一种联网方法及系统的制作方法

专利名称：一种联网方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及网络构建，更具体地说，涉及一种物理层设备的能量效率(energyefficiency)和相关策略的控制控制方法和系统。
背景技术：
在多种应用中，通信网络特别是以太网逐渐成为交换各种类型和大小数据的广受欢迎的方式。就这一点而言，以太网越来越多的被用于承载语音/数据和多媒体流量(traffic)。因此，越来越多的设备都配置有以太网接口。宽带互联(connectivity)包括互联网、光缆、电话和服务提供商所提供的VOIP (网络电话，Voice over Internet Protocol)导致了流量的增加，最近向以太网迁移。大多数对以太网互联的需求是由向电子生活方式(包括台式计算机(desktopcomputer)、膝上型计算机(l即top computer)、诸如智能电话(smart phone)和PDA(个人数字助理)的各种手持设备)的转移所驱动。随着支持以太网通信的便携式和/或手持设备数量的增加，电池寿命成为在以太网上通信的关注重点。因此，在电子网络上通信时降低功耗的方式是必需的。进一步地，在保持与已有架构兼容的同时改善能量效率以及最小化网络组件的重设计是期望的。 比较本发明后续将要结合附图介绍的系统，现有技术的其它缺陷和弊端对于本领域的技术人员来说是显而易见的。

发明内容
本发明提供了一种物理层设备的能量效率(energy effiency)和相关策略的控制系统和/或方法，将结合至少一幅附图来充分展示和/或描述，并结合权利要求做了完整的阐述。 依据本发明的一个方面，提供了一种联网(networking)方法，所述方法包括 基于从物理层设备内部执行的一个或多个控制策略，从所述物理层设备内部控制
所述物理层设备的操作，其中，所述一个或多个控制策略使得所述物理层设备支持能量效
率网络(energy efficient networking)，所述能量效率联网(networking)包括对通过所
述物理层设备进行的数据通信相关的功耗(powercons咖ption)进行管理。 优选地，所述方法进一步包括，基于所述控制策略，为所述物理层设备选择操作模式。 优选地，所述方法进一步包括，基于所述选择的操作模式，重新配置所述物理层设备的一个或多个组件。 优选地，所述方法进一步包括，基于所述选择的操作模式，分配存储器给和/或释放存储器自接收的和/或将要发送的缓冲数据。 优选地，所述方法进一步包括，基于所述重新配置所需要的时间，分配存储器给和/或释放存储器自接收的和/或将要发送的缓冲数据。 优选地，所述方法进一步包括，基于重新配置与所述物理层设备通信连接的链路伙伴(link partner)所需要的时间，分配存储器给和/或释放存储器自接收的和/或将要 发送的缓冲数据。 优选地，所述方法进一步包括，在由所述控制策略确定的时间上，触发所述物理层 设备的重新配置。 优选地，所述选择的操作模式包括一个低功率空闲(low power idle，LPI)操作模
式和物理层子集操作模式。 优选地，所述方法进一步包括，在所述物理层设备内部利用硬件，软件和/或固 件，从所述物理层设备内部执行所述一个或多个控制策略。 优选地，所述方法进一步包括，从所述物理层设备内部控制与所述物理层设备一 起集成在通用基板(common substrate)上的其它物理层设备的操作。
依据本发明的一个方面，提供了一种联网(networking)的系统，所述系统包括
用于物理层设备的一个或多个电路，所述一个或多个电路用于执行一个或多 个控制策略，所述一个或多个控制策略使得所述物理层设备支持能量效率网络(energy efficient networking)，所述能量效率联网包括对通过所述物理层设备进行的数据通信 相关的功耗(power consumption)进行管理。 优选地，所述一个或多个电路还用于，基于所述控制策略，为所述物理层设备选择 操作模式。 优选地，所述一个或多个电路还用于，基于所述选择的操作模式，重新配置所述物 理层设备的一个或多个组件。 优选地，所述一个或多个电路包括一个或多个存储器元素，基于所述选择的操作 模式，所述一个或多个电路还用于，分配所述一个或多个存储器元素给和/或释放所述一 个或多个存储器元素自接收的和/或将要发送的缓冲数据。 优选地，所述一个或多个电路包括一个或多个存储器元素，基于所述重新配置所 需要的时间，所述一个或多个电路还用于，分配所述一个或多个存储器元素给和/或释放 所述一个或多个存储器元素自接收的和/或将要发送的缓冲数据。 优选地，所述一个或多个电路包括一个或多个存储器元素，基于重新配置与所述 物理层设备通信连接的链路伙伴(link partner)所需要的时间，所述一个或多个电路还用 于，分配所述一个或多个存储器元素给和/或释放所述一个或多个存储器元素自接收的和 /或将要发送的缓冲数据。 优选地，所述一个或多个电路还用于，在由所述控制策略确定的时间上，触发所述 物理层设备的重新配置。 优选地，所述选择的操作模式包括一个低功率空闲(low power idle，LPI)操作模
式和物理层子集操作模式。 优选地，所述一个或多个电路还用于，在所述物理层设备内部利用硬件，软件和/ 或固件，从所述物理层设备内部执行所述一个或多个控制策略。 优选地，所述一个或多个电路还用于，控制与所述物理层设备一起集成在通用基 板(common substrate)上的一个或多个其它物理层设备。 本发明的各种优点、特征和创新之处以及所述实施例之中的各种细节，通过下文 的描述以及相关附图将得到全面的理解。


