Способ агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю и система для его реализации Российский патент 2023 года по МПК H04L45/00 H04L45/60 

Изобретение относится к системам широкополосного доступа в Интернет на удаленных территориях и территориях с низкой плотностью населения для обеспечения более скоростного, экономичного и более стабильного доступа к сетевым ресурсам, в частности, относится к способу агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю и системе для его реализации.

Известно, что в малонаселенных и удаленных районах ни одна из существующих технологий связи в отдельности не позволяет решить проблему повсеместного широкополосного доступа в Интернет для массового потребителя (С.Л. Гавлиевский. Сценарии сокращения цифрового неравенства в малонаселенных районах. Вестник связи №4, апрель 2021).

В некоторых случаях указанную проблему, для ограниченного числа пользователей, могут решить спутниковые, волоконно-оптические, радиорелейные, сотовые или тропосферные системы связи. При этом для массового потребителя на указанных территориях она часто не решается по критерию качество/цена даже при наличии доступности отдельных технологий связи. Это определяется особенностями различных технологий связи, например:

- волоконно-оптические системы связи имеют высокое качество и пропускную способность; однако при большой протяженности и/или сложном рельефе и/или малом количестве абонентов они имеют слишком большой срок окупаемости;

- возможность использования радиорелейных систем связи ограничивается особенностью рельефа, застройкой, дальностью связи, ограничениями на высоту подвеса антенн и лесистостью местности;

- современные низкоорбитальные спутниковые системы связи имеют слишком малую пропускную способность; геостационарные спутниковые системы связи имеют большую задержку передачи информации для многих приложений, у них ограниченный ресурс пропускной способности и часто являются слишком дорогими для массового пользователя;

- современные тропосферные системы связи, несмотря на большой прогресс в развитии, наибольший эффект дают в комбинации с другими видами связи (С.Л. Гавлиевский. Тропосферные линии связи в районах крайнего севера. Вестник связи №9, сентябрь 2021);

- сотовые сети связи поколения 4G позволяют организовывать беспроводные каналы связи со скоростями передачи информации до 50 - 100 Мбит/с в зоне покрытия базовой станции; при использовании каналов сотовой связи следует учитывать, что максимальная скорость передачи информации для отдельного абонента будет зависеть от количества абонентов в зоне покрытия базовой станции и от их активности.

Известны опубликованные технические решения:

(US 2005/0058141, М. кл. H04b 12/56, опубл. 17.03.2005),

(US 2005/0058142, М. кл. H04Q 7/20, опубл. 17.03.2005),

(US 2005/0068926, М. кл. H04L 12/28, H04Q 7/24, опубл. 31.03.2005).

Сущность технических решений заключается в предоставлении конечным пользователям доступа к сети Интернет с использованием сотовой сети через беспроводной маршрутизатор доступа. При этом оборудование потребителей может быть подключено к специальному беспроводному маршрутизатору через беспроводную сеть класса Wi-Fi или через проводное соединение класса Ethernet.

Известные устройства содержат процессор (блок управления), блок приемопередатчика (для сети WLAN), блок приемо-передатчика (для сотовой сети или внешней карты), соединенные с процессором, осуществляющим взаимодействие между собой и сетями связи для получения пользователем доступа к сетевым ресурсам. Блоки приемопередатчиков снабжены первой и второй антенной соответственно для связи процессора с беспроводными сетями и предоставления информации из сетей множеству пользователей через согласующее устройство. Данное устройство маршрутизации может содержать дополнительное согласующее устройство (LAN, WLAN), связанное с процессором для обеспечения взаимодействия с различными сетевыми системами и предоставления информации из этих сетей пользователям.

Недостатком этих технических решений (US 2005/0058141, US 2005/0058142, US 2005/0068926) является зависимость доступа пользователей к сети Интернет от одной беспроводной сотовой сети в один момент времени, что часто обуславливает недостаточную надежность и скорость передачи в зоне покрытия сотовых сетей связи и отсутствие передачи за пределами зоны покрытия сотовых операторов.

Известно техническое решение - устройство мобильного маршрутизатора беспроводной связи (патент US 7778230, М. кл. H04W 4/00, опубл. 17.08.2010), содержащее набор маршрутизаторов, один из которых является основным, в который входит первый процессор (блок управления), первый блок памяти, связанный с процессором, первый и второй интерфейсы проводных сетей, каждый из которых соединен с первым процессором для обеспечения доступа пользователей, использующих локальную проводную или беспроводную сеть (LAN, WLAN), к сети Интернет или иной внешней IP сети. При этом каждый из остальных маршрутизаторов содержит второй процессор (блок управления), второй блок памяти, связанный со вторым процессором, первый и второй интерфейсы проводных сетей, каждый из которых соединен со вторым процессором и обеспечивает связь устройств пользователей с сотовыми сетями под управлением основного процессора. Устройство содержит также первый проводной переключатель, включенный между первым интерфейсом основного маршрутизатора и вторыми интерфейсами одного или более остальных маршрутизаторов для переключения сигналов между первым и вторым процессорами, при использовании проводной сети с соответствующими протоколами связи; и второй переключатель, включенный между первым интерфейсом одного из остальных маршрутизаторов и вторым интерфейсом другого из остальных, и это используется для переключения сигналов между вторыми управляющими блоками остальных маршрутизаторов.

Сущностью технического решения является предоставление конечным пользователям доступа к сети Интернет с использованием набора беспроводных сотовых сетей за счет организации доступа через группу устройств, обеспечивающих решение задачи организации доступа и маршрутизации запросов пользователей через одно из сотовых соединений в один момент времени для каждого конкретного информационного запроса. При этом оборудование потребителей может быть подключено через беспроводную сеть WLAN (например Wi-Fi) или проводное соединение LAN (например, Ethernet).

Таким образом, согласно описанию к патенту US 7778230 возможно использование одного из доступных соединений для приема и передачи информации от и для одного из потребителей в один момент времени, что не позволяет оптимальным образом использовать суммарную полосу пропускания всех подключенных беспроводных сетей.

