具有改進的接入協議的電信網的製作方法
2023-07-08 05:29:46 2
專利名稱：具有改進的接入協議的電信網的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電信網絡，該網絡包含一個主站和許多從屬站，從屬站通過傳輸媒介與主站相連，傳輸媒介對於一些從屬站來講至少有一部分是共用的。
本發明還涉及用於所述網絡的站以及用於所述網絡的通信手段。
依據前言所述的電信網絡可從參考文獻中了解，文章名為「為最終用戶接入交互數字業務的網絡演化」(Network Evolution for End UserAccess to Interactive Digital Services)，作者C.-J.L.van Deril和W.A.M.Snijders，會議「信息高速公路的最后里程」(The Last Mile ofthe Information Superhighway)，IBC會議，Sydney，1994年8月。
上述電信網絡用於通過一些對於一些從屬站公用的，或至少部分公用的傳輸信道，一些從屬站到主站之間的通信。上述傳輸信道可以包括光纖、同軸電纜或無線鏈路。所述傳輸系統的應用可以是無源光纖網絡，有線電視系統，本地網，用於衛星通信的系統和移動無線系統。
在對於一些從屬站使用公用信道的傳輸系統中，必須保證沒有因從屬站同時發送信息到主站而產生的幹擾。為保證對從屬站的足夠的服務，就需要網上的數據傳輸效率很高，尤其是在高負載的情況下。
現存有許多不同的接入協議，例如對上述類型的網絡有Aloha和分時隙Aloha。但是，這類協議在高負載條件下效率極低。
本發明的一個目標是依據前文，提供一個在高負載條件下有高效率的電信網絡。
因此，該電信網絡的特徵在於，從屬站包括了用於向主站發送傳輸請求信號的請求發送設備，主站包括了用於響應接收到的傳輸請求信號並向從屬站發送分配信號的分配發送設備，其中從屬站包括了用於響應分配信號，向主站發送有效負載數據的有效負載發送設備，以及在由從屬站發送完畢有效負載數據之後，用於向主站發送傳輸請求信號的請求發送設備。
通過使具有要發往主站的有效負載數據的從屬站發送了一個傳輸請求信號後，主站了解到哪個從屬站有有效負載數據要發送往主站。然後主站向從屬站發送分配信號，表示有一個時隙可被它們使用。接下來從屬站在分配給它們的時隙裡向主站發送它們的有效負載數據。從屬站傳輸完畢有效負載數據之後，從屬站將發送它們的下一個傳輸循環的請求信號。還可以想到，下一個傳輸請求信號是在從屬站發送完預定義量的有效負載數據後被發送的。這便帶來更高的傳輸效率，因為這樣便不需要所有的從屬站在發送它們的有效負載數據之前等待分配信號。
在高負載的情況下，從從屬站到主站的傳輸路徑基本上載滿了由從屬站而來的有效負載數據，帶來了高效率。
另一個優越性是，在向主站發送數據的時候，子站遇到的延遲被限制在一個最大值以內。因為在它們傳輸完畢之後，發送傳輸請求信號的子站很快就獲得了一個時隙，這就保證了子站遇到的延遲被限定在某個最大值範圍之內。對於每個從屬站的實際可用傳輸取決於網絡的傳輸負載。
參看「計算機網絡(Computer Networks)」一書，作者A.S.Tanenbaum，出版社Prentice-Hall，1989，ISBN 0-13-166836-6 pp 130-131，書中公開了在重負載條件下具有高效率，且具有延遲上限的協議。不過在該協議中沒有提出接收由從屬站發送的傳輸請求信號並對它們發送分配信號的主站。
本發明的進一步的實施方案的特徵在於，從屬站的請求發送設備被安排在與所述從屬站有關的時隙發送傳輸請求信號。
區分不同從屬站的傳輸請求信號的一個簡單的方法是，將時隙與所述從屬站相關聯，其中上述從屬站必須發送傳輸請求信號。
本發明的進一步的實施方案的特徵在於，分配發送設備被安排在主站接收到傳輸請求信號後，將該信號作為分配信號發送。
將接收到的發送請求信號作為分配信號再傳輸是提供分配信號的一個簡單的方法。接收到上述分配信號的從屬站便可知道需要向主站發送有效負載數據的所有的其它從屬站。用這個信息，便可以決定它們可用於發送的時隙號。例如，可以由與從屬站相關的順序號來決定允許從屬站傳輸的次序。
