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    • 专利摘要:
    本發明提供了一種使用時分雙工的乙太網實體層設備。時分雙工框可以用上行鏈路傳輸期間和下行鏈路傳輸期間定義限定。這些限定的上行鏈路傳輸期間和下行鏈路傳輸期間可以基於網路鏈路的頻寬和等待時間因素來調節。
    公开号:TW201312958A
    申请号:TW101130968
    申请日:2012-08-27
    公开日:2013-03-16
    发明作者:Ahmad Chini；Mehmet Tazebay；Scott Powell
    申请人:Broadcom Corp；
    IPC主号:H04L5-00
    专利说明:
    在第一乙太網實體層設備中的方法及與單對電纜一起使用的乙太網實體層設備
    本發明主要涉及一種乙太網實體層設備，更具體地說，涉及一種使用時分雙工的乙太網實體層設備。
    乙太網是通過有線網路進行資料通訊的最成功、長壽的設計之一。乙太網實體層設備(PHY)規範有了顯著的發展。用於10Mbps和100Mbps的乙太網實體層設備的最新格式使用兩對絞合電纜，而對於1Gbps，在IEEE802.3標準中規定使用四對絞合電纜。
    在現有的電話線中，通常採用的是一根雙絞線。該線可以被抽頭以在多個點處提供服務。這些抽頭線(tapped wire)(通常稱作“橋接抽頭”)引起影響信號品質的強反射或者回音。主要用於電視信號分配的同軸電纜網路也是單對。通常使用分離器(splitter，分路器)抽頭以便多房間服務的這些同軸電纜引起強反射。
    因此需要一種通過單對電纜發送標準的乙太網資料包的機制(mechanism)，該發送方式能夠杠桿作用(leverage)於集成的混合信號矽設備以及開發用於現有乙太網實體層設備的信號處理技術。
    一種使用時分雙工的乙太網實體層設備，大致如至少一幅附圖所示和/或結合和至少一幅附圖的描述，在申請專利範圍請求中更完整地闡述。
    本發明的一個方面涉及一種在第一乙太網實體層設備中的方法，所述第一乙太網實體層設備經由單對網路鏈路耦接到第二乙太網實體層設備，該方法包括：在第一時間期間接收傳輸控制，所述傳輸控制使所述第一乙太網實體層設備利用所述單對網路鏈路傳輸至所述第二乙太網實體層設備，其中在所述第一時間期間阻止所述第二乙太網實體層設備通過所述單對網路鏈路傳輸；以及在所述第一時間期間之後的第二時間期間接收所述第二乙太網實體層設備傳輸的資料，其中在所述第二時間期間，對所述第二乙太網實體層設備釋放傳輸控制並且阻止所述第一乙太網實體層設備通過所述單對網路鏈路傳輸，其中所述第一時間期間和所述第二時間期間與所述第一和第二乙太網實體層設備進行的傳輸之間的兩個間隔期間一起限定反復時分雙工框(repeating time division duplex frame)。
    根據本發明的一個方面的方法較佳所述第一時間期間和所述第二時間期間被突發流間隔隔開。
    根據本發明的一個方面的方法較佳所述第一時間期間和所述第二時間期間是大致相等的時間長度。
    根據本發明的一個方面的方法較佳所述第一時間期間和所述第二時間期間是不同的時間長度。
    根據本發明的一個方面的方法較佳還包括如果所述第一乙太網實體層設備沒有資料要發送就縮短所述第一時間期間的長度。
    根據本發明的一個方面的方法較佳還包括如果所述第一乙太網實體層設備沒有資料要發送，則在所述第一時間期間所述第一實體層設備進入低功率空閒模式。
    本發明的另一方面涉及一種與單對電纜一起使用的乙太網實體層設備，包括：耦接單對電纜的第一發送器，所述第一發送器回應傳輸控制信號，所述第一發送器確定所述第一發送器能夠通過所述單對電纜傳輸資料並且在第二實體層設備中的第二發送器不能通過所述單對電纜傳輸資料的第一分配時間期間；以及產生所述傳輸控制信號的控制器，所述控制器被設計為與所述第二乙太網實體層設備相配合以限定所述第一發送器不能通過所述單對電纜傳輸資料並且所述第二發送器能夠通過所述單對電纜傳輸資料的在所述第一分配時間期間之後的第二分配時間期間。
