專利名稱：同步網(wǎng)絡(luò)交換機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，尤其涉及形成為彼此耦接的兩個或更多個端口的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的同步通信系統(tǒng)。所述端口優(yōu)選地與單獨的多媒體設(shè)備相關(guān)聯(lián)，該網(wǎng)絡(luò)形成在該設(shè)備的端口之間，該設(shè)備耦接到外部多媒體設(shè)備。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)通常被認為是允許在通過傳輸線路相互連接的節(jié)點之間進行通信的系統(tǒng)。每個節(jié)點可以在該傳輸線路上發(fā)送信息，和/或可以接收信息。相互連接的節(jié)點的通 信系統(tǒng)可以被組織成多種拓撲結(jié)構(gòu)，諸如總線、環(huán)形、星形或樹形拓撲等?？偩€拓撲網(wǎng)絡(luò)通常被認為是線性的，其中來自一個節(jié)點的傳輸在傳輸線路的長度上傳播，并且被連接到該總線的所有其他節(jié)點接收。但是，環(huán)形拓撲網(wǎng)絡(luò)通常由按單向傳輸線路相互連接以構(gòu)成單獨的閉合環(huán)的一系列節(jié)點組成。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的示例在IEEE802. 5和光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)中有描述。用于傳送音頻和視頻數(shù)據(jù)的流數(shù)據(jù)在從源端口產(chǎn)生到網(wǎng)絡(luò)上的采樣之間具有時間關(guān)系。在傳輸線路上必須保持那些采樣之間的關(guān)系，以避免可察覺到的錯誤，比如間隔或改變的頻率。時間關(guān)系的丟失可能導(dǎo)致目的地處的接收機經(jīng)歷抖動、回波或最差的情況是音頻和視頻流中的周期性空白。轉(zhuǎn)發(fā)流數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選地與每個源和目的節(jié)點同步，所述節(jié)點以與網(wǎng)絡(luò)同步的速率采樣。在流數(shù)據(jù)典型地在網(wǎng)絡(luò)上同步地發(fā)送時，存在這樣的情況其中，節(jié)點的本地采樣速率與傳輸線路的幀同步速率不是相同頻率。如果是這種情況，則對來自源設(shè)備的數(shù)據(jù)流進行采樣速率轉(zhuǎn)換，然后在網(wǎng)絡(luò)上同步地發(fā)送?；蛘撸摂?shù)據(jù)可在網(wǎng)絡(luò)上等時(isochronous)發(fā)送。存在不同類型的等時數(shù)據(jù)流。第一，采樣速率可能與網(wǎng)絡(luò)幀速率不同步。這里，每幀的字節(jié)數(shù)量可能會逐幀地輕微變化。一個例子是通過48kHz幀速率傳輸44. IkHz的音頻流。在第二種類型中，在恒定時間間隔存在具有變化數(shù)據(jù)量的突發(fā)信號。該信號可以是MPEG傳輸流。在等時數(shù)據(jù)的第三種類型中，在變化時間間隔存在變化數(shù)據(jù)量。為了將大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接到環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，可以使用在美國專利申請公開US2005/0271068A1中公開的集線器。因為它只轉(zhuǎn)發(fā)接收到的數(shù)據(jù)，所以不會降低網(wǎng)絡(luò)負載。為降低網(wǎng)絡(luò)負載并因此增大網(wǎng)絡(luò)吞吐量，需要路由器。在美國專利申請公開US 2008/0002732A1中公開了一種用于以太網(wǎng)的路由器。其缺點是隨著日益增加的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)吞吐量，這種路由器需要日益增加的量的緩沖存儲器和處理能力。因為緩沖，所以不可能進行數(shù)據(jù)的同步實時傳輸。為在非確定性網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))上傳送如音頻和視頻數(shù)據(jù)這樣的流多媒體數(shù)據(jù)，實施了 QoS(服務(wù)質(zhì)量)機制。這需要進一步的處理能力和用于緩沖低優(yōu)先級幀的過量存儲器。這很難集成到微控制器中
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是，為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)提供一種網(wǎng)絡(luò)路由器，其需要少量的計算資源和存儲器，以及還能夠路由同步的實時數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種網(wǎng)絡(luò)路由器，用于連接用于傳送數(shù)據(jù)幀的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，包括至少第一網(wǎng)絡(luò)端口和第二網(wǎng)絡(luò)端口，為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