KR100755980B1 - 데이터 송신을 위해 데이터 프레임 우선순위 관리기능을갖는 네트워크 송신기 - Google Patents

데이터 송신을 위해 데이터 프레임 우선순위 관리기능을갖는 네트워크 송신기 Download PDF

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Abstract

네트워크 매체 상에서 가변 우선순위들을 갖는 데이터를 송신하는 송신 회로가 제공된다. 상기 송신 회로는 서브-회로들을 포함하여 데이터 프레임들을 수신하고 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼들과 우선순위 테이블들에 저장한다. 서브-회로 우선순위 결정 회로는 최상위 우선순위 프레임을 선택하고, 서브-회로 프레임 송신 회로는 그 프레임을 매체 액세스 제어기로 송신하여 상기 네트워크 매체가 사용할 수 있게 한다.
네트워크 매체, 데이터 프레임, 프레임 버퍼 관리 회로, 레지스터, 우선순위 결정 회로, 프레임 송신 회로

Description

데이터 송신을 위해 데이터 프레임 우선순위 관리기능을 갖는 네트워크 송신기{NETWORK TRANSMITTER WITH DATA FRAME PRIORITY MANAGEMENT FOR DATA TRANSMISSION}
본 발명은 일반적으로 네트워크 인터페이싱에 관한 것이며, 특히 네트워크 매체를 통한 송신을 위해 데이터 프레임들의 우선순위를 결정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
컴퓨터 공학과 디지털 신호 프로세싱 기술이 발전함에 따라, 통신 네트워크들을 통한 디지털 정보의 저비용 송신에 대한 요구가 증가하여 왔다. 이 요구에 부합하기 위해, 고속 패킷-교환 통신망이 개발되었다. 이 고속 패킷-교환 통신망은 통상적으로 상이한 정보 소스들을 단일 통신 채널로 멀티플렉스하여 대역폭 활용을 최대화한다. 예를 들어, 패킷-교환 네트워크에서, 컴퓨터 데이터 파일들, 디지트화된 음성 데이터 및 다른 데이터 콘텐트는 송신 프레임들로 코딩된다. 그런 다음, 송신을 위한 각각의 데이터 프레임은 채널을 사용할 수 있을 때 네트워크 매체를 통한 원격 장치로 송신된다.
이러한 네트워크가 갖는 문제는 피크 송신 기간들 동안, 네트워크가 혼잡스럽게 될 수도 있다는 것이다. 네트워크가 혼잡하게 되면, 데이터 프레임들이 송신 기들과 스위치 노드들의 대기행렬(queue)에서 유지되어 데이터 프레임의 전달이 지연된다. 종래에는, 데이터 프레임들은 데이터 프레임들의 우선순위와는 관계없이 수신된 순서, 즉 선입선출(FIFO)로 송신된다.
컴퓨터 데이터 파일들 또는 다른 컴퓨터 데이터 콘텐트를 포함하는 데이터 프레임들이 지연되면, 그 지연이 현저하여 파일이나 웹 페이지의 로딩을 기다리는 사용자를 성가시게 할 수 있다. 그렇지만, 그 파일들이 도착하면, 마치 빠른 시간 내에 도착한 것처럼 유용하게 하여 동일한 정보 콘텐트를 컴퓨터나 사용자에 제공한다. 이것을 시간에 민감하지 않은 데이터 또는 비-실시간 데이터, 즉 저우선순위 데이터 프레임들이라 칭할 수 있다.
한편, 두명의 오퍼레이터들간의 전화통화와 같이, 음성 통신을 나타내는 디지트화된 음성 데이터를 포함하는 데이터 프레임들은 시간에 민감한 또는 실시간 데이터, 즉 고우선순위 데이터 프레임들이다. 대화가 대화 프레임들로 디지트화되고, 세그먼트화되어, 압축되면, 각각의 데이터 프레임은 고정 시간 윈도(fixed time window) 내에 수신기에 도착하여 수신기가 이를 압축해제하여 아날로그 오디오 신호로 복원할 수 있도록 해야만 한다. 디지트화된 음성 데이터와 같이 시간에 민감한 패킷들의 네트워크 지연은 수신기에서 오디오 신호를 차단하고 그리고/또는 사운드 버스트를 완전히 이해할 수 없게 한다. 어느 경우이든지, 시간에 민감하지 않은 데이터와는 달리 시간에 민감한 데이터는 제시간에 도착하지 않으면 혼잡한 네트워크로 인해 사용할 수 없게 된다. 디지털 오디오 데이터는 디지털 비디오 데이터가 시간에 민감한 데이터에 관한 분명한 예들이지만, 어떠한 트랜잭션 프로세싱 시스템(transaction processing system)의 다른 유형의 데이터도 네트워크 자원들을 위해 가변(variable) 우선 순위 요건을 가질 수 있다.
네트워크 혼잡을 완화하고 시간 민감성이나 우선순위에 관계없이 모든 데이터 프레임들의 적시의 전달을 보장하기 위한 한가지 해결책은 데이터율 및/또는 추가의 송신 라인 및/또는 라우터들을 증가시켜 전체 네트워크 대역폭을 간단하게 증가시키는 것이다. 그렇지만, 그러한 해결책은 비용이 많이 들고 네트워크가 혼잡하지 않는 기간 동안에는 추가의 자원들이 필요하지 않게 된다.
