阅读说明：本技术 光纤通道协议的速率自适应算法 (Rate adaptation algorithm for fibre channel protocol ) 是由 林德伟 刘勤让 沈剑良 陈艇 陶常勇 朱珂 汪欣 刘长江 张华� 汤先拓 李卓远 于 2020-04-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种光纤通道协议的速率自适应算法,可以分为4个阶段：等待信号阶段：循环改变发送速率以允许邻接节点接收同步；循环改变接收速率以收取邻接节点的信号；在物理层连接建立后发送端尝试着以最大速率工作。主协商阶段：发送端从最大速率开始逐步降低工作速率；在每一级速率逗留一段时间以使得邻接节点同步跟随；若同步测试通过且满足条件进入从协商阶段：发送速率设置为接收速率。测试接收同步的稳定性以确保协商成功,或者跟随协商主角的发送速率。若因同步不稳定或信号丢失,则回到等待信号阶段。若通过同步稳定性测试,则进入正常工作阶段。本发明在实际应用中随着外界FC的频点的改变能实时改变自身频点,同步时间不超过2s。(The invention provides a rate self-adaptive algorithm of a fiber channel protocol, which can be divided into 4 stages: a signal waiting stage: cyclically varying the transmission rate to allow the neighboring nodes to receive synchronization; cyclically varying the reception rate to collect signals of the neighboring nodes; the sender attempts to operate at the maximum rate after the physical layer connection is established. A main negotiation stage: the sending end gradually reduces the working rate from the maximum rate; lingering for a period of time at each stage rate to allow the neighboring nodes to follow in synchronization; if the synchronous test is passed and the condition is satisfied, entering a slave negotiation stage: the transmission rate is set to the reception rate. The stability of the receive synchronization is tested to ensure that the negotiation is successful or to follow the transmission rate of the negotiating chairman. If the synchronization is unstable or the signal is lost, the signal waiting stage is returned. And if the synchronous stability test is passed, entering a normal working stage. In practical application, the invention can change the frequency point of the FC in real time along with the change of the frequency point of the external FC, and the synchronization time is not more than 2 s.)

光纤通道协议的速率自适应算法

技术领域

本发明属于通讯技术领域，尤其是涉及一种光纤通道协议的速率自适应算法。

背景技术

目前的网络通信模式大都是客户端/服务器模式，客户端和服务器端是不对等的，服务器端只用来提供服务，客户端只提出服务请求，即服务器端不可能通过客户端和服务器端之间建立的通信连接向客户端提出服务请求。如果服务器端和客户端之间存在防火墙并且需要服务器端在内网，由于防火墙安全策略要求不允许外网用户访问内网，这种网络部署就很难实现。

P2P(peer to peer)方式是一种对等连接通信模式(计算机工程，12：36-39，2000)，P2P的通信模式打破了上述网络通信的模式，允许每个通信实体既充当客户端，又可以做服务器端，针对应用层的各种应用存在多种协议，分别实现不同的功能，例如，文件传输协议(FTP)传输文件；Telnet协议远程登陆；HTTP协议浏览网页等。

IEEE802.3标准在物理层支持利用多种速率进行传输，但是并未规定速率选择策略，速率自适应的速率选择算法核心是及时获取能够实时反映信道状态信息。目前的速率自适应算法有ARF、SNIR、RSS、SampleRate、RRAA等。

在网络通信过程中，很多情况是A通信设备在应用过程中改变了频点，B设备为了能够与其维持通信必须适应到相应的频点。

现有的网络通信有ARF、SNIR、RSS、SampleRate、RRAA等理论算法，这些算法都有相应的缺点。其中ARF算法不能快速反应信道的变化，SNIR算法和RSS算法基于跨层设计思想在实际应用中很难实现，SampleRate算法采用采样的方式进行探测这样容易对整体的速率造成误判，RRAA算法的性能与选择的窗口有关，在实际应用中窗口的选择影响整个系统的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种光纤通道协议的速率自适应算法，能够实现主动检测外部设备的频率变化实现自身的频点自适应功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

光纤通道协议的速率自适应算法，所述速率自适应算法包括4个阶段：

第一阶段，进入等待启动模式，包括如下步骤：

11)将接收速率和发送速率均调至当前系统速率自适应的最大支持的频点；

12)等待同步，判断是否满足第一条件，第一条件为信号丢失，或者经过内循环周期rxcycle后同步测试通过，则进入第二阶段；若不满足进入步骤13)

