專利名稱:使多節點網絡中唯一連接適配最高數據速率的方法和協議的制作方法
技術領域:
本發明涉及CSMA網絡中的媒體接入控制(MAC)協議。
在以前的傳輸系統中,可以將有效傳輸信道帶寬劃分為許多離散載波。例如,多載波數據傳輸系統包括正交頻分復用(OFDM)數據傳輸系統,在正交頻分復用(OFDM)數據傳輸系統中,各載波互相重疊并正交,諸如利用OFDM和采用離散多頻音調制的數字用戶線(DSL)系統、基于IEEE802.11a標準的無線系統。在諸如這些載波系統的多載波系統中進行數據傳輸包括許多有效載波頻率。
在多節點、多載波系統中,例如,在執行IEEE802.11a標準的各系統中,可以使各節點到節點的連接適應特定數據速率;然而,各單獨載波的所有數據速率相同。通過發送節點利用幀信頭,可以提供用于對幀主體進行調制并由接收節點施加到幀主體以進行解調的信道適配信息或信道信息,通常,以最低數據速率發送幀信頭。盡管對于少量的信道信息,這種傳輸信道信息的機制足夠,但是對于具有更復雜信道信息要求的系統,它的效率就變得低下。
在諸如DSL的點到點、多載波系統中,根據信道特性,可以將載波配置為不同的位速率。在諸如DSL的點到點應用中,因為各DSL收發信機僅與一個其他DSL收發信機通信,無需通過傳輸提供信道信息。
本發明概述根據本發明的一個方面,在與共享信道相連的站組成的網絡中,各站具有發射機和接收機,對站的運行包括根據連接的各信道載波特性,使發射機與接收機之間的連接與各信道載波的數據率適配。
本發明實施例可以包括一個或多個如下特征。適應過程可以包括以幀的形式通過信道從發射機接收信道估計請求的過程,根據此幀對連接確定信道特性的過程,以及根據確定的信道特性產生信道信息,并以信道估計響應的形式將信道信息返回發射機的過程,這樣對于此連接在傳輸到接收機的過程中,發射機就可以使用此信道信息。
適配過程可以包括將信道估計請求送到接收機以獲得信道信息從而優化傳送與接收機的后續通信的過程,以及以信道估計響應的形式由接收機接收信道信息的過程。
在幀傳送恢復期間,可以進行適配過程。如果該連接為現有連接,則在超過預定時間之后,或者換一種方法,根據接收機的指示,重復適配過程。發射機可以將此指示解釋為對由于在接收機檢測到的、從發射機傳送到接收機的過程中產生的誤碼數發生變化而執行適配過程的建議。
數據率可以是最高數據率。
根據本發明的另一個方面,在站的網絡中,站的運行包括對通過該站中的發射機與另一個站中的接收機之間的信道連接,維護接收機根據連接的信道特性提供的信道映射,該信道映射具有相關信道映射索引,發射機利用信道映射對通過信道傳送到接收機的幀內的幀數據進行編碼和調制,并且發射機對接收機發送該幀內的相關信道映射索引,以識別發射機使用的信道映射。
根據本發明的實施例可以包括一個或多個如下特征。幀可以包括幀控制字段,幀控制字段大致可以被站的網絡內的所有站所觀察,并且幀控制字段可以包括相關信道映射索引。
信道映射索引可以與另一個接收機使用的信道映射索引相同。
信道可以是電源線。
利用信道映射對通過信道傳輸的幀進行調制的過程可包括將幀調制為OFDM碼元。
以下是屬于本發明的優勢。盡管以低數據速率并以保證該數據能被所有站偵聽到的形式傳送幀控制數據,但是通過利用信道適配可以對各發射機/接收機對進行最佳幀有效負載傳輸。根據該連接和方向的信道分配,信道適配使得各發射機/接收機連接對最高數據率的逐載波最優化。將信道適配過程產生的信道信息存儲到發射機和接收機作為與接收機指定的信道映射索引有關的信道映射。發射機將用于對幀有效負載進行編碼和調制的信道映射的信道映射索引以幀的幀控制數據傳送到接收機,這樣接收機就可以檢索正確的信道映射以進行解調。盡管接收機使用特定信道映射索引不能多于一次(即信道映射索引對該接收機必須是唯一的),但是多個接收機可以使用相同的信道映射索引。
根據以下的詳細說明和權利要求,本發明的其他特征和優勢將變得更加明顯。
附圖的簡要說明
圖1示出與傳輸信道相連的網絡站網絡的方框圖,網絡中的各站包括媒體接入控制(MAC)單元和物理層(PHY)設備;圖2示出PHY設備(如圖1所示)的詳細方框圖;圖3示出OFDM幀格式的示意圖,它包括開始分隔符、隨后的有效負載以及結束分隔符;
圖4示出響應幀分隔符格式的示意圖;圖5A示出開始分隔符(如圖3所示)中的幀控制字段格式的示意圖;圖5B示出結束分隔符(如圖3所示)中的幀控制字段格式的示意圖;圖6示出響應分隔符(如圖4所示)中的幀控制字段格式的示意圖;圖7示出圖3所示的幀有效負載內的段控制字段格式的示意圖;圖8示出圖3所示的幀有效負載內的幀主體格式的示意圖;圖9示出圖8所示的幀主體內的“MAC管理信息”字段格式的示意圖;圖10示出圖9所示的“MAC管理信息”字段內的MCTRL字段格式的示意圖;圖11示出圖9所示的“MAC管理信息”字段內的MEHDR字段格式的示意圖;圖12A示出其中MEHDR字段將數據項類型標識為“信道估計”請求類型的“MAC管理信息”字段內的MMENTRY數據項字段格式的示意圖;圖12B示出其中MEHDR字段將數據項類型標識為信道估計響應類型的“MAC管理信息”字段內的MMENTRY數據項字段格式的示意圖;圖13A示出其中MEHDR字段將數據項類型標識為連接信息請求類型的“MAC管理信息”字段內的MMENTRY數據項字段格式的示意圖;圖13B示出其中MEHDR字段將數據項類型標識為連接信息響應類型的“MAC管理信息”字段內的MMENTRY數據項字段格式的示意圖;圖14示出其中MEHDR字段將數據項類型標識為設置本機參數類型的“MAC管理信息”字段內的MMENTRY數據項字段格式的示意圖;
圖15示出其中MEHDR字段將數據項類型標識為更換網橋地址類型的“MAC管理信息”字段內的MMENTRY數據項字段格式的示意圖;圖16示出其中MEHDR字段將數據項類型標記為設置網絡加密密鑰類型的“MAC管理信息”字段內的MMENTRY數據項字段格式的示意圖;圖17示出其中MEHDR字段將數據項類型標記為利用響應的多點傳播(MWR)類型的“MAC管理信息”字段內的MMENTRY數據項字段格式的示意圖;圖18示出其中MEHDR字段將數據項類型標記為“并置”類型的MAC管理信息字段內的MMENTRY數據項字段格式的示意圖;圖19A和圖19B示出采用優先權的爭用方式訪問(圖19A)和采用優先權的無爭用方式訪問(圖19B)的數據幀傳輸過程的示意圖;圖19C和圖19D示出采用優先權的爭用方式訪問(圖19C)和采用優先權的無爭用方式訪問(圖19D)的響應幀傳輸過程的示意圖;圖20示出根據待發送幀的到達時間發送優先權與爭用分辨時隙信令的示意圖;圖21示出MAC單元(如圖1所示)的方框圖,MAC單元包括具有發送(TX)處理器和接收(RX)處理器的狀態機;圖22示出圖21所示的TX處理器的方框圖;圖23示出圖22所示的TX處理器所完成的幀發送過程的流程圖;圖24示出圖23所示的幀發送過程完成的響應分解過程的流程圖;圖25示出圖23所示的幀發送過程完成的訪問爭用過程的流程圖;圖26示出圖21所示的RX處理器的方框圖;圖27示出圖26所示的RX處理器完成的幀接收過程的流程圖;圖28分別示出說明圖23和圖27所示的幀發送過程和幀接收過程各方面的狀態圖;圖29圖解說明被劃分為分別由唯一加密密鑰定義的各邏輯網絡的網絡;圖30示出添加新站作為邏輯網絡的一個成員(并使用例如圖29所示的邏輯網絡之一)的過程的流程圖;圖31更詳細地示出(圖29所示的一個邏輯網絡的)邏輯網絡成員站的示意圖,各成員站保持該邏輯絡的網絡密鑰與選擇對。
圖32示出包括兩個通過網橋連接到不可靠站子網的可靠站子網的擴展網絡的方框圖,不可靠子網內的各站和網橋可以支持網橋代理機制;圖33示出在為了使當不可靠子網的站接入這些站時它們所連接到的可靠子網內分別作為站網橋代理的各網橋,而配置的圖32所示的擴展網絡的方框圖;圖34示出網橋代理發送過程的流程圖;圖35示出網橋代理發送過程的多點傳播處理部分的流程圖;圖36示出網橋代理接收過程的流程圖;圖37示出其中一個站作為主控站而其它站作為附屬站從而支持無爭用間隔過程的站網絡;圖38示出無爭用間隔過程期間的時分圖;圖39A示出設置連接MAC管理數據項的格式;圖39B示出使用連接MAC管理數據項的格式;圖40示出具有響應的轉發幀的轉發幀結構的示意圖;圖41示出沒有響應的轉發幀的轉發幀結構的示意圖;圖42示出用于包括不使用結束分隔符的幀的幀轉發過程的另一種開始分隔符幀控制字段格式的示意圖;圖43示出對僅在幀轉發幀之后使用圖42所示的用于帶響應的轉發幀的開始分隔符幀控制字段的轉發幀結構的示意圖;圖44示出對利用響應和第一幀之后發生的NACK或FAIL轉發的幀使用圖42所示的開始分隔符幀控制字段的轉發幀結構的示意圖;圖45示出對未利用響應轉發的幀使用圖42所示的開始分隔符幀控制字段的轉發幀結構的示意圖;圖46示出具有在幀轉發方法中用于規定第二幀長度的幀長度字段的另一個結束分隔符幀控制字段格式的示意圖。
發明實施的詳細說明參考圖1,如圖所示,網絡10包括與傳輸媒體或信道14,例如電源線(PL)相連的網絡站12a、12b、…12k。在至少兩個網絡站12之間通過傳輸媒體14進行通信期間,例如,第一網絡站12a作為發送網絡站(發射機),至少一個第二網絡站(例如12b)作為接收網絡站(接收機)。各網絡站12分別包括邏輯鏈路控制(LLC)單元16,用于連接到數據鏈路用戶(例如諸如計算機主機的終端設備)、電纜調制解調器或其它設備(未示出)。網絡站12進一步包括媒體接入控制(MAC)單元18,通過數據接口20與LLC單元16相連;物理層(PHY)單元22,通過MAC到PHYI/O總線24與MAC單元18相連;以及模擬前端(AFE)單元26。AFE單元26通過分開的AFE輸入線28a和輸出線28b連接到PHY單元22,并通過AFE到PL接口30連接到傳輸媒體14。各站12即硬件、軟件以及固件的組合,其它站可以將它看作網絡上的單個可尋址功能單元。
通常,LLC單元、MAC單元以及PHY單元符合開放系統互聯(OSI)模型。更具體地說,LLC單元和MAC單元符合與OSI模型的數據鏈路層一致,PHY層單元與OSI模型的物理層一致。MAC單元18進行數據封裝/數據去封裝,并對發送(TX)功能和接收(RX)功能進行媒體接入管理。MAC單元18優選采用防沖突媒體接入控制方法,如IEEE802.11標準所述的防沖突載波偵聽多址訪問(CSMA/CA),但是也可以使用其它防沖突的適當MAC協議或MAC協議。例如,可以采用時分復用(TDMA)方法。MAC單元18還對自動請求重發(ARQ)協議提供支持。PHY單元22進行發送編碼和接收解碼,連同其它功能一道,以下將對它們作更詳細說明。AFE單元26可以連接到傳輸媒體14。可以以任何方式實現AFE單元26,因此在此不再進一步對它進行說明。
在站之間交換的通信單元為幀或分組形式。在此使用的術語“幀”和“分組”均指PHY層協議數據單元(PDU)。幀可以包括與分隔符結合的數據(即有效負載)或分隔符本身,以下將對此進行說明。分隔符是信頭與幀控制信息的組合。從MAC單元18接收數據和幀控制信息,而由PHY單元22對它們各不相同地進行處理,以下將參考圖2進行說明。以下將參考圖3至圖6進一步詳細說明幀結構和分隔符結構。
參考圖2,PHY單元22對單個站實現TX功能和RX功能。為了支持TX功能,PHY單元22包括擾碼器32、數據FEC編碼器34(用于對從MAC單元18接收的數據進行編碼)、調制器36、幀控制FEC編碼器38(用于編碼幀控制信息)、同步信號發生器40(用于定義報頭信號以進行自動增益控制和同步)以及IFFT單元42。為了方便起見,省去傳統的后IFFT設備。后IFFT設備可以包括,例如具有進行升余弦開窗口的循環前置塊和峰值限制器以及輸出緩沖。此外還包括TX配置單元52。為了支持RX功能,PHY單元22包括自動增益控制(AGC)單元54、FFT單元58、信道估計單元60、同步單元62、幀控制FEC解碼器64、解調器66、數據FEC解碼器68、解擾碼器70以及RX配置單元72。包括在PHY單元22內并被發送功能和接收功能共享的是MAC接口74、PHY控制器76以及信道映射存儲器78。信道映射存儲器78包括TX信道映射存儲器78a和RX信道映射存儲器78b。
在數據發送過程中,PHY到MAC接口(MAC接口)74通過PHY到MAC總線24接收數據和控制信息。MAC接口將數據送到擾碼器32,這樣就可以保證出現在數據FEC編碼器34輸入端的數據的碼型大致隨機。數據FEC編碼器34以前向糾錯碼的形式對擾碼數據模式進行編碼,之后交織編碼的數據。對于此用途可以使用任何前向糾錯碼,例如RS碼,或RS碼和卷積碼。調制器36從幀控制FEC編碼器38讀取FEC編碼數據和FEC編碼控制信息,并利用傳統OFDM調制技術以OFDM碼元形式將編碼數據和控制信息調制到載波。這些調制技術可以相同也可以不同。調制方式或類型可以是具有1/2編碼速率的二進制相移鍵控(“1/2 BPSK”)、具有1/2編碼速率的四相相移鍵控(“1/2 QPSK”)、具有3/4編碼速率的QPSK(“3/4 QPSK”)等等。IFFT單元42從調制器36、幀控制FEC編碼器38以及同步信號發生器40接收輸入,并將處理數據送到后IFFT功能單元(未示出),IFFT功能單元對幀的內容進一步進行處理,然后將它發送到AFE單元26(如圖1所示)。
TX配置單元52從PHY到MACI/F74接收控制信息。此控制信息包括關于MAC接口74發送數據所通過的信道的信息。TX配置單元52利用此信息從TX信道映射存儲器78a選擇正確信道(或聲頻)映射。選擇的信道映射對所有載波(或換句話說,對各載波)和用于傳輸數據的載波組規定傳輸方式和調制類型(包括有關編碼速率),從而規定與數據傳輸有關的OFDM碼元塊的大小(固定的和可變的)。OFDM碼元塊包括多個碼元并與幀或部分幀對應。TX配置單元52根據信道映射數據產生TX配置信息。TX配置信息括載波組或各載波的傳輸方式、調制類型(包括有關FEC編碼速率)、碼元數和各碼元的位數。TX配置單元52將TX配置信息送到PHY控制器76,PHY單元76利用此信息控制FEC編碼器34的配置過程。除配置控制信號之外,控制器76還將其它傳統控制信號送到數據FEC編碼器34以及擾碼器32、調制器36、幀控制FEC編碼器38、同步信號發生器40以及IFFT單元42。
幀控制FEC編碼器38通過PHY到MAC接口單元74從MAC接收將包括在分隔符內的幀控制信息,如分隔符類型(例如開始分隔符(幀開始或“SOF”)、結束分隔符(幀結束或“EOF”)以及適于類型的其它信息)。例如,如果分隔符為開始分隔符,則提供用于傳送傳輸方式和其它信息的信道映射索引,以及幀內的OFDM碼元數(待發送的)供接收站12b使用。
在數據接收過程中,PHY單元22通過AGC單元54從AFE單元26接收發送網絡節點12a通過信道發送到接收網絡節點12b的OFDM幀。FFT單元58對AGC單元54的輸出進行處理。將FFT單元58的輸出送到信道估計單元60、同步單元62、幀控制FEC解碼器64以及解調器66。更具體地說,將被處理的接收數據的相位和振幅送到信道估計單元60,信道估計單元60產生新信道映射,可以通過信道將新信道映射發送到發送網絡站12a。然后,在相同傳輸方向(即當站12a將分組信息發送到站12b時,站12b接收站12a發送的分組信息)之后互相通信的兩個站使用信道映射。RX配置單元72從幀控制FEC解碼器64接收信道映射索引和OFDM碼元數,從RX信道映射78b對幀控制FEC解碼器64提供的信道映射索引規定的信道映射進行檢索,并將RX配置信息(根據信道映射參數獲得的)送到控制器76。RX配置信息用于配置數據FEC解碼器68,并且RX配置分組包括塊大小以及對幀進行解碼所需的其它信息。同步單元62將幀開始信號送到控制器76。根據這些輸入,控制器76將配置信號和控制信號送到數據FEC解碼器和解調器66。例如,控制器76將與接收數據有關的調制類型傳送到解調器66。
