СПОСОБ АГРЕГАЦИИ НЕСКОЛЬКИХ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ЕДИНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ КАНАЛ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ УСЛУГ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ МАССОВОМУ ПОТРЕБИТЕЛЮ И УСТРОЙСТВО НА ЕГО ОСНОВЕ
METHOD OF AGGREGATION OF MULTIPLE DATA TRANSMISSION CHANNELS IN SINGLE LOGIC DATA TRANSFER CHECK FOR BROADBAND TRANSMISSION OF DATA TO MASS CONSUMER AND DEVICE BASED ON IT

Изобретение относится к портативным пользовательским системам беспроводной связи и, в частности, к устройствам маршрутизации, используемым в беспроводных сетях передачи данных для обеспечения более скоростного и более стабильного доступа к сетевым ресурсам, таким как сервера сети Интернет.
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 приемопередатчиков 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.
Из уровня техники известны системы и устройства агрегирования каналов связи [http://studopedia.ru/5_96707_agregirovanie-kanalov-svyazi.html], производителей Fast EtherChannel и Gigabit EtherChannel компании Cisco, MultiLink Trunking компании Nortel, Adaptive Load Balancing компании Intel и ряд других, объединяющие несколько физических портов в одну логическую магистраль на канальном уровне модели OSI с целью образования высокоскоростного канала передачи данных и повышения отказоустойчивости. Их работа основана на том, что все избыточные связи в одном агрегированном канале остаются в рабочем состоянии, а имеющийся трафик распределяется между ними для достижения балансировки нагрузки. При отказе одного из физических каналов, входящих в такую логическую магистраль, трафик распределяется между оставшимися физическими каналами.
Известен также маршрутизатор беспроводной связи с системой агрегирования каналов [https://www.mushroomnetworks.com/product/truffle], опубл.: 29.05.2016. Принцип работы построен на использовании как нескольких модемов с кабельной линией для агрегирования каналов, так и беспроводных модемов, подключенных к USB-портам маршрутизатора. При нестабильной работе одного из каналов связи, нагрузка пакетов загрузки и передачи данных перераспределяется на другие - более свободные и работающие.
Недостатком известных решений, функционирующих на агрегировании каналов, является сложность и громоздкость маршрутизатора, потребность подключения к нему внешних устройств связи через порты, которые замедляют обработку данных, как замедляют их и сами дополнительные устройства со своими микросхемами.
Такого рода системы не могут использоваться как пользовательские портативные устройства маршрутизации из-за больших габаритов и множества подключенным к ним устройств связи и множества каналов. Кроме того, они могут работать только в системе. Наиболее близким аналогом является система маршрутизации для беспроводной системы передачи информации (патент RU 125007U, опубл.: 20.02.2013.), содержащая в абонентской части связанные между собой входными/выходными шинами блок приемопередачи 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), отличающаяся 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. Она обеспечивает 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.
Недостатком решения является то, что в прототипе происходит деление на части информации в блоке, а затем эти части информации с новыми адресами получателей IP пакетов - адресами сетевой части системы маршрутизации, передаются одновременно по различным каналам связи, через различные сети.
Это ведет к тому, что в случае потери одного пакета в одном канале связи при зависании одного из модулей связи, теряется и вся отправка файла, поскольку он доходит испорченным (без 1 пакета). А если файл большой, то потери чреваты потерей трафика на повторную загрузку. В результате, сомнительно качество передачи данных, теряется весь смысл повышения скорости от увеличения трафика и времени на повторную загрузку или отправку файлов.
Поскольку IP-адреса отправки пакетов у каждого из каналов проводной или беспроводной связи различные, недостатком системы прототипа является необходимость настройки сетевой части системы, соответствующей абонентской части системы маршрутизации, которая бы идентифицировала все адреса единому пользователю и объединяла бы все пакеты, идущие по разным каналам связи. Т.е. требуется перестройка сетей и в неизмененных сетях система по прототипу не только не будет работать эффективно, а вообще не будет работать.
Задачей заявленного решения является устранение недостатков всех известных решений и прототипа.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции маршрутизатора с функцией агрегирования каналов, уменьшение габаритов, ускорение процесса передачи пакетов загрузки и передачи данных при перераспределении нагрузки, исключение необходимость каких-либо изменений сетевой части (работа в рамках современных сетей связи).
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ предоставления услуг широкополосной передачи данных массовому потребителю, характеризующийся использованием аппаратной части, состоящей из связанных между собой входными/выходными шинами блока приемопередачи локальной беспроводной сети (WLAN), блока управления маршрутизацией с микропроцессорным модулем, блока интерфейсов доступа к как минимум двум внешним беспроводным сетям, подсистемы взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), подсистемы взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN), при этом блок управления маршрутизацией используют для разделения на части и оценки частей исходной информации, причем части информации передают одновременно по различным каналам связи, через различные сети на единый адрес получателя, отличающийся тем, что управление маршрутизацией осуществляют с возможностью агрегации нескольких каналов - локальных каналов и/или беспроводных каналов передачи данных в единый логический канал передачи данных, а разделение на части передаваемой и получаемой частей информации осуществляют отдельными пакетами файлов с учетом пропускной способности и качества сигнала каждого из каналов передачи блока интерфейсов и подсистемы взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN), исходя из того, что файлы более крупного размера отправляют на передачу и загружают через каналы с большей пропускной способностью и лучшим качеством сигнала, а файлы меньшего размера отправляют на передачу и загружают через каналы с меньшей пропускной способностью и худшим качеством сигнала, причем процесс оценки выбора отправки или загрузки файлов через те или иные сетевые каналы осуществляют в блоке управления маршрутизацией после предварительного тестирования пропускной способности и качества сигнала каждой из беспроводных сетей блока интерфейсов и локальной проводной сети (LAN), где по результатам тестирования формируют ранжирование сетей от лучшей к худшей, причем тестирование и ранжирование повторяют в момент бездействия при отсутствии входящего и исходящего трафика, а с началом его потока используют для отправки или загрузки файлов последние результаты тестирования и ранