CN101964735A - 以太网方法和以太网设备中使用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以太网方法和以太网设备中使用的方法，一种能够实现能效以太网(EEE)后退状态的系统和方法。可设计EEE设备来支持作用于PHY层之上的层的多个功率节省状态。典型地，这些高级别的功率节省需要较大的时间周期才能返回到活跃状态。在动态协商过程中，接收设备向发送设备通知多个后退功率节省状态。发送状态的缓存分配可确定支持哪一个功率节省状态。

Description

以太网方法和以太网设备中使用的方法
技术领域
本发明涉及能效以太网(energy efficient ethernet，EEE)，更具体地说，涉及一种实现EEE后退状态(fallback state)的方法和系统。
背景技术
近些年来能量成本逐步上升，呈不断增加的趋势。在此情况下，各种行业对成本上升的影响变得越来越敏感。吸引越来越多目光(scrutiny)的一个领域就是IT基础设施。许多公司正关注其IT系统的能量使用，从而确定是否能够减少能量成本。为此，关注能效网络的行业已着手处理作为整体使用的IT设备不断上涨的成本问题(也就是说，计算设备、显示器、打印机、服务器、网络设备等等)。
在能效解决方案的设计中，其中一个考虑因素就是，网络链路上的文件模型(profile)。例如，多个网络链路典型地处于不定时数据突发之间的空闲状态中，而其他网络链路中，伴随高带宽突发流量的是规则的或间歇的低带宽流量。能效解决方案的另外的考虑因素就是流量对缓存和延迟敏感的程度。例如，一些流量类型(例如，HPC集群(cluster)或高端24小时数据中心)对延迟非常敏感，因此缓存就成问题。由于上述和其他原因，将能效概念应用于不同流量模型会导致不同的解决方案。因此这些可变的解决方案基于各种能量成本和流量的作用，设法使得链路、链路速率、以及链路层之上的层(其本身依赖于应用层)应用于最佳解决方案。
应当理解，EEE方案可包括各个层。例如，EEE机制可在物理层设备(PHY)中实施，使得PHY在各个能量状态之间转换。还可在MAC和更上层中实现额外的功率节省。因此，需要一种支持EEE链路层协商的机制，从而适应功率节省的各个级别。
发明内容
本发明提出一种实现EEE后退状态(fallback state)的方法和系统。下面将结合至少一幅附图来充分展示和/或说明，并且将在权利要求中进行完整的阐述。
根据本发明的一方面，提出一种以太网方法，包括：
接收链路伙伴所支持的多个功率节省状态的唤醒时间信息，其中所述唤醒时间信息表示所述链路伙伴从功率节省状态转换到活跃状态(active state)所需的时间量；
基于所述接收的唤醒时间信息，确定支持所述多个功率节省状态中的哪一个状态；以及
发送已分配的唤醒时间至所述链路伙伴，所述已分配的唤醒时间标识出所述链路伙伴所支持的所述功率节省状态中的哪一个状态。
作为优选，所述接收包括接收链路层发现协议数据单元(link layerdiscovery protocol data unit)。
作为优选，所述接收包括通过第3层(layer 3)协议接收。
作为优选，所述确定包括分析分配给与所述链路伙伴连接的端口的缓存量。
根据本发明的再一方面，提出了一种以太网方法，包括：
发送链路伙伴所支持的多个功率节省状态的唤醒时间信息至链路伙伴，其中所述唤醒时间信息表示所述链路伙伴从功率节省状态转换到活跃状态(active state)所需的时间量；
从所述链路伙伴接收所述链路伙伴所分配的唤醒时间；以及
一旦检测到低链路使用条件，就转换到支持所述已分配的唤醒时间的功率节省状态。
作为优选，所述发送包括发送链路层发现协议数据单元。
作为优选，所述发送包括通过第3层(layer 3)协议发送。
作为优选，所述方法进一步包括从所述已分配的唤醒时间所支持的多个功率节省状态中选择一个状态。
根据本发明的一方面，提出一种以太网设备中使用的方法，包括：
