ES2267309T3 - Esquema de equidad para un interfaz en serie. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (100) de comunicación que comprende: - un transmisor (120) configurado para transmitir una secuencia de transmisiones (501-503) en una vía (50) de comunicaciones de un único canal; - un detector (140) de actividad configurado para proporcionar una señal (181) de actividad dependiendo de que haya segundas transmisiones (511-521) desde otros dispositivos (200, 400) de comunicación en la vía (50) de comunicaciones de un único canal; - un temporizador (140) de equidad configurado para proporcionar señales (541, 542) de equidad; caracterizado porque el temporizador (140) de equidad está configurado para proporcionar señales (541, 542) de equidad durante, como mucho, un número N entero de duraciones de equidad, siendo N superior a 1, empezando las duraciones de equidad tras el final de una primera transmisión (501) de la secuencia de transmisiones (501-503) y tras cada una de N-1 transmisiones sucesivas de las segundas transmisiones (511, 521) después de la primera transmisión (501),y en el que el transmisor está configurado para transmitir una transmisión (502) subsiguiente de la secuencia de transmisiones después de una de las duraciones (541, 542) de equidad cuando no se detecta actividad en dicha una de las duraciones (541, 542) de equidad, o después de la transmisión de N-1 de las segundas transmisiones (511, 521).
Description
Esquema de equidad para una interfaz en
serie.
Esta invención se refiere al campo de las
comunicaciones y, en particular, al campo de las comunicaciones de
datos entre dispositivos a través de una vía de un solo canal.
El uso de una interfaz en serie entre
componentes se prefiere a menudo a una interfaz en paralelo. El uso
de una interfaz en serie para la comunicación de datos puede
proporcionar ahorros de costes importantes. El coste de los medios
para transportar la información en serie es menor que los de una
interfaz en paralelo. Si se usa una conexión por cable, se
requieren menos cables y conectores más sencillos entre los
dispositivos; si se usa una conexión inalámbrica, se requieren
menos canales entre los dispositivos. Los dispositivos de
comunicación también serán menos costosos porque los puertos de
interconexión, tales como adaptadores en un circuito integrado o
las clavijas en una placa de circuito impreso, son a menudo más
costosos que los circuitos necesarios para convertir datos entre
formas en serie y en paralelo. Y, en particular en el diseño de
circuitos integrados, el número de puertos de interconexión
disponibles está limitado a menudo de forma fija, tanto desde el
punto de vista del coste como de la viabilidad. Normalmente, para
lograr los beneficios de una interfaz en serie se asigna una vía de
comunicaciones de un único canal para las comunicaciones hacia y
desde cada dispositivo.
Un protocolo común que se usa para las
comunicaciones de un único canal es un protocolo para "evitar
colisiones". Cuando un dispositivo debe enviar información,
espera hasta un periodo de silencio en el canal de comunicaciones,
entonces emite su información. Al esperar hasta que el canal esté
sin utilizar antes de la comunicación, un dispositivo no interfiere
a propósito con otro dispositivo que ya está usando el único canal
de comunicaciones. Sin embargo, en este protocolo, es posible que
dos dispositivos puedan monitorizar por su parte el canal, detectar
un periodo de silencio, y entonces iniciar cada uno su transmisión
respectiva en el único canal. Dos (o más) transmisiones simultáneas
en un único canal se denominan "colisión" y ninguna de las
transmisiones podrá ser recuperada por el receptor previsto. Para
compensar la posibilidad de colisiones, los protocolos habituales
proporcionan un esquema de recuperación de colisión.
Tradicionalmente, el protocolo requiere que cada transmisor
monitorice el canal para detectar una colisión y adoptar las medidas
apropiadas cuando se detecta una colisión. Normalmente, las medidas
apropiadas son el cese de la transmisión (normalmente denominado
"desbloqueo") y entonces volver a iniciar la transmisión en el
siguiente periodo de silencio detectado. Para evitar colisiones
repetidas entre los mismos dispositivos tras una colisión, el
protocolo normalmente requiere que cada dispositivo intente una
retransmisión tras una duración aleatoria del periodo de silencio.
De esta manera, el dispositivo que tenga la duración aleatoria más
corta iniciará la transmisión y el dispositivo con la duración
aleatoria más larga detectará esta transmisión y esperará hasta el
siguiente periodo de silencio.
El escenario de detección de colisión -
desbloqueo - retransmisión es particularmente problemático en
dispositivos periféricos de gran velocidad tales como discos
magnéticos, CDs y similares.
Normalmente, el periférico tiene acceso a los
datos en momentos determinados, por ejemplo cuando la zona apropiada
de un disco giratorio se encuentra bajo el cabezal de lectura del
dispositivo. Si los datos no pueden comunicarse cuando está
disponible el acceso a los datos, el dispositivo periférico debe
incluir una memoria temporal de almacenamiento para mantener los
datos hasta que puedan transmitirse, o bien perder una revolución,
reduciendo así la velocidad de transferencia. Las colisiones
adicionales, o retardos adicionales que se producen al esperar una
oportunidad de retransmisión, requerirán memorias intermedias
adicionales, o un cese del acceso a los datos hasta que se disponga
de espacio en la memoria intermedia. Además, debido a la naturaleza
aleatoria de las colisiones y a la dependencia anteriormente
mencionada del volumen de tráfico, es difícil asegurar un
rendimiento determinado sin proporcionar una superabundancia del
almacenamiento. Es decir, para garantizar un rendimiento
determinado sin tener en cuenta el impacto de las colisiones, la
cantidad de almacenamiento proporcionado debe ser suficiente para
amortiguar los efectos del peor escenario de colisión que pueda
concebirse; en consecuencia, durante las operaciones normales con
una aparición de colisiones media, la mayor parte del
almacenamiento proporcionado para la compensación de colisiones
estará en desuso.