图1是依据本发明一较佳实施例的在两个网络设备之间的示范性以太网 (Ethernet)连接的结构示意图； 图2是依据本发明一较佳实施例的使用包括多速率的物理块的双绞线物理层设 备结构的以太网的结构示意图； 图3A是依据本发明 一 较佳实施例的用于为能量效率网络(energy efficientnetworking)实施控制策略的示范性物理层设备的示意图；
图3B是依据本发明一较佳实施例的集成在芯片的多个物理设备的示意图，其中 每个物理层设备用于实现EEN控制策略； 图3C是依据本发明一较佳实施例的集成在芯片并由多个EEN控制策略管理的多 个物理层设备的示意图； 图4是依据本发明一较佳实施例的在物理层设备中实现EEN控制策略的的流程 图。
具体实施例方式
本发明的一些实施例涉及一种物理层设备的能量效率和相关策略的控制方法和 系统。在本发明的不同实施例中，基于从物理层设备内部执行的一个或多个能量效率网络 (energy efficient networking, EEN)控制策略，可控制物理层设备的操作。 一个或多个控 制策略可支持与通过物理层设备的数据通信相关的功耗管理。基于控制策略，可选择物理 层设备的操作模式。基于选择的操作模式，可重新配置物理层设备的一个或多个组件。在 发送EEN控制信号之前可执行重新配置的第一部分，在发送EEN控制信号之后可执行重新 配置的剩余部分。基于选择的操作模式，基于重新配置所需要的时间，基于重新配置与所述 物理层设备通信连接的链路伙伴(link partner)所需要的时间，分配存储器给接收的和/ 或将要发送的缓冲数据。反过来，基于选择的操作模式，基于重新配置所需要的时间，基于 重新配置与所述物理层设备通信连接的链路伙伴(link partner)所需要的时间，释放存储 器自接收的和/或将要发送的缓冲数据。从缓冲中释放存储器可用于支持其它功能如加密 和/或解密。在由控制策略确定的时间上，触发物理层设备的重新配置。选择的操作模式 包括一个低功率空闲(low power idle, LPI)操作模式和物理层子集操作模式。在物理层 设备内部利用硬件，软件和/或固件，从物理层设备内部执行控制策略。多个物理层设备可 继承在通用基板(common substrate)上，多个物理层设备中的一个物理层设备可控制一个 或多个其它物理层的操作和/或配置一个或多个其它物理层。 图1是依据本发明一较佳实施例的在两个网络设备之间的示范性以太网 (Ethernet)连接的结构示意图。如图1所示，展示了包括网络设备102和网络设备104的 系统100。网络设备102和104是通过链路112通信的链路伙伴(link partners)，网络 设备102和104各自包括主机106a和106b，网络子系统(networking subsystem) 108a和 108b，物理层设备110a禾口 110b，接口 114a禾口 114b，接口 116a禾口 116b，接口 118a禾口 118b。 这里的接口 114a和114b可全部地或单独地称作接口 114，这里的接口 116a和116b可全部 地或单独地称作接口 116。主机106a和106b可全部地或单独地称作主机106。这里的网络子系统108a和108b可全部地或单独地称作网络子系统108。物理层设备110a和110b 可全部地或单独地称作物理层设备106。 链路112不限于任何特定的媒介。示范性的链路112媒介可包括铜线，无线，光 缆和/底板(backplane)技术。例如，铜线介质如STP， Cat3， Cat5， Cat5e， Cat6， Cat7，也 可利用IS0术语变体。此外，可利用铜线介质技术如无限带宽(InfiniBand), Ribbon,底 板(backplane)。针对链路112的光缆介质，可使用单模式光纤和多模式光纤。针对无线， 网络设备102和104可支持一个或多个802. 11协议族。在本发明的示范性实施例中，链 路112可包括高达4个或多个物理信道，每个物理信道，例如，可包括非屏蔽双绞线(UTP)。 网络设备102和网络设备104可通过包括链路112的两个或多个物理信道进行通信。例 如，使用双绞线标准10BASE-T和100BASE-TX的以太网可使用两对UTP，而使用双绞线标准 1000BASE-T和10GBASE-T的以太网可使用四对UTP。 网络设备102和/或104可包括，例如，交换机，路由器，终点(end point)，路由 器，计算机系统，音频/视频(A/V)设备，或是这些的结合。在这点上，A/V设备，例如，可包 括麦克风，乐器，音板(sound board)，声卡(sound card)，视频摄像机，媒体播放器，显卡， 或其它音频和/或视频设备。此外，网络设备102和104能够使用音频/视频桥接(Audio/ Video Bridging)和/或音频/视频桥接扩展(这里全部称作音频视频桥接或AVB)来实现 多媒体内容和相关的控制和/或辅助数据的交换。同时，网络设备也可用于执行安全协议 如IPsec和/或MACSec。 主机106a禾P 106b分别可用于在网络设备102禾P 104中处理0SI (OpenSystem Interconnection)层3及其以上层的功能。主机106a和106b可用于执行系统控制和管 理，并可包括硬件，软件或软硬件的结合。主机106a和106b各自通过接口 116a和116b与 网络自系统108a和108b进行通信。此外，主机106a和106b各自通过接口 118a和118b 与物理层设备110a和110b交换信号。接口 116a和116b相当于PCI或PCI-X接口。接口 118a和118b可包括一个或多个离散信号和/或通信业务。然而，本发明并不限于此。
