针对室内骨干网的基于IEEE1394的单向环系统

摘要

本发明公开了一种用于室内骨干网络的基于IEEE 1394的单向环系统。在环系统中，RG用于与外部大容量网络连接，且SG与RG连接。所述SG用作时钟管理器，以同步系统中的整个时钟信号，管理室内骨干网络中的业务量，管理室内骨干网络中的总线，并监控室内骨干网络中的传输线的物理状态。所述SG和SP形成单向环结构。配置多个SP，以从室内骨干网络上加载用户数据，或者从室内骨干网络上提取用户所需的数据，从而向用户提供用户所需的服务。

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种家用网络解决方案，特别是针对基于IEEE(电气和电子工程师协会)1394标准的骨干家用网络结构。

背景技术

设计用在家庭网络中的现有传输技术包括：以太网、电缆线、家用PNA(电话线网络联盟)，IEEE 1394和WLL(无线本地环路)。在多媒体传输中，充足的带宽和QoS(服务质量)保证是重要因素。在这一点上，IEEE 1394是众所周知的可以满足这些需要的最好方案，并且非常可能采用IEEE 1394作为当前家庭网络解决方案的标准。

图1示出了一种典型的IEEE 1394串级链结构。如图所示，IEEE1394是基于其中所有设备以串级链形式相互连接的树状拓扑的传输标准。特别是，配置IEEE 1394串级链以包括：网关100，用于与较高级网络连接；插口101-1、101-2和101-3，用于与较低群聚网络连接；以及群聚网络。每个群聚网络包括分支节点102-1、102-2、102-3或102-4以及叶节点103-1、103-2或103-3。

以这种方式设计IEEE 1394，从而可以与自动设置、即插即用和热插入功能一起同时执行实时同步传输和异步传输。因此，IEEE 1394对于需求多样类型数据和便利的家用设备是理想的。

图2示出了当从PC(个人电脑)和其外围设备之间的IEEE 1394串级链结构中去除设备时所发生的典型总线复位。如图2所示，IEEE1394对连接到总线单元的所有节点进行复位和重新配置，直到当如电源打开/关闭或连接到单元总线上的设备(作为节点)的添加/去除事件出现时为止。结果，如数字可携带式录像机等家用产品的频繁添加和去除严重地损害了系统的整体稳定性。

例如，如果在具有设备1(21)、设备2(22)及设备3(24)的串级链结构中，将设备2从位置22移动到位置23，则需要复位和重新配置连接到每个总线的所有节点，即设备1和设备3。同时，从更低层设备3突然断开数据，因此出现数据丢失。

为了激活作为叶节点的设备，必须接通其分支节点。当设备通过在传统的树状拓扑中一一对应的传输线连接到作为中心站的服务网关(SG)时，随着室内面积的增加，电缆安装成本增加。此外，在400或更高-Mbps的室内网络中，增加了在整个系统成本中占支配地位的光收发器的数量，从而加重了成本约束。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种基于IEEE 1394的单向环拓扑，该单向环拓扑使用服务平台(SPs)用于配置与IEEE 1394服务和事件无关的稳定的室内网络。

本发明的另一目的在于提供一种具有环状拓扑的室内骨干网络，在所述环状拓扑中，家庭环境下并不串级连接设备。

本发明的另一目的在于提供一种在传统的基于IEEE 1394的树状拓扑上改进的新型单向环拓扑，用于降低整体系统构建成本。

在本发明的一个方面中，公开了一种用于室内骨干网络的基于IEEE 1394的单向环系统。在环系统中，RG用于与外部大容量网络连接，并且将SG连接到RG。所述SG用作时钟管理器，以同步系统中的整个时钟信号，管理室内骨干网络中的业务量，管理室内骨干网络中的总线，并监控室内骨干网络中传输线的物理状态。在室内骨干网络上，多个SP加载用户数据，或者从室内骨干网络上提取用户所需的数据，从而向用户提供用户所需的服务。所述SG和SP形成单向环结构。

