專利名稱：在一個共享介質網絡中基于爭用的預約的系統,裝置和方法
技術領域：
本發明一般地涉及一個通信系統，并且，特別地涉及利用基于爭用的預約的各種多址接入協議。
在今天的信息時代，存在著一種向日益增長的通信用戶提供有保證的業務質量(QoS)的高速通信的需求，為了達到這個目的，各種通信網絡和技術正在不斷發展之中，以滿足當前的和將來的要求。具體地說，正在部署各種達到較大的終端用戶數目的新的網絡，以及正在開發各種協議，以便有效地利用這些網絡的加大了的帶寬。
共享介質網絡是一種已經被廣泛地采用、并且在可以預見的將來仍將保持其重要性的技術。共享介質網絡是這樣的一種網絡，在其中，一個單獨的通信信道(該共享信道)被許多終端用戶所共享，因此來自不同的終端用戶的未經協調的傳輸信號可能互相干擾。在現代的寬帶通信網絡中，該共享的通信信道典型地是在一種共享的物理介質(例如一個混合的光纖/同軸電纜(HFC)網絡或者通過自由空間中的電磁波)上傳輸的許多頻帶中的一個。由于通信網絡典型地具有有限數目的通信信道，所以該共享介質網絡允許許多終端用戶在一條單獨的通信信道上接入該網絡，由此允許剩余的諸通信信道被用于其他用途。然而，只有在每一個終端用戶僅僅是間斷地發送數據，允許其他終端用戶在寂靜期間進行發送的情況下，該共享介質網絡才是可行的。
在共享介質網絡中，每一個終端用戶借助于一個接入接口單元(AIU)與該共享信道建立接口關系，該接入接口單元允許該終端用戶經由該共享信道發送和接收信息。一個單獨的AIU可以支持一個或多個終端用戶。每一個希望利用該共享信道的終端用戶都參與一個介質接入控制(MAC)協議，該協議提供用于接入該共享信道的一套規則和步驟。為了方便起見，在該MAC協議中的每一個參與者都被稱為一個MAC用戶。
一種類型的共享介質網絡利用一個獨立的前端單元，用以協調各MAC用戶對該共享信道的接入。該前端單元典型地位于該共享信道的一個公共接收終端處，并且能夠向分享該信道的所有MAC用戶發送各種消息。該前端單元通過向諸MAC用戶送出允許一個或多個MAC用戶進行發送的控制消息來協調對該共享信道的接入。只有在被該前端單元允許的情況下，諸MAC用戶才能進行發送。
圖1表示為業界所熟知的一種示例性的共享介質網絡100。如圖1所示，一個前端單元110經由一條共享信道130被連接到多個接入接口單元120a到120n(統稱為諸AIU 120)。在本優選實施例中，該共享信道130是由一種共享物理介質(例如一根混合光纖/同軸電纜(HFC)或無線網絡)所支持的許多條通信信道中的一條。在其他諸實施例中，共享的物理介質可以是同軸電纜、光纜、雙絞線，等等，還可以包括空中、大氣、或者用于無線與衛星通信的空間。該前端單元110還被連接到一個通信網絡140，后者可以包括諸如因特網那樣的各種網絡，各種聯機業務，電話與有線電視網絡，以及其他各種通信系統。
繼續參看圖1，在本優選實施例中，該共享的物理介質，例如一個HFC或無線網絡，具有或支持許多條通信信道。為了便于參照，一個前端單元110在其中向一個AIU，例如AIU 120n發送信息、信號或其他數據的諸通信信道被稱為諸下行信道。同樣為了便于參照，一個AIU，例如AIU 120n在其中向一個前端單元，例如前端單元110發送信息、信號或其他數據的諸通信信道被稱為諸上行信道。當然，這些不同的上行或下行信道可以是同一條物理信道，例如，通過時分復用以及雙工運行。它們也可以是獨立的物理信道，例如，通過頻分復用以及雙工運行。除了上行和下行兩個方向以外，這些不同的信道也可以以其他方式進行邏輯上的劃分。在本優選實施例中，該通信介質是一個HFC網絡，其下行諸信道典型地處于50-750MHz(可以高達1GHz)的頻譜(頻帶)范圍內，并且其上行諸信道典型地處于5-42MHz的頻譜范圍內。
在一個示例性HFC網絡的簡單模型中，該前端單元使用一條獨立的下行信道向一組MAC用戶發送信息，并且該組MAC用戶的全部或一部分使用一條獨立的上行信道向該前端單元發送信息。由于該前端單元是在該下行信道上進行發送的唯一裝置，所以該下行信道并不是本發明所稱的“共享信道”。然而，由于多個MAC用戶在該上行信道上進行發送，所以該上行信道是一條共享信道，并且該MAC協議必須提供對該信道的有序接入以便使在該信道上的數據吞吐量最大化。
已經開發了用于一個共享介質網絡的多種不同的協議。這些協議一般地可以分為各種無爭用的協議以及各種基于爭用的協議，前者借助于各種調度方法來避免在共享信道上發生沖突，后者不去避免各種沖突，而是代之以解決任何發生在該共享信道上的沖突。無爭用的各種協議，例如時分多址(TDMA)以及循環輪詢，其效率典型地低于在輕負載(即，許多空閑的MAC用戶)下的基于爭用的各種協議，因為各種無爭用的協議一般地都向每一個MAC用戶分配某些數量的帶寬，不管該MAC用戶有沒有待發送的信息。另一方面，雖然當需要進行沖突解決時某些數量的帶寬被浪費，但是基于爭用的各種協議僅向那些具有待發送的信息的MAC用戶分配帶寬。在重負載下(即，許多活動的MAC用戶)可能會發生許多沖突。因此，一個MAC協議的有效性通常取決于MAC用戶的數目以及它們需要發送的信息量。
一種類型的MAC協議利用一個預約系統，在該系統中，要求每一個需要在共享信道上發送數據的MAC用戶向該前端單元作出一次預約。每一個有數據要發送但尚未作出預約的MAC用戶等待由該前端單元提供的爭用機會。每一個爭用機會都是向一個選定的MAC用戶組提供的，并且允許在該特定組中的每一個MAC用戶(假定它有待發送的數據)在一段特定時間內為一次預約而爭用。為了方便起見，術語“數據”一般地被用來表示傳送各種形式的多媒體信號(例如，聲音、視頻，等等)的信息比特的集合。
為了參與該MAC協議，每一個MAC用戶都保持一個MAC用戶狀態機，如圖2所說明的那樣。該MAC用戶開始于不活動狀態202，只要它沒有待發送的數據，就一直保持這種狀態。當該MAC用戶接收到待發送的數據時，該MAC用戶就轉入爭用狀態204。在該爭用狀態204中，該MAC用戶為接入該信道而爭用，直到它能為它自己作出一次成功的預約為止。在狀態204作出一次成功的預約之后，該MAC用戶轉入活動狀態206。在這里，該MAC用戶得到發送其數據的各種機會，只要它有待發送的數據，它就保持這種活動狀態。在全部數據發送完畢之后，該MAC用戶被認為是“已經完成”，并且該MAC用戶轉回到不活動狀態202。
在由該前端單元提供的每一次爭用機會中，該前端單元接收到下列三種情況之一(1)無傳輸信號，表示沒有一個MAC用戶發出一次預約請求；(2)一次預約請求，表示一個單獨的MAC用戶發出一次預約請求并識別該MAC用戶；或(3)一次沖突，表示不止一個MAC用戶發出預約請求。為了方便起見，這三種反饋狀態分別地被稱為空閑、成功以及沖突。
該前端單元根據基于爭用的預約的結果，調度未來的爭用機會和數據傳輸機會。若已經作出了一次成功的預約(即，爭用結果為成功)，則該前端單元根據該對應的終端用戶的業務質量要求向該MAC用戶分配帶寬，使得該MAC用戶能夠在該共享信道上無爭用地發送用戶信息。另一方面，若有多個用戶作出響應(即，爭用結果為沖突)，則該前端單元通過提供附加的爭用機會試圖幫助解決這種沖突。
這種基于預約的MAC協議可以用圖3所示的狀態圖在更高的層次上加以表示。只要基于爭用的預約的結果為空閑或成功，則該MAC協議就一直保持在正常狀態310上。當基于爭用的預約的結果為沖突時，該MAC協議就進入沖突解決狀態320。在這種狀態下，使用一種沖突解決過程來解決該沖突。在完成該沖突解決過程之后(即，所有的沖突，或者它們的一個子集，已被解決)，該MAC協議返回到正常狀態310。
