为具有MAC层和PHY层的共享通信网络节点服务的系统及方法

摘要

本发明涉及一种为具有MAC层和PHY层的共享通信网络中的特定节点服务的系统，该系统在MAC层和PHY层间的接口运行。该系统包括在层间传输至少一个数据包的第一物理信道；在层间传输至少一个突发数据参数的第二物理信道；和在层间为突发数据传输至少一个计时信号的第三物理信道，所述突发数据由所述至少一个突发参数定义且包括所述至少一个数据包。

说明书

技术领域

本发明涉及信息网络，更具体地说，涉及在诸如同轴电缆的通信线路上传输诸如媒体信息的信息，进而形成通信网络。

背景技术

包括家庭在内的许多建筑物中都带有基于同轴电缆(coaxial cable，简称“coax”)的网络。

同轴电缆多媒体联盟(“MoCA^TM”)在其网站(www.mocalliance.org)中提供了一个规范实例(即可在MoCA 1.0下获得，在此进行全文引用)，用于通过同轴电缆传递数字视频和娱乐信息。该规范已向开放成员发布。

基于MoCA及其它规范的技术和相关技术(现有技术)涉及同轴电缆的大量尚未使用的带宽。例如，70％以上的美国家庭安装有同轴电缆。某些家庭在诸如起居室、媒体室和主人房等一个或多个主要娱乐休闲场所中设有同轴电缆。MoCA^TM技术允许屋主利用已安装的同轴电缆作为网络系统，进而传递较高服务质量(QoS)的娱乐和信息节目。

现有技术提供了高速率(270mbps)和高服务质量，以及最高级别的封包级加密和屏蔽的有线连接两者所固有的安全性。同轴电缆设计用于运载高带宽视频信息。目前，同轴电缆通常用于安全传送数百万美元的按次计费及优质视频内容。基于现有技术的网络可用作多个无线接入点的骨干网，从而扩展无线服务在建筑物内的覆盖范围。

现有技术通过现有同轴电缆提供了到达目前安装在家庭中的视频设备所在地的可靠、高吞吐量且高质量的连接，而不影响线缆中的其它服务信号。现有技术提供了数字娱乐链路，并与其它有线和无线网络相互作用进而将娱乐扩展到整个建筑物中。

现有技术与接入技术协同工作，如非对称数字用户线路(“ADSL”)、甚高速率数字用户线(“VDSL”)和光纤到户(“FTTH”)，进而提供一般通过双绞线或光纤进入该建筑物的信号，对于ADSL而言，其操作频带从几十万赫兹到8.5M赫兹，而对于VDSL是到12M赫兹。当服务通过任何数字用户线(“xDSL”)或FTTH到达该建筑物时，这些服务可通过现有技术和同轴电缆转发到视频设备。有线电视运营商可通过线缆为该建筑物提供诸如视频、音频和因特网接入等有线功能，并利用在该建筑物中运行的同轴电缆到达该建筑物中的各个有线服务使用设备。一般地，现有技术的功能与有线功能并行，不过是在不同频率上。

建筑物中的同轴电缆设施一般包括同轴电缆、分配器和出口。分配器一般有一个输入和两个或多个输出，用于前向(输入到输出)或后向(输出到输入)传送信号，并将来自不同分配器的输出相隔离，从而防止信号从一个同轴电缆出口流向另一个。进行隔离是非常有用的，因为它可以a)减少来自其它设备的干扰和b)最大化从入口点(“POE”)到出口的功率传输以获得最佳TV接收。

诸如基于MoCA等的现有技术的部件(elements)被专门用于通过隔离器进行后向传播(“插入”)以及从输出到输出的后向传播(“隔离”)。通过特定“隔离跳”和多个“插入跳”可从建筑物中的一个出口到达另一个。一般隔离跳的衰减为5到40dB，而每个插入跳大约将衰减3dB。MoCA^TM技术具有55dB盈余的动态范围，同时支持200Mbps的吞吐量。因此，MoCA^TM技术可通过大量隔离器高效运行。