的至少兩個提供物理接口，以及路由處理器，連接到所述網(wǎng)絡(luò)端口中的至少兩個，其特征在于，第一網(wǎng)絡(luò)端口連接到第一環(huán)形子網(wǎng)，第二網(wǎng)絡(luò)端口連接到第二環(huán)形子網(wǎng)，以及路由處理器被配置為通過網(wǎng)絡(luò)端口中的一個接收第一幀并讀取第一幀的至少一個凈荷段的數(shù)據(jù)，通過第一網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送第二幀并把第一組多個凈荷段的數(shù)據(jù)放置在第二幀中，通過第二網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送第三幀并把第二組多個凈荷段的數(shù)據(jù)放置在第三幀中，以及其中第一組多個凈荷段能夠與第二組多個凈荷段不同。網(wǎng)絡(luò)路由器被配置為在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在此被稱為源，而從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為匯(sink)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點被配置為作為源和/或匯進行操作。在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)幀。這些幀更優(yōu)選地傳送同步數(shù)據(jù)，例如音頻或視頻數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)路由器具有對多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供物理接口的至少兩個網(wǎng)絡(luò)端口和連接到網(wǎng)絡(luò) 端口的路由處理器。優(yōu)選地，至少一個網(wǎng)絡(luò)端口連接到環(huán)形子網(wǎng)。路由處理器被配置為接收幀，修改幀，并且在接收幀的基本相同時間發(fā)送幀。術(shù)語基本相同時間在此是指，幀的發(fā)送最晚在幀的接收結(jié)束之前開始。優(yōu)選地，發(fā)送在接收開始后的最大100字節(jié)、優(yōu)選10字節(jié)的延遲的情況下開始。路由處理器進一步被配置為讀取接收到的幀的至少一個特定凈荷(payload)段，并將這些凈荷段的至少一個放置到在修改的幀中的至少一個其他特定凈荷段中。優(yōu)選地，凈荷段通過網(wǎng)絡(luò)端口被路由到具有需要接收所述凈荷段的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的子網(wǎng)中。例如，第一幀可被任意網(wǎng)絡(luò)端口接收。該端口可從至少一個凈荷段讀取數(shù)據(jù)。第二幀可通過第一網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送。其可包含至少第一組多個讀取凈荷段的數(shù)據(jù)。此外，第三幀可通過第二網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送，該幀包含第二組多個讀取凈荷段的數(shù)據(jù)。更優(yōu)選地，該第一組多個凈荷段可以與第二組多個凈荷段不同。該路由器的優(yōu)點是簡單和充分使用可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬的能力，同時只需要少量的緩沖存儲器和處理能力。優(yōu)選地，接收到的幀中的至少一個特定凈荷段包含同步數(shù)據(jù)。更優(yōu)選的是，至少一個網(wǎng)絡(luò)端口是路由處理器的一個集成部分。這意味著網(wǎng)絡(luò)路由器可以實現(xiàn)在單個芯片上，優(yōu)選地實現(xiàn)在專用微控制器或ASIC上。在另一個優(yōu)選的實施例中，路由處理器被分布在至少一個網(wǎng)絡(luò)端口上。這意味著網(wǎng)絡(luò)端口相互通信以交換路由信息，并在各個網(wǎng)絡(luò)端口之間相應(yīng)地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。根據(jù)另一個實施例，路由處理器具有路由表，路由表保存接收到的幀的特定凈荷段和發(fā)送的幀的相應(yīng)凈荷段。更優(yōu)選的是至少兩個、優(yōu)選地所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點同步地發(fā)送幀。因此，幀的發(fā)送在相同時間開始，或者在幀時鐘同步的同時在相互之間具有預(yù)定或確定的延遲的情況下開始。該延遲比幀的長度短，優(yōu)選地短很多。本發(fā)明的又一方面提供一種具有上述網(wǎng)絡(luò)路由器的網(wǎng)絡(luò)，其中，至少一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接到至少一個網(wǎng)絡(luò)路由器。本發(fā)明的另一方面是在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中用于路由數(shù)據(jù)的方法。該方法包括以下步驟
