检测及轮询下行调制解调器的方法 本申请要求2001年8月3日提交的美国临时申请No.60/309,809“在以例如树及分支网络分布的无源同轴电缆的共享传输介质中有效检测及轮询下行调制解调器的方法”的优先权。
为了方便读者，说明书最后的词汇表定义了本发明领域使用的各种缩写及其它术语。对确定了本发明系统操作的申请人使用的其它术语的定义贯穿了整个说明书。为了方便读者，申请人加上了多个标题以使本说明书的内部组织更加清晰，并便于确定具体讨论地位置。这些标题仅仅是便利的辅助手段，并不受到在具体主题中发现的文本的限制。
为了使说明更加清楚，使用了共同的技术术语。应当将发明公开范围内适用于实现某些目的的特定术语的使用视为包括了所有实现相同目的的技术等效物，无论是特定部件的内部操作还是可选的部件均使用了相同的原则。不应将使用这种提供了清晰性的特征视为限制了特定部件的公开范围，除非在下文的说明或权利要求中明确地做出了限制。
【技术领域】
本发明涉及通信系统领域，具体地是在以树及分支网络分布的无源同轴电缆之类的共享传输介质网络中，中心服务器和多个远端调制解调器之间进行分组通信的方法。
背景技术
为了提供本发明的上下文并表示出本发明的工业实用性，值得注意的是本申请建立在以共有受让人名义申请的序列号为09/482,836的共同未决美国专利申请“局部同轴电缆中的高速数据通信”中公开的概念的基础上，该申请的优先权日为1999年1月13日。
‘836申请描述了一种能够在现有用于电视信号分布的树及分支同轴电缆网络中使用的系统。该系统包括在树及分支网络的末端从中心服务器到一组客户调制解调器的下行数据通信信道。该系统还包括用于从客户调制解调器到中心服务器返回通信的上行信道。
‘836申请公开了一种RF同轴电缆传输系统，其中所有信息以连续方式从服务器流向一个或多个客户调制解调器(下行)，并将所有信息以突发方式从一个或多个客户调制解调器发送到服务器(上行)。
本申请还对以共有受让人名义申请的序列号为09/818,378的共同未决美国专利申请“无源多点网络中自动分布调制解调器通信增益控制的结构及方法”中公开的概念进行了扩展，该申请的优先权日为2000年3月30日。为了减少对378’申请中公开材料的重复，将378’申请合并参考。由于本申请在先前提交申请范围基础上提出了改进，因此在合并参考的文本或图和本公开的文本或图之间存在着冲突，当然本公开的内容更具有普遍性。
从服务器到一个或多个客户调制解调器的数据是连续的并且客户机端的AGC电路允许客户机设置其接收功率电平并开始下行RF数据的解码。从客户机到服务器的数据流是突发的，因此用迭代方式对客户机发送传输的RF功率水平进行设置以补偿返回到服务器的损失。’378申请中描述了这一概念。
由于上行信道和下行信道各自使用独特的频率以发送其数据，因此下行和上行数据流是并发的。
在各个客户调制解调器，通过加到下行消息信头的唯一地址对下行流动的数据进行识别。服务器通过被称作发现(discovery)的过程找到客户调制解调器，因此得到其地址。
现有的发现及轮询技术由于增加了运行系统必须的开销而增加了网络的负担。引入的开销有两种基本类型，第一，不是有效载荷的传送的管理专用数据帧部分；第二，出于管理目的而没有真正(ture)有效载荷的发送帧的使用。(“真正有效载荷”指区别于伪有效载荷或与数据有效载荷相对的控制设置的传送)。由于这些管理帧使用了通信信道(下行和上行)而不传送真正的有效载荷，因此开销的后一种形式是真正繁重的。
本发明的目的是提供一种用于服务器识别一个或多个未发现的客户调制解调器的有效处理。
本发明的另一个目的是改进轮询处理以减少轮询已知没有有效载荷上行发送的客户调制解调器所花费的时间。
附图及随后的详细说明会使本发明的这些及其它优点显而易见。
【发明内容】
本公开包括一种方法的多种形式，通过判断存在作出响应的未发现装置并然后迭代地判断新发现客户机装置地址中每个未知位的值，该方法能够有效地发现例如客户调制解调器之类的客户机装置的地址。只要完全查明了未发现装置的地址，就可以命令该新发现装置不需要响应需要未发现装置利用发送数据作出响应的下行通信。即使有两个或更多未发现装置做出了响应，本公开方法也能识别未发现客户调制解调器的地址。
