CN1697446A - 数据帧构造方法和依据数据帧的数据处理方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于通过同步以太网中的每一以太网设备构造用于传输的数据的帧的方法，包括步骤：接收用于传输的数据，并通过每一以太网设备确认用于传输的数据是否是同步数据；当确认接收的数据是同步数据时，在帧的前导中标记该数据是同步数据，并通过把接收的数据包括在不包含MAC头的帧的数据部分中来构造同步帧；并且当接收的数据是异步数据时，在帧的前导中标记该数据是异步数据，并通过把接收的数据包括在包含MAC头的帧的数据部分中来构造异步帧。

Description

数据帧构造方法和依据数据帧的数据处理方法

技术领域

本发明涉及网络通信协议，并更具体地涉及能够同时提供实时服务和非实时服务的同步以太网。

背景技术

以太网是最广泛使用的局域网技术，并且现在被指定为电气和电子工程师协会(‘IEEE’)802.3中的标准。然而，以太网最初是由Xerox开发的，并且得到了Xerox、数据设备公司(DEC)、英特尔和其它类似的公司的推进。

在传统的以太网中，由于通过规定于IEEE 802.3中的载波侦听多路存取/碰撞检测(CSMA/CD)协议实现竞争存取，在把上层的服务帧被转换至以太网的同时，维持帧间间隙(IFG)间隔并传输以太网帧。于此，不管上层服务帧的种类，依据产生序列来进行传输。即，当在不同的终端或不同的用户之间传输数据时，以太网是通常使用的技术。

已知这种以太网可以充分用于传输对传输时间延迟敏感的动态图像和声音。然而最近，已经在讨论通过当前的以太网来传输比如图像和声音的同步数据的技术。下文中，将如上面所述用于数据传输的以太网称为“同步以太网”。

图1是示出了同步以太网的传输周期的视图。

如图1所示，在目前讨论的同步以太网中，用于数据传输的传输周期n，100和n+1，200的每一个具有125微秒(μsec)的周期，并包括用于同步数据传输的同步(SYNC)部分100-1或200-1和用于异步数据传输的异步(ASYNC)部分100-2或200-2。

具体地，用于传输同步数据的同步部分100-1或200-1是具有传输周期中的最高优先权的数据部分。依据目前讨论的方案，默认每个都是利用738字节构造的十(10)个子同步帧被包含在同步部分100-1或200-1中。

此外，在排除了同步部分100-1或200-1的帧的剩余部分中构造用于传输异步数据的异步部分100-2或200-2。于此，可变的异步数据通过帧被包含在对应部分中。

在如上面所述目前讨论的同步以太网中，异步数据和同步数据被包含在传统的以太网帧中，然后被传输。

图2是示出了传统以太网帧结构的图示。

如图2所示，传统的以太网帧包括前导字段(preamble field)21、目的地址(DA)字段22、源地址(SA)字段23、长度/类型字段24、用于指示帧的数据的数据字段25和帧检测序列字段(FCS)26。利用八字节构造前导字段21，并且前导字段21指示帧的开始和末尾，利用六字节构造目的地址字段22，并且目的地址字段22指示帧必须传输到的目的地的介质存取控制(‘MAC’)地址，利用六字节构造源地址字段23，并且源地址字段23指示传输帧的站的MAC地址。此外，利用二字节构造长度/类型字段24，并且长度/类型字段24指示帧的数据的长度信息和帧的协议类型，并利用四字节构造帧检测序列字段(FCS)26，并在每一帧的末尾处设置帧检测序列字段(FCS)26。当依据数据通信中的每一帧传输信息时，FCS字段用于检测错误。

当通过传统以太网帧的前述结构传输同步数据和异步数据时，通过长度/类型字段24可以确定同步或异步。

参照图3说明用于处理如上面所述的以太网帧的层结构。

图3是示出了本发明所应用的以太网网络的层结构的视图。

以太网网络的层结构包括：物理(PHY)层34，它是OSI 7堆栈的第一层；MAC层32，它是数据链路层的子层，并且是OSI 7堆栈的第二层；以及MAC客户(client)31-1至31-3，它们是堆栈的上层。Gbps(千兆位/秒)介质独立接口(‘GMII’)层33是PHY层34和MAC层32之间的接口层。

