СИСТЕМА МОНИТОРИНГА КАБЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИГНАЛОВ УСТАНОВКИ СОЕДИНЕНИЯ ETHERNET
MONITORING SYSTEM OF CABLE CONNECTIONS USING ETHERNET CONNECTION SETTINGS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится преимущественно к технике связи и может использоваться для мониторинга соединений коммутационных панелей.
Уровень техники
В мире существуют различные средства мониторинга кабельных соединений, основной задачей которых является понять, каким образом с помощью кабеля соединены между собой устройства.
Например, в заявке US 2006/0164998 рефлектометр (Time Domain Reflectometry) используется для анализа вновь появившихся подключений в кабельной линии.
Известны также способ и система, описанные в патенте RU 2313800, имеющая датчики подключения на коммутационной панели. Датчики срабатывают в момент установки соединения между устройствами, а идентификация порта панели, куда включено сетевое устройство, происходит путем сопоставления событий срабатывания датчика и изменения состояния порта сетевого устройства. Такая система не работоспособна до момента установки соединения.
Избавленные от указанного выше недостатка способ и система, описанные в патенте RU 2490807, в которой представлена коммутационная панель с датчиками, воспринимающими сигналы рефлектометра. Недостатком такого решения является необходимое наличие функции рефлектометра в сетевом устройстве.
Сущность изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка такого средства мониторинга кабельных соединений с использованием сигналов установки соединения Ethernet, которое позволит идентифицировать порт коммутационной панели, куда подключен порт сетевого устройства, без установки сетевого соединения, и не применяя рефлектометр.
Для достижения указанного технического результата предлагается система мониторинга кабельных соединений с использованием сигналов установки соединения Ethernet, содержащая сетевое устройство, содержащее порты для сетевых подключений; коммутационную панель с портами для подключения кабелей; отличающееся тем, что содержит по крайней мере один участок кабельного тракта, являющегося частью упомянутой коммутационной панели и включающего в себя один из упомянутых портов панели, а рядом с упомянутым участком расположено устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet; содержит программно-аппаратный комплекс, который идентифицирует порт упомянутой коммутационной панели, куда подключен порт упомянутого сетевого устройства, применяя упомянутое устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet.
В некоторых вариантах панель может содержать по крайнее мере один датчик передачи данных, изменяющий выходной сигнал, когда через порт панели, соответствующий датчику, передают данные между сетевыми устройствами. Датчик передачи данных может воспринимать побочное электромагнитное излучение от сигналов передачи данных, передаваемых по проводнику, подсоединенному к 3 или 6 контакту разъема стандарта МЭК 60603-7 порта упомянутого сетевого устройства. Для увеличения помехозащищенности датчик передачи данных может содержать две катушки индуктивности; одна из них воспринимает излучение от сигналов передачи данных, передаваемых по проводнику, подсоединенному к 3 контакту разъема стандарта МЭК 60603-7 порта сетевого устройства; другая катушка воспринимает излучение от сигналов передачи данных, передаваемых по проводнику, подсоединенному к 6 контакту разъема стандарта МЭК 60603-7 порта сетевого устройства; и катушки размещены и соединены между собой таким образом, что фазы ЭДС упомянутых катушек отличаются не более чем на 45 градусов.
В другом варианте датчик передачи данных может иметь электрическое подключение к 3 и 6 контакту разъема стандарта МЭК 60603-7 соответствующего порта коммутационной панели.
Упомянутый датчик может служить тому, чтобы программно-аппаратный комплекс идентифировал порт коммутационной панели, куда подключен порт сетевого устройства, сопоставляя время изменения сигнала передачи данных между сетевыми устройствами и время изменения сигнала датчика передачи данных.
Еще одно назначение датчика передачи данных может состоять в том, что программно-аппаратный комплекс применяет устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, когда с помощью датчика передачи данных определяет отсутствие в кабельном тракте некоторых сигналов передачи данных.
Иногда устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, может быть подсоединено к 1 и 2 контактам разъема стандарта МЭК 60603-7 порта коммутационной панели и может передавать в кабельный тракт сигналы установки соединения Ethernet под воздействием управляющего сигнала от программно-аппаратного комплекса. При этом устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, может передавать в кабельный тракт сигналы normal link pulses (NLP) для установки соединения стандарта 10Base-T или fast link pulses (FLP).
