CN104412540A - 用于在链路空闲时间期间具有减少的功耗的数据传输的装置、方法和计算机程序构件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于以不再有用于网络控制器（110）（例如，以太网控制器）的传送输出的偏置电流流动的方式断开偏置电流电路（140）的方法和装置。此外，例如在以太网连接器（120）中或处的TX+和TX-线之类的数据连接被连接到控制电路(130)，以便通过接管例如链路完整性测试（LIT）脉冲之类的链路激活脉冲的供应而模拟活动连接。这两种措施将允许用户节约在传送输出上的偏置电流，并且维护用于朝向网络控制器（110）维持链路的链路激活信号。

Description

用于在链路空闲时间期间具有减少的功耗的数据传输的装置、方法和计算机程序构件

技术领域

本发明涉及一种用于经由网络连接（例如，以太网连接）控制数据传输的装置，包括该装置的网络设备，以及包括该装置、电消耗器和数据连接的系统。本发明还涉及对应方法和对应计算机程序。

背景技术

以太网是一系列用于局域网（LAN）的计算机联网技术。以太网于1980年在商业上引入，并且于1985年被电气与电子工程师协会（IEEE）标准化为IEEE802.3。以太网大量地替代竞争的有线LAN技术。

以太网标准包括与以太网一起使用的开放系统互联（OSI）物理层的若干配线和信令变型。原始10BASE5以太网使用同轴电缆作为共享介质。稍后，同轴电缆被与集线器或交换器结合的双绞线和光纤链路替代。

交换器是一种电信设备，其从与之相连的任何设备接收消息，然后将该消息传送到仅仅该消息所意指的那个设备。这使得交换器相比于集线器（其接收消息，然后将该消息传送到在其网络上的所有其他设备）成为更智能的设备。网络交换器在大多数现代LAN中起着主要的作用。

与交换器相连的以太网设备必须保持链路是激活的，这是因为当链路在某端口上失败时，该交换器将不再向那个端口发送数据。该设备需要发送单个脉冲或一系列的脉冲，其在10BASE-T术语学中被称为链路完整性测试（LIT）脉冲。10BASE-T被设计成仅仅用于点到点链路，并且所有终端都被构建成以太网设备。较高速连接使用初始自动协商来就速度、半双工和全双工以及主设备/从设备进行协商。该自动协商基于与由10BASE-T设备用于检测到另一设备的连接的存在性的脉冲相似的脉冲。 当该自动协商完成时，设备在没有数据发送时仅仅发送空闲字节，以维持链路。

以太网供电（PoE）是一个活跃的标准（IEEE802.3.af和IEEE 802.3.at），其允许PoE供应通过其标准的以太网电缆连接将电能提供给分离的联网电消耗器，像路由器、交换器、打印机虚脱机等等。这里，实际的标准化将支持甚至在每 Cat5连接50W以上的功率级别。目前，讨论正提及将相同标准用于所有种类的低功率消耗器，像照明器材（传感器、开关、光源），或娱乐器具，像有源扬声器、互联网收音机、数字万能盘（DVD）播放器、机顶盒并且甚至电视（TV）机。PoE电话和PoE供电的控制设备已经变成办公室中的习惯作法。

随着行业越来越多地探讨，作为也经由PoE向照明设备供电的用于公知交流电（AC）干线的未来的有效替换者的直流（DC）分布可能被广泛使用。

然而，如果分离的联网电消耗器处于它们的备用状态，则它们仍然从PoE电源获取一些功率来保持内部处理警报，以便能够对任何以太网活动作出反应。因此，即使在分离的联网电消耗器的备用状态中，功率消耗也非常高。在目前的系统中，链路被保持成完全活动的，这消耗大量的能量。在将PoE用于为灯具供电的照明系统中，甚至在灯具被关断时，这合计起来也可以达几百毫瓦（mW）的备用功率。

发明内容

本发明的目的是提供具有减少的空闲传送功率消耗的网络连接。

该目的通过如权利要求1中所述的装置、如权利要求7中所述的网络设备、如权利要求10中所述的系统、如权利要求13中所述的方法以及如权利要求14中所述的计算机程序产品来实现。

