TWI497950B - 網路傳輸裝置及其頻寬管理方法 - Google Patents

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Description

網路傳輸裝置及其頻寬管理方法
本揭露是有關於一種頻寬管理方法及應用於等時性網路傳輸裝置，且特別是一種可提升網路使用效率之頻寬管理方法及應用其之網路傳輸裝置。
在科技發展日新月異的現今時代中，等時性串流(Isochronous Stream)網路傳輸機制係被開發出來，以針對傳輸時間較為敏感之資料封包(例如是多媒體影音資料)進行即時傳輸。一般來說，現有之等時性串流傳輸機制多依循電機電子工程師協會802.1音訊/視訊橋接工作小組(IEEE 802.1 AV Bridging Task Group，IEEE 802.1 AVB)所訂定之等時性封包傳輸標準，先將頻寬以每125us為一周期做劃分，再將每一段傳輸週期中之前75%及後25%分別訂為等時性(Synchronous)封包及非等時性(Asynchronous)(Legacy)封包傳輸期間，並分別於其中進行等時性封包及非等時性封包之傳輸操作。
根據等時性網路(isochronous network)的特性，等時性傳輸期間最多可佔所有頻寬的75%，剩餘的頻寬才為非等時性封包傳輸期間，所以頻寬大小是非固定的，並且非等時性封包大小是可變的，造成非等時性頻寬會有浪費的狀況。據此，如何針對非等時性封包傳輸操作設計出較佳之傳輸管理方法，為業界不斷致力的方向之一。
本實施例是有關於一種頻寬管理方法及應用於等時性網路傳輸裝置，本揭露相關之頻寬管理方法及應用於等時性網路傳輸裝置具有可有效地提升非等時性頻寬使用率的優點。
根據本揭露之第一方面提出一種網路傳輸裝置，設置於網路環境中，其中網路傳輸裝置包括接收單元、交換單元及傳輸單元。接收單元接收多個非等時性(Asynchronous)封包及等時性(Isochronous)封包。交換單元對接收單元接收之非等時性及等時性封包進行交換操作，以輸出對應至傳輸目的端之多個非等時性封包及等時性封包。傳輸單元接收並將非等時性封包及等時性封包提供至傳輸目的端，傳輸單元包括時序控制電路及非等時性傳輸邏輯電路。時序控制電路將傳輸期間劃分為非等時性傳輸期間及等時性傳輸期間。非等時性傳輸邏輯電路根據非等時性封包之封包長度資訊，決定各非等時性封包之傳輸次序。非等時性傳輸邏輯電路更根據剩餘頻寬資訊於非等時性傳輸期間中，依據各非等時性封包之傳輸次序來輸出非等時性封包。
根據本揭露之第二方面提出一種頻寬管理方法，應用於網路傳輸裝置中，用以傳輸多個非等時性封包及等時性封包，頻寬管理方法包括下列步驟。首先將傳輸期間劃分為非等時性傳輸期間及等時性傳輸期間，在等時性傳輸期間中輸出等時性封包。然後根據剩餘頻寬資訊決定非等時 性傳輸期間之剩餘頻寬。接著根據非等時性封包之封包長度資訊，決定各非等時性封包之傳輸次序。之後於非等時性傳輸期間中，依據各非等時性封包之傳輸次序來輸出非等時性封包。
為了對本實施例之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1圖，其繪示依照本揭露實施例之網路傳輸裝置的方塊圖。網路傳輸裝置1設置於一網路環境中，用以對訊號源端裝置及目的端裝置間之訊號進行傳輸操作。網路傳輸裝置1包括接收單元12、交換單元14及傳輸單元16。接收單元12接收多個非等時性(Asynchronous)封包Pi及多個等時性(Isochronous)封包Pa。在本實施例中係以網路傳輸裝置1包括一個接收單元12及一個傳輸單元16的情形為例做說明，然而，本實施例之網路傳輸裝置1並不侷限於此。在其他例子中，網路傳輸裝置1亦可包括兩個或兩個以上之接收單元及傳輸單元。
交換單元14用以在網路傳輸裝置1中包括多個接收單元或多個傳輸單元時，管理接收單元及傳輸單元間之封包傳輸對應關係。
