[发明专利]同步网络交换机

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统，尤其涉及形成为彼此耦接的两个或更多个端口的环形网络的同步通信系统。所述端口优选地与单独的多媒体设备相关联，该网络形成在该设备的端口之间，该设备耦接到外部多媒体设备。

背景技术

通信系统通常被认为是允许在通过传输线路相互连接的节点之间进行通信的系统。每个节点可以在该传输线路上发送信息，和/或可以接收信息。相互连接的节点的通信系统可以被组织成多种拓扑结构，诸如总线、环形、星形或树形拓扑等。

总线拓扑网络通常被认为是线性的，其中来自一个节点的传输在传输线路的长度上传播，并且被连接到该总线的所有其他节点接收。但是，环形拓扑网络通常由按单向传输线路相互连接以构成单独的闭合环的一系列节点组成。环形网络的示例在IEEE802.5和光纤分布式数据接口(FDDI)中有描述。

用于传送音频和视频数据的流数据在从源端口产生到网络上的采样之间具有时间关系。在传输线路上必须保持那些采样之间的关系，以避免可察觉到的错误，比如间隔或改变的频率。时间关系的丢失可能导致目的地处的接收机经历抖动、回波或最差的情况是音频和视频流中的周期性空白。转发流数据的网络优选地与每个源和目的节点同步，所述节点以与网络同步的速率采样。

在流数据典型地在网络上同步地发送时，存在这样的情况：其中，节点的本地采样速率与传输线路的帧同步速率不是相同频率。如果是这种情况，则对来自源设备的数据流进行采样速率转换，然后在网络上同步地发送。或者，该数据可在网络上等时(isochronous)发送。存在不同类型的等时数据流。第一，采样速率可能与网络帧速率不同步。这里，每帧的字节数量可能会逐帧地轻微变化。一个例子是通过48kHz帧速率传输44.1kHz的音频流。在第二种类型中，在恒定时间间隔存在具有变化数据量的突发信号。该信号可以是MPEG传输流。在等时数据的第三种类型中，在变化时间间隔存在变化数据量。

为了将大量网络节点连接到环形网络，可以使用在美国专利申请公开US 2005/0271068A1中公开的集线器。因为它只转发接收到的数据，所以不会降低网络负载。为降低网络负载并因此增大网络吞吐量，需要路由器。

在美国专利申请公开US 2008/0002732A1中公开了一种用于以太网的路由器。其缺点是随着日益增加的网络连接和数据吞吐量，这种路由器需要日益增加的量的缓冲存储器和处理能力。因为缓冲，所以不可能进行数据的同步实时传输。

为在非确定性网络(例如以太网)上传送如音频和视频数据这样的流多媒体数据，实施了QoS(服务质量)机制。这需要进一步的处理能力和用于缓冲低优先级帧的过量存储器。这很难集成到微控制器中。

发明内容

本发明要解决的问题是，为环形网络提供一种网络路由器，其需要少量的计算资源和存储器，以及还能够路由同步的实时数据。

根据本发明的一方面，提供了一种网络路由器，用于连接用于传送数据帧的环形网络内的网络节点，包括：至少第一网络端口和第二网络端口，为网络节点中的至少两个提供物理接口，以及路由处理器，连接到所述网络端口中的至少两个，其特征在于，第一网络端口连接到第一环形子网，第二网络端口连接到第二环形子网，以及路由处理器被配置为：通过网络端口中的一个接收第一帧并读取第一帧的至少一个净荷段的数据，通过第一网络端口发送第二帧并把第一组多个净荷段的数据放置在第二帧中，通过第二网络端口发送第三帧并把第二组多个净荷段的数据放置在第三帧中，以及其中第一组多个净荷段能够与第二组多个净荷段不同。

网络路由器被配置为在环形网络中连接网络节点。在网络上发送数据的网络节点在此被称为源，而从网络接收数据的网络节点为汇(sink)。网络节点被配置为作为源和/或汇进行操作。在环形网络中传输数据帧。这些帧更优选地传送同步数据，例如音频或视频数据。网络路由器具有对多个网络节点提供物理接口的至少两个网络端口和连接到网络端口的路由处理器。优选地，至少一个网络端口连接到环形子网。

路由处理器被配置为接收帧，修改帧，并且在接收帧的基本相同时间发送帧。术语基本相同时间在此是指，帧的发送最晚在帧的接收结束之前开始。优选地，发送在接收开始后的最大100字节、优选10字节的延迟的情况下开始。

路由处理器进一步被配置为读取接收到的帧的至少一个特定净荷(payload)段，并将这些净荷段的至少一个放置到在修改的帧中的至少一个其他特定净荷段中。