Otro problema con el escenario que pretende
evitar las colisiones es que se puede impedir a un dispositivo el
acceso al único canal durante periodos amplios mientras que otros
dispositivos transmiten en el canal único. Esto es particularmente
problemático si el flujo de datos se controla a través de
comunicaciones en el único canal. Por ejemplo, un dispositivo puede
tener una memoria intermedia limitada para recibir datos desde otro
dispositivo, y puede estar configurado para transmitir una señal de
"cese de la transmisión" al dispositivo emisor para impedir
una sobrecarga del flujo de la memoria intermedia. Si el dispositivo
receptor no puede obtener el acceso al único canal porque el
dispositivo transmisor continúa obteniendo el acceso al único canal
antes que el dispositivo receptor, el dispositivo transmisor
continuará transmitiendo y desbordará la memoria intermedia
del
receptor.
receptor.
Por la solicitud de patente europea nº 216379 se
conoce proporcionar un primer dispositivo que observa un intervalo
de retardo amplio antes de iniciar una nueva transmisión tras una
transmisión precedente ininterrumpida a través del único canal.
Esto ofrece a otros dispositivos la oportunidad de iniciar una
transmisión sin interrupción por el primer dispositivo.
Si sólo hay dos dispositivos acoplados al único
canal, esto garantiza que puede realizarse una ocupación
prácticamente máxima del canal único porque cada dispositivo puede
iniciar a transmitir casi inmediatamente tras completarse la
transmisión del otro sin riesgo de colisión. Sin embargo, esta
garantía no se realiza cuando hay más de dos dispositivos acoplados
al único canal.
Un objeto de esta invención es proporcionar un
método y un aparato para comunicaciones sobre un único canal que
proporcione una probabilidad igual de acceso al canal de
comunicaciones para cada uno de más de dos dispositivos que
utilizan el canal. Un objeto adicional de esta invención es
proporcionar una asignación de ancho de banda mínimo a cada
dispositivo que utiliza el canal. Un objeto adicional de esta
invención es proporcionar un retardo de latencia máximo a cada
dispositivo que utiliza el canal.
Estos y otros objetos se alcanzan mediante el
dispositivo de la reivindicación 1 y el método de la reivindicación
13. En una realización preferida, la duración de cada transmisión
también está limitada, proporcionando de este modo un periodo de
latencia máximo para que un dispositivo obtenga acceso al canal de
comunicaciones, y una asignación de ancho de banda mínimo al
dispositivo. Al proporcionar un protocolo que tiene un ancho de
banda mínimo garantizado y una latencia máxima, un dispositivo según
esta invención sólo tiene que incluir los recursos de
almacenamiento necesarios para el periodo de latencia.
La invención se explica más detalladamente y a
modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos en los
que:
la figura 1 ilustra un diagrama de bloques
ilustrativo de un sistema de comunicaciones de dos estaciones según
esta invención;
la figura 2 ilustra diagramas de temporización
ilustrativos de un sistema de comunicaciones de dos estaciones
según esta invención;
la figura 3 ilustra un diagrama de bloques
ilustrativo de un sistema de comunicaciones de múltiples estaciones
según esta invención;
la figura 4 ilustra diagramas de temporización
ilustrativos de una red de comunicaciones de múltiples estaciones
según esta invención;
la figura 5 ilustra un diagrama de flujo
ilustrativo de un dispositivo de comunicaciones según esta
invención.
La figura 1 ilustra un diagrama de bloques
ilustrativo de un sistema de comunicaciones de dos estaciones según
esta invención. Para facilitar la referencia, se usa un paradigma de
central - periférico para distinguir las estaciones del sistema de
dos estaciones. En este sistema se ilustra un dispositivo 100
periférico y un dispositivo 200 central que se comunican entre sí a
través de una vía 50 de comunicaciones de un único canal. No
obstante, resultará evidente para un experto en la técnica que los
principios presentados aquí pueden aplicarse a dispositivos de
comunicación en general que usen una vía de comunicaciones común
para la transmisión y la recepción.
La vía 50 de comunicaciones de un único canal
puede ser a través de un medio de comunicación por cable o
inalámbrico o combinaciones de medios. La vía 50 de comunicaciones
de un único canal, tal como implica su nombre, está limitada a
transmisiones desde sólo un dispositivo en cualquier momento. Pueden
transmitirse múltiples señales simultáneamente a través de esta vía
50 de comunicaciones, tales como señales de fecha y hora, en cables
separados, pero sólo desde un dispositivo a la vez. En el sistema
ilustrado en la figura 1, si ambos dispositivos 100, 200 intentan
transmitir durante el mismo intervalo de tiempo, ningún dispositivo
100, 200 podrá recibir correctamente la información transmitida
desde el otro durante este intervalo de tiempo.
El dispositivo 100 periférico del ejemplo de la
figura 1 incluye una fuente 110 de datos y un transmisor 120 para
comunicar datos 111 desde la fuente 110 al dispositivo 200 central.
El transmisor 120 también efectúa cualquier transformación de los
datos necesaria para la transmisión, tal como conversión de la forma
en paralelo a la forma en serie, conversión a una forma modulada, y
similares. Los datos 121 transformados por el transmisor 120 se
comunican a la vía 50 de comunicaciones a través del adaptador 150,
por ejemplo un adaptador de entrada / salida de un circuito
integrado. Tal como será evidente para un experto en la técnica, si
la vía 50 de comunicaciones se configura a través de un medio
inalámbrico, el adaptador 150 representa los componentes empleados
para efectuar la transmisión a través de este medio, por ejemplo
una antena de radiofrecuencia, un transductor sónico, un
transductor de infrarrojos, y similares. En la figura 1 se ilustra
una señal 122 opcional de transmisión -
invalidación que se usa en una realización preferida para aislar el transmisor 120 de la vía 50 de comunicaciones y del receptor 160 cuando se están recibiendo señales desde el dispositivo 200 central.
invalidación que se usa en una realización preferida para aislar el transmisor 120 de la vía 50 de comunicaciones y del receptor 160 cuando se están recibiendo señales desde el dispositivo 200 central.
