CN1165602A - 多基站与相应基站间的传输控制方法及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制网络操作的方法，在网络中，基站共享通信信道。该信道的上游连接被分成包括数据槽(6)和m个控制小槽(51a，…51i，…51m)的时隙(4)。该方法包括：保存步骤，用于在小槽中将数据包传输请求传输到输入基站；传输步骤，用于在相应的确认信号通过输入基站返回到有关基站时传输这些数据包；还包括一个附加拥塞消除步骤，用于通过分析在小槽中的传输请求间发生冲突并随后修正信道的时序信号来改善传输性能。该修正包括将对数据槽有贡献的一部分信道配置给附加传输请求，例如至少一个空闲数据槽(6)。

Description

多基站与相应基站间的传输控制方法及通信系统

本发明涉及一种控制数据在多个标识基站间传输的方法，所述标识基站通过通信信道互连，该通信信道至少包括一个所述基站至少部分地共享的上游信道，所述上游信道被分为预定长度的、连续的时隙，它又包括一个数据槽和m个控制小槽，该方法包括：

(A)保存步骤，用于在上述控制小槽中定义基站产生的数据包传输请求的传输顺序及在数据槽中定义相应数据包的传输顺序；

(B)传输步骤，包括下述两个子步骤：

a.响应于产生的数据包，由上游信道传输数据包传输请求；

b.通过上游信道传输数据包；

本发明还涉及用于实现该方法的输入通信基站和包括该输入基站的通信系统。

本发明可用于卫星通信网络或任何其他种类的在远程基站、计算机等之间的连接，尤其可用于交互电视领域。更一般地，本发明可用于需要在多种类型的数据处理装置间通信的任何情况。

当这类数据处理装置(例如称作基站)通过公共通信媒介互连构成网络时，它们根据数据通信协议通信，数据通信协议定义了一套以精确的方式构成的规则。一般说来，该协议可分为无冲突型或冲突型。显然，例如只有两个基站需要相互传输数据时不产生通信问题。当两个以上基站需要经过公共信道两两相互通信时，有可能两个或多个用户同时发送消息(因为所有用户都能在任意瞬间开始传输)，这就导致这些消息间的冲突(称为有关基站竞争)。因此，数据通信协议必须精确到足以管理冲突导致的网络吞吐量损失的程度。

因此，提出了第一类协议，根据该协议，将信道时间分成由大小相同的传输槽并将消息分成固定长度的包。这些时隙可从它们在固定长度的帧中的位置知道并且特定地指定给每一个用户，因此该用户总在同一时隙(例如每一帧的第i时隙)中发出消息(包括一个或多个固定长度包)。收件人只要知道为接收消息，他必须收听上述每一帧中的第i时隙。然而，这种协议只限于固定波特率应用。

在第二类协议中，基站总是产生用于在合适的固定长度的槽中传输的固定长度的消息，但这些时隙不再用于特定用户。所述基站中的一个或预定输入基站通常控制信道和业务量。当用户不管其他用户在做什么、在任一时隙中发出消息时，该输入基站只在接收到消息时才向该用户发出确认信号。不返回确认时，意味着产生了错误传输(一般由于两个或多个的消息冲突，破坏了所有传输的消息)，用户再次发出消息，直到他收到等待的、指示传输成功的确认信号为止。为防止高负载，这种再传输需要相当长的时间。

在美国专利5390181中说明了一种改进协议，该协议在轻负载时提供了对信道的快速访问，而且在信道负载增加时也有较好的性能。根据该协议，分布式队列随机访问协议(简记为DQRAP)满足两种情况：

(a)现在将通道时间分成另一类时隙，每一个该时隙包括固定数目m的小槽(上述控制小槽)和一个数据槽；

(b)每个基站(或用户)参与两个公共队列的构成：

(1)第一队列，称作数据传输队列，在数据槽中筹备基站发射的数据包的有序传输；

(2)第二队列，称为冲突消除队列，当由于同时发送的多个数据包间的冲突而使得不能快速访问信道的消息时，就激活该队列，(也由于传输请求的有序传输)来解决这些冲突并避免发生另外的冲突。

该协议以下述方式工作。当基站准备(在数据槽中)发送消息时，它必须首先在一个控制小槽中发送相应的消息请求，通过旋转m面的骰子进行选择，m通常是不充分的，例如等于3。如果没有其他基站在同一瞬间发出相似的传输请求，那么该请求可以在选定的小槽中立即执行，安全地到达输入基站，输入基站接收该请求并向基站传输一个相应的确认信号。如果数据传输列为空，则该信息可以立即传输；如果已经有一些消息等待传输，该信息就占据该队列中的后面的空位。反之，当两个或多个基站试图同时在同一小槽中发出消息请求时，就发生冲突，请求都不能传输，这使得每一用户试图请求再次传输其请求(通过再一次旋转m边骰子来选择下一组小槽中的另一个小槽)。在冲突解决之前必须执行该操作，结果网络效率降低。

另外，当消息传输请求的数目变得相当大时，冲突的数目也增加，需要越来越多的小槽来解决冲突(每一冲突至少需要两个以上的小槽)。由于可利用的小槽的数目限于每个时隙m个，所以，为考虑冲突并回答新的请求，需要增加时间。

因此，本发明的目的之一是提出一种在高负载情形下其性能比先前所述协议的性能显著提高的方法。

为此，本发明涉及一种在说明书的前序部分说明的方法，其中，所述控制方法包括：(C)拥塞消除步骤，包括转换子步骤，只要请求数大于预定阈值，就将至少一个空闲数据槽转换成p个附加控制小槽。

该改进的方法基于如下事实：传输请求间的冲突妨碍了数据包的发送，因而一些通常为传输这些数据包提供的数据槽没有被占用。根据本发明，可使用这些标志为空的数据槽来插入附加的小槽。这些划分成附加小槽的空地址现在被附加传输请求占用。

在本方法的另一优选实施例中，可以通过另一类时间转换来实现增加分配给控制小槽的期间长度的步骤。

为此，本发明也涉及在说明书的前序部分说明的方法，其中，所述控制方法包括：(C)拥塞消除步骤，包括转换子步骤，只要请求数大于预定阈值，就将时隙的预定长度增大q个附加控制小槽。

优选相关的阈值等于每一时隙中小槽的初始数目m。

本发明的另一目的是提供一种可以实施该方法的输入基站。

为此，本发明涉及用于实现控制数据在多个标识基站间传输的方法的输入基站，上述标识基站通过通信信道互连，该通信信道至少包括一个至少由所述基站部分共享的上游信道；所述上游信道被分为包括一个数据槽和m个控制小槽的预定长度的、连续的时隙；该输入基站包括用于定义上游信道的上述时分的时序信号发生装置和处理装置，处理装置用于在控制小槽中接收基站产生的数据包传输请求，如果允许在数据槽中传输相应的数据包，还返回相应的确认信号；该输入基站还包括拥塞检测装置和控制装置，只要接收的传输请求数目一大于预定阈值拥塞检测装置，就指示拥塞状态，控制装置响应所述拥塞状态改变上述时序信号，所述改变包括只要请求数目大于上述阈值就将至少一个空闲数据槽转换成p个附加小槽的转换，或者只要请求数目大于上述阈值，就用p个附加控制小槽增加时隙的预定长度来进行该变换。

本发明的另一目的也在于提供一种用于实施该方法的通信基站。

为此，本发明涉及一种用于实现控制数据在多个标识基站间传输的方法的通信基站，上述标识基站通过通信信道互连，该通信信道至少包括一个至少由所述基站部分地共享的上游信道；所述上游信道被分为包括一个数据槽和m个控制小槽的预定长度的、连续的时隙；该通信基站包括如下的组合：(A)本地传输请求队列，根据定义的传输顺序，在上述控制小槽中响应基站发生的数据包，进行传输请求的预留传输；(B)本地包传输队列，根据接收的、应答上述传输请求的确认信号的传输顺序，在上述数据槽中进行响应这些请求的数据包的预留传输；(C)到上游信道的数据包和传输请求的访问控制装置；其中，为上述访问控制装置配置了附加控制小槽，以便只要产生的传输请求数目大于预定阈值就增大上述本地传输请求队列的长度并且为该队列的附加部分提供临时的优先级，只要上述请求数目大于上述阈值，就访问到上游信道的附加请求，例如至少在第一空闲空数据槽中来产生附加的小槽，或根据附加小槽使预定长度的时隙增加所需期间来产生附加的小槽。

本发明的另一目的仍然是提供一种包括这类基站和输入基站的通信系统。

为此，本发明涉及一种用于在多个标识基站间传输数据的通信系统，上述标识基站包括一个主站或输入站，通过通信信道相连，该通信信道至少包括至少由所述基站部分地共享的上游信道；所述上游信道被分为包括一个数据槽和m个控制小槽的预定长度的、连续的时隙，该系统还包括：(A)传输请求队列，根据定义的传输顺序，在上述控制小槽中进行响应基站发生的数据包的传输请求的预留传输；(B)包传输队列，根据接收的、应答上述传输请求的确认信号的传输顺序，在上述数据槽中进行响应这些请求的数据包的预留传输；(C)向上游信道的数据包和传输请求的访问控制装置；上述输入基站包括拥塞检测装置和控制装置，只要接收的传输请求一大于阈值，拥塞检测装置就指示拥塞状态，控制装置响应所述拥塞状态，改变上述时序信号，所述改变包括将至少第一空闲数据槽转换成p个附加小槽或用p个附加控制小槽增加时隙的预定长度来进行上述改变。

