TWI526024B - 在一網路內用於等時資料遞送之方法及裝置 - Google Patents

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Description

在一網路內用於等時資料遞送之方法及裝置
本發明大體係關於電腦化器件、網路及匯流排之領域。更特定言之，在一例示性態樣中，本發明係有關有效率地服務與網路相關聯之等時串流。
本申請案主張2011年5月2日申請之相同標題的美國專利申請案第13/098,934號之優先權，該申請案被以引用之方式全部併入本文中。
某些類型之多媒體內容處理係基於等時資料遞送協定。術語「等時」一般指必須在某些時間約束內遞送資料以供使用之處理程序。舉例而言，如在串流多媒體處理程序中所使用，等時輸送機制確保在具有足夠時間來顯現音訊及視訊以向使用者或消費者提供平滑、不中斷的內容之情況下遞送資料。未及時遞送以用於顯現之資料無法使用且通常被忽略。
相比之下，術語「非等時」指資料轉移不具有保證之時間受限的遞送之處理程序。非等時遞送有時亦被稱作「最佳努力遞送」；每一使用者基於現有訊務條件及要求接收網路可支援之「最佳努力」。
已設計IEEE Std.802.3及IEEE Std.802.11網路基礎結構以支援非等時資料遞送。舉例而言，典型之符合IEEE Std.802.3的乙太網路網路介面控制器(NIC)基於先進先出(FIFO)而操作。針對此情形之部分原因為FIFO操作良好適 合於彈性網路拓撲之上的非等時資料遞送。考慮具有M個源及N個目的地之節點(其中M及N可不同)；自M個源中之每一者接收的每一封包轉而被發送至下一節點。藉由將多個「躍點」鏈在一起，可使得網路拓撲為任意複雜的。此特徵尤其適用於經歷恆定通量或間歇故障之網路，此係因為封包路徑選擇可在運作中改變以解決網路阻塞。
相比之下，已設計符合IEEE Std.1394之系統以支援等時資料遞送。舉例而言，符合IEEE Std.1394之系統針對每一等時頻道預留適量的頻寬。針對自源至目的地之每一節點進一步分配預留之頻寬。以此方式，每一源與其他源之行為隔離，且源與目的地之間的總的傳輸延遲固定且可預測。
近來對現有網路技術(例如，IEEE Std.802.3及IEEE Std.802.11型網路等)之改良已併有某些等時資料遞送能力。舉例而言，現有乙太網路NIC可在指明之啟動時間傳輸封包，指明之啟動時間可支援以規則時間間隔遞送等時資料。
然而，IEEE Std.802.3(及IEEE 802.11 Std.)型網路具有極寬鬆的時間等時，該時間等時可產生關於啟動時間保證之問題。詳言之，因為每一資料串流具有其自身的時基，所以組合多個串流可用無次序封包填充FIFO。在使用現有啟動時間保證之情況下，無次序封包將被丟棄或過晚地遞送。因此，現有器件不能支援多個等時資料串流。
因此，初期研究係有關對在現有網路基礎結構內的等時 資料內容之遞送的進一步改良。
本發明藉由尤其提供用於有效率地服務針對一資料網路之等時串流之方法及裝置而滿足前述需求。
在本發明之一態樣中，揭示一種管理複數個等時處理程序之方法。在一實施例中，該方法包括：接收多個等時資料串流，每一等時資料串流包括複數個等時資料封包，其中每一封包具有一呈現時間；根據該呈現時間排序每一等時資料封包；針對該多個等時資料串流之每一等時資料封包計算一啟動時間；及根據該啟動時間傳輸該等等時資料封包。
在一變體中，該方法另外包括：接收非等時資料封包；及傳輸該等非等時資料封包。在一例示性組態中，與該等等時資料封包一起排序該等非等時資料封包。在另一例示性組態中，頻寬之一第一部分經預留用於等時資料封包，且頻寬之一第二部分經預留用於非等時資料封包。
在另一變體中，排序之動作包括根據呈現時間將該等等時資料封包儲存至一環緩衝器內。
在又一變體中，該多個等時資料串流中之至少一者包含視訊及/或資料。
在再其他變體中，該多個等時資料串流中之至少一者具有不同時基。在一個此例示性實施中，計算之動作包含根據一主時基調整該等等時資料封包之該啟動時間。
在本發明之一第二態樣中，揭示一種用於重建構複數個 等時處理程序之方法。在一實施例中，該方法包括：接收封包資料之一或多個未預留的時槽，該時槽包含按時間順序傳輸之複數個封包。至少一封包具有與其相關聯之一呈現時間，且該方法進一步包括：擷取該至少一封包；及在該相關聯之呈現時間呈現該至少一封包。
在一第一變體中，該至少一封包包括一等時資料封包。
在一第二變體中，至少另一封包包括一非等時資料封包。
在一第三變體中，僅一子集之封包具有與其相關聯之一呈現時間。
在一第四變體中，該子集之封包按到達之次序儲存至一先進先出(FIFO)緩衝器中。
在一些實施例中，該至少一封包包括視訊資料。或者，該至少一封包包括資料之一或多個子封包。在一個此實例中，資料之該一或多個子封包包括一視訊子封包及一音訊子封包。