El dispositivo 200 central del ejemplo de la
figura 1 incluye un adaptador 250 correspondiente que recibe los
datos 121 transformados a través de la vía 50 de comunicaciones y
proporciona una señal 251 recibida a un receptor 260. El adaptador
250 y el receptor 260 efectúan una transformación de los datos 121
transformados en la vía 50 en datos 261 que corresponden a los
datos 111 originales. Por ejemplo, si la vía 50 de comunicaciones
es a través de una transmisión por radio frecuencia, el adaptador
250 y el receptor 260 reciben la modulación por radiofrecuencia de
los datos 111 originales y la demodulan para formar los datos 261.
Los datos 261 se proporcionan al procesador 270 de datos para su
posterior procesamiento, por ejemplo para el procesamiento mediante
un programa de aplicación que se ejecuta en el dispositivo 200
central. El dispositivo 200 central también incluye una señal 222
opcional de transmisión - invalidación que se usa en una realización
preferida para aislar el transmisor 220 de la vía 50 de
comunicaciones y del receptor 260 cuando pueden recibirse señales
desde el dispositivo 100 periférico. El receptor 260 incluye un
detector 280 de actividad que proporciona una señal 281 de
actividad siempre que se detectan transmisiones desde el dispositivo
100 periférico.
De una manera similar, el dispositivo 200
central del ejemplo también incluye una fuente 210 de datos y un
transmisor 220 para comunicar datos 211 desde la fuente 210 al
dispositivo 100 periférico. El transmisor 220 transforma los datos
211 a una forma 221 adecuada para la transmisión, tal como se
comentó anteriormente con respecto al transmisor 120. Los datos 221
transformados por el transmisor 220 se comunican a la vía 50 de
comunicaciones a través del adaptador 250. De manera
correspondiente, el dispositivo 100 periférico del ejemplo recibe
la señal de la vía 50 de comunicaciones a través del adaptador 150 y
proporciona una señal 151 recibida a un receptor 160. El adaptador
150 y el receptor 160 efectúan una transformación de la señal de
transmisión del dispositivo central en datos 161 que corresponden a
los datos 211 del dispositivo central. En el ejemplo en el que el
dispositivo 100 periférico es un disco duro, el procesador 170 de
datos puede simplemente almacenar los datos 161 del el receptor 160
a una fuente 110 de datos para su acceso posterior como datos 111.
El receptor 160 incluye un detector 180 de actividad que activa una
señal 181 de actividad siempre que se recibe una señal del
dispositivo 200 central.
El dispositivo 100 periférico incluye un
temporizador 140 de equidad y un controlador 190; y el dispositivo
200 central incluye un temporizador 140 de equidad y un controlador
290, cuyo funcionamiento se entenderá mejor con respecto a los
diagramas de temporización de la figura 2. El diagrama A de
temporización de la figura 2 corresponde a la señal 121 de
transmisión periférica del dispositivo 100 periférico de la figura
1, e ilustra una secuencia de transmisiones 301, 302, 303 desde el
dispositivo 100 periférico. El diagrama B de temporización
corresponde a la señal 221 de transmisión central e ilustra una
transmisión 311 desde el dispositivo 200 central. Los diagramas C,
D, E y F de temporización corresponden a las señales 181, 141, 191 y
241, respectivamente, y el diagrama G de temporización ilustra las
transmisiones cuando se producen en la vía 50 de comunicaciones.
El dispositivo 100 periférico transmite una
primera transmisión 301 de la secuencia en el instante 371; poco
después en 372, la transmisión 301 se propaga a la vía 50 de
comunicaciones, tal como se ilustra por la señal 301’ en el
diagrama G de temporización. La transmisión 301 finaliza en le
instante 373. Según esta invención, el controlador 190 activa una
petición 194 de temporización al temporizador 140 de equidad al
final de cada transmisión desde el transmisor 120. En respuesta a
esta petición 194 de temporización, el temporizador 140 de equidad
activa una señal 141 de equidad por una duración predeterminada, en
lo sucesivo denominada periodo 300 de retardo de equidad. Tal como
se ilustra en la figura 2, al final de 373 de la transmisión 301, se
activa un impulso 331 de equidad por una duración igual al periodo
300 de retardo de equidad.
El periodo 300 de retardo de equidad se
proporciona según esta invención para permitir que el dispositivo
200 central acceda a la vía 50 de comunicaciones de un único canal.
La duración del periodo 300 de equidad es suficiente para permitir
que el dispositivo 200 central detecte, a través del detector 180 de
actividad, el final de cada transmisión 121 desde el dispositivo
100 periférico, e inicie una transmisión 221 central desde el
transmisor 220 central. La duración del periodo 30 de equidad
también es suficiente para permitir que el dispositivo 100
periférico detecte el inicio de la transmisión 221 desde el
dispositivo 200 central, de modo que el dispositivo 100 periférico
no inicia su siguiente transmisión 121 mientras se esté
transmitiendo la transmisión 221 desde el dispositivo central. En
términos generales, definiendo un retardo de propagación como el
tiempo entre el momento de inicio de una transmisión y el momento en
el que el dispositivo receptor inicia una acción basada en la
recepción de la transmisión, el periodo de equidad debería ser al
menos dos veces el retardo de propagación entre el dispositivo 100
periférico y el dispositivo 200 central.
En la ilustración de ejemplo de la figura 2, el
dispositivo 200 central transmite la transmisión 311 en el instante
375, tras detectar el final 373 de la transmisión 301 desde el
dispositivo 100 periférico. Tras un retardo de propagación, en el
instante 377, el detector 180 de actividad en el dispositivo 100
periférico detecta esta transmisión 311 y activa la señal 181 de
actividad, ilustrada como el impulso 321 de actividad en el
diagrama C de temporización. La transmisión 311 finaliza en el
instante 376, en cuyo instante 378 de detección, el detector 180 de
actividad desactiva la señal 181 de actividad.
