专利名称：双层网络中的调度的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及点对多点网络中的调度。
背景技术：
包括不同介质(例如，光学介质和同轴介质)的双层网络由于经由不同介质所使用的协议间的差异，使得存在对至终端站以及自终端站的传输进行调度的困难。需要方法及·系统来克服这些不足。
发明内容
本发明的一方面提供了一种用于对双层网络中的上行传输时间进行调度的头端节点，包括调度器，被配置为生成第一消息，以为终端站经由所述双层网络的分支介质向分支节点传输数据分配带宽和第一时间实例；消息转换器，耦接至所述调度器，并被配置为确定来自所述终端站的数据到达所述分支节点的第二时间实例并生成第二消息，所述第二消息授予所述分支节点带宽以通过所述双层网络的主干介质将从所述终端站在所述第二时间实例接收到的数据传输至头端节点。其中，所述调度器是有线线缆数据服务接口规范(DOCSIS)调度器，所述终端站是线缆调制解调器，所述第一消息是MAP消息，所述第二消息是GATE消息，所述双层网络的所述主干介质是光学介质，所述双层网络的所述分支介质是同轴线缆介质。其中，所述调度器被配置为从所述分支节点接收带宽请求，其中所述请求源自通过所述分支介质耦接至所述分支节点的所述终端站。其中，所述调度器基于与所述终端站相关联的服务质量(QoS)以及服务水平协议，确定要分配给所述终端站的所述第一时间实例(the first instance in time)以及带宽量。其中，节点进一步包括耦接至所述调度器的时基，所述调度器被配置为基于从所述时基接收到的数据确定所述第一时间实例。其中，节点进一步包括耦接至所述MAP转换器的时基，所述MAP转换器被配置为基于来自所述时基的数据确定所述第二时间实例。其中，节点进一步包括用于传输所述MAP消息和所述GATE消息的无源光网络(PON)物理(PHY)层，其中所述分支节点对所述GATE消息进行存储和处理并将所述MAP消息转发至所述线缆调制解调器。本发明的另一方面提供了一种分支节点，包括第一下行物理层(PHY)，被配置为从头端节点接收第一消息及第二消息；以及第二下行物理层，耦接至所述第一下行物理层并被配置为将所述第一消息传输至終端站；其中，所述第二消息指定所述分支节点将从所述终端站接收到的数据传输至所述头端节点的第二时间实例，其中，所述第二时间实例约等于所述分支节点从所述终端站接收所述数据的时间。其中，所述第一下行物理层是无源光网络下行物理层，所述第二下行物理层是有线线缆数据服务接ロ规范(DOCSIS)物理层，所述第一消息是MAP消息，所述第二消息是GATE消息，所述终端站是线缆调制解调器，所述头端节点包括线缆调制解调器终端系统(CMTS)。其中，所述分支节点通过无源光网络(PON)耦接至所述头端节点并通过同轴网络耦接至所述线缆调制解调器。其中，节点进一歩包括被配置为在将所述数据传输至所述头端节点之前对从所述終端站接收到的数据进行存储的缓冲器。本发明的又ー发明提供了一种用于对双层网络中的上行传输时间进行调度的方 法，包括生成第一消息以将带宽和第一时间实例分配给第一设备，以将数据传输至分支节点；确定来自所述第一设备的所述数据到达所述分支节点的第二时间实例；及生成第二消息，所述第二消息授予所述分支节点带宽以将所述第一设备在所述第二时间实例接收的所述数据传输至头端节点。该方法进ー步包括从所述分支节点接收带宽请求，其中，所述请求源自所述第一设备。该方法进ー步包括基干与所述第一设备相关联的服务质量(QoS)以及服务水平协议，确定要分配给所述第一设备的第一时间实例以及带宽量。其中，所述第一设备是线缆调制解调器，所述头端节点是线缆调制解调器终端系统(CMTS)。该方法进ー步包括基于从DOCSIS时基接收到的数据确定所述第一时间实例。该方法进ー步包括基于来自无源光网络(PON)时基的数据确定所述第二时间实例。其中，所述第一消息是MAP消息，所述第二消息是GATE消息。该方法进ー步包括将所述MAP消息及所述GATE消息传输，其中所述分支节点对所述GATE消息进行存储和处理以确定所述第二时间实例，并将所述MAP消息转发至对所述MAP消息进行存储和处理的所述线缆调制解调器以确定所述第一时间实例。
包含的附图用于提供对本发明的进ー步理解，并且结合于本说明书中并且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，并且将与描述一起用于解释本发明的原理。附图中图I示出了双层网络的拓扑。图2示出了主干介质是无源光网络(PON)且分支介质是同轴线缆的示例双层网络。图3示出了双层网络中的分散调度。图4示出了双层网络中的集中调度。
图5示出了具有最小缓冲和调度延迟的示例双层网络。图6示出了用于示出双层网络中的调度由头端节点执行的步骤的示例流程图。图7示出了用于示出由双层网络中的分支节点执行的步骤的示例流程图。图8示出了能够实现实施方式的示例性计算机系统的框图。现在，将参照附图对本发明进行说明。附图中，相同的参考标号可以表示相同或功能上类似的元件。