解調器66對從FFT單元58接收的處理數據內的OFDM碼元進行解調,并將各碼元的各載波內的數據的相角轉換為公制數值,數據FEC解碼器利用此公制數值進行解碼。數據FEC解碼器68對從數據FEC解碼器34(發送節點的)傳輸到數據FEC解碼器68的過程中產生的誤碼進行糾錯,并將解碼數據轉發到解擾碼器70,解擾碼器70完成與擾碼器32所完成的操作相反的操作。然后,將解擾碼器70的輸出送到MAC接口單元74以傳送到MAC單元18。
幀控制FEC解碼器64從FFT58接收編碼幀控制信息,并從控制器76接收控制信號。幀控制FEC解碼器64利用這些輸入對幀分隔符內的幀控制信息進行解碼和解調。一旦完成了解碼和解調,將幀控制信息傳送到MAC接口單元74以傳送到MAC單元18。MAC單元18根據此信息確定分隔符是否表示幀開始。如果表示幀開始,則RX配置單元從MAC單元18接收幀控制信息(信道映射索引和長度)以指出需要進一步進行解碼,RX配置單元利用此幀控制信息指示控制器對接收機單元進行配置以進一步進行解碼。
為了簡明扼要地說明問題,在此省略說明PHY單元的發射機/接收機功能單元的大量其它細節(因為它們為本技術領域內的技術人員所熟知而且與本發明無關)。
參考圖3,圖3示出待由發送網絡站12a通過傳輸媒體14發送的數據傳輸幀80的格式。數據傳輸幀80包括有效負載82、有效負載攜帶從MAC單元18接收的數據。此數據包括頭部84、主體86以及幀校驗序列(FCS)88。根據Lawrence W.Yonge III等人提交的標題為“Forward Error Correction With Channel Estimation”的第09/455,186號美國共同未決專利申請、Lawrence W.Yonge III等人提交的標題為“Enhanced Channel Estimation”的第09/455,110號美國未決專利申請以及Lawrence W.Yonge III等人提交的標題為“Robust TransmissionMode”的第09/377,131號美國未決專利申請公開的技術,圖2所示的功能單元優先發送并接收有效負載82,這里一并引用這些專利申請供參考,但是也可以使用其它技術。上述第09/377,131號美國未決專利申請(“Robust Transmission Mode”)描述了一種標準方式和一種降低數據速率的魯棒方式(以下簡稱為“ROBO方式”),ROBO方式提供擴大分集(時間和頻率)和數據冗余以提高網絡站在不利條件下運行的能力。
繼續參考圖3,幀80進一步包括一個或兩個通常多被稱為分隔符信息的分隔符90。分隔符信息90包括位于有效負載82之前的分隔符,即開始(或SOF)分隔符92。除了開始分隔符92之外,分隔符信息90優選包括緊跟有效負載82的分隔符,即結束(EOF)分隔符94。開始分隔符92包括第一報頭96和第一幀控制字段98。結束分隔符94包括第二報頭100以及第二幀控制字段102。報頭96、100均為用于進行或實現自動增益控制、時間同步和頻率同步以及物理載波偵聽的多碼元字段。報頭96、100可以具有相同長度也可以具有不同長度。EFG104將結束分隔符94和有效負載82分離。可以選擇幀80內的EFG104的內容。
繼續參考圖3,頭部84包括段控制字段106、目的地址(DA)108以及源地址(SA)110。SA字段和DA字段(分別為6字節)均與IEEE標準802.3描述的響應字段相同。各地址分別為IEEE 48位MAC地址格式。
主體86包括幀主體112和填充字段114。字段108、110以及112共同代表部分或整個MAC業務數據單元(MSDU)116。MSDU指對MAC層分配任務以與MAC層提供的MAC管理信息一起由更高的OSI層(MAC層對這些OSI層提供服務)傳輸的信息。需要對幀的最后段進行填充以保證該段填成完整的OFDM塊。因此,填充字段114在段的末端在段數據位與FCS88之間設置0。FCS88為根據以段控制字段106的第一位開始到填充字段114的最后一位的所有字段的內容計算的16位CRC。另一方面,填充字段114可以位于FCS88之后,在這種情況下,在FCS的計算過程中,不使用填充字段114。
有效負載82具有最大時間長度(用于等待時間研究)和由長度和信道狀況確定的變量字節容量。因此,有效負載82有容量包含整個MSDU或僅包含部分MSDU。“長”幀包括分隔符92、94以及有效負載82。以明碼通信報文的形式(即未加密形式)發送頭部84和FCS88,但是作為一種選擇,可以對部分主體86進行加密。將有效負載字段送到PHY單元22,最高有效字節第一、最高有效位(MSB)第一(第7位為字節的MSB)。具有開始分隔符、有效負載以及結束分隔符的長幀用于以單點傳播或多點傳播的方式傳輸MSDU信息。
盡管圖3示出封裝數據傳輸幀的幀有效負載的分隔符,但是例如當用作對MAC ARQ方法的響應時,可以單獨產生分隔符。參考圖4,響應分隔符120包括第三報頭122和第三幀控制字段124。僅包括分隔符即根據數據傳輸幀單獨發送的分隔符的幀被接收站用于對數據傳輸幀進行響應,對數據傳輸幀的響應在此被稱為“短”幀。
其它典型分隔符可以與用于訪問信道的其它類型的“短”幀有關,例如,“請求發送”(RTS)幀可以用于減少高業務量期間產生碰撞引起的開銷并因此提高網絡效率。分隔符的類型可以包括諸如TDMA(通常用于進行等時通信)的其它媒體接入機制請求的管理信息的類型,因此不需要是爭用型的。例如,TDMA網絡傳輸過程可以包括信標型分隔符(信標分隔符)以保持網絡同步,并控制何時在各節點發送幀和接收幀。
幀控制FEC編碼器38與調制器36一起根據從MAC單元18接收的控制信息產生第一幀控制字段98、第二幀控制字段102以及第三幀控制字段124。通常,幀控制字段98、102和124包括網絡內所有站用于進行信道訪問使用的信息,并且,幀控制字段98包括目的端為了使接收機進行解調使用的信息。由于要求所有站都能偵聽到幀控制字段98、102和124,所以要求幀控制字段98、102和124具有魯棒形式的物理層編碼和調制形式。根據Lawrence W.Yonge III提交的標題為“Frame Control Encoder/Decoder fof Robust OFDM FrameTransmissions”的第09/574,959號美國未決專利申請說明的技術,優選利用時域和頻域交織增強的塊碼和冗余度來避免它們產生傳輸差錯,在此一并引用此專利申請所公開的內容供參考,但是也可以使用其它技術。
通常,MAC單元18支持標準MAC功能,例如成幀。它還保證通過許多不同機制的服務質量。對于對要求比最佳發送過程更好的數據類型的延遲進行控制的多級優先權方案,優選CSMA/CA協議。支持4個基于爭用的訪問優先級。希望爭用的各傳輸僅需要與其它同等優先權的傳輸進行爭用。盡管只說明了4個優先級,可以對優先級方案進行擴展以包括其它優先級。此外,MAC單元18提供可以使站保持的無爭用訪問,或對將所有權交給較高優先權的媒體接入提供直接控制。進行分段用于對信道對較高優先權通信無效的時間進行限制,因此限制了較高優先權通信的延遲。
此外,MAC單元18使站能進行幀轉發,這樣希望通過網絡與另一個站進行通信的站可以直接進行通信(通過另一個中間站)并將網絡10與其它網絡橋接在一起。
MAC單元18進一步提供可靠幀傳送。它支持速率適配的PHY特性和各發射機/接收機之間的信道估計控制以建立PHY調制參數,針對各方向上的信道情況優化PHY調制參數。此外,使用ARQ保證對單點傳輸進行傳送。要求接收機對收到的特定幀類型進行確認,并且ARQ使用不同的確認類型。根據接收幀的狀態,確認可以是肯定和否定。利用有效PHY幀校驗序列正確尋址的幀可以使接收機根據始發者發送肯定確認(或“ACK”)。發送站試圖通過重發已知已經失敗或推斷已經失敗的幀進行差錯校正。由于出現碰撞或不良信道狀況,或者接收機缺少足夠資源出現失敗。如果收到“NACK”(在不良信道狀況情況下)或“FAIL”(在資源不足情況下)響應,則認為傳輸已經失敗。如果未收到希望收到的響應,則推斷傳輸由于某些其它原因已經失敗。
除了單點傳播ARQ之外,還使用“部分ARQ”來提高在MAC層的多點傳播傳輸和廣播傳輸的可靠性。“部分ARQ”可以使發射機知道至少有一個站收到了幀。
如下所述,通過進行加密處理,MAC單元18還對共享媒體提供保密功能。
下面,將參考圖5至圖18來說明支持這些特征和其它特征的幀結構。
圖5A和圖5B分別示出幀控制字段98和幀控制字段102的位字段定義。參考圖5A,幀控制字段98包括“爭用控制”(CC)字段130、“分隔符類型”(DT)132、“變體”字段(VF)134以及“幀控制校驗序列”(FCCS)字段136。所有站均可以觀察到“爭用控制”指示位130,“爭用控制”指示位130指出下一個爭用周期(或“窗口”)對于除較高優先權的未決幀之外的所有幀是基于爭用的還是無爭用的。如果CC=1,即表示無爭用訪問,則僅當未決幀的優先權高于設置CC位內的幀的優先權時進行爭用。如果CC=0,即表示基于爭用的訪問,則在下一個爭用窗口內允許爭用。“分隔符類型”字段132對分隔符以及其相對于與其有關的幀的位置進行識別。對于開始分隔符,分隔符類型可以具有一個或兩個值,值“000”被解釋為不希望響應的幀開始(SOF),值“001”被翻譯為具有希望的響應的SOF。對于這兩種開始分隔符類型的分隔符,“變量字段”134包括接收站內的PHY設備22用于對接收的幀有效負載進行解碼使用的8位幀長度(FL)140和5位“信道映射索引”(CMI)142。幀控制校驗序列(FCCS)字段136包括8位循環冗余校驗(CRC)。根據以CC位開始而以VF位結束的序列來計算FCCS。
參考圖5B,幀控制字段102包括相同的通用字段格式,即它包括字段130、132、134和136。DT字段可以為兩個值中的一個值,值“010”表示不希望響應的幀結束(EOF),值“011”表示具有希望響應的EOF。對于這兩個結束分隔符類型,“變量字段”134包括2位信道訪問優先權(CAP)144、1位具有希望響應的響應(RWRE)字段145以及10位保留字段(RSVD)146。CAP字段144指出與當前段、網絡內的所有站確定是否可以中斷多個段傳輸過程或短脈沖串(通常由CC位設置)所使用的信息有關的優先權級,RWRE字段145用于指出后續的兩個響應。發射機將保留字段146設置為0,因此被接收機忽略。
繼續參考圖5A,顯然可以將開始分隔符的幀控制字段98定義為各不相同(例如不同的字段長度、不同的附加字段或不同的省略字段)。例如,如果不使用結束分隔符,則最好是使用有效位以包括開始分隔符92的幀控制字段98內的附加信息,例如CAP字段144(示于圖5B內的幀控制字段102)。
參考圖6,響應分隔符120(圖4所示的)的幀控制字段124包括與幀控制字段98、102相同的通用字段格式。然而,對于對應于響應的DT值(參考如下表1),定義VF字段134包括從產生響應的幀的結束分隔符內的變量字段復制的信道訪問優先權(CAP)144、1位ACK字段145以及10位響應幀字段(RFF)146。當ACK=0b01(ACK)時,將RFF 146定義為接收幀校驗序列(RFCS)148。RFCS148包括與以發送響應的幀的方式接收的16位CRC(FCS字段)中的10個最低有效位對應的部分。發送請求響應的幀的發送站將RFCS與FCS內的相應的發送CRC位進行比較以確定響應的有效性。如果發送站檢測一致,則接受響應。如果RFCS與FCS的相關部分不一致,則忽略響應并象沒有收到響應那樣進行處理。可以代替使用由該幀獲得的對該幀類似唯一或可能唯一的其它信息。如果ACK=0b0,則響應不是ACK,并將RFF146定義為1位FTYPE字段149和保留(RSVD)字段150。FTYPE字段149規定響應的類型(如果不是ACK)。FTYPE字段內的值0b0表示NACK。如果FTYPE=0b1,則響應類型是FAIL。響應分隔符的DT字段值列于下表1。
表1參考圖5A、圖5B以及圖6,顯然變量字段134的內容依賴于分隔符類型132。在圖5A、圖5B以及圖6所示的典型幀控制字段內,CC字段130的長度為1位,并且CC字段130與第24位對應。DT字段132的長度為3位,DT字段132與第23位至第21位對應。VF字段134為13位字段并與第20位至第8位對應。FCCS字段136為8位長字段并與第7位至第0位的最低有效位(LSB)對應。
參考圖7,段控制字段106(如圖3所示)為40位字段,它包括接收MSDU段并對分段MSDU進行重裝配所需的字段。段控制字段106包括如下子字段“幀協議版本”(FPV)160、“幀轉發”(FW)字段161、“連接號”(CN)162、“多點傳播標志”(MCF)164、“信道訪問優先權”(CAP)166、“信道估計”(CE)字段167、“段長度”(SL)168、“末段標志”(LSF)170、“段計數”(SC)172以及“段數”(SN)174。FPV字段160為3位長字段,用于表示使用的協議版本。例如,對于特定的協議版本,發射機將該字段設置為全0,如果此字段(解碼后)不等于0,則接收機將此幀刪除。進行設置時,FW字段161用于表示待轉發的幀。CN字段162規定對兩個站之間的連接分配的連接號。MCF164表示幀包括多點傳播有效負載,而與DA字段108的解釋無關(因此在為了進行接收確定幀的有效性過程中,接收機在其它地方檢查實際DA,如下所述)。此標志允許MAC執行部分ARQ方案,后面將進行更詳細的說明。CAP字段166為2位字段,它表示結束分隔符102的“變量”字段134內的同名字段并對分隔符124進行響應(分別示于圖5B和圖6)。在段控制字段106內重復此信息,這樣接收機就可以抽取此信息以產生響應,而無需接收結束分隔符94。CE字段167為標志,接收機使用它向發射機指出所推薦的發射機/接收機連接的新信道估計循環(如下所述)。SL字段168包括幀主體112內的字節數(并因此排除了PAD114)。“末段”標志170為1位標志,如果當前段為最后(或為僅有的)MSDU段時對該標志進行設置。段計數字段172存儲發送段的遞增序列計數并用于對MSDU進行分段和重裝配。SN字段174保持與MSDU有關(如果MSDU被分段,則為與其各段有關的)的10位序列號并對待發送的各新MSDU遞增。它還用于進行重裝配并可以防止與其有關的幀被不止一次傳送到LLC。
參考圖8,幀主體字段112可以包括如下子字段加密控制180、MAC管理信息182、類型184、幀數據186、PAD188以及總校驗值(ICV)190。當對幀進行分段時,就是將幀主體字段112劃分為各種段。除了對幀主體進行分段之外,在各幀主體字段112內產生加密控制子字段180和ICV190。幀主體字段112的其它子字段不能出現在各幀中。
“加密控制”字段180包括“加密密鑰選擇”(EKS)子字段192和預置向量子字段194。1-八位字節EKS字段192選擇缺省加密/解密密鑰(EKS=0x00)或255個網絡密鑰之一。8-八位字節IV字段194與選擇的密鑰一起用于對幀數據進行加密/解密。待加密或解密的數據以之后為IV字段194的第一字節開始,然后以ICV190(并包括其)結束。將IV字段194設置為全0會導致發射機繞過加密并導致接收機繞過解密(即發送過程/接收過程是明碼通信報文)。
類型184和幀數據186出現在攜帶MSDU的所有幀中。根據SC字段106的段長度168確定的要求填充量(即添加到幀主體112的位數)與實現過程有關。在所述的實施例中,因為加密過程對可劃分為64位的塊內的數據進行處理,填充字段188將0填充到幀主體112以使幀中的位數形成完整的多個64位數。ICV190為32位循環冗余校驗,它是通過以后跟IV的第一字節開始而以PAD字段188結束的字節計算的(如果存在PAD字段188)。用于計算ICV190的多項式是IEEE標準802.11中采用的32位CRC-CCITT多項式;然而,也可以使用其它CRC,例如基于其它多項式的CRC。在另一種實現方式中,加密信息可以不包括ICV190。