接收来自以太网设备的链路伙伴的信息，所述信息与所述链路伙伴所支持的多个功率节省状态相关；
基于所述接收的信息，确定以太网设备支持的所述多个功率节省状态的子集(subset)；以及
发送信息至所述链路伙伴，所述发送的信息能够标识所述链路伙伴能够使用的所述多个功率节省状态的所述子集。
作为优选，所述接收包括接收链路层发现协议数据单元。
作为优选，所述接收包括通过第3层(layer 3)协议接收。
作为优选，所述接收包括接收所述多个功率节省状态的唤醒时间。
作为优选，所述确定包括分析分配给与所述链路伙伴连接的端口的缓存量。
作为优选，所述发送包括发送分配给所述链路伙伴的唤醒时间。
附图说明
为了使得本发明的各个优点和特征更加清楚，将通过附图所阐述的具体实施例对本发明的上述简要内容进行更加详细的描述。应当理解，这些附图仅仅作为本发明的典型实施例，并不是对本发明保护范围的限制。通过使用随后的附图对本发明进行额外具体和详细的描述和解释：
图1示出了网络链路的示例；
图2示出了控制器的示例；
图3示出了交换机的示例；
图4示出了本发明处理过程的流程图；
图5示出了包括后退状态信息的格式化TLV(type-length-value)的示例；
图6是格式化后的包含回退状态信息的TVL(类型-长度-值)的示意图。
具体实施方式
下面将详细讨论本发明的各个实施例。虽然描述了具体的实施例，应当理解的是，仅作为解释之用。本领域技术人员在不脱离本发明精神和范围的情况下可使用其他组件和配置。
以太网已越来越成为应用于多种环境(例如，双绞线、母版)的普遍技术。IEEE802.3az能效以太网(EEE)继续评估用于减少低链路利用率周期过程中所使用能量的各种方法。在此过程中，可以定义一协议，以便于转换到低功耗模式以及转换自低功率模式，从而响应网络需求的改变。
总之，链路速率到主速率的子速率的减少能够减少功率，从而节省了能量。在一示例中，该子速率为产生最大功率节省的零速率(zero rate)。
次速率的一个示例是通过使用PHY(物理层)子集技术来实现。在该PHY子集技术中，通过将PHY转换到母本PHY的子集(subset of parent PHY)(其由母本PHY所支持)，低链路利用率周期可得到适应。在一实施例中，PHY子集技术通过关闭一部分母本PHY以实现在低速率或次速率下进行操作来实现。例如，次速率1G PHY可通过关闭四个信道中的三个信道的过程从母本10GBASE-T PHY得到。在另一实施例中，子集PHY技术是通过放慢母本PHY的时钟速率来实现。例如具有增强核(enhanced core)的母本PHY可在低链路利用率过程中减慢10倍速率，在接收到突发数据时提高10倍速率，所述增强核可通过倍频来减速和加速。在此10倍速率的实施例中，在空闲时，可将10G增强核转换到低至1G链路速率，而在发送数据时加速回至10G链路速率。
次速率的另一个示例是通过使用低功率空闲(LPI)技术。一般来说，LPI依靠在无数据发送时将活跃信道调至静音(turn the active channel silent)。当链路关闭时就节省了能量。可周期性地发送再生信号(refresh signal)以便从睡眠模式唤醒。在一实施例中，可在接口(也就是说，介质相关接口(MDI)以及PHY/媒体访问控制(MAC)接口)上使用同步信号，从而允许从睡眠模式中快速唤醒以及保持频率时钟。例如，在10GBASE-T信号的MDI接口上，可在LPI模式过程中在A对上使用简单的PAM2伪随机比特序列。这并没有明显增加所消耗的功率。
一般来说，子集和LPI技术包括在低链路利用率周期中关闭或修改PHY的一部分。正如所期望的，可在PHY层、MAC层、MAC控制层、MAC客户端层或更高层诸如应用层控制功耗模式转换过程。如PHY层一样，更高层的功率节省也可通过次速率的多种形式来实现。
