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CN100362784C - 多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法 - Google Patents

多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法 Download PDF

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CN100362784C CNB03802375XA CN03802375A CN100362784C CN 100362784 C CN100362784 C CN 100362784C CN B03802375X A CNB03802375X A CN B03802375XA CN 03802375 A CN03802375 A CN 03802375A CN 100362784 C CN100362784 C CN 100362784C
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Abstract

本发明涉及一种用于多用户多点到多点的数字数据传输系统传送数据的方法，所述系统包括多件经由物理介质(6)双向连接的用户设备(1)。本发明的方法可用于建立从一个用户发送器调制解调器(1a)到不同目的用户设备(1b-1d)的以不同速度进行的各通信，同时保持每一件目的用户设备(1b-1d)所要求的带宽和最大等待时间需求。所述方法包括以不同的速度将多个信息帧(4)从用户发送器调制解调器(1a)发送到多件目的用户设备(1b-1d)。此外，使用帧的百分比预留，本发明提供基于用户设备所要求的服务质量，并且提供了一种标准，以便动态地分配那些将要在帧中发送到每一个用户设备的分组，对所述要加以发送的分组加以分组或划分。

Description

多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法
技术领域
本发明适用于经由物理介质(6)来进行双向通信的多种用户调制解调器(1)。该方法允许在一个用户发送器调制解调器(1a)与多个受信用户调制解调器(1b-1d)之间以不同的速度进行多路信息传输，同时保持每一个受信用户调制解调器(1b-1d)所需带宽以及最大等待时间的值。
本方法包括以不同速度从一个用户发送器调制解调器(1a)向多个受信用户调制解调器(1b-1d)发送各个信息帧，此外还通过保留一定百分比的帧而为每个用户调制解调器实现服务质量，并且所述方法还提供了一种标准，用于通过分组或划分那些将要发送的分组而在帧中动态分配发送到每个用户调制解调器的分组。
发明目的
正如在标题中所示，本方法包括一种用于由一个多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法。该方法涉及的是在下行信道传输介质中执行访问控制的方法，也就是用以实施从一个用户调制解调器到多个其他用户调制解调器的传输的方式。
本发明中该方法的主要目的在于：通过依照由每一个用户调制解调器所确立的最大等待时间需求，在发送到不同用户调制解调器之间分配物理介质可用带宽，从而将传输容量增至最大。
本发明的技术领域是远程通信部分，尤其是使用任何一种传输装置的不同用户之间所进行的双向通信。
背景技术
在现有技术中，各个调制解调器使用相同物理介质彼此发送信息的点到多点系统的应用是已知的。在这些系统中的主要问题在于：除非传输网络对于每个用户而言都是对称的，在现实中这是不太可能的，则用户调制解调器会因为下述事实而不能以同样质量等级对来自不同发送器的信息进行接收，所述事实即下行方向(从一个用户调制解调器发送器到另一个用户调制解调器中的接收器的信道)中的衰减和信道噪声取决于在每种场合中涉及到哪一发送器和接收器以及在每一时刻的信道行为。
由于这个问题，因而很难在目前可用的点到多点系统中保持为发送不同类型业务所需要的带宽需求以及最大等待时间。
此外，在传输介质在时间上的响应是可变的而不是固定的场合，正如低压电网或移动网络那样，由于需要修改通信配置而能够始终保持对等待时间和带宽的需求，这个技术问题将会更为重要。
