[0005]一般来说，本发明与网络通信系统有关，更具体来说， 与对数据传输区分优先次序的方法有关。2.相关技术说明

[0006]存在两大类网络：等步网络和非等步网络。IEEE 1394 网络是一种典型的等步网络，在其中，网络上的装置之一管理时隙使 用。响应来自想发送流的其它装置的请求，可用时隙由时隙管理器来 分配。一旦分配，发射机一般可继续使用时隙而不被其它流中断，直 到传输结束。通过网络传送的原始流包间隔在接收机侧被重构。等步 通信的一个重要优点在于，QoS(服务质量)完全有保证。

[0007]但是，等步网络还有一些缺点。例如，在集中式网络中， 如果时隙管理器被断开，则另一个装置必须接管时隙管理，因而要求 各网络中央装置配备时隙管理功能，这增加了网络装置成本。此外， 响应装置连接或断开连接，出现完全总线重置，干扰总线通信。这种 类型的等步控制在专用无噪声网络、如IEEE 1394上令人满意地工 作，但它不太适合用于受到苛刻传输条件的网络，例如802.11无线 网络或电力线网络。

[0008]一种典型的非等步网络由以太网作为代表，通过这种网 络，业务量往往采用CSMA/CA(载波检测多址/防碰撞)机制或类似机 制来控制。在CSMA/CA下，当总线上的一个装置希望与另一个装置 通信时，发射机首先检测总线上的载波。如果没有检测到载波，则该 装置开始通信。但是，如果检测到载波，则发射机进入回退模式，在 某个延迟之后，重新尝试此过程。回退期间的等待时间一般是随机化 的，使得两个正等待的装置不会再次冲突。在传统的CSMA/CA中， 总线不受时隙管理器控制。

[0009]利用非等步网络提供一些优点和一些缺点。一个优点是 关于允许用户自由地把装置连接到网络或从其断开，而没有总线重置 的损失。各装置不需要涉及网络状态，特别是什么装置被连接或者没 有连接到网络。网络接口是简单且低成本的，因为不要求时隙管理功 能。一个缺点在于，没有保证服务质量(QoS)；当网络繁忙时，装置 遭遇到不确定的等待时间间隔。

[0010]许多市场力量推动组网的进步。一种这样的力量是扩展 的家用组网市场，它已经采用802.11无线标准和HomePlugTM 1.0电 力线网络标准。这两种标准都是以太网同等的，并且没有保证服务质 量(QoS)。虽然网络标准、如IEEE 1394保证QoS，但它们因有限的 电缆传输范围，并且因为电缆必须例如在家庭的房间之间逐个装置布 线，所以不太适合许多市场。

[0011]因此，需要自主网络通信标准，它们提供灵活性和低成 本，同时能够对于通过网络传递的传输的至少一部分支持给定的服务 质量(QoS)。本发明是一种自主网络，它满足那些需求以及其它需求， 并且克服了先前开发的网络解决方案的缺陷。

[0012]描述一种自主的非集中式网络控制的方法及系统，它提 供保证的服务质量。本发明的系统及方法很适合用于电力线通信 (PLC)网络。

[0013]支持不同流传输的时隙的分配在网络上自主确定，其中 不需要时隙管理器或仲裁器。网络上设法传送流的第一装置担任周期 主控器的角色，为网络的周期定时，而网络上的所有发射机装置独立 地进入仲裁以便获取预期数量的时隙。各传输周期最好是分为用于等 步传输和异步传输的部分。网络上的装置之间的内部时钟差没有累 积，以及周期主控器可被断开而没有中断流业务。

[0014]在本发明中讲解了许多有益模式和方面，它们分为以下 类别：

[0015](1)在本发明中，通过采用伪传输填充来保留优先信道 带宽。周期主控器采用伪传输来填充传输周期的等步部分内的未使用 时隙，从而防止较低优先级的异步装置不适当地利用保留带宽。填充 保留带宽内的未使用时隙允许利用PLC网络上可在传输周期的异步 部分中通信的遗留装置。遗留装置可看作是没有配置用于由自适应带 宽管理器控制的异步装置。

[0016](2)在给定优先等级内细分优先级。当根据活动流的数 量请求时隙时，流传递顺序权标，权标的值(次优先级值)确定顺序， 以这个顺序，流可在给定优先级上在仲裁中获得时隙，直到流结束。 例如，数字权标被传递(即从集合{0，1，2...n}中)，其中较低次优先级数 字在获取时隙时获得优先。当出现流结束时，优先级根据权标值移 位，其中其余流填充顺序高的次优先级值。权标最好是在虚拟网上的 服务器之间共享。

[0017](3)自动增强流信号。在本发明中，信号增强响应给定 优先等级的带宽的可用性而被执行。根据本发明的这个方面，自动利 用保留带宽的未使用部分、例如分配到给定流优先级、如与等步流关 联的那个部分，以便改进流的质量、完整性或安全性。因此，不是仅 采用伪数据来填充未使用带宽部分(即时隙)，而且还以较高质量对该 流编码，其中更多地保证不会数据丢失、具有更大的安全性、或者流 改进的组合。

[0018](4)响应条件而自动减小带宽。用于各流的带宽量在系 统中可响应带宽降级或者在已经利用可用带宽时发送附加流的需求 而自动减小。所有流或所选流经过控制(如果可能的话)，以便减小其 带宽利用。带宽限制也可在流结束时放松，从而减小所请求带宽。