为了进一步阐述能够实现的功率节省，可参考图1所示的服务器和交换机之间的示例链路。如图所示，服务器110包括多个层：PHY层、MAC层、控制器层、系统HW层、操作系统(OS)层以及应用层。
图2示出了可作为客户端(例如，膝上型电脑、台式电脑或工作站)、服务器(例如音频-视频(AV)服务器、高性能计算服务器(HPC))、或消费边缘设备(consumer edge device)(例如HDTV、蓝光等)一部分的控制器系统的示例。如图所示，主机系统220与集成以太网控制器210连接。以太网控制器210进一步包括与MAC212连接的PHY 211。在所示示例中，MAC 212通过存储器控制器213与PCI加速(PCI express)设备216连接，存储器控制器213还与缓存器214和处理器215连接。
交换机120类似于服务器110。如图所示，交换机120包括多个层：PHY层、MAC层、网络交换层、系统硬件(HW)层、和操作系统(OS)层。
图3示出了交换系统400的示例，其可代表路由器或结合多端口交换功能的任何其他设备。在多个示例中，交换系统可以是消费用户、SMB、企业、地铁或接入交换机。在另一示例中，交换系统300代表IP网络电话(VoIP)芯片，具有网络接口(端口0)和PC接口(端口1)。在另一示例中，交换系统代表服务提供商接入网络中的客户端设备(consumer premise equipment，CPE)，该网络具有光纤局端(central office，CO)面向接口(facing interface)(端口0)和多个接口(端口1-N)，所述多个接口面向家庭和/或网关(例如CPE可简单地作为媒体转换器和/或家庭网关的一部分)。再进一步地，交换系统300代表接入点，诸如WLAN基站。如图所示，交换系统300包括交换机310，通过MAC和PHY接口支持内部端口和多个外部接口0-N。缓存器320和控制器330也支持交换机310。
再参考图1，典型地，EEE节省在PHY层实现(例如，图2和图3所示的EEE PHY)。然而，进一步的功率节省无需限制在PHY层。如图1所示，额外的功率节省还可在PHY以上的层来实现。
例如，在服务器110中，额外的功率节省可在MAC、控制器和系统HW层来实现。这就反映了这样的事实：系统是复杂的，而且具有作为整体来说为该系统的多个组件所定义的多个功率状态。这些多个定义的功率状态能够实现次速率的多个形式，以实现系统的所有或一部组件进入睡眠或其他低功率状态。例如，在边缘设备中，PCI、整个南桥和/或甚至CPU的一些部分及其相关存储器可被设置为进入睡眠状态，从而在PHY层之上产生额外的功率节省。
类似地，在交换机120中，额外功率节省也可通过子速率在PHY以上的层来实现。例如，可通过关断MAC以及禁用与交换、路由、存储和/或相关逻辑有关的逻辑来实现功率节省。
通过关断高层元件而产生的额外的功率节省代表极好的益处，而这益处的折衷结果就是增加了从功率节省状态唤醒所需的时间。从特定的功率节省状态唤醒的时间代表了能够准备处理以太网链路上的数据包(PHY层之上)之前所需的时间量。例如，唤醒PHY需要30μs，而唤醒PHY/MAC接口需要100μs。与唤醒PCI加速接口或南桥所需的毫秒范围的时间相比，这些唤醒时间是相对有利的。
在EEE中，非对称(asymmetric)操作要求发送设备要与接收设备保持一致。在接收设备的功率节省状态的调整过程中，发送设备需要推迟发送数据直至接收设备完成唤醒过程，推迟发送的延迟可通过在发送设备中使用动态缓存来实现。
一般来说，发送设备的缓存代表稀缺资源(scare resource)。当发送设备是用于分配有限数量的缓存给许多端口的多端口设备时，缓存是稀缺资源的说法是非常准确的。分配给端口的缓存量与发送设备能够延迟端口上数据发送的时间量直接相关。缓存量代表了建立链路上能够实现的功率节省状态类型的多个变量中的一个。
