CN1843023B - 用于提供音频/视频内容的超宽带无线/电力线通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在连接到电力线通信网络的内容服务器与具有同接口模块的超宽带连接的远程电子装置之间传递内容流(即，话音、视频、数据)的系统。接口模块是电力线通信/超宽带(PLC/UWB)模块，最好连接到电力线网络上的常规电源出口。接口模块将电力线信号从服务器转换为广播的超宽带信号以便无线电子装置接收。最好也支持从无线电子装置到服务器的返回通信。电力线通信和/或超宽带信号也可加密以提高安全。内容服务器和接收模块最好配置为仅在总线主控分配的带宽部分内传递内容流，总线主控可包括具有程序设计的内容服务器，以控制物理电力线通信网络上的带宽使用。

Description

用于提供音频/视频内容的超宽带无线/电力线通信系统
发明背景
技术领域
本发明一般涉及音频、视频和数据网络，更具体地说，涉及使用电力线通信(PLC)和超宽带(UWB)传输模块将不受限的音频、视频和数据内容提供到遍及建筑物或连接到建筑物电力基础设施的消费者电子装置或从中提供这些内容的无线家庭内部或办公室内部建筑物网络。
背景技术
先进的几代计算机和个人电子装置外形已变得越来越小，更适合携带。这些装置的计算机功能和数据存储能力同时得到了极大的提高。具有的万维网访问功能允许长距离地将数据和视听内容及话音和文本通信传送到便携式装置。通信系统也变得越来越有效率和可靠，可很轻松地访问那些系统。
诸如膝上型和笔记本计算机或手持装置等许多最新机器的部分效用是轻便、可携带。将便携式装置物理连接到诸如电缆等固定物理连接以便访问打印机、投影仪、内部网络或通信系统的需要减少了便携式装置的效用。因此，便携式装置上插口和其它电缆连接的数量和类型的减少将允许进一步缩小将来便携式装置的尺寸。
电子装置之间的无线或无线电频率通信已用于形成局域网，从而减少了对有线连接的需要或将其降到最低。例如，无线局域网(WLAN)系统可以是建筑物内有线LAN的扩展或替代选择。
便携式消费者电子装置在许多情况下正变得依赖家庭网络连接来提供音频和视频内容。将装置系到信号源的电缆不便性变得越来越麻烦。现有的无线解决方案在处理此问题，但完全的无线连接优点在范围、带宽和可靠性方面受到限制。另外，现有的无线解决方案未配置用于与物理电力线通信网络内的其它虚拟网络上利用的PLC装置进行合作。应认识到，PLC网络的用户共享目的地端电力线配电变压器提供的带宽，其中，一般在约五到十个左右的家庭连接到每个电力线配电变压器。
诸如开发用于局域网(LAN)的IEEE 802.11a/b/g和开发用于个人区域网(PAN)的蓝牙等现有短距离无线标准在范围、带宽和干扰影响性方面具有某些固有的限制。例如，IEEE 802.11b在2.4GHz ISM频带内运行，并具有大约100米的额定运行范围和大约33Mbps总合并速度(total aggregate speed)。蓝牙具有大约10米的范围和低功率模式10Mbps的总合并速度。
在同时利用诸如2.4GHz电话等某些电子装置时，使用IEEE802.11b标准的网络经常受到干扰，常导致系统崩溃。对于跨建筑物一层或多层的垂直网络，这种干扰特别麻烦。
常规固定频率无线应用的一个另外的缺点是由于无线电波从物体上反射并使用不同路径在稍微不同的时间到达接收器的原因而发生的多径失真。多径失真可导致死区和衰落，并在密集的商业和繁忙的家庭环境中特别普遍。
因此，需要为便携式电子装置提供一种高速、宽带宽的无线接口，而不会实质上破坏现有结构或者发展新的基础设施。本发明满足了该需要及其它需要，并克服了在先有无线系统中出现的缺陷。
发明内容
本发明一般包括一种系统，以支持到位于住宅或商业建筑的房间内或电力线通信(PLC)网络扩展到的其它位置内的电子装置的数据通信(即，视听内容)。超宽带(UWB)无线模块连接到PLC以便与电子装置进行通信，如膝上型计算机、PDA、相机、摄像机、MP3播放机和具有UWB连接，可受益于不受限使用的其它装置。系统最好配置为利用分配管理器分配可用PLC带宽，如将PLC带宽分成时隙的分配管理器，时隙在存在稀少业务量时根据需要分配给用户，在请求超过可用带宽时可平均共享可用带宽。根据本发明系统的无线装置最好配置为与分配管理器进行通信，并在指定的分配限制内操作。
本发明的通信系统可通过示例而不是限制的方式描述为内容服务器，经连接以通过形成电力线通信(PLC)网络的电气出口网络传送电力线通信信号。对于通过PLC网络的分布，服务器可访问数据或视听内容源，如从媒体播放器、DVD、CD、PVR、DVR、STB、直播馈入、线缆馈入、卫星馈入、广播馈入、因特网连接、高或低带宽电话连接等。内容服务器也可操作以收集内容，如用于记录通过电力线网络接收的视频流及分发内容。
系统利用连接到PLC网络的多个电力线通信超宽带(PLC/UWB)接口模块(装置通信模块)，这些模块将从服务器接收的电力线通信信号转换为在出口附近传送的UWB信号。超宽带连接由装置通信模块内的超宽带通信接口提供，该模块可包括单向操作(发射器或接收器)或双向操作(收发信机)。系统为装置提供通信，装置带有UWB信号接收器、发射器或收发信机，如集成在象利用、查看或寻找内容的MP3播放器、便携式立体声系统、便携式电视及诸如此类等的电子装置内或与其连接。
通过PLC/UWB模块和配有收发信机的远程无线装置，系统命令和/或数据流可在服务器与用户装置之间往返传递。用户装置可包括通过PLC的通信要传送到的任一装置，如膝上型计算机、PDA、平板PC、摄像机、相机、安全监控装置、便携式电视机、个人音响系统、配有UWB连接的电话等。PLC/UWB模块接收的UWB信号内的数据或命令在送至服务器的电力线通信信号内抽取和编码，而服务器又可通过PLC和UWB传输，再将命令或数据送回电子装置。这样，命令或流可在任一方向上传递。
服务器和PLC/UWB模块最好配置为将其虚拟网络内传递的数据加密和解密，以防止从连接到同一物理电力线通信网络的其它虚拟网络内访问内容，如共享电力网内同一配电变压器的其它家庭。
本发明的优选实施例包括将数据内容引向电力线通信网络上特定单元、并确定返回服务器的数据内容起源的手段。该手段可通过利用信道机制、单元定址机制、分配机制或其组合来实施。这些内容指引手段的实施每个均具有其自己的益处和缺点。
电力线通信网络的带宽可分为一组信道，其中的每个可传递到PLC/UWB模块以便与远程无线装置进行通信。例如，可在服务器上支持一组信道，并且PLC/UWB模块可配置为在一个或多个支持的信道上操作。然而，应理解，电力线通信带宽是在连接到末尾引线(last-leg)配电变压器的所有装置之间共享，并且本发明内任一信道化通信的实施最好实施为提供与共享同一配电变压器的其它虚拟网络的合作。
服务器和PLC/UWB模块最好配置为通过电力线通信链路输送定址信息，其中，内容可从服务器路由到PLC的给定虚拟网络内的特定PLC/UWB模块，同时可识别服务器从PLC/UWB模块接收的数据源。因此，服务器可将内容路由到给定虚拟网络内的单个PLC/UWB模块，或者可广播到连接到电力线通信网络的一个或多个选定模块或所有模块。因此，通过将单元标识符与位置信息和分组相关联，可响应这些PLC/UWB模块的相对位置对它们进行定址，如按照房间、楼层、组等。
做为示例而不是限制，地址可包括单元标识符，如使用序列化IP芯片或任何其它方便的机制以辨别连接到电力线通信网络的装置单元。单元定址可与通过电力线通信网络传递的命令和请求关联利用，如在专用于控制业务量的特定时隙内，或者可更普遍地与每个内容流关联利用。单元定址可在做为通过电力线网络利用的传输协议一部分的传输内编码。例如，从PLC/UWB模块的带宽请求最好具有在其内编码的单元标识符，指示那个单元在发出请求，同时，从做为总线主控的内容服务器来的对应分配命令最好包括要依据分配命令行动的单元的单元标识符。可以理解，多个机制可用于提供在电力线网络上运行的单元识别。单元识别机制一般在多个电力线通信协议内提供。