시간에 민감한 데이터 프레임들의 적시의 전달을 보장하는 다른 해결책은 대기행렬 내에서 데이터 프레임들의 우선순위를 결정하는 것이다. 그렇지만, 대기행렬 내에서의 프레임들의 우선순위 결정은 전면적인 라인 차단 문제(line blocking problem)를 해결하지 못한다. 전면적인 라인 차단 문제는 예를 들어 최상위 우선순위 데이터 프레임(우선순위 3이라 하자)이 대기행렬로부터 수신되고, 다음에 사용할 수 있는 타임 슬롯(송신을 위해 매체 액세스 제어기가 사용할 수 있는 시간의 구간)에서의 송신을 위해 레지스터(또는 다른 메모리)에 기록될 때 발생한다. 이 때, 상기 데이터 프레임은 그 대기행렬에 남아 있는 잔여의 데이터 프레임들과는 격리된다. 상기 대기행렬의 잔여의 데이터 프레임들은 새로운 인입 데이터 프레임들에 따라 다시 우선순위가 결정되지만, 최초의 데이터 프레임이 송신될 때까지는 다른 데이터가 송신될 수 없다. 그러므로, 그 최초의 프레임이 레지스터에 기록된 후 대기행렬에 들어온 고우선순위 데이터 프레임(우선순위 6이라 하자)은 저우선순위 데이터 프레임 3 이전에 송신되지 못하고 차단된다.
고우선순위 프레임들이 우선순위 프레임들보다 우선순위가 결정되게 함으로써 공지의 우선순위 결정 시스템들과 관련된 전면적인 라인 차단 문제를 해결하는 송신기 시스템 및 방법이 필요하다.
본 발명의 제1 양상은 네트워크 매체를 통해 가변 우선순위들을 갖는 데이터 프레임들을 송신하는 프레임 프로세싱 유닛을 제공하는 것이다. 상기 프레임 프로세싱 유닛은 a) 데이터 프레임들을 수신하고 데이터 프레임들을 버퍼 메모리에 저장하는 프레임 버퍼 관리 회로; b) 지정된 우선순위의 데이터 프레임들의 존재를 나타내는 데이터를 상기 버퍼 메모리에 저장하는 레지스터; c) 상기 레지스터를 판독하여, 송신을 위해 사용할 수 있는 최상위 우선순위 데이터 프레임을 결정하는 우선순위 결정 회로; 및 d) 상기 우선순위 결정 회로로부터 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 어드레스를 수신하고, 상기 프레임이 송신될 수 있다는 것을 나타내는 신호를 매체 액세스 제어기로부터 수신하고, 상기 어드레스에 대응하는 프레임을 상기 버퍼 메모리에서 검색하며, 상기 데이터 프레임을 상기 매체 액세스 제어기가 사용할 수 있게 하여 상기 네트워크 매체로 송신하는 프레임 송신 회로를 포함한다.
또한, 상기 우선순위 결정 회로는 상기 레지스터에서 데이터를 지속적으로 검색하여 상기 버퍼 메모리 내의 최상위 우선순위 데이터 프레임을 결정하고, 더 높은 우선순위 프레임을 사용할 수 있게 된다면 상기 프레임 송신 회로에 이전에 제공된 어드레스를 대체한다.
상기 프레임 버퍼는 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼가 될 수 있으며 상기 프로세싱 유닛은 상기 프레임 버퍼 내의 각각의 프레임의 어드레스 위치와 함께 상기 프레임 버퍼 내의 각각의 프레임의 우선순위에 대한 표시기를 저장하는 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블을 더 포함할 수 있다. 상기 프레임 버퍼 관리 회로는 상기 레지스터에 의해 표시되는 상기 최상위 우선순위 프레임의 어드레스를 상기 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블로부터 알아낸다.
일실시예에서, 상기 매체 액세스 제어기는 상기 프레임 송신 회로로부터 프레임을 수신하여 물리층 회로가 각각의 프레임을 사용할 수 있게 한다. 그 후, 상기 프레임 송신 회로는 우선순위 결정 회로에 명령을 보내며, 상기 우선순위 결정 회로는 상기 레지스터와 상기 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블을 갱신하여 상기 프레임의 송신을 반영한다.
상기 프레임 버퍼 관리 회로는 애플리케이션으로부터 주변 버스를 통해 통해 데이터 프레임들을 수신하고 저장하며, 상기 주변 버스를 통해 수신된 데이터는 상기 애플리케이션에 의해 할당된 가변 우선순위들을 갖는 데이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양상은 프레임 버퍼에서 사용할 수 있는 최상위 우선순위 데이터 프레임을 송신하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 a) 송신을 위해 사용할 수 있는 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 우선순위를 결정하기 위해 레지스터로부터 데이터를 판독하는 단계; b) 상기 최상위 우선순위 프레임이 프레임 버퍼에 저장되어 있는 프레임 버퍼 어드레스를 알아내는 단계; c) 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 어드레스를 프레임 송신 회로에 기록하는 단계; d) 새로운 더 높은 우선순위 데이터를 사용할 수 있게 된다면 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 어드레스를 새로운 최상위 우선순위 데이터 프레임의 어드레스로 덮어쓰는 단계; 및 e) 상기 새로운 최상위 우선순위 데이터 프레임을 상기 프레임 버퍼에서 검색하고 네트워크 매체가 사용할 수 있을 때 상기 새로운 최상위 우선순위 데이터 프레임을 송신하는 단계를 포함한다. 상기 프레임 버퍼 어드레스를 알아내는 단계는 프레임 버퍼 어드레스를 이 어드레스에 저장된 프레임의 우선순위와 함께 저장하는 포인터 테이블에서 상기 프레임 버퍼 어드레스를 룩업하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 데이터 프레임을 송신할 때 상기 레지스터와 상기 포인터 테이블을 갱신하여 상기 데이터 프레임의 송신을 반영하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 양상은 네트워크 매체 상를 통한 송신을 위해 가변 우선순위들을 갖는 데이터 프레임들을 발생하는 복수의 애플리케이션들을 연산하는 중앙 처리 장치를 포함하는 네트워크 컴퓨터를 제공하는 것이다. 상기 네트워크 컴퓨터는 상기 중앙 처리 장치로부터 상기 데이터 프레임들을 수신하고 상기 네트워크 매체 상를 통해 그 데이터 프레임들을 우선순위의 순서로 송신하는 네트워크 인터페이스 회로를 포함한다. 상기 네트워크 인터페이스 회로는, a) 상기 중앙 처리 장치로부터 데이터 프레임들을 수신하고 데이터 프레임들을 버퍼 메모리에 저장하는 프레임 버퍼 관리 회로; b) 지정된 우선순위의 데이터 프레임들의 존재를 나타내는 데이터를 상기 버퍼 메모리에 저장하는 레지스터; c) 상기 레지스터를 판독하여, 송신을 위해 사용할 수 있는 최상위 우선순위 데이터 프레임을 결정하는 우선순위 결정 회로; 및 d) 상기 우선순위 결정 회로로부터 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 어드레스를 수신하고, 프레임이 송신될 수 있다는 것을 나타내는 신호를 매체 액세스 제어기로부터 수신하고, 상기 어드레스에 대응하는 프레임을 상기 버퍼 메모리로부터 검색하며, 상기 데이터 프레임을 상기 매체 액세스 제어기가 사용할 수 있게 하여 상기 네트워크 매체로 송신하는 프레임 송신 회로를 포함한다.
