Ethernet коммутатор

Полезная модель относится к системам передачи данных, в частности, к модульной, масштабируемой структуре для построения коммутаторов сетей быстрого Ethernet, обращающихся к общей шине распределения данных, и к методу распределения кадров в сети Ethernet в режиме "сохранить-и-переслать" (store-and-forward).
Наиболее близким техническим решением является устройство, описанное в http://www.fiberman.ru/articles/fast-gigabit-ethemet/ethemet/switch/ - прототип.
Данный коммутатор содержит процессор контроля, модуль коммутации, соединенный шиной с процессором контроля, N буферов для организации очереди, первые выходы которых соединены с соответствующими входами модуля коммутации, а вторые входы соединены шиной с процессором контроля, N портов, первые входы которых соединены с соответствующими выходами процессора контроля, вторые входы соединены с соответствующими выходами модуля коммутации, а выходы - с первыми входами буферов для организации очереди, блок MAC адресов и номеров портов, связанный шиной с процессором контроля; блок питания.
Цель полезной модели - обеспечение непрерывного доступа к коммутатору при авариях на сети связи.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее процессор контроля, модуль коммутации, соединенный шиной с процессором контроля, N буферов для организации очереди, первые выходы которых соединены с соответствующими входами модуля коммутации, а вторые входы соединены шиной с процессором контроля, N портов, первые входы которых соединены с соответствующими выходами процессора контроля, вторые входы соединены с соответствующими выходами модуля коммутации, а выходы - с первыми входами буферов для организации очереди, блок MAC адресов и номеров портов, связанный шиной с процессором контроля, блок питания, дополнительно введены транспондер в составе микроконтроллера, постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, первого порта ввода/вывода информации, второго порта ввода информации, Ethernet модуля, блока индикации, объединенные между собой шиной адреса и данных, второго порта ввода/вывода информации, вход/выход которого соединен с входом/выходом Ethernet модуля; модуль GSM в составе антенны GSM, приемо-передающего модуля GSM, первый вход/выход которого соединен с антенной GSM, считывателя SIM карты, первый вход/выход которого соединен с третьим входом/выходом приемопередающего модуля GSM; блока контроля и памяти, первый выход которого соединен со вторым входом считывателя SIM карты, второй выход - со вторым входом порта ввода информации транспондера, а второй вход/выход соединен со вторым входом/выходом приемо-передающего модуля GSM; порта программирования и перезарядки, вход/выход которого соединен с первым входом/выходом блока контроля и памяти; батарея питания, вход/выход которой соединен с входом/выходом порта программирования и перезарядки; блок индикации, вход которого соединен с третьим выходом блока контроля и памяти.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями между ними. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перечисленные элементы, используемые в блоках, являются известными, однако их введение в указанной связи с остальными элементами приводит к решению новой задаче бесперебойного питания коммутатора. Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 показана общая блок-схема предлагаемого устройства, в состав которого входят коммутатор (прототип) 1, транспондер 2, модуль GSM 3, а также IP Network 4, необходимая для передачи информации по сети.
На фиг. 2 представлен выбранный прототип устройства, содержащий процессор контроля 1-1, модуль коммутации 1-2, N буферов для организации очереди 1-3, N портов ввода/вывода данных 1-4, таблицу MAC адресов и номеров портов 1-5, блок питания (БП) 1-6.
На фиг. 3 представлена структура транспондера 2, в составе микроконтроллера 2-1, первого порта ввода/вывода информации 2-2, второго порта ввода информации 2-2, блока индикации 2-3, шины адреса и данных 2-4, Ethernet модуля 2-5, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 2-6, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 2-7, второго порта ввода/вывода информации 2-8.
На фиг. 4 отображена структура модуля GSM 3 в составе антенны GSM 3-1, приемо-передающего модуля GSM 3-2, блока контроля и памяти 3-3, считывателя SIM-карты 3-4, порта программирования и перезарядки 3-5, батареи питания 3-6.
Устройство работает следующим образом.