[0019]本发明提供优于当前系统和机制的众多优点，实例包括 以下方面。

[0020]本发明的一个方面是为流保留适当的带宽分配，同时有 效地利用整个带宽。

[0021]本发明的另一个方面是保留优先信道带宽，以及防止保 留带宽被低优先级异步通信占用。

[0022]本发明的另一个方面是以非集中方式提供自主网络控 制，它不需要时隙管理器或仲裁器。

[0023]本发明的另一个方面是在新的连接或断开连接之后提 供适度的过渡，其中不需要完全总线重置，也不需要妨碍现有通信。

[0024]本发明的另一个方面是提供网络通信，在其中，在对网 络添加或移走装置时，QoS得到保证，以及重要的音频/视频流不需 要被中断。

[0025]本发明的另一个方面是提供一种用于在等步流和非等 步流之间共享网络带宽的灵活且可扩展的机制，并且可简单且低成本 地实现。

[0026]本发明的另一个方面是提供通过时隙的音频/视频流传 输，其中可获得连续时隙以便支持高速率流。

[0027]本发明的另一个方面是提供音频/视频流传输，其中网 络上的传输装置之间的内部时钟差不会累积。

[0028]本发明的另一个方面是提供音频/视频流传输，其中在 各周期内加入预定或可选时间间隔以便承载异步传输，从而确保快速 异步传输。

[0029]本发明的另一个方面是提供音频/视频流传输，其中流 发射机以及流接收机在流传输开始之前检查时隙，从而避免可能的时 隙使用冲突。

[0030]本发明的另一个方面是提供音频/视频流传输，其中， 如果在用于建立低差错率通信的第一发射机和接收机对与第二发射 机和接收机对之间存在充分衰减，则第一发射机和接收机对可利用第 二发射机和接收机对正在使用的一个或多个时隙。

[0031]本发明的另一个方面是提供音频/视频流传输，其中， 时隙分配过程与遗留CDMA/CA(载波检测多址/防碰撞)装置兼容。

[0032]本发明的另一个方面是提供音频/视频流传输，其中， 通过自主仲裁获得时隙，并且不需要专用仲裁器。

[0033]本发明的另一个方面是提供音频/视频流传输，其中， 以灵活方式分配时隙，以及重新分配请求机制允许现有装置充分利用 带宽。

[0034]本发明的另一个方面是产生用于填充保留带宽部分(时 域或频域)内的未使用时隙的伪数据，以便防止时隙丢失。

[0035]本发明的另一个方面是允许区分优先次序的带宽利 用，同时保持与非区分优先次序的异步装置的向后兼容。

[0036]本发明的另一个方面允许细分传输优先等级，使得传输 优先级在流之间公平地共享。

[0037]本发明的另一个方面是各活动流的顺序较低次优先级 值的使用，其中，通过服务器或者物理网络内的虚拟网更合理地获得 时隙。

[0038]本发明的另一个方面是通过在备用带宽可用时自动增 强流的质量、完整性或安全性，来提高带宽的有效利用。

[0039]本发明的又一个方面是在条件恶化或者传输请求的数 量增加时为流提供自动带宽减小。

[0040]本发明的其它方面将在本说明的以下部分公布，其中， 详细描述是为了完全公开本发明的优选实施例而没有对其限制。附图的若干视图的简述

[0041]通过参照以下仅用于说明的附图，将更全面地理解本发 明：

[0042]图1是表示为具有在虚拟PLC网络上分布的服务器和 客户机的住宅电力线通信网络的框图。

[0043]图2是根据本发明的一个方面的PLC就绪服务器的框 图，表示为具有PLC接口、内容存储装置、显示器、用户界面以及 远程控制接口。

[0044]图3是根据本发明的一个方面的PLC接口的框图，说 明从服务器总线到PLC网络的加密通信。

[0045]图4是根据本发明的一个方面的客户机装置的框图，说 明配置用于PLC网络上的连接的客户机电视。

[0046]图5是根据本发明的一个方面的网络传输的时序图，说 明担任周期主控器角色的发射机装置之一产生周期起始信号。

[0047]图6是根据本发明的一个方面的网络传输的时序图，说 明传输周期Tc内的初始时隙的仲裁时段。

[0048]图7是根据本发明的一个方面的网络传输的时序图，说 明在从仲裁得到的时隙上传送流的第一服务器。

[0049]图8-9是根据本发明的一个方面的网络传输的时序图， 说明在开始图7所示的流的传输之后开始的新传输流。

[0050]图10是根据本发明的一个方面的网络传输的时序图， 说明响应流结束的时隙可用性。

[0051]图11是根据本发明的一个方面的网络传输的时序图， 说明为异步通信保留的各周期的一部分。

[0052]图12是根据本发明的一个方面、在网络传输内的仲裁 时间段的时序图，说明作为流优先级的函数的对时隙的请求的相对定 时。

[0053]图13-15是根据本发明的一个方面的网络传输的时序 图，说明由流发射机进行的时隙减小以允许传送新流。

[0054]图16是根据本发明的一个方面的网络传输的时序图， 说明由周期主控器插入的伪传输以便保留时隙供等步使用。

[0055]图17是根据本发明的一个方面的网络传输的时序图， 说明周期主控器当各周期内的保留异步时段中没有更多可用时隙、但 时隙在该周期的等步部分内可用时释放伪时隙供异步通信使用。

[0056]图18-19是根据本发明的一个方面的网络传输的时序 图，说明第一和第二流获取附加时隙以便增加流传输的质量、完整性 或安全性。

[0057]图20-21是根据本发明的一个方面的网络传输的时序 图，说明时隙减小被执行以便允许开始新的传输。发明的详细描述

[0058]更具体地参照附图，为了说明性目的，本发明以图1至 图21一般表示的设备来实现。要理解，该设备可在配置以及在零件 的详细情况上变化，以及该方法可在特定步骤和顺序上变化，而没有 背离本文所公开的基本概念。

[0059]1.电力线网络。

[0060]本文所述的带宽分配和保留技术可用于许多不同类型 的网络，并且极适合用于电力线通信(PLC)网络。作为实例，本文的 理论依据在电力线通信网络中的使用来描述本发明。但是，这些理论 的全部或部分适用于其它网络形式，例如无线网络和其它网络。