    根據本發明的另一個方面的設備較佳所述第一分配時間期間和所述第二分配時間期間被突發流間隔隔開。
    根據本發明的另一個方面的設備較佳所述第一分配時間期間和所述第二分配時間期間是大致相等的時間長度。
    根據本發明的另一個方面的設備較佳所述第一分配時間期間和所述第二分配時間期間是不同的時間長度。
    根據本發明的另一個方面的設備較佳如果所述第一乙太網實體層設備沒有資料要發送，所述控制器就縮短所述第一分配時間期間的長度。
    根據本發明的另一個方面的設備較佳如果所述第一乙太網實體層設備沒有資料要發送，則在所述第一分配時間期間所述第一實體層設備進入低功率空閒模式。
    根據本發明的另一個方面的設備較佳還包括在介質存取控制層介面的先進先出緩衝器，其中在所述先進先出緩衝器的第一側上的時鐘比所述先進先出緩衝器的第二側快。
    根據本發明的又一個方面涉及一種在第一乙太網實體層設備中的方法，所述第一乙太網實體層設備經由網路鏈路耦接到第二乙太網實體層設備，該方法包括：在兩個交替時間期間中的第一交替時間期間從所述第一乙太網實體層設備傳輸到所述第二乙太網實體層設備，在所述第一交替時間期間允許所述第一乙太網實體層設備通過所述網路鏈路傳輸並且不允許所述第二乙太網實體層設備通過所述網路鏈路傳輸；在兩個交替時間期間中的所述第一交替時間期間以後的第二交替時間期間在所述第一乙太網實體層設備從所述第二乙太網實體層設備接收，在第二交替時間期間不允許所述第一乙太網實體層設備通過所述網路鏈路傳輸並且允許所述第二乙太網實體層設備通過所述網路鏈路傳輸；以及基於由所述第一乙太網實體層設備傳輸的資料的可獲得性調節兩個交替時間期間中的所述第一交替時間期間的長度。
    根據本發明的又一方面的方法較佳所述第一交替時間期間和所述第二交替時間期間被突發流間隔隔開。
    根據本發明的又一方面的方法較佳所述第一交替時間期間和所述第二交替時間期間是大致相等的時間長度。
    根據本發明的又一方面的方法較佳所述第一交替時間期間和所述第二交替時間期間是不同的時間長度。
    根據本發明的又一方面的方法較佳還包括如果所述第一乙太網實體層設備沒有資料要發送就縮短所述第一交替時間期間的長度。
    根據本發明的又一方面的方法較佳還包括如果所述第一乙太網實體層設備有資料要發送就延長所述第一交替時間期間的長度。
    根據本發明的又一方面的方法較佳還包括如果所述第一乙太網實體層設備沒有資料要發送，所述第一實體層設備就在所述第一交替時間期間進入低功率空閒模式。
    為了描述可以獲得本發明的上述和其它優點和特徵的方式，將通過提供在附圖中示出的具體實施方式而更詳細地描述在上文中簡要描述的本發明。應該理解的是，這些附圖僅示出本發明的典型實施方式，而並不因此視為限定本發明的範圍，將通過利用附圖以其他特徵和細節來描述和說明本發明。
    下面詳細地討論本發明的不同的實施方式。儘管討論了具體的實施方案，但是應該理解的是這僅是用於說明的目的。相關領域的技術人員將會認識到在不偏離本發明的精神和範圍的情況下可以使用其他部件和構造。
    100Mbps鏈路的IEEE標準乙太網實體層設備使用兩對導線(wire)。該100Mbps乙太網鏈路(Ethernet link)至單對導線的延伸包括使用回波消除技術。不幸的是，這些回波消除技術通常地限於對於具有給定動態範圍的接收器具有受控信號反射的電纜。可以理解的是，存在返回信號不被控制的一些電纜敷設(cabling)情況。這類電纜敷設情況的一個實例是具有橋接抽頭的電話線。
    在本發明中，認識到時分雙工(TDD)可以應用於現有的乙太網PHY，從而允許通過單對電纜的雙向、點對點通訊。這裡，本發明的一個特徵是將時分雙工結合乙太網本身的調製和信號處理格式允許高輸送量的乙太網包(packet)傳輸，該傳輸重新使用在更高速度乙太網PHY中的現有數位和類比模組。可以理解的是，由於該通訊的格式不受大信號反射影響，因此消除了對高解析度、回波消除方法的需要。
    如下面將要更加詳細描述那樣，將時分雙工應用到乙太網實體層允許在上行鏈路和下行鏈路中的可程式設計的對稱和不對稱的輸送量。其還允許較高的功率效率和較低的無線電輻射。還應該指出的是，儘管下面的描述主要是通過單對電纜的雙向通訊的情形，但是本發明的原理可以用於具有其它固有益處的多對電纜。
