Универсальная система обмена данными
UNIVERSAL DATA EXCHANGE SYSTEM

Изобретение относится к области сетевой электрорадиотехники, а именно к технике цифровой передачи информации, и может использоваться для организации связи на стационарных объектах автоматизации, а также на подвижных самоходных и несамоходных морских объектах автоматизации.
Известна система для обработки неисправности и устройство обмена данными, основанные на промышленной сети ethernet по патенту РФ №2463719 (дата публикации: 10.10.2012, МПК H04L 12/26, H04L 12/437). Система содержит множество устройств обмена данными, соединенных с помощью взаимных избыточных двойных линий связи, причем рабочая линия связи находится в рабочем состоянии, резервная линия связи находится в резервном состоянии, при этом устройство обмена данными содержит: устройство обнаружения, выполненное с возможностью обнаруживать состояния соединения упомянутых двойных линий связи между смежными устройствами обмена данными, устройство переключения, выполненное с возможностью переключать резервную линию связи в рабочую линию связи. При этом устройство обмена данными включает в себя по меньшей мере четыре порта, устройство поиска, выполненное с возможностью осуществлять поиск порта в одном и том же направлении с неисправным портом, и операционное устройство, выполненное с возможностью преобразовывать состояние рабочего порта в рабочей линии связи.
Недостатком известной системы является невозможность подключения любых абонентских устройств сети, независимо от используемых ими для передачи данных протоколов сетевого уровня.
Из уровня техники известна корабельная телекоммуникационная сеть по патенту РФ №2597000 (дата публикации: 10.09.2016, МПК H04M7/00). Корабельная телекоммуникационная сеть содержит в своем составе m коммутаторов, при этом в нее введены m блоков динамической маршрутизации с приоритезацией, m блоков аутентификации, m блоков приоритетов, m преобразователей интерфейсов, n мобильных абонентских устройств, причем m блоков динамической маршрутизации с приоритезацией соединены между собой волоконно-оптическими линиями связи по схеме «многосвязная схема», каждый из которых, в свою очередь, подсоединен ко второму входу-выходу соответствующего из m коммутаторов, первые n входов-выходов которых соединены со вторыми n входами-выходами соответствующих из m преобразователей интерфейсов, первые n входов-выходов которых соединены с n входами-выходами n мобильных абонентских устройств, а также с n входами соответствующих из m блоков аутентификации, n выходов которых соединены с n входами соответствующих из m блоков приоритетов, выход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего из m коммутаторов.
Недостатком известного технического решения является большее, чем у представленного изобретения, количество линий связи между маршрутизаторами при более низкой отказоустойчивости, а также наличие в сети единого протокола динамической маршрутизации, что влечет необходимость использования единого протокола сетевого уровня (уровня 3) и, как следствие, необходимость согласования адресов уровня 3 (сетевых адресов) между абонентами различных сетей, что делает систему более сложной и менее надежной.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, а именно: предоставление услуг обмена данными абонентам различных систем и подключение любых абонентских устройств сети, использующих единую среду обмена данными независимо от используемых абонентами протоколов и адресов сетевого уровня, за счет использования динамической маршрутизации на канальном уровне, при одновременном повышении отказоустойчивости, а именно: гарантированного предоставления услуг обмена данными абонентским устройствам и обеспечении возможности гарантированного предоставления услуг обмена данными абонентским устройствам сети при условии возникновения отказов (до 7 отказов любых линий связи из состава универсальной системы обмена данными).
Технический результат достигается за счет того, что система обмена данными включает по меньшей мере четыре блока динамической маршрутизации, соединенные волоконно-оптическими линиями связи, в которой волоконно-оптические линии связи образуют по меньшей мере две независимые кольцевые связи, каждая из которых включает по меньшей мере два блока динамической маршрутизации, при этом каждый блок динамической маршрутизации одного кольцевого соединения также соединен волоконно-оптическими линиями связи с двумя блоками динамической маршрутизации, входящими в другую кольцевую связь.
Высокая отказоустойчивость в условиях внешних воздействий или аппаратных отказов обеспечивается за счет динамического изменения маршрута передачи данных, обеспечивающего исключение из маршрута отказавших частей аппаратуры (кабельных связей, маршрутизаторов) при использовании многосвязной топологии сети.
Система обмена данными в качестве блоков динамической маршрутизации может содержать маршрутизаторы второго уровня (канального или аппаратного уровня) сетевой эталонной модели (модели OSI), что обеспечивает возможность подключения абонентов различных систем, независимо от используемых ими протоколов и адресов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI).
Повышение отказоустойчивости при применении маршрутизаторов 2-го уровня дополнительно обеспечивается алгоритмами в аппаратной части маршрутизаторов и топологией соединения узлов (маршрутизаторов) между собой. Алгоритмы маршрутизаторов выполнены таким образом, что по стандартным протоколам обмена создают электронные таблицы маршрутов передачи данных с оценкой качественных характеристик маршрутов и выстраиванием приоритетных маршрутизаторов, имеющих лучшие характеристики. При возникновении отказов таблицы корректируются алгоритмами автоматически. За счёт существования в таблицах маршрутов резервных каналов потоки информации перенаправляются в эти каналы с минимальными аппаратными задержками, что позволяет добиться наивысшей скорости реакции системы на отказы.
Волоконно-оптические линии связи системы могут быть выполнены с возможность передачи данных со скоростью до 10 Гбит/с.
Система обмена данными может содержать четное количество блоков динамической маршрутизации (маршрутизаторов).