具体实施例方式尽管关于具体的应用，本文参照示意性实施方式对示例进行了说明，但应理解，这些示例并不限于此。能够获知本文中提供的教导的本领域的普通技术人员将理解到，附加 的修改、应用以及实施方式将落在本发明的范围以及实施方式具有重要用途所在的其他领域内。双向通信系统的公共架构是经由共享介质的点对多点网络。一个示例是线缆数据通信系统，例如符合有线传输数据服务接口规范(DOCSIS)的通信系统。在该系统中，可以包括线缆调制解调器终端系统(CMTS)的单个头端节点通过共享同轴线缆或混合光纤同轴(HFC)介质与多个终端用户节点(例如线缆调制解调器(CM))进行通信。“同轴线缆”在本文中可以被称为“同轴介质”或“coax”。另一个示例是其中单个无线基站可以通过无线频谱中的共享频带与多个用户设备进行通信的典型家庭网络中的无线Wi-Fi系统。另一个示例是其中单个蜂窝基站可以以相同的频带与多部手持终端进行通信的蜂窝系统。又一示例是其中单个光线路终端(OLT)通过共享光学介质与多个光网络单元(ONU)进行通信的无源光网络(PON)。在这些类型的双向通信系统中，在任何给定时间内只有单个设备可以经由指定信道或信道的一部分进行通信。网络上所使用的协议确定哪个设备在任何给定时间内使用该信道或该信道的指定部分。在开放式系统互联(OSI)模型中，介质访问控制(MAC)层通常确定终端用户设备的传输顺序。在D0CSIS、P0N及其他系统中，位于头端节点(例如DOCSIS网络中的CMTS或PON网络中的0LT)中的调度器决定每一个终端站(例如DOCSIS系统中的CM或PON系统中的0NU)使用通信介质的时间以及使用的时长。沿下行方向(即从头端节点至终端站)，该头端节点仅仅是发射器，因此可以自主决定什么时候将数据存入哪个终端站，然后将数据发送。沿上行方向(从终端站至头端节点)，头端上的调度器将消息传送给每一个终端站，使其知道何时允许其将数据传输至头端节点以及其可以传输数据的时长。可行的算法有多种，该调度器可以使用这些算法来确定何时允许流量流至各个终端站以及允许多少流量流至各个终端站。例如，调度器可以使用循环轮转或加权循环轮转方法来向每个终端站提供基本恒定的带宽。在基于分组的通信系统中，调度器可以结合有请求-授权机制。在请求-授权机制中，调度器指定终端站报告关于他们必须或期望为传输使用的数据量的信息可使用的时隙。调度器将消息传送给终端站，以将这些时隙通知给终端站。在终端站作出响应之后，调度器使用接收到关于每个终端站上的数据量的信息以及其他信息(例如业务类型及每个请求所需的服务质量(QoS)处理)，以将时隙分配给传输数据的终端站；将包含关于这些数据传输时隙的信息的消息传送给终端站。最后，终端站通过在所分配的时隙期间中传输数据来作出响应。
对于不恒定的流量，优先使用请求-授权机制(例如对于Web浏览的尽力而为业务，其表现出混合有较长空闲时段的短暂活动)，这是因为其只有在此站具有要发送的流量时才使带宽分配给终端站。这样就允许介质(例如同轴线缆介质)的统计多路复用，利用率更高且性能更好。使用请求-授权机制的缺点在于，将另外的延时源引入上行路径。具有待传输数据的终端站必须等待调度器为请求数据传输用带宽提供机会，然后再等待调度器提供数据传输用时隙。对恒定带宽业务(例如语音业务)来说，通常最好是避免使用请求-授权机制。与之相比，该调度器使用关于业务的优先级信息，来安排终端站可利用的数据传输机会，而不需要终端站首先报告数据可用性。例如，如果终端站以20ms的包间隔进行ITU-T标准G. 711编码IP语音(VoIP)电话通话，则调度器提供大小约为每20ms —个G. 711数据包的传输机
ム"Z o调度器可以采用各种方法的组合。例如，可以将请求-授权机制用于自终端站的·一些类型的业务，而对于其他类型的业务不使用其。以此为例，在DOCSIS中，恒定带宽主动授权业务(UGS)的业务流可以用于自设备的实时语音通话，而请求-授权机制可以用于来自相同线缆调制解调器的尽力而为数据业务。UGS业务流将关于VoIP数据包的延时最小化，同时请求-授权机制以增加延迟为代价使尽力而为业务数据的网络效率最大化。理论上，尽力而为业务流是耐延迟的。然而，实际上，UGS业务流的性能可能会受到增加延迟的负面影响。例如，如果在上行中返回的TCP确认(ACK)消息的延迟较低，则使用慢启动算法的下行传输控制协议(TCP)流可以在较短时段内増加到最大速度。上行TCP ACK的过度延迟可以防止下行流永久达到最大速率。同样，请求-授权机制可以用于这样的业务，即，其表现出突发数据模式和/或具有可变带宽需求的业务，但对延迟仍然是敏感的，例如使用可变比特率压缩的双向视频会议，或要求将用户击键尽可能快地传输至远程服务器的实时游戏或云计算业务。因此，期望将由点对多点系统中的请求-授权机制添加的延迟最小化。还可以具有双层点对多点网络。