CN100477637C - 在同步以太网系统中传送时间临界信息的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种实现同步帧时间段中的时间临界控制信号的传输的方法，例如，当由于上行链路异步数据的拥塞使得以太网交换机的接收缓冲器填充有超过阈值的分组时产生的暂停信号。为了传送同步以太网系统中的时间临界信息，在检测到时间临界事件时，检查当前传输时间段。如果该当前传输时间段是同步帧时间段，则产生时间临界控制信息，在时间临界事件之后，插入到第一子同步帧中并进行传送。如果当前传输时间段是异步帧时间段，则产生包括所述时间临界控制信息的控制帧并进行传送。

Description

在同步以太网系统中传送时间临界信息的方法
技术领域
本发明通常涉及一种同步以太网系统，更具体地，涉及一种实现可以处于同步帧时间段中的时间临界控制信号的传输的方法，例如，当由于上行链路异步数据的拥塞使得以太网交换机的接收缓冲器填充有超过阈值的分组时产生的暂停信号。
背景技术
以太网是最广泛使用的LAN(局域网)技术之一。其已经标准化为IEEE(电气和电子工程师协会)802.3。
典型地，以太网设备利用符合IEEE 802.3的CSMA/CD(载波侦听多址接入/碰撞检测)协议来竞争地访问该网络。该设备利用其间的IFG(帧间间隔)来发送上层服务帧，作为以太网帧。注意，按照其产生的次序来传递上层服务帧，而与其类型无关。
尽管已知的是以太网并不适合于承载如运动图像和语音等对时间延迟敏感的数据，但是正在研究在传统以太网中传送如视频和音频数据等同步数据的技术。该类型的以太网被称为同步以太网。
同步以太网逐周期地发送帧。典型地，一个周期定义为125μs，并且分为同步帧时间段和异步帧时间段。同步帧具有固定长度而异步帧具有可变长度。
因为同步帧以预定尺寸的格式来承载数据，不能在同步帧中发送控制信号。因此，当产生时间临界控制信号时，对此控制信号进行处理变为具有挑战性的任务。下面将更详细地描述该任务。
图1A和1B是示出了传统以太网系统中的暂停帧的产生和传输的典型视图。
参考图1A和1B，在传统以太网系统中，设备10(设备A)将下行信号108到112发送到设备11(设备B)和设备12(设备C)。设备B和设备C将上行信号101到107发送到设备A。以太网交换机13在设备A、设备B和设备C之间进行交换。
以太网交换机13包括接收缓冲器131，用于暂时缓冲来自设备B的上行信号103和104和来自设备C的上行信号105、106和107，从而可以顺序地输出这些上行信号。
在如图1A所示以可接受的水平将数据填充在接收缓冲器131中的情况下，不需要控制上行信号的速率。另一方面，如果数据填充在接收缓冲器131中超过了阈值，则太网交换机13将暂停信号100发送到设备A，然后设备A产生暂停帧113。这样做来控制/通知设备B和C在预定的时间段内不要发送上行信号。
暂停帧113是控制帧，用于MAC(媒体接入控制)层中的显性流控制。当因为其接收缓冲器填充得超过阈值，接收以太网设备不能够跟上从发送方接收到的分组数据量时，其发送暂停帧113以禁止来自发送以太网设备的数据帧传输。
图2示出了典型同步以太网中的传输周期的结构。
参考图2，在典型同步以太网系统中，数据传输的一个周期20是125μs。将周期20分为用于传输同步数据的同步帧时间段200和用于传输异步数据的异步帧时间段210。
在周期20中，同步帧时间段200具有比异步帧时间段210更高的优先级。同步帧时间段210可以包括738字节的子同步帧201到204。然而，应该理解，可以改变字节数量。
异步帧时间段210包括子异步帧211、212和213，每一个均具有可变尺寸。
如果如图1所示，在该周期中需要传送时间临界控制信号，则现有同步以太网系统只能在异步帧时间段210中传送该时间临界控制信号。因此，在同步帧时间段200中传送时间临界控制信号总是涉及时延。结果，该时间临界控制信号可能不会按时到达以防止数据丢失。
图3示意地示出了典型同步以太网系统中作为时间临界控制信号的暂停帧的产生和传输。
参考图3，当在异步帧时间段32中出现暂停事件时，按照图1B所示的正常方式来发送暂停帧。然而，如果在同步帧时间段31中出现了暂停事件301，则不能在同步帧时间段31中发送暂停帧。这意味着以太网设备必须等待，直到同步帧时间段31过去为止，从而可以产生异步帧时间段32中的暂停帧302。在这种情况下，在暂停事件出现时间301和暂停帧产生时间302之间存在时间差Δt303.
