СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ДОСТУПА К СЕТЯМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Российский патент 2003 года по МПК H04B10/10 

Изобретение относится к области беспроводной связи и предназначено для использования в сетях передачи данных.

Известен способ построения системы абонентского доступа на основе волоконно-оптических линий связи (Патент на изобретение РФ N 2127489, МКИ Н 04 В 10/12), заключающийся в том, что прокладывают магистральные и абонентские волоконно-оптические кабели, организуют иерархическую систему передачи информации при помощи технологии синхронной цифровой иерархии, а наращивание сети производят путем формирования по крайней мере одного дополнительного кольца первого уровня иерархии, для чего используют свободные оптические волокна из участков ранее проложенных магистральных кабелей. Основными недостатками этого и аналогичных (Волоконно-оптическая техника: История, достижения, перспективы / Под ред. Дмитриева С.А., Слепова Н.Н. М.: изд-во Connect, 2000, с. 178-184) способов построения систем абонентского доступа к сетям передачи данных являются дороговизна и значительная задержка времени начала предоставления услуг. Это обусловлено необходимостью разработки, согласования и реализации проектов строительства волоконно-оптических линий связи, возможных дополнительных расходов времени и средств для реконструкции используемой или создания новой кабельной канализации, в том числе кабельных вводов в здания и внутри зданий. Значительные сложности вызывают вопросы согласования условий подачи кабеля абонентам через участки земли, кабельной канализации и пр., принадлежащих различным владельцам.

Наиболее близким по технической сути к предложенному является способ построения системы доступа к сетям передачи данных, в частности, к IP сетям (журнал Мир Связи - Connect, 2000, 7, с. 93), включающий создание системы по сотовому принципу и организацию абонентам базовой станции (соты) беспроводного доступа к сетевым ресурсам через групповой концентратор, при этом данные от группового концентратора передают абонентам через несколько направленных базовых передатчиков, прием сигналов со стороны абонентов ведут индивидуальными или кластерными приемниками, передачу сигналов от абонентов ведут индивидуальными или кластерными абонентскими передатчиками, а прием сигналов от абонентов осуществляют базовыми групповыми приемниками с зонами покрытия, которые определяют исходя из условия нахождения базового группового приемника в зоне прямой видимости соответствующих абонентских передатчиков, и данные от базовых приемников направляют на групповой концентратор.

В данном способе построения системы реализуется беспроводный доступ в радиодиапазоне 2,4 ГГц. Базовая станция образуется несколькими устройствами доступа, работающими соответственно на несколько направленных антенн с секторной диаграммой, покрывающей соответствующий сектор обслуживания базовой станции. Передатчики и приемники системы поддерживают радиоинтерфейс FH-CDMA и работают в режиме временного уплотнения Time Division Duplex.

Основными недостатками этого способа построения системы, как и других известных способов создания систем на основе беспроводного доступа в радиодиапазоне (там же, с. 90-95), является высокий уровень первичных инвестиций, изначально ограничиваемая емкость (предельный объем услуг) базовой станции и невозможность использования занимаемого диапазона частот для других целей, а также значительные ограничения возможности индивидуализации предоставляемых услуг, например, по предельной скорости доступа к услугам группового концентратора и собственно к сетевым услугам, новым абонентам без ухудшения уровня обслуживания существующих абонентов. Аналогичные функциональные ограничения имеет существующий способ в части возможности улучшения условий обслуживания существующих абонентов.

Решаемая предлагаемым изобретением задача - обеспечение возможности экономичного наращивания числа пользователей при одновременном расширении функциональных возможностей систем беспроводного доступа к сетям передачи данных, в первую очередь в части индивидуализации и возможности расширения уровня обслуживания новых и существующих абонентов без ущерба для уровня обслуживания других абонентов.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении способа, - снижение капитальных затрат на этапе первоначального строительства системы, расширение охватываемого сектора потенциальных пользователей (абонентов) за счет расширения диапазона предоставляемых услуг различного уровня качества и соответственно стоимости, обеспечение возможности экономичного дальнейшего увеличения объема предоставляемых абонентам услуг.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата, в известном способе построения системы доступа к сетям передачи данных, в частности, к IP сетям, включающем создание системы по сотовому принципу и организацию абонентам базовой станции (соты) беспроводного доступа к сетевым ресурсам через групповой концентратор, при этом данные от группового концентратора передают абонентам через несколько направленных базовых передатчиков, прием сигналов со стороны абонентов ведут абонентскими индивидуальными или микрогрупповыми (кластерными) приемниками, передачу сигналов от абонентов ведут индивидуальными или кластерными абонентскими передатчиками, а прием сигналов от абонентов осуществляют базовыми групповыми приемниками с зонами покрытия, которые определяют исходя из условия нахождения базового группового приемника в зоне прямой видимости соответствующих абонентских передатчиков, и данные от базовых приемников направляют на групповой концентратор, согласно предлагаемому изобретению для передачи данных между базовой станцией и абонентами используют электромагнитное излучение оптического диапазона, в качестве базовых передатчиков используют передающие оптические устройства в количестве, соответствующем количеству абонентских приемников, с которыми и устанавливают их оптическое соединение, при этом используют одну и ту же оптическую несущую для передачи данных от всех абонентских передатчиков внутри группы.

Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы:
- наращивание системы в пределах одной группы абонентов одной базовой станции производили путем организации оптического канала между базовым передатчиком, соответствующим новому абоненту, и новым абонентским приемником с одной стороны, и между новым абонентским передатчиком и имеющимся базовым приемником с другой стороны, а новые базовые приемники устанавливали при невозможности поддержания требуемого уровня обслуживания абонентов из-за ограничений доступа с использованием существующих групповых концентраторов, и в этом случае на базовые передатчики, соответствующие абонентам новой группы, передавали данные от нового группового концентратора, на который также направляли и данные от нового базового приемника;
- все базовые передатчики группы абонентов модулировали единым сигналом;
- в составе базовой станции организовали групповые концентраторы с различным приоритетом доступа к сетевым ресурсам и/или использовали групповые концентраторы с различными тактовыми скоростями передачи данных, и формировали группы абонентов по выбранным классам доступа путем подключения соответствующих базовых передатчиков и базовых приемников к соответствующим групповым концентраторам;
- уровень мощности базовых передатчиков и пороговую чувствительность соответствующих им абонентских приемников, так же как и мощность абонентских передатчиков, устанавливали для каждого абонента из условия обеспечения заданного классом доступности энергетического запаса каждого оптического соединения, с учетом реальных стационарных потерь в соответствующем оптическом соединении.

Суть предлагаемого изобретения и его вариантов поясняется чертежом, на котором представлена система доступа, построенная в соответствии с предложенным способом.

Доступ к сети передачи данных 1 (например, к сети Интернет), осуществляется в системе, построенной и развиваемой согласно предложенному способу, путем обслуживания абонентов в пределах сотовых зон обслуживания базовых станций 2. Обращаясь к сетевым ресурсам через некоторый шлюз (например, маршрутизатор 3), базовая станция обслуживает абонентов при помощи сетевых групповых концентраторов (Hub или Switch), один из которых 4 изображен на чертеже. Данные от группового концентратора передаются абонентам 5 через направленные базовые передатчики 6, которые находятся в оптическом контакте с абонентскими приемниками 7. Все абонентские передатчики 8 в свою очередь находятся в оптическом контакте с базовым приемником 9, который подсоединен к групповому концентратору.

На этапе первоначального развития базовой станции, согласно предлагаемому изобретению в состав базовой станции включают базовые передатчики 6, соответствующие абонентам 5, с которыми достигнута договоренность об обслуживании. Эти базовые передатчики вводят в оптический контакт с абонентскими приемниками 7. Абоненты направляют запросы на обращение к сетевым ресурсам на одной оптической несущей через абонентские передатчики 8 на один базовый приемник 9. В самом простом варианте реализации разрешением конфликтов обращений занимается аппаратно-программный комплекс группового концентратора 4, хотя в предложенном способе и возможна организация разрешения конфликтов обращений на уровне базового приемника 9.

При дальнейшем развитии системы доступа, новых абонентов подключают к системе путем установки дополнительных базовых передатчиков, подключаемых к тому же концентратору, абонентский передатчик направляют на существующий базовый приемник. При исчерпывании ресурса доступа через существующий групповой концентратор, в состав системы вводят новый групповой концентратор, данные с которого направляют на базовые передатчики, соответствующие новым абонентам, а сигналы от абонентских передатчиков новых абонентов направляют на новый базовый приемник, данные с которого направляют на упомянутый новый групповой концентратор.

В простейшем случае группового концентратора типа Hub Ethernet, коммутация доступа может осуществляться по общей шине, на которую и следует направлять данные от базового приемника и с которой данные направляют на все базовые передатчики, модулируемые одним групповым сигналом, соответствующим группе абонентов, обслуживаемых одним групповым концентратором. Абонентские приемники в этом случае имеют тот же сетевой интерфейс типа Ethernet, которым и подсоединяются рабочие станции или локальные вычислительные сети абонентов. Аналогично осуществляется передача данных от абонентов, от общей шины абонентского сетевого интерфейса.

Предложенный способ позволяет также организовывать с самого начала создания системы абонентского доступа, а также в любой момент по требованию, различных категорий (групп) обслуживания, отличающихся приоритетом доступа к собственно сетевым ресурсам (что может характеризоваться скоростью, доступностью и другими параметрами качества доступа к сети 1 через шлюз 3 и/или тактовой частотой группового концентратора и соответственно скоростью доступа к концентратору и скоростью разрешения конфликтов. Например, разные группы пользователей могут быть подключены к сети через разные порты маршрутизатора 3 с разными показателями качества сервиса, при этом возможно использование групповых концентраторов различного класса, например, обеспечивающих использование Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в качестве группового интерфейса различных групп пользователей, обслуживаемых различными концентраторами.