在本發明之一第三態樣中，揭示一種網路介面裝置。在一實施例中，該網路裝置包括：一傳輸佇列，該傳輸佇列經組態以在一指明之時間傳輸複數個資料時槽；一資料介面，其經組態以接收複數個等時資料串流，該複數個等時資料串流具有一或多個不同時間基準；一網路介面時鐘，該網路介面時鐘經組態以產生一指明之時間基準；及至少一控制器。該至少一控制器經組態以進行以下操作：自該複數個等時資料串流擷取一或多個資料封包；至少部分基 於一呈現時間排序該一或多個資料封包；針對該一或多個資料封包中之每一者計算一啟動時間；及在該所計算之啟動時間傳輸該等資料時槽。
在一變體中，該所計算之啟動時間至少部分基於該一或多個不同時間基準與該指明之時間基準之間的一差。
在其他變體中，該經排序之一或多個資料封包被指派至一資料時槽。
在本發明之一第四態樣中，揭示一種處理等時資料串流之方法。在一實施例中，該方法包括：接收多個等時資料串流，每一等時資料串流包含複數個等時資料封包；針對該多個等時資料串流判定一排序準則；根據該判定之排序準則排序每一串流中之該等等時資料封包的至少一部分以產生資料封包之一排序之次序；及根據該排序之次序傳輸該等等時資料封包。
在本發明之一第五態樣中，揭示一種用於處理等時資料串流之電腦可讀媒體。
在本發明之一第六態樣中，揭示一種用於處理等時資料串流之端點器件。
在本發明之一第七態樣中，揭示一種用於處理等時資料串流之節點器件。
本發明之其他特徵及優勢將由一般熟習此項技術者藉由參看附加圖式及如下文所給出的例示性實施例之詳細描述立即認識到。
綜述
本發明尤其提供用於有效率地服務諸如可用於資料網路中之等時串流之方法及裝置。如本文中更詳細地描述，本發明藉由將排程能力添加至網路之各種組件而在現存控制器架構(例如，乙太網路網路介面控制器(NIC))中充分利用初期改良。具體言之，在一實施例中，排程演算法藉由計算用於每一封包之啟動時間(至少部分基於封包之呈現時間)而交錯及/或解交錯多個獨立時序封包串流。排程每一封包以用於傳輸確保按封包之適當呈現序列傳輸封包。
在一實施中，等時循環管理器(ICM)接收多個等時封包串流，其中每一封包具有所需之呈現時間。ICM藉由根據呈現時基預排序封包來產生交錯式輸出封包串流。交錯式輸出串流中之每一封包經進一步指派一啟動時間且排入佇列以用於傳輸。其後，網路介面控制器(NIC)傳輸該佇列之封包，其中每一封包根據啟動時間傳輸。在一替代實施中，ICM接收一等時封包串流，且將串流解交錯成多個封包串流，該等封包經根據呈現時基預排序、經指派一啟動時間且根據啟動時間傳輸。
因為現有網路技術(例如，IEEE Std.802.3及IEEE Std.802.11型網路等)不具有嚴格時間等時要求，所以例示性實施例之ICM在計算啟動時間時考慮多個因素。藉由預排序封包以用於傳輸，可在適當時間限制內有效率地(亦即，無網路資源利用不足)遞送每一等時資料串流。舉例而言，在一變體中，器件可處置非等時與等時封包之異質混 合。再其他變體可考慮諸如封包優先權、封包類型等之參數。
亦描述封包之交錯及解交錯的各種組合。舉例而言，在一變體中，器件可支援M個等時串流至N個等時串流之任何任意映射。
例示性實施例之詳細描述
現詳細描述本發明之例示性實施例。雖然主要就乙太網路網路標準之IEEE 802.3族(及無線區域網路(WLAN)之IEEE 802.11族)而言來論述此等實施例，但一般熟習此項技術者將認識到，本發明無論如何不限於前述網路技術。事實上，本發明之各種態樣可經調適用於在能夠施行針對封包之呈現時間要求的任何基於封包之網路中使用。
如本文中所使用，術語「網路」指(但不限於)經組態以轉移作為被叫作封包之大小合適的分群之資料之任何網路。封包網路可將資料之串流(由連串之封包構成)遞送至器件群。在轉移期間，封包經緩衝且排入佇列，且可視網路中之訊務負載而定經歷可變延遲及輸送量。基於封包之網路的常見實例包括網際網路(亦即，全球互連電腦網路系統)，以及私有化之網際網路及企業內部網路。
如本文中所使用，術語「源」指經組態以將資訊封包化以用於經由基於封包之網路轉移的器件或介面。如本文中所使用，術語「目的地」、「目標」及/或「儲集器」指(但不限於)經組態以自封包擷取資訊之器件或介面。此外，如本文中所使用，術語「端點」通常指(但不限於)為 在器件之間的通信流中的資訊之「源」及/或「目的地」的器件之部分。類似地，如本文中所使用，「節點」指(但不限於)接收封包且將封包轉送至另一器件之器件。
此等定義決不應被視為限制；例如，用戶端器件或其他實體可或可不包括網路內之邏輯或實體「端點」及/或「節點」。應進一步瞭解，器件可(且通常將)同時實施源、目的地及節點功能性；僅出於闡明本發明之各種態樣之目的而進行前述辨別。