另一变量就是接收设备能够实现的特定功率节省状态。例如，图2所示的控制器系统可以是以下所列的一部分：客户端诸如膝上型电脑、台式电脑或工作站、服务器诸如AV服务器或HPC服务器、或消费边缘设备诸如HDTV或蓝光播放器。这些设备中的每一个可定义多个组件或系统功率节省状态，所述功率节省状态具有依赖于实现的唤醒时间。例如，唤醒时间依赖于入口的缓存量。
由于即便是单一类别设备之间(例如，HDTV)也仅具有低相似性，因此无法预测发送设备处缓存所支持的唤醒时间的期望范围。这个结果原因在于，对于相同类别的功率节省状态的唤醒时间依赖于制造商选择的特定设计。
一种可能就是，试图支持最坏情况的唤醒时间，从而适应最大数量的设备。然而，考虑到支持该最坏情况的唤醒时间所需的缓存的成本的增加，这种最坏情况设计的选择是不经济的。这里，增加的成本将使得边际效益被抵消。
在本发明中，可以看出，链路伙伴的特定集合在选择功率节省操作之前需要考虑链路两端上的变量。正如依赖于实现的变量一样，标准化配置程序是不相同。
为了阐述本发明的原理，考虑这样的情况，发送设备与接收设备结对来提供一定范围的功率节省，该功率节省对应于各自的一定范围的唤醒时间。这里，接收设备对于PHY具有30μs唤醒时间，对于PHY/MAC接口具有100μs唤醒时间，对于PCI加速接口具有1ms唤醒时间，对于南桥具有2ms唤醒时间。
理想地，发送设备支持接收设备的所有这些唤醒时间。然而，常常出现这样的情况，由于可利用的缓存，发送设备对特定端口仅支持200μs唤醒时间。在此例中，发送设备可使用PHY和PHY/MAC功率节省状态，但不能适应PCI加速和南桥功率节省状态。
在本发明中，可以看出，能够混杂在一起的设备的范围有可能导致最小的功率节省。这里，有可能将功率节省限制在PHY层，因为这代表了最低成本标准方法(lowest cost denominator approach)。可使用发送和接收设备之间的动态有效的协商过程来产生功率节省和缓存分配的最佳方案。最佳方案代表的方案是对于特定的配对设备达到最大的功率节省量。就这点而论，动态协商过程集中在特定的配对设备的能力上。如下文详细描述的那样，具有后退状态的动态协商过程也是有效的，因为减少了协商的消息量，因此移除了链路上不必要的开销(overhead)。
在本发明中，动态协商过程与后退状态的使用相适应。设计这些后退状态以便识别给定的配对设备的最大功率节省。在一实施例中，后退状态可限定设备的不同操作状态，并且其特点是特定功率节省状态具有不同的唤醒时间。就这点而论，可使用后退状态来表示设备中不同的功能级别。
为了阐述本发明中后退状态的使用，可参考图4所示的流程图。如图所示，过程开始于步骤402，接收设备向分配设备(allocating device)通知所支持的多个后退状态。一般来说，可使用2层帧(例如，LLDP、IP或任何其他网络数据包)来执行该通信。在另一实施例中，可使用3层通信。在另一实施例中，可使用基于管理信息库(Management information base)的功能，所述功能支持使用简单网络管理协议(Simple Network ManagementProtocol，SNMP)。
在一实施例中，信息可基于格式化TLV(type-length-value)，所述TLV为EEE参数的通信而定义。格式化TLV可在包括LLDP数据单元(LLDPDU)的LLDP帧中承载。如图5所示，LLDPDU由强制(mandatory)TLV和可选TLV构建而来。强制TLV为框号ID、端口ID和生命期(time to live，TTL)TLV。可选TLV为诸如EEE TLV的TLV。
一般来说，EEE TLV使得接收设备能够通知其所支持的功率节省状态。在一实施例中，可使用EEE TLV的特性来告知该接收设备从每一功率节省状态唤醒的速度。这里，接收设备可为1至N个状态通知唤醒时间信息。
在一实施例中，有接收设备发送的TLV包括参数Tw_sys_rx，表示接收设备特定功率节省状态的唤醒时间。可在一个或多个TLV中提供多个Tw_sys_rx参数以便标识接收设备支持的多个后退功率节省状态。
