CN111262682B - 一种适用于节能以太网的同步方法及同步系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及节能以太网技术领域，尤其涉及一种适用于节能以太网的同步方法，针对每条通信子链路执行下述同步过程：接收端对通信子链路上接收到的训练信号进行相位搜索；接收端在将通信子链路进行相位搜索的同时计算各个所述通信子链路的MSE值；在MSE值的变化趋势收敛时停止对训练信号进行相位搜索，并将当前获得的采样相位作为关联于通信子链路的训练相位输出；在全部通信子链路搜索得到训练相位后，接收端根据所有的训练相位对训练信号进行采集，并根据采集结果对接收端的硬件参数进行更新，以使接收端与发射端同步。有益效果：针对每一条通信子链路进行独立的相位搜索，减少相位搜索的时间。

Description

一种适用于节能以太网的同步方法及同步系统

技术领域

本发明涉及节能以太网技术领域，尤其涉及一种适用于节能以太网的同步方法及同步系统。

背景技术

节能以太网(Energy-Efficient Ethernet，简称EEE)的EEE功能将IEEE802.3媒体访问控制(MAC)子层与一系列物理层相结合，定义为支持低功耗空闲(LPI)模式下的操作，启用LPI模式后，链路两侧的系统可以在链路利用率较低时节省电量。如图1所示，在EEE的工作模式下，低功耗状态(Low-power)包括静默状态(Quiet)和刷新状态(Refresh)，发送器在静默状态下禁用，在进入刷新状态或唤醒状态(Wake)后，发送器向对端发射训练信号，将对端的硬件参数更新，通过设置静默状态避免通信链路因持续传输空闲信号导致浪费能耗，同时设置刷新周期能够确保链路的存在，以及物理层(PHY)之间的计时保持在有效状态。

在现有技术中，节能以太网进入刷新状态时，发射端通过多条通信子链路向接收端发送训练信号，接收端需要同时对多条通信子链路接收到的训练信号进行相位搜索，在多条通信子链路的训练信号同时收敛时，接收端才会开始进一步训练并更新滤波器参数等等。但由于每一条通信子链路的收敛时间可能不一致，所以会增加相位搜索的时间，最终导致训练超时。

因此，本发明提出了一种新型节能以太网的同步方法，在接收端接收到训练信号后，对每一条通信子链路进行独立的相位搜索，在每一条通信子链路的训练信号收敛后立即锁相，并在所有的通信子链路均锁相后进一步训练并更新滤波器参数，从而减少相位搜索的时间。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种适用于节能以太网的同步方法及同步系统。

具体技术方案如下：

本发明包括一种适用于节能以太网的同步方法，所述节能以太网包括通过通信链路连接的发射端和接收端，所述通信链路中包括多条相互独立的通信子链路；于所述发射端处于低功耗模式下时，所述发射端通过所述通信链路向所述接收端周期性地发送训练信号；

所述同步方法中，针对于每条所述通信子链路执行下述同步过程：

步骤S1，所述接收端对所述通信子链路上接收到的所述训练信号进行相位搜索，以找到所述通信子链路对应的采样相位；

步骤S2，所述接收端在将通信子链路进行相位搜索的同时，将所述通信子链路对应的采样值与所述采样值对应的硬判决值进行差值运算，以得到各个所述通信子链路的MSE值；

步骤S3，所述接收端判断所述MSE值的变化趋势是否收敛，并在所述变化趋势收敛时转向步骤S4；

步骤S4，所述接收端停止对所述训练信号进行相位搜索，并将当前获得的所述采样相位作为关联于所述通信子链路的训练相位输出；

针对每条所述通信子链路独立地执行所述步骤S1-S4，以使每条所述通信子链路均能够搜索得到所述训练相位并输出；

随后，所述接收端根据所有的所述训练相位对所述训练信号进行采集，并根据采集结果对所述接收端的硬件参数进行更新，以使所述接收端与所述发射端同步。

优选的，在所述步骤S2中，采用下述公式计算出所述MSE值：

MSE＝E(err^2)

