電力線網(wǎng)絡(luò)中的帶寬管理的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了包括多個(gè)站(A、B、C、D)的電力線網(wǎng)絡(luò)(202、220)，其中站(A、B、C、D)包括用于協(xié)調(diào)所述站(A、B、C、D)中的每一個(gè)的傳輸?shù)闹醒雲(yún)f(xié)調(diào)器(Ccol)。站(A、B、C、D)中的每一個(gè)可被配置為生成一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射，用于與電力線網(wǎng)絡(luò)(202、220)中的每個(gè)其它站(A、B、C、D)進(jìn)行通信。每個(gè)音調(diào)映射包括用于在所述站(A、B、C、D)中的兩個(gè)站之間的通信鏈路上使用的一組音調(diào)。每個(gè)音調(diào)映射進(jìn)一步包括用于每個(gè)音調(diào)的一組唯一的調(diào)制方法。站(A、B、C、D)中的每一個(gè)進(jìn)一步可被配置為生成默認(rèn)音調(diào)映射，用于與每個(gè)其它站(A、B、C、D)進(jìn)行通信，其中該默認(rèn)音調(diào)映射對(duì)于電力線循環(huán)(404)的所有部分都有效。站(A、B、C、D)中的每一個(gè)進(jìn)一步可被配置為監(jiān)控其帶寬要求并且向中央?yún)f(xié)調(diào)器(Ccol)請(qǐng)求額外帶寬。
【專利說明】電力線網(wǎng)絡(luò)中的帶寬管理
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)是2006年7月24日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?00680035565.7的、發(fā)明名稱為“電
力線網(wǎng)絡(luò)中的帶寬管理”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0003]本申請(qǐng)要求于2005年7月27日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.60/702，717的優(yōu)先權(quán)，將其完整地引入本文以供參考。還將以下美國(guó)專利申請(qǐng)完整地引入本文以供參考，并且構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分:
[0004]與本申請(qǐng)同時(shí)提交的代理案號(hào)為N0.0120142的美國(guó)專利申請(qǐng)；
[0005]與本申請(qǐng)同時(shí)提交的代理案號(hào)為N0.0120143的美國(guó)專利申請(qǐng)；
[0006]2005 年 8 月 2 日提交的名稱為 “Communicating in a Network that includesa Medium having Varying Transmission Characteristics” 的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.60/705，720 ；
[0007]2006 年 I 月 24 日提交的名稱為 “Time Synchronization in a Network” 的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.11/339，293 ；
[0008]2006 年 I 月 23 日提交的名稱為 “Communicating in a Network that includesa Medium having Varying Transmission Characteristics” 的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.11/337，946 ；
[0009]名稱為“Synchronizing Channel Sharing with Neighboring Networks”，代理案號(hào)為SLA1890的美國(guó)專利申請(qǐng)，已轉(zhuǎn)讓給美國(guó)夏普實(shí)驗(yàn)室公司(Sharp Laboratories ofAmerica, Inc)；
[0010]2005 年 7 月 27 日提交的名稱為“Method for Sharing the Channel withNeighbor Networks” 的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng) N0.60/703，236 ；
[0011]名稱為“Method for Providing Requested Quality of Service”，代理案號(hào)為SLA1891的美國(guó)專利申請(qǐng)，已轉(zhuǎn)讓給美國(guó)夏普實(shí)驗(yàn)室公司(Sharp Laboratories ofAmerica, Inc)；
[0012]2005 年 7 月 27 日提交的名稱為“Method for Providing Requested Quality ofService”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.60/703，317 ;以及
[0013]2006 年 I 月 23 日提交的名稱為 “Managing Contention-Free Time Allocationin a Network”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.11/337，963。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0014]本發(fā)明通常涉及通過以太網(wǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)的通信，更具體而言，涉及通過電力線網(wǎng)絡(luò)的通信。
【背景技術(shù)】