用于解決沖突的一項技術被稱為概率樹分割(PTS)。在這種PTS技術中，通過讓每一個MAC用戶隨機地選擇一個子集，將正在爭用中的諸MAC用戶劃分為許多概率均等的子集。隨后該前端單元為每一個子集提供一次單獨的爭用機會。僅當其子集被提供以一次爭用機會時，每一個MAC用戶才重新發出一次預約請求。若在一個特定的子集中檢測到一次沖突，則該PTS技術針對該發生沖突的子集被迭代地執行，直到所有沖突都被解決為止。
該PTS技術的每一次迭代都聯系于一個沖突解決間隔(CRI)。該CRI定義一個間隔的一個起始時間和一個結束時間，該間隔含有該MAC用戶的正在被考慮分割的個別消息的到達時間。該起始時間在時間(軸)上標記一個點，這個點劃分尚未確定成功預約的最舊的消息的到達時間，以及先前已經得到預約的所有消息的到達時間。在轉入下一次迭代時，通過將該新的CRI的起始時間設置為等于上一個CRI的結束時間，以及將該新的CRI的結束時間設置為等于當前時間，來更新該CRI。
該PTS模型的一個例子示于圖4。個別的諸消息4201到4206的到達時間被表示為在時間軸410上的諸離散點。諸消息4201和4202位于該CRI 430之外，表示它們已經被上一次預約處理過。諸消息4203到4206位于該CRI之中，表示它們迄今尚未被發送，并因此適于在正常狀態310中進行爭用。
在該CRI 430中檢測到一次沖突之后，諸消息被分割為兩個子集440和450。當該子集440被提供一次機會以便為一次預約而爭用時，由于針對諸消息4203，4204，和4206的預約請求將被發送，所以另一次沖突將出現。因此，子集440將要求PTS沖突解決過程的附加的各次迭代執行。然而，當該子集450被提供一次機會以便為一次預約而爭用時，由于僅有針對消息4205的一次預約請求將被發送，所以這次預約將是成功的。
用于解決沖突的另一項技術被稱為先來先服務分割(FCFSS)技術。在FCFSS技術中，根據它們的諸消息的到達時間，將正在爭用中的諸MAC用戶劃分為若干子集。FCFSS也是應用于一個CRI的一項迭代技術。該CRI的起始時間在時間(軸)上標記一個點，這個點劃分尚未確定成功預約的最舊的消息的到達時間，以及先前已經得到預約的所有消息的到達時間。
當檢測到一次沖突時，該CRI在時間上被劃分為兩部分，由此形成一個較舊的時間間隔和一個較新的時間間隔。首先對該較舊的時間間隔進行沖突解決，并且，若在該較舊的時間間隔中不再保留諸沖突，則通過僅對那些具有處于特定的時間間隔以內的到達時間的數據的MAC用戶給予一次爭用機會，對該較新的時間間隔進行沖突解決。若在那些時間間隔的任何一個之中檢測到一次沖突，則對發生沖突的那個時間間隔迭代地運用FCFSS技術，直到(最后)一次迭代完成于無論在較舊的或較新的時間間隔中都沒有沖突為止。
該FCFSS模型的一個例子示于圖5。個別的諸消息5201到5206的到達時間被表示為在時間軸510上的諸離散點。諸消息5201和5202位于該沖突解決間隔530之外，表示它們已經被上一次預約處理過。諸消息5203到5206位于該起始CRI之中，表示它們迄今尚未被發送。
在該CRI 530中檢測到一次沖突之后，該CRI被分割為一個較舊的時間間隔540和一個較新的時間間隔550。當該較舊的時間間隔540被提供一次機會以便為一次預約而爭用時，由于針對諸消息5203到5205的預約請求將被發送，所以另一次沖突將出現。因此，較舊的時間間隔540將要求FCFSS沖突解決過程的至少一次的附加的迭代執行，初始地使用該較舊的時間間隔540作為該CRI。在一個后繼的CRI(它可以等于或不等于該較新的時間間隔550)期間，將提供一次針對消息5206的爭用機會。
該FCFSS技術的沖突解決過程可以方便地用遞歸邏輯流程的概念來說明。這個邏輯流程之所以被稱為遞歸，是由于隨著該邏輯流程被執行，它可以調用它本身以解決所檢測到的更多的沖突，即，該沖突解決過程被重新地從頭到尾地運行。該沖突解決過程的每一次迭代都作用于一個特定的時間間隔T。當在該MAC協議的正常狀態中檢測到一次沖突時，該沖突解決過程將在T等于該CRI的條件下被調用。
圖6表示當本系統進入該沖突解決狀態320時，該FCFSS邏輯流程的一個實施例。該沖突解決邏輯流程開始于步驟610，并轉入步驟620，在此步驟中，它將該時間間隔T分割為兩個子間隔，具體地說，就是一個較舊的時間間隔和一個較新的時間間隔。在步驟630，該邏輯方框為該較舊的時間間隔提供一次爭用機會。然后，在步驟640，該邏輯方框作用于該爭用機會的反饋狀態。在步驟640，若該反饋狀態為沖突，則在步驟650，該邏輯方框在T等于較舊的時間間隔的條件下再次調用該沖突解決過程，并結束于步驟699。然而，在步驟640，若該反饋狀態為空閑或成功，則該邏輯方框轉入步驟660，在此步驟中它為該較新的時間間隔提供一次爭用機會。隨后，在步驟670，該邏輯方框作用于該爭用機會的反饋狀態。在步驟670，若該反饋狀態為沖突，則在步驟680，該邏輯方框在T等于較新的時間間隔的條件下再次調用該沖突解決過程，并結束于步驟699。然而，在步驟670，若該反饋狀態為成功，則在步驟690，該沖突解決過程被認為是已完成的，并結束于步驟699。
圖7表示當本系統進入該沖突解決狀態320時，該FCFSS邏輯流程的一個改進的實施例。該改進的沖突解決邏輯流程開始于步驟710，并轉入步驟720，在此步驟中，它將該時間間隔T分割為兩個子間隔，具體地說，就是一個較舊的時間間隔和一個較新的時間間隔。在步驟730，該邏輯方框為該較舊的時間間隔提供一次爭用機會。然后，在步驟740，該邏輯方框作用于該爭用機會的反饋狀態。在步驟740，若該反饋狀態為沖突，則在步驟750，該邏輯方框在T等于較舊的時間間隔的條件下再次調用該沖突解決過程，并結束于步驟799。在步驟740，若該反饋狀態為成功，則該邏輯方框轉入步驟760，在此步驟中它為該較新的時間間隔提供一次爭用機會。隨后，在步驟770，該邏輯方框作用于該爭用機會的反饋狀態。在步驟770，若該反饋狀態為沖突，則在步驟780，該邏輯方框在T等于較新的時間間隔的條件下再次調用該沖突解決過程，并結束于步驟799。然而，在步驟770，若該反饋狀態為成功，則在步驟790，該沖突解決過程被認為是已完成的，并結束于步驟799。在步驟740，若該反饋狀態為空閑，表示在該較新的間隔中至少有兩條正在進行爭用的消息，則該邏輯方框直接地轉入步驟780，在此步驟中，該邏輯方框在T等于較新的時間間隔的條件下再次調用該沖突解決過程，并結束于步驟799。
圖7所說明的該改進的實施例利用原有的基于狀態的知識去預測未來的沖突的似然度并相應地作出反應。具體地說，在將該時間間隔T分割為一個較舊的時間間隔和一個較新的時間間隔、并接收到針對該較舊的時間間隔的一個空閑反饋狀態之后，將出現一次針對該較新的時間間隔的沖突，在這種情況下，將在T等于較新的時間間隔的條件下重新調用該沖突解決過程。因此，當一個針對較舊的時間間隔的空閑狀態被檢測到時，如圖6所示，本改進的實施例將在T等于該較新的時間間隔的條件下立即重新調用該沖突解決過程，用以取代向該較新的時間間隔提供一次爭用機會，由此消除了來自該沖突解決過程的一個爭用周期。
