Способ передачи данных в многопользовательской системе многоточечной цифровой передачи данных

006006 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к различным пользовательским модемам 1, используемым для поддержания двусторонней связи посредством физической среды 6. Способ по изобретению позволяет осуществлять многократный обмен данными с различной скоростью между пользовательским модемом 1 а и множеством пользовательских модемов-адресатов 1b-1d с сохранением полосы частот и максимального времени ожидания, требуемого для каждого из пользовательских модемов-адресатов 1b-1d. Способ предусматривает передачу модемом 1a c различной скоростью множества кадров 4 данных множеству пользовательских модемов-адресатов 1b-1d, обеспечивает высокое качество предоставляемых каждому пользовательскому модему услуг за счет резервирования части кадра и формирует критерий динамического распределения пакетов, передаваемых каждому пользовательскому модему в составе кадра данных, путем группирования или деления передаваемых пакетов. Задача изобретения Настоящее изобретение, как следует из его названия, относится к способу передачи данных, используемому в многопользовательской системе многоточечной цифровой передачи данных. Способ относится к управлению доступом к средству передачи данных по нисходящему каналу, иными словами, к тому, каким образом осуществляется передача данных пользовательским модемом множеству других пользовательских модемов. Основная задача способа по изобретению заключается в максимальном увеличении пропускной способности за счет распределения доступной в физической среде полосы частот между различными пользовательскими модемами, которым осуществляется передача данных, в соответствии с требованиями к максимальному времени ожидания каждого из пользовательских модемов. Изобретение относится к области телекоммуникаций, более точно, к двусторонней связи между различными модемами, использующими любые средства передачи. Предпосылки создания изобретения Из уровня техники известно применение систем многоточечной связи, в которых различные модемы обмениваются информацией, используя для этого одну физическую среду. Основная проблема таких систем заключается в том, что за исключением случая, когда сеть передачи данных является симметричной для каждого пользователя, что маловероятно на практике, приемные устройства пользовательских модемов не могут получать информацию от различных передающих устройств с одинаковым качеством,поскольку затухание сигнала и шум в нисходящем канале (канале, по которому передатчик пользовательского модема передает данные приемнику другого пользовательского модема) зависят от конкретного передатчика и приемника, задействованных в каждом случае, и от характеристик канала в каждый момент времени. Данная проблема делает крайне затруднительным выполнение требований к полосе частот и максимальному времени ожидания, необходимых для передачи потоков данных различных типов с использованием существующих многоточечных систем. Кроме того, когда характеристики передающей среды меняются во времени, а не являются постоянными, как в случае электрических сетей низкого напряжения или сетей подвижной связи, данная техническая проблема становится более существенной с учетом необходимости такого изменения конфигурации связи, чтобы обеспечить постоянное выполнение требований к времени ожидания и полосе частот. В настоящем изобретении предложено решение данной проблемы и обеспечивается выполнение требований к качеству и классу предоставляемых услуг передачи данных (к полосе частот и максимальному времени ожидания) независимо от характеристик физической среды и линии связи. Из уровня техники известны другие системы, в которых обеспечивается качество и класс предоставляемых услуг передачи данных. В этой связи следует упомянуть испанскую патентную заявку 200003024 "POINT TO MULTIPOINT SYSTEM AND PROCESS FOR THE TRANSMISSION OVER THEELECTRICITY NETWORK OF DIGITAL DATA", а также испанскую патентную заявку 200100916SYSTEM FOR THE POINT TO MULTIPOINT DIGITAL TRANSMISSION OF DATA OVER THE ELECTRICITY NETWORK, в каждой из которых описано техническое решение, обеспечивающее качество и класс предоставляемых услуг многоточечной передачи данных по электрической сети и в которых один передатчик (головной модем) поддерживает связь с несколькими пользователями (пользовательскими модемами). В способе по настоящему изобретению указанный способ усовершенствован таким образом,что он обеспечивает качество и класс предоставляемых услуг многоточечной