相应地，提供了一种选项，用于以不再有用于网络控制器的传送输出的偏置电流流动的方式断开偏置电流电路。网络连接器或端口的线连接至控制电路，以控制网络连接器的传送输出来伪装任何链路激活信号。该控制电路可以例如通过微控制器或振荡器的通用端口而被直接实现或控制。因此，可以节约传送输出上的偏置电流，并且可以维护链路激活信号以朝向网络维持链路。因为在该链路伪装期间没有传送信号，所以供电网络控制器（例如，以太网控制器）的传送器部分可以被关断，在伪链路期间没有必要运行的其他部分也被关断。

网络交换器或集线器保持认为全双向通信链路是接通的，但是仅仅连接的设备的接收部分是运作的。传送部分只有在必要的情况下被接通。具有所提出的装置的网络设备或对应操作方法或软件例程将因而“伪装”用于与该设备相连的交换器的链路。交换器或集线器将认为连接是接通的，并且因而与（多个）连接的设备的通信。所提出的网络设备仅仅传送对于维持链路而言是必要的链路激活信号或数据。例如，这些是在如上所描述的10BASE-T系统中的LIT脉冲或维持链路的任何其他方式。

根据第一方面，所述装置可以被适配为将所述网络控制器设置成只监听模式，在只监听模式中，所述网络控制器能够仅仅接收数据而不能够经由所述网络连接传送数据。因此，可以节约网络控制器的传送输出的偏置电流。

根据可以与第一方面结合的第二方面，电源可以包括供应给网络控制器的差分传送输出的偏置电流。通过中断经由网络连接排出的偏置电流的供应，功率消耗可以在链路空闲时间期间被降低。

根据可以与第一方面或第二方面结合的第三方面，所述装置可以包括微控制器或振荡器。这允许通用设备的通用端口用于实现所提出的链路伪装机制。

根据可以与第一方面至第三方面中的任何一个结合的第四方面，网络控制器可以是以太网控制器并且网络连接可以是以太网链路。

根据可以与第一至第四方面中的任何一个结合的第五方面，网络设备的网络控制器的传送部分可以被所述装置控制以便在没有数据将由网络设备经由网络连接传送时被设置成只监听模式，在只监听模式中，网络控制器可以仅仅接收数据而不能经由网络连接传送数据。因此，可以确保的是，当没有数据由网络设备经由网络连接传送时，不经由传送部分排出偏置电流。

根据可以与第一至第五方面中的任何一个结合的第六方面，开关元件可以被所述装置控制来从网络控制器的输出断开电源。因此，针对网络控制器的输出的电源的中断可以被可靠地控制。

根据可以与第一至第六方面中的任何一个结合的第七方面，网络设备可以包括电消耗器。这提供了以下优势：诸如照明设备（例如，光源或灯具）、传感器、交换器等电消耗器可以被控制并且可选地经由网络连接被供电，同时空闲功率消耗被大大地减少。如果经由网络连接为网络设备供电，则可以在网络设备中提供相应的电源单元（例如，PoE单元）。因此，PoE标准IEEE 802.3.af和IEEE 802.3at或其他网络供电标准可以被增强以便在没有传送活动或链路空闲时间的时间段中减少功率消耗。这还可以应用于正常的以太网标准或涉及用于保持网络链路活动的链路激活信号的其他网络标准。

以下限定了另外的有利实施例。

附图说明

通过下述实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见，并且本发明的这些和其他方面将参考下述实施例而得以阐明。

在附图中：

图1示出了包括根据本发明第一实施例的网络设备的网络系统的示意性框图；

图2示出了常规以太网传送控制电路的示意性电路图；以及

图3示出了根据第二实施例的以太网传送控制电路的示意性电路图。

具体实施方式

现在基于用于将设备连接至网络的系统来描述实施例，所述网络需要传送激活信号以便保持网络连接是活动的。可选地，也可以提供用于经由网络连接为至少一个电消耗器供电的PoE系统或其他系统。

