TW201310932A - 能效實體層裝置及其能效方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種具有低功耗啟動空閒傳輸模式的能效乙太網。低功耗啟動空閒傳輸模式被定義為用於在資料包間的間隔期間傳輸空閒信號。該低功耗啟動空閒傳輸模式可在那些排除了使用低功耗空閒模式和/或用於產生更高節能的減速模式的情況下提供節能。

Description

能效實體層裝置及其能效方法
本發明總的來說涉及能效乙太網(energy efficient Ethernet)網路，更具體地，涉及具有低功耗啟動空閒傳輸模式(low power active idle transmission mode)的能效乙太網。
能源成本近年來以加速趨勢持續攀升。在這種情況下，各種工業受這些攀升成本的影響已變得日漸敏感。一個已引發越來越多關注的方面是IT基礎設施。許多公司目前正在審視其IT系統的用電量，以確定是否能減少能源成本。為此，已出現聚焦於能效網路的產業，以在總體上(即，PC、顯示器、印表機、伺服器、網路設備等)解決IT設備使用的成本上升。
在設計能效解決方案中，一個考慮方面是網路鏈路的利用。例如，許多網路鏈路通常處於偶爾的資料突發(burst)之間的空閒狀態。在該空閒狀態期間，空閒信號在傳送。遺憾的是，空閒信號的傳送浪費能量且增加輻射水準。
儘管對低鏈路使用時段的識別能提供產生節能的機會，但許多流量分佈(traffic profile)可能包括伴隨高頻寬流量突發的規則或間歇性的低頻寬流量。這裡，對低鏈路利用時段的識別更加困難且節能潛力降低了。因此，需要一種能在啟動空閒信號傳輸期間產生節能的機制。
本發明提供了結合附圖中的至少一幅充分示出和/或描述的一種具有低功耗啟動空閒傳輸模式的能效乙太網，如申請專利範圍中更全面的描述。
本發明提供了一種實體層裝置中的能效方法，包括：使用所述實體層裝置的啟動資料傳輸模式(active data transmission mode)來傳輸資料流程量；當無可用資料流程量來傳輸時傳輸空閒信號，所述空閒信號的傳輸使用啟動空閒傳輸模式，所述啟動空閒傳輸模式比使用所述啟動資料傳輸模式的傳輸消耗更少電力；以及基於低鏈路利用率的指示轉換為低功耗空閒模式(low power idle mode)，所述低功耗空閒模式通過對所述實體層裝置中的發送器和接收器組件去啟動來保存能量。
上述方法還包括當準備傳輸資料流程量時，從所述啟動空閒傳輸模式轉換為所述啟動資料傳輸模式。
在上述方法中，所述啟動空閒傳輸模式使用與所述啟動資料傳輸模式不同的信號群。
在上述方法中，所述轉換包括從所述啟動資料傳輸模式轉換為所述低功耗空閒模式。
在上述方法中，所述轉換包括從所述啟動空閒傳輸模式轉換為所述低功耗空閒模式。
上述方法還包括在所述低功耗空閒模式期間傳輸刷新信號。
本發明提供了一種能效實體層裝置，包括：收發器，所述收發器具有一個以上在所述實體層裝置的低功耗空閒模式期間關閉的元件，所述實體層裝置的所述低功耗空閒模式包括睡眠、安靜、刷新和喚醒狀態；以及控制器，其 在處於啟動模式時控制所述收發器的操作來進行資料流程量和空閒信號的通訊，所述控制器被配置為將所述收發器從用於資料流程量傳輸的啟動資料傳輸模式轉換為用於空閒信號傳輸的啟動空閒資料傳輸模式，所述啟動空閒資料傳輸模式比所述啟動資料傳輸模式消耗更少電力，且比所述低功耗空閒模式消耗更多電力。
在上述裝置中，所述啟動空閒資料傳輸模式使用與所述啟動資料傳輸模式不同的信號群。
在上述裝置中，當處於所述啟動空閒資料傳輸模式時，所述收發器的一個以上部件被關閉。