图6示出了包含后退状态信息的EEE TLV的实施例。如图所示，EEE TLV包括报头部分和信息串部分。报头部分包括TLV类型信息和TLV信息串长度信息。包含在TLV信息串中的是接收(RX)TW域610，该域包含接收链路伙伴请求发送链路伙伴在功率节省状态之后开始发送数据之前等待的唤醒时间。除了RX TW域610，还有一个或多个后退RX TW域620-1至620-N。可使用这些后退RX TW域620-1至620-N中的每一个来通知接收链路伙伴所实现的额外功率节省状态的唤醒时间。
在一实施例中，RX TW域610和一个或多个后退RX TW域620-1至620-N包含相同的值意味着未执行后退状态。更普遍地讲，多个域重复的值可用于标识与重复的域相关的后退状态未定义。例如，假设定义了4个后退RX TW域。如果4个后退RX TW域中仅包含两个唯一的值，那么发送链路伙伴就知悉接收链路伙伴仅支持2个后退功率节省状态。
在另一实施例中，可定义额外的域来通知TLV中所包含的后退RX TW域的数量。
值得注意，单个LLDPDU中多个后退功率节省状态包含的参数是有利的，因为能够增加协商过程的效率。如果在每一LLDPDU中仅发送一个功率节省状态的参数，那么需要传输多个LLDPDU来优化接收设备将使用的功率节省状态。这些多个LLDPDU(例如，强制TLV和非-EEE TLV)的传输需要的大量开销表示协商过程缺乏效率。
在步骤404中，发送设备分析所接收的一个或多个后退状态的信息。例如，发送设备分析LLDPDU中接收设备返回的多个唤醒时间。该分析可标识接收设备使用的不同可选功率节省状态。
在这点上，发送设备知道接收设备期望使用的最大功率节省状态信息以及在发送设备不支持最大功率节省状态的情况下接收设备希望使用的后退功率节省状态。
在步骤406中，发送设备标识在该端口上发送设备所支持的最长唤醒时间。如果所支持的该最长唤醒时间大于或等于接收设备的最大功率节省状态的唤醒时间，那么发送设备可支持接收设备中的所有功率节省状态。发送设备随后便可选择保留额外的分配。如果所支持的最长唤醒时间少于最大功率节省状态的唤醒时间，那么接收设备仅能使用一些后退功率节省状态。
在步骤408中，该最长支持唤醒时间的指示再由发送设备发送至接收设备。在一实施例中，使用包含参数Tw_sys_tx的TLV发送该最长支持唤醒时间，该TLV表示分配给接收设备的唤醒时间。最后，在步骤410中，接收设备使用分配的唤醒时间来标识发送设备所支持的一个或多个功率节省状态。这些一个或多个功率节省状态对控制接收设备能量节省的EEE控制策略来说是可用的。
如前所述，本发明的原理使得能够使用多个后退功率节省状态来标识接收设备可用的功率节省状态集。通过发送设备分配专用端口，可标识支持的功率节省状态集，代表了接收设备可用的所有功率节省状态的子集。
本发明的一个优点在于能够标识接收设备使用的功率节省状态和发送设备的缓存分配之间的最优配对。这就防止了发送设备的缓存过分配以及接收设备的功率节省的利用不足。
为了阐述对缓存过分配的预防，假设接收设备具有对于PHY具有30μs唤醒时间，对于PHY/MAC接口具有100μs唤醒时间，对于PCI加速接口具有1ms唤醒时间，对于南桥具有2ms唤醒时间。如果发送设备对于特定端口仅支持190μs唤醒时间，那么发送仅适应于PHY和PHY/MAC功率节省状态。因为发送设备知道PHY/MAC功率节省状态的唤醒时间为100μs，发送设备保持90μs的额外分配并向接收设备指明发送设备能够支持100μs的唤醒时间。因此阻止了缓存过分配。
本发明另一优点在于能够实现有效的递减分配(down allocation)。因为发送设备知道接收设备所通知的多个后退功率节省状态，发送设备无需协商就能通过发送新的支持的唤醒时间至接收设备，从而智能的递减分配所支持的唤醒时间。可选择该新的支持的唤醒时间来适应接收设备可用的低功率节省状态。