网络子系统108a和108b可包括适当逻辑，电路和/或代码，分别可用于在网络设 备102和104中处理0SI层2及其以上层的功能。在这点上，网络子系统108可包括媒介 访问控制器(MAC)和/或其它网络子系统。每个网络子系统108可用于执行，交换，路由和 /或网络接口卡(NIC)功能。每个网络子系统108a和108b可用于执行以太网协议，如那些 基于IEEE 802. 3标准的协议。然而，本发明并不限于此。网络子系统108a和108b分别通 过接口 114a和114b与物理层设备110a和110b进行通信。接口 114a和114b相当于包括 协议和/或链路管理控制信号的以太网接口。例如，接口 114a和114b可为多速率接口和 /或介质无关接口 (MII)。 每个物理层设备110可包括适当逻辑，电路，接口和/或代码，可支持网络设备102 和网络设备104之间的通信。每个物理层设备110可当做物理层发送器和/或接收器，物 理层收发器。物理层设备110a和110b可用于处理物理层请求，包括，但不限于，信息分包， 数据传输和序列化/反序列化(SERDES)，在如果有上述要求的操作的情况下。由物理层设 备110a和110b分别从网络子系统108a和108b接收的数据包，可包括数据和0SI上面6 层每层的头信息。物理层设备110a和110b可配置为将来自于网络子系统108a和108b的 包转换为通过物理链路112传输的物理层信号。在本发明的某些实施例中，物理层设备110可包括用于执行MACSec的适当逻辑，电路和/或代码。 每个物理层设备IIO可支持，例如，使用铜线的以太网，使用光纤的以太网和 /或底板以太网的操作。每个物理层设备IIO可支持多速率通信，如10Mbps， 100Mbps， 1000Mbps (或lGbps) ，2. 5Gbps，4Gbps， 10Gbps或40Gbps。在这点上，每个物理层设备IIO可 支持基于标准的数据率限制和/或非标准的数据率限制。而且，每个物理层设备110可支持 标准的以太网链路操作长度或范围和/或扩展的操作范围。通过使用链路发现信令(link discovery signaling, LDS)操作，每个物理层设备110可支持网络设备102和网络设备104 之间的通信，该LDS操作可在其它网络设备中支持激活操作的检测。在这点上，LDS操作可 配置为支持标准以太网操作和/或扩展范围的以太网操作。每个物理层设备iio也可支持 自动协调(autonegotiation)，该自动协调用于识别和选择通信参数，如速度和双工模式。
物理层设备110a和110b中的一个或两个可包括双绞线物理层，该双绞线物理 层能够工作在一个或多个标准速率下，如10Mbps， 100Mbps， lGbps禾P 10Gbps (IOBASE-T， IOOGBASE-TX， 1GBASE-T和/或10GBASE-T ;可能的标准化的速率如40Gbps禾P 100Gbps ;和 /或非标准化速率如2. 5Gbps和5Gbps。 物理层设备110a和110b中的一个或两个可包括底板(backplane)物理层，该底 板物理层能够工作在一个或多个标准速率下如10Gbps(10GBASE-KX4和/或10GBASE-KR); 和/或非标准速率如2. 5Gbps和5Gbps。 物理层设备110a和110b中的一个或两个可包括光纤物理层，该光纤物理层能够 工作在一个或多个标准速率下，如10Mbps， lOOMbps， lGbps和10Gbps ;可能的标准化的速率 如40Gbps和100Gbps ;和/或非标准化速率如2. 5Gbps和5Gbps。在这点上，光纤物理层设 备可为无源光纤网络(PON)物理层设备。 物理层设备110a和110b中的一个或两个可支持多线(multi-lane)拓扑结构如 40Gbps CR4， ER4， KR4 ;100Gbps CRIO， SR10和/或10Gbps LX4和CX4。同时，也可支持串 行电的和铜线单个信道技术如KX， KR， SR， LR， LRM， SX， LX， CX， BXIO， LXIO。也可支持非标 准速度和非标准技术，例如，单个信道，双信道或四信道。而且，网络设备102和/或104可 支持不同速度下的T匿技术，如PON。 物理层设备110a和110b中的一个或两个可支持在一个方向上的以较高速率的发 送和/或接收，和在另一个方向上的以较低速率的发送和/或接收。例如，网络设备102可 包括多媒体服务器，网络设备104可包括多媒体客户端。在这点上，例如，网络设备102以 较高的速率发送多媒体数据给网络设备104，而网络设备104以较低的速率发送与多媒体 内容相关的控制或辅助数据。 在本发明的不同实施例中，每个物理层设备110a和110b可用于执行一个或多 个能量效率技术，该能量效率技术可被当做关于在以太网特定案例中的能量效率网络 (energy effocient networking, EEN)，會g量效率以太网(energyeff icient networking, EEE)。例如，物理层设备110a和110b可用于支持低功率空闲(low power idle，LPI)和/ 或半速率(sub-rating)，也是指物理层子集(subsetPHY)技术。LPI通常是指技术族，物理 层设备110a和110b可保持沉默和/或发送信号而非常规的IDLE符号，而不是在非激活期 间发送常规IDLE符号。半速率(sub-rating)，或者物理层子集通常是指技术族，其中，在实 时或接近实时情况下对物理层进行配置，使物理层在不同的速率下进行通信。