此外，雖然在有線資料匯流排或連接之情況下展示一些實施例，但本發明同等地可適用於無線替代物或介面，諸如(但不限於)，諸如IEEE Std.802.11無線網路之WLAN、諸如IEEE Std.802.16無線網路之WMAN、個人區域網路(PAN)、 Bluetooth TM 、紅外線及光學通信鏈路。
先前技術操作
圖1說明一例示性先前技術基於封包之網路100。在所說明之實施例中，網路100包括經由節點106之網路與許多儲集器(N個)104通信的許多源(M個)102。基於封包之網路100具有與其相關聯之網路時基110。
網路100由連接至端點之集合的節點之集合構成。端點之常見實例包括(但不限於)，個人電腦(PC)(無論是桌上型、膝上型、手持型或是其他類型)、網路媒體器件(諸如，數位機上盒)，及諸如智慧型電話、PDA、數位及視訊攝影機、個人媒體器件(PMD)(諸如，MP3播放器、印表機或顯現器件)之行動器件，或前述之任何組合。通常， 節點包括(但不限於)伺服器、電腦、路由器、防火牆、閘道器等。
對乙太網路網路介面控制器(NIC)之初期修改已併有所謂之「啟動時間」保證(亦即，NIC可在指定時間傳輸封包)。返回參看圖1，第一源102A可經由節點106之集合連接至第一儲集器104A。因此，第一源與第一儲集器可在彼等時間約束內建立保證的等時連接。
不幸地，現有乙太網路基礎結構不具有嚴格的時間等時要求。舉例而言，在器件之間，乙太網路網路時間110可變化多達十毫秒(10 ms)，而封包傳輸可在彼時間之僅一部分中發生。結果，NIC(其具有高得多的時間解析度)不能僅基於封包呈現時間最佳地判定傳輸時間。
方法
現參看圖2，說明根據本發明的用於有效率地服務網路中之等時串流之一般化方法200之一實施例。本發明之各種態樣藉由預排序用於傳輸之等時資料充分利用等時資料遞送之初期改良。具體言之，在一實施例中，等時循環管理器(ICM)基於呈現時間及一或多個額外考慮交錯及/或解交錯多個獨立時序封包串流。ICM排程器可處置一群廣泛之呈現要求(例如，可與具有寬鬆要求之串流一起服務具有嚴格要求之串流)。
在方法之步驟202，器件或處理程序接收一或多個輸入串流，每一串流具有複數個封包。在一例示性實施例中，串流包括等時資料串流及非等時資料串流兩者。舉例而 言，在一實施中，乙太網路介面經組態以服務第一部分(等時資料訊務)及第二部分(非等時資料訊務)。將瞭解，方法200決不限於兩個(亦即，第一及第二部分)；舉例而言，可使用三個串流(諸如，一非等時及兩個等時，等)。給出本發明後，一般熟習此項技術者將認識到各種其他組合/排列。
另外，此等第一及第二部分可按類型或另一準則(諸如，優先權)進一步再分。舉例而言，可使用「類別A」及「類別B」等時資料訊務。一個此實施可支援(例如)多達(但不超過)百分之七十五(75%)的等時訊務及百分之二十五(25%)的非等時訊務，等時訊務再分成類別A及類別B(其中使類別A訊務始終比類別B訊務優先)。
等時資料之常見實例包括視訊資料、音訊資料、遊戲內容(例如，播放器位置、遊戲等時資訊等)及會議內容(例如，滑鼠移動、按鍵等)。事實上，具有時間相關性之任何資料可作為等時資料(例如，環境、現狀、位置、時間等)輸送。
此外，應進一步瞭解，每一等時串流可由封包構成，其中每一封包可進一步再分成子封包。此等實施為常見的，其中多種類型之資料在共同播放時間內集束在一起。舉例而言，一起播放之音訊及視訊資料可在同一封包中集束在一起。在一些其他實施中，資料可集束在一起，其中資料必須在一起解碼，但出於邏輯原因(例如，同位、錯誤檢查等)而分離。
輸入串流可接收自同一器件，或者可接收自多個不同器件。舉例而言，若干源端點可產生一起聚集於目的地端點處之多個串流。在其他實例中，單一源端點可針對一或多個目的地端點產生多個串流(例如，同時執行之多個應用程式)。
在一例示性實施例中，等時資料包括：(i)描述一或多個等時資料之標頭；(ii)該一或多個等時資料；及(iii)錯誤檢查資訊。可包括於標頭內的資訊之常見實例包括：(i)源位址；(ii)目的地位址；(iii)呈現或播放時間；(iv)封包識別符等。標頭可包含其他資訊，諸如：(i)路徑資訊(例如，中間節點位址)；(ii)封包之長度；(iii)串流之總長度；(iv)編碼類型；(v)編碼解碼器資訊；(vi)服務品質(QoS)或優先權資訊等。
在步驟204，器件根據所接收之封包之呈現時間排序該等封包。在一實施例中，器件自多個時序源接收資料封包，且按時間順序交錯該等資料封包。雖然每一源提供封包之時序序列，但自獨立源供應之封包可不為時序的(歸因於器件計時之差異、網路等時問題等)。
在一例示性實施例中，按呈現時間將封包排序至緩衝機構內。合適的緩衝系統之一實例為所謂的「環」緩衝器。簡單的環緩衝器由具有讀取指標之記憶體構成，其中讀取指標經組態以遞增，且其中指標在最後位址之後「翻轉」至第一位址。根據呈現之次序將每一封包寫入至環緩衝器內。合適的記憶體結構之其他常見實例包括正常緩衝器及 佇列、鏈接清單、堆疊等。