Наконец, предложенный способ позволяет устанавливать различный уровень доступности соединения между абонентом и базовой станцией на канальном уровне. В соответствии с выбранным абонентом уровнем доступности, в качестве базовых и абонентских передатчиков и абонентских приемников могут использоваться устройства различного уровня мощности и пороговой чувствительности соответственно. Доступность оптического канала может быть оценена при помощи величины энергетического запаса - разницы между реально обеспечиваемой в нормальных условиях мощности на приеме и пороговой чувствительности соответствующего приемника. Например, направленный оптический излучатель лазерного типа средней мощности обеспечивает на входном окне абонентского оптического приемника мощность 1 мкВт при пороговой чувствительности приемника 0,1 мкВт. Таким образом, имеется энергетический запас 10 дБ, который определяет доступность канала в неблагоприятных погодных условиях. Для другого абонента, находящегося на том же удалении от базовой станции, может быть установлен базовый передатчик, обеспечивающий на входном окне аналогичного фотоприемника оптическую мощность 20 мкВт при тех же нормальных условиях, что обеспечивает дополнительный энергетический запас 13 дБ по сравнению с первым случаем. Естественно, при неблагоприятных погодных условиях второй абонент будет иметь доступность связи от базовой станции до своего приемника существенно стабильнее.

Таким образом, предложенный способ решает поставленную задачу - обеспечение возможности экономичного наращивания числа пользователей при одновременном расширении функциональных возможностей систем беспроводного доступа к сетям передачи данных. Расширение функциональных возможностей обеспечивается в первую очередь в возможности индивидуализации уровня предоставляемого обслуживания. При этом достигается искомый технический результат как в части снижения капитальных затрат на этапе первоначального строительства системы за счет установки индивидуальных базовых передатчиков, так и в части расширения охватываемого сектора потенциальных пользователей за счет расширения диапазона предоставляемых услуг, обеспечение индивидуализации уровня (и стоимости) обслуживания, а также за счет обеспечения возможности дальнейшего развития и изменения уровня обслуживания новых и существующих абонентов без ущерба для других абонентов.

Изобретение относится к радиотехнике связи и может быть использовано в сетях передачи данных. Технический результат заключается в снижении капитальных затрат за счет расширения диапазона предоставляемых услуг. В способе для передачи данных между базовой станцией и абонентами используют электромагнитное излучение оптического диапазона. В качестве базовых передатчиков используют передающие оптические устройства в количестве, соответствующем количеству абонентских приемников. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ построения системы доступа к сетям передачи данных, в частности к IP сетям, включающий создание системы по сотовому принципу и организацию абонентам базовой станции (соты) беспроводного доступа к сетевым ресурсам через групповой концентратор, при этом данные от группового концентратора передают абонентам через несколько направленных базовых передатчиков, прием сигналов со стороны абонентов ведут абонентскими индивидуальными или микрогрупповыми (кластерными) приемниками, передачу сигналов от абонентов ведут индивидуальными или кластерными абонентскими передатчиками, а прием сигналов от абонентов осуществляют базовыми групповыми приемниками с зонами покрытия, которые определяют исходя из условия нахождения базового группового приемника в зоне прямой видимости соответствующих абонентских передатчиков, и данные от базовых приемников направляют на групповой концентратор, отличающийся тем, что для передачи данных между базовой станцией и абонентами используют электромагнитное излучение оптического диапазона, в качестве базовых передатчиков используют передающие оптические устройства в количестве, соответствующем количеству абонентских приемников, с которыми и устанавливают их оптическое соединение, при этом используют одну и ту же оптическую несущую для передачи данных от всех абонентских передатчиков внутри группы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наращивание системы в пределах одной группы абонентов одной базовой станции производят путем организации оптического канала между базовым передатчиком, соответствующим новому абоненту, и новым абонентским приемником, с одной стороны, и между новым абонентским передатчиком и имеющимся базовым приемником, с другой стороны, а новые базовые приемники устанавливают при невозможности поддержания требуемого уровня обслуживания абонентов из-за ограничений доступа с использованием существующих групповых концентраторов, и в этом случае на базовые передатчики, соответствующие абонентам новой группы, передают данные от нового группового концентратора, на который также направляют и данные от нового базового приемника. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что базовые передатчики группы абонентов модулируют единым сигналом. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в составе базовой станции организуют групповые концентраторы с различным приоритетом доступа к сетевым ресурсам и/или используют групповые концентраторы с различными тактовыми скоростями передачи данных и формируют группы абонентов по выбранным классам доступа путем подключения соответствующих базовых передатчиков и базовых приемников к соответствующим групповым концентраторам. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уровень мощности базовых передатчиков и пороговую чувствительность соответствующих им абонентских приемников, также как и мощность абонентских передатчиков, устанавливают для каждого абонента из условия обеспечения заданного классом доступности энергетического запаса каждого оптического соединения, с учетом реальных стационарных потерь в соответствующем оптическом соединении.