CN102833127B - 具有不对称低功耗空闲的能效以太网 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有不对称低功耗空闲的能效以太网。低功耗空闲模式通常在链路的两个方向均没有要传送的数据流量时起作用。这一要求由于仅在一个方向上的数据流量的频繁存在而降低了低功耗空闲的应用。不对称低功耗空闲模式即使在一个方向具有要传送的数据流量时，也能使功耗和信号发射降低。

Description

具有不对称低功耗空闲的能效以太网
相关申请的交叉引用
本申请主张享有于2011年6月14日提交的美国临时专利申请第61/496,607号以及于2012年5月23日提交的美国实用专利申请第13/478,228号的优先权，为所有目的，其整体通过引用结合于此。
技术领域
本发明总的来说涉及能效以太网（energyefficientEthernet）网络，更具体地，涉及具有不对称低功耗空闲（asymmetriclowpoweridle）的能效以太网。
背景技术
能量成本持续呈攀升趋势，而该趋势近年来已在加速。这种情况下，各种工业受到这些攀升成本的影响已变得日渐敏感。一个引发越来越多关注的方面便是IT基础设施。许多公司目前正在审视其IT系统的用电量，以确定是否能减小能量成本。为此，已出现聚焦于能效网络的产业，以总体上（即，PC、显示器、打印机、服务器、网络设备等）解决IT设备使用的成本上升。
在设计能效解决方案中，一个考虑方面是利用网络链路。例如，许多网络链路通常处于偶尔的数据突发（burst）之间的空闲状态。空闲信号在链路上的传送浪费能量且增加辐射水平。因此，对这些频繁的低链路利用周期的识别能够提供节能机会。
然而，在其他网络链路中，流量剖析（trafficprofile）可能包括伴随高带宽流量突发的规则或间歇的低带宽流量。这里，对低链路利用周期的识别更加困难且节能潜力降低了。
传统上，网络装置中的能效控制策略（energyefficiencycontrolpolicy）是可操作性地分析链路利用，以确定是否进入低功耗空闲模式来节能。由于来自链路的两个不同端的数据不一定同时出现，所以识别进入低功耗空闲模式的时机可能很困难。因此，所需要的是在考虑链路利用的不对称性时，能够使节能最大化的机制。
发明内容
本发明提供了一种方法，包括：在激活模式下运行网络装置，在该激活模式下，网络装置中，物理层装置与链路伙伴经由网络链路在两个通信方向上以1Gb/s的传输速率通信；通过网络装置监视经由网络链路的对于第一通信方向的链路利用水平；以及响应监视，将物理层装置从激活模式转变为不对称低功耗空闲模式，其中，不对称低功耗空闲模式支持物理层装置的配置，其中，第一通信方向在周期性刷新信号的传送之间为未激活状态，周期性刷新信号配置为保持第一通信方向的同步，且与第一通信方向相反的第二通信方向继续以1Gb/s的传输速率通信。
本发明还提供了一种方法，包括：在激活模式下运行网络装置，在该激活模式下，网络装置中，物理层装置支持与链路伙伴经由网络链路以已定义的数据传输速率双向通信；以及响应链路利用水平分析，将物理层装置从激活模式转变为不对称低功耗空闲模式，其中，不对称低功耗空闲模式支持物理层装置的配置，其中，第一通信方向以已定义数据传输速率来运行，且第二通信方向在周期性刷新信号的传送之间为未激活，周期性刷新信号配置为保持第一通信方向的同步，其中，周期性刷新信号支持具有低于已定义数据传输速率的最大数据率的逻辑信道。
本发明提供了一种网络装置，包括：发送器，其配置为经由网络链路以1Gb/s的传输速率向链路伙伴发送；接收器，其配置为经由网络链路以1Gb/s的传输速率从链路伙伴装置接收；以及能效控制策略，其配置为经由将网络装置与链路伙伴装置连接的网络链路分析第一通信方向的链路利用水平，能效控制策略还配置为响应分析，将网络装置转变为不对称低功耗空闲模式，其中，不对称低功耗空闲模式支持将发送器在周期性刷新信号的传送之间配置为未激活状态和将接收器配置为以1Gb/s的传输速率接收数据，周期性刷新信号配置为保持与链路伙伴装置同步。
附图说明