[0015]家庭聯(lián)網(wǎng)的景象推動(dòng)了許多商業(yè)計(jì)劃，但是到目前為止所提供的產(chǎn)品在能力或者市場(chǎng)潛力方面都非常有限，而不能實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想。家庭聯(lián)網(wǎng)與工作場(chǎng)所的聯(lián)網(wǎng)不同。應(yīng)用不同、業(yè)務(wù)模式不同，并且可用于攜帶數(shù)據(jù)的媒體也不同。當(dāng)然，家庭聯(lián)網(wǎng)用戶可能想要在他們的計(jì)算機(jī)之間傳遞文件并且共享諸如打印機(jī)之類的外圍設(shè)備。他們可能想要網(wǎng)關(guān)以進(jìn)行寬帶接入，從而他們可以在多個(gè)設(shè)備之間共享他們的因特網(wǎng)連接。用戶還可能想要其它的服務(wù)，例如IP語(yǔ)音(VoIP)、流媒體娛樂以及對(duì)多用戶聯(lián)網(wǎng)游戲的支持。
[0016]盡管一些較新的住房布配了適合于以太網(wǎng)的電纜，但是大多數(shù)住房卻沒有。因此，如果家庭網(wǎng)絡(luò)物理媒體的選擇僅限于電話線、無(wú)線以及電力線，則具有混雜的屬性。
[0017]近些年來(lái)，無(wú)線聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)組件都在增長(zhǎng)。然而，無(wú)線通信還有范圍有限和不能全面覆蓋的不足，即，家庭的特定區(qū)域不能與其它區(qū)域通信。在特定類型的導(dǎo)致信號(hào)傳播很差的建筑中，例如那些使用鋼架和磚墻的結(jié)構(gòu)中，這些問題特別突出。這些問題的解決方案昂貴且復(fù)雜，并且需要普通業(yè)主所不具備的技術(shù)能力。
[0018]盡管首先電話線聯(lián)網(wǎng)看起來(lái)似乎是解決方案，但是許多家庭在方便的位置缺少電話插孔來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭聯(lián)網(wǎng)的可預(yù)見益處。例如，一些較老的住房可能僅具有一個(gè)位于廚房的電話插孔，以供廚房和其它生活區(qū)域(例如，起居室、客廳等等)使用。因此，向遠(yuǎn)程設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)連接可能會(huì)不方便或者很凌亂。在較不發(fā)達(dá)的國(guó)家，這個(gè)情景尤其令人不愉快。另一方面，電源插頭幾乎位于家中的每個(gè)房間，并且一些家庭在每個(gè)房間的每面墻上都具有多個(gè)電源插座。電力線看起來(lái)是這三種用于通信的介質(zhì)中最困難的一種，但是它的確有兩個(gè)吸引人的屬性。首先，如同電話線一樣，不需要RF轉(zhuǎn)換硬件，因此，與無(wú)線方案相比成本低。但是更重要的是，在家中人們想要使用聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的任何地方幾乎都有電源插座。
[0019]電力線介質(zhì)是一種惡劣的通信環(huán)境。例如，在家中任意兩個(gè)插座之間的信道具有極其復(fù)雜的傳輸線網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，該傳輸線網(wǎng)絡(luò)具有許多無(wú)端接的短截線，并且某些傳輸線網(wǎng)絡(luò)具有阻抗變化的終端負(fù)載。這種網(wǎng)絡(luò)具有隨著頻率而極大變化的幅度和相位響應(yīng)。在一些頻率上，傳輸?shù)男盘?hào)可以相對(duì)低損耗地到達(dá)接收機(jī)，然而在其它頻率上其可能低于噪聲基準(zhǔn)。更糟糕的是，傳遞函數(shù)可能隨時(shí)間改變。這是可能發(fā)生的，因?yàn)闃I(yè)主將新的設(shè)備插入電力線或者如果網(wǎng)絡(luò)中所插入的某些設(shè)備具有時(shí)變阻抗。結(jié)果是，插座對(duì)之間的信道的傳遞函數(shù)可能會(huì)在很大范圍內(nèi)變化。在一些情況下，寬的帶寬可能適用于高質(zhì)量的傳輸，而在其它情況下，信道可能具有有限的攜帶數(shù)據(jù)的能力。
[0020]并且，業(yè)主對(duì)于設(shè)備的無(wú)計(jì)劃使用可能導(dǎo)致插座對(duì)之間的信道的傳遞函數(shù)隨機(jī)變化。結(jié)果是，在需要使用信道之前，不能預(yù)測(cè)該信道的帶寬對(duì)于通過電力線的高質(zhì)量傳輸?shù)倪m合性。此外，在建立了接收器和發(fā)送器之間的連接之后，該連接的帶寬需求可能改變，這可能顯著地影響該連接所提供的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。
[0021]由于聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備對(duì)之間的連接可能需要變化的信道容量，所以涉及到信道帶寬的可用性的問題引起了對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的總吞吐量、每個(gè)連接的QoS、對(duì)連接需求的監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)資源的適應(yīng)性的關(guān)注。因此，在本【技術(shù)領(lǐng)域】中需要能夠有力地并且有效地解決這些關(guān)注的管理和監(jiān)控方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明涉及用于電力線網(wǎng)絡(luò)中的帶寬管理的方法和系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明提供了用于估計(jì)信道容量以及監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備的連接需求，以在電力線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)有效的帶寬管理的方法和系統(tǒng)[0023]在一個(gè)方面，電力線網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)站，其中所述多個(gè)站包括用于協(xié)調(diào)每個(gè)站的傳輸?shù)闹醒雲(yún)f(xié)調(diào)器。每個(gè)站可被配置為生成一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射，用于與電力線網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)其它站進(jìn)行通信。每個(gè)音調(diào)映射包括要在所述多個(gè)站中的兩個(gè)站之間的通信鏈路上使用的一組音調(diào)。每個(gè)音調(diào)映射進(jìn)一步包括用于每個(gè)音調(diào)的一組唯一的調(diào)制方法。每個(gè)站進(jìn)一步可被配置為生成默認(rèn)音調(diào)映射，用于與每個(gè)其它站進(jìn)行通信，其中該默認(rèn)音調(diào)映射對(duì)于電力線循環(huán)的所有部分都有效。每個(gè)站進(jìn)一步可被配置為對(duì)其帶寬要求進(jìn)行監(jiān)控以及向中央?yún)f(xié)調(diào)器請(qǐng)求額外帶寬。每個(gè)站進(jìn)一步可被配置為在傳輸?shù)膸刂朴蛑兄甘編捯?，其中中央?yún)f(xié)調(diào)器可被配置為監(jiān)控傳輸?shù)膸刂朴?，以便響?yīng)帶寬要求。所述音調(diào)映射中的每一個(gè)作為所述多個(gè)站中的兩個(gè)站之間的連接期間的信道估計(jì)過程的結(jié)果而生成，其中信道估計(jì)過程包括測(cè)量信道特性。