本發明的進一步的實施方案的特徵在於，有效負載發送設備被安排在預定義數量的符號間隔中發送一些完整的簡訊息信元，或者單個的同步轉移模式信元。
用有效負載發送設備發送一些簡訊息信元或單個ATM信元，使得在網絡中允許在一個預定義時間間隔傳輸幾種類型的信號。這對於更高層次的協議是有利的，每個從屬站只需要處理傳輸的一個預定義的時間間隔。
上述簡訊息信元的首選長度特徵在於，簡訊息信元具有十六字節的長度，其中預定義簡訊息數等於4。使用四個16位元組的簡訊息信元，全部就是64位元組，也可以傳送一個ATM信元(53位元組)加上一些額外的開銷信息。
上述簡訊息信元的第二選擇長度特徵在於，簡訊息信元具有九字節的長度，其中預定義簡訊息信元數等於6。使用六個9位元組的簡訊息信元，全部就是54位元組，也可以傳送一個ATM信元(53位元組)加上一個些額外的開銷信息。
本發明現將參考附圖加以解釋。這裡顯示了
圖1，發明可以應用的雙向電纜網絡；圖2，用於圖1網絡中的主站；圖3，用於圖1網絡中的從屬站；圖4，根據本發明的接入協議的示意圖；圖5，根據使用本發明協議的圖1網絡中的上行和下行信號；圖6，根據使用本發明協議的圖1網絡中的上行和下行信號，但傳輸請求信號間插在與前一請求信號相關的有效負載數據中。
在依據圖1的有線網絡中，前端(head end)2通過中繼網絡4與主站相連，這裡是本地節點6，並與其它的一些主站相連。主站6的輸入/輸出與前向路徑放大器8的輸入相連，且與返迴路徑放大器10的輸出相連。前向路徑放大器8的輸出與返迴路徑放大器10的輸入連接在一些饋電電纜段13、14和15上。饋電電纜段14連接到前向路徑放大器12的輸入和返迴路徑放大器16的輸出上。前向路徑放大器12的輸出和返迴路徑放大器16的輸入連接到引入電纜段18、20、22、24、26和28上，而這些引入電纜段又與從屬站30、32、34、36、38和40相連。
根據圖1的有線網絡基本上包括三個部分中繼網絡，饋電網絡和引入網絡。中繼網絡4用於連接前端2和本地節點。光纖被經常使用在中繼網絡4中，但同軸電纜也可以在中繼網絡4中使用。如果有線網絡將要用於一個大的區域，在中繼網絡中使用光纖便可以帶來明顯的更低的開銷。
每個本地節點可以服務於100-1500個從屬站。為防止不穩定，前向路徑放大器8與返迴路徑放大器10具有不重疊的通帶。目前，返迴路徑放大器的通帶是5MHZ～42MHZ，前向路徑放大器的通帶是55MHZ～750MHZ。放大器8的輸出信號被分為到饋電電纜13、14和15的信號。從饋電電纜13、14和15而來的上行信號被合成為返迴路徑放大器10的輸入信號。從饋電電纜段4出來的信號在前向路徑放大器12中放大，並通過引入電纜段18....28分配給從屬站30…40。由從屬站而來的信號通過引入電纜段18....28發送，並在返迴路徑放大器16的輸入端合成。
為了防止上行信號間的互幹擾使用了一些技術。通常使用返回頻率從5-42MHZ的一些上行載波，每一個分配了N個從屬站。為防止N個從屬站發送的上行信號之間的幹擾，依據本發明，應用了一種接入協議。
可以設想，主站不是本地節點6，但是主站的所有功能都集中在前端2。中繼網絡4必須把抵達本地節點的上行信號傳遞給前端2。
根據圖2，本地節點6中，一個寬帶分布信號通過帶通濾波器57加在信號合成/分解器58的第一個埠。ATM網關42，SONET/SDH網關44，幀中繼網關46和X.25網關連接到協議變換器/數據機52上。協議變換器/數據機52連接到信號合成/分解器58的第二個埠。電話交換機54與PSTN網以及協議變換器/數據機56相連。協議變換器/數據機56與信號合成/分解器58的第三個埠相連。信號合成/分解器58的輸入/輸出構成了本地節點6的輸入/輸出。
本地節點6被用於向從屬站提供不同類型的業務。經過中繼網絡4，從前端而來的分布信號在接收之後，直接加合成/分解器58上。分布信號主要包括一些調製在55-750MHZ帶寬內獨立載波上的電視信號。