Система обмена данными может содержать по меньшей мере по два блока динамической маршрутизации в каждом помещении, при этом в каждом помещении блоки динамической маршрутизации соединены с элементами сети, обеспечивающими подключение нескольких абонентов.
Система обмена данными может содержать по меньшей мере по два блока динамической маршрутизации в каждом помещении, при этом каждый блок динамической маршрутизации, размещенный в одном помещении, соединен с блоками динамической маршрутизации, размещенными в других помещениях (например, фиг. 1).
Таким образом, дополнительно обеспечивается наличие надежных линий связи между различными помещениями.
Система обмена данными может содержать по меньшей мере по два блока динамической маршрутизации в каждом помещении, при этом каждый блок динамической маршрутизации, размещенный в одном помещении, соединен с блоками динамической маршрутизации, размещенными в других помещениях, при этом в каждом помещении блоки динамической маршрутизации соединены с элементом сети, обеспечивающим подключение нескольких абонентов (например, фиг. 1).
Таким образом, дополнительно обеспечивается наличие надежных линий связи между абонентами, расположенных в разных помещениях.
Система обмена данными может содержать одиночные волоконно-оптические линии связи.
Изобретение поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 - схема сетевой топологии для связи трёх помещений, где 1-6 - маршрутизаторы, А1, А2, A3 - элементы сети, обеспечивающие подключение нескольких абонентов к двум сетям, либо абоненты с двумя сетевыми интерфейсами.
Фиг.2 - схема сетевой топологии для связи четырех помещений, где 1-8 - маршрутизаторы, А1, А2, A3, А4 - элементы сети, обеспечивающие подключение нескольких абонентов к двум сетям, либо абоненты с двумя сетевыми интерфейсами.
Фиг.3 - схема сетевой топологии для связи шести помещений, где 1-12 - маршрутизаторы, А1 … А6 - элементы сети, обеспечивающие подключение нескольких абонентов к двум сетям, либо абоненты с двумя сетевыми интерфейсами.
Фиг.4 - схема линейного размещения маршрутизаторов (1, 2, 3, 4 … N-1, N) универсальной системы обмена данными.
Фиг.5 - схема сетевой топологии в пространстве для связи девяти помещений.
Данная схема (фиг. 1) представлена в виде кольцевых соединений маршрутизаторов, в которых каждый маршрутизатор каждого кольца соединен двумя дополнительными связями с маршрутизаторами (на фиг. 1 обозначены прерывистой линией). Дополнительные линии связи - это волоконно-оптические линии связи между маршрутизаторами, входящими в состав другого кольца и установленные в другом (соседнем) помещении. Для резервированного подключения абонентов в каждом помещении выделяется два маршрутизатора. Подключение абонентов к сети обмена данными производится непосредственно к маршрутизаторам, либо через элементы сети, состоящие из коммутаторов доступа, которые используются для расширения количества доступных точек подключения абонентов. Каждый из N маршрутизаторов связан волоконно-оптическими линиями связи со скоростью передачи данных, например, до 10Гб/с с четырьмя соседними маршрутизаторами по схеме, где два маршрутизатора 1 и 2, к которым подключается элемент сети A1, соединены с соседними маршрутизаторами следующим образом, что, например, маршрутизатор 1 внешнего кольца связан с двумя соседними маршрутизаторами 3 и 5 внешнего кольца и двумя маршрутизаторами внутреннего кольца 4 и 6.
На фиг.2 и фиг.3 приведены примеры топологий для четырех и шести помещений соответственно.
Благодаря использованию маршрутизации уровня 2 обеспечивается возможность подключения абонентов различных систем, независимо от используемых ими протоколов и адресов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI).
На фиг. 4 схема обмена данными при линейном расположении помещений. Эта топология идентична топологиям, представленным на фиг.1, 2, 3. В таком варианте системы возможно дополнительно повысить отказоустойчивость за счет использования внешних (по отношению к объекту, на котором размещается универсальная система обмена данными) связей между 1, 2 и N, N-1 маршрутизаторами.
Таким образом, благодаря использованию заявленной маршрутизации аппаратного уровня обеспечивается расширение функциональных возможностей, а именно: предоставление услуг обмена данными абонентам различных систем и подключение любых абонентских устройств сети, использующих единую среду обмена данными независимо от используемых абонентами протоколов и адресов сетевого уровня. При работе системы обмена данными производится инкапсуляция пакетов данных, получаемых от абонентов алгоритмами маршрутизации (маршрутизаторами). При этом после прохождения маршрута пакетом по заявленной схеме, все добавочные данные к пакету для маршрутизации удаляются. Таким образом, абонент получает пакет данных в том виде, в котором выдавал в сеть отправляющий абонент.
Также при работе системы обеспечивается повышение отказоустойчивости, а именно обеспечение гарантированного предоставления услуг обмена данными абонентским устройствам. Гарантированное предоставление услуг обмена данными абонентским устройствам сети при условии возникновения до 7 отказов любых линий связи из состава универсальной системы обмена данными обеспечивается при подключении абонентов сети в соответствии с заявленной топологией. При этом каждый абонент подключен к двум маршрутизаторам (фиг. 1-4), каждый из которых, в свою очередь, подключен к другим маршрутизаторам сети четырьмя линиями связи. Таким образом, при отказе 7 линий связи между маршрутизаторами в пределах одного помещения (самый худший вариант для 7 отказов) сохраняется хотя бы один маршрут передачи данных от абонента.