Из уровня техники известны системы и устройства агрегирования каналов связи (http://studopedia.ru/5_96707_agregirovanie-kanalov-svyazi.html), производителей Fast EtherChannel и Gigabit EtherChannel компании Cisco, MultiLink Trunking компании Nortel, Adaptive Load Balancing компании Intel и ряд других, объединяющие несколько физических портов в одну логическую магистраль на канальном уровне модели OSI с целью образования высокоскоростного канала передачи данных и повышения отказоустойчивости. Их работа основана на том, что все избыточные связи в одном агрегированном канале остаются в рабочем состоянии, а имеющийся трафик распределяется между ними для достижения балансировки нагрузки. При отказе одного из физических каналов, входящих в такую логическую магистраль, трафик распределяется между оставшимися физическими каналами.

Известен также маршрутизатор беспроводной связи с системой агрегирования каналов (https://www.mushroomnetworks.com/product/truffle], опубл.: 29.05.2016.) Принцип работы построен на использовании как нескольких модемов с кабельной линией для агрегирования каналов, так и беспроводных модемов, подключенных к USB-портам маршрутизатора. При нестабильной работе одного из каналов связи, нагрузка пакетов загрузки и передачи данных перераспределяется на другие - более свободные и работающие.

Недостатком известных решений, функционирующих на агрегировании каналов, является сложность и громоздкость маршрутизатора, потребность подключения к нему внешних устройств связи через порты, которые замедляют обработку данных, как замедляют их и сами дополнительные устройства со своими микросхемами.

Известно техническое решение (патент RU 2631972 «Способ агрегации нескольких каналов передачи данных в единый логический канал передачи данных для предоставления услуг широкополосной передачи данных массовому потребителю и устройство на его основе», опубл.: 29.09.2018 г., бюл. №28, МПК: H04L 12/28 (2006.01), H04W 28/08 (2009.01) H04W 52/34 (2009.01)). Способ предоставления услуг широкополосной передачи данных массовому потребителю характеризуется использованием аппаратной части, состоящей из связанных между собой входными/выходными шинами блока приемопередачи локальной беспроводной сети (WLAN), блока управления маршрутизацией с микропроцессорным модулем, блока интерфейсов доступа, как минимум, к двум внешним беспроводным сетям, подсистемы взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), подсистемы взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN), при этом блок управления маршрутизацией используют для разделения на части и оценки частей исходной информации, причем части информации передают одновременно по различным каналам связи, через различные сети на единый адрес получателя, при этом управление маршрутизацией осуществляют с возможностью агрегации нескольких каналов - локальных каналов и/или беспроводных каналов передачи данных в единый логический канал передачи данных, а разделение на части передаваемой и получаемой частей информации осуществляют отдельными пакетами файлов с учетом пропускной способности и качества сигнала каждого из каналов передачи блока интерфейсов и подсистемы взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN), исходя из того, что файлы более крупного размера отправляют на передачу и загружают через каналы с большей пропускной способностью и лучшим качеством сигнала, а файлы меньшего размера отправляют на передачу и загружают через каналы с меньшей пропускной способностью и худшим качеством сигнала, причем процесс оценки выбора отправки или загрузки файлов через те или иные сетевые каналы осуществляют в блоке управления маршрутизацией после предварительного тестирования пропускной способности и качества сигнала каждой из беспроводных сетей блока интерфейсов и локальной проводной сети (LAN), где по результатам тестирования формируют ранжирование сетей от лучшей к худшей, причем тестирование и ранжирование повторяют в момент бездействия при отсутствии входящего и исходящего трафика, а с началом его потока используют для отправки или загрузки файлов последние результаты тестирования и ранжирования сетей; а при получении данных сначала данные оценивают по объему принимаемого пакета и количеству файлов через самый быстрый канал связи, определенный при ранжировании, оцененный пакет делят на файлы и распределяют объем данных по сетям в зависимости от ранжира, после чего передают данные потребителю через блок локальной беспроводной сети или подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), при этом, например, мониторинг и контроль работы устройства ведут предпочтительно через удаленный сервер, при отправке или получении полного набора пакета файлов через одну из сетей блока интерфейсов или через подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), оставшиеся неотправленными или неполученными пакеты файлов, идущие по другим сетям, перераспределяют на свободные беспроводные сети или свободную локальную проводную сеть (LAN).

Устройство для предоставления услуг широкополосной передачи данных по патенту RU 2631972 выполнено в едином корпусе, внутри которого расположены связанные между собой входными/выходными шинами блок приемопередачи локальной беспроводной сети (WLAN), блок управления маршрутизацией с микропроцессорным модулем, блок интерфейсов доступа к как минимум двум внешним беспроводным сетям, например, через модуль беспроводной связи Wi-Fi, либо через внешний USB-порт и LTE-модем. Также устройство содержит подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), подсистему взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN). Соответствующими входными/выходными шинами блок управления маршрутами и взаимодействием подсистем связан с блоком локальной беспроводной сети, подсистемой взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), блоков интерфейсов доступа и подсистемой взаимодействия LAN/WAN, которая другим входом/выходом соединена с портом, а другой выход/вход подсистемы взаимодействия с LAN соединен с блоком интерфейсов проводного доступа LAN.

При этом блок управления маршрутизацией выполнен с возможностью разделения на части и суммирования частей исходной информации.

Микропроцессорный модуль блока управления маршрутизацией выполнен с возможностью агрегации нескольких каналов - локальных каналов и/или беспроводных каналов передачи данных в единый логический канал передачи данных. Модули беспроводной связи Wi-Fi и LTE-модем блока интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям могут быть выполнены на единой печатной плате, либо в виде отдельных внешних устройств, подключаемых через внешние, например, USB-порты.