在操作上，物理层设备110a和110b可用于支持一个或多个EEN技术，该EEN技术 包括，例如，LPI和物理层子集的半速率。相应地，在物理层设备110a和110b中用固件，硬 件和/或软件来执行EEN控制策略。EEN控制策略可执行由协议定义的功能，该协议涉及， 或代替由IEEE802. 3az定义的协议。EEN策略可确定如何和/或何时配置和/或重新配置 物理层设备110a和llOb，来优化能量效率和性能之间的平衡。对于LPI，使用控制侧率来 确定，例如，LPI使用什么变量，何时进入LPI模式和何时退出LPI模式。对于物理层子集， 物理层设备110a和llOb可用于确定，例如，如何达到期望的数据率和何时再数据率之间转 变。尽管本发明所描述的方面涉及到LPI和物理层子集，但是本发明并不限制与此，基于控 制策略，通过物理成可执行其它EEN技术。 EEN控制策略可执行在物理层，并可传输到OSI层2及其之上的层。在这点上，在 本发明的某些实施例中，执行EEN协议如由802. 3az定义的协议的控制策略，可被完全执行 在物理层。在本发明的其它实施例中，控制策略部分地执行在物理层和部分地执行在OSI 层2和更高的OSI层。执行这样的EEN控制策略的物理层设备可为传统的物理层设备的替 代。由物理层设备执行的EEN控制策略，可与传统MAC和/或传统主机兼容。用这种方式， 在物理层设备110执行EEN控制策略，可获得更高能量效率网络的利益，而避免了重新设计 或者"重新修补"全部或部分网络子系统108和/或主机106的需要。此外，通过在物理层 执行EEN控制策略，本来是被执行EEN策略所需要的主机106和/或网络系统108上的硬 件和/或软件资源，现在可分配给其它功能。 图2是依据本发明一较佳实施例的使用包括多速率的物理块的双绞线物理层设 备结构的以太网的结构示意图。如图2所示，展示了网络设备200，网络设备200包括使用 双绞线物理层设备201和接口 114的以太网。物理层设备202可为一个集成的设备，该集 成的设备可包括多速率物理层模块212，一个或多个发送器214，一个或多个接收器220，存 储器216和一个或多个输入/输出接口 222。 202可为一个集成的设备，该集成的设备可包括多速率物理层模块212， 一个或多 个发送器214， 一个或多个接收器220，存储器216，存储器接口 218和一个或多个输入/输 出接口 222。物理层设备202相同于或大体上类似于图l所描述的物理层设备110a和110b。 在这点上，物理层设备202可为层l(物理层)提供可操作性和/或功能性，该可操作性和 /或功能性支持与远程物理层设备的通信。 接口 114相同于或大体上类似于图l所描述的接口 114a和114b。接口 114可包 括，例如，用于发送数据给物理层202和从物理层202接收数据的介质无关接口如XGMII， GMII或RGMII。在这点上，接口 114包括信号，该信号表明从网络子系统108到物理层110 的数据即将在接口 114出现，这里的这个信号是指发送使能(TX_EN)信号。类似地，接口 114包括表明从物理层110到网络子系统108的数据即将在接口 114出现的信号，这里的这 个信号是指接收数据有效(RX_DV)信号。接口 114可包括控制接口如管理数据输入/输出 (MDIO)接口。 在物理层设备202的多速率物理层模块212可包括适当逻辑，电路和/或代码，可 支持物理层的可操作性和/或功能性。在这点上，多速率物理层模块能够产生合适的链路 发现信令，该链路发现信令用于建立与远程网络设备的远程物理层设备之间的通信。多速 率物理层模块212通过接口 114，可与MAC控制器和/或其它OSI层2和更高层子系统通信。在本发明的一个方面中，接口 114可为介质无关接口 (Mil)并可配置为利用多个串行数 据线来从多速率物理层模块212接收数据和/或来发送数据给多速率物理层模块212。多 速率物理层模块212可配置为操作在多个通信模式的一个或多个通信模式下，其中每个通 信模式可执行不同的通信协议。这些通信模式包括，但不限于，使用双绞线标准IOBASE-T， 100BASE-TX， IOOOBASE-T， 10GBASE-T的以太网，和在网络设备之间使用多物理信道的其它 类似协议。多速率物理层模块212可配置为操作在初始化或在操作期间工作在特殊的操作 模式下。在这点上，物理层设备202可操作在普通模式或操作在多个节能模式中的一个模 式下。示范性的节能模式可包括LPI模式和一个或多个半速率(sub-rating)模式，在这些 节能模式下，物理层设备202以比支持的最大的或协调的初始的速率小的速率工作。
在本发明的不同实施例中，多速率物理层模块212可包括适当逻辑，电路，接口和 /或代码，用于执行EEN控制策略。相应地，多速率物理层模块212可用于在物理层设备202 中监测一个或多个条件和/或信号，并基于检测控制操作模式。在这点上，多速率物理层模 块212可产生一个或多个控制信号来配置和重新配置物理层设备202的不同组件。
多速率物理层模块212可包括存储器216a和/或通过存储器接口 218连接至存储 器216b。存储器216a和216b，这里都称作存储器216，可包括适当逻辑，电路和/或代码， 能够实现信息的存储和编程，该信息包括参数和/或代码，该参数和/或代码可完成多速率 物理层模块212的操作。在这点上，存储器216可包括，例如，通过接口 114的MDI0部分访 问和/或控制的一个或多个寄存器。此外，在将数据转换为物理符号之前，存储器216可缓 冲通过接口 114接收的数据，并通过一个或多个接口 222发送该数据。例如，当从节能模式 到更高性能模式的物理层转换时-如退出LIP模式或从半速率(sub-rating)到更高速率 的转换，缓冲来自接口 114的数据。同时，在数据打包或处理之前，存储器226缓冲通过一 个或多个接口 222接收的数据并通过接口 114传递该数据。例如，当更高层功能和/或电 路，如MAC或PCI总线，退出节能模式时，在存储器216缓冲通过链路112接收的数据。