图I示出了根据实施方式的双层点对多点网络100的示例。网络100包括通过主干介质103耦接至分支节点104a-n的头端节点102。主干介质103形成双层网络的第一层。分支节点104a-n通过分支介质106a_n稱接至终端站108a-n。分支介质106a-n形成双层网络的第二层。在网络100中，头端节点102通过共享介质(例如主干介质103)与多个终端站108进行通信。分支节点104可以通过分支介质106复制并提供头端节点102的业务一部分或全部至终端站108。该拓扑结构可以延伸至包含两层以上的系统。例如，第二层的终端站108中的一个或多个转而通过其他介质提供了作为至另外的终端站的分支节点的功能。应当理解，虽然參照双层系统对本文所提出的示例进行了说明，但这些示例仍适用于两层以上的网络。图2示出了双层网络200的另ー个示例。在网络200中，主干介质103是光学介质，例如P0N，分支介质106是同轴线缆。以太网无源光网络(EPON)协议可以用于调度经由主干介质103的传输，DOCSIS协议可以用于调度经由分支介质106的传输。由于网络200中协议之间的差异,必须对主干介质103和分支介质106分离地进行调度。因此，必须对双层网络进行双层调度。除调度延迟外，双层调度还会弓I起缓冲。
双层网络的另一个示例是包括一个或多个中继器或“范围扩展器”的Wi-Fi家庭网络。通常供家用所出售的Wi-Fi中继器从主要接入点(AP)或基站创建独立的无线网络。因此，每个中继器可以用作可以到达多个终端站的分支节点104。在该示例中，主干介质可以是Ρ0Ν、同轴线缆或来自主要AP的Wi-Fi，并且分支介质是附加的Wi-Fi信道。各个分支节点的介质可以部分或完全相互重叠或与主干介质重叠，因此必须协调整个分支的传输定时。应当理解,每一个分支介质106可以是不相同的介质。例如,分支介质106a可以是无线介质，而分支介质106η可以是光学介质，每个介质都有独立的调度要求。在本文所提出的示例中，主干介质使用DOCSIS标准，而分支介质使用EPON标准。然而，在可替换的实施方式中，主干介质可以使用EPON标准，而分支介质可以使用DOCSIS标准。还应当理解，虽然参照DOCSIS标准及EPON标准对本文所提出的实施方式进行了说明，但这些实施方式并不限于任何特定类型的标准、协议或网络配置，即主干介质和分支介质都可以使用任何类型的标准、协议或网络配置。在具有多层的任何点对多点网络中，必须决定调度功能应位于系统的哪个位置。调度可以分布在多个节点中，集中在单个节点，或两者的一些组合。图3示出了在双层网络·中使用分散调度的示例网络300。在图3的示例中，头端节点102对每一个分支节点104a-n进行调度。每一个分支节点104转而对其相关的终端站108进行调度。例如，头端节点102包括通过与主干介质(MM)终端307a-n进行通信来对每一个分支节点104a_n进行调度的调度器306。类似地，每个调度器308a-n对各自的终端站108进行调度，所述终端站是使用各自的调度器308的网络的一部分。调度器306例如可以包括EPON调度器的一部分或全部功能。调度器308例如可以包括DOCSIS调度器的一部分或全部功能。在示例中，终端站108向相应分支节点104请求带宽以传输数据。分支节点104对该请求进行调度并利用调度器308向终端站108发出带宽授权。终端站108基于接收到的带宽授权将数据包传输至分支节点104。在接收到来自终端站108的数据包时，分支节点104将“EPON REPORT”发送给头端节点102，以为所接收到的数据包请求带宽。调度器306对带宽授权进行调度并发布给分支节点104。响应于从调度器306接收到的授权，分支节点104将从终端站108接收到的数据包发送给头端节点102。头端节点102然后通过广域网(例如互联网(未示出))转发数据包。上述关于图3进行描述的分散调度看起来是直接的但会存在缺点。例如，每个分支节点104的成本的复杂度会是成本高昂的，这是因为每个分支节点104包括逻辑电路以及支持由调度器308执行的调度功能的处理能力。另外，沿上行方向，由头端节点102从分支节点104接收的带宽请求可以包含仅关于聚集在该节点处的流量的信息，即由于所用协议的限制性，关于每个单独终端站108的流量的信息可以不由分支节点104提供。与具有关于来自每个终端站108的可用流量的信息所作出的决定相比，缺乏关于终端站108的信息会使头端节点102作出优化度较差的调度决定。例如，起于支持多个用户的一个特定分支节点104的终端站108可以接收的业务比支持较少用户的不同分支节点104上的终端站108少。所需校正动作可以用于头端节点102中的调度器306增加至具有更多的用户的分支节点104的分配。然而，无需关于单独终端站108的流量要求的信息的情况下，头端节点102上的调度器306会不能执行所需分配。