-從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)的至少一個幀，-通過讀取接收到的幀的至少一個特定凈荷段，并把這些讀取的凈荷段中的至少一個放置在該幀中的至少一個其他凈荷段中，來生成至少一個修改的數(shù)據(jù)幀，以及-在接收幀的基本相同時間傳送至少一個修改的數(shù)據(jù)幀到網(wǎng)絡(luò)。該方法可進一步通過發(fā)送至少一個修改的數(shù)據(jù)幀到第一子網(wǎng)來改進，并進一步包括以下步驟-通過以下來生成至少一個進一步修改的數(shù)據(jù)幀讀取接收到的幀的至少一個不同凈荷段，并將這些讀取的凈荷段的至少一個放置到該進一步修改的數(shù)據(jù)幀中的至少一個其他特定凈荷段中，以及-在接收幀的基本相同時間傳送該至少一個進一步修改的數(shù)據(jù)幀到網(wǎng)絡(luò)的第二子網(wǎng)。 在該方法的一個優(yōu)選實施例中，接收到的幀的至少一個特定凈荷段包含同步和/或等時數(shù)據(jù)。結(jié)果，所發(fā)送的修改的幀也包含同步或同步和/或等時數(shù)據(jù)。


下面將參照附圖通過對實施例的示例描述本發(fā)明，而不限定總體發(fā)明構(gòu)思。圖I示出了其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接到路由器的網(wǎng)絡(luò)。圖2示出了可以在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖纠詳?shù)據(jù)幀。圖3示出了連接到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)路由器。圖4示出了路由處理器的功能。圖5示出了在各個線路處在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之間的定時關(guān)系。圖6詳細地示出了更多路由功能。圖7更詳細地示出了網(wǎng)絡(luò)路由器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式在圖I中，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)路由器10連接，以構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)可以是MOST總線。網(wǎng)絡(luò)路由器10具有三個網(wǎng)絡(luò)端口 11、12和13。網(wǎng)絡(luò)端口 11經(jīng)由線路60轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給第一節(jié)點20。該第一節(jié)點20和節(jié)點21和22構(gòu)成子環(huán)，從而通過這些節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。最后一個節(jié)點22的輸出通過線路61連接到網(wǎng)絡(luò)端口 11的輸入。網(wǎng)絡(luò)端口 12的輸出被通過線路62連接到網(wǎng)絡(luò)端口 30的輸入用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點30的輸出被經(jīng)由線路63連接到網(wǎng)絡(luò)端口 12用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。此外，網(wǎng)絡(luò)端口 13的輸出被通過線路64連接到網(wǎng)絡(luò)端口 40的輸入用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而該網(wǎng)絡(luò)端口的輸出被通過線路65連接到網(wǎng)絡(luò)端口 13用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)路由器10中，各個網(wǎng)絡(luò)端口 11、12和13可以被如虛線所示那樣連接以閉合環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的邏輯環(huán)。在此示例中，由網(wǎng)絡(luò)端口 11通過線路61接收的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)端口 12用于通過線路62傳輸。通過線路63接收的數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)端口 12轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)端口 13用于通過線路64傳輸。最后，通過網(wǎng)絡(luò)端口 13從線路65接收的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)端口 11用于通過線路60傳輸。顯然，可以有連接各個網(wǎng)絡(luò)端口的其他方式。這只是對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流的一個簡單圖示。由于網(wǎng)絡(luò)路由器10的路由功能，在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的各部分可以被不同地路由，例如直接在任意兩個端口之間。網(wǎng)絡(luò)路由器中的數(shù)據(jù)流不一定所示那樣經(jīng)由物理線路來指示。