網關42，44，46和48分別用來作有線網與公共ATM網，公共SONET/SDH網，幀中繼網和x.25網的接口。通過網關42…48發送的數據信號從饋電電纜段接收，並被協議變換器/數據機52解調與變換成所需協議。從網關42…48接收的數據信號被轉換成在有線網中使用的格式，並由協議變換器/數據機52調製到載波上。
從從屬站接收的傳輸請求信號被協議變換器/數據機52檢測，並傳送到控制單元50。處理了傳輸請求信號之後，控制單元50將分配信號傳遞給協議變換器/數據機52，後者將分配信號和從網關42，44，46和48接收的有效負載數據復用。復用後的信號由協議變換器/數據機52調製到載波上去，用來傳輸給從屬站。這裡分配傳輸設備由協議變換器/數據機52與控制單元50共同構成。
這裡的電話交換機54是用來在有線網中的從屬站之間互聯電話呼叫。協議變換器/數據機56用於有線網和電話交換機的接口。電話交換機54與公共電話網相連，使得從屬站可以對在有線網之外完成呼叫。
依據圖3的從屬站30…40中，引入電纜段與帶通濾波器60的輸入，協議變換器/數據機64以及協議變換器/數據機66相連。協議變換器/數據機64與電視接口72，乙太網接口68和(窄帶)ISDN接口70相連。帶通濾波器60的輸出以及電視接口的輸出與信號合成器74相連。協議變換器/數據機66的輸出與電話接口76相連。
依據圖3的從屬站中，將加在電視接收器上的分布信號被從引入電纜段接收的輸入信號中分解出來。上述的分配信號通過帶通濾波器60與合成器74相連，在該處所述分配信號與由電視接口72而來的控制信號合成，用在settop盒。該控制信號可以包括，例如用來解密加密了的可視信號的密鑰，加密信號是為了使上述可視信號只被有權用戶接收。
乙太網接口68的輸出為一個或多個PC提供了連接。ISDN的接口可以連接到ISDN電話或可視電話終端。最後，電話接口76為模擬電話裝置提供了對網絡的接入。當然，不是所有提到的可能接口都要在主站和/或從屬站中實現。
傳輸請求設備由協議變換器/數據機64和控制單元62共同組成，有效負載傳輸設備由協議變換器/數據機64，控制單元62和從接口86和70的有效接口組成。控制單元62檢測是否有接口之一要發送的數據。如果有，控制單元62便往協議變換器/數據機64發一個傳輸請求信號，協議變換器/數據機64將信號傳遞給上述的調製器，調製器在適當的時段交換到載波上，向主站發送。協議變換器/數據機64識別由從屬站接收的分配信號，並將其傳送給控制單元62。些處理後，控制單元62用協議變換器/數據機64開始向主站傳輸有效負載數據。
圖4中提出了從屬站接入公用信道使用的接入協議。根據發明的概念，給從屬站提供了發送請求信號，表示上述從屬站有需傳輸的數據。請求發送設備被包括在圖3的協議變換器/數據機64中。在圖3中可見，有一個請求信元R，其中從屬站可以發送它們的傳輸請求信號。該請求時段被分為M個子時隙，其中M＜＝N。對於N個從屬站中的每一個，都分配有唯一的一個子時隙，這樣，每個從屬站都可以發信號表明它有需傳輸的數據。
為了以下的分析，所有時長都被表示成符號周期，一個符號周期是發送一個基本符號所用的時間。為表示從屬站有需發送的數據，它在自己的子時隙裡交換到載波上。如果假設交換時間是gs個符號，在主站中檢測載波的時間等於dss符號，那么子時隙Sss的時長至少等於Sss＝dss＋2gs (1)如果請求信元的時長是Smc個符號，在請求信元中子時隙M的數量應該等於M=-SssSmc---(2)]]>再假設所有的有效負載數據用信息信元發送，該信息信元包括了一些V微信元。假設請求信元與微信元具有同樣的時長Smc。
當請求信元被從不同從屬站來的請求信號填充後，所有發送了發送請求信號的從屬站就能夠向主站發送一個信息信元。在請求信元結束後這使得產生W0個微信元。如果從屬站I是唯一一個發送請求發送信號的從屬站，上述站的信息信元就可以在請求信元結束之後發送W0個符號周期。如果所有具有低於I的順序號的從屬站都提出了一個發送請求信號，從屬站I可以在請求信元結束後發送它的信息信元W0＋IV個符號周期。