为描述能够获得本发明的上述以及其他优势和特征的方式，将参照附图中示出的具体实施方式对以上简述的本发明给予更具体的描述。应理解，这些附图仅示出了本发明的典型实施方式，且因此不作为限制本发明的范围来考虑，以下将通过附图以其他特征和细节来对本发明进行描述和说明，其中：
图1示出了链路伙伴（linkpartner）之间的以太网链路。
图2示出了在低功耗空闲模式中链路伙伴之间的刷新信令。
图3示出了链路伙伴之间具有单向数据（one-waydata）的信令。
图4示出了具有不对称数据流量的不对称低功耗空闲的使用。
图5和图6示出了具有不对称数据流量的不对称低功耗空闲的使用。
图7示出了本发明的过程流程图。
具体实施方式
以下详细讨论本发明的各种实施方式。尽管讨论了具体的实施，但应当理解，这样做仅是为了说明的目的。相关领域技术人员将会意识到，在不偏离本发明的思想和范围的情况下可以使用其他部件和配置。
当网络的流量利用率不处在其最大容量时，能效以太网网络便试图节能。这用于在最大化节能的同时使性能影响最小化。能效可不对称地应用于提供不对称低功耗空闲模式的链路，该低功耗空闲模式支持物理层装置的配置，其中，通信的第一方向处于周期性刷新信号传送之间的未激活状态，而该周期性刷新信号配置为保持所述第一通信方向同步，并且通信的第二方向继续在激活状态下通信。
不对称低功耗空闲模式可用于流量剖析（例如，视频监控摄像链路），该流量剖析可以始终产生不对称的传送情况，其中，网络链路的一个方向始终传送数据，以及网络链路的另一个方向偶尔地传送有限的数据量（例如，摄像控制命令）。由于物理层装置进入不对称低功耗空闲模式不依赖于网络链路上两个方向的流量缺席（absenceoftraffic），所以不对称低功耗空闲模式为网络链路增加了用于产生节能的机会。
在广泛的层面上，网络中用于具体链路的能效控制策略确定了何时进入节能状态、进入什么节能状态（即，节能水平）、在该节能状态下保持多长时间、从前一节能状态转变为什么节能状态等。在一种实施方式中，能效控制策略可以使这些节能决定基于IT管理员建立的设置和链路自身流量特性的结合。
图1示出了可应用能效控制策略的一个示例性链路。如图所示，该链路支持第一链路伙伴110与第二链路伙伴120之间的通信。在各种实施方式中，链路伙伴110和120可表示开关、路由器、端点（例如，服务器、客户机、VOIP电话、无线接入点等）等。如图所示，链路伙伴110包括物理层装置（PHY）112、介质访问控制（MAC）114和主机116，而链路伙伴120包括PHY122、MAC124和主机126。
一般地，主机116和126可包括适当的逻辑、电路和/或代码，其可以启用用于经由链路传送的数据包的五个最高功能层的可操作性和/或功能性。由于OSI模型中各层均为直接（immediately）较高的接口层提供服务，所以MAC控制器114和124可分别为主机116和126提供必要服务，以确保包被适当格式化并传送至PHY112和122。MAC控制器114和124可包括适当的逻辑、电路和/或代码，其可以启用对数据链路层（层2）的可操作性和/或功能性的操控。例如，MAC控制器114和124可配置为执行以太网协议，诸如基于IEEE802.3标准的协议。PHY112和122可配置为处理物理层需求，其包括但不限于打包、数据传输和序列化/反序列化（SERDES）。
再如图1所示，链路伙伴110和120还分别包括能效控制策略实体118和128。一般地，能效控制策略实体118和128可设计为确定何时进入节能状态、进入什么节能状态（即，节能水平）、在该节能状态下保持多长时间、从前一节能状态转变为什么节能状态等。
一般地，能效控制策略实体118和128可包括适当的逻辑、电路和/或代码，其可被启用，从而为网络装置建立和/或实施能效控制策略。在各种实施方式中，能效控制策略实体118和128可以是逻辑和/或功能块，该逻辑和/或功能块例如可在一个以上的层（包括PHY或增强型PHY、MAC、开关、控制器或主机中的其他子系统）中实施，从而在一个以上的层中启用能效控制。
本发明的一个特征是能效以太网（诸如由IEEE802.3az定义的能效以太网）可通过不对称低功耗空闲模式的使用来提供大量节能。在描述不对称低功耗空闲模式的细节之前，首先提供对一般的低功耗空闲模式的描述。