傳輸單元16接收交換單元16提供之非等時性封包Pa及等時性封包Pi，並將其提供至此傳輸目的端裝置。舉例來說，傳輸單元16包括時序控制電路16a、非等時性傳輸邏輯電路16b、等時性邏輯傳輸電路16c、輸出多工器 (Multiplexer)電路16d及解多工器(Demultiplexer)電路16e。
解多工器電路16e將交換單元14提供之非等時性封包Pa及等時性封包Pi分別提供至非等時性傳輸邏輯電路16b及等時性傳輸邏輯電路16c。等時性傳輸邏輯電路16c在等時性傳輸期間Ti中輸出等時性封包Pi。
時序控制電路16a決定傳輸期間Tf，並提供傳輸週期起始訊號Ss指示傳輸期間Tf之起始時點；時序控制電路16a更將傳輸期間Tf劃分為非等時性傳輸期間Ta及等時性傳輸期間Ti。舉例來說，本實施例之網路傳輸裝置1之封包傳輸操作符合電機電子工程師協會802.1音訊/視訊橋接工作小組(IEEE 802.1 AV Bridging Task Group，IEEE 802.1 AVB)所訂定之等時性封包傳輸標準。據此，網路傳輸裝置1之訊框(Frame)期間Tf為125微秒(Microsecond，μs)，而其中對應至等時性封包傳輸之等時性傳輸期間Ti最多約佔訊框期間Tf的75%，而對應至非等時性封包傳輸之非等時性傳輸期間Ta最少約佔訊框期間的25%，即其分別約等於93.75μs及31.25μs，如第2圖所示。
非等時性傳輸邏輯電路16b根據各非等時性封包Pa之封包長度資訊，決定各非等時性封包Pa之傳輸次序。非等時性傳輸邏輯電路16b更根據剩餘頻寬資訊(Remained Bandwidth Information)RBI於非等時性傳輸期間Ta中，依據各非等時性封包Pa之傳輸次序來輸出非等時性封包Pa。
請參照第3圖，其繪示乃第1圖之非等時性傳輸邏輯電路16b的詳細方塊圖。舉例來說，非等時性傳輸邏輯電路16b包括N個暫存佇列(Queue)Q1、Q2、…、QN、封包分類器(Packet Classifier)PC及封包排序器(Packet Arranger)PA，其中N為大於1之自然數。封包分類器PC根據封包長度條件，將非等時性封包Pa分為N個封包子集合Set_1、Set_2、…、Set_N，並將N個封包子集合Set_1-Set_N分別儲存至暫存佇列Q1-QN中，其中N個封包子集合Set_1-Set_N分別對應至N個傳輸次序。
舉例來說，非等時性傳輸期間Ta對應之剩餘頻寬係以剩餘頻寬Ba來表示。封包排序器PA根據N個傳輸次序依序地將N個封包子集合Set_1-Set_N中之非等時性封包註冊於剩餘頻寬Ba，藉此在非等時性傳輸期間Ta中對N個封包子集合Set_1-Set_N進行傳輸。
請參照第4及第5圖，其分別繪示依照本揭露實施例之非等時性傳輸邏輯電路的操作示意圖及操作時序圖。舉一個操作實例來說，N等於5，而此封包長度條件用以決定下列5個封包長度範圍L1(64-127個位元組(Byte))、L2(128-255個位元組)、L3(256-511個位元組)、L4(512-1023個位元組)及L5(超過1024個位元組)。封包分類器PC根據各非等時性封包Pa之封包長度資訊，將封包長度落在前述封包長度範圍L1-L5之非等時性封包分別分類為封包子集合Set_1-Set_N(N=5)。
以第4圖之例子來說，封包分類器PC係依序接收到非等時性封包A-M；其中非等時性封包H及E對應至封包 長度範圍L5；非等時性封包J、G及A對應至封包長度範圍L4；非等時性封包L對應至封包長度範圍L3；非等時性封包M、C、B對應至長度範圍L2；非等時性封包K、I、F及D對應至封包長度範圍L1。據此，封包分類器PC係分別將前述對應至各封包長度範圍L1-L5之非等時性封包A-M儲存至對應之暫存佇列Q1-Q5中。其中封包子集合Set_5-Set_1分別對應至最高傳輸次序、第二傳輸次序、第三傳輸次序、第四傳輸次序及第五傳輸次序。