또한, 상기 우선순위 결정 회로는 상기 레지스터로부터 데이터를 지속적으로 검색하여 상기 버퍼 메모리 내의 최상위 우선순위 데이터 프레임을 결정하고, 더 높은 우선순위 프레임을 사용할 수 있게 된다면 상기 프레임 송신 회로에 이전에 제공된 어드레스를 대체할 수 있다.
상기 프레임 버퍼는 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼가 될 수 있고, 상기 프로세싱 유닛은 상기 프레임 버퍼 내의 각각의 프레임의 어드레스 위치와 함께 상기 프레임 버퍼 내의 각각의 프레임의 우선순위에 대한 표시기를 저장하는 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블을 더 포함할 수 있다. 상기 프레임 버퍼 관리 회로는 상기 레지스터에 의해 표시된 바에 따라 상기 최상위 우선순위 프레임의 어드레스를 상기 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블로부터 알아낼 수 있다.
일실시예에서, 상기 매체 액세스 제어기는 상기 프레임 송신 회로로부터 프레임을 수신하여 물리층 회로가 각각의 프레임을 사용할 수 있게 한다. 그 후, 상기 프레임 송신 회로는 우선순위 결정 회로에 명령을 보내며, 상기 우선순위 결정 회로는 상기 레지스터와 상기 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블을 갱신하여 상기 프레임의 송신을 반영할 수 있다. 상기 프레임 버퍼 관리 회로는 애플리케이션으로부터 주변 버스를 통해 통해 데이터 프레임들을 수신하고 저장하며, 상기 주변 버스를 통해 수신된 데이터는 상기 애플리케이션에 의해 할당된 가변 우선순위들을 갖는 데이터를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 클라이언트 워크스테이션의 블록도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 송신기의 블록도이고,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 버퍼 관리 회로의 예시적인 동작을 도시하는 흐름도이고,
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 우선순위 결정 회로의 예시적인 동작을 도시하는 흐름도이고,
도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 송신 회로의 예시적인 동작을 도시하는 흐름도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 라우터의 블록도이다.
본 발명을 도면들을 참조하여 이제 상세히 설명한다. 도면들에서, 동일한 성분들에 대해서는 동일한 참조번호들을 사용하여 나타낸다.
도 1을 참조하면, 네트워크(10)는 본 발명의 일실시예에 따라 도시된 것이다. 네트워크(10)는 물리적 매체(14a 내지 14c)를 각각 포함하는 서브 네트워크들(13a 내지 13c)과 이 서브 네트워크(13a 내지 13c) 각각에 결합된 상호접속 장치들을 상호접속시키는 라우터(12)를 포함한다. 통상적으로, 각각의 물리적 매체(14a 내지 14c)는 이 물리적 매체(14a 내지 14c)에 결합된 각각의 장치를 상호접속시키며, 그러한 모든 장치들은 정의된 프로토콜을 사용해서 상기 물리적 매체(14a 내지 14c)에 결합된 다른 장치들에 데이터 프레임들을 전달한다. 예를 들어, 네트워크(14a)는 물리적 매체와 종래의 이더넷 표준들 중 하나의 표준에 명시된 프로토콜을 포함할 수 있다. 상기 물리적 매체(14a 내지 14c)는 넓은 적용범위 영역을 스팬(span)할 수 있고 광역 네트워크 물리적 매체를 포함할 수 있으며 광역 네트워크 프로토콜을 사용해서 통신한다는 것을 인식해야 한다. 특정한 네트워크 물리적 매체와 프로토콜은 본 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아님을 인식해야 하며 네트워크(10)는 풀-듀플렉스 네트워크들 및/또는 무선 네트워크들을 활용하는 서브-네트워크들(13a 내지 13c)을 포함할 수 있다는 것을 고려하라.