其也可以是由微控制器或微處理器管理的邏輯數(shù)據(jù)流。由于確定性的網(wǎng)絡(luò)，所以路由保持很間單。圖2示出了可以在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖纠詳?shù)據(jù)幀。幀頭110之后是專用于特定類型數(shù)據(jù)的各個時隙。第一時隙120可專用于同步數(shù)據(jù)，第二時隙130可專用于分組數(shù)據(jù)，第三時隙140可專用于等時數(shù)據(jù)以及第四時隙150可專用于控制數(shù)據(jù)。所有時隙可具有不同的尺寸。因為根據(jù)本發(fā)明的路由對于同步和等時數(shù)據(jù)效率最高，所以在以下的示例性實施例中詳細地解釋這樣的同步數(shù)據(jù)路由。顯然，除同步數(shù)據(jù)之外，通常也可以相應(yīng)地路由任何其他類型的數(shù)據(jù)。專用于同步數(shù)據(jù)的時隙120可進一步細分為多個凈荷段，每個凈荷段被分配給特定通信信道。在此術(shù)語通信信道用于至少兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的通信。優(yōu)選地是指持續(xù)特定時間的通信，但也可用于在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的個體包或多個包。這樣的通信可以是一個發(fā)射機和一個接收機之間的單播通信，一個發(fā)射機和多個接收機之間的多播通信，甚至從一個發(fā)射機到全部接收機的廣播通信。在此處示出的實施例中，時隙120被細分為4個凈荷段121、122、123和124。
圖3示出了與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20、30、40和50相連的網(wǎng)絡(luò)路由器10。這里的配置和圖I相似?，F(xiàn)在不示出3個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20、21和22，而示出僅一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20。另一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點50通過線路66和67附著到網(wǎng)絡(luò)路由器10的網(wǎng)絡(luò)端口 14。此外，網(wǎng)絡(luò)端口 11、12、13和14連接到路由處理器15。網(wǎng)絡(luò)線路60-67優(yōu)選地是光線路。其也可以是電線路。分配管理器16轉(zhuǎn)發(fā)本地凈荷分配信息給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20、30、40、50。出于此目的，其連接到網(wǎng)絡(luò)。這樣的連接也可通過路由處理器15完成。分配管理器16也可以是路由處理器15的一部分。其也可以是一個獨立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或任意其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的一部分，優(yōu)選地是主節(jié)點的一部分。分配管理器優(yōu)選地在本地轉(zhuǎn)發(fā)分配信息給各個節(jié)點20、30、40、50或子環(huán)的所有節(jié)點20、21、22。分配信息可包含在每個幀中。優(yōu)選地，分配信息只在分配改變和/或在預(yù)定時間間隔期間和/或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提出請求時發(fā)送。為了傳輸分配信息，優(yōu)選地，使用幀中、優(yōu)選是幀頭中的信令字節(jié)。分配信息最好包含關(guān)于在通信信道和分配的時隙段之間的關(guān)系的信息。分配信息還包含關(guān)于匯節(jié)點和源節(jié)點的信息。分配管理器可為節(jié)點存儲個體的分配信息。分配管理器還存儲包括網(wǎng)絡(luò)的所有分配信息的主分配表。在另一個實施例中，分配管理器可修改總線主控器發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分配信息。有這個必要是因為在大多數(shù)情況下總線主控器了解所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，但不一定了解快速網(wǎng)絡(luò)路由器及其能力。由于具有網(wǎng)絡(luò)路由器的網(wǎng)絡(luò)可以服務(wù)于多于可用凈荷段數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)量，所以總線主控器可被配置為承擔特定數(shù)量的虛擬凈荷段，并虛擬地分配各個網(wǎng)絡(luò)連接，每個網(wǎng)絡(luò)連接都具有與這些虛擬凈荷段中的一個綁定的至少一個數(shù)據(jù)源和一個數(shù)據(jù)匯。當總線主控器發(fā)送該分配信息給各個總線節(jié)點時，分配信息被分配管理器修改并轉(zhuǎn)換成物理可用數(shù)量的凈荷段。這維護了與較老網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的兼容性。在圖4中，對路由處理器15的功能和路由方法進行了更詳細的解釋。在每行中，第一數(shù)目涉及線路60-67之一。后面的4個框涉及用于同步數(shù)據(jù)的時隙120的4個凈荷段