本发明解决这个技术问题，允许在独立于物理介质特性和通信的情况下保持所述服务质量需求(带宽和最大等待时间)。
在现有技术中还具有其他那些允许在通信中包含服务质量(QoS)的系统。关于这方面的记载包括涉及“POINT TO MULTIPOINT SYSTEMAND PROCESS FOR THE TRANSMISSION OVER THE ELECTRICITY NETWORKOF DIGITAL DATA”的西班牙专利申请200003024以及涉及“PROCESSFOR MULTIPLE ACCESS AND MULTIPLE TRANSMISSION OF DATA IN AMULTI-USER SYSTEM FOR THE POINT TO MULTIPOINT DIGITALTRANSMISSION OF DATA OVER THE ELECTRICITY NETWORK”的西班牙专利申请200100916，这两份文献都给出了一种为电网上的点到多点通信包含服务质量(QoS)的解决方案，其中一个单一发送器(头端调制解调器)与不同用户(用户调制解调器)进行通信。本发明的方法对这一方法进行了改进，以便允许在点到多点的通信中包含服务质量(就带宽和最大等待时间而言)，由此任何用户调制解调器都可以向任何其他用户发送信息，并且这种通信非但不局限于低压电网之类的可变时间介质，而且还可以在作为点到多点传输中的通信信道使用的其他任传输介质中得到应用。
在文献EP-0973-290-A2中可以找到另一相关的背景技术，所述文献涉及的是将数据服务信道中的数据分组与一个或多个数字视频信号信道中的数据进行复用，以便形成一个经过复用的输出信号。数据服务信道中的数据可以包括控制数据、条件存取数据、电子节目指南、页式数据服务、服务信息、广播互联网信息以及诸如金融共享信息之类的商务信息。每一个数据分组都包含了一个指示所请求的递送时间的时间戳，并且数据分组按照时间戳的顺序分类到一个队列中。数据服务信道的紧急性则是作为队列长度和所请求的递送时间的一个函数而被计算的。分配到数据服务信道的复用输出信号比特率的份额是根据该紧急性而变化。为每一个数据分组都计算了一个错误值，以便向队列头表明预期递送时间与所请求的递送时间的误差，并且数据信道紧急性是作为误差值的平均值而被导出。所述平均值可以是一个经过加权的平均值。
由此，本发明给出的是这样一种方法，它维持所述需求，包括在衰减的、噪声和信道响应为每一个用户调制解调器在频率和时间上动态变化时维护所述需求。
发明内容
为了实现这些目标并避免前一段落中指出的不便，本发明开发了一种用于对多用户的点到多点数字数据传输系统下行方向传送数据的新方法，此处各个用户调制解调器经由物理介质来进行双向通信。所述下行信道是一条由一个用户调制解调器向一系列接收信息的用户调制解调器发送信息的信道，而上行信道的定义则与之相反。
对本发明中描述的方法来说，其特征在于：因为它包含了使用相同物理介质而以不同速度对不同用户调制解调器所进行的信息传输；因为在适合不同传输速度和不同用户的下行信道中实现了时分，因为针对通信装置而对分组大小进行了优化，其大小可以不同于发送器上层通信中所用的分组大小；以及因为通过对基于分组所需质量的信道时间加以保留来发送那些具有对于用户调制解调器或用户调制解调器组的不同优先级的分组。
所有这些特征允许在下行信道中为各个用户确保一个确定的带宽和一个确定的最大等待时间，基于用于不同用户调制解调器的不同带宽需要和等待时间来为通信业务提供服务质量(QoS)。
由于信息以不同速度传送并且这些传输速度取决于每个用户调制解调器所用每一符号的比特数目，因此，为了在适合各个用户的传输速度的下行信道中实施时分，由物理介质发送的所有分组必须占用相同的信道时间，但是以不同的长度。被发送分组长度可以小于或等于一个固定的最大值(在比特数目上)。
为使这些分组占用相同信道时间，在发送器中，每个分组的符号数目在通常所谓的最大传输单元(MTu)中都是固定的。这个符号数目被调节到一个适合在每秒比特的传输方面的效率与等待时间方面的服务质量之间达成折衷的值。本方法允许那些来自用于发送分组的单元的不同类型的业务。在这些不同类型中，所允许是没有最小等待时间和带宽需要的业务、具有恒定比特率(CBR)的业务、具有可变比特率(VBR)的业务以及具有保留带宽和固定的最大等待时间的业务。
