专利名称：动态通道管理以及信号传输的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于根据共享传输媒体例如同轴电缆TV网络，改善双向多媒体通信的方法和装置，更具体地说，涉及一种用于信号通道管理和协议的方法和装置。
多通道存取通信系统包括一个中央控制器、一个共享传输媒体以及地理上分散的若干远程终端。用共享公共传输媒体提供用于多通道存取的装置是一种通信系统中的典型问题。一些熟知的方案有分频多通道存取或FDMA、分时多通道即TDMA、以及分码多通道存取或CDMA。这些多通道存取方案涉及把通信带宽分成传输通信量通道的技术。在FDMA方案中，通信带宽被分为频带。TDMA方案则把通信带宽分成时隙。在CDMA方案中，使用不同的代码把通信进行编码和译码。
在所有这些多通道存取方案中，对于存取的竞争通过在预定的与固定的信号通道上的信号协议来解决。有方案提议，动态地分配传输通信量通道，根据较低的阻断概率满足服务要求。然而，除传输通道的利用率、带宽以及延迟之外，通信要求应当包括信号处理的响应性以及传输装置的品质。
为了解决可能出现的竞争，多通道存取通信系统的信号协议一般分为两类通过轮询或其它方式的调度存取，和随机存取竞争。在无线电话和局域网(CSMA/CD)环境中，竞争通过在传输期间监视信号解决，这需要在所有远程的终端和中央控制器中进行同步和/或监视其工作的装置。在CATV网络中，远程终端和中央控制器的距离不同，因而难于同步。在CATV网络上检测冲突即多个远程终端同时进行传输也是不现实的，这是因为，这些远程终端被连结在该网络的不同分支上。轮询和应答方法经常被用来调度来自若干远程终端的多通道存取，然而它具有效率差的缺点，这是由于和远程终端之间不必要的交互作用所致。
有许多方案提出根据在无线电话环境中的不同的通信要求和传输品质来动态地调整多个传输通信量通道，例如美国专利Nos.5,134,709、5,235,631和5,276,908。此外，专利No.4,868,811讨论了用于分配传输通信量通道的关于共用通信通道的协议。美国专利No.4,870,408提出重新分配用户单元的处理，以便在可利用的通道上平衡通信负载。美国专利No.5,010,329公开了一种方法，用来在块中把终端动态地分组，在这些块中中央单元进行关于公用数据通道的块轮询。本发明提供了一种方法，用来动态地分配信号数据和传输通信量通道，并动态地对这些通道分配远程终端。
轮询方案通常用于解决多通道存取系统中的竞争问题。美国专利No.4,385,314提出了一种按顺序轮询所有终端的系统。由于按顺序轮询方法固有的低效率，提出了下列的用于改进性能的一些建议。美国专利No.4,754,426提出了一种利用具有分布控制的两级轮询方案。美国专利No.4,829,297提出了使用高优先权组。美国专利NO.4,868,816提出了双向轮询方案，在每个轮询中利用终端地址，这和本发明的轮询方案相似。美国专利No.4,924,461提出了一种把其他的待办申请存储在一个第二通道上以中断顺序轮询的方法。美国专利4,942,572提出了一种双速率轮询方法，使用伪随机序列高速轮询可能产生和少数终端竞争的所有终端，在该高速轮询后便是在冲突的情况下的低速专门轮询。本发明与现有技术的不同之处在于，以并行方式在多通道上通过重迭轮询程序来控制多通道存取。只有在发生冲突时，该方法才进入选择的轮询程序以便解决竞争。该方法的优点在于效率高以及具有防止干扰及元件故障等异常发生的冗余度。
本发明的目的在于克服上述的问题，提供一种灵活的可扩充的用于信号通道管理的方法；一种灵活的可扩充的用于向信号通道分配遥控终端的方法；一种有效的异步信号传输协议。
在本发明中，公开了一种动态处理，用来调节信号通道的数量从而满足不断变化的通信量以及系统发展的需要。在以传输通信量通道带宽和为建立传输通信量通道所需的时间中，进行不同要求的多媒体通信时，这是重要的。这种动态传输通道分配方法和终端分配方法还提高了系统的冗余度，防止例如干扰以及元件故障的异常现象发生。与通道分配和终端分配处理相结合，本发明还提出了一种有效的受控的多通道存取方法。中央控制器启动在每一信号数据通道上的一般轮询，以便并行地向分配给信号数据通道的所有终端征求请求。仅仅当检测到冲突时，为解决冲突，中央控制器才开始选择性地轮询。
本发明的其它目的和优点从结合附图的说明中会变得更明白。