本發明還提供了一種具有在低鏈路利用率時段期間使用的低功耗模式的實體層裝置中的能效方法，包括：使用所述實體層裝置的啟動資料傳輸模式來傳輸資料流程量；以及在資料包間的間隔期間，將所述實體層裝置轉換為用於在所述資料包間的間隔期間傳輸空閒信號的啟動空閒傳輸模式，所述啟動空閒傳輸模式比所述啟動資料傳輸模式消耗更少電力，且比所述低功耗模式消耗更多電力。
上述方法還包括當準備傳輸資料流程量時，從所述啟動空閒傳輸模式轉換為所述啟動資料傳輸模式。
在上述方法中，所述啟動空閒傳輸模式使用與所述啟動資料傳輸模式不同的信號群。
上述方法還包括從所述啟動資料傳輸模式轉換為所述低功耗模式。
上述方法還包括從所述啟動空閒傳輸模式轉換為所述低功耗模式。
在上述方法中，所述低功耗模式是低功耗空閒模式。
在上述方法中，所述低功耗模式使用了減速模式(subrating)。
為描述能夠獲得本發明的上述及其他優勢和特徵的方式，將參照附圖中示出的其具體實施方式對以上簡述的本發明給予更具體的描述。應理解，這些附圖僅示出了本發明的典型實施方式，且因此不作為限制本發明的範圍來考慮，將通過利用附圖以其他特徵和細節來對本發明進行描述和說明。
以下詳細討論本發明的各種實施方式。儘管討論了具體的實施，但應當理解，這樣做僅是為了說明的目的。相關領域技術人員將意識到，在不偏離本發明的思想和範圍的情況下可以使用其他部件和配置。
當網路的流量利用率不處於其最大容量時，能效乙太網網路便試圖節能。這用於在最大化節能的同時使性能影響最小化。在寬泛層面上，網路中用於具體鏈路的能效控制策略確定了何時進入節能狀態、進入什麼節能狀態(即，節能水準)、在該節能狀態下保持多長時間、從前一節能狀態轉換為什麼節能狀態等。在一種實施方式中，能效控制策略可以使這些節能決定基於IT管理員建立的設置和鏈路自身上流量特性的結合。
圖1示出了可應用能效控制策略的一種實例性鏈路。如圖所示，該鏈路支持第一鏈路夥伴110與第二鏈路夥伴120之間的通訊。在各種實施方式中，鏈路夥伴110和120可表示開關、路由器、端點(例如，伺服器、客戶機、VOIP電話、無線接入點等)等。如圖所示，鏈路夥伴110包括 實體層裝置(PHY)112、介質存取控制(MAC)114和主機116，而鏈路夥伴120包括PHY 122、MAC 124和主機126。
一般地，主機116和126可包括適當的邏輯、電路和/或代碼，其可以啟用用於經由鏈路傳送的資料包的五個最高功能層的可操作性和/或功能。由於OSI模型中各層均為直接(immediately)較高的介面層提供服務，所以MAC控制器114和124可分別為主機116和126提供必要服務來確保包被適當格式化並傳送至PHY 112和122。MAC控制器114和124可包括適當的邏輯、電路和/或代碼，其可以啟用對資料連結層(層2)的可操作性和/或功能的操控。例如，MAC控制器114和124可被配置為執行乙太網協定，諸如基於IEEE 802.3標準的協定。PHY 112和122可被配置為處理實體層需求，其包括但不限於打包、資料傳輸和序列化/反序列化(SERDES)。
再如圖1所示，鏈路夥伴110和120還分別包括能效乙太網控制策略(energy efficiency control policy entities)118和128。一般地，能效乙太網控制策略118和128可被設計為確定何時進入節能狀態、進入什麼節能狀態(即，節能水準)、在該節能狀態下保持多長時間、從前一節能狀態轉換為什麼節能狀態等。
