通过次站访问共享传输介质的方法与系统 本发明通常涉及数据通信。
本申请涉及以下转让给本申请的受让人的美国专利申请，这里作为参考文献：CX095004 用于混合争用和轮询协议的方法和装置CX095007 用于多链路轮询的方法、装置和系统CX095008 共享介质中多重应用之间频谱管理的方法和系统CX095009 用于混合有限争用和轮询协议的方法和装置CX095011 运用深度优先搜索技术解决混合争用和轮询协议冲突的系统和
方法CX090012 共享介质中多重应用之间频谱管理的方法和系统
在一些配置中，一个计算机网络包含一个与一些次站通信的主站。次站可能是一个为通过有线电视基础结构传送和接收数据而设计的调制解调器。主站可能是装备了发送器和接收器的调制解调器服务器，用于在有线电视基础结构上进行数据交换。
在一种网络类型中，主站通过下行信道向次站发送信息。次站通过上行信道向主站发送信息。主站控制发向或来自次站的通信。随着连接在主站上的次站数目的增加，主站与次站间通信控制的复杂性也增加了。
已经发展了一些协议来协助进行这样的通信控制。一类协议采用轮询规则。轮询规则允许多个传输设备共享访问一个传输介质。主站通过依次向每个次站传送轮询来控制次站对传输介质的访问。典型地，主站将为响应轮询而发送的数据量限制为一个固定的帧数。
这种方式在两个问题上存在缺陷，第一，在帧长度变化的系统中，主站在传送轮询之前不知道在响应轮询时将返回的数据的特性或数量。其结果就是，包含较少大尺寸帧的次站的性能要好于包含较多小尺寸帧的次站地性能。
第二，由于响应轮询能传送的帧数是一定的，系统不能快速适应共享介质上数据流量模式的变化。改变数据流量模式的唯一方法是改变响应一次轮询所能发送的帧数。这需要重新配置次站或控制信号，每种方法都会使带宽和时间增加。
因此，迫切需要一种改进的协议。
图1是系统框图
图2是主站框图
图3是次站框图
图4是主站协议过程的流程图
图5是次站协议过程的流程图
改进的协议能够提供用恰当的方式对共享传输介质进行的访问，并能够对数据流量模式的改变进行快速响应。该协议通过在每次轮询中含一个由字节表示的规定对该轮询响应时所能发送的最大数据量的信息单元，能够动态控制对一次轮询进行响应所发送的数据量。该协议更能够通过包含检测次站数据拥塞的能力，对共享介质上的数据流量模式的改变进行动态响应。
图1显示了一个数据通信系统8，用于通过次站对共享传输介质进行访问。主站10与多个次站12，14，16进行通信。主站10通过共享传输介质向次站12，14，16中的一个或多个传送数据。共享传输介质可能是用于有线电视基础结构的同轴电缆或混合纤维光/同轴电缆，或是用于模拟和数字通信网络的双绞线介质，或任何无线通信介质。
下行信道18连接主站10与次站12，14，16。主站10是唯一允许在下行信道18上传送数据的设备。次站通过另一个传输介质向主站传送数据，称为上行信道。次站12，14，16不能向另外的次站12，14，16传送数据。次站12，14，16共享上行信道20。为防止在上行信道同时或重叠传送而毁坏数据，在同一时刻只有次站12，14，16中的一个被允许传送数据。主站10通过在下行信道18向次站12，14，16中的一个传送称为轮询的特殊的数据帧，来控制哪个次站能够在上行信道20上传送数据。收到轮询后，次站就能在上行信道20上传送数据。
下行信道可以是5MHz到1GHz的有线电视频谱中的带宽为6MHz的射频模拟信道。典型地，下行信道采用可用频谱中的350MHz到1GHz部分进行数据传输。在6兆赫的下行信道的数据传输中采用64态的正交调幅方案，具有每秒5百万符号的符号率，每个符号为6比特，数据传输率为每秒3千万比特。
上行信道可以是位于从5MHz至1GHz的有线电视频谱中任何位置的带宽为600千赫的射频模拟信道。典型地，上行信道采用可用频谱中的5兆赫到42兆赫的部分进行数据传输。在600千赫的上行信道的数据传输中采用差分正交相移键控调制方案，具有每秒384000符号的符号率，每个符号为2比特，数据传输率为每秒768千比特。
当然，可以使用不同的信道频宽和调制方案。