管理网络策略，诸如MoCA^TM技术，专门设计用于支持没有数据包丢失的流视频，进而提供出口间的优质视频。

由于数字电缆节目是传送到数据包错误率(“PER”)门限低于百万分之一的建筑物中，在该建筑物中的出口间传送的节目应该具有类似或更小的错误率，从而提供类似的可视性。因此，需要提供一种在建筑物网络中通过同轴电缆传送信息的系统和方法。

发明内容

根据本发明的原则，提供了一种为具有MAC层和PHY层的共享通信网络中的特定节点服务的系统，该系统在MAC层和PHY层间的接口运行，该系统包括在层间传输至少一个数据包的第一物理信道，在层间传输至少一个突发数据参数的第二物理信道和在层间为突发数据传输至少一个计时信号的第三物理信道，所述突发数据由所述至少一个突发参数定义且包括所述至少一个数据包。

进一步地，根据本发明优选实施例，所述计时信号包括由MAC层提供给PHY层的关于何时发送至少一个突发数据的指示。

此外，根据本发明优选实施例，所述计时信号包括由MAC层提供给PHY层的关于何时接收至少一个突发数据的指示。

此外，根据本发明优选实施例，所述至少一个突发数据参数在所述突发数据之前从MAC层传输到PHY层。

进一步地，根据本发明优选实施例，至少一个突发数据参数包括所述突发数据的至少一个状态参数，在该突发数据之后从PHY层传输到MAC层。

此外，根据本发明优选实施例，至少一个突发参数包括突发数据的至少一个接收配置属性。

进一步地，根据本发明优选实施例，至少一个突发参数包括突发数据的至少一个发送配置属性。

更进一步地，根据本发明优选实施例，第二物理信道用于从PHY层向MAC层传输物理层对不同类型状态参数的重要性范围的指示。

另外，根据本发明优选实施例，第二物理信道包括多标准预处理器，用于对在层间传输的按照多个接入模式定义标准中的任一个标准来格式化的至少一个突发参数进行预处理。

根据某些通信标准，在网络中多个节点(可能包括多达几十个节点)的PHY层间的信息传输是多频道的。这些标准包括网络中的各特定节点N1的Tx和Rx比特负载表，以及节点N希望与之交互(接收(“Rx”)或传输(“Tx”))的各节点的Tx和Rx比特负载表。针对特定节点Nn的节点Ni的Tx比特负载表为多个频道(如256或512个频道)中的每一个频道定义了当传输到节点Nn时在该频道中装载的比特数。针对特定节点Nn的节点Ni的Rx比特负载表为多个频道(如256或512个频道)中的每一个频道定义了从节点Nn接收时在该频道中装载的比特数。访问这些表的关键字在MAC层中。

进一步地，根据本发明优选实施例，该系统还包括至少一个从外部保存到PHY层的比特负载表。

更进一步地，根据本发明优选实施例，当节点准备与其它节点通信时，第二物理信道用于将由包括Tx节点和Rx节点在内的节点对所表示的特定比特负载表传送到该Tx节点和Rx节点中至少一个的PHY层。

进一步地，根据本发明优选实施例，第二物理信道用于传输与突发数据相关的至少一个信息项，除了突发数据中包含的数据包内容和突发数据的传输指示时间之外。

更进一步地，根据本发明优选实施例，所述计时信号包括由PHY层提供给MAC层的已接收到突发数据的警报。

进一步地，根据本发明优选实施例，该系统还包括至少一个从外部保存到PHY层的至少一个每频道增益表。

根据某些通信标准，在网络多个节点(可能包括多达几十个节点)的PHY层之间的信息传输是多频道的。这些标准中的一部分包括网络中各特定节点N的每频道增益表，该表定义了多个频道(如256或512个频道)中的每一个频道在节点N传输到其它节点时的发射功率。访问这些表的关键字在MAC层中。

进一步地，根据本发明优选实施例，第二物理信道用于将由特定Tx节点表示的每频道增益表传输到该Tx节点的PHY层。

更进一步地，根据本发明优选实施例，在突发数据之后传输的至少一个状态参数包括下述各项中的至少一项：表示该突发数据的SNR信息和表示该突发数据的信道响应信息。

更进一步地，根据本发明优选实施例，第二物理信道传输特定突发数据的配置信息，而该特定突发数据之前的突发数据的至少一个数据包仍然通过第一物理信道传输，进而缩短了该特定突发数据与其前一突发数据之间的帧间距。

