CN101616086B - 用于通信介质访问的接入点设备、通信设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于访问通信网络中通信介质的接入点设备、通信单元和方法。该接入点包括：通信接口，用于通过通信介质和通信网络中的多个通信单元交换数据；以及处理器，用于以竞争方式，通过通信接口从这多个通信单元的至少一个通信单元接收介质访问请求消息，并通过根据收到的介质访问请求消息中的对应介质访问持续时间信息为该至少一个通信单元的每一个分配介质访问持续时间，来轮询该至少一个通信单元。

Description

用于通信介质访问的接入点设备、通信设备和方法
技术领域
本发明一般涉及用于接入点和通信设备之间数据传输的接入点设备、通信设备和方法，尤其涉及用于宽带双向数据传输网络中通信介质访问的接入点设备、通信设备和方法。
背景技术
在通信***中，必须控制接入点和多个站点之间的数据传输，以避免多个并发传输之间的冲突。一般，通过通信协议的介质访问控制(MAC)层来实现该控制。
一种MAC层传输控制技术被称为分布式协调功能(DCF)，该DCF采用载波监听多址接入/碰撞避免(CSMA/CA)分布式算法。在某些使用DCF的无线***中，有数据要发送的无线设备首先监听介质，以检测其它任何无线设备当前是否正在传输。如果另一设备已经在传输，则最初的无线设备将不开始传输。然而，如果该最初无线设备没有检测到其它任何无线设备在传输，则该最初无线设备将开始它自己的传输。
另一种传输控制技术被称为点协调功能(PCF)，它利用基础结构网络配置来控制介质访问。在基础结构网络配置中，接入点控制基本服务集，并提供到更大网络的连接。为了实施PCF，接入点响应对被连接站点的轮询而控制介质。
近年来，有线宽带接入技术在双向数据传输方面所提供的高潜力已经被充分认识到，并且越来越多的有线网络技术被开发和利用。一种成本合算的、基于现有同轴电缆接入网络的双向数据传输解决方案被称为基于同轴电缆的非对称数据传输(ADoC)***。因为ADoC***的信号传输环境和网络架构与无线情况有很大不同，所以常规的MAC层机制DCF或PCF不享有可接受的性能。
发明内容
根据本发明一个方面，提供一种用于控制通信网络中通信介质访问的接入点设备，包括：通信接口，用于通过该通信介质和通信网络中的多个通信单元交换数据；以及处理器，用于以竞争方式，通过该通信接口从这多个通信单元中的至少一个通信单元接收介质访问请求消息，并通过根据收到的介质访问请求消息中的介质访问持续时间信息为该至少一个通信单元的每一个分配介质访问持续时间，来轮询该至少一个通信单元。
本发明也涉及一种用于控制通信网络中通信介质访问的，在接入点设备中使用的方法，包括以下步骤：以竞争方式从通信网络中的多个通信单元的至少一个通信单元接收介质访问请求消息；以及通过根据收到的介质访问请求消息中的对应持续时间信息为该至少一个通信单元的每一个分配介质访问持续时间，来轮询该至少一个通信单元。
本发明也涉及一种用于通信网络中通信介质访问的通信单元，包括：通信接口，用于通过该通信介质和通信网络中的接入点设备交换数据；以及处理器，用于以竞争方式，通过该通信接口将包括请求的介质访问持续时间的介质访问请求消息发送给该接入点设备，并根据该介质访问请求消息中的请求介质存储持续时间，响应该接入点的轮询，在分配的介质访问持续时间内通过通信接口访问通信介质。
本发明也涉及一种用于通信网络中通信介质访问的，在通信单元中使用的方法，包括以下步骤：以竞争方式，通过通信网络将包括请求的介质访问持续时间的介质访问请求消息发送给接入点设备；以及根据该介质访问请求消息中的请求介质访问持续时间，响应该接入点的轮询，在分配的介质访问持续时间内访问通信介质。
附图说明
根据以下连同附图给出的说明，本发明的这些及其它方面、特征和优点将变得很清楚：
图1是用于说明本发明实施例的ADoC电缆接入网络示意图；
图2是根据本发明实施例用于AP和站点之间介质访问的访问周期图；
图3是根据本发明实施例在AP和站点之间竞争阶段的通信过程流程图；
图4是根据本发明实施例的请求发送(RTT)帧结构图；
图5是根据本发明实施例在AP和站点之间轮询阶段的通信过程流程图；
图6是根据本发明实施例的接入点的示例配置；以及
图7是根据本发明实施例的通信单元的示例配置。
具体实施方式