封包排序器PA用以根據剩餘頻寬資訊RBI找出目前訊框期間Tf中非等時性傳輸期間Ta之剩餘頻寬Ba，並根據前述封包子集合Set_1-Set_5之傳輸次序及各封包子集合Set_1-Set_5中之封包接收次序，來將各封包子集合Set_1-Set_5之傳輸操作安排在非等時性傳輸期間Ta中。
更詳細的說，在找出非等時性傳輸期間Ta之剩餘頻寬Ba後，封包排序器PA係經由迴圈操作，經由下列次序依序地決定是否將各筆非等時性封包A-M之傳輸操作安排在非等時性傳輸期間Ta中：E、H、A、G、J、L、B、C、M、D、F、I及K(即是先參考封包子集合Set_1-Set_5之傳輸次序，再參考各封包子集合Set_1-Set_5中之資料接收次序)。
請參照第5A圖，其繪示封包排序器PA所執行之迴圈操作的流程圖。如步驟(d1)，找出子集合Set_5(對應至最高傳輸次序)中第一筆非等時性封包E的長度。如步驟(d2)，判斷子集合Set_5(對應至最高傳輸次序)中第一筆非等時性封包E的長度是否小於或等於剩餘頻寬Ba；若是 執行步驟(d3)，封包排序器PA將非等時性封包E之傳輸操作安排於非等時性傳輸期間Ta中，並將剩餘頻寬Ba減去非等時性封包E之長度以得到更新剩餘頻寬Ba’，如第6圖所示。
之後封包排序器PA重複步驟(d1)，封包排序器PA以判斷子集合Set_5中第二筆非等時性封包H的長度是否小於或等於更新剩餘頻寬Ba’；若否則跳出步驟(d1)-(d3)之迴圈操作。
請參照第5B圖，其繪示封包排序器PA所執行之迴圈操作的流程圖。在跳出步驟(d1)-(d3)之迴圈操作後，封包排序器PA在執行步驟(d5)-(d7)之迴圈操作，以針對子集合Set_4中之各筆非等時性封包A、G及J進行傳輸安排。如步驟(d5)，找出子集合Set_4(對應至次高傳輸次序)中第一筆非等時性封包A的長度。如步驟(d6)，判斷非等時性封包A的長度是否小於或等於更新剩餘頻寬Ba’；若是執行步驟(d7)，封包排序器PA將非等時性封包A之傳輸操作安排於非等時性傳輸期間Ta中，並將更新剩餘頻寬Ba’減去非等時性封包A之長度以得到更新剩餘頻寬Ba"。之後封包排序器PA重複步驟(d5)。
據此，封包排序器PA資後之非等時性傳輸期間中之操作可根據以以上敘述類推得到，於此並不再對其進行贅述。
輸出多工器電路16d於等時性傳輸期間Ti及非等時性傳輸期間Ta中分別輸出等時性封包Pi及非等時性封包Pa，輸出多工器電路16d更用以提供剩餘頻寬資訊RBI以 指示非等時性傳輸期間Ta之剩餘頻寬Ba。
在本實施例中，雖僅以封包分類器PC根據各非等時性封包Pa之封包長度資訊來決定各非等時性封包Pa之傳輸次序的情形為例做說明，然，本實施例之封包分類器PC並不侷限於此。在其他例子中，封包分類器PC參考各非等時性封包Pa之傳輸優先次序標籤資訊Itg，來進行將非等時性封包Pa分為N個封包子集合Set_1-Set_N之操作。
舉例來說，一旦接收到之非等時性封包Pa中之傳輸優先次序標籤資訊Itg指示其具有高傳輸優先次序時，封包分類器PC其分類至對應至最高傳輸次序之封包子集合(例如是第4圖中儲存於暫存佇列Q5中之封包子集合Set_5)中，以確保其具有較高之傳輸次序。
請參照第7圖，其繪示依照本揭露實施例之頻寬管理方法的流程圖。應用於網路傳輸裝置1中，用以傳輸多個非等時性封包Pa及多個等時性封包Pi。頻寬管理方法包括下列之步驟。首先如步驟(a)，時序控制電路16a將傳輸期間Tf劃分為非等時性傳輸期間Ta及等時性傳輸期間Ti。接著如步驟(b)，等時性傳輸邏輯電路16c在等時性傳輸期間Ti中輸出等時性封包Pi。
然後如步驟(c)，非等時性傳輸邏輯電路16b根據剩餘頻寬資訊RBI決定非等時性傳輸期間Ta之剩餘頻寬Ba。接著如步驟(d)，非等時性傳輸邏輯電路16b根據非等時性封包Pa之封包長度資訊決定各非等時性封包Pa之傳輸次序。其中，非等時性傳輸邏輯電路16b係經由第5圖所述中之步驟(d1)-(d7)來決定非等時性封包Pa之傳輸 次序。