其中，

MSE用于表示均方误差；

E用于表示数学期望值；

err用于表示接收到的所述训练信号的采样值与所述训练信号对应的硬判决值的差值。

优选的，在所述步骤S3中，所述接收端判断所述MSE值的所述变化趋势是否收敛的方法包括将所述MSE值与一预设门限值进行对比：

若所述MSE值不大于所述预设门限值，则表示所述变化趋势收敛；

若所述MSE值大于所述预设门限值，则表示所述变化趋势未收敛。

优选的，所述预设门限值为20dB。

优选的，于所述低功耗模式下设置多个信号发送时段以及多个空闲时段，所述信号发送时段和所述空闲时段交替设置；

则所述发射端仅在所述信号发送时段内向所述接收端发送所述训练信号。

优选的，于所述发射端内预设一第一预设时长；

当所述发射端发送所述训练信号的总时长达到所述第一预设时长时，所述接收端仍然没有与发射端形成同步，则所述发射端由所述低功耗模式转为正常运行模式。

优选的，所述第一预设时长为16.5μs。

优选的，所述通信链路包括4条所述通信子链路。

本发明还包括一种适用于节能以太网的同步系统，应用于上述同步方法，所述接收端针对于每一条所述通信子链路设置一独立的相位采集模块，每个所述相位采集模块包括：

一相位搜索单元，分别对应连接多条所述通信子链路，每个所述相位搜索单元用于对所述通信子链路上接收到的所述训练信号进行相位搜索，以找到所述通信子链路对应的所述采样相位；

一计算单元，连接所述相位搜索单元，用于将所述通信子链路对应的采样值与所述采样值的硬判决值进行差值运算，以持续得到对应的所述MSE值；

一判断单元，连接所述计算单元，用于判断所述MSE值的所述变化趋势，并在所述变化趋势收敛时输出一判断结果；

一锁相单元，连接所述判断单元，用于根据所述判断结果停止对所述训练信号进行相位搜索，并将当前获得的所述采样相位作为关联于所述通信子链路的所述训练相位输出；

所述接收端还包括：

一信号采集模块，连接多个所述相位采集模块，用于在所有的所述锁相单元输出所述训练相位后对所述训练信号进行采集；

一更新模块，连接所述信号采集模块，用于根据采集的所述训练信号对所述接收端的所述硬件参数进行更新。

本发明技术方案的有益效果在于：本发明提出了一种新型节能以太网的同步方法，在接收端接收到训练信号后，对每一条通信子链路进行独立的相位搜索，在每一条通信子链路的训练信号收敛后立即锁相，并在所有的通信子链路均锁相后对训练信号进行采集，从而减少相位搜索的时间。

附图说明

参考所附附图，以更加充分地描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为现有技术中的节能以太网的节能工作模式示意图；

图2为本发明实施例中针对通信子链路执行同步过程的步骤示意图；

图3-6为现有技术中的相位搜索的原理示意图；

图7-10为本发明实施例中的相位搜索的原理示意图；

图11为本发明实施例中的同步系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种适用于节能以太网的同步方法，节能以太网包括通过通信链路连接的发射端和接收端，通信链路中包括多条相互独立的通信子链路；于所述发射端处于低功耗模式下时，发射端通过通信链路向接收端周期性地发送训练信号；

同步方法中，如图2所示，针对于每条通信子链路执行下述同步过程：

步骤S1，接收端对通信子链路上接收到的训练信号进行相位搜索，以找到通信子链路对应的采样相位；

步骤S2，接收端在将通信子链路进行相位搜索的同时计算各个通信子链路的MSE值；

步骤S3，接收端判断MSE值的变化趋势是否收敛，并在变化趋势收敛时转向步骤S4；

步骤S4，接收端停止对训练信号进行相位搜索，并将当前获得的采样相位作为关联于通信子链路的训练相位输出；

针对每条通信子链路独立地执行步骤S1-S4，以使每条通信子链路均能够搜索得到训练相位并输出；

随后，接收端根据所有的训练相位对训练信号进行采集，并根据采集结果对接收端的硬件参数进行更新，以使接收端与发射端同步。

具体地，发射端1和接收端2之间通过4对双绞线连接，发射端1从静默状态进入刷新状态时，通过这4对双绞线向接收端2发射训练信号以对接收端的硬件参数进行同步更新，每一对双绞线相当于一条通信子链路。接收端会将接收到的训练信号与本地硬盘内预设的参考信号进行对比，以采集到最接近参考信号的训练信号，从而确保采集到的训练信号能够对接收端的硬件参数进行更新。假设每一对双绞线在一个周期内接收到的训练信号包括n个相位，训练信号的每个相位对应的值与参考信号的标准相位值的差值均不一样，差值越小代表该相位上的训练信号越接近参考信号，因此要在这个差值收敛时对训练信号进行采集。