一般地，能效乙太網控制策略118和128可包括適當的邏輯、電路和/或代碼，其可被啟用，從而為網路裝置建立和/或實施能效控制策略。在各種實施方式中，能效乙太網控制策略118和128可以是邏輯和/或功能塊，該邏輯和/或功能塊例如可在一個以上的層(包括PHY或增強型 PHY、MAC、開關、控制器或主機中的其他子系統)中實施，從而在一個以上的層中啟用能效控制。
在一個實例中，能效乙太網(諸如由IEEE 802.3az定義的能效乙太網)可通過低功耗空閒模式和/或減速模式的使用來提供大量節能。一般地，當發送器進入不發送資料的安靜(silence)時段時，可進入低功耗空閒模式。更一般地，減速模式可被用於處理低鏈路利用率情況。
圖2示出了啟動模式與低功耗空閒模式之間的轉換。如圖所示，發送器可能始於傳輸資料流程量和空閒信號的啟動模式。當由能效控制策略確定無資料流程量指示充分低的鏈路利用狀態時，能效控制策略可隨後指示發送器進入低功耗空閒模式。從啟動模式向低功耗空閒模式的轉換佔用睡眠時間Ts，在該時間之後，發送器可進入安靜狀態。發送器可能在時間Tq內保持安靜，在這之後，發送器將發送刷新信號。一般地，週期性發送刷新信號來保持鏈路活動，並使接收器保持同步。發送器可保持安靜狀態直到準備傳輸資料流程量。在處於安靜狀態時可獲得顯著的節能。
當有資料要傳送時，在可傳輸資料流程量之前，使用標準空閒信號來喚醒傳輸系統。如圖所示，針對可用的資料流程量傳輸，發送器可佔用時間Tw來喚醒並再次重新進入啟動模式。
低功耗空閒模式能進行大量節能。利用低功耗空閒模式的代價之一是由喚醒時間(Tw)和睡眠時間(Ts)表徵的開銷。這些向低功耗空閒模式的轉換和從低功耗空閒模式的轉換的開銷時間可佔用數微秒。
當流量分佈確為突髮式時(例如，鏈路90%以上的時間不活動)，由喚醒時間(Tw)和睡眠時間(Ts)表徵的開銷時間並不代表嚴重損失。這是因為啟動模式與低功耗空閒模式之間的轉換時間占鏈路不活動的時間長度的很小百分比這一情況。
然而，一些流量分佈可能具有包間間隔(inter-packet gap，IPG)，該間隔被分成在持續時間上可與由低功耗空閒的喚醒時間(Tw)和睡眠時間(Ts)表徵的轉換時間相比的更小時間段。這類流量分佈的結果可能是顯著降低的效率。僅由於系統更少頻次地能進入低功耗空閒模式即可導致該效率降低。另外，還由於系統進入便立即離開低功耗空閒模式而無法有效節能，所以可導致效率降低。正如所理解的，進入和離開低功耗空閒模式將導致電力和性能(例如，等待時間)成本。
通過低功耗空閒模式獲得的節能水準取決於流量分佈，並對流量分佈高度敏感。遺憾的是，流量分佈預先無法得知。對於具有小IPG的流量分佈的一種潛在解決方案是緩衝和批次處理資料流程量。然而，由於緩衝可能很昂貴，所以該潛在解決方案並不理想。由於這一及其他原因，行業趨勢正在遠離這種緩衝實現方式。即使緩衝和批次處理技術可用，一些流量分佈也無法顯著更改，因為該流量(例如，控制流量)不能太多延遲。
儘管有這些缺點，但低功耗空閒模式在特定的低鏈路利用狀態下能產生顯著節能。因此，本發明的特徵在於，低功耗空閒模式可通過在啟動模式期間可使用的節能機制來補充。即使當流量分佈不會使其自身通過低功耗空閒模 式產生節能時，也可隨後利用該啟動模式機制在鏈路上產生節能。通過以下描述將變得明顯，該補充節能技術將無需對流量分佈的更改。
在一種實施方式中，該補充節能機制被設計為在啟動模式下的空閒信號傳輸期間節能。如上所述，在啟動模式期間由空閒信號的傳輸消耗的能量類似於在啟動模式期間由資料流程量的傳輸消耗的能量。在本發明中，應認識到，通過利用在啟動模式下空閒信號期間的固有改善雜訊和容錯，可在標準空閒信號期間獲得節能。