将数据内容指引到特定位置并确定返回服务器的数据内容起源的手段也可做为分配机制的一部分实施，其中，带宽保留用于给定的PLC/UWB模块，从而允许基于内容传递通过的带宽部分，选择目的地和确定数据起源。
本发明的优选实施例通过利用定址机制选择目的地并确定起源的定址机制进行描述，其最好是与分配机制组合利用，分配机制允许为在单个物理电力线通信网络上一个或多个虚拟网络内传递的流进行带宽动态分配和再分配。
带宽分配最好由在物理电力线通信网络上具有通信连接的服务器执行，服务器执行程序设计以便在PLC网络用户之间分配PLC网络带宽，并且也可为数据流(即，媒体内容流)分配带宽，如响应媒体流优先级。在优选实施例中，分配PLC带宽的服务器作为网络的总线主控操作，并分配带宽以供在给定物理网络内每个相关联虚拟网络内操作的服务器和PLC/UWB模块使用。配置为在带宽使用分配条件下连接到PLC网络的每个UWB通信模块最好配置有用于在充当总线主控的服务器设置的带宽分配限制内操作的手段。服务器响应上述手段内基于有关要传递的流的信息形成请求的模块生成的带宽请求，为PLC/UWB模块分配带宽。
系统通过将数据通过电力线通信网络路由到电力线通信到超宽带(PLC/UWB)接口装置，到支持超宽带连接的装置，从而在服务器与无线装置之间提供通信。PLC/UWB接口装置也可在本文中称为PLC/UWB转换器模块、PLC/UWB模块，或只称为模块。数据路径可配置用于将数据从服务器路由到最终装置，从最终装置到服务器，或数据可在任一方向路由的更普通情况。PLC/UWB模块连接到电力线网络，并配置用于在电力线信号与超宽带信号之间转换，允许服务器与远程装置之间进行通信。
本发明的一个方面是在内容服务器与在电力线连接模块附近操作的远程无线装置之间提供通信。
本发明的另一个方面是提供一种系统，用于往来于实际上不受无线电频率装置干扰的电子装置输送数据。
本发明的另一个方面是提供一种系统，用于通过带宽受管理的电力线网络和连接到目的地无线装置的超宽带无线通信链路组合，与远程装置传递数据。
本发明的另一方面是提供一种克服需要折衷考虑范围和安全的通信系统。
本发明的另一方面是提供一种通信系统，在该系统中，范围可有意限于墙壁和楼层限制的有限空间内。
本发明的另一方面是提供一种不受多径失真问题影响的通信系统。
本发明还有的一个方面是通过常规无线系统扩展无线装置的范围和带宽。
本发明的其它方面将在下面的说明书部分陈述，其中，详细的说明是为了完全公开本发明的优选实施例而不是限制本发明。
附图说明
通过参照只用于说明目的的以下图形，将可更完整地理解本发明：
图1是适用于居住环境的本发明一个实施例高层示意图；
图2是根据本发明一个实施例的数据和内容源功能方框图；
图3是根据本发明一个方面的PLC/UWB模块方框图，显示有PLC接口内的分配带宽控制电路；
图4是流程图，显示了根据本发明一个方面的时隙再赋值；
图5A是流程图，显示了根据本发明一个方面，在用于电力线通信网络的带宽管理程序设计内的未使用时隙恢复处理；
图5B是继续图5A程序逻辑的流程图；
图6是流程图，显示根据本发明一个方面，用地电力线通信网络的带宽管理程序设计内的时隙分配处理；
图7A是流程图，显示根据本发明一个方面，在流终止后的时隙再指定；
图7B是图7A流程图的继续。
具体实施方式
为便于说明，本发明将更具体地参照图形，体现在图1到图7B概括显示的设备中。可以理解，在不脱离本文所公开的基本概念的情况下，设备可按照配置和组件的细节而不同，并且方法可按照特定步骤和顺序而不同。
1.UWB通信与PLC组合。
本发明将超宽带(UWB)通信技术与电力线通信技术配合使用，以提供高容量、高速的通信流网络。在图1所示实施例中，UWB和PLC技术的组合提供了不受限的高带宽连接，能可靠地将音频、视频和/或数据内容输送到整个家庭的消费者电子装置。系统10适用于如图1所示的住宅中使用。虽然住房是用于说明，但可理解，系统可适用于在具有设立的电力线出口的商业建筑物及建筑物间和室外环境中使用。
同时参照图2，数据或内容服务器12提供用于从许多不同的源接收数据和其它内容，将信号转换为合适的PLC信号以便通过PLC/UWB网络14传输，该网络包括建筑物的电气系统和多个PLC/UWB模块16，这些模块将PLC信号转换为UWB脉冲并将这些脉冲传送到在每个模块16附近操作的无线装置。专门配置用于多种电子装置40的接收器18将UWB脉冲转换成适当的信号以便无线装置接收。
系统可配置用于任一方向的数据流或通过在服务器、PLC/UWB模块和无线装置中包括收发信机而用于双向路由数据。通过超宽带通信信道通信的无线装置最好支持本发明内的单元定址，然而，由于超宽带信号对诸如墙壁和门等障碍物造成的衰减反应的有限范围原因，无线装置一般可以在不同的房间或在不同的楼层操作而无干扰。多个单元定址机制和换而言之的信道定址机制在本领域已为人熟知，无需进一步详细描述。
如图2所示，本发明的网络可从建筑物20内部和外部的多个源传递内容。例如，服务器12可从卫星反射器或有线电视提供商22接收数字音频/可视信号。通过电缆、DSL或拨号连接或诸如此类的数据和因特网通信24也可由服务器12接收和发送。同样地，在一个实施例中，来自个人计算机、LAN或其它计算机网络26的信号可由服务器12接收和发送。可以看到，网络可与另一楼层的计算机、计算机网络或外围设备连接而无需新线路安装。音频和视频图像及其它功能可来往于安全系统28传递。例如，巡视建筑物的保安人员可在手持式监控器上从保安摄像头接收图像以确定闯入者或其它危险的位置而无需开门。服务器12也可通过常规电话线接收电话或传真通信30。
另外，服务器12可配置为从位于建筑物内的DVD、盒式磁带录像机、数码相机、收音机或类似的视频和/或音频装置32接收信号。在图1体现的系统10说明性示例中，视听(AV)内容可由适当连接到服务器12的DVD播放器提供。服务器接收的内容信号可由服务器处理以在必要时转换信号，使信号适合电力线通信(PLC)传输。最好是信号在通过PLC网络传输前进行加密，并且流可能受限于分配部分的带宽内的传输，如在时隙内。虽然如此，做为选择，只需服务器12重新传送接收的信号。
建筑物中现有的电气基础设施在电力线通信(PLC)技术中用于在高速、高容量系统中承载音频、视频、数据、话音和其它信号。例如，PLC技术可提供具有快于现有DSL和电缆调制解调器吞吐量速度的宽带因特网访问。然而，不但由于网络结构的原因，而且由于建筑物内居住者用电的原因，每个电力线网络一般具有高度变化的阻抗、噪声和信号衰减级别。例如，电力线网络中的噪声可通过阻抗改变来自电线，及来自电机、调光器、电源设备和恒温器。噪声可与50Hz到60Hz的电源频率同步，或者不同步。背景噪声一般为低级别，是持续的，并具有取决于电源使用的定期高电平噪声脉冲。
机制最好是结合在本发明中以改善通信可靠性和噪声耐量，如调制信号频率，重复数据分组，使用前向纠错算法、检错技术(即，循环冗余校验)及诸如此类。由于本领域的技术人员一般熟知这些机制的益处和实施，因此，它们将不再描述。
可以看到，家庭或办公室中的任一电源出口可以是从服务器12通过建筑物电源系统传送的PLC信号的接入点。在所示实施例中，PLC/UWB模块16配置有适合电源插座36中对应插孔的常规插头，以便从服务器12访问电源系统38和PLC信号。类似地，可安装永久性PLC/UWB模块(未显示)，通过电灯插座接入电源系统，或者通过建筑物电源系统的永久性结构改变而接进电力线。
系统10的范围在每个楼层平面上水平扩展，并且通过PLC网络在建筑物每个楼层之间垂直扩展。类似地，系统10的范围也可通过使用外部电线38或外部出口36，扩展到具有服务器和电气系统的建筑20外。
PLC/UWB模块16配置有UWB发射器、UWB接收器或更好是UWB收发信机以便与模块16周围整个区域的无线装置进行通信。电子装置40的收发信机18可以接收或者发送和接收与使用UWB传输的服务器12之间的通信。在另一实施例中，PLC/UWB模块包括可接收从PLC/UWB模块附近电子装置传输的红外、无线电波或类似的波返回接收器，以实现与服务器12的返回通信。
1.1 UWB通信的益处。