如果已經錯誤地對幀進行解密,則接收機使用ICV字段190進行幀過濾(即防止解密的幀被傳送到LLC)。例如,如果EKS不是唯一的而事實上被兩個或更多個網絡密鑰共享,則可利用錯誤的網絡密鑰對幀進行解密。如果不同的邏輯網絡對不同網絡密鑰選擇相同的EKS,則會產生此公用密鑰的選擇問題。
幀主體112可以含有MAC管理信息182。如果此字段出現在幀主體112內,以下說明其格式和內容。
參考圖9,MAC管理信息182包括如下子字段“類型”200、“MAC控制”(MCTRL)202以及N個項字段204,各項字段204包括“MAC項頭部”(MEHDR)206、“MAC項長度”(MELEN)208以及“MAC管理項信息”(MMENTRY)210。類型200規定幀包括“MAC管理信息”并且之后為“MAC管理信息”字段。MELEN208規定在當前項字段204的有關MMENTRY210內含有多少個字節并作為指向下一個項字段204的指針。
參考圖10,MCTRL字段202包括兩個子字段1位“保留”字段212和另一個7位字段,即“項數”(NE)字段214,“項數”字段214表示MAC管理信息之后的MAC項數(NE)204。
參考圖11,MEHDR字段206包括兩個子字段“MAC項版本”(MEV)216和“MAC項類型”(MTYPE)218。MEV216是3位字段,用于表示使用的解釋協議版本。發射機將MEV設置為全0。如果接收機確定MEV≠0b000,則接收機刪除整個層管理MAC幀。5位的“MAC項類型”218定義MAC項命令或之后的請求。表2示出各種“MAC項類型”值以及解釋。
表2
表2還在第3列至第5列指出,如果站MAC從更高層接收項供該MAC本地使用(第3列),則該項對于通過媒體傳輸(第4例)的數據幀事先未決(即MSDU或MSDU段)或通過媒體發送項而沒有數據幀(第5列)。
參考圖12A,規定“請求信道估計”的(在MEHDR206字段內的)MTYPE218之后的MMENTRY字段210為“請求信道估計MAC管理項”210A。“請求信道估計項”210A包括“信道估計版本”220和保留字段222。如果CEV220不等于0,則忽略此項。
參考圖12B,請求信道估計MAC管理項210A(如圖12A所示)使接收站將信道估計響應恢復為“響應信道估計MAC管理項”210B的形式。此字段為MMENTRY字段,它之后為規定信道估計響應的MTYPE218。信道估計響應項210B為接收機接收信道估計請求之后發送的可變長度MAC數據項。如下所述,此序列是“MAC信道估計控制功能”的一部分。
繼續參考圖12B,“信道估計響應項”210B的子字段包括“信道估計響應版本”(CERV)224、“保留”(RSVD)226和228、“接收信道映射索引”(RXCMI)230(待由CMI142內的請求者插入)、“有效音標志”(VT)232、“FEC速率”(RATE)234、“網橋代理”(BP)236、“調制方法”(MOD)238、另一個保留字段240、“橋接目的地址號”(NBDAS)242以及包括橋接目的地址1至n(BDAn)246的“橋接目的地址”244。RXCMI字段230包括與恢復信道估計響應的站的源地址有關的值。當發送到響應方時,接收此響應的站將此值插入“幀開始分隔符”98的開始的CMI字段142內。“有效音標志”232指出特定音是有效(VT[x]=0b1)還是無效(VT[x]=0b0)。RATE字段位234指出卷積編碼速率是1/2(RATE=0b0)還是3/4(RATE=0bi)。“網橋代理位236”指出信道映射被一個或多個目的地址代理。NBDAS242指出代理目的地址數,并且各BDA1…n246含有不同的目的地址。MOD字段238規定四種不同調制類型中的一種類型MOD值“00”表示ROBO方式,MOD值“01”表示DBPSK調制,MOD值“10”表示DQPSK調制以及MOD值“11”為保留值(如果用于發送,則在接收時將它忽略)。
在網絡10內,任何兩個站12之間的信道或連接對有效音(載波)和各種調制類型的可接受性可以是唯一的。因此,MAC單元18提供信道估計控制功能以發現信道屬性。信道估計功能形成并保持點到點發射機—接收機連接以實現最高數據傳輸速率。以ROBO方式實現多點傳輸,ROBO方式與發射機與接收機之間的信道特性無關。還以ROBO方式實現到不存在有效信道映射的特定目的地址的單點傳輸。
如果該連接是新連接(發射機還未與接收機進行通信,或換句話說,對于DA不存在有效信道映射),則在將該幀以ROBO方式發送到接收機之前,發射機包括具有幀內MSDU的“信道估計請求MAC項”210A(如圖12A所示)。收到“信道估計請求MAC項”210A后,接收機對(40個碼元的)第一接收塊的或段的多個塊、甚或整個幀的特性進行分析以確定最佳音組以及連接的最佳調制類型。優選根據上述第09/455,110號美國未決專利申請說明的信道估計過程,由接收站的PHY設備22(如圖2所示)內的CE單元60完成此分析過程。接收站將從信道估計響應MAC項210B(如圖12B所示)內的信道估計獲得的信道映射返回。
如果對于該方向不存在信道映射,則也以ROBO方式發送“信道估計響應MAC項”210B。收到此響應后,當信道(信道映射索引142對應的信道)有效時,發射機利用響應中規定的信道映射—有效音標志232、FEC速率234和調制238以及有關信道映射索引(在分隔符98內的CMI142內提供,如圖5A所示),用于將響應進一步發送到DA。
如果連接不是新連接(即執行先前的信道估計循環),則信道映射就失效了,例如在一些估計時間過去之后,或換句話說,不再表示最佳數據速率(由接收機確定的)。估計時間過去之后,通過此連接的任何后續發送均會導致產生新信道估計循環,因此保證此連接保持在最佳狀態。如果接收機(通過分別檢測差錯數的增加量或差錯數的減少量)確定信道狀況已經改善或惡化,則接收機可以建議發射機產生新信道估計。通過對發送到發射機的幀內的段控制106(如圖7所示)內的CE標志167進行設置,接收機作出此建議。接收到具有設置的CE標志167的幀會使發射機啟動利用以ROBO方式發送的幀進行信道估計。另一方面,接收機可以利用MAC管理項執行此建議。如果在重發期間要求發射機分接到ROBO方式,則作為幀發送期間恢復過程的一部分也進行信道估計,如下所述。
參考圖13A、13B,規定連接信息請求類型和連接信息響應類型的MTYPE218之后的MMENTRY字段210分別是“連接信息請求”210C(如圖13A所示)和“連接信息響應”210D(如圖13B所示)。參考圖13A,“連接信息請求”字段210C包括目的地址(DA)字段247。DA字段247規定的DA是請求站請求連接信息的站的地址。參考圖13B,“連接信息響應”字段210D包括DA字段248,DA字段248包括“連接信息請求”210C內的同名字段規定的DA的拷貝。“連接信息響應”字段210D進一步包括“字節”字段249,它根據響應方的TX信道映射對DA規定40個碼元塊內的字節數(換句話說,即最大長度幀內的字節數)。連接信息請求和連接信息響應用于進行幀轉發,正如以下參考圖40至圖46所說明的那樣。
參考圖14,“設置本地參數”字段210E為17字節的數據項,它設置本地站MAC地址250(MA[47-0]為IEEE 48位MAC地址格式)和音屏蔽252,音屏蔽252指出網絡可以使用的音。不對未使用的音施加任何信號。音屏蔽252包括84位可用音標志以指出特定音可用(TM[x]=0b1)還是不可用(TM[x]=0b0)。TM
表示最低頻率的音。
參考圖15,規定替換網橋地址項類型的MTYPE218之后的MMENTRY字段210位替換網橋地址項字段210F。該項字段包括識別在另一個媒體上可以通過網橋訪問的站的原始目的地址(ODA)260的6字節。項字段210D進一步包括識別在另一個媒體上可以通過網橋訪問的站的原始源地址(OSA)262的6字節。接收此項的站利用這些字段重構原始以太網幀。以下將參考圖32至圖37進一步詳細說明橋接代理機制。
參考圖16,規定“設置網絡加密密鑰”的MTYPE218之后的MMENTRY字段210為“設置網絡加密密鑰項”210G。項210G包括“加密密鑰選擇”(EKS)266和“網絡加密密鑰”(NEK)268。以下將參考圖29至31對這些字段施加的MAC保密機制進行說明。
參考圖17,規定“具有響應的多點傳播”的MTYPE218之后的MMENTRY字段210為“具有響應的多點傳播項”210H并用于支持多點傳輸的部分ARQ。“具有響應的多點傳播項”210H包括多點傳播目的地址272(或換句話說,至少包括一個表示多點傳播目的地址組的多點傳播目的地址)和表示項內的多點傳播目的地址數的多點傳播目的地址(MDA)計數字段274。使用此項時,幀信頭84(如圖3所示)內的DA108為多點傳播目的地址272的代理,并且如果分隔符類型是響應請求類型的,則產生響應,如下所述(參考圖5A和圖5B)。
參考圖18,規定并置類型的MTYPE218之后的MMENTRY字段210為并置項210I。此項提供了一種機制,即利用此機制,主機可以將許多較小幀并置以發送到具有相同CAP的特定目的地。這樣會提高網絡的吞吐量,因為較小幀不能有效產生與各幀有關的固定額外開銷(例如SOF分隔符、EOF分隔符、響應、以及之后說明的不同幀間間隔)。并置MMENTRY數據字段210I包括下列字段NF字段276,用于指出并置到一起的幀數;以及對于出現在項內的各幀的,“消除長度”(RL)字段277、“有效負載(幀)長度”字段(FRAMLEN)278以及“有效負載”字段279。如果設置(RL=0b1),則RL字段向接收機指出應消除幀的FRAMELEN字段278以抽取原始幀。所包括的RL字段用于防止在幀內的原始類型字段實際規定幀長度時復制幀長度字段。如果RL=0b0,則FRAMELEN字段278為幀的原始類型字段并且是部分原始幀。當此項包括在MAC層管理信息182內時,則此項為最后一個項。它的出現可以防止使用有效負載字段184和186。對于這種類型的項,將MELEN設置為向接收機指出未規定此總長度并且指出接收機必須在出現FRAMELEN的地方進行檢查以抽取原始幀的某個值,例如1。
盡管未示出,但是表示規定“請求參數和統計量”以及“響應參數和統計量”(參考上述表2)的MTYPE值的項用于收集診斷時使用的站專用參數和網絡性能統計量。
還可以定義并采用其它MAC管理項類型。
參考表2,對應于“設置連接和使用連接”以及“虛幀”的MTYPE值的項用于支持CSMA網絡內的QoS的無爭用間隔過程。虛幀項向接收機指出含有此項的幀的幀有效負載將被刪除。以下將參考圖39A、圖39B、圖37和圖38分別說明,設置連接項和使用連接項的格式以及使用這些項的無爭用訪問機制的運行過程。
在諸如被MAC單元18采用的分布媒體接入方案中,發送站12a通過載波偵聽機制偵聽發送媒體14以確定其它站是否在發送。載波偵聽是分布訪問過程的基本部分。PHY通過檢測報頭并跟蹤通過分組主體的OFDM碼元提供物理載波偵聽。除了PHY對MAC提供的物理載波偵聽信令之外,MAC還對更高的計時精度采用虛擬載波偵聽(VCS)機制。VCS機制使用計時器(用于保持VCS超時值)和標志以根據幀控制字段內出現的信息跟蹤希望的信道占用時長。因此,如果物理載波偵聽或虛擬載波偵聽這樣指出則認為此媒體忙。當站進行發送時也認為此媒體忙。
參考圖19A至圖19D,示出忙狀況之后共享采用優先權分解和爭用技術的媒體。爭用間隙幀間隔(CIFS)280定義在最后一個沒有希望響應的校正接收幀的發送過程結束時與用于對新發送過程分解優先權的優先權分解周期(PRP)284的開始時之間的幀間間隔。參考圖19A,最后幀發送過程是以數據幀發送80的形式進行的。“優先權分解周期”284包括第一優先權分解時隙P0286和第二優先權分解時隙P1288。存在4級信道訪問優先權(CAP)CA3=0b11表示最高優先權,CA0=0b00表示最低優先權。下表3示出CAP與優先權分解時隙286和288的映射關系。
表3
IEEE802.1標準的當前版本說明在橋接網絡環境下使用用戶優先權和訪問優先權。用戶優先權是應用程序用戶請求與其通信量有關的優先權。訪問優先權為MAC提供的不同通信量分級數。802.1D的分條目7.7.3提供用戶優先權與通信量分級的映射關系。在此說明的5個不同的通信量分級,即與4個信道訪問優先權(CA0至CA3)對應的通信量分級以及無爭用訪問與通信量分級0至4一一對應。繼續參考圖19A,根據爭用分解時隙C0,…,CN說明的要求在隨機補償間隔292之后在爭用窗口290期間在特定優先權進行爭用就是以如下方式在優先權分解周期284內發信號。請求對信道進行訪問的站確定緊接在PRP284之前接收的分隔符(在此例中,為圖5B所示的EOF分隔符94)是否包括在其幀控制字段的一組爭用控制位130內并且是否在CAP字段144內規定優先權高于或等于否則將在PRP284內由站指出的優先權。如果如此,則站制止指出要求在當前PRP內爭用。相反,無論哪個首先發生時,站更新VCS的值并等待擴展幀間間隔(EIFS)時長或直到它檢測到下一個發送結束。
圖19B示出緊跟在PRP284之后的典型無爭用幀發送294。在此例中,通過利用分隔符92內的一組爭用控制位發送數據幀發送80并在先前爭用窗口290期間贏得爭用的站建立無爭用狀態。
另外,繼續參考圖19A,在PRP284期間,站發送其優先權信號。在P0286期間,如果優先權在時隙0內要求二進制1(即CA3或CA2),則站認定優先權分解碼元。另一方面(如果是較低優先權),站檢測優先權分解碼元是否由另一個站發送的。在P1288期間,如果站在最后時隙內發信號,并且站的優先權要求該站在此時隙內發信號,則這樣做。如果在P0時隙286內而不是在P1時隙288內發信號的站檢測到(在P1時隙288期間)另一個站正在此時隙發信號,則服從更高優先權站并制止在爭用窗口290期間進行發送。站還對VCS設置適當值(根據以下說明的原則)。如果站在P0時隙286內不發信號并檢測到其它站發信號,則制止在P1288期間進行發送或制止在爭用窗口290內進行發送。再一次,對VCS設置適當值。因此,如果站在站未認定信號的時隙286、288中之一內檢測到“優先權分解符”,則在時隙286、288中剩余的一個時隙中或在爭用窗口290內這制止進行發送。在這種情況下,如果其未決發送為較低優先權,則各站確定存在未決發送的最高優先權并服從。如果發信號的優先權已經完成并且較高優先權未預先騰空站,則根據補償過程在爭用窗口290內爭用訪問,如下所述。
參考圖19C,如果最后數據傳輸80要求并后跟響應124,則站等待響應幀間間隔(RIFS)298,響應幀間間隔(RIFS)298為數據幀傳輸80結束時與相關響應124開始時之間的時間。CIFS280在響應124之后。許多協議對響應指定最短幀間間隔,這樣交換過程中的站就保持信道所有權。MAC使用幀信頭內的信息通知站是否要求響應。如果不要求響應,則CIFS有效。
圖19D示出響應之后出現的典型無爭用傳輸過程。在此例中,發送具有一組爭用控制位的最后數據傳輸80(這樣會導致利用一組爭用控制位返回響應124)并在先前的“爭用窗口”290期間贏得爭用的站建立無爭用狀態。
通過累加PRP、CIFS以及RIFS計算上述擴展幀間間隔(EIFS)從而使幀時間最長(即在碼元內允許的最大幀長度和分隔符乘以碼元時間)并使響應時間最長(碼元內的響應時間乘以碼元時間)。當無爭用訪問不能被中斷時,站使用EIFS(如下所述)。并且當站不知道媒體狀態的全部情況時,也使用EIFS。當站僅偵聽到兩個其它站之間交換的幀的一側時、當站最初連接到網絡上時、或當接收的幀中的差錯使得它們不能明確地被解碼時,也出現這種情況。EIFS比其它幀間間隔長得多,這樣在發生任何情況時均可以防止正在進行的幀傳輸或段短脈沖串碰撞。如果媒體對于最小EIFS空閑的,則無需信道訪問爭用并可以立即發送幀。
繼續參考圖19A和19C,站產生隨機補償時間292以產生附加延遲,除非補償已經生效并且不需要新隨機值。將補償時間定義為
BackoffTime=Random()*SlotTime(1)其中Random()為根據間隔