每一个发送器214a， 214b， 214c， 214d，这里都被称作发送器214，可包括适当逻 辑，电路，接口和/或代码，可支持通过如图1所示的链路112从网络设备200到远程网络 设备的数据传输。接收器220a， 220b， 220c， 220d可包括适当逻辑，电路和/或代码，能够从 远程网络设备接收数据。在物理层设备202中的每个发送器214a， 214b， 214c， 214d和接收 器220a，220b，220c，220d相当于包括链路112的物理信道。用这种方式，发送器/接收器 对可与每个物理信道224a， 224b， 224c， 224d对接。用这种方式，发送器/接收器对可用于 支持每个物理信道的不同通信速率，调制方案和信号层。用这种方式，发送器214和/或接 收器229可支持不同的操作模式，该操作模式能够管理物理层设备202的功耗和链路112 上的功耗。相应地，可对一个或多个发送器214和/或接收器220下电和/或基于物理层 设备202的操作模式对一个或多个发送器214和/或接收器220进行配置。
输入/输出接口 222可包括适当逻辑，电路和/或代码，使得物理层设备202在物 理信道如图1所示的双绞线链路112上传送信号信息。因此，输入/输出接口 220，例如，可 提供在差分和单端(differential and single-ended)的之间，平衡和非平衡之间，信令方 法之间的转换。在这点上，该转换依赖被发送器214使用的信令方法，接收器220和物理信 道的媒介类型。相应地，输入/输出接口 222可包括一个或多个平衡转换器(bal皿s)禾口/ 或变压器，并支持在双绞线上的传输。此外，输入/输出接口 222可在物理层设备202内部
9或外部。在这点上，如果物理层设备202包括集成电路，那么，例如，"内部"是指在芯片上和 /或共享相同的基板(substrate)。类似地，如果物理层设备202包括一个或多个离散的组 件，那么，例如，"内部"是指在相同的印刷电路板上或在通用物理包中。
每一个混合部件226可包括适当逻辑，电路，接口和/或代码，能够从物理链路中 分离发送的和接收的信号。例如，混合部件可包括回声消除器(echocancellers)，远端串 话(far-end crosstalk, FEXT)消除器，和/或近端串话(near-endcrosstalk， NEXT)消除 器。在网络设备300中的每一个混合部件226可通信地连接至输入/输出接口 222。多个 混合部件226中的一个能够支持不同的操作模式，该操作模式能够管理物理层设备202的 功耗和链路112上的功耗。相应地，可对混合部件226的部分断电和/或基于物理层设备 202的操作模式对混合部件226的部分进行配置。 在操作中，网络设备200通过链路112与远程伙伴通信。为了优化性能和能耗 (energy consumption)的折中，PHY设备202可实施控制策略，用于确定合适进行各种操作 模式间的转换。就此而言，可通过诸如抖动(jitter)、延迟、带宽和误码率等度量标准来对 性能进行度量。 在本发明一实施例中，控制策略确定何时以及如何优化半速率(sub-rating)来 改善能量效率。因此，控制策略用于确定使用怎样的数据率、如何配置PHY设备202的各个 组件实现选定的数据率、以及何时进行数据率的转换。就此而言，PHY设备202用于基于控 制策略生成一个或多个控制信号，以配置或重配置发射器214、接收器220混合部件226、存 储器216和/或多速率PHY模块212的一个或多个部分。PHY设备202还用于基于控制策 略生成信号，该信号用于传送EEN状态和/或决定给链路伙伴。 在本发明另一实施例中，控制策略可做出决定，诸如何时以及如何优化低功率空 闲(LPI)来改善能量效率。因此，控制策略用于确定何时进入LPI模式、在LPI模式下如何 配置PHY设备202的各个组件、何时退出LPI模式。PHY设备202还用于基于控制策略生成 信号，该信号用于传送EEN状态和/或决定给链路伙伴。 图3A是依据本发明一实施例的示范性物理层(PHY)设备框图，用于实施能量效率 网络(energy efficient networking)控制策略。参考图3A，示出了 MAC (Media Access Control,媒体访问控制)层之上的0SI (Open Systemlnterconnection)层，标识为模土央 306、 MAC客户端(client) 304a、 MAC 304b以及物理层设备302。物理层设备302包括模 块308，用于实现物理编码子层(PCS, physical coding sublayer)、物理介质连接(PMA， physical mediaattachment)子层禾口 /或物理介质相关(PMD， physical media dependent) 子层以及EEN模块314。模块308包括一个或多个发射缓存310a、 一个或多个接收缓存 310b。 模块308基本上类似于图1所示的主机106。MAC客户端(client) 304a和MAC 304b 组合可执行基本上类似于图1所示的网络子系统108的功能。MAC客户端(client) 304a可 实施例如复用(multiplexing)和流控制(f lowcontrol)，使得多个网络层协议共存，以使 用MAC 304b和物理层(PHY) 302。 MAC客户端304a为例如IEEE802. 2所定义的逻辑链路控 制子层(LLC)。 MAC304b执行数据封装(encapsulation)和/或媒体接入管理，其中媒体接 入管理包括处理来自共享通用物理媒介的多个网络设备冲突的操作。 一示范性的操作包括 仲裁(arbitration)禾口协商(negotiation)。
