Управляемый 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-ethernet/ethernet/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 - дистанционный мониторинг коммутатора и его бесперебойного питания.
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; первый блок питания, дополнительно введены блок IP мониторинга, первый вход/выход которого соединен с первым входом/выходом процессора контроля; система питания в составе микроконтроллера, постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, блока ввода информации, блока вывода информации, блока индикации, объединенные между собой шиной адреса и данных; блока дистанционного контроля и управления, второй вход/выход которого соединен с вторым входом/выходом блока IP мониторинга, первый выход - с третьим входом блока ввода информации, а первый вход - с вторым выходом блока вывода информации; блок измерения нагрузки, первый выход которого соединен с третьим входом блока дистанционного контроля и управления, а второй выход - с вторым входом блока ввода информации; блока управления мощностью, первый вход которого соединен с первым выходом блока вывода информации; источника бесперебойного питания, первый выход которого соединен с вторым входом блока управления мощностью, второй выход - с первым входом блока ввода информации, а вход - с третьим выходом блока вывода информации; блока управляемого реле, вход которого соединен с вторым выходом блока дистанционного контроля и управления; блока коммутируемых источников питания в составе первого и второго блоков питания, первый вход которого соединен с выходом блока управления мощностью, второй вход - с выходом блока управляемого реле, а выход - с входом блока измерения нагрузки; блока WIFI, вход/выход которого соединен с третьим входом/выходом блока IP мониторинга.
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 задачи мониторинга состояния коммутатора и его бесперебойного питания. Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 показана общая блок-схема предлагаемого устройства, в состав которого входят Ethernet коммутатор (прототип) I, блок IP мониторинга II, блок WIFI III, система питания IV, среда передачи данных (IP Network) V.
На фиг. 2 представлена система питания IV, состоящая из микроконтроллера IV-1, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) IV-2, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) IV-3, блока ввода информации IV-4, блока вывода информации IV-5, блока индикации IV-13, объединенные между собой шиной адреса и данных IV-6; блока дистанционного контроля и управления IV-10, блока измерения нагрузки IV-9, блока управления мощностью IV-8, источника бесперебойного питания IV-7, блока управляемого реле IV-11 и блока коммутируемых источников питания IV-12.
На фиг. 3 представлен выбранный прототип устройства, содержащий процессор контроля 1, модуль коммутации 2, N буферов для организации очереди 3, N портов ввода/вывода данных 4, таблицу MAC адресов и номеров портов 5, первый блок питания (БП 1)6.
На фиг. 4 показана реализация блока WIFI III.
На фиг. 5 представлена реализация блока управления мощностью IV-8.
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 коммутаторов (RJ-45) обычно делают типа MDI-X. Современные коммутаторы имеют множество дополнительных возможностей, среди которых: фильтрация по MAC-адресам, построение виртуальных сетей, функция контроля потока, автоконфигурирование порта 10Base-T/100Base-TX, поддержка дуплексного режима передачи.
В начальном состоянии блок коммутируемых источников питания отключен. При необходимости подключения блока питания БП1 (блока коммутируемых источников питания IV-12) команда подается по LAN сети в блок дистанционного контроля и управления IV-10. При этом включается реле в блоке управляемого реле IV-11, контакты которого подключают выход питающего напряжения с БП1 к элементам коммутатора и сигнализируют его подключение через блок дистанционного контроля и управления IV-10. При включении БП1 в блоке измерения нагрузки IV-9 вычисляется ток потребления, значение которого передается в блок дистанционного контроля и управления IV-10, а также через блок ввода информации IV-4 в микроконтроллер IV-1 и далее через шину адреса и данных IV-6 и блок вывода информации IV-5 в блок дистанционного контроля и управления IV-10, а затем через блок IP мониторинга II контролирующему органу.
Программное обеспечение, заложенное в памяти микроконтроллера IV-1, обеспечивает вычисление по току потребления израсходованной электроэнергии, аналогично счетчикам электроэнергии. Данная информация также отображается по каждому блоку питания (БП1 и БП2) в блоке индикации IV-13 вместе с отображением статуса блоков питания (БП1, БП2) (вкл./выкл.).
Все вычисления проводятся в микроконтроллере IV-1. Возможная реализация блока управления мощностью IV-8 представлена на фиг.5. В качестве управляющего элемента используется симистор.
Неотъемлемой частью заявляемого устройства является источник бесперебойного питания (ИБП) IV-7, который поддерживает питание БП1 и БП2 в случае пропадания напряжения в централизованной сети. ИБП IV-7 также находится под контролем блока IV-10 через цепи: блок IV-4 - микроконтроллер IV-1 - блок IV-5 - блок IV-10 - LAN сеть. При этом осуществляется контроль уровня зарядки батарей, непосредственно их зарядка и сигнализация режимов работы ИБП IV-7.
Блок измерения нагрузки IV-9 может быть выполнен с использованием датчиков тока на эффекте Холла, датчиков тока компенсационного типа, либо на микросборке ACS712.
Блок дистанционного контроля и управления IV-10 представляет собой активное сетевое устройство, производящее прием-передачу и обработку сигналов на основе сетевых протоколов (например, протоколов ТСР/IP).
Микроконтроллер IV-1 представляет собой БИС семейства INTEL 80С51 с тактовой частотой 12-14 МГц.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) IV-2 предназначено для хранения памяти данных (максимальный ток потребления коммутатора, ток заряда батареи ИБП IV-7) и команд для микроконтроллера IV-1, и представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 27С512 емкостью 64 кбайт.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) IV-3 предназначено для хранения информации, связанной с режимом работы системы. ОЗУ подключено к системной шине адреса и данных 13-6 и представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 6264 емкостью 8 кбайт.
Блоки ввода/вывода информации IV-4, IV-5 предназначены для организации 8-разрядных портов ввода/вывода сигналов логического уровня. Они подключены к системной шине 13-6 и представляет собой параллельный разрядный регистр.
Кроме этого, в предлагаемом устройстве используется источник бесперебойного питания (ИБП) IV-7 с добавлением в основной блок питания аккумуляторной батареи и блока ее зарядки. Это обеспечивает бесперебойную работу коммутатора при пропадании основного питающего напряжения 220 В.
Таким образом, рассмотренное техническое решение позволяет осуществлять дистанционный мониторинг основных параметров Ethernet коммутатора и обеспечивать его бесперебойную работу.