当链路两侧的发送器在没有数据要发送时进入安静（silence）周期时，可以进入一般的低功耗空闲模式。在该情况下，两个发送器可进入除了短周期的刷新信令之外两个发送器均处于安静状态的低功耗空闲模式。图2示出了链路两端对刷新信令的传送。将低功耗空闲模式的使用与在无数据发送时传统空闲信号的传送进行对比。可以理解，传统空闲信号的传送将消耗与数据传送恰好一样多的功率。
对于诸如千兆位以太网的链路应用，链路任一端上的流量出现都将要求唤醒链路两侧。这里，链路的一侧将开始传送数据，而链路另一侧将开始传送空闲信号。图3示出了这一情况。可以始终产生这种不对称传送情况的一个流量剖析的实例是视频监控摄像链路。在视频监控摄像链路的一个方向上，始终传送视频信息。在视频监控摄像链路的另一方向上，偶尔传送有限量的数据（例如，摄像控制命令）。对于后一方向，其余时间内传送空闲信号。如该情况所示，始终在链路一端上的数据出现将阻止链路另一端进入低功耗空闲模式。
该情况下的低效率源于固有的双向协议，其中，链路任一端上存在数据都将阻止该链路进入低功耗空闲模式。如图4所示，从链路任一端发送的数据通常不会同时出现。换句话说，链路一端上的数据到达与链路另一端上的数据到达之间无关联。在目前1000BASE-T的规范中，例如，在另一侧正在发送数据的周期内发送空闲信号。在本发明中，应意识到，进入以链路两个方向上均无数据传送为条件的低功耗空闲模式限制了用于节能的机会。
在本发明中，应意识到，不对称低功耗空闲模式可产生重要的用于额外节能的机会。采用不对称低功耗空闲模式，可以在一个方向上有流量，而另一个传送方向仅发送刷新周期且其间处于安静。图5示出了将不对称低功耗空闲模式应用于类似图4所示的数据模式。如图所示，即使在流量均匀分布时，也可以节能，因为一个方向上的数据可能出现在与另一个方向不同的时间间隔内。现在，这些仅一个方向传送空闲信号的周期在不对称低功耗空闲模式中可被刷新信号取代。在未激活周期之后，用周期性发送的刷新信号取代正常的空闲信号代表了网络链路上的额外节能。
如所理解的那样，不对称低功耗空闲模式所提供的额外益处在这些流量主要在一个方向上出现的情况下更为显著。图6示出了这种表示不对称流量模式（诸如视频监控链路）的流量剖析的情况。如图所示，在另一方向传送连续数据流的同时，能够仅在一个方向上进入低功耗空闲模式。这又与图3所示实例中正常空闲信号的传送不同。
在不对称低功耗空闲模式中，可定义两个额外的低功耗空闲状态。在第一低功耗空闲状态中，发送器激活且接收器处于低功耗空闲模式，而在第二低功耗空闲状态中，接收器激活且发送器处于低功耗空闲模式。这与传统的发送器和接收器两者均为激活状态或发送器和接收器两者均处于低功耗空闲模式的低功耗空闲模式不同。
在本发明中，应意识到，对于数字信号处理（DSP）块，存在启用这两种新的不对称低功耗空闲模式状态的新挑战。例如，考虑接收器激活且发送器处于低功耗空闲模式的不对称低功耗空闲状态。这里，当数据被接收时，关闭发送器将会影响回声/下一响应。因此，在一种实施方式中，发送器可配置为发送零，直到回声/下一取消缓冲器（cancellerbuffer）在关闭前被所有零填充。在唤醒发送器期间发送零还可用于避免发送器的初始不稳定转状态。
在另一实例中，考虑发送器激活且接收器处于低功耗空闲模式的不对称低功耗空闲状态。这里，当发送器激活时，接收到的回声可能足够大以致触发模拟信号检测器。因此，在一种实施方式中，可在用于接收信号检测的回声/下一取消后检查信号水平。因此，可能需要根据激活和稳定周期中的响应来管理DSP自适应。
尽管图中未示出，但存在当PHY转变为低功耗空闲模式时的睡眠周期。该睡眠周期可能近似为200μs。对于千兆以太网，即使需要发送非常短的数据包，激活周期也超过216μs（即，睡眠时间（Ts）加唤醒时间（Tw）。为此，唤醒一个方向的便于少量数据的传送意味着显著的低效。对于包括有限量数据在不频繁间隔内传送的流量剖析，该可能因素可能显著影响了网络链路可获得的节能水平。
在一种实施方式中，不对称低功耗空闲模式中的刷新周期可用于有限量数据的传输。在一种实施方式中，PHY可发送信号至MAC（例如，使用MAC接口定义的RXER、RXDV和RXD信号的组合）告知PHY处于刷新周期并准备发送数据。MAC随后可针对不能延迟敏感性的数据类型而选择使用该刷新周期。在各种实例中，可利用刷新周期的数据类型可以是较高层网络管理信息包、控制指令（例如，视频摄像指令）、因特网浏览期间的上行链路数据等。如所理解的那样，刷新周期可传送有限量数据的具体机制可依附实施。例如，刷新周期可传送能用单个刷新周期序列或两个以上的刷新周期序列来识别的有限量数据。