之後如步驟(e)，非等時性傳輸邏輯電路16b於非等時性傳輸期間Ta中，依據各非等時性封包Pa之傳輸次序來輸出非等時性封包Pa。
本實施例之網路傳輸裝置係於非等時性傳輸邏輯電路中應用封包分類器，以根據各非等時性封包之封包長度資訊來將其劃分為多個對應至不同傳輸次序之封包子集合。本實施例之網路傳輸裝置更於非等時性傳輸邏輯電路中應用封包排序器，以依據各封包子集合之傳輸次序來依序地將各封包子集合中之非等時性封包之傳輸操作安排於非等時性傳輸子期間之剩餘頻寬中。據此，相較於傳統網路傳輸裝置，本實施例之網路傳輸裝置及頻寬管理方法具有可避免發生浪費非等時性傳輸期間之頻寬利用率不佳及有效地提升網路之頻寬使用率的優點。
綜上所述，雖然本案專利說明書已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧網路通訊裝置
12‧‧‧接收單元
14‧‧‧交換單元
16‧‧‧傳輸單元
16a‧‧‧時序控制電路
16b‧‧‧非等時性傳輸邏輯電路
16c‧‧‧等時性傳輸邏輯電路
16d‧‧‧輸出多工器電路
16e‧‧‧解多工器電路
PC‧‧‧封包分類器
PA‧‧‧封包排序器
Q1-QN‧‧‧暫存佇列
第1圖繪示依照本揭露實施例之網路傳輸裝置的方塊圖。
第2圖繪示依照本揭露實施例之網路傳輸裝置的操作 時序圖。
第3圖繪示乃第1圖之非等時性傳輸邏輯電路16b的詳細方塊圖。
第4圖其繪示依照本揭露實施例之非等時性傳輸邏輯電路的操作示意圖。
第5A及5B圖繪示封包排序器PA所執行之迴圈操作的流程圖。
第6圖其繪示依照本揭露實施例之非等時性傳輸邏輯電路的操作時序圖。
第7圖繪示依照本揭露實施例之頻寬管理方法的流程圖。
(d1)-(d3)‧‧‧操作步驟

Claims (9)

  1. 一種網路傳輸裝置，設置於一網路環境中，該網路傳輸裝置包括：一接收單元，用以接收複數個非等時性(Asynchronous)封包及複數個等時性(Isochronous)封包；一交換單元，用以對該些非等時性及該些等時性封包進行交換操作；以及一傳輸單元，用以接收並將該些非等時性封包及該些等時性封包提供至該傳輸目的端，該傳輸單元包括：一時序控制電路，用以將一傳輸期間劃分為一非等時性傳輸期間及一等時性傳輸期間；一非等時性傳輸邏輯電路，用以根據該些非等時性封包之一封包長度資訊，決定各該些非等時性封包之一傳輸次序，該非等時性傳輸邏輯電路更根據一剩餘頻寬資訊於該非等時性傳輸期間中，依據各該些非等時性封包之該傳輸次序來輸出該些非等時性封包；其中該非等時性傳輸邏輯電路包括：N個暫存佇列(Queue)，其中N為大於1之自然數；一封包分類器，用以根據複數個封包長度條件將該些非等時性封包分為N個封包子集合，並將該N個封包子集合分別儲存至該些暫存佇列中，其中該N個封包子集合分別對應至N個傳輸次序；及一封包排序器，根據該N個傳輸次序依序地將該N個封包子集合中之非等時性封包註冊於一剩餘頻寬中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之網路傳輸裝置，其中該封包分類器更參考各該些非等時性封包之一傳輸優先次序標籤資訊，來進行將該些非等時性封包分為該N個封包子集合之操作。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之網路傳輸裝置，其中該封包排序器執行下列操作，以安排該N個封包子集合中之各非等時性封包的傳輸操作：(A)選擇該N個封包子集合中對應至第j個傳輸次序之封包子集合，該第j個傳輸次序之封包子集合包括M個非等時性封包，其中j為起始值為1且小於或等於N之自然數，M為自然數；(B)針對該M個非等時性封包進行傳輸排序，其中包括：(a)判斷該M個非等時性封包中的一第i個非等時性封包之長度是否小於或等於該剩餘頻寬，其中i為起始數值等於1且小於或等於M之自然數；(b)當該第i個非等時性封包長度小於或等於該剩餘頻寬時，將該第i個非等時性封包之傳輸操作安排於該非等時性傳輸期間中，並將該剩餘頻寬減去該第i個非等時性封包長度以更新該剩餘頻寬，之後跳到步驟(d)；(c)當該第i個非等時性封包長度大於該剩餘頻寬時，跳到步驟(d)；及(d)將i遞增1，並判斷i是否大於M；若否， 重複操作(a)；若是，終止(B)之流程；以及(C)將j遞增1，並判斷j是否大於N；若否，重複操作(A)；若是，終止(A)-(C)之流程。