本發明的特徵在於，在啟動模式期間的低功耗啟動空閒信號傳輸可被定義為能使啟動資料傳輸模式與低功耗啟動空閒傳輸模式之間的轉換時間非常快(或者為零)。一般地，當鏈路利用率低於100%但高於通常觸發低功耗空閒模式的利用水準時，可開啟低功耗啟動空閒傳輸模式。如此，在這種將排除使用低功耗空閒模式的流量分佈情況下，低功耗啟動空閒傳輸模式將補充低功耗空閒模式來提供節能。
圖3和圖4示出了這種低功耗啟動空閒傳輸模式的補充使用。如圖所示，過程始於步驟402，其中，當處於啟動資料傳輸模式時，發送器傳輸資料流程量和空閒信號。在步驟404處，能效控制策略將分析鏈路利用率來確定無資料流程量是否指示有實現節能的潛在性。當傳送空閒信號且鏈路利用水準下降時，能效控制策略可在步驟406處確定是否鏈路利用率下降至所確定的閥值以下。
在本發明中，應認識到，可使用與一個以上鏈路利用率測量值相關的多個閥值來區分兩種以上的節能狀態。在 啟動空閒傳輸模式和低功耗空閒模式被用作兩種不同節能狀態的實例中，第一閥值可被用於識別對於第一節能水準的啟動空閒傳輸模式的可用性，而第二閥值可被用於識別由低功耗空閒模式表示的更深層次的節能水準。更一般地，應當注意，能效控制策略可基於能效控制策略和裝置的能效性能的潛在要求來調節一個或多個閥值。
如上所述，較小的IPG可排除使用低功耗空閒模式。在這些情況下，鏈路利用水準可能低於第一閥值，而又高於第二閥值，從而排除了進入低功耗空閒模式。
若在步驟406處確定鏈路利用率不低於第一閥值，則傳輸系統將保持處於啟動資料傳輸模式。另一方面，若在步驟406處確定鏈路利用率低於第一閥值，則傳輸系統將於步驟408處在啟動空閒傳輸模式下傳輸空閒信號，從而產生一些節能。
在一種實施方式中，低功耗啟動空閒傳輸模式可使用標準空閒信號，其中，實體層裝置中的特定功能可被置於低功耗模式。例如，在10G實體層裝置中，由於在啟動模式下空閒信號的傳輸期間的固有改善雜訊和容錯，可關閉預增強模組的一部分。在另一實施方式中，低功耗啟動空閒傳輸模式可基於不同信號群。例如，千兆乙太網發送器可從用於資料流程量傳輸的PAM-5調製轉換為用於空閒信號傳輸的更抗衰減的PAM-3調製。這裡，由於空閒信號固有地更能容許性能下降，所以一些性能下降將是可接受的。且此外，位元錯誤也不是很關鍵。更一般地，低功耗啟動空閒傳輸模式可利用性能下降是可接受的這一事實。
如上所述，低功耗啟動空閒傳輸模式可被定義為使得需要極少的甚至為零的轉換時間。如此，低功耗啟動空閒傳輸模式將適合用於那些IPG持續時間短且無法應用低功耗空閒模式的情況。如圖3所示，低功耗啟動空閒模式可被使用，直到能效控制策略指示可進入低功耗空閒模式的時間點。在該時間點處，可通過低功耗空閒模式來實現更深層次的節能。
應當注意，啟動資料傳輸模式、啟動空閒傳輸模式與低功耗空閒模式之間的轉換不需要嚴格的順序。例如，能效策略可被設計為從啟動資料傳輸模式直接轉換為低功耗空閒模式，從而繞開啟動空閒傳輸模式。例如，該情形可致使低功耗空閒模式為優選，且進入啟動空閒傳輸模式取決於進入低功耗空閒模式的失敗。
在本發明中，應認識到，啟動空閒傳輸模式與低功耗空閒模式之間的具體關係將依賴於實現方式。重要的是，在排除應用低功耗空閒模式的情況下，啟動空閒傳輸模式可被調用來產生節能。同樣重要的是，低功耗啟動空閒傳輸模式的使用無需依賴於鏈路夥伴。
對於本領域技術人員而言，通過閱讀之前的詳細描述，本發明的這些和其他方面將變得顯而易見。儘管以上已描述了本發明的一些顯著特徵，但本發明也可具有其他實施方式，且可以對於本領域一般技術人員在閱讀了所公開的本發明之後將是顯而易見的各種方式來實施和執行，因此，以上描述不應被視為排除了這些其他實施方式。同時，也需要理解，本文所採用的措辭和術語是出於描述的目的且不應被視為限定。