如果第I個從屬站需要提出發送請求，它可能剛好錯過了它在請求信元中的子時隙。在這種情況下，在請求信元中就有最多剩下Smc-i個子時隙。如果兩個請求信元間的微信元的數量限定在W1，那麼從從屬站發送的有效負載數據的延遲DI就可獲得一個上限Di＝Smc－iSss＋W1Smc＋W0Smc＋iVSmc(3)在(3)中，假設在兩個請求信元之間至少有I個信息信元可用。該條件可以被表示為i＋1＜＝(w1－w0)/v。(3)也可以寫為Di=Smc2+W1+W0+iV-SssSmc----(4)]]>如果i＋1＞(w1－w0)/v，另外的請求信元便被提出，因為用第一個請求元來表示的最後的信息信元在第二個請求信元之後在周期W0內發送。這便得到延遲的上限，等於Di=Smc3+W1+W0+iV-SssSmc----(5)]]>忽略Sss/Smc，依據公式(4)和(5)的上限可以簡化為Di=Smc(2+W1+W0+iV);i+1(W1-W0)V----(6)]]>Di=Smc(3+W1+W0+iV);i+1>(W1-W0)V----(7)]]>如果從屬站的數量N大於可在一個微信元中發送的傳輸請求的數量，請求信元的數量就得增加到數量[N/M]。這就意味著必須在值W1上加上值[N/M]-1。對延遲上限Dmax，將(7)中的W1用新值代替，得到公式Dmax=Smc(2+V+2NV+NM)----(8)]]>可見，公式(8)對N＜＝M也是成立的，因為在這種情況下，[N/M]等於1且W1設為原始值。
系統的效率E可以很容易地計算。在低負載條件下，每個信息信元需要一個請求信元。結果是Elow=VSmcSmc+VSmc=V1+V----(9)]]>在高負載條件下，所有N個從屬站都要連續地提出發送請求信號，於是在兩個連續達到請求信元之間有N個信息元。效率Ehigh可由下式得到Ehigh=NVSmcSmc+NVSmc=NV1+NV----(10)]]>結果效率E限制在V1+VENV1+NV----(11)]]>用公式(8)和(11)，對不同的值Smc，V，W0和N，可以算出返回信道的延遲和效率。上述計算的結果在下文的表格中給出。進一步可見，使用的調製結構使得每符號傳輸兩個比特
在V等於4，Smc等於64的情況下，一個微信元可載16位元組，而一個信息信元或請求信元可載64位元組。這對於運載一個ATM信元(53位元組)加上一些額外開銷是足夠的。如果只用了一個請求信元，且如果Sss等於8，N的最大值就是8。通過使用多個包含有ATM包的微信元，有可能得到這樣的系統，它可以使用微信元來運載具有低傳輸延遲的有關語音的數據，也可以發送更大傳輸延遲的ATM信元。
在V等於6，Smc等於36的情況下，一個微信元可載18位元組，而一個信息信元或請求信元可載54位元組。這對於運載一個ATM信元(53位元組)加上一個額外開銷字節是足夠的。如果只用了一個請求信元，且如果Sss等於2，N的最大值就是18。
在N等於288的情況下，請求信元的數量在第一種情況下必須增加到36，在第二種情況下請求信元的數量必須增加到18。從表格中可以清楚地看到，在高負載的情況下，效率比其它情況都要高。還可以看到，延遲的最大值約為100ms，這對於大多數應用來講是可以接受的。
圖5顯示了下行數據D和上行數據U之間的第一種可能的關係。從圖5中可見，在從前端接收分配信號S後，從屬站順序開始發送它們的信息信元。這裡一個信元用CELL I表示，其中I是一個整數，該信元是由順序號為I的從屬站產生的。在所有的從屬站發送完信息信元後，具有可用的有效負載數據的從屬站在請求信元的相應時隙發送一個傳輸請求信號。隨之，從屬站等待，直到請求信號由主站處理後，且接收到分配信號。在連續的分配信號間，主站發送為從屬站預定的有效負載數據。
如果傳輸請求信號的處理時間會長，由於等待分配信號，這就會導致上行鏈路的一些效率損耗。
圖6顯示了對上述問題的一個解決方法。這時從屬站在它發送的倒數第二個信息元之後在請求信元中發送傳輸請求信號。最後一個信息元直接在請求信元之後發送。用這種方法，對分配信號的等待時間就不會造成上行傳輸結構的效率下降了。
