TWI513228B - 網路設備及其方法 - Google Patents
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Description
本發明主要涉及乙太網網路,更具體地,涉及用於具有非對稱流量剖析的節能乙太網的系統和方法。
能量成本在近年來迅速發展的趨勢中繼續逐步升高。不同的行業已經對這些上升的成本的影響日益敏感,這是一個事實。越來越受到關注的一個領域是IT基礎設施。許多公司現在正著眼於其IT系統的功率使用,來確定是否可以降低能量成本。為此,關注於節能網路的行業已經出現,以從整體上解決IT設備(例如,個人計算機、顯示器、打印機、服務器、網格設備等)使用的上升的成本。
在設計節能解決方案的過程中,一個考慮因素是網路鏈路的利用。例如,許多網路鏈路在數據的零星突發傳送之間通常處於空閒狀態。空閒訊號在鏈路上的傳輸浪費能量且增加了輻射的發射水平。因此,這些頻率低鏈路利用周期的識別可以提供節能的機會。
根據本發明的一個方面,提供了一種方法,包括:以全雙工模式操作網路設備中的物理層設備,在所述全雙工模式中,所述物理層設備在單個雙絞線上發射和接收數據;一旦第一確定在所述全雙工模式中第一方向的傳輸進入低鏈路利用狀況,則將所述物理層設備從所述全雙工模式轉換到單工模式,在所述單工模式
中,在所述單個雙絞線上的第一方向的傳輸被中斷而在所述單個雙絞線上的第二方向的傳輸繼續;一旦轉換到所述單工模式,就禁用由所述物理層設備使用的消除電路;以及在禁用之後且一旦第二確定第二方向的傳輸進入低鏈路利用狀況,則將所述物理層設備從所述單工模式轉換到低功率模式,在所述低功率模式中,在所述單個雙絞線上的第一方向的傳輸和第二方向的傳輸都被中斷。
其中,所述低功率模式為低功率空閒模式。
其中,所述低功率模式為子集物理層設備模式。
根據本發明的另一種方法,包括:以全雙工模式操作網路設備中的物理層設備,在所述雙工模式中,所述物理層設備在相同傳輸介質上發射和接收數據;將所述物理層設備從所述全雙工模式轉換到單工模式,所述轉換支持在所述相同傳輸介質上的數據發射和數據接收中的一個被中斷的操作狀態;以及一旦轉換,就禁用由所述物理層設備使用的消除電路。
其中,所述傳輸介質為雙絞線。
其中,所述傳輸介質為光纖電纜。
其中,所述傳輸介質為背板。
所述方法進一步包括將所述物理層設備從所述單工模式轉換至低功率模式,在所述低功率模式,在相同導體上的數據發射和數據接收都被中斷。
其中,所述低功率模式為低功率空閒模式。
其中,所述低功率模式為子集物理層設備模式。
其中,所述物理層設備為1000BASE-T物理層設備。
其中,所述物理層設備為一對吉比特(Giga bit)物理層設備。
其中,所述物理層設備是兩對吉比特(Giga bit)物理層設備。
根據本發明的另一個方面,提供了一種網路設備,包括:物理層設備,被配置為以全雙工模式在傳輸介質上通訊;以及節能
控制策略,被配置將所述物理層設備從所述全雙工模式轉換為單工模式,在所述單工模式中,在所述傳輸介質上的數據發射和數據接收中的一個被中斷,所述節能控制策略進一步被配置為將由所述物理層設備使用的消除電路禁用所述物理層設備以所述單工模式操作的時間的至少一部分。
其中,所述傳輸介質為雙絞線。
其中,所述傳輸介質為雙絞線。
其中,所述傳輸介質為背板。
其中,所述節能控制策略進一步被配置為將所述物理層設備從所述單工模式轉換到低功率模式,在所述低功率模式中,在相同導體上的數據發射和數據接收都被中斷。