图1所示的多通道存取通信系统结构包括若干个远程终端，一个共享传输媒体，一个中央控制器以及对广域网的接口。提供有对广域网的若干通信通道(L)，以及支持若干远程终端(N)的若干通信通道(M)。支持中央控制器和远程终端这间的通信的M个通道被分成如科2所示的四类，用来在正反方向承载信号数据和用户通信，即正向的信号数据或FD通道、正向的通信载体(bearer)或FB通道、反向的信号数据或RD通道以及反向信号载体或RB通道。所有在中央控制器和远程终端之间的通信信号在共享传输媒体上进行多路传输。
远程终端是支持用户的通信需要的设备，它们遍布整个网络。为了简单起见，来自远程终端的信号的求和装置在图1中只示出了一个。每个远程终端具有一个能够接收在指定的FD通道上的数据的RF数据解调器，一个能调谐到指定的FB通道的频率捷变接收器，一个能够在规定的RD通道上发送数据的RF数据调制器，以及一个能够调谐到规定的RB通道上的频率捷变发送器。中央控制器包括交换和控制机构，以及用于通信通道的发送器和接收器的存储池。中央控制器提供一种集中和控制功能，以满足远程终端的通信需求，大致与自动用户交换机或PABX相同。中央控制器还根据网络的要求传送信号信息。具有装有本系统的两级集中通过信号传输协议在共享传输媒体中的竞争以及通过中央控制器的交换矩阵。
信号通道被动态地调整以便提高效率和冗余度。这也有助于用来增加通信量的系统扩充能力和系统发展。在这些通道上的下流通信由中央控制器调度。用于上流通信的远程终端的多路存取借助于通道分配和终端分配处理把远程终端分成组被得到调节。通道分配和终端指定处理在启动时，或通过故障恢复程序或中央控制器认为需要时由远程终端激励，并由中央控制器启动和控制。通过登记处理，中央控制器把远程终端指定给由专用正反信号数据通道的连接支持的组。此后，中央控制器和远程终端之间的通信进行两相处理(two—phase process)。在每一并行的信号数据正向传输通道上，为零散的用户数据传输或信号传输，使用受控的多路存取方法。中央控制器或者对专用的远程终端发出指令或者通过一般轮询提出来自指定给正向信号数据通道的远程终端的请求。远程终端响应控制器的轮询进行请求服务。使用选择的轮询处理，从而识别在冲突情况下涉及的远程终端。一旦通过信号数据通道的传输协议建立起线路，就使用信息载体(traffic bearer)。使用重迭轮询方法的受控的多通道存取方案是一种有效的异步信号传输方法，设计决定过程，以便在竞争解决过程期间提高选择轮询范围的有效性。
相应的，本发明的优点是集中通信通道管理结构；信号传输通道管理灵活且可扩充的方案；把远程终端分配给信号通道的灵活且可扩充的方案；支持系统生长以及新的服务需要的灵活且可扩充的方案；提高了系统的冗余度；高效率的异步信号协议。
本发明的其它目的、特征和优点从下面结合附图对最佳实施例的说明中将更加明显。在附图中图1是多路存取通信系统的结构图，具有互联的远程终端、中央控制器和广域网，中央控制器包括交换和控制单元以及若干个发送器和接收器。
图2表明对于不同功能，中央控制器和远程终端之间的共享传输媒体的通信带宽的通道分配。
图3说明正反信号数据通道的可能的图形。
图4是中央控制器处的轮询和登记处理的逻辑流程图。
图5是中央控制器处的指令处理的逻辑流程图。
图6是中央控制器处的登记、终端再分配、通道分配以及终端分配处理的逻辑流程图。
图7是远程终端处的登记处理的逻辑流程图。
图8是远程终端处的信号处理的逻辑流程图。
图9详细表示中央控制器和远程终端之间的信号协议的信息格式。
图10表示在解决竞争过程中用于选择轮询的远程终端的范围。
图11是在中央控制器和远程终端之间的信号协议的信息交换图，说明冲突的情况及其解决。
图12是使用图10中用规则的轮询方法定义的轮询范围的用于解决竞争的判定图。
图13是比较使用规则的和重迭轮询周期两种方法的信号信息交换图。
图14是使用在图10中用重迭轮询方法定义的轮询范围的竞争解决过程的决定图。
图15是在中央控制器和远程终端之间对于信号协议使用重迭轮询方法的信息交换图，说明冲突的情况和解决。
图16是支持电话服务的中央控制器的系统方块图。
图17是支持电话服务的远程终端的系统方块图。
图1所示的多通道存取通信系统结构包括一个中央控制器、一个共享传输媒体以及若干在地理位置上在网络中分散的远程终端。对于广域网，提供有通信通道(L)的存储池，以及支持若干远程终端(N)的通信通道(M)的集中控制。支持中央控制器和远程终端之间的通信的通道数M被分成四类，以便沿正反方向承载信号数据和用户信息，这四类是正向信号数据或FD通道，正向信息载体或FB通道，反向信号数据或RD通道，以及反向信息载体或RB通道。中央控制器和远程终端之间的全部通信信号在共享传输媒体上被多路传输。所有远程终端都是支持用户通信需要的设备，并分布在整个网络。为简单起见，在图1中只示出了一个来自远方终端信号的求和装置。在CATV网络中，该求和装置代表和构成网络的分支相连的分路器和抽头。