Коммутатор работает на втором канальном уровне OSI модели. Главное назначение коммутатора - обеспечение разгрузки сети посредством локализации трафика в пределах отдельных сегментов.
Ключевым звеном коммутатора является архитектура без блокирования (non-blocking), которая позволяет установить множественные связи Ethernet между разными парами портов одновременно, причем кадры не теряются в процессе коммутации. Сам трафик между взаимодействующими сетевыми устройствами остается локализованным. Локализация осуществляется с помощью адресных таблиц, устанавливающих связь каждого порта с адресами сетевых устройств, относящихся к сегменту этого порта.
Порты коммутатора (RJ-45) 1-4 обычно делают типа MDI-X. Современные коммутаторы имеют множество дополнительных возможностей, среди которых: фильтрация по МАС-адресам, построение виртуальных сетей, функция контроля потока, автоконфигурирование порта 10Base-T/100Base-TX, поддержка дуплексного режима передачи.
Транспондер 2: микроконтроллер 2-1 представляет собой БИС семейства INTEL 80С51 с тактовой частотой 12-14 МГц.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 2-6 предназначено для хранения памяти данных и команд для микроконтроллера 2-1, и представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 27С512 емкостью 64 кбайт.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 2-7 предназначено для хранения информации, связанной с режимом работы системы. ОЗУ подключено к системной шине адреса и данных 2-4 и представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 6264 емкостью 8 кбайт.
Первый порт ввода/вывода информации 2-2, второй порт ввода информации 2-2, а также второй порт ввода/вывода информации 2-8 предназначены для организации 8-разрядных портов ввода/вывода сигналов логического уровня. Они подключены к системной шине 2-4 и представляет собой параллельный разрядный регистр.
Модуль GSM 3
Модуль GSM 3 содержит GSM-приемопередатчик 3-2 с антенной 3-1, микропроцессорный блок контроля и памяти 3-3, соединенный с GSM-приемопередатчиком, считыватель SIM-карты 3-4, отдельную батарею питания 3-6, порт ввода программ в микропроцессорный блок контроля и подзарядка блока питания 3-5.
Общие принципы действия модуля GSM 3 следующие: GPS-приемник 3-2 принимает информацию со спутников глобальной системы позиционирования, эта информация обрабатывается и поступает в микропроцессорный блок контроля и памяти 3-3. По командам блока контроля и памяти 3-3 с помощью GSM-приемопередатчика 3-2 сообщение о состоянии контролируемого устройства передается по сети мобильной связи на центр мониторинга и контроля.
Сообщения передаются в виде SMS или в режиме передачи данных (Data Transfer Mode), а идентификация автономных устройств производится по SIM-карте (Subscriber Identification Module). С точки зрения минимизации затрат на функционирование системы наиболее целесообразно использовать службу GPRS (General Packet Radio Service).
Модуль GSM 3 работает в 4-х диапазонах частот: 850/900/1800/1900 МГц.
Индикатор 3-7 предназначен для визуальной оценки степени разрядки батареи питания и наличия сигналов GPS и GSM.
Таким образом, рассмотренное техническое решение позволяет осуществлять сбор служебной информации (сообщения об авариях, журнал событий), а также администрирование устройства, когда основной канал связи не функционирует.
Сохранение доступа к устройству дает целый ряд преимуществ в зависимости от причин, повлекших за собой аварии на сети. Сейчас администратор сети при аварии может опираться только на данные, которые поступают из-за пределов сегмента, испытывающего сложности, но не изнутри него. Анализ журнала событий и статуса портов позволит существенно сократить время поиска и устранения неисправности, а как следствие - простоя сети. Оператор получает возможность на самом устройстве, например, отключить проблемный порт, восстановив тем самым доступ к сети с других портов. Еще одним преимуществом станет обеспечение удаленного доступа до неисправного устройства со стороны поддержки производителя, что обычно требует демонтажа и забора устройства в офис обслуживающей коммутатор компании (например, провайдер).