数据通信链路控制方法 本发明总体上涉及通信系统，特别地，涉及通信系统的数据链路控制方法。
数字通信系统(例如电缆电话系统)典型地需要一种在一对连接于通信系统中的设备之间传送消息的方法(协议)。设备通常具有建立通信链路的程序。传输设备经常使用一种方法来把出局消息分成几个部分。每个部分形成一帧的有效负载。接收设备使用反向的方法来重建消息。
在现今系统中，如果通信对话过程中通信链路丢失，传输设备不得不建立新的通信链路。若传输设备正在发送多帧消息的中间部分，该传输设备不得不重发整个消息。这是由于在现今的系统中不能区分重建的通信对话和新的通信对话。
这样，需要数据链路的控制方法，它能够区分新的和重建的通信对话。
图1是在为了传输而对消息进行分割中所使用的诸步骤的流程图；
图2是消息的原理图；
图3是在为了传输而对消息进行分割中所使用的诸步骤地操作程序图；
图4是在接收已分割消息中所使用的诸步骤的流程图；
图5是一个图表，它显示了在对消息进行分割中使用的多个参数的值；
图6是通信链路的立即恢复中使用的信号图；
图7是通信链路的延迟恢复中使用的信号图；
图8是通信链路的延迟恢复中使用的信号图；
图9是通信链路的重连接和恢复中使用的信号图；
图10是信息帧的原理图；
图11是无号帧的原理图；
图12是监控帧的原理图；
图13是电缆通信系统的原理图；
图14是电缆存取单元的框图；
总的来说本发明提供了一种控制数字通信链路的方法。该方法包括分割和重装消息的过程，如果在传输消息的过程中通信链路被阻断，不需重新传输消息。一个控制过程提供了在业务信道上适度的挂起和继续。该控制过程与分割和重装过程相结合，一起作用于消除当通信链路被阻断时消息的重新传输。最后，一个帧结构(传输过程)被提供用来允许两个设备通过数字数据链路来有效地通信。
该发明将结合一个电缆电话系统来描述。当然，这只是为了便于说明的目的，该发明是可以适用于任何数字通信系统的。根据本发明的电缆电话系统具有一个中央控制器，称为电缆控制单元(CCU)，它把电缆电话系统耦合到公用电话交换网(PSTN)上。另外，根据本发明的电缆电话系统具有多个电缆存取单元(CAU)，它们位于用户的室内。诸CAU把数据从室内设备，包括电话和计算机中发出或把数据发送给这些设备。该发明在这一应用中涉及数据控制链路方法，它的提供是为了在CCU和CAU之间消息的传输。
图1是对消息进行分割以便在一对通信设备，例如电缆通信系统的CAU和CCU之间传输所使用的步骤的流程图。过程开始于步骤10，在步骤12中，其中一个设备接收到要传输的消息。在步骤14中该设备确定消息中八比特组的数目。一个八比特组是一个八位长的数字位字符串。尽管最佳方法使用八比特组(即八位字符串)，可以理解的是对于专家来讲任何长度的消息部分都是适用的，因此作为参考的消息部分不如特定为八比特组。当在步骤16中，消息小于或等于预定的比特组的数目时，在步骤18中把帧长度设为八比特组的数目。当在步骤16中消息大于预定的八比特组的数目时，在步骤20中把消息序列号分配给帧。
图2是怎样对消息进行分割以便以多帧来传输的原理表示图。消息30由110个八比特组组成，并且在一个实施例中的每一帧(也称为段)只能携带消息(有效负载)的20个八比特组。结果是，消息30被分成6段，32-42。消息30的每一帧或段被标记为相同的消息序列号44。每帧还具有一个参数(帧长度)，它与帧所携带的消息的八比特组数目相等。第一段32显示出的帧长度(FL)44等于二十。段二到五34-40的帧长度也都是二十。第六段42的帧长度是十。每一帧具有一个参数被称为帧序列号(FSN)46，它对应于消息中段的位置。最后，帧具有一个附加位参数48。当下一帧包含的数据与当前帧来自同一消息时该附加位参数48被设置(即被赋值为1)。
图3是对消息进行分割以便传输所使用的步骤的流程图。过程开始于步骤50，在步骤52中设备(CCU或CAU)接收一个用于传输的消息。该消息包含一个将会包括在帧中的消息路由标识符。下一步，在步骤54中确定消息中的八比特组数目是否小于或等于一个阈值。当消息中的八比特组数目小于或等于阈值时，在步骤56中，把帧长度设为与消息中八比特组数目相等。然后在步骤58中传输帧，过程回到52。
当消息中的八比特组数目并不小于或等于阈值时执行下面的功能；在步骤60中，所有携带消息的帧都被分配一个消息序列号；第一帧序列号被分配给包含消息的第一段八比特组的第一帧；在第一帧中设置附加位。然后，在步骤62中第一帧被传输。在步骤64中，下一个帧序列号被分配给包含下一段八比特组的下一帧。下一帧中帧长度被设置为与下一段八比特组中的八比特组数目相等。在步骤66中，确定下一段是否为最后一段。当下一段不是最后一段时，在步骤68中设置附加位。然后在步骤62中这一帧被传输。当下一帧是最后一帧时，在步骤70中不设置附加位，在步骤58中处理过程继续。