的均勻分布偽隨機整數,爭用窗口(CW)值從最小值7變到最大值63,SlotTime被定義為預定時隙。輸入補償過程的站設置上述BackoffTime。
MAC單元18保持許多計時器、計數器、控制標志以及其它控制信息以控制信道訪問。對于物理載波偵聽和虛擬載波偵聽確定將空閑的各SlotTime逐1遞減的Backoff計數器或計數(BC)保持BackoffTime值。當BC遞減到0時進行發送。VCS值被VCS計時器保持,并被“虛擬載波偵聽指針標志”(VPF)翻譯。每當接收或發送有效幀控制信息時均更新VCS計時器值,即使是沒有未決幀。除非情況要求VCS被設置為EIFS,否則每當收到有效幀控制信息時,將VPF設置為1。如果將VCS設置為EIFS,則將VPF設置為0。如果將VPF設置為1,則VCS值指向下一個爭用。如果將VPF設置為0,則VCS值指向網絡空閑時間。以下將參考表4更全面說明VCS和VPF的設置過程。
所有站還保持“發送計數器”(TC)、“延遲計數器”(DC)、“補償過程計數器”(BPC)、“NACK響應”(NACKcount)計數器以及“無響應”計數器(NRC)。最初,將它們全部設置為0。每次發送幀時,TC遞增。每次調用補償過程時,BPC遞增。當要求響應時而每次又未收到響應時,NRC遞增。MAC單元還保持幀計時器(“FrmTimer”),用最大幀壽命值設置幀計時器。除非正在發送(包括響應間隔),否則當FrmTimer計滿后(到達0),待發送(或重新發送)的分組下線(dropped)。
CW取初始值7并在每次未成功傳輸時或當DC為0時,取二進制指數序列中的下一個值。成功傳輸之后并當傳輸被中斷(由于TC到達最大允許閾值或幀超過FrmTimer的最長壽命)時,對CW和BPC進行復位。在要求ACK時收到ACK的任何傳輸之后,或對非確認業務完成傳輸之后,將TC復位為0。將CW的截斷二進制指數序列定義為2n-1,其中n在3到6之間。根據BPC的值并根據如下原則設置CW和DC對于初始傳輸(BPC=0),設置CW=7,DC=0;對于第一次重新傳輸(BPC=1),設置CW=15,DC=1;對于第二次重新傳輸(BPC=2),設置CW=31,DC=3;以及對于第三次重新傳輸或后續的重新傳輸(BPC>2),設置CW=63,DC=15。
除了VPF之外,MAC單元18還存儲并保持與幀控制字段98、102和124內的同名字段內的CC位對應的爭用控制標志。根據每次接收的分隔符內的幀控制信息,設置或清除CC標志,并當VCS值到達0并且VPF為0時也清除CC標志。數值0表示正常狀態。除非更高優先權幀未決,否則數值1表示無爭用(即無爭用訪問)。
參考圖20,幀或分組的到達時間確定了站參與PRP以及爭用窗口信令的程度。如果在傳輸另一個分組期間或連續的CIFS時間間隔(指定為第一分組到達時間300)中出現分組到達時間(即,分組在物理層PHY被列隊傳輸的點,因此視為“未決”),則打算發送信息的站根據上述信道訪問步驟加入PRP時隙286,288以及“爭用窗口”290。如果在P0286期間由MAC將幀排隊傳輸(指定為第二分組到達時間302),而只要在上述優先權分辨標準下此幀的優先權還未被搶占,站可以參與P1時隙288。如果站能夠根據優先權分辨結果爭用,此幀可以遵循補償過程。如果在P1288或爭用窗口290期間將幀排隊傳輸(指定為第三分組到達時間304),站不能參與PRP,但是只要待發送幀的優先權在上述優先權分辨規則下不被搶占,在爭用窗口290期間將遵循補償過程。
發送了一個請求響應的幀之后,發射機在確定幀傳輸失敗之前等待一段響應時間間隔。如果在響應間隔末尾還未開始幀接收,發射機調用其補償過程。如果幀接收已開始,則站等待幀結束以確定幀傳輸是否完成。接收有效的ACK被用于確認幀傳輸完成,并且開始下一段或報告傳輸完成。有效的NACK接收使發射機為幀轉發調用其補償過程,并且將BPC重置為零。如果發射機接收有效FAIL,則發射機在重置BPC并且調用補償過程之前的預定時隙內進行延遲。接收任何其它有效或無效幀被視為無效傳輸。站在接收端調用補償過程,并且對所接收的幀進行處理。
發送站不斷轉發直至幀交互成功或達到適宜的TC極限,或超過了發送壽命(FrmTimer)。站為每個發送的幀保存發送計數。其TC隨著幀的每次傳輸而遞增。當成功發送此幀時,或由于轉發限制或超過了發送壽命而刪除此幀時,發送計數被重置為零。
如上指出的,所有站均保留VCS計時器以提高信道訪問的可靠性。根據幀分隔符的幀控制字段中所包含的信息,設定VSC計時器。各站使用此信息計算媒體的預期的忙狀態,并且在VCS計時器中存儲此信息。利用從每個正確接收的幀控制字段得到的信息更新VCS計時器。接收站遵循表4中的規則,它是根據所接收的特定分隔符類型定義的,此處幀長度由碼元個數衡量。
表4
當站決定其不能爭用通路時,VCS計時器也在PRP的末端更新。
如上所述,MAC單元18支持分段/重裝配。將主機的MSDU劃分為較小的MAC幀的過程被稱為分段。其逆過程被稱為重裝配。分段處理在強對比度信道上增加了幀傳送的機會,并且為較高優先級的站提供更好的等待時間特性。可以對所有尋址傳送(單點傳播、多點傳播、廣播)形式進行分段。
根據MSDU的大小以及鏈路持續過程中的數據速率,將到達媒體接入控制(MAC)單元18的MSDU置于一個或更多的段中。盡量將單個MSDU的所有段,以單個連續的媒體接入控制(MAC)幀脈沖進行發送。各段的確認和重發是獨立的。
當MSDU被分割為若干段時,各段以單脈沖形式進行發送,如果可能,同時還顧及等待時間響應以及抖動性能,以將對接收機資源的要求減至最小并且使網絡吞吐量增至最大。正如上述參照圖5B所述的那樣,通過使用爭用控制以及在幀控制中的信道訪問優先權字段,取得分段脈沖。一個段脈沖可以由具有更高傳輸優先權的站預占。
當發送一個段脈沖時,站以常規方式,即以上述方法,爭用媒體。一旦此站控制了媒體,它將爭用控制位設置為0b1,將MSDU(此段所屬的)的優先權插入“幀控制”的“信道訪問優先權”字段,并且以脈沖串發送各段,而無需與同級或較低傳輸優先權的站進一步爭用媒體。此站服從具有更高優先級的傳輸,此優先級在每一段傳輸后的優先權分辨階段中被指明。在MSDU的末段中,此站在發送此段之前將幀控制中的爭用控制位清除為0b0,以允許PRP中所有站的正常爭用遵循傳輸的結果。
如果站接收到某個比正在占用媒體的段脈沖串具有更高優先級的幀傳輸請求,則它在緊隨當前段傳輸之后的脈沖重復周期(PRP)中爭用媒體。如果此段脈沖串被較高優先權的待定幀預占,正在使用此段脈沖的站將爭用媒體,以便再占用此段脈沖。當站重新占有媒體控制時,它再次占用此段脈沖。
因此,段脈沖串在已知優先級上提供媒體的單站控制。通過假設最高優先級(CA3),某個站可以阻止任何其它站在此段脈沖串期間訪問此媒體,并且此段脈沖串可以不間斷地繼續進行。由于CA3優先級上的脈沖串阻擋了較高優先級業務(即,無爭用業務)并因此影響了QoS,因此需要對使用CA3優先級進行限制。例如,可以將CA3優先級僅僅限制于無爭用傳輸。另一方面,可以將段脈沖限制于優先級CA0到CA2,以及CA3(僅僅對于無爭用業務)。
與優先級相同,等待時間在有關QoS的幀投送性能中起關鍵作用。而且,不良的等待時間特性可能對特定優先級上的幀投送性能具有負面影響。一種限制此負面影響的方法是,以某種方式限制等待時間。在已說明的實施例中,限制幀長度以保證任何傳輸所占用媒體的時間不長于預定時限,例如2ms。優選地,為了實現最高優先級上的最佳性能,將最高優先級業務從幀長度限制中排除或服從某種更寬松的限制。另一方面,為了方便實施,所有優先級應該服從幀長度極限限制。另一種限制等待時間并因此改善投送性能的方法是,在某些情況下對段脈沖串進行限制(例如,在上述方法中,段脈沖串可以被某個更高優先級的業務所中斷)。
參照圖21,將媒體接入控制(MAC)單元18的功用性描述為一個MAC狀態機310,它包括一個TX處理器311以及RX處理器312,耦合到若干服務訪問點;包括,在MAC-LLC接口端上的一個MAC數據服務訪問點(MD-SAP)313以及一個MAC管理服務訪問點(MM-SAP)314,在MAC-PHY接口端上的一個PHY數據服務訪問點(PD-SAP)316以及一個PHY管理服務訪問點(PM-SAP)318。MAC狀態機310通過MAC數據服務訪問點(MD-SAP)313向邏輯鏈路控制(LLC)子層提供服務。LLC子層通過MAC管理服務訪問點(MM-SAP)314對狀態機310進行管理。MAC狀態機310通過PHY數據服務訪問點(PD-SAP)316使用PHY層服務,并且通過PHY管理SAP(PM-SAP)318管理PHY。
“MAC數據服務”提供從一個MD-SAP313向一個或更多的此種MAC數據服務訪問點傳送MSDU,允許為發送的每個MSDU進行加密、優先級、重試策略以及直接確認服務選擇,以及為接收的每個MSDU進行優先級和加密服務指示。MAC數據服務包括下列原語MD DATA.Req;MD DATA.Conf;以及MD DATA.Ind320。MD DATA。Req原語請求從局域LLC子層向單個對等LLC子層實體,或多個對等LLC子層實體(在組群地址的情況下)傳送MSDU。此原語構成如下幀長度;MAC子層目的地址;發送站的MAC子層源地址;待發送幀所需的優先級(數值0到3或“無爭用”);幀壽命(幀被刪除前的時間量值);重試控制,以指示必要時待用的所需再傳輸策略;密鑰選擇,由0到255的整數值表示網絡密鑰,用于在傳輸前對幀加密;加密能夠允許加密或禁止加密;請求應答,指示此幀的應答是目標所要求的;類型,表示上層協議類型;以及數據,或更具體地,將被傳送到具有特定目標地址的對等MAC子層實體的上層數據。MD_DATA.Conf原語確認接收到MAC的MD_DATA.Req,并且以表示此次傳輸成功或失敗的狀態指明要求傳輸的結果。MD_DATA.Ind原語指示了從單個對等LLC子層實體向此LLC子層實體傳送MSDU。它包括幀長度、DA、發送此幀的站的SA、接收此幀的優先級,表示用于此幀加密密鑰的密鑰選擇;加密使能;類型(還是上層協議)以及在源地址從對等MAC子層實體傳輸的數據。
物理層(PHY)通過一組數據服務原語324以及管理服務原語326對MAC提供服務。PD_DATA.Req原語請求物理層(PHY)開始將信息傳輸至媒體。作為響應,物理層(PHY)發送啟動分隔符,MAC協議數據單元(MPDU)以及結束分隔符。此請求包括TX信道映射索引值,它與25位SOF分隔符、有效負載以及25位EOF分隔符一起,用于配置物理層(PHY)發送單元。PD_DATA.Conf原語確認由PD_DATA.Req原語請求的傳輸。它將傳輸狀態表示為成功或失敗。PD_DATA.Ind原語向MAC指示發送信息已由物理層(PHY)接收。它包括信道特征、信道訪問優先級、段長度、MPDU以及“FEC錯誤標記”。信道特征包括用于信道估算的信息列表。信道訪問優先級是結束分隔符中所接收信息的優先權值。MPDU是由對等MAC實體發送的信息。“FEC錯誤標記”是一個指示值,它表示FEC確定在所接收的信息中存在不可更改的錯誤。PD_Data.Rsp原語使得PHY發送請求應答分隔符,并且在應答分隔符中指定所攜帶的信息。它指定狀態(即,待發送的請求應答類型,例如,ACK,NACK,或FAIL),爭用控制值以及信道訪問優先級。PD_RX FR_CRTL.Ind原語向在啟動和結束分隔符中收到的MAC信息實體發送指示。MAC實體使用PD_RX_FR_CRTL.Rsp原語,以便向PHY發送控制信息。它包括接收狀態,顯示PHY應該對分隔符進行掃描,或PHY應該處于主動接收態。PD_RX_FR_CRTL.Rsp原語進一步指定相應于PHY預期接收碼元數的幀長度,以及列為接收信號音的RX信道映射。MAC實體使用PD_PRS_Listen.Req原語,以請求PHY在PRP時隙中收話,并且PHY使用PD_PRS.Ind原語,向MAC實體指示已接收優先權分辨符。MAC實體使用PD_PRS.Req以請求PHY發送優先權分辨符。“PHY管理服務”原語326包括如下組成PM_SET_TONE_MASK.Req,它請求PHY設置不用于傳輸或接收的音屏蔽,并且PM_SET_TONE_MASK.Conf指示此請求操作是成功或是失敗。
參照圖22,示出了MAC發送(TX)處理程序311的結構表示法。發送處理程序311包括四個過程發送MAC幀處理過程330,加密過程332,分段過程334以及PHY幀發送過程336。TX處理程序311存儲下列參數站(或設備)地址338;音屏蔽340;重試控制342,網絡密鑰344以及TX信道映射346。
TX MAC幀處理過程330處理數據請求,并且管理設定/收到請求(如前說明的)。它接收以下輸入來自MD_SAP313的MD_Data.Req數據原語;來自加密密鑰344的網絡密鑰;來自信號音掩蔽340的音屏蔽;來自設備地址單元338的站地址;TX信道映射有效性以及TX幀狀態;以及來自MM_SAP314的設定/收到請求管理原語。響應于這些輸入,它提供以下MD_Data.Conf數據原語;重試控制;網絡密鑰以及密鑰選擇;音屏蔽;新站地址;PM_SET_TONE_MASK.Req管理原語;DA的TX信道映射索引;以及基于MD_Data.Req的TX明碼通信報文幀(TCF)。無論過程330是否在TCF中插入MAC管理信息字段,子字段依賴于輸入管理原語的內容,尤其是MM_SET_RMT_PAPAMS.Req以及其它輸入。
“加密過程”332接收TX明碼通信報文(TCF)以及所選的網絡密鑰作為輸入。“加密過程332”決定是否選擇加密,并且如果選擇加密,獲得隨機8字節IV值,附加完整校驗值,并且加密TEF、所選的網絡密鑰以及IV以構成TX加密幀(TEF)。“加密過程332”向分段過程334提供TEF。
“分段過程”334根據最大幀長度進行分段。“分段過程”334根據最大段(或幀)尺寸,通過分區幀主體而對MSDU進行分段直至末段;然而,可以適當調整分區,使其也能滿足其它性能參數。例如,可以要求第一段具有最小長度,以縮短隱藏節點收聽響應傳輸之前的時間量。一旦試圖傳輸某一段,則直至此段被成功傳送到目的地或要求調制變化為止,此段的內容和長度將不改變。
“PHY幀發送過程”336使用上述利用優先權的信道爭用來啟動傳輸或傳輸嘗試。在圖23至25中示出了“PHY幀發送過程”336。
參考圖23,“PHY幀發射過程”336以要通過傳輸介質發送的幀的到達為開始(步驟400)。發射機將控制初始化,以維護定時信息和優先級(步驟402)。定時信息包括由補償過程計數(Backoff ProcedureCountBPC)、發射計數器(TC)、NACK計數器(NACKcount)和無響應計數器(No Response counterNRC)維護的計數,每一個都被設為零值。定時信息還包括與發射壽命值相應的定時器,FrmTimer。除非壽命值被LLC單元向下傳送到MAC單元,否則FrmTimer被設為最大值(MaxLife)作為默認值。優先權被設為分配給幀的信道訪問優先權的值。發射機通過確定VCS的值和CS的值是否等于零來檢測媒體是否忙(步驟403)。如果這些值非零,即媒體忙,則發射機等待直到檢測到這兩個值都為零為止,并同時根據通過該媒體接收的有效分隔符來更新VCS、VPF和CC的值(步驟404)。然后其確定VPF是否等于1(步驟405)。如果VPF等于零,則發送幀段并且TC增量(步驟406)。如果在步驟403確定媒體空閑,則發射機確定在載波檢測時隙(Carrier Sense SlotCSS)過程中、即在CIFS過程中是否發生到達(步驟407)。如果在CSS過程中發生到達,或在步驟405中VPF=1,則發射機確定是否在CSS中檢測到信號(步驟408)。如果在CSS過程中發生到達(步驟407)但在該時間段(在步驟408)未檢測到信號,或在“優先權分辨時隙”間隔中的時隙之一期間發生到達(步驟409),則發射機確定是否先前的傳輸指示無爭用接入,即包括一設置的CC位(步驟410)。如果指示無爭用接入,則發射機通過比較其優先級(等待傳輸的幀優先級)與在EOF和/或響應中指示的優先級來確定是否可以中斷,還是在上一傳輸是要發送幀的前一段的情況下繼續(步驟412)。如果發射不能中斷或繼續(作為例如在段字符組期間已經進行中的傳輸流的一部分,或無爭用期間在站之間交換幀的部分),其設置VCS值為EIFS,將VPF設為零(步驟414)。如果在步驟412確定發射機可以中斷或繼續,或在步驟410確定未指示無爭用接入,則發射機發送其優先權的信令,并偵聽也在等待信道接入的其它站的優先級(步驟416)。