PLC/UWB模块16传输最好包括分于宽带的无线电频率的极短、极低的功率脉冲。对于最现代的无线电设备，基于UWB脉冲的信号不调制固定的频率载波。通过将信号功率扩展到带宽的频率，只有细小的能量在任一给定频率辐射，因此，此能量对现有固定频率装置好象是背景噪声。例如，如果一瓦特的信号功率分在1Ghz的频率范围，则在频带的每一赫兹部分只发射1毫微瓦的功率。因此，PLC/UWB模块16可以在固定频率服务当前占用的经许可和未经许可频谱上操作而不会干扰现有装置。
UWB信号随时间而不是频率变化。持续大约0.5纳秒或更多的极短持续时间脉冲由UWB模块16调制。虽然每秒生成数百万脉冲42，但脉冲短的持续时间保持低的工作循环，因此也保持低的功率消耗。
1.2用于UWB通信的脉冲调制方案
各种脉冲方案可用于调制UWB脉冲42以传送数据。例如，脉冲位置调制(PPM)可用于基于脉冲的位置将信息编码。PPM方案涉及在时间上脉冲的放置，并一般使用时间窗选择。因此，一纳秒窗将允许每秒多达10亿个脉冲。如果连续的窗分组，则一个窗中的脉冲可表示1值，并且第二窗中的脉冲可表示0值。多个窗可相关联以定义4比特或8比特等。或者，脉冲调制窗可使用存在脉冲以表示1值，并通过使用开关键控调制，不存在脉冲可表示0值。
另外，UWB脉冲窗可在本系统内分组以形成表示1或0值的代码项。编码的脉冲也将减轻多个同时用户信号的可能混淆，并可以提高信号完整性。
从PLC/UWB模块16发射器发射的信号由用户的无线装置40的UWB接收器收集，并且脉冲被重建。无线装置40可以只是从PLC/UWB模块16接收UWB信号42的内容播放器，如高清晰电视或收音机。在图1所示实施例中，用户电子装置除UWB接收器外，还具有UWB返回发射器。在此实施例中，返回发射器将UWB信号44发送到PLC/UWB模块16的接收器。PLC/UWB模块16处理返回信号，并将信号通过建筑物20的电力线网络38发送到服务器12。如果服务器12链接到外部通信系统，则服务器12可通过外部链路促进通信。
另一调制方案通过改变脉冲的功率而定义值。脉幅调制(PAM)方案使用脉冲幅度编码信息。还有的另一调制方案使用信号相位确定比特值。二进制相移键控(BPSK)将“前向”和“后向”脉冲读为1或0。虽然上述脉冲方案有用，但可理解，其它调制方案可使用。
1.3通信加密。
信号加密技术最好结合在本系统内以提高系统安全。例如，电力线通信信号最好由服务器12加密和解密。每个PLC/UWB模块16可在未加密的无线传输前将通信解密，或者它可执行其自己的信号加密以用于通过宽带通信链路与远程装置的通信。也应理解，PLC/UWB模块16可通过UWB通信链路传递由服务器12执行的加密，以由远程装置解密。
1.4系统使用和变化。
可能看到，本发明的系统可用于从简单的视听播放到更复杂的无线计算机和电话使用等多种使用。例如，信号源34的视听(AV)输入可送至服务器12以进行处理和电力线传输。AV输入由服务器通过使用PLC技术的家庭电源系统38传送。PLC/UWB模块12将PLC信令转换为UWB信令，并在模块12附近广播UWB信号。AV内容可在具有PLC/UWB模块12的任一房间(或者甚至从外部出口在建筑外)中具有UWB接收器接口18的便携式电视上观看。UWB和PLC技术的组合提供了可以可靠地将音频/视频内容输送到整个家庭中消费者电子装置的不受限、高带宽连接。
服务器12和PLC/UWB模块16可配置为支持多个信道，其中，不同的内容可传递到在不同位置的不同模块。例如，PowerPoint演示文稿和会议电话可在建筑内或不同位置建筑物之间的不同位置同时进行。无线个人助理装置可在个人计算机上执行程序设计，而该个人计算机从不同于服务器或个人计算机的位置的会议室链接到服务器12。
另外，应理解，AV服务器12甚至可配置为在不受限模式操作，如通过包括电池组和PLC/UWB模块。这种情况下的PLC/UWB模块可配置为接受从服务器通过UWB链路及通过PLC通信链路的通信。这样，服务器可在通信仍至少有部分业务量通过PLC路由而受益的同时进行漫游。
2.通过PLC的带宽争用。
应理解，诸如居住环境中的房主或商业环境的公司(或单个公司的各个部门)等多个实体一般共享单个配电变压器。电力线通信信号可提供给连接到配电变压器次级线圈的所有各方，并且各方必须共享可用带宽而不论通信活动和可用带宽的波动如何。在典型的居住环境中，大约5到10个家庭共享一个配电变压器。这种情况在使连接到PLC的装置如何利用可用带宽未得以解决的同时，形成了安全威胁。虚拟网络可在彼此之间争用带宽，从而降低所有虚拟网络的整体效率，并且在一些情况下，由于装置不保证PLC带宽的平等共享，因此，这可能使PLC网络无法使用。
2.1系统PLC带宽管理。
本发明最好将带宽管理结合到内容服务器12和PLC/UWB模块16，从而在配电变压器约束的物理网络上为每个实体提供一个虚拟网络。要提供公平的带宽利用，控制共享电力线通信网络的物理网络的各个虚拟网络的服务器必须在控制其相应虚拟网络内带宽使用方面进行合作。PLC带宽在平等基础上分配到每个虚拟网络，保证流(特别是最高优先级流)将得到一定的带宽，以便与远程装置进行通信，如通过末尾引线与远程装置进行无线通信的PLC/UWB模块16。可理解，PLC网络上通常视为服务器并在以下论述中称为“总线主控”的一个装置配置为将带宽分配到在PLC网络上操作的装置。同时，连接到PLC网络的每个装置及连接到PLC的任何其它服务器根据本发明的此方面配置为利用总线主控分配的带宽。每个PLC/UWB模块16因此最好配置有根据总线主控的指导利用带宽的电路。应理解，下面的说明提供了通过PLC和UWB通信链路组合通信的系统内带宽分配的说明性示例，在不脱离本发明教导的情况下，其特定实施可由本领域的技术人员修改。
本发明配置为提供带宽管理而不论电力线噪声和电力线上的不稳定条件如何。系统的一个优选实施是基于正交频分复用(OFDM)技术。为在不稳定的电力线介质上建立稳定的连接，电力线上的每个装置交换载波信息，并且在每次执行通信时选择最佳的载波。带宽最好是基于时分多址(TDMA)机制管理，其中，带宽是根据带宽的时隙部分分配。应理解，带宽也可做为频度范围，或频率范围和时隙的组合，或者打包可用带宽以供流使用的其它形式进行分配。在不脱离本发明教导的情况下，可采用这些替代带宽分配机制。
为简化服务器之间的协调，本系统最好配置为将在配电变压器约束的物理网络上操作的服务器之一指定为总线主控。总线主控未得到特殊的垄断操作，并且总线主控选择可以任一方便的方式确定。在本实施例中，在将服务器连接到电力线系统时，服务器尝试检查总线主控的存在。如果未找到总线主控，则新连接的服务器行使总线主控的职责。在断开活动主控的连接时，在电力线网络上操作的另一装置将成为新的总线主控。主控的作用(根据TDMA实施)是将时间轴分割成固定长度的周期帧，并且每个帧包括固定数量的时隙。
总线主控最好将可用的接入时间分割成固定长度时间周期。时间周期被分成固定数量的时隙，例如，100个时隙。主控将多个时隙之一指定到每个流。时隙将在每个周期用于流，直至流终止。在开始流之前，发送方最好从主控请求时隙。由于在同步流上定时是重要的，因此，至少，要为其保留一定数量的时隙。如果带宽允许，则由于有足够的时隙可供主控分配，因此，每个流获得请求的足够时隙以满足最佳操作。然而，如果对所有流存在不足的带宽，则主控重新指定时隙以在流组优先级内虚拟网络之间实现公平共享。根据本发明实施的主控因此在平等共享安排下重新指定时隙，以供在共享电力线的每个虚拟网络内流传递使用。
2.2服务器。
如根据本发明所述，通过具有足够处理能力的PLC网络进行通信，并程序设计用于执行总线主控功能的任一服务器(或智能装置)可做为总线主控。例如，总线主控可包括配置用于执行总线主控程序代码并支持PLC网络连接的个人计算机、媒体服务器、机顶盒(STB)、个人录像机(PVR)、数码摄像机(DVR)、电视机或其它装置。通过示例，媒体服务器可包括具有带宽控制电路的PLC接口、适用于执行总线主控程序设计的中央处理器和存储器及其它可选的元件，如用于存储媒体的硬盘驱动器、用于收集在控制媒体服务器并显示状态和/或媒体内容方面用户偏好的用户接口、视频和/或音频调谐器及用于通过电话线、电缆连接、LAN进行通信的调制解调器或网络接口等。