應當注意的是，用于該FCFSS技術的沖突解決過程不需要解決來自該原始的CRI的所有沖突。作為替代的是，該沖突解決過程解決針對該CRI的一個子間隔的諸沖突，上述子間隔可以等于或不等于該CRI。由于該沖突解決過程將每一個時間間隔都分割為一個較舊的時間間隔和一個較新的時間間隔，并首先試圖解決在該較舊的時間間隔中的諸沖突，所以該沖突解決過程需要在一個開始于該原始的CRI的起始時間并結束于該沖突解決過程在其上完成的那個時間間隔T的結束時間的時間段中去解決諸沖突。因此，該沖突解決過程允許該最舊的數據被發送，可能將較新的數據的發送延誤到未來的諸爭用周期。在完成該沖突解決過程之后，該CRI被向后推移一步，使得該新CRI的起始時間被設置為等于該時間間隔T的結束時間(它表示最后的時間，在它之前所有被要求的預約都已經作出)，并且該新CRI的結束時間被設置為等于該當前時間以及在時間軸上從該CRI的起始時間算起經過一個預定增量的一個點二者中的較早者。
該FCFSS沖突解決技術的效果受到該時間間隔T的分割點的選擇的影響。Mosely和Humblet已經表明，用于該FCFSS算法的時間間隔T的最佳分割點并不是該間隔的中點(Mosely，J.和P.Humblet，“一類用于多址接入信道的有效的爭用解決算法”，IEEE通信學報，第COM-33卷，第2期，1985年2月，145-151頁)。然而，該時間間隔T的中點仍然可以被選用，因為它易于計算，并且具有接近最佳的性能特性。
該PTS和FCFSS技術是人所共知的(一般的討論請參看Gallager，“多址接入信道透視”，IEEE信息論學報，第IT-31卷，第2期，1985年3月，124-142頁)。雖然一般來說這兩項技術都以相同的方式來解決沖突(即，通過將正在進行爭用的許多MAC用戶劃分為較小的若干子集，以便在后繼的爭用機會中增進成功的似然度)，但是該FCFSS技術有一種附加的好處，這就是，通過將待發送的“最舊的”數據(即，已經排上最長隊列的那些數據)排在“較新的”數據的前面(由此取名為“先來先服務”)，使得較舊的數據優先于較新的數據。因此，當發生一次沖突時，較舊的數據相對于較新的數據來說，將被賦予一個較高的優先級別。
在附圖中，圖1是一種為業界所熟知的共享介質網絡的一張方框圖；圖2是一種為業界所熟知的MAC用戶狀態機的一張狀態圖；圖3是一種為業界所熟知的基于預約的MAC協議的一張狀態圖4表示為業界所熟知的概率樹分割的一個例子；圖5表示為業界所熟知的先來先服務分割的一個例子；圖6表示一種使用為業界所熟知的先來先服務分割方法的沖突解決的示例性邏輯流程；圖7表示一種使用為業界所熟知的先來先服務分割方法的沖突解決的改進的示例性邏輯流程；圖8表示一個具有固定數目的爭用小時隙的示例性的爭用周期；圖9表示一個具有可變數目的爭用小時隙的示例性的爭用周期；圖10是一張說明雙加權的綜合反饋狀態的表；圖11表示根據本發明的沖突解決的示例性邏輯流程；圖12表示一條用以支持根據本發明的MAC協議的表示諸狀態轉移的馬爾科夫鏈；圖13是在根據本發明的前端單元中針對該MAC協議的運行的流程圖；圖14表示用于處理由該AIU所接收的諸控制消息的示例性邏輯流程；圖15表示用于更新該沖突解決間隔的示例性邏輯流程；圖16表示用于該爭用接入過程的示例性邏輯流程；以及圖17表示一個根據本發明進行工作的包括一個前端單元和一個AIU的系統。
本發明的諸實施例利用一條劃分為若干時隙的信道，其中，該共享的信道被劃分為相繼的諸時隙，在該前端單元中，每一個時隙都有一個特定的到達時間以及結束時間。被安排在一個特定時隙的來自諸MAC用戶的諸傳輸信號，必須在正確的時間內到達該前端單元，并且不得超越該時隙的結束時間。由于諸MAC用戶位于沿著該傳輸信道的不同點上，所以對每一個MAC用戶來說，其傳播時間(即，它到達該前端單元所需的時間)是不同的。因此，在允許一個MAC用戶傳輸信號之前，該MAC用戶必須同步于該信道的諸時隙。典型地這包括一個測距功能，在此功能中，該前端單元測量針對該MAC用戶的傳播時間，并且隨后向該MAC用戶提供信息，以便讓該MAC用戶調整其發射機，使得在該前端單元處能正確地接收諸傳輸信號。許多測距和同步技術都是人所共知的，并且不在本發明的范圍之內。
一個MAC用戶在該前端單元所指定諸時隙內發送預約請求和數據。在本優選實施例中，該上行信道支持兩種類型的時隙，即爭用諸時隙以及諸數據時隙。諸爭用時隙典型地短于諸數據時隙，并因此通常地被稱為諸小時隙或諸爭用小時隙。預約請求在諸爭用小時隙中被發送，而數據則在諸數據時隙中被發送。
雖然是必須的，但在一個典型的實施例中還是將該上行信道劃分為連續的諸爭用周期，每一個爭用周期典型地包括被設置于該爭用周期中的諸固定位置上的一個預定數目的爭用小時隙以及一個預定數目的數據時隙。典型情況是，諸爭用小時隙在該爭用周期里面一個挨一個地排列(因此，諸數據時隙也是這樣)。圖8表示一個示例性的實施例，其中該爭用小時隙的數目是固定的。在這個例子中，每一個爭用周期，例如諸爭用周期810和820，包括5個連續的爭用小時隙，其后跟隨著兩個數據時隙。當然，下列各種變通的實施例也是可能的，例如，在爭用周期中諸爭用小時隙互相不鄰接的諸實施例，以及在每一個爭用周期中諸爭用小時隙的數目為可變的諸實施例。圖9表示一個變通的實施例，其中在每一個爭用周期中諸爭用小時隙的數目為可變。在這個例子中，爭用周期910包括3個爭用小時隙，而爭用周期920則包括兩個爭用小時隙。
對每一個爭用周期來說，該前端單元經由該下行信道發送一條入口輪詢消息，它控制對用于該爭用周期的該上行信道的接入。其中，該入口輪詢消息包括在上一個爭用周期中的每一個爭用小時隙的反饋信息(將在下面敘述)，對當前爭用周期的諸爭用小時隙的分配，以及，若每一個爭用周期中的爭用小時隙的數目為可變，則還包括在當前爭用周期中可用的爭用小時隙的數目。在本優選實施例中，典型地根據其擁擠程度，在該爭用周期中向每一個MAC用戶分配一個或兩個爭用小時隙，并且所分配的爭用小時隙的數目在不同的爭用周期中可能發生變化。為了方便起見，在一個爭用周期中分配一個爭用小時隙被稱為“單加權”，而在該爭用周期中分配兩個爭用小時隙則被稱為“雙加權”。
只有那些處于爭用狀態的諸MAC用戶才可以在一個爭用小時隙中發送一條預約請求。每一個MAC用戶為它自己保留基于狀態的信息(將在下文中詳述)，并且，結合在該入口輪詢消息中所接收的反饋信息以及被分配的爭用小時隙的數目，決定是否發送一個預約請求。當被分配以多于一個的爭用小時隙(即，雙加權)時，每一個正在發送的MAC用戶概率地選擇一個爭用小時隙，以便在該小時隙中發送它的預約請求。
該前端單元監測每一個爭用小時隙以確定針對該爭用小時隙的爭用結果。具體地說，該前端單元接收下列三者之一(1)無傳輸，表示在該爭用小時隙中沒有MAC用戶進行發送；(2)一個預約請求，表示在該爭用小時隙中有一個單獨的MAC用戶進行發送并且識別該MAC用戶；(3)一次沖突，表示在該爭用小時隙中有多于一個的MAC用戶進行發送。為了方便起見，這三種狀態分別被稱為空閑、成功以及沖突。
正如以上所討論的那樣，該前端單元包括在該后繼的入口輪詢消息中的爭用結果。該前端單元為處于上一個爭用周期中的每一個爭用小時隙提供采取三種反饋形式(即，空閑、成功以及沖突)的反饋信息。該反饋信息允許每一個發送一個預約請求的MAC用戶，通過觀察它在其中發送其預約請求的該爭用小時隙的反饋狀態(被稱為“個別的反饋狀態”)，以確定其爭用嘗試的結果，看看該結果是成功還是沖突。每一個作出一次成功的預約的MAC用戶都從該爭用狀態轉入到該活動狀態，并且等待來自該前端單元的一次數據發送機會。
