МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОР СВЕРХВЫСОКОСКОРОСТНОЙ MESH-СЕТИ
MULTIFUNCTIONAL SWITCH FOR ULTRA-HIGH SPEED MESH-NETWORK

Предложенное изобретение относится к информационным технологиям, а именно к сетям передачи пакетов данных, и может быть использовано при построении сверхвысокоскоростых MESH-сетей в качестве узла сети.
Сущность изобретения в том, что многофункциональный коммутатор (узел сверхвысокоскоростной MESH-сети) обеспечивает прием/передачу/коммутацию/ретрансляцию пакетов магистральной радиосети со скоростями до 2 гигабит в секунду в частотном диапазоне от 60 до 100 ГГц в режиме полного частотного дуплекса. Причем исключается необходимость частотного планирования за счет механизма автоконфигурации, реализованного с помощью программно-управляемого СВЧ коммутатора. Для уменьшения взаимного влияния между узлами сети специально выбран вышеназванный частотный диапазон, в котором обеспечивается достаточное затухание сигнала в атмосфере в пределах прямой видимости. В то же время указанный диапазон обеспечивает возможность выделения широкой полосы (1000-2000 МГц), что является необходимым условием для высокоскоростной передачи мультимедийной информации.
Известно устройство [1] для передачи мультимедийной информации, выбранное в качестве прототипа. Ему присущи недостатки: низкая скорость передачи данных, работа в загруженном частотном диапазоне, невозможность существенного увеличения скорости из-за ограничения ширины полосы, работа по стандартным протоколам возможна только в полудуплексном режиме.
В предложенном изобретении решена задача частотного планирования, повышения скорости, возможность работы в слабозагруженном частотном диапазоне и полнодуплексном режиме, существенное увеличение эффективности использования частотного ресурса за счет уменьшения взаимного влияния между узлами сети и соответственно между подобными сетями на ограниченной территории.
Указанная задача решена тем, что многофункциональный коммутатор включает полнодуплексный программно-управляемый трансивер 60-100 ГГц, электронно-управляемый СВЧ коммутатор, СВЧ фильтры, шлюз с адаптером низкоскоростной широкополосной, например Wi-Fi, сети абонентского доступа, физический интерфейс, подключенный к сегменту проводной локальной вычислительной сети, например Gigabit Ethernet, микропроцессорный модуль поддержки радиопротокола магистральной сети и управления вышеназванными функциональными узлами, причем указанный микропроцессорный модуль по шине управления соединен с входом/выходом канала управления трансивера, входом/выходом канала управления СВЧ коммутатора и входом/выходом канала управления шлюза абонентского доступа, а по шине данных соединен с встроенным в него коммутатором второго уровня, с входом/выходом шины данных трансивера и входом/выходом шлюза широкополосной сети абонентского доступа, указанный коммутатор второго уровня снабжен одним или несколькими физическими интерфейсами Gigabit Ethernet; СВЧ вход/выход указанного трансивера присоединен к СВЧ коммутатору, включенному между трансивером и СВЧ фильтрами.
Перечень чертежей.
Функциональная схема.
Обозначения на чертеже.
Последовательность: 1 - полнодуплексный программно-управляемый трансивер 60-100 ГГц; 2 - электронно-управляемый СВЧ коммутатор; 3 - СВЧ фильтры; 4 - микропроцессорный модуль поддержки радиопротокола магистральной сети и управления вышеназванными функциональными узлами; 5 - коммутатор второго уровня, встроенный в микропроцессорный модуль 4; 6 - шина данных; 7 - шлюз с адаптером низкоскоростной широкополосной, например Wi-Fi, сети абонентского доступа; 8 - шина управления; 9 - физический интерфейс, подключенный к сегменту проводной локальной вычислительной сети, например Gigabit Ethernet.
Описание устройства в статике.
Выходы приема/передачи СВЧ трансивера 1 соединены с СВЧ коммутатором 2, который в свою очередь соединен с СВЧ фильтрами 3. СВЧ фильтры 3 присоединяются к АФУ, не показанному на чертеже. Микропроцессорный модуль 4 со встроенным коммутатором второго уровня 5 по шине данных 6 соединен с СВЧ трансивером 1 и шлюзом с адаптером низкоскоростной широкополосной, например, Wi-Fi сетью абонентского доступа 7. Шина управления 8 объединяет каналы управления СВЧ трансивера 1, СВЧ коммутатора 2, микропроцессорного модуля 4 и шлюза 7. Физический интерфейс 9 присоединен к коммутатору 5.
Описание работы устройства.
В предложенном устройстве функциональные действия выполняются в следующей последовательности.
Режим инициализации.
Процессор 4 по программе подготовки устройства через шину управления 8 включает приемник СВЧ трансивера 1. Одновременно по шине управления 8 на СВЧ трансивер 1 и коммутатор 2 подаются управляющие сигналы для реализации режима определения рабочей дуплексной пары частот и выполняется инициализация узлов 1-9. Устройство переходит в рабочий режим, трансивер 1 включается в режим приема/передачи на выбранной паре частот.
Режим приема.
Принятый антенной, не показана на чертеже, модулированный СВЧ сигнал через фильтр 3 и коммутатор 2 поступает на приемную часть СВЧ трансивера 1. Демодулированный полезный сигнал с СВЧ трансивера 1 через шину данных 6 поступает на процессорный модуль 4. После анализа принятых данных в микропроцессорном модуле 4 пакет данных направляется одному из узлов: 7, 9 или сохраняется в памяти для последующей передачи.
Режим передачи.
Пакеты данных с узлов 7, 9 и из памяти микропроцессорного модуля 4 через шину данных 6 поступают на СВЧ трансивер 1. В СВЧ трансивере 1 выполняется модуляция с последующей передачей через СВЧ коммутатор 2 и фильтры 3 на антенну.
При выключении/включении устройства, изменении топологии сети, изменении внешних факторов среды цикл инициализации повторяется, и устройство переходит в дуплексный режим приема/передачи.
Эффективность устройства.
1. Развернутая на базе предложенного устройства MESH-сеть, являясь сверхвысокоскоростной, позволяет передавать весь современный контент, доступный в настоящее время только в наземных проводных оптических сетях широкополосного доступа, такой как цифровое телевидение, видеоконференции, многоканальная телефония и т.д.
2. Исключается необходимость частотного планирования, так как приемо-передающая часть автоматически по команде микропроцессорного модуля меняет частоты дуплексной пары в зависимости от расположения узла в магистральной MESH-сети, тем самым исключая механическую замену СВЧ фильтров и необходимость иметь несколько видов частотно зависимых компонентов в системе.
3. Работа в незагруженном частотном диапазоне, а также незначительное, до 500 метров, распространение ВЧ сигнала обеспечивает возможность эксплуатации рядом расположенных на местности подобных сверхвысокоскоростных MESH-сетей.
4. Существенно облегчается возможность выделения рабочих полос частот государственными радиочастотными органами.
5. В отличие от существующих узлов MESH-сетей решена проблема дуплексной передачи пакетов, что существенно снижает время простоя узла MESH-сети.
Литература
1. Руководство по технологии объединенных сетей. 4-е издание. М., 2005.