CN102684742B - 一种网络链路诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种网络链路诊断方法，并提供一种交换信道、物理层和数据层信息和能力的系统和方法。信道、物理层和数据层能力的交换使能为网络服务提供最佳解决方案。在一个实施例中，信道、物理层和数据层能力在自动协商过程或LLDP消息中交换。

Description

一种网络链路诊断方法
技术领域
本发明通常涉及网络链路，更具体地，涉及信道、物理层和数据层信息和能力的交换。
背景技术
物理层设备用于在通信信道上进行通信，所述通信信道可包括物理媒介，例如，双绞线电缆、光纤电缆、同轴电缆等。通信信道的特征在于其可对物理层设备支持各种链路速度和各种网络服务类型的能力产生重大影响。
众所周知的是，通信信道的特征是确定物理层设备能运行的链路速度的关键决定性因素。例如，考虑双绞线电缆上的通信。双绞线电缆上的各种通信信道特征已通过各种以太网电缆类型进行限定，例如，3、5、5e、6A、7、7A类等以太网电缆。这些以太网电缆类型的每个限定了特定水平的通信信道特征，所述特定水平的通信信道特征可相应地支持不同层次的传输性能。
例如，3类非屏蔽双绞线电缆使能10BASE-T传输，而不是100BASE-TX传输，100BASE-TX传输需要5类布线表现出的通信信道特征。已限定6类布线并且其可支持1000BASE-T操作，并在一定程度上有限地支持10GBASE-T。再进一步，先进的6A、7和7A类布线已为10GBASE-T定义，7A类布线和超出7A类的布线(7A cabling and beyond)可支持40G和超出40G的速度(speeds of 40G and beyond)，且以后可能支持更高的速度。一般说来，链路上的传输速率、或更一般地链路上的服务传输依赖于利用与连接的设备和通信信道特征(例如，电缆类型、电缆长度、连接器等)有关的物理层性能的能力。因此，我们所需要的是一个可使能设备协调它们的信道、物理层、数据层信息和能力以高效提供网络服务的机制。
发明内容
本发明提供一种用于交换信道、物理层和数据层信息和能力(exchangingchannel，physical layer and data layer information and capabilities)的系统和/或方法，并结合至少一幅附图进行展示和/或描述，且在权利要求中更加完整地阐明。
根据本发明的一个方面，提供一种网络链路诊断方法，所述方法包括：
从第一物理层设备发送第一链路诊断能力信息到第二物理层设备，所述第一链路诊断能力信息使能确定所述第一物理层设备的链路诊断能力；
由所述第一物理层设备从所述第二物理层设备接收第二链路诊断能力信息，所述第二链路诊断能力信息使能确定所述第二物理层设备的链路诊断能力；
由所述第一物理层设备对所述第一链路诊断能力信息和第二链路诊断能力信息进行比较；
如果所述比较结果表明，所述第二物理层设备具有比所述第一物理层设备更先进的链路诊断能力，则在由所述第一物理层设备进行的链路分析过程中，接受基于所述第二物理层设备的链路诊断能力而产生的链路信息；及
如果所述比较结果表明，所述第一物理层设备具有比所述第二物理层设备更先进的链路诊断能力，则在由所述第一物理层设备进行的所述链路分析过程中，接受基于所述第一物理层设备的链路诊断能力而产生的链路信息。
优选地，所述发送包括发送自动协商下一页消息(autonegotiation next pagemessage)。
优选地，所述发送包括发送类型-长度-值数据包。
优选地，所述发送包括利用物理层信令发送。
优选地，所述链路信息是链路长度。
优选地，所述链路信息是网络电缆类型。
优选地，所述链路信息是电缆功率损耗预算。
根据本发明的一个方面，提供一种网络链路诊断方法，所述方法包括：