附图说明

结合附图，通过下面详细的描述，本发明的上述及其他目的、特征和优势将更加清楚，其中：

图1示出了传统的IEEE 1394串级链(daisy-chain)结构；

图2示出了在传统的IEEE 1394串级链结构中去除设备时所发生的典型总线复位；

图3示出了根据本发明一个实施例的用于室内骨干网络的基于IEEE 1394的高速单向环系统的结构；

图4示出了在根据本发明实施例的、使用IEEE 1394 SP的室内骨干网络中的设备去除；

图5是根据本发明实施例的SG的方块图；

图6是根据本发明实施例的SP的方块图；

图7是示出了在传统的IEEE 1394串级链结构中去除设备时的总线复位的流程图；

图8是示出了在用于室内骨干网的基于IEEE 1394的高速单向环系统中去除设备时的总线复位的流程图；

图9示出了在根据本发明实施例的基于IEEE 1394的高速单向环系统中的节点ID分配；

图10示出了在根据本发明实施例的基于IEEE 1394的高速单向环系统中的数据传输；

图11示出了根据本发明实施例的IRC(同步资源改变)过程；

图12根据本发明所述实施例，示出了被用作IRC分组的IEEE1394 QWRq(32位数据写入请求)(Write Request for Data Quadlet)分组的格式；以及

图13是示出了在根据本发明实施例的基于IEEE 1394的高速单向环系统中的IRC过程的流程图。

具体实施方式

下面，将参照附图，描述本发明的优选实施例。为了清晰和简明的目的，当其使本发明在不必要的细节上不清楚时，将不对公知的功能或结构进行详细的描述。

图3根据本发明实施例，示出了广泛应用于室内骨干网络的基于IEEE 1394的高速单向环系统。

如图3所示，为了克服提供每个设备以作为网络中的节点的传统IEEE 1394树状拓扑所遇到的问题，根据本发明的稳定室内骨干网络具有SG 32和共用SP 33至37。

在操作中，SG 32作为时钟管理器(clock master)，用于同步整个时钟信号，管理室内骨干网络的业务量，并监测基于IEEE 1394的高速单向环系统中的传输线的物理状态。

所述SP 33至37(SP 1到SP 5)是提供实际用户所需服务的平台。他们负责将用户数据加载在骨干网络上或从骨干网络上提取用户所需的数据。设计所述SP 33至37以便他们的操作与任意用户构建的群聚网络中的事件和服务无关。因此，SP用于从群聚网络中分离室内骨干网络，以作为独立网络。

更详细地，通过RG(住宅网关)31连接更高层订户网络，如FTTH(光纤到户)或VDSL(甚高数据率数字订户线)，并且通过使用SP 1到SP 5的SA(服务适配器)连接用户群聚网络。可能添加SA 301至304到SP 33到37，或者从SP 33到37中去除SA 301至304。因此，当用户购买相应的SA时，他或她可以接收所设计的服务，而与时间和地点无关。

也就是说，SG 32和SP 33至37形成了基于IEEE 1394的骨干网络，通过向SP 33至37添加所需的SA，提供所需的服务。与传统的串级链接的网络结构相比，通过SP 33至37将用户所选服务设备连接到骨干网络，而不影响网络结构。结果，如开/关或设备的添加/去除等事件对网络没有影响。这将参考图4，进行更为详细的描述。

图4示出了发生在根据本发明实施例的、使用IEEE 1394 SP的室内骨干网络中的设备去除。

与图2所示的依赖于串级链接设备的树状拓扑相比，通过各自的SP 41、42和43以及连接他们的光线路执行全部数据流。同样地，即使连接到SP 41、42和43的设备401、402和404中的402被移动到位置403，这也不影响数据流和骨干网络的结构。

SP功能是重要的，在于不考虑事件和服务，单个SP与其他SP无关，从而形成了稳定的网络。也就是，通过被称为总线复位的事件处理，IEEE 1394将ID自动分配给已添加/去除的节点。在家庭环境中，用户频繁地开/关多媒体设备并将移动设备插入网络/从网络中去除。在现有技术中，如果在骨干网络中，事件出现在这些事件的每一个上，则数据可能在传输中丢失，因此难以配置稳定的网络。通过将SP维持在开状态，即，通过在像家庭中的墙这样的地方建立SP，来保持根据本发明的骨干网络的稳定。