其中,所述低功率模式為低功率空閒模式。
其中,所述低功率模式為子集物理層設備模式。
110‧‧‧第一鏈路合作夥伴
118‧‧‧第二鏈路合作夥伴
116‧‧‧主機
114‧‧‧MAC
112‧‧‧PHY
122‧‧‧PHY
124‧‧‧MAC
126‧‧‧主機
120‧‧‧鏈路合作夥伴
128‧‧‧節能控制策略實體
510‧‧‧全雙工模式
520‧‧‧單工模式
530‧‧‧低功率模式
為了描述可以獲得本發明的以上所述的和其他優勢和特徵的方式,通過參考在相關附圖中所示的本發明的具體實施方式,提出以上簡要地描述的本發明的更具體的描述。理解的是,附圖僅描述了本發明的典型實施方式,因此不認為附圖限制本發明的保護範圍,將通過附圖以另外的特性和細節描述和說明本發明,在附圖中:圖1示出在具有實施本發明的節能控制策略的節能控制策略的鏈路合作夥伴之間的乙太網鏈路。
圖2示出在具有單向數據的鏈路合作夥伴之間的信令。
圖3示出具有非對稱數據流量的低功率空閒的使用。
圖4示出一對乙太網傳輸系統的示例性應用。
圖5示出在處理具有非對稱流量剖析的鏈路的過程中由節能控制協議使用的狀態圖。
圖6示出兩對乙太網傳輸系統的示例性應用。
以下詳細地討論本發明的各種實施方式。儘管討論了具體的實施,但是應當理解,這些實施方式僅用於示出的目的。相關領域中的技術人員將認識到,在不偏離本發明的精神和保護範圍的情況下,可以使用其他部件和配置。
當網路的流量利用不在其最大容量時,節能乙太網網路嘗試節省功率。這用於最小化性能影響,同時最大化節能。節能控制策略可以遇到的一種類型的流量剖析是非對稱流量剖析。在一個實例中,非對稱流量剖析可以在汽車系統環境中發現,其中,第一鏈路方向携帶視頻流量,第二鏈路方向携帶不常用的低帶寬狀態、協議、診斷、和/或控制流量。
非對稱流量剖析可以限制可以獲得的節能量。例如,存在鏈路的任一方向的流量的存在可以防止節能控制策略使鏈路進入低功率模式,例如低功率空閒模式。根據本發明,提供了節能控制協議,從而使得當遇到非對稱流量剖析時可以提高節能量。
在一個實施方式中,本發明的節能方法可以被配置為控制網路設備中的物理層設備(PHY)的操作。在一個實例中,網路設備中的PHY起初被配置為以全雙工模式操作,其中,PHY在傳輸介質上發射和接收數據。在不同的應用中,傳輸介質可以表示雙絞線、光纖電纜、背板等。
當以全雙工模式操作時,由節能控制策略可以確定在全雙工模式中第一方向的傳輸已經進入低鏈路利用狀況。基於這樣的確定,節能控制策略可以被配置為將PHY從全雙工模式轉換到單工模式,在單工模式,在傳輸介質上的第一方向的傳輸被中斷,而在傳輸介質上的第二方向的傳輸繼續。在單工模式中可以實現節能。例如,可以禁用在全雙工模式期間使用的回波消除、近端串擾(NEXT)、遠端串擾(FEXT)、相異近端串擾(ANEXT)、相異遠端串擾(AFEXT)、發射(TX)DSP、接收(RX)DSP、預加
重等電路,斷開分段的電源,或在以單工模式的PHY操作期間減少使用。
在一個實施方式中,可以由節能控制策略進一步確定在單工模式中使用的第二方向的傳輸也已經進入低鏈路利用狀況。基於這樣的進一步的確定,節能控制策略可以進一步被配置為使PHY從單工模式轉換成低功率模式,在低功率模式中,在傳輸介質上的第一方向的傳輸和第二方向的傳輸都被中斷。這樣的進一步的轉換可以通過低功率模式(例如低功率空閒(LPI)模式)體現。通常,當沒有數據傳輸時,LPI取決於打開在兩個傳輸方向上不活躍的活動通道。因而當鏈路斷開時節省了能量。可以周期性地發送刷新訊號,從而能夠從LPI模式喚醒。