考虑到当分组在接收缓冲器中充满到阈值时创建暂停事件，在Δt期间的缓冲器溢出引起了上行异步帧的传输丢失。因此，在本领域中需要一种在同步帧时间段31中发送时间临界(例如暂停)信息而不会产生时间差Δt303的方法。
发明内容
本发明的一个方案涉及一种同步以太网系统中的时间临界信息传送方法，如果在上行链路中异步业务发生拥塞，通过在针对异步帧时间段的传统暂停帧中传送暂停信息或者通过允许针对同步帧时间段的暂停信息的传送，防止了接收缓冲器中上行数据的丢失。
本发明的一个实施例涉及一种实现甚至在同步帧时间段中仍能传输时间临界控制信号的方法，例如，当由于上行链路异步数据的拥塞使得以太网交换机的接收缓冲器填充有超过阈值的分组时产生的暂停信号。为了传送同步以太网系统中的时间临界信息，在检测到时间临界事件时，检查当前传输时间段。如果该当前传输时间段是同步帧时间段，则产生时间临界控制信息，在时间临界事件之后，插入到第一子同步帧中并进行传送。如果当前传输时间段是异步帧时间段，则产生包括所述时间临界控制信息的控制帧并进行传送。
本发明的另一实施例涉及一种用于同步以太网系统的信号传送方法，包括以下步骤：检测可能影响同步以太网系统的性能的状态条件；如果在同步帧时间段中检测到所述状态条件，则在检测到该状况之后，产生控制信息，将所述控制信息插入到第一子同步帧中，并传送所述控制信息；以及如果在异步帧时间段中检测到所述状态条件，则产生包括所述控制信息的控制帧，并传送所述控制信息。
附图说明
通过以下结合附图而进行的详细描述，本发明的上述和其他方案、特征和实施例将变得更加明显，其中：
图1示意地示出了在传统以太网系统中的暂停帧的产生和传输；
图2示出了典型同步以太网系统中的传输周期的结构；
图3示意地示出了典型同步以太网系统中作为时间临界控制信号的暂停帧的产生和传输；
图4示出了根据本发明实施例的同步以太网系统中作为时间临界控制信号的暂停帧的产生和传输；
图5示出了传统以太网系统中的暂停帧的结构；
图6示出了根据本发明实施例的用于承载时间临界信息的子同步帧的结构；
图7示出了根据本发明另一实施例的用于承载时间临界信息的子同步帧的结构；以及
图8是根据本发明实施例、在同步以太网系统中发送时间临界信息的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明的实施例。为了清楚和简明，由于其可能使本发明变得不清楚，将不再详细描述公知功能或结构。
尽管在以下描述中将暂停帧描述为需要进行时间临界控制的事件，但是其仅是说明性的。因此，应该意识到，根据本发明的实施例，还可以发送除了暂停帧之外的其他时间临界OAM(操作、管理和维护)信息。
图4示出了根据本发明实施例的同步以太网系统中作为时间临界控制信号的暂停帧的产生和传输。
在125μs传输周期的异步帧时间段42中产生暂停事件时，产生暂停帧并将其作为时间临界控制信号进行发送，如在典型以太网系统中那样，如图1B所示。另一方面，如果在同步帧时间段41中出现了暂停事件401，则在同步帧时间段41的子同步帧403中发送暂停信息。
在同步帧时间段41中存在多个子同步帧。设计每一个子同步帧，在同步帧时间段41中传送时间临界控制信号。用于在同步帧时间段41中承载时间临界控制信号的子同步帧的结构将参考图6和7进行更详细的描述。
在本发明的该实施例中，每一个子同步帧包括：22字节的以太网报头404，具有与目的地地址、源地址和以太网帧的类型有关的报头信息；32字节的同步报头405，具有与同步帧有关的信息，例如表示同步或异步的信息、帧计数信息、周期计数信息；4字节的HCS(报头校验序列)406；768字节的同步数据时隙407，包括192个4字节的同步数据时隙；以及4字节的FCS(帧校验序列)408。
图5示出了传统以太网系统中的暂停帧的结构。
参考图5，暂停帧is包括：6字节的DA(目的地地址)501，表示暂停帧的目的地；6字节的SA(源地址)502，表示暂停帧的源；2字节的类型503，表示暂停帧的类型；2字节的OPCODE 504，表示暂停帧的操作码；2字节的暂停时间505，表示在接收到暂停帧的以太网设备中的暂停操作的持续时间；PAD 506，如果暂停帧未达到46字节，用来将伪比特根据以太网帧格式填充到剩余区域中；以及4字节的FCS07，用于暂停帧中的差错校验。