图5是根据本发明实施例的SG方块图。

如图5所示，SG 32包括：同步IP(因特网协议)缓冲器502，用于实现IP数据传输，在骨干网络中将从RG 31接收到的数据传输到各个SP 33至37；实时数据缓冲器503，用于将已接收到的数据转换为IEEE 1394数据；总线管理器504，用于管理网络中的总线；单向环1394 LLC(逻辑链路控制)505和单向环1394 PHY单元506，用于IEEE 1394数据转换；光接收器(Rx)507，用于接收光；光发射器(Tx)508，用于发射光；以及控制器501，用于控制每个功能块，作为时钟管理器，同步高速单向环系统中的所有时钟信号，管理骨干网络中的业务量，并监控传输线的物理状态。

图6是根据本发明实施例的SP方块图。

如图6所示，SP 33至37中的每一个包括：光Rx 608，用于在骨干网上接收数据；单向环LLC单元606和单向环PHY单元607，用于将从光Rx 608接收到的光信号转换为IEEE 1394数据，复制IEEE1394数据的必须部分，传输副本给SP中的功能块，将指向其他SP的数据封装在IEEE 1394数据中，以及向光Tx 609传输已封装数据；总线管理器605，用于管理网络中的总线；缓冲器604，用于与SA 301、302、303或304接口数据；MAC(媒体接入控制)单元602和PHY单元603，用于在UPT(非屏蔽双绞线)上与IP终端进行通信；以及控制器601，用于控制每个功能块。

如图6所示，SP执行针对MAC层及其更高层的功能。IEEE 1394帧的已封装数据在类型上是多种多样的，如MPEG2(运动图像专家组2)、DV(数字视频)和IP等。所以，可开发SA以装备这种数据接收和按照用户的要求处理其数据的功能。例如，用户可以通过购买支持MPEG2解码的SA 301并将SA 301连接到SP来观看常规TV广播。同样，如果用户需要传统的IEEE 1394串级链结构，他或她必须购买支持1394端口的SA 303，从而形成其网络。

图7是示出了在传统IEEE 1394串级链结构中去除设备时的总线复位的流程图，而图8是示出了在根据本发明所述实施例的用于室内骨干网的基于IEEE 1394的高速单向环系统中去除设备时的总线复位处理的流程图。

简要地，参照图7，根据传统的总线复位，首先，在步骤701中确定拓扑是否是环路。在是环路的情况下，在步骤702中，宣布致命错误，并结束程序。相反，如果拓扑不是环路，在步骤703中，执行初始化，在步骤704中，复位现有的拓扑，并在步骤705中，重新分配节点ID。

然后，在步骤706中，对与物理ID、节点ID、通信速率、端口状态、连接状态和电源开/关状态有关的操作执行自ID处理，从而在步骤707中重新产生拓扑图。

然而，根据本发明，如图8所示，在步骤801中，通过复位现有节点ID执行由设备去除所引起的总线复位，在步骤802中，执行用于分配节点ID、带宽和信道号的自ID处理，并检查连接状态，最后，在步骤803中，重新产生管理图。

如图8所示，在本发明的骨干网络中，发生了较少的由SP添加/去除而产生的事件，而且SP阻挡在所述SP下的群聚网络中的事件的影响。由于通过用户请求可以添加/去除SP，可以执行传统的总线复位，而无需检查根节点、叶节点和分支节点的不必要步骤，总线复位归功于室内单向环系统的设计。

图9示出了在根据本发明实施例的基于IEEE 1394的高速单向环系统中的节点ID分配。

如参照图8所述，主要使用SG和SP建立骨干网络。然而，如果用户添加或去除一个SP，则出现总线复位。图9示出了与总线复位相关的、对每个SP的节点ID的分配。

如果关闭整个骨干网络，改变网络安装状态，然后打开骨干网络。需要识别已添加/去除的SP和将ID分配给骨干网络中的所有SP的总线复位处理。由于SG 32被固定为根节点，所以无需执行如IEEE 1394所定义的一样、用于区别地指定对等节点作为父节点和子节点的总线初始化和树状ID处理。特别地，与用于将节点ID分配到每个SP的自ID处理相结合，执行检查与其它节点的物理连接的处理。

