ДЕКАДНЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ Российский патент 2000 года по МПК H04L12/44 H04L12/46 

Изобретение относится к области связи, в частности к построению сетей связи для передачи информации и вычислительным сетям.

Существующие локальные сети имеют общую разделяемую среду передачи и для повышения полосы пропускания, приходящуюся на одну станцию, производят сегментирование локальной сети на сегменты (или отдельные станции) и объединение их с помощью коммутаторов.

Известны локальные сети и способы соединения: GB 2283886 А, H 04 L 12/40, 17.05.95 г.; GB 2273855 А, H 04 L 12/40, 29.06.94 г.; US 5469439 A, H 04 L 12/40, 21.11.95; WO 98/41053 A1, H 04 Q 11/06, 17.09.98, позволяющие осуществить коммутацию абонентов в локальной сети для обеспечения режима "каждый с каждым".

Наиболее близким по технической сути является схема объединения, описанная в US 5237566 А, 17.08.93 г., H 04 L 12/44. Данная схема содержит блок обработки данных, узел выделения адреса, центральный процессор, медиамодуль, память и субпроцессоры групп.

Однако возможность связи "каждый с каждым" не обеспечивает:
1) достаточный уровень безопасности и конфиденциальности;
2) надежности передачи, связанный с возможностью переполнения буферов коммутаторов ввиду неуправляемой связи типа "клиент-клиент".

Учитывая то обстоятельство, что основным режимом работы в вычислительных сетях является режим "клиент-сервер", а для связи между клиентами (абонентскими станциями) используется специальный защитный сервер (fairewall) более оптимальной схемой абонентской сети является схема сервер-мультиплексор-клиенты (абонентские станции).

Масштабируемость протоколов Ethernet, обеспечивающих передачу со скоростями 1/10/100/1000 Мбит/с, позволяет использовать единую структурно-функциональную (электрическую) схему декадного мультиплексора, позволяющую строить локальные сети различных размеров (10, 100 и даже 1000 абонентов) с гарантированной скоростью передачи (10 Мбит/с для стационарных абонентов и 1 Мбит/с для мобильных абонентов).

Связь в таких сетях обеспечивается только через сервер, который представляет собой мощную ЭВМ, обеспечивающей подключение, проверку полномочий и синхронизирует работу абонентов (клиентов). Технический результат заключается в обеспечении возможности создания беспроводной сети различных размеров с гарантированной скоростью передачи 1 Мбит/с.

На чертеже приведена структурная электрическая схема декадного мультиплексора Ethernet.

Декадный мультиплексор Ethernet содержит одиннадцать приемопередающих блоков 1-11, обеспечивающих прием-передачу кадров информации Ethernet со скоростью "С" Мбит/с (С = 1, 10, 100 Мбит/с) и центральный приемопередающий блок 12, обеспечивающий прием-передачу кадров Ethernet со скоростью 10 С Мбит/с.

Каждый из приемопередающих блоков содержит приемный интерфейс 13, буферное ЗУ (запоминающее устройство) приема 14, узел доступа 15, передающий интерфейс 16, буферное ЗУ передачи 17 и узел фильтрации 18.

Центральный приемопередающий блок 12 содержит приемный интерфейс 19, буферное ЗУ приема 20, блок доступа 21, передающий интерфейс 22, буферное ЗУ передачи 23 и блок фильтрации 24, при этом выход приемного интерфейса 19 соединен с узлом выделения адреса 25 принятого кадра Ethernet, соединенного с узлом обработки данных 26, который по шине управления 27 соединен со входами управления узлов фильтрации 18 приемопередающих блоков 1-11.

Блок доступа 21 центрального приемопередающего блока 12 соединен через шину демультиплексирования 28 с входами данных узлов фильтрации 18 приемопередающих блоков 1-11, выходы узлов доступа 15 которых через шину мультиплексирования 29 соединены с блоком фильтрации 24 центрального приемопередающего блока 12.