本公开还包括一种方法的多种形式，该方法能够有效地轮询一组客户调制解调器，从而判断哪一个(如果有)具有要发送的上行数据。通过轮询组消息的使用以及将多个客户调制解调器的响应级联成连续短暂时隙序列，允许快速及有效地识别有上行数据发送的客户调制解调器的小子集。一但识别了客户调制解调器的子集，就能够将特定的轮询请求发送到子集中独个的客户调制解调器以完成当前回合的轮询。通过减少轮询过程的低效，可以更频繁地轮询调制解调器。
在优选实施例中，由于在为未发现客户调制解调器预留的设置时隙内，可以通过响应对未发现客户调制解调器进行设置以响应组轮询请求，因此可以将组轮询用作识别未发现客户调制解调器中的初始步骤。由于组轮询使用了分级检测器判断响应的存在或不存在，即使在同一时隙存在两个或更多未发现调制解调器，该方法也能够工作。
【附图说明】
图1包含了对1)当特定轮询装置中不存在任何上行数据时，轮询单独装置和浪费上行信道与2)多个调制解调器对组轮询消息的反应之间差异量的描述。将轮询三个单独调制解调器与组轮询一百个有源调制解调器进行了比较。
【具体实施方式】
现在将参考附图对本发明进行更为全面的说明，其中将给出本发明的优选实施例。
不过，本发明被包含于多种不同形式中，且不应当被解释为受到此处所述实施例的限制；相反，提供了这些实施例，从而使本公开彻底及完全，并且将本发明的范围完全传达给了本领域技术人员。
发现
在诸如客户调制解调器启动、复位或重连接之类的特定事件之后，需要服务器发现该客户调制解调器，从而能够轮询该客户调制解调器以检查该客户调制解调器是否有上行数据，并因此需要使用上行信道。
查找未发现客户调制解调器地址的方法有两部分。第一部分是检测先前未发现客户调制解调器的存在。第二部分是有效地查明该客户调制解调器的地址。
在一个优选实施例中，通过发送带有最低有效地址的特定消息(发现消息)以及等待来自任何其地址大于或等于发现消息中发送的地址的一个或多个未发现客户调制解调器的响应来启动该方法。如果系统中存在任何侦听到的未发现调制解调器，它(们)会做出响应。这是因为由于任何未发现调制解调器的地址必须等于或大于发现消息中发送的最低可能地址，因此该发现消息迫使所有的未发现调制解调器做出响应。先前未发现调制解调器已经接收到了表示该调制解调器已被发现的消息，且该调制解调器不再响应发现消息。因此，只有那些未发现调制解调器会进行答复。
由于初始状态下上行路径的衰减未知，因此客户机必须利用发送上行消息以最大功率进行响应以保证该消息的强度足以触发服务器的接收器。在服务器使用了级别指示符以表示客户机做出了响应。系统不会依赖伴随着新未发现客户调制解调器的响应发送的数据细节。注意到即使由于下一个发现消息加入了两个调制解调器，由于服务器卡片寻找来自调制解调器集合中的任何响应，因此两个调制解调器对发现消息的响应也不会成为问题。所以，总线争夺引起的失真也不会成为问题。
在优选实施例中，一但服务器发现有未发现客户机正在侦听且需要上行服务， 就会使用设置的地址字段的MSB重复发现的消息。例如，对于4位地址字段而言，该地址由最低可能地址变为1000(十进制8)。这意味着现在将地址设置为近似最大地址值的一半(例如，在0-15的地址范围内为8)。任何地址大于或等于该中间值地址的未发现调制解调器均会做出响应，并且就会得知响应的客户机地址以设置MSB。如果调制解调器没有响应，则服务器会得知没有任何未发现调制解调器具有设置了MSB的地址。
保存该MSB的发现/解析状态，并当测试下一个最高有效位时，将其用于下一个发现过程的迭代。对于每一个地址位重复该过程，直到对所有的地址位均进行了解析。迭代的总数取决于需要被发现的地址位的数目。
如果地址大于或等于请求地址，则这些调制解调器响应发现请求这一事实对本发明的意义不大。假设其地址小于或等于或小于或大于请求的发现地址，如果命令所有的调制解调器做出响应，则会进行相同的处理。测试准则的选择改变了会首先识别多个客户调制解调器中的哪一个，但不会背离本发明的普遍实质。优选实施例再每一次迭代中查明未发现地址的一位。还可以使用其他效率较差的未发现地址查明方法。
示例给出了4位地址的地址解析过程：
1服务器发送地址设为0的发现请求。
2至少一个客户机响应。(因为存在至少一个未发现客户机，因此继续处理，否则发现过程结束)
