СИСТЕМА МАРШРУТИЗАЦИИ ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Предлагаемая полезная модель относится к системам беспроводной связи и, в частности, к устройствам маршрутизации, используемым в беспроводных сетях передачи данных для обеспечения доступа к сетевым ресурсам (серверам сети Интернет или частной IP сети) через опорные сети операторов связи - сети беспроводного(радио) или проводного доступа.
Известны технические решения, описанные в патентах США:
(US 2005/0058141, М.кл. H04L 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 (потребителям, оборудованию потребителей) доступа к сети Интернет и сетевым ресурсам с использованием беспроводной сотовой сети класса 3G, GPRS и аналогов за счет организации доступа через специальное устройство - беспроводной маршрутизатор доступа. При этом оборудование потребителей может быть подключено к беспроводному маршрутизатору через беспроводную сеть класса Wi-Fi или проводное соединение класса Ethernet.
Известные устройства содержат процессор (блок управления), блок приемопередатчика (для сети WLAN), блок приемо-передатчика (для сотовой сети - 3G, GPRS или внешней карты), соединенные с процессором, осуществляющим их взаимодействие между собой и с сетями связи для получения пользователем доступа к сетевым ресурсам. Блоки приемо-передатчиков 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, WAN), связанное с процессором для обеспечения взаимодействия с различными сетевыми системами и предоставления информации из этих сетей пользователям.
Недостатком технических решений US 2005/0058141, US 2005/0058142, US 2005/0068926 является полная зависимость доступа пользователей к сети Интернет или IP сети от одной беспроводной сотовой сети, возможность использования только одной несущей частоты (одного канала) беспроводной сотовой сети в один момент времени, что обуславливает недостаточную скорость и надежность передачи информации.
Известно техническое решение - устройство мобильного маршрутизатора беспроводной сети связи (см. патент США US 7778230, М.кл. H04W 4/00, опубл. 17.08.2010), содержащего 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 беспроводными сотовыми сетями под управлением основного процессора. Устройство также содержит первый проводной переключатель (коммутатор), 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 соответствующим протоколом 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 (потребителям, оборудованию потребителей) доступа к сети Интернет и сетевым ресурсам с использованием набора беспроводных сотовых сетей различного класса за счет организации доступа через группу устройств (систему), обеспечивающих решение задачи организации доступа и маршрутизации запросов пользователей через одно из беспроводных сотовых соединений в один момент времени для каждого конкретного информационного запроса. При этом оборудование потребителей, также как и в вышеприведенных аналогах, может быть подключено к системе через беспроводную сеть WLAN (например, Wi-Fi) или проводное соединение LAN (например, Ethernet).
Таким образом, в патенте US 7778230 возможно использование только 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 сотовых сетей. При этом данное техническое решение обеспечивает распределение нагрузки только исходящего трафика, входящий трафик идет маршрутами, соответствующими маршрутам исходящего, что может приводить к задержкам приема значительных объемов информации и снижению качества обслуживания конечных потребителей. Кроме того, применение набора узлов для доступа к беспроводным сетям различной природы осложняет повседневное использование устройств указанного типа. Следует отметить, что данная система, как и предыдущие аналоги, не обеспечивают скрытности информации и не позволяет применять комбинированные средства авторизации при использовании внешних беспроводных сетей связи различного типа.
Техническим результатом является повышение скорости и качества 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.
Данный технический результат обеспечивается в предлагаемой системе маршрутизации для беспроводной системы передачи информации, содержащей в абонентской части предлагаемой системы, связанные между собой входными/выходными шинами блок приемо-передачи 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), отличающейся тем, что она 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.
Введение блоков управления маршрутами и взаимодействием в сетевой и абонентской части системы маршрутизации, введение сетевой части системы маршрутизации, позволяет обеспечить распределение нагрузки (передаваемых данных) по доступным беспроводным каналам и использовать суммарную производительность каналов для снижения задержек и увеличения скорости.
При этом выполнение блоков управления обеих частей системы с возможностью разделения на части и суммирования частей исходной информации позволяет осуществить распределение исходной информационной последовательности на части для одновременной передачи по различным беспроводным и каналам и сетям связи, что повышает степень скрытности - значительно затрудняет перехват и восстановление исходной информационной последовательности на участках передачи.