[0024]在查閱以下詳細(xì)描述和附圖之后，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]在查閱以下詳細(xì)描述和附圖之后，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見，其中:
[0026]圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的HPAV(HomePlug Audio Video，家庭插電音頻視頻)系統(tǒng)的概圖；
[0027]圖2A示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)的示例性電力線網(wǎng)絡(luò)配置的圖。
[0028]圖2B示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)的另一個(gè)示例性電力線網(wǎng)絡(luò)配置的圖。
[0029]圖2C示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)的另一個(gè)示例性電力線網(wǎng)絡(luò)配置的圖。
[0030]圖3示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)100的示例性HPAV收發(fā)器的圖。
[0031]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性信標(biāo)周期的圖。
[0032]圖5示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的信道估計(jì)過程的流程圖。
[0033]圖6A示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)100的示例性MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元的圖。
[0034]圖6B示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)100的另一個(gè)示例性MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]盡管針對(duì)具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是如這里所附的權(quán)利要求所定義的，顯然可以將本發(fā)明的原理應(yīng)用于這里所述的本發(fā)明的具體描述的實(shí)施例之外。此外，本發(fā)明的描述中省去了某些細(xì)節(jié)，以免混淆本發(fā)明的創(chuàng)造性方面。所省去的細(xì)節(jié)在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的知識(shí)范圍之內(nèi)。
[0036]本申請(qǐng)中的圖以及它們所附的詳細(xì)描述僅涉及本發(fā)明的示例性實(shí)施例。為了保持簡(jiǎn)潔，在本申請(qǐng)中沒有具體描述使用本發(fā)明的原理的本發(fā)明的其它實(shí)施例，并且本附圖中也沒有示出。要記住的是，除非特別指出，可以用相同或者對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)來(lái)指示圖中相同或者對(duì)應(yīng)的元件。
[0037]圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的HPAV (家庭插電音頻視頻)系統(tǒng)100的概圖。如圖所示，HPAV系統(tǒng)100包括:PHY (物理)層110、MAC (媒體訪問控制)層120以及匯聚層130。當(dāng)HPAV系統(tǒng)100處于傳輸模式時(shí)，PHY層110執(zhí)行糾錯(cuò)控制、到OFDM(正交頻分復(fù)用)符號(hào)的映射以及時(shí)域波形的生成；MAC層120確定正確的傳輸位置、將數(shù)據(jù)幀格式化為固定長(zhǎng)度的實(shí)體以便在信道上傳輸，并且通過自動(dòng)請(qǐng)求重傳(ARQ)來(lái)確保及時(shí)和無(wú)差錯(cuò)的發(fā)送；匯聚層130執(zhí)行橋接、連接中的業(yè)務(wù)分類，以及數(shù)據(jù)發(fā)送平滑功能。反之，當(dāng)HPAV系統(tǒng)100處于接收模式時(shí)，PHY層110、MAC層120和匯聚層130反向地執(zhí)行對(duì)應(yīng)的功能。
[0038]HPAV系統(tǒng)100利用OFDM調(diào)制技術(shù)，這是由于其在當(dāng)前頻率選擇性信道中固有的適應(yīng)性，其對(duì)窄帶干擾的彈性，以及其對(duì)突發(fā)噪聲的魯棒性。通過使用OFDM符號(hào)的時(shí)域脈沖成形，無(wú)需額外的傳輸陷波濾波器就可以得到深的頻率陷波。HPAV系統(tǒng)100采用1155個(gè)載波，范圍從 1.80MHz 到 30.0OMHz。