中央控制器包括一个交换和控制机构以及发送器的存储池，所谓的正向信号数据通道(FD)和正向信息载体通道(FB)，以及接收机的存储池(Pool)，所谓反向信号数据通道(RD)和反向信息载体通道(RB)。中央控制器提供集中和控制功能，从而满足远程终端的通信需求，大致与(自动用户交换机)或PABX相同。中央控制器还按照网络要求传递信号信息。除去通过中央控制器的交换矩阵提供的集中之外，通过信号传输协议在共享传输媒体中的竞争向另一级集中提供了该系统。
每个远程终端有一个射频(RF)捷变数据解调器，能够在指定的FD通道上接收，一个调谐到指定的FB通道的RF捷变接收器，一个能够在指定的RD通道上传输的RF捷变数据调制器，一个调谐于指定的RB通道的RF捷变发送器。
虽然本发明可用于各种不同的广域网连接，但下面将使用电话网络说明本发明。
如图2所示，带宽被分成通道，以便沿正反方向承载信息。数据通道用来承载信号或数据信息，而载体通道用来承载类似于电话线路中的用户信息。因此，总共有四种通道，如图2所示。FD—x是正向信号数据通道，方向从中央控制器到远程终端，标号从1到a。FB—y是正向信息载体通道，标号从1到b。RD—x′是反向信号数据通道，即从远程终端到中央控制器，标号从1到c。RB—y′是反向信息载体通道，示号从1到d。还示出了保护带，用来分离沿正反方向传输的信号，如果它们处于相邻的话。正如下面说明的，为了冗余度起见，a和c应大于或等于2。注意，如果通道的大小相等，那么a＋b和c＋d将保持常数，如果所有通道都可利用而没有干扰问题，即有从中央控制器到远程终端的通道存储池，和从远程终端到集中控制器的通道的独立存储池(Separate Pool)。设置这些存储池，是为了下面要详细说明的灵活的分配方案。
虽然不需要使所有通道具有相等的带宽，但如果通道用等带宽使结构简化，可以更容易地管理通信过程。在FD和FB通道大小相等的情况下，管理方案可以使FD重新定位于更适合于数据传输的通道，而承载正常声音通信的FB通道可以容忍比FD通道所容忍的噪声大的相当多的噪声。类似地，管理处理可以具有由RD和RB通道大小相等给予的灵活的优点。如果对广域网的通信通道带宽等于共享传输媒体的通道，则L小于或等于M，M又小于或等于N。在通道大小不同的情况下，中央控制器需要具有附加智能以便有效地管理这些通道，并进行分段和组合。注意，在本系统中可以有效地支持具有非对称带宽要求的通信，例如多址发送(multi—cast)。
FB—y和RB—y′根据在FD—x和RD—x＇通道上传输的信号协议分配。在正向上没有竞争，即在每个FD—x通道上的通信被独立地调度。信号数据通道的数目被用于改善远程终端组的服务效率和系统的冗余度。在传输故障的情况下(通过若干次没有接收到应答的重试检测)，中央控制器反向回到FD—1，然后到FD—2，以便传输给特定的远程终端，同时远程终端反向回到RD—1然后到RD—2，以便传输，并返回FD—1、FD—2，以便接收。FD—1和FD—2通道分别称为主正向信号数据通道和备用正向信号数据通道。RD—1和RD—2通道分别称作主反向信号数据通道和备用反向信号数据通道。
利用这种一般划分通道的结构，对于通道设置和远程终端分组进行灵活的通道管理是可能的。例如，可以按照信息形式混合调整通道设置，以及/或者利用各种优选权表可以实行更灵活的管理方案。为了容易理解，所示的划分通道方法遵守FDMA方案，但对TD-MA或CDMA方案这也可容易地被采用。
借助于下面要说明的通过通道分配和终端分配处理把远程终端分成组，上游通信的远程终端的多路存取可能被减轻。在每组中的远程终端当中的竞争通过受控的多路存取，然后借助于在每个信号数据通道上有冲突的情况下进行的选择轮询来解决。分配给每个RD通道的远程终端的数量，按照通信需求应当平均地分配。在来自所有用户的通信要求相同的情况下，分配给每个RD通道的远程终端的数量也相等。