除了確定每一個爭用小時隙的爭用結果以外，該前端單元以及諸MAC用戶二者根據所有爭用小時隙的爭用結果確定一種綜合的反饋狀態。若一個爭用小時隙被分配(即，單加權)則該綜合反饋狀態等同于針對該單獨的爭用小時隙的反饋狀態。若多于一個爭用小時隙被分配(即，雙加權)，則該綜合的反饋狀態是被分配的所有爭用小時隙的諸反饋狀態的一個函數。具體地說，若所有爭用小時隙的結果為空閑，則該綜合反饋狀態為空閑；若至少有一個爭用小時隙為沖突，則該綜合反饋狀態為沖突；否則為成功。使用雙加權時綜合反饋狀態的確定被歸納于圖10。
圖3所示的該MAC協議狀態機由每一個MAC用戶針對該系統而加以維持，使用該綜合反饋狀態來作出狀態轉移決策。只要不出現擁擠的情況(即，只要每一個爭用周期的綜合反饋狀態不是空閑就是成功)，該系統就一直處于正常狀態310。在每一個這樣的爭用周期之后，通過設置該新的CRI的起始時間等于上一個CRI的結束時間，并設置該新的CRI的結束時間等于該當前時間以及從該CRI的起始時間算起經過一個預定的增量的時間點二者中的較早者。當該爭用周期的綜合反饋狀態為沖突，則該系統進入沖突解決狀態320。在這個狀態中，使用沖突解決過程(將在下文中詳述)來解決該沖突。在完成該沖突解決過程之后，該系統返回到正常狀態310。
本發明的沖突解決過程是PTS和FCFSS技術的一種組合。該優選的沖突解決過程遵循改進的FCFSS邏輯流程，如圖7所示。然而，為了在沖突解決過程中增加成功的預約的機會，在沖突解決過程的預定次數的迭代中使用雙加權，以便獲得該PTS技術的統計學上的各種好處。當提供兩個爭用小時隙時，每一個正在發送的MAC用戶隨機地選擇兩個爭用小時隙中的一個用于它的預約請求，由此增加成功預約的機會。
本發明的沖突解決模型的一個實例示于圖11。個別的諸消息11201到11206的諸到達時間被表示為在時間軸1110上的諸離散點。諸消息11201和11202都處于該CRI 1130之外，表明它們已經被上一次預約處理過。諸消息11203到11206都處于該CRI之內，這表明它們迄今尚未被發送。
在該CRI 1130之中監測到一次沖突時，如同在FCFSS技術中那樣，該CRI被分割為一個較舊的時間間隔1140以及一個較新的時間間隔1150。當具有到達時間處于較舊的時間間隔1140之內的諸消息的諸MAC用戶得到為一次預約而爭用的一次機會時，兩個爭用小時隙1160和1170被指定。針對諸消息11203到11205的諸預約請求被發送，每一個預約請求都在一個隨機選擇的爭用小時隙中被發送。在這個例子中，在爭用小時隙1160中，針對消息11204的一次預約請求被發送，而在爭用小時隙1170中，針對諸消息11203和11205的預約請求被發送。因此，爭用小時隙1160的爭用結果為成功，而爭用小時隙1170的爭用結果則為沖突。該爭用周期的綜合反饋狀態為沖突，為了解決較舊的時間間隔中的沖突，在沖突解決過程中至少需要一次附加的迭代。在沖突解決過程的后繼的迭代中，只有諸消息11203和11205進行爭用，因為已經為消息11204作出一次成功的預約。
一條用以支持該MAC協議的、表示狀態轉移的馬爾科夫鏈示于圖12。在該馬爾科夫鏈中的每一種狀態都用形式為N/U/V的標號來加以標識，其中N表示加權的級別(即，“1”表示單加權，“2”表示雙加權)，U表示子間隔(即，“T”表示整個間隔T，“L”表示T的較舊的子間隔，以及“R”表示T的較新的子間隔)，以及V表示沖突解決的階段(即，原始的間隔T已經被分割了多少次)。各次轉移上的諸標號表示針對該爭用機會的綜合反饋狀態(即，“I”表示空閑，“S”表示成功，以及“C”表示沖突)。
在圖12中，狀態1210為正常工作狀態，號碼為1220的諸狀態統稱為沖突解決狀態，它們分別地對應于圖3中的諸狀態310和320。該MAC協議開始于狀態1210，并且只要該綜合反饋狀態不是空閑就是成功，它就一直保持這種狀態。在檢測到一次沖突之后，執行該沖突解決過程，在預定次數的迭代X(X＞0)中使用雙加權，其后使用單加權。當較舊的子間隔的反饋狀態為空閑或沖突，或者較新的子間隔的反饋狀態為沖突時，該MAC協議都將沖突解決過程推移到下一個階段。沖突解決過程將繼續進行，直到在任何一個時間間隔T的兩個子間隔中的諸沖突都被解決為止，在這一點上該CRI被推移，并且該MAC協議返回到狀態1210。
正如上面所討論的那樣，該沖突解決過程典型地使用雙加權以便增進成功的預約的似然度。但是，若可用的爭用小時隙為數不多，以致于無法提供雙加權，則可以使用單加權。同樣，該沖突解決過程最好是將雙加權僅用于該邏輯流程的預定次數的迭代中(在圖12中表示為X)，其后該沖突解決過程返回到單加權。之所以要這樣做是由于，在進行一定次數的迭代之后，任何一個可能一直含有懸而未決的預約消息的到達時間的時間間隔T的剩余的子間隔已經變得很小，因而發生進一步的沖突的似然度是很低的。將不需要的諸爭用小時隙用于傳輸數據將增進帶寬效率。本優選實施例在返回到單加權之前最多使用雙加權的兩次迭代。
圖13是在根據本發明的前端單元中的MAC協議的運行流程圖。該協議以狀態V＝0和N＝1初始化。該邏輯流程開始于步驟1302，然后轉到步驟1304，在這里它確定當前狀態(正常或沖突解決)。若當前狀態為正常(即，在步驟1304中，若V＝0)，則邏輯流程轉到步驟1306以檢查反饋狀態。在步驟1306中，若反饋狀態為成功或空閑。則在步驟1307中，通過將該子間隔U設置為等于“T”，從而使邏輯方框保持正常狀態。并結束于步驟1399。在步驟1306中，若反饋狀態為沖突，則該邏輯方框轉到步驟1308，在這里，通過將加權級別N設置為等于2，將子間隔U設置為“L”，并將沖突解決階段V設置為等于1，使它進入沖突解決狀態，然后結束于步驟1399。
若當前狀態為沖突解決(即，在步驟1304中，若V＞0)，則該邏輯方框轉到步驟1310以檢查該子間隔。在步驟1310中，若該子間隔U等于“L”，則該邏輯方框轉到步驟1312以檢查反饋狀態，否則該邏輯方框轉到步驟1318以檢查反饋狀態。
在步驟1312中，若反饋狀態為成功，則該邏輯方框轉到步驟1314，在這里，它將該子間隔U設置為“R”，并將該優選的加權級別設置為2。
在步驟1312中，若反饋狀態為沖突或空閑，則該邏輯方框轉到步驟1316，在這里它將該優選的加權級別N設置為等于2，并將該沖突解決階段V向后推移一步(子間隔U仍舊等于“L”，因為該沖突解決過程將在一個新的間隔T的較舊的子間隔上進行工作)。
在步驟1318中，若反饋狀態為沖突，則該邏輯方框轉到步驟1320，在這里，它針對一個新的間隔T，將子間隔U設置為等于“L”，將優選的加權級別N設置為等于2，并將沖突解決階段V向后推移一步。
在步驟1318中，若反饋狀態為成功或空閑，則該邏輯方框轉到步驟1322，在這里，通過將子間隔U設置為等于“T”，沖突解決階段V等于0，以及加權級別N等于1，使它返回到正常狀態，然后結束于步驟1399。
在步驟1314，1316或1320中，在將優選的加權級別設置為雙加權之后，該邏輯方框轉到步驟1324，以確定該沖突解決過程是否已經超過雙加權迭代的預定次數X。若沖突解決的階段大于預定的迭代次數(即，在步驟1324中，若V≥X+1)，則在步驟1326中，該邏輯方框將該加權級別N設置為等于1并結束于步驟1399。否則，該邏輯方框讓該沖突解決過程以雙加權方式繼續執行，并結束于步驟1399。
