主站(102)的授权(110);接入请求(108)包含用于接入到一个共享介质(106)的一个请求(108),其特征在于:该方法进一步包含:
-次站(104)合并若干个接入请求(108)为多请求(108)并且发送多请求(108)给主站(102),
-主站(102)接收多请求(108),处理多请求(108)和响应于合并在多请求(108)的接入请求(108)发送该授权(110)。
9.如权利要求8所述的方法,进一步地其特征在于:接入请求(108)的合并适合依赖于以前合并的接入请求(108)、以前发送的多请求(108)和/或以前接收的授权(110)的历史记录。
10.如权利要求8所述的方法,进一步其特征在于:多请求(108)的发送适合依赖于以前合并的接入请求(108)、以前发送的多请求(108)和/或以前接收的授权(110)的历史记录。
11.发送接入请求(108)给主站(102)和响应于接入请求(108)接收来自主站(102)的授权(110)的一种方法,接入请求(108)包含用于接入到一个共享介质(106)的一个请求(108),其特征在于:该方法包含合并若干个接入请求(108)为多请求(108)和发送多请求(108)到主站(102)。
12.接收来自次站(104)的接入请求(108)、处理接入请求(108)和响应于接入请求(108)发送一个授权(110)给次站(104)的一种方法,接入请求(108)包含用于接入到一个共享介质(106)的一个请求(108),其特征在于:该方法包含接收包含若干合并接入请求(108)的多请求(108),处理多请求(108)和响应于合并在多请求(108)中的接入请求(108)发送该授权给次站(104)。
13.一种在共享介质通信系统所使用的信号,其特征在于:信号包含多请求(108),该多请求(108)包括用于接入到共享介质(103)的至少两个合并请求(108)。
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