네트워크(10)는 복수의 클라이언트 워크스테이션들(18a 내지 18d)에 결합되어 있으며, 이 복수의 워크스테이션들(18a 내지 18d)은 양호한 실시예에서 전형적인 데스크탑 컴퓨터들이다. 각각의 클라이언트 워크스테이션(18)은 데이터 네트워크를 통해 통신하는 적절한 하드웨어와 소프트웨어를 포함한다. 예를 들어, 각각의 워크스테이션(18)은 HPNA 2.0 인에이블드(HPNA 2.0 enabled)이고 네트워크 매체(14)는 POTS 트위스트 페어 전화망(twisted pair telephony network)이 될 수 있다. HPNA 2.0은 POTS 트위스트 페어 전화 배선을 통해 데이터를 전달하는 프로토콜이며, 상기 POTS 트위스트 페어 전화 배선은 캘리포니아 서니베일 소재의 어드밴스드 마이크로 디바이스사가 참여하는 산업 컨소시엄 가정용 전화선 네트워킹 협회(Home Phone line Networking Association)에 의해 보급되어 있다. 또한, 각각의 클라이언트 워크스테이션(18)은 네트워크(10)를 통해 애플리케이션 서버(16)와 인터페이스하는 데이터 프로세싱 애플리케이션을 연산한다. 부가적으로, 각각의 클라이언트 워크스테이션(18)은 오퍼레이터가 H.323 전화 게이트웨이를 통해 데이터 네트워크(10)를 이용해서 워크스테이션들(18)의 다른 오퍼레이터들이나 다른 사람들과 풀 듀플렉스 오디오 통신(예를 들어 전화통화)을 할 수 있게 하는 H.323 인에이블드이다. H.323은 국제 전화 연합(International Telephony Union)(ITU)에 의해 보급된 인터넷 프로토콜(IP) 전화 표준이다.
애플리케이션 서버(16)는 상기 클라이언트 워크스테이션(18) 각각에 파일들(files)을 저장하고 통신하는 통상적인 애플리케이션 서버이다. 전화 게이트웨이(Telephony gateway)(20)는 복수의 클라이언트 워크스테이션들(18) 및/또는 PBX 시스템이나 지역 전화 회사 가입자 루프에 결합된 표준 전화기 사이에서, 디지트화된 오디오 데이터 프레임들(예를 들어 전화통화를 나타내는 디지트화된 오디오 데이터의 프레임들)을 상호접속시킨다.
도 2를 참조하면, 워크스테이션(18)의 블록도가 도시되어 있다. 워크스테이션(18)은 데이터 프로세싱 애플리케이션(60)을 저장하고 실행하는 프로세서(42) 및 메모리(48), 오디오 통신 애플리케이션(50), 및 본 명세서에 서술된 바와 같이 워크스테이션(18)에 연관된 다양한 주변 하드웨어 회로들을 구동시키는데 필요한 임의의 다른 코드를 포함한다.
상기 클라이언트 워크스테이션(18)은 통상적인 키보드(30)와 디스플레이(32)를 포함하며 이를 통해 오퍼레이터는 데이터 프로세싱 애플리케이션(60)과 인터페이스한다. 키보드(30)는 키보드 인터페이스 회로(46)에 결합되어 있고, 이 키보드 인터페이스 회로(46)는 또한 주변 버스(44)를 통해 프로세서(42)에 결합되어 있다. 메모리(48)에 저장된 키보드 구동기(56)는 공지의 기술들을 사용해서 키보드(30)를 구동한다. 유사하게, 디스플레이(32)는 비디오 카드와 같은 디스플레이 인터페이스 회로(47)에 결합되어 있고, 이 디스플레이 인터페이스 회로(47)는 또한 주변 버스(44)를 통해 프로세서(42)에 결합되어 있다. 메모리(48)에 저장된 디스플레이 구동기(54)는 디스플레이 인터페이스 회로(47)와 디스플레이(32)를 구동한다.
LAN 전화 시스템(34)은 워크스테이션 오퍼레이터가 H.323 전화 게이트웨이를 통해 전화통화를 시작하고 수신할 수 있게 한다(도 1). LAN 전화 시스템(34)은 스피커(36), 마이크로폰(38) 및 오디오 서브시스템(40)을 포함한다. 오디오 서브시스템(40)은 주변 버스(44)를 통해 프로세서(42)에 결합된다. 메모리(48)에 저장된 오디오 서브시스템 구동기(58)는 오퍼레이터와의 오디오 인터페이스를 위해 오디오 서브시스템(40), 스피커(36), 및 마이크로폰(38)을 동작시킨다. 오디오 통신 애플리케이션(50)은 H.323 표준에 따른 디지털 오디오 데이터의 프레임들을 인코드/디코드하고 그러한 디지털 오디오 데이터 프레임들을 전화 게이트웨이(20)와 교환한다(도 1). 오디오 통신 애플리케이션(50)은 또한 오퍼레이터가 다이얼을 돌리거나 전화통화를 시작할 때 키보드(30)와 디스플레이(32)를 사용할 수 있게 한다.
클라이언트 워크스테이션(18)은 네트워크 인터페이스 카드(62)를 통해 네트 워크 매체(즉, 14a, 14b 및 14c)에 결합되어 있다. 네트워크 인터페이스 카드(62)는 주변 버스(44)를 통해 프로세서(42)에 결합되어 있고 메모리(48)에 저장되어 있고 프로세서(42)의해 실행되는 네트워크 인터페이스 카드(52)는 네트워크 인터페이스 카드(62)를 구동한다.
네트워크 인터페이스 카드(62)는 디지털 오디오의 프레임들을 전화 게이트웨이(20)에, 데이터 프로세싱 애플리케이션 데이터의 프레임들을 애플리케이션 서버(16)에 전달한다는 것을 인식하여야 한다. 상술한 바와 같이, 네트워크(10) 또는 서브 네트워크들(13) 중 임의의 서브 네트워트가 정체되면 프레임들의 송신이 지연될 수 있다. 또한, 전화 게이트웨이(20) 및 애플리케이션 서버(16)로의 프레임 송신은 게이트웨이(20) 또는 애플리케이션 서버(16)에 가해지는 과중한 부하로 인해 지연될 수 있다(예를 들어, 다른 워크스테이션들(18)은 프레임들을 동시에 보내려 한다). 데이터 프로세싱 애플리케이션 데이터를 포함하는 프레임들의 지연이 현저하여 파일이나 웹 페이지의 로딩을 대기하는 사용자를 성가시게 하기는 하지만, 상기 지연들로 인해 데이터가 사용할 수 없게 되지는 않는다. 그렇지만, 음성 통신을 나타내는 디지트화된 오디오 데이터나 실시간 비디오 데이터의 지연으로 인해 수신기에서 오디오 신호가 차단되고 그리고/또는 사운드 버스트가 전혀 이해할 수 없게 되거나 비디오 영상이 중단될 수 있다. 그래서, 디지트화된 오디오 데이터나 실시간 비디오 데이터를 포함하는 가변 우선순위들을 갖는 데이터 프레임들을 실시간 프레임들, 즉 애플리케이션에 의해 높은 우선순위가 할당된 데이터 프레임들이라 칭할 수 있고, 데이터 프로세싱 애플리케이션 데이터를 포함하는 가변 우선순위들을 갖는 데이터 프레임들을 비-실시간 프레임들, 즉 애플리케이션에 의해 낮는 우선순위가 할당된 데이터 프레임들이라 칭할 수 있다.