Одновременное использование абонентской частью системы маршрутизации различных беспроводных каналов доступа позволяет сетевой части системы маршрутизации использовать данные, полученные по одной из сетей доступа как данные авторизованной сессии абонента или абонентской части системы маршрутизации и делать выводы о принадлежности составных частей исходной информации, полученных иными беспроводными каналами доступа, к авторизованному абоненту или абонентской части системы маршрутизации. При получении авторизованной информации и дополнительной авторизационной информации (дополнительно к исходной) от различных беспроводных и проводных сетей при получении частей исходной последовательности, сетевая часть системы маршрутизации может служить основой для комбинированных и конвергентных методов авторизации и аутентификации.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема, поясняющая общие принципы организации предлагаемой системы маршрутизации;
На фиг.2а изображена функциональная схема абонентской части предлагаемой системы маршрутизации;
На фиг.2б изображена функциональная схема сетевой части предлагаемой системы маршрутизации;
На фиг.3а и 3б изображены соответственно блок-схемы алгоритма организации процесса маршрутизации в направлениях от оборудования пользователя (абонента) к сетевому ресурсу и назад (ответный, встречный поток данных).
На фиг.1. показано оборудование потребителей (абонентов), которое при помощи беспроводной технологии (WLAN, например, Wi-Fi) или проводной технологии (LAN, например, Ethernet) подключается к локальному интерфейсу абонентской части системы маршрутизации, обеспечивающей возможности выбора двух или более внешних интерфейсов доступа (IP каналов, направлений) маршрутизации и одновременной передачи частей исходной информации. Передаваемые части информации, проходящие альтернативными маршрутами, вновь собираются на сетевой части системы маршрутизации и передаются на исходно запрошенный источник сетевых данных (сетевой ресурс), расположенный в сети Интернет или частной IP сети. Ответные данные от запрашиваемого сетевого ресурса идут через сетевую часть системы маршрутизации, которая распределяет части передаваемой информации для одновременной передачи по набору доступных каналов доступа к абонентской части системы маршрутизации, для передачи на оборудование потребителя (абонента).
Следует отметить, что оборудование потребителя (абонента) при использовании предлагаемой системы маршрутизации не требует никаких специальных программных компонент или настроек, кроме тех которые требуются при обычном использовании беспроводной сети WLAN (Wi-Fi) или проводной LAN (Ethernet).
Абонентская часть системы маршрутизации может быть установлена в непосредственной близости от оборудования потребителя (абонента) или на расстоянии, позволяющем произвести проводное подключение (LAN).
Сетевая часть системы маршрутизации (сервер или серверный комплекс) может быть расположена в центре обработки данных (ЦОД) оператора связи или внешнем ЦОД.
Приведенная на фиг.2а функциональная схема абонентской части предлагаемой системы маршрутизации содержит блок 1 приемо-передачи локальной беспроводной сети (WLAN), блок 2 управления маршрутами и взаимодействием подсистем, подсистема 3 взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), блок 4 N интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям, где N - равно числу внешних беспроводных сетей, подсистема 5 взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN), блок 6 М интерфейсов проводного доступа (LAN), где М - равно числу подключенных оборудований пользователей (абонентов), порт 7 проводного доступа к локальным или удаленным сетевым ресурсам.
При этом соответствующими входными/выходными шинами блок 2 управления маршрутами и взаимодействием подсистем связан с блоком 1, подсистемой 3, блоком 4 и подсистемой 5, которая другим входом/выходом соединена с портом 7, а другой выход/вход подсистемы 3 соединен с блоком 6 интерфейсов.
Приведенная на фиг.2б функциональная схема сетевой части предлагаемой системы маршрутизации содержит подсистему 8 взаимодействия с локальными или внешними сетями (LAN/WAN) - сетью Интернет или частной IP сетью, входной/выходной шиной связанную с блоком 9 управления маршрутами и взаимодействием, другая входная/выходная шина подсистемы 8 служит для подключения портов 10 взаимодействия по проводной сети.
Работа предлагаемой системы маршрутизации для беспроводной системы передачи информации схематично отражена на блок схемах алгоритма 3а, 3б и осуществляется следующим образом.