根据本发明的原则，还提供了一种在带有MAC层和PHY层的共享通信网络中的特定节点操作方法，该方法在MAC层和PHY层间的接口操作，该方法包括在层间通过第一物理信道传输至少一个数据包，在层间通过第二物理信道传输至少一个突发数据参数和在层间通过第三物理信道为突发数据传输至少一个计时信号，所述突发数据由所述至少一个突发参数定义且包括所述至少一个数据包。

进一步地，根据本发明优选实施例，突发数据从特定节点传输到另一节点。

附图说明

根据后续结合附图对本发明的详细介绍，本发明的上述及其它特征以及各种优点更加显而易见。附图中：

图1是根据本发明原则构建并运行的单个设备中的MAC-PHY接口的简单功能方框图；

图2A-2B是根据本发明原则的从PHY角度进行说明的关于图1的信号表；

图3是根据本发明原则的说明从图1的MAC到图1的PHY的优选计时的MAC到PHY的时序图；

图4是根据本发明原则的图1的PHY的几个操作状态图；

图5是根据本发明原则的图1的PHY层的参数表；

图6是通过图1的MAC协议数据(“MPD”)接口在MAC和PHY之间进行数据传输的优选结构图；

图7是根据本发明原则的突发数据初始化参数结构示意图；

图8是图1的接口装置的优选操作模式的优选时序图；

图9是根据本发明原则的突发初始化的时序图；

图10是根据本发明原则的接收(“RX”)突发结果计时图。

图11是根据本发明原则的RX结果预算时间图；

图12是在根据本发明构建的系统中，突发数据初始化中断RX突发结果的时序图；

图13-16是根据本发明原则的一起说明图1的部分接口的示例性实施例的特征的表格和时序图；

图17-20是根据本发明原则的一起说明图1的部分接口实现的时序图；

图21是根据本发明原则的可与图1的接口连接使用的单片或多片设备的方框图。

具体实施方式

图1是根据本发明原则构建并运行的单个设备中的MAC-PHY接口1。接口1可为采用MoCA^TM技术的MAC-PHY接口(“MPI”)，该接口以标准方式建立，支持PHY层10和MAC层20之间的通信，而PHY层10和MAC层20与不同设备进行通信。

接口1包括：包括8比特数据总线112的MAC协议数据(“MPD”)接口110，包括4比特数据总线122的管理接口120，控制接口130和配置接口140。接口110可用于从MAC 20接收数据或向MAC 20传输数据。管理接口120可用于传输突发初始参数和接收RX突发结果参数。控制接口130可用作PHY操作和突发到达时间。接口140可用于配置PHY层10。

图2A-2B一起构成了一个表，该表从PHY层10的角度示出了经由接口1(参见图1)通信的示例信号的属性(即，标识为输入(“I”)的信号来自于MAC层20且为PHY层10的输入)。

与MAC层20相连的CPU可利用接口1经由MAC层20访问PHY层10(见图1)。CPU可通过串口这样做，以进行配置、初始化和调试。配置端口可利用PHY_CLK 134(见图1)信号作为串行时钟。协议一般与串行接口结合来定义，以允许读写访问。

管理接口120是一个通道，MAC层20可通过其对PHY层10进行配置(一般与MoCA^TM突发参数一起)，并通过其从PHY层10接收突发结果和状态。

图3是MAC到PHY的时序图，其示出了从MAC层20到PHY层10的计时。MNG_DIR信号124可用于设置数据传输的方向。

MPD接口110可用于传输RX/TX数据。

图4给出了几个操作状态图，如PHY层10可完成的重置、等待和活动。在重置状态时，PHY层10和MAC层20通常将它们的信号变成非活动值。重置信号不是在此显示并描述的MAC-PHY接口装置的一部分。等待是当PHY层10在RX或TX中非活动时的PHY层10的状态。在等待状态时，PHY层10通过关闭不必要的功能进而降低功耗。不过，参数注册器一般保持活动状态以进行读写操作。在PHY_STRT 132(见图1)确定时，PHY层10进入活动状态并保持该状态一直到突发处理结束。在活动状态时，路径MPD_TX 116和/或MPD_TX 118(见图1中的接口110)可处于活动状态。如果当TX紧随RX之后且RX在TX开始之后仍未结束时，MPD_TX 116和MPD_TX 118可能都处于活动状态。在活动状态时，只有活动路径打开，其它路径应该关闭。