13)继续判断是否超过外循环周期txcycle，若否则逐级降低rx速率返回步骤12)，若是则进入步骤14)；

14)将收发速率均调低一档后返回步骤12)；

第二阶段，进入速率自适应主模式，包括如下步骤：

21)将接收速率和发送速率均调至当前系统速率自适应的最大支持的频点，

22)等待同步，判断是否满足第二条件，第二条件为经过内循环周期rxcycle后完成同步测试且当前rx速率是否大于等于tx速率，如果满足则进入第三阶段；若否进入步骤23)；

23)继续判断是否超过外循环周期txcycle，若否则逐级降低rx速率返回步骤22)，若是则进入步骤24)；

24)调整rx速率至tx速率，等待同步，判断是否经过内循环周期rxcycle后通过同步测试，若否则将收发速率均调低一档后返回步骤22)，若是则进入第三阶段；

第三阶段，进入速率自适应从模式：

31)将发送速率设置为接收速率，

32)判断经过内循环周期rxcycle后是否完成同步测试，如果完成则进入第四阶段；若未完成则接收速率下调一档，经过内循环周期rxcycle后，返回步骤31)；

第四阶段，同步稳定进入正常工作模式。

进一步的，正常工作模式进入等待启动模式的跳转条件为：发生信号丢失，或者同步丢失超时，或者收到速率自适应请求。

进一步的，上述步骤24)中，判断是否经过内循环周期rxcycle后通过同步测试，若否，则继续判断ncycle计时器的计时是否大于给定值t_ncycle，若否则将收发速率均调低一档后返回步骤22)；若是则转步骤24)。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明在实际应用中随着外界FC的频点的改变能实时改变自身频点，同步时间不超过2s，并且支持2.125G、4.25G、8.5G三种频点的协商同步；速率自适应过程中4个阶段的状态转换。

(2)本发明通过实现2台设备的同时开始自适应的情况下进行自适应，在实际芯片应用中表现出优秀的稳定性，从自适应到链路建链不超过2s。

(3)本发明能够快速根据物理层的给出的信号实时的感知通信过程中的信号质量变化。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述速率自适应算法机制；

图2为本发明实施例所述速率自适应算法实现的流程图；

图3为本发明实施例所述的速率自适应主模式设计流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供一种基于FC-AE-ASM协议兼容FC协议的速率自适应的算法实现方式。

本发明可以实现FC协议的1.0625G，2.125G，4.25G，8.5G四种频点的速率自适应，能够实现主动检测外部设备的频率变化实现自身的频点自适应功能。

本发明FC的速率自适应可以在两种条件下启动：

(1)FC端口收到信号丢失指示(loss_of_signal)信号；

(2)FC链路处于同步丢失超时(loss_of_syn>R_T_TOV)状态。

本发明的FC速率自适应过程可以分为4个阶段：

1、等待信号阶段(wait_for_signal)：

循环改变发送速率以允许邻接节点接收同步；循环改变接收速率以收取邻接节点的信号；在物理层连接建立后发送端尝试着以最大速率工作。

2、主协商阶段(negotiate_master)：

发送端和接收端从最大速率开始逐步降低工作速率；在每一级速率逗留一段时间以使得邻接节点同步跟随；若同步测试通过且满足以下条件，则退出该阶段：

A)接收速率等于发送速率，成为协商中的主角；

B)接收速率大于发送速率，或者接收速率等于最大发送支持速率，成为协商中的配角。

3、从协商(negotiate_follow)阶段：

发送速率设置为接收速率。测试接收同步的稳定性以确保协商成功，或者跟随协商主角的发送速率。若因同步不稳定或信号丢失，则回到等待信号阶段。若通过同步稳定性测试，则进入正常工作阶段。

4、协商完成阶段：

正常工作阶段。

下表1列出了本发明速率自适应过程常用的时间参数，图1所示为本发明速率自适应算法机制。

表1速率自适应常用时间参数

本发明主要是针对FC-FC-4光纤通道协议对速率自适应算法进行了逐步分解细化，形成一个有限状态机，配上若干计时器进行速率自协商，FC的速率自协商过程本发明分为4种模式：等待启动、速率自适应主、速率自适应从、正常工作。

在等待启动模式中，收发速率均工作在最大支持速率并等待同步，逐步下调收发速率，直至收发速率同步测试通过或者发生信号丢失或者发生传输字或者传输字节丢失同步超时的情况下才进入速率自适应主模式；