Tal como es habitual en la técnica, la mayoría
de protocolos imponen un ligero tiempo de retardo entre
transmisiones, de modo que el final de una transmisión es
claramente distinguible del inicio de otra. Para completar esto, en
una realización preferida de esta invención, el temporizador 140 de
equidad proporciona un impulso en la señal 141 de equidad para
efectuar este retardo entre transmisiones. El controlador 190
comunica una petición 194 de temporización al temporizador 140 de
equidad para proporcionar este impulso de corta duración. Obsérvese
que en esta realización, el controlador 190 emite una petición 194
diferente de temporización dependiendo de si se requiere un periodo
de equidad o un periodo entre transmisiones. Según esta invención,
en un sistema de comunicaciones de dos estaciones tal como se
ilustra en la figura 1, el periodo de equidad se requiere después
de transmitir una transmisión, y el periodo entre transmisiones se
requiere tras recibir una transmisión. El periodo de retardo entre
transmisiones es sustancialmente inferior que el periodo 300 de
retardo de equidad anteriormente mencionado, y se ilustra como el
impulso 332 que se produce al final 278 del impulso 321 de
actividad. Obsérvese que si el protocolo no requiere un retardo
entre transmisiones, por ejemplo cuando el retardo de propagación
proporciona un espacio inherente entre transmisiones, no es
necesario proporcionar el impulso 332.
Según esta invención, el controlador 190 inhibe
las transmisiones desde el transmisor 120 del dispositivo 100
periférico mientras estén activas la señal 141 de equidad o la señal
181 de actividad. La figura 2 ilustra el impulso 341 resultante de
inhibición correspondiente a la lógica O del impulso 331 de equidad
tras el final de la transmisión 301, el impulso 321 de actividad
durante la transmisión 311 y el impulso 332 entre transmisiones
tras el final de la transmisión 311. El transmisor 120 periférico
transmite la siguiente transmisión 302 cuando se elimina el impulso
341 de inhibición, en 379.
Tal como se ilustra en la línea F de la figura
2, al final 376 de la transmisión 311, el temporizador 140 de
equidad activa un impulso 352 de equidad en respuesta a la petición
294 de temporización de equidad desde el controlador 290 en el
dispositivo 200 central. De forma similar al controlador 190 en el
dispositivo 100 periférico, el controlador 290 impide que el
transmisor 220 central inicie una nueva transmisión mientras esté
activo este impulso 352 de equidad. El impulso 352 de equidad del
temporizador 240 de equidad central se pide al final de una
transmisión desde el dispositivo 200 central, y por tanto, según
esta invención, es igual al periodo 300 de retardo de equidad. Dado
que el impulso 332 entre transmisiones es sustancialmente más corto
que el periodo 300 de retardo de equidad, se garantiza al
dispositivo 100 periférico el acceso a la vía 50 de comunicaciones
de un único canal cuando inicia la transmisión 302 en el instante
379. Por tanto, tal como se ilustra en la línea G de la figura 2,
se garantiza que la transmisión 302’ desde el dispositivo 100
periférico podrá tener lugar en la vía de comunicaciones de un único
canal dentro de un periodo 390 de latencia máximo desde la
transmisión 301’ anterior desde el dispositivo 100 periférico.
Al final de cada transmisión 301’, 302’. 303’
periférica recibida, el temporizador 240 de equidad central activa
un impulso 351, 353, 354 para el periodo de retardo entre
transmisiones anteriormente mencionado, tal como se comentó con
respecto al impulso 352 del temporizador 140 de equidad periférico.
Tal como se ha comentado anteriormente, si el protocolo no requiere
un retardo entre transmisiones, los impulsos 351, 353, 354 de
retardo entre transmisiones se eliminan.
Al final 381 de la transmisión 302, el
temporizador 140 de equidad periférico proporciona otro impulso 333
de equidad de igual duración que el periodo 300 de equidad, y se
impide 342 transmitir al transmisor 120, permitiendo así que el
dispositivo 200 central tenga una oportunidad de volver a
transmitir. En la ilustración del ejemplo de la figura 2, el
dispositivo 200 central no transmite durante este periodo 300 de
equidad tras el final de la transmisión 302 y por tanto la señal
181 de detección de actividad permanece desactivada. Por tanto, al
final 382 del impulso 333 de equidad, el controlador 190 desactiva
el impulso 342 de inhibición y se permite al transmisor 120 enviar
la transmisión 303.
Como puede observarse, al permitir que el
transmisor 120 transmita de nuevo tras un periodo 300 de retardo de
equidad, el rendimiento del dispositivo 100 periférico aumenta al
aprovechar la ausencia de transmisiones desde el dispositivo 200
central. Obsérvese también que, cuando ambos dispositivos 100, 200
tienen transmisiones que enviar, el rendimiento de la vía 50 de
comunicaciones sólo se limita por la característica de retardo de
los medios y el protocolo. Es decir, durante periodos de máxima
actividad, los periodos de equidad proporcionados por esta
invención no tienen efecto en la capacidad o el rendimiento de la
vía 50 de comunicaciones de un solo canal, y se proporciona un
rendimiento de comunicación en ambos sentidos óptimo para cada
dispositivo 100, 200.
Obsérvese también que una vez iniciadas las
transmisiones, las transmisiones posteriores no tendrán
prácticamente ninguna colisión. Es decir, si el dispositivo 200
central inicia cada transmisión 221 central al final de cada
transmisión 121 periférica o al final de un periodo de equidad tras
una transmisión 221 central previa, y el dispositivo 100 periférico
inicia cada transmisión 121 periférica al final de cada transmisión
221 central o al final del periodo de equidad tras una transmisión
121 periférica previa, no pueden producirse colisiones. Como
resultará evidente para un experto en la técnica, deberían
proporcionarse medios de detección de colisión para detectar
colisiones cuando las transmisiones se producen tras un periodo de
inactividad en la vía 50 de comunicaciones. Los medios de detección
de colisiones son comunes en la técnica, en los que cada dispositivo
monitoriza la vía de comunicaciones en caso de colisión, y cuando
se detecta una colisión, cada dispositivo se bloquea y vuelve a
intentarlo, normalmente después de un intervalo aleatorio de tiempo.