3服务器发送地址设为8的发现请求。
4无客户机响应。(客户机地址的MSB是0)
5服务器发送地址设为4的发现请求。
6至少一个客户机响应。(设置客户机地址的位2)
7服务器发送地址设为6的发现请求。
8至少一个客户机响应。(设置客户机地址的位1)
9服务器发送地址设为7的发现请求。
10无客户机响应。(客户机地址的位0是0)
11服务器得知存在地址是6的客户机。
第二个示例是地址为6和5的两个未发现调制解调器：
1服务器发送地址设为0的发现请求。
2至少一个客户机响应。(因为存在至少一个未发现客户机，因此继续处理，否则发现过程结束)
3服务器发送地址设为8的发现请求。
4无客户机响应。(客户机地址的MSB是0)
5服务器发送地址设为4的发现请求。
6至少一个客户机响应。(设置客户机地址的位2)
7服务器发送地址设为6的发现请求。
8至少一个客户机响应。(设置客户机地址的位1)
9服务器发送地址设为7的发现请求。
10无客户机响应。(客户机地址的位0是0)
11服务器得知存在地址是6的客户机。
细心的观察者会注意到发现地址为6的一个客户调制解调器的过程与从地址为6和5的两个未发现调制解调器中发现第一客户调制解调器的过程相同。因此，由于服务器使用了级别指示符检测客户调制解调器响应，另一个地址类似的客户调制解调器的存在不会引起任何问题。
现在发现了地址是6的客户调制解调器，命令该发现的客户调制解调器不要响应发现消息。通过相同步骤继续进行处理和步骤以确定剩余未发现客户调制解调器的位置。
注意到使用上述处理节约的开销随着可能的地址数目而增加。目前申请人测试了基于24位的地址，而不是4位。
注意到可选的实施例使用了另一种类型的消息得到来自任何先前未发现装置的响应。该优选实施例使用了极端地址，这时未知地址小于或等于该极端地址，因此系统中响应的所有装置的地址都会小于或等于该极端地址，或者这时未知地址大于或等于下行消息中的地址，系统中响应的所有装置的地址都会等于或大于最小地址。如果设置了未发现装置响应这种消息，则第一步骤将使用无地址的初始消息。
注意到可以将发现处理的实现与如下所述的组轮询相结合，不过可以周期性地执行发现未发现装置的过程，或基于某些其它触发器，或与或不与组轮询的特定响应相结合。
为更好地理解发现过程如何顺应整个方案的，下面将描述作为组轮询过程的一部分。
组轮询
服务器可以在任意时刻发送发现消息，不过，存在着特定机制，允许客户调制解调器自身请求发现的发生。此特定机制是组轮询的一部分。
为了识别准备好上行数据传输的客户机，将特定广播消息发送到所有客户调制解调器。在将调制解调器彼此区分的预分配独特时隙，有上行数据的客户机准备好响应。
在一个最优选的实施例中，在我们的轮询表中基于其次序分配时隙，将时隙0留给未发现的调制解调器。网络软件驱动器会在轮询表中为已发现的地址分配位置。在该表中实际的位置是不相关的，但通常用新发现的调制解调器来填充缺口(gap)。因此，最终会去除缺口，而不需要将索引值重新分配给激活模式的剩余集合。在一个优选实施例中，每一个索引允许5μs时隙用于一个客户调制解调器发送响应。
注意在实际中，当基于分组通过同轴电缆从服务器到客户机再返回的最大往返行程设置时隙窗时，与其他持续时间相对的5μs时隙持续时间的选择是取决于从服务器到最远客户机的距离。一个优选实施例允许使用默认值5μs(标称)，不过可以从5μs步进到20μs。
如果5μs时隙足够且系统有总共128个有效时隙，则系统需要128*5μs＝640μs用于一组轮询对所有128个调制解调器的响应。可选地，通过限制向那些来自所有激活客户调制解调器的充足响应分配时间，系统可以将分配给组轮询响应的时间减少到一个较小的时间段。如上文所注意到的，由于将激活调制解调器加到系统中并填充了任意缺口，该优选实施例将时隙分配给激活调制解调器，因此就可以将所有的激活调制解调器分配给连续的轮询响应时间集合(忽略新近从客户调制解调器激活移动到非激活的的未填充缺口造成的短暂影响)。对于具有最大数目可能激活部分和相对较少数目激活部分的系统来说，通过减少分配轮询响应时间引起的开销节约是值得重视的。
示例
当使用100个调制解调器系统时，一对简单示例会表示出普通轮询与组轮询在操作上的差别。
普通轮询示例