正反向信号数据通道的映像(mapping)被中央控制器动态地控制。图3的部分(a)的映像说明由每对正反信号数据通道形成终端组的最简单的布置。例如，在FD—h通道上接收的终端组将在RD—k通道上发送。部分(b)说明一个对多个的映像，其中中央控制器在一个FD—n通道上发送，而属于同一组的远程终端分别在它们分配的RD—o、RD—p和RD—q通道中响应。部分(c)是多个对一个的映像，表示中央控制器在几个(r1s和t)FD通道上发送，每个都到达远程终端组的子组，它们在同一个RD—u通道中响应。根据通信形式，某种映像在利用带宽方面更为有效，例如，图3的部分(b)所示的多个对一个的映像适合于来自远程终端的通信大大超过正向通信的情况。注意部分(c)的映像可以引起在相同终端组中的不同子组中的来自远程终端的冲突。这是唯一的要求竞争解决处理的映像，后面还要说明，它要求在多路信号数据通道之间进行协调。当中央控制器认为合适时，对于不同部分的远程终端，可以同时使用不同类型的映像(但不能结合)。
在开始时受远程终端的激励，或通过故障恢复程序，或中央控制器认为需要时，通道分配和终端分配处理被启动，并由中央控制器控制。通过登记处理，中央控制器把远程终端分配给相应于信号数据通道特定集合的组。以后，中央控制器和远程终端之间的通信就执行两相处理(two—phase process)。对于零星的用户数据传输以及信号传输的目的，受控的多路存取程序被并行地用在每个信号数据通道上。在有来自网络的请求的情况下，控制器向远程终端发送指令，而远程终端响应控制器的轮询，请求服务。如果要求专用通道以满足用户需要，就通过关于信号数据通道的信号协议建立信息载体通道。
在图4中示出了中央控制器的初始化处理和轮询周期的逻辑流程图。对于每个FD—x，以独立的方式并行地执行轮询处理。在系统初始化之后，中央控制器清除通道分配和终端分配表，并在FD—1和FD—2上开始轮询周期。如果有需要向远程终端的传输，例如到达呼叫，中央控制器就进入指令模式。否则，中央控制器就通过一般轮询对分配给FD通道的远程终端的请求提出恳求。如果没有任何远程终端的响应，在一个周期的时间之后就重复轮询周期。如果有来自远程终端的响应而没有冲突或传输错误，中央控制器就相应地处理该请求。在有冲突或有传输错误的情况下，中央控制器就进入选择轮询周期，以便识别和冲突或传输错误有关的远程终端。
如图5所示，处于指令模式下的中央控制器对特定的远程终端发出指定的信息。一般只有某一地址的远程终端响应该指令，因此，一般除传输错误之外，不必要进行冲突处理。如果时间周期期满之后，来自该地址的终端的预期的响应未被中央控制器收到，中央控制器则认为或者FD—x或者RD—x′通道不适用于该地址的远程终端。在这种情况下，中央控制器重试若干次，如果仍旧没有来自特定远程终端的响应，则进行终端故障处理。终端故障处理从组中除去有故障的远程终端，并向广域网发出信号通知说不可能进行联系。
在图6中说明了登记、通道分配、终端分配以及再分配过程的逻辑流程图。在接到RD—1、RD—2上的登记信息时，中央控制器就检查是否该远程终端是新登记的终端。如果是，并得到特许，中央控制器就检查该远程终端可利用的信号数据通道。如果这新的远方终端还没有被特许，中央控制器则发出终端解除指令拒绝该远程终端进入网络。如果该远程终端原先已被登记，则在远程终端处测到的通道故障恢复程序导致登记处理，且中央控制器登记通道状态并进行检查该远程终端可利用的信号数据通道。任何时候，如果中央控制器认为对于改变的通信要求或其它的系统动态特性是合适的话，都可以启动终端再分配程序。
信号数据通道可用性的决定因素包括，使用信号数据通道的远程终端的数目、通信要求、过去的冲突计数、通道错误状态以及信号数据通道的带宽。考虑到在图3中所示的特定组映像，对于每个现存的信号数据通道可以计算这些因素。如果在正反方向都有信号数据通道，登记远程终端的处理将被分配到组。如果没有已经准备好可使用的信号数据通道，中央控制器将从发送器与/或接收器的存储池中检查可利用的通道，如果存储池中有可利用的通道(或者一对，在正反方向都没有可利用的信号数据通道的情况下)，则进行分配处理。如果该信号数据通道是可利用的，中央控制器将借助于指令远程终端调谐到所分配的通道来完成登记处理。否则，中央控制器将借助于发出终端解除指令拒绝这一远程终端进入网络。
在图7中，对于在启动时或通过故障恢复程序的通道登记处理，表示远程终端的逻辑流程图。所有被分配到同一正向信号数据通道的远程终端都接收指令或轮询，然而只有编址的远程终端作出响应。开始时远程终端将听取FD—1上的一般轮询以便登记。如果在延长的时间间隔内来自中央控制器的轮询未被接收，则远程终端尝试FD—2通道(在FD—1和FD—2之间转换)。一旦在正向信号数据通道上检测到一般轮询，远程终端首先响应RD—1，然后响应RD—2，如果当时间超过且再偿试计数超过时仍没有来自中央控制器的应答的话。根据响应更远的终端的登记信息的中央控制器的指令，远程终端或者调谐到指定的FD和RD通道，或者解除其本身，如果未得到特许的话。