在现有技术中，相位搜索就是在0～n-1之间循环搜索，训练信号在收敛后如果不进行锁定，训练信号后续会再次波动，直到4对双绞线在某个采样时间点同时收敛时才能完成相位搜索，但由于每一对双绞线的训练信号的收敛时间可能不同，例如，图3-6所示X坐标表示训练信号的相位，Y坐标表示对应于每个相位的MSE值，T1分别在第1,2,3,4个周期的相位1收敛，T2在第2,3,4个周期的相位1收敛，T3在第1,3,4个周期的相位1收敛，T4在第1,2,4个周期的相位1收敛，若要等待4对双绞线的训练信号同时收敛则要增加相位搜索时间，直到搜索到第4个周期时4对双绞线的训练信号同时收敛才能完成相位搜索。

进一步地，本实施例中，对相位搜索的方法进行了改进，接收端对每一条通信子链路的训练信号都进行独立的相位搜索，并在训练信号收敛后立即对该通信子链路的训练信号进行相位锁定，将当前获得的采样相位作为该条通信子链路的训练相位输出，4条通信子链路的训练信号全部完成相位锁定后根据对应的训练相位采集训练信号，例如，如图7-10所示，T1在第1个周期的相位1收敛，T2在第2个周期的相位1收敛，T3在第1个周期的相位1收敛，T4在第1个周期的相位1收敛，也就是说，在第2个周期时T1～T4均完成了收敛，以使接收端完成全部相位搜索。需要说明的是，图3-6所示现有技术中的相位搜索需要3+周期完成搜索，而本发明实施例中只需要1+个周期完成搜索，相比于现有技术，有效缩短了相位搜索的时间。

在一种较优的实施例中，在步骤S2中，采用下述公式计算出MSE值：

MSE＝E(err^2)

其中，

MSE用于表示均方误差；

E用于表示数学期望值；

err用于表示接收到的训练信号的采样值与训练信号对应的硬判决值的差值。

具体地，本实施例中采用均方误差(Mean Squared Error,MSE)的方法计算出MSE值，均方误差是衡量平均误差的一种较方便的方法，可以评价数据的变化程度，MSE值越小，说明对应该采样相位的训练信号具有更好的精确度，越接近于参考信号。通过该方法采集到符合MES要求的训练信号，再利用该训练信号进行后续的硬件参数更新。

在一种较优的实施例中，在步骤S3中，接收端判断MSE值的变化趋势是否收敛的方法包括将MSE值与一预设门限值进行对比：

若MSE值不大于预设门限值，则表示变化趋势已收敛；

若MSE值大于预设门限值，则表示变化趋势未收敛。

具体地，预设门限值可以根据实际使用的双绞线设置，本实施例中预设门限值采用20dB，若MSE值小于或等于20dB，则表明该采样相位上的训练信号已经符合MSE条件，因此将该采样相位作为训练相位输出，接收端在对应的训练相位上进行采集，以采集到符合要求的训练信号。

作为优选的实施方式，于低功耗模式下设置多个信号发送时段以及多个空闲时段，信号发送时段和空闲时段交替设置；

则发射端仅在信号发送时段内向接收端发送训练信号；

于发射端内预设一第一预设时长；

当发射端发送训练信号的总时长达到第一预设时长时，接收端仍然没有与发射端形成同步，则发射端由低功耗模式转为正常运行模式。

具体地，刷新状态(Refresh)为信号发送时段，在刷新状态下发射端向接收端发射训练信号，静默状态(Quiet)为空闲时段，双方没有信号传输。第一预设时长的长度为16.5μs，也就是说，在节能以太网处于低功耗模式时，发射端周期性地从静默状态进入刷新状态，但总的刷新状态持续的时间不超过16.5μs，若超过16.5μs还未同步成功，则发射端进入唤醒状态(Wake)。

本发明实施例还提供一种适用于节能以太网的同步系统，应用于上述同步方法，如图11所示，在节能以太网从静默状态进入刷新状态后，发射端1分别通过4条通信子链路向接收端2发射训练信号，接收端2针对于每一条通信子链路设置一独立的相位采集模块20，每个相位采集模块20包括：

一相位搜索单元201，分别对应连接多条通信子链路(图11所示T1～T4)，每个相位搜索单元201用于对通信子链路上接收到的训练信号进行相位搜索，以找到通信子链路对应的采样相位；