La solicitud de patente estadounidense en tramitación junto con la
presente, "Arbitration Scheme for a Serial Interface" (esquema
de arbitraje para una interfaz en serie), nº de agente PHA-, número
de expediente, presentada, presenta un método y un dispositivo que
permite que un dispositivo gane siempre en caso de colisión, lo que
elimina la necesidad de medios de detección de colisión en este
dispositivo, y se incorpora como referencia a la presente. En una
realización preferida de esta invención, el dispositivo 100
periférico se selecciona como el dispositivo que siempre gana en
caso de colisión con el dispositivo 200 central. En esta
realización, tras un periodo de inactividad, el dispositivo
periférico tan solo tiene que empezar a transmitir siempre que no
detecte al dispositivo central, sin tener en cuenta una colisión,
porque se garantiza que ganará la colisión en caso de producirse al
iniciarse la transmisión, y posteriormente, se garantiza que no
provocará una colisión, tal como se ha comentado anteriormente.
Esta transmisión continua es particularmente beneficiosa para
dispositivos que proporcionan datos que dependen del tiempo, tales
como unidades de discos magnéticos, unidades de cintas magnéticas,
unidades de CD, unidades de vídeo y similares. En tales
dispositivos, se accede a los datos sólo cuando el mecanismo de
lectura pasa por la zona del medio que contiene los datos. En estos
dispositivos, al proporcionar una transmisión continua garantizada
una vez iniciada la transmisión, los datos leídos en el medio
pueden transmitirse directamente, minimizando así la necesidad de
memorias intermedias de datos en el dispositivo. Es decir, si se
inicia una lectura de los datos en el medio cuando la vía 50 de
comunicaciones de un único canal está libre, los elementos de datos
contiguos en el medio pueden transmitirse de forma continua cuando
el cabezal lector pasa por ellos, sin preocuparse de interferencias
de colisión.
Suponiendo que tenemos un tamaño de paquete
igual para trasmisiones desde el dispositivo 200 central y el
periférico 100, este escenario de transmisión ininterrumpida también
garantiza un rendimiento del periférico de al menos la mitad del
ancho de banda de la vía 50 de comunicaciones, menos la sobrecarga
("overhead") asociada a este escenario, sin tener en cuenta la
posibilidad de colisiones. Una vez iniciada la transmisión, el
rendimiento del dispositivo 200 central también es la mitad del
ancho de banda de la vía 50 de comunicaciones menos la sobrecarga.
Es decir, con un ancho de banda dado de la vía de comunicaciones y
la sobrecarga asociada a este protocolo, puede determinarse el
rendimiento de los dispositivos. Dado que el rendimiento es
sustancialmente independiente de colisiones, y la latencia máxima
está limitada, tal como se comentó anteriormente, los componentes
auxiliares normalmente necesarios en un dispositivo que envía
información a través de una vía de comunicaciones de un único
canal, tales como memorias intermedias que contienen los datos
durante los periodos de latencia, pueden ser de un tamaño
predeterminado. Dado que el rendimiento es sustancialmente
independiente de colisiones, los principios de esta invención
pueden aplicarse particularmente a dispositivos que requieren una
tasa de rendimiento global de datos garantizada, tales como
dispositivos de audio y vídeo, o redes informáticas que se usan
para comunicar datos de vídeo y audio en una presentación en tiempo
real.
Como resultará evidente para en experto en la
técnica a la luz de esta descripción, el ancho de banda también
puede asignarse de manera desproporcionada entro los dispositivos
100, 200. Por ejemplo, el tamaño máximo de las transmisiones puede
ser diferente en cada dispositivo 100, 200. De este modo, aunque
cada dispositivo tiene la misma oportunidad de obtener acceso a la
vía 50 de un único canal, un dispositivo podrá transmitir más
información en cada acceso que el otro.
La invención también puede aplicarse a redes de
comunicaciones de múltiples estaciones. Las figuras 3 y 4 ilustran
la aplicación de esta invención a una red de comunicaciones de tres
estaciones. En la figura 3 se ilustra una vía 50 de comunicaciones
inalámbrica entre un dispositivo 100 periférico, un dispositivo 200
central y otro dispositivo 400 C. El dispositivo 400 C es
básicamente similar al dispositivo 100 periférico y al dispositivo
200 central: para mayor claridad, el transmisor 420, similar a los
transmisores 120, 220 en los dispositivos periférico y central, se
muestra en la figura 3. Según esta invención, cada dispositivo 100,
200, 400 funciona de manera similar. En el sistema de
comunicaciones de dos estaciones, cada dispositivo inhibe su
transmisión para permitir que el otro dispositivo transmita; en un
sistema de comunicaciones de N estaciones, cada dispositivo inhibe
su transmisión para permitir que los otros N-1
dispositivos transmitan.
La figura 4 ilustra diagramas de temporización
ilustrativos para una red de comunicación de tres estaciones. Los
diagramas A, B, C, D, E, F, G y H de temporización corresponden a
los nodos 121, 221, 421, 181, 141, 191, 50 y 241 de señales de la
figura 3, respectivamente. Para facilitar la compresión, los
retardos de propagación menores entre las señales no se ilustran en
la figura 4. Es decir, por ejemplo, un retardo entre el inicio de
la transmisión 501 en el nodo 121 y la presencia de la señal 501’ en
la vía 50 de comunicaciones no se ha ilustrado.
En la figura 4 se ilustra una transmisión 501 P1
desde el transmisor 120 periférico. Al final de esta transmisión
501, el controlador 190 inicia un impulso 541 de equidad a través
del temporizador 140 de equidad, como en el sistema de
comunicaciones de dos estaciones y tal como se ilustra en el
diagrama E de temporización de la figura 4. Durante este intervalo
541 de equidad, el dispositivo 200 central inicia la transmisión 511
H1. Al final de la transmisión 511 H1, el controlador 290 del
dispositivo 200 central inicia un impulso 572 de equidad. También
al final de esta transmisión 511 H1, el controlador 190 del
dispositivo 100 periférico inicia otro impulso 542 de equidad
porque, en equidad, el dispositivo 400 C restante debería tener la
oportunidad de acceder a la vía 50 de comunicaciones. El
dispositivo 400 C inicia una transmisión 521 C1 durante estos
intervalos 542, 572 de equidad.