本发明的又一优点在于可激励EEE设备制造商在标准化状态之外还可考虑多种功率节省状态的设计。协商过程的灵活性允许设计功率节省状态的客户集，客户的使用依赖于发送设备的潜在分配。
应当注意，不考虑栈内具体实现，本发明的原理可应用于多种EEE控制策略。进一步地，应当注意，本发明的原理不依赖于链路上的特定通信协议。任何能够通知与多个后退状态相关参数的通信协议都可以使用。而且，可使用本发明的原理为堆叠端口(cascaded)提供功率节省状态。
应当理解，本发明的原理可与各种端口类型(例如背板、双绞线、光纤等)、标准或非标准(例如2.5G、5G、10G等)链路速率以及未来的链路速率(例如40G、100G等)一起使用。
还应当注意的是，本发明的原理课应用于EEE的对称或非对称应用中。在EEE的对称应用中，链路的两个方向以合作的方式在各个功耗模式间转换。在EEE的非对称应用中，链路的两个方向独立地在各个功耗模式间转换。
通过前面的详细描述，本领域的技术人员可以理解本发明的上述内容以及其他方面。尽管只描述了本发明的上述一些突出特征，本领域的普通技术人员在阅读完所揭露的本发明的内容后应当理解本发明还可以有其他的实施例，并且能够以各种方式进行操作和实施，因此，上述的具体描述不应被认为是对其他实施例的排除。而且，应当理解，本文使用的措辞和专有名词仅仅是做解释之用，不应作为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种以太网方法，其特征在于，包括：
接收链路伙伴所支持的多个功率节省状态的唤醒时间信息，其中所述唤醒时间信息表示所述链路伙伴从功率节省状态转换到活跃状态(active state)所需的时间量；
基于所述接收的唤醒时间信息，确定支持所述多个功率节省状态中的哪一个状态；以及
发送已分配的唤醒时间至所述链路伙伴，所述已分配的唤醒时间标识出所述链路伙伴所支持的所述功率节省状态中的哪一个状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述接收包括接收链路层发现协议数据单元。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述接收包括通过第3层协议接收。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述确定包括分析分配给与所述链路伙伴连接的端口的缓存量。
5.一种以太网方法，其特征在于，包括：
发送链路伙伴所支持的多个功率节省状态的唤醒时间信息至链路伙伴，其中所述唤醒时间信息表示所述链路伙伴从功率节省状态转换到活跃状态(active state)所需的时间量；
从所述链路伙伴接收所述链路伙伴所分配的唤醒时间；以及
一旦检测到低链路使用条件，就转换到支持所述已分配的唤醒时间的功率节省状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中所述发送包括发送链路层发现协议数据单元。
7.一种以太网设备中使用的方法，其特征在于，包括
接收来自以太网设备的链路伙伴的信息，所述信息与所述链路伙伴所支持的多个功率节省状态相关；
基于所述接收的信息，确定以太网设备支持的所述多个功率节省状态的子集(subset)；以及
发送信息至所述链路伙伴，所述发送的信息能够标识所述链路伙伴能够使用的所述多个功率节省状态的所述子集。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述接收包括接收链路层发现协议数据单元。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述接收包括通过第3层协议接收。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述接收包括接收所述多个功率节省状态的唤醒时间。
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