Техническим результатом известного технического решения является упрощение конструкции маршрутизатора с функцией агрегирования каналов, уменьшение габаритов. Однако это техническое решение также не гарантирует скорость и качество передачи данных потребителям (абонентам), а область применения ограничивается территориями, имеющими зону покрытия.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототипом) является система маршрутизации для беспроводной передачи информации (патент RU 125007, опубл. 20.02.2013 Бюл. №5), которая содержит в абонентской части связанные между собой входными/выходными шинами блок приемопередачи локальной беспроводной сети (WLAN), блок управления маршрутизацией, блок N интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям, где N - число внешних беспроводных сетей, подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), подсистему взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN), дополнительно содержит сетевую часть, в которой имеется дополнительный блок управления маршрутизацией, связанный входной/выходной шиной с подсистемой взаимодействия с локальными или внешними сетями (LAN/WAN), другая входная/выходная шина которой служит для подключения портов взаимодействия по проводной сети, при этом блоки управления маршрутизацией обеих частей выполнены с возможностью разделения на части и суммирования частей исходной информации. Она обеспечивает повышение скорости передачи данных, путем снижения задержек при приеме и передаче информации при осуществлении процедур переключения частот, кодов доступа и иных процедур, имеющих место в беспроводной сети связи, а также обеспечение скрытности при передаче информации и возможности применения комбинированных и конвергентных средств авторизации и аутентификации при использовании внешних беспроводных сетей связи различного типа.

Недостатками известного технического решения (прототипа) является следующее:

1. В прототипе происходит деление на части информации в блоке управления маршрутизацией, а затем эти части с новыми адресами IP пакетов - адресами сетевой части маршрутизации, передаются одновременно по различным каналам связи, через различные сети. Это ведет к тому, что в случае потери одного пакета в одном канале связи, при зависании одного из модулей связи, теряется и вся отправка файла, поскольку он доходит испорченным (без одного пакета). А если файл большой, то потери чреваты потерей трафика, что приводит к повторной загрузке. Поэтому, сомнительно качество передачи данных и итоговое повышение скорости передачи данных.

2. Абонентская часть системы маршрутизации устанавливается в непосредственной близости от оборудования потребителя (абонента) или на расстоянии, позволяющем провести проводное подключение (LAN), по этой причине, она не пригодна для подключения потребителей (абонентов), распределенных на большой территории, например, на территории сельского поселения.

3. Не гарантируется скорость и качество передачи данных потребителям (абонентам).

4. Область применения прототипа ограничивается территориями, имеющими зону покрытия, по крайней мере, двумя сотовыми операторами связи.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении качества и в обеспечении гарантированной скорости передачи информации большому количеству потребителей (абонентов), расположенных на большой территории.

Технический результат, на получение которого направлено заявленное изобретение, это предоставление более качественных услуг широкополосного доступа в Интернет, потребителям (абонентам) на территориях с недостаточно развитой телекоммуникационной инфраструктурой и минимизация затрат на строительство инфраструктуры сети связи на указанных территориях.

Технический результат достигается заявляемой группой изобретений, созданных в едином изобретательском замысле, - способом агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю и системой для его реализации.

В способ агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю, характеризующийся наличием сетевой части системы маршрутизации для передачи информации, включающей N интерфейсов доступа сетевой части, где N≥2, связанных через сеть Интернет с сетевой частью системы маршрутизации для передачи информации, наличием абонентской части системы маршрутизации для передачи информации, включающей интерфейс доступа к оборудованию потребителя - абонента, и наличием N интерфейсов доступа абонентской части, совместимых и связанных с соответствующими интерфейсами доступа сетевой части, каждый из которых поддерживает одну из технологий связи - сотовую связь или беспроводную связь Wi-Fi, согласно изобретению к абонентской части системы маршрутизации для передачи информации подключают одновременно множество оборудования потребителей, сформированных в М групп, где М≥1, через М соответствующих интерфейсов групп потребителей, поддерживающих технологию широкополосного доступа: беспроводную связь Wi-Fi или широкополосного мультисервисного доступа - Gigabit Passive Optical Network, GPON; в абонентской и сетевой частях системы маршрутизации для беспроводной передачи информации формируют базы данных, содержащие информацию о скорости, на которой предоставляют доступ в Интернет каждому оборудованию потребителя, а также информацию о приоритетном интерфейсе доступа абонентской и сетевой частей системы маршрутизации для каждого оборудования потребителя, пополняют и корректируют сформированные базы данных абонентской и сетевой частей при подключении новых потребителей и при изменении количества и состава интерфейсов доступа к абонентской и сетевой частей; осуществляют управление агрегацией и маршрутизацией входящих/исходящих информационных потоков, предназначенных каждому оборудованию потребителя и информационных потоков, направляемых через интерфейсы доступа к сети Интернет с учетом пропускной способности и качества канала связи, создаваемого соответствующими интерфейсами доступа к сети Интернет, исходя из того, что информационные потоки, поступающие от/для оборудования потребителя, подключенного на более высокой скорости доступа в Интернет, агрегируют и передают через интерфейсы доступа к сети Интернет с более высокой пропускной способностью и лучшим качеством сигнала, а информационные потоки, поступающие от/для оборудования потребителя, подключенного на более низкой скорости доступа в Интернет, агрегируют и передают через интерфейсы доступа к сети Интернет с более низкой пропускной способностью и худшим качеством сигнала.

При этом, предпочтительно, количество совместимых интерфейсов доступа абонентской и сетевой частей выбирают таким образом, чтобы во время пиковой загрузки абонентской части системы маршрутизации для передачи информации имелся запас суммарной пропускной способности интерфейсов доступа абонентской и сетевой частей.

Если в процессе эксплуатации происходит перегрузка какого-либо интерфейса доступа абонентской или сетевой частей, то осуществляют переключение информационных потоков одной или нескольких абонентских станций, использующих данный интерфейс доступа абонентской и сетевой частей на другие интерфейсы доступа абонентской и сетевой частей, имеющие достаточный запас пропускной способности, при этом приоритет при переключении передают интерфейсу доступа абонентской и сетевой частей, имеющему более высокую пропускную способность и лучшее качество сигнала.

При необходимости, интерфейсы доступа абонентской и сетевой частей могут использовать спутниковую или тропосферную технологии связи.