如果發射機沒有檢測到更高的優先級(步驟418),則繼續爭用以接入信道(步驟419)。如果爭用成功,則該過程發射分段并使TC增量(步驟406)。如果爭用不成功(即另外的站當前正在發射),則確定是否當前發射的幀控制字段有效(步驟421)。如果幀控制字段有效,則發射機將VPF設置為1并根據該幀控制信息更新VCS(步驟422),并返回至步驟404以等待空閑信道。如果幀控制字段無效(可能是由于同步錯誤或信號較弱),則發射機返回步驟414(設置VCS等于EIFS和VPF=0)。
返回步驟409,如果幀在PRS間隔后到達,但被確定為在爭用窗口期間到達(步驟423),則發射確定是否先前的幀傳輸是無爭用的(步驟424)。如果未指示無爭用接入,則發射機進入步驟418(以確定是否檢測到更高的優先級)。如果指示了無爭用接入,則發射機在步驟414更新VCS和VPF,并返回至步驟404以等待下一空閑信道。如果確定發射機可以在步驟426中斷,則發射機進入步驟418。如果在步驟423確定幀是在爭用窗口后到達,則發射機在步驟406發射幀段并將TC加1。
在步驟406發射幀段之后,發射機確定是否希望有響應或確認(步驟428)。如果希望確認并且收到了確認(步驟430),或是不希望確認,則發射機確定是否發射任何附加的段作為數據傳輸流或字符組(步驟432)。如果是,則發射機將BPC、TC、NACKcount和NRC復位為零(步驟433)。然后發射機通過判斷FrmTimer是否為零或TC是否超過發射限制來確定是否幀應當被拋棄(dropped)(步驟436)。如果任一條件為真,則發射機報告幀該幀已被丟棄(步驟438),并結束該過程(步驟440)。如果幀未被丟棄而是被重發射,則發射機返回步驟403。如果在步驟432沒有更多的幀要發送,則發射機報告傳輸成功(步驟442),并在步驟440結束該過程。如果希望確認而在步驟430未收到確認,則該過程還決定(resolve)響應(步驟444),并進入步驟436進行幀丟棄的判斷。
返回圖24,決定響應的過程444開始于判斷是否已經收到NACK(步驟446)。如果收到了NACK,則NACKcount增加而將BPC設為零(步驟448)。過程444確定NACKcount是否大于NACKcount的閾值(在該例子中,閾值為4)(步驟450)。如果NACKcount被確定為大于閾值4,則該過程將NACKcount設置為零,并使用魯棒(ROBO)傳輸模式(步驟452),并進行到步驟436(圖23)。如果NACKcount不大于閾值,則該過程直接進入步驟436。如果希望得到響應并且收到了FAIL響應,(步驟454),則該過程等待預定的時間段,在所示的例子中,為20毫秒(步驟456),并更新關于所有有效幀控制信息的VCS、VPF和CC(步驟458),將NACKcount和BPC設置為零(步驟460)并返回步驟436。如果希望得到響應而未接收到響應(即沒有在步驟454收到FAIL),則該過程確定是否收到其它幀控制信息(步驟462),如果是,則將VCS設置為EIFS,將VPF設置為零(步驟464)。否則,該過程將NRC遞增(步驟466),并確定NRC是否大于NRC閾值(步驟467)。如果確定NRC是大于NRC閾值,則該過程使用ROBO模式(步驟468)并再次返回步驟436。如果在步驟467確定NRC不大于NRC閾值,則過程返回到步驟436而不調整至調制模式。
參考圖25,信道接入爭用過程419從確定BPC、DC或BC是否為零開始(步驟470)。如果是,則該過程確定是否要發射的分段是先前傳輸的繼續(步驟471)。如果不是,該過程執行下面的操作建立“爭用窗口”CW和“延期計數”DC作為BPC的函數,即CW=f1(BPC),其中對應于BPC=0,1,2,>2,分別有f1(BPC)=7,15,31,63;將BPC增量;并設置BC=Rnd(CW),其中Rnd(CW)是來自間隔(0,CW)的均勻分布的隨機整數(步驟472)。如果是一個連續(在步驟471),則過程設置CW=7,DC=0,BPC=0和BC=0。如果BPC、DC或BC在步驟470不為零,該過程將DC遞減(步驟474)并將BC遞減(步驟476)。在步驟472、473或476之后,過程419確定是否BC為零(步驟478)。如果BC為零,則過程進行至步驟406,啟動分組傳輸并將TC遞減(圖23)。如果BC不等于零,則過程等待一個CRS時隙(步驟480),并確定CS是否等于零(步驟482)。如果CS為零(即未檢測到載波),則過程返回到步驟476(將BC減數)。如果CS在步驟482不等于零,則過程419確定是否當前傳輸中的同步信號有效(步驟484)。如果該信號無效,則過程419返回步驟480以等待另一個CRS時隙的持續時間。如果同步信號有效,則過程419進入到步驟412(圖23)以確定當前傳輸的分隔符幀控制字段的有效性,從而不允許有更多的爭用。
參考圖26,其示出了MAC接收(RX)處理程序312的結構表示。RX處理程序312包括四個函數一“PHY幀接收”過程490,一“重裝配程序”494,一解密過程496和一接收MAC幀處理過程498。RX處理程序312儲存下面的參數站地址338,音屏蔽340,加密密鑰344,信道特征506,RX信道映射512和TX信道映射346。
PHY幀接收過程490接收RX(可選地)加密的段(RES)。即,其分析任何到來的分段的幀控制字段,并接收任何到來的分段的主體。其儲存信道特征并使RES能夠為重裝配過程494所用。
參考27,幀接收過程490如下。過程490從搜索同步信號并監測VCS(步驟522)開始(步驟520)。過程490確定是否VCS等于0和VPF等于1(步驟524)。如果VCS等于0和VPF等于1,過程檢測CIFS中的載波(步驟526),并確定是否檢測到載波(步驟528)。如果未檢測到載波(在步驟528),則過程等待CIFS的結束(步驟530)并在PRS中偵聽,注意任何在那個間隔中聽到的優先級(步驟532)。然后將VCS設置為等于EIFS和VPF等于零(步驟534)并返回步驟522。如果在步驟528檢測到載波,則過程直接進行到步驟534。
如果VCS不等于0并且VPF不等于1(在步驟524),則過程確定是否未檢測到同步信號,過程返回到步驟522。如果該過程確定檢測到同步信號(在步驟536),則過程接收并分析在到來的分段的分隔符中的幀控制字段(步驟538)。該過程確定是否幀控制是有效的(根據FCCS字段)(步驟540)。如果幀控制是無效的,則過程進行到步驟534。如果幀控制有效,則過程確定幀控制是否指示幀的開始(步驟542)。如果不是幀的開始,則過程更新VCS和VPF,并且注意由幀控制指示的優先級(步驟544)并返回步驟522。如果幀控制指示為幀的開始,即幀控制是在開始分隔符中(并且由此包括一對RX信道映射的索引、一長度、是否希望被響應和爭用控制標志),過程接收分段的主體和結束分隔符(如果幀中包含結束分隔符的話)。過程確定是否DA為有效(步驟548)。如果DA為有效,則過程確定是否RX緩沖器可用(步驟550)。如果緩沖器空間可用,則過程通過檢查FEC錯誤標志并確定是否所計算的CRC是否等于FCS(步驟552),來確定是否分段接收有錯誤,并且,如果有效并且請求響應,則過程準備ACK響應并將其傳輸(用PD_DATA.Rsp以及狀態=ACK),并儲存RES和信道特征(步驟554)。過程確定是否要接收附加的幀作為分段幀的一部分(步驟556)。如果不再接收分段,該過程指示幀接收成功(向圖26所示的其它RX過程494、496和498)(步驟558),并在步驟560中等待值VCS等于0之后進行到步驟526檢測CIFS中的載波。
仍然參考圖27,并參考步驟552,如果分段為無效,并且希望響應,則過程準備和發送NACK響應(即PD_Data.Rsp以及狀態=NACK)(步驟562)。該過程放棄幀(步驟564)并返回至步驟560。如果在步驟550,緩沖器空間不可用,并且希望得到響應,則過程準備一FAIL響應并將其傳輸(PD_DATA.Rs以及狀態=FAIL)(步驟566),并在步驟564返回到放棄幀的步驟。如果在步驟548,DA無效,則過程確定是否分段是多點傳播尋址(步驟568)。如果分段是多點傳播尋址,則過程確定是否緩沖器空間可用(步驟570)。如果緩沖器空間可用,則過程確定是否分段有效(步驟572)。如果分段有效,則過程進行到步驟556以檢查另外到來的段。如果在步驟568將分段確定為單點傳送尋址,或過程確定該分段是多點傳播但在步驟570確定沒有足夠的緩沖器空間可用,則過程進入步驟564(放棄該幀)。
再參考圖26,“重裝配”過程494將由PHY幀接收過程490接收的分段累積,直到裝配成整個幀為止。每個分段包含“段控制字段”106(見圖7),其提供分段長度(SL)168、分段計數(SC)172和最后段的標志170。SL168規定了分段中的MSDU字節的數目,因為分段被填補以匹配碼元塊的長度,并被用于在接收機確定和提取MSDU字節。SC172包含從對應于第一分段的零開始順序增加的整數。對于最后段或唯一段將最后段的標志設置為0b1。“重裝配”過程494使用在每個分段中的這個信息和其它信息來裝配MSDU。接收機通過將分段按分段計數的順序組合,直到接收到將最后段的標志設置為1的分段為止,來重新裝配MSDU。所有的分段在被解密之前重新裝配,以提取MSDU。
過程494從接收RES開始,并確定是否SC等于零。如果SC=0并且設置了最后分段的標志,則RES是MSDU中唯一的分段,并且過程向解密過程496提供RES作為接收的加密幀(REF)。如果SC不等于零,則過程使用分段控制信息以按順序累積所有的分段,直到其看到最后段的標志設置為止,并從累積的分段重新組裝MSDU(或REF)。然后將REF傳送給解密過程496。
“解密過程”496從REF產生明碼。“解密過程”496從“重裝配”程序494接收加密的重新裝配的幀,并檢索由加密控制字段112(見圖8)的EKS字段192中的EKS識別的NEK。如果REF中的IV為零,則REF被確定為未解密的(實際上是被接收的明碼幀或RCF)并將RCF傳遞給RX MAC幀處理過程498。如果IV不為零,則過程496用DES算法與IV和NEK對幀解密。過程496確定是否在REF中有任何錯誤,并執行該項任務而不管REF實際是否加密。如果解密過程對REF沒有檢測到錯誤(即REF中的ICV等于由解密過程計算的值),則過程496重新定義該REF作為RCF,并提供RCF給RX MAX幀處理過程498。
RX MAX幀處理過程498分析和處理明碼幀主體。其從第一發生類型字段中規定的類型值確定幀主體的類型。如果幀不包括MAC管理信息字段182,則該類型是在類型字段184中規定的,類型字段184指示后跟的幀數據是幀數據字段186(圖8)中的MSDU數據,并且類型字段184和幀數據186與DA字段108和SA字段110(圖3)一起被提供給LLC層以進行進一步處理。否則,參考圖9,在MAC管理信息字段182的類型字段200中規定該類型。如果在MCTRL字段206中指示的項數目大于零,則過程498根據其各自的項類型(如在MEHDR字段206中MTYPE字段218中所示),處理MAC管理信息字段182中的各個項204。例如,如果MTYPE字段218識別該項為具有響應項210H的多點傳播(圖17),則過程確定站地址338是否與由項210H規定的任何多點傳播目的地地址272匹配。參考圖12B,如果該項是“信道估計響應”210B,則過程498將RXCMI230與作為DA的SA(在幀信頭中規定),并將來自該項的信道映射信息(由RXCMI230作為索引)儲存在TX信道映射346(圖26)中,以用于向幀發送的傳輸。如果該項是“請求信道估計項”210A(圖12A),則過程使“信道估計響應”被準備好(通過“信道估計”過程,如前所述)并發回幀的發送器。參考圖16,如果過程498確定項類型是“設置網絡加密密鑰”項210G(圖16),則過程498將EKS266與NEK268相關地儲存在加密密鑰存儲器344中,以用于對被分配密鑰的邏輯網絡的幀數據進行加密/解密。這樣,RX處理程序的過程498采取任何適合于該數據項204的類型的操作。
在發射/接收過程的另外說明中,圖28是描述作為單個發射/接收狀態機575的MAC狀態機310的發射和接收過程的狀態圖(分別是過程336和490)。參考圖28,狀態機575開始于空閑狀態,搜索同步信號(狀態“A”)。如果檢測到同步信號,則該機器轉變到接收幀控制信息(狀態“B”)。如果收到的幀控制表示一SOF,則該機器接收跟在SOF后面的段主體和EOF(狀態“C”)。如果收到有效的DA并且希望得到響應,則該機器發送一響應(狀態“D”)。在發射響應的事件中(在狀態“D”期間),或如果在狀態“B”接收的幀控制是一個響應或不希望響應的EOF,或在狀態“C”不希望得到響應,則該機器轉變到檢測CSS中的載波的狀態(狀態“E”)。如果沒有檢測到載波,則該機器進入檢測PRS信令的狀態(狀態“F”)。一旦檢測到PRS時隙的結束,則機器設置VCS=EIFS和VPF=0,并轉變到在爭用窗口中搜索同步的狀態(狀態“G”)。如果VCS超時和VPF=0,則機器返回狀態“A”。如果在狀態“A”和狀態“G”過程中幀是未決的(并且補償計數器在狀態“G”中具有零值),則機器發射未決的分段(狀態“H”)。如果在狀態“G”檢測到同步,則機器再次接收幀控制信息(狀態“B”)。如果當在接收幀控制狀態“B”時,機器確定幀控制無效,則機器設置VCS=EIFS和VPF=0,并進行到等待狀態(對于VCS=0)和搜索同步(狀態“I”)。如果當在接收幀控制狀態“B”時,機器確定收到EOF并且希望得到響應,或在狀態“C”確定DA無效并且希望得到響應,則機器更新VCS并設置VPF=1和進入狀態“I”。如果在狀態“I”檢測到同步,則機器接收幀控制信息(狀態“B”)。如果在狀態“I”過程中VCS在VPF為0時超時,則機器返回空閑狀態(狀態“A”)。否則,如果VCS=0和VPF=1,則機器進入狀態“E”。如果在狀態“E”檢測到載波,則機器設置VCS=EIFS和VPF=0,并轉變到狀態“I”。迅速返回狀態“H”,如果發射分段而沒有希望響應,則機器進入狀態“E”。如果在狀態H發射分段而希望響應,則機器更新VCS并設置VPF=1,然后進入狀態“I”。
如上所述,通過使用“MAC管理信息”字段182(圖9),并結合其它幀字段,可以獲得多個MAC功能。這些特征包括(但不限于)基于加密的邏輯網絡,用于多點傳播和廣播發送的部分ARQ;橋接(用網橋代理);以及諸如令牌傳遞和輪詢之類的媒體接入控制技術。參考圖1,網絡10中的站12可以為了私密性而邏輯地分割。例如,參考圖29,能夠通過共享的傳輸介質14與位于第二地點的站12c和站12d通信的位于第一地點的站12a和站12b被邏輯上分為邏輯網絡,即站12a和站12b屬于第一網絡網絡580,而站12c和站12d屬于第二邏輯網絡582。這種將實際網絡中的站邏輯分割為邏輯網絡的邏輯分割發生在MAC單元18,并允許實際網絡上的站組就象對每個組有唯一的、分割的網絡那樣操作。私密性是由56比特數據加密標準(DES)加密和認證密鑰管理提供的。
所有在給定網絡中的站共享一個網絡密鑰作為公共密鑰。該網絡密鑰是分配給邏輯網絡的密鑰。除了網絡密鑰外,每個站具有唯一的默認密鑰,典型地是由制造商預編程的。站的用戶從口令產生默認密鑰(也由制造商提供)。默認密鑰用于在站與作為邏輯網絡成員的一個或其它站之間的安全通信,以便站安全地接收對于那些邏輯網絡的網絡密鑰。從口令產生密鑰的一種示范性機制是PBKDF1功能,如在PKCS#5v2.0標準、“基于口令的加密標準”中所描述的,其使用MD4作為基礎散列算法。這樣,每個站通過使用其口令獲取默認密鑰而第一次進入一個邏輯網。