图1示出了包括根据第一实施例的网络设备100（例如，电消耗器）的网络系统的示意性框图，所述网络设备100可以通过网络（例如，以太网）50的网络连接40连接到另一网络设备20。该数据连接可以例如是以太网电缆。该网络设备100包括网络控制器（例如，以太网控制器）110和用于经由网络连接40将用户和/或控制数据传送到网络50的以太网接口或端口120。所述另一网络设备20还可以包括用于允许到网络50的连接的以太网控制器和端口（未示出）。附加地，在网络设备100中提供电源140，以便经由内部链路向至少网络控制器110的输出供应偏置电流。

网络设备100可以是例如，照明设备，比如光源或灯具，传感器，交换器等等。经由网络连接40接收的数据可以是通过网络50在数据分组中传输到网络设备100的数据接收单元（未示出）的命令。因此，由数据接收单元接收的数据可以包括像关断命令或调暗到零命令（如果网络设备100是光源）之类的命令和网络设备100的网络地址（例如，互联网协议（IP）地址）。

可选地，可以提供网络电源单元（例如，PoE供应单元）150，以便经由网络连接40为网络设备100供电。在PoE的情况下，网络控制器110可以被适配为遵循用于经由网络连接40激活对网络设备100的供电的PoE标准，该标准例如在2003年6月18日的IEEE Computer Society，“Part 3:Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications, Amendment:Data Terminal Equipment (DTE) Power via Media Dependent Interface (MDI)”中公开。

在不活动的链路期间，需要发送仅仅用于保持链路是激活的脉冲或空闲字节。因此，从电源140汲取仅仅无用电流，以便仅仅维持链路。为了减少功率消耗，作为分离单元或集成到网络控制器110中的单元或功能而提供链路控制单元130。链路控制单元130被适配为检查数据是否需要在数据连接上传送，以及如果否，则链路控制单元130通过经由功率控制信号302控制在电源140与内部链路之间提供的开关124以打开连接并中断从电源140到控制器输出的偏置电流供应，而切换到节电模式。作为替换，功率控制信号302可以直接控制电源140关断到内部链路的偏置电流供应。附加地，链路控制单元130生成要供应到网络连接40的伪链路激活信号（例如，LIT脉冲）303，该伪链路激活信号303用于模拟对于保持链路激活来允许数据接收而言是必要的信号。因为网络控制器110在这样的链路伪造期间不传送信号，所以网络控制器110可以被设置成只监听模式，在该只监听模式中，网络控制器110的至少传送器部分112通过由链路控制单元130生成的传送控制信号301而被关断或去激活。附加地，在具有模拟的链路激活信号的只监听模式期间并非必要的网络控制器110的其他部分也可以被去激活。

链路控制单元130（其可以是微控制器或振荡器或脉冲发生器或提供所描述的功能性的另一适当电路）可以（例如，通过运行对应程序或子例程和/或通过具有对应硬件配置）被适配为从网络设备100和连接到网络设备100的电子装置接收所有种类的输入，以及确定数据是否需要被传送。如果数据需要被传送，则其“启动”或激活网络控制器110的传送器部分112并且“启动”或激活电源140的偏置供应，并且停止或去激活所提出的伪链路机制。通过这样做，正常链路机制又运作了。链路控制单元130现在可以传送必要的数据，并且在传送之后，当数据又不必被传送时，重新开始伪链路机制并停止正常链路操作。

应注意的是，所提出的伪链路机制可以在每个10BASE-T网络设备或其他网络设备中使用。在经由以太网相连（尤其是使用PoE）的照明器材中，减少功率消耗是重要的，因为它们是用于设备的备用消耗的严格规则。然而，减少功率消耗在其他领域中肯定也是希望得到的。