Одновременно используют множество абонентских частей системы маршрутизации для передачи информации потребителям, распределенным на большой территории, при этом в базу данных сетевой части системы маршрутизации для передачи информации включают информацию о скорости, на которой предоставляют доступ в Интернет каждому оборудованию потребителя, а также информацию о приоритетном интерфейсе доступа абонентской и сетевой частей системы маршрутизации, для каждого оборудования потребителя осуществляют взаимодействие одновременно с множеством абонентских частей системы маршрутизации для передачи информации, используя при этом информацию из базы данных обо всех потребителях, обслуживаемых соответствующими абонентскими частями системы маршрутизации для передачи информации, и обо всех интерфейсах доступа абонентской и сетевой частей системы маршрутизации.

Управление агрегацией и маршрутизацией информационных потоков в сетевой части системы маршрутизации для передачи информации осуществляют посредством сервера агрегации и маршрутизации информационных потоков.

В систему для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю, содержащую сетевую часть и абонентскую часть системы, содержащую блок управления маршрутами и взаимодействием, связанный, с одной стороны, входной/выходной шиной с блоком интерфейсов доступа к оборудованию потребителей, а, с другой стороны, входной/выходной шиной - с входом блока N интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям, выходы которого подключены к входам N блоков приемо-передачи абонентской части, каждый из которых поддерживает одну из технологий связи - сотовую связь или беспроводную связь Wi-Fi, выходы/входы которых являются соответственно выходами/входами абонентской части, обеспечивающими ее соединение с сетевой частью, которая содержит N блоков приема-передачи, имеющих широкополосный доступ к сети Интернет, совместимых с соответствующими блоками приема-передачи абонентской части, и блок сервера агрегации и маршрутизации, содержащий блок управления маршрутами и взаимодействием, подключенный через широкополосный блок взаимодействия к сети Интернет, согласно изобретению блоки управления маршрутами и взаимодействием в абонентской и сетевой частях содержат блоки данных, содержащие информацию о скорости приема/передачи информации для каждого потребителя, в абонентскую часть введены М блоков базовых станций, где М≥1, поддерживающих технологию Wi-Fi, выходы которых соединены со входами блока интерфейсов доступа к оборудованию потребителей, а к входам М блоков базовых станций, которые являются входами абонентской части, подключены М групп оборудования потребителей.

При этом блок управления маршрутами и взаимодействием, блок интерфейсов доступа к оборудованию потребителей и блок интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям объединены в единый блок агрегации и маршрутизации каналов связи, помещенный в корпус исполнения Outdoor - внешний, предназначенный для улицы.

Блок агрегации и маршрутизации каналов связи объединен с блоками приемо-передачи абонентской части и с блоками базовых станций в устройство агрегации и маршрутизации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю и его компактного размещения на высоком объекте таким образом, чтобы обеспечивалась качественная радиосвязь между блоками приемо-передачи абонентской и сетевой частей и обеспечивалось необходимое радио-покрытие территории, на которой размещается оборудование потребителей.

В качестве объектов размещения устройства агрегации и маршрутизации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю используются высокие объекты - мачты сотовых операторов, водонапорные башни, специальные мачты требуемой высоты.

Таким образом, технический результат изобретения достигается за счет:

наличия N (где N≥2) совместимых и связанных между собой пар интерфейсов доступа в Интернет абонентской и сетевой частей системы маршрутизации, каждая пара из которых поддерживает одну из технологий связи: сотовую связь поколений 3G, 4G, 5G, ВОЛС, радиорелейную связь, в том числе класса точка-точка технологии Wi-Fi, спутниковую связь, тропосферную связь;

наличия абонентской и сетевой частей системы маршрутизации, включающих базы данных о скорости подключения к Интернет каждого потребителя и о приоритетном интерфейсе доступа абонентской и сетевой частей для каждого потребителя;

наличия возможности переключения потребителя на другой интерфейс доступа в Интернет с достаточным свободным ресурсом пропускной способности при условии перегрузки интерфейса, определенного потребителю базой данных;

использования базовых станций, поддерживающих технологию Wi-Fi, в качестве интерфейсов подключения оборудования групп потребителей к абонентской части системы маршрутизации для передачи информации, расположенных в радиусе до 10 километров от места размещения базовой станции;

наличия возможности подключения к сетевой части системы маршрутизации для передачи информации большого количества абонентских частей системы маршрутизации для передачи информации для увеличения территории обслуживания и количества потребителей (абонентов).

Поэтому реализация заявленных способа и системы предоставления доступа в Интернет массовому потребителю позволяет получить лучший технический эффект по сравнению с известными техническими решениями в данной области техники, а именно - повысить качество и гарантировать скорость передачи информации каждому потребителю (абоненту), а также обеспечить возможность подключения потребителей (абонентов), расположенных на большей территории.

Описание изобретения поясняется чертежами.

Фиг. 1 иллюстрирует способ агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю согласно заявленному изобретению. Показаны связи блоков (соединения): непрерывные стрелки (шины) - беспроводные соединения, пунктирные стрелки (шины) - виртуальные соединения.

На Фиг. 2 изображена структурная схема заявляемой системы агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю согласно заявляемому изобретению. Показаны связи блоков (соединения): непрерывные стрелки без заполнения цветом (шины) - проводные соединения, непрерывные черные стрелки (шины) - беспроводные соединения, пунктирные стрелки (шины) - виртуальные соединения.

На Фиг. 3а изображена схематично блок-схема алгоритма организации процесса маршрутизации в направлениях от оборудования потребителей (абонентов) к сетевому ресурсу согласно заявленному изобретению.

На Фиг. 3б изображена схематично блок-схема алгоритма организации процесса маршрутизации в направлении оборудования потребителя (абонента) от сетевого ресурса (ответный, встречный поток данных), согласно заявленному изобретению.

На Фиг. 4 показаны варианты исполнения блоков приемо-передачи абонентской части и соответствующих им блоков приемо-передачи сетевой части заявляемой системы.