参照附图来进一步详细地说明本发明，其中：

图1概略地示出了用于在多个基站间进行数据传输的通信系统；

图2示出了将通信信道时分为一系列时隙；

图3示出了实施根据本发明的方法的输入基站的概略实施例；

图4和图5与图2对比着示出了根据本发明修正的上述信道的其他类型的时分。

如图1概略地示出的那样，一种通信系统例如包括用于发生消息的输入基站1和多个远程基站2A到2N。在该系统中，所有消息是通过基站共享的多路访问传输信道3、以数据包的形式传输的，该多路访问传输信道3包括一个上游信道和一个下游信道。如图2所示，时间被切槽：上游信道划分成周期性间隔，该间隔是具有预定长度的连续的时隙4。每一时隙分为一个控制窗5和一个数据槽6。每一控制窗5包括m个控制小槽51a至51m。假定数据槽6的大小为每一基站产生的数据包的长度L，但完整的消息可能需要若干数据包来传输，每一数据包与数据槽的长度相等，任一控制小槽51i的大小记为d。尽管该大小依赖于具体实现，但这里总假定d比数据槽d小许多。因此，每一时隙4的长度等于(L+md)并构成上游信息时间单元。由输入基站1实现上游信道的时分，如图3所示，输入基站1包括定时信号发生装置31。

这类系统的基本原理是在轻负载时(既无延迟，当基站都不与其它基站相连且在消息间没有冲突风险时有可能发生这样的立即访问)或在产生冲突时直接传输基站发生的信息，以便在尝试下一次数据包传输前解决每一个冲突。

为实施该原理，两个队列与基站相关联：一个传输请求队列，一个包传输队列。在轻负载时，系统实施的方法以适当数目的数据槽6提供了必须由子站传输的消息的立即传输。在重负载时，当消息间发生竞争冒险时，由预留步骤代替立即传输步骤，预留步骤按照下述指示使用上述队列；

(a)传输请求队列用于在控制小槽中传输任一基站发生的连续传输请求，该请求根据考虑它的顺序传输，所述顺序由输入基站1的处理装置32返回到基站的确认信号定义，以便根据接收和允许的传输请求认可数据包的传输；

(b)包传输队列用于响应上述允许的传输请求、从有关的子站串行传输数据包，数据包根据已接收的相应请求的顺序传输。

然后，通过执行控制为允许消息通过通信信道在基站间传输的方法来实施图示的系统，该方法包括保存步骤和传输步骤。

保存步骤用于在传输请求队列的本地部分(本地装置：与某给定基站有关的装置)定义研究的基站产生的数据包传输请求的传输顺序，允许按照上述顺序在控制小槽中预留传输这些请求。传输步骤用于根据允许的请求、在包传输队列的本地部分定义数据包的传输顺序，允许按照上述顺序在数据槽中预留传输这些数据包。显然，如果队列为空，就立即进入上流信道，不需要为定义要传输哪一个请求或数据包而定义特殊的传输顺序。

该输入基站1还包括(图3)拥塞检测装置33，拥塞检测装置33接收传输请求，用于检测拥塞状态：当数据包传输请求的数目大于某预定阈值、例如每一时隙的小槽的初始数目为m时，对所有的传输请求，确认信号不再(通过处理装置32)返回到基站，在拥塞消除步骤中控制装置34允许修正定时信号。根据第一优选实施例，该步骤包括如下的转换：即当上述指示的准则不满足(请求数目不大于所述阈值)时，就将至少第一空闲数据槽转换成P个附加控制小槽。

根据另一实施例，提供了拥塞消除步骤来将时隙的预定长度增加附加控制小槽(附加数目q)。只要请求数目大于上述阈值，就执行转换操作。

事实上，可以认为，包传输队列根据步骤(A)和(B)定义的初始协议DQRAP，计算等待发送数据的基站的数目，传输请求队列计算对应于冲突的数据包的数目。可以认为基站包括指向每一队列的附带指针并定义这些队列的相应长度，然后，根据下述传输规则传输基站的消息或数据包：