图4是重装被分割的消息所使用的步骤的流程图。过程开始于步骤80，在步骤82中接收一帧。该帧包含一个消息路由标识符，它将被用来确定已重装消息的发送路线。另外，可以被一般人理解的是这样一帧是典型的或是“信息”帧或是“命令”帧，信息帧包含用户数据，如用于电话呼叫的语音数据，命令帧包含系统操作和管理消息。下一步，在步骤84中确定该帧是否为信息帧。当该帧不是信息帧时，在步骤86中处理该帧中的命令，处理过程回到步骤82。当该帧是信息帧时，在步骤88中读取消息序列号和帧序列号。在步骤90中，确定该帧序列号是否大于前一帧序列号。当该帧序列号不大于前一帧序列号时，在步骤92中发出一个否定确认。当该帧序列号大于前一帧序列号时，在步骤94中，消息有效负载被加在前一消息有效负载上。在步骤96中，确定是否设置了附加位。当设置了附加位时，处理过程回到步骤82。当未设置附加位时，在步骤98中，根据接收到的消息路由标识符，消息被组装并按规定路线发送到适当的设备。
图5是一个图表，显示了消息分割方法的一个实施例中参数是怎样设置的。第一列是消息序列号100。所有携带来自相同消息的信息的帧具有相同的消息序列号100。第一个被传输的消息(MSN＝1)从第一行102连续直到第五行110，或者超过五帧。如第六行所示，第二个消息(MSN＝0)在一个单独的帧中发送。该图表显示了参数是怎样在覆盖了4个消息的11帧102-122(行)中改变的。第二列是帧序列号(FSN)124。FSN124为用来发送消息部分的每一帧顺序编号。这样，帧序列号在第一行102中是零，顺序增加，在第五行110中的值为四。第三列是附加位126。附加位126指示下一帧携带的段与当前帧来自相同消息。第四列是帧长度128。帧长度128与帧所携带的消息的八比特组数目相等。消息有效负载130不是在帧中传送的参数。该列显示在接收帧后已传送了的消息的八比特组数目。
在根据本发明的系统的普通操作中，呼叫或其它数据通信会时常被阻断。阻断可能是由于失去同步，噪音干扰，和/或由系统指示的有意的改频(交替链路发射(ALT))。呼叫和数据通信需要尽一切可能恢复。图6-9显示这样的通信链路是怎样恢复的。当初始化ALT时，CCU在发送一个执行交替命令(ALT-EXEC)前挂起通信链路的下行链路部分，意味着在下行链路中将停止发送命令或响应。“下行链路”被理解为特指由CCU传输到CAU的通信，而“上行链路”被理解为特指相反方向的通信。CCU将继续接受任何上行链路的通信链路传输，但截止任何响应，直到通信链路被重连接或重启动。当CAU接收到ALT-EXEC时，它将会挂起通信链路。当CAU完成ALT时，恢复通信链路的过程被用来重建通信链路。ALT过程更详细的描述见美国专利申请，系列号08/564,837和08/564,983，标题为“电缆电话系统中用于在随机化时间片中利用碰撞检测来进行多路存取的方法和设备”，以及“电缆电话系统中分配通信信道的方法和设备”，各自归档于1995年11月29日和1995年11月29日，这里包括进来作为参考。
图6是恢复通信链路使用的信号图。通信链路把电缆控制单元(CCU)140连接到电缆存取单元(CAU)142。当在步骤144中接收到一个执行交替命令时，通信链路在源业务信道146被挂起。然后CAU142调谐到目的业务信道147。然后在步骤148中CAU142传输一个已完成交替消息。CCU通过在目的业务信道147上发送恢复命令150来响应。或是CCU140或是CAU142能够发送恢复命令150，这被概括地称为恢复。然后CAU142发送确认152。上述过程的结果是业务信道的适度挂起和恢复。
图7是恢复通信链路使用的替换方案的信号图。在这种情况下CCU140用一个被挂起模式消息来响应恢复命令。这意味着CCU140未准备好恢复通信链路。该图与图6相似，CCU140发送一个执行交替命令144。CAU142用已完成交替消息148来响应。在这一情况下，CAU142随后传输恢复命令150。CCU140用被挂起模式消息154来响应。然后CAU142等待一个超时期156并随后传输恢复命令150。CCU140用确认152来响应。
图8是恢复通信链路使用的另一方案的信号图。除了在暂停期156到达CAU之前CCU140就已做好准备恢复通信外，图8与图7是相似的。与图6和7一样CCU140发送一个执行交替命令144。CAU142用已完成的交替消息148来响应。CAU142随后传输恢复命令150。CCU140用被挂起模式消息154来响应。然而，在这一情况下CCU140在暂停期之前传输恢复命令150。CAU142用确认152来响应。