从第一物理层设备发送第一链路诊断能力信息到第二物理层设备，所述第一链路诊断能力信息使能确定所述第一物理层设备的链路诊断能力；
由所述第一物理层设备从所述第二物理层设备接收第二链路诊断能力信息，所述第二链路诊断能力信息使能确定所述第二物理层设备的链路诊断能力；及
基于对所述第一链路诊断能力信息和所述第二链路诊断能力信息的比较结果，指定所述第一物理层设备和所述第二物理层设备中的其中一个作为所述第一物理层设备和所述第二物理层设备都使用的一个或多个链路相关参数的链路诊断信息的来源。
优选地，所述发送包括发送自动协商下一页消息。
优选地，所述发送包括发送类型-长度-值数据包。
优选地，所述发送包括利用物理层信令发送。
优选地，所述链路相关信息是链路长度。
优选地，所述链路相关信息是网络电缆类型。
优选地，所述链路相关信息是电缆功率损耗预算。
根据本发明的一个方面，提供一种网络链路诊断方法，所述方法包括：
由第一物理层设备通过网络链路从第二物理层设备接收链路诊断能力信息，所述链路诊断能力信息使能确定所述第二物理层设备的链路诊断能力；
从所述第二物理层设备接收链路相关信息，所述链路相关信息至少部分地基于由所述第二物理层设备执行的链路诊断；及
根据所述接收的链路相关信息修改所述第一物理层设备的运行参数。
优选地，所述接收链路诊断能力信息包括接收自动协商下一页消息。
优选地，所述接收链路诊断能力信息包括接收类型-长度-值数据包。
优选地，所述接收链路诊断能力信息包括利用物理层信令接收。
优选地，所述链路相关信息是链路长度。
优选地，所述链路相关信息是网络电缆类型。
优选的，所述链路相关信息是电缆功率损耗预算。
附图说明
为了描述获得本发明的上述和其他优势和特点的方式，将对在以上做了简要介绍的本发明以参照附图中所示的具体实施例的方式进行更具体的说明。应当理解，这些附图仅描述本发明的典型实施例，而不应是限制其范围，通过利用附图，结合其它特性和细节，将对本发明做出说明和解释，附图中：
图1是示例性以太网供电链路的示意图；
图2是本发明的过程的第一流程图；
图3是ISO开放系统互连(OSI)参考模型和其到IEEE802.3层的映射的示意图；
图4是自动协商中使用的未格式化页的示例的示意图；
图5是本发明的过程的第二流程图。
具体实施方式
下面详细论述了本发明的各种实施例。虽然介绍了具体实施方式，但应理解，这仅是以说明为目的的。本领域的技术人员应该认识到，在没有背离本发明的精神和范围的情况下，可以使用其它的组件和配置。
由于PHY制造商寻求提高PHY的能力以使其性能适应特定链路环境或设施，物理层设备(PHY)的诊断能力已经增强。在一个示例中，PHY可设计成直接测量链路特征，例如插入损耗、串扰、和用于噪声消除/补偿的以太网电缆的长度。在另一示例中，PHY可接收通过物理层子系统执行的测量结果。例如，以太网供电(PoE)物理层子系统可设计成测量以太网电缆的电阻，从而为功率预算目的确定PoE系统中以太网电缆的功率损耗。在又一示例中，PHY可接收来自更高层技术(例如，以太网AVB发现(Ethernet AVB discovery))的测量结果。
在本发明中应认识到，PHY中的诊断能力在制造商间会有很大的不同，从而导致一对PHY间的典型链路中诊断能力的差异。尽管诊断能力的差异可导致测量能力的不同，但更大的问题是，在配置PHY和/或相关子系统的设备间缺乏协调性。
为了阐述设备间诊断能力不匹配和缺乏协调性所带来的影响的简单示例，考虑供电设备(power sourcing equipment)(PSE)和受电设备(powered device)(PD)间的PoE链路。通常，如图1所示的PoE链路是以PSE120为基础，所述PSE通过使用穿过变压器中心抽头(center tap)的电压传输电力(power)到PD140，而所述变压器连接到以太网电缆所包含的电线的发送(TX)对和接收(RX)对。所述两个TX对和RX对使能以太网PHY110和130间的数据通信。如图1所示，PD140包括PoE模块142，PoE模块142包括使能PD140与PSE120进行通信以按照IEEE802.3at-2009传送PoE服务的电子元件。PD140还包括控制功率场效应管146的脉冲宽度调制(PWM)DC：DC控制器144，功率场效应管146转而提供恒定功率到负载150。
