用于在多用戶網絡中最優分配資源的方法
【專利摘要】本公開一般地涉及通信系統并且更具體地涉及有線通信系統。一個實施例涉及網絡布置，包括至少一個主節點和被耦合到主節點的多個從節點。主節點和從節點通過具有時變信道特征的媒介（例如電話配線、同軸電纜或電力線）通信。所述主節點包括從多個從節點接收輸入的處理塊。輸入由處理塊使用以生成被廣播到多個從節點的優化時分多址（TDMA）調度。其他方法和系統也被公開。
【專利說明】用于在多用戶網絡中最優分配資源的方法
[0001]相關申請
本申請要求對具有系列號 US 61/490058、題為 “METHOD FOR OPTIMAL ALLOCATION OFRESOURCES IN A MULT1-USER NETWORK (用于在多用戶網絡中最優分配資源的方法)”并且在2011年5月26日提交的美國臨時申請的優先權。該臨時申請通過引用以其全部被結合到本申請中。
【技術領域】
[0002]本發明一般地涉及電信系統并且更具體地涉及利用電話配線、同軸電纜或電力線作為物理媒介的有線聯網系統。
【發明內容】
[0003]以下呈現簡化的概括以便提供本發明的一個或多個方面的基本理解。本概括不是本發明的廣泛綜述，并且既不意圖識別本發明的關鍵或決定性元素，也不意圖描繪其范圍。相反地，本概括的主要目的是以簡化形式呈現本發明的一些概念，作為稍后所呈現的更詳細描述的序言。
[0004]一個實施例涉及網絡布置，包括至少一個主節點和被耦合到主節點的多個從節點。主節點和從節點通過具有時變信道特征的媒介(例如電話配線、同軸電纜或電力線)通信。主節點包括從多個從節點接收輸入的處理塊。輸入由處理塊使用以生成被廣播到多個從節點的優化時分多址(TDMA)調度。其他方法和系統也被公開。
[0005]以下描述和附圖詳細闡明本發明的某些說明性方面和實施。這些只是指示各種方式中的一些，其中本發明的原理可以以所述各種方式被采用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1a說明包括三個節點的通信網絡的一些實施例。
[0007]圖1b說明在包括三個節點的通信網絡中所形成的六個單向鏈路的一些實施例。
[0008]圖2說明在鏈路容量和可用信噪比之間的關系的一些實施例。
[0009]圖3說明用于解決調度問題的樸素左至右分配方法的一些實施例的流程圖。
[0010]圖4說明用于解決調度問題的優化左至右分配方法的一些實施例的流程圖。
[0011]圖5說明用于解決調度問題的盧,7最大化方法的一些實施例的流程圖。
[0012]圖6說明用于解決調度問題的、具有下一步估計的盧,7最大化方法的一些實施例的流程圖。
[0013]圖7說明G.hn網絡布置的簡圖的一些實施例。
[0014]圖8說明具有共享物理媒介的多G.hn網絡布置的簡圖的一些實施例。
【具體實施方式】
[0015]現在參考附圖來描述本發明的一個或多個實施，其中貫穿全文同樣的參考數字被用于指同樣的元件，并且其中各種結構不一定是依比例繪制的。在以下描述中，為了解釋的目的，許多特定細節被闡明以便使理解便利。然而，對本領域普通技術人員可能明顯的是可以在這些特定細節的較少程度的情況下實踐此處所描述的一個或多個方面。在其他實例中，以框圖形式示出已知結構和設備以使理解便利。
[0016]圖1a說明包括三個節點的通信網絡IOOa的一些實施例:網絡接入節點102a、第一網絡通信節點104a和第二網絡通信節點106a，其通過共享物理媒介108a被耦合。對于在三個節點之間的雙向通信，共享物理媒介108a必須至少支持六個單向鏈路，如在圖1b (L1-L6)中所說明的。通常，在包括#個節點的網絡中所要求的單向鏈路的數目Z由L=N(N-1)給出。當網絡中的節點數目增加時，單向鏈路的數目以指數方式增長。
[0017]許多多用戶通信系統通過具有時變信道特征的物理媒介操作。其一個示例是通過AC配線操作的電力線通信系統，所述電力線通信系統易遭受由被耦合到AC配線的設備所生成的噪聲。如果該噪聲是由與配線的AC循環同步的過程所生成的，那么該噪聲有時可以被預測。在被稱為同步信道或SyncCh的這種系統中，噪聲參數將以以下頻率變化，所述頻率是MAC循環或基礎50Hz或60Hz AC循環的整數倍。
[0018]圖2說明在被設計以達到接近于香農(Shannon)極限(系統的最大無錯數據速率)的數據傳遞速率的通信系統中在線數據速率(line data rate)202和可用信噪比(SNR)204之間的關系200的一些實施例。線數據速率202是自適應的并且取決于可用SNR 204，以便較高的SNR比率204暗示較高的線數據速率202。為了優化系統容量，線數據速率202將需要周期性改變，緊密地跟蹤SNR 204的改變。在SyncCh系統中，SNR 204將在MAC循環206(被示為AC循環208的2x倍)上以周期性方式隨時間改變。其中SNR 204 (和相關聯的線數據速率202)保持相對恒定的區域被定義為G.hn標準中的比特分配表(BAT)區域210。