При этом узел обработки данных 26 соединен шинами мультиплексирования 28 и мультиплексирования 29 через соответственно дополнительный узел фильтрации 30 и дополнительный узел доступа 31, а выходы "активность" приемных интерфейсов 13 приемопередающих блоков 1-10 соединены через элемент И32 со входом "блокировка" приемного интерфейса одиннадцатого приемопередающего блока 11.

Назначение элементов схемы следующее: приемные и передающие интерфейсы 13, 16 обеспечивают согласование с каналом передачи данных. Узлы фильтрации 18 обеспечивают селекцию адреса работы данного канала. Узлы доступа 15 обеспечивают синхронизированный доступ к шине. Узел выделения адреса принятого кода 25 с узлом обработки данных 26 и шинами являются, по существу, сетевой картой, обеспечивающей режим работы мультиплексора.

Декадный мультиплексор работает следующим образом:
1. Стационарная сеть
Ко входам приемопередающих блоков 1-10 присоединяются сегменты локальных сетей, (или ПК), имеющие интерфейсные карты Ethernet, работающие со скоростью 10 (или 100 Мбит/с).

К входу центрального приемопередающего блока 12 присоединяется сервер, имеющий интерфейсную карту 100 (или 1000 Мбит/с). Ввиду активности всех приемо-передающих блоков 1-10 приемопередающий блок 11 блокируется через элемент И32.

В данной сети реализуется исключительно режим "клиент-сервер" или "клиент-сервер-клиент", что позволит обеспечить высокий уровень качества обслуживания (Q₀S) за счет гарантированной скорости передачи не ниже 1 Мбит/с и безопасности, так как сервер на уровне протоколов TCP/IP может обеспечить идентификацию абонентов по их IP-адресам.

1.1 Режим приема
Каждый из 1-10 передающих блоков обеспечивает прием кадров Ethernet со скоростью С Мбит/с от внешних сетей (или PC) и через узлы доступа 15, работающих в режиме циклического опроса, одновременно передает их через высокоскоростную шину мультиплексирования 29 (скорость передачи которой больше или равна 10 С Мбит/с) через блок фильтрации 24 в буферное ЗУ передачи 23, функционирующее в режиме FIFO (т.е. первый полностью принятый кадр первым и передается). Ввиду того, что выходная скорость передачи 10 С Мбит/с равна суммарной скорости 10-ти каналов приема С Мбит/с, объем ЗУ передачи 23 ограничен и отсутствуют условия его переполнения. Таким образом, осуществляется объединение 10 (декады) внешних входных потоков в единый выходной поток.

1.2. Режим передачи.

Каждый передаваемый кадр через блок приемного интерфейса 19 поступает через буферное ЗУ приема 20 и блок доступа 21 на шину демультиплексирования 28, а также на узел выделения адреса 25 и далее на узел обработки данных 26, где определяется адрес приемопередающего блока, на который необходимо передать кадр, и по шине управления 27 активизируется соответствующий узел фильтрации 18, чем обеспечивается передача кадра с шины демультиплексирования 28 на соответствующее буферное ЗУ передачи 17 и передающий интерфейс 16. В случае стационарной сети при активности всех 1 - 10 приемопередающих интерфейсов приемопередающий интерфейс 11 блокируется, чтобы избежать его случайного подключения, что могло бы привести к переполнению буферного ЗУ передачи и потери информации (т.е. это "защита от дурака")
2. Беспроводная сеть
Все приемные интерфейсы 13 мультиплексора настроены на разные частоты (F1 - F11), а все подвижные абонентские станции при включении настраиваются на частоту Р11, которая используется для организации общего канала сигнализации - ОКС, по которому каждая станция запрашивает выделение свободного канала/сервера. В случае наличия свободного канала (F1-F10) сервер посылает ответ с номером свободного канала, что приводит к цифровой перестройке канала.

При работе всех десяти каналов приемный интерфейс 13 одиннадцатого приемопередающего блока 11 блокируется, пока не освободится один из каналов.

