CN1253021C - 一种基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，在终端与基站之间进行E1数据的上行发送和下行发送，所述E1数据上行发送包括以下步骤：1)生成具有固定周期的带宽分配映射(MAP)图以确定上行E1数据的发送时间；2)终端根据所述生成的MAP图，将E1数据的发送时间写入硬件寄存器；3)根据所述硬件寄存器中的发送时间，发送E1数据；4)基站根据特殊的识别码接收所述E1数据。所述E1数据下行发送包括以下步骤：5)在硬件寄存器中设置E1业务参数；6)硬件根据所述参数在MPEG帧中设置专门用于发送E1数据的区域；7)将E1数据放入上述区域中发送。本发明的方法解决了没有适合宽带无线接入系统的空中协议的问题，特别是它使宽带无线接入系统能够提供E1业务，提高了DOCSIS协议的应用范围，增加了宽带无线接入系统提供的服务种类。
Description
技术领域
本发明涉及通讯领域中宽带无线接入系统，特别是涉及宽带无线接入系统中一种基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法。
背景技术
宽带无线接入系统采用点对多点无线传输方式实现用户网络与骨干网络之间的固定无线综合业务接入，其服务对象主要是集团用户，用于企业、居民小区等用户的综合接入。
目前为止，没有一种适合于宽带无线接入系统的空中协议，特别是能支持宽带无线接入所提供的实时电路服务。而DOCSIS协议(Data-Over-Cable Service Interface Specifications)是为有线电视网络双向数据传输系统制定的标准，其中主要规定物理层和MAC层的实现方式，用于有线电视网络中的点对多点综合业务接入。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对宽带无线接入系统的传输介质与有线网络不同，并且支持实时电路业务的特点，对DOCSIS协议的带宽分配策略进行扩充和修改，克服DOCSIS协议不支持宽带无线接入的缺点，以满足宽带无线接入系统提供实时电路业务的需要。
本发明的技术方案在于，提供一种基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，包括E1数据的上行发送和下行发送，其特征在于，
所述E1数据上行发送包括以下步骤：1)生成具有固定周期的带宽分配映射(MAP)图以确定上行E1数据的发送时间；2)终端根据所述生成的MAP图，将E1数据的发送时间写入硬件寄存器；3)根据所述硬件寄存器中的发送时间，发送E1数据；4)基站根据特殊的识别码接收所述E1数据，
所述E1数据下行发送包括以下步骤：1)在硬件寄存器中设置E1业务参数；2)硬件根据所述参数在MPEG帧中设置专门用于发送E1数据的区域；3)将E1数据放入上述区域中发送。
在上述步骤中涉及DOCSIS MAC帧，下面对其进行简单介绍。DOCSIS协议是规定对应ISO OSI网络七层协议中的MAC层和PHY层的协议，其MAC层定义的最主要的内容是由基站控制的带宽分配和相应的QoS保证，同时涉及对可变长度，多种速率，及对将来多种类型的包的支持。
基站和终端的MAC层之间发送的基本单元是MAC帧。上行和下行方向使用相同的基本帧结构。MAC帧的长度是可变的，分为四种：包PDU的MAC帧，支持可变长度的以太网类型的包数据PDU；ATM信元的MAC帧，表示帧中有ATM PDU；为将来的PDU类型保留的MAC帧；用于特定的MAC控制的MAC帧。
其中特定的MAC帧用于特殊功能，这些功能可支持下行定时和上行测距/功率调制、终端向基站请求带宽、基站为终端分配带宽等、分段和多个MAC帧的级联。
上述上行发送中的步骤1涉及MAP，下面简单介绍一下DOCSIS的上行带宽分配映射(MAP)，上行信道是由微时隙组成的数据流，基站必须能够生成用于识别这些时隙的定时参考，此外，它还必须控制终端接入这些时隙。例如，它可以为终端授权某些连续时隙，用于发送数据PDU。终端必须按照定时要求发送数据，以确保基站在规定的时间参考进行接收。
系统通过分配映射(MAP)实现上行信道带宽管理。MAP是由基站在下行信道发送的可变长度的MAC管理消息，定义上行信道的发送时机。它包含定长信头和许多信息元素IE(INTERVAL ELEMENT)，每个信息元素定义了允许使用的微时隙的范围。给定的MAP可以指定某些时隙作为特定站发送数据的授权，某些时隙用于竞争请求，某些时隙为新站加入链路提供机会。