本發明的特徵在於,節能控制協議可以被設計為控制狀態在全雙工模式、單工模式和低功率模式之間的轉換。這裡,全雙工模式表示在傳輸介質(例如,雙絞線、光纖電纜、背板等)上發射兩個PHY的傳輸模式,單工模式表示在傳輸介質上只發射一個PHY的傳輸狀態,以及低功率模式表示在傳輸介質上部發射任何PHY的傳輸狀態。在操作中,全雙工模式可以表示正常的操作狀態,單工模式可以表示兩個PHY中只有一個PHY準備進入低功率模式的操作狀態,以及低功率模式可以表示兩個PHY都準備進入低功率模式的低功率模式。本發明的特徵在於,通過停用在全雙工模式中使用但在單工模式中不需要的PHY消除電路可以進一步節省能量。
在描述使用本發明的節能控制協議的細節之前,首先提供可以用於實施本發明的節能控制策略的描述。廣泛地,用於網路中的特定鏈路的節能控制策略判斷何時進入節能狀態、進入哪種節能狀態(例如,節能等級)、保持在節能狀態多久、從先前的節能狀態轉換至哪個節能狀態、是否影響流量剖析(例如,合並數據包、緩衝和批處理、重新平衡流量、整形流量等)等。在一個實
施方式中,節能控制策略可以使這些節能判定基於由IT管理者建立的設置和在鏈路上的流量特性的組合。
圖1示出本發明的節能控制策略可以應用的示例性鏈路。如圖所示,鏈路支持第一鏈路合作夥伴110和第二鏈路合作夥伴120之間的通信。在不同的實施方式中,鏈路合作夥伴110和120可以表示交換機、路由器、端點(例如,服務器、客戶端、VOIP電話、無線存取點等)等。如圖所示,鏈路合作夥伴110包括PHY 112、媒體存取控制(MAC)114和主機116,而鏈路合作夥伴120包括PHY 122、MAC 124和主機126。
通常,主機116和126可以包含啟用要在鏈路上傳輸的數據包的五個最高功能層的可操作性和/或功能性的合適的邏輯、電路和/或代碼。由於OSI模型中的每個層提供服務給直接更高介面層,所以MAC 114和124可以提供必要的服務給主機116和126,以確保數據包被適當地格式化並被分別傳輸至PHY 112和122。MAC 114和124可以包含使得能夠處理數據鏈路層(層2)可操作性和/或功能性的合適的邏輯、電路和/或代碼。MAC 114和124可以被配置為實施乙太網協議,例如,基於IEEE 802.3標準的那些協議。PHY 112和122可以被配置為處理物理層需求,包括但不限於分包、數據傳輸和序列化/反序列化(SERDES)。
如圖1中進一步所示,鏈路合作夥伴110和120還分別包括節能控制策略實體118和128,它們被配置為實施在全雙工模式、單工模式和低功率模式之間轉換的節能控制協議。一般地,節能控制策略實體118和128可以包含能夠建立和/或實施網路設備的節能控制策略的合適的邏輯、電路和/或代碼。在各種實施方式中,節能控制策略實體118和128可以是邏輯和/或功能模組,所述邏輯和/或功能模組可以在一個或多個層中實施,包括PHY的部分或增强PHY、MAC、交換機、控制器、或主機中的其他子系統,從而使得能夠實現在一個或多個層處的節能控制。
傳統的節能控制協議可以設計為當鏈路的兩個方向都沒有數據傳輸時確定可以進入低功率模式。這樣的低功率模式的實例是LPI模式,在該模式中,除了較短周期的刷新訊號之外,兩個發射器都不工作。當沒有數據需要發送時,LPI模式的使用與傳統的空閒訊號傳輸形成對比。將理解,傳統的空閒訊號的傳輸將消耗與數據傳輸可能一樣多的功率。低功率模式的另一個實例為子集PHY模式,其中,PHY設備的一個或多個通道是實時地或解決呢實時地可重構的,從而以不同的數據速率進行通信。