此外，沿上行方向，如果两层上都使用请求-授权机制，则流量会经历两次请求-授权延迟，这是因为调度必须在主干介质103上发生一次，然后在分支介质106上再发生一次。这导致调度及缓冲延迟。例如，对自终端站108的上行传输来说，调度器308必须向调度器306请求每次传输的带宽。由分支节点104从终端站108接收的数据必须缓存，同时调度器308要等待来自调度器306的响应。这会导致调度延迟同时伴随有缓冲问题。例如，如果调度延迟过度，那么分支节点104中的缓冲器可能会溢位。另外，调度器306可能会不具有为单独终端站108a-n提供服务质量(QoS)的粒度。例如，用于主干介质103的调度器306能够为分支节点104提供汇总业务，但不能满足每个终端站108的単独QoS需求。将调度功能集中于头端节点102中可以解决分散调度的ー些问题。例如，分支节点104不需要包含任何调度功能，使得这些分支节点可以更简单且成本更低。另外，对上行流量来说，头端节点102中的集中调度器将从所有単独终端站108接收报告，为其提供做出 最佳选择所需的信息。图4示出了利用集中调度的示例性网络400。在图4的示例中，头端节点102包括具有DOCSIS调度器403的DOCSIS CMTS 402以及具有EPON调度器405的EPON OLT 404。主干介质103是P0N，以及分支介质是同轴线缆。在图4的示例中，DOCSIS调度器402对可以作为线缆调制解调器的每ー个终端站108进行调度。调度器402将用于为终端站108分配所请求的带宽的DOCSIS MAP消息传输。EPON调度器404授予分支节点104a-n带宽。每个分支节点104可以包括形成与主干介质103的PON接ロ的EPON ONU 406。EPON ONU406耦接至缓冲器408，该缓冲器对至终端站108或自终端站108的下行通信及上行通信进行缓冲。DOCSIS PHY 410形成与分支介质106的同轴线缆的接ロ。在示例中，终端站108向其相应的分支节点104传输对带宽的DOCSIS请求。响应于DOCSIS请求，分支节点104发送EPON REPORT以从EPON OLT 404请求带宽，以将所接收的DOCSIS请求传输至EP0N0LT 404。响应于EPON REPORT, EPON OLT 404利用 EPON调度器 405 发送EPON GATE 消息，该消息允许分支节点104将从终端站108接收到的DOCSIS请求传输至EPON OLT 404。EPONOLT 404授权带宽以将DOCSIS请求传输至分支节点104。在接收到所请求的带宽时，分支节点104将DOCSIS请求传输至EPON OLT 404。EPON OLT 404将所接收到的DOCSIS请求传输给DOCSIS CMTS 402。DOCSIS调度器403对首先发送给EPON OLT 404的MAP消息中的授权进行调度并发布。EPON OLT 404将MAP消息传输至分支节点104，该分支节点然后将MPA消息转发给终端站108。在接收到具有所分配的带宽的MAP消息吋，终端站108将数据传输至分支节点104。分支节点104再将EPON REPORT发送给EPON 0LT404,以请求用以将从终端站108接收到的数据发送的带宽。EPON调度器405对EPON GATE消息进行调度，以允许分支节点104将所接收的数据传输至头端节点102。分支节点104将数据包传输至头端节点102，该头端节点可以将所接收的数据包转发给WAN。从前述示例可知，当网络400的不同层使用不同MAC层协议时，图4中的集中调度会出现问题。如上所述，在图4的系统中，用于主干介质103的PON由EPON协议进行控制，而DOCSIS可以是经由分支介质106与終端站进行通信并对终端站进行管理的优选协议。将DOCSIS调度器402集中会形成如图4所示的EPON系统414被DOCSIS系统416包围的体系。由于网络400中协议之间的差异，DOCSIS调度器403不能控制PON上的流量，因此EPON请求-授权机制在DOCSIS请求-授权机制内运行。网络400的集中调度会产生附加延迟，如在上述详细的示例中，其中传输来自终端站108的可用上行流量的DOCSIS请求首先在分支节点104被接收和缓存，随后是在PON上完成的请求-授权过程的延迟，使得可以最终将来自终端站108的原始请求发送给头端节点102。当头端节点102已分配用于数据传输的时隙时，其将此信息传送给EPON调度器405，以传输至分支节点104，然后传输至终端站108。最后，当终端站108传输其数据时，在分支节点104上接收并缓存该数据，该分支节点然后需要完成PON上的另一请求-授权循环，以将从终端站108接收到的数据传输至头端节点102。显然的是，当与分散方法相比时，该集中调度方法产生更多步骤，并因此产生增加的延迟。此外，EPON调度器405并不了解为每个终端站108保证的服务质量(QoS)。例如，终端站108a可以具有与其相关联的第一 QoS,该第一 QoS不同于与终端站108b相关联的·QoS0然而，EPON调度器405为每个分支节点104分配总带宽，而不能单独支持每个终端站108的QoS需求。