[0061]1.1网络配置。

[0062]图1说明在住宅PLC网络上工作的分布式系统的实例 10。住所12表示为具有互连多个房间的AC电力线14。包括服务器 -1 16、服务器-2 18、客户机-1 20以及客户机-2 22的分布式系统通常 通过带有作为实例示出的未使用插座24的AC插座连接到电力线。 为了简洁起见，AC电力线14到配电变压器等的外部连接未示出。

[0063]电缆26表示为连接到服务器-1 16，以便提供对诸如电 缆编程、互联网连通性等等的各种内容的访问。大家会理解，包括有 线形式以及无线形式在内的其它形式的连通性可由系统接收。

[0064]本例中的服务器-1 16配置用于存储音频/视频数据，并 且能够向PLC网络上的一个或多个客户机发送流。来自电缆26、由 服务器-1 16接收的音频/视频内容流可传送给客户机、如客户机-1 20 或客户机-2 22，以及传送给其它服务器。本例中的服务器-1 16和服 务器-2 18以相似的功能性进行工作。本文所使用的术语“流”表示 等步以及异步通信流。

[0065]1.2服务器。

[0066]图2说明服务器-1 16的一个示例实施例。调谐器前端 30接收来自电缆网络26的RF信号，它由结合存储器34对来自调谐 器前端30的解调信号进行解码的编解码器块32解码。解码视频信号 例如通过D/A转换器36转换为模拟信号，并在显示器38上显示。 解码音频信号在D/A转换器40中转换为模拟信号，在放大器42中 放大，然后发送给音频换能器(即扬声器组件)44。为了记录视频流， 编解码器32把该流发送给数据存储子系统、如硬盘驱动器 46(HDD)，它宜通过连接到总线50的接口48来访问。在重放记录流 时，编解码器32接收来自HDD 46的流，并对它解码。

[0067]考虑服务器-1 16通过电力线14向客户机-120发送视频 流的情况。来自调谐器前端30的流通过编解码器32发送给PLC接 口52，并通过AC连接54发送给PLC网络，以便由客户机-1 20接 收。类似地，为了播放记录的流，来自HDD 46的流通过PLC网络 发送到PLC接口52，供客户机-1 20接收。

[0068]PLC接口52最好包括加密和解密机制。一般优选的方 法是，所有通信在通过PLC网络发送之前经过加密，并在接收后解 密。

[0069]用户可通过使用经由小键盘接口58连接到总线50的小 键盘56、或者经由远程接口62连接到总线50的远程控制单元60来 控制操作。通过总线50为CPU 64接收命令，CPU 64运行存储器66 中的指令。调制解调器68为服务器提供网络连接，并且作为实例表 示为把外部网络连接(即电话、DSL、电缆、LAN、WAN等)桥接到 服务器16中的电路元件可访问的总线50。

[0070]图3说明PLC接口52的框图。在所示实例中，正交频 分复用(OFDM)技术用于通过电力线的信号传输。要传送的数据通过 总线接口70从总线50接收，并且可在必要时存储于缓冲存储器72 中。纠错码在前向纠错编码器(FECE)74中被添加到数据，其结果由 交织器76进行交织，并且在由调制器80调制及发送到快速傅立叶逆 变换(IFFT)块82之前由串行-并行转换器78转换为并行数据。在IFFT 82中，载波被分配给各输入信号，以及信号经过快速傅立叶逆变换。 来自处理块74-82的所得信号则被发送给模拟前端(AFE)84，然后通 过电源插头54发送给PLC 14。

[0071]图3的下半部分中表示的块说明数据接收。AFE 84通 过耦合到PLC 14(图1)的AC连接器54接收来自客户机的数据流。接 收数据由FFT 86进行快速傅立叶变换，由解调器88进行解调，并由 P-S转换器90进行并行-串行转换。所得信号由去交织器92去交织， 由FEC解码器94纠错，然后发送到总线接口70。

[0072]控制器96控制图中所示的块的操作，监测网络，以及 产生信令，例如传送周期起始信号和仲裁请求信号。

[0073]1.3客户机。

[0074]图4说明客户机的一个示例实施例，例如客户机-120。 局部总线100在CPU 102结合存储器104的控制下互连客户机20的 电路。电力线通信(PLC)网络接口(IF)106通过电源连接器108接收来 自另一个装置、如服务器-116(图1)或服务器-218的流，它结合局部 总线100被发送给解码器110。

[0075]应当理解，PLC接口106可按照图3所示的相同方式来 实现，或者采用任何便利的备选电路设计来实现。解码器110结合存 储器112进行工作，以便对流解码。解码视频信号例如由D/A转换 器114转换为正确格式、例如从数字到模拟格式，并在显示装置116 上显示。从解码器110产生的音频信号为了音频输出而由D/A转换 器118转换为例如模拟信号，并在输出到音频换能器122之前由放大 器120放大。

[0076]PLC通信宜在发送到电力线之前经过加密，以及在从电 力线接收之后解密。客户机20的命令可采用与小键盘接口126结合 的小键盘124或者通过利用与远程接口130结合的远程控制单元128 来输入，其中，命令由CPU 102通过局部总线100来接收。

[0077]2.自主网络控制。

[0078]实现IEEE 1394网络需要时隙管理器，但是，本网络通 信方面不需要利用这种管理器，因为网络上的各装置宜具有相同的功 能性，只是那些装置被看作是“遗留”装置。

[0079]自主网络通过以下操作来控制：(a)在例如希望传送流 的第一装置没有检测到周期起始信号时在网络上产生周期起始信 号；(b)对时隙仲裁，由各发射机独立执行，以便获得足够时隙用于 把流传送到目的地；以及(c)采用所得到的时隙传送流。

[0080]时隙在仲裁过程中获得。为了获得时隙，装置监测网络 并发送请求以获取可用时隙。在获得时隙后，它开始传输。它与哪个 装置正向谁发送什么数据的装置操作无关，装置仅检测各时隙是否被 占用。作为非集中式网络控制的结果，装置中的任一个可断开连接而 无需执行完全重置，从而允许用户以类似于以太网装置的方式来连接 或断开装置。