图8所示为远程终端的信号处理。一旦登记处理被完成，远程终端将监视所指定的FD—x通道上的来自中央控制器的轮询或指令，并且在指定RD—x′通道上作出响应，如果需要的话。在故障情况下，即在延长的时间内没有接收来自中央控制器的轮询，或对于先前的请求没有应答，远程终端就通过登记处理返回FD—1和RD—1。在和其它远程终端冲突的情况下，远程终端就通过选择轮询处理执行来自中央控制器的指令，从而解决竞争。
在中央控制器和远程终端之间的信号协议的信息格式如图9所示。信息帧以一个(1)字节的前同步信号开始，用来指示信息的开头并帮助检查冲突。终端识别(TID)字段为一个(1)字节长，提供了256种可能性，而数255和0(十六进制FF和00)用于登记的目的，即对于系统中的每一终端组，最多可以支持256—2＝254个站(sta-tion)。
接下来的字段SAT，或“信号作用类型”字段，有三(3)个字节长，含有一个列表指令。SRT或“信号请求类型”字段，也是三个字节长，含有列表请求的一个。包括一些指令和请求是为了说明在系统中可以得到支持的可能的特征。对于登记处理，SAT和SRT字段含有较远终端的序列号，即有224＝16兆个可能的数目。注意有两种不同类型的轮询信息，具有冲突报警的选择轮询被用于警告其它远程终端，从而避免使用发生冲突的通道，直到冲突被解决。在TID字段中范围较低的TID和范围较高的TID作为SAT字段的一部分，确定轮询的类型特定的、选择性的或一般的。FCS或帧校验序列字段是一个(1)字节长，用来保护在TLD和SAT/SRT字段传输中不发生错误。
冲突成传输错误由下列机理检查无效的TID，FCS错误，无效的帧长度，无效的帧格式，无效的SAT/SRT值。
在图10中，分配给同一组的远程终终端在解决竞争的选择轮询期间进一步按范围划分。这一用于解决竞争的逻辑包含在中央控制器中，而远程终端执行中央控制器的指令。这些范围的名称如下下标的第一个数字代表级，接下来的数字用来按顺序指示从较低的到较高的TID(在第n级有2n个部分)。例如，在第2级有22-4个范围，叫作r21，r22，r23和r24。注意，范围r01的选择轮询等同于一般轮询。
在图11中说明了信息冲突的情况以及解决过程。冲突通过使用选择轮询方法解决，在构思上类似于二分法检索算法。假定总共有N个远程终端，一个标号在1和N/4之间，另一个在N/4和N/2之间，则这两个远程终端在同一轮询循环内脱钩(gooff—hook)。一旦在中央控制器控制到来自两个远程终端的冲突，只有冲突警告的下一个轮询将覆盖1和N/2之间的范围r11，这引起另一个中突。在对1和N/4之间的范围r21进行二分之后，标号在1和N/4之间的远程终端会无干扰地响应。只要和冲突有关的第一远程终端被识别，就认为由中央控制器完成了解决过程。中央控制器接着进行指示竞争解决过程的结束的一般轮询而没有警告，并导致来自在N/4和N/2之间的范围中的远程终端的响应。当建立起和网络的连接时，在远程终端处发出拨号音。
图12所示为用于选择轮询处理从而确定与冲突有关的或引起传输错误的远程终端的判定树。此图旨在说明使用规则的轮询方法涉及的过程，按照这种方法，只有在收到对前一轮询的响应或时间超过之后，才重复轮询周期。其思路是根据可利用的信息系统地使范围变窄。这一系统方法执行图10中定义的级，即与二分法检索算法在本质上类似，按顺序进行二分。
注意只要与冲突有关的第一远程终端被识别出来，就认为完成了竞争处理。根据与冲突有关的远程终端的数目的可能性以及共享传输媒体的出错率，即如果该传输媒体具有高的出错率和低的冲突几率，则恢复轮询所有远程终端更为有利，这是因为解决过程也考虑到了由传输错误引起的问题。在另一方面，如果冲突率高而传输媒体是可靠的，则继续进行选择轮询处理，直到所有和冲突有关的远程终端都被识别出来更为有效。
假定使用普通的数据传输装置以每秒9600位的速率传送48位信息，传输延迟T近似于48/9600＝5毫秒。在下面的讨论中，假定用2.5T作为每一轮询周期的超时时间，远程终端从中央控制器收到轮询或指令时应该在0.5T的窗口内开始传输响应信息。固定长度信息的一个主要的好处在于，它有助于把时间大致地分成段，以便改善效率，如后详述。