[0019]多用戶通信系統必須確保在給定時間只有一個設備正使用物理媒介以避免數據沖突。實現這一點的一種方式是定義網絡中所有節點必須遵循的時分多址(TDMA)調度。對于包括大量節點的網絡，選擇最優調度可以是非微不足道的問題，并且通過要求特定節點或節點集合符合最小網絡容量或服務質`量(QoS)而可能是進一步復雜的。
[0020]因此，本公開涉及在通信系統中的可以對于具有時變容量的多個鏈路實現最優(或近似最優)容量分配的方法和網絡布置。用描述網絡布置的各種輸入參數的矩陣和向量來公式化TDMA調度。于是提供可以以各種方式定義TDMA調度的多個算法。提供最優算法，所述最優算法使用線性編程技術以找到對于網絡布置的一個或多個參數是最優的TDMA調度。也提供啟發式算法。通過使用中央節點可以以硬件解決和實施這些算法，所述中央節點廣播網絡中所有其他節點必須遵循的TDMA調度。
[0021]利用被劃分成I個BAT區域的MAC循環八可以為包括Z個單向鏈路的網絡來公式化TDMA調度。每個BAT區域J的持續時間是?；.，其中J' e [I,…幻。在時間t」期間對于鏈路i可用的容量是βip其中i e [I,…幻。被分配給鏈路i的區域tj的小部分或時隙由a "給出，使得珥2 O。如果對于鏈路i的所要求容量被假定為L.，那么被分配給鏈路i的所有時隙的總容量是r,.，可以以如下計算所述r,.:
【權利要求】
1.ー種生成要被用于具有多個節點和耦合節點的鏈路的網絡中的媒介接入計劃(MAP)消息的裝置，其中至少ー個節點是主站和ー個或多個節點是從站，所述裝置包括: 信道估計單元，其生成: K個時間區域的向量t，其指示時間區域的時間長度，其中時間區域對應于具有周期T的周期性噪聲區域， LxK個元素的矩陣P，其指示對于在至少ー個時間區域中至少ー個鏈路的比特率； L鏈路的向量S，其指示用于每個鏈路的目標帶寬； 使用t、P和8生成優化調度a的調度器単元，所述優化調度a是LxK矩陣，其中元素表示在時間區域J期間被分配給鏈路i的信道時間量；和 生成MAP消息的MAP生成単元，所述MAP消息包括基于優化調度a被分配給網絡中的ー個或多個節點的時隙的調度。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中MAP生成単元通過網絡向ー個或多個節點發送MAP消息。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中在至少兩個節點中的信道估計單元運行以下協議，所述協議與在每ー個其他節點中的相同塊交換消息，所述協議導致用于在每對節點之間通信的比特加載表。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中調度器單元找到的值使得被分配給鏈路i(Yi)的總容量等于或大于用于每個鏈路的目標帶寬。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中調度器単元通過最小化被分配給每個鏈路的時間量來確定優化調度a。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中調度器単元使用以下從包括單純形或內點裝置的組中所選擇的至少之ー來最小化被分配給每個鏈路的時間量。
7.根據權利要求5所述的裝置，其中調度器単元通過使用線性函數來最小化被分配給姆個鏈路的時間量。
8.根據權利要求5所述的裝置，其中調度器単元通過使用圖形解來最小化被分配給每個鏈路的時間量。
9.根據權利要求2所述的裝置，調度單元通過找到提供被分配給鏈路i(Yi)的最大可能容量的分配來計算優化調度a。
10.根據權利要求2所述的裝置，其中MAP生成単元通過從包括電カ線、同軸電纜、無線和雙絞線的組所選擇的媒介發送MAP消息。
11.根據權利要求2所述的裝置，其中信道估計單元使用比特加載表確定目標帶寬用于在節點之間通信。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中信道估計單元通過在節點之間交換消息來生成比特加載表。
【文檔編號】H04L12/403GK103563312SQ201280025479
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月25日 優先權日:2011年5月26日
【發明者】F.戈梅斯馬蒂內斯 申請人:領特德國有限公司