[0081]2.1周期起始信号的产生。

[0082]图5说明在其中的服务器-1 16开始向客户机20传送等 步流的情况下的网络传输150。首先，服务器-1 16监测PLC网络传 输150以便进行通信。如果没有检测到通信，则服务器-1 16成为周 期起始主控器，并开始定期发送周期起始信号152(时段＝Tc)。

[0083]如果检测到信号冲突或另一个信号，则服务器-1 16立 即停止周期起始信号，以及在某个回退时间之后，将重新尝试该周 期。在回退期间，发射机监测周期起始信号，并且仅在没有检测到任 何信号时才重新尝试产生。回退时间最好是预定时间值范围内的随机 时间值。如果另一个装置已经在传送周期起始信号，则服务器16不 产生周期起始信号，因为只允许网络上的一个装置作为周期起始主控 器。

[0084]应当理解，在这个方法中，以周期时间Tc重复对电力 线通信(PLC)网络的访问。在周期时间内组帧，各时隙具有固定的时 间长度。在某些应用中，使这个周期定时与电力线的60Hz周期同步 是有意义的。

[0085]2.2第一流的传输。

[0086]图6说明当装置尝试获得PLC网络传输150中的时隙 时出现的仲裁。服务器-1 16获得用于发送流的固定长度的时隙。根 据带宽和数据的优先级，发射机可获得一个或多个连续时隙。为了获 得时隙，服务器-1 16加入时隙仲裁过程。仲裁最好以相对各周期的 固定时间发生，例如在周期起始信号152之后的T1开始并持续时段 T2的时间段。服务器16在这个仲裁时段中发送时隙请求信号。如果 服务器-1 16赢得仲裁，则在周期时间信号152之后开始传输。如果 不是的话，则服务器-1 16允许胜出方开始传送，并且随后将尝试获 得另一个时隙。

[0087]图7说明在其中服务器-1 16赢得在周期起始信号152 之后便可用的一个或多个时隙的传输情况。框154表示对于这个周期 以及对于后续周期得到的时隙。一旦获得，另外的装置无法中断时 隙。利用这些周期性时隙，服务器-1 16传送流。应当注意，在周期 起始信号152与时隙154之间存在时间间隙。这个间隙最好是设置为 有益地吸收传输延迟的有限持续时间。但是为了清楚起见，附图相对 时段Tc放大了时隙和时间间隙的尺寸。应当理解，各周期Tc可分为 数百个时隙。时隙长度和时间间隙长度最好是固定持续时间，从而允 许装置便捷地检测时隙是否被占用。

[0088]2.3第二流。

[0089]图8和图9说明通过PLC网络的其它传输的开始。在 这种情况下，服务器-2 18开始对客户机-2 22的另一个等步传输。服 务器-2 18检测周期起始信号152并与其同步，如图8所示。由于它 监测PLC网络，因此，服务器-218检测到时隙154已经在使用，因 而它将尝试获得时隙154之后的时隙。新仲裁时段在周期起始信号 152之后的T3开始，其长度最好是与另外的仲裁时段T2相同。时间 段T3易于从时隙154的长度加上时间间隙之和得到。小时间间隙最 好在周期起始信号与第一时隙之间或者在时隙之间形成，以便吸收电 力线上的传输延迟。

[0090]服务器-218在仲裁时段T2中传送请求信号。如果服务 器-2 18赢得该时隙，则新的时隙紧接时隙154。图9说明在这种情况 下由服务器-2 18赢得的时隙块156。服务器-2 18采用这个新得到的 时隙向客户机-2 22发送新流。

[0091]大家会理解，网络上的各装置的内部时钟与其它装置略 有不同，但是，由于晶体控制的性质和所涉及的高工作频率，这些差 异通常应当处于百万分之几的范围中。时钟差误差的累积在许多传统 的数字传输系统中是一个问题。但是，这个问题在本系统中没有出 现，因为各装置从周期起始主控器所产生的周期时间起始信号中测量 时间跨度，其中的时钟误差不是累积的。

[0092]2.4散布时隙。

[0093]图10说明响应一些时隙的结束的时隙可用性的一个实 例。应当理解，装置在赢得任何可用时隙的仲裁过程时可获得那个时 隙。

[0094]例如，如果发射机正尝试获得时隙154之后的一个或多 个时隙，则它在自周期起始152开始的时段T3之后的仲裁时段T2 中传送请求。如果发射机希望获得时隙158之后的时隙，则在自周期 起始152开始的时段T4之后的时段T2中发送请求。当发射机要求 若干连续时隙以便发送高比特率流时，发射机监测PLC网络传输， 并选择一系列可用时隙。这种机制促进连续时隙用于单一高比特率 流，而阻碍在时间轴上散布分配给数据流的那些时隙。但是，如果网 络正忙，则发射机可获得散布时隙。本发明最好是允许选择在希望立 即传送数据与希望使用连续时隙之间进行折衷的方式。

[0095]2.5异步传输时段。

[0096]当PLC网络具有许多未使用时隙时，异步传输可像前 面小节中所述的等步传输那样执行。一个差别在于，异步传输可在所 有可用异步时隙正在使用时利用n个连续周期的最大值里的相同时 隙。如果额外时隙可用，则异步传输可继续利用n个连续时隙之外的 时隙。

[0097]如果时隙不可用，则在n个周期之后，异步发射机必须 释放时隙，供具有更高优先级的其它传输使用。如果没有这类传输正 等待PLC访问，则发射机可再次获得相同的时隙。连续周期n的最 大数量的值可响应异步传输的优先级来选择。例如，n可包含低优先 级传输的小值以及更高优先级传输的较大值。