现在将根据本发明的各说明性实施例，参考附图说明本发明的诸多优点/特征。
图1是用于说明本发明实施例的ADoC电缆接入网络100的示意图。如图1所示，接入点(AP)104和多个站点如105-1和105-2通过分路器106连接，且AP 104与IP核心网102连接。因此，在家的用户可以通过这些站点，经由ADoC网络的电缆连接访问远程IP核心网102。
图2是本发明实施例中用于AP和站点之间介质访问的访问周期的图，其中访问周期被分成竞争阶段和轮询阶段两个阶段，这两个阶段被AP用来控制通信介质访问。
竞争阶段位于每个访问周期的开始，并用于允许新站点完成鉴定以及与AP的关联，并用于允许已关联站点通知AP它有输入帧要发送。以竞争方式执行竞争阶段的数据传输，这是因为某个站点不能检测其它站点是否正在访问介质和发送帧，而且在帧传输之前，其它站点和AP之间没有协商。另一方面，因为在竞争阶段只传送请求和响应消息，所以数据传输之间的竞争将减少。轮询阶段在竞争阶段之后，并被AP用来轮询站点。
在这两个阶段，AP可以发送允许发送(CTS)消息通知指定站点访问介质，以便完成访问周期。CTS消息包括目的地址字段，该目的地址字段可用于保留传输介质，以便只为MAC地址与该消息中的目的地址相同的站点传输数据，而其它站点将停止数据传输。通常，目的地址可以是某个站点的MAC地址、一组站点的MAC地址，或是将为所有站点保留介质的专用广播地址。
图3是根据本发明实施例的AP和站点之间在竞争阶段的通信过程流程图。在竞争阶段开始，AP发送如图3所示包括专用广播地址的CTS消息。在该实施例中，专用广播地址被设为这样一个地址，以致CTS消息的目的地址字段中的所有位都被设为1。收到具有专用广播地址的CTS消息的所有站点，如STA1和STA2，当前可以访问介质。另外CTS消息包括持续时间字段，它是竞争阶段的持续时间。因此，可以将CTS消息解释为，在竞争阶段为所有站点保留介质。所有站点包括通过电缆与AP连接、并且能够接收CTS消息的站点。在这些站点当中，某些站点已和AP关联，而某些站点没有和AP关联。
根据本发明实施例，在竞争阶段，想要和AP关联的未关联站点将经历鉴定和关联步骤。如图3所示，STA1和STA2是两个未关联站点，并且它们在收到CTS后向AP发送鉴定请求消息，以便将站点身份确认为被授权与AP关联的站点集的成员。然后，AP将向STA1回复鉴定响应。
在鉴定响应后，STA1和STA2向AP发送关联请求消息，使得网络***跟踪每个站点的位置，并且可以将前往站点的帧转发给正确的AP。该AP将向站点回复关联响应消息。
在鉴定和关联完成后，站点可以请求将它们缓冲的帧发送给AP。另外，在竞争阶段开始已与AP关联的其它站点可以在竞争阶段的任何时间请求发送它们缓冲的帧。对于缓冲器中没有要发送给AP的MAC帧的那些站点，它们不需要发送传输请求消息。
在此，利用RTT消息发出介质访问请求，RTT消息包括所请求的、以当前物理层数据率发送其缓冲器中的MAC帧所需的持续时间。因此，站点将首先基于已知物理层数据率，以及它所缓冲的、想要通过通信介质发送的帧的数量，来计算所需持续时间，然后将该持续时间添加到RTT消息的持续时间字段。
图4是根据本发明实施例的RTT帧结构图。RTT帧中每个字段的详细定义如下：
帧控制字段：它是一个2字节长字段，并包括诸如协议版本、类型、重试和电源管理的信息。
持续时间字段：它是一个2字节长字段，并指示它将花多长时间以当前物理层数据率传送站点缓冲器中的MAC帧。持续时间用于更新AP那一侧的轮询列表中的该站点传输持续时间字段。
接收器地址字段：它是一个6字节长字段，并包含目的AP的MAC地址。
发送器地址字段：它是一个6字节长字段，并包括发送该RTT消息的站点的MAC地址。
FCS字段：它是一个4字节长字段，并包含32位循环冗余码(CRC)值。
为了在访问周期的轮询阶段轮询站点，AP维护一轮询列表，该轮询列表中有两个字段：MAC地址字段和对应的传输持续时间字段。MAC地址字段包括作为站点标识符的关联站点MAC地址。当站点被成功鉴定和关联时，其MAC地址将被添加到轮询列表的MAC地址字段中，并且其对应的传输持续时间字段将被分配默认值0。当AP成功收到来自关联站点的RTT消息时，它将用该RTT消息中的持续时间信息中的值，来更新轮询列表中的该站点传输持续时间字段。