主站10更加详细地表示在图2中。主站10包含轮询控制器30，用于确定将被轮询的次站的次站轮询表数据库38，以及数据流量控制器40。轮询控制器30向数据流量控制器40提供如下信息：用应用数据响应轮询的次站的数目，由次站发送的数据量，以及哪个次站有拥塞现象。数据流量控制器40吸收这些数据，并根据次站优先权和传输分配维护次站轮询表数据库。轮询控制器30通过主站发送器34经下行信道18向次站传送轮询信号。加法器36将轮询和应用程序经下行信道18传来的应用数据混合，传到次站。次站经上行信道20传送的数据被主站接收器32接收。在数据从接收器32流向应用程序时，轮询控制器30检查所有接收的数据。这就允许轮询控制器30检测包含在次站传送的应用数据帧头中的拥塞信息。
在图3中，一个次站12包含上行访问控制器50和传送控制器54。上行访问控制器50检查所有由次站接收器58接收的由主站10发送的在下行信道18上传送的数据。一些数据是提供给应用程序的应用数据，而其他数据为轮询信息。当带有次站认可的地址的轮询被接收时，上行访问控制器50检查包含在轮询中传送的传输分配信息单元。上行访问控制器50向传送控制器54提供传输分配。传送控制器54激活次站发送器56，开始在上行信道20传送数据。当传输分配耗尽，次站发送器56被关闭。数据流量控制器40同时检查在传送队列52中等待传送的应用数据的数量。如果数据量过多，数据流量控制器40就在应用数据帧的头中表示出现拥塞，通过上行信道20传送至主站10。
图4和5表示主站用轮询规则控制一个或多个次站对上行信道20进行访问的协议。包含在协议中的是一种控制用比特表示的次站响应轮询所允许传送的最大数据量的方法。协议还包括一种检测次站中是否出现数据拥塞的方法。
包含在主站10传送的每个轮询中的是：指示在响应轮询时能够在上行信道20传送的最大应用数据量的单元。包含在主站10的是包含所有被轮询的次站的标识符、或地址的数据库。数据库中还包括每个次站的传输分配。由主站10中的数据流量控制器40来维护该数据库。主站10中的轮询控制器30从数据库中获得次站的地址和传输分配，并且向该地址表示的次站传送一个包含传输分配信息单元的轮询，然后轮询控制器30等待次站的响应。
图4为主站10执行步骤的流程图。主站10一直等待(102)，直到轮询开始。轮询开始后，轮询控制器30从次站轮询表数据库38中获得次站的标识(1D)，然后传送一个轮询(106)，传送轮询后，主站等待响应(108)。
从上行信道20收到来自次站的响应后，轮询控制器30检查帧头，以确定响应的次站的传送队列是否出现拥塞。轮询控制器30通知数据流量控制器40在次站的轮询响应中接收到多少数据(111)。如果没有拥塞指示，响应被适当的转发，并且主站10从轮询表数据库38中获得下一个次站的ID，过程重复进行。
如果出现拥塞，轮询控制器30向数据流量控制器40发送拥塞信息(109)，然后，如果必要，数据流量控制器40为该次站和其余的次站调整传输分配(110)，并且在次站轮询表数据库38中调整轮询优先级(112)。调整传输分配(110)包括改变次站12，14，16在响应轮询时可以向主站发送的数据量。如果次站12，14，16发生拥塞，传输分配将会增加。另一方面，如果次站12，14，16在一段时间内没有发生拥塞，传输分配将会减少。这样，系统能够在许多次站间持续优化传输分配。
然后，数据流量控制器40将命令轮询控制器30继续轮询。
如果在预定的时间内没有应用数据对轮询进行响应，轮询控制器30就通知数据流量控制器40该次站不传送任何数据(113)。轮询控制器30将继续轮询下一个次站。
数据流量控制器40接收上述的轮询控制器30的输入，从次站接收的数据量(如果接收到的话)，以及任何次站中的传送队列拥塞的出现，次站的编号存在次站轮询表数据库38中，并调整传输分配和轮询优先级，以便优化上行信道20上的数据传输性能。
图5为次站执行步骤的流程图。次站12等待轮询(202)。一旦从下行信道18接收到轮询，次站中的上行访问控制器50将检查包含在轮询中的传输分配信息单元(203)，并且将该信息提供给传送控制器54。然后传送控制器54通过激活发送器来设置传输分配，并且经上行信道20向主站10传送数据(206)。传送控制器54同时持续监视在传送队列中等待传输的应用数据的数量。如果在传送队列中的数据量过多，传送控制器54就修改上行帧头的一个位域，指出次站12中的传输数据出现拥塞。
上述方法与装置具有许多优点。第一，与在响应轮询时允许传送的数据和帧的单元是固定的协议相比，该网络具有更适当的使多个次站共享访问传输介质的能力。此外，该协议能够通过响应数据流量状况的变化来动态改变传输分配，从而提高网络性能，且不需要重新配置次站。最后，该协议能检测次站出现的数据拥塞，并且能通过改变传输分配和轮询优先级来快速减轻拥塞。