操作PoE系统面临的挑战之一是固定功率预算的PSE在多个PD间的分配。通常，由于多个连接的PD的功率需求大于可由PSE传送的功率可用量，PSE的功率预算是过量预订的。为了最大限度地增加可由PSE容纳的PD功率请求的数量，PSE需要以准确的方式使功率预算归属于每个PSE端口。如果不这样做，会导致为不存在的使用(non-existent use)保留固定功率预算的一部分。
除了在未能容纳特定PD功率请求方面的显著效率低下(原本可允许所述特定PD功率请求)，PSE电源在小于满载状态下的运行也是低效的。这个产生于典型的电源效率曲线，所述电源效率曲线在满负荷时达到最高点。
如上所述，通过对以太网电缆的功率损耗的准确估计，可提高PoE系统的效率。通过PoE子系统中电阻测量所测得的以太网电缆的电阻，可确定该功率损耗(P＝i2R电缆)。在各实施例中，电缆电阻可根据确定的以太网电缆类型、电缆长度和电缆链路中存在的连接器而进行估计。例如，3类以太网电缆的估计电阻为0.2Ω/m，而5类以太网电缆的估计电阻为0.12Ω/m。由于以太网电缆的电阻和其长度成正比，所以其功率损耗也归因于以太网电缆。
PSE或PD确定电缆功率损耗的能力取决于PHY或相关子系统的诊断能力。虽然通过增加PHY或相关子系统的诊断能力可提高对电缆功率损耗的估计准确性，但是，正确预算以太网电缆功率损耗的更大风险是在PSE和PD间实施的潜在不协调的功率预算过程。
为了阐述该风险，考虑解释以太网电缆实际功率损耗的功率预算方案。为了简单起见，假设实际PoE链路是50米的5类电缆，它的估计电阻为6Ω。为了简化说明，假设PoE链路携载的电流为1A，1A的电流大于当前的350mA PoE规范。因此，估计的以太网电缆功率损耗为P损耗＝(1A)2*6Ω＝6W。
通常，PD将报告其功率需求(例如，15W)，且PSE将增加最坏情况的以太网电缆功率损耗(即，12W)，从而导致27W的功率预算分配给该端口。如果指定PSE或PD执行考虑了以太网电缆实际功率损耗的适当预算估计，那么21W的功率预算将分配给所述端口。因此，避免了由PSE为所述端口所进行的超额预算。
如果PD具有足够的诊断能力估计电缆电阻，那么接着PD可确定以太网电缆功率损耗为6W。然后，PD将请求9W、而不是15W的功率预算。当这个9W的请求由PSE接收到时，PSE将增加12W的最坏情况的功率损耗，从而产生分配给所述端口的、21W的最终功率预算。如果PSE具有足够的诊断能力估计电缆电阻，PD将仅仅请求其所需的功率预算(即，15W)，而PSE将增加6W的估计的以太网电缆功率损耗到功率预算，从而产生分配给所述端口的、21W的最终功率预算。
当在双方均不知情的情况下PSE和PD都试图补偿电缆实际功率损耗时，问题发生了。例如，如上面所假设的，PD试图补偿PSE缺乏的诊断能力并提交了9W的功率请求。如果PSE的诊断能力提供给PSE的信息表明估计的以太网电缆功率损耗实际上为6W，PSE将为所述端口预算15W(9W PD功率预算加上6W电缆功率损耗)。这个15W功率预算将低于端口所需的实际功率预算，并导致端口的关闭。
如该示例性方案所示，PSE和PD中PHY间的预算过程缺乏协调性可产生预算不足的状况。这个预算不足的状况可使PSE的运行出现问题，且至少是给多个PD供电的低效的解决方案。
正如已经在上面的示例中所描述的，一对设备间协调性的简单缺乏会导致问题产生。然而更一般的说，一对PHY间缺乏对特定诊断能力的了解还可导致效率低下。
