CN100446512C - 网络间中继的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用容易地支持各种网络协议和新网络协议的软件模块的网络中继设备和方法。网络中继设备包括与使用第一协议的第一网络通信的第一调制解调单元、与使用第二协议的第二网络通信的第二调制解调单元、当数据在第一调制解调单元和第二调制解调单元之间交换时转换数据以适合于第一和第二协议的网桥单元、以及以软件方式生成第一和第二调制解调单元以及网桥单元的控制器。

Description

网络间中继的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种网络间中继的设备和方法，更具体地讲，涉及一种使用软件模块的网络中继设备和方法。
背景技术
近来，随着各种局域网(LAN)和有线/无线因特网的发展，家用网络已被研究。家用网络允许家用电器之间相互通信，从而仅使用单个遥控即可操作家用电器，并可通过因特网使用数字音频/视频数据。
根据家用电器，即网络中的节点的特性，家用网络可使用各种协议被操作。例如，家庭音频视频交互性(HAVi)，即基于电气与电子工程师协会(IEEE)1394数字接口标准的通信标准被用于以高速度处理数字音频/视频数据。然而，通用即插即用(UPnP)被用于基于个人计算机(PC)的家用电器。基于低速电力线通信(PLC)的家用网络控制协议(HNCP)可用于如以相对低速操作的冰箱、空调和洗衣机的家用电器。
虽然仅使用一种协议即可构建家用网络，但人们购买使用相同协议的所有家用电器是罕见的。由于各种协议的每一种有其自身的优点和缺点，所以通常人们根据电器的特性购买使用不同协议的电器。在此情况下，虽然使用相同协议的电器可彼此通信，但是使用不同协议的电器不能彼此直接通信。
因此，为了允许使用不同协议的电器彼此有效地通信，需要如在网络间中继通信的网桥或路由的网络中继设备。
图1示出了包括两个不同子网的家用网络的例子。
家用网络包括使用IEEE802.11协议的子网110(称为IEEE802.11网络110)、使用蓝牙协议的子网120(称为蓝牙网络120)、以及中继在两个子网110和120之间的通信的网络中继设备130。
网络中继设备130包括：操作用于与IEEE802.11网络110通信的第一调制解调单元132、和操作用于与蓝牙网络120通信的第二调制解调单元134。
当包括在IEEE802.11网络110中的个人数字助理(PDA)112向包括在蓝牙网络120中的打印机122发送数据时，数据分组首先被发送到包括在网络中继设备130中的第一调制解调单元132。第一调制解调单元132作为在网络中继设备130的分层结构中的物理(PHY)层和媒体访问控制(MAC)层运作。数据分组被第一调制解调单元132处理，并且接下来发送到逻辑链路控制(LLC)层136。
LLC层136使用用于包括在子网110和120中的网络装置的地址映射表转换包括在从第一调制解调单元132接收的数据分组中的地址。
其后，数据被传送到第二调制解调单元134。第二调制解调单元134也作为PHY层和MAC层运作。第二调制解调单元134根据蓝牙协议封装从LLC层136接收的数据，并且其后向打印机122发送封装的数据。
配置网络中继设备有两种传统方法。在一种方法中，使用调制解调器硬件，网络中继设备以硬件被完全地配置。在另一方法中，MAC层和PHY层以硬件(即调制解调器硬件)配置，并且LLC层以软件方式配置。具体地说，根据后一种方法，作为调制解调器硬件运作的网络接口卡(NIC)通常被安装在不昂贵的PC中以驱动网络中继设备的软件。
然而，当在子网中需要支持许多不同的协议时，或当在网络中继设备被配置和安装后需要支持新的网络协议时，传统技术受限于网络中继设备的配置，并且需要大量的代价。
例如，当网络中继设备以硬件被完整地配置时，分别需要用于子网协议组合的单独的网络中继设备。此外，当使用新协议的子网被加入到现有家用网络中时，另外需要与在现有家用网络中使用的子网协议同样多的网络中继设备。如果使用新协议的子网被加入到图1所示的家用网络中，则需要在使用新协议的子网和IEEE802.11网络110之间进行中继的中继设备。此外，需要在使用新协议的子网与网络中继设备130之间进行中继的中继设备。因此，上述方案是复杂的并且有很多限制。