На фиг. 2 выполнено:

Абонентская часть системы:

1 - блок управления маршрутами и взаимодействием (абонентской части);

2 - блок интерфейсов доступа к оборудованию пользователей;

2.1, …, 2.М - М интерфейсов доступа к оборудованию пользователей;

3 - блок интерфейсов доступа к внешним сетям;

3.1, …, 3.N - N интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям;

4 - блок агрегации и маршрутизации каналов связи;

5.1, …, 5.N-N блоков приемо-передачи (абонентской части);

6.1, …, 6.М - М блоков базовых станций;

7 - блок данных (абонентской части);

8 - устройство агрегации каналов связи;

Сетевая часть системы:

9.1, …,9.N-N блоков приемо-передачи (сетевой части);

10.1, …, 10.М - М групп оборудования потребителей (абонентов), подключенных к соответствующим базовым станциям 6.1, 6.М;

11 - Сеть Интернет;

12 - блок сервера агрегации и маршрутизации;

13 - источник сетевых данных (сетевой ресурс);

14 - блок данных (сетевой части);

15 - Блок управления маршрутами и взаимодействием (сетевой части);

16 - Блок взаимодействия LAN/WAN.

Система для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю (фиг. 2) содержит сетевую часть и абонентскую часть системы, содержащую блок управления маршрутами и взаимодействием 1, связанный, с одной стороны, входной/выходной шиной с блоком интерфейсов доступа к оборудованию потребителей 2 (2.1, …, 2.М - М интерфейсов доступа к оборудованию пользователей), а, с другой стороны, входной/выходной шиной - с входом блока N интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям 3 (3.1, …, 3.N - N интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям), выходы которого подключены к входам N блоков приемо-передачи абонентской части 5.1 - 5.N, каждый из которых поддерживает одну из технологий связи - сотовую связь или Wi-Fi, выходы/входы которых являются соответственно выходами/входами абонентской части, обеспечивающими ее соединение с сетевой частью, которая содержит N блоков приема-передачи 9.1 - 9.N, имеющих широкополосный доступ к сети Интернет, совместимых с соответствующими блоками приема-передачи абонентской части 5.1 - 5.N, и блок сервера агрегации и маршрутизации 12, содержащий блок управления маршрутами и взаимодействием 15, подключенный через широкополосный блок взаимодействия к сети Интернет, согласно изобретению блоки управления маршрутами и взаимодействием 1 и 15 соответственно в абонентской и сетевой частях содержат блоки данных соответственно 7 (в абонентской части системы) и 14 (в сетевой части системы), содержащие информацию о скорости приема/передачи информации для каждого потребителя, в абонентскую часть введены М блоков базовых станций 6.1. - 6.М, где М≥1, поддерживающих технологию Wi-Fi, выходы которых соединены со входами блока интерфейсов доступа к оборудованию потребителей 2, а к входам М блоков базовых станций 6.1. - 6.М, которые являются входами абонентской части, подключены М групп оборудования потребителей 10.1 - 10.М.

При этом блок управления маршрутами и взаимодействием 1, блок интерфейсов доступа к оборудованию потребителей 2 и блок интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям 3 могут быть объединены в единый блок агрегации и маршрутизации каналов связи 4, который может быть выполнен в виде отдельного блока внешнего исполнения Outdoor, либо выполнен в виде устройства, размещенного в телекоммуникационном шкафу.

Блок агрегации и маршрутизации каналов связи 4 объединен с блоками приемо-передачи абонентской части 5.1 - 5.N и с блоками базовых станций 6.1 - 6.М в устройство агрегации и маршрутизации каналов связи 8 для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю и компактного размещения на высоком объекте таким образом, чтобы обеспечивалась качественная радиосвязь между блоками приемо-передачи абонентской 5.1 - 5.N и сетевой 9.1 - 9.N частей и обеспечивалось необходимое радио-покрытие территории, на которой размещается оборудование потребителей.

Заявляемое изобретение может быть реализовано в системах широкополосного доступа в Интернет на удаленных территориях и территориях с низкой плотностью населения для обеспечения более скоростного, экономичного и более стабильного доступа к сетевым ресурсам (серверам сети Интернет или частным IP сетям), в частности, может быть использовано в гетерогенных сетях связи.

Осуществляют заявляемое изобретение следующим образом.

Фиг. 1 иллюстрирует в общем виде реализацию способа агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю согласно изобретению.

Заявленный способ характеризуется наличием абонентской и сетевой частей (фиг. 1).

Абонентская часть способа (фиг. 1) характеризуется наличием абонентской части системы маршрутизации для передачи информации, включающей базу данных абонентской части, наличием связанных с абонентской частью системы маршрутизации для передачи информации N, где N≥2, интерфейсов доступа к сети Интернет абонентской части и наличием М, где М≥1, интерфейсов доступа к М группам оборудования потребителей (абонентов), которое не требует никаких специальных программных компонент или настроек, кроме тех, которые используются при обычном использовании беспроводной сети WLAN (Wi-Fi).

Абонентская часть может быть установлена на расстоянии нескольких километров от оборудования потребителя (абонента) и обслуживать одновременно М групп оборудования потребителей, находящихся в зоне покрытия М интерфейсов группы потребителей, поддерживающих технологию Wi-Fi.

Сетевая часть заявленного способа (фиг. 1) характеризуется наличием N интерфейсов доступа к сети Интернет сетевой части, совместимых и связанных по каналу связи с соответствующими совместимыми интерфейсами доступа к сети Интернет абонентской части, наличием сетевой части системы маршрутизации для передачи информации, включающей базу данных сетевой части и имеющей доступ через сеть Интернет к интерфейсам доступа сетевой части и к источнику сетевых данных (сетевому ресурсу), расположенному в сети Интернет или частной IP сети.

Базы данных абонентской и сетевой частей содержат информацию о скорости приема/передачи информации для каждого оборудования потребителей (абонентов), а также информацию о приоритетном интерфейсе доступа в Интернет абонентской части для каждого оборудования потребителей (абонентов). Указанные базы данных формируются при первоначальном подключении каждого потребителя (абонента) к абонентской части системы маршрутизации для передачи информации.