[0039]圖2A示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)100的示例性音頻視頻邏輯網(wǎng)絡(luò)(AudioVideo Logical Network, AVLN)。AVLN包括一組具有相同的網(wǎng)絡(luò)成員密鑰(NetworkMembership Key, NMK)的站。在本申請(qǐng)通常稱為“電力線網(wǎng)絡(luò)”的AVLN中，所述站中的一個(gè)成為中央?yún)f(xié)調(diào)器(Central Coordinator,CCo)設(shè)備，其負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的所有站的傳輸，以便為每個(gè)連接實(shí)現(xiàn)最大的總網(wǎng)絡(luò)吞吐量和良好的QoS。CCo還負(fù)責(zé)對(duì)希望加入網(wǎng)絡(luò)的站進(jìn)行認(rèn)證、管理加密密鑰以及對(duì)與鄰近網(wǎng)絡(luò)的資源共享進(jìn)行協(xié)調(diào)?？梢詫Co預(yù)先配置為這樣，或者通過指定的選擇過程來(lái)自動(dòng)地選擇；然而，在AVLN中一次只有一個(gè)站可以作為中央?yún)f(xié)調(diào)器(CCo)。注意，AVLN(即電力線網(wǎng)絡(luò))中的站可以經(jīng)由電力線(即交流線)進(jìn)行通信。
[0040]如圖2A中所示，AVLN202包括站A、B、C和D以及CCol。給定站的物理網(wǎng)絡(luò)(PhyNet)是至少可以在幀控制(FC)級(jí)別和R0B0(魯棒)模式下與該站進(jìn)行物理通信的站的集合。PhyNet相對(duì)于給定的站,并且物理上臨近的多個(gè)站的PhyNet有可能不同。在本申請(qǐng)中，注意，雙向箭頭，如圖2A中的雙向箭頭204，用于指示兩個(gè)站，如站A和CCo I，有能力在PHY級(jí)上進(jìn)行通信。如圖2A中所示,所有站可以互相通信，因此,如表1中所示,所有站的PhyNet是相同集合{A，B, C，D, CCol`I。如果屬于一個(gè)AVLN的兩個(gè)站屬于彼此的PhyNet，則它們可以互相通信。如圖2A中進(jìn)一步所示，AVLN202與AVLN202中每個(gè)站的PhyNet —致。
[0041]表1
[0042].站 I圖2AI圖2BI圖2C
A {A, B, C，P, CCol} — {A, B, CCoI}TK B, CCoI}—
B {A, B, C，P, CCol} — {A, B, CCoI}TK B, CCoI}—
C {A, B, C, D, CCol} — {C, D, CCo2}~{C, D, CCol}—
D {A, B, C, D, CCol} — {C, D, CCo2}Tc, D}—

CCol {A, B, C, D, CCol} — {A, B, CCol, CCol} ~{A, B, C, CCol}—
CCo2 |n/AI {C，D: CCol, CCol} |n/A—
[0043]圖2B示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)100的兩個(gè)示例性的AVLN。如圖2B中所示，AVLN210包括站A和B以及CCol，AVLN212包括CCo2以及站C和D。表1中示出了圖2B中的每個(gè)站的PhyNet。
[0044]圖2C示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)100的示例性的AVLN。如圖2C中所示，AVLN220包括CCol以及站A、B、C和D。表1中示出了圖2C中的每個(gè)站的PhyNet。
[0045]圖3示出了用于圖1中的HPAV系統(tǒng)100的示例性HPAV收發(fā)器的圖。HPAV收發(fā)器300包括發(fā)送器端310，其使用OFDM調(diào)制，以及接收器端360。在發(fā)送器端310，PHY層(即圖I中的PHY層110)從MAC層(即MAC層120)接收其輸入。圖3中示出了對(duì)分別由1.0.1FC編碼器320、AV FC編碼器330和AV有效載荷數(shù)據(jù)編碼器340所處理的HomePlugL 0.1幀控制(FC)數(shù)據(jù)312、HomePlug AV幀控制數(shù)據(jù)314和HomePlug AV有效載荷數(shù)據(jù)316進(jìn)行不同編碼的三個(gè)獨(dú)立的處理鏈。這三個(gè)編碼器的輸出引入到公共的OFDM調(diào)制結(jié)構(gòu)中，包括映射器350、快速傅立葉反變換(IFFT)處理器352、循環(huán)前綴插入、符號(hào)窗和重疊模塊354，以及前同步碼插入356，該OFDM調(diào)制結(jié)構(gòu)最終饋入用于將信號(hào)耦合到電力線介質(zhì)390的模擬前端(AFE)模塊358。
[0046]在接收器端360，AFE365用自動(dòng)增益控制器(AGC) 368和時(shí)間同步模塊370來(lái)進(jìn)行操作，以饋入獨(dú)立的幀控制和有效載荷數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。通過利用用于HomePlugl.0.1限定器的384點(diǎn)FFT372和用于HomePlug AV的3072點(diǎn)FFT374對(duì)所接收的采樣流進(jìn)行處理，并且使其通過分別用于HomePlugl.0.1和HomePlug AV模式的獨(dú)立的巾貞控制解碼器380和382，來(lái)恢復(fù)幀控制數(shù)據(jù)。通過3072點(diǎn)FFT374、解調(diào)器375、并且通過AV有效載荷數(shù)據(jù)解碼器384的解交織器385、turbo卷積解碼器386和解擾器387來(lái)處理采樣的時(shí)域波形的有效載荷部分，以恢復(fù)AV有效載荷數(shù)據(jù)，其中該有效載荷部分僅包含HomePlug AV格式的符號(hào)。
[0047]在本發(fā)明中，網(wǎng)絡(luò)的CCo(例如圖2A中的AVLN202的CCol)對(duì)稱為信標(biāo)的特殊信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，該信標(biāo)包含系統(tǒng)范圍內(nèi)的信息，如網(wǎng)絡(luò)ID、與其進(jìn)行協(xié)調(diào)的鄰近網(wǎng)絡(luò)的編號(hào)、傳輸?shù)漠?dāng)前調(diào)度表(例如，何時(shí)允許哪個(gè)站進(jìn)行發(fā)送)，以及網(wǎng)絡(luò)模式(例如，是處于HPAV模式還是HPAV混合模式)。信標(biāo)還可以包含對(duì)于來(lái)自特定站的消息的響應(yīng)，其中所述特定站請(qǐng)求資源、請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò)，或者傳遞了加密密鑰，等等。如以下結(jié)合圖4所述，CCo可以以規(guī)律的時(shí)間間隔來(lái)發(fā)送信標(biāo)，其中所述時(shí)間間隔與電力循環(huán)的特定相位相關(guān)聯(lián)。所述信標(biāo)以所謂的ROBO(魯棒)模式發(fā)送，其中ROBO模式用于由其它站來(lái)可靠地接收該信標(biāo)，其中每個(gè)站從CCo到該站經(jīng)歷不同的信道特性。在ROBO模式中，調(diào)制獨(dú)立于信道特性，并且通過低速率編碼、低密度調(diào)制和有效載荷的接收和交織來(lái)實(shí)現(xiàn)魯棒性。