另外，MAC地址字段包括AP的MAC地址及对应的传输持续时间，并且在每个访问周期的竞争阶段，AP可以利用以当前物理层数据率发送其缓冲器中MAC帧所需的估计时间，来更新它自己的传输持续时间字段。
如图2所示，轮询阶段开始于竞争阶段的结尾，并以无竞争方式为帧传送提供传输机会。在轮询阶段，介质访问完全由AP控制，使得能够避免站点和AP的数据传输之间出现竞争。
根据本发明实施例，AP将通过发送CTS帧，来轮询轮询列表中具有非零持续时间字段的AP和站点，即在竞争阶段发送了RTT消息的那些站点和AP。对于轮询列表中没有传输持续时间的AP和那些站点，将不安排轮询阶段。AP将通过根据收到的介质访问请求消息中的对应持续时间信息为每个站点分配介质访问持续时间，来轮询AP和站点。
例如，当AP发送的CTS帧包括作为目的地址的AP的MAC地址以及作为介质访问持续时间的特定时间时，所有站点都将接收CTS消息，并等待AP的数据传输。当CTS帧包括作为目的地址的站点的MAC地址以及作为介质访问持续时间的特定时间时，所有站点都将接收CTS消息，并且只有指定站点能够通过传输介质发送数据，同时AP也将等待该特定时间以轮询下一站点。
在此，当考虑轮询阶段的持续时间时，作为介质访问持续时间的特定时间可以等于或小于RTT消息中指示的持续时间。AP可以在某一访问周期内轮询某些站点，而在另一访问周期内轮询其它站点。此时，没有被轮询的站点不需要再次发送RTT消息。
图5是根据本发明实施例的AP和站点之间在轮询阶段的通信过程流程图。如图5所示，AP发送CTS消息按预定顺序分别轮询每个站点，并根据轮询列表中的对应传输持续时间字段分配其持续时间字段。此外，在CTS消息中指示的时期内，被轮询的站点可以访问介质，并发出数据。在此，在分配给被轮询的AP和STA的前一特定时间之后，在短于或等于短帧间间隔(SIFS)的间隔内AP发送CTS帧以轮询站点和AP。通过等待短于或等于SIFS的一段时间，确保在AP和站点之间的数据帧传输之后，AP将总是获得对介质信道的控制，因为根据现有规范，在前一特定时间之后，具有可能最快速度的站点将只能在SIFS间隔之后控制信道。
图6是根据本发明实施例的接入点的示例配置。AP 610基于图2所示的介质访问周期进行控制，并包括通信接口620和处理器640，通信接口620用于处理和ADoC网络如图1的IP核心网其它部分之间的通信，以及通过通信介质和通信网络中的多个通信单元如STA1和STA2交换数据；处理器640和通信接口620相连，并用于处理数据以及控制通信接口620，以便基于以上实施例控制通信接***换数据。
AP 610也包括存储器650，存储器650用于存储被缓冲的帧、上述轮询表以及用于根据本发明对处理器640编程的可执行指令和数据。应该理解，可以将通信接口620、处理器640和存储器650完全或部分地组合，并制造成集成电路。
如上所述，在竞争阶段的开始，AP 610通过通信接口620发送CTS消息通知站点访问介质。然后，AP 610以竞争方式接收鉴定和关联请求消息以及RTT，并根据图3所示的流程对站点进行鉴定和关联，然后更新存储器650中存储的轮询列表，并为对应站点添加传输持续时间。在轮询阶段，AP 610根据收到的请求消息中的持续时间，通过通信接口620来轮询多个通信单元，使得这多个通信单元分别通过通信介质发送数据给AP610。
图7是根据本发明实施例的站点的示例配置。站点710包括处理器701和用户接口703，处理器701用于控制连接到处理器701的通信接口702，并用于和AP 610进行通信；用户接口703包括众所周知的元件，如键盘、显示器和音频变换器等。另外，站点710还包括连接到处理器701的存储器704，存储器704存储被缓冲的帧以及用于根据本发明对处理器701编程的可执行指令和数据。应该理解，可以将处理器701、通信接口702和存储器704完全或部分地组合，并制造成集成电路。
如上所述，在竞争阶段，站点710控制通信接口702，以便和AP 610关联并发送RTT消息给AP 610，并且在轮询阶段，站点710通过AP 610的轮询来发送存储器704中缓冲的帧。
虽然基于ADoC***描述了本发明实施例，但是本领域技术人员可以使本发明适合于使用具有竞争阶段和轮询阶段的访问周期的其它通信网络环境。
以上仅仅说明了本发明实施例，因而应该理解，本领域技术人员将能够设计出虽然未在此明确描述、但却体现本发明原理且在本发明精神和范围内的许多替换配置。

Claims (14)