因此，图4所示的集中调度缺乏粒度QoS支持。提供对此问题的可能解决方案的一个系统将EPON MAC层协议扩展至分支节点104之外，并且经由同轴分支介质106到达利用PHY层转换(translation)的终端站108以适应PON和同轴介质的不同特性。单一 MAC协议允许头端节点102控制网络的PON层和同轴层的调度。然而，在一些情况下，系统提供商更喜欢在终端站中保留DOCSIS协议。例如，服务提供商希望利用DOCSIS特点来对同轴线缆PHY进行管理，或希望使用结合有诸如路由或VoIP支持等特性的现有DOCSIS线缆调制解调器和/或CMTS产品。图5示出了将缓冲和调度延迟最小化的示例网络500。在网络500中，主干介质103是Ρ0Ν，分支介质106是同轴线缆网络。在该示例中，头端节点102包括DOCSIS下行介质访问控制(DS MAC) 502、DOCSIS 调度器 504、PON MAC 510、DOCSIS 时基 506、MAP 转换器(translator) 508、PON 时基 512、PON 传输物理层(PHY TX) 518、PON 接收物理层(PHYRX)514 及 DOCSIS 上行 MAC (DOCSUS US MAC) 516。每个分支节点 104 包括 EPON ONU 520、DOCSIS 传输 PHY (DOCSIS TX PHY) 530 及 DOCSIS 接收 PHY (DOCSIS RX PHY) 532。EPONONU 520包括耦接至与DOCSIS TX PHY 530耦接的缓冲器526的PON接收PHY (PON RX)522。DOCSIS RX PHY 532耦接至与无源光网络传输PHY (PON TX) 524耦接的缓冲器528。PON TX 518和PON RX 514形成头端节点102和主干介质103之间的接口，在该示例中，主干介质是PON。PON TX 524和PONRX 522提供分支节点104和主干介质103之间的接口。DOCSIS TX PHY530和DOCSIS RX PHY 532提供分支节点104和分支介质106之间的接口，在该示例中，分支介质106是同轴线缆。在网络500中，对于上行通信，由终端站108传输的带宽请求由DOCSIS RX PHY532接收，终端站108可以是线缆调制解调器。该请求在缓冲器528中缓冲，并由PON TX524传输至头端102。该请求由PONRX 514接收并转发给DOCSIS上行MAC 516，DOCSIS上行MAC 516转而将该请求转发给DOCSIS调度器504。响应于该请求的接收，DOCSIS调度器504生成MAP消息，该消息基于与对应于该请求的流相关联的QoS参数、与流和/或生成该请求的终端站108相关联的服务水平协议以及可能的其他考虑因素，将带宽分配给请求带宽的终端站108。MAP消息还为终端站108指定第一时间实例。第一时间实例是终端站108可以基于来自DOCSIS时基506的时序信息开始传输数据的时间。将由DOCSIS调度器504生成的MAP消息发送给MAN转换器508并发送给DOCSIS DS MAC502以传输回终端站108。
MAP转换器508基于DOCSIS调度器504生成的MAP消息，大致确定来自终端站108的数据到达分支节点104的第二时间实例，假设终端站108在MAP消息中分配的第一时间实例传输数据。该MAP消息不得含有任何竞争区域，因为EPON不支持竞争。MAP转换器508可以存储诸 如分支节点104的处理速度以及分支介质106的传输速度等信息，该信息允许其大致确定数据将到达分支节点104的第二时间实例。MAP转换器基于从PON时基512接收到的PON时序信息生成GATE消息，该GATE消息允许分支节点104将大致在第二时间实例开始从终端站108接收的数据传输至头端节点102。第二时间实例可以适应由终端站108和分支节点104产生的时序和处理延迟。因此，第一时间实例是终端站108可以将数据传输至分支节点104的时间，第二时间实例是基本上等于分支节点104从终端站108接收数据并准备将所接收的数据传输至头端节点102的时间的时间或在该时间之后不久的时间。MAP转换器508知悉在主干介质104和分支介质106上所用的PHY參数，使得其可以确保GATE分配的大小足以承载在MPA分配过程中由终端站108进行传输的数据量。MAP转换器508还必须知悉DOCSIS和EPON系统之间的时基，以及自终端站108传输突发的时间直至由分支节点104处理并准备传输至头端节点102的时间通过分支节点104的所期望的延迟。必须确保GATE消息包含正确的启动时间。为了最大程度地减少延迟，GATE应该在数据就绪之后尽快开始，但不得在数据就绪之前或错失传输机会之前以及另ー个机会必须在稍后的时间提供之前开始，从而导致延迟甚至进ー步増加。