Исходная последовательность данных, по запросу приложений высокого уровня абонента, полученная от оборудования пользователя, принимается через беспроводную сеть (WLAN) блоком приемо-передачи 1 или через проводную сеть (LAN) порт 6 и подсистему 3 в блок 2 управления маршрутами и взаимодействием. Блок 2 принимает данные от блока 1 или подсистемы 3, анализирует доступность внешних интерфейсов доступа блока интерфейсов 4 и их производительность и осуществляет деление исходной последовательности информации на одновременно обрабатываемые части, которые одновременно отправляет в блоки 4.1-4.N для беспроводной передачи или отправляет на подсистему 5 взаимодействия LAN/WAN и порт 7 в случае, если получателем информации является сетевой ресурс, адрес которого доступен в сегменте LAN/WAN или канал LAN/WAN используется как один из альтернативных или единственный в данный момент времени для доступа в адресуемую частную корпоративную сеть или публичную сеть (Интернет).
1
N
i
i
i
i
Деление на части (X…X) информации в блоке 2 осуществляется с учетом (X=X/N*K) или без учета (Xi=X/N) пропускной способности и иных критериев качества работы каждого из каналов передачи блока интерфейсов 4 и подсистемы взаимодействия 5, где Х - исходная информация, X - часть информации, 1<i<N, где N количество внешних интерфейсов, K - коэффициент, который может быть вычислен как отношение производительности конкретного интерфейса к суммарной производительности интерфейсов. Алгоритмы деления информации заданы в программе, поддерживающей работу блока 2 и выбираются параметрами настройки блока (см. фиг 3а).
Части информации, снабженные блоком 2 управления, новыми адресами получателей IP пакетов - адресами сетевой части системы маршрутизации, передаваемые одновременно по различным каналам связи, через различные сети, доставляются к сетевой части системы маршрутизации и через порт 10 и подсистему 8 взаимодействия LAN/WAN поступают блок 9 управления маршрутами и взаимодействием. Блок 9, получая части информации, восстанавливает исходный запрос/посылку информации, запоминая маршруты получения частей информации и отправляет исходный запрос/посылку на сетевой ресурс через блок 8, указывая в IP пакетах качестве адреса отправителя (адреса для формирования встречного набора данных) собственный адрес.
Ответная последовательность данных, идущая от сетевого ресурса к оборудованию потребителя (абонента), также проходит через систему маршрутизации для беспроводной системы передачи информации, но в обратной последовательности.
Исходный запрос/посылка данных от сетевого ресурса принимается портом 10 и блоком 8 и передается в блок 9 управления маршрутами и взаимодействием. Блок 9 анализирует принятые данные, определяет соответствие источника (сетевого ресурса) ранее запрошенным и соответствие каналов (адресов), с которых были получены части информационной последовательности, относящиеся к ранее полученному запросу сетевого ресурса оборудованием потребителя, формирует части для одновременной отправки из исходной последовательности, принятой от сетевого ресурса, и передает в подсистему 8 и порт 10 для одновременной передачи в блоки 4.1-4.N или блок 7 абонентской части системы маршрутизации через сети связи. Части исходной информации, принятые в абонентской части системы маршрутизации, через блоки 4.1-4.N или блок 7 и подсистему 5 поступают в блок 2 для восстановления исходной последовательности данных и передачи через блок 1 или блок 6 подсистемы 3 в направлении оборудования потребителя (абонента) по маршрутам, содержащимся в блоке 2 с момента формирования начального запроса/посылки от оборудования потребителя (абонента).
Оборудование потребителей (абонентов), подключенное к абонентской части системы маршрутизации может обмениваться информацией с другим оборудованием потребителей (абонентов), подключенным к той же абонентской части системы маршрутизации, вне зависимости от способа подключения (блоки 1 или 6) и на скоростях и с качеством, обеспечиваемым способом подключения без применения алгоритмов деления и восстановления исходных запросов/посылок данных и вовлечения сетевой части системы маршрутизации.
Примером реализации абонентской части системы маршрутизации могут служить модели беспроводных маршрутизаторов, например, ASUS RT-N56U и Zyxel Keenetic Giga, содержащие блоки приемопередающих устройств WLAN, LAN, WAN, а также блок управления с установленным специализированным программным обеспечением, реализующим описанные алгоритмы системы маршрутизации (фиг.2а, фиг.3а), с набором беспроводных модемов, например, Huawei E392 и Samsung SWC-U200. Возможно также формирование принципиально новых форм факторов устройств с применением доступных на рынке или произведенных на заказ устройств.
В качестве аппаратного обеспечения сетевой части системы маршрутизации могут быть использованы серверы стандартной архитектуры, например, HP Proliant DL380, или специально адаптированные для систем приемо-передачи серверные комплексы, на которые устанавливается программное обеспечение, реализующее алгоритмы системы маршрутизации (фиг.2б, фиг.3б).