諸MAC用戶在該MAC協議中的參與由該AIU從該前端單元所接收的控制消息來驅動。該驅動單元所發送的兩種類型的控制消息分別是入口輪詢消息以及目標輪詢消息。正如以上所討論的那樣，由該前端單元向一組MAC用戶發出入口輪詢消息，以便讓諸MAC用戶為得到預約而爭用。由該前端單元向已經作出成功預約的個別的MAC用戶發出目標輪詢消息，以便讓那些MAC用戶在指定的諸數據時隙中無爭用地發送數據。
圖14表示用于處理由該AIU接收的諸控制消息的示例性邏輯流程的一個實施例。該邏輯流程開始于步驟1402，在步驟1404中接收到一組控制消息之后，在步驟1406，該邏輯方框確定該控制消息是一條入口輪詢消息還是一條目標輪詢消息。在步驟1406，若該控制消息是一條入口輪詢消息，則在步驟1408，該邏輯方框首先確定上一個爭用周期的反饋狀態(即，針對每一個爭用小時隙的個別反饋狀態以及該綜合反饋狀態)。其次，在步驟1410，該邏輯方框根據該綜合反饋狀態更新該CRI。最后，在步驟1412，該邏輯方框為每一個MAC用戶執行該爭用接入過程，并結束于步驟1499。
在步驟1406中，若該控制消息是一條目標輪詢消息，則在步驟1414，該邏輯方框確定哪一個MAC用戶(如果有任何一個的話)被選中。若該被選中的MAC用戶得不到該AIU的支持的話，則該邏輯流程結束于步驟1499。但是，若該AIU支持該被選中的MAC用戶，則在步驟1416，該邏輯方框在該目標輪詢消息中所指定的諸數據時隙中發送MAC用戶的數據。在發送該數據之后，在步驟1418，該邏輯方框確定該MAC用戶是否還有待發送的剩余數據(即，該MAC用戶是否已完成發送)。在步驟1418，若該MAC用戶還保留著待發送的剩余數據，則該邏輯流程結束于步驟1499；否則，在步驟1420，該邏輯方框將該MAC用戶狀態由活動更新為不活動，并結束于步驟1499。
圖15說明用于更新該CRI的邏輯流程。為了使所有的MAC用戶保持同步，每一個MAC用戶都要實施該邏輯流程，即使該MAC用戶在一個或多個爭用周期中都不發出一個預約請求也是如此。在圖15中，“t”表示當前時間，“ts”表示一個間隔的起始時間，“te”表示一個間隔的結束時間，并且“a”表示一個預定的最大間隔時間長度。
該邏輯流程開始于步驟1502，然后轉到步驟1506，在這里它確定當前MAC協議狀態(正常或沖突解決)。若當前MAC協議狀態為正常(即，在步驟1506中，若V＝0)，則該邏輯流程轉到步驟1508以檢查該反饋狀態。在步驟1508中，若該反饋狀態為成功或空閑(在步驟1508中為“否”)，則在步驟1510中，通過將該間隔的起始時間移到該間隔的結束時間，并將該間隔的結束時間從該新的起始時間移到當前時間，但所推移的增量不得超過一個預定的最大間隔時間長度，并在步驟1512，將該子間隔U設置為等于整個時間間隔“T”(即，一個新的CRI)，并結束于步驟1599。
在步驟1508中，若該反饋狀態為沖突(在步驟1508中為“是”)，則在步驟1514，通過將該間隔的結束時間設置為介于該間隔的當前起始與結束時間之間的中點，該邏輯方框將該時間間隔T分割開(即，該當前CRI分割開)，在步驟1516，通過將該子間隔U設置為等于該子間隔“L”，并將該沖突解決階段V設置為等于1，使它進入沖突解決狀態，然后結束于步驟1599。
若當前MAC協議狀態為沖突解決(即，在步驟1506中，若V＞0)，則該邏輯方框轉到步驟1518以檢查該子間隔。在步驟1518中，若該子間隔U等于“L”，則該邏輯方框轉到步驟1520以檢查該反饋狀態，否則該邏輯方框轉到步驟1530以檢查該反饋狀態。
在步驟1520中，若反饋狀態為成功，則在步驟1521，該邏輯方框通過將該間隔的起始時間和結束時間二者推移一個等于(te-ts)的時間量“temp”，來更新該當前子間隔U，在步驟1522，將該子間隔U設置為等于該子間隔“R”，然后結束于步驟1599。要注意的是，該已更新的子間隔U的時間長度是不變的，但該已更新的子間隔U已經在時間上向后推移，使之開始于該原始的子間隔的結束時間(即，在步驟1521中被更新之前)。
在步驟1520中，若反饋狀態為沖突或空閑，則在步驟1534，通過將該間隔的結束時間設置為介于該間隔的當前起始與結束時間之間的中點，該邏輯方框對該當前子間隔U進行分割，在步驟1536，將子間隔U設置為等于子間隔“L”，并將沖突解決階段V增加1，然后結束于步驟1599。
在步驟1530中，若反饋狀態為沖突，則在步驟1534，通過將該間隔的結束時間設置為介于該間隔的當前起始與結束時間之間的中點，該邏輯方框對該當前子間隔U進行分割，在步驟1536，將子間隔U設置為等于子間隔“L”，并將沖突解決階段V增加1，然后結束于步驟1599。
在步驟1530中，若反饋狀態為成功或空閑，則在步驟1538，通過將該間隔的起始時間推移到該間隔的當前結束時間，并將該間隔的結束時間從該新的起始時間推移到當前時間，但所推移的增量不得超過一個預定的最大間隔時間長度，并在步驟1540，通過將該子間隔U設置為等于整個時間間隔“T”(即，一個新的CRI)，并將該沖突解決階段設置為等于0。來返回到正常狀態，然后結束于步驟1599。
圖16表示用于爭用接入過程的邏輯流程。為每一個MAC用戶保存了一份關于狀態信息的單獨的文本，并且為每一個MAC用戶單獨地執行該沖突解決過程。
該邏輯流程開始于步驟1602，并轉到步驟1604，在這里它確定該MAC用戶狀態。在步驟1604，若該MAC用戶不處于爭用狀態，則該邏輯流程結束于步驟1699。但是，在步驟1604，若該MAC用戶處于爭用狀態，則該邏輯方框檢查在上一個爭用周期(即，在該入口輪詢消息中接收到針對它的反饋信息的那個爭用周期)中，該MAC用戶是否進行過爭用。若該MAC用戶在上一個爭用周期中沒有進行爭用，則該邏輯方框轉到步驟1612；否則，在步驟1608，該邏輯方框檢查該MAC用戶的個別反饋狀態。在步驟1608，若該個別反饋狀態為成功(即使由于在另一個爭用小時隙中的一次沖突，使得該綜合反饋狀態為沖突，也是這樣)，則在步驟1610，該邏輯方框將該MAC用戶狀態由爭用更新為活動，并結束于步驟1699；否則，該邏輯方框轉到步驟1612。
在步驟1612，該邏輯方框檢查該MAC用戶是否已經聯系于該正在發送的子間隔，后者已被圖15所示的邏輯流程所更新。若該MAC用戶的消息的到達時間落在該間隔的起始時間(即，ts)以及該間隔的結束時間(即，te)之間，則該MAC用戶就被說成是跟一個正在發送的子間隔聯系在一起。在步驟1612，若該MAC用戶沒有跟正在發送的子間隔聯系在一起，則該邏輯流程結束于步驟1699。然而，在步驟1612，若該MAC用戶已經跟正在發送的子間隔建立聯系，則在步驟1616，該邏輯方框以同等的概率從諸爭用小時隙中選擇一個，在步驟1618，在所選擇的爭用小時隙中發送一個預約請求，并結束于步驟1699。
由于每一個MAC用戶都保持它自己的CRI，并且必須正確地更新其CRI，以便按照以上所述的方式運行該MAC協議，所以每一個MAC用戶都必須接收所有的入口輪詢信息。用以保證諸入口輪詢信息的可靠性或用以恢復已丟失的入口輪詢消息的任何機制都超出本發明申請的范圍。
圖17表示一個系統1700，它包括一個前端單元1710，借助于一條下行信道1730以及一條上行信道1740，該前端單元1710可行地被連接到一個接入接口單元(AIU)。該AIU 1720支持至少一個MAC用戶(未示出)。該前端單元1710在下行信道1730上向該AIU發送包括入口輪詢消息以及目標輪詢消息在內的諸控制信息，并在上行信道1740上接收諸預約請求和數據。