[0098]当所有时隙均由等步传输占用时，可能要求异步传输等 待延长的时间段以获得可用时隙。为了避免可能的有害情况，优选的 方法是，每个周期的一部分被分配给异步传输使用，其中，依靠异步 传输的任务不会因缺乏数据而匮乏。

[0099]图11作为实例说明时间段160作为异步传输时段的使 用。这个时段在周期起始信号152之后的时间TS开始，并在下一个 周期起始信号的开始之前立即结束。在异步传输时段160中，异步发 射机最好是一般以与等步传输相同的方式来获得时隙。作为这种机制 的一个备选方案，根据传统的CSMA/CA基础，发射机可在时段160 中获得时隙访问权限。[00100]异步传输时段对于许多应用是有益的，因为它保证对于 仅提供CSMA/CA功能等的遗留PLC装置的向后兼容性。大家会理 解，当前和先前的PLC装置(遗留装置)不提供仲裁或等步传输的能 力。因此，本系统可允许这些装置仅在为异步活动保留的时段中才执 行异步传输。
[00101]2.6仲裁。
[00102]这个小节说明在本发明中如何执行仲裁。作为实例，假 定所有传输区分为三种优先等级中的一个。
[00103]优先级1(最高)：实例：VoIP(等步)
[00104]优先级2(中等)：实例：音频/视频传输(等步)
[00105]优先级3(最低)：实例：数据传递，万维网访问等(异步)
[00106]应当理解，基于IP的语音(VoIP)是对等待时间很敏感的 应用，其中，对于本例，对其提供最高优先级。第二个优先级提供给 音频/视频流。对数据传递(文件复制、万维网访问等等)给予最低优先 级。在对时隙仲裁期间，具有较高优先级的传输胜过较低优先级的传 输。
[00107]图12说明时隙请求定时170。如上所述，希望赢得时 隙的发射机在仲裁时段中发送请求信号，其定时取决于要发送的流的 优先级。对于最高优先级流，发射机在仲裁时段T2的开始部分172 发送请求。如果流具有下一个等级的优先级，则请求应当在最高优先 级请求之后发送，依此类推。最后，最低优先级请求在仲裁时段T2 的最后部分发送。应当理解，虽然描述了三个时间部分来支持三种优 先级，但是，根据本发明的理论，可支持任何数量的优先级。
[00108]在仲裁期间，当发射机希望发送第二高优先级的流时， 它从开始监测仲裁时段。如果检测到第一优先级请求，则发射机不设 法获取这个或这些时隙。同样，如果发射机希望发送低优先级流，并 且它检测到高等级或中等级优先级请求，则发射机放弃尝试获得该时 隙，从而顺从较高优先级传输。
[00109]仲裁请求最好是多次发送，例如跨越三个连续周期(或 者其它预定或可选择的时间间隔)。在仲裁时段中，如果对某个时隙 没有检测到更高优先级请求，则发射机赢得时隙。为了确保更高优先 级请求赢得仲裁，优选的方法是，响应传输优先级而使用不同的仲裁 监测长度。下面是对于所述情况基于优先级的监测时段的实例。
[00110]优先级1：3个周期
[00111]优先级2：5个周期
[00112]优先级3：7个周期
[00113]如果发射机在三个连续周期中发送最高优先级请求，并 且没有检测到更高优先级请求，则发射机可开始使用时隙进行传输。 类似地，如果发射机在七个连续周期中发送低优先级请求，并且没有 检测到更高优先级请求，则发射机可开始传输。
[00114]但是，如果两个或两个以上发射机发送具有相同优先级 的请求，则会发生冲突。如果发射机检测到冲突，则从请求信道中回 退，例如进入随机回退模式。在随机回退模式中，在随机化的等待时 间之后，发射机再次发送时隙请求。
[00115]2.7时隙信息交换。
[00116]大家会理解，响应某些PLC网络状况，网络上的严重 信号衰减可能阻止一个或多个装置检测已经在使用的时隙。例如，发 射机可能检测到时隙“看来”未被使用，但远程接收机可能检测到同 一个时隙实际上正被使用。为了避免这种故障，最好是执行双重检 查，其中，在赢得可用时隙之后，发射机向接收机查询从接收机的角 度看来时隙是否可用。如果从两端看来时隙都是可用的，则发射机开 始传输。如果从接收机侧看来时隙不可用，则发射机放弃该时隙，并 监测另一个可用时隙，以便避免时隙冲突。
[00117]这个机制的另一个优点在于，各节点可响应在延伸长度 或者有损PLC网络上的衰减而有效地利用本地可用时隙。这样，本 地业务可在还在用于网络的远程部分的时隙上传送业务。对使用情况 的端到端检查防止冲突，同时还为同时使用在网络的另一部分中正路 由业务量的时隙提供机会，这通过充分衰减来分隔，以便防止过度数 据差错。
[00118]作为这种时隙“再用”的一个实例，考虑其中服务器-1 16和客户机-1 20设置在PLC网络14上邻近的物理位置的情况。另 外，考虑在不是靠近服务器-1 16和客户机-1 20的网络的另一部分， 例如家中的相对部分，或者更优选为在共用相同配电变压器、没有间 歇滤波器或者至少没有在消除家庭之间信号渗漏方面完全有效的间 歇滤波器的不同家庭中，服务器-2 18和客户机-2 22相互靠近。因此， 在这种情况下假定，在第一与第二客户机-服务器对之间存在明显衰 减。在这些条件下，大家会理解，两对可同时使用同一个时隙或者交 迭时隙，其中相对免除了不利的传输冲突。
[00119]服务器-1 16中的AFE 84可根据需要包括自适应传输功 率控制功能。当客户机在附近，并且它们之间的信号衰减不大时，服 务器-1 16减小传输功率。当客户机在远处或者信号条件不好，并且 存在大的衰减时，服务器-1 16获得传输功率。这种机制最初用于功 耗和电磁干扰。但是，它还有助于在远处使用同一个时隙。