将由DOCSIS调度器504生成的MAP消息发送给DOCSIS DS MAC502,该DOCSIS DSMAC 502通过PON MAC 510和PON TX 518将MAP传输至分支节点104。MAP消息由分支节点104a中的PON RX 522接收，在缓冲器526中缓存，并通过DOCSIS TX PHY 530转发至目的终端站108。由MAP转换器508生成的GATE消息通过PON MAC 510和PON PHY 518传输至分支节点104a。分支节点104a不将GATE消息转发给终端站108。GATE消息表示第二时间实例以及可供分支节点104a将从终端站108接收的数据传输至头端节点102的持续时间。在不存在MAP转换器508的条件下，在接收到来自终端站108的数据时，分支节点104必须首先将数据缓存在缓冲器528中，随后请求头端节点102对分支节点104可以将所接收的数据传输至头端节点102的时间进行调度。分支节点104然后必须等待直至从头端节点102接收到将用于传输所接收的数据的带宽分配给头端节点102的GATE消息。因此，通过在前面对终端站108和分支节点104的传输时间进行调度，MAP转换器508使分支节点104从终端站108接收数据的时间与分支节点104将数据传输至头端节点102的时间大致对齐，以最大程度地减少调度和缓冲延迟。缓冲在分支节点104仍然会发生，但持续的时间最短，这是因为上行调度已经“预先”被MAP转换器508完成。该示例的特征在于缺乏PON调度器，这是因此DOCSIS调度器结合MAP转换器对网络500中的两层都进行调度。这就允许头端节点102对所请求的带宽进行预分配，以对从终端站108接收到的数据进行传输，还使分支节点108发送数据的时间一致，使得几乎不涉及缓冲或调度延迟。在示例中，终端站108将对带宽的DOCSIS请求传输至相应的分支节点104。分支节点104可以取得头端节点102的预授权，以将关于带宽的DOCSIS请求传输至头端节点102。DOCSIS调度器504在MAP消息中发出授权，该MAP消息被发送至分支节点104，然后发送给终端站108。MAP转换器508基于MAP消息生成GATE消息，以使得来自终端站108的数据到达分支节点104的时间与分支节点104可以将所接收的数据传输至头端节点102的时间实例相对齐。将GATE消息传输至分支节点108。终端站108在由MAP消息表示的时间实例传输数据。分支节点104接收该数据并基于由GATE消息表示的时间实例以最小延迟传输至头端节点102。沿下行方向，头端节点102从后端网络(例如互联网(未示出))接收数据包，并进行DOCSIS分类以确定要使用的目的终端站108以及相应的业务流(出于DOCSIS QoS目的)。DOCSIS调度器504确定数据包在下行方向上的传输顺序以及在不超过下行同轴部分(分支介质106)容量的情况下可以传输至终端站108的数据总量，分支介质的容量可以小于PON (主干介质104)的容量。DOCSIS调度器504通过DOCSIS DS MAC502按所需顺序以及合适的速率将数据包传送给PON MAC 510。在该示例中，忽略EPON MAC 510的下行分类及QoS功能，使得所接收的数据包按DOCSIS调度器504选择的顺序进行传输。总之，图5的实施方式提供了一种方法供服务提供商将调度功能集中在头端节点102中，同时为每个终端站108保留DOCSIS协议端到端例如QoS和服务水平协议的功能，同时将EPON协议并入网络500的光学部分。将DOCSIS调度器504进行的分配转换为EPON的相应分配，并按照合适的格式传输至EPON分支节点104。实质上，EPON网络“从属于"DOCSIS调度器504。具体地，沿上行方向，在合适的时间，将通过头端节点102中的DOCSIS调度器504为单独终端站108进行调度的分配转换为合适分支节点104的EPON分配。分支节点104通过同轴线缆从终端站108接收传输，然后经历最小缓冲延迟，这是因为到达之后立即在PON上启动所分配的时隙，以继续通过分支节点104将数据传输至头端节点102。图6示出了用于示出双层网络中的调度由头端节点执行的步骤的示例流程图600。继续参照图5中所述的示例操作环境对流程图600进行说明。然而，该流程图不限于此实施方式。注意，流程图600中所示的一些步骤不必以所示的顺序出现。在步骤602中，确定终端站可以将数据传输至分支节点的第一时间实例。例如，DOCSIS调度器504确定终端站108可以将数据传输至分支节点104的第一时间实例。DOCSIS调度器504生成将第一时间实例分配给终端站108的MAP消息。在步骤604中，确定分支节点可以将步骤602中接收的数据传输至头端节点的第二时间实例。在实施方式中，第二时间实例大致等于数据从终端站108到达的时间，允许分支节点104所需的任何接收处理时间。例如，MAP转换器508基于MAP消息中的第一时间实例并基于来自PON时基512的数据确定第二时间实例。MAP转换器508生成将第二时间实例分配给分支节点104的GATE消息。在步骤606中，传输MAP消息及GATE消息。例如，头端节点102传输MAP消息及GATE消息。分支节点104对GATE消息进行存储和处理并将MAP消息转发给终端站108。图7示出了用于示出由双层网络中的分支节点执行的步骤的示例流程图700。继续参照图5中所述的示例操作环境对流程图700进行说明。然而，该流程图不限于此实施方式。注意，流程图700中所示的一些步骤不必以所示的顺序进行。