在一變體中，封包另外穿插有其他封包類型。此等其他封包類型可包括非等時封包(「最佳努力」)、不同優先權之等時封包(例如，類別A、類別B)等。舉例而言，在一個此方案中，緩衝器填入有多達第一百分比(例如，百分之七十五(75%))的等時封包及第二百分比(例如，百分之二十五(25%))的非等時封包。在一些實施中，封包經進一步劃分成優先權類別，使得對等時及非等時資料之分配在添加較低優先權封包前必定填充有較高優先權封包。
緩衝器可進一步包括優先權資訊，此優先權資訊可基於：資料類型(例如，類別A、類別B等)、時間考慮(例如，隨著封包更靠近所要的呈現時間，優先權增加)、源考慮(例如，封包發送自高優先權源等)。
在又其他變體中，緩衝器可包括有關封包化資料之資訊。舉例而言，此資訊可包括媒體串流識別符、源識別符、目的地識別符、媒體類型識別符等。此外，將封包再分成子封包之實施可進一步列舉子封包資訊，子封包資訊可包括類似資訊(例如，媒體串流識別符、源識別符、目的地識別符、媒體類型識別符等)。
在步驟206，器件計算每一封包之啟動時間。在一實施例實施例中，器件自封包之標頭讀取封包之呈現時間，且根據一或多個考慮計算封包之啟動時間。此等考慮可包括(但不限於)：(i)器件自身之主時間；(ii)網路時間；(iii)接收端器件之主時間；(iv)網路介面控制器(NIC)時間、路徑 延遲；及/或(v)封包特性(例如，封包優先權、封包類型等)。
所計算之啟動時間之常見實例包括(但不限於)：(i)經指派之時槽；(ii)可接受之時槽之範圍；(iii)經指派之傳輸時間；及(iv)可接受之傳輸時間之範圍。在一些實施例中，某些封包未經指派啟動時間(例如，低優先權封包、非等時封包等)可為可接受的或甚至需要的。在一實施中，所計算之啟動時間對應於網路介面控制器(NIC)之時基。
簡言之，乙太網路不具有嚴格的時間等時要求(在器件之間，網路時基可變化多達10毫秒(10 ms))。然而，上述修改之乙太網路網路介面控制器(NIC)具有顯著較快之內部時鐘；例示性乙太網路NIC可在精確到1微秒(1 μs)內之時槽中傳輸。此外，網路連接器件亦維持可精確到若干奈秒(ns)之內部主時間並非不常見。
等式1及等式2提供用於自一時基轉換至另一時基之例示性等式。可使用等式1，其中器件時基(td)及源時基(ts)兩者具有相同的時鐘率，但可具有時間之偏移：(等式1)T'=T+τ，其中：T'=器件時基(td)的經調整之呈現時間；T=源時基(ts)的呈現時間；且τ=td-ts。
可使用等式2，其中儘管時鐘率不同，但器件時基(td)及源時基(ts)兩者具有固定的比例關係：(等式2)T'=kT+T0，其中： T'=器件時基(td)的經調整之呈現時間；T=源時基(ts)的呈現時間；k=ts/td；且T0=偏移值。
時基之其他差異可需要更複雜之方案。舉例而言，一些時基可不為連續的(亦即，可開始且停止)，可使用非恆定時鐘率(亦即，1倍率、2倍率、4倍率等)，及/或可需要補償時鐘假影(例如，過多抖動、時鐘漂移等)。然而，瞭解到，有關技術中存在用於將時間自一時鐘域轉換至另一時鐘域的廣泛範圍之轉換演算法。
更一般而言，圖2之實施例之方法根據每一輸出串流的一時基針對每一封包計算啟動時間。因此，接收第一數目個輸入串流且產生第二數目個輸出串流之器件將根據封包之各別輸出時基調整封包中之每一者。在一實施例中，每一時基為網路介面控制器(NIC)時鐘(例如，NIC內之晶體振盪器)。舉例而言，接收兩個(2)輸入串流且產生一個(1)輸出串流之器件將針對NIC針對自兩個(2)輸入串流接收之每一封包計算啟動時間。類似地，接收三個(3)輸入串流且產生兩個(2)輸出串流之器件將針對自三個(3)輸入串流接收之每一封包計算啟動時間，該等啟動時間對應於用於所要的輸出串流之適當時基(例如，指定用於第一輸出串流時間之封包將具有對應於第一NIC之啟動時間，指定用於第二輸出串流時間之封包將具有對應於第二NIC之啟動時間)。在簡化實施例中，輸出時基可基於單一主時基(其中 單一NIC傳輸多個串流，其中多個NIC共用一時基，及/或其中多個NIC時基係基於主時鐘)。
此外，雖然上文關於封包格式進行論述，但應進一步瞭解，由多個子封包構成之封包格式可劃分成組成性子封包，可重組等。舉例而言，接收由含有音訊及視訊子封包之封包組成之一個(1)輸入串流的器件可劃分成：(i)由含有已針對音訊時基重新計時之音訊子封包的封包組成之音訊串流；及(ii)由含有已針對視訊時基重新計時之視訊子封包的封包組成之視訊串流。此等時基可相同或不同。
此外，在一例示性實施例中，貫穿轉移保持呈現時間(亦即，啟動時間對呈現時間無影響)，或在源與目的地端點之間，封包中所指示之呈現時間相同。然而，應瞭解，在一些實施例中，可調整封包之呈現時間。類似地，一些實施例可添加後設資料欄位或用呈現時間資訊更新後設資料欄位。