參考圖30和31,向邏輯網絡如第一邏輯網絡580中加入一個新站如站點12e的過程如下。已經成為該邏輯網絡成員的一個站、或稱“主”站(例如圖29中的站12b)接收新站的默認密鑰(步驟590)。典型地,新站的默認密鑰是人工輸入主控站中的。主控站建立包括“設置網絡加密密鑰MAC管理”項(圖16中的項210G)的幀(步驟592),該項為邏輯網絡標識一56比特“DES網絡加密密鑰”或NEK(在NEK字段268)以及相關的8比特“加密密鑰選擇”(在EKS字段266中)。主控站用接收的默認密鑰將幀加密(步驟594),并將加密的幀發送至新的站,以由新的站用默認密鑰解密(步驟596),并從解密幀中恢復網絡密鑰和相關的選擇。
主控站可使用先前說明的信道估計功能和信道估計MAC管理項(圖12A和12B)來使網絡加密密鑰更安全地傳遞給新站。主控站可以向新站發送信道估計請求,使新站執行信道估計處理并返回具有從信道估計過程得到的新的信道映射的信道估計響應。在收到該響應后,主控站使用在響應中規定的信息映射來向新站發送加密的幀(包含NEK)。
參考圖31,在邏輯網絡580中的站,即站12a、12b和12e在各自的加密密鑰存儲器344中儲存各自唯一的默認密鑰600a、600b和600e(將僅用于重建密鑰(re-key)操作),以及等同的網絡加密密鑰(NEK)602和要用于所有其它在邏輯網絡580內業務的相關的“加密密鑰選擇”(EKS)604。
“加密密鑰選擇”604被設置在“網絡加密密鑰”602可適用的邏輯網絡成員(如圖中箭頭1、2和3所示)的所有傳輸中幀的EKS字段192內,并且“網絡加密密鑰”602用于對那些成員的所有幀加密/解密。
這樣,通過加密提供邏輯聯網以保證私密性。每個邏輯網絡具有其自己默認的和網絡的密鑰,提供一個邏輯網絡與另一個的信息的分隔。因為該機理使用在每個站中包括的加密能力,每個站具有加入到任何數量的邏輯網絡中的能力,其僅受每個邏輯網絡默認值和網絡密鑰所需存儲器的限制,以及每個邏輯網絡的成員站組的成員映射的限制。例如,站12a也可以是第二邏輯網絡582的成員站,或站12d可以是第三邏輯網絡(未示出)和第二邏輯網絡582的成員站。結果,站實際上可以儲存多于一個的“加密密鑰選擇”和“網絡加密密鑰”對,即用于其所屬的每個邏輯網絡的“加密密鑰選擇”和“網絡加密密鑰”對。
部分ARQ機制允許多點傳播組中的一個成員確認傳輸(指向多點傳播組)作為其它組的代理。部分ARQ不保證向多點傳播組的傳送,但確實提供了對由至少一個多點傳播組成員接收消息的指示。MAC層確認緊接在它們所響應的幀之后而不放棄對新傳輸的信道的響應。
返回更新的信道映射(在信道估計過程的信道估計響應中)的一個站被選擇作為多點傳播的代理。該選擇可以是隨機的,但優選是基于信道映射信息(包含在響應的信道映射內),以使發射站識別在多點傳播中最弱的路徑。通過識別最不可能接收傳輸的站,并選擇該站作為代理,使部分ARQ機制更為可靠。在一個示范性選擇機制中,代理可以通過確定哪個應答站的信道映射支持最低數據率(表示最差情況的信道特性)來選擇。這種選擇可以以各種方式進行,例如通過比較實際數據率來確定最低數據率,或是通過確定哪個信道映射表明在塊中最少數目的字節(也是最低數據率的表征)來確定最低數據率。
發射機通過將DA字段設置為所選擇的代理站的地址來準備多點傳播幀。其在參照圖17所述的“帶響應的多點傳播MAC管理項”210H中儲存代表想要接收多點傳播幀的多點傳播地址組的多點傳播地址,或是在多點傳播地址組中的個別地址,并設置SC106中的MCF164(圖7)。發射機還在幀開始和結束分隔符中用指示請求一響應的值來設置DT字段。
由DA字段規定的代理站無論何時接收到帶有要求響應的DT的幀時,都提供一代表多點傳播組的合適的響應類型。如上所述,響應的發射在RIFS期間之后開始,而不管媒體是處于忙狀態。
盡管在上面將部分ARQ機制描述為使用一想要接收多點傳播幀的站作為所選擇的代理,但這并非是限制。代理可以是任何與相同媒體連接的作為多點傳播幀的想要接收者的裝置,例如任何與媒體連接的站或網橋。
如前所述,MAC協議支持由子網(如電源線網絡10,見圖1)在其需要與通過網橋接上的站通信時使用的橋接機制。橋接機制允許每個橋與子網連接以用作通過網橋接入的目的地址的代理。
參考圖32,網絡620包括第一和第二子網622、624,它們是基于可靠的媒體(具有極低的誤碼率的媒體)并因此而稱為“可靠”的子網,以及一第三子網626,它是基于有噪聲的媒體(具有較高的誤碼率),從而被稱為“不可靠”的子網。可靠媒體的例子包括常規的以太網和光纜技術。有噪聲媒體的例子包括電源線和無線媒體,如RF。網絡620還包括用于連接子網622、624和626的網橋628(B1)和630(B2)。第一可靠子網622包括站632a(R1)和632b(R2),它們與第一可靠媒體634連接。第二可靠子網624包括站636a(R3)和636b(R4),它們與第二可靠媒體638連接。第二可靠媒體638可以與第一可靠媒體634為相同類型也可以為不同類型。不可靠的子網626包括站640a(U1)和640b(U2),它們與有噪聲的和不可靠的媒體如電源線642連接。網橋628(B1)與第一可靠媒體634(在端口A)和不可靠媒體642(在端口B)連接。網橋630(B2)與不可靠媒體642(在端口A)和第二可靠媒體638(在端口B)連接。網橋628、630各自支持網橋的功能性,包括(但不限于)分別圖示為學習網橋過程644和646的學習網橋單元。每個站和網橋包括至少一個MAC裝置。站632a、632b、網橋628和站636a、636b以及網橋630分別包括合適類型的常規MAC裝置,MAC裝置648a、648b、648c、650a、650b、650c,用于支持它們所連接的可靠的媒體。為了支持在不可靠媒體上的操作,具體地說,即知道源(source-aware)的橋接代理功能(下面將說明),網橋628、630和站640a、640b分別包括知道源的MAC裝置652a、652b、652c、652d。需要知道源的MAC裝置652、即那些加入到知道源的橋接中的裝置知道通過一個網橋(在這種情況下,是網橋628或630之一)到達一個特定的目的地址。
每個這種知道源的MAC具有允許網橋(或作為網橋的裝置)用作目的地代理的能力。通過作為目的地址的代理,網橋接受向該目的地地址傳送分組的責任,并直接作為個別的地址加入ARQ方案(scheme)中(在需要時)。
通過對所有站在得到信道映射時所需要的相同信道估計過程,使站U1、U2(以及網橋B1和B2)知道需要使用網橋代理。如果從網橋628、630之一接收的“信道估計響應MAC管理”項210B(圖12B)具有“網橋代理”位236的組,則接收裝置知道該網橋可工作并在向另一子網上的一個或多個地址發送。接收裝置將該網橋的源地址(由SA字段識別)與CMI(和VT、RATE和MOD字段一起)關聯,就要對網絡上的任何其它站一樣。接收機還將相同的信息與“信道估計響應MAC管理”項210B的每個“橋接目的地址”(BDA)246關聯。BP標志236指示BDA246是通過網橋的源地址接入的。以此方式,每個站能夠以第一列表的形式構造一第一數據結構,在此稱為BPDAlist,該第一數據結構將每個網橋的SA映射至一個或多個BDA。每網橋構造和維護一第二數據結構或列表,這是其自己的各個被提供代理服務的DA的列表(“我是代理”列表或IAPlist)。
通過網橋代理向BPDAlist中的DA進行的后續傳輸一旦建立,即通過發送具有“替代網橋地址”型的“MAC管理信息”字段項的幀來完成的。一個尋址到為其激活了網橋代理的“目標地址”的MSDU被與“幀信頭目的地址”108(圖3)組一起發送到網橋的地址。“替代網橋地址MAC管理信息項”包括初始目的地地址(ODA)和初始源地址(OSA),從而允許網橋為該傳輸重建初始的MSDU。
在構建狀態中的網絡620示于圖33,作為被構建的網絡620’。在構建狀態中,學習網橋過程644、646為所有的站分別維護逐端口學習的地址列表660、662。這樣,B1維護站/端口列表660,以便包括用于端口A的站R1和R2、用于端口B的站U1、U2、R3和R4。網橋B2維護站/端口列表662以包括用于端口A的站U1、U2、R1和R2、用于端口B的站R3和R4。網橋源通知MAC 652a和652b分別維護IAPlist 664a和664b,其包括由那些網橋為其提供代理服務的地址。IAPlist 664a包括R1和R2的地址,IAPlist 664b包括R3和R4的地址。通過LLC(在本地管理項中)將IAPlist地址傳送至知道源MAC,或是被學習(通過學習網橋過程,其向知道源MAC提供地址,或當MAC從LLC接收一個具有不屬于它的SA的幀時)。知道源MAC功能IAP(SA)將這些地址加到IAPlist列表中。
另外,站640a和640b各自在相應的“網橋代理DA”列表666中(BPDAlist)維護學習的或接收的BPDA信息。因為兩個網橋與子網626連接,這些網橋(網橋628和630)中的每一個還必須為通過其它網橋到達的目的地址維護網橋代理列表。結果,網橋628和630分別維護BPDAlist 668a和668b。它們通過信道接收在MAC管理項即來自網橋的信道估計響應MAC管理項、或是來自主機的信道估計響應MAC管理項(本地MAC管理項)中的該列表。該列表可以是地址對的列表,地址對包括目的地址(DA)和與該DA相關的網橋代理DA(BPDA),或另選地可以是與每個BPDA相關的DA的列表。當從SA與OSA不匹配的特定SA接收到橋接的幀時,可以學習BPDAlist。它們由RecordBPDA(OSA,SA)函數儲存,該函數在BPDAlist中分別儲存OSA、SA地址對作為DA和BPDA。本地MAC管理獲得/設置原語(primitives)在儲存和為站提供BPDAlist時被用于支持LLC(以及更高層)。
參考圖34,其顯示了在知道源的橋接網絡(網絡620)700中用于自己構成一裝置(如U1、U2、B1或B2)的知道源的MAC TX過程。過程700從通過裝置中的知道源MAC652接收來自LLC的幀開始(步驟702)。該幀可能是要用于發送到目的地址裝置或作為MAC本身的管理幀。過程確定是否由幀識別的SA與MAC自己的SA(MyAddr)匹配(步驟704)。如果有一個SA匹配,則過程確定由該幀識別的DA是否與MAC自己的DA(MyAddr)匹配(步驟706)。如果也有一個SA匹配,則該幀被傳送到MAC本身并且不將被在媒體上傳輸。該過程確定是否MAC管理項在該幀中存在(步驟708)。如果該幀包括含有要用于本地應用的信息的MAC管理項,則過程調用RecordIAP,以在項目中存在一IAP列表時儲存這種IAP列表(步驟708)。如果幀不包括MAC管理項(在步驟708確定),則該過程放棄該幀(步驟712)并返回至空閑狀態(步驟714)。
如果在步驟706確定,在幀中的DA與MAC本地地址不一致(就象通常在要發射的幀中的情況那樣),則過程確定是否DA已知要被橋接(步驟716),即,與來自先前的RecordBPDA函數(如上面所討論并將結合附圖36更詳細地說明的)的站的BPDA列表中的網橋(通過其來進行接入)相關。如果DA已知要被橋接,則該過程通過用幀DA字段中相關網橋的DA替代該幀的DA來執行SubstituteBPDA函數(步驟718),并將幀的ODA和OSA字段中的初始DA和SA分別放在“替代網橋地址MAC管理項”210F中(見圖15)。該過程將該幀引至到準備用于傳輸幀的過程(步驟720)。
如果在步驟716中DA不知要被橋接,并且實際上在步驟722不知要被橋接,則該過程將該幀引導到傳輸準備(步驟720),而不進行橋接地址處理。如果DA不知道(在步驟722),則通過將DA設置到廣播地址來執行SubstituteBPDA函數(步驟724),并且過程進行到步驟720。
參考步驟704,如果幀的SA不等于站的地址(MyAddr),則執行過程的該裝置被橋接并且處理如下所述繼續。該過程確定是否DA已知要被橋接(根據先前的RecordBPDA函數、信道映射響應或本發管理“集合”原語)(步驟726)。如果DA已知要被橋接,則該過程執行SubstituteBPDA函數,執行IAP(SA)函數(如前面所述),在步驟720準備用于傳輸幀的過程之前用MyAddr代替SA(步驟728)。否則,如果DA不知要被橋接(即對DA或其它指示不存在信道映射)(步驟730),則過程執行SubstituteBPDA函數而不改變DA,執行IAP(SA)函數,并在步驟720準備用于傳輸的幀之前,用MyAddr代替SA(步驟732)。
如果DA不知道(在步驟730確定),則在步驟720準備用于傳輸的幀之前,通過將DA設置到廣播地址、并執行IAP(SA)函數,以及用MyAddr代替SA(步驟734),來執行SubstituteBPDA函數。
參考圖35,顯示了傳輸幀準備過程720。優選地,該過程在圖34的自動構建知道源的橋接之后執行。通過以這種方式命令該過程,維持了通過使用部分ARQ來改進的廣播和多點傳播分組的可靠性。首先,過程720確定是否DA是多點地址(步驟740),如果不是,則過程確定是否對該DA存在信道映射(步驟742)。如果對該DA存在信道映射圖,則該過程指示根據信道接入過程將該幀加密和發送。(步驟744)。如果過程在步驟742確定對該DA的信道映射不存在,則該過程在步驟744之前加密和傳輸之前使“信道估計請求MAC管理項”加到幀中(步驟746)。如果在步驟740確定DA為多點傳播,則過程確定是否有有效的信道映射存在(步驟748)。如果不存在有效的信道映射,則部分ARQ過程不能被執行,并且該幀在步驟744被簡單地加密和發送。如果在步驟748確定存在有效的信道映射,則部分ARQ過程通過SubstituteMWR函數執行。SubstituteMWR函數將DA復制到“具有響應的多點傳播管理項”,用有效信道映射存在的DA代替該DA,并設置“多點傳播標志”(步驟750)。
參考圖36,其顯示了用于接收時自構建、知道源的知道源MAC RX過程(即作為由MAC單元從媒體接收的幀)760。按從上述參考圖34-35的傳輸處理的逆序來進行處理。即,部分ARQ處理后面跟著網橋代理數據處理。過程760從媒體762接收一幀。過程確定是否“多點傳播標志”被設置為1或是DA為多點傳播地址,即地址MSB=1(步驟764)。如果過程確定既沒有設置MCF、DA也不是多點傳播,則過程確定DA是否等于MyAddr(步驟766)。如果在步驟766確定DA不等于MyAddr,則放棄該幀(步驟768)并且過程返回到空閑狀態(步驟770)。否則,也就是說,如果設置了MCF、或DA是多點傳播、或DA等于MyAddr,則該過程使該幀重裝配(如果合適)并解密以提取可能存在的“MAC管理項”(步驟772)。如果在該幀中存在“信道估計請求MAC管理項”,則過程760通過準備包括從網橋的IAP列表(如果存在這種列表的話)取出的BPDA列表的“信道估計響應”來處理該請求(步驟774)。該過程確定是否在該幀中存在“MWR管理項”(步驟776)。如果是,則用包含在項中的DA代替該DA,并去掉信頭(步驟778)。如果不存在MWR項,則過程確定是否在該幀中存在“替代網橋地址”項(步驟780)。如果過程確定在該幀中存在RBA項,則執行RecordBPDA(OSA,SA)函數以將此地址對加到站的BPDAlist中(如果OSA和SA是不同的),并且從ODA和OSA恢復DA和SA(步驟782)。一旦該過程從幀中去掉任何管理理項并將該幀傳送到LLC以向主機傳送(步驟784),則返回到空閑狀態(步驟770)。
如圖32所示,網橋B1和B2包括與知道源MAC在連接至不可靠網絡的端口上連接的學習網橋過程。該學習網橋過程是“IAP知道”的,并因此能夠將傳送地址的列表傳送至不可靠MAC的IAP函數中以儲存在IAPlist中。