該前端單元1710包括一個連接管理器1715，一個前端調度器1714，一個預約管理器1712，以及一個反饋控制器1713。該預約管理器1712以及該反饋控制器1713結合在一起形成自適應的預約管理器1711，它是本發明申請的主題。該連接管理器1715負責連接進入控制，以便向個別的諸終端用戶提供符合業務質量要求的有效的和合理的網絡資源分配。連接管理器1715向該前端調度器1714提供允許進入該網絡的每一次連接的業務質量要求。預約管理器1712監測在上行信道上的諸爭用小時隙，以確定每一個爭用小時隙的爭用結果。諸爭用結果被饋送到反饋控制器1713，該反饋控制器保存該系統的狀態信息，確定每一個爭用周期中的諸爭用小時隙的分配，并對準備在下行信道上發送的諸控制信息(即，入口輪詢消息以及目標輪詢消息)進行格式化。該反饋控制器1713跟該前端調度器1714協同工作，后者對反饋控制器1713的控制消息發送的定時進行控制。
該AIU 1720包括一個用戶接口1725，它為每一個受到該AIU支持的MAC用戶接收數據，在存儲器1724中存儲該數據，并隨同該數據一起，存儲一個表明該數據的到達時間的時間標記。該AIU 1720還包括一部接收機1721，用以接收諸控制消息，以及一個控制消息處理器1722，用以產生諸預約請求，并從該存儲器1724取出由發射機1723沿著上行信道發送過來的諸消息。
該控制消息處理器1722為該系統保持該MAC協議狀態，為每一個MAC用戶保持該MAC用戶狀態，并實施用于處理從該前端單元接收的諸控制消息的邏輯流程。具體地說，該控制消息處理器1722包括用以將該控制消息識別為一條入口輪詢消息和一條目標輪詢消息其中之一的邏輯流程。若該控制消息是一條入口輪詢消息，則附加的邏輯方框從包含于該入口輪詢消息之中的反饋信息確定諸MAC用戶的反饋狀態，更新用于諸MAC用戶的沖突解決間隔，并且為每一個MAC用戶執行一次沖突解決過程。若該控制消息是一條目標輪詢消息，則附加的邏輯方框確定該目標輪詢消息是否被編址到該AIU所支持的多個MAC用戶中的一個，若該目標輪詢消息被編址到所支持的多個MAC用戶中的一個，則按照分配給該MAC用戶的帶寬數值從該存儲器1724發送一定數量的用戶數據，若所有的MAC用戶數據都已被發送，則將該MAC用戶狀態從活動更新為不活動。
在不背離本發明的精神實質或主要特性的前提下，可以用其他各種特定的形式來實施本發明。所敘述的諸實施例在所有方面都被認為是說明性的，而不是限制性的。
權利要求
1.一種作為介質接入控制(MAC)協議的一部分的為一個當前爭用周期分配多個爭用小時隙的方法，所述MAC協議具有一種等同于一種正常狀態以及一種沖突狀態其中之一的MAC協議狀態，該方法包括下列諸步驟根據在上一個爭用周期所分配的多個爭用小時隙的個別反饋狀態，為上一個爭用周期確定一種綜合反饋狀態，其中多個爭用小時隙的每一個的個別反饋狀態表示該爭用小時隙的爭用結果，并且其中該綜合反饋狀態等同于空閑、沖突以及成功三者之一；更新一個沖突解決間隔；以及根據該綜合反饋狀態以及已更新的沖突解決間隔，為當前爭用周期確定諸爭用小時隙的一種分配。
2.如權利要求1所述的方法，其中確定該綜合反饋狀態的步驟包括下列諸步驟確定在上一個爭用周期中所分配的諸爭用小時隙的數目；確定在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中的每一個的個別反饋狀態；若在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中的每一個的個別反饋狀態表明，在該爭用小時隙中沒有出現傳輸信號，則將該綜合反饋狀態設置為等同于空閑；若在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中的至少一個的個別反饋狀態表明，在該爭用小時隙中出現了一次沖突，則將該綜合反饋狀態設置為等同于沖突；若在諸個別反饋狀態中，沒有一個表明發生過沖突，并且在諸個別反饋狀態中至少有一個表明發生過一次成功的傳輸，則將該綜合反饋狀態設置為等同于成功；以及該沖突解決間隔包括一個發送子間隔，它等同于一個較舊的子間隔和一個較新的子間隔二者之一；以及更新該沖突解決間隔以及確定諸爭用小時隙的分配的諸步驟包括下列諸步驟確定該MAC協議狀態；若該MAC協議狀態等同于正常狀態，并且該綜合反饋狀態等同于空閑與成功二者之一，則為該當前爭用周期分配一個爭用小時隙；若該MAC協議狀態等同于正常狀態，并且該綜合反饋狀態等同于沖突，則為該當前爭用周期分配兩個爭用小時隙，將該發送子間隔設置為等同于較舊的子間隔，并將該MAC協議狀態設置為等同于沖突解決狀態；若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較舊的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于成功，則為該當前爭用周期分配兩個爭用小時隙，并將該發送子間隔設置為等同于較新的子間隔；若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較舊的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于空閑與沖突二者之一，則為該當前爭用周期分配兩個爭用小時隙；若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較新的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于沖突，則為該當前爭用周期分配兩個爭用小時隙，并將該發送子間隔設置為等同于較舊的子間隔；若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較新的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于空閑或成功二者之一，則為該當前爭用周期分配一個爭用小時隙，并將該MAC協議狀態設置為等同于正常狀態。
3.一種作為介質接入控制(MAC)協議的一部分的用以為一個當前爭用周期分配諸爭用小時隙的裝置，所述MAC協議具有一種MAC協議狀態，它等同于一種正常狀態和一種沖突解決狀態二者之一，該裝置包括用于根據在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙的諸個別反饋狀態，確定上一個爭用周期的一種綜合反饋狀態的邏輯電路，其中該多個爭用小時隙中每一個的個別反饋狀態表示該爭用小時隙的爭用結果，并且其中該綜合反饋狀態等同于空閑、沖突以及成功三者之一；用于更新一個沖突解決間隔的邏輯電路；以及用于根據該綜合反饋狀態以及已被更新的沖突解決間隔，為當前爭用周期確定諸爭用小時隙的分配的邏輯電路。