121、122、123和124(從左到右)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。在此實施例中，從源到匯有4個通信信道I、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點30發(fā)送數(shù)據(jù)1312、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點40到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點50發(fā)送數(shù)據(jù)132
3、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點40發(fā)送數(shù)據(jù)1334、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點30到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點50發(fā)送數(shù)據(jù)134由網(wǎng)絡(luò)端口 11通過線路60發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20的數(shù)據(jù)幀具有4個空的凈荷段，這是由于沒有數(shù)據(jù)要被傳輸給網(wǎng)絡(luò)端口 20。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20通過線路61在第一凈荷段121中發(fā)送應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點30的數(shù)據(jù)131。此外，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20還在第二凈荷段122中發(fā)送應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點40的數(shù)據(jù)133。在路由處理器15處理該幀之后，修改后的幀通過線路62被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點30。這個修改后的幀僅在凈荷段121中包含應(yīng)被網(wǎng)絡(luò)節(jié)點30接收的數(shù)據(jù)131。該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點30進一步將數(shù)據(jù)134寫入凈荷段121中，凈荷段121應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點50。自此凈荷段121被重用了。進來的數(shù)據(jù)131與流出的數(shù)據(jù)134來自不同的通信信道。如果沒有路由器，這樣的配置只有在用于特定通信信道的接收機跟隨其在環(huán)路中的發(fā)射機時才有可能。這對于沒有交換機的子環(huán)20、21、22也是有效的。由于這交換機，凈荷段可以自由分配。當轉(zhuǎn)發(fā)通過線路63從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點30接收的幀時，路由處理器15將數(shù)據(jù)133放入要通過線路64轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點40的凈荷段122中。該數(shù)據(jù)133之前是通過線 路61從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20接收的。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點40進一步將數(shù)據(jù)132加入到應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點50的凈荷段121中，并通過線路65將它們發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)路由器10。其可選地被作為凈荷段122中的無效數(shù)據(jù)被丟棄或標記。通過保持凈荷段121不變并將以前從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點30在凈荷段121中接收的數(shù)據(jù)134加入凈荷段122中，路由處理器15通過線路66將幀轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點50。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點50接收數(shù)據(jù)，并可選地丟棄或標記為凈荷段121和122中的無效數(shù)據(jù)。最后，網(wǎng)絡(luò)路由器10通過線路67從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點50接收的幀通過線路60被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20。在此實施例中，數(shù)據(jù)一直位于幀的同一凈荷段中。例如，在線路61，數(shù)據(jù)133被分配給凈荷段122。