    圖1和圖2分別示出了時分雙工乙太網PHY的簡化的傳輸和接收框圖。在一個實施方式中，可以在MII介面處使用衝突(COL)和載波感測(CRS)信號以控制介質可獲得性(availability，可用性)，從而允許標準的半雙工操作。儘管該機制可以在許多情形中很好地工作，其不能提供系統的全頻寬利用並且可能導致等待時間增加。應該注意的是，以半雙工連接到MAC，沒有必要使用FIFO緩衝器，儘管它們可以改善鏈路輸送量。
    在圖1和圖2中示出的其他實施方式中，在MII介面處使用的FIFO緩衝器110、120具有比CLK1快的CLK2。如果CLK2足夠快並且FIFO緩衝器110、120的尺寸適當的設計，那麼在MAC介面處的通道通常是可獲得的，從而允許用於全雙工操作。
    利用TDD，介質在上行鏈路與下行鏈路之間共用。圖3示出了具有對稱下行鏈路和上行鏈路數據速率的系統的時序圖。如圖所示，當資料在主設備側(master side)或從設備側(slave side)的介質上傳輸時，由控制器產生的TX_ON信號呈現不同的時間期間。應該注意的是，儘管TDD系統不必要求主設備分配(master assignment)和從分配，但這些主設備分配和從設備分配可以說明初始訓練(initial training)和環時序(loop timing)。
    在本發明中，當傳送信號時以及在突發流間隔(inter-burst gap)(IBG)期間300，本地接收器可以與線路分隔開以避免由於發送器的回波而訛誤接收器DSP狀態。接收器DSP模組220可以僅在其從其它側接收資料或者閒置信號的期間被訓練。
    圖4示出了用於具有不對稱下行鏈路和上行鏈路數據速率的TX_ON信號。如圖所示，TX_ON信號410可以用於限定主設備(master)的較長的傳輸期間，而TX_ON信號420可以用於限定從設備(slave)的較短的傳輸期間。通過該機制，在此情形中，更多的時間可以分配到主設備或從設備，有效地增加用於下行鏈路或者上行鏈路的輸送量。不對稱下行鏈路與上行鏈路數據速率的使用有利於那些不是對稱的流量特徵(traffic profile)。
    例如，以監控攝像機或流式視頻流量為代表的流量特徵是不對稱，因為在一個方向上的流式視頻資料的量將遠超過在另一方向上的控制資料的量。因此，不對稱下行鏈路和上行鏈路數據速率的應用將在兩個傳輸方向上匹配不同輸送量等級。
    在一個實施方式中，下行鏈路速率與上行鏈路速率的自動調節可以用於改善等待時間和輸送量。例如，如果下行鏈路沒有資料發送，則通道可以被釋放給上行鏈路，即使下行鏈路傳輸期間可能還沒結束。在此情況下，當下載時可以將大部分頻寬提供給下行鏈路，當上傳時提供給上行鏈路。
    以被賦予的適應性下行鏈路數據速率和上行鏈路數據速率，傳輸時間週期可被積極地調整用於上行鏈路和下行鏈路，以提供最大輸送量並且保持延遲要求的方式。例如，如過傳輸FIFO緩衝器在一個方向上是空的，則可進行控制提供給鏈路的另一側用於傳輸。
    在一個實施方式中，最小和最大突發時間可以用於確保接收器DSP能夠保持其狀態並且跟蹤時鐘或者通道的變化。最大突發時間還可以考慮等待時間要求。儘管在允許TDD框適應性地變化時可以實現最高輸送量，但在一個實施方式中，在上行鏈路和下行鏈路傳輸時間期間被適應性分配時，可以考慮TDD框大小恆定。
    在一個實施方式中，如果在沒有資料通訊的系統空閒期間沒有信號發送，也可以改善功率效率和不期望的無線電輻射。圖5示出了具有低功率空閒(LPI)能力的系統的TX_ON信號。當沒有要傳送資料時，由於LPI能力被杠桿作用，線路可以在兩個方向都靜止長於IBG的期間。
    在一個實施方式中，可以認為資料或者空閒信號的週期性最小傳輸確保了維持接收器DSP的狀態。本發明的一個特徵是可以考慮LPI並且與對稱、不對稱或者適應性突發時間分配相結合。
    作為示例性系統設計，考慮CLKI為25MHz並且資料為4比特寬的標準100MbpsMII介面。此外，假定上行鏈路和下行鏈路傳輸期間持續時間各自為220μs並且存在10μs的IBG。如果CLK2大於25＊2＊(220+10)/220=52.27MHz並且FIFO緩衝器大小大於25/2＊(10+220+10)=3KB，則可以實現以標準100Mbps速率在MII介面全雙工連接。