图5给出了实例性参数，其中可能包括PHY层10(见图1)的性能和动态参数。该参数可基于供应商的特定执行。PHY层10动态参数最好与突发参数和配置参数分离。突发参数可根据每次突发而变化，而配置参数可在接口1(见图1)的操作过程中发生变化且可影响PHY层10的操作。突发参数可通过管理接口120来访问，而配置参数可通过配置接口140来访问。

图6示出了经由MPD接口140在MAC层20和PHY层10之间传输的数据，可包括实例性MAC帧200，该帧可包括分别用于帧头218和载荷222的CRC 210和214。前向纠错(“FEC”)填充域230通常由PHY层10添加。在MoCA^TMRX(PHY到MAC)中，一般地，FEC填充域230通过MPD接口140传输，而MAD层20则剥离(de-pad)FEC填充域。

图7示出了通过管理接口120(见图1)传输数据的示例性格式。该格式一般包括可变参数列表。一般按照TX、RX和突发数据类型对不同参数进行初始化。该数据开始于32比特的分段长度和一列参数，如图7所示。

图8示出了接口1(见图1)的示例性操作模式。在各RX或TX突发之前，MAC层20一般通过MNG_DATA总线122向PHY层10发送参数，PHY层10可使用上述参数进行发送或接收。在RX突发之后，PHY层10一般向MAC层20发送RX突发参数，其中一般包括接收突发状态、RX学习参数和在探测器(probe)中的探测结果。

图9示出了示例性的突发初始化(“突发初始化”)。PHY_STRT 132一般在报头的第一个符号出现在同轴电缆之前的突发延时时间被确认(assert)。MAC层20可使用突发延时时间的第一部分发送突发初始化参数。PHY层10可使用突发延时时间的第二部分将突发初始化点拖延到报头的第一个符号出现在同轴电缆时。在RX突发时，PHY层10一般在突发延时结束时开始获取。一旦PHY_STRT 132确定(assertion)，即使RX结果正在发送过程中，PHY层10开始从MAC层20读取突发参数。突发初始化时间一般允许400比特的突发参数在突发之前发送到PHY层10。PHY层10开始延时可能为5微秒(“uS”或“μS”)，这样可提供增加的突发前准备时间。

图10示出了在RX处理延时结束时间之后，PHY层10可开始发送RX突发结果。RX处理延时时间一般从同轴电缆最后一个符号结束到处理RX突发最大时延来测量。图11示出了发送RX结果参数的最大时间可能为33.8μS(854B)。图12示出了RX突发结果可能被突发初始化中断。

图13-16示出了如MPD接口110(见图1)的数据接口的示例性特征。

图1的MPD接口110一般包括数据总线，例如MPD_DATA总线112，数据使能信号，例如MPD_DATA_EN信号114和TX/RX信号，例如MPD_TX信号116和MPD_RX信号118。信号116和118一般定义了数据总线112的方向且一般不能同时激活。MPD_RX信号118一般在MPD_TX 116发送之前停止向MAC层20传输。在下一TX突发的报头开始传输之前，MPD_RX信号118的尾部可通过MPD_DATA 112进行传输。

中间数据空隙(“MDG”)在此定义为同轴电缆上介于RX最后一个符号和TX载荷的第一个符号之间的时间。在该空隙期间，所有RX数据一般传输到MAC层20，且在报头结束之后可读取足够的数据进行传输。在某些实施例中，在50MHz的带宽中MDG可为21.52uS，当然，也可使用任何合适的MDG。MDG一般包括7.8us(10us-2.2us)的最小帧间间隙(“IFG”)和最小报头时间。在某些实施例中，在50MHz带宽中，最小报头时间(最小报头，“P4”，大小为10样本的最小允许循环前缀，“CP”)可为13.72us，但可使用任何合适的最小报头时间。在某些实施例中，在turbo模式中该时间可为6.86us，不过也可使用任何合适的最小前导时间。