在速率自适应主模式中，收发速率均切换到最大支持速率，收发速率按照切换接收方向速率为内循环、切换发送速率为外循环的方式进行同步；具体的，若接收方向速率完成同步并且接收方向速率不小于发送速率则进入速率自适应从模式，否则，继续在速率自适应主模式中循环同步测试；

在速率自适应从模式中，发送速率值等于接收速率，通过切换收发速率直至通过同步稳定性测试后进入正常工作模式；

在正常工作模式中，若遇到信号丢失或同步丢失超时或者有速率自适应请求，则重新进入等待启动模式。

图2是本发明实现速率自适应的总体流程图，前文已阐述速率自适应分为4个阶段，其中速率自适应的最主要阶段是速率自适应的主模式测试阶段，这个阶段主要决定了当前端口适应的速率值。完成速率自适应的等待启动模式，进入速率自适应的主模式。

图2的最左边是速率自适应的等待启动阶段的流程图，在系统复位释放后，进入等待启动模式，如果系统使能速率自适应功能：(1)最初将收发(rx接收方向和tx发送方向)速率切换到当前系统速率自适应最大支持的频点，并以当前频点进行同步测试；如果检测到信号丢失或者传输字同步丢失超时为真，那么判断rxcycle计时器计到t_rxcycle为真，那么再判断是否完成同步测试，如果完成同步测试那么进入速率自适应主模式，并将当前rx方向的速率记录下来；初始化ncycle周期计时器，如果在rxcycle周期内没有完成同步测试，再判断是否经过txcycle周期，如果经过了txcycle周期，那么rx和tx方向的速率均下降一档进行同步测试；如果没有经过txcycle周期，那么rx方向的速率下降一档再进行同步测试，如果rx方向完成同步那么进入速率自适应主模式；(2)在检测同步阶段如果没有检测到信号丢失，传输字同步丢失信号那么以当前速率直接进入速率自适应主模式。其中，ncycle周期计时器的作用在实际场景中机会不起作用，因为这个计时器的值是txcycle的时间的10倍还多，但是这里设计此计时器的初衷是当经过多个ncycle时间还未找到rx可以同步并且rx方向的速率大于等于当前tx方向速率时，会把tx方向的速率调整为之前rx已经同步并且记录的速率，并且tx以这个速率在txcycle周期内，调整rx方向的速率进行同步。

速率自适应主模式的设计思想是以发送(tx)方向速率改变为外循环，接收(rx)方向速率改变为内循环，进入速率自适应主模式后，(1)tx方向速率和rx方向速率均调成最大支持频点，以最大速率开始进行同步测试，并开启看门狗计时器，经过rxcycle周期后判断是否完成同步测试，如果完成同步测试那么判断当前rx速率是否大于或者等于tx方向速率，如果为真那么进入速率自适应从模式；如果为假那么将当前rx方向的速率记录下来放入一个寄存器中，并将ncycle计时器初始化，初始化值为370，其中ncycle计时器以这个初始值开始计时；(2)如果不满足上述进入速率自适应从模式的条件，再判断是否经过txcycle周期，如果为真那么将tx方向当前的速率赋给rx方向，系统的tx和rx方向以这个速率进行同步测试，如果完成同步测试那么进入速率自适应从模式；如图3所示，如果还是没有经过同步测试那么判断ncycle计时器是否大于给定值t_ncycle，如果为真那么将tx和tx方向频点同时调整为下一个支持的频点，并进入(1)又开始新一轮同步测试，上面在(2)开始时假设经过txcycle周期。那么现在假设没有经过txcycle，那么将rx方向的速率下调一档或者是寻找下一个支持的频点，并将这个频点放入一个名为mem的寄存器中并进入(1)开始新一轮同步测试。当看门狗计时器到达阈值是那么整个状态机进入IDLE状态重新开始自适应，否则进行当前程序进程，这是本发明速率自适应主模式的设计实现方法。

速率自适应主模式阶段完成同步测试后进入速率自适应从模式，当前模式的主要做的工作就是把rx方向速率赋值给tx方向，并再次进行同步，具体同步过程可以参照流程图2的右边的同步过程。

本发明在实际应用中随着外界FC的频点的改变能实时改变自身频点，同步时间不超过2s，并且支持2.125G、4.25G、8.5G三种频点的协商同步，

本发明支持两台设备同时开启速率自适应情况下完成两端支持最大速率的同步，本发明在未来的设计中也可以将其拓展为支持1.0625G、2.125G、4.25G、8.5G、16G频点的速率自适应，具有良好的鲁棒性、实时性、可拓展性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。