为了支持系统中的250个远程终端，按顺序进行轮询的方案导致通常为250×2.5T÷2＝1.5625秒的延迟，这对大多数服务来说时间太长不能接受。利用受控的多通道存取方法，远程终端在最早的轮询将平均增加存取为具有T/2延迟，而且在冲突的情况下，用来识别与冲突有关的第一个远程终端所需的选择轮询周期数为log2250＋1＜9，因此，对于第一个与冲突有关的远程终端的最大延迟为9×2.5T＝22.5T＝112.5ms。如果按照图12所示的判定树，即只要识别出第一个远程终端，中央控制器就宣布完成竞争解决，第二个与冲突有关的终端将取两倍的时间，第三个将取三倍的时间等等，直到最后一个只占用一个轮询。更重要的是，这种方法保证确定性的近似，如果远程终端的分组被适当选择以便减少冲突几率的话。如果分组不合适，增加多个冲突的结果将使系统处于竞争解决的恒定模式。
通过在两个分开的路径中的发送和接收，能够启动单独的轮询或指令，代替等待来自远程终端的对未完成的轮询的响应。这种重迭轮询方法利用响应前一轮询的交叉轮询与规则的轮询方法不同，因而具有可利用整个带宽的优点。和在计算机处理器结构中的指令流水线(pipe—lining)的构思相似，某些轮询在冲突情况下可能不是富有成效的，如后面的图15的例子所表明的，然而，这些轮询并不产生任何副作用。中央控制器需要使轮询和响应之间相关，并试图利用预计下次所取的最合适的步骤来使解决的时间最佳化。
在图13中，为了进行比较示出了使用规则轮询周期的和使用重迭轮询周期信号传输协议的信息交换图。在没有冲突的理想情况下，使用重迭轮询周期的受控的多路存取方案是一种高效率的异步信号传输方法。在部分(a)中，使用规则轮询方法的时间帧内有三个轮询周期，而在部分(b)中的使用重迭轮询方法却有6个轮询周期。这个例子说明，由重迭轮询方法得到的超过常规方法的最大效率改进，即为2的量级。
图14中示出的判定树用于位用重迭轮询方法的选择轮询处理，以便识别和冲突有关的或引起传输错误的远程终端。其构思是根据可利用的信息，系统地缩窄范围，并由如图10中定义的每个前一级的远程终端的范围所引导。利用重迭轮询周期的优点，设计轮询以最大效率预计最可能的范围。响应重迭的一般轮询的重复的冲突被用来确定是否由传输错误或冲突引起了变质的信息。和图12的判定树类似，只要和冲突有关的第一个远程终端被识别出来，就认为解决处理已完成。
在图15中示出了使用重迭轮询方法的信号传输协议的信息交换图，它涉及图11所示的相同的冲突情况，那里使用规则的轮询方法。两种方法用相同的时间(在实际时间中为两个轮询周期)来识别和冲突有关的第一远程终端。出现这种情况有几种原因。有几个无用的尝试如图所示，例如重复的冲突，在范围r12内的远程终端的轮询，以及在范围r33内的远程终端的轮询。类似于流水线指定结构，当在指令线中没有“跳跃”时，即在远程终端当中没有冲突时，这方法是最有成效的。有若干例子表明这种方法比图15所示的能产生更多的好处。例如，重迭轮询方法能够在1.5个轮询周期内识别传输错误，而规则的轮询方法在最坏情况下要用3个周期。图14的判定树也可以被修正，以便利用可得到的信息，即在不同点上可能有两个以上的远程终端与冲突有关，例如在图14的右侧的用于恢复轮询周期的加厚的圈可以被扩充，以便在有三个和冲突有关的远程终端在范围r12，r21和r22的情况下改善效率。
对于中央控制器，在图16中表示用于执行这种用于电话服务的信号传输方法装置的方块图。其中有一组发送器，一组接收器，用于在共享的传输媒体上通信。双工器(duplexer)组合要在共享传输媒体上传输的发送器的通信信号，并复制从共享传输媒体到每个接收机的通信信号。提供有类似于常规调制解调器的多个声音频率(VF)数据调制器和解调器，用于发送和接收信号数据。每个发送器和接收器都具有一个用于调谐到相应通道的振荡器。进入发送器模块的VF信号首先被调制、缓冲、放大并和振荡器对RF通道的频率混合。进入接收器模块的RF信号通过混频器被转换为中频，然后被滤波、放大并最后被解调为VF信号。在微处理器控制下的交换矩阵用来连接发送器、接收器、电话网络接口、VF数据调制解调器之间的VF信号。在微处理器控制下的电话接口模块起混合作用，用来分开发送和接收方向的信号(2线到4线转换)，并起信号传输作用，用于从电话网络或向电话网络传输信号。随机存取存储器或RAM用来存储动态信息，例如远程终端和通道的状态。可擦除可编程只读存储器或EPROM用于存储不变的信息，例如在启动时对微处理器的指令。微处理器通过系统总线和EPROM、RAM以及数据调制器和解调器通信。