本发明的自ID处理容易并简单关联于传统IEEE 1394树状结构的对方。这是因为已经内建了SG 32和作为SG 32的子节点的SP，所以他们总是处于开启状态(on state)，不同于树状拓扑，单向环结构提供了除SG 32以外的、所有在等级上相同的SP 901至SP 905。

换句话说，消除了在树状拓扑中发生的用于区分父节点和子节点的复杂过程。在内建环境中，极少产生总线复位事件，SG 32单独充当CM(时钟管理器)、IRM(同步资源管理器)、BM(总线管理)和PM(物理管理器)。所以，根据本发明的教义，无需定义节点来实现上述功能。

参照图9，在将节点ID分配到每个SP的自ID处理中，当总线复位启动时，SG 32广播自ID分组并顺序地将节点ID分配到SP 901至905，由SP 901开始，设置其节点ID为0，同时针对每个SP，给自ID分组ID计数加1。当自ID分组围绕单向环结果返回SG 32时，SG 32检查自ID分组ID计数并决定连接了多少个SP。如果直到各个节点的延迟总和的时间已经过去为止，自ID分组仍未返回，SG 32可以认为在单向环中的某个连接错误。

图10示出了在根据本发明实施例的基于IEEE 1394的高速单向环系统中的数据传输。

通常，一个循环基本上为125μs并且在IEEE 1394中将传输层定义为如s100、s200、s400、s800、s1600和s3200等倍数。在一个循环中，存在可占所述循环80％的同步流区和可占所述循环20％的异步数据区。

与传统的IEEE 1394传输中一样，在单向环网络中广播同步数据，使每个节点处的延迟最小。也就是说，允许在节点处复制沿环网络中单一方向引导的数据，因而并不对其进行清除。此外，当数据到达源节点处时，更新数据，将数据加载到其信道上，并再次在环网络中传输。根据SG 32的命令，可以将SP 901至905z中的每一个分配给同步数据区中的预定区，并在已分配区信道化(channelize)其数据。信道的最大数量为63，等同于依赖于一个总线的节点数。

根据本发明的数据传输遵循现有的IEEE 1394传输方案，其中如图10所示，每个节点主要通过对间隔时间进行测量来对传输进行访问。

然而，考虑到单向环结构的特性，每个SP按照循环的方式获取一个同步或异步传输接入。所以，除非为SP预设异步数据区，否则在一个循环中的同步分组传输后，SP不可以立即传输异步数据。所以，IRM将一个循环分为同步区和异步区，以便于每个SP通过从异步区的开始读出异步间隔，来获得传输接入。此外，为了继续稳定的服务，不受到SA或其更低层设备的改变对网络的影响，将所述改变(与SP相连的SA的改变)自动通知给SG 32的IRM，即使总线复位并未发生。

在本发明中，将其定义为IRC处理，随后将参照图11、12和13，描述IRC处理。

如图10所述，一个循环基本上为125μs并且以与传统IEEE 1394树状拓扑中的传输和判优相同的方式传输异步分组。

通过在源SP和目的地SP之间的判优，传输异步分组。在该异步数据区，可以传输IP数据。异步数据区占前述IEEE 1394帧100％中的20％。然而，在优先级上，同步数据区高于异步数据区。所以，如果增加实时数据业务量并占用最大同步数据区100μs(80％)，剩下20％区域(25μs)可用作异步数据区。

参照图10，如参考数字1006所示，SG 32宣布循环1000开始，每个SP将同步数据和异步数据封装在循环中或从循环中提取同步数据和异步数据。参考数字1001和1002表示同步数据，参考1003和1005表示异步数据。

与传统IEEE 1394传输类似，在本发明中通过读出子动作间隔时间，实现异步数据传输。然而，依赖于间隔计数器，与其中针对独立的SP确定间隔时间的IEEE 1394树状拓扑相比，除了针对不同数据类型而设置的间隔时间外，将相同的间隔时间共同应用于所有SP。也就是说，异步数据的间隔时间长于同步间隔时间0.05μs，而短于大约12.5μs的判优复位间隔。在本发明中，12.5μs是出于例证目的的。