(a)如果两个队列的长度都等于0(即，如果两个队列都为空)，那么，数据立即在数据槽(传输请求队列是一种入口，基站必须通过它以便在包传输队列中获得一个位置，但如果队列为空，则通过是瞬时的)中传输；

(b)如果传输请求队列为空且包传输队列不为空，那么，拥有包有传输队列中的第一个入口的基站在数据槽中传输其消息，拥有上述队列中之后入口的基站在较后的数据槽中传输其消息，这样，对所有有关的基站，每传输一次数据包，包传输队列长度计数器的内容就减少；

(c)每次允许对应于小槽的请求时，各基站使包传输队列长度计数器的内容增1，因此，对应于允许请求的传输成功时，使上述内容减1；

(d)每个基站使传输请求队列长度计数器的内容增加一个请求间的冲突数；

(e)对其成功请求或冲突请求的基站在每一时刻都知道在两个队列中的位置并相应地调整其指针；

上流信道3的两个部分被共享，第一部分用于传输请求(小槽)，第二部分用于消息请求(数据槽)，根据队列的相应内容渐进地占据这些部分中的每一个。根据本发明，如图4和图5所示，当发生冲突且空闲小槽的数目不足以允许发送进一步的请求时(或者考虑冲突并回答新请求需要过多时间时)便以修正的方式占据信道3。

例如在第一优选实施例(图4)中，修正的控制方法的附加拥塞消除步骤用于执行下述操作：

(a)分析操作：其中，n是传输请求间的冲突数目，将解决n个冲突和发送全部相应请求所需的小槽数与预定阈值(例如m)进行比较；

(b)转换操作：只要所需数目大于m时就进行，至少将下一个空闲数据槽(例如在图4中叫做61a)及信道3中的相应槽转换到预留作数据包传送且尚未被这样的数据包占用的的位置，分成p个额外的控制小槽151a、151b、151p(或者，如需要，则分成一些这样的空闲数据槽)；

(c)附加步骤的结束：当上述所需数目一降低到不再大于m的值，这样的转换操作就中止。

在第二优选实施例(图5)中，也提供了附加的拥塞消除步骤来进行分析和转换操作，但转换操作有细微的区别。只要请求数大于预定阈值，就改变上游信道的划分，通过用q个附加控制小槽251a、251b…251q增加时隙的预定长度(记为符号14)(控制窗现在具有记为符号15的长度)。

显然，本发明并不限于这些方法和系统，不脱离本发明的范围还可以做出修正和改进。例如，以时隙包括m个瞬时小槽的特殊情形说明了本发明，但本发明还涉及例如在码分复用方案中占据同一短期间的这些小槽不再是瞬时的、而是频繁的或由正交码隔开的小槽的情形。

Claims (10)

1.一种控制数据在多个标识基站间传输数据的方法，所述标识基站通过通信信道互连，该通信信道至少包括一个所述基站至少部分地共享的上游信道，所述上游信道被分为预定长度的、连续的时隙，它又包括一个数据槽和m个控制小槽，该方法包括：

(A)保存步骤，用于在所述控制小槽中定义基站产生的数据包传输请求的传输顺序及在数据槽中定义相应数据包的传输顺序；

(B)传输步骤，包括下述两个子步骤：

a.响应所产生的数据包，通过上游信道传输数据包传输请求；

b.通过上游信道传输数据包；

(C)拥塞消除步骤，包括转换子步骤，只要请求数大于预定阈值，就将至少一个空闲数据槽转换成p个附加控制小槽。

2.一种控制数据在多个标识基站间传输的方法，所述标识基站通过通信信道互连，该通信信道至少包括一个所述基站至少部分地共享的上游信道，所述上游信道被分为预定长度的、连续的时隙，它又包括一个数据槽和m个控制小槽，该方法包括：

(A)保存步骤，用于在所述控制小槽中定义基站产生的数据包传输请求的传输顺序及在数据槽中定义相应数据包的传输顺序；

(B)传输步骤，包括下述两个子步骤：

a.响应所产生的数据包，通过上游信道传输数据包传输请求；

b.通过上游信道传输数据包；

(C)拥塞消除步骤，包括转换子步骤，只要请求数大于预定阈值，就将时隙的预定长度增大q个附加控制小槽。

3.权利要求1或2所述的方法，其中，所述阈值是每一时隙中小槽的初始数m。

4.一种用于实现控制数据在多个标识基站间传输的方法的输入基站，所述标识基站通过通信信道互连，该通信信道至少包括一个至少由所述基站部分共享的上游信道；所述上游信道被分为包括一个数据槽和m个控制小槽的预定长度的、连续的时隙；该输入基站包括用于定义上游信道的所述时分的时序信号发生装置和处理装置，处理装置用于在控制小槽中接收基站产生的数据包传输请求，如果允许在数据槽中传输相应的数据包，还返回相应的确认信号；该输入基站还包括拥塞检测装置和控制装置，只要接收的传输请求数目一大于预定阈值拥塞检测装置，就指示拥塞状态，控制装置响应所述拥塞状态改变所述时序信号，所述改变包括只要请求数目大于所述阈值就将至少一个空闲数据槽转换成p个附加小槽的转换。