为确保通过一般受配电变压器约束的物理电力线分布网络上虚拟网络连接的安全，PLC接口最好包括加密/解密单元。
2.3 PLC/UWB模块客户机。
图3显示做为总线主控的客户机操作的典型PLC/UWB模块内的功能。与存储器102结合的中央处理器100显示为通过本地总线104连接以控制其它电路。电力线连接106显示为连接到电力线控制器(PLC)接口108，接口显示为带有用于遵循总线主控确定的带宽分配的分配带宽控制器电路110。可选的加密/解密单元112为通过虚拟网络传递的数据提供安全措施。UWB发射器或收发信机114显示有用于提供与无线装置连接的天线116。
2.4带宽分配。
通过PLC网络传递的数据通常称为“流”，这是因为一般它包括音频和/或视频流。但其它形式的数据可与流一起或做为其替代物传递。流数据通常可考虑同步、异步或两者的组合。在流传输前，发射器从总线主控请求发送流的足够时隙。请求必须由主控处理，因为它管理可用时隙的分配。主控返回响应以通知发射器在为它指定的时隙。发射器开始使用指定的时隙进行流传输。可理解，主控响应可用带宽的改变、带宽请求和带宽请求的优先级顺序，调整可用于指定的时隙。这种情况下为PLC/UWB模块16的客户机配置有利用总线主控分配的指定带宽的手段。例如，TDMA电路可配置用于响应总线主控的时隙指定，在选定的时隙进行通信。
本分配方法最好执行带宽重新分配以便维持平等的带宽共享。例如，在总线响应带宽请求而太忙，无法同时满足所有带宽请求时，总线时控可为流指定少于发射器请求的时隙。这种情况下，发射器必须调整其数据编码率以适合给定的带宽，或者延迟传输。在发射器终止流后，它通知主控给定的时隙不再使用中，而主控将时隙重新指定给其它流。对于时隙管理通信，一个或多个时隙可被保留并因此在任何时候不可用于承载同步或异步流。以下部分描述主控如何管理时隙。
3.时隙重新指定算法
3.1优先级组。
在装置发射新流前，它从主控请求时隙指定。主控在响应中为装置指定时隙，但并不是始终能够指定发射装置请求的时隙数。如果非足够的时隙可供使用，则主控基于网络优先级和流优先级而重新指定时隙。
通过示例，本发明可配置有四个优先级别，即，组A、B、C和D。组A具有最高优先级，而组D具有最低优先级。同步流归类为组A或B，而异步流归类为组C或D。例如，VolP(因特网协议上话音)和现场录制音频或视频流归类为组A。可理解，由于无法检索现场录制数据，因此，它应被赋予最高优先级。重放音频/视频流被视为在组B。Web访问提供在组C，而文件传送被视为在组D。应认识到，在不脱离本发明教导的情况下，系统的不同实施可以不同方式定义这些优先级组。本发明最好配置为在任何条件下根据每个组为请求分配保证的最小时隙数，这样，即使低优先级流虽然带宽分配小，但也正规得到服务。
3.2 PLC网络优先级。
由于多个家庭可共享给定的配电变压器，因此几个虚拟网络可在单个物理电力线网络上操作。先来先服务基础上分配带宽的惯例在现有PLC网络应用或类似的重叠虚拟网络情况中是不平等的，这是因为第一个用户可独占多于其带宽平均份额，限制了尝试通过网络通信的同等体操作。假设一个示例，在该示例中，第一个家庭利用了总电力线带宽的95％，而第二个家庭访问网络并需要20％的带宽。在先来先服务基础上，第一个家庭的用户可继续独占带宽，而第二个家庭无法获得足够的带宽以实现其所需的操作。
与此相反，本发明公平地分配带宽以解决此问题。带宽的时隙部分根据需要指定，多至平均的可用带宽份额，之后，可用带宽平等地分割在请求额外带宽的那些中。重新分配的执行是响应新带宽请求、流终止、整体物理网络带宽改变等而动态调整带宽分配。
3.3时隙重新指定。
在本发明内分配带宽的方法是基于可指定或重新指定到虚拟网络上每个请求的时隙。时隙最好是响应要传送的数据(即，流)的优先级分配。指定/重新指定在本发明内由实际上独立应用到每个优先级组的时隙重新指定算法执行。
参数输入到算法中，最好包括：(a)每个流的请求时隙数；(b)每个流的优先级组名(即，组A、B或Q)；(c)每个组的目标总时隙数。
算法返回：(a)为每个流重新指定的时隙数；(b)为每个组分配的平均或少于目标数的时隙总数。
时隙不足，无法满足组的需求时会执行时隙减少。这种情况下，所有或一些流随后被指定少于已请求的时隙。需要执行时隙减少时，主控配置为最好将时隙减少的命令/通知发送到流发射器。流是速率可调节时，如对于某些音频或视频流，发射器减小编码率以适应新的更窄可用带宽(根据分配的更少时隙)，从而响应更低的带宽提供适度的降级。流是速率不可调节时，例如，异步流，则不执行速率调整，这是因为可用时隙的减少只会导致流传送减速或中止。
时隙重新指定算法的参数可定义如下：
k-总网络数；
i-网络索引(0≤i＜k)；
j-流索引(0≤j＜strm(i))；
T-目标总时隙数；
p-未减少的流数(即，r(i)＝1)；
strm(i)-网络i上的总流数；
r(i)-网络i的减少比率(0≤r(i)≤1)，
如果r(i)为1，则不执行减少；
s(i，j)-流j在网络i上最初请求的时隙数；
U(i)-网络i最初请求的时隙数；
U ( i ) = Σ j = 0 Strm ( k ) s ( i , j )
δ(x，y)：Kronecker的δ函数
如果x＝y，δ(x，y)＝1；
如果x≠y，δ(x，y)＝0；
min(x，y)：最小函数
如果x≤y，min(x，y)＝x；
如果x＞y，min(x，y)＝y；
T = Σ i = 0 k - 1 r ( i ) U ( i )
图4显示时隙重新指定的示例。在开始执行如方框200所示的过程后，变量r(i)、p和t1如方框202所示初始化。值r(i)随后确定为如方框204所示，并且值t1、t2和p按照方框206所示确定。按照方框208所示，t1和t2的值进行比较，并且在t1＝t2时执行如方框210所示完成，或者如方框204、206所示的操作重复，直至t1＝t2。
3.4优先级组内时隙重新指定的示例。
以下示例提供用于帮助理解优先级组内的重新指定处理。假设一种方案(案例)，其中三个家庭(每个具有其自己的虚拟网络n0、n1和n2)共享电力线分布式系统(k＝3)。假定现在90个时隙指定到组A，因此，目标总时隙数T为90。响应虚拟网络n0、n1和n2上的繁忙业务量条件，30个时隙将指定到每个虚拟网络。因此，可理解，每个优先组内的时隙分配是在共享物理网络带宽的虚拟网络宽度内管理，如PLC网络情况下配电系统的末尾引线。下面概述了考虑重新指定的其它案例。
3.4.1案例1.
三个网络请求时隙如下：n0＝30个时隙；n1＝25个时隙；以及n2＝20个时隙。由于请求的时隙总数75少于可用时隙数90，因此，三个网络均可获得请求的时隙数，并且时隙减少未执行。
3.4.2案例2.
三个网络请求时隙如下：n0＝50个时隙；n1＝20个时隙；以及n2＝15个时隙。虽然网络n0请求大部分时隙50，但请求的时隙总数仍低于可用时隙90，其中，为网络n0提供有请求的50个时隙，而其它网络得到了其请求的时隙数。应理解，未确定用途的额外时隙可分配到超过配额内那些的网络。
3.4.3案例3.
三个网络请求时隙如下：n0＝50个时隙；n1＝25个时隙；以及n2＝20个时隙。网络n0同样请求大部分时隙50，并且请求的总时隙数现在超过可用时隙数90。可用的90个时隙公平分配将给予每个虚拟网络做为平等“配额”的30个时隙。由于带宽不足以满足所有请求的时隙，并且网络n0超过其时隙配额，因此，从网络n0取走5个时隙，这样，业务量适应在可用带宽内。
重新指定的时隙如下：n0＝45个时隙；n1＝25个时隙；以及n2＝20个时隙。应理解，提供到虚拟网络n0的带宽只比请求的数量少10％，因此，例如如果在n0上发送5Mbps视频流业务量，则调节的速率将降为4.5Mbps。应认识到，用于n0的此总数据率包括与一个或多个流相关联的总带宽，例如，一个流可利用30个时隙，而另一流利用20个时隙。
3.4.4案例4.