一计算单元202，连接相位搜索单元201，用于将通信子链路对应的采样值与采样值对应的硬判决值进行差值运算，以持续得到对应的MSE值；

一判断单元203，连接计算单元202，用于判断MSE值的变化趋势，并在变化趋势收敛时输出一判断结果；

一锁相单元204，连接判断单元203，用于根据判断结果停止对训练信号进行相位搜索，并将当前获得的采样相位作为关联于通信子链路的训练相位输出；

接收端2还包括：

一信号采集模块21，连接多个相位采集模块20，用于在所有的锁相单元204输出训练相位后对训练信号进行采集；

一更新模块22，连接信号采集模块21，用于根据采集的训练信号对接收端2的硬件参数进行更新。

具体地，在本实施例中，接收端针对每一对双绞线都设置了独立的相位采集模块，以对每一对双绞线接收到的训练信号进行独立的相位搜索，彼此之间互相不干扰，并在每一对双绞线搜索到收敛相位后停止相位搜索并进行相位锁定，从而缩短相位搜索的周期。

本发明技术方案的有益效果在于：本发明提出了一种新型节能以太网的同步方法，在接收端接收到训练信号后，对每一条通信子链路进行独立的相位搜索，在每一条通信子链路的训练信号收敛后立即锁相，并在所有的通信子链路均锁相后对训练信号进行采集，从而减少相位搜索的时间。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种适用于节能以太网的同步方法，所述节能以太网包括通过通信链路连接的发射端和接收端，所述通信链路中包括多条相互独立的通信子链路；其特征在于，于所述发射端处于低功耗模式下时，所述发射端通过所述通信链路向所述接收端周期性地发送训练信号；

所述同步方法中，针对于每条所述通信子链路执行下述同步过程：

步骤S1，所述接收端对所述通信子链路上接收到的所述训练信号进行相位搜索，以找到所述通信子链路对应的采样相位；

步骤S2，所述接收端在将通信子链路进行相位搜索的同时，将所述通信子链路对应的采样值与所述采样值对应的硬判决值进行差值运算，以得到各个所述通信子链路的MSE值；

步骤S3，所述接收端判断所述MSE值的变化趋势是否收敛，并在所述变化趋势收敛时转向步骤S4；

步骤S4，所述接收端停止对所述训练信号进行相位搜索，并将当前获得的所述采样相位作为关联于所述通信子链路的训练相位输出；

针对每条所述通信子链路独立地执行所述步骤S1-S4，以使每条所述通信子链路均能够搜索得到所述训练相位并输出；

随后，所述接收端根据所有的所述训练相位对所述训练信号进行采集，并根据采集结果对所述接收端的硬件参数进行更新，以使所述接收端与所述发射端同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用下述公式计算出所述MSE值：

MSE＝E(err^2)

其中，

MSE用于表示均方误差；

E用于表示数学期望值；

err用于表示接收到的所述训练信号的采样值与所述训练信号对应的硬判决值的差值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述接收端判断所述MSE值的所述变化趋势是否收敛的方法包括将所述MSE值与一预设门限值进行对比：

若所述MSE值不大于所述预设门限值，则表示所述变化趋势收敛；

若所述MSE值大于所述预设门限值，则表示所述变化趋势未收敛。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设门限值为20dB。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，于所述低功耗模式下设置多个信号发送时段以及多个空闲时段，所述信号发送时段和所述空闲时段交替设置；

则所述发射端仅在所述信号发送时段内向所述接收端发送所述训练信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，于所述发射端内预设一第一预设时长；

当所述发射端发送所述训练信号的总时长达到所述第一预设时长时，所述接收端仍然没有与发射端形成同步，则所述发射端由所述低功耗模式转为正常运行模式。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一预设时长为16.5μs。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信链路包括4条所述通信子链路。

9.一种适用于节能以太网的同步系统，其特征在于应用于如权利要求1-8任一项所述的方法，所述接收端针对于每一条所述通信子链路设置一独立的相位采集模块，每个所述相位采集模块包括：

一相位搜索单元，分别对应连接多条所述通信子链路，每个所述相位搜索单元用于对所述通信子链路上接收到的所述训练信号进行相位搜索，以找到所述通信子链路对应的所述采样相位；

一计算单元，连接所述相位搜索单元，用于将所述通信子链路对应的采样值与所述采样值对应的硬判决值进行差值运算，以持续得到对应的所述MSE值；

一判断单元，连接所述计算单元，用于判断所述MSE值的所述变化趋势，并在所述变化趋势收敛时输出一判断结果；

一锁相单元，连接所述判断单元，用于根据所述判断结果停止对所述训练信号进行相位搜索，并将当前获得的所述采样相位作为关联于所述通信子链路的所述训练相位输出；

所述接收端还包括：

一信号采集模块，连接多个所述相位采集模块，用于在所有的所述锁相单元输出所述训练相位后对所述训练信号进行采集；

一更新模块，连接所述信号采集模块，用于根据采集的所述训练信号对所述接收端的所述硬件参数进行更新。

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