    對於與以上相同的例子並且CLK2固定在52.27MHz，假定下行鏈路傳輸期間持續時間被程式設計為是上行鏈路傳輸期間持續時間的10倍(例如400μs對40μs)。這允許高達400/(460)＊52.27MHz＊4bits/Hz=182Mbps的下行鏈路輸送量以及高達18Mbps的上行鏈路輸送量。如果MAC設備允許中間時鐘速度，則在MII介面或者CLK1的時鐘可被調節為允許該速率變化。也可以MII介面選擇固定的較高速率時鐘並且使用流量控制以允許在下行鏈路和上行鏈路的可變化的和/或可調節的輸送量。在此情況下，IEEE標準PAUSE命令也可用於提供流量控制。
    已描述了本發明的原理的示例性應用，現在參照示出本發明的過程的圖6的流程圖。如圖所示，該過程從限定TDD框的步驟602開始。如上所述，在一個實施方式中，在上行鏈路和下行鏈路傳輸期間在TDD框內變化時TDD框可以視為恒定。一旦被限定，TDD框可以描述上行鏈路傳輸期間和下行鏈路傳輸期間以適合網路鏈路的給定流量特徵。在各個不同的實例中，上行鏈路傳輸期間和下行鏈路傳輸期間可以用相等的時間期間或者不相等的時間期間限定。
    在步驟604，在TDD框的第一傳輸部分期間，可以根據在第一實體層設備中的控制器產生的TX_ON信號對上行鏈路方向上的發送器提供傳輸控制。該TX_ON信號可以由控制器根據被限定的TDD框結構產生。一旦TX_ON信號指示上行鏈路傳輸週期完成，傳輸控制將會在鏈路的另一端有效地提供給第二實體層設備，其中產生相應的TX_ON信號以指示可以進行在下行鏈路方向的傳輸。在步驟606，在TDD框的第二傳輸部分期間第一實體層設備將會接收資料。
    在本發明中，在TDD框的情況下，在上行鏈路方向和下行鏈路方向上對應於傳輸的時間期間可以動態地變化。這樣，在步驟608，第一和第二傳輸部分的長度可以基於資料的可獲得性調節。例如，特定方向的傳輸對頻寬和等待時間有負面影響的指示(indication)可導致對所限定的TDD結構關於上行鏈路傳輸期間和下行鏈路傳輸期間的調節。
    可以理解的是，用於啟動調節的具體機制可以基於在調節機制中的期望的細微性(granularity)而變化。在一個實例中，可以回應於某個時刻的特定FIFO電平而進行該調節。在另一個實例中，可以回應於在特定監控時間期間的頻寬和/或等待時間的統計測量而進行調節。
    如上文所述，本發明的原理可以應用到單對或多對電纜網路。此外，本發明的原理可以與雙絞電纜、同軸電纜或者光纖電纜一起應用。值得注意的是，本發明的原理可以與各種不同的調節技術組合使用。此外，本發明的原理可以設計為具有預定的上行鏈路輸送量和下行鏈路輸送量或者可以製成可程式設計的或者事件適應性的。
    本領域的技術人員通過研究上述的詳細說明，本發明的上述和其它方面將會變得顯而易見。儘管上面已經描述了本發明的大量顯著特徵，但是對於閱讀了本文公開內容的本領域普通技術人員顯而易見的是，本發明可以具有其它實施方式並且可以各種不同的方式實踐和實施，因此以上的描述不應當視為排除這些其它的實施方式。此外，應該理解的是，這裡所使用的措詞和術語只是為了描述的目的，而不應當視為限定性。
    110‧‧‧FIFO緩衝器
    120‧‧‧FIFO緩衝器
    220‧‧‧接收器DSP模組
    410‧‧‧TX_ON信號
    420‧‧‧TX_ON信號
    圖1示出了時分雙工乙太網實體層設備的傳輸框圖。
    圖2示出了時分雙工乙太網實體層設備的接收框圖。
    圖3示出了具有對稱的下行鏈路和上行鏈路輸送量的發送器活動(transmitter activity)。
    圖4示出了具有不對稱的下行鏈路和上行鏈路輸送量的發送器活動。
    圖5示出了具有低功率閒置能力的發送器活動。
    圖6示出了本發明的過程的流程圖。