在方法200之步驟208，器件基於所計算之封包啟動時間產生一或多個輸出串流。在一實施例中，器件先前已經協商或經指派網路資源，用於傳輸經緩衝之資料。網路資源之常見實例包括時槽、頻帶、展頻碼、時間-頻率資源等。在其他實施例中，在一些狀況下，在可接受之碰撞等級的情況下，在操作期間仲裁資源。
藉由自緩衝器讀取封包且在網路資源上傳輸該等封包來執行每一封包在網路資源之上的傳輸。因為在例示性實施例中，封包已在所計算之啟動時間內儲存於緩衝器內，所 以所得串流將適當地排序以用於傳輸。在封包或資源被丟棄或源及目的地端點失去等時性之一些情形下，可能有必要相應地遞增及/或遞減緩衝器之讀數或寫入。在一例示性實施例中，網路介面控制器(NIC)之極簡單處理引擎可執行傳輸。在一些實施例中，NIC可執行直接記憶體存取(DMA)型異動，從而自緩衝器傳輸封包，而無進一步監督(例如，未由應用程式處理器減速等)。
在本發明之一實施中，每一封包經指派一時槽時間，在該時槽時間期間可傳輸封包。在替代實施中，封包在時槽可用時經指派時槽時間，根據呈現次序傳輸封包。
在一些實施例中，器件可未經指派足夠數目之時槽來傳輸其所有的資料。「陳舊」等時封包(亦即，尚未或不能滿足其遞送時間要求之等時封包)可通常被捨棄；然而，可在下一機會處針對備用頻寬遞送非等時封包，此係因為此等封包不具有時間要求。在一些狀況下，推遲非等時封包遞送及/或跳過陳舊等時封包可能需要重新排序緩衝器。
在又其他實施例中，分離用於等時及非等時資料之緩衝器，以防止非等時資料覆寫非等時資料。
操作之實例
現參看圖3，用圖形說明用於交錯多個獨立時序封包串流之一例示性方案。如圖所示，第一串流包括根據第一時基(t1)到達之一系列等時封包，且第二串流包括根據第二時基(t2)到達之一系列等時封包。封包由等時循環管理器 (例如，ICM)聚集且根據第三時基(t3)傳輸。時基不同且未按比例展示。更具體言之，雖然每一串流按時序呈現時間次序提供一連串封包，但來自多個串流之封包可未按適當的時序呈現時間次序到達。舉例而言，如所示，儘管封包C具有在封包J前的呈現時間，但封包C在封包J後到達。
ICM接收第一封包串流及第二封包串流，其中所接收之封包被排序，且接著根據封包之所需呈現時間插入至緩衝機構(例如，環緩衝器)中。另外，環緩衝器亦含有在串流(第一、第二)與經指派至彼串流之時槽(若多個時槽可用)之間的映射。
在一實施例中，等時循環管理器(例如，ICM)根據分時多工(TDM)方案操作，其中複數個循環中之每一者再分成時槽。在一實施中，每一循環由一百二十五(125)個時槽組成，其中每一時槽之持續時間為一微秒(1 μs)。ICM協商或者經指派時槽來在每一循環期間傳輸。在一實施例中，ICM計算對應的啟動時間且將對應啟動時間指派給每一封包。
在執行期間，循環計時器計數等時循環時間週期之指明的倍數；每當激發計時器時，將資料之指明的倍數循環總量轉移至NIC。每一封包之啟動時間對應於NIC之時域。NIC隨後根據所計算之啟動時間傳輸封包中之每一者。
反向處理程序展示於圖4中，其中說明根據本發明的用於解交錯聚集時序封包串流之一例示性方案。如所示，輸入串流包括根據第一時基(t1)之一系列等時封包。封包藉 由等時循環管理器(例如，ICM)解交錯(分離)成第一及第二組成性串流，且分別根據第二及第三時基(t2、t3)傳輸。
ICM接收封包之輸入串流且將所接收之封包分裂成第一及第二先進先出(FIFO)緩衝器中，其中分別針對第一及第二NIC硬體組態啟動時間。根據第二時基將第一緩衝器轉移至第一NIC以便產生第一等時輸出資料串流。類似地，根據第三時基將第二緩衝器轉移至第二NIC，藉此產生第二等時輸出資料串流。
在執行期間，針對每一NIC之循環計時器計數等時循環時間週期之指明的倍數；每當激發計時器時，將資料之指明的倍數循環總量轉移至各別NIC。每一NIC隨後根據計算之啟動時間傳輸封包中之每一者。在一些實施例中，NIC共用共同時基；然而，其他實施例可對於每一NIC具有截然不同之時基。
現參看圖5，說明根據本發明的用於排程分時多工(TDM)包裝方案之方法之一例示性實施例。
一開始，在步驟502，ICM協商或分配時槽以串流等時資料串流(且在串流結束時解除分配時槽)。ICM(或充當代理之另一實體/處理程序)計算時槽之所需數目以針對該循環傳輸所有資料。舉例而言，傳輸收集之資料所必要的微秒(μs)或時槽之數目被測計且升值捨位至最接近增量。在一些實施中，所需數目個時槽另外必須相鄰。相鄰時槽可藉由減少切換附加項、仲裁附加項等來改良總的網路附加項。然而，在一些實施例中，可使用非相鄰時槽，例如， 在需要額外靈活性之情況下，及/或在可優先化某些服務之情況下等。舉例而言，在一個此實施例中，最佳努力遞送或甚至低優先權等時封包可在時槽可用時(諸如，在其他高優先權訊務之間的間隙期間)遞送。