對於諸如吉比特(Giga bit)乙太網(1000BASE-T)的鏈路應用,在鏈路任何一端上的出現的流量將防止鏈路進入諸如LPI模式的低功率模式。這裡,鏈路的一側將發射數據,而鏈路的另一側將發射空閒訊號。該情況在圖2中示出。如該情況所示,在鏈路的一端出現的穩定的數據將防止鏈路的另一個端進入低功率空閒模式。
該情況的低效是在鏈路的任何一端上出現的數據將防止鏈路本身進入低功率空閒模式的雙向協議固有的。如圖3所示,從鏈路的任何一端發送的數據一般不會同時出現。因為在鏈路的一端到達的數據和在鏈路的另一端到達的數據之間沒有相關性,所以鏈路的空閒狀態基於在鏈路上的兩個方向的傳輸的空閒可用性的“與”功能。因此,即使鏈路的一端是接近100%的空閒,但是在鏈路的另一端出現的流量將排除通過低功率模式實現節能。在1000BASE-T當前規格中,例如,在當鏈路的另一端正在發送數據期間發送空閒訊號。因此,進入LPI模式取決於在鏈路的兩個方向上沒有傳輸數據。這樣的操作表示諸如1000BASE-T EEE的節能協議。
在本發明中,認識到,非對稱流量剖析可能嚴重地限制了節能機會。對於其中涉及傳感器、控制器、娛樂系統等的大多數鏈路以非常不對稱方式操作的汽車網路更是如此。具有非對稱流量
剖析的網路的另一個實例包括發射流媒體流量(例如,將網路接入家庭/商業、蜂窩回程通訊等)的音頻-視頻橋接(AVB)網路,以及控制網路,其中鏈路的一個方向是具有輕流量剖析的控制信息和鏈路的另一個方向是具有重流量剖析的狀態信息。這裡,應當注意,這些條件對用戶而言是動態的,但是就網路定時而言看起來相對靜止。例如,利用家庭計算機或設備用戶可以啟動電影流,其持續數小時,然後返回到在鏈路上的流量剖析完全不同的正常工作流。因此,本發明的特徵在於,可以定義另外的單工操作模式、全雙工模式和低功率模式,以供節能控制策略使用。
這裡,應當注意,單工模式可以用在使用全雙工模式通訊的任何傳輸系統的環境中。例如考慮通過單個雙絞線的數據傳輸(例如,100Mbps、1Gbps、或其他標準或非標準速度)。在這個實例中,單個雙絞線將用於以全雙工模式發射和接收數據。另一方面,在單工模式中,單個雙絞線將用於僅在一個方向上發射數據。圖4示出該單工模式的操作。當以這樣的單工模式操作時,因為通過單個雙絞線僅在一個方向上進行傳輸,所以回波消除器可以斷開。
圖5示出了由本發明的節能控制協議使用的用來處理具有非對稱流量剖析的鏈路的示例性狀態圖。如圖所示,狀態圖包括全雙工模式510、單工模式520和低功率模式530,以及至/自操作模式510、520、530的對應的轉換。全雙工模式510可以表示正常的操作狀態,其中,鏈路上的兩個PHY都通過傳輸介質(例如,雙絞線、光纖電纜、背板等)進行傳輸。可以基於轉換‘A’來進行從全雙工模式510到低功率模式530的轉換,其中,兩個鏈路合作夥伴宣布轉換到低功率模式530。作為一個實例,低功率模式可以表示傳統的低功率模式,例如LPI模式或子集PHY模式。將理解的是,低功率模式可以表示在鏈路上的能夠節省功率的不同形式的低耗模式。應當再次注意的是,從全雙工模式到低功率模式的轉換只限於任何一端都沒有數據在公共時間點發射的情況。
如圖3中所示,由任何鏈路夥伴傳輸的數據的存在將排除進入低功率模式。在一個實施方式中,在單工模式和低功率模式之間還可以包括單工LPI或單工子集PHY組合模式。