由于发送的符号数目对于每次传输是一个固定的数目，因此在发送器中对那些必须发送到各个用户的分组进行编组和/或划分。采用这种方式，将分组大小固定成用于传输的单元即最大传输单元中的符号数目。
由于符号的持续时间固定且始终相同，因此对每个发送分组而言，其符号数目也是固定的。
下行信道被划分成一系列分组数目固定的帧。在这些帧中保留了将要发送到受信用户组的不同的分组百分比。每一个用户组都包含了这样的用户，这些用户对于它们的业务都共享相同类型的服务质量需求，这个质量是保留的带宽和/或最大等待时间。
如果没有使用为一个用户或受信用户组保留的百分比，则可以在将要发送信息的其余调制解调器或用户调制解调器组之间分配所述百分比。这是依照已确定的将要传送的业务配置而加以执行的。
在帧中为每一个用户组所保留的分组百分比中，所述组中的每个用户依照其自己的服务质量而具有一定的百分比，取决于它是否具有保留的带宽和/或最大等待时间需求。
本发明的方法包括在发送器中把那些要发送到不同用户的分组存储到一系列队列中。这些传输队列是依照用户的队列，此处分组是根据优先级来进行排序的，所述优先级则是由上层协议确定的。将分组存储在这种队列中允许提取那些按照优先级排序的分组。因此，发送器对分组进行了编组，并且确定：哪一个是下一个要发送的分组、要把下一个分组发送给谁、以及下一个分组的大小。
为了便于更好地理解本发明，在这里提供了下列附图，尽管这些附图构成详细说明以及权利要求的一个不可缺少的部分，但是它们提供关于本发明原理的示范性而不是限制性描述。
附图说明
图1显示的是典型的多用户的点到多点通信方案，其中一个调制解调器与分布在不同建筑物中的不同用户调制解调器进行通信。
图2显示的是在一个用户调制解调器与三个其他调制解调器之间进行通信的例子，其中显示了传输帧以及对应于各个用户的不同速度。
图3显示的是为具有不同质量需要的两个受信用户保留帧中分组百分比的可能例子。
具体实施方式
以下是关于本发明优选实施例的说明，其中引用了在附图中使用的编号。
这个例子关注的是一种用于进行点到多点的双向数据传输的数字传输系统，因此其中存在多个用户调制解调器1。
图1中的例子显示了在建筑物2中的一系列用户调制解调器1以及在建筑物3中的用户组1。
由于本发明适用于下行信道，因此图2显示的是：一个用户发送器调制解调器1a以不同速度vi、vi+1和vi+2向三个用户调制解调器1b-1d发送数据。
速度vi是每秒可以从用户发送器调制解调器1a发送到用户调制解调器1b的比特数目。
发送器借助了一个稍后将要提到的仲裁单元来负责分配物理介质6上的通信带宽。
在一个具有不同传输速度的点到多点的系统中，需要对定义服务质量的需要加以考虑，其中所述服务质量能够保证使不同用户的有效等待时间存在差异。
对每一个用户调制解调器来说，传输速度可以是不同的。例如，在一个“OFDM”(正交频分复用)通信系统中，速度取决于每个载波的比特数目，并且这后一个值取决于这个载波中的某些信道参数的质量。
例如在这个通信系统中，如果用户调制解调器1b远比另一个调制解调器1d更接近用户发送器调制解调器1a，在每个OFDM符号中，为调制解调器1b给出的每个载波的比特结构比为调制解调器1d给出的更加优化，则因为衰减较小而可以在没有质量损失的情况下将更多比特发送到最近而不是最远的用户。
在一个传统的系统中，其中使发端与所有受信方相联合的速度是相同的，对将要发送的所有分组来说，其最大字节数目都是固定的。这样一来，每个分组都占用了相同的信道时间，并且可以确保所有远程用户的接收等待时间不会超出一个确定值。与之相反，在每个受信方都具有不同速度的系统中，如果对所有受信方而言都具有相同的最大字节数目，那么分组将要使用的信道时间取决于速度，由此无法保证等待时间。
本发明的方法在独立于各个信道中的速度的情况下为所有受信调制解调器把信道时间设定成相等的。这样一来，到每个受信调制解调器1b-1d的传输都具有一个最大字节数目，其对于每一个调制解调器来说将是不同的。