同时，在以软件方式配置LLC层的方法中，限制被减少。然而，分别维护用于不同网络标准的单独的NIC需要比安装调制解调器硬件更多的费用。此外，无论何时使用新协议的子网被加入到现有家用网络中，都要购买合适的NIC，并且附加地安装和重置用于驱动该NIC的软件。
如上所述，使用传统的技术配置网络中继设备需要大量的代价，并且导致了非本领域技术人员的用户的不便。
本发明提供一种用于容易地支持各种网络协议和新网络协议的网络中继设备和方法。
通过对以下描述、附图和所附权利要求的理解，本发明的上述和其它方面对于本领域技术人员将变得清楚。
根据本发明的一方面，提供一种网络中继设备，该设备包括：与使用第一协议的第一网络通信的第一调制解调单元；与使用第二协议的第二网络通信的第二调制解调单元；当在第一调制解调单元和第二调制解调单元之间交换数据时，转换数据以适合于第一和第二协议的网桥单元；以及以软件方式生成第一和第二调制解调单元以及网桥单元的控制器。
根据本发明的另一方面，提供一种网络中继方法，该方法包括：提供第一调制解调单元以对从使用第一协议的第一网络接收的信号进行解码；提供网桥单元以转换解码的信号以适合于第二协议；以及提供第二调制解调单元以对转换的信号进行编码，并且发送编码的信号到使用第二协议的第二网络，其中，第一调制解调单元、第二调制解调单元、以及网桥单元以软件方式生成。
附图说明
通过参考附图对示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他特征和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出包括两个不同子网的家用网络的例子；
图2是根据本发明示例性实施例的网络中继设备的框图；
图3是根据本发明示例性实施例的数字信号处理器(DSP)的框图；
图4是根据本发明示例性实施例的调制解调单元的框图；
图5A和5B分别示出根据本发明示例性实施例的用于网桥单元和调制解调单元的配置的软件代码；以及
图6是根据本发明示例性实施例的网络中继方法的流程图。
具体实施方式
参照本发明示例性实施例在其中被示出的附图，现将更全面地描述本发明的特征和用于实现本发明的方法。然而，本发明可以多种不同形式被实施，并且不应以在此阐述的示例性实施例限制而被构造；此外，这些示例性夹施例被提供以便本公开是彻底的和完全的，并且将本发明的概念完全地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层的厚度被夸大，在不同的图中，相同的标号表示相同的各个元件。
现将通过参照本发明的示例性实施例在其中被示出的附图更全面地描述本发明。
图2是根据本发明示例性实施例的网络中继设备的框图。
参照图2，根据本发明示例性实施例的网络中继设备包括模拟前端210和主处理单元290。模拟前端210直接接触物理通信媒体并发送和接收模拟信号。主处理单元290分析经由模拟前端210接收的信号并处理用于网络中继的数据。
主处理单元290包括模拟/数字转换器220、预处理器230、数字信号处理器(DSP)250、存储单元260、以及外部控制接口240。模拟/数字转换器220执行在模拟信号和数字信号之间的转换。预处理器230配合DSP 250部分地执行信号处理。DSP 250根据在网络间中继信号的必要性配置软件调制解调器。存储单元260存储实现配置软件调制解调器所需的信号处理器所需的程序文件。外部控制接口240允许用户或外部主机远程控制网络中继设备。
具体地说，模拟前端210直接接触物理通信媒体，例如，如以太网线缆或电力线的有线媒体280或无线媒体，并且发送和接收模拟信号。模拟前端210可包括用于无线媒体的天线270。
模拟前端210将接收的射频(RF)信号衰减到具有低频率的中频(IF)信号，从IF信号中提取基带信号，并将基带信号输出到主要处理器290。此外，模拟前端210将从主处理单元290输出的基带信号放大到IF信号，通过使用载波调制IF信号生成RF信号，并将RF信号输出到物理通信媒体。然而，本发明不限于此。模拟前端210通过使用如零中频的直接转换方法可执行在RF信号和基带信号之间的直接转换。
根据本发明的另一示例性实施例的网络中继设备可包括一个或多个模拟前端，并可每次支持多个子网。
模拟/数字转换器220将从模拟前端210接收的模拟信号转换成数字信号，或将将被输出到外部通信媒体的数字信号转换成模拟信号。