一般地，刷新周期能够在使用PHY刷新周期的MAC处建立固定的较低数据率的逻辑信道。在千兆以太网的实例中，刷新周期可利用刷新周期大概提供高达10Mbps的较慢逻辑链路。显著地，建立较慢的数据链路则无需唤醒PHY。这通过启用一个方向的传送以保持在低功耗空闲模式而有利于更高能效。
在一种实施方式中，PHY可包括缓冲器，该缓冲器可在利用用于发送数据的刷新周期的同时，在MAC启用连续的较慢链路。当处于该模式时，PHY与MAC之间的时钟可能较慢。
一般地，不对称低功耗空闲可在应用于不对称或其他无关联数据流量模式时降低功耗和辐射。不对称低功耗空闲的优势是增加发送器或接收器中降低功耗的机会。
上文已描述了不对称低功耗空闲模式，现参照图7的流程图，它示出了使用不对称低功耗空闲模式的过程流程图。如图所示，该过程始于步骤702，其中，网络装置开始在激活模式下工作，在激活模式下，网络链路上两个方向的传送以所定义的数据传输速率来运行。例如，1000BASE-TPHY两个方向上均以1Gb/s的数据传输速率来工作。
步骤704中，在网络装置继续在激活模式下工作的同时，网络装置随后将监视第一通信方向的链路利用水平。在一种实施方式中，通过在网络装置中实施的能效控制策略来执行监视。如所理解的那样，能效控制策略可在网络装置的一个以上的层中实施。这里，应当注意，图7示出的第一通信方向的监视并不意味着排除对第二通信方向的监视。相反，提供图7的实例是要说明不对称过程。
在步骤706中，随后确定链路利用水平是否降至阈值以下。如所理解的那样，阈值的具体类型将取决于用于确定链路利用水平的指示器的类型。在一种实例中，链路利用水平可基于流量序列或缓冲水平、一个以上的装置或子系统状态、应用程序的活动（applicationactivity）等来确定。不管所使用的指示器类型，与阈值水平相关的链路利用的监视可用于确定网络装置是否可进入不对称低功耗空闲模式。
具体地，若步骤706中确定所监视的第一通信方向上的链路利用水平未降至阈值以下，则过程将继续在激活状态下运行且步骤704中将继续监视。另一方面，若步骤706中确定所监视的第一通信方向上的链路利用水平确已降至阈值水平以下，则过程将进入步骤708，其中，第一通信方向可转变为低功耗空闲模式。
在该过程中，能效控制策略可产生控制信号，该信号将指示在一个传送方向上的部件进入低功耗空闲模式。例如，能效控制策略可产生指示传输子系统进入低功耗空闲模式的控制信号，或者可产生指示接收子系统进入低功耗空闲模式的控制信号。在一种实施方式中，用于转变为不对称低功耗空闲模式的控制信号可由MAC产生。在另一实施方式中，用于转变为不对称低功耗空闲模式的控制信号可在PHY内产生，该PHY分析从MAC接收的流量。
如上文所述，不对称低功耗空闲模式可通过消除由于对两个通信方向上的未激活的要求而存在的进入低功耗空闲模式的障碍来增强节能。
本发明的另一实施方式可提供机器和/或计算机可读取的存储器和/或介质，其上存储了具有至少一个由机器和/或计算机可执行的代码部分的机器代码和/或计算机程序，从而能引导机器和/或计算机执行本文所述步骤。
对于本领域技术人员而言，通过阅读之前的详细描述，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。尽管上文已描述了本发明的一些显著特征，但本发明也可以具有其他实施方式，并且可以对于本领域一般技术人员在阅读了所公开的本发明之后是显而易见的各种方式来实施和执行，因此，以上描述不应被考虑为排除了那些其他实施方式。而且，需要理解，本文所采用的措辞和术语是出于描述的目的且不应被当作限定。

Claims (15)

1.一种通信方法，包括：
在激活模式下运行网络装置，在所述激活模式下，所述网络装置中的物理层装置与链路伙伴经由网络链路在双方通信方向上以1Gb/s的传输速率通信；
通过网络装置监视经由所述网络链路的关于第一通信方向的链路利用水平；以及