现在说明每一层的操作。首先，PHY层34包括物理介质附属(PMA)、物理介质依赖(PMD)和物理编码子层(PCS)，并传输输入的以太网数据至上部的MAC层32。MAC层32确定或确认信息，比如来自传输的以太网数据的目的地址和长度/类型，并传输信息至对应的MAC客户31-1、31-2或31-3。这些操作在本领域是熟知的，并且不需要在此详细地进行讨论或示出。

如图1中所述，以下是当将同步以太网应用于前述层结构时的说明。首先，在同步以太网中同步数据的传输间隔中传输最大16个同步以太网帧，上述同步以太网帧具有固定长度并包括最大192个时隙，其中每个同步以太网帧由四字节来构造。当在一个周期中完成这种同步帧的传输时，在对应周期的剩余间隔期间传输异步帧。在这种超帧方案(superframe scheme)中，在传统同步以太网的情况下，通过包含在开销(overhead)中的长度/类型字段24来彼此区分同步帧和异步帧。因此，彼此区分同步数据和异步数据，并在MAC层32中对其进行处理。

然而，当采用这种通常的网络层结构时，通过目的地址信息和长度/类型信息，即使对于同步数据也进行处理。因此，增加了不必要的开销，从而减小了传输效率。即，由于同步数据是包含例如视频或音频广播信息的数据，并在广播模式中进行传输，以及每一装置批准或排除对应的数据，所以就没有必要在MAC层中通过地址处理等传输数据。

因此，必须防止由于区分和处理PHY层34中的同步数据和异步数据所增加的不必要的开销。此外必须在能够依据同步数据的每一类型传输同步数据的各种类型的数据处理方案上展开研究。

发明内容

因此，通过提供一种数据帧构造方法和一种依据同步以太网中的数据帧的数据处理方法，本发明致力于解决出现在现有技术中上面提到的问题，并且提供了额外的优点，其避免了由于不必要的开销恶化传输效率，并且通过在物理层中彼此区分同步帧和异步帧使得能够处理各种同数据。

为了实现上述目的，依据本发明的一个方面，提供一种用于构造由同步以太网中的每一以太网设备传输的数据的帧的方法，该方法包括步骤：接收用于传输的数据，并通过每一以太网设备确认用于传输的数据是否是同步数据；当确认接收的数据是同步数据时，在帧的前导中标记该数据是同步数据，并通过把接收的数据包括在不包含MAC头的帧的数据部分中来构造同步帧；以及当确定接收的数据是异步数据时，在帧的前导中标记该数据是异步数据，并通过把接收的数据包括在包含MAC头的帧的数据部分中来构造异步帧。

为了实现上述目的，依据本发明的一个方面，提供一种用于能够使每一以太网设备处理同步以太网中的输入数据的方法，该方法包括：通过以太网设备接收用于传输的数据，并确认该数据的每一帧是否是同步帧；当该帧是同步帧时，确定对应帧中的时隙是否是已经针对以太网设备设置了时隙路由选择路径的时隙；当该时隙是已经设置了时隙路由选择路径的时隙，通过对应的时隙路由选择路径传输该时隙，并当该时隙不是已经设置了时隙路由选择路径的时隙时，通过以太网设备的物理层传输该时隙至另一以太网设备，并且当该帧是异部帧时，传输对应的帧至以太网设备的MAC层。

附图说明

从下面结合附图给出的详细说明，本发明的上面和其它特征和优点将变得更明显，其中：

图1是示出了同步以太网的传输周期的视图；

图2是示出了传统以太网帧结构的图示；

图3是示出了本发明所应用的以太网的层结构的视图；

图4a和图4b是示出了依据本发明的实施例的同步以太网帧结构的视图；

图5是示出了依据本发明的实施例的同步以太网网络的层结构的视图；以及

图6是每个以太网设备处理依据本发明的同步以太网中的输入数据的方法的流程图。

具体实施方式

下文中，参照附图说明依据本发明的实施例。相同的参考数字用于指定如在其他附图中示出的那些相同的部分。为了清楚和简明，当会使本发明的主题不清楚时，省略结合于此的已知功能和结构的详细说明。