在步驟504，計時器倒數計數時間間隔(例如，等時循環時間週期之一或多倍)，在此時間期間，緩衝器收集來自輸入串流之資料。在一實施中，緩衝器繼續收集資料，直至已緩衝全部資料循環。
藉由呈現時間排序所收集之資料(步驟506)，且針對每一封包計算啟動時間(步驟508)。舉例而言，每一封包經指派一時槽以用於在NIC之時基中傳輸(例如，添加偏移，或按比例或不同因數按比例調整)。以此方式，即使輸入串流封包不按順序到達，節點之輸出仍被排序成適當呈現時間次序，且經指派啟動時間(根據彼次序)。
應瞭解，可與本發明一致地應用其他排序次序及/或間隔。舉例而言，一排序準則可包含基於封包類型排序(例如，在緊急醫療服務(EMS)型封包可被授予較高優先權之情況下等)。
在步驟510，將時槽提供至NIC以用於傳輸。此極大地減小處理器負擔。在一些實施例中，NIC可執行直接記憶體存取(DMA)型異動，從而根據封包之所計算的啟動時間自緩衝器傳輸封包。
在一實施例中，傳輸之時槽保留排序之次序；亦即，按封包之呈現時間之次序傳輸封包。因此，下一個將被呈現 之封包總是在呈現前的第一可用時槽中傳輸。
解包裝TDM包裝之串流更簡單。在一實施例中，針對封包檢測每一時槽；在擷取封包時，將封包路徑選擇至適當緩衝器佇列(例如，針對每一串流之佇列)。因為封包按適當時間順序(例如，呈現次序)到達，所以正確地排序佇列以供後續使用或處理，諸如，在所說明實例中之音訊/視訊播放。
雖然按時序方式排序封包，但在一些狀況下，封包可被丟棄、破壞等。因此，在一些實施例中，可進一步處理或檢查封包；例如，以促進丟失封包識別或復原、解密。舉例而言，可容許一些封包損失之資料串流可利用連續封包計數，以判定封包是否已被丟棄。類似地，可執行錯誤檢查常式(例如，循環冗餘檢查(CRC))以識別受破壞之封包。再其他實施例可基於(例如)同位位元、前向錯誤復原(FEC)技術(維特比編碼、渦輪碼編碼等)復原各種封包錯誤。
例示性裝置
圖6說明適用於實施本發明之各種方法的裝置600之一例示性實施例。圖6之裝置包括處理器子系統602，諸如，數位信號處理器、微處理器、場可程式化閘陣列或安裝於一或多個基板上之複數個處理組件。處理子系統亦可包括內部快取記憶體。處理子系統與包括可(例如)包含SRAM、快閃記憶體及SDRAM組件之記憶體的記憶體子系統604通信。記憶體子系統可實施直接記憶體存取(DMA)型硬體中 之一或多者，以便促進資料存取，如此項技術中所熟知。記憶體子系統含有可由處理器子系統執行之電腦可執行指令。
處理器子系統602經進一步組態以追蹤主時基603。此主時基可自諸如內部振盪器電路(例如，電壓控制溫度控制晶體振盪器(VCTCXO)等)之內部時鐘得出，或者可自諸如全球定位系統(GPS)、IEEE Std.1588(精確時間協定)等之外部器件或實體報告或接收。
另外，裝置包括管理端點之間的通信之通信控制器(例如，NIC)606。NIC與一或多個網路介面608進行操作通信。網路介面經進一步組態以傳輸及/或接收封包化之訊務。在一實施例中，每一網路介面與對應時基相關聯。每一時基可或可不進一步與其他時基等時。
NIC子系統606進一步包括內部時基609。此NIC時基可自諸如內部振盪器電路(例如，電壓控制溫度控制晶體振盪器(VCTCXO)、電壓控制晶體振盪器(VCXO)、晶體振盪器(VCO)等)之內部時鐘得出。
在一例示性實施例中，一或多個網路介面為符合乙太網路之介面(IEEE Std.802.3)。在替代實施例中，一或多個網路介面經組態用於供串列匯流排協定使用。適用於本發明的此等串列匯流排協定之常見實例包括(但不限於)：通用串列匯流排(USB)、FireWire(IEEE Std.1394)、高清晰度多媒體介面(HDMI)、數位視覺介面(DVI)及DisplayPort。
在一例示性實施例中，網路介面經分時多工(TDM)。在 TDM操作期間，網路介面僅在一循環之經指派及/或經協商之時槽期間傳輸及/或接收封包。傳輸/接收可經實施為(例如)全雙工或半雙工。
在另一實施例中，網路介面經分頻多工(FDM)，其中網路介面經組態以經由指定頻帶傳輸及/或接收封包。
在又其他實施例中，網路介面經分碼多工，該等網路介面經組態以使用展頻因子傳輸及/或接收封包。亦可使用正交分頻多工，正交分頻多工指定時間及頻率資源兩者。
可與本發明一致地使用又其他媒體存取方案。
如先前所描述，封包化之訊務為已經格式化成資料之離散單元或封包的資料。每一封包包括至少路徑選擇資訊及有效負載。路徑選擇資訊提供(例如)源及目的地位址、錯誤偵測碼及序列資訊。另外，等時資料封包含有呈現資訊，其中呈現資訊特定針對封包之時基。