4.如權利要求3所述的裝置，其中用以確定該綜合反饋狀態的邏輯電路包括一種邏輯電路，用以確定在上一個爭用周期中所分配的爭用小時隙的數目；一種邏輯電路，用以確定在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中的每一個的個別反饋狀態；一種邏輯電路，其功能為，若在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中每一個的個別反饋狀態表明，在該爭用小時隙中沒有發生過信號傳輸，則將該綜合反饋狀態設置為等同于空閑；一種邏輯電路，其功能為，若在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中至少有一個的個別反饋狀態表明，在該爭用小時隙中發生過一次沖突，則將該綜合反饋狀態設置為等同于沖突；一種邏輯電路，其功能為，若在諸個別反饋狀態中，沒有一個表明發生過沖突，并且至少有一個個別反饋狀態表明，發生過一次成功的信號傳輸，則將該綜合反饋狀態設置為等同于成功；以及該沖突解決間隔包括一個發送子間隔，它等同于一個較舊的子間隔和一個較新的子間隔二者之一；以及用以更新該沖突解決間隔以及確定諸爭用小時隙的分配的邏輯電路包括一種邏輯電路，用以確定該MAC協議狀態；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于正常狀態，并且該綜合反饋狀態等同于空閑與成功二者之一，則為該當前爭用周期分配一個爭用小時隙；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于正常狀態，并且該綜合反饋狀態等同于沖突，則為該當前爭用周期分配兩個爭用小時隙，將該發送子間隔設置為等于較舊的子間隔，并將該MAC協議狀態設置為等同于沖突解決狀態；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較舊的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于成功，則為該當前爭用周期分配兩個爭用小時隙，并將該發送子間隔設置為等同于較新的子間隔；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較舊的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于空閑與沖突二者之一，則為該當前爭用周期分配兩個爭用小時隙；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較新的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于沖突，則為該當前爭用周期分配兩個爭用小時隙，并將該發送子間隔設置為等同于較舊的子間隔；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較新的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于空閑或成功二者之一，則為該當前爭用周期分配一個爭用小時隙，并將該MAC協議狀態設置為等同于正常狀態。
5.一種作為介質接入控制(MAC)協議的一部分，用以處理由一個接入接口單元(AIU)接收的一條入口輪詢消息的方法，所述MAC協議具有一種MAC協議狀態，它等同于一種正常狀態和一種沖突解決狀態二者之一，所述AIU支持多個MAC用戶，所述諸MAC用戶中的每一個都具有一種MAC用戶狀態，它等同于不活動、爭用以及活動三者之一，并且其中該入口輪詢消息包括在上一個爭用周期中的多個爭用小時隙的個別反饋狀態以及對當前爭用周期的諸爭用小時隙的分配，該方法包括下列諸步驟從包含于該入口輪詢消息之中的諸個別反饋狀態來確定一種綜合反饋狀態，其中，該綜合反饋狀態是該個別反饋狀態的一個函數，并且它等同于空閑、沖突以及成功三者之一；更新一個沖突解決間隔；以及為每一個MAC用戶執行一次爭用接入過程。
6.如權利要求5所述的方法，其中用以確定該綜合反饋狀態的步驟包括下列諸步驟若在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中的每一個的個別反饋狀態表明，在該爭用小時隙中沒有出現傳輸信號，則將該綜合反饋狀態設置為空閑；若在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中的至少一個的個別反饋狀態表明，在該爭用小時隙中出現了一次沖突，則將該綜合反饋狀態設置為等同于沖突；以及若在諸個別反饋狀態中，沒有一個表明發生過沖突，并且在諸個別反饋狀態中至少有一個表明發生過一次成功的傳輸，則將該綜合反饋狀態設置為成功；以及該沖突解決間隔包括一個起始時間，一個結束時間，以及一個發送子間隔，它等同于一個較舊的子間隔和一個較新的子間隔二者之一；以及更新該沖突解決間隔的步驟包括下列諸步驟確定該MAC協議狀態；若該MAC協議狀態等同于正常狀態，并且該綜合反饋狀態等同于空閑與成功二者之一，則將該沖突解決間隔向后推移一步；若該MAC協議狀態等同于正常狀態，并且該綜合反饋狀態等同于沖突，則對該沖突解決間隔進行分割，將該發送子間隔設置為等同于較舊的子間隔，并將該MAC協議狀態設置為等同于沖突解決狀態；若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較舊的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于成功，則將該發送子間隔設置為等同于較新的子間隔；若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于舊的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于空閑與沖突二者之一，則對該沖突解決間隔進行分割；若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較新的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于沖突，則對該沖突解決間隔進行分割，并將該發送子間隔設置為等同于較舊的子間隔；若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較新的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于空閑或成功二者之一，則將該沖突解決間隔向后推移一步，并將該MAC協議狀態設置為等同于正常狀態。為每一個MAC用戶執行該爭用接入過程的步驟包括下列諸步驟為該MAC用戶確定該MAC用戶狀態；若該MAC用戶處于爭用狀態，則確定該MAC用戶在上一個爭用周期中是否進行過爭用；若該MAC用戶在上一個爭用周期中進行過爭用，則確定該爭用是否導致一次沖突；若該MAC用戶在上一個爭用周期中沒有進行過爭用，或者該MAC用戶在上一個爭用周期中進行過爭用，并且該爭用導致一次沖突，則確定該MAC用戶是否聯系于該發送子間隔；以及若該MAC用戶已經聯系于該發送子間隔，則以相等的概率，從分配給當前爭用周期的多個爭用小時隙中選擇一個；以及在該選定的爭用小時隙中發送一個預約請求。
7.如權利要求6所述的方法，其中將該沖突解決間隔向后推移一步的步驟包括，將新的起始時間設置為等同于該結束時間，并且將該新的結束時間設置為等同于一個當前時間以及一個從新的起始時間算起，增加一個預定數值的時間二者當中的較早者；以及對該沖突解決間隔進行分割的步驟包括下列步驟將該新的結束時間設置為介于該起始時間以及該結束時間之間的一個分割時間；以及將該發送子間隔設置為等同于較新的子間隔的步驟包括下列諸步驟確定一個等于該結束時間以及該起始時間之差的間隔時間長度；將該起始時間向后推移一個間隔時間長度；以及將該結束時間向后推移一個間隔時間長度。