上述上行发送中的步骤1涉及E1业务上行信道的带宽管理，对于E1业务，是特定的实时业务，采用提供主动提供带宽业务(Unsolicited GrantService UGS)。基站必须为该业务流周期性地提供固定的数据传输带宽，根据该终端开通的E1业务路数为每一终端的E1数据流建立业务流，指定相应参数。然后将该业务流激活，分配SID。
对于E1业务，在第一次的MAP图中，对每个终端E1数据帧发送时机进行数据授权。以后每次基站在MAP图中不再授权给E1业务，但是也不指定这段时间作其它用途(可以将这段时间分配给一个没有终端使用的SID)。终端保存发送时机和发送周期，仍然按照一定的周期在发送时机发送E1数据帧。但是当发送时机需要变化时(如某终端增加或减少N×64K的电路数)，再发送MAP图，对E1业务的发送时机进行授权。同时可以每隔一定的周期(可以远大于MAP周期)，再对E1业务进行一次发送授权。
为实现E1业务，在DOCSIS协议基础上做了一定的扩充，使用一种内部帧，帧结构中各域的定义见表1所示。
上述上行发送的步骤1中，按标准要求E1业务在系统中的最大传输延时不超过5ms，那么在每个MAP中需要对同一个E1业务进行多次数据授权。这样E1业务的延时不会超过标准。
在第一次的MAP图中，对每个终端E1数据帧发送时机进行数据授权。以后每次基站在MAP图中不再授权给E1业务，但是也不指定这段时间作其它用途。终端保存发送时机和发送周期，仍然按照一定的周期在发送时机发送E1数据帧。当发送时机需要变化时(如某终端增加或减少N×64K的电路数)，再发送MAP图，对E1业务的发送时机进行授权。
上述上行发送的步骤4中涉及特定识别码，参照DOCSIS MAC帧的保留PDU帧头，将E1数据帧头定为0×8C，原则是不与其它类型的帧头(主要是管理帧和数据帧)发生重复。
使用上述特殊帧头的目的一是为了能使用硬件快速方便的将E1业务帧与IP数据帧区别开来；二是为了节省开销。对于每个终端来说，E1帧长度相对固定，没有源和目的MAC地址，因此并不需要一个完整的DOCSIS协议MAC帧头。而E1帧的发送较频繁，使用较短的内部帧头可以节省一定的帧头开销；三是为了区分不同终端。在内部帧头中要包括简单的终端号，用来区分来自不同终端的E1帧头。
上述下行发送的步骤2中涉及MPEG帧，下行E1业务的带宽管理主要是由硬件来实现的。下行E1业务的带宽管理实际上是对MPEG帧净荷的分配。在基站侧，由两个E1接口进来的E1数据经串-并转换后，根据网管指配信息所产生的排队控制参数，完成电路业务的交叉连接，顺序进入下行电路业务流FIFO。同时成帧、时序控制和发送电路根据网管指配E1业务产生一种类MPEG帧。
其中P电路业务指针和电路业务有效载荷两个域为可选域，由E1业务的配置情况决定其有无和占用字节数。在非满配置的情况下，这两个域剩余部分的字节可以用作数据业务有效载荷。
对于数据业务来说，可以把MPEG帧头，电路业务指针域，电路业务有效载荷的长度都看作物理层的一部分，对它是不可见的。一个数据帧可能被分开在几个数据业务有效载荷域传输。这里面也包括特定MAC帧。注意SYNC帧是特殊的，不可以被打断，要由硬件来保证它是在一个数据业务有效载荷域传输的。
本发明解决了没有适合宽带无线接入系统的空中协议的问题，特别是它使宽带无线接入系统能够提供E1业务，提高了DOCSIS协议的应用范围，增加了宽带无线接入系统所提供的服务种类。
附图说明
图1是一般MAC帧结构；
图2是标准MAC帧头格式；
图3是扩充的用于E1的MAC帧头格式；
图4是DOCSIS MPEG包格式；
图5是扩充的可用于E1的MPEG帧结构；
图6是本发明中E1数据的上行发送的流程图；
图7是本发明中E1数据的下行发送的流程图。
具体实施方式
如图6所示，本发明基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法中，E1数据通过以下步骤完成上行发送：
1)生成具有固定周期的带宽分配映射(MAP)图以确定上行E1数据的发送时间；
2)终端根据所述生成的MAP图，将E1数据的发送时间写入硬件寄存器；
3)根据所述硬件寄存器中的发送时间，发送E1数据；
4)基站根据特殊的识别码接收所述E1数据。
如图7所示，本发明基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法中，E1数据通过以下步骤完成下行发送：
1)在硬件寄存器中设置E1业务参数；
2)硬件根据所述参数在MPEG帧中设置专门用于发送E1数据的区域；
3)将E1数据放入上述区域中发送。
图1是DOCSIS一般MAC帧结构，从图1中可以看出，一般MAC帧结构中有3个域：MAC帧之前是一个物理媒介(PMD)子层开销(上行)或是一个MPEG流包头(下行)；MAC帧的第一部分是MAC包头，该MAC包头唯一地标识了MAC帧的内容；包头之后是可选的数据PDU域。数据PDU的格式及其有无在MAC包头中定义。