为了分配正向信号数据通道，中央控制器确定一个可利用的VF数字调制器、一个发送器模块，然后指令交换矩阵使VF数据调制器和RF发送器之间形成连接。信号信息或零散的用户数据将从微处理器通过系统总线到达VF调制器，然后被调制的VF信号在其被调制到RF通道之前通过交换矩阵的连接送到发送器模块的输入端。为了分配反向数据信号通道，中央控制器确定一个可利用的VF数据解调器、一个接收器模块，并指令交换矩阵在VF数据解调器和RF接收器之间形成连接。信号信息或零星的用户数据沿反向执行如同上述正向的操作。为了建立电话连接，中央控制器确定一个可利用的电话接口模块、一个发送器模块、一个接收器模块并指令交换矩阵在电话接口模块和发送器与接收器模块之间形成连接。声音信息被分为发送方向和接收方向，并通过交换矩阵被连接到发送器与接收器模块以便调制到RF通道或从RF通道解调。虽然微处理器需要在数据传递通道中被涉及，但借助于留出若干个VF数据调制器和解调器并把他们连接到电话接口模块上，可以建立调制解调器的集中控制。来自远程终端的数据信号被VF数据解调器译码，由微处理器选择路径，然后送到VF数据调制器。通过VF数据调制器和电话接口模块之间相连，调制过的数据信号被传送到电话网络。来自电话网络的数据沿反向传输。
对于远程终端，在图17中表示了为电话服务提供这种信号传输方法的设备。它包括一个发送器和一个接收器，用于在共享传输媒体上通信，还包括一个RF数据调制器和一个RF数据解调器，用于信号数据通道。发送器、接收器、数据调制器和数据解调器都能调谐到指定的RF频率、双工器组合要在共享传输媒体上被传输和发送器两通信信号并复制从共享传输媒体到每个接收器的通信信号，微处理器与EPROM、RAM以及数据调制器和解调器通过系统总线进行通信。小键盘、扬声器以及麦克风组成一般的电话机。来自麦克风的音频信号送入调制器、以便在共享传输媒体上在指定通道上进行传输。类似地，扬声器得到从调谐到指定通道的接收器来的解调信号。在此方块图中，零星的用户数据和信号信息共用RF数据调制器和解调器，而电话部分通过RF发送器和接收器提供声音通信。如果数据通信要使用专用电路支持，一般调制解调器的音频接口可以连接到发送器的调制器的输入端和接收器的解调器的输出端。
在启动时，调制器和解调器分别被调谐到主正向和反向数据通道。微处理器解释信号传输指令，并根据来自中央控制器的指令控制锁相环或PLL。当建立连接时发送器和接收器模块被启动并调谐到指定的通道。微处理器还控制麦克风、小键盘和扬声器的运行。
由前所述，可以明显看出，不脱离本发明的真正构思可以作出不同的改变和改型。应当理解，并不阻于所说明的特定的结构和线路布置。当然，所有的改型都会落在所属的权利要求书的范围中。
因此，按照本发明，用于实现所有目的的动态通道管理以及信号传输的方法和装置已经被提供了，并具有说明书开始部分所述的特点和优点。
应当理解，所公开的本发明的结构可以用权利要求书范围内的其它形式实施。
权利要求
1.在一种包括一个中央控制器、一个用于信号数据和用户信息的共享传输装置以及多个远程终端的多通道存取通信系统中，一种从多个通信通道中分配在所述中央控制器和所述来自一组通信通道的多个远程终端之间的信号数据通道并指定诸远程终端的方法，包括下列步骤(a)通过多个信号数据通道建立在所述中央控制器和所述多个远程终端之间的通信；(b)监视在所述中央控制器和所述多个远程终端之间的多个信号数据通道状态；(c)确定所述多个远程终端的一个是否需要被分配到一个不同的信号数据通道；(d)确定另一个合适的信号数据通道是否是可利用的；以及(e)把所述远程终端分配给所述另一个合适的信号数据通道，以便用于今后的通信。
2.在根据权利要求1所述的多通道存取通信系统中，建立通信的所述步骤包括下列步骤(a)对于一个启动的远程终端在预定的主正向信号数据通道上和备用正向信号数据通道上轮询所述的多个远程终端；(b)如果所述的预定主正向信号数据通道是不可利用的，则在预定的备用正向信号数据通道上检测来自所述中央控制器的轮询信息；(c)在预定的主反向信号数据通道上从所述被启动的远程终端向所述中央控制器发送登记信息；以及(d)如果所述主反向信号数据通道是不可利用的，就提供一个预定的备用反向信号数据通道。
3.在根据权利要求1所述的多通道存取通信系统中，所述监视状态的步骤包括下列步骤(a)计算所述信号数据通道的聚合通信量要求；(b)监视所述信号数据通道的过去的冲突计数；(c)监视所述信号数据通道的传输错误计数；以及(d)检测分配给所述多个终端之一的所述信号数据通道的状态，以便发现故障。