5.一种用于实现控制数据在多个标识基站间传输的方法的输入基站，所述标识基站通过通信信道互连，该通信信道至少包括一个至少由所述基站部分共享的上游信道；所述上游信道被分为包括一个数据槽和m个控制小槽的预定长度的、连续的时隙；该输入基站包括用于定义上游信道的所述时分的时序信号发生装置和处理装置，处理装置用于在控制小槽中接收基站产生的数据包传输请求，如果允许在数据槽中传输相应的数据包，还返回相应的确认信号；该输入基站还包括拥塞检测装置和控制装置，只要接收的传输请求数目一大于预定阈值拥塞检测装置，就指示拥塞状态，控制装置响应所述拥塞状态改变所述时序信号，所述改变通过只要请求数目大于所述阈值、就将时隙的预定长度增加q个附加控制小槽来进行。

6.一种用于实现控制数据在多个标识基站间传输的方法的通信基站，所述标识基站通过通信信道互连，该通信信道至少包括一个至少由所述基站部分共享的上游信道；所述上游信道被分为包括一个数据槽和m个控制小槽的预定长度的、连续的时隙；该通信基站包括如下的组合：(A)本地传输请求队列，根据定义的传输顺序，在所述控制小槽中进行响应基站发生的数据包的数据包传输请求的预留传输；(B)本地包传输队列，根据接收的、应答所述传输请求的确认信号的传输顺序，在所述数据槽中进行响应这些请求的数据包的预留传输；(C)到上游信道的数据包和传输请求的访问控制装置；其中，为所述访问控制装置配置了附加控制小槽，以便只要产生的传输请求数目大于预定阈值，就增大所述本地传输请求队列的长度并且为该队列的附加部分提供临时的优先级，只要所述请求数目大于所述阈值，就访问到上游信道的附加请求。

7.权利要求6所述的基站，其中，至少在第一空闲空数据槽中产生附加的小槽。

8.权利要求6所述的基站，其中，根据附加小槽使预定长度的时隙增加一个期间。

9.一种用于在多个标识基站间传输数据的通信系统，所述标识基站包括一个主站或输入站，通过通信信道相连，该通信信道至少包括至少由所述基站部分地共享的上游信道；所述上游信道被分为包括一个数据槽和m个控制小槽的预定长度的、连续的时隙，该系统还包括：(A)传输请求队列，根据定义的传输顺序，在所述控制小槽中进行响应基站发生的数据包的传输请求的预留传输；(B)包传输队列，根据接收的、应答所述传输请求的确认信号的传输顺序，在所述数据槽中进行响应这些请求的数据包的预留传输；(C)向上游信道的数据包和传输请求的访问控制装置；所述输入基站包括拥塞检测装置和控制装置，只要接收的传输请求一大于阈值，拥塞检测装置就指示拥塞状态，控制装置响应所述拥塞状态，改变所述时序信号，所述改变包括将至少第一空闲数据槽转换成p个附加小槽。

10.一种用于在多个标识基站间传输数据的通信系统，所述标识基站包括一个主站或输入站，通过通信信道相连，该通信信道至少包括至少由所述基站部分地共享的上游信道；所述上游信道被分为包括一个数据槽和m个控制小槽的预定长度的、连续的时隙，该系统还包括：(A)传输请求队列，根据定义的传输顺序，在所述控制小槽中进行响应基站发生的数据包的传输请求的预留传输；(B)包传输队列，根据接收的、应答所述传输请求的确认信号的传输顺序，在所述数据槽中进行响应这些请求的数据包的预留传输；(C)向上游信道的数据包和传输请求的访问控制装置；所述输入基站包括拥塞检测装置和控制装置，只要接收的传输请求一大于阈值，拥塞检测装置就指示拥塞状态，控制装置响应所述拥塞状态，改变所述时序信号，通过只要请求数目大于所述阈值、就将时隙的预定长度增加q个附加控制小槽来进行。

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