도 3을 참조하면, 네트워크 인터페이스 카드(62)(도 2)를 실행할 때 유용한 송신기 회로(64)의 블록도가 도시되어 있다. 송신기 회로(64)는 송신을 위해 프레임들의 우선순위 순서를 결정하고 그러한 우선순위 순서대로 데이터 프레임들을 송신한다. 송신기 회로(64)는 주변 버스(44)로부터 실시간 데이터 프레임들과 비-실시간 데이터 프레임들을 수신하는 프레임 프로세싱 유닛(74)을 포함한다. 프레임 프로세싱 유닛(74)은 데이터 프레임들을 관리하기 위한 프레임 버퍼 관리 회로(100), 인입 데이터 프레임들을 저장하기 위한 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼(102), 및 데이터 프레임들을 참조하기 위한 우선순위 및 어드레스 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(104)을 포함한다. 프레임 프로세싱 유닛(74)은 또한 송신을 위해 사용할 수 있는 복수의 프레임들을 나타내는 표시기를 저장하는 레지스터(106), 송신을 위해 사용할 수 있는 최상위 우선순위 데이터 프레임(또는 매체 액세스 제어기에 의해 요청된 우선순위 데이터 프레임)을 선택하는 우선순위 결정 회로(108), 및 프레임 버퍼(102)로부터 데이터 프레임들을 검색하고 데이터 프레임들을 매체 액세스 제어기(72)에 송신하는 프레임 송신 회로(110)를 포함한다.
동작에 있어서, 프레임 버퍼 관리 회로(100)는 주변 버스(44)로부터 수신된 인입 데이터 프레임들을 판독하고 그 데이터 프레임들을 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼(102)에 기록한다. 또한, 상기 프레임 버퍼 관리 회로(100)는 데이터 프레 임이 프레임 버퍼(102)에 저장되어 있던 곳에 대응하는 시작 어드레스 및 종료 어드레스를 그 대응하는 우선순위 레벨과 함께 상기 포인터 테이블(104)에 기록한다. 상기 프레임 버퍼 관리 회로(100)는 또한 상기 우선순위 레벨에 대응하는 레지스터(106)에 비트를 설정한다.
동작에 있어서, 상기 우선순위 결정 회로(108)는 송신을 위해 사용할 수 있는 최상위 우선순위 데이터 프레임을 결정하기 위해 상기 레지스터(106)를 판독하고, 상기 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(104)로부터 프레임의 어드레스를 검색하며, 그 데이터 프레임의 어드레스를 프레임 송신 회로(110)로 보낸다. 또한, 프레임이 송신된 후, 우선순위 결정 회로는 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(104)를 클리어하고, 타당한 경우에는 레지스터(106)의 표시기를 클리어한다.
동작에 있어서, 상기 프레임 송신 회로(110)는 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼(102)로부터 데이터 프레임을 검색하고 그 데이터 프레임을 매체 액세스 제어기(72)에 제공한다. 일반적으로, 실시간 데이터 프레임들은 고우선순위 레벨 표시기를 가지는 반면 비-실시간 데이터 프레임들은 저우선순위 레벨을 갖는다. 프로세싱 유닛(74)의 동작에 관한 보다 상세한 설명은 본 출원서에서 도 4a 및 4b를 참조하여 후술한다.
동작에 있어서, 매체 액세스 제어기(72)는 물리층 회로(physical layer circuit)(68)에 결합되어 있다. 상기 물리층 회로(68)는 송신 데이터 프레임 내에서 데이터의 비트들을 페이로드 인코딩하고 그 송신 데이터 프레임을 나타내는 디지트화된 변조 반송파를 발생하기 위해 디지털 프로세싱 회로를 포함한다. 디지털/ 아날로그 변환기(70)는 라인(7) 상의 아날로그 반송파 신호를 발생한다. 아날로그 프론트 엔드(66)는 상기 라인(7) 상의 아날로그 반송파 신호를 네트워크 매체(14)에 송신하고, 상기 신호의 세기가 네트워크 송신 프로토콜의 파라메터들 내에 있도록 하기 위해 적절한 증폭기 회로들을 포함한다.
동작에 있어서, 상기 매체 액세스 제어기(72)는 라인(73) 상의 채널 센서 회로(도시되지 않음)를 포함하며, 이 회로는 네트워크 매체(14)가 송신을 위해 사용될 수 있는지를 나타낸다. 그러한 신호를 수신할 때, 매체 액세스 제어기(72)는 프레임 송신 회로(110)에 데이터 프레임 요청을 발생한다. 일반적으로, 프레임 송신 회로(110)는 송신을 위해 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼(102)에 저장된 최상위 우선순위 데이터 프레임을 매체 액세스 제어기(72)에 제공한다. 그렇지만, 특정한 환경에서, 매체 액세스 제어기(72)는 상기 최상위 우선순위 프레임보다 낮은 특정한 우선순위 프레임을 요청할 수 있다는 것을 고려하라. 그러한 환경에서, 프레임 송신 회로(110)는 요청된 우선순위 프레임을 매체 액세스 제어기(72)에 제공한다.