Программно-аппаратный комплекс может идентифицировать порт коммутационной панели, куда подключен порт сетевого устройства, сопоставляя время начала передачи сигналов установки соединения Ethernet, осуществляемой устройством, использующим сигналы установки соединения Ethernet, и идентификатор кабельного тракта, в который упомянутые сигналы передаются, с информацией об изменении состояния порта сетевого устройства. При этом информация об изменения состояния порта сетевого устройства может содержать по крайней мере идентификатор порта и/или тип установленного соединения Ethernet.
Коммутационная панель может содержать инфракрасные датчики, фиксирующие наличие разъема коммутационного шнура в порту панели, и/или световые индикаторы для своих портов.
В другом варианте устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, может не передавать, а воспринимать сигналы установки соединения Ethernet, передаваемые в кабельный тракт сетевым устройством. При этом устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, может воспринимать побочное электромагнитное излучение от сигналов передачи данных, передаваемых сетевым устройством по проводнику, подсоединенному к 3 контакту или 6 контакту разъема стандарта МЭК 60603-7 порта сетевого устройства, или же устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, может иметь электрическое подключение к 3 и 6 контактам разъема стандарта МЭК 60603-7 соответствующего порта упомянутой коммутационной панели.
В таких случаях программно-аппаратный комплекс может идентифицировать порт коммутационной панели, куда подключен порт сетевого устройства, изменяя сигнал установки соединения Ethernet порта сетевого устройства и сопоставляя упомянутое изменения сигнала с изменением выходного сигнала устройства, использующего сигналы установки соединения Ethernet. Программно-аппаратный комплекс изменяет сигнал установки соединения Ethernet порта сетевого устройства, включая/выключая (shutdown) упомянутый порт или устанавливая параметры протокола Ethernet порта.
И датчик передачи данных и устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, может быть подключено к кабельному тракту с помощью разъема.
В некоторых случаях датчик передачи данных может воспринимать побочное электромагнитное излучение с помощью катушки индуктивности, которая подсоединена к усилителю сигнала через разъем. Если в датчике используют две катушки индуктивности то, один контактный вывод каждой из катушек индуктивности может быть соединен через разъем с усилителем сигналов, а с помощью другого контактного вывода упомянутые катушки соединены друг с другом.
Дополнительный технический результат может быть достигнут, если программно-аппаратный комплекс с помощью устройства-приемника, использующего сигналы установки соединения Ethernet, проверяет наличие сигналов установки соединения в кабельном тракте и при отсутствии таких сигналов принимает решение, что кабельный тракт не подключен к порту упомянутого сетевого устройства. То есть предложенная система позволяет определять неподключенные порты коммутационной панели.
И наконец, устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, и датчик передачи данных могут иметь общие конструктивные элементы, служащие для подключения к кабельному тракту или восприятия сигналов побочного электромагнитного излучения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена общая схема системы мониторинга кабельных соединений.
На фиг. 2 изображен типичный порт сетевого устройства стандарта МЭК 60603-7.
Подробное описание изобретения
Система по настоящему изобретению может быть реализована в нескольких вариантах, которые, тем не менее, осуществляются сходным образом, показанном на фиг. 1. Конструкция коммутационной панели 1 может быть разной. Разъем стандарта МЭК 60603-7 (RJ45) порта панели 1 может быть соединен позади лицевой части панели 1 с разъемам типа IDC (к которому подключен кабель от рабочего места) с помощью проводников на печатной плате. В другом варианте порт на лицевой стороне панели 1 может быть разъемом типа KeyStone, который с помощью витой пары позади панели соединяется с таким же разъемом KeyStone, который в свою очередь соединяется с кабелем от рабочего места, оконцованным вилкой RJ45 (МЭК 60603-7). В обоих вариантах рядом с участком кабельного тракта между лицевым разъемом и задним разъемом (KeyStone или IDC) можно установить устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, и датчик сигналов передачи данных.
Датчик сигналов передачи данных описан, например, в патенте RU 74536 или RU 2490807 и служит для определения наличия возле порта коммутационной панели побочного электромагнитного излучения (ПЭМИ) вызванного сигналами передачи данных между сетевым устройством 2, в данном случае коммутатором 100Base-T, и другим сетевым устройством, например, персональным компьютером, подключенным с помощью кабеля к порту панели 1 с обратной стороны. В другом случае сигналов передачи может быть электрически подключен непосредственно в кабельный тракт. Если такой датчик имеет высокое входное сопротивление, то его влияние на полезный сигнал будет ничтожным.