[0048]每個(gè)HPAV站(例如圖2A中的站A、B、C和D)監(jiān)視信道中HPl.0設(shè)備的出現(xiàn)。當(dāng)站檢測(cè)到HPl.0設(shè)備的出現(xiàn)時(shí)，通知CCo (例如圖2A中的CCol)，CCo將網(wǎng)絡(luò)(例如圖2A中的AVLN202)切換到HPAV混合模式。在混合模式操作中，HPAV網(wǎng)絡(luò)通過使得HPl.0站僅在信標(biāo)周期的CSMA/CA區(qū)域內(nèi)進(jìn)行發(fā)送來(lái)避免來(lái)自HPl.0站的干擾。從而HPAV站和HPl.0站可以在同一介質(zhì)上共存，而在該周期的無(wú)競(jìng)爭(zhēng)部分，HPAV站保持所有已調(diào)度的傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。
[0049]圖4根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示出了與示例性電力線循環(huán)同步的示例性的信標(biāo)周期。如圖4中所示，信標(biāo)周期402(即兩個(gè)連續(xù)的信標(biāo)傳輸之間的時(shí)間)基本等于電力線循環(huán)404的兩個(gè)周期。例如，對(duì)于頻率為60Hz的電力線(即對(duì)于60Hz系統(tǒng))，信標(biāo)周期標(biāo)稱等于33.33毫秒(ms)。例如，對(duì)于頻率為50Hz的電力線(即對(duì)于50Hz系統(tǒng))，信標(biāo)周期402標(biāo)稱等于40ms。在一個(gè)實(shí)施例中，信標(biāo)周期402可以精確地等于電力線循環(huán)404的兩個(gè)周期。如圖4中進(jìn)一步所示，信標(biāo)周期402的開始可以從電力線循環(huán)的開始處偏移一段固定的時(shí)間。
[0050]如圖4中所不，信標(biāo)周期402包括信標(biāo)區(qū)域406、CSMA(Carrier Sense MultipleAccess，載波偵聽多路訪問)區(qū)域408以及保留區(qū)域410。信標(biāo)區(qū)域406包括由CCo所生成的信標(biāo)，并且可以包括前同步碼、幀控制和信標(biāo)有效載荷。CCo確保信標(biāo)與電力線循環(huán)保持同步，并且不依賴于CCo本地時(shí)鐘頻率。
[0051]通過使用一個(gè)或者多個(gè)信標(biāo)項(xiàng),在信標(biāo)有效載荷中對(duì)描述信標(biāo)周期402中的分配的信息進(jìn)行廣播。信標(biāo)區(qū)域406還包括關(guān)于CSMA區(qū)域408以及保留區(qū)域410的持續(xù)時(shí)間的信息。CSMA區(qū)域408包括持久共享的CSMA分配區(qū)域416，該區(qū)域被分配給使用CSMA信道接入機(jī)制的連接(即發(fā)送和接收站之間的會(huì)話)。CSMA區(qū)域408是競(jìng)爭(zhēng)周期(CP)，也稱為 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/contention access,載波偵聽多路訪問 /競(jìng)爭(zhēng)訪問)周期。保留區(qū)域410是信標(biāo)周期402的片段，在該片段期間僅允許一個(gè)站進(jìn)行發(fā)送，保留區(qū)域410進(jìn)一步被劃分成持久分配區(qū)域412和非持久分配區(qū)域414。將持久分配區(qū)域412分配給需要QoS(服務(wù)質(zhì)量)的連接(即，發(fā)送和接收站之間的會(huì)話)。持久分配區(qū)域412是無(wú)競(jìng)爭(zhēng)周期(CFP)并且可以利用TDMA(時(shí)分多址)信道接入。將非持久分配區(qū)域414分配給以下中的一個(gè)或者多個(gè):
[0052](a)分配到持久分配區(qū)域412中的、可能因?yàn)樾诺缾夯欢味袒蛘唛L(zhǎng)的時(shí)間段或者因?yàn)樘囟☉?yīng)用的需求增加(例如在視頻或者音頻快進(jìn)期間)而需要額外能力的活動(dòng)連接；
[0053](b)附加的CSMA周期(例如，當(dāng)CCo在常規(guī)CSMA周期中感測(cè)到高級(jí)沖突時(shí));以及
[0054](c)特殊的系統(tǒng)需要，例如發(fā)現(xiàn)信標(biāo)(discover beacon)，其目的是發(fā)現(xiàn)不能檢測(cè)或者聽到CCo的隱藏節(jié)點(diǎn)(S卩，站)。
[0055]在本發(fā)明的HPAV系統(tǒng)(S卩，圖1中的HPAV系統(tǒng)100)中，信道估計(jì)是對(duì)電力線信道的特性進(jìn)行測(cè)量的過程，其中利用該電力線信道來(lái)適配PHY(即圖1中的PHY層110)的操作以提供最佳性能。在一個(gè)站加入電力線網(wǎng)絡(luò)之后，并且在其(即，該站)與其它站進(jìn)行廣泛的數(shù)據(jù)交換之前，該站對(duì)其自身與其所希望通信的其它站之間的信道進(jìn)行估計(jì)。作為信道估計(jì)的結(jié)果，對(duì)于信標(biāo)周期(例如圖4中的信標(biāo)周期402)中的不同的時(shí)間間隔，選擇一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射(tone map)，所述音調(diào)映射是用于指示能夠可靠地在不同音調(diào)(頻譜的部分)中攜帶的信息量的列表。通常，在同一對(duì)站之間需要多個(gè)音調(diào)映射，因?yàn)樵陔娏€循環(huán)的不同部分，信道相當(dāng)不同。音調(diào)映射包括將要在電力線網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)站之間的特定單播通信鏈路上使用的一組(或一列)音調(diào)。音調(diào)映射進(jìn)一步包括用于該組音調(diào)中的所有音調(diào)的一組唯一的調(diào)制方法。
