用于在多用户网络中最优分配资源的方法
【专利摘要】本公开一般地涉及通信系统并且更具体地涉及有线通信系统。一个实施例涉及网络布置，包括至少一个主节点和被耦合到主节点的多个从节点。主节点和从节点通过具有时变信道特征的媒介（例如电话配线、同轴电缆或电力线）通信。所述主节点包括从多个从节点接收输入的处理块。输入由处理块使用以生成被广播到多个从节点的优化时分多址（TDMA）调度。其他方法和系统也被公开。
【专利说明】用于在多用户网络中最优分配资源的方法
[0001]相关申请
本申请要求对具有系列号 US 61/490058、题为 “METHOD FOR OPTIMAL ALLOCATION OFRESOURCES IN A MULT1-USER NETWORK (用于在多用户网络中最优分配资源的方法)”并且在2011年5月26日提交的美国临时申请的优先权。该临时申请通过引用以其全部被结合到本申请中。
【技术领域】
[0002]本发明一般地涉及电信系统并且更具体地涉及利用电话配线、同轴电缆或电力线作为物理媒介的有线联网系统。
【发明内容】
[0003]以下呈现简化的概括以便提供本发明的一个或多个方面的基本理解。本概括不是本发明的广泛综述，并且既不意图识别本发明的关键或决定性元素，也不意图描绘其范围。相反地，本概括的主要目的是以简化形式呈现本发明的一些概念，作为稍后所呈现的更详细描述的序言。
[0004]一个实施例涉及网络布置，包括至少一个主节点和被耦合到主节点的多个从节点。主节点和从节点通过具有时变信道特征的媒介(例如电话配线、同轴电缆或电力线)通信。主节点包括从多个从节点接收输入的处理块。输入由处理块使用以生成被广播到多个从节点的优化时分多址(TDMA)调度。其他方法和系统也被公开。
[0005]以下描述和附图详细阐明本发明的某些说明性方面和实施。这些只是指示各种方式中的一些，其中本发明的原理可以以所述各种方式被采用。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1a说明包括三个节点的通信网络的一些实施例。
[0007]图1b说明在包括三个节点的通信网络中所形成的六个单向链路的一些实施例。
[0008]图2说明在链路容量和可用信噪比之间的关系的一些实施例。
[0009]图3说明用于解决调度问题的朴素左至右分配方法的一些实施例的流程图。
[0010]图4说明用于解决调度问题的优化左至右分配方法的一些实施例的流程图。
[0011]图5说明用于解决调度问题的卢,7最大化方法的一些实施例的流程图。
[0012]图6说明用于解决调度问题的、具有下一步估计的卢,7最大化方法的一些实施例的流程图。
[0013]图7说明G.hn网络布置的简图的一些实施例。
[0014]图8说明具有共享物理媒介的多G.hn网络布置的简图的一些实施例。
【具体实施方式】
[0015]现在参考附图来描述本发明的一个或多个实施，其中贯穿全文同样的参考数字被用于指同样的元件，并且其中各种结构不一定是依比例绘制的。在以下描述中，为了解释的目的，许多特定细节被阐明以便使理解便利。然而，对本领域普通技术人员可能明显的是可以在这些特定细节的较少程度的情况下实践此处所描述的一个或多个方面。在其他实例中，以框图形式示出已知结构和设备以使理解便利。
[0016]图1a说明包括三个节点的通信网络IOOa的一些实施例:网络接入节点102a、第一网络通信节点104a和第二网络通信节点106a，其通过共享物理媒介108a被耦合。对于在三个节点之间的双向通信，共享物理媒介108a必须至少支持六个单向链路，如在图1b (L1-L6)中所说明的。通常，在包括#个节点的网络中所要求的单向链路的数目Z由L=N(N-1)给出。当网络中的节点数目增加时，单向链路的数目以指数方式增长。
[0017]许多多用户通信系统通过具有时变信道特征的物理媒介操作。其一个示例是通过AC配线操作的电力线通信系统，所述电力线通信系统易遭受由被耦合到AC配线的设备所生成的噪声。如果该噪声是由与配线的AC循环同步的过程所生成的，那么该噪声有时可以被预测。在被称为同步信道或SyncCh的这种系统中，噪声参数将以以下频率变化，所述频率是MAC循环或基础50Hz或60Hz AC循环的整数倍。