Как описано в патенте RU2313800, в момент установки электрического соединения между персональным компьютером и коммутатором (в том числе и через соединительный кабель 3) сразу начинают передаваться данные, поскольку, даже в отсутствие данных пользователя по кабелю передается сигнал «Незанято» (Idle). При этом в программно-аппаратный комплекс коммутатором по сети передается информация об изменении состояния порта (стандартным образом с помощью SNMP ловушек (trap), лог-файла или считывания текущего состояния таблицы МАС-адресов). Программно-аппаратный комплекс, в общем случае представляющий собой сетевой компьютер с соответствующим программным обеспечением, сопоставляет время установки соединения и время срабатывания датчика, и определяет в какой порт панели 1 подключен разъем кабеля 3, соединяющего порт панели 1 с портом коммутатора 2.
Но такая система не работоспособна, если упомянутый персональный компьютер не подключен к сети. Вот поэтому в конструкцию панели 1 добавлено устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet.
Для установки соединения Ethernet любое сетевое устройство на 3-м и 6-м контактах (Фиг. 2) разъема стандарта МЭК 60603-7 формирует сигналы установки соединения Ethernet: сигналы normal link pulses (NLP, иногда их называют LIT) в случае протокола 10Base-T, или сигналы авто-договаривания (auto-negotiation, автосогласования) в виде fast link pulse (FLP) для более быстрого типа Ethernet по витой паре.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в качестве устройства, использующего сигналы установки соединения Ethernet, может быть использован генератор импульсов FLP, подключенный к проводникам 1 и 2 контакта разъема. FLP представляют собой положительной популярности импульсы продолжительностью 100 нсек. Если на проводники 3 и 6 контакта разъема установить приемник таких импульсов, и с помощью микропроцессора обеспечить процесс авто-договаривания с портом сетевого устройства 2 (по стандарту clause 28 of IEEE 802.3), то можно «поднять» порт на сетевом устройстве 2.
Но есть более простой способ. Достаточно создать генератор одиночных импульсов длительностью 100 нсек (например, с помощью отдельного микропроцессора или ОУ) и повторять их на контактах 1 и 2 лицевого разъема панели через 16 мсек. Порт светового устройства (если он подключен к порту панели) воспримет этот генератор как устройство half-duplex 10Base-T и «подымет» (link-up) свой порт в режиме half-duplex 10Base-T. При этом будет сгенерировано сообщение SNMP trap или соответствующая запись в лог-файле. На сегодня режим half-duplex 10Base-T очень редко применяется, и программно-аппаратному комплексу обычно будет достаточно определить идентификатор порта из информации сообщение SNMP или лог-файла, чтобы сопоставить идентификатор кабельного тракта, в который подавали сигнал генератора NLP и порт сетевого устройства 2. А сопоставление времени подачи NLP и времени поднятия порта делает идентификацию еще более надежной. Таким образом программно-аппаратный комплекс идентифицирует порт коммутационной панели, куда подключен порт сетевого устройства.
Понятно, что подача сигналов FLP или NLP в кабельный тракт с уже установленным соединением Ethernet, может привести к сбою. Именно для этого следует применять датчики передачи данных. Сначала нужно проверить, есть ли в кабельном тракте данные, а потом подавать сигналы генератора. Следует учесть, что не всякие данные препятствуют использованию генератора. Например, сигналы авто-договаривания FLP 100Base-T тоже несут 16 битовые данные, но применение генератора в тракте с такими сигналами к сбою не приведет. Кроме того, генератор следует подключать к кабельному тракту через переключатели, например, реле или аналоговые ключи, чтобы не изменять существенно параметры кабельного тракта в пассивном (выключенном) состоянии генератора.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения в качестве устройство, использующего сигналы установки соединения Ethernet, может быть приемник NLP/FLP сигналов. Реализован он может быть в виде катушки индуктивности, которая воспринимает побочное электромагнитное излучение над проводником, присоединенном к 3 или 6 контакту разъема порта панели. Сама катушка может быть присоединена к усилителю сигнала (компаратору или JFET транзистору). Или же компаратор или JFET транзистор (обладающие высоким входным сопротивлением) может быть электрически подсоединен к контактам 3 и 6. При этом можно использовать защиту от перенапряжения, например, защитные диоды. Таким образом, программно-аппаратный комплекс может определять наличие сигналов установки соединения в кабельном тракте. Опять, же если соединение уже установлено (что можно понять по состоянию датчика передачи данных), то нет нужды отслеживать сигналы установки соединения. Программно-аппаратный комплекс с помощью эмуляции терминала по протоколам telnet или ssh, или с помощью SNMPSET может выключить (shutdown) любой порт сетевого устройства. Очевидно, что порт сетевого устройства в этом случае перестанет передавать сигналы установки соединения. И на одном из приемников NLP/FLP сигналов такие сигналы пропадут. Сопоставив время выключения конкретного порта и время пропадания сигналов в кабельном тракте, программно-аппаратный комплекс идентифицирует порт коммутационной панели, куда подключен порт сетевого устройства. Затем порт сетевого устройства опять можно включить.