在路由到線路64之后，凈荷段122中的位置保持不變。這保證了與標準網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的兼容性。為了更有效地利用凈荷段，數(shù)據(jù)的位置可以被重新分配到不同位置。例如，數(shù)據(jù)133在線路64上可被分配給凈荷段121。在進行此重新分配之前，必須將此重新分配告知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或重新配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以處理此重新分配的位置。對于存在連接到網(wǎng)絡(luò)端口的子環(huán)的情況，例如圖I中所示的，如果在鏈中源位于匯之后，則端口 11可把通過線路61接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給線路60。如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點22正轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20則可能就是這種情況。對于在網(wǎng)絡(luò)中源在匯之前的情況，路由器可丟棄接收到的數(shù)據(jù)。如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20正轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點21則可能就是這種情況。此示例示出了由網(wǎng)絡(luò)路由器10中的路由處理器15進行的路由的效率。對于4個通信信道，只需要專用于同步數(shù)據(jù)的時隙的兩個凈荷段。在不進行路由的情況下，將要求時隙的4個凈荷段，這是由于必須把數(shù)據(jù)131、132、133、134中的每一個分配給凈荷段121、
122、123、124中的一個。這種簡單有效的路由與現(xiàn)有技術(shù)已知的路由相比，需要少得多的存儲器和處理能力。圖5示出了在網(wǎng)絡(luò)上在各個線路61和64處傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之間的定時關(guān)系，各個線路61和64連接到各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點20和40用于傳輸數(shù)據(jù)133。幀從線路61至64的傳播導(dǎo)致了通常在納秒到微秒的范圍內(nèi)的延遲。在此示例中，在每秒125Mb的比特率下，存在相當于40ns的5比特的延遲。相應(yīng)地，線路64處的幀相對于線路61延遲5比特持續(xù)時間。為了組裝要在線路64上傳輸?shù)膸?，路由器從線路63接收幀并把數(shù)據(jù)133插入凈荷段122中。數(shù)據(jù)133被從線路61連續(xù)地接收，并必須在插入線路64的幀之前延遲5比特持續(xù)時間。在此圖中只示出了凈荷段133的第一和最后幾個比特。路由器只需要最小量的存儲器來補償網(wǎng)絡(luò)中的延遲。在此示例中需要5比特的存儲器。與常規(guī)的路由器(例如在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須接收和存儲至少一個幀的以太網(wǎng)路由器)的存儲器需求相比，這是可以忽略不計的。這種標準的以太網(wǎng)幀需要1542字節(jié)的存儲器。圖6詳細示出了更多路由功能。在替代實施例中，至少兩個或優(yōu)選地全部網(wǎng)絡(luò)端口同時開始或者相互之間有確定延遲地傳輸幀。如上所示，來自附連的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)在具有一些延遲的情況下接收的，使得從一個節(jié)點接收的數(shù)據(jù)不能同時插入正被傳輸?shù)讲煌?jié)點的凈荷段中。相反其必須延遲到下一個凈荷段。例如，接收到的數(shù)據(jù)131、133和134在一個凈荷段之后被傳輸。通過線路65在凈荷段121中接收的數(shù)據(jù)132不能通過線路66在凈荷段122中傳輸，因為凈荷段122已被數(shù)據(jù)134占用。因此數(shù)據(jù)132必須進一步延遲直到凈荷段123。通過線路63在凈荷段124中的數(shù)據(jù)135不能在時隙120中傳輸，因為凈荷段124是這個時隙中的最后一個凈荷段。因此數(shù)據(jù)135必須進一步延遲。在此示例中，數(shù)據(jù)135被延遲以便通過線路66傳輸，直到下一幀中的第一個可用凈荷段125。對于節(jié)點20為包括多個節(jié)點20、21、22的子環(huán)的情況，如圖I所示，從子環(huán)的一個節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)給子 環(huán)中位于該節(jié)點之前的另一個節(jié)點，需要將數(shù)據(jù)重新傳輸?shù)酵蛔迎h(huán)中。這通過可由節(jié)點22傳輸給節(jié)點21的數(shù)據(jù)136的例子而示出。使用凈荷段126將數(shù)據(jù)饋入線路61，并在線路60處使用凈荷段127將其重新傳輸?shù)酵蛔迎h(huán)中。這經(jīng)由節(jié)點20轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點21。