物理层设备302包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于实施物理层功能。 就此而言，物理编码子层(PCS)、物理介质连接(PMA)子层和物理介质相关(PMD)子层可通 过以模块308代表的硬件、固件和/或软件实现。模块308用于执行一个或多个物理编码 和/或解码、PMA成帧、以及发射器和/或接收器操作。模块308包括一个或多个发射缓存 310a，用于存储通过接口 114接收并传送至链路112的数据。模块308包括一个或多个接 收缓冲310b，用于存储通过链路112接收并传送至MAC 304b的数据。
PHY设备302还包括EEN模块314，EEN模块314反过来包括适当的逻辑、电路和/ 或代码，用于实施EEN控制策略。EEN控制策略用于平衡PHY302中和/或链路112上的性 能和功耗的折中。在本发明多个实施例中，PHY设备302包括存储器316和/或一个或多 个计数器318。另外，模块314用于生成与链路伙伴通信的EEN控制信息和/或处理接收自 链路伙伴的EEN控制信息。 存储器316包括一个或多个状态寄存器和/或实施EEN控制策略的配置寄存器。 状态寄存器可通过例如MDIO总线读出一个或多个来自OSI高层306的信号和/或向MAC 304a写入数据。另外，存储器316被分配、释放和重分配以补充发射(Tx)缓存310a和/或 接收(Rx)缓存310b。 在操作中，EEN控制策略作出决定，诸如何时进入和/或退出低功率模式。可基于 PHY 302中监控的一个或多个信号和/或条件来确定EEN控制策略决定和最终的动作，诸如 重配置PHY302。控制策略所考虑的一些因素的例子随后阐述。许多例子都被简化，并且本 发明的多个例子使用其中两个或多个的组合。然而，本发明并不限于所描述的实施例。
EEN协议和/或技术的实施可基于例如缓存在缓存310和/或存储器316中的一 定数量的数据。例如，假设Tx(发射)缓存310a为空或在某个时间段为空，与数据传输相 关的PHY 302的一部分被重新配置为低(更低)功率状态。类似地，假设Rx(接收)缓存 310b为空或在某个时间段为空，与数据接收相关的PHY 302的一部分被重新配置为低功率 状态。在本发明一些实施例中，PHY302的发射部分的配置可基于PHY 302的接收部分的配 置来确定，反过来，PHY 302的接收部分的配置可基于PHY 302的发射部分的配置来确定。 以此方式将发送部分的配置与接收部分的配置捆绑可基于以下假设接收自链路伙伴的流 量不与发送至链路伙伴的流量相关。该假设是有用的，例如，在只有有限的能力来预测链路 上流量的诸如切换或路由的核心设备中。 EEN协议和/或技术的实施，诸如确定何时进行操作模式间的转换，可基于例如模 块314中一个或多个计数器和/或寄存器。例如，假设接口 114的TX EN(发送使能)未被 断言为静态或动态地确定时间周期，与数据传送相关的PHY302的一部分被配置为低功率 状态。类似地，假设静态或动态地确定的时间周期内数据未通过链路112接收和/或链路 空闲(IDLE)，与数据接收相关的PHY302的一部分被配置为低功率状态。另外，计数器的值 被存储，且其历史数值被用来预测PHY302何时转换为低功率模式而不会对性能有重大的 负面影响。 EEN协议和/或技术的实施，诸如确定何时进行操作模式间的转换，可基于例如发 往MAC 304b的MDIO总线的管理信号。例如，MDI0配置阈值，诸如进入低功率模式后PHY302 应该在低功率模式保持多久、在进入低功率模式之前缓存应该空多久、在从低功率模式唤 醒之前缓存应该有多满。MDIO还用于配置与链路伙伴相关的参数。示范性的参数包括链路伙伴唤醒所需要的时间、链路伙伴的缓存中有多少可用的缓存。MDIO可由系统设计者或管 理者实现控制策略的配置。 EEN协议和/或技术的实施，诸如确定何时进行操作模式间的转换，可基于例如来 自模块306的信号，诸如PCI总线控制器和/或CPU所生成的信号。例如，指示PCI总线是 否活跃的信号用于预测数据是否将要到达PHY302和/或确定OSI高层306是否准备好接 收来自PHY302的数据。另一例子，在PHY中基于数据类型，来自CPU或模块306的其他数 据处理组件的信号指示与PHY302通信的流量类型，控制策略确定PHY302合适的操作模式 和/或合适的缓存分配或其他资源。就此而言，EEN协议和/或技术的实施，诸如确定何时 进行操作模式间的转换，可基于例如通过链路112发送的或向上与MAC 304a通信的流量的 延迟约束。当延迟不是问题，在唤醒PHY设备302、MAC304和/或高层功能以用于传送积累 的突发流量之前，一连串突发流量(trafficbursts)可缓存一个允许的时间段。