在步骤702中，接收MAP消息及GATE消息。例如，接收将第一时间实例分配给终端站108以传输数据的MAP消息以及GATE消息。该GATE消息将第二时间实例分配给分支节点104以对从终端站108接收的数据进行传输。在步骤704中，将MAP消息传输至终端站，并将GATE消息进行存储和处理。例如，分支节点104对GATE消息进行存储和处理，并将MAP消息转发给其相应的目的终端站108。该分支节点104准备大致在GATE消息中表示的第二时间实例对从终端站108接收的数据进行传输。在步骤706中，在大致第二时间实例从终端站接收数据，并大致在GATE消息中分配的第二时间实例向上传输至头端节点。示例通用计算机系统本文所提供的实施方式或其一部分可以以硬件、固件、软件和/或其组合实现。 本文所提供的实施方式适用于两个以上设备之间或ー个设备的子部件内的任何通信系统。本文所述的代表性功能可以以硬件、软件或其一些组合来实现。例如，本领域的普通技术人员基于本文给出的讨论将会理解到，代表性功能可以利用计算机处理器、计算机逻辑、特定用途电路(ASIC)、数字信号处理器等实现。相应地，执行本文所述功能的任何处理器都在本文所提供的实施方式的范围和精神之内。下文描述了可以用来实现本文所提供的本发明的实施方式的通用计算机系统。本发明可以以硬件或软件和硬件的组合来实现。因此，本发明可以在计算机系统或其他处理系统环境下实现。这种计算机系统800的示例如图8所示。计算机系统800包括一个或多个处理器，例如处理器804。处理器804可以是特定用途或通用数字信号处理器。处理器804连接至通信基础设施806 (例如总线或网络)。描述了该示例性计算机系统的各种软件实现。阅读本说明书之后，如何利用其他计算机系统和/或计算机体系结构来实现本发明对于相关领域的普通技术人员来说是显而易见的。计算机系统800还包括主存储器805，优选随机存取存储器(RAM)，还可以包括辅助存储器810。辅助存储器810例如可以包括硬盘驱动器812和/或RAID阵列816和/或以软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器等为代表的可移动存储驱动器814。可移动存储驱动器814通过已知方式从可移动存储単元818进行读取和/或通过已知方式写入可移动存储单元818。可移动存储単元818的代表有软盘、磁带、光盘等。将理解到，可移动存储単元818包括其中存储有计算机软件和/或数据的计算机可用存储介质。在可替换的实现方式中，辅助存储器810可以包括使计算机程序或其他指令加载到计算机系统800中的其他类似装置。此装置例如可以包括可移动存储単元822以及接ロ820。此装置的示例可以包括程序盒以及盒式接ロ(例如视频游戏装置中所见的盒式接ロ)、可移动内存芯片(例如EPROM或PR0M)及相关插座以及允许将软件和数据从可移动存储单元822传送至计算机系统800的其他可移动存储单元822以及接ロ 820。计算机系统800还可以包括通信接ロ 824。通信接ロ 824允许软件和数据在计算机系统800和外围设备之间传送。通信接ロ 824的示例可以包括调制解调器、网络接ロ(例如以太网网卡)、通信端ロ、PCMCIA槽及卡等。通过通信接ロ 824传送的软件和数据是信号828形式，这些信号可以是电信号、电磁信号、光信号或能够被通信接ロ 824接收的其他信号。通过通信路径826将这些信号828提供至通信接ロ 824。通信路径826携帯信号828且可以利用电线或线缆、光纤、电话线、蜂窝电话链路、RF链路及其他通信信道来实现。本文中所使用的术语“计算机程序介质”和“计算机可用介质”泛指诸如可移动存储驱动器814、安装在硬盘驱动器812中的硬盘以及信号828等介质。这些计算机程序产品是用于为计算机系统800提供软件的装置。将计算机程序(或称为计算机控制逻辑)存储在主存储器805和/或辅助存储器810中。计算机程序还可以通过通信接口 812接收。执行这种计算机程序时，该计算机程序使计算机系统800实现本文所讨论的本发明。具体地，执行计算机程序时，该计算机程序使处理器804实现本发明的处理。例如，当执行计算机程序时，计算机程序使处理器804实现上面参照本文的流程图描述的步骤的一部分或所有。在利用软件实现本发明的情况下，可以将该软件存储在计算机程序产品中并利用RAID阵列816、可移动存储驱动器814、硬盘驱动器812或通信接口 824加载到计算机系统800中。·