передачи данных (с точки зрения полосы частот и максимального времени ожидания), за счет чего любой пользовательский модем имеет возможность передавать информацию любому другому пользователю, при этом для поддержания связи используется не только меняющаяся во времени среда, такая как электрическая сеть низкого напряжения, но также любая другая передающая среда, используемая в качестве канала многоточечной передачи данных. Еще одним материалом известного уровня техники, относящимся к настоящему изобретению, является ЕР-0973-290-А 2, в котором описано мультиплексирование пакетов данных, передаваемых по служебному каналу передачи данных, при этом данные, передаваемые по одному или нескольким каналам-1 006006 передачи цифровых видеосигналов, образуют многоканальный выходной сигнал. Данные, передаваемые по служебному каналу передачи данных, могут включать управляющие данные, данные условного доступа, электронные программные руководства, услуги со страничной организацией данных, служебную информацию, информацию широковещательной сети Интернет и деловую информацию, такую как совместно используемую финансовую информацию. Каждый пакет данных имеет отметку времени, указывающую запрошенное время доставки, при этом из пакетов данных формируется очередь в зависимости от отметки времени. Степень срочности служебного канала передачи данных вычисляется в качестве функции длины очереди и запрошенного времени доставки. Доля скорости передачи в битах мультиплексного выходного сигнала, приходящаяся на служебный канал передачи данных, меняется в зависимости от степени его срочности. Для каждого пакета данных вычисляется величина ошибки, отображающая погрешность между ожидаемым временем доставки и запрошенным временем доставки в начало очереди, при этом степень срочности канала передачи данных выводится в качестве среднего значения величин ошибки. Среднее значение может представлять собой среднее взвешенное значение. Таким образом, в настоящем изобретении предложен способ, обеспечивающий выполнение названных требований, включая ситуацию, когда затухание, шум и характеристики канала динамически меняются для каждого пользовательского модема не только по частоте, но также во времени. Описание изобретения Для решения задач изобретения и устранения перечисленных выше недостатков в настоящем изобретении разработан новый способ передачи данных по нисходящему каналу многопользовательской системы многоточечной цифровой передачи данных, в которой множество пользовательских модемов осуществляют двустороннюю связь через физическую среду. Нисходящим каналом является канал, используемый пользовательским модемом для передачи информации множеству пользовательских модемов, которые получают такую информацию, а противоположный ему канал по определению является восходящим каналом. Описанный в настоящем изобретении способ характеризуется тем, что в нем предусмотрена передача информации с различной скоростью различным пользовательским модемам посредством одной физической среды; в нисходящем канале осуществляется временное разделение в расчете на различную скорость передачи информации и различных пользователей, размер пакета оптимизирован применительно к средству связи, при этом такой размер может отличаться от размера, используемого передатчиком на верхних уровнях связи, и пакеты с различным приоритетом для пользовательских модемов или групп пользовательских модемов передаются с использованием резервирования канального времени в зависимости от качества, необходимого таким модемам или группам модемов. Все указанные признаки позволяют обеспечить заданную полосу частот и заданное максимальное время ожидания в нисходящем канале для различных пользователей, качество и класс предоставляемых услуг передачи данных с учетом различных требований к полосе частот и времени ожидания различных пользовательских модемов. Для осуществления временного разделения в нисходящем канале, приспосабливаемого к скорости передачи данных различным пользователям, все пакеты, передаваемые посредством физической среды,должны занимать одинаковое канальное время, но иметь различную длину, поскольку информация передается с различной скоростью, которая зависит от числа битов на символ, используемых каждым пользовательским модемом. Длина переданных пакетов может быть меньше фиксированного минимума или равной ему (в пересчете на число битов). Для того чтобы пакеты занимали одинаковое канальное время, число символов для каждого пакета в передатчике должно быть зафиксировано в так называемом максимального размера