Al final de la transmisión 521 C1, el
controlador 290 central inicia un segundo impulso 573 de equidad; no
mostrado, el dispositivo 400 C inicia un impulso de equidad al
final de su transmisión 521 C1. El controlador 190 periférico, que
ha inhibido las transmisiones periféricas durante dos intervalos
541, 542 de equidad, inicia un breve retardo 543 entre
transmisiones, y entonces permite la transmisión 502 P2. Obsérvese
que, según esta invención, si la duración de cada transmisión 501,
511, 521 es limitada, el dispositivo 100 periférico, así como los
otros dispositivos respectivamente, tiene acceso a la vía 50 de
comunicaciones dentro de un periodo de retardo 590 de latencia
máximo. Al final de la transmisión 502 P2, el controlador 190
periférico inicia un impulso 544 de equidad; no mostrado, el
dispositivo 400 C también inicia un impulso de equidad al final de
esta transmisión 502 P2, lo que permite al dispositivo 200 central
iniciar una transmisión 512 H2 tras un retardo 574 entre
transmisiones. El dispositivo 100 periférico y el dispositivo 100
central inician, cada uno, un impulso 545, 575 de equidad,
respectivamente, al final de la transmisión 512 H2.
Obsérvese que durante cada transmisión 511 H1,
521 C1 y 512 H2, el detector 180 de actividad periférico señaliza
esta actividad de transmisión en 531, 532 y 533, respectivamente. La
combinación de estos impulsos de actividad y los impulsos 541, 542,
543, 544, 545 de equidad y de retardo anteriormente mencionados
proporciona los periodos 551, 552 de inhibición de la transmisión.
Durante el intervalo 545, 575 de equidad tras el final de la
transmisión 512 H2 central, el dispositivo 400 C en este ejemplo no
transmite. Por tanto, el detector 180 de actividad no detecta
actividad alguna y el impulso 552 de inhibición de transmisión
finaliza con el final del impulso 545 de equidad, y el transmisor
120 puede transmitir la transmisión 503 P3. Obsérvese que, al final
del impulso 575 de equidad, el dispositivo 200 central, al no haber
detectado tampoco actividad durante este intervalo, inicia otro
impulso 576 de equidad para permitir que el dispositivo 100
periférico acceda a la vía 50 de comunicaciones para iniciar la
transmisión 503 P3 sin la posibilidad de colisión. Obsérvese también
que, según esta invención, los dispositivos pueden incrementar su
uso de la vía 50 de comunicaciones cuando otros dispositivos
infrautilizan el rendimiento disponible. Al final de la transmisión
503 P3, el dispositivo 200 central inicia la transmisión 513 H3
tras un retardo 577 entre transmisiones, y después el dispositivo
400 C inicia la transmisión 522 C2, etcétera.
Cada dispositivo en este sistema de
comunicaciones de tres estaciones continúa repitiendo el escenario
anterior de dos intervalos de equidad entre transmisiones para
permitir los unos a los otros un acceso equitativo a la vía 50 de
comunicaciones. Como resultará evidente para un experto en la
técnica a la luz de lo anterior, en un sistema de comunicaciones
de N estaciones, cada dispositivo proporcionará N-1
intervalos de equidad entre transmisiones. Tal como en el sistema
de comunicaciones de dos estaciones, una vez iniciada una secuencia
de transmisiones, este escenario de equidad garantiza también un
acceso sin colisiones a la vía 50 de comunicaciones, maximizando
así el uso del ancho de banda disponible de la vía 50 de
comunicaciones. También como en el sistema de comunicaciones de dos
estaciones, pueden emplearse medios de detección de colisiones
convencionales para tratar posibles colisiones tras periodos de
inactividad.
Para llevar a cabo el escenario de
N-1 intervalos de equidad, cada dispositivo en el
sistema de comunicaciones de N estaciones debe poder determinar N.
En una realización sencilla, con un N fijo, cada dispositivo puede
recibir un valor de N directamente, a través, por ejemplo, de
ajustes mediante conmutadores o comandos de programa. En un sistema
dinámico en el que N puede cambiar, puede emplearse una variedad de
escenarios de formación de red convencionales. Si la red tiene una
estructura de control, tal como un dispositivo designado como el
controlador maestro y los demás como esclavos, el controlador
maestro puede informar de N a cada dispositivo esclavo cuando
admite dispositivos en la red. Si la red carece de un controlador
central, cada dispositivo está configurado para determinar N de
forma dinámica basándose en la actividad o las colisiones
observadas. En una realización preferida para una red dinámica, por
ejemplo, cada dispositivo asume inicialmente una configuración de
dos estaciones y, monitoriza de forma continua las colisiones; si se
produce una colisión durante una secuencia de transmisiones, el
número asumido de estaciones se incrementa. Estas y otras técnicas
de formación de redes serán comunes para los expertos en la
técnica.
La figura 5 ilustra un diagrama de flujo
ilustrativo para un dispositivo de comunicaciones en un sistema de
comunicaciones de N estaciones según esta invención. El proceso
comienza en 610; este inicio corresponde al inicio de la red de
comunicaciones, en la que normalmente cada dispositivo transmite una
secuencia de mensajes iniciales para establecer y verificar la red.
El dispositivo aguarda un periodo de silencio en el canal, en 615,
antes de comenzar una transmisión, en 620. Durante esta transmisión,
el dispositivo monitoriza una posible colisión con otros
dispositivos que estén iniciándose. Si se produce una colisión, la
transmisión se cancela, y el proceso 615-620 se
repite. En una realización preferida, cuando se produce una
colisión, cada dispositivo intenta volver a transmitir tras un
periodo de silencio aleatorio en el canal. Al hacerlo así, cada
dispositivo obtendrá eventualmente un acceso inicial al canal, a
partir del cual se determina cada acceso posterior, tal como se ha
comentado en la presente memoria.