盡管網橋B1、B2使用具有知道IAP的學習網橋功能,也可以想得到其它實施例。例如,可以用標準的、可購買到的網橋芯片(其典型地具有用于各端口的內置的以太網MAC648)、以及與至少一個端口連接的外部的知道源MAC532來實現網橋B1、B2,從而從學習網橋過程中隱藏在該至少一個的端口上對知道源的橋接的使用。在這種實施中,盡管該網橋不是知道IAP的,并且因此未配備成將IAP列表信息傳送至知道源的MAC,該知道源的MAC支持其它可用于產生和維護IAPlist的機制,例如MAC管理項或其它知道源MAC學習機制,如前所述。
再次參考圖32-33,盡管裝置628和630被圖示為獨立的網橋,它們也可以實現為站(具有主機或與主機連接)。如果實現為站,則網橋裝置628將被看作是子網622和626上的站。類似地,如果網橋裝置630將被實施為站,則其將被考慮為在子網624和626上的站。與橋接機制相關的控制結構和操作將被修改為合適的。例如,站/端口列表660將被擴展成包括用于端口B的裝置630(B2),并且站/端口列表662將類似地調整為包括用于端口A的裝置628(B1)。
如前所述,使用無爭用接入機制使單個站控制對媒體的接入。另外,無爭用接入機制允許站作為網絡控制器。參考圖37,其示出了能夠支持定期無連接間隔(會話)以保證高質量業務以及面向爭用的接入的多點網絡700。網絡700包括指定為主控站702的站和與共享物理媒體706連接的站704a,704b(分別顯示為第一和第二附屬站)。典型地,主控站702的選擇是由網絡管理器(未示出)構成,或是專用的裝置或產品。站702、704a和704b分別包括主機708a、708b和708c,MAC層710a、710b和710c,以及PHY層712a、712b和712c。每個主機708與MAC層710連接,MAC層710還與PHY層712連接。優選地,MAC層710以相同的方式操作并包括MAC單元18的功能(圖1)。類似地,PHY層712優選包括至少PHY單元22的功能(仍參見圖1),并且媒體706是電源線。但是,可以使用其它的媒體類型。主機708是要用于代表操作上上述MAC子層710的至少一個或多個網絡軟件部件。
在主控站702和任何一個或多個要參加無爭用間隔會話的附屬站704a和704b之間的連接,是通過在主控站和附屬主機之間(即主機708a和708b之間以及708a和708c之間,如果兩個附屬站都要作為會話的成員的話)在無爭用會話之前用正常的基于爭用的接入進行“連接控制”信息的交換來建立和維護的。各站用相同的機制加入到會話中和從會話中除去,即使用“連接控制”消息714,它們在用于這些目的的會話過程中在無爭用間隔之外傳送。主機708通過發送“設置連接和使用連接”消息716向該站MAC710發送連接(一旦建立或在后續修改時)的詳細內容。
涉及主控站/附屬站通信的“連接控制”消息14包括下面的原語MASTER_SLAVE_CONNECTION.Request(Req)/Confirm(Conf);SLAVE_MASTER_CONNECTION.Req/Conf);MASTER_SLAVE_RECONFIGURE.Req/Conf;和SLAVE_MASTER_RECONFIGURE.Req/Conf。每個這些原語包括下面的參數周期(Period);幀長度(Frame Length);最小幀時間(MinimumFrame Time);最大幀時間(Maximum Frame Time);開始時間(StartTime);連接持續時間(Connection Duration);連接號(ConnectionNumber);以及最后的無爭用幀(Last Contention-Free Frame CFF)。“周期”定義了從一個爭用間隔的開始到下一個無爭用間隔的開始之間的時間。“幀長度”定義了(以字節數)在每個間隔中要發送的平均幀長度。“最小幀時間”和“最大幀時間”分別定義了幀(加上相關的響應)的最小和最大持續時間(加上相關的響應)。“開始時間”規定了加入(或開始)無爭用間隔的近似第一時間。“連接持續時間”規定了連接的持續時間(以秒為單位)。0值指示連接取消,而最大值(MaxValue)指示在取消之前連接是好的)。“連接號”是分配給特定的站-站(即主控站到附屬站)連接的連接號。“最后的無爭用幀”表示附屬站(接收該參數)要在下次無爭用間隔中發送最后幀并應當將該幀中的CC字段設置為零(從而向所有在網絡中的站發信號命令特定的無爭用間隔結束)。主控站控制“連接控制消息”參數的設置,從而附屬站使得一個請求(.req消息)發送所請求的值給主控站。如果由主控站返回的值可接受,則來自附屬站的確認響應簡單地確認這些值。
在主控站和附屬站之間的示范性的連接控制消息交換如下。一啟動電話呼叫的手機站(附屬站)將一則消息發送至基站(主控站)請求呼叫建立(連接請求)。主控站用指示定時和其它用于建立和維持該連接所要求的信息來響應。
除了所討論的連接控制消息參數之外,任何關于新連接的信道映射的請求或響應都在開始第一個無爭用間隔(其中要加入連接)之前用基于爭用的接入來傳送。所有與連接的維持或改變有關的其它消息也在無爭用間隔之外交換。
仍然參考圖37,主控站700可以將主控站控制傳送給另一個站(“新”主控站),例如已經作為附屬站(如站704之一)的站,或還沒有作為附屬站(未示出)的站。應當理解網絡700可以分割為多個邏輯網絡,每個邏輯網絡具有指定的主控站,例如在一個邏輯網絡中將主控站700指定為第一主控站(并作為主控站),而在另一個邏輯網絡中將主控站704b指定為第二主控站,并用于從主控站700到其它(新)主控站704b傳送的主控站/會話控制。為此目的,連接控制消息714還包括用于將主控站和會話控制信息從主控站傳送至新主控站的消息。這些消息的形式是MASTER_MASTER_CONTROL_TRANSFER.Request和MASTER_MASTER_CONTROL_TRANSFER.Confirm消息,用于轉發下列參數周期(Period);幀長度(Frame Length);最小幀時間(Minimum Frame Time);最大幀時間(Maximum Frame Time);開始時間(Start Time);會話持續時間(Session Duration);連接號(ConnectionNumber);以及請求的間隔長度(Requested Interval Length)。“周期”定義了從一個無爭用間隔的開始到下一個無爭用間隔的開始之間的時間。“會話持續時間”以秒為單位定義了會話的長度(進行會話控制的主控站)。“請求的間隔長度”規定了所請求的無爭用間隔的總長度(以毫秒為單位)。“連接號”是分配給主控站到新主控站連接的唯一號碼。邏輯網絡的各個指定的主控站702、704b就能夠在它們之間將控制向后和向前傳送,以在邏輯網絡的會話之間實現平滑的轉變。
參考圖38,其顯示了無爭用間隔722的示例的無爭用會話720。無爭用間隔722在固定時間間隔724(在“連接控制消息714”中規定為“周期”)上定期地發生。優選地,無爭用間隔限制為整個“周期”或循環的一部分,如50%,以便其它站有機會在正常的面向爭用的間隔725(在圖中用陰影顯示,因為間隔725不是會話720的一部分)期間爭用該媒體。會話間隔726是會話720的持續時間。它可以是固定的持續時間(如圖所示)或持續到會話所需要的時間長度。典型地,會話是由主控站在其知道需要會話時(例如當收到第一連接請求時)建立的。其它連接可以加到已建立的會話中,或者參加會話的連接可以從該會話中去掉(在諸如終止那些連接的情況下)。在圖38所示的例子中,假定主控站在大約相同的時間知道了從兩個附屬站704a和704b發來的請求,并且因此會話720在建立那些連接時建立。
仍然參考圖38,每個無爭用間隔722被分為幀時隙722,并且每個幀時隙727要么分配給下行業務流(從主控站),即時隙727a和727b,要么分配給上行業務流(從附屬站),即727c和727d。在所示的結構中,主控站將其自己的一個幀在下行業務時隙中發送(例如在時隙727a中發送幀,后面緊隨分配給參加無爭用時隙722的附屬站的上行業務時隙(仍使用所說明的例子,是由附屬站1使用的時隙727e))。為了對每個成員附屬站1和2啟動無爭用接入,無爭用間隔開始于主控站將幀排隊以立即發出,和向附屬站704a發送第一下行幀727a,其具有CAP=3和CC=1。一旦下行幀727a已經被附屬站704a接收,并且附屬站704a確定下行業務的傳輸已經完成,則附屬站704a發送一上行幀727c(已經由附屬站的主機排隊)。附屬站704a確定當最后(或唯一的)分段被接收到并符合某種條件時,即具有與主控站匹配的SA、CAP=3、CC=1和與所分配的連接號匹配的CN時,應當發送一排隊的幀。
仍然參考圖38,主控站在從附屬站1接收所希望的幀后,或在沒有收到幀達到預定的時間段后(即由于信道狀況較差而使下行和上行幀都失敗),繼續發送另外的無爭用幀(如果在會話中有其它的附屬站加入)。在所示的例子中,主控站在第二下行業務時隙727b中發送下行業務,從而使附屬站704b在第四時隙或第二上行業務時隙727d發送上行的業務(當設置在下行幀中的SA、CAP、CC和CN字段這樣指示時)。因此,以此方式,主控站的下行業務能夠實現輪詢(polling)機制。
無爭用間隔722通過設置最后幀中的CC=0來結束。站已經從在設置和維護連接的過程中(在主機之間)交換的“連接控制”信息中的“最后CFF”字段知道特定的幀是最后的。
這樣,從圖38可以看出,無爭用間隔會話726可以由CSMA網絡(如圖1中所示的網絡10)采用,以在面向爭用的間隔725過程中實現的分布式媒體接入控制(如CSMA)和對于不同水平的QoS的無爭用間隔722的集中的媒體接入控制(如TDMA)之間交替。
每個站的MAC層被設置為在合適的時間通過由主機交換的“連接控制”消息714和向MAC層提供的“設置連接MAC管理”消息716(圖37)來發送幀。“設置和使用連接”消息716被送往MAC管理信息項的MAC。參考圖39A和圖39B,分別圖示了一“設置連接”MAC管理數據項740和“使用連接”MAC管理數據項742。參考圖39A,“設置連接”MAC管理數據項740包括用于識別分配給特定連接的連接號的“連接號”字段744,和用于指示一站是作為用于由“連接號”字段744所識別的連接的主控站還是附屬站的“主控站”字段746。如果設置,則“主控站”字段746指示該站作為主控站。項目740還包括SA字段748和“SA幀大小”字段750。SA字段748提供為所識別的連接排隊的將傳輸幀(由“SA幀大小”字段750規定的長度)的站的地址。當排隊的幀是在給定的無爭用間隔中發送的第一幀時,“SA幀大小”字段750被設置為零,而SA字段748可以被忽略。如果“主控站”字段746被設置,并且所排隊的幀不是要在給定的無爭用間隔中發送的第一幀,則主控站使用由“SA幀大小”字段750(結合用于識別的SA的信道映射)給定的長度來設置“發射計時器”,用于測量在前一發射結束和所排隊幀的傳輸開始之間的時間間隔。當“發射計時器”時間到,一旦媒體空閑就發射排隊的幀。“發射計時器”的值用于在上行幀失敗時(例如沖突或未發射)使無爭用間隔繼續。優選地,“發射計時器值”近似等于所希望上行幀的持續時間,以便對后面在無爭用間隔中的業務不會引入另外的抖動,并且能夠從來自具有平均幀長度知識的附屬站的最新信道映射中估計出來。應當說明EIFS必須被定義為比在上行幀丟失時可能發生的最長的間隙長,以便這些潛在的間隙不會使其它站中斷無爭用間隔,特別是當站用CAP=3和CC=1來偵聽業務時。可能希望使用兩個不同的EIFS值,當檢測到用CAP=3和CC=1定義的分隔符時,對于基于競爭的業務優化較長的EIFS(如前面定義的),否則優化較短的EIFS。
再參考圖39A,項目740還包括“TX幀大小”字段752,一“最小幀時間”754和“最大幀時間”756。“TX幀大小”字段752規定了平均的期望幀大小(以字節為單位)并用于根據需要建立合適長度的虛幀。一般情況下,虛幀用于將要發送的實際的幀在該幀沒有及時到達MAC(要么由于幀到達的延遲,要么作為使傳輸時間在即時的幀到達之前發生傳輸的網絡抖動的結果)時將其替換。虛幀與正常發射的幀長度幾乎相同,并且包括一為虛幀的指示(例如在MAC管理項中)。“最小幀時間”754規定了幀的最小持續時間(以及任何相關的響應,如果希望的話)。如果根據當前信道映射的幀的大小不滿足該最小要求,則用合適數量的比特來填充該幀以滿足該最小值。“最大幀時間”756規定了幀的最大持續時間。當基于當前信道映射的幀的大小使幀超過該最大要求時,該幀在傳輸之前被截短(或發送一個適合長度的虛幀),并向主機指示失敗。最小/最大幀時間的目的是控制抖動。信道映射可以用這些定時要求和平均幀大小來計算和優化。
在“設置連接”MAC管理數據項740中還包括有一“控制”字段758和“幀壽命”(FrameLife)字段760。“控制”字段758向站指示對于由連接號識別的連接,將“主控站控制”傳送到另一站(如果該站是主控站)或從另一站(如果該站是附屬站)傳出。“FrameLife”字段760規定了幀定時器的值(FrmTimer,前面已說明)。當該計時器時間到時,排隊等待發射的幀被放棄。
參考圖39B,“使用連接”項742包括“連接號”字段,其規定了與用于同一連接的“設置連接”項中同名字段相同的連接號。由主機通過用該連接在媒體上將其與任何要發射的數據幀一起傳送。當為傳輸準備數據幀時,連接號被置于“分段控制”字段106的“連接號”字段162中(圖7)。
盡管在圖38中未示出,主控站可以使用面向爭用的間隔(例如無爭用間隔722)來在無爭用間隔722中背靠背地(back-to-back)發送多幀。為了對下行業務使用上行業務時隙(為了實現背靠背下行業務傳輸),主控站將下行幀中“分段控制”字段106(示于圖7)中的“連接號”字段162設置為除分配給主控站和附屬站之間從主控站到附屬站的連接(正常情況下在后面的時隙中將轉變)以外的一些連接號。換言之,主控站使用CN字段162控制下行業務是否用作輪詢一個附屬站(從而觸發下一時隙中的上行幀)。另外,主控站可以發送一虛幀給附屬站以在需要時只啟動單程、上行業務。主控站可以用相同的機制,即設置SA為主控站的SA,CAP=1和CC=1并設置CN為合適的連接號,從而在無爭用間隔下行時隙中控制將主控站控制傳遞給另外的站(當兩個站同意在開始該無爭用間隔之間在“連接控制”消息的交換中轉發控制時,如先前所述)。主控站控制要被傳遞到的站在正確地收到該幀(其中SA與主控站的SA一致,CAP=1和CC=1并且CN與分配的連接號匹配)時接受作為主控站的角色。控制傳遞也可在無爭用間隔之間動態地發生。
如果站有不同的網絡加密密鑰,在主機之間建立和控制傳遞通信伴隨有對于建立和控制消息(幀)為無效的加密。在這些幀中由于加密無效而沒有包括其它的信息。
盡管將“連接控制”消息描述為包括“開始時間”,應當理解“開始時間”作為“連接控制”消息的參數可以去掉。開始時間可以根據這樣的假定來隱含,即主控站和附屬站開始于就在同意連接參數之后(通過用于連接建立的“連接控制”消息的交換)第一個無爭用間隔,而使用“發射計時器”和FrmTimer將允許兩個站在隨后變得完全同步。
盡管在無爭用間隔(CC=0)之間交換了“連接控制”消息,理想的是發送最高優先權的消息(CAP=3),以便它們與其它站的數據業務不會競爭。
幀轉發(或中繼)可以增加噪聲(無線或有線)網絡整個網絡的覆蓋率、可靠性和吞吐量。這樣,MAC單元18(圖1)的MAC協議支持用于通過中間站傳送幀的有效機制。幀轉發涉及三個站12。在示例性幀傳送動作的上下文中,站中的第一個(例如12a)是信源站“A”,站中的第二個(例如12k)是目的站“B”,而一個選擇的第三站(例如站12b)是中間(或轉發)站“I”。在一個幀轉發情況下,站A和站B由于信道條件(即高度衰減和/或噪聲水平)而不能彼此通信,但站A可以與站I通信,而站I可以與站B通信。在另一種選擇中,在速率自適應幀轉發情況下,站A與站B僅在較低的數據率下通信(例如使用ROBO模式),而通過中間站與B通信會顯著增加吞吐量。