图4a和图4b是示出了依据本发明的实施例的同步以太网帧结构的视图。

如图4a所示，依据本发明的同步以太网中的同步帧包括：前导字段41、用于指示被传输数据的数据字段42和帧校验序列字段43。帧校验序列(FCS)字段43设置于每一帧的末尾处，并用于检测当依据数据通信中的每一帧传输信息时的错误。具体地，依据本发明的同步帧包括包含在前导字段41中的控制字段400，从而确定数据是否是PHY层中的同步数据。控制字段400包括用于确认帧是否是同步帧的同步标记字段401。此外，除同步标记字段401之外，依据本发明的实施例的控制字段400可以进一步包括用于指示超帧的开始的开始标记字段402。

于此，由于同步帧包括数据字段42中的多个数据时隙，并通过每个数据时隙中的不同的信号方案(signal scheme)设置时隙路由选择路径，它可能用于上部的客户，以确认该时隙是否是取代MAC地址、通过时隙路由选择路径的上部的客户的时隙。因此，由于它不必增加MAC头，可以减小开销。因此，可以很容易在数据传输中确保带宽并提高传输效率。此外，由于不包含MAC头，可能通过不同于太网的方案传输数据字段42。因此，可以通过不同方案传输同步数据。

在传统的以太网帧中，利用八个字节构造前导字段41，并且该前导字段41包括两个字节的保留字段。通过这种保留字段可以构造依据本发明的控制字段400，或者依据本发明的实施例的控制字段400可以包括在用于指示另一功能的预定字段中。即，通过把用于确定帧是否是同步帧的同步标记字段401包括在依据传统以太网帧的功能的预定字段中，来获得本发明的实施例。

其间，如图4b所示，在依据本发明的同步以太网中的异步帧包括前导字段41、目的地址字段22、源地址字段23、长度/类型字段24、用于指示帧的数据的数据字段25和帧校验序列字段26。利用六个字节构造目的地址字段22，并且目的地址字段22指示帧必须传输到的目的地的MAC地址，利用六个字节构造源地址字段23，该源地址字段23指示传输帧的站(station)的MAC地址。此外，利用两个字节构造长度/类型字段24，并且该长度/类型字段24指示帧的数据的长度信息和帧的协议类型，并且利用四个字节构造帧校验序列字段26，并在每一帧的末尾设置帧校验序列字段(FCS)26。FCS 26用于检测在依据数据通信中的每一帧传输信息时的错误。具体地，依据本发明的异步帧包括包含在前导字段41中的控制字段400，以确定数据是否是PHY层中的同步数据。控制字段400包括同步标记字段401，以用于确定帧是否是同步帧。此外，除了同步标记字段401，依据本发明的实施例的控制字段400可以进一步包括用于指示超帧的开始的开始标记字段402。

在传统的以太网帧中，利用八个字节构造前导字段41，并且该前导字段41包括两个字节的保留字段。通过这种保留字段可以构造依据本发明的控制字段400，或者依据本发明的实施例的控制字段400可以包含在用于指示另一功能的预定字段中。即，通过把用于确定帧是否是同步帧的同步标记字段401包括在依据传统以太网帧的功能的预定字段中，也可以获得本发明的实施例。

为了构造如上面所述的在同步以太网中用于传输的数据帧，执行下面的步骤。

首先，每个以太网装置接收用于传输的数据，并确定或确认该数据是否是同步数据。作为确认的结果，当接收的数据是同步数据时，以太网设备在帧的前导中标记该数据同步数据，并且以太网设备把接收的数据包括在不包含MAC头的帧的数据部分中。相反，当接收的数据是异步数据时，以太网设备在帧的前导中标记该数据是异步数据，并且以太网设备把接收的数据包括在包含MAC头的帧的数据部分中。

如上面所述，依据本发明的同步以太网中的同步数据和异步数据具有不同的结构。在依据这种不同的结构来接收和处理PHY层中的帧时，通过前导来确定或确认每个帧是同步帧还是异步帧。作为确定(确认)的结果，传输帧至彼此不同的上部的层。