8.一種作為介質接入控制(MAC)協議的一部分、用以處理由一個接入接口單元(AIU)接收的一條入口輪詢消息的(軟)裝置，所述MAC協議具有一種MAC協議狀態，它等同于一種正常狀態和一種沖突解決狀態二者之一，所述AIU支持多個MAC用戶，所述諸MAC用戶中的每一個都具有一種等同于不活動、爭用、以及活動三者之一的MAC用戶狀態，并且其中該入口輪詢消息包括在上一個爭用周期中的多個爭用小時隙的諸個別反饋狀態以及對當前爭用周期的爭用小時隙的一種分配，該(軟)裝置包括用于從入口輪詢消息中所包含的諸個別反饋狀態來確定一種綜合反饋狀態的邏輯電路，其中該綜合反饋狀態是諸個別反饋狀態的一個函數，并且等同于空閑、沖突和成功三者之一；用于更新一個沖突解決間隔的邏輯電路；以及用于為每一個MAC用戶執行一次爭用接入過程的邏輯電路。
9.如權利要求8所述的裝置，其中用以確定該綜合反饋狀態的邏輯電路包括一種邏輯電路，其功能為，若在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中每一個的個別反饋狀態表明，在該爭用小時隙中沒有發生過信號傳輸，則將該綜合反饋狀態設置為等同于空閑；一種邏輯電路，其功能為，若在上一個爭用周期中所分配的多個爭用小時隙中至少有一個的個別反饋狀態表明，在該爭用小時隙中發生過一次沖突，則將該綜合反饋狀態設置為等同于沖突；一種邏輯電路，其功能為，若在諸個別反饋狀態中，沒有一個表明發生過沖突，并且至少有一個個別反饋狀態表明，發生過一次成功的信號傳輸，則將該綜合反饋狀態設置為等同于成功；以及該沖突解決間隔包括一個起始時間，一個結束時間，一個發送子間隔，后者等同于一個較舊的子間隔和一個較新的子間隔二者之一；以及用以更新該沖突解決間隔的邏輯電路包括一種邏輯電路，用以確定該MAC協議狀態；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于正常狀態，并且該綜合反饋狀態等同于空閑與成功二者之一，則將該沖突解決間隔向后推移一步；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于正常狀態，并且該綜合反饋狀態等同于沖突，則對該沖突解決間隔進行分割，將該發送子間隔設置為等同于較舊的子間隔，并將該MAC協議狀態設置為等同于沖突解決狀態；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較舊的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于成功，則將該發送子間隔設置為等同于較新的子間隔；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較舊的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于空閑與沖突二者之一，則對該沖突解決間隔進行分割；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較新的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于沖突，則對該沖突解決間隔進行分割，并將該發送子間隔設置為等同于較舊的子間隔；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC協議狀態等同于沖突解決狀態，該發送子間隔等同于較新的子間隔，并且該綜合反饋狀態等同于空閑或成功二者之一，則將該沖突解決間隔向后推移一步，并將該MAC協議狀態設置為等同于正常狀態。為每一個MAC用戶執行一次爭用接入過程所使用的邏輯電路包括一種邏輯電路，用于為該MAC用戶確定該MAC用戶狀態；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC用戶處于爭用狀態，則確定該MAC用戶在上一個爭用周期中是否進行過爭用；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC用戶在上一個爭用周期中進行過爭用，則確定該爭用是否導致一次沖突；一種邏輯電路，其功能為，若該MAC用戶在上一個爭用周期中沒有進行過爭用，或者該MAC用戶在上一個爭用周期中進行過爭用，并且該爭用導致一次沖突，則確定該MAC用戶是否聯系于該發送子間隔；以及若該MAC用戶已經聯系于該發送子間隔，則有一種邏輯電路，其功能為，以相等的概率，從分配給當前爭用周期的多個爭用小時隙中選擇一個；以及一種邏輯電路，其功能為，在該選定的爭用小時隙中發送一個預約請求。
10.權利要求9所述的設備，其中將該沖突解決間隔向后推移一步的邏輯電路包括，邏輯電路，其功能為，將新的起始時間設置為等同于該結束時間所使用的邏輯電路，并且將該較新的結束時間設置為等同于一個當前時間以及一個從新的起始時間算起，增加一個預定數值的時間二者當中的較早者；以及對該沖突解決間隔進行分割的邏輯電路包括，邏輯電路，其功能為，將該新的結束時間設置為介于該起始時間以及該結束時間之間的一個分割時間；以及將該發送子間隔設置為等同于較新的子間隔的邏輯電路包括一種邏輯電路，用于確定一個等于該結束時間以及該起始時間之差的間隔時間長度；一種邏輯電路，用于將該起始時間向后推移一個間隔時間長度；以及一種邏輯電路，用于將該結束時間向后推移一個間隔時間長度。
11.一個借助于一種共享介質與多個接入接口單元(AIUs)進行通信的具有單獨的前端單元的系統，每一個AIU至少支持一個MAC用戶，該系統使用一種方法，用以協調諸MAC用戶對該共享介質的接入，該系統包括下列諸步驟在前端單元方面根據在上一個爭用周期所分配的多個爭用小時隙的諸個別反饋狀態，為上一個爭用周期確定一種綜合反饋狀態，其中多個爭用小時隙的每一個的個別反饋狀態表示該爭用小時隙的爭用結果，并且其中該綜合反饋狀態等同于空閑、沖突、以及成功三者之一；更新由該前端單元保持的一個沖突解決間隔；以及根據由該前端單元保持的該綜合反饋狀態以及已更新的沖突解決間隔，為當前爭用周期確定諸爭用小時隙的分配。發送入口輪消息，該入口輪詢消息包括在上一個爭用周期中的爭用小時隙的數目的諸個別反饋狀態和當前爭用周期的爭用小時隙的分配；以及在AIU方面接收該入口輪詢消息；從該入口輪詢消息所包含的諸個別反饋狀態來確定一種綜合反饋狀態；更新由該AIU保持的一個沖突解決間隔；以及為該AIU所支持的每一個MAC用戶執行一次爭用接入過程。
全文摘要
一種使用概率樹分割與先來先服務分割技術的一種組合，在一個共享介質網絡中解決由爭用接入所引起的沖突的基于爭用的預約的系統，裝置和方法。該沖突解決過程利用先來先服務分割技術去選擇一個沖突解決間隔，并提供兩個爭用小時隙以便增進諸成功的預約的似然度。每一個爭用中的用戶在一個隨機地選擇的爭用小時隙中發送一個預約請求。為了實現預定的沖突解決迭代的最大次數，提供了兩個爭用小時隙，經過迭代之后僅提供一個爭用小時隙。
文檔編號H04L12/28GK1228216SQ98800724
公開日1999年9月8日 申請日期1998年3月25日 優先權日1997年5月30日
發明者切斯特·A·拉斯茲克, 李維超, 伊姆里奇·克蘭姆塔克 申請人:摩托羅拉公司