1.一种控制有线通信网络中通信介质访问的接入点设备，包括：
通信接口，用于通过所述通信介质和所述有线通信网络中的多个通信单元交换数据；以及
所述接入点包括：处理器，被适配用于以竞争方式，通过所述通信接口从所述多个通信单元中的至少一个通信单元接收介质访问请求消息，其中介质访问请求消息的每一个都包括所述至少一个通信单元的每一个的各自介质访问持续时间；以及所述处理器被适配用于通过为所述至少一个通信单元的每一个分配各自介质访问持续时间，来在轮询阶段期间仅轮询所述至少一个通信单元，其中接入点设备根据接收到的介质访问请求消息中的对应持续时间信息为多个通信单元中的每一个设置轮询阶段的介质访问持续时间。
2.根据权利要求1所述的接入点设备，其中所述处理器适于控制包括竞争阶段和所述轮询阶段的介质访问周期，并适于以竞争方式在所述竞争阶段接收所述介质访问请求消息、以无竞争方式在所述轮询阶段轮询所述至少一个通信单元。
3.根据权利要求1或2所述的接入点设备，其中所述处理器适于在分配给先前被轮询的通信单元的介质访问持续时间过去以后，在短帧间间隔内轮询每个通信单元。
4.根据前面任一权利要求所述的接入点设备，其进一步包括用于存储轮询列表的存储器，所述轮询列表包括所述至少一个通信单元的标识符和对应介质访问持续时间信息。
5.根据前面任一权利要求所述的接入点设备，其中所述通信网络是电缆网络。
6.一种用于控制包括多个通信单元的有线通信网络中的通信介质访问的方法，该方法用于接入点设备中，包括以下步骤：
以竞争方式从所述多个通信单元的至少一个通信单元接收介质访问请求消息，其中介质访问请求消息的每一个都包括所述至少一个通信单元的每一个的各自介质访问持续时间；以及
通过为所述至少一个通信单元的每一个分配各自介质访问持续时间，来在轮询阶段期间仅轮询所述至少一个通信单元，其中接入点设备根据接收到的介质访问请求消息中的对应持续时间信息为多个通信单元中的每一个设置轮询阶段的介质访问持续时间。
7.根据权利要求6所述的方法，其中以竞争方式在介质访问周期的竞争阶段接收所述介质访问请求消息，并以无竞争方式在所述介质访问周期的所述轮询阶段执行对所述至少一个通信单元的所述轮询。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述轮询步骤包括，在分配给先前被轮询的通信单元的介质访问持续时间过去之后，在短帧间间隔内轮询每个通信单元。
9.根据权利要求6-8任一所述的方法，其中在接收所述介质访问请求消息之前，鉴定所述多个通信单元、并将所述多个通信单元和所述通信网络关联。
10.根据权利要求6-9任一所述的方法，其中所述通信网络是电缆网络。
11.一种用于有线通信网络中通信介质访问的通信单元，包括：
通信接口，用于通过所述通信介质和所述有线通信网络中的接入点设备交换数据；以及
所述通信单元包括处理器，被适配用于以竞争方式，通过所述通信接口将包括请求的介质访问持续时间的介质访问请求消息发送给所述接入点设备；以及所述处理器被适配用于根据所述介质访问请求消息中的所述请求的介质访问持续时间，响应所述接入点设备的轮询，在分配的介质访问持续时间内的轮询阶段通过所述通信接口访问所述通信介质，其中接入点设备根据接收到的介质访问请求消息中的对应持续时间信息为多个通信单元中的每一个设置轮询阶段的介质访问持续时间。
12.根据权利要求11所述的通信单元，其中所述处理器适于以竞争方式在竞争阶段发送所述介质访问请求消息，以及以无竞争方式在所述轮询阶段响应所述接入点的轮询而访问所述通信介质。
13.一种用于有线通信网络中的通信介质访问的方法，该方法用于通信单元中，包括以下步骤：
以竞争方式，通过所述有线通信网络将包括请求的介质访问持续时间的介质访问请求消息发送给接入点设备；以及
根据所述介质访问请求消息中的所述请求的介质访问持续时间，响应所述接入点设备的轮询，在分配的介质访问持续时间内的轮询阶段访问所述通信介质，其中接入点设备根据接收到的介质访问请求消息中的对应持续时间信息为多个通信单元中的每一个设置轮询阶段的介质访问持续时间。
14.根据权利要求13所述的方法，其中以竞争方式在竞争阶段发送所述介质访问请求消息，并以无竞争方式在所述轮询阶段响应所述接入点设备的轮询而访问所述通信介质。
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