响应所述监视，将所述物理层装置从所述激活模式转变为不对称低功耗空闲模式，其中，所述不对称低功耗空闲模式支持所述物理层装置的配置，其中，所述第一通信方向在被配置为保持所述第一通信方向的同步的周期性刷新信号的传送之间为未激活状态，且与所述第一通信方向相反的第二通信方向继续以所述1Gb/s的传输速率通信，其中，在所述不对称低功耗空闲模式下，在所述第一通信方向使用所述周期性刷新信号，从而产生具有低于1Gb/s的数据传输速率的固定数据率逻辑信道。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一通信方向是从所述网络装置向所述链路伙伴传送。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一通信方向是从所述链路伙伴向所述网络装置传送。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物理层装置是1000BASE-T物理层装置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络链路是视频监控摄像链路。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固定数据率逻辑信道具有10Mb/s的数据率。
7.一种通信方法，包括：
在激活模式下运行网络装置，在所述激活模式下，所述网络装置中的物理层装置支持与链路伙伴经由网络链路以已定义的数据传输速率双向通信；以及
响应链路利用水平分析，将所述物理层装置从所述激活模式转变为不对称低功耗空闲模式，其中，所述不对称低功耗空闲模式支持所述物理层装置的配置，其中，第一通信方向以所述已定义数据传输速率来运行，且第二通信方向在被配置为保持所述第一通信方向的同步的周期性刷新信号的传送之间为未激活，其中，所述周期性刷新信号支持具有低于所述已定义数据传输速率的最大数据率的逻辑信道，其中，在所述不对称低功耗空闲模式下，在所述第一通信方向使用所述周期性刷新信号，从而产生具有低于所述已定义数据传输速率的最大数据率的固定数据率逻辑信道。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一通信方向是从所述网络装置向所述链路伙伴传输。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一通信方向是从所述链路伙伴向所述网络装置传输。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述物理层装置是1000BASE-T物理层装置。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述网络链路是视频监控摄像链路。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述逻辑信道是具有10Mb/s的数据率的固定数据率逻辑信道。
13.一种网络装置，包括：
发送器，被配置为经由网络链路以1Gb/s的传输速率向链路伙伴发送；
接收器，被配置为经由所述网络链路以所述1Gb/s的传输速率从所述链路伙伴装置接收；以及
能效控制策略模块，被配置为经由将网络装置与所述链路伙伴装置连接的网络链路分析第一通信方向的链路利用水平，所述能效控制策略模块还被配置为响应所述分析，将所述网络装置转变为不对称低功耗空闲模式，其中，所述不对称低功耗空闲模式支持将所述发送器在周期性刷新信号的传送之间配置为未激活状态和将所述接收器配置为以所述1Gb/s的传输速率接收数据，所述周期性刷新信号被配置为保持与所述链路伙伴装置同步，其中，在所述不对称低功耗空闲模式下，所述发送器使用所述周期性刷新信号，从而产生具有低于1Gb/s的数据传输速率的固定数据率逻辑信道。
14.根据权利要求13所述的网络装置，其中，所述发送器和所述接收器是1000BASE-T物理层装置的一部分。
15.根据权利要求13所述的网络装置，其中，所述固定数据率逻辑信道具有10Mb/s的数据率。
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