도 4a, 4b, 4c 각각은 프레임 프로세싱 유닛(74) 내에서 회로의 동작을 나타내는 흐름도를 도시한다. 도 3의 블록도와 관련해서 도 4a의 흐름도를 특별히 참조하면, 프레임 버퍼 관리 회로(100)의 동작이 도시되어 있다.
단계(80)에서, 프레임 관리 회로(100)는 주변 버스(44)를 모니터링하여 데이터 프레임이 송신을 위해 존재하는지를 결정한다. 데이터를 사용할 수 없다면, 복귀 루프(81)에 의해 표시된 바와 같이, 프레임 버퍼 관리 회로(100)는 데이터 프레임이 주변 버스(44)에서 사용할 수 있을 때까지 대기한다. 단계(82)에서, 데이터 프레임이 주변 버스(44) 상에 존재한다면, 프레임 버퍼 관리 회로(100)는 그 데이터를 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼(102)에 기록한다. 단계(83)에서, 프레임 버퍼 관리 회로(100)는 데이터 프레임의 어드레스와 프레임의 우선순위 레벨을 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(104)에 기록한다. 그런 다음, 단계(84)에서, 프레임 버퍼 관리 회로(100)는 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(104)에서 데이터 프레임의 우선순위 레벨에 대응하는 레지스터(106)에 비트를 설정한다.
도 3과 관련해서 도 4b를 참조하면, 우선순위 결정 회로(106)의 동작이 도시되어 있다. 단계(85)에서, 우선순위 결정 회로(108)는 사용할 수 있는 데이터 프레임들에 대해 레지스터(106)를 판독한다. 사용할 수 있는 데이터 프레임이 존재하지 않는다면, 복귀 루프(86)에 의해 표시된 바와 같이, 우선순위 결정 회로(108)는 데이터 프레임을 사용할 수 있을 때까지 레지스터(106)를 다시 판독한다. 단계(87)에서, 데이터 프레임을 사용할 수 있다면, 우선순위 결정 회로(108)는 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(014)로부터 최상위 우선순위 데이터 프레임(또는 매체 액세스 제어기에 의해 요청된 우선순위)의 어드레스를 검색한다. 단계(88)에서, 우선순위 결정 회로(108)는 그 데이터 프레임의 어드레스를 프레임 송신 회로(110)에 기록한다.
단계(89)에서, 우선순위 결정 회로(108)는 레지스터(106)와 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼(102)와 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(104)을 클리어하기 위해 프레임 송신 회로(110)로부터의 신호를 대기한다. 단계(90)에서, 우선순위 결정 회로(108)가 프레임 송신 회로(110)로부터 레지스터(106)를 클리어하기 위한 신호 를 수신하면, 상기 우선순위 결정 회로(108)는 레지스터(106)를 클리어한다. 단계(91)에서, 우선순위 결정 회로(108)는 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼(102)와 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(104)을 클리어한다. 단계(89)에서, 우선순위 결정 회로(108)가 프레임 송신 회로로부터 레지스터(106)를 클리어하기 위한 신호를 수신하지 않는다면, 우선순위 결정 회로(108)는 레지스터(106)를 다시 판독하여 고우선순위 데이터 프레임(또는 매체 액세스 제어기에 의해 요청된 우선순위를 갖는 프레임)을 단계(92)에 의해 표시된 바와 같이 사용할 수 있는지를 결정한다. 그러한 프레임이 존재하지 않는다면, 복귀 루프(93)에 의해 표시된 바와 같이, 우선순위 결정 회로(108)는 프레임 송신 회로(110)로부터 레지스터(106)를 클리어하기 위한 신호를 다시 대기한다(단계89). 단계(94)에서, 그러한 사용할 수 있는 프레임 데이터가 존재한다면, 우선순위 결정 회로(108)는 그러한 데이터 프레임의 어드레스를 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(104)로부터 검색한다. 단계(95)에서, 우선순위 결정 회로(108)는 그 데이터 프레임의 어드레스를 프레임 송신 회로(110)에 기록한다.
단계들(89 및 92)은 프레임 송신 회로(110)에 기록된 임의의 어드레스를, 단계(89)에서 상기 우선순위 결정 회로(108)가 클리어 신호를 수신하기 전의 임의의 시간에서, 고우선순위 프레임의 어드레스에 덮어쓸 수 있도록 동작한다는 것을 이해하여야 한다.
도 3과 관련해서 도 4c를 참조하면, 프레임 송신 회로(110)의 동작이 도시되어 있다. 단계(96)에서, 프레임 송신 회로(110)는 데이터 프레임을 송신하기 위한 요청을 매체 액세스 제어기(72)로부터 대기한다. 프레임 송신 회로(110)가 매체 액세스 제어기(72)로부터 요청을 수신하지 않는다면, 복귀 루프(79)에 의해 표시된 바와 같이, 프레임 송신 회로(110)는 단지 매체 액세스 제어기(72)로부터 요청을 대기하기만 한다. 단계(97)에서, 프레임 송신 호로(110)가 매체 액세스 제어기(72)로부터 요청을 수신할 때, 프레임 송신 회로(110)는 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼(102)로부터 그 데이터를 검색한다. 단계(98)에서, 프레임 송신 회로(110)는 그 데이터 프레임을 매체 액세스 제어기(72)에 송신한다. 단계(99)에서, 프레임 송신 회로는 레지스터(106)와 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼(102)와 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블(104)을 클리어하는 신호를 우선순위 결정 회로(108)에 보낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 라우터(12)의 블록도가 도시되어 있다. 라우터(12)는 이 라우터의 동작을 제어하는 마이크로프로세서(101)를 포함한다. 복수의 송수신기들(102a 내지 102b) 각각은 라우터(12)를 복수의 서브 네트워크들(13) 중 하나에 결합시킨다. 프로세서(101)는 어드레스 테이블(105)에 연결되어 있고, 하나의 서브 네트워크(13a 내지 13c) 상의 하나의 송수신기(102a 내지 102c)에 의해 수신된 프레임들을, 그 프레임이 어드레스되는 장치가 위치하는 서브 네트워크들(13a 내지 13c) 중 다른 하나에 라우딩 하도록 동작한다. 각각의 송수신기(102a 내지 102c)는 도 3, 도 4a 및 도 4b와 관련해서 상술한 바와 같이 구성되고 기능하는 송신기 회로(64)를 포함한다. 그러한 구성 및 기능은 라우터(12)가 비-실시간 프레임들을 송신하기 이전에 서브 네트워크들 상에서 실시간 프레임들을 송신할 수 있게 한다.