在與站B通信之前,站A學習如何與站B進行最佳的通信。該任務通過一學習過程完成,其中站A向網絡中的每個站發送一幀,該幀包括“連接信息請求MAC”管理項210C(見圖13A)。該請求從每個站12要求關于該站與站B通信的能力。該請求可以以單點傳送幀傳輸的方式發送到每個已知站,或用廣播幀傳輸發送到可以收聽站A的所有站。每個知道其能夠與B通信的站通過返回一包括“連接信息響應MAC”管理項210D的幀(見圖13B)作出響應。在項目210D中的“字節”字段249包括對站B的每40碼元塊的字節數(根據所儲存的或最近請求和返回的到站B的信道映射)。(另外,響應方的站能夠向站B返回最大長度幀的容量(以字節為單位)。)這樣,“字節”字段249指示響應方站到站B之間連接的數據率。該響應可包括關于連接的其它重要的信息(例如連接質量或可靠性的衡量、和/或如果包括在“連接信息請求”中的幀也包括在“信道估計請求”項210A中(圖12A)時,對于站A的更新的TX信道映射)。在收到響應后,提供滿足連接質量或可靠性要求(根據站A到響應方站和響應方站到站B的組合)的最高容量或吞吐量的響應方站被選擇為中間站I。
因為這些信道信息請求和響應不包含敏感的信息(即不能由其它站偷聽的信息),所以它們可以以明碼形式發送以避免交換網絡加密密鑰的需要(如果還不能得到密鑰時)或減少處理時間。優選地,無論何時站B向站I發送新的信道映射來改變“字節”的值(即每40個碼元塊的字節),站A都接收I到B連接的信道信息的更新。站A可以管理這種更新的接收,或可選地,站I可以被給予用新的“連接信息響應”更新站A的責任。站I如果根據幀轉發業務的觀察知道這是從站A到站B的轉發業務,就能夠處理這種任務。
參考圖40,在兩個幀800之后,站A根據用于要求響應的幀轉發的轉發幀結構,通過站I用確認業務向站B傳送幀。轉發幀結構800包括第一幀802、第一響應(RESPONSE1)804、第二幀806、第二響應(RESPONSE2)810。每個第一幀802和第二幀806包括SOF分隔符,分別是第一SOF分隔符(SOF1)812和第二SOF分隔符(SOF2)814。幀802和806還分別包括幀有效負載(F1,F2)816、818。幀802和806還分別包括EOF分隔符,分別是第一EOF分隔符(EOF1)820和第二EOF分隔符(EOF2)822。應當理解SOF分隔符、EOF分隔符、有效負載和響應具有與對于SOF分隔符92(圖3和5A)、EOF分隔符94(圖3和5B)、和響應120(圖4和圖6)的定義相同的結構。
對于第一幀802,站A根據基于到站I的信道映射的最大幀容量中較小的一個、以及在站I的響應中所指示的字節容量,來選擇最大分段的大小,以保證幀與對幀中繼的兩個幀(幀802和806)的單個分段適合。在幀信頭/主體816中,SA被設置為站A的地址,DA被設置為站B的地址,在“分段控制”字段106中的FW161被設置為0b10或0b11(指示中間站地址字段IA823的存在,從而該幀被發送到中間站,并且FW的LSB在FW的MSB為1時指示CC的希望/初始值),并且地址字段IA823設置為站I的地址。SOF1分隔符812和EOF1分隔符820中的DT被設為指示所希望的響應,而CC被設置為指示無爭用狀態。EOF1分隔符820中的CAP的值被設置為分配給幀的信道訪問優先權(或優先權“P”)。EOF1分隔符820中的RWRE字段145被設置為0。當站I收到幀802時,其檢測設置為0b10或0b11的FW字段(指示站I應當檢查IA而不是DA作為目的地址)并將IA與其自己的地址匹配。如果SOF1指示希望收到響應(如在本例中那樣),則如果返回一ACK,站I用包括在EOF1的CC和CAP的值返回響應804。如果站I返回NACK或FAIL,則其使用包含在“分段控制”中的CC和CAP的值指示失敗的轉發嘗試。如果要返回ACK,則站I設置FW為0b01(指示地址字段IA的存在以及幀正在被發送至最終站),重新計算FCS的值,指出如果在SOF2814和EOF2822中希望響應,并設置EOF2822中的RWRE位145以指示(為了其它站的VCS的利益)希望得到雙重響應。SOF2814和EOF2822中的CC字段被設置為在FW(CC=FW的LSB)中接收的CC值,而不是在EOF1820中收到的值。EOF2822中CAP字段144被設置為在“分段控制”字段106中收到的值。SOF2814中的CMI字段142和FL字段140根據DA(站B)的TX信道映射來設置,并且用CMI字段142中指示的TX信道映射發射該幀。
站B從站I接收第二幀806,并從FW(FW=0b01)的值識別幀806已經被轉發。因為SOF2814指示希望得到響應,站B返回一個響應808,指示希望跟著另一個響應(RWR型,DT=101)。響應808包括在SOF2814接收的CC的值和CAP144的值,以及根據在幀806中接收的FCS的RFCS148。站I處理響應808并產生第三響應810給站A。響應810是同一類型的(ACK,NACK或FAIL,但DT=0b100而不是0b101),并使用在來自站A的幀中接收的CC、CAP和FCS(如果響應是ACK)的值。
在每個傳輸中的幀有效負荷是等同的,除了在“分段控制”中的FW字段和FCS之外。這使MAC為準備用于再發送的幀所要求的處理最小化。
參考圖40以及圖41和43-45,后跟“SOF1”、“SOF2”、“EOF1”、“EOF2”、“F1”或“F2”的符號“=”被用作“被賦予所接收的值”的簡略標記。其它尚未提到的簡略標記和縮寫包括“LEN”表示長度,“P”表示與幀相關的初始/將成為的信道接入優先權,“C”表示與幀相關的初始/將成為的CC值。這樣,例如“FL=Len F1”表示字段FL等于幀F1的長度,而“CAP=EOF1”表示CAP被賦予在EOF1中收到的值。
參考圖41,顯示了不帶有希望響應824的幀轉發的幀轉發結構(即廣播)。在該序列中,在幀802和806中的SOF分隔符和EOF分隔符字段被設置以指示不要得到響應。即,SOF1812和SOF2814中的DT字段被設置為000的值,而EOF1820和EOF2822中的DT字段被設置為010的值。所有其它字段的設置與它們在對圖40所示的幀轉發結構中的幀802和806的情況一樣。
在業務量大、優先權較高的時間段可能會發生頻繁的中斷。為了防止其它業務在幀轉發期間被中斷,站A可指示在幀802的EOF1820中CAP=3,然后在其響應即響應804中使用該CAP值。站A對媒體的爭用是基于第一幀802實際的CAP和CC值(包括在PRP284和決定中發信令以中斷其它傳輸)。站I根據CAP=3和CC=1來爭用(其始終能贏,因為在第一幀中指示的是無爭用)。因為初始值被在兩個幀的“分段控制”中發送,來自站I的幀的實際CAP被儲存在EOF2和后面的響應中。當使用該技術時,即,如果該幀具有小于3的CAP或CC=0,則始發站選擇最大分段尺寸(以字節為單位),以保證在轉發傳輸中所有幀的總時間少于用于控制較高優先權業務的延遲的最大允許幀長度(以時間為單位)。這可以從包含在TX信道映射(站A到I)中的信息和從站I接收的“連接信息響應”來確定。
可以設想到幀轉發機制的其它實施例。例如,參考圖42-45,通過消除每個EOF分隔符820、822并修改每個SOF分隔符812、814來轉發在EOF分隔符中已存在的信息,可以實現降低了額外開銷的幀轉發結構。參考圖42,可以通過將各FL和FCCS字段(字段140和136)分別縮短2位來使得可用4位,并使用那些可以使用的4位來加上SOF CAP字段830(2位)、1位EOFP字段832(當設置時,用于指示在幀中EOF的存在)和1位SOF RWRE(帶有希望得到響應的響應)字段834(當設置時,其指示后面將跟著兩個響應),來修改SOF分隔符幀控制字段98(圖98)。
在該減少額外開銷的機制中,參考圖43,其顯示了僅在最后幀836之后具有響應的幀轉發的幀結構。站A發送一個幀,其中SOF分隔符批示希望有一個響應,并且具有如下的設置CAP=3,CC=1,EOFP=0,RWRE=1并且DT用于希望的響應。該設置指示將發送第一幀802并接著發送第二幀806而不是對第一幀802的響應(否則將返回一ACK),在第一幀之后沒有PRP發生,并且希望兩個響應(RWR響應808和810)在第二幀806的末尾。在第一幀802中的“分段控制”106中的FW根據第一幀802的CC值被設置為0b01或0b11。沒有站能夠中斷第二幀806的傳輸,因為CAP=3和CC=1并且沒有PRP存在。如果站I正確地接收到第一幀802而反之將發送ACK時,站I設置SOF2分隔符814以指示不希望得到響應并且RWRE=1(從而該兩個響應的轉發將跟在第二幀后面)。第二幀806也使用在第一幀802的“分段控制”字段106中接收的CAP和CC值,并設置EOFP=0和FW=b01。站I重新計算FCS并設置SOF2以指示在發射第二幀806之前不希望得到響應。站A檢測站I發送的第二幀806的SOF2分隔符814,并推斷出一個ACK。站B返回兩個RWR響應的第一個,即響應808,CC設置為在SOF2分隔符814中接收的值,而CAP和RFCS設置為在第二幀806中接收的值。站I返回兩個RWR響應的第二個,即最終的響應810,其中CAP、CC和RFCS值與在第一幀802中接收的值相同。為了控制延遲,包括響應808、810在內的整個傳輸時間限制為最大允許幀長度(以時間為單位)。注意在幀之間沒有PRP,因為希望一個響應并且第二幀取代了該響應的位置。
參考圖44,其顯示了僅在最后幀之后轉發響應、而在第一幀838之后具有NACK或FAIL的的幀轉發結構。第一幀802的發射與參考圖43說明的上述方式相同;但是,在該例子中,第一幀的幀轉發失敗。這樣,響應804在第一幀之后立即被發送,以指示幀轉發失敗的情況。在響應804中,ACK字段被設置為0,以指示除了ACK之外的響應被返回,而FTYPE的值正確地反映了其它響應的類型(NACK或FAIL)。
仍使用減少額外開銷的幀格式并參考圖45,其顯示了不帶響應840的幀轉發的幀轉發結構。在該結構中,第一幀802是不希望得到響應的幀,并且通過設置希望得到響應的SOF1分隔符812(DT=001)和RWRE=0來轉發。站I將第二幀806發射以取代對第一幀802的所希望響應,否則將發射ACK。在第二幀806中,SOF2分隔符814指示不希望得到響應并且RWRE=0。結果,在第二幀806發射后沒有響應,并且RRP(未示出)緊接其后。盡管未示出,應當理解,如果第一幀失敗的話,象具有NACK或FAIL設置的響應804(如圖43所示)這樣的響應將在第一幀后面返回(取代第二幀806)。
在另一個可選實施例中,其中使用了EOF分隔符,參考圖46,通過縮短RSVD字段146以容納新長度的字段(FLEN)842來修改EOF分隔符102。FLEN字段842指示第二幀806的計劃長度,以幫助改進隱藏的站(節點)特性。站A將根據從站I收到的連接信息而具有對FLEN的合理估計。這樣,簡要地看一下圖40和圖46,EOF1分隔符可以被格式化以包括FLEN字段832,而FLEN字段832則將按照第二幀806的長度值來設置(或使用圖40所示的簡略標記,FLEN=LenF2)。
當站A在第一幀802和/或第二幀806之后沒有接收(或推斷出)ACK的情況下,由站A執行通常的補償過程。當在第一幀之后收到NACK、FAIL或沒有收到響應時,先完成特定接入的嘗試。
中間站資源(即一個接收緩沖器)必須可由站使用以接收可能是要發給它的幀。在中間站作為中繼的情況下,不需要額外的接收緩沖器,因為接收緩沖器在任何其它業務到達該站之前被立即清空(幀重發送)并變得可用(因為媒體在幀往來于中間站期間將是忙的)。如果要被中繼的幀不能立即重發射,其將被丟棄。如果轉發幀被更高的優先權所中斷、或如果幀太長而由于幀長度與當前信道的緣故不能適合于單個分段,則該幀不能被立即發射(并因此而被丟棄)。在后一種情況下,該站向始發站返回一FAIL。如果有多于一個的原因而要返回FAIL,則在FAIL中保留的位可用于REASON字段以返回一個失敗原因碼(即指示幀太長而不能轉發)。
應當理解盡管已經結合本發明詳細的說明對其作了描述,前述的描述是說明性的,而非對權利要求的范圍所定義的本發明范圍的限制,其它的實施例也是在所附權利要求的范圍內的。
權利要求
1.一種站操作方法,所述站位于網絡中,并與共享的信道連接,每個站具有發射機和接收機,該方法包括根據信道的每個載波對于連接的特性,使在發射機和接收機之間的連接與該信道每個載波的數據率適配。
2.根據權利要求1所述的方法,其中所述適配包括通過信道從發射機接收在幀中的信道估計請求;根據幀確定用于連接的信道的特性,并從確定的信道特性產生信道信息;和在響應于該發射機的信道估計中返回信道信息,以便發射機可以在向接收機的傳輸中將該信道信息用于連接。
3.根據權利要求1所述的方法,包括向接收機發送信道估計請求,以獲取信道信息,用于優化與接收機后續通信的傳送;和從接收機接收信道估計響應中的信道信息。
4.根據權利要求1所述的方法,其中所述連接是已經存在的連接,并且其中在預定的暫停后重復適配處理。
5.根據權利要求1所述的方法,其中所述適配處理在幀傳輸恢復過程中發生。
6.根據權利要求1所述的方法,其中所述連接是已經存在的連接,并且其中所述適配處理響應于來自接收機的指示而重復。
7.根據權利要求6所述的方法,其中所述指示由發射機解釋為對根據從發射機向接收機傳輸中由接收機檢測到的比特差錯數目的變化執行適配處理的建議。
8.根據權利要求1所述的方法,其中所述數據率是最大數據率。
9.一種操作網絡的方法,包括根據信道的特性,使連接于信道的發射機和接收機之間的連接適配,以便每個連接是唯一的,并且對于這種連接對在該信道上的傳輸是最優化的。
10.在站組成的網絡中的站操作方法,包括為在站中的發射機與另一站中的接收機之間的信道上的連接維護一信道映射,該信道映射由接收機根據該信道對所述連接的特性提供,并具有相關的信道映射索引;發射機使用該信道映射以編碼和調制在幀中的幀數據,以通過信道向接收機傳輸;和通過發射機向接收機發送在幀中相關的信道映射索引,以識別由發射機使用的信道映射。
11.根據權利要求10所述的方法,其中所述幀包括幀控制字段,其可由所述網絡中幾乎所有的站觀察到,并且該幀控制字段包括相關的信道映射索引。
12.根據權利要求10所述的方法,其中所述信道映射索引可以與另一接收機使用的相同。
13.根據權利要求10所述的方法,其中所述信道是電源線。
14.根據權利要求10所述的方法,其中所述使用包括將所述幀調制成OFDM碼元。
15.一種駐留在計算機可讀介質上的計算機程序,用于操作站網絡中的站,該計算機程序包括使計算機執行如下操作的指令根據信道的每個載波對于連接的特性,使在發射機和接收機之間的連接與該信道每個載波的數據率適配。
16.一種網絡,包括信道;與該信道連接的站;和在每個站中的速率自適應裝置,該速率自適應裝置用于根據信道對每個載波的特性,使在所述站中的發射機和接收機之間的連接與信道適配,以便每個連接是唯一的,并且對于這種連接在該信道上的傳輸是最優化的。
全文摘要
一種用于優化基于連續載波的發射機/接收機連接以達到最大數據率的速率自適應機制,該優化根據信道對該連接和方向的屬性來進行。由信道適配過程根據信道特性506產生信道信息,并將其儲存在發射機12a和接收機12b中作為帶有相關信道映射索引142的發射機(TX)信道映射346中的信道映射。信道映射346帶有相關信道映射索引142用于查找信道映射。用于調制幀80中的有效負荷82的信道映射的信道映射索引142通過發射12a傳送到幀80中的接收機12b,以便接收機12b能夠選擇正確的信道映射用于解調。
文檔編號H04L12/413GK1337807SQ0112401
公開日2002年2月27日 申請日期2001年8月6日 優先權日2000年8月4日
發明者勞倫斯W·揚, 布賴恩E·馬克沃爾特, 斯坦利J·科斯托夫, 詹姆斯·菲利普·佩特拉, 威廉E·厄恩肖 申請人:因特隆公司