Абонентская часть системы маршрутизации для передачи информации выполнена с возможностью разделения информационных потоков, поступающих через N интерфейсов доступа абонентской части, предназначенных различным потребителям (абонентам), внесенным в базу данных абонентской части на скорости, определенной базой данных абонентской части, агрегации их в М групп соответствия одному из М интерфейсов группы потребителей с целью передачи соответствующему оборудованию потребителя (абонента) на скорости, определенной в базе данных абонентской части.

Абонентская часть системы маршрутизации для передачи информации выполнена с возможностью разделения информационных потоков, поступающих через М интерфейсов группы потребителей (абонентов) на скорости, определенной базой данных абонентской части, агрегации их в N групп соответствия одному из N интерфейсов доступа абонентской части с целью передачи в сетевую часть системы маршрутизации для передачи информации на скорости, определенной базой данных абонентской части.

Сетевая часть системы маршрутизации для передачи информации выполнена с возможностью приема через сеть Интернет и агрегации информационных потоков, поступающих через N интерфейсов доступа сетевой части и маршрутизации их в источник сетевых данных (сетевой ресурс) сети Интернет.

Сетевая часть системы маршрутизации для передачи информации выполнена с возможностью приема информационных потоков, предназначенных оборудованию потребителей, включенных в базу данных сетевой части, через сеть Интернет, а также маршрутизацию их для передачи через соответствующие интерфейсы доступа сетевой части, определенные базой данных в соответствующие интерфейсы доступа абонентской части.

Количество совместимых интерфейсов доступа абонентской и сетевой частей выбирают таким образом, чтобы во время пиковой загрузки абонентской части системы маршрутизации для передачи информации имелся запас пропускной способности интерфейсов доступа абонентской и сетевой частей.

Если в процессе эксплуатации происходит перегрузка какого-либо интерфейса доступа абонентской или сетевой частей, то осуществляют переключение информационных потоков оборудования одного или нескольких потребителей (абонентов), использующих данный интерфейс доступа абонентской и сетевой частей на другие интерфейсы доступа абонентской и сетевой частей, имеющие достаточный запас пропускной способности, при этом приоритет при переключении передают интерфейсу доступа абонентской и сетевой частей, имеющему более высокую пропускную способность и лучшее качество сигнала, например, меньшую задержку.

Возможно использование в разной комбинации интерфейсов доступа абонентской и сетевой частей, поддерживающих технологии: сотовой связи поколений 3G, 4G, 5G; ВОЛС; радиорелейной связи, в том числе класса точка-точка технологии Wi-Fi; спутниковой связи; тропосферной связи.

Обеспечивается подключение к сетевой части большого числа абонентских частей через дополнительные интерфейсы доступа сетевой части.

Возможно использование сервера со специальным программным обеспечением, имеющего широкополосный доступ в сеть Интернет, в качестве сетевой части системы маршрутизации для передачи информации.

Система агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю, реализующая заявленный способ, содержит абонентскую и сетевую части системы, ее структурная схема приведена на фиг. 2.

В абонентской части системы в предпочтительном варианте исполнения (фиг. 2) блок управления маршрутами и взаимодействием 1, блок данных 7, блок интерфейсов доступа к оборудованию потребителей 2 и блок интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям 3 компактно сформированы в блок агрегации и маршрутизации каналов связи 4, сохраняя при этом все функциональные связи, описанные выше и выполненные на фиг. 2. Блок агрегации и маршрутизации каналов связи 4 размещается, например, в корпусе внешнего исполнения Outdoor. Блок 4 также может быть размещен, например, в телекоммуникационном шкафу.

Блок агрегации и маршрутизации каналов связи 4, N блоков приемопередачи 5.1 - 5.N и М блоков базовой станции 6.1 - 6.М компактно сформированы в устройство агрегации и маршрутизации каналов связи 8, сохраняя при этом все функциональные связи, описанные выше и выполненные на фиг. 2.

Устройство агрегации и маршрутизации каналов связи 8 размещается компактно на высоком объекте (например, телекоммуникационной опоре (вышка, столб) или на другом высоком сооружении) таким образом, чтобы обеспечивалась качественная связь между блоками приемо-передачи абонентской 5.1, …, 5.N и сетевой 9.1, …, 9.N частей и обеспечивалось необходимое радио-покрытие территории, на которой размещается оборудование потребителей (абонентов). В качестве объектов, на которых размещается устройство агрегации и маршрутизации каналов связи 8 могут использоваться, в частности, вышки сотовых операторов, водонапорные мачты, телекоммуникационные мачты требуемой высоты.

Сетевая часть системы (фиг. 2), реализующая заявленный способ, содержит N блоков приемо-передачи 9.1, …, 9.N, совместимых и связанных по радиоканалам с соответствующими N блоками приемо-передачи 5.1, …, 5.N абонентской части, и блок сервера агрегации и маршрутизации 12, в состав которого входят связанные между собой блок управления маршрутами и взаимодействием 15, включающий блок данных 14, с блоком взаимодействия LAN/WAN, связанный через сеть Интернет 11 с блоками приемо-передачи 9.1, …, 9.N и с источником сетевых данных (сетевым ресурсом).

Совместимые варианты исполнения блоков приемо-передачи абонентской части 5.1, …, 5.N и сетевой части 9.1, …, 9.N системы приведены на фиг. 4.

Последовательность реализации заявленного изобретения схематично показана на фиг. 3а, 3б и осуществляется следующим образом.