在下文中，基于从常规电路开始的图2和3来描述根据第二实施例的所提出的用于示例性以太网连接的传送控制的更详细实现方式。

图2示出了具有在以太网控制器110与以太网端口120之间的内部链路的以太网设备的常规传送（TX）实现方式，其中，到外部以太网链路的连接可以经由以太网端口120实现，所述以太网端口120可以是具有内置变压器（磁性元件）、状态发光二极管（LED）和屏蔽的单端口RJ45以太网插座（例如，Magjack）。物理上，以太网控制器110具有包括两条输出线TX-和TX+的差分传送输出，并且经由铁氧体磁珠122和在两条输出线TX-和TX+中的对称化和/或滤波电阻器-电容器（RC）组合持续地排出来自电源Vdd的偏置电流。铁氧体磁珠122是用于抑制电子电路中的高频噪声的无源电组件。其是一种特殊类型的电子扼流器。铁氧体磁珠122采用高频电流在铁氧体陶瓷中的消散，以提供高频噪声抑制。其还可以称为阻塞、核心、环、电磁干扰（EMI）滤波器，或扼流器。

为了发送数据，被吸入或排出到线TX-和TX+的电流被差分地改变。长度在100毫微秒（ns）和200毫微秒之间的、重复时间为16毫秒（ms）+/- 8毫秒的链路脉冲在10BASE-T系统中保持链路激活或维持链路。100BASE-T对于自动协商使用每16毫秒+/-8毫秒 2毫秒的脉冲序列，并且在不活动链路期间使用空闲字节。此外，1000BASE-T使用具有脉冲的另一机制。在不活动的链路期间，发送仅仅用于保持链路是激活的脉冲或空闲字节。这留下了很长时间，其中仅仅无用电流被吸入到系统中用于仅仅维持链路。在设备的空闲形式下，不需要与网络中的其他设备通信。仅仅偶然地，设备必须发送一些数据，例如在动态主机配置协议（DHCP）再生中。

图3示出了在根据第二实施例的以太网设备中的所提出的传送（TX）实现方式的改进，其中实现了所提出的用于节约空闲传送功率的伪链路机制。可以是微控制器或振荡器等等的链路控制单元130检测是否数据将在以太网链路上传送。当没有数据将被传送时，链路控制单元130通过关断以太网控制器110的TX+和TX-输出而切换到节电模式，并且将以太网控制器110设置成只监听模式。此外，在节电模式期间，链路控制单元130生成对于维持以太网链路或保持以太网链路是激活的而言是必要的模拟的或伪装的链路激活信号。这通过经由相应的输出电路A和B在TX+或TX-线上生成仅仅正的脉冲以便模拟通常将由以太网控制器110生成的LIT脉冲来实现。然后，这些伪链路激活信号经由以太网端口120被传送到外部以太网连接（未示出）。

此外，通常由以太网控制器110的TX+和TX-连接从电源Vdd汲取的偏置电流被链路控制单元130经由供应给电源Vdd与铁氧体磁珠122之间的开关晶体管126的控制输出C而中断。开关晶体管126因而受链路控制单元130控制。所节约的偏置电流在以太网接口电路中是最大量的功率，其在没有发送的数据时将以其他方式被“扔掉”。

然而，应注意的是，利用图3的输出电路（例如，开关）A和B以及到TX+和TX-导线的连接高效地生成激活信号也可以通过仅仅使用一个输出电路A或B以及到TX+或TX-线的相应连接来修改。

此外，应该注意的是，如图3中所示，所提出的用于节约空闲传送功率的伪链路机制（即，输出电路A、B和C以及（多个）任何对应控制电路）也可以被集成到以太网控制器110的网络芯片中。

在所提出的电路的测试实现中，65%的功率消耗减少已经被实现。功率消耗从561毫瓦（mW）下降到195毫瓦。通过进一步改进硬件和软件，可以通过将功率消耗以561毫瓦开始而下降到50毫瓦而实现甚至91%的功率减少。针对从65%到91%的这个减少的最大影响在于，使链路控制单元130在一定时间内处于睡眠模式，并且提供有规律地检查是否数据被接收或数据需要被传送。

可能存在实现所提出的链路伪装机制的若干其他方式，但是它们全都导致在数据连接电缆（例如，以太网电缆）上的相同行为。即，仅仅用于以功率高效的方式维持链路的信号或脉冲被发送。