在上面的示例中，它是假设两个PHY具有大致相当的、可使能对以太网电缆功率损耗做出准确诊断的诊断能力。而在另一方案中，PHY具有不同水平的诊断能力，这样会发生一种情况：一个PHY确定存在50米的电缆，而另一PHY确定存在55米的电缆。在该方案中，即使假设PHY能协调它们的功率预算努力以防止预算不足的状况发生，但不同诊断结果间的仲裁(arbitrating)可能会产生准确度问题。在一个实施例中，不同诊断结果间的仲裁可包括结果平均、最坏情况结果的选择、不太准确结果的折扣(discouting)等。
通常，诊断能力继续进步，且潜在的更大准确度存在于新一代PHY中。由于不同代的PHY将继续在网络中交互操作，链路两端PHY的诊断能力间的协调和仲裁机制是需要的。
本发明的特征之一是，这种协调和仲裁可通过先进的链路交换而实现，所述先进的链路交换可在一对PHY间存在的信道、物理层和数据层信息和能力中使能更高的可视性(visibility)。在没有这种协调和仲裁的情况下，将为提供网络服务产生次优解决方案。
为了说明本发明运行的一个方面，现在参照图2中的流程图。如图所示，过程开始于步骤202，在步骤202，第一PHY从第二PHY接收链路诊断能力信息。虽然链路诊断能力信息的具体形式和类型依赖于实施方式，但链路诊断能力信息总使能第一PHY确定第二PHY的链路诊断能力。在一个示例中，所述链路诊断能力信息可以是与PHY实施的特定诊断版本集(version set)有关的标识符。如以上示例中所描述的，远端PHY的特定链路诊断能力的得知可使能本地PHY根据已得知的远端PHY的诊断能力调整其运行(例如，功率预算过程)。
在一个实施例中，链路诊断能力信息作为PHY间自动协商过程的一部分而交换。一般情况下，自动协商可为链接设备(linked device)提供各能力：检测由链路另一端的设备支持的能力(操作模式)、确定共同能力和配置同时操作。通常，所述自动协商过程可确定由两个PHY设备共享的最可能的操作模式(或最大共同点(highest common denominator))。在这点上，可以限定不同操作模式间的特定优先级，例如，较高速度优于较速度和全双工的工作模式优于相同速度的半双工模式。自动协商过程的结果可用于使链路的通信参数解决可在该链路上使用的最高效能的通用操作协议(the highest performingcommon operating protocol)。
如图3所示，自动协商(AN)与物理编码子层(PCS)、物理介质连接(PMA)和物理媒介相关(PMD)一起作为PHY的一部分包含其中。PHY通过介质相关接口(MDI)与特定物理介质(例如，双绞线)接口连接。
在一个实施例中，链路诊断信息和/或能力信息是利用自动协商下一页消息进行交换的。图4示出了未格式化的下一页消息的示例性格式。在自动协商过程中，除了在标准操作模式(例如，10/100/1000)的标识中使用的预定义消息(例如，基础链路代码字)外，还将发送一个或多个这样的未格式化的下一页消息。通过该过程，增强的自动协商过程将导致其支持PHY间的链路诊断信息和/或能力信息的交换。
在一个示例中，所述自动协商过程可用于交换关于所发现的电缆类型的信息。PHY可利用所发现的电缆类型的这种交换在没有某些引擎(engines)(例如，远端串扰/近段串扰/回波)的情况下以更优化的方式运行和/或在特定模式(例如，单工和双工)下运行。
应了解，没有背离本发明的范围的情况下，用于在PHY间交换链路诊断信息和/或能力信息的具体机制应依赖于具体实施方式。在一个实施例中，利用例如在链路层发现协议(LLDP)中使用的类型-长度-值数据包，链路信息或诊断能力信息可在PHY间进行交换。例如，PoE中的LLDP交换可用于增强802.3at-2009中使用的数据链路层机制的动态功率协商能力。在又一实施例中，利用为这样一交换过程定义的物理信令的一些形式，可交换链路诊断信息和/或能力信息。