пакете (блоке)(МРП). Такое число символов выбирают таким образом, чтобы достигнуть компромисса между эффективностью передачи битов в секунду и качеством и классом предоставляемых услуг передачи данных с точки зрения времени ожидания. Способ позволяет осуществлять трафик различных типов с использованием максимального размера пакета (МРП). В число различных типов допустимого трафика входит трафик без требований к минимальному времени ожидания и полосе частот, трафик с постоянной скоростью передачи в битах, трафик с переменной скоростью передачи в битах и трафик с резервированной полосой частот и фиксированным максимальным временем ожидания. С учетом того, что число переданных символов является фиксированным для каждого пакета, передаваемые множеству пользователей пакеты, группируются и/или делятся в передатчике. Тем самым размер пакета фиксируется в соответствии с числом символов в блоке, используемом для передачи, т.е. максимальном передаваемом блоке (МПБ). Поскольку продолжительность символов зафиксирована и всегда одинакова, число символов в каждом переданном пакете также является фиксированным. Нисходящий канал разделен на множество кадров с фиксированным числом пакетов. В таких кадрах зарезервировано различное число пакетов в процентах для передачи группам пользователейадресатов. В каждую группу пользователей входят пользователи с одинаковыми требованиями к качеству и классу предоставляемых услуг трафика, при этом такое качество означает резервированную полосу частот и/или максимальное время ожидания.-2 006006 Если число пакетов в процентах, зарезервированное для пользователя или группы пользователейадресатов, не используется, оно может быть распределено среди остальных модемов или групп пользовательских модемов, передающих информацию. Данную операцию осуществляют в соответствии с заданной конфигурацией передаваемого трафика. Из числа пакетов в процентах, зарезервированного каждой группой пользователей в кадре, на каждого пользователя, входящего в группу, приходится определенная доля, соответствующая качеству и классу предоставляемых ему услуг в зависимости от того, были ли зарезервированы таким пользователем требования к полосе частот и/или максимальному времени ожидания. Способ по изобретению включает хранение пакетов для передачи различным пользователям в передатчике в виде множества очередей. Такие очереди для передачи являются очередями для каждого пользователя, в которых пакеты запрашиваются в соответствии с их приоритетом, который зафиксирован в протоколе более высокого уровня. Хранение пакетов в таких очередях позволяет извлекать пакеты,запрошенные в соответствии с приоритетом. Таким образом, передатчик группирует пакеты и принимает решение не только о том, какой пакет должен быть передан следующим, но также кому он должен быть передан и какой размер он должен иметь. Для лучшего понимания настоящего изобретения к нему приложены чертежи, составляющие неотъемлемую часть подробного описания и формулы изобретения и иллюстрирующие, но не ограничивающие принципы настоящего изобретения. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показан типичный сценарий многопользовательской многоточечной передачи данных, в процессе которой модем обменивается данными с множеством пользовательских модемов, расположенных в различных зданиях, на фиг. 2 показан пример обмена данными между пользовательским модемом и тремя другими модемами, на котором проиллюстрирован кадр для передачи и различные скорости для передачи каждому из пользователей, на фиг. 3 показан возможный пример резервирования процентного содержания пакетов в кадре для двух пользователей-адресатов с различными требованиями к качеству и классу предоставляемых услуг передачи данных. Описание варианта осуществления изобретения Далее следует описание предпочтительного варианта осуществления изобретения со ссылкой на нумерацию, используемую на чертежах. Данный пример варианта осуществления изобретения относится к системе многоточечной двусторонней цифровой передачи данных, в которую входит множество пользовательских модемов 1. На фиг. 1 проиллюстрирован пример, в котором в здании 2 распложено множество пользовательских модемов 1, а в здании 3 - группа 1 пользователей. Поскольку изобретение применимо к нисходящему каналу, на фиг. 2 показан пользовательский модем 1 а, передающий данные трем пользовательским модемам 1b-1d на трех различных скоростях vi, vi+1 иvi+2. Скорость Vi отображает число битов в секунду, которые передатчик 1 а передает пользовательским модемам 1b-1d. Передатчик