EEN协议和/或技术的实施，诸如确定何时进行操作模式间的转换，可基于例如接 收自与PHY通信连接的链路伙伴的信号。就此而言，进入或退出低功率模式需要链路伙伴 的同意或至少关注链路伙伴在做什么。例如，在链路伙伴唤醒的时间比PHY302长的情况 下，PHY302需要依此进行计划并分配足够的存储器给Tx缓存310a。相反地，在链路伙伴唤 醒比PHY302快的情况下，PHY302需要依此进行计划并分配足够的存储器给Rx缓存310b和 /或指示链路伙伴增加其Tx缓存以拖延传送。当链路伙伴可用的缓冲比PHY少时，类似的 情况可能会发生。总之，在本发明一些实施例中，控制策略被用来动态分配和重分配，比如 存储器316补充Tx缓存310或Rx缓存310b。 EEN协议和/或技术的实施，诸如确定何时进行操作模式间的转换，可基于例如接 收自与PHY通信连接的链路伙伴的数据包和/或流量的类型、格式和/或内容。就此而言， 某些独特的数据包和/或数据包类型会触发PHY302转换为节能模式，某些独特的数据包和 /或数据包类型会触发PHY302退出节能模式。还有，PHY302基于所接收的数据包和/或 流量的类型、格式和/或内容来确定进入(ingress)和/或出去(egress)的数据要缓存多 久。 图3B是依据本发明一实施例的集成于芯片上的多个物理层(PHY)设备示意图，其 中每一物理层设备用于实施EEN控制策略。参考图3B，示出了基板322，其上装配有多个 PHY设备302" 、302炉其中N为整数。PHY 302" 、302N的每一个包括模块308，如同
图3A中的描述。PHY 302i.....302w的每一个包括EEN模块314，如同图3A中的描述。 在操作中，每一模块314x管理PHY302x的功耗和性能，独立于其他N_l个PHY，其
中X为1到N的整数。例如，PHY 302i.....302N中的一部分使用LPI技术而其他的使用半
速率(sub-rating)。进一步地，PHY302x可在与其他N-l个K1Y中的一个或多个不同的时 间和/或基于与一个或多个其他N-l个PHY不同的因素进入或退出LPI模式。类似地，使用 半速率(sub-rating)的PHY302x以一数据率进行操作，该数据率的确定与其他N-l个PHY 中的一个或多个所使用的数据率无关。 图3C是依据本发明一实施例的由多个EEN控制策略管理的集成于芯片上的多个 物理层(PHY)设备示意图。参考图3C，示出了基板332，其上装配有多个PHY设备302和一 个或多个PHY设备336p . . . 、336『其中N为整数。PHY 302和336^ . . . 、336N通过交叉连 接单元334 (cross connect)通信连接。PHY 302和336!、. . 、336N的每一个包括模i央308，
12如同图3A中的描述。PHY 302还包括模块314，如同图3A中的描述。尽管基板332仅包括 单个PHY302，本发明并不限于此。就此而言，基板332包括多个PHY302，其中每一个可用于 管理PHY 336!.....336,的子集的功耗。 在操作中，模块314管理PHY 302和336工.....336N的功耗和性能。就此而言，实
施EEN控制策略的信号通过交叉连接单元334在PHY302和PHY336^ . . . 、336N之间传送。 使用多个PHY的通用控制策略能够实现例如负载平衡以得到更多的能量效率。在本发明的 多个实施例中，每一 PHY使用通用EEN技术，诸如LPI 。在本发明的另一实施例中，模块31^
生成一组与每一PHY 336工.....336w通信连接的控制信号。就此而言，基于一组通用信号重
配置每一 PHY的方式是不同的。 图4是依据本发明一较佳实施例的在物理层设备中实现EEN控制策略的的流程 图。如图4所示，示范性步骤开始于步骤402，在步骤402中，在第一链路伙伴的物理层和第 二链路伙伴的物理层之间建立物理层通信。在步骤402之后，示范性步骤进入步骤404。
在步骤404，在第一链路伙伴的第一物理层，如图3A-3C中所描述的EEN模块314， 的逻辑，电路，接口和/或代码，基于EEN控制策略，可检测事件和/或条件，该事件和/或 条件可触发进入节能操作模式或退出节能操作模式的转换。步骤404之后，示范性步骤进 入步骤406。 在步骤406，物理层设备可与第二物理层交换信号和/或数据包来协调转换。在这 点上，物理层可交换数据包和/或物理层信号。协调包括，例如，当转换即将发生时的指示 和/或协商。步骤406之后，示范性步骤进入步骤408。 在步骤408，物理层设备可执行进入或退出节能操作模式的转换。在这点上，通过 基于EEN控制策略由EEN模块314产生的一个或多个控制信号，重新配置物理层设备的一 个或多个部分。步骤408之后，示范性步骤回到步骤404。 本发明提供了能量效率网络设备和协议的物理层控制方法和系统的不同方面。在 本发明的示范性实施例中，基于从物理层设备202(图2)内部执行的一个或多个EEN控制 策略，控制物理层设备202的操作。 一个或多个控制策略可支持与通过物理层设备202的 数据通信相关的功耗管理。基于控制策略，可选择物理层设备的操作模式。基于选择的操 作模式，可重新配置物理层设备202的一个或多个组件，如混合部件226，发送器214，接收 器220和存储器216a和216b。基于选择的操作模式，基于重新配置所需要的时间，基于重 新配置与所述物理层设备通信连接的链路伙伴(link partner)所需要的时间，分配物理层 202中的存储器216给接收的和/或将要发送的缓冲数据。反过来，基于选择的操作模式， 基于重新配置所需要的时间，基于重新配置与所述物理层设备通信连接的链路伙伴(link partner)所需要的时间，释放物理层202中的存储器216自接收的和/或将要发送的缓冲 数据。从缓冲中释放存储器可用于支持其它功能如加密和/或解密。在由控制策略确定的 时间上，触发重新配置。选择的操作模式包括一个低功率空闲(low power idle,LPI)操作 模式和物理层子集操作模式。在物理层设备内部利用硬件，软件和/或固件，从物理层设备 内部执行控制策略。多个物理层设备302和336可集成在通用基板(common substrate) 332 上，多个物理层设备302中的一个物理层设备可控制一个或多个其它物理层336的操作和 /或配置一个或多个其它物理层336。 本发明的另一实施例提供一种机器和/或计算机可读存储器和/或介质，其上存储的机器代码和/或计算机程序具有一个或多个可由机器和/或计算机执行的代码段，使