Tras la primera transmisión completa sin
colisión, el dispositivo hace un seguimiento de los accesos al canal
de comunicaciones a través de un indicador de recuento, que se
inicia a 0 en 630. El dispositivo espera un intervalo de equidad
tras la transmisión inicial, en 635, permitiendo que el siguiente
dispositivo transmita, y el recuento se incrementa en este
intervalo de equidad, en 640. Si se produce actividad desde otro
dispositivo en el canal al final de este intervalo de equidad, el
proceso hace un bucle, en 650, hasta que cesa la actividad. Si
todavía no se han contado los N-1 intervalos de
equidad, en 660, el proceso hace un bucle y aguarda otro intervalo
de equidad, en 635, e incrementa el recuento, en 640. El bucle
635-640-650-
660 se repite hasta que el dispositivo ha impuesto N-1 intervalos de equidad. Si, después de los N-1 intervalos de equidad, en 665, el dispositivo tiene información para transmitir, se transmite en 670. El dispositivo reinicia entonces el proceso de recuento de intervalos de equidad en 630. Si, en 665, el dispositivo no tiene información para transmitir, el dispositivo aguarda otro intervalo de equidad para permanecer sincronizado con los demás dispositivos que están esperando el intervalo de equidad para que este dispositivo transmita. Si en 680 ha habido recientemente actividad en el canal de comunicaciones, el dispositivo reinicia el proceso de recuento de intervalos de equidad, en 630, y el proceso se repite de manera continua.
660 se repite hasta que el dispositivo ha impuesto N-1 intervalos de equidad. Si, después de los N-1 intervalos de equidad, en 665, el dispositivo tiene información para transmitir, se transmite en 670. El dispositivo reinicia entonces el proceso de recuento de intervalos de equidad en 630. Si, en 665, el dispositivo no tiene información para transmitir, el dispositivo aguarda otro intervalo de equidad para permanecer sincronizado con los demás dispositivos que están esperando el intervalo de equidad para que este dispositivo transmita. Si en 680 ha habido recientemente actividad en el canal de comunicaciones, el dispositivo reinicia el proceso de recuento de intervalos de equidad, en 630, y el proceso se repite de manera continua.
Si en 680 ha habido un lago periodo de
inactividad habrá una posibilidad de que los dispositivos en la red
puedan estar desincronizados. La probabilidad de desincronización
depende principalmente de los medios usados por cada dispositivo
para temporizar cada intervalo de equidad. Si todos los dispositivos
son extremadamente precisos en esta tarea de temporización, el
periodo inactivo puede ser extremadamente largo antes de que exista
el riesgo de desincronización. Si los dispositivos tienen grandes
variaciones en la temporización, puede perderse la sincronización
en unos pocos ciclos de actividad. Cuando el dispositivo tiene algo
que enviar, y es probable que se haya producido una pérdida de
sincronización, en 680, el proceso se repite desde el inicio en 615.
En una realización preferida, la probabilidad de pérdida de
sincronización y la rapidez de reestablecimiento de la
sincronización se reducen haciendo que cada transmisión de cada
dispositivo en la red contenga un identificador del dispositivo
particular. Por ejemplo, en esta realización preferida, a cada
dispositivo se le asigna un identificador numérico que se
incrementa cuando cada dispositivo consigue el acceso inicial a la
red. Posteriormente, este identificador numérico se incluye en cada
transmisión. De esta manera, puede mantenerse una sincronización
apropiada porque cada dispositivo puede determinar dónde está su
asignación en la secuencia de temporizaciones de equidad. Por
ejemplo, el dispositivo con el identificador 3 sabe que puede
transmitir inmediatamente después de una transmisión con el
identificador 2, o de un intervalo de equidad después de una
transmisión con el identificador 1, etcétera. Estas y otras
técnicas de sincronización serán evidentes para un experto en la
técnica. Por ejemplo, para mantener una sincronización continuada,
cada dispositivo en la red puede estar configurado para transmitir
en cada una de sus oportunidades de transmisión. Si un dispositivo
particular no tiene información para transmitir, la transmisión
puede ser una breve ráfaga; la ráfaga sólo tiene que ser
suficientemente larga para que los otros dispositivos la reconozcan
como actividad, de manera que el final de la actividad fuerza un
nuevo periodo para cada temporizador de equidad. Alternativamente,
suponiendo que existe una consistencia moderada en la temporización
entre los dispositivos, sólo tiene que configurarse un dispositivo
para transmitir en cada una de sus oportunidades de transmisión,
evitando así la creación de largos periodos de inactividad, y un
retorno continuo a 630 y al bloque 680 de decisión de la figura
5.
Lo anterior ilustra simplemente los principios
de la invención. Se apreciará por tanto que los expertos en la
técnica podrán concebir diversas disposiciones que, aunque no se
hayan descrito o ilustrado explícitamente en la presente memoria,
incorporan los principios de la invención y son por tanto parte del
espíritu y el alcance de la misma. Por ejemplo, aunque la invención
es muy adecuada particularmente para una conexión en serie de un
único canal, los principios de esta invención pueden aplicarse a una
de una pluralidad de conexiones de un único canal que forman una
conexión en paralelo. En otro ejemplo, los principios presentados en
la presente memoria pueden aplicarse para formar una red de
comunicaciones con asignación de ancho de banda dinámica. Cuando un
dispositivo en la red requiere un acceso de transmisión
fundamentalmente ininterrumpido, por ejemplo al proporcionar un
fragmento ("clip") de vídeo o de audio para una presentación
inmediata, puede programarse para transmitir transmisiones de larga
duración, mientras que otros se programan para transmitir sólo
transmisiones de corta duración. En otras ocasiones puede
proporcionarse a otros dispositivos esta asignación de transmisión
de larga duración.