一旦本地PHY已从远端PHY接收链路诊断能力信息，本地PHY可从由远端PHY在步骤204发送到本地PHY的链路相关信息中获益。在上面的示例中，这样的链路相关信息由PD发送到PSE的功率预算请求信息例证，所述功率预算请求信息包括基于PD的链路诊断的调整功率请求。如果PSE已预先得知PD获得足够的诊断能力以准确估计以太网电缆功率损耗，PSE则可正确理解和平衡(leverage)来自PD的功率请求信息，从而避免产生预算不足的状况。无论PSE自身是否具有足够的链路诊断能力，这个都会实现。
对来自远端PHY的链路诊断能力信息的接收可使能本地PHY正确理解来自远端PHY的链路相关信息。然后，这样的正确理解可使能本地PHY根据接收的链路相关信息修改本地PHY的运行参数。在上面的示例中，这样的修改可由PD的准确功率预算的设置来表示。
应了解，由本地PHY接收的链路相关信息可代表能协助本地PHY的各种类型的参数。在一简单示例中，链路相关信息可以是使能本地PHY计算PoE功率损耗的链路长度。在另一示例中，链路相关信息可以是电缆类型(例如，3、5、5e类等)。
为了说明本发明的各种潜在用途，现在考虑交换链路信息和/或能力信息的数据中心应用。在该示例性应用中，假设一个PHY具有能确定电缆类型的先进的链路诊断能力，而其它PHY没有这样相同的先进的链路诊断能力。在这里，所述PHY中的一个可利用其链路诊断能力确定链路是由7A类电缆所支持的。有了该信息，PHY可选择关闭执行回音、串扰和/或噪声消除/补偿功能(例如，近端串扰、远端串扰、外部近端串扰、外部远端串扰等)的特定子系统。通过链路诊断能力信息的交换，以及利用那些链路诊断能力随后产生的链路相关信息，链路的两端可参与产生节能。应了解，可以用各种不同的方式使用链路诊断以确定支持该链路的物理布线的类型，从而确定潜在的操作模式、节能模式、或类似模式。所述潜在的操作模式中的一个包括以物理介质应支持的更高速度运行PHY。例如，如果通过自动协商或LLDP交换的链路信息表明存在改进信道，则直连式铜链路(Direct Attach Copper link)能以12G运行，而40GBASE-CR4或40GBASE-KR4链路能以50G运行，等。
如已描述的，链路诊断能力的交换使能一对PHY协调并平衡由那些链路诊断产生的链路相关信息。在本发明的另一实施例中，链路诊断能力信息的交换可用于仲裁一对PHY可使用的不同水平的链路诊断能力。为了说明本发明的这一特征，现在参照图5中的流程图。
如图所示，该过程开始于步骤502，在步骤502中，本地PHY发送第一链路诊断能力信息到远端PHY，其中所述第一链路诊断能力信息使能确定所述本地PHY的链路诊断能力。类似的，在步骤504，本地PHY从远端PHY接收第二链路诊断能力信息，其中所述第二链路诊断能力信息使能确定所述远端PHY的链路诊断能力。如上所述，PHY间链路诊断能力信息的交换可利用各种机制而实施，包括但不限于自动协商、TLV消息、物理信令、或类似机制。
除了可促进对给定PHY的链路诊断能力的认识，链路诊断能力信息的交换还使能PHY对链路诊断能力进行比较。这个是很重要的，因为PHY间经常存在不同水平的链路诊断能力。凡存在这种不同，就仍潜在地存在不同精确度或准确度水平的复制功能。在该示例性方案中，诊断能力信息的交换可使能PHY确定链路的哪一端能用作链路相关信息的来源。例如，如果一个PHY具有更可靠的链路诊断以确定链路长度、电缆类型等，那么应将该PHY确认为特定链路相关信息的来源。换而言之，链路另一端的更优越的链路诊断可有效替代现存的本地链路诊断能力。在一个实施例中，可以交换有关测量本身准确度的信息。在另一实施例中，随着时间的推移，可以交换多次测量结果，以评估相对准确度。