得机器和/或计算机能够实现本文所描述的能量效率和相关策略的控制。 相应地，本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。本发明可以在一个
或多个计算机系统中以集中方式实现，或者由分布在几个互连的计算机系统中的不同部分
以分散方式实现。任何可以实现所述方法的计算机系统或其它设备都是可适用的。常用软
硬件的结合可以是安装有计算机程序的通用计算机系统，通过安装和执行所述程序控制计
算机系统，使其按所述方法运行。本发明可在包含部分可执行其它功能的集成电路的硬件
下实现。 本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发明方法 的全部特征，当其安装到计算机系统中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本申请文件 中的计算机程序所指的是可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表 达式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个 步骤之后，a)转换成其它语言、代码或符号；b)以不同的格式再现，实现特定功能。
本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当理解，在不脱离 本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具 体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开 的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
权利要求
一种联网(networking)方法，其特征在于，所述方法包括基于从物理层设备内部执行的一个或多个控制策略，从所述物理层设备内部控制所述物理层设备的操作，其中，所述一个或多个控制策略使得所述物理层设备支持能量效率网络(energy efficient networking)，所述能量效率联网(networking)包括对通过所述物理层设备进行的数据通信相关的功耗(powerconsumption)进行管理。
2. 如权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法进一步包括，基于所述控制策略，为 所述物理层设备选择操作模式。
3. 如权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法进一步包括，基于所述选择的操作模 式，重新配置所述物理层设备的一个或多个组件。
4. 如权利要求3所述方法，其特征在于，所述方法进一步包括，基于所述选择的操作模 式，分配存储器给和/或释放存储器自接收的和/或将要发送的缓冲数据。
5. 如权利要求3所述方法，其特征在于，所述方法进一步包括，基于所述重新配置所需 要的时间，分配存储器给和/或释放存储器自接收的和/或将要发送的缓冲数据。
6. 如权利要求3所述方法，其特征在于，所述方法进一步包括，基于重新配置与所述物 理层设备通信连接的链路伙伴(link partner)所需要的时间，分配存储器给和/或释放存 储器自接收的和/或将要发送的缓冲数据。
7. 如权利要求3所述方法，其特征在于，所述方法进一步包括，在由所述控制策略确定 的时间上，触发所述物理层设备的重新配置。
8. —种联网系统，其特征在于，所述系统包括用于物理层设备的一个或多个电路，所述一个或多个电路用于执行一个或多个控制策 略，所述一个或多个控制策略使得所述物理层设备支持能量效率网络(energy efficient networking)，所述能量效率联网包括对通过所述物理层设备进行的数据通信相关的功耗 (power consumption)进行管理。
9. 如权利要求8所述系统，其特征在于，所述一个或多个电路还用于，基于所述控制策 略，为所述物理层设备选择操作模式。
10. 如权利要求9所述系统，其特征在于，所述一个或多个电路还用于，基于所述选择 的操作模式，重新配置所述物理层设备的一个或多个组件。
全文摘要
本发明提供了一种联网方法和系统。在这点上，基于从物理层设备内部执行的一个或多个能量效率网络控制策略，可控制物理层设备的操作。一个或多个控制策略支持与通过物理层设备的数据通信相关的功耗管理。基于控制策略，可选择物理层设备的操作模式。基于选择的操作模式，可重新配置物理层设备的一个或多个组件。选择的操作模式可包括低功率空闲(low power idle，LPI)操作模式或物理层子集操作模式。在物理层设备内部利用硬件，软件，和/或固件在物理层设备内部执行控制策略。
文档编号H04L12/56GK101741721SQ20091020986
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月5日 优先权日2008年11月5日
发明者韦尔·威廉·戴博 申请人:美国博通公司