при помощи арбитратора, о котором говорится ниже, осуществляет распределение полосы рабочих частот канала связи по физической среде 6. Ниже поясняется, насколько необходимо определять в многоточечной системе передачи данных с различной скоростью качество и класс предоставляемых услуг передачи данных, обеспечивающий разумное время ожидания для различных пользователей. Скорость передачи данных каждому пользовательскому модему может значительно отличаться. Например, в системе связи с ортогональным частотным уплотнением (ОЧУ) скорость зависит от числа битов на несущую, при этом последняя величина зависит от качества определенных параметров канала на такой несущей. Например, если пользовательский модем 1b в такой системе связи расположен намного ближе к передатчику 1 а, чем другой пользовательский модем 1d, за счет придания модему 1b более оптимистической битовой конфигурации на несущую для каждого ОЧУ-символа, чем модему 1d за счет меньшего затухания большее число битов без потери качества может быть передано ближайшему, а не наиболее удаленному пользователю. В традиционной системе, в которой скорость передачи данных всем адресатам одинакова, максимальное число байтов (максимальный размер пакета) для всех передаваемых пакетов является фиксированным. Таким образом, каждый пакет занимает одинаковое канальное время, а время ожидания приема для всех удаленных пользователей гарантированно не превышает определенной величины. Напротив, в системе, в которой скорость передачи данных каждому адресату различна, при одинаковом максимальном размере пакета для всех адресатов канальное время, занимаемое пакетами, зависит от скорости передачи, в связи с чем невозможно гарантировать определенное время ожидания. В способе по настоящему изобретению установлено одинаковое канальное время для всех модемовадресатов независимо от скорости передачи на каждом канале. Таким образом, передача данных каждо-3 006006 му пользовательскому модему 1b-1d предусматривает максимальное число байтов (максимальный размер пакета), различное для каждого модема. Далее рассмотрен пример, показанный на фиг. 2, в котором выбраны два пользовательских модема 1b и 1 с, при этом модем 1b расположен на большем удалении от модема 1 а, чем модем 1 с. Представим,что существуют скорости vi и Vi+1, с которыми 1 а передает данные 1b и 1 с соответственно (при этом vi превышает vi+1). С учетом того, что в системе связи с ОЧУ скорости vi и Vi+1 выражены в числе битов на несущую, в каждый ОЧУ-символ может быть введено и передано N1 битов модему 1b и N2 битов - модему 1 с, поскольку известна длительность каждого символа и она одинакова для каждого модема-адресата. В данном примере каждый пакет содержит максимально N-число ОЧУ-символов. Таким образом,регулируется канальное время для каждого пакета, а максимальный размер пакета для модема 1b равенN1N и для модема 1 С N2N, при этом гарантируется время ожидания для всех пользовательских модемов, которым передается информация. Другой проблемой системы с многоточечной конфигурацией, в которой передача данных каждому адресату осуществляется с различной скоростью, является необходимость гарантировать полосу частот на приеме для множества пользовательских модемов-адресатов 1b-1d. С этой целью осуществляют временное разделение канала. Например, в системе связи с ОЧУ определенное число символов группируют в кадры 4. Каждый кадр формируют с учетом полосы частот, которую желательно зарезервировать для каждого пользовательского модема 1b-1d. Например, применительно к конфигурации, рассмотренной выше со ссылкой на фиг. 2, возможно зарезервировать 80% полосы частот для модема 1b и оставшиеся 20% для модема 1 с. Данный сценарий проиллюстрирован на фиг. 3. Чтобы определить, какому модему-адресату следует передать текущий пакет, передатчик использует арбитратор. С учетом того, что канал разделен на кадры 4, а каждый пакет занимает одинаковое канальное время, канал может быть разделен на пакеты 5, за счет чего облегчается работа арбитратора. Арбитратор должен решать, какой пакет необходимо передавать в каждый момент времени. В предыдущем примере на модем 1b приходилось 80% зарезервированной полосы частот, а на модем 1 с - 20%,что означает, что передатчик должен был передать пользовательскому модему 1b долю Р 1 пакетов и долю Р 2 пакетов пользовательскому модему 1 с, при этом на Р 1 приходится 80% пакетов кадра 4, а на Р 2 20% пакетов кадра 4. В данной ситуации арбитратор в каждый момент времени решает, какой пакет следует передать,принимая во внимание, что