预处理器230执行将被DSP 250执行的信号处理过程的一部分的信号处理。例如，预处理器230可对从模拟/数字转换器220或DSP 250输出的数字信号执行滤波、波形形成、和抽取。
由于用于网络中继的信号处理过程的一部分由预处理器230预先执行，所以在DSP 250上的信号处理负荷可被减轻。此外，网络中继设备可高速实时地处理大量数据。使用如现场可编程门阵列(FPGA)技术的常用技术，可容易地实现预处理器230。在本发明的示例性实施例中，用于执行预处理器230的信号处理操作的程序文件可被动态地下载和重构，以便预处理器230的信号处理逻辑可被变换以适合于对应于将被支持的协议的调制解调操作。
DSP 250分析并适当变换从使用特别协议的网络接收的数据分组，以便数据分组可被发送到使用不同协议的另一网络。对于该操作，DSP 250可包括调制解调单元(未示出)和网桥单元(未示出)。调制解调单元和网桥单元是一组由从存储单元260装载的程序文件来实现的一个或多个信号处理器。根据本发明的示例性实施例，可处理数字信号的硬件或软件块，而非DSP 250可被用于组成网络中继设备。DSP 250随后将参照图3详细描述。
存储单元260可以是如闪存装置或硬盘的永久存储装置，并且存储允许以软件方式实现的各种信号处理器的程序文件。根据DSP 250的请求，程序文件被选择地装载到DSP 250。DSP 250执行装载的程序文件以实现各种信号处理器。由程序文件实现的每一信号处理器执行信号处理，该信号处理是执行调制解调功能所需的如快速傅立叶变换(FFT)、载波侦听多点接入/避免冲突(CSMA/CA)、正交相位移频键控(QPSK)、无限冲击响应(IIR)滤波、以及有限冲击响应(FIR)滤波。
DSP 250通过组合这些信号处理器可生成调制解调单元。用于以软件方式实现各种信号处理器的程序文件可由如C语言的程序语言组成并以编译的目标文件的形式存储在存储单元260中。
因此，通过装载程序文件实现的信号处理器可被重复使用以生成一个或多个调制解调单元并可同时被用于不同的调制解调单元。
此外，部分程序文件可被用于配置或改变预处理器230的信号处理逻辑。存储单元260还可存储用于驱动DSP 250的基本输入输出系统(BIOS)或操作系统(OS)，以及用于生成网桥单元的程序文件。
外部控制接口240提供如以太网接口或RS232串行通信接口的接口以允许外部主机远程控制网络中继设备。网络中继设备可经由外部控制接口240动态下载关于组合成适合于特殊协议的调制解调单元所需的各种信号处理器的组合的信息、用于以软件方式实现每一信号处理器的程序文件、以及关于预处理器230的信号处理逻辑的信息。
图3是根据本发明示例性实施例的DSP 250的框图。
DSP 250包括执行与使用第一协议的网络的通信的第一调制解调单元254、执行与使用第二协议的网络的通信的第二调制解调单元256、转换在第一和第二调制解调单元254和256之间交换的数据以适合于第一和第二协议的网桥单元258、以及生成并管理第一和第二调制解调单元254和256以及网桥单元258的控制器252。
控制器252从存储单元260中装载程序文件来以软件方式实现各种信号处理器，并且通过组成信号处理器组分别生成使用特殊网络协议的第一和第二调制解调单元254和256。生成第一和第二调制解调单元254和256的每一个所需的关于一组信号处理器的信息可由用户设置或可经由外部控制接口240从外部主机获得。
相似地，控制器252通过执行一个或多个程序文件可配置或改变预处理器230的信号处理逻辑。
此外，控制器252可以软件方式生成网桥单元258。作为网络中继设备的逻辑链路控制(LLC)层运作的网桥单元258可使用传统的技术以软件方式被实现。
此外，控制器252可分别存储生成的调制解调单元和网桥单元254、256和258的配置，以便当引导或重置网络中继设备时，现有的调制解调单元和网桥单元254、256和258可无需用户的或外部主机的指示而被驱动。
第一和第二调制解调单元254和256作为网络中继设备的物理(PHY)层和媒体访问控制(MAC)层运作，并且由控制器252以软件方式被生成。如果将要通过网络中继设备被中继的特殊网络协议被设置，则第一和第二调制解调单元254和256的每一个可由执行与使用特殊网络协议的网络通信所需的一组信号处理器来实现。关于生成第一和第二调制解调单元254和256所需的一组信号处理器的信息和关于在信号处理器中的数据路由(即信号处理序列)的信息可从外部主机获得或可被用户设置。