轮询：主终端将控制消息作为对从终端发送的邀请发送到从终端。来自：http//www.flw.com/define_p.htm
轮询 远程通信。1在共享通信线路上询问每一个终端以确定哪一个终端有消息等待在公共总线发送的过程。在共享通信线路上询问每一个终端以确定哪一个终端有消息等待在公共总线发送的过程。2通过该过程处理器允许一个或多个外部单元依次选择性地使用信息的反馈过程。通过该过程处理器允许一个或多个外部单元依次选择性地馈入信息的过程。来自：http//www.harcourt.com/dictonary/def/7/9/4/5/7945300.htm
回到图1，在已知类型的现有技术轮询中，为了上行数据连续地轮询每一个调制解调器。当轮询时，如果有准备好的上行数据，被轮询的调制解调器发回带有数据的短响应。在这种方式下，为了上行数据逐一轮询每一个调制解调器。由于客户机只在帧边沿发现了消息的开头，如果没有上行业务准备好传输，则整个帧时隙就被浪费了。如图1中最上边两条线路所示，目标轮询请求是104、112及120的单元1、2及3的轮询没有引起任何来自三个被轮询调制解调器的响应帧，但将上行信道分配给了时隙108、116及124。确定这些时隙的大小用于响应帧的传输。这种用于响应帧的时隙分配引起了多个未使用时隙，这导致上行信道利用率的减小。浪费了每一个对没有数据的客户调制解调器的轮询。该过程具有高重复性。
轮询调制解调器1，如果有数据准备好，则利用数据响应。
轮询调制解调器2，如果有数据准备好，则利用数据响应。
轮询调制解调器3，如果有数据准备好，则利用数据响应。
轮询调制解调器4，如果有数据准备好，则利用数据响应。
轮询调制解调器5，如果有数据准备好，则利用数据响应。
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轮询调制解调器97，如果有数据准备好，则利用数据响应。
轮询调制解调器98，如果有数据准备好，则利用数据响应。
轮询调制解调器99，如果有数据准备好，则利用数据响应。
轮询调制解调器100，如果有数据准备好，则利用数据响应。
轮询调制解调器1，如果有数据准备好，则利用数据响应。
轮询调制解调器2，如果有数据准备好，则利用数据响应。
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组轮询示例
为了使由于轮询无数据发送的调制解调器浪费的时间最少，使用了组轮询方法。在组轮询中，将广播消息204发送到所有调制解调器。每一个需要服务的调制解调器在总合响应时间208内其预定的时隙以短突发能量做出响应。记录这些时隙响应216，并随后仅将普通轮询消息发送到少数请求服务的调制解调器。例如在图1中，对向100个激活客户调制解调器发出的广播204的响应包括客户机8、9、10、18、19、34、43以及76有数据的信息。时隙是普通响应帧的片断。在当前系统中，普通帧是62μs且时隙是5μs。
因此在此具体接口中，通过允许所有调制解调器在其使用的时间的片断中告知系统需要服务的调制解调器的身份以将有效调制解调器进行列表，减小了浪费的轮询时间，这使得存在着系统性能至少以12：1增加的机会。一但完成了需要服务的调制解调器的列表，就执行对那些特定调制解调器的普通轮询。通过这两个步骤的处理，可以保持很低的用于无数据发送的较大百分比的调制解调器的上行信道时间代价。由于整个无数据发送调制解调器的轮询浪费了较少的时间，本系统的另一个优点在于可以更频繁地轮询下行调制解调器。这种调制解调器轮询次数的增加会减少与等待允许调制解调器使用上行信道的数据相关的延时。如果大量的大多数调制解调器没有数据要发送，则本系统的此优点会更为明显。
本发明的另一种形式是给某些客户调制解调器分配为对某些组轮询广播消息响应的一组，并且给其他客户调制解调器分配对不同组轮询广播消息响应的组。每一组客户调制解调器会响应适当的组轮询广播，且单个的客户调制解调器在分配的时隙之内做出响应。所述与组轮询统一的优点应用于分片组轮询。使用分片组轮询的原因包括使多个需要的客户调制解调器有两个或更多较小组轮询响应连续周期。可以基于从服务器到客户调制解调器的距离选择子组。为了提供不同的业务级别，还可以建立子组，能够比其它子组更频繁被轮询一个子组。