考虑图2中的例子，此处选择了两个用户调制解调器1b和1c，并且1b比调制解调器1c更远离用户发送器调制解调器1a。在这里设想存在分别与1a到1b的通信以及1a到1c的通信相关联的速度vi和vi+1(其中vi大于vi+1)。此外，考虑一下在OFDM通信系统中，速度vi和vi+1被转换成每个载波的比特数目，然后，由于每个符号持续的时间已知并对每个受信调制解调器而言都是相同的，因此在每个OFDM符号中都可以为调制解调器1b引入并发送N1个比特，并为调制解调器1c引入并发送N2个比特。
在这个例子中，每个分组最大占用N个OFDM符号。因此，用于每个分组的信道时间是受到控制的，此外还可以计算出用于调制解调器1b的最大字节数目是N1*N，用于调制解调器1c的最大字节数目则是N2*N，这样就为它们把信息发送到的所有用户调制解调器确保了等待时间。
在每一受信方具有不同速度的多点结构中还发现了另一个问题，那就是需要在不同的受信用户调制解调器1b-1d中确保接收带宽。为此目的，从时间上对信道进行划分。例如在一个OFDM通信系统中，符号数目被分组到帧4中。每个帧的定义是在考虑了希望为每个用户调制解调器1b-1d保留的带宽的情况下加以实施。
例如，采取先前在图2中给出的配置，可以为调制解调器1b保留80％的带宽，并且为调制解调器1c保留其余的20％的带宽。在图3中示范了这个方案。发送器使用一个仲裁单元来确定应该向哪个受信调制解调器发送当前分组。
在考虑到将信道划分到帧4中并且每个分组都占用相同信道时间的情况下，可以将信道化分成分组5，由此便于仲裁器的运行。
仲裁器在每一刻都必须判定需要发送哪个分组。在先前例子中，调制解调器1b具有80％的保留带宽，调制解调器1c则具有20％的保留带宽，这种保留意味着发送器必须向用户调制解调器1b发送P1个分组，其中P1是帧4的80％，对用户1c来说，发送的则是P2个分组，在这里，P2是帧4中的分组的20％。
在这种情况下，仲裁器在每一刻通过对帧中的P个分组加以考虑而确定发送哪个分组，百分比P1必须是用于调制解调器1b的用户的分组百分比，而P2则是用于调制解调器1c的用户的分组百分比。
在用户发送器调制解调器1a中存储将要发送到每个用户调制解调器的分组。在管理这些得到存储的分组的过程中，必须考虑到的是，对每个受信用户而言，存在多个存储的分组，并且对每个用户来说，这些分组的传输顺序是依照分组优先级来实施的，如果存在两个具有相同优先级的分组，则这些分组是依照到达顺序(从最早到最近的)来进行发送的。
例如，这种存储的可能实施方式有可能出现在用于各个用户、地址和优先级的FIFO(先入先出)存储器中。当仲裁器确定要向哪个用户进行发送时，它会在考虑了优先级的情况下来选择要发送的分组。
保留带宽和最大等待时间的概念相联合以提供不同的服务质量。为此，在每次可以发送分组的时候，都对要接收分组的用户进行标识，此外还对这次传输可能具有的最大长度进行计算。通过考虑最大长度和受信方，可以根据分组优先级来从队列中提取分组，然后将其汇聚起来。为了构造具有最大长度的分组，在这里不但将分组结合起来，而且还对其进行划分，以便将其调整成为所述受信用户调制解调器而计算的最大长度。
在这里，用户是根据所要求的服务质量来加以分组的。此外还存在着没有服务质量需求的用户组，也就是说，它们不要求带宽或最大等待时间。当仲裁器没有将要发送给需要服务质量的用户的分组时，用于那些没有服务质量需要的用户的分组将会进入到帧中。
例如，在具有三个用户调制解调器1b-1d的情况下，其中1b具有80％的保留带宽，调制解调器1c具有20％的保留带宽，那么1d将会具有0％的保留带宽。仲裁器始终向调制解调器1b和1c发送分组，倘若没有用于这些用户调制解调器的分组，则它向调制解调器1d发送数据。用户调制解调器1d具有大小为vi+2的速度，由此它会具有这样一个最大长度，所述最大长度不会影响到用户简档(user profile)(在这个例子中是1b和1c)的等待时间。
特别地，在这里将用户化分成两个主组，其中一个组具有一部分保留带宽(类型A)，而另一个组则不具有任何保留带宽百分比(类型B)。所述仲裁器为类型A给出优先级。此外，还存在一个为所有类型B顾及了保留带宽百分比的可能性，由此确保所有的类型B用户都具有极低带宽，但是却能够接收分组。第三种选择则包括全局性地将所有类型B用户设想成一个附加的类型A用户。