在本發明之一些實施例中，封包化之訊務可提供針對可靠性之各種保證。舉例而言，「可靠」服務可提供顯式應答(ACK)或未應答(NAK)，而「不可靠」服務不可提供關於傳輸成功或失敗之任何回饋。此外，應進一步認識到，封包化之訊務涵蓋不可靠「資料包」(諸如，在諸如即時協定(RTP)及使用者資料包協定(UDP)之即時訊務協定中所使用的資料包)，以及更專用音訊/視訊格式(諸如，封包化之基本串流(PES))。
封包化之訊務可由非等時及等時資料之不同部分組成。在本發明之一例示性實施例中，封包化之訊務為等時封包 與非等時封包之混合，其中進一步優先化封包之至少一部分。此優先化可根據給定比例(例如，百分之七十五(75%)的等時、百分之二十五(25%)的非等時)，該比例可為固定的或可隨時間或其他參數而變化。或者，此優先化可基於資料類別(例如，類別A、類別B)，或根據針對服務品質(QoS)之各種要求。
圖6之例示性裝置600具有用於經由網路介面中之至少一者傳輸等時資料的一或多個傳輸緩衝器610。每一傳輸緩衝器經進一步組態以按有序順序方式傳輸其內容。傳輸緩衝器可為(例如)本文中先前所描述的類型之環緩衝器。或者，緩衝器可具有有限深度，其中深度與允許之傳輸容量相稱。在此傳輸期間，緩衝器讀取完成，且被重寫以用於下一可用傳輸。
在操作期間，根據NIC主時基609(或與傳輸佇列相關聯之時基)重新計時所接收之等時封包。根據(例如)呈現時間將等時封包排序至傳輸緩衝器內。判定每一封包之啟動時間，適當地排序封包之所得緩衝器以用於及時的傳輸。
在一些變體中，緩衝器之僅一部分可填充有等時資料，剩餘部分填充有非等時資料。或者，緩衝器不在等時資料與非等時資料之間進行區別。在此等狀況下，可進一步優先化資料。舉例而言，在一個此優先化方案中，可以任何比例添加非等時資料，只要首先服務較高優先權資料(例如，等時資料)即可。在又其他變體中，自不同記憶體緩衝器傳輸等時資料及非等時資料。
圖6之裝置的傳輸緩衝器經進一步組態以在指明之啟動時間傳輸封包。在一些系統中，指明之啟動時間可在一設計容限(此等容限可由硬體限制、網路限制、應用程式限制等強加)內為可接受的。在替代實施中，傳輸緩衝器經組態以經由指明之網路資源(例如，時槽、頻帶、展頻碼等)傳輸封包。
傳輸緩衝器亦可經組態以在一時間範圍及/或網路資源內傳輸封包。舉例而言，傳輸緩衝器可根據時槽範圍或者在網路資源准許時傳輸等時封包。
圖6之例示性裝置600亦具有用於經由網路介面中之至少一者接收等時資料的一或多個接收緩衝器612。所說明之接收緩衝器為經組態以按順序方式接收封包之先進先出(FIFO)緩衝器，但一般熟習此項技術者應認識到，可與本發明一致地使用其他緩衝器組態。
器件亦可包括使用者介面子系統，其包括任何數目個熟知I/O機構，該等I/O機構包括(但不限於)：小鍵盤、觸控式螢幕(例如，多點觸控介面)、LCD顯示器、背光、揚聲器及/或麥克風。此外，在一些實施例中，器件可另外包含各種音訊/視覺(AV)裝置。
應認識到，雖然按照方法之步驟的特定序列描述本發明之某些態樣，但此等描述僅說明本發明之較寬泛方法，且可在由特定應用需要時被修改。在某些情況下，可致使某些步驟不必要或可選。另外，某些步驟或功能性可添加至所揭示之實施例，或兩個或兩個以上步驟之執行次序可變 更。所有此等變化被視為涵蓋於本文中所揭示且主張之本發明內。
雖然上文詳細描述已展示、描述且指出如適用於各種實施例的本發明之新穎特徵，但應理解，在不脫離本發明之情況下，所說明之器件或處理程序之形式及細節的各種省略、替換及改變可由熟習此項技術者進行。前述描述具有進行本發明的目前預料之最佳模式。此描述決不意謂限制性，而相反，應被視為說明本發明之一般原理。應參考申請專利範圍來判定本發明之範疇。
100‧‧‧基於封包之網路
102‧‧‧源
102A‧‧‧第一源
104‧‧‧儲集器
104A‧‧‧第一儲集器
106‧‧‧節點
110‧‧‧網路時基/乙太網路網路時間
200‧‧‧用於有效率地服務網路中之等時串流之一般化方法
600‧‧‧裝置
602‧‧‧處理器子系統
603‧‧‧主時基
604‧‧‧記憶體子系統
606‧‧‧通信控制器/NIC子系統
608‧‧‧網路介面
609‧‧‧內部時基/NIC主時基
610‧‧‧傳輸緩衝器
612‧‧‧接收緩衝器
t1‧‧‧第一時基
t2‧‧‧第二時基
t3‧‧‧第三時基
圖1為說明一例示性先前技術封包交換式網路之功能性方塊圖。
圖2為說明根據本發明的用於排程多個獨立時序封包串流之一般化方法之一實施例之邏輯流程圖。
圖3為根據本發明的用於交錯多個獨立時序封包串流之一例示性技術之圖形表示。
圖4為根據本發明的用於解交錯一時序封包串流之一例示性技術之圖形表示。
圖5為說明根據本發明的用於排程分時多工(TDM)包裝方案之方法之一例示性實施例之邏輯流程圖。
圖6為適用於實施本發明之方法的一例示性裝置之方塊圖。
200‧‧‧用於有效率地服務網路中之等時串流之一般化方法

Claims (22)