三个网络请求时隙如下：n0＝50个时隙；n1＝40个时隙；以及n2＝20个时隙。在此案例中总请求时隙为110，超过了可用的90个时隙。虚拟网络n0和n1均超过其公平的份额配额90/3＝30个时隙，而n2只请求20个时隙，低于此情况下其30个时隙配额。系统将20个时隙分配到n2，并将剩余的带宽在请求超过其可用带宽公平份额(配额)的两个虚拟网络之间平分。因此，n0和n1均收到(90-20)/2个时隙，分配如下：n0＝35个时隙；n1＝35个时隙；以及n2＝20个时隙。
从这些示例和相关联的论述中，应理解，本发明可在多个虚拟网络之间平等地共享可用带宽。时隙分配通过示例方式描述，并且在不脱离本发明教导的情况下，方法可利用不同的共享标准，包括各种形式的加权。
3.5时隙重新指定的其它方面。
系统最好配置为支持固定速率(不可缩放)流，其中，发射器可禁止主控向流应用时隙减少。降低固定速率流的传送速率可破坏利用流的能力。因此，在调节带宽分配中，系统配置为选择性地将时隙减少应用到可缩放流和异步流。
主控也可进行配置，以便在总线已经繁忙时它可拒绝重新指定时隙以适应新流。每个优先级组的最小时隙最好分配在循环帧中的固定位置。对于同步流，主控指定连续的时隙，剩余片断的时隙分配用于异步流。
4.带宽管理算法。
4.1用于新流的时隙管理。
给定优先级组内时隙的分配已描述，它扩展到用于在优先组之间分配时隙的本发明实施例。发射器在需要将流发送到另一装置时，发射器从主控请求发送流的足够时隙。如果总线不忙，并且时隙可用，则发射器可分配到请求的时隙。然而，如果总线繁忙，并且无足够时隙可用，则主控基于优先级重新指定时隙以适应新传输。
图5A和图5B显示最小时隙指定程序设计的示例，其中，未使用的时隙从未在利用其最小时隙分配的优先组中恢复。在此处理中，如果带宽不足以满足所有请求，则在那些时隙在使用时，流只保持其最小时隙分配，未使用的时隙被收回用于其它优先级组。
标记为“组X重新指定”和“组X最小化”的方框通过执行上述时隙重新指定算法执行，其中，X在组的集合{A，B，C，D}内选择。
在发射新流的请求后，最小时隙指定执行会得以执行，在需要时，带宽管理程序设计如方框230所示开始进行，并且如方框232所示确定是否有足够的时隙可用于满足所有带宽请求。如果存在足够的带宽，则执行方框238并且从方框290执行图6所示的算法。
如果如方框232所示确定时隙不足，无法适应所有请求，则按照方框234所示检查新流请求的性质。如果请求属于组A范围，则执行方框238。如果请求不是组A，则执行方框236以确定该组是否已经在使用最小或更多时隙，其中，执行链接到图6的方框238。如果未在使用最小时隙，则方框240检查是否为组D请求，请求被路由到方框250以执行是否为组C等的检查。然而，如果它是另一组(B或C)，则执行方框242以确定组D是否在利用少于或等于最小时隙分配的时隙数。
如方框242所示，如果发现组D利用的时隙超过最小时隙数，则执行如方框244所示操作以获得时隙。如果可从组D获得足够的时隙，则减少的时隙如方框246所示重新指定到组D。在方框246后，如方框274所示获得的时隙指定到组中，并且如方框276所示更新可用的时隙数据，处理如方框278所示结束。
如果按照方框244所示获得的时隙不足，则如方框248所示，组D的时隙分配降到最小，并且执行如方框250所示操作以从另一组获得时隙。
方框250到258和方框260到268类似于方框240到248。从最低优先级的组D到最高优先级的组B，为新流指定超过最小数量的时隙。
如果无法从组D、C和/或B任一组获得足够的时隙，则从组A取得时隙。从组A取得的时隙由方框270表示以获得最小时隙，并且如方框272所示，减少的时隙重新指定到组A。如方框274所示，获得的时隙指定到组中。如方框276所示更新可用时隙数据，并且处理如方框278所示结束。
应理解，通过利用上述算法，在未发送该优先级的流时，不必为组B、C和D保留最小时隙数。
图6显示根据本发明执行的带宽管理程序设计示例，它从图5A流程图的方框238扩展。
标记为“组X重新指定”和“组X最小化”的方框通过执行上述时隙重新指定算法执行，其中，X在组的集合{A，B，C，D}内选择。在收到传送新流的请求后，从最小时隙分配中恢复未使用的时隙以供流使用，并且如果需要更多的时隙，则如方框290所示开始的时隙分配处理中考虑时隙优先级。如方框292所示确定是否有足够的时隙可满足所有带宽请求。如果存在足够的带宽，则执行方框294，为新流指定请求的时隙数，并且如方框296所示更新可用时隙信息，之后，按照方框298所示，算法退出。
如果如方框292所示确定时隙不足，无法适应所有请求，则按照方框300所示检查新流请求的性质。如果新流与异步通信(组C或D)相关联，则如方框302所示检查组C流。如果这不是组C流，并因此是组D流，则按照方框304所示重新指定可用的组D时隙以平等地与此新流共享它们。对于组C流，如方框306所示执行检查以确定是否可从组D流取得足够的时隙。如果存在足够的时隙，则按照方框308所示指定它们，并且按照方框304所示重新指定组D时隙。如果组D时隙不足，则按照方框310所示将组D时隙降到最小，并且腾出的时隙与重新指定组C时隙一起用于为新流提供时隙的平等共享。
如果新流与异步通信(即，组A或B请求)不相关联，则执行如方框314所示继续，在该处确定可从组D分配取得的时隙是否可用。如果时隙确实足够，则如方框316所示，足够的组D时隙数从组D时隙重新指定，并如方框294所示指定到新流。如果没有足够的组D时隙可用，则如方框318所示将组D指定降到最小，腾出所有另外的时隙以供重新指定。
如果无法从组D流获得足够的时隙，则如方框320所示执行检查以确定是否可从组C时隙获得时隙，并且在与所有腾出的组D时隙组合时是否可满足新流的请求。如果足够的时隙可用，高于用于组C的最小时隙，如方框320所示检测的，和如方框318所示从组D取得的那些，则按照方框322所示，这些时隙被重新指定，并按照方框294所示指定到新流。否则，按照方框324所示，将组C指定降到最小，腾出另外的时隙以供重新指定。
按照方框326所示，执行关于请求是否为组A请求的确定，在该处，如果这不是组A请求，则执行如方框328所示继续用于组B请求，其中时隙从组C和D流腾出的那些重新指定到组B。如果腾出的时隙不足以满足组B时隙请求，则由于可能不能从更高优先级的组A流取得时隙，因此，时隙减少将发生。
如果如方框326所确定，请求是用于组A流，则执行如方框330所示继续，在该处确定是否存在高于组B内最小数的足够时隙。如果可从组B腾出足够的另外的时隙以满足请求，则如方框332所示它们被指定到组A中的时隙，并且如果存在足够的时隙，则在组B、C和D内腾出的时隙重新指定如方框328所示进行。如果如方框330确定存在的时隙不足，则如方框334所示用于组B的时隙降到最小，并且按照方框336所示，从组B、C和D收集的时隙与时隙减少组合使用，以便在组A内重新指定时隙。
4.2用于新流的时隙管理示例。
以下示例以示例方式提供，旨在理解用于新流的时隙分配。如表1所示，为此论述假设每个组的最小分配时隙为：B：80、C：10、D：5。应注意的是，由于优先级组A具有最高优先级，因此，并未为此组指定时隙最小数。又假定给定条件下的总可用带宽为250个时隙。
4.2.1案例1.
组A初始利用所有250个时隙。发射器要开始需要5个时隙的新组D流。用于组D的最小时隙分配为5个时隙，并且组D因此从组A获得5个时隙。组A被给予245个时隙，并且减少被执行以适合245个时隙。表2列出了处理之前和之后的时隙请求与分配。减少比率为245/250。执行路径在图5A和图5B的流程图内描述，经过的方框有：230、232、234、236、240、250、252、260、262、270、272、274、276及278。
4.2.2案例2.
组A、C和D分别在使用230、15和5个时隙。发射器将开始需要40个时隙的组B流。组B的最小时隙数为80，并且组D使用最小数量的时隙。组C使用最小值10时隙以上，但组B无法从组C获得足够的时隙。因此，组B从组A和组B的组合获得40个时隙。表3列出了处理之前和之后的时隙请求与分配。执行路径在图5A和图5B的流程图内描述，经过的方框有：230、232、234、236、240、242、250、252、254、258、260、270、272、274、276及278。
4.2.3案例3.
这是新组B流(或多个流)在与案例2相同条件下需要100个时隙的案例。组B被指定有从组A和组C取得的80个时隙。表4列出了处理之前和之后的时隙请求与分配。执行路径与上述案例2中相同，但如方框274所示执行时隙减少。结果时隙减少比率为80/100。
4.2.4案例4.
假定在下面的示例中，每组当前指定的时隙如下：A：120、B：100、C：15、D：10。应注意的是，总共利用了245个时隙，有额外的5个时隙可供使用。
等待发送新组D流的发射器向主控发送10个时隙的请求。响应此事件，5个剩余的时隙被指定用于此流，但不指定其它时隙。现在，组D的总请求时隙为10+10＝20，虽然只有15个时隙可用。因此，组D流被配置为平等利用可用的15个时隙。路径在图5A和图6的流程图内描述，经过的方框有：230、232、234、236、238、290、292、300、302、304、296、298。表5中显示了上述重新指定之前和之后的时隙指定。由于新流是组D流，指定到组A、B和C的时隙数不会改变。
4.2.5案例5.
发射器需要发送新的组C流，并从主控请求20个时隙。响应此事件，因此从组C指定5个剩余的时隙，但再需要15个更多的时隙来满足请求。组D当前利用10个时隙，并且利用减少到其最小量的5个时隙，从而腾出5个另外的时隙。由于组B和A处于更高优先级，因此，无法减少它们的时隙。因此，只有10个另外的时隙指定到组C，并且通过时隙利用减少，分配用于组C的新的25个时隙总数在现有流与新流之间共享。路径在图5A和图6的流程图内描述，经过的方框有：230、232、234、236、238、290、292、300、302、306、310、312、296、298。表6中显示了上述重新指定之前和之后的时隙指定。注意，用于组A和B的时隙数未改变。
4.2.6案例6.