110‧‧‧第一鏈路夥伴
112‧‧‧實體層裝置
114‧‧‧介質存取控制器
116‧‧‧主機
118‧‧‧能效乙太網控制策略
120‧‧‧第二鏈路夥伴
122‧‧‧實體層裝置
124‧‧‧介質存取控制器
126‧‧‧主機
128‧‧‧能效乙太網控制策略
圖1示出了鏈路夥伴(link partner)之間的乙太網鏈路。
圖2示出了啟動模式與低功耗空閒模式之間的轉換。
圖3示出了啟動資料傳輸模式與啟動空閒傳輸模式之間的轉換。
圖4示出了本發明的過程的流程圖。
110‧‧‧第一鏈路夥伴
112‧‧‧實體層裝置
114‧‧‧介質存取控制器
116‧‧‧主機
118‧‧‧能效乙太網控制策略
120‧‧‧第二鏈路夥伴
122‧‧‧實體層裝置
124‧‧‧介質存取控制器
126‧‧‧主機
128‧‧‧能效乙太網控制策略

Claims (10)

  1. 一種實體層裝置中的能效方法，包括：使用所述實體層裝置的啟動資料傳輸模式來傳輸資料流程量；當無可用資料流程量來傳輸時傳輸空閒信號，所述空閒信號的傳輸使用啟動空閒傳輸模式，所述啟動空閒傳輸模式比使用所述啟動資料傳輸模式的傳輸消耗更少電力；以及基於低鏈路利用率的指示轉換為低功耗空閒模式，所述低功耗空閒模式通過對所述實體層裝置中的發送器和接收器組件去啟動來保存能量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，還包括當準備傳輸資料流程量時，從所述啟動空閒傳輸模式轉換為所述啟動資料傳輸模式。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述啟動空閒傳輸模式使用與所述啟動資料傳輸模式不同的信號群。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述轉換包括從所述啟動資料傳輸模式轉換為所述低功耗空閒模式。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述轉換包括從所述啟動空閒傳輸模式轉換為所述低功耗空閒模式。
  6. 如申請專利範圍第1所述的方法，還包括在所述低功耗空閒模式期間傳輸刷新信號。
  7. 一種能效實體層裝置，包括：收發器，所述收發器具有一個以上在所述實體層裝置的低功耗空閒模式期間關閉的元件，所述實體層裝置的所述低功耗空閒模式包括睡眠、安靜、刷新和喚醒狀態；以及控制器，其在處於啟動模式時控制所述收發器的操作來進行 資料流程量和空閒信號的通訊，所述控制器被配置為將所述收發器從用於資料流程量傳輸的啟動資料傳輸模式轉換為用於空閒信號傳輸的啟動空閒資料傳輸模式，所述啟動空閒資料傳輸模式比所述啟動資料傳輸模式消耗更少電力，且比所述低功耗空閒模式消耗更多電力。
  8. 如申請專利範圍第7所述的裝置，其中，所述啟動空閒資料傳輸模式使用與所述啟動資料傳輸模式不同的信號群。
  9. 如申請專利範圍第7所述的裝置，其中，當處於所述啟動空閒資料傳輸模式時，所述收發器的一個以上部件被關閉。
  10. 一種具有在低鏈路利用率時段期間使用的低功耗模式的實體層裝置中的能效方法，包括：使用所述實體層裝置的啟動資料傳輸模式來傳輸資料流程量；以及在資料包間的間隔期間，將所述實體層裝置轉換為用於在所述資料包間的間隔期間傳輸空閒信號的啟動空閒傳輸模式，所述啟動空閒傳輸模式比所述啟動資料傳輸模式消耗更少電力，且比所述低功耗模式消耗更多電力。
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