Алгоритм организации процесса маршрутизации в направлении от оборудования потребителя (абонента) к сетевому ресурсу реализуют следующим образом (фиг. 3а). Оборудование одного из потребителей (абонентов) 10.1, …, 10.М, передает запрос/посылку данных [17] с указанием адресов сетевой части системы в блок 1 через один из блоков 6.1, 6.М, обслуживающих производительности [19]. Блок 1 осуществляет выбор интерфейса блока 3 [20]. Выбирается интерфейс, определенный блоком 7, как приоритетный для данного потребителя (абонента), в случае его доступности. В противном случае выбирается другой доступный интерфейс блока 3, предпочтительно с большим запасом пропускной способности. Осуществляется передача информации [21] на скорости, определенной блоком 4 от потребителя в блок 16 через соответствующий абоненту блок из 6.1, …, 6.М, блок 2, блок 1, выбранный интерфейс блока 3, связанные с ним блок из 5.1, …, 5.N, блок из 9.1, …, 9.N и сеть Интернет. Осуществляется прием информации [22] блоком 16. Осуществляется восстановление исходного запроса/посылки [23] блоком 15. Осуществляется запрос/посылка на сетевой ресурс [24] блоком 16 в блок 13.

Алгоритм организации процесса маршрутизации в направлении оборудования потребителя (абонента) от сетевого ресурса осуществляют следующим образом (фиг. 36).

Исходный запрос/посылка данных от источника сетевых данных (сетевого ресурса) блока 13 принимается и анализируется [25] блоком 16, передается в блок 15 для анализа доступных маршрутов и их производительности до блока 3 [26]. Блок 15, с учетом данных блока 14, осуществляет выбор маршрута через интерфейс блока 3, определенного блоком 14, как приоритетного для данного потребителя (абонента), в случае его доступности, в противном случае осуществляет выбор другого доступного интерфейса блока 3, предпочтительно с большим запасом пропускной способности [27]. Блок 16 осуществляет передачу информации [28], от блока 16 в блок 3 через сеть Интернет 11 и через связанные с выбранным интерфейсом блока 3 - блоком 9 и блоком 5, на скорости, определенной блоком 14. Блок 3 осуществляет прием [29] информации, переданной блоком 16. Блок 1 осуществляет выбор маршрута оборудованию потребителя (абонента) [30] через соответствующий ему интерфейс блока 3 и блок 6. Осуществляется передача исходного запроса/посылки данных [31] через блок 1 и через соответствующие потребителю интерфейсы блока 2 и блока 6 на скорости, определенной блоком 7. Получение исходного запроса/посылки соответствующим ему оборудованием потребителя (абонента) из множества абонентов 10.1, …, 10.М.

Оборудование потребителей (абонентов) 10.1, …, 10.М, подключенное к конкретному устройству агрегации и маршрутизации каналов связи 8 может обмениваться информацией с другим оборудованием потребителей (абонентов) 10.1, …, 10 М, подключенным к тому же устройству агрегации и маршрутизации каналов связи 8 через блок управления маршрутами и взаимодействием 1, без выхода в сеть Интернет 11.

Подробное описание осуществления заявленных способа предоставления доступа в Интернет массовому потребителю и системы для его реализации, созданных в едином изобретательском замысле, подтверждает достижение лучшего технического результата по сравнению с известными техническими решениями в данной области техники, а именно позволяют повысить качество и гарантировать скорость передачи информации каждому потребителю (абоненту), а также обеспечить возможность подключения потребителей (абонентов), расположенных на большой территории.

Технический результат изобретения достигается за счет:

наличия N (где N≥2) совместимых и связанных между собой пар интерфейсов доступа в Интернет абонентской и сетевой частей системы маршрутизации передачи информации, каждая пара из которых поддерживает одну из технологий связи: сотовую связь поколений 3G, 4G, 5G, ВОЛС, радиорелейную связь, в том числе класса точка-точка технологии Wi-Fi, спутниковую связь, тропосферную связь;

наличия абонентской и сетевой частей системы маршрутизации передачи информации, включающих базы данных о скорости подключения к Интернет каждого потребителя и о приоритетном интерфейсе доступа абонентской и сетевой частей для каждого потребителя;

наличия возможности переключения потребителя на другой интерфейс доступа в Интернет с достаточным свободным ресурсом пропускной способности при условии перегрузки интерфейса, определенного потребителю базой данных;

использования базовых станций, поддерживающих технологию Wi-Fi, в качестве интерфейсов подключения оборудования групп потребителей к абонентской части системы маршрутизации для передачи информации, расположенных в радиусе до 10 километров от места размещения базовой станции;

наличия возможности подключения к сетевой части системы маршрутизации для передачи информации большого количества абонентских частей системы маршрутизации для передачи информации для увеличения территории обслуживания и количества потребителей (абонентов).