通常，可以存在延遲以在隨后的凈荷段121、122、123、124，隨后的時隙120、130、140、150，或甚至隨后幀上分發(fā)數(shù)據(jù)。圖7更詳細地示出了網(wǎng)絡(luò)路由器10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。路由處理器15具有微控制器90和存儲器91。兩者都與路由器的其他組件，例如網(wǎng)絡(luò)端口 11、12、13和14，通過總線99相連。該總線具有至少一條線路用于控制信號(如上部線路所示)，例如由微控制器90發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)端口的控制信號。存在至少一個附加線路(下部線路)用于在網(wǎng)絡(luò)端口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。還有嵌入網(wǎng)絡(luò)路由器中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點92。該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點92被邏輯集成到環(huán)形結(jié)構(gòu)中，從而接收數(shù)據(jù)幀和發(fā)送數(shù)據(jù)幀。該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點92可被用作為整個總線系統(tǒng)定義定時基準的定時主控器。該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點92也可被用作發(fā)送配置信息給各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的配置主控器。該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點92還可轉(zhuǎn)發(fā)分配信息給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，例如用于指定凈荷段121、122、123、124中的哪個被分配給如上所述的特定通信信道。其還可以重配置附連的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。還可以提供附加的網(wǎng)絡(luò)端口 /控制器93來與其他網(wǎng)絡(luò)(甚至具有不同網(wǎng)絡(luò)標準或協(xié)議，例如以太網(wǎng)或MediaLB)通信。該網(wǎng)絡(luò)還可以在同一電子設(shè)備或甚至同一芯片上具有本地子網(wǎng)。附圖標記列表10網(wǎng)絡(luò)路由器11，12，13，14網(wǎng)絡(luò)端口15路由處理器16分配管理器20，21，22，30，40，50 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點60-67網(wǎng)絡(luò)線路90微控制器91存儲器
92嵌入式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點93附加網(wǎng)絡(luò)端口 /控制器99總線110幀頭120用于同步數(shù)據(jù)的時隙121，122，123，124時隙 120 的凈荷段125，126，127，128下一幀中的時隙的凈荷段130用于分組數(shù)據(jù)的時隙
140用于等時數(shù)據(jù)的時隙150用于控制數(shù)據(jù)的時隙
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)絡(luò)路由器(10)，用于連接用于傳送數(shù)據(jù)幀的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(20，30，40，50)，包括 -至少第一網(wǎng)絡(luò)端口(11)和第二網(wǎng)絡(luò)端口(12)，為所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(20，30，40，50)中的至少兩個提供物理接口，以及 -路由處理器(15)，連接到所述網(wǎng)絡(luò)端口(11，12，13，14)中的至少兩個， 其特征在于， 第一網(wǎng)絡(luò)端口(11)連接到第一環(huán)形子網(wǎng)，第二網(wǎng)絡(luò)端口(12)連接到第二環(huán)形子網(wǎng)，以及 所述路由處理器(15)被配置為 -通過網(wǎng)絡(luò)端口中的一個接收第一幀并讀取第一幀的至少一個凈荷段的數(shù)據(jù)， -通過第一網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送第二幀并把第一組多個凈荷段的數(shù)據(jù)放置在第二幀中， -通過第二網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送第三幀并把第二組多個凈荷段的數(shù)據(jù)放置在第三幀中，以及 -其中第一組多個凈荷段能夠與第二組多個凈荷段不同。
2.如權(quán)利要求I所述的網(wǎng)絡(luò)路由器， 其中，提供分配管理器(16)用于將本地凈荷分配信息轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(20，30，40，50)中的至少兩個。