Наличие семейства мультиплексоров 1/10, 10/100 и 100/100 позволяет с помощью каскадирования строить беспроводные сети различных размеров с гарантированной скоростью передачи 1 Мбит/с на 10, 100 и 1000 активных абонентов на базе сервера с сетевой картой GigaEthernet (1000 Мбит/с).

Беспроводная сеть работает в двух режимах:
Режим 1 - выделение канала по требованию.

Режим 2 - организация приемопередачи кадров по каналам 1-10, которая аналогична работе стационарной сети.

В первом режиме - выделение канала по требованию осуществляется через приемопередающий блок 11, выполняющего функции общего канала сигнализации - ОКС. Все подвижные абонентские станции в режиме случайного доступа передают кадры запроса на выделение канала связи. В информационной части кадра размещается код (адрес) абонентской станции. В случае наличия свободного канала (F1 -F10) сервер посылает широковещательный кадр (кадр у которого адрес назначения состоит из сорока восьми "I"), а в информационной части которого указан номер канала и код (адрес) абонентской станции, которой этот канал выделяется. Все абонентские станции, настроенные на частоту F11 принимают этот кадр, но только та станция код (адрес) которой совпадает с кодом (адресом), находящимся в информационном поле принятого кадра, производит перестройку своего приемного 13 и передающего интерфейса 16.

В случае выделения всех F1 - F10 каналов приемопередающий интерфейс канала F11 блокируется так же, как и для стационарной сети.

Изобретение относится к связи, в частности к построению локальных сетей. Его использование позволяет получить технический эффект в виде обеспечения возможности создания беспроводной сети различных размеров с гарантированной скоростью передачи 1 Мбит/с. Этот мультиплексор содержит блок обработки данных, соединенный с узлом выделения адреса, а также шины мультиплексирования и демультиплексирования, а также шину управления. Технический результат достигается благодаря тому, что введены одиннадцать приемопередающих блоков, центральный приемопередающий блок, узлы фильтрации, узлы доступа и элемент И. Каждый приемопередающий блок имеет специальную структуру, а для избежания переполнения буферного ЗУ предусмотрена возможность блокировки одного из приемопередающих блоков. 1 ил.

Декадный мультиплексор локальный сети, содержащий блок обработки данных, соединенный с узлом выделения адреса, а также шины мультиплексирования и демультиплексирования, а также шину управления, отличающийся тем, что введены одиннадцать приемопередающих блоков, центральный приемопередающий блок, дополнительный узел фильтрации, дополнительный узел доступа и элемент И, при этом каждый приемопередающий блок содержит последовательно соединенные приемный интерфейс, буферное ЗУ приема и узел доступа, выход которого соединен с шиной мультиплексирования, а также последовательно соединенные узел фильтрации, буферное ЗУ передачи и передающий интерфейс, который соединен с входом приемного интерфейса и является входом/выходом приемопередающего блока, а вход управления узла фильтрации каждого приемопередающего блока соединен с шиной управления, соединенной с выходом управления узла обработки данных и управляющим входом дополнительного узла фильтрации, вход которого соединен с шиной демультиплексирования, а выход соединен с входом узла обработки данных, выход которого через дополнительный узел доступа соединен с шиной мультиплексирования, а вход узла фильтрации каждого приемопередающего блока соединен с шиной демультиплексирования, при этом выходы "активность" приемных интерфейсов десяти приемопередающих блоков через элемент И соединены с входом "блокировка" приемного интерфейса одиннадцатого приемопередающего блока, а центральный приемопередающий блок содержит последовательно соединенные блок фильтрации, вход которого соединен с шиной мультиплексирования, буферное ЗУ передачи и передающий интерфейс, а также последовательно соединенные приемный интерфейс, вход которого соединен с выходом передающего интерфейса и является входом/выходом центрального приемопередающего блока, буферное ЗУ приема и блок доступа, выход которого соединен с шиной демультиплексирования, при этом выход приемного интерфейса центрального приемопередающего блока соединен с входом узла выделения адреса.