尽管该优选实施例在时隙中发送了肯定信号以表示有要发送的数据，本领域的技术人员会承认当客户调制解调器没有要发送的数据时，使客户调制解调器在分配的时隙发送响应的系统应当在本发明的公开的范围之内。同样本领域技术人员能够建立其它传统装置可识别的信号。例如，如果分配给响应的时隙足够长，就可以区分时隙起始的响应和时隙后面部分的响应。
这里是一个两步骤轮询过程的示例。
发送组轮询，调制解调器2和65响应(它们有要发送的上行数据)。
轮询利用数据响应的调制解调器2。
轮询利用数据响应的调制解调器65。
发送组轮询，无调制解调器响应。
发送组轮询，无调制解调器响应。
发送组轮询，无调制解调器响应。
发送组轮询，调制解调器2和32响应。
轮询利用数据响应的调制解调器2。
轮询利用数据响应的调制解调器32。
发送组轮询，调制解调器2、22、74和99响应。
轮询利用数据响应的调制解调器2。
轮询利用数据响应的调制解调器22。
轮询利用数据响应的调制解调器74。
轮询利用数据响应的调制解调器99。
发送组轮询，无调制解调器响应。
发送组轮询，调制解调器65响应。
轮询利用数据响应的调制解调器65。
组轮询与发现结合的示例
下文中的示例表示了一个对未发现调制解调器并准备好上行数据的整个处理的优选实施例。为了提供前后关系，该过程的演示参照了参考共同未决申请中公开的其他创新方法的优选实施。
1.服务器发送地址字段被设为0000的组轮询。
2.未发现的客户机X响应该组轮询，通过在时隙1(图1中的212)发送，开始上行请求。(服务器识别出未发现客户机的出现，将用于未发现调制解调器的时隙0留出。)可以设置服务器以立刻开始发现一个或多个未发现调制解调器地址的过程，或者服务器可以稍后开始发现过程，例如在轮询响应每一个有要发送的上行数据指示的先前识别调制解调器之后。
3.服务器开始以未发现客户机X的地址解析开始的发现序列。服务器发送地址1000的组轮询。
4.一但地址解析完成，根据上述参考的’378申请，将轮询消息序列发送到客户机X以保证优化地设置其上行发送级别。
5.设置客户机X的发送级别之后，发送普通的轮询消息以确认解析的地址。在一个优选实施例中，通过发送一系列其响应基本上被忽略的轮询，设置功率级别，直到该功率级别正确。在这一点，发送三个以上响应被忽略的轮询。如果这三个中最终有一个轮询被正确接收，则准备好将指示了现在发现了该调制解调器的消息发送到该调制解调器，并将其在服务器中注册，并给出客户机索引值以表示组轮询使用了哪个时隙。
6.在具有有效上行响应的客户调制解调器X适当地确认地址之后，将最终消息发送到客户调制解调器X，通知客户调制解调器X它已被注册。向客户调制解调器X提供取得上行服务的索引。该索引用于指定响应的时隙。(如果没有确认地址，则该发现异常中断，且服务器和客户机X均返回它们之前的状态。)
7.发送组轮询，且所有有上行数据的调制解调器响应，其中包括客户调制解调器X，如果客户调制解调器X有要上行发送的数据，在其根据新分配索引的时隙中做出响应。
8.与其它响应有要发送的上行数据指示的先前被识别调制解调器相似，将发出特定寻址到客户调制解调器X的普通轮询，客户调制解调器X检索数据。
该优选实施例在分配的时隙使用了来自任何未发现调制解调器的肯定信号，还使用了来自任何有上行数据发送的先前已发现调制解调器的肯定信号。如上所述，已发现调制解调器有发送数据的指示不是必要的信号或改进信号，但是这样就不易于实现有关未发现调制解调器的操作，且使用两种不同方案的优点不够明显。
本领域的技术人员承认本发明的方法和装置有许多应用，并且本发明并不限于用于促进本发明理解的特定示例。此外，如本领域技术人员所知，本发明的范围覆盖了这里所述系统要素的变化、修改和替代。
例如，尽管在使用旧型号(legacy)同轴电缆的树及分支网络环境中使用了本发明，还可以将本发明用于其它有集线器或服务器与多个客户机装置的共享通信介质中。
要求的发明范围的法律限制有随后的权利要求及延伸覆盖的法律等同物提出。那些不熟悉等同物法律标准的人应当请教之前向授予本专利权利的例如美国专利与商标局或其相应机构注册从业的人。
缩写词汇表
AGC自动增益控制
DVB数字视频广播
LSB最低有效位
MSB最高有效位
RF射频
TDM时分复用