当测量分组间隔并发现异步间隔时，每个SP获得自己的传输机会，并在125μs循环中，以适当的时间间隔，只传输一个异步分组。

图11示出了根据本发明实施例的IRC处理。

本发明的单向环系统具有固定的SP和可拆卸的SA以防止无论何时出现设备添加时，其对正在进行的服务的影响。

针对此实现，除了用于在总线复位中，通过自ID分组将与每个SP相关的信息传输到SG的IEM和将信道和带宽分配给总线复位中的SP的自ID处理之外，还需要用于甚至在服务中仍将SA或其下层群集网络中的变化报告给SG 32的IRM并从IRM接收关于带宽的命令的处理。

在IRC处理中，SP从SA处确认服务改变，存储关于群聚网络的改变的信息，通过经过异步分组判优的异步分组将改变信息传输给SG32。

如图11所示，SP 902将未在IEEE 1394中详细规定的关于IRC的写入要求分组传输给SG 32，并在分裂处理(split transaction)中执行相关操作。图12示出了用作IRC分组的IEEE 1394 QWRq(32位数据写入请求)分组的格式。

IRC分组采用IEEE 1394 QWRq分组的格式，通过“tCode”字段1204中的反转值0xC(h)表示IRC分组，从而SG 32的PHY和LLC单元可以知道是目的地为IRM的分组。

参照图11和12，如果在SP 902中以HDTV(高清晰度电视)SA代替SDTV(标准清晰度电视)SA，则SP 902通过IRC分组直接将SA替代通知给SG，而无需总线复位。

在IRC处理中，保持了分配给每个SP的信道号，同时将带宽重新分配给SP。由于改变后的带宽必须不超过最大可用同步带宽，SG 32在分裂处理中通知SP是否确认或否定确认了信道的使用。

图13是示出了在根据本发明所述实施例的基于IEEE 1394的高速单向环系统中的IRC处理的流程图。

用作CM的SG 32通过每隔125μs传输循环开始分组，使每个SP得以同步。当通过传统IEEE 1394树状拓扑的自ID处理中的IRM将同步信道数和带宽分配给SP时，在根据本发明的服务中，可以执行IRC处理。

参照图13，如果在特定的SP中替换SA，则在步骤1303中，改变SP所请求的带宽，并在步骤1302中，SP将IRC分组传输给SG的IRM。

在步骤1303中，确定所请求的带宽是否等于或大于最大可用带宽。如果所请求的带宽等于或大于最大可用带宽，则在步骤1304中，SG通知SP其服务不可用。

相反，如果所请求的带宽小于最大可用带宽，则在步骤1305中，改变IRM MAP并将新带宽分配给所述SP。

在步骤1306中，将包括新带宽信息的IRC分组广播给SP，并在步骤1307中，SP根据IRC分组，更新其相应的IRM信息。

当SG的IRM在上面的处理中确定了针对每个SP的SA的信道和带宽，使所述SP与循环开始分组同步，通过读出与IEEE 1394树状拓扑一样的同步间隔来获取其传输接入，并传输同步分组。从一个SP开始的同步分组往返于单向环中。SP通过检查信道号在其缓冲器中复制所需的数据。当所述分组返回到SP时，所述SP以连续的数据对其进行更新。维持针对每个SP的同步信道，除非在单向环中出现总线复位。

上述方法可以作为程序来实现，并将其存储在计算机可读记录媒介中(如CD ROM、RAM、软盘、硬盘、光磁盘等)。

上述的本发明提供了以下优点：

(1)本发明提供了一个使用SP的单向环拓扑的基于IEEE 1394的室内骨干网络，从而使家庭网络的结构与服务和事件无关。

(2)根据预期作为未来多媒体设备的标准接口的高速IEEE1394，建立家庭骨干网络。所以，家庭骨干网络与未来多媒体电子设备相兼容。

(3)本发明提供了内建拓扑骨干网络，而没有设备按照串级链方式进行连接，增加了用户友好性。

(4)提出了从传统的IEEE 1394树状拓扑进行了改进的新颖单向环拓。从而，降低了整个系统的构建成本。

尽管已经参照特定的优选实施例，示出并描述了本发明，本领域的技术人员应当清楚的是，在不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节上对其进行多种改变。