4.在根据权利要求1所述的多路存取通信系统中，确定所述多个远程终端之一是否需要被分配的所述步骤包括下列步骤(a)在预定的主反向和备用反向信号数据通道上检测启动的远程终端；(b)检测分配给所述多个终端之一的所述信号数据通道的状态，以便发现过载；以及(c)检测分配给所述多个终端之一的所述信号数据通道的状态，以便发现故障。
5.在根据如权利要求1所述的多通道存取通信系统中，确定另一个合适的信号数据通道是否可利用的所述步骤包括下列步骤(a)检测其它信号数据通道的状态，从而确定备用能力；(b)如果没有信号数据通道有备用能力并且有新的信号数据通道是可利用的，则分配新的信号数据通道。
6.在包括一个中央控制器、一个共享传输媒体以及多个远程终端的多路存取通信系统中，一种在所述中央控制器和所述多个远程终端之间的受控多路存取的方法，包括下列步骤(a)通过多个信号通道建立所述中央控制器和所述多个远程终端之间的通信；(b)确定是否有从所述中央控制器到所述多个远程终端的指令；(c)确定是否有来自所述多个远程终端的任何待办申请；以及(d)解决在所述多个远程终端当中的竞争或数据传输错误。
7.在根据权利要求6所述的多路存取通信系统中，确定是否有来自远程终端的待办申请的所述步骤包括下列步骤(a)在所述多个正向信号数据通道的每一个上并行地轮询所述多个远程终端；(b)响应来自具有任何待办申请的所述多个远程终端；以及(c)交叉存取具有来自所述多个远程终端的任何响应的轮询信息。
8.在根据权利要求6所述的多路存取通信系统中，解决竞争的所述步骤包括下列步骤(a)检测来自所述多个远程终端的由于冲突或数据传输错误而被破坏的信息；(b)警告分配给信号数据通道的多个远程终端，以避免使用发生冲突的信号数据通道；(c)通过选择轮询系统地使所述多个远程终端的范围变窄；(d)从所述多个远程终端中交叉存取具有响应的所述多个远程终端的可能范围的选择轮询；(e)识别和冲突有关的远程终端；(f)处理所述与冲突有关的远程终端；以及(g)恢复所述受控的多通道存取。
9.在具有多个通信通道的多路存取通信系统中，一个中央控制器包括(a)包括微处理器和相关的EPROM以及RAM的用来控制通信系统的控制装置；(b)用来在所述通信通道上传输用户信息或信号数据的发送装置；(c)用来在所述通信通道上接收用户信息或信号数据的接收装置；(d)用来调制信号数据的调制装置；(e)用来解调信号数据的解调装置；(f)用来连接广域网的接口装置；(g)用来在所述发送装置、所述接收装置、所述调制装置、所述解调装置以及所述接口装置之间进行动态连接的交换装置；(h)用来通过在所述发送装置和所述调制装置之间的动态连接选择正向信号数据通道的控制装置；(i)用来通过在所述接收装置和所述解调装置之间的动态连接选择反向信号数据通道的控制装置；(j)用来通过在所述发送装置和所述接收装置之间的动态连接连接多个远程终端的控制装置；(k)用来通过在所述发送装置、所述接收装置和所述接口装置之间的动态连接，把多个远程终端连接到广域网上的控制装置；以及(l)用来通过在所述发送装置，所述接收装置、所述调制装置、所述解调装置以及所述接口装置之间的动态连接，建立连接到广域网的多个数据调制解调器的控制装置。
10.在具有多个通信通道的多路存取通信系统中，一种远程终端包括(a)用来在指定的通信通道上发送用户信息的发送装置；(b)用来在指定的通信通道上接收用户信息的接收装置；(c)用来在指定的通信通道上发送信号数据的发送装置；(d)用来在指定的通信通道上接收信号数据的接收装置；(e)用来连接用户的接口装置；以及(f)用来通过微处理器和有关的EPROM以及RAM与所述指定的通信通道相连接的控制装置。
全文摘要
本发明的系统包括中央控制器、共享传输媒体以及分布在网络中的多个远程终端。中央控制器包括交换和控制装置以及发送器和接收器的存储池。在中央控制器和远程终端之间的通信通道被设置为正反方向的信号数据和信息载体通道。信号数据通道的数目可被调整以满足通信要求和冗余度。正、反信号数据通道按不同的映像耦合，以便支持终端分组。用于上流通信的远程终端的多路存取借助于用通道分配和终端分配处理把远程终端分组得以缓和。在中央控制器和远程终端之间的通信遵循由中央控制器通过独立地在每个正向信号数据通道上的轮询程序所控制的多路存取方案。在冲突情况下，中央控制器约定远程终端进行选择轮询处理，以便解决竞争。
文档编号H04L29/04GK1117234SQ95108409
公开日1996年2月21日 申请日期1995年7月17日 优先权日1995年7月17日
发明者郑力达 申请人:郑力达