상술한 시스템들 및 방법들은 네트워크 매체를 통한 송신을 위해 실시간 데이터 프레임들의 우선순위 결정에 프레임 버퍼를 제공한다. 그러한 우선순위 결정은 매체 액세스 제어기에서 실행되는 임의의 우선순위 결정 방식과는 독립적으로 실행될 수 있다.
양호한 우선순위 결정 방식은 8개의 우선순위 레벨들을 제공하는 것이며, 이것은 3비트 우선순위 표시기에 의해 표시될 수 있다. 그렇지만, 본 양호한 실시예를 고려하여, 부가적인 우선순위 레벨들이 각각의 프레임에 할당될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 복수의 우선순위 레벨들을 갖는 시스템은 예를 들어 실시간 오디오 데이터와 실시간 비디오 데이터 사이에서 우선순위를 결정하는데 유용하다. 그러한 시스템에서는 또한 상이한 디지트화된 오디오 데이터 프레임들 사이의 우선순위 결정으로 따라 보다 많은 알아듣기 어려운 대화문장을 포함하는 프레임들에 고우선순위를 제공할 수 있다. 예를 들어, 오퍼레이터들이 대화문장을 알아듣기 어려운 모음 소리를 포함하는 프레임들은, 만일 떨어진다면, 연설을 완전히 이해할 수 없도록 하지는 않는 경자음 소리(hard consonant sounds)를 포함하는 프레임들보다 우선순위가 부여될 수 있다.
본 발명을 특정의 양호한 실시예들을 참조하여 도시하고 설명하였지만 본 명세서를 읽고 이해하면 당 분야의 기술인은 등가 및 변형을 행할 수 있다는 것은 자명하다. 본 발명은 그러한 모든 등가 및 변형을 포함하며 다음의 청구범위의 범주에 의해서만 제한된다.

Claims (23)

  1. 네트워크 매체 상에서 가변 우선순위들을 갖는 데이터 프레임들을 송신하는 프레임 프로세싱 유닛에 있어서,
    a) 데이터 프레임들을 수신하여 이 데이터 프레임들을 버퍼 메모리에 저장하는 프레임 버퍼 관리 회로;
    b) 지정된 우선 순위의 데이터 프레임들의 존재를 나타내는 데이터를 상기 버퍼 메모리에 저장하는 레지스터;
    c) 상기 레지스터를 판독하여, 송신을 위해 사용할 수 있는 최상위 우선순위 데이터 프레임을 결정하는 우선순위 결정 회로; 및
    d) 상기 우선순위 결정 회로로부터 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 어드레스를 수신하고, 상기 데이터 프레임이 송신될 수 있다는 것을 나타내는 신호를 매체 액세스 제어기로부터 수신하고, 상기 어드레스에 대응하는 데이터 프레임을 상기 버퍼 메모리에서 검색하며, 상기 데이터 프레임을 상기 매체 액세스 제어기가 사용할 수 있게 하여 상기 네트워크 매체로 송신하는 프레임 송신 회로를 포함하여 구성되며, 여기서
    상기 우선순위 결정 회로는 상기 레지스터에서 데이터를 지속적으로 검색하여 상기 버퍼 메모리 내의 최상위 우선순위 데이터 프레임을 결정하고, 만일 더 높은 우선순위 프레임을 사용할 수 있는 경우, 이전에 상기 프레임 송신 회로에 제공된 어드레스를 대체하는 것을 특징으로 하는 프레임 프로세싱 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레임 버퍼는 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼인 것을 특징으로 하는 프레임 프로세싱 유닛.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프레임 버퍼 내의 각각의 프레임의 어드레스 위치와 함께, 상기 프레임 버퍼 내의 각각의 프레임의 우선순위에 대한 표시기를 저장하는 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 프로세싱 유닛.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프레임 버퍼 관리 회로는 상기 레지스터에 의해 표시되는 상기 최상위 우선순위 프레임의 어드레스를 상기 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블로부터 알아내는 것을 특징으로 하는 프레임 프로세싱 유닛.
  5. 제4항에 있어서, 상기 매체 액세스 제어기는 상기 프레임 송신 회로로부터 상기 프레임을 수신하여, 물리층 회로가 각각의 프레임을 사용할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 프레임 프로세싱 유닛.
  6. 제5항에 있어서, 상기 프레임 송신 회로는 상기 매체 액세스 제어기에 프레임을 송신할 때 우선순위 결정 회로에 명령을 보내며, 상기 우선순위 결정 회로는 상기 프레임의 송신을 반영하도록 상기 레지스터와 상기 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블을 갱신하는 것을 특징으로 하는 프레임 프로세싱 유닛.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프레임 버퍼 관리 회로는 애플리케이션으로부터 주변 버스를 통해 데이터 프레임들을 수신 및 저장하는 것을 특징으로 하는 프레임 프로세싱 유닛.