另一方面，线路上的数据分组包括一个占用了一定信道时间的首部。相对于那些在数据传输信道中使用的时间而言，这里提出的方法优化了应用于首部的时间，由此高效兼顾了首部需要求的时间和用于传输数据的时间。

Claims (7)

1.一种用于由多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法，其中各个用户调制解调器(1)在物理介质(6)上双向通信，下行信道是在从一个用户发送器调制解调器(1a)到多个受信用户调制解调器(1b-1d)之间的通信过程中使用的信道，并且上行信道是在向所述用户发送器调制解调器(1a)的通信过程中使用的信道，其特征在于，所述方法包括：
在相同物理介质(6)上以不同的速度来实施把信息发送到各个用户调制解调器；
在适合不同受信用户调制解调器(1b-1c)的不同传输速度的下行信道中实施时分；
优化到物理介质(6)的分组的大小，并且这个分组大小能够不同于来自用户发送器调制解调器(1a)的上层通信中使用的分组大小；
通过根据受信用户调制解调器或受信用户调制解调器组所要求的质量保留信道时间，来实施发送具有不同优先级的分组；
把下行链路划分成一系列具有固定长度(5)的帧(4)，其中在相同帧中发送的分组的各个百分比是依照从保留的带宽、最大等待时间或者它们的组合中选出的标准，为共享相同服务质量的各个受信用户调制解调器组加以保留；
所有这些步骤都是为了在下行信道中为各个受信用户调制解调器确保一个固定带宽和一个固定的最大等待时间，并且使通信业务的服务质量适应于对带宽和等待时间的不同要求。
2.根据权利要求1的由多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法，其特征在于：在适用于不同受信用户调制解调器的不同传输速度的下行信道中的时分是通过在相同信道时间中发送不同长度的分组来进行的，以致信息通过具有比特数目固定的最大长度的分组以不同速度加以传送，所述不同速度取决于每个符号中可用于每个受信用户调制解调器的比特数目。
3.根据权利要求2的由多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法，其特征在于：为了占用相同的信道时间，使要在用户发送器调制解调器(1a)的分组传输单元中发送的符号的数目固定，所述数目被调整成使比特/秒为单位的传输效率和依照等待时间的服务质量之间达到折衷，以便有选择地允许从没有最小等待时间和带宽需求的业务、具有恒定比特率的业务、具有可变比特率的业务和具有保留带宽和固定最大等待时间的业务中选择不同类型的业务。
4.根据权利要求3的由多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法，其特征在于：在发送器中编组和/或划分那些必须被发送到各个受信用户调制解调器的分组，以致使它们占用在最大传输单元中符号数目固定的大小。
5.根据权利要求1的由多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法，其特征在于：如果受信用户调制解调器或是受信用户调制解调器组没有使用为它们保留的百分比，则在选定业务的已确定配置的功能中，在信息正被发送到的其余调制解调器或调制解调器组之间划分所述百分比。
6.根据权利要求1的由多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法，其特征在于：在为受信用户调制解调器组保留的帧中分组的百分比之内，每一个调制解调器都具有自己的分组百分比，所述分组百分比取决于依照从保留带宽、最大等待时间或者它们的组合中选出的标准的服务质量需求。
7.根据权利要求1的由多用户的点到多点数字数据传输系统传送数据的方法，其特征在于：那些必须被发送的分组被存储在按照优先级排序的队列中，其中这些优先级由更高层协议确定，以便允许提取那些根据所确立的优先级而被排序的分组，以致发送器能够对分组进行编组，并且确定哪一个分组是下一个要发送的分组、要向哪一个用户发送以及那个分组的大小。
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