  1. 一種管理複數個等時處理程序之方法，該方法包含：在一網路元件(element)處接收代表不同集合的內容之等時資料串流，每一資料串流包含複數個資料封包且含有代表該內容之部分的呈現時間之資料；多工該多個資料串流之該等封包以產生一合成(composite)資料串流，包含根據該等呈現時間以排序該等資料封包；基於在由該網路元件所產生之一時間基準及與該等封包相關聯之該等個別的呈現時間之間的一差異針對該合成資料串流之該等資料封包計算多個啟動時間；及根據該等個別的啟動時間傳輸該合成資料串流之該等資料封包。
  2. 如請求項1之方法，其另外包含：接收非等時資料封包；及傳輸該等非等時資料封包。
  3. 如請求項2之方法，其另外包含與該等等時資料封包一起排序該等非等時資料封包。
  4. 如請求項2之方法，其中傳輸頻寬之一第一部分經預留用於等時資料封包，且傳輸頻寬之一第二部分經預留用於非等時資料封包。
  5. 如請求項1之方法，其中排序之動作包含：根據呈現時間將該等等時資料封包儲存於一環緩衝器中。
  6. 如請求項1之方法，其中該多個等時資料串流中之至少 一者具有不同於一主時基之一時基。
  7. 如請求項6之方法，其中計算之動作包含：根據該主時基調整該等等時資料封包之該啟動時間。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包含：當維持在該等經計算之啟動時間之傳輸時，判定非等時資料封包是否可在該合成資料串流之多個等時資料封包之間傳輸。
  9. 如請求項1之方法，其中該等啟動時間係基於該等等時資料串流之個別的時基。
  10. 一種網路介面裝置，其包含：一資料介面，其經組態以接收代表不同集合的內容之複數個等時資料串流，每一資料串流包含複數個資料封包且含有代表該內容之部分的呈現時間之資料；一網路介面時鐘，該網路介面時鐘經組態以產生一指明之時間基準；及至少一控制器，其經組態以：自該複數個等時資料串流擷取一或多個資料封包；多工該等資料串流之該等封包以產生一合成資料串流，及根據該等呈現時間以排序該等資料封包；針對該合成資料串流之該等資料封包計算多個啟動時間，其中該等啟動時間係基於在由該網路介面裝置所產生之該時間基準及與該等封包相關聯之該等個別的呈現時間之間的一差異；及根據該等個別的啟動時間傳輸該合成資料串流之資 料封包。
  11. 如請求項10之網路介面裝置，其中該判定之啟動時間至少部分基於該一或多個不同時間基準與該指明之時間基準之間的一差。
  12. 如請求項10之網路介面裝置，其另外包含將該經排序之一或多個資料封包指派至一資料時槽。
  13. 一種用於解交錯一聚集時序封包串流之方法，其包含：根據一第一時基接收一輸入系列之等時封包；分離該輸入系列之等時封包為多個獨立組成性時序封包串流，其已根據一呈現時間而預先排序且根據一經指派之啟動時間而傳輸；藉由後續處理管路(successor processing pipeline)之每一者處理以儲存該多個獨立組成性時序封包串流之每一者至一分離的先進先出(FIFO)緩衝器；及藉由每一後續處理管路根據其自身的時基從每一各別的FIFO緩衝器分離地傳輸該多個獨立組成性時序封包串流之每一者。
  14. 如請求項13之方法，其中該分離包含：以一循環計時器計數等時循環時間週期之一指明的倍數；在該計數完成後，將資料之該指明的倍數循環總量發送至每一各別的FIFO緩衝器。
  15. 如請求項13之方法，其中每一後續管路具有一截然不同之時基。
  16. 如請求項13之方法，其中每一後續處理管路具有一共同之時基。
  17. 如請求項14之方法，其中根據該等經指派之啟動時間，每一後續處理管路從其緩衝器傳輸其各別的獨立組成性時序封包串流。
  18. 一種用於解交錯一聚集時序封包串流之裝置，其包含：一等時循環管理器，其：根據一第一時基接收一輸入系列之等時封包；分離該輸入系列之等時封包為多個獨立組成性時序封包串流，其已根據一呈現時間而預先排序(pre-sorted)且根據一經指派之啟動時間而傳輸；儲存該多個獨立組成性時序封包串流之每一者至一分離的先進先出(FIFO)緩衝器；及許多後續處理管路，其根據其自身的時基從每一各別的FIFO緩衝器分離地傳輸該多個獨立組成性時序封包串流之每一者。
  19. 如請求項18之裝置，其中該分離係藉由一循環計時器而執行，該循環計時器計數等時循環時間週期之一指明的倍數；及在該計數完成後，將資料之該指明的倍數循環總量發送至每一各別的FIFO緩衝器。
  20. 如請求項18之裝置，其中每一後續管路具有一截然不同之時基。
  21. 如請求項18之裝置，其中每一後續處理管路具有一共同之時基。
  22. 如請求項19之裝置，其中根據該等經指派之啟動時間，每一後續處理管路從其緩衝器傳輸其各別的獨立組成性時序封包串流。
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