из числа Р пакетов в кадре процентная доля Р 1 должна приходиться на процентную долю пакетов, предназначенных для пользовательского модема 1b, а процентная доля Р 2 - на процентную долю пакетов, предназначенных для пользовательского модема 1 с. Пакеты, передаваемые каждому пользовательскому модему, хранятся в передатчике 1 а. В процессе управления такими пакетами следует учитывать, что для каждого пользователя-адресата предназначено несколько хранящихся пакетов, а очередность передачи таких пакетов каждому пользователю определяется исходя из приоритета пакетов, при этом при наличии двух пакетов с одинаковым приоритетом, их передача осуществляется в порядке поступления (начиная с поступившего раньше и заканчивая поступившим позже). Например, данный принцип хранения может быть осуществлен для каждого пользователя, адреса и приоритета в виде памяти FIFO (обратного магазинного типа). После принятия арбитратором решения о том, для какого пользователя осуществляется передача данных, арбитратор выбирает пакет для передачи с учетом приоритета. За счет сочетания принципов резервирования полосы частот и максимального времени ожидания в настоящем изобретении обеспечивается различное качество и класс предоставляемых услуг передачи данных. Для этого всякий раз при передаче пакета осуществляют идентификацию получателя пакета и,кроме того, вычисляют максимальную длину (максимальный размер пакета, МРП), которую может иметь такой пакет. С учетом МРП и адресата пакеты извлекают из очереди в зависимости от их приоритета,после чего их группируют. Для формирования пакета максимальной длины пакеты не только объединяют, но также делят с целью приведения в соответствие с максимальным размером (МРП), вычисленным для данного пользовательского модема-адресата. Пользователей группируют в зависимости от требуемого качества и класса предоставляемых услуг передачи данных. Также существует группа пользователей без требований к качеству и классу предоставляемых услуг передачи данных, иными словами, пользователей, не имеющих требований к полосе частот или максимальному времени ожидания. Пакеты для передачи пользователям без требований к качеству и классу предоставляемых услуг передачи данных вводят в кадр в тот момент, когда у арбитратора отсутствуют пакеты для передачи пользователям, имеющим требования к качеству и классу предоставляемых услуг передачи данных. Например, при наличии трех пользовательских модемов 1b-1d, 80% зарезервировано для модема 1b,20% для модема 1 с, а для модема 1d - 0%. Арбитратор всегда передает пакеты модемам 1b и 1 с, а в случае отсутствия пакетов для передачи указанным пользовательским модемам, арбитратор передает данные модему 1d. Поскольку передача данных пользовательскому модему 1d осуществляется на скоростиVi+2, МРП не влияет на время ожидания применительно к профилю пользователей (в данном примере 1b и 1 с). В частности, пользователей делят на две основные группы, одна из которых имеет резервированную процентную долю полосы частот (тип А), а другая не имеет такой резервированной процентной доли (тип В). Арбитратор отдает приоритет типу А. Существует возможность предоставления резервированной процентной доли полосы частот всем пользователям типа В, при этом все пользователи типа В будут иметь очень узкую полосу частот, но получат пакеты. Третий вариант заключается в том, что все пользователи типа В рассматриваются в целом как один дополнительный пользователь типа А. В то же время, пакеты данных, передаваемые по линии связи, имеют заголовки, занимающие определенное канальное время. Предложенный способ позволяет оптимизировать время, приходящееся на заголовки, относительно канального времени, используемого на передачу данных, и достигнуть разумного компромисса между временем, необходимым для заголовков, и временем, используемым для передачи данных. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ передачи данных в многопользовательской системе многоточечной цифровой передачи данных, в котором множество пользовательских модемов (1) поддерживают двустороннюю связь посредством физической среды (6), при этом для связи пользовательского модема 1a c множеством пользовательских модемов-адресатов (1b-1d) используется нисходящий канал, а для связи пользовательских модемов (1d-1d) с пользовательским модемом (1 а) используется восходящий канал, отличающийся тем,что передачу информации различным пользовательским модемам осуществляют с различной скоростью посредством одной физической среды (6),осуществляют временное разделение нисходящего