[00120]2.8周期起始恢复。
[00121]考虑其中的服务器-1 16是产生用于PLC网络的周期起 始信号152的装置、而其它装置将其操作与这个周期起始信号同步的 情况。在服务器-1 16断开连接时，周期起始信号将被中断。
[00122]本发明适应动态网络上的使用，因为一旦周期起始信号 丢失，另一个装置将作为周期主控器来接管，并立即开始发送新的周 期起始信号，一般最好是在原始周期主控器的定时之后。本发明的一 种模式允许周期主控器响应周期主控器断开连接而预先确定其后继 者的顺序。
[00123]注意，各装置在没有周期起始信号的条件下运行片刻， 因为内部时钟锁定到原始周期定时。最后，时钟误差将累积并且失 锁。在失锁之前，另一个装置将开始发送周期起始信号。
[00124]本发明防止两个或两个以上装置均成为周期主控器。用 于防止多个主控器的一种机制是通过使用回退机制，其中，在遇到争 用时，预期的周期主控器回退任意延时，在其中，首先作为周期主控 器返回的成为周期主控器(不管是否需要一个、两个或更多回退周期 以把范围分离到单个主控器)。大家会理解，所有装置最好采用其自 己的定时周期进行工作，直到恢复起始信号为止，在其中可防止现有 传输的中断。
[00125]2.9新流的时隙重新分配。
[00126]为了提供更健壮的传输或者更高质量的传输(即图片传 输)，如果足够的带宽可用，则音频/视频流可采用比最小需求更多的 时隙。大家会理解，没有固有的传输优点从保持时隙未使用中产生。 考虑复制发送的简单实例，其中，一个或多个流在未使用时隙上被复 制，从而提高数据的完整性。同样，附加时隙可按照任何便利方式用 于提高所传送的一个或多个流的质量、完整性或安全性。另一个实例 是可变速率流的情况，其中，在以较高传输速率进行传送时，提供较 高质量的图像。由于许多这样的技术是本领域已知的，因此不需要关 于这些方法的更多细节。因此，本发明的一种模式允许流利用除了为 异步数据所保留的之外的所有可用时隙，以便改进质量、完整性或安 全性。
[00127]当所有时隙被使用以及新的流要被发送时，可能需要执 行时隙重新分配。作为实例，新流的发射机可在异步传输时段内首先 发送要求其它装置释放时隙的请求，其中，接收该请求的各发射机可 释放它正使用的一部分时隙。新流的发射机监测PLC网络，并检查 这些新近可用的时隙。如果足够的时隙变为可用，则发射机获得时 隙，并传送流。但是，如果不足的时隙变为可用，则发射机发送另一 个请求。
[00128]大家会理解，这些时隙请求可包含优先级信息，其中， 较低或相等优先级的流被迫释放比较高优先级流所释放的更高百分 比的时隙。另外，根据流对那些时隙形成的递增优势，时隙的释放也 可能发生。在任一种情况中，时隙由发送装置在一轮或多轮请求之后 释放，从而至少在新流的相对优先级规定的范围内满足新发射机的需 求。
[00129]图13、图14和图15说明在首先请求现有流减小时隙 使用、然后为新流获得足够时隙之后开始新流的示例序列。
[00130]在图13中，两个等步流154、156表示为占用可用时隙 (表示为两个顺序时隙块)，当然除异步传输时段160之外。考虑发射 机希望发送新等步流的情况。首先，新的发射机可向现有发射机发送 时隙重新分配请求。这个请求可被广播。新的发射机不必了解哪些装 置是现有发射机。现有发射机接收该请求，并减小其时隙使用量，以 及根据要求改变编码率以适应减小的带宽。
[00131]图14说明由于响应来自新的发射机的请求的时隙重新 分配而开通的附加时隙。
[00132]图15说明赢得对新近可用的时隙的仲裁并且开始发送 新流162的新发射机的实例，通常包括多个顺序时隙。在新流是来自 与现有流相同的发射机的情况中，对于发射机正发送的现有流，重新 分配请求宜内部处理。
[00133]3.等步伪传输。
[00134]应当知道，遗留PLC网络装置通常限制为仅CSMA/CA 功能。因此，存在它们可在任何时间开始传输的可能性。本发明允许 例如遗留装置上的异步发射机首先检查异步传输时段160。如果时隙 在传输时段160中可用，则发射机使用那些时隙。首先，最好是防止 时段TS受到异步访问。
[00135]图16说明防止等步流被遗留异步流中断的一个实例。 在这个图解中，伪数据表示为对于时隙164a-164d产生，同时让异步 传输时段160可供遗留装置使用。为了对未使用时隙提供保护，除异 步传输时段160中的那些之外，周期主控器在时段TS中的所有未使 用时隙中传送伪数据，从而防止由遗留装置最初使用。实际数据时隙 和伪数据时隙的组合跨越时段T5，从而防止在T5内开始异步访问。 大家会理解，附图简化为仅表示四个可能的时隙，但是，在周期时段 Tc中可提供数百个时隙。伪传输的优先级低于其它任何等步传输，从 而允许等步发射机立即取得伪时隙并开始新的等步流。
[00136]图17说明时隙在异步传输时段160中不可用时由周期 主控器向异步发射机提供时隙的顺应性。如果异步传输区域160被完 全占用，则周期主控器释放伪时隙的至少一部分，供新的异步传输使 用。图中表示伪传输164c、164d被丢弃，其中新的异步发射机已经 开始使用时隙166，它可以是新流的一部分或者与时段160中发送的 数据关联。这种机制在大量所请求业务量由异步访问组成时保证有效 工作。注意，提供给异步传输的周期数受到限制。在周期结束之后， 如果另一个时隙不可用，则等步传输可使用同一个时隙。
[00137]4.基于虚拟网的仲裁。