權利要求
1.包含主站和多個從屬站的電信網絡，從屬站通過傳輸媒介與主站相連，傳輸媒介對於一些從屬站來講至少有一部分是共同的，其特徵在於，從屬站包括了用於向主站發送傳輸請求信號的請求發送設備，主站包括了用於響應接收到的傳輸請求信號向從屬站發送分配信號的分配發送設備，其中從屬站包括了用於響應分配信號，向主站發送有效負載數據的有效負載發送設備，以及在由從屬站發送完畢有效負載數據之後，用於向主站發送傳輸請求信號的請求發送設備。
2.依據權利要求1的電信網絡，其特徵在於，從屬站的請求發送設備被安排在與所述從屬站有關的時隙發送傳輸請求信號。
3.依據權利要求1或2的電信網絡，其特徵在於，分配發送設備被安排在主站接收到傳輸請求信號後，將該信號作為分配信號發送。
4.依據權利要求1-3之一的電信網絡，其特徵在於，有效負載發送設備被安排在預定義數量的符號間隔中發送一些完整的簡訊息元，或者單個的同步轉移模式信元。
5.依據權利要求4的電信網絡，其特徵在於，簡訊息信元具有16位元組的長度，且預定義簡訊息元的數量等於4。
6.依據權利要求5的電信網絡，其特徵在於，簡訊息信元具有4位元組的報頭，且同步轉移模式被提供額外的4位元組報頭。
7.依據權利要求4的電信網絡，其特徵在於，簡訊息信元具有9位元組的長度，且預定義簡訊息元的數量等於6。
8.依據權利要求7的電信網絡，其特徵在於，簡訊息信元具有1位元組的報頭，且同步轉移模式被提供額外的1位元組報頭。
9.用於電信網絡的從屬站，其中多個從屬站通過傳輸媒介與主站相連，傳輸媒介對於一些從屬站來講至少有一部分是共同的，其特徵在於，從屬站包括了用於發送傳輸請求信號的請求發送設備，從屬站包括了用於響應分配信號，向主站發送有效負載數據的有效負載發送設備，以及在由從屬站發送完畢有效負載數據之後，用於向主站發送傳輸請求信號的請求發送設備。
10.依據權利要求9的從屬站，其特徵在於，請求發送設備被安排在與所述從屬站有關的時隙發送傳輸請求信號。
11.依據權利要求9或10的從屬站，其特徵在於，有效負載數據發送設備被安排在預定義數量的符號間隔中發送一些完整的簡訊息信元，或者單個的同步轉移模式信元。
12.用於電信網絡的主站，其中多個從屬站通過傳輸媒介與主站相連，傳輸媒介對於一些從屬站來講至少有一部分是共同的，其特徵在於，主站包括了用於接收由從屬站發送的傳輸請求信號的請求接收設備，主站包括了用於接收到的傳輸請求信號並向從屬站發送分配信號的分配發送設備，其中主站包括了用於接收從屬站發送的數據的有效負載接收設備，以及用於在收到有效負載數據之後用於接收請求信號的請求接收設備。
13.依據權利要求12的主站，其特徵在於，分配發送設備被安排在主站接收到傳輸請求信號後，將該信號作為分配信號發送。
14.電信網絡中使用的通信方法，該網絡包含主站和多個從屬站，從屬站通過傳輸媒介與主站相連，傳輸媒介對於一些從屬站來講至少有一部分是共同的，其特徵在於，該方法包括在預定義周期內將多於一個從屬站發出的傳輸請求信號傳到主站，響應接收到的傳輸請求信號向從屬站發送分配信號，以及從屬站響應分配信號向主站傳輸有效負載數據，特徵在於，該方法包括在從屬站傳輸有效負載數據後，向主站發送傳輸請求信號。
全文摘要
在傳輸系統中，其中許多從屬站(30～40)通過中介(14)與主站(6)相連。這就需要具有上行通信的能力。為了給從屬站提供足夠的業務，上行接入協議必須具有高傳輸效率，尤其是在高負載的條件下。為達到上述要求，使用了請求發送信元，其中所有的從屬站可提出發送請求。主站發送分配信號來響應傳輸請求信號，使得從屬站能夠發送它們的有效負載數據。而在所有的有效負載數據被從屬站發送完畢，下一個發送請求信元就可以被用來發送請求信號。
文檔編號H04N7/173GK1157072SQ96190666
公開日1997年8月13日 申請日期1996年4月16日 優先權日1995年5月4日
發明者C·J·L·范德裡爾, P·A·M·范格林斯文 申請人:菲利浦電子有限公司