3.如權(quán)利要求I或2所述的網(wǎng)絡(luò)路由器， 其中，接收到的幀中的至少一個特定凈荷段包含同步和/或等時數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的網(wǎng)絡(luò)路由器， 其中，至少一個網(wǎng)絡(luò)端口(11，12，13，14)是所述路由處理器(15)的集成部分。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的網(wǎng)絡(luò)路由器， 其中，所述路由處理器(15)被分布在至少一個網(wǎng)絡(luò)端口(11，12，13，14)上。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的網(wǎng)絡(luò)路由器， 其中，所述路由處理器(15)具有路由表，該路由表存儲接收到的幀的特定凈荷段和發(fā)送的巾貞的對應(yīng)凈荷段。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的網(wǎng)絡(luò)路由器， 其中，網(wǎng)絡(luò)端口(11，12，13，14)中的至少兩個同步地傳送幀，或者在相互之間具有預(yù)定或確定時間關(guān)系的情況下傳送幀。
8.如權(quán)利要求7所述的網(wǎng)絡(luò)路由器， 其中，所有網(wǎng)絡(luò)端口(11，12，13，14)同步地傳送幀。
9.如權(quán)利要求2-8中任一項所述的網(wǎng)絡(luò)路由器， 其中，所述分配管理器(16)修改來自總線主控器的分配信息。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的網(wǎng)絡(luò)路由器， 其中，所述路由處理器(15)把數(shù)據(jù)中的至少一個數(shù)據(jù)延遲直到隨后的凈荷段、隨后的時隙或隨后的幀。
11.一種具有至少一個如前述權(quán)利要求中任一項所述的網(wǎng)絡(luò)路由器的網(wǎng)絡(luò)， 其中，至少一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(20，30，40，50)連接到至少一個網(wǎng)絡(luò)路由器。
12.—種在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中用于路由數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟 -從網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)的至少一個幀，-通過讀取接收到的幀的至少一個特定凈荷段，并把這些讀取的凈荷段中的至少一個放置在該幀中的至少一個其他凈荷段中，來生成至少一個修改的數(shù)據(jù)幀，以及-在接收幀的基本相同時間傳送至少一個修改的數(shù)據(jù)幀到網(wǎng)絡(luò)。
13.如權(quán)利要求12所述的用于路由數(shù)據(jù)的方法， 包括傳送至少一個修改的數(shù)據(jù)幀到第一子網(wǎng)，并進一步包括以下步驟 -通過以下來生成至少一個進一步修改的數(shù)據(jù)幀讀取接收到的幀的至少一個不同凈荷段，并將這些讀取的凈荷段的至少一個放置到該進一步修改的數(shù)據(jù)幀中的至少一個其他特定凈荷段中，以及 -在接收幀的基本相同時間發(fā)送該至少一個進一步修改的數(shù)據(jù)幀到網(wǎng)絡(luò)的第二子網(wǎng)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的用于路由數(shù)據(jù)的方法， 其中，接收的幀的至少一個特定凈荷段包含同步和/或等時數(shù)據(jù)。
15.如權(quán)利要求12-14中任一項所述的用于路由數(shù)據(jù)的方法， 其中，這些凈荷段中的至少一個被延遲直到隨后的凈荷段、隨后的時隙或隨后的幀。
16.如權(quán)利要求12-15中任一項所述的用于路由數(shù)據(jù)的方法， 其中，在接收幀的相同時間向網(wǎng)絡(luò)傳送該修改的數(shù)據(jù)幀。
全文摘要
一種同步網(wǎng)絡(luò)交換機。網(wǎng)絡(luò)路由器連接用于在網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)幀的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。該網(wǎng)絡(luò)路由器具有為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供物理接口的多個網(wǎng)絡(luò)端口。該網(wǎng)絡(luò)路由器進一步具有連接到網(wǎng)絡(luò)端口的路由處理器。路由處理器被配置為在相同時間接收幀和發(fā)送幀。路由處理器從要被接收的幀中讀取特定凈荷段，并用凈荷段放置在要被傳送的幀的另一個特定凈荷段內(nèi)。
文檔編號H04L12/42GK102811168SQ201210249269
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
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