发射器需要传递新的组B流，并从主控请求20个更多时隙。响应此事件，剩余的5个时隙先指定到组B用于该流，随后，组D时隙减少到最小数，并且由于仍需要更多的时隙，因此，组C时隙也减少到最小数，这样，从每个组取得了5个时隙。总计15个时隙因此添加用于组B。由于无更多时隙可用，组A时隙处于更高优先级而不应拿取，因此，分配到组B的115个时隙随后在原来的流与新流之间共享。路径在图5A和图6的流程图内描述，经过的方框有：230、232、234、236、238、290、292、300、314、318、320、324、326、328、296、298。表7中显示了上述重新指定之前和之后的时隙指定。注意，组A时隙指定未发生改变。
4.2.7案例7.
发射器需要传递新的组A流，并从主控请求33个时隙。响应此事件，5个剩余的时隙先指定到新流，组D利用的时隙被降到最小，并且由于仍没有足够的新时隙可用，因此，用于组C的时隙数也降到最小。现在可用的累计额外时隙为15，需要另外18个时隙。这18个时隙从组B取得，将组B时隙从100降为82个。组B流随后必须共享分配给它们的流82，这造成了从原来请求的100个累计时隙的速率降低。最好由如上所述流内的速率调整促进此时隙减少。总共33个时隙因此被腾出，其中，组A可传送新流而不需速率降低。执行路径在图5A和图6的流程图内描述，经过的方框有：230、232、234、236、23 8、290、292、300、314、318、320、324、326、330、332、328、296、298。表8中显示了上述重新指定之前和之后的时隙指定。
4.3流终止后的时隙管理。
前一节解释了聚集时隙用于与新流相关联的指定，而本节描述流终止后的时隙管理。在流终止时，该流利用的时隙将被释放，并且新的可用时隙可基于组优先级而重新指定到其它在进行的流。按从组A、组B、组C到最后组D的优衔级顺序使组可获得释放的时隙。
图7A和图7B显示了在释放相关联流时用于重新指定时隙的算法示例。在时隙释放时，用于该组的时隙分配需要更新以反应释放的时隙。新的可用时隙随后可用于其它流，并且它们按组优先级A、B、C、D的顺序使各组可获得。
重新指定处理如方框350所示开始，并且如方框352所示执行终止前时隙利用的检查。如果在流终止前所有时隙并未利用，则执行继续到方框354，在该处，在如方框356所示退出过程前更新有关可用时隙的信息。可理解，如果在终止流前不需要时隙，则在响应流终止时仍将不需要它们。结果是可用于将来指定的时隙数增加。
然而，如果根据方框352的检测，所有时隙以前在使用中，则腾出的时隙在任一组有需要时最好进行重新分配。终止流的组内时隙必须考虑腾出的时隙，因此，该组内的最小化或重新分配会先进行。如方框358所示，确定终止的流是否为组A流。如果它是组A流，则处理继续(通过连接符A-A)进入图7B。可理解，组A流从不最小化，具有最高优先级，其中，组A流释放的时隙可基于优先级立即重新指定到某个组。
如果释放的时隙不与组A流相关联，则如方框360所示确定它们是否从组B流释放。如方框362所示继续组B终止流的处理，在该处，除终止的流外所有组B流原来请求的总时隙会与组B最小时隙进行比较。如果请求的时隙数仍超过最小时隙数，则处理如方框364所示继续，在该处，时隙数保持在最小，并且如方框366所示，处理继续进行以为新腾出时隙确定适当分配。即使无法完全满足组B请求的时隙数，组B的结果时隙减少比率也将小于其以前的。
然而，如果请求的时隙数(现反应释放时隙的数)不大于为组B分配的最小时隙数，则按照方框368所示从释放的那些中重新指定时隙，并且如方框366所示，处理继续进行以为新腾出的时隙确定适当的分配。如果存在可用时隙，则在处理通过到图7B的连接符CC继续时将分配它们。
如果终止的流是组C或D流，则处理通过方框358、360至方框372，其中确定终止的流是否为组C流。如果终止的流为组C流，则处理如方框374所示继续，在该处利用的时隙数按照方框376所示保持为最小，或者按照方框378所示，一些释放的时隙被重新指定以满足原来的时隙请求。在任一情况下，如果根据框366的确定，另外的时隙仍可用，则处理继续。
如果根据方框372的检测，终止的流不是组C流，则它必定是组D终止的流，则处理如方框380所示继续，在该处如果请求的时隙数未超过为该组分配的最小时隙数，则时隙数按照方框384所示保持在最小，否则，如方框382所示，最小时隙数指定到组D以尝试满足原来的请求。同样地，所有剩余的另外时隙按照图7B所示进行检测和处理。
仍可用的时隙随后基于组优先级指定到其原时隙请求未满足的组中。这些时隙的重新分配先检查组A流的时隙需要，并基于优先级往下在组中继续，直至释放的时隙已全部重新分配或者所有时隙已达到其所需的时隙分配级，其中，另外的时隙可能未使用，并因此可用于将来的组需要。
如方框386所示，确定组A流是否能够获得它们在请求的时隙。如果请求的时隙数等于或小于当前时隙数，则执行转到方框388，在该处调用时隙重新指定算法并重新指定时隙。由于有足够的时隙用于组A，因此不执行时隙减少。如果请求的时隙超过已分配的时隙，则如方框390中所示，利用可用的时隙以尝试满足原来的请求，然而，如果没有足够的时隙可用，则仍可能发生时隙减少。虽然在指定另外的时隙后，时隙减少可能仍是必需的，但应认识到，由于时隙减少比率移到更接近于指定时隙与请求时隙之间的一比一比率，因而，它得以改进。
如方框392所示，执行检查以确定是否存在另外的时隙。如果已指定可用时隙，则不必进行另外检查；否则，可用时隙的分配继续。如方框394所示的检查确定组B是否请求了超过其当前分配的时隙。如果组B具有其请求的时隙数，则按照方框396所示，可重新指定时隙而无需时隙减少。然而，如果请求的时隙超过分配的时隙，则按照方框398所示，可重新指定可用时隙以满足需要。由于缺少足够的时隙以完全满足组B的请求，因此，时隙减少发生以最好地利用可用时隙。
如方框400所示，执行可用时隙检查，在该处，剩余的时隙因此可分配到组C和/或组D。如方框402、410所示，类似的时隙需要检查处理发生，并且如404、412所示，为满足的请求重新指定时隙，或者按照方框406、414所示为组C和组D执行可能的时隙减少，通过另外的时隙进行重新分配。
在上述可用时隙重新分配后，如方框416所示更新有关可用时隙的信息，并且处理在418终止。
4.4流终止后的时隙管理示例。
相对于流终止后释放时隙，可通过示例方式更清楚地理解系统的操作。假设有如上述相同的案例，其中带宽包括250个时隙，并且如表1中所列出的，每个组分配的最小时隙数如下：B：80；C：10；以及D：5。
在上述方案中，总线很忙，并且所有时隙全部被利用。组B、C和D已减少到最小可指定时隙数，而组A时隙从165减少到155，发生了时隙减少。在表9的之前部分列出了时隙数请求和指定条件。
4.4.1案例1.
在上述条件下，假设原来请求5个时隙的组A流刚结束，其中，发射器通过请求主控取消5个时隙请求、使得对于此示例组A请求的总时隙数变为160个时隙(165-5＝160)而对事件响应。要注意的是，请求的时隙数仍超过当前指定的155个时隙。其中，在从终止的流重新指定时隙后，执行时隙减少。无另外时隙可供组B、C和D流使用。执行路径在图7A和图7B的流程图内描述，经过的方框有：350、352、358、386、390、392、416及418。表9中显示了执行新的上述重新指定之前和之后的时隙指定。
在上述方案中，应注意的是，请求的时隙数减少了5个，然而，利用保持相同，这是因为某个组A流释放的时隙被其它组A流所利用。组A的降低比率从155/165变为155/160，从而使得组A内的流响应利用5个时隙的一个流的终止而实现更高的数据率。
4.4.2案例2.
在此方案中，假设在终止的组A流已请求40个时隙。响应此事件，发射器请求主控取消40个时隙，其中，组A请求的总时隙数降为125个时隙，(165-40＝125)。由于请求的总时隙数少于当前指定的时隙数155，因此，30个时隙可用于其它更低优先级的流(155-125＝30个时隙)。在这些时隙中20个时隙指定到在请求100个时隙的组B，而剩余的10个时隙用于组C，使得指定到组C的总时隙数至20个。无另外时隙可用于组D流。执行路径在图7A和图7B的流程图内描述，经过的方框有：350、352、358、386、388、392、394、396、400、402、404、408、416及418。表10中显示了执行上述重新指定之前和之后的时隙指定。
查看表10后可理解，所有可用时隙仍在利用中，然而，现在组A、组B和组C流以请求的速率传送，而时隙减少仍保持用于组D流。
4.4.3案例3.