图9是恢复通信链路使用的另一方案的信号图。在这一情况下CAU142不能在目的业务信道147上获得同步160。CAU142则调谐至系统存取信道162并传输短的上行线路脉冲串164。短脉冲串和时间排列过程被更详细地描述在美国专利申请系列第08/564,606号，标题为“电缆电话系统中用于在随机化时间片中利用碰撞检测来进行多路存取的方法和设备”，归档于1995年11月29日，这里包括进来作为参考。CAU142用重连接请求168来响应。该请求使CCU140知道这不是一个初始化连接请求。这允许CCU140使这一连接就优先于其它初始化连接。另外，这通知了CCU140，有一个前向通信对话，它允许CCU140和CAU142测出它们在传输流中处于何处。CCU140用一个存取证实消息170来响应，它引导CAU142到达一个新的目的业务信道(业务信道)172。然后，CAU142调谐至新的业务信道并传输一个已失败交替消息174。CCU140用恢复命令176来响应。然后CAU142传输确认178。利用图1-4的消息分割方法，通过把图6-9的适度挂起和恢复过程结合在一起，当通信链路被阻断时就不再需要重传输。那些普通的人可以识别出图6-9说明的发明方案的完成可以用众所周知的编程、硬件和软件的方法以各种等效的方式来进行。
图10-12显示了在CCU和CAU间传送消息所使用的三个帧结构。图10显示了用来携带有效负载或数据的信息帧(I-帧)。图11显示了监控帧(S-帧)。监控帧的目的是用来控制错误和溢出。图12显示了一个无号帧(U-帧)。无号帧用来设置和断开线路，并不包含确认信息。这些帧由唯一的低速信道编码来区别。
图10是信息帧180的原理图。信息帧180显示了不同参数传输用的时序。信息帧180被概括地分为低速信道182和高速信道184。首先传输低速信道182，然后是高速信道184。低速信道182包含一个位组合186，用来指示帧的类型。对于信息帧180该位组合186为‘1010’。在位组合186之后传输消息序列号188。下一个传输帧序列号190。然后传输一个待接收的号码序列N(R)192和一个待传送的号码序列N(S)194。N(R)192和N(S)194由自动请求重发(ARQ)系统使用。然后传输一个附加位196。下一个传输查询/结束位(P/F)198。该位指示是否需要强制性确认。帧长度200和消息路由指示符202作为低速信道182的结束。高速信道184包含消息有效负载204(段)。
图11是无号帧210的原理图。无号帧210包括低速信道182和高速信道184。指示无号帧的位组合186为‘1011110110’。后面跟着的是命令-响应域212。然后是查询/结束位198，帧长度200和消息路由标识符202。在无号帧中高速信道184通常是空的。
图12是监控帧220的原理图。监控帧220包括低速信道182和高速信道184。指示监控帧的位组合186为‘1011111001’。后面跟着的是接收到的号码序列N(R)192。然后传输命令-响应域212。后面是查询/结束位198，帧长度200和消息路由标识符202。图10-12的帧结构允许数据链路控制方法有效地工作，而且它们对于数据链路控制方法的任何特点都是很关键的。
图13是能够使用上述数据链路控制方法的电缆通信系统240的原理图。通信系统240连接到本地数字交换242。本地数字交换242是公用电话交换网系统(PSTN)的一部分。连接到本地数字交换上的是电缆控制单元(CCU)244。CCU244具有一个存储器(机器可读的存储介质)246，用来存储机器可读的数据。存储器可以是ROM，芯片EPROM，硬盘或其它计算机存储介质。正如专家们可以很容易理解的那样，存储器将包含指令来执行图1-12描述的方法。CCU244连接到携带数字数据的电缆线路248。电缆存取单元(CAU)250连接到电缆线路248的另一端。CAU250包含一个存储器252。CAU250对在POTS(普通老式电话业务)电话254和电缆通信系统240之间传输的信号进行翻译。
图14是电缆存取单元250的框图。CAU250具有耦合到电缆线路248的收发信机260和其它提供给用户室内的电缆服务。收发信机260受控于处理器262。处理器262耦合到用户环路接口(SLI)263。SLI263把电缆线路248携带的数字数据转换为普通老式电话业务(POTS)线路254的模拟格式。处理器262耦合到存储器(机器可读的存储介质)252。存储器252包含机器可读的数据，处理器262使用它们来实施这里所描述的方法。在一个实施例中处理器262还连接到接口264。接口264可以操作用来从外部信源接收机器可读的数据。机器可读的数据可以被用来修改存储器252中的软件。在一个实施例中，接口264接收一个计算机磁盘(机器可读的存储介质)266。计算机磁盘266包含机器可读的数据，用来在存储器252上修改软件。在另一实施例中，存储器252是一个半导体芯片，并包含用来实施这里描述的方法的软件指令。这里描述了一个数据链路控制方法，它能够区别新的和重建的通信链路。通过能跟踪剩下消息的分割和重装消息的方法，它能变得更为方便。适度的挂起和恢复方法允许设备知道链路正被挂起以及这是一个已恢复的数据链路。最后，帧结构或传输方法允许设备有效地通信以达到这些或其它目的。
虽然本发明这里是结合特殊实施例来描述的，很明显，对于专家来说根据前面的描述很容易有许多替换、修改和变换。相应地，在所附的权利要求中规定包括所有这些替换、修改和变化。