在步骤506中，为了提供链路诊断能力间的这种仲裁，对在PHY间交换的链路诊断能力信息执行比较。在一个实施例中，该比较可根据代表各种功能水平的链路诊断能力的预定义有序列表。一般说来，在单个制造商或一群制造商之中的链路诊断特征越明确界定，越容易辨别设备间的不同。应了解，以一种可使能一对PHY通过版本信息的简单交换确定哪个PHY具有更优越的链路诊断的方式，单个制造商可限定链路诊断能力的有序列表。
一旦进行了有效比较，在步骤508，PHY则可确定哪个PHY是这种链路相关信息的来源。识别PHY的其中一个为链路相关信息的来源是很重要的，原因在于网络服务的协调传送过程会发生。没有对链路两端的链路诊断能力的了解，链路的两端会独立工作，从而导致次优配置的产生。
通过回顾前述细节描述，本发明的各个方面对于本领域的技术人员来说是显而易见的。虽然以上已描述了本发明的许多显著特征，但本发明还具有其它实施例，且在阅读完所披露的本发明后能以对本领域普通技术人员显而易见的各种方式来实践和执行本发明。因此，上面的描述不应该认为是对其它实施例的排斥。此外，应理解，此处采用的用语或术语是以说明为目的的，而不应该视为限制性的。

Claims (9)

1.一种网络链路诊断方法，其特征在于，所述方法包括：
从第一物理层设备发送第一链路诊断能力信息到第二物理层设备，所述第一链路诊断能力信息使能确定所述第一物理层设备的链路诊断能力；
由所述第一物理层设备从所述第二物理层设备接收第二链路诊断能力信息，所述第二链路诊断能力信息使能确定所述第二物理层设备的链路诊断能力；
由所述第一物理层设备对所述第一链路诊断能力信息和第二链路诊断能力信息进行比较；
如果所述比较结果表明，所述第二物理层设备具有比所述第一物理层设备更先进的链路诊断能力，则在由所述第一物理层设备进行的链路分析过程中，接受基于所述第二物理层设备的链路诊断能力而产生的链路信息；及
如果所述比较结果表明，所述第一物理层设备具有比所述第二物理层设备更先进的链路诊断能力，则在由所述第一物理层设备进行的所述链路分析过程中，接受基于所述第一物理层设备的链路诊断能力而产生的链路信息；
其中，所述第一链路诊断能力信息或所述第二链路诊断能力信息是与物理层设备实施的特定的诊断版本集有关的标识符。
2.根据权利要求1所述的网络链路诊断方法，其特征在于，所述发送第一链路诊断能力信息包括发送自动协商下一页消息。
3.根据权利要求1所述的网络链路诊断方法，其特征在于，所述发送第一链路诊断能力信息包括发送类型-长度-值数据包。
4.根据权利要求1所述的网络链路诊断方法，其特征在于，所述发送第一链路诊断能力信息包括利用物理层信令发送。
5.根据权利要求1所述的网络链路诊断方法，其特征在于，所述链路信息是链路长度。
6.根据权利要求1所述的网络链路诊断方法，其特征在于，所述链路信息是网络电缆类型。
7.根据权利要求1所述的网络链路诊断方法，其特征在于，所述链路信息是电缆功率损耗预算。
8.一种网络链路诊断方法，其特征在于，所述方法包括：
从第一物理层设备发送第一链路诊断能力信息到第二物理层设备，所述第一链路诊断能力信息使能确定所述第一物理层设备的链路诊断能力；
由所述第一物理层设备从所述第二物理层设备接收第二链路诊断能力信息，所述第二链路诊断能力信息使能确定所述第二物理层设备的链路诊断能力；及
基于对所述第一链路诊断能力信息和所述第二链路诊断能力信息的比较结果，指定所述第一物理层设备和所述第二物理层设备中的其中一个作为所述第一物理层设备和所述第二物理层设备都使用的一个或多个链路相关参数的链路诊断信息的来源；
其中，所述第一链路诊断能力信息或所述第二链路诊断能力信息是与物理层设备实施的特定的诊断版本集有关的标识符。
9.根据权利要求8所述的网络链路诊断方法，其特征在于，所述发送第一链路诊断能力信息包括发送自动协商下一页消息。
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