假设此案例中发射器终止原来已请求42个时隙的组B流。响应此事件，发射器请求主控取消42个时隙请求，其中，组B的请求时隙数从100降为58(100-42＝58)。当前组B指定有80个指隙，并且系统腾出总共22个时隙(80-58＝22)。前10个时隙指定到组A中最高优先级流以满足165个时隙的请求。总共10个更多的时隙指定用于组C内的流，给它20个指定时隙，而剩余的2个时隙指定到组D，而组D仍要进行时隙减少，请求了10个时隙而现在收到这10个时隙中的7个时隙，而不是以前的请求的10个时隙中的5个时隙。执行路径在图7A和图7B的流程图内描述，经过的方框有：350、352、358、360、362、368、366、386、388、392、394、396、400、402、404、408、410、414、416及418。表11中显示了执行上述重新指定之前和之后的时隙指定。
查看表11后可理解，所有可用时隙仍在利用中，然而，现在组A、组B和组C流以请求的速率传送，而对组D的流在执行更少的时隙减少。
4.4.4案例4.
假设此方案中发射器终止原来已请求10个时隙的组B流。响应此事件，发射器请求主控取消10个请求的时隙，其中，组B请求的时隙数从100个时隙降到90个时隙(100-10＝90个时隙)。请求的90个时隙仍超过为组B分配的80个时隙最小值，其中，10个额外的时隙用于组A流，从而实现其全部请求的165个时隙。最小的80个时隙同样指定给组B，并且无另外时隙可用于加快组B流或更低优先级的流。执行路径在图7A和图7B的流程图内描述，经过的方框有：350、352、358、360、362、364、366、386、388、392、416及418。表12中列出了执行上述重新指定之前和之后的时隙指定。
可理解，所有可用时隙仍在被利用，然而，现在组A流在以请求的速率传送。组B降低比率从80/100变为80/90，从而使得组B的视频流即使未指定另外时隙也实现了更高的速率。
4.5可选方面和替代方面。
上述流程图以方便的形式显示了本发明优选实施例的一般流程。然而，在不脱离本发明范围的情况下，通过使用替代程序流，可以多种替代方式实施本发明内流优先级的处理。相对于此优选实施例，概述了本发明的各个方面，然而，在不脱离本发明教导的情况下，可通过多种变化和替代选择实施本发明。
通过示例，本发明可支持任意数量的优先级组，这些组无需限于实践所述的四个优先级组。可理解，为共享虚拟网络上的带宽而不考虑流优先级，单个优先级组退化的案例是可操作的。
流的传输需求在本文中通常描述为针对多个时隙的原始请求，然而，可理解，为流请求的时隙数可响应条件(即，噪声)、应用的外部条件或历史时隙分配而动态改变。例如，流可只请求X个时隙以维持所需的通信，然而，在保持在分配的X-Y个时隙一段时期T后，它可能降到低于所需的“同步级别”或应用的其他量度，并因此根据应用担保，请求分配X+Z个时隙以补偿损失。
5.自适应带宽控制。
由于电力线的条件不时发生动态改变，因此，本系统最好配置为自适应控制指定到流的带宽量。例如，在噪声条件变得更差时，流可能需要多于当前指定的时隙，其中，发射器从主控请求另外时隙。主控最好将请求做为新流请求处理，并应用上述相同的时隙管理算法和时隙重新指定算法。如果时隙可用，则发射器利用原来的时隙及新指定的时隙承载相同的流。
在噪声条件改善时，发射器可请求主控取消其另外请求的时隙。主控最好将请求做为新指定流的流终止处理，并应用相同的时隙管理算法和时隙重新分配算法。
6.变化。
流的时隙使用优先化在本文是根据固定的组优先级描述，然而，本发明可配置有用于响应需要或历史来调整组优先级和甚至基于个体流优先级的机制。例如，响应在一段时间或历史期内请求时隙和分配时隙之间的差异，可提高朝着获得另外的时隙方向的流优先级。这样，可响应任一特定应用的需要而控制流带宽的剥夺。通过另外示例，在不脱离本发明教导的情况下，基于外部条件改变、历史时隙指定或其它确定因素，可在组之间提升流。
本系统最好采用时分多址(TDMA)的形式，其中，带宽单元表示为多个时隙。然而，应理解，本发明并不限于利用TDMA，而是在不脱离本发明范围的情况下，可选择利用多个带宽分配机制。通过示例而不限制，作为选择可采用频分多址(FDMA)形式，其中，频隙而不是时隙指定到流。在本发明的实施例内，利用TDMA和FDMA的组合，也可形成混合带宽分配。
还应理解，所述系统的UWB通信能力可替换为用于与目的地端装置进行通信的其它机制，如有线链路、其它无线通信链路、红外链路及诸如此类。为电力线通信网络和类似的共享网络布置结合所述带宽分配机制，这使得电力线的带宽可平等共享，同时支持这些远程通信方法中的任何一个。
所述用于本系统的PLC/UWB模块可替换为在本系统内使用的其它转换装置。通过第一示例，诸如PDA、电话、相机或类似产品的电子装置充电器可配置为通过PLC网络与服务器或其它装置进行通信。最好是充电器的电路配置为以所述用于PLC/UWB模块的方式从总线主控请求带宽分配，并通过分配部分的PLC带宽进行通信。此实施允许需要定期充电并能够上载和/或下载数据以通过PLC网络与远程计算机传递该数据的任一装置。此上载和下载可响应装置到充电器的连接而自动进行，其中，可轻松地获得同步和其它益处。
通过第二示例，可实施PLC到电源层网络的转换，其中，电力线信号在与通常称为电源层网络的电源和通信接口组合而集成的电路内转换。这些电源层可实施为台式记事簿(desk blotter)，诸如PDA、电话和其它小型便携式装置等装置可放置在其上面的任意位置以实现充电连接和通信连接，将装置同步到计算机或其它装置内的应用。充电和通信在利用电感耦合和/或导电连接阵列的这些电源层上实现。结合从PLC网络到电源层网络的转换将允许利用远离计算机系统的远程电源层而无需路由专用连接。
可理解，虽然已结合有关电力线网络的优选实施描述了本发明，然而，应理解本发明可应用到其它技术，包括有线、无线，并可利用其它网络技术的那些技术。因此，可以看到，PLC技术利用了可轻松获得的大量基础设施来实现高带宽通信。PLC/UWB模块提供到PLC系统的高带宽局部无线访问。此组合可容纳多个用户而不会在用户之间产生冲突。不同于802.11a无线系统，UWB未计划用于渗透墙。
也可理解，本发明已根据具有一个或多个可选特性的优选实施例进行描述。应理解，在不脱离本发明教导的情况下，可使用或不使用这些特性或其变化来实施本发明。在不脱离本发明教导的情况下，可与整个带宽管理系统组合，或在一些情况下独立于该系统实践本发明的各个方面。
虽然上面的说明包含许多细节，但这些细节不应视为限制本发明的范围，而应视为只是提供说明本发明的一些现有优选实施例。
因此，可理解本发明的范围完全包括本领域的技术人员可明白的其它实施例，并且本发明的范围因此只受随附权利要求书的限制，在权利要求书中，除非明确说明，否则对单一要素的引用并不是要表示“一个和只有一个”，而是“一个或多个”。本领域技术人员熟知的上述优选实施例的要素的所有结构、化学和功能等同物通过引用明确结合于本文中，并且要包括在本权利要求书内。此外，装置或方法不必致力于本发明寻求解决的每个问题，因为它将包括在本权利要求书内。此外，无论权利要求书中是否明确提到要素、组件或方法步骤，本公开内容中的要素、组件或方法步骤并不是专用于公众。除非使用短语“用于...装置”明确叙述，否则，本文权利要求项要素不根据35 U.S.C.112第六段规定解释。
表1
示例用最小时隙分配(表2-8)
Figure 2004800245338A00800011
表2
事件：从组A获得时隙的新组D流
Figure 2004800245338A00800012
表3
事件：获得时隙的新组B
表4
事件：新组B流尝试获得超过最小时隙
Figure 2004800245338A00800022
表5
事件：新组D流请求10个时隙
Figure 2004800245338A00800023
Figure 2004800245338A00800031
表6
事件：新组C流请求20个更多的时隙
表7
事件：新组B流请求20个更多的时隙
Figure 2004800245338A00800033
表8
事件：新组A流请求33个更多的时隙
表9
事件：组A终止5个时隙
Figure 2004800245338A00800042
表10
事件：组A终止40个时隙
Figure 2004800245338A00800043
Figure 2004800245338A00800051
表11
事件：组B终止42个时隙
Figure 2004800245338A00800052
表12
事件：组B终止10个时隙
Figure 2004800245338A00800053

Claims (36)

1.一种用于提供局域无线通信的系统，它包括：
具有电力线通信PLC网络连接的内容服务器；
装置通信模块；
与所述装置通信模块相关联的PLC接口；
所述PLC接口配置用于通过所述PLC网络而与所述内容服务器传递数据内容；以及
与所述装置通信模块相关联的超宽带UWB无线通信接口；
所述UWB无线通信接口配置用于在所述PLC接口与具有UWB无线连接的远程装置之间转换及传递数据内容，
其中所述内容服务器配置为在所述PLC网络上总线主控不可用时在总线主控模式操作；
还包括在所述内容服务器在所述总线主控模式操作时用于将带宽分配到通过所述PLC网络进行通信的装置的部件，
其中在总线主控模式操作的所述内容服务器被配置用于执行以下操作：
将物理电力线通信网络的可用带宽分成可指定单元；
将要通过所述物理电力线通信网络传递的内容流归类到优先级组中；
响应所述内容流的带宽要求和所述优先级组的传输优先级，将带宽的单元指定到所述优先级组；以及