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種在第一乙太網實體層設備中的方法，所述第一乙太網實體層設備經由單對網路鏈路耦接到第二乙太網實體層設備，該方法包括：在第一時間期間接收傳輸控制，所述傳輸控制使所述第一乙太網實體層設備利用所述單對網路鏈路傳輸至所述第二乙太網實體層設備，其中，在所述第一時間期間阻止所述第二乙太網實體層設備通過所述單對網路鏈路傳輸；以及在所述第一時間期間之後的第二時間期間接收所述第二乙太網實體層設備傳輸的資料，其中在所述第二時間期間，對所述第二乙太網實體層設備釋放傳輸控制並且阻止所述第一乙太網實體層設備通過所述單對網路鏈路傳輸，其中所述第一時間期間和所述第二時間期間與所述第一和第二乙太網實體層設備進行的傳輸之間的兩個間隔期間一起限定反復時分雙工框。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述第一時間期間和所述第二時間期間被突發流間隔隔開。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述第一時間期間和所述第二時間期間是大致相等的時間長度。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述第一時間期間和所述第二時間期間是不同的時間長度。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之方法，還包括如果所述第一乙太網實體層設備沒有資料要發送就縮短所述第一時間期間的長度。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之方法，還包括如果所述第一乙太網實體層設備沒有資料要發送，則在所述第一時間期間所述第一實體層設備進入低功率空閒模式。
    [7] 一種與單對電纜一起使用的乙太網實體層設備，包括：耦接單對電纜的第一發送器，所述第一發送器回應傳輸控制信號，所述第一發送器確定所述第一發送器能夠通過所述單對電纜傳輸資料並且在第二實體層設備中的第二發送器不能通過所述單對電纜傳輸資料的第一分配時間期間；以及產生所述傳輸控制信號的控制器，所述控制器被設計為與所述第二乙太網實體層設備相配合以限定所述第一發送器不能通過所述單對電纜傳輸資料並且所述第二發送器能夠通過所述單對電纜傳輸資料的在所述第一分配時間期間之後的第二分配時間期間。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述之裝置，還包括在介質存取控制層介面的先進先出緩衝器，其中在所述先進先出緩衝器的第一側上的時鐘比所述先進先出緩衝器的第二側快。
    [9] 一種在第一乙太網實體層設備中的方法，所述第一乙太網實體層設備經由網路鏈路耦接到第二乙太網實體層設備，該方法包括：在兩個交替時間期間中的第一交替時間期間從所述第一乙太網實體層設備傳輸到所述第二乙太網實體層設備，在所述第一交替時間期間允許所述第一乙太網實體層設備通過所述網路鏈路傳輸並且不允許所述第二乙太網實體層設備通過所述網路鏈路傳輸；在兩個交替時間期間中的所述第一交替時間期間以後的第二交替時間期間在所述第一乙太網實體層設備從所述第二乙太網實體層設備接收，在第二交替時間期間不允許所述第一乙太網實體層設備通過所述網路鏈路傳輸並且允許所述第二乙太網實體層設備通過所述網路鏈路傳輸；以及基於由所述第一乙太網實體層設備傳輸的資料的可獲得性調節兩個交替時間期間中的所述第一交替時間期間的長度。
    [10] 如申請專利範圍第9項所述之方法，還包括如果所述第一乙太網實體層設備有資料要發送就延長所述第一交替時間期間的長度。
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    法律状态:
    2018-02-21| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US201161531184P| true| 2011-09-06|2011-09-06||
    US13/300,996|US9001714B2|2011-09-06|2011-11-21|Ethernet physical layer device using time division duplex|
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