當存在非對稱流量剖析時,只有一個鏈路合作夥伴可以宣布轉換到低功率模式,而另一個鏈路合作夥伴繼續在傳輸介質上進行常規的流量傳輸。該情況可以由從雙工模式510到單工模式520的轉換‘B’表示。在從全雙工模式510到單工模式520的狀態轉換中,鏈路上只有一個PHY在傳輸介質上進行傳輸。例如,在單個雙絞線實施方式中,只有單個PHY在單個雙絞線上進行傳輸。如上所述,單工模式520可以節省能量,因為可以禁用在全雙工模式510中使用的一個或多個回波消除、NEXT、FEXT、ANEXT、AFEXT、TX DSP、RX DSP、預加重等電路,斷開分段的電源,或減少使用。
宣布轉換到低功率模式的同一鏈路合作夥伴取消該轉換,然後將發生從單工模式520返回到全雙工模式510的轉換。該轉換由在圖5的狀態圖中的轉換‘C’表示,鏈路將返回到正常的操作狀態。
另一方面,如果鏈路正以單工模式520操作而另一個鏈路合作夥伴宣布轉換到低功率模式,則出現兩個鏈路夥伴已經宣布這樣的轉換的情況。這表示兩個鏈路合作夥伴都沒有數據要傳輸的情況。一旦出現這種情況,節能控制協議將啟動從單工模式520到低功率模式530的轉換。該轉換示為轉換‘D’。
在一個實施方式中,全雙工模式510到單工模式520之間轉換可以取決於等待周期。該等待周期可以被設計為檢測另一個方向是的傳輸否發出轉換至低功率模式的訊號,從而使得從權雙工模式510直接轉換至低功率模式510。該等待周期可以去除作為轉換至低功率模式530的中間轉換的不必要的單工模式520的轉換。在應用於非延遲敏感的應用的一個實施方式中,控制策略可
以選擇緩存流量使流量以特定的模式保持延長的時間段(例如,如果轉換到更高功率模式),或用於確保在剖析中的改變不是永久性的(例如,切換模式的成本將高於節能利益的暫時空閒狀態)。
當處於低功率模式530時,如果任何一個鏈路合作夥伴取消轉換到低功率模式,則可以出現從低功率模式530到單工模式520的轉換。該轉換由轉換‘E’表示,其中,只有一個PHY在導體上進行傳輸。可選地,如果兩個鏈路合作夥伴在彼此接近的時間都取消轉換到低功率模式,則可以發生從低功率模式530到全雙工模式510的轉換。該轉換由轉換‘F’表示,其中,正常的操作將在鏈路上重新開始。
如上所述,除了全雙工模式和低功率模式之外引入的單工模式可以在鏈路表現出非對稱流量剖析而傳統的低功率模式不能發揮作用時通過節能控制協議產生大量節能。
圖6示出應用於通過兩個雙絞線的數據傳輸的另一個示例性應用。在這個實例中,以全雙工模式使用兩個雙絞線,其中,每個雙絞線可以用於發送和接收500Mbit/s的數據。在單工模式中,例如,一旦鏈路合作夥伴B宣布轉換到低功率模式或禁用或縮減鏈路的一個方向,PHY B將不再雙絞線A或B上進行發射。此外,與在雙絞線A和B上的500Mbit/s相比較,PHY A可以被配置為在雙絞線A上發射1Gbit/s的數據。因為傳輸只在一個雙絞線上的單個方向發生,所以還可以禁用串擾消除器(例如,NEXT和FEXT),從而節省另外的功率。
儘管以上實例表示雙絞線B不使用的情況,但是雙絞線B還可以用於發射刷新訊號。此外,雙絞線B還可以用於以低的傳輸速率從PHY B到PHY A進行傳輸,適應低功率低耗模式。這裡,低耗模式能夠使得數據傳輸速率充分小於在雙絞線B上的500Mbit/s標稱數據傳輸速率。
本發明的原理可以應用於不同的PHY類型(例如,雙絞線、
光纖電纜、背板等等)、諸如標準配線或非標準配線(例如,汽車配線和其他控制網路)的不同介面類型、共享媒體和相關聯的介面,例如EPON、xPON、EpoC、通過DSL的乙太網等。此外,本發明的原理可以應用於不同的標準化和非標準化數據傳輸速度。