[00138]在PLC网络的住宅市场中，典型的情况是，若干住宅 共用一个配电变压器，因而促使多个虚拟网在单一物理PLC网络上 工作(当利用有效间歇滤波器时出现例外)。为了防止通信被监测或者 被单一物理网络上的其它虚拟网所利用，极优选的方法是，通过网络 的所有通信经过加密，例如采用公共密钥加密，其中只有单个家庭中 的装置才共用公共密钥。
[00139]采用公共密钥加密或者类似的加密技术，邻居在没有密 钥时无法对传输数据解密，以及每个家庭建立其自己的VPN(虚拟专 用网)。在这种多交迭网络环境下出现问题，因为不存在网络主控器 来控制业务量以及共享带宽的利用。由于通过网络的访问根据先来先 处理来执行，因此，一个家庭即使不占用电力线带宽的全部，也可能 占用电力线带宽的大部分。当邻居家中的装置无法拿回例如构成带宽 的公平共享的网络的一部分时，出现不公平现象。
[00140]服务器为给定优先等级的各流提供递增活动流编号。传 送三个流的服务器将在这些流中嵌入数字0、1、2，如果存在这种次 优先级，则最好是根据优先级来进行。应当理解，可采用标记流的任 何方法，例如编号、文本、改变流中元素之间的关系等。作为实例而 不是限制，服务器对所发送的这个第一流标记“0”，对所发送的第 二流标记“1”，以及对所发送的第三流标记“2”，依此类推。所发 送的第一流通常为最高优先级流。
[00141]当具有相同优先级的两个流争用时隙时，具有较小编号 的流赢得该时隙。两个流从不同发射机产生，最好是在不同的虚拟网 中。这个次优先级争用机制使服务器得到PLC网络上的时隙的能力 均等。在繁忙的网络上，这可转换为服务器传送的第一流赢得时隙， 而第二或第三流则不太可能获得时隙。这种机制防止一个服务器传送 多个流以及部分或完全独占电力线带宽。
[00142]活动流编号在每个流结束时被更新，从而允许服务器适 当地在其余传输上竞争。例如，在给定优先等级(即等步到异步之间 的优先级的范围)中的最高优先级流、即流“0”结束时，其它流被重 新编号，以便最佳地利用新近可用的“0”次优先级。因此，当第一 流结束时，第二和第三流分别被标记为活动流编号“0”和“1”。
[00143]或者，不是重新编号，而是可根据活动流的总数对新流 提供新编号。由于次优先级以“0”开始，因此，对新流提供比流总 数小1的编号。例如，三个流为活动的，分别对每个给予0、1和2。 在具有编号“0”的第一流结束之后，新流将取得次优先级“2”。两 个或两个以上流共用相同的次优先级不存在问题，因为次优先级用来 获得时隙。
[00144]应当理解，两个或两个以上服务器可在给定虚拟网中连 接。在虚拟网上的多个服务器的情况中，活动流编号可在给定虚拟网 中共用，使得网络中的服务器合作而不是竞争。例如，服务器的编程 配置成允许同一个虚拟网中的服务器交换活动流表，以及共同选择流 的排序并采用新的活动流编号来标记新流。
[00145]5.冗余传输。
[00146]如上所述，当时隙可用时，发射机可使用超出包含流所 需的那些时隙之外的额外时隙，在那里有效地利用原本浪费的带宽。 通过附加时隙的使用，发射机可提高音频/视频编码率，以便提供更 高质量的视频显示和/或音频输出。此外，传输可采用更健壮的调制 技术，例如从64-QAM(正交调幅)转换到16-QAM或QPSK(正交相移 键控)。大家会理解，采用更健壮的调制技术会降低对电气和射频噪 声源的脆弱性。如前面所述，发射机可复制全部或部分流数据(即， 在双倍时隙可用时的流的冗余发送)，在利用附加时隙时结合纠错或 者更健壮的纠错。
[00147]图18和图19说明对于流传输获得额外时隙。在图18 中，时隙154被分配给第一流，时隙156被分配给第二流。为了简洁 和清楚起见，这个实例以及本说明中的其它实例描述了单一时隙的使 用，但是，应当理解，实际上多达数百个时隙可能是可用的，以及根 据流的数据率，对于给定流可占用多个时隙。此外，虽然描述了时隙， 但也可使用其它形式的分段，例如基于频率的分段等。
[00148]考虑图18的情况，要注意，带宽的大部分未使用，如 周期Tc的部分所示，在其中没有发送流数据。在这种情况中，可用 时隙可由各流的发射机使用。本发明配置成防止一个流获取可用时隙 的不公平部分，一种用于实现这个目的的机制允许各流例如在某些时 间间隔内逐一获得未使用时隙，例如允许每个发射机在每300毫秒获 得一个时隙。这种机制公平地为各流提供获得时隙的机会。获取这些 额外时隙的优先级低于所有等步传输流的优先级，其中，这些请求固 有地服从新流的时隙获取。
[00149]图19说明获取额外时隙的过程的一个实例。在时隙154 上进行传送的发射机获得时隙154’，以及与时隙156关联的发射机获 得额外时隙156’。
[00150]用于传送伪数据以便保留等步时隙的本发明的一个方 面被描述为防止对等步区域的异步访问的机制。应当知道，冗余传输 或者额外时隙的其它使用用来保留那些时隙，同时增加流传输效益 (即质量、完整性、安全性或其组合)。在这种情况中，周期主控器不 必产生伪传输，但要求发射机获取额外时隙并改变流传输模式以便利 用额外时隙，以及在新流尝试获得时隙时放弃这些额外时隙。
[00151]考虑具有要发送的新流的发射机的情况，其中，它监测 网络并查找可用时隙。如果没有找到可用的足够时隙，则发射机对网 络上的所有装置产生异步命令，并且请求它们停止或者至少降低它们 对额外时隙的使用，例如用于冗余传输或者以其它方式用于提高质 量、完整性或安全性。在收到这个请求时，其它发射机可释放其额外 时隙的全部或部分。这个请求可能对任何装置广播。新的发射机不必 知道全部现有发射机。