中间符号间隙(“MSG”)定义为同轴电缆中RX最后一个符号结束和来自设备(如，消费电子(“CE”)设备)的第一个符号之间的时间。在该间隙期间，FFT机器一般完成最后RX符号的处理，而IFFT一般完成CE符号的处理，第一CE样本一般在报头结束时出现在媒介中。在某些实施例中，在50MHz带宽中，MSG一般可以是9.08us，当然也可以是任何适当的MSG。在某些实施例中，在turbo模式下(100MHz)，MSG可以是8.44，当然也可以是任何适当的MSG。MSG通常包括包括7.8us(10us-2.2us)的最小IFG和短报头时间。在某些实施例中，在50MHz带宽中，短报头时间可为1.28us(L2)，但可使用任何短报头时间。在某些实施例中，在turbo模式中该时间可为0.64us，不过也可使用任何合适的最小报头时间。

IFG(见图11和12)是MPD_DATA总线112上传输的两个突发数据间，MPD_DATA总线112上的空隙时间。IFG一般为内部延时的MAC时间，该时间一般为0.5us(对于PHY_CLK是25个周期)。

现在说明PHY层10的计时。在PHY中RX突发和TX突发之间一般有两条时间先决(time_critical)路径：

路径A：FFT到IFFT。介于FFT结束处理RX突发数据的最后一个符号和IFFT开始TX突发数据的第一个符号(CE)之间的时间；和

路径B：RX数据到TX数据。介于RX突发数据通过接口1(见图1)的最后一个比特和TX突发数据通过接口1开始传输的第一个比特之间的时间。

对于路径A而言，除了从IFFT到TX路径的时间之外，从RX路径到FFT的时间一般是累加的。对于路径B而言，除了MPD_IFG之外，所有RX和TX路径的时间一般是累加的。

图13和图14分别给出了RX路径时延和TX路径时间的实例。

再次参考在MPD_DATA总线112上传输的两个数据突发，如图15所示，当TX突发TX(1)的第一个数据比特经由MPD_DATA总线112传输直到该突发数据的最后一个比特时，MPD_TX信号116一般由PHY层10确认。图16示出了从同轴电缆媒介上接收的第一个数据符号(如，自适应星座多音(“ACMT”)符号)开始，直到MPD_DATA总线112上传输RX突发的最后一个比特，确认MPD_RX信号118。MAC层20通常检测MPD_RX信号118的确认，并锁定网络计时器(“NT”)为到达时间戳(“ATS”)。该ATS一般用于与传输开始时间比较，从而将NT与网络控制器NT同步。当结束检测且两个CE符号在由预定数的样本定义的容许范围内到达时，一般将MPD_RX信号118解除确认。介于开始报头出现在媒介和确认MPD_RX信号118之间的时间一般基于报头类型和CP。

图17-20示出了配置接口140(见图1)的示例性实施例的属性。图17说明了串行读操作，其中MAC层20驱动该处理的第一部分，其中包括PHY寄存器地址。PHY层10驱动该处理的第二部分，其中包括请求数据。不管是MAC层20还是PHY层10驱动管理接口120，在CNFG_SERIAL_DATA线142上驱动的每一比特都与PHY_CLK 134(见图1)同步。MAC层20可将CNFG_SERIAL_DATA线142的第一比特设为“1”。第二比特为“1”，说明是读操作。MAC层20可驱动接下来的16个比特，其中保存了PHY寄存器地址。在这16比特的地址之后，MAC层20一般将比特设为“0”，将CNFG_SERIAL_DATA线142设为已知状态。

在MAC层20停止驱动接口1(见图1)之后，从第二个PHY_CLK 134开始，PHY层10可驱动CNFG_SERIAL_DATA线142上的0到32位“0”比特。PHY层10可将比特设为“1”，以指示其后有32数据比特的数据开始。在将该线释放为由MAC层20驱动之前，通过将结尾设为“0”，将CNFG_SERIAL_DATA线142设为已知状态，该处理通常就完成了。