本發明的另一個實施方式可以提供機器和/或計算機可讀存儲器和/或介質,機器和/或計算機可讀存儲器和/或介質上存儲具有由機器和/或計算機可執行的至少一個代碼部分的機器代碼和/或計算機程序,從而使得機器和/或計算機執行本文中描述的步驟。
通過查閱前述的詳細說明書,本發明的這些和其他方面對於本領域的技術人員來說將是顯而易見的。儘管上面已經描述本發明的許多突出的特徵,但是在閱讀公開的本發明之後,對於本領域普通技術人員來說顯而易見的是,本發明的實施方式可以以各種方式來實施和執行,因此,以上描述不應該被認為是排除了這些其他的實施方式。此外,應該理解的是,本文所採用的措辭和術語用於描述的目的,而不應該認為是限制性的。
Claims (10)
- 一種網路設備節能方法,包括:以全雙工模式操作網路設備中的物理層設備,在所述全雙工模式中,所述物理層設備在單個雙絞線上發送和接收數據;一旦第一確定在所述全雙工模式中第一方向的傳輸進入低鏈路利用狀況,則將所述物理層設備從所述全雙工模式轉換到單工模式,在所述單工模式中,在所述單個雙絞線上的第一方向的傳輸被中斷而在所述單個雙絞線上的第二方向的傳輸繼續;一旦轉換到所述單工模式,就禁用由所述物理層設備使用的消除電路;在禁用之後且一旦第二確定第二方向的傳輸進入低鏈路利用狀況,則將所述物理層設備從所述單工模式轉換到低功率模式,在所述低功率模式中,在所述單個雙絞線上的第一方向的傳輸和第二方向的傳輸都被中斷;以及周期性地發送刷新訊號,從而能夠從所述低功率模式喚醒。
- 根據請求項1所述的方法,其中,所述低功率模式為低功率空閒模式或子集物理層設備模式。
- 根據請求項1所述的方法,其中,所述低功率模式為子集物理層設備模式。
- 一種網路設備節能方法,包括:以全雙工模式操作網路設備中的物理層設備,在所述全雙工模式中,所述物理層設備在相同傳輸介質上發送和接收數據;將所述物理層設備從所述全雙工模式轉換到單工模式,所述轉換支持在所述相同傳輸介質上的數據發送和數據接收中的一個被中斷的操作狀態;一旦轉換,就禁用由所述物理層設備使用的消除電路;將所述物理層設備從所述單工模式轉換至低功率模式,在所述低功率模式,在相同導體上的數據發送和數據接收都被中斷; 以及周期性地發送刷新訊號,從而能夠從所述低功率模式喚醒。
- 根據請求項4所述的方法,其中,所述傳輸介質為雙絞線。
- 根據請求項4所述的方法,其中,所述傳輸介質為光纖電纜。
- 根據請求項4所述的方法,其中,所述傳輸介質為背板。
- 根據請求項4所述的方法,其中,所述低功率模式為低功率空閒模式或子集物理層設備模式。
- 一種網路設備,包括:物理層設備,被配置為以全雙工模式在傳輸介質上起動通訊;以及節能控制策略,被配置將所述物理層設備從所述全雙工模式轉換為單工模式,在所述單工模式中,在所述傳輸介質上的數據發送和數據接收中的一個被中斷,所述節能控制策略進一步被配置為禁用所述物理層設備所使用的消除電路持續所述物理層設備以所述單工模式操作的時間的至少一部分,其中,所述節能控制策略進一步被配置為將所述物理層設備從所述單工模式轉換到低功率模式,在所述低功率模式中,在相同導體上的數據發送和數據接收都被中斷,其中,所述節能控制策略進一步被配置為周期性地發送刷新訊號,從而能夠從所述低功率模式喚醒。
- 根據請求項9所述的網路設備,其中,所述低功率模式為低功率空閒模式或子集物理層設備模式。
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