响应所述物理电力线通信网络上的带宽的平等共享，将带宽的特定单元指定到每个所述优先级组内特定的内容流。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述内容服务器和所述装置通信模块包括用于所述装置通信模块在所述PLC网络内的单元定址的部件。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述单元定址包括用于目的地单元的单元地址信息或来自源单元的单元地址信息。
4.如权利要求2所述的系统，其中用于单元定址的所述部件配置为允许在分配到给定装置通信模块的特定部分的带宽内通信。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述内容服务器配置用于记录通过所述PLC网络接收的内容。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述内容服务器配置用于通过所述PLC网络传送从存储媒体播放的内容。
7.如权利要求1所述的系统，其中给定优先级组内的所述带宽由在所述总线主控模式操作的所述内容服务器根据需要指定到装置通信模块，该装置通信模块利用直到所述给定优先级组内的其平等带宽份额，而另外的可用带宽平等地分于具有未满足带宽请求的虚拟网络之间。
8.如权利要求1所述的系统，还包括与通过所述PLC网络在分配的带宽内进行通信的所述装置通信模块相关联的部件。
9.如权利要求8所述的系统，其中在所述分配带宽内进行通信的所述部件包括与所述装置通信模块相关联的分配控制电路，所述装置通信模块配置为仅在配置用于将带宽部分分配到所述装置通信模块的总线主控分配的带宽部分内传递数据内容。
10.如权利要求9所述的系统：
其中所述分配控制电路配置为从所述总线主控请求带宽；以及
其中所述分配控制电路配置为利用带宽部分传递所述总线主控指示的数据流。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述分配控制电路的带宽请求在所述装置通信模块通过所述PLC网络传送数据内容前传送到所述总线主控。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述PLC接口配置为将通过所述PLC网络传送的数据内容加密，并将通过所述PLC网络接收的数据内容解密。
13.一种在内容服务器与远程无线装置之间传递数据内容流的方法，它包括：
(a)将电力线通信PLC到超宽带UWB无线通信模块连接到PLC网络；
所述PLC到UWB无线通信模块配置为将从UWB无线远程装置接收的数据内容流转换为所述PLC网络上的数据内容流；
所述PLC到UWB无线通信模块还配置为将通过所述PLC网络从内容服务器接收的数据内容流转换为到UWB无线远程装置的UWB传输；
(b)在要传送所述数据内容流的、所述内容服务器与所述PLC到UWB无线通信模块之间连接的所述PLC网络上分配带宽；以及
(c)在所述内容服务器与所述远程无线装置之间传递所述数据内容流，所述数据内容在所述PLC到UWB无线通信模块内被转换；
其中所述内容服务器装置被配置为用于执行以下操作：
把所述网络的可用带宽分成可指定单元，
把要通过所述网络传递的内容流归类到优先级组中，
响应所述内容流的带宽要求和所述优先级组的传输优先级，把带宽的单元指定到所述优先级组，以及
响应所述网络上的带宽的平等共享，把带宽的特定单元指定到所述优先级组的每一个中的特定内容流。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述带宽分配包括为所述数据内容流的传递指定时隙。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述带宽分配由内容服务器执行，所述内容服务器作为物理PLC网络的总线主控操作，并为所述物理PLC网络的虚拟网络内数据内容的传输分配带宽。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述PLC到UWB无线通信模块在传送通过所述PLC网络从所述远程UWB无线装置接收的内容流之前从所述总线主控请求带宽。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述总线主控在传送内容流到所述PLC到UWB无线通信模块前，将带宽分配到所述PLC到UWB无线通信模块。
18.如权利要求13所述的方法，还包括加密通过所述PLC网络的传输。
19.一种用于把音频/视频数据内容转发到远程装置的设备，它包括：
内容服务器装置；
所述内容服务器装置被配置用于从音频数据内容、视频数据内容、或音频及视频数据内容两者的外部源接收数据内容；
所述内容服务器装置被配置用于通过PLC网络把所述数据内容经由在PLC信号和UWB信号之间作转换的PLC/UWB接口设备发送到远程用户装置；
其中所述内容服务器装置被配置用于执行以下操作：
把所述网络的可用带宽分成可指定单元，
把要通过所述网络传递的内容流归类到优先级组中，
响应所述内容流的带宽要求和所述优先级组的传输优先级，把带宽的单元指定到所述优先级组，以及
响应所述网络上的带宽的平等共享，把带宽的特定单元指定到所述优先级组的每一个中的特定内容流。
20.如权利要求19所述的设备，其中所述音频及视频数据内容的外部源选自由媒体播放器、DVD、CD、PVR、DVR、STB、直播馈入、线缆馈入、卫星馈入、广播馈入、因特网连接以及高或低带宽电话连接构成的组中。
21.如权利要求19所述的设备，其中所述内容服务器被配置成收集数据内容、分发数据内容、或者既收集又分发数据内容。
22.如权利要求19所述的设备，其中所述内容服务器装置包括被配置用于把所述内容服务器装置与网络进行接口的通信接口。
23.如权利要求19所述的设备：
其中给定优先级组中的带宽由所述内容服务器装置根据需要指定到多个所述远程装置，并且允述所述远程装置利用直到所述给定优先级组内的其平等带宽份额；以及
其中另外的可用带宽平等地分于具有未满足带宽请求的虚拟网络之间。
24.一种用于把音频/视频数据内容转发到远程装置的系统，它包括：
内容服务器装置；
所述内容服务器装置被配置用于从音频数据内容、视频数据内容、或音频及视频数据内容两者的外部源接收数据内容；
所述内容服务器装置被配置用于通过PLC网络把所述数据内容经由在PLC信号和UWB信号之间作转换的PLC/UWB接口设备发送到远程用户装置，其中多个网络装置连接到所述PLC网络；
其中所述内容服务器装置被配置用于执行以下操作：
把所述网络的可用带宽分成可指定单元，
把要通过所述网络传递的内容流归类到优先级组中，
响应所述内容流的带宽要求和所述优先级组的传输优先级，把带宽的单元指定到所述优先级组，以及
响应所述网络上的带宽的平等共享，把带宽的特定单元指定到所述优先级组的每一个中的特定内容流。
25.如权利要求24所述的系统，其中所述音频及视频数据内容的外部源选自由媒体播放器、DVD、CD、PVR、DVR、STB、直播馈入、线缆馈入、卫星馈入、广播馈入、因特网连接以及高或低带宽电话连接构成的组中。
26.如权利要求24所述的系统，其中所述内容服务器被配置成收集数据内容、分发数据内容、或者既收集又分发数据内容。
27.如权利要求24所述的系统，其中所述内容服务器装置包括被配置用于把所述内容服务器装置与网络进行接口的通信接口。
28.如权利要求24所述的系统，还包括：
多个远程用户装置；
每一个所述远程用户装置被配置用于从内容服务器接收数据内容。
29.如权利要求28所述的系统，还包括远程通信模块，所述远程通信模块被配置用于把从所述内容服务器接收的所述数据内容发送到远程用户装置。
30.如权利要求29所述的系统，其中所述通信模块包括被配置用于把所述通信模块与有线网络进行接口的网络接口。
31.如权利要求29所述的系统，其中所述通信模块包括被配置成把从所述内容服务器装置接收的所述数据内容发送到与所述远程用户装置相关的无线接收机的无线发射机。
32.如权利要求29所述的系统，其中所述通信模块包括被配置用于从所述内容服务器装置接收所述数据内容的电力线通信(PLC)接收机。
33.如权利要求24所述的系统：
其中给定优先级组中的带宽由所述内容服务器装置根据需要指定到多个所述远程装置，并且允述所述远程装置利用直到所述给定优先级组内的其平等带宽份额；以及
其中另外的可用带宽平等地分于具有未满足带宽请求的虚拟网络之间。
34.一种用于把音频/视频数据内容转发到远程装置的设备，它包括：
用于从音频数据内容、视频数据内容、或音频及视频数据内容两者的外部源接收数据内容的装置；
用于通过PLC网络把所述数据内容经由在PLC信号和UWB信号之间作转换的PLC/UWB接口设备发送到远程用户装置的装置，其中多个网络装置连接到所述PLC网络；
用于把所述网络的可用带宽分成可指定单元的装置；
用于把要通过所述网络传递的内容流归类到优先级组中的装置；
用于响应所述内容流的带宽要求和所述优先级组的传输优先级，把带宽的单元指定到所述优先级组的装置；以及
用于响应所述网络上的带宽的平等共享，把带宽的特定单元指定到所述优先级组的每一个中的特定内容流的装置。
35.如权利要求34所述的设备，其中所述音频及视频数据内容的外部源选自由媒体播放器、DVD、CD、PVR、DVR、STB、直播馈入、线缆馈入、卫星馈入、广播馈入、因特网连接以及高或低带宽电话连接构成的组中。
36.如权利要求34所述的设备，还包括用于收集数据内容的装置、用于分发数据内容的装置、或者用于既收集又分发数据内容的装置。
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