La invención puede implementarse en hardware,
software o una combinación de ambos. Por ejemplo, el controlador
290 puede ser un programa en un ordenador que interactúa con un
transmisor 220 y un receptor 260 de hardware. Las particiones
funcionales presentadas son únicamente a título ilustrativo. Por
ejemplo, el temporizador 240 de equidad puede estar integrado en el
controlador 290 o en el transmisor 220, de manera similar el
temporizador 240, el controlador 290 y el transmisor 220 pueden
estar integrados como una única unidad. Estas y otras técnicas de
configuración y optimización serán evidentes para los expertos en la
técnica y entran dentro del alcance de esta invención.
Claims (15)
1. Dispositivo (100) de comunicación
que comprende:
- -
- un transmisor (120) configurado para transmitir una secuencia de transmisiones (501-503) en una vía (50) de comunicaciones de un único canal;
- -
- un detector (140) de actividad configurado para proporcionar una señal (181) de actividad dependiendo de que haya segundas transmisiones (511-521) desde otros dispositivos (200, 400) de comunicación en la vía (50) de comunicaciones de un único canal;
- -
- un temporizador (140) de equidad configurado para proporcionar señales (541, 542) de equidad;
caracterizado porque el temporizador
(140) de equidad está configurado para proporcionar señales (541,
542) de equidad durante, como mucho, un número N entero de
duraciones de equidad, siendo N superior a 1, empezando las
duraciones de equidad tras el final de una primera transmisión (501)
de la secuencia de transmisiones (501-503) y tras
cada una de N-1 transmisiones sucesivas de las
segundas transmisiones (511, 521) después de la primera transmisión
(501), y en el que el transmisor está configurado para transmitir
una transmisión (502) subsiguiente de la secuencia de transmisiones
después de una de las duraciones (541, 542) de equidad cuando no se
detecta actividad en dicha una de las duraciones (541, 542) de
equidad, o después de la transmisión de N-1 de las
segundas transmisiones (511, 521).
2. Dispositivo de comunicación según
la reivindicación 1, en el que la duración de equidad depende de un
retardo de propagación de la transmisión entre el transmisor y el
segundo dispositivo de comunicación.
3. Dispositivo de comunicación según
la reivindicación 1, en el que:
- -
- el temporizador de equidad está configurado adicionalmente para proporcionar una señal de retardo durante una duración tras un final de la segunda transmisión desde el segundo dispositivo de comunicación, y
- -
- el transmisor transmite la transmisión subsiguiente dependiendo adicionalmente de la señal de retardo.
4. Dispositivo de comunicación según
la reivindicación 1, que comprende además: una fuente de datos que
está configurada para proporcionar datos que se transmiten a través
de la secuencia de transmisio-
nes.
nes.
5. Dispositivo de comunicación según
la reivindicación 4, en el que la fuente de datos es al menos una
de: un dispositivo de cinta magnética, un dispositivo de disco
magnético y un dispositivo de disco láser.
6. Dispositivo de comunicación según
la reivindicación 1, en el que la secuencia de transmisiones
incluye al menos una de: una secuencia de datos de vídeo y una
secuencia de datos de audio.
7. Dispositivo de comunicación según
la reivindicación 1, que comprende además: un procesador de datos
que está configurado para procesar datos que se comunican a través
de la segunda transmisión desde el segundo dispositivo de
comunicación.
8. Sistema de comunicaciones que
comprende una vía (50) de comunicaciones de un único canal y un
primer, un segundo y un tercer dispositivo, siendo cada uno tal como
se ha reivindicado en las reivindicaciones anteriores.
9. Sistema de comunicaciones según
la reivindicación 8, en el que el segundo dispositivo es un
ordenador central, y el primer dispositivo es un componente
periférico del ordenador central.
10. Sistema de comunicaciones según la
reivindicación 9, en el que el componente periférico es uno de un
dispositivo de cinta magnética, un dispositivo de disco magnético y
un dispositivo de disco láser.
11. Sistema de comunicaciones según la
reivindicación 8, en el que la primera secuencia de transmisiones
incluye al menos una de una secuencia de datos de vídeo y una
secuencia de datos de audio.
12. Sistema de comunicaciones según la
reivindicación 8, en el que el segundo dispositivo incluye un
detector de colisiones que está configurado para detectar una
colisión entre una primera transmisión de la primera secuencia de
transmisiones y las segundas transmisiones del segundo dispositivo,
y en el que el segundo dispositivo finaliza la segunda transmisión
siempre que se detecta una colisión, y el primer dispositivo
continúa la primera transmisión independientemente de la
colisión.
13. Método para controlar el flujo de
datos desde un dispositivo (100) de comunicación, que comprende las
etapas de:
- -
- transmitir (620) una primera transmisión (501) en una vía (50) de comunicaciones de un único canal desde el dispositivo (100) de comunicación;
- -
- monitorizar (650) la vía (50) de comunicaciones de un único canal para ver si hay segundas transmisiones (511, 521) de comunicación en la vía (50) de comunicaciones de un único canal desde otros dispositivos (200, 300) de comunicación;
- -
- activar (635) señales (141) de equidad durante, como mucho, un número N entero de duraciones (541, 542) de equidad, siendo N un número entero mayor de 1, empezando las duraciones (541, 542) de equidad tras el final de una primera transmisión (501) de la secuencia de transmisiones y tras cada una de las como mucho N-1 segundas transmisiones (521) sucesivas después de la primera transmisión,
- -
- activar una señal (181) de actividad siempre que se detecta la segunda transmisión (511, 521) en una de las duraciones (541, 542) de equidad,
- -
- transmitir (670) una transmisión (302) subsiguiente en la vía (50) de comunicaciones de un único canal desde el dispositivo (100) de comunicación cuando la señal (141) de equidad y la señal (181) de actividad no están activadas juntas.
14. Método según la reivindicación 13, en
el que N es adaptable.
15. Método según la reivindicación 14, en
el que:
- -
- el dispositivo (100) de comunicación asume inicialmente que N es igual a 2;
- -
- el número N se incrementa si se produce una colisión durante una secuencia de transmisiones.
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