以软件方式实现组成单个调制解调单元的信号处理器的每一个所需的程序文件存储在存储单元260中。当用于新协议的另一调制解调单元加入时，关于生成新调制解调单元所需的一组信号处理器的信息以及用于实现信号处理器的程序文件可经由外部控制接口240接收并且存储在存储单元260中。
根据用户的设置，两个或多个调制解调单元可被生成，以便可由单个网络中继设备支持在多网络对之间的中继。
网桥单元258是包括网桥功能的软件模块，并且转换在第一和第二调制解调单元254和256支持的网络之间交换的数据以适合于由网络分别使用的协议。这里，使用包括在每一网络中的网络装置的地址映射表，网桥单元258可执行用于在网络间数据交换的地址映射。此外，网桥单元258通过存储/发送数据作为网络中继设备的LLC层运作。
网桥单元258可由控制器252以软件方式生成。使用传统的技术可以软件方式实现网桥单元258。
图4是根据本发明示例性实施例的调制解调单元254或256的框图。调制解调单元254或256可包括执行执行调制解调功能所需的各种信号处理的信号处理器。信号处理器的例子包括FFT部分、CSMA/CA部分，以及QPSK部分。因此，由一系列由一个或多个信号处理器执行的信号处理，可实现调制解调单元254或256的功能。
关于组成特殊的调制解调器所需的一组信号处理器的信息和用于以软件方式实现信号处理器的程序文件被存储在存储单元260中。该信息和程序文件根据必要性可从外部主机动态下载。
因此，由程序文件实现的信号处理器可被重复使用以组成一个或多个调制解调单元，并且可同时被用于不同的调制解调单元。例如，如IIR滤波器或FIR滤波器的滤波器对于多数的调制解调功能是必须的，并且当需要时通过适当调整所需参数的值可被应用于各种类型的调制解调器。
如上所述，当不是由单个软件模块而是由一个或多个可重复使用的信号处理器执行调制解调功能时，可提高网络中继设备的使用存储空间的效率，并且可快速和容易地支持各种网络协议。
图5A示出根据本发明的示例性实施例的用于网桥单元的配置的软件代码。
“BRIDGE_MODULE brg_802_3_802_11b”描述组成网桥的两个目标调制解调器和分组队列。软件代码配置在使用电气和电子工程师协会(IEEE)802.3协议的网络和使用IEEE802.11b协议的网络之间进行中继的网桥单元。
函数initialize()被控制器252在初始阶段调用一次，并且调用目标调制解调单元的初始化函数以执行调制解调初始化。
函数work()包括执行如转换地址、存储/发送分组的网桥功能的逻辑。
图5B示出根据本发明的示例性实施例的用于调制解调单元的配置的软件代码。
在该软件代码中，函数“mdm_ieee_802_11b::setup()”是用于IEEE802.11b调制解调的初始化函数，并且由包括数字采样源部分、用于信道滤波的FIR部分、QPSK解调部分、以及CSMA/CA MAC部分的信号处理器实现。此外，CONNECT_MODULE()行描述在信号处理器中的数据流。因此，需要执行特殊调制解调功能所需的一序列信号处理。关于组成特殊调制解调单元所需的一组一个或多个信号处理器的信息和关于在信号处理器中的数据路由(即信号处理序列)的信息可从外部主机获得或可被用户设定。
用于实现信号处理器的程序文件可由如C语言的编程语言构造，并且可以编译目标文件的形式出现。根据控制器252的控制，在调制解调单元的设置中，该程序文件从存储单元260被装载。
图6是根据本发明的示例性实施例的网络中继方法的流程图。
在操作S110中，模拟前端210从使用第一协议的第一网络中接收将被发送到使用第二协议的第二网络的信号。在操作S115中，模拟前端210从接收的信号中提取基带信号。
在操作S120中，提取的基带信号被输入到模拟/数字转换器220中并且被转换成数字信号。
在操作S125中，预处理器230从模拟/数字转换器中接收数字信号，并且对数字信号执行将被DSP 250执行的信号处理过程的一部分。例如，预处理器230可对从模拟/数字转换器220中输出的数字信号执行滤波、波形形成、以及抽取。
由于用于网络中继的信号处理过程的一部分由预处理器230预先执行，所以可减轻DSP 250的信号处理负荷。结果，网络中继设备可实时高速地处理大量数据。
在操作S130中，由预处理器230预处理的数字信号被第一调制解调单元254解码。第一调制解调单元254分析遵照第一协议以与第一网络通信的数据，并由控制器252以软件方式生成。