[0056]信道估計(jì)可以包括:對(duì)每個(gè)載波(即音調(diào))上所使用的調(diào)制方法進(jìn)行選擇，對(duì)FEC(前向糾錯(cuò))碼率進(jìn)行選擇，對(duì)保護(hù)時(shí)間間隔長(zhǎng)度進(jìn)行選擇，以及對(duì)采用了特定的音調(diào)映射設(shè)置的交流線循環(huán)(即，電力線循環(huán))內(nèi)的時(shí)間間隔進(jìn)行選擇。FEC碼率和保護(hù)時(shí)間間隔長(zhǎng)度可以隨著電力線循環(huán)周期而變化，但是它們對(duì)于任意給定時(shí)間的所有載波都是相同的。
[0057]電力線網(wǎng)絡(luò)中的所有站都建立默認(rèn)音調(diào)映射，其在所有CSMA和CFP周期(S卩，站可以發(fā)送的整個(gè)信標(biāo)周期)中對(duì)于特定站的接收有效。此外，站還可以建立適用于音調(diào)映射的交流線循環(huán)，即，對(duì)于部分信標(biāo)周期和潛在的交流線循環(huán)有效的音調(diào)映射。
[0058]信道估計(jì)過程使發(fā)送站能夠獲得可以在電力線循環(huán)的各種時(shí)間間隔使用的音調(diào)映射，同時(shí)與特定的接收站進(jìn)行通信。電力線信道在每個(gè)發(fā)送站和接收站之間是唯一的。結(jié)果是，在每個(gè)發(fā)送站和接收站之間必須獨(dú)立地執(zhí)行信道估計(jì)過程。信道估計(jì)過程還包括用于對(duì)可以使用的音調(diào)映射的數(shù)量進(jìn)行協(xié)商、對(duì)有效音調(diào)映射的列表進(jìn)行保持、以及對(duì)可以使用每個(gè)音調(diào)映射的電力線循環(huán)內(nèi)的時(shí)間間隔的列表進(jìn)行保持的機(jī)制。可以將信道估計(jì)過程劃分成初始信道估計(jì)過程和動(dòng)態(tài)信道估計(jì)過程。當(dāng)發(fā)送站需要向特定的接收站發(fā)送數(shù)據(jù)并且不具有有效的音調(diào)映射時(shí)，其調(diào)用初始信道估計(jì)過程。
[0059]現(xiàn)在參考圖5，其示出了示例性流程圖500，其描述了在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電力線網(wǎng)絡(luò)中用于在發(fā)送和接收站之間執(zhí)行初始信道估計(jì)過程的方法。圖5的流程圖500中省去了對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說顯而易見的特定細(xì)節(jié)和特征。例如，如本領(lǐng)域所公知的，一個(gè)步驟可由一個(gè)或者多個(gè)子步驟組成或者可以涉及專用設(shè)備。盡管流程圖500中所示的步驟502到510足以描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，但是本發(fā)明的其它實(shí)施例可以利用與流程圖500中所示出的不同的步驟。
[0060]從步驟502開始，具有要向接收站發(fā)送的數(shù)據(jù)的發(fā)送站確定其(即發(fā)送站)沒有有效音調(diào)映射。在步驟504，發(fā)送站通過發(fā)送具有SRC (Sound Reason Code，聲音原因碼)的聲音MPDU(MAC Protocol Data Unit，MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元)集合以指示用于初始信道估計(jì)的聲音來(lái)開始信道估計(jì)過程。這個(gè)MPDU，在本申請(qǐng)中又稱為“初始傳輸”，對(duì)發(fā)送站可以分配給這個(gè)“鏈路”的最大音調(diào)映射數(shù)量進(jìn)行指定。在MAC中，將連接分解為一個(gè)或者多個(gè)稱為“鏈路”的單向數(shù)據(jù)流。在信道估計(jì)期間使用聲音MPDU以對(duì)信道的特性進(jìn)行估計(jì)。初始信道估計(jì)可以發(fā)生在CP或者CFP中。
[0061]在步驟506，接收站發(fā)送在FC(幀控制)域中適當(dāng)?shù)卦O(shè)置了 SAF(Sound ACK Flag,聲音ACK標(biāo)志位)比特的聲音MPDU，以確定接收到來(lái)自發(fā)送站的聲音MPDU。在步驟508，發(fā)送站繼續(xù)向接收站發(fā)送聲音MPDU，直到接收站指示其具有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)生成音調(diào)映射為止。例如，接收站可以向發(fā)送站發(fā)送適當(dāng)?shù)卦O(shè)置了 SAF和SCF(Sound Complete Flag,聲音完成標(biāo)志位)的聲音MPDU，以指示其(即接收站)具有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)生成音調(diào)映射。在步驟510，接收站生成新的音調(diào)映射，并且將其發(fā)送到發(fā)送站作為默認(rèn)音調(diào)映射?？梢栽贑EI (Channel Estimation Indication,信道估計(jì)指示)消息中發(fā)送所述新的音調(diào)映射，其中CEI具有響應(yīng)類型域，用于指示該消息包括初始信道估計(jì)過程所生成的默認(rèn)音調(diào)映射。在生成默認(rèn)音調(diào)映射之后，接收站還可以生成一個(gè)或者多個(gè)適合電力線循環(huán)的音調(diào)映射。
[0062]如果在CP中執(zhí)行初始信道估計(jì)過程，則發(fā)送站必須在向接收站發(fā)送聲音MPDU之前競(jìng)爭(zhēng)信道。在CP中執(zhí)行初始信道估計(jì)過程可以阻礙發(fā)送站在電力線循環(huán)的特定部分期間發(fā)送聲音MPDU。類似地，如果在CFP中執(zhí)行初始信道估計(jì)過程，則發(fā)送站可能缺少足夠的分配以跨越完整的電力線循環(huán)。在任一種情況下，都需要接收站提供稱為默認(rèn)音調(diào)映射的音調(diào)映射，該默認(rèn)音調(diào)映射對(duì)于信標(biāo)周期(或者電力線循環(huán))的所有部分都有效。