  8. 제7항에 있어서, 상기 주변 버스를 통해 수신된 데이터는 상기 애플리케이션에 의해 할당된 가변 우선순위를 갖는 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 프로세싱 유닛.
  9. 프레임 버퍼에서 송신을 위해 사용할 수 있는 최상위 우선순위 데이터 프레임을 송신하는 방법에 있어서,
    a) 송신을 위해 사용할 수 있는 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 우선순위를 결정하기 위해 레지스터로부터 데이터를 판독하는 단계;
    b) 프레임 버퍼에서 상기 최상위 우선순위 프레임이 저장되는 프레임 버퍼 어드레스를 알아내는 단계;
    c) 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 어드레스를 프레임 송신 회로에 기록하는 단계;
    d) 만일 새로운 더 높은 우선순위 데이터를 사용할 수 있는 경우, 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 어드레스를 새로운 최상위 우선순위 데이터 프레임 어드레스로 덮어쓰는 단계; 및
    e) 상기 새로운 최상위 우선순위 데이터 프레임을 상기 프레임 버퍼에서 검색하여 네트워크 매체를 사용할 수 있을 때 상기 새로운 최상위 우선순위 데이터 프레임을 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 최상위 우선순위 데이터 프레임 송신 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 데이터 프레임을 송신할 때 상기 데이터 프레임의 송신을 반영하기 위해 상기 레지스터를 갱신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최상위 우선순위 데이터 프레임 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 프레임 버퍼 어드레스를 알아내는 단계는 상기 어드레스에 저장된 프레임의 우선순위와 함께 상기 프레임 버퍼 어드레스를 저장하는 포인터 테이블에서 상기 프레임 버퍼 어드레스를 룩업(look up)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최상위 우선순위 데이터 프레임 송신 방법.
  12. 제11항에 있어서, 데이터 프레임을 송신할 때 상기 데이터 프레임의 송신을 반영하기 위해 상기 포인터 테이블을 갱신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최상위 우선순위 데이터 프레임 송신 방법.
  13. 네트워크 컴퓨터에 있어서,
    a) 네트워크 매체 상에서의 송신을 위해 가변 우선순위들을 갖는 데이터 프레임들을 발생하는 복수의 애플리케이션들을 연산하는 중앙 처리 장치;
    b) 상기 데이터 프레임들을 수신하여, 상기 네트워크 매체 상에서 상기 데이터 프레임들을 우선순위의 순서로 송신하는 네트워크 인터페이스 회로를 포함하며,
    상기 네트워크 인터페이스 회로는,
    ⅰ) 상기 중앙 처리 장치로부터 데이터 프레임들을 수신하여 이 데이터 프레임들을 버퍼 메모리에 저장하는 프레임 버퍼 관리 회로;
    ⅱ) 지정된 우선순위의 데이터 프레임들의 존재를 나타내는 데이터를 상기 버퍼 메모리에 저장하는 레지스터;
    ⅲ) 상기 레지스터를 판독하여, 송신을 위해 사용할 수 있는 최상위 우선순위 데이터 프레임을 결정하는 우선순위 결정 회로; 및
    ⅳ) 상기 우선순위 결정 회로로부터 상기 최상위 우선순위 데이터 프레임의 어드레스를 수신하고, 상기 데이터 프레임이 송신될 수 있다는 것을 나타내는 신호를 매체 액세스 제어기로부터 수신하고, 상기 어드레스에 대응하는 데이터 프레임을 상기 버퍼 메모리에서 검색하며, 상기 데이터 프레임을 상기 매체 액세스 제어기가 사용할 수 있게 하여 상기 네트워크 매체로 송신하는 프레임 송신 회로를 포함하여 구성되며, 여기서
    상기 우선순위 결정 회로는 상기 레지스터에서 데이터를 지속적으로 검색하여 상기 버퍼 메모리 내의 최상위 우선순위 데이터 프레임을 결정하고, 만일 더 높은 우선순위 프레임을 사용할 수 있는 경우, 이전에 상기 프레임 송신 회로에 제공된 어드레스를 대체하는 것을 특징으로 하는 네트워크 컴퓨터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 프레임 버퍼는 랜덤 액세스 메모리 프레임 버퍼인 것을 특징으로 하는 네트워크 컴퓨터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 프레임 버퍼 내의 각각의 프레임의 어드레스 위치와 함께, 상기 프레임 버퍼 내의 각각의 프레임의 우선순위에 대한 표시기를 저장하는 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 컴퓨터.
  16. 제15항에 있어서, 상기 프레임 버퍼 관리 회로는 상기 레지스터에 의해 표시되는 상기 최상위 우선순위 프레임의 어드레스를 상기 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블로부터 알아내는 것을 특징으로 하는 네트워크 컴퓨터.
  17. 제16항에 있어서, 상기 매체 액세스 제어기는 상기 프레임 송신 회로로부터 상기 프레임을 수신하여, 물리층 회로가 각각의 프레임을 사용할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 네트워크 컴퓨터.
  18. 제17항에 있어서, 상기 프레임 송신 회로는 상기 매체 액세스 제어기에 프레임을 송신할 때 우선순위 결정 회로에 명령을 보내며, 상기 우선순위 결정 회로는 상기 프레임의 송신을 반영하도록 상기 레지스터와 상기 랜덤 액세스 메모리 포인터 테이블을 갱신하는 것을 특징으로 하는 네트워크 컴퓨터.
  19. 제18항에 있어서, 상기 프레임 버퍼 관리 회로는 애플리케이션으로부터 주변 버스를 통해 데이터 프레임들을 수신 및 저장하는 것을 특징으로 하는 네트워크 컴퓨터.
  20. 제19항에 있어서, 상기 주변 버스를 통해 수신된 데이터는 상기 애플리케이션에 의해 할당된 가변 우선순위들을 갖는 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 컴퓨터.
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