当网络中继设备从其接收信号以进行中继的第一网络使用的第一协议被设置时，通过形成执行与第一网络通信所需的一组信号处理器，可生成第一调制解调单元254。关于生成第一调制解调单元254所需的该组信号处理器的信息和关于在信号处理器中的数据路由(即信号处理序列)的信息可由用户或外部主机设置。
用于以软件方式实现组成第一调制解调单元254的信号处理器所需的程序文件可从存储单元260中获得，或当需要时，可经由外部控制接口240下载。调制解调单元的生成已参照图3和图4被详细描述，关于其的解释将不再给出。
在操作S135中，第一调制解调单元254处理的信号被发送到网桥单元258并且被转换用于网络中继。网桥单元258是包括网桥功能的软件模块并且转换在第一和第二调制解调单元254和256分别支持的网络之间交换的数据以适合于被网络分别使用的协议。这里，使用包括在每一网络中的网络装置的地址映射表，网桥单元258可执行用于在网络之间数据交换的地址映射。此外，网桥单元258通过存储/发送数据作为网络中继设备的LLC层运作。
在操作S140中，由网桥单元258的转换的数据被第二调制解调单元256编码。第二调制解调单元256分析遵照第二协议的数据以与第二网络通信，并且由控制器252以软件方式生成。
第二调制解调单元256可以以与第一调制解调单元254相同的方式生成。调制解调单元的生成在上文已有描述。
在操作S145中，从第二调制解调单元256输出的编码的信号最终被预处理器230处理。预处理器230的功能在上文已有描述。
在操作S150中，预处理器230处理的编码的信号被模拟/数字转换器220转换成为模拟基带信号。
在操作S155中，模拟前端210生成包括从模拟/数字转换器220中输出的模拟基带信号的RF信号，并且在操作S160中，发送RF信号到第二网络。
通过详细的描述，本领域的技术人员将明白，在基本不脱离本发明的原理的情况下，可对示例性实施例做出许多变化和修改。因此，公开的本发明的示例性实施例仅用在普遍和描述的意义上使用，而非用于限制的目的。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，各种网络协议和新的网络协议可被容易地支持。

Claims (5)

1、一种网络中继设备，包括：
第一调制解调单元，被配置以与使用第一协议的第一网络通信；
第二调制解调单元，被配置以与使用第二协议的第二网络通信；
网桥单元，当数据在第一调制解调单元和第二调制解调单元之间交换时，被配置以转换数据以适合于第一和第二协议；以及
控制器，被配置以以软件方式生成第一和第二调制解调单元以及网桥单元，
其中，通过形成一组执行调制解调功能的所需的一个或多个信号处理器并且以软件方式实现来生成第一和第二调制解调单元中的每一个，
其中，一个或多个信号处理器中的每一个是被重复使用以生成一个或多个调制解调单元并且同时用于不同调制解调单元的信号处理器中的一个。
2、如权利要求1所述的网络中继设备，还包括被配置以存储被配置以实现一个或多个信号处理器的程序文件的存储单元。
3、如权利要求1所述的网络中继设备，其中，控制器还生成至少一个被配置以与使用与第一和第二协议不同的协议的网络通信的调制解调单元。
4、一种网络中继方法，该方法包括：
由第一调制解调单元对从使用第一协议的第一网络中接收的信号进行解码；
由网桥单元转换解码的信号以适合于第二协议；以及
由第二调制解调单元对转换的信号进行编码，并且由第二调制解调单元向使用第二协议的第二网络发送编码的信号，
其中，第一调制解调单元、第二调制解调单元、以及网桥单元以软件方式生成，
其中，通过形成一组被配置以执行调制解调功能的一个或多个信号处理器生成第一和第二调制解调单元中的每一个，并以软件方式实现，
其中，一个或多个信号处理器中的每一个是被重复使用以生成一个或多个调制解调单元并同时用于不同的调制解调单元的信号处理器中的一个。
5、如权利要求4所述的网络中继方法，其中，一个或多个信号处理器通过执行一个或多个程序文件被实现。
CNB200510079934XA 2004-06-25 2005-06-27 网络间中继的设备和方法 Active CN100446512C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

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