[0063]可以在執(zhí)行了初始信道估計(jì)過程之后，由接收站來(lái)執(zhí)行動(dòng)態(tài)信道適配過程。動(dòng)態(tài)信道適配過程可以導(dǎo)致默認(rèn)音調(diào)映射的動(dòng)態(tài)更新(即，用新的默認(rèn)音調(diào)映射來(lái)替換現(xiàn)有的默認(rèn)音調(diào)映射)。這個(gè)過程可以導(dǎo)致生成與在電力線循環(huán)的各種時(shí)間間隔都有效的適合電力線循環(huán)的音調(diào)映射，其中部分適合電力線循環(huán)的音調(diào)映射可以替換現(xiàn)有的音調(diào)映射。與默認(rèn)音調(diào)映射相反，適合電力線循環(huán)的音調(diào)映射針對(duì)電力線循環(huán)的具體時(shí)間間隔內(nèi)的信道特性進(jìn)行了微調(diào)。因此，每當(dāng)可以獲得一個(gè)適合電力線循環(huán)的音調(diào)映射并且可以使用時(shí)(基于CEI域中的CPF)，發(fā)送站就應(yīng)該使用該音調(diào)映射。音調(diào)映射需要有規(guī)律地更新和刷新，除非它們已被申明失效，并且不能用在連接中。例如，需要用這種適配來(lái)捕獲由于接收或者發(fā)送站的鄰居去除或者添加設(shè)備所導(dǎo)致的信道改變。
[0064]在連接期間，接收和發(fā)送站都對(duì)活動(dòng)鏈路的健康狀況進(jìn)行經(jīng)常監(jiān)控(發(fā)送站可以利用選擇性ACK機(jī)制從接收站接收反饋)。當(dāng)一個(gè)站感測(cè)到需要更多資源來(lái)滿足連接的QoS需求時(shí)，該站可以從CCo請(qǐng)求更多資源。例如，可能由于信道惡化或者由于應(yīng)用帶給發(fā)送站的業(yè)務(wù)量增加，而需要更多資源。
[0065]除了該連接所涉及的站對(duì)于額外資源的明確請(qǐng)求之外，所述站還可以通過每個(gè)傳輸?shù)腇C(幀控制)域的特定域來(lái)向CCo指示它們的資源要求。信道上的每個(gè)傳輸從稱為幀控制(FC)的特定部分開始，F(xiàn)C向接收站提供特定信息(例如，在有效載荷的調(diào)制中使用什么音調(diào)映射，或者對(duì)于糾錯(cuò)使用什么碼率)。FC中的一個(gè)域提供指示以指示在發(fā)送站中有多少個(gè)塊正在等待傳輸。如果等待傳輸?shù)膲K的數(shù)量過大(即，如果發(fā)送站發(fā)生擁塞)，則CCo可以向該連接分配更多資源，其中該CCo可以監(jiān)控來(lái)自電力線網(wǎng)絡(luò)中的所有傳輸?shù)腇C。額外的分配可以是暫時(shí)的(例如在非持久分配中告知的分配)以處理PHY層成功適配的信道特性的改變所導(dǎo)致的短期鏈路惡化。分配改變還可以是長(zhǎng)期的以處理PHY層不能簡(jiǎn)單地適配的信道的改變，或者處理由特定應(yīng)用所導(dǎo)致的業(yè)務(wù)負(fù)載的改變。
[0066]圖6A示出了供圖1中的HPAV系統(tǒng)100使用的示例性MPDU格式。在圖6A中，長(zhǎng)MPDU602包括幀控制塊604和MPDU有效載荷606。長(zhǎng)MPDU602是指除了幀控制信息之外還攜帶了有效載荷信息的MPDU，其用于僅有AV的模式。幀控制塊604例如可以包括128個(gè)比特，包括幀控制信息，并且MPDU有效載荷606包括有效載荷信息。
[0067]圖6B示出了供圖1中的HPAV系統(tǒng)100使用的示例性MPDU格式。在圖6B中，短MPDU650僅包括幀控制塊，其包括幀控制信息。在短MPDU650中，幀控制塊可以包括128個(gè)比特。
[0068]因此，如上所述，本發(fā)明提供的HPAV系統(tǒng)包括經(jīng)由電力線網(wǎng)絡(luò)中的電力線來(lái)進(jìn)行通信的站，其中每個(gè)站可以被配置來(lái)生成一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射，用于與每個(gè)其它站進(jìn)行通信，并且其中音調(diào)映射指示可以在不同音調(diào)中可靠地?cái)y帶的信息的數(shù)量。每個(gè)站可以進(jìn)一步被配置為監(jiān)視其帶寬要求，并且將其帶寬要求告知到CCo (中央?yún)f(xié)調(diào)器)以便分配額外資源。結(jié)果是，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的HPAV系統(tǒng)有利地提供了電力線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的有效帶寬管理。
[0069]本發(fā)明的以上描述表明，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，可以用各種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的概念。此外，盡管通過具體參考某些實(shí)施例來(lái)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行改變。例如，可以構(gòu)想，可以用軟件和/或硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)這里所公開的電路，并且可以將軟件存儲(chǔ)在任何存儲(chǔ)介質(zhì)或者存儲(chǔ)器中。所述實(shí)施例僅應(yīng)被視為是示例性的而不是限制性的。應(yīng)該理解，本發(fā)明并不局限于這里所描述的特定實(shí)施例，而是在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下能夠具有多種重新配置、修改和替換。
【權(quán)利要求】
1.一種電力線網(wǎng)絡(luò),包括: 包括中央?yún)f(xié)調(diào)器的多個(gè)站，所述中央?yún)f(xié)調(diào)器用于對(duì)所述多個(gè)站中的每一個(gè)的傳輸進(jìn)行協(xié)調(diào)； 其中所述多個(gè)站中的每一個(gè)被配置為具有信道估計(jì)過程來(lái)生成一個(gè)或者多個(gè)要在所述多個(gè)站中的兩個(gè)站之間的通信鏈路上使用的音調(diào)映射，所述信道估計(jì)過程包括用于對(duì)能使用的音調(diào)映射的數(shù)量進(jìn)行協(xié)商、對(duì)有效音調(diào)映射的列表進(jìn)行保持、以及對(duì)能使用每個(gè)音調(diào)映射的電力線循環(huán)內(nèi)的時(shí)間間隔的列表進(jìn)行保持的機(jī)制。