此外，在基于软件的替换实现方式中，所要求的功能性可以在具有处理单元的计算机设备中实现，所述处理单元基于在存储器中存储的控制程序的软件例程来执行控制。控制程序还可以被分离地存储在计算机可读介质中。程序代码指令从存储器获取，并且被加载到处理单元的控制单元，以便执行结合图1至3描述的步骤或阶段的功能，其可以被实现为上述软件例程。处理步骤可以基于输入数据而执行并且可以生成输出数据。在本链路伪装机制中，输入数据可以对应于数据是否将在数据连接上传送的信息，并且输出数据可以对应于由链路控制功能或单元30生成的控制信息和伪链路激活信号。

因此，以上实施例的功能性可以被实现为包括代码构件的计算机程序产品，该代码构件用于当运行在计算机设备或数据处理器上时生成所提出的信道估计的每个独立步骤。

总之，已经描述了用于以不再有用于网络控制器（例如以太网控制器）的传送输出的偏置电流流动的方式断开偏置电流电路的方法和装置。此外，例如在以太网端口或连接器中的TX+和TX-线之类的数据连接可以连接到控制电路，以便通过接管例如LIT脉冲之类的链路激活脉冲的供应而模拟活动连接。这两种措施将允许用户节约在传送输出上的偏置电流，并且维护用于朝向网络控制器维持链路的链路激活信号。

尽管已经在附图和上述描述中详细地例证并描述了本发明，但是这种例证和描述应认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。所提出的断开控制器输出和生成伪链路激活信号可以在连接到要求用于保持网络连接活动的信令的网络的任何设备中实现。在实践所要求保护的发明中，本领域技术人员可以通过学习附图、公开和所附权利要求来理解和实施所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施的纯粹事实并不表明不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应该解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种用于经由网络连接（40）控制数据传输的装置，所述装置（130）被适配为：通过在没有数据将经由所述网络连接（40）传送时中断到网络控制器（110）的输出的电源并接管到所述网络连接（40）的链路激活信号的供应，来切换到节电模式。

2.根据权利要求1的装置，其中，所述装置（130）被适配为将所述网络控制器（110）设置成只监听模式，在只监听模式中，所述网络控制器（110）能够仅仅接收数据而不能够经由所述网络连接（40）传送数据。

3.根据权利要求2的装置，其中所述电源包括供应给所述网络控制器（110）的差分传送输出的偏置电流。

4.根据权利要求2的装置，其中，所述网络控制器（110）是以太网控制器，并且所述网络连接（40）是以太网链路。

5.根据权利要求1的装置，其中所述链路激活信号包括链路完整性测试脉冲。

6.根据权利要求1的装置，其中，所述装置(130)包括微控制器或振荡器或脉冲发生器。

7.一种网络设备，包括根据权利要求1的装置（30）和所述网络控制器（110），其中所述网络控制器（110）的传送部分（112）由所述装置（130）控制，以便在没有数据将由所述网络设备（100）经由所述网络连接（40）传送时将所述网络控制器（110）设置为只监听模式，在只监听模式中，所述网络控制器（110）能够仅仅接收数据而不能够经由网络连接传送数据。

8.根据权利要求7的网络设备，还包括开关元件（124），该开关元件由所述装置（130）控制来从所述网络控制器（110）的所述输出断开电源（140）。

9.根据权利要求7的网络设备，其中所述网络设备（100）包括照明器材。

10.一种系统，包括：

a. 至少一个网络设备（100），其包括根据权利要求1中所述的装置（130）；以及

b. 至少一个网络连接（40），其用于在所述网络控制器（10）和网络（50）之间传送数据。

11.根据权利要求10的系统，其中所述网络设备（100）包括电源单元（150），所述电源单元被布置用于经由所述网络连接（40）为所述网络设备（100）供电。

12.根据权利要求10的系统，其中所述电源单元（150）包括以太网供电单元。

13.一种经由网络连接（40）控制数据传输的方法，所述方法包括：

当没有数据将经由所述数据连接传送时，

a. 生成链路激活信号；以及

b. 关断到网络控制器（110）的输出的电源并且接管到所述网络连接（40）的所述链路激活信号的供应。

14.一种计算机程序产品，包括用于在运行在计算机设备上时生成权利要求13的步骤的代码构件。