图2是DOCSIS一般MAC帧头格式，一般MAC包头都应具有图2所示的一般帧头格式，格式中各域如表1所示，帧控制(FC)域是第一个字节，唯一地标识MAC包头中的其余内容；在FC域后是3个字节的MAC控制域、一个可选的扩展包头域(EHDR)以及一个包头检验序列(HCS)。
表1
| MAC包头域 | 用法 | 长度 |
| FC | 帧控制：标识MAC包头的类型 | 8比特 |
| MAC_PARM | 参数域，用法取决于FC：如果EHDR_ON＝1，用于EHDR长度(ELEN)；在级联帧中(见错误！未找到引用源。)用于MAC帧计数；或表示所请求的微时隙的数目(只用于请求消息) | 8比特 |
| LEN(SID) | MAC帧的长度。定义为扩展包头中的字节数和HCS域后的字节数的总和。(对于请求消息的包头，该域被业务ID替代) | 16比特 |
| EHDR | 扩展MAC包头(可变长度) | 0-240比特 |
| HCS | MAC包头校验序列 | 2字节 |
| MAC包头的长度 | 6字节+EHDR |
其中HCS域是一个16比特的CRC，用于保证MAC包头的完整性。它应覆盖整个MAC包头，从FC域开始，并包括所有出现的EHDR域。该HCS用ITU-T建议X..25定义的CRC(x16+x12+x5+1)进行计算。
其中，FC域被分为FC-TYPE子域、FC-PARM子域和一个EHDR_ON指示标志，其格式见表2。其中FC_TYPE子域是FC域的最高两位比特，这两位比特表示可能的4种MAC帧格式之一：包PDU的MAC包头；ATM信元的MAC包头；为将来的PDU类型保留的MAC包头；或用于特定的MAC控制的MAC包头。
表2
| FC域 | 用法 | 长度 |
| FC_TYPE | MAC帧控制类型域00：包PDU的MAC包头01：ATM PDU的MAC包头10：保留PDU的MAC包头11：MAC特定包头 | 2比特 |
| FC_PARM | 参数比特，用法取决于FC TYPE | 5比特 |
| EHDR_ON | EHDR_ON＝1时，表示有EHDR域(EHDR(ELEN)的长度由MAC_PARM域确定) | 1比特 |
FC_TYPE后面的5个比特是FC_PARM子域，这些比特的用法取决于MAC包头的类型；FC域的最低位比特是EHDR_ON指示符，如果该比特为1，则表示有扩展包头(EHDR)。
传输会聚子层填充字节码型定义为0×FE，这使得FC字节不应出现FC_TYPE＝11且FC_PARM＝11111的组合。
根据FC域，MAC包头的MAC_PARM域有多种用途，如果EHDR_ON指示符置1，则MAC_PARM域应用于扩展包头长度(ELEN)，EHDR域长度可在0到240字节之间变化；如果这是一个级联MAC包头，那么MAC_PARM域代表级联MAC帧的数目(CNT)；如果这是一个请求消息MAC包头(REQ)，那么MAC_PARM域表示所请求的带宽数。其它情况下，MAC_PARM域保留作将来使用。
第三个域有两种可能的用法，多数情况下，它指示该MAC帧的长度(LEN)；在一种特殊情况下，即在请求消息MAC包头中，由于MAC包头后没有跟随PDU，它用于指示CM ID。
扩展包头(EHDR)域为MAC帧格式提供扩充。它用于时隙数据链路安全性、帧分段，并且可扩充用于支持未来版本中增加的功能。在初级实现中，应将该域递交给处理器。以后软件升级就可以从这一能力受益。
MAC包头可以后随一个数据PDU，数据PDU的类型和格式在MAC包头的帧控制域中定义。FC域明确定义了包数据PDU、ATM数据PDU、MAC特定帧和一个保留编码(用于将来作扩展时的转义机制)。所有CM应使用MAC包头中的长度域来跳过所有保留数据。
图3是DOCSIS扩充的用于E1的MAC帧头格式。参照DOCSIS MAC帧的保留PDU帧头，将E1数据帧头定为0×8C，原则是不与其它类型的帧头(主要是管理帧和数据帧)发生重复。
上行信道实际上是由微时隙组成的数据流，CMTS必须能够生成用于识别这些时隙的定时参考，此外，它还必须控制CM接入这些时隙。例如它可以为CM授权某些连续时隙，用于发送数据PDU。CM必须按照定时要求发送数据，以确保CMTS在规定的时间参考进行接收。下面将描述请求、授权和上行带宽分配中使用的协议元素。其中，带宽分配管理的机制是分配MAP。
分配MAP是CMTS下行信道发送的MAC管理消息，它描述了上行微时隙发送的时刻。给定的MAP可以指定某些时隙作为特定站发送数据的授权，某些时隙用于竞争传输，其它时隙为新站加入链路提供机会。