OPCODE 504包括控制消息，向以太网设备通知所传送的帧是暂停帧，并命令其执行暂停操作。暂停时间505告知接收以太网设备暂停操作的持续时间。暂停时间505以512个比特来表示0到65535。在1Gbps的以太网中，暂停计时器的实际最大值为33.6ms。
接收以太网设备将暂停计时器设置为所指示的值，并且不再继续数据传输，直到计时器截止为止。
将同步帧时间段中所传送的时间临界信息限制为传统暂停帧中的OPCODE 504和暂停时间505。4个字节足以传输时间临界信息。
图6示出了根据本发明实施例的传送时间临界信息的子同步帧的结构。
参考图6，每一个子同步帧包括：22字节的以太网报头404，具有与目的地地址、源地址和以太网帧的类型有关的报头信息；32字节的同步报头405，具有与同步帧有关的信息，例如表示同步或异步的信息、帧计数信息、周期计数信息；4字节的HCS 406；768字节的同步数据时隙407，包括192个4字节的同步数据时隙；以及4字节的FCS 408。
根据该实施例，分配同步数据时隙407中所包括的同步数据时隙之一(4字节)来传送时间临界信息。
在检测到同步帧时间段中的时间临界事件时，可以发送该时间临界控制信息，不超过一个子同步帧的最大值(大约830字节)。因此，与时延出现在整个同步帧时间段上(大约8000到12000字节)的传统技术相比，相当大地减小了由于时间临界信息的延迟所引起的问题。
图7示出了根据本发明的可选实施例的用于传送时间临界信息的子同步帧的结构。
参考图7，每一个子同步帧包括：22字节的以太网报头404，具有与目的地地址、源地址和以太网帧的类型有关的报头信息；32字节的同步报头405，具有与同步帧有关的信息，例如表示同步或异步的信息、帧计数信息、周期计数信息；4字节的HCS 406；768字节的同步数据时隙407，包括192个4字节的同步数据时隙；以及4字节的FCS 408。
根据本发明的该可选实施例，与传统暂停帧不同，并不发送OPCODE 504和暂停时间505的所有内容。作为替代，设置与暂停持续时间有关的信息，并且设置更多标记比特(More Flag bit)来传送该暂停信息。然后，接收以太网设备在暂停时间段内不继续上行传输。这是与本发明的第一实施例的差别。
可以按照多种方式来分配更多标记比特。例如，将以太网报头404或同步报头405中所包括的保留字段中的一个比特分配为更多标记比特。
此外，可以通过修改以太网报头404或同步报头405中所包括的指定字段(即，长度/类型字段)来分配更多标记比特。例如，可以将4字节的长度/类型字段中的一个比特用作更多标记比特。
图8是示出了根据本发明实施例、在同步以太网系统中发送时间临界信息的方法的流程图。
参考图8，在检测到时间临界事件时，在步骤801，如接收缓冲器填充得超过了阈值，在步骤802，检查当前的传输时间段。
在同步帧时间段的情况下，在步骤804中产生时间临界控制信息。将时间临界控制信息如图6所示那样插入在同步数据时隙中或如图7所示设置为表示时间临界控制信息的存在的标记信息，这取决于该系统所采用的时间临界控制信息传送方法。
在步骤805，在检测到时间临界事件的时刻之后，将时间临界控制信息插入到第一子同步帧中，并且在步骤806中进行发送。
另一方面，在步骤803中的异步帧时间段的情况下，在步骤807中产生具有时间临界控制信息的控制帧，并且在步骤808中进行发送，如在传统以太网中那样。
如上所述，当在上行链路上异步业务量拥塞时，如果在异步帧时间段中出现了暂停事件，则如传统那样，可以发送暂停帧。此外，如果在同步帧时间段中出现了暂停事件，则在子同步帧中也可以发送该暂停帧。因此，与传统系统相比，防止和/或减少了接收缓冲器中上行数据的丢失。
尽管已经参考其特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1、一种在同步以太网系统中传送时间临界信息的方法，包括以下步骤：
(1)在检测到时间临界事件时，检查当前传输时间段；
(2)如果当前传输时间段是同步帧时间段，则产生时间临界控制信息；
(3)在检测到时间临界事件的时刻之后，将时间临界控制信息插入到第一子同步帧中，并传送所述时间临界控制信息；以及