2.如權(quán)利要求1所述的電力線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述多個(gè)站中的每一個(gè)進(jìn)一步可被配置為:規(guī)律地更新所述一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射，以適合信道中的改變。
3.如權(quán)利要求1所述的電力線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述多個(gè)站中的每一個(gè)進(jìn)一步可被配置為:生成默認(rèn)音調(diào)映射，用于與所述多個(gè)站中的每個(gè)其它站進(jìn)行通信，并且其中所述默認(rèn)音調(diào)映射對(duì)于電力線循環(huán)的所有部分有效。
4.如權(quán)利要求1所述的電力線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述多個(gè)站中的每一個(gè)進(jìn)一步可被配置為:在傳輸?shù)膸刂朴蛑兄甘編捯?，并且其中，所述中央?yún)f(xié)調(diào)器可被配置為監(jiān)控所述傳輸?shù)乃鰩刂朴?，以便響?yīng)所述帶寬要求。
5.如權(quán)利要求1所述的電力線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射中的每一個(gè)針對(duì)電力線循環(huán)的特定時(shí)間間隔內(nèi)的信道特性而進(jìn)行微調(diào)。
6.如權(quán)利要求1所述的電力線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述多個(gè)站中的每一個(gè)進(jìn)一步可被配置為:生成默認(rèn)音調(diào)映射，并且其中，所述默認(rèn)音調(diào)映射進(jìn)一步用于整個(gè)信標(biāo)周期中。
7.一種用于對(duì)在電力線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的多個(gè)站中的兩個(gè)之間的信道進(jìn)行估計(jì)的方法，所述方法包括:` 所述多個(gè)站中的一個(gè)從所述多個(gè)站中的另一個(gè)接收初始傳輸； 通過所述多個(gè)站中的所述一個(gè)中的信道估計(jì)器來(lái)生成一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射，用于經(jīng)由電力線與所述多個(gè)站中的所述另一個(gè)進(jìn)行通信，所述信道估計(jì)器包括用于對(duì)能使用的音調(diào)映射的數(shù)量進(jìn)行協(xié)商、對(duì)有效音調(diào)映射的列表進(jìn)行保持、以及對(duì)能使用每個(gè)音調(diào)映射的電力線循環(huán)內(nèi)的時(shí)間間隔的列表進(jìn)行保持的機(jī)制。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括:所述多個(gè)站中的所述一個(gè)更新所述一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射，以適合信道中的改變。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射包括默認(rèn)音調(diào)映射，并且其中所述默認(rèn)音調(diào)映射對(duì)于電力線循環(huán)的所有部分有效。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括: 所述多個(gè)站中的所述一個(gè)在傳輸?shù)膸刂朴蛑兄甘編捯?；以? 所述中央?yún)f(xié)調(diào)器監(jiān)控所述傳輸?shù)乃鰩刂朴?，以便響?yīng)所述帶寬要求。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述多個(gè)站中的所述兩個(gè)站包括接收站和發(fā)送站，并且其中通過以下方法來(lái)生成所述默認(rèn)音調(diào)映射: 所述接收站接收所述發(fā)送站所發(fā)送的聲音數(shù)據(jù)單元；以及 所述接收站利用所述聲音數(shù)據(jù)單元來(lái)生成所述默認(rèn)音調(diào)映射。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括:所述接收站在信道估計(jì)指示消息中向所述發(fā)送站發(fā)送所述默認(rèn)音調(diào)映射。
13.—種包括接收設(shè)備、發(fā)送設(shè)備和中央?yún)f(xié)調(diào)器的電力線網(wǎng)絡(luò)，所述中央?yún)f(xié)調(diào)器用于對(duì)所述接收和發(fā)送設(shè)備的傳輸進(jìn)行協(xié)調(diào)，所述接收設(shè)備包括: 接收機(jī)，其與所述發(fā)送設(shè)備進(jìn)行通信； 其中所述接收設(shè)備被配置為具有信道估計(jì)過程來(lái)生成一個(gè)或者多個(gè)音調(diào)映射，用于與所述發(fā)送設(shè)備進(jìn)行通信， 其中，所述信道估計(jì)過程包括用于對(duì)能使用的音調(diào)映射的數(shù)量進(jìn)行協(xié)商、對(duì)有效音調(diào)映射的列表進(jìn)行保持、以及對(duì)能使用每個(gè)音調(diào)映射的電力線循環(huán)內(nèi)的時(shí)間間隔的列表進(jìn)行保持的機(jī)制。
14.如權(quán)利要求13所述的接收設(shè)備，其中，所述接收設(shè)備進(jìn)一步可被配置為:在傳輸?shù)膸刂朴蛑?，向所述中央?yún)f(xié)調(diào)器告知帶寬要求。
15.如權(quán)利要求13所述的接收設(shè)備，其中，所述接收設(shè)備進(jìn)一步可被配置為:生成默認(rèn)音調(diào)映射，用于與所述發(fā)送設(shè)備進(jìn)行通信，并且其中，所述默認(rèn)音調(diào)映射對(duì)于電力線循環(huán)的所有部分有效。`
【文檔編號(hào)】H04B3/54GK103532809SQ201310278303
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2005年7月27日
【發(fā)明者】尼爾·里德爾, Y·M·佩普奈德斯, 詹姆士·E·佩特若諾維奇, 勞倫斯·W·揚(yáng), 斯里尼瓦?！たㄋ? D·阿亞伽里, S·L·加韋蒂, W·C·T·陳 申請(qǐng)人:西格瑪設(shè)計(jì)以色列有限公司