канала применительно к различной скорости передачи данных различным пользовательским модемам-адресатам (1b-1 с),оптимизируют размер пакета применительно к средству связи, при этом такой размер пакета может отличаться от размера пакета для верхних уровней связи, осуществляемой передатчиком (1 а),осуществляют передачу пакетов с различными приоритетами путем резервирования канального времени с учетом необходимого для пользовательских модемов-адресатов или групп пользовательских модемов-адресатов качества и класса предоставляемых услуг передачи данных,делят нисходящий канал на множество кадров (4) с фиксированной длиной, при этом для различных групп пользовательских модемов-адресатов с одинаковыми требованиями к качеству и классу предоставляемых услуг передачи данных резервируется различная процентная доля пакетов, переданных в одном кадре, с учетом критериев, выбранных из группы, включающей резервированную полосу частот,максимальное время ожидания и их сочетание,при этом все вышеперечисленное служит для обеспечения фиксированной полосы частот и фиксированного максимального времени ожидания в нисходящем канале для различных пользовательских модемов-адресатов и приведения качества и класса предоставляемых услуг трафика в соответствие с различными требованиями к полосе частот и времени ожидания. 2. Способ передачи данных в многопользовательской системе многоточечной цифровой передачи данных по п.1, отличающийся тем, что временное разделение нисходящего канала применительно к различной скорости передачи данных различным пользовательским модемам-адресатам осуществляют путем передачи пакетов различной длины в течение одинакового канального времени, за счет чего информация передается с различной скоростью в пакетах с максимальной длиной, зафиксированной в числе битов, в зависимости от числа используемых битов на символ для каждого из пользовательских модемов-адресатов. 3. Способ передачи данных в многопользовательской системе многоточечной цифровой передачи данных по п.2, отличающийся тем, что для того, чтобы пакеты занимали одинаковое канальное время,число символов, передаваемых в пакетном блоке (максимальный размер пакета, или МРП) передатчиком(1 а), должно быть фиксированным, при этом указанное число символов выбирают таким образом, чтобы достичь компромисса между эффективностью передачи в битах в секунду и качеством услуг с точки зрения времени ожидания, за счет чего избирательно осуществляются различные типы трафика, выбранные из группы, включающей трафик без требований к минимальному времени ожидания и полосе частот,трафик с постоянной скоростью передачи в битах, трафик с переменной скоростью передачи в битах и трафик с резервированной полосой частот и фиксированным максимальным временем ожидания. 4. Способ передачи данных в многопользовательской системе многоточечной цифровой передачи данных по п.3, отличающийся тем, что пакеты для передачи различным пользовательским модемамадресатам группируют и/или делят в передатчике таким образом, что они имеют фиксированный в пересчете на символы размер, называемый максимальным размером пакета (МРП). 5. Способ передачи данных в многопользовательской системе многоточечной цифровой передачи данных по п.1, отличающийся тем, что, если пользовательский модем-адресат или группа пользователь-5 006006 ских модемов-адресатов не используют зарезервированную для них процентную долю кадра, такую процентную долю делят между остальными модемами или группами модемов, которым передается информация, в зависимости от установленной конфигурации выбранного трафика. 6. Способ передачи данных в многопользовательской системе многоточечной цифровой передачи данных по п.1, отличающийся тем, что из процентной доли пакетов в кадре, зарезервированной для группы пользовательских модемов-адресатов, на каждый модем приходится собственная процентная доля пакетов в зависимости от требований к качеству и классу предоставляемых услуг передачи данных с точки зрения критериев, выбранных из группы, включающей резервированную полосу частот, максимальное время ожидания и их сочетания. 7. Способ передачи данных в многопользовательской системе многоточечной цифровой передачи данных по п.1, отличающийся тем, что пакеты для передачи хранятся в пользовательских очередях в порядке их приоритета, при этом такой приоритет зафиксирован протоколом более высокого уровня, позволяющим извлекать пакеты в порядке установленного приоритета, а передатчик группирует пакеты и определяет очередной пакет для передачи, адресата и размер такого пакета.