(4)如果当前传输时间段是异步帧时间段，则产生包括时间临界控制信息的控制帧并传送所述时间临界控制信息。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)包括以下步骤：在检测到时间临界事件的时刻之后，将时间临界控制信息插入到第一子同步帧的同步数据时隙字段中所包括的同步数据时隙之一中，并且传送所述时间临界控制信息。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)包括以下步骤：在检测到时间临界事件的时刻之后，在第一子同步帧的报头字段中分配标记比特，设置所述标记比特表示时间临界控制信息，并传送所述时间临界控制信息。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述标记比特是报头字段中的保留字段中的一个比特。
5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述标记比特是通过修改报头字段中的预定字段而分配的。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述时间临界事件是将上行接收缓冲器填充得超过预定阈值的事件。
7、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述时间临界事件是将上行接收缓冲器填充得超过预定阈值的事件。
8、根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述时间临界事件是将上行接收缓冲器填充得超过预定阈值的事件。
9、根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述时间临界事件是将上行接收缓冲器填充得超过预定阈值的事件。
10、根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述时间临界事件是将上行接收缓冲器填充得超过预定阈值的事件。
11、根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述时间临界控制信息是针对在上行链路上传输数据的设备的暂停信息。
12、根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述时间临界控制信息是针对在上行链路上传输数据的设备的暂停信息。
13、根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述时间临界控制信息是针对在上行链路上传输数据的设备的暂停信息。
14、根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述时间临界控制信息是针对在上行链路上传输数据的设备的暂停信息。
15、根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述时间临界控制信息是针对在上行链路上传输数据的设备的暂停信息。
16、一种用于同步以太网系统的信号传送方法，包括以下步骤：
检测可能影响同步以太网系统的性能的状态条件；
如果在同步帧时间段中检测到所述状态条件，则在检测到该状况之后，产生控制信息，将所述控制信息插入到第一子同步帧中，并传送所述控制信息；以及
如果在异步帧时间段中检测到所述状态条件，则产生包括所述控制信息的控制帧，并传送所述控制信息。
17、根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述插入步骤包括以下步骤：在检测到所述状态条件之后，将控制信息插入到第一子同步帧的同步数据时隙字段中所包括的多个同步数据时隙之一中，并传送所述控制信息。
18、根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述插入步骤包括以下步骤：在检测到所述状态条件之后，在第一子同步帧的报头字段中分配标记比特，设置所述标记比特表示所述控制信息，并传送所述控制信息。
19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述标记比特是报头字段的保留字段中的一个比特。
20、根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述标记比特是通过修改报头字段的预定字段而分配的。
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