在其他实施方式中，本发明的特征主要利用硬件部件(例如专用集成电路(ASIC)和可编程或静态门阵列)以硬件实现。实现硬件状态机以执行本文所述的功能对相关领域的技术人员来说同样是显而易见的。结论尽管上面已对各个实施方式进行了说明，但应理解，这些实施方式通过示例的方式给出，而并非是限制性的。对相关领域的技术人员来说显而易见的是，在不背离本文所提供的实施方式的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各变化。上面已经借助于示出了特定功能的性能及其关系的功能性构建块和方法步骤描述了本文中给出的实施方式。为了便于进行描述，本文任意地定义了这些功能性构建块和方法步骤的界限。可以定义可替换的界限，只要特定的功能和其关系能够被适当地执行即可。因此，任何这样的替代边界都在要求保护的实施方式的范围和精神之内。本领域的技术人员将意识到，这些功能构建块可以通过分立元件、特定用途集成电路、执行适当软件等的处理器或其任意组合实现。因此，本发明实施方式的广度和范围不应受上述示例性实施方式中的任何实施方式限制，而只由所附权利要求及其等同物进行限定。
权利要求
1.一种用于对双层网络中的上行传输时间进行调度的头端节点，包括 调度器，被配置为生成第一消息，从而为终端站分配带宽和第一时间实例，以经由所述双层网络的分支介质向分支节点传输数据； 消息转换器，耦接至所述调度器，并被配置为确定来自所述终端站的数据到达所述分支节点的第二时间实例并生成第二消息，所述第二消息授予所述分支节点带宽以通过所述双层网络的主干介质将从所述终端站在所述第二时间实例接收到的数据传输至所述头端节点。
2.根据权利要求I所述的头端节点，其中，所述调度器是有线线缆数据服务接口规范调度器，所述终端站是线缆调制解调器，所述第一消息是MAP消息，所述第二消息是GATE消息，所述双层网络的所述主干介质是光学介质，所述双层网络的所述分支介质是同轴线缆 介质。
3.根据权利要求I所述的头端节点，其中，所述调度器被配置为从所述分支节点接收带宽请求，其中所述请求源自通过所述分支介质耦接至所述分支节点的所述终端站。
4.根据权利要求I所述的头端节点，其中，所述调度器基于与所述终端站相关联的服务质量以及服务水平协议，确定要分配给所述终端站的所述第一时间实例以及带宽量。
5.根据权利要求I所述的头端节点，进一步包括耦接至所述调度器的时基，所述调度器被配置为基于从所述时基接收到的数据确定所述第一时间实例。
6.根据权利要求I所述的头端节点，进一步包括耦接至MAP转换器的时基，所述MAP转换器被配置为基于来自所述时基的数据确定所述第二时间实例。
7.根据权利要求2所述的头端节点，进一步包括用于传输所述MAP消息和所述GATE消息的无源光网络物理层，其中所述分支节点对所述GATE消息进行存储和处理并将所述MAP消息转发至所述线缆调制解调器。
8.一种分支节点，包括 第一下行物理层，被配置为从头端节点接收第一消息及第二消息；以及 第二下行物理层，耦接至所述第一下行物理层并被配置为将所述第一消息传输至终端站； 其中，所述第一消息指定所述终端站将数据传输至所述分支节点的第一时间实例以及所述终端站能够传输的数据量；并且 其中，所述第二消息指定所述分支节点将从所述终端站接收到的数据传输至所述头端节点的第二时间实例，其中，所述第二时间实例约等于所述分支节点从所述终端站接收所述数据的时间。
9.根据权利要求8所述的分支节点，其中，所述第一下行物理层是无源光网络下行物理层，所述第二下行物理层是有线线缆数据服务接口规范物理层，所述第一消息是MAP消息，所述第二消息是GATE消息，所述终端站是线缆调制解调器，所述头端节点包括线缆调制解调器终端系统。
10.一种用于对双层网络中的上行传输时间进行调度的方法，包括 生成第一消息以将带宽和第一时间实例分配给第一设备，以将数据传输至分支节点； 确定来自所述第一设备的所述数据到达所述分支节点的第二时间实例；及 生成第二消息，所述第二消息授予所述分支节点带宽以将所述第一设备在所述第二时间实例接收的所 述数据传输至头端节点。
全文摘要
本发明提供了一种双层网络中的调度，即，用于对双层网络中的传输进行调度的方法、系统及计算机程序产品。在示例中，系统包括有线线缆数据服务接口规范(DOCSIS)调度器，其被配置为生成MAP消息以将带宽和第一时间实例分配给线缆调制解调器以将数据传输至分支节点。系统进一步包括MAP消息转换器，该消息转换器耦接至DOCSIS调度器并被配置为确定来自线缆调制解调器的数据到达分支节点的第二时间实例并生成GATE消息，该GATE消息授予分支节点带宽以将线缆调制解调器在第二时间实例接收的数据传输至头端节点。
文档编号H04L29/06GK102957689SQ20121029587
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月17日 优先权日2011年8月19日
发明者尼基·潘泰利阿斯 申请人:美国博通公司