Еще один способ изменить NLP/FLP сигналы заключается в том, чтобы принудительно устанавливать (опять же эмуляцией терминала или SNMPSET) режим работы порта сетевого устройства в 10Base-T. Таким образом вместо сигналов FLP будут передаваться сигналы NLP, что изменит выходной сигнал приемника NLP/FLP сигналов. Более того, если жестко зафиксировать параметры протокола 100Base-T/1000Base-T/10GBase-T, например в полный дуплекс 100Base-T, то информационные биты FLP также изменяться по сравнению с режимом autonegotiation.
Для увеличения чувствительности и помехоустойчивости датчик передачи данных может содержать две катушки индуктивности, одна из которых воспринимает побочное электромагнитное излучение от одного проводника, а другая воспринимает побочное электромагнитное излучение от другого проводника той же пары, к которой относится первый проводник, установленные таким образом, что фазы ЭДС этих двух катушек отличаются не более чем на 45 градусов. То есть ЭДС от синфазной помехи, одновременно идущей по двум проводникам одной пары будет вычитаться, а от сигналов передачи данных складываться.
Как и устройство, использующее сигналы установки соединения Ethernet, так и датчик передачи данных могут быть припаяны к проводам или монтироваться на печатной плате. В последнем случае удобно присоединять переключатель и датчик с помощью разъемов. Усилитель датчика, например, JFET транзистор BFT46, и усилитель приемника NLP/FLP (генератор) можно разместить на отдельной печатной плате, а индуктивность(-ти) впаять непосредственно над дорожкой платы. От выводов индуктивности и от дорожек печатной платы сделать ответвления (с использованием согласующих элементов) на штыревые разъемы, например, розетки PBS-5. Отдельную печатную плату с усилителями можно соединить с печатной платой коммутационной панели с помощью аналогичной штыревой вилки PLS-4. При этом в некоторых случаях удобно использовать одно ответвление от кабельного тракта и один разъем для отвода и сигналов передачи данных, и для сигналов FLP/NLP.
Аналогично одну и ту же катушку индуктивности можно использовать для восприятия излучения и от сигналов передачи данных, и от сигналов FLP/NLP. Спектр этих сигналов сильно отличается и отделить их не сложно.
Если для датчика передачи данных используется две катушки, то катушки соединяют последовательно, а оставшиеся свободными выводы подводят к разъему.
Кроме того, коммутационную панель полезно оснащать ИК-датчиками, которые срабатывают на подключение разъема в порт панели, и светодиодными индикаторами над портами панели.
Если программно-аппаратный комплекс с некоторым интервалом времени с помощью приемника сигналов NLP/FLP будет проверять наличие сигналов NLP/FLP в кабельном тракте, то тогда можно будет определять, подключен ли соответствующий порт коммутационной панели в какой-нибудь порт сетевого устройства. Если таких сигналов нет, то порт коммутационной панели либо не подключен никуда, либо подключен в выключенному (shutdown) порту сетевого устройства. Выключенные порты можно временно включить, и определить, куда они подключены. При этом с помощью ИК-датчиков можно будет отследить коммутационные шнуры, которые подключены только одним концом в коммутационную панель и отключить их, что обычно требуется.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на конкретные варианты его осуществления, специалистам ясно, что эти иллюстративные примеры, в которых можно сделать различные модификации, не ограничивают объема изобретения, определяемого только прилагаемой формулой изобретения.