[0018]图2说明在被设计以达到接近于香农(Shannon)极限(系统的最大无错数据速率)的数据传递速率的通信系统中在线数据速率(line data rate)202和可用信噪比(SNR)204之间的关系200的一些实施例。线数据速率202是自适应的并且取决于可用SNR 204，以便较高的SNR比率204暗示较高的线数据速率202。为了优化系统容量，线数据速率202将需要周期性改变，紧密地跟踪SNR 204的改变。在SyncCh系统中，SNR 204将在MAC循环206(被示为AC循环208的2x倍)上以周期性方式随时间改变。其中SNR 204 (和相关联的线数据速率202)保持相对恒定的区域被定义为G.hn标准中的比特分配表(BAT)区域210。
[0019]多用户通信系统必须确保在给定时间只有一个设备正使用物理媒介以避免数据冲突。实现这一点的一种方式是定义网络中所有节点必须遵循的时分多址(TDMA)调度。对于包括大量节点的网络，选择最优调度可以是非微不足道的问题，并且通过要求特定节点或节点集合符合最小网络容量或服务质`量(QoS)而可能是进一步复杂的。
[0020]因此，本公开涉及在通信系统中的可以对于具有时变容量的多个链路实现最优(或近似最优)容量分配的方法和网络布置。用描述网络布置的各种输入参数的矩阵和向量来公式化TDMA调度。于是提供可以以各种方式定义TDMA调度的多个算法。提供最优算法，所述最优算法使用线性编程技术以找到对于网络布置的一个或多个参数是最优的TDMA调度。也提供启发式算法。通过使用中央节点可以以硬件解决和实施这些算法，所述中央节点广播网络中所有其他节点必须遵循的TDMA调度。
[0021]利用被划分成I个BAT区域的MAC循环八可以为包括Z个单向链路的网络来公式化TDMA调度。每个BAT区域J的持续时间是?；.，其中J' e [I,…幻。在时间t」期间对于链路i可用的容量是βip其中i e [I,…幻。被分配给链路i的区域tj的小部分或时隙由a "给出，使得珥2 O。如果对于链路i的所要求容量被假定为L.，那么被分配给链路i的所有时隙的总容量是r,.，可以以如下计算所述r,.:
【权利要求】
1.ー种生成要被用于具有多个节点和耦合节点的链路的网络中的媒介接入计划(MAP)消息的装置，其中至少ー个节点是主站和ー个或多个节点是从站，所述装置包括: 信道估计单元，其生成: K个时间区域的向量t，其指示时间区域的时间长度，其中时间区域对应于具有周期T的周期性噪声区域， LxK个元素的矩阵P，其指示对于在至少ー个时间区域中至少ー个链路的比特率； L链路的向量S，其指示用于每个链路的目标带宽； 使用t、P和8生成优化调度a的调度器単元，所述优化调度a是LxK矩阵，其中元素表示在时间区域J期间被分配给链路i的信道时间量；和 生成MAP消息的MAP生成単元，所述MAP消息包括基于优化调度a被分配给网络中的ー个或多个节点的时隙的调度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中MAP生成単元通过网络向ー个或多个节点发送MAP消息。
3.根据权利要求1所述的装置，其中在至少两个节点中的信道估计单元运行以下协议，所述协议与在每ー个其他节点中的相同块交换消息，所述协议导致用于在每对节点之间通信的比特加载表。
4.根据权利要求1所述的装置，其中调度器单元找到的值使得被分配给链路i(Yi)的总容量等于或大于用于每个链路的目标带宽。
5.根据权利要求4所述的装置，其中调度器単元通过最小化被分配给每个链路的时间量来确定优化调度a。
6.根据权利要求5所述的装置，其中调度器単元使用以下从包括单纯形或内点装置的组中所选择的至少之ー来最小化被分配给每个链路的时间量。
7.根据权利要求5所述的装置，其中调度器単元通过使用线性函数来最小化被分配给姆个链路的时间量。
8.根据权利要求5所述的装置，其中调度器単元通过使用图形解来最小化被分配给每个链路的时间量。
9.根据权利要求2所述的装置，调度单元通过找到提供被分配给链路i(Yi)的最大可能容量的分配来计算优化调度a。
10.根据权利要求2所述的装置，其中MAP生成単元通过从包括电カ线、同轴电缆、无线和双绞线的组所选择的媒介发送MAP消息。
11.根据权利要求2所述的装置，其中信道估计单元使用比特加载表确定目标带宽用于在节点之间通信。
12.根据权利要求11所述的装置，其中信道估计单元通过在节点之间交换消息来生成比特加载表。
【文档编号】H04L12/403GK103563312SQ201280025479
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月25日 优先权日:2011年5月26日
【发明者】F.戈梅斯马蒂内斯 申请人:领特德国有限公司