图5是示出了依据本发明的实施例的同步以太网网络的层结构的视图。

如图5所示，可以将依据本发明的以太网网络的层结构分成用于处理异步帧和同步帧两种结构。首先，通过以下的层来完成用于异步帧的处理：PHY层34，它是OSI 7-层堆栈的第一层；MAC层32，它是数据链路层的子层，并且是OSI 7-层堆栈的第二层；MAC客户31，它是堆栈的上层；以及GMII层33，它是PHY层34和MAC层32之间的接口层。

其间，通过以下的部分来完成用于同步帧的处理：PHY层34，它是OSI 7-层堆栈的第一层；用于处理同步以太网帧的同步以太网帧52；作为上部的层的同步数据处理客户51；以及GMII层33，它是PHY层34和同步以太网帧52之间的接口层。

作为接口层的GMII层33包括MUX/分析器(parser)54-1、MUX/分析器54-2和时隙路由选择部分53。MUX/分析器54-1执行输入数据的多路复用和分析操作，MUX/分析器54-2执行输出数据的多路复用和分析操作，并且时隙路由选择部分53从MUX/分析器54-1路由输入数据，并从上部的层传输输出数据至MUX/分析器54-2。

下文将说明依据前述层结构的数据处理步骤。

依据本发明的实施例，依据包括在前导中的同步标记，将同步以太网中的每一帧分类成同步帧和异步帧。因此，当已经接收一帧，检查对应帧的前导。检查的结果，当确定同步标记处于第一状态，例如未激活，认为接收的帧是异步帧。因此，沿着路径502传输接收的帧至MAC层32。

相反，当确定同步标记处于第二状态，例如激活，认为接收的帧是同步帧。因此，沿着路径503传输接收的帧至另一设备，并同时针对包括在同步帧的数据字段中的每一时隙进行时隙路由操作。于此，当时隙对应于对应的设备时，沿着路径501传输接收的帧至对应设备的同步以太网帧形成器(Ethernet framer)52。

即，在本发明中，通过帧的前导部分，可以在MAC层的下层中相互区分同步帧和异步帧。此外，由于同步帧被传输至所有设备(广播)，并且已经依据不同的信号方案在每一帧中包含的每个多路时隙中设置了路由路径，所以利用MAC地址进行传输是不必要的。即，依据本发明的实施例，不必使用用于同步帧的MAC地址。因此，相比于传统同步以太网的层结构，可以彼此区分帧，并在MAC层的下层中处理帧。

图6是每个以太网设备处理依据本发明的同步以太网中的输入数据的方法的流程图。

首先，当依据本发明的同步以太网中的以太网设备在块(block)61处接收来自物理层的数据时，以太网装置在块62处通过与帧相对应的前导，来确定或确认接收数据的每一帧是否是同步帧。即，通过如图4a和图4b所示的同步标记进行上述确定。

作为在块62处确定的结果，当帧是同步帧时，通过时隙路由选择功能，在块63处，接口层(例如GMII层)确定在帧的每一时隙中是否已经设置了到对应设备的时隙路由选择路径。作为在块63处确定的结果，当在所述每一时隙中已经设置了到对应设备的时隙路由选择路径时，接口层在块64处通过对应时隙传输接收的数据到上部的同步数据处理客户。相反，当在所述每一时隙中还没有设置到对应设备的时隙路由选择路径时，接口层在块65处通过物理层传输接收的数据至另一以太网设备。

于此，通过时隙路由选择功能确认是否已经设置了到对应设备的时隙路由选择路径，表示已经确认了针对在接口层中接收的相应同步帧中包含的多个时隙的每一个通过不同的信号方案设置了时隙路由选择路径，也就是确认了用于对应的以太网设备的时隙。在以这种方式确定时隙路由选择路径之后，接口层接收时隙，以用于来自包含在同步帧中的多个时隙之中的对应设备，并传输接收的时隙至上部的层。相反，在除了用于对应设备的时隙之外的时隙的情况中，接口层通过物理层传输时隙至另一以太网设备。