图4是DOCSIS一般MPEG格式，它包括4字节的MPEG开销，一个指针域(不是在所有包中都存在)以及净负荷。其中MPEG净负荷用于承载MAC帧。
图5是本发明扩充的MPEG格式，它包括4字节的MPEG开销，一个指针域(不是在所有包中都存在)，净负荷前部为电路业务有效载荷，后部为其它业务有效载荷。
同DOCSIS一般MPEG格式相比较，本发明增加了电路业务有效载荷。
关于E1业务的延迟保证，按标准要求E1业务在系统中的最大传输延时不超过5ms，那么在每个MAP)中需要对同一个E1业务进行多次次数据授权。这样E1业务的延时不会超过标准。
在第一次的MAP图中，对每个终端E1数据帧发送时机进行数据授权。以后每次基站在MAP图中不再授权给E1业务，但是也不指定这段时间作其它用途。终端保存发送时机和发送周期，仍然按照一定的周期在发送时机发送E1数据帧。当发送时机需要变化时(如某终端增加或减少N×64K的电路数)，再发送MAP图，对E1业务的发送时机进行授权。
本发明对DOCSIS协议进行了扩充和改进，该协议能应用于宽带无线接入系统，特别是经改进后，能确保宽带无线接入系统提供满足一定最大延迟的E1业务。
Claims (8)
1、一种基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，在终端与基站之间进行E1数据的上行发送和下行发送，其特征在于，
所述E1数据上行发送包括以下步骤：1)生成具有固定周期的带宽分配映射MAP图以确定上行E1数据的发送时间；2)终端根据所述生成的MAP图，将E1数据的发送时间写入硬件寄存器；3)根据所述硬件寄存器中的发送时间，发送E1数据；4)基站根据特殊的识别码接收所述E1数据，
所述E1数据下行发送包括以下步骤：1)在硬件寄存器中设置E1业务参数；2)硬件根据所述参数在MPEG帧中设置专门用于发送E1数据的区域；3)将E1数据放入上述区域中发送。
2、根据权利要求1所述基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，其特征在于，基站与终端之间进行上行和下行的MAC层的发送单元是可变长度的MAC帧，包括：支持可变长度的以太网类型的包数据PDU包的MAC帧；表示帧中有ATM PDU的ATM信元的MAC帧；为将来的PDU类型保留的MAC帧；用于特定的MAC控制的MAC帧。
3、根据权利要求1所述基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，其特征在于，进行E1数据上行发送的上行信道包括微时隙组成的数据流，所述基站生成并发送可识别这些时隙的定时参考并控制终端的接入时隙。
4、根据权利要求1所述基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，其特征在于，包括以下步骤：对于E1业务，在第一次的MAP图中，对每个终端E1数据帧发送时机进行数据授权，终端保存发送时机和发送周期，按照一定的周期在发送时机发送E1数据帧，但当发送时机需要变化时发送MAP图，对E1业务的发送时机进行授权，或每隔一定的周期，再对E1业务进行一次发送授权。
5、根据权利要求4所述基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，其特征在于，所述授权包括在DOCSIS协议基础上扩充使用一种内部帧，在每个MAP中需要对同一个E1业务进行多次数据授权，在第一次的MAP图中，对每个终端E1数据帧发送时机进行数据授权。
6、根据权利要求1所述基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，其特征在于，所述授权包括终端保存发送时机和发送周期，按照一定周期由发送时机发送E1数据帧，当发送时机需要变化时，发送MAP图，对E1业务的发送时机进行授权。
7、根据权利要求1所述基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，其特征在于，所述基站根据特殊的识别码接收所述E1数据中的特定识别码，参照DOCSIS MAC帧的保留PDU帧头，将E1数据帧头定为不与其它类型的帧头发生重复的0x8C或其它数。
8、根据权利要求1所述基于空中带宽资源的综合接入业务实现方法，其特征在于，所述硬件根据所述参数，在MPEG帧中设置专门用于发送E1数据的区域，其中的MPEG帧中P电路业务指针和电路业务有效载荷两个域为可选域，由E1业务的配置情况决定其有无和占用字节数，在非满配置的情况下，这两个域剩余部分的字节可以用作数据业务有效载荷。
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