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之網路傳輸裝置，其中該傳輸單元更包括：一等時性傳輸邏輯電路，用以在該等時性傳輸期間中輸出該些等時性封包。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之網路傳輸裝置，其中該傳輸單元更包括：一解多工器(Demultiplexer)電路，用以將該交換單元提供之該些非等時性封包及該些等時性封包分別提供至該非等時性傳輸邏輯電路及該等時性傳輸邏輯電路。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之網路傳輸裝置，其中該傳輸單元更包括：一輸出多工器(Multiplexer)電路，於該等時性傳輸期間及該非等時性傳輸期間中分別輸出該些等時性封包及該些非等時性封包，該輸出多工器電路更用以提供該剩餘頻寬資訊以指示該非等時性傳輸期間之一剩餘頻寬。
  7. 一種頻寬管理方法，應用於一網路傳輸裝置中，用以傳輸複數個非等時性(Asynchronous)封包及複數個等時性(Isochronous)封包，該頻寬管理方法包括： 將一傳輸期間劃分為一非等時性傳輸期間及一等時性傳輸期間；在該等時性傳輸期間中輸出該些等時性封包；根據一剩餘頻寬資訊決定該非等時性傳輸期間之一剩餘頻寬；根據各該些非等時性封包之一封包長度資訊，決定各該些非等時性封包之一傳輸次序；以及於該非等時性傳輸期間中，依據各該些非等時性封包之該傳輸次序來輸出該些非等時性封包；其中輸出該些非等時性封包之步驟更包括：根據複數個封包長度條件將該些非等時性封包分為N個封包子集合，其中該N個封包子集合分別對應至N個傳輸次序；將該N個封包子集合分別儲存至複數個暫存佇列；及根據該N個傳輸次序，依序地將該N個封包子集合中之非等時性封包註冊於該傳輸資料頻寬中。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之頻寬管理方法，其中將該些非等時性封包分為該N個封包子集合的步驟更包括：參考各該些非等時性封包之一傳輸優先次序標籤資訊，來將該些非等時性封包分為該N個封包子集合；及安排各該N個封包子集合中之各非等時性封包的傳輸操作。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之頻寬管理方法，其中安排各該N個封包子集合中之各非等時性封包的傳輸操作包括：(A)選擇該N個封包子集合中對應至第j個傳輸次序之封包子集合，該第j個傳輸次序之封包子集合包括M個非等時性封包，其中j為起始值為1且小於或等於N之自然數，M為自然數；(B)針對該M個非等時性封包進行傳輸排序，其中包括：(a)判斷該M個非等時性封包中的一第i個非等時性封包之長度是否小於或等於該剩餘頻寬，其中i為起始數值等於1且小於或等於M之自然數；(b)當該第i個非等時性封包長度小於或等於該剩餘頻寬時，將該第i個非等時性封包之傳輸操作安排於該非等時性傳輸期間中，並將該剩餘頻寬減去該第i個非等時性封包長度以更新該剩餘頻寬，之後跳到步驟(d)；(c)當該第i個非等時性封包長度大於該剩餘頻寬時，跳到步驟(d)；及(d)將i遞增1，並判斷i是否大於M；若否，重複操作(a)；若是，終止(B)之流程；以及(C)將j遞增1，並判斷j是否大於N；若否，重複操作(A)；若是，終止(A)-(C)之流程。
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