Изобретение относится к средствам агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю. Технический результат изобретения заключается в повышении качества и в обеспечении гарантированной скорости передачи информации массовому количеству потребителей (абонентов), расположенных на большой территории. Технический результат достигается за счет наличия N (где N≥2) совместимых и связанных между собой пар интерфейсов доступа в Интернет абонентской и сетевой частей системы маршрутизации передачи информации, каждая пара из которых поддерживает одну из технологий связи: сотовую связь поколений 3G, 4G, 5G, ВОЛС, радиорелейную связь, в том числе класса точка-точка технологии Wi-Fi, спутниковую связь, тропосферную связь; наличия абонентской и сетевой частей системы маршрутизации передачи информации, включающих базы данных о скорости подключения к Интернету каждого потребителя и о приоритетном интерфейсе доступа абонентской и сетевой частей для каждого потребителя; наличия возможности переключения потребителя на другой интерфейс доступа в Интернет с достаточным свободным ресурсом пропускной способности при условии перегрузки интерфейса, определенного потребителю базой данных; использования базовых станций, поддерживающих технологию Wi-Fi, в качестве интерфейсов подключения оборудования групп потребителей к абонентской части системы маршрутизации для передачи информации, расположенных в радиусе до 10 километров от места размещения базовой станции; наличия возможности подключения к сетевой части системы маршрутизации для передачи информации большого количества абонентских частей системы маршрутизации для передачи информации для увеличения территории обслуживания и количества потребителей (абонентов). 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ агрегации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю, характеризующийся наличием сетевой части системы маршрутизации для передачи информации, включающей N интерфейсов доступа сетевой части, где N≥2, связанных через сеть Интернет с сетевой частью системы маршрутизации для передачи информации, наличием абонентской части системы маршрутизации для передачи информации, включающей интерфейс доступа к оборудованию потребителя - абонента, и наличием N интерфейсов доступа абонентской части, совместимых и связанных с соответствующими интерфейсами доступа сетевой части, каждый из которых поддерживает одну из технологий связи - сотовую связь или беспроводную связь Wi-Fi, отличающийся тем, что к абонентской части системы маршрутизации для передачи информации подключают одновременно множество оборудования потребителей, сформированных в М групп, где М≥1, через М соответствующих интерфейсов групп потребителей, поддерживающих технологию широкополосного доступа: беспроводную связь Wi-Fi или широкополосного мультисервисного доступа - Gigabit Passive Optical Network, GPON; в абонентской и сетевой частях системы маршрутизации для беспроводной передачи информации формируют базы данных, содержащие информацию о скорости, на которой предоставляют доступ в Интернет каждому оборудованию потребителя, а также информацию о приоритетном интерфейсе доступа абонентской и сетевой частей системы маршрутизации для каждого оборудования потребителя, пополняют и корректируют сформированные базы данных абонентской и сетевой частей при подключении новых потребителей и при изменении количества и состава интерфейсов доступа к абонентской и сетевой частям; осуществляют управление агрегацией и маршрутизацией входящих/исходящих информационных потоков, предназначенных каждому оборудованию потребителя, и информационных потоков, направляемых через интерфейсы доступа к сети Интернет с учетом пропускной способности и качества канала связи, создаваемого соответствующими интерфейсами доступа к сети Интернет, исходя из того, что информационные потоки, поступающие от/для оборудования потребителя, подключенного на более высокой скорости доступа в Интернет, агрегируют и передают через интерфейсы доступа к сети Интернет с более высокой пропускной способностью и лучшим качеством сигнала, а информационные потоки, поступающие от/для оборудования потребителя, подключенного на более низкой скорости доступа в Интернет, агрегируют и передают через интерфейсы доступа к сети Интернет с более низкой пропускной способностью и худшим качеством сигнала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество совместимых интерфейсов доступа абонентской и сетевой частей выбирают таким образом, чтобы во время пиковой загрузки абонентской части системы маршрутизации для передачи информации имелся запас суммарной пропускной способности интерфейсов доступа абонентской и сетевой частей.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, если в процессе эксплуатации происходит перегрузка какого-либо интерфейса доступа абонентской или сетевой частей, осуществляют переключение информационных потоков одной или нескольких абонентских станций, использующих данный интерфейс доступа абонентской и сетевой частей, на другие интерфейсы доступа абонентской и сетевой частей, имеющие достаточный запас пропускной способности, при этом приоритет при переключении передают интерфейсу доступа абонентской и сетевой частей, имеющему более высокую пропускную способность и лучшее качество сигнала.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при необходимости интерфейсы доступа абонентской и сетевой частей могут использовать спутниковую или тропосферную технологии связи.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одновременно используют множество абонентских частей системы маршрутизации для передачи информации потребителям, распределенным на большой территории, при этом в базу данных сетевой части системы маршрутизации для передачи информации включают информацию о скорости, на которой предоставляют доступ в Интернет каждому оборудованию потребителя, а также информацию о приоритетном интерфейсе доступа абонентской и сетевой частей системы маршрутизации, для каждого оборудования потребителя осуществляют взаимодействие одновременно с множеством абонентских частей системы маршрутизации для передачи информации, используя при этом информацию из базы данных обо всех потребителях, обслуживаемых соответствующими абонентскими частями системы маршрутизации для передачи информации, и обо всех интерфейсах доступа абонентской и сетевой частей системы маршрутизации.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что управление агрегацией и маршрутизацией информационных потоков в сетевой части системы маршрутизации для передачи информации осуществляют посредством сервера агрегации и маршрутизации информационных потоков.

7. Система для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю, содержащая сетевую часть и абонентскую часть системы, содержащую блок управления маршрутами и взаимодействием, связанный, с одной стороны, входной/выходной шиной с блоком интерфейсов доступа к оборудованию потребителей, а, с другой стороны, входной/выходной шиной - с входом блока N интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям, выходы которого подключены к входам N блоков приемо-передачи абонентской части, каждый из которых поддерживает одну из технологий связи - сотовую связь или беспроводную связь Wi-Fi, выходы/входы которых являются соответственно выходами/входами абонентской части, обеспечивающими ее соединение с сетевой частью, которая содержит N блоков приема-передачи, имеющих широкополосный доступ к сети Интернет, совместимых с соответствующими блоками приема-передачи абонентской части, и блок сервера агрегации и маршрутизации, содержащий блок управления маршрутами и взаимодействием, подключенный через широкополосный блок взаимодействия LAN/WAN к сети Интернет, отличающаяся тем, что блоки управления маршрутами и взаимодействием в абонентской и сетевой частях содержат блоки данных, содержащие информацию о скорости приема/передачи информации для каждого потребителя, в абонентскую часть введены М блоков базовых станций, где М≥1, поддерживающих технологию Wi-Fi, выходы которых соединены со входами блока интерфейсов доступа к оборудованию потребителей, а к входам М блоков базовых станций, которые являются входами абонентской части, подключены М групп оборудования потребителей.

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что блок управления маршрутами и взаимодействием, блок интерфейсов доступа к оборудованию потребителей и блок интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям объединены в единый блок агрегации и маршрутизации каналов связи, помещенный в корпус исполнения Outdoor - внешний, предназначенный для улицы.

9. Система по п. 7, отличающаяся тем, что блок агрегации и маршрутизации каналов связи объединен с блоками приемо-передачи абонентской части и с блоками базовых станций в устройство агрегации и маршрутизации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю и его компактного размещения на высоком объекте таким образом, чтобы обеспечивалась качественная радиосвязь между блоками приемо-передачи абонентской и сетевой частей и обеспечивалось необходимое радиопокрытие территории, на которой размещается оборудование потребителей.

10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что в качестве объектов размещения устройства агрегации и маршрутизации каналов связи для предоставления доступа в Интернет массовому потребителю используются высокие объекты - мачты сотовых операторов, водонапорные башни, мачты требуемой высоты.