[00152]作为实例，可要求其它发射机丢弃对所有额外时隙的使 用并且仅采用原始时隙，至少直到新流已经获得它所需的时隙为止。 例如，当额外时隙用于以较高速率对音频/视频流编码时，发射机在 释放冗余时隙之前把编码器重新设置到原始编码率。类似地，用来改 进调制技术或安全措施的技术被重新设置到原始模式，以及额外时隙 被释放。应当注意，在各发射机的控制下以非集中方式来执行冗余传 输，而无需主控装置的干预。在这点上，大家会理解，这种冗余传输 可应用于集中式网络系统，并且不限于非集中式网络。
[00153]6.响应繁忙网络状况的时隙减少。
[00154]在繁忙网络上还可能出现一些情况，在其中，没有等步 时隙可用，但发射机已经归还例如用于冗余传输的所使用的任何额外 时隙。在这种情况中，本发明配置为降低基本流传输速率，以便允许 传送新流。
[00155]图20和图21说明减小流带宽以便允许其它新流在网络 流传输150期间传送的一个实例。图20说明正被传送的四个流180、 182、184、186，其中各流已经获得基本上相等数量的时隙。另外还 假定，本例中的Tc分为至少十至一百个时隙，它提供足够小的粒度 来说明改变用于给定流传输的时隙数量的能力。
[00156]由于足够的时隙不可用，因此，新流的发射机向所有装 置发送异步命令，要求它们减少它们正使用的时隙数量。命令最好包 含表示请求的程度和/或优先级的一个或多个参数。例如，请求可包 含目标时隙减少目标比率、例如80％。在收到这个命令时，各发射 机通过释放它已经得到的时隙的一部分，来降低音频/视频编码率、 例如降低到原始编码率的80％。
[00157]本发明可选地配置成为发射机在把时隙使用减少到目 标比率时提供某种灵活度，其中，具有较低优先级流或者更可能降低 带宽使用的发射机首先放弃时隙。因此，获得用于新流的时隙的过程 可包括迭代过程，直到最有效地利用可用带宽。思考这个过程的一种 方式是，尝试获得时隙的发射机可通过以请求的形式“适度地”要求 时隙来开始，以及如果它的需要未满足，它则转移到要求其它发射机 (特别是较低优先级的发射机)减少它们的时隙使用来满足其需求。
[00158]图21说明发送流180、182、182、186的发射机已经减 少每个流所使用的时隙数量之后的情况。新流获取已释放时隙的部分 或全部。不要求已释放时隙是连续时隙，但是，本发明优选提供用于 对流中的时隙重组以减少碎片的一个或多个机制。例如，通过测量自 现有时隙结束而不是自周期开始以来的时间，流之间释放的时隙可以 组合，以具有较少碎片。
[00159]新流赢得新释放的时隙，并以匹配它对其它信道的请求 的降低比率、例如以80％对其自己的传输(尽可能地)编码。如果无法 为新流获得足够时隙，则发射机可发送可能包含第二目标比率、例如 60％的另一个命令。
[00160]如上所述，在某些情况下，放弃时隙的请求或命令不需 要由每个流发射机遵守。作为实例，时间关键的并且不需要大带宽的 一种形式的通信是基于因特网协议的语音(VoIP)，其中这个流的发射 机可忽略该请求或命令。降低比率可基于多个因子和/或对其响应而 修改，例如基于流优先级。例如，高优先级的流只可受到较小的速率 降低。
[00161]当现有流结束并释放关联时隙时，其它流获得这些时 隙，其中编码率返回到100％(原始值)。如果附加时隙变为可用，则 各流可获得额外时隙用于提高质量、完整性和/或安全性，例如执行 如上所述的冗余传输。应当理解，这种形式的时隙减少在各发射机的 控制下执行，并且不是集中式的，因为不存在主控装置。
[00162]7.本实施例的变更
[00163]本发明的一个实施例已经描述为示例的一种或多种实 现，但应当知道，本发明的各方面可经过修改，而没有背离本发明的 理论。还应当知道，本发明一般可应用于无线及其它网络，以及它的 适用性无需被限制为电力线通信。
[00164]虽然以上描述包含许多细节，但它们不应当被视作限制 本发明的范围，而只是提供对本发明的当前优选实施例的一部分的说 明。因此，大家知道，本发明的范围完全包含对本领域的技术人员可 变得明显的其它实施例，以及本发明的范围只是相应地受到所附权利 要求的限制，其中如果没有明确说明，以单数形式提到某个元件不是 要表示“唯一的一个”，而是表示“一个或多个”。本领域的普通技 术人员已知的上述优选实施例的元件的所有结构的、化学的和功能的 等效物通过引用明确地结合于此，并且意在由本权利要求所涵盖。此 外，不需要装置或方法针对本发明要解决的每一个问题，因为它将包 含在本权利要求中。另外，本公开中没有元件、组件或方法步骤意在 专用于公开场合，无论元件、组件或方法步骤是否在权利要求中明确 说明。本文中没有权利要求的元素依据35 U.S.C.112第六段的规定来 解释，除非该元素采用词组“用于...的部件”明确说明。
相关申请的交叉引用

[0001]本申请要求2003年6月18日提交的美国临时申请序号 60/479406的优选权，通过引用将其完整地结合于本文中。关于联邦资助研发的声明

[0002]不适用光盘上提交资料的引用结合

[0003]不适用受到著作权保护的资料的注意事项

[0004]本专利文献中的资料的一部分受到美国及其它国家的 著作权法的著作权保护。著作权所有者不反对任何人传真复制本专利 文献或本专利公开，因为它出现在美国专利及商标局的可公开获取的 文件或记录中，但在其它方面仍保留所有著作权。版权所有者在此没 有放弃使此专利文献保密的任何权利，其中包括但不限于与37C.F.R. §1.14有关的权利。