图18示出了响应读操作的最快PHY层10的典型计时。当MAC层20不再驱动信号时，可利用内部和外部的下拉电阻器将CNFG_SERIAL_DATA线142设为0。CNFG_SERIAL_DATA管脚142一般继续由MAC层20控制。

图19给出了示例性串行写操作。对于串行写操作而言，MAC层20一般驱动整个处理。CNFG_SERlAL_DATA线142上MAC层20驱动的每一个比特一般与PHY_CLK信号134同步。MAC层20一般将“1”设为CNFG_SERIAL_DATA线142的第一个比特。第二个比特为“0”，用于表示写操作。接下来16个比特一般是PHY层10的地址位置。接下来的32比特一般是写入到所定位的PHY层10寄存器的数据。在32比特数据结束时，MAC层20一般以“0”终止。一旦该处理完成，MAC层20一般停止驱动管理接口120。当MAC层20不再驱动信号时，可利用内部和外部的下拉电阻器将CNFG_SERIAL_DATA线142设为0。CNFG_SERIAL_DATA线142一般继续由MAC层20控制。

图20示出了其后紧随着写操作的读操作的最快时序图。

图21示出了根据本发明的单片或多片模块2102，其可为数据处理系统2100中的一个和多个集成电路。数据处理系统2100可包括下列组件中的一个或多个：I/O电路2104，外围设备2106，处理器2108和存储器2110。这些组件可由系统总线或其它连接器2112连接在一起，且放置在终端用户系统2130中的电路板2120上。其中终端用户系统2130可通过诸如接口1(见图1)的接口与同轴电缆媒介通信。

为了清楚起见，上述描述，包括所提供的参数值特定实例，有时仅针对特定协议，如由名称MoCA^TM和/或以太网所标识。不过，这并非用于限制，本发明通常适用于其它协议和/和其它数据包协议。利用专门针对特定协议(如由名称MoCA^TM和/或以太网所标识的)的术语说明特定属性和实施例并非为了将该属性和实施例限制为特定协议。实际上该术语为普遍使用，且每个数据都包括在其它协议定义的相同和类似术语。

可以理解，本发明的软件部分，包括程序和数据，可以以ROM(只读存储器)形式执行，ROM包括CD-ROM、EPROM和EEPROM，或者可保存在任何其它适当的计算机可读媒介中，这些媒介包括但不限于各种硬盘、各种卡和RAM。在此说明的如软件等组件，如果需要，可利用传统技术，完全或部分地用硬件实现。

在不同实施例中说明的本发明特征可结合到一个实施例。相反地，为简单起见通过单个实施例说明的本发明特征也可分别或以任何适当的组合来说明。

交叉引用其它申请

本发明全文引用以下美国临时申请：于2006年11月20日递交的美国第60/866,532号临时申请，名称为“A METHOD FOR PACKET AGGREGATION IN ACOORDINATED HOME NETWORK”；于2006年11月20日递交的美国第60/866,527号临时申请，名称为“RETRANSMISSION IN COORDINATED HOME NETWORK”；于2006年11月20日递交的美国第60/866,519号临时申请，名称为“IQIMBALANCE CORRECTION USING 2-TONE SIGNAL IN MULTI-CARRIER RECEIVERS”；于20076年3月21日递交的美国第60/907,111号临时申请，名称为“SYSTEMAND METHOD FOR AGGREGATION OF PACKETS FOR TRANSMISSION THROUGH ACOMMUNICATIONS NETWORK”；于2007年3月22日递交的美国第60/907,126号临时申请，名称为“MAC TO PHY INTERFACE APPARATUS AND METHODS FORTRANSMISSION OF PACKETS THROUGH A COMMUNICATIONS NETWORK”；于2007年3月25日递交的美国第60/907,819号临时申请，名称为“SYSTEM ANDMETHODS FOR RETRANSMITTING PACKETS OVER A NETWORK OF COMMUNICATIONCHANNELS”；以及于2007年5月31日递交的美国第60/940,998号临时申请，名称为“MOCA AGGREGATION”。