其间，当帧是如在块62处所确定的异步帧时，接口层传输输入的数据至MAC层以用于在块66处的MAC层中的处理。

如上面所述，在本发明中，在物理层中区分同步帧和异步帧，从而避免恶化由于不必要的开销引起的传输效率，并可以处理各种同步数据。

可以把上面提到的依据本发明的方法作为软件来实现，并可被存储进入比如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘的记录介质中，从而使用户通过利用计算机可以读这种软件。

在参考其确定的优选实施例已经示出和说明本发明的同时，本领域的熟练技术人员可以理解只要不脱离通过所附权利要求书限定的本发明的精神和范围，可以进行形式和细节的各种改变。

Claims (15)

1、一种用于通过同步以太网中的每一以太网设备构造用于传输的数据的帧的方法，该方法包括步骤：

接收用于传输的数据并确认用于传输的数据是否是同步数据，其中：

当接收的数据是同步数据时，在帧的前导中标记该数据是同步数据，并通过把接收的数据包括在不包含MAC头的帧的数据部分中来构造同步帧；以及

当接收的数据是异步数据时，在帧的前导中标记该数据是异步数据，并通过把接收的数据包括在包含MAC头的帧的数据部分中来构造异步帧。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于前导包括通过预定个数的比特所构造的同步数据标记字段，从而标记数据。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于MAC头包括：利用六个字节构造的、用以指示帧必须传输到的目的地的MAC地址的目的地址字段，利用六个字节构造的、用以指示传输帧的站的MAC地址的源地址字段，以及利用两个字节构造的、用以指示帧的数据的长度信息和帧的协议类型的长度/类型字段。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于前导包括利用预定个数的比特构造的帧开始标记，帧开始标记指示同步以太网的传输周期的开始。

5、一种用于能够使每一以太网设备处理同步以太网中的输入数据的方法，该方法包括步骤：

a)通过以太网设备接收数据并确认数据的每一帧是否是同步帧；

b)当该帧是同步帧，确认对应帧中的时隙是否是已经针对以太网设备设置了时隙路由选择路径的时隙；

c)当该时隙中已经设置了时隙路由选择路径时，通过对应的时隙路由选择路径传输时隙，并当时隙不是已经设置了时隙路由选择路径的时隙时，通过以太网设备的物理层传输时隙至另一以太网设备；以及

d)当该帧是异步帧时，传输对应帧至以太网设备的MAC层。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于确认步骤进一步包括步骤：

检查帧前导中的同步标记字段，其中标记字段处于第一状态指示同步数据，处于第二状态指示异步数据。

7、一种用于在以太网设备中构造以同步以太网格式进行传输的数据的帧的设备，包括：

与存储器通信的处理器，处理器执行代码以用于：

接收用于传输的数据；

确定用于传输的数据是否是同步数据；以及

当数据是同步数据，在帧的前导中进行标记，并通过把接收的数据包括在不包含MAC头的帧的数据部分中来构造同步帧。

8、如权利要求8所述的设备，其特征在于处理器进一步执行代码，以用于；

当数据是异步数据，在帧的前导中进行标记，并通过把接收的数据包括在包含MAC头的帧的数据部分中来构造异步帧。

9、如权利要求7所述的设备，其特征在于前导包括利用预定个数的比特构造的同步数据标记字段。

10、如权利要求9所述的设备，其特征在于当数据是同步时，同步数据标记处于第一状态，当数据是异步时，同步数据标记处于第二状态。

11、如权利要求7所述的设备，其特征在于MAC头包括利用六个字节构造的、用以指示帧必须传输到的目的地的MAC地址的目的地址字段；利用六个字节构造的、用以指示传输帧的站的MAC地址的源地址字段；以及利用两个字节构造的、用以指示帧的数据的长度信息和帧的协议类型的长度/类型字段。

12、如权利要求7所述的设备，其特征在于前导包括利用预定个数的比特构造的帧开始标记，帧开始标记指示同步以太网的传输周期的开始。

13、如权利要求7所述的设备，进一步包括：

与处理器通信以用于接收/传输数据的输入/输出装置。

14、如权利要求7所述的设备，其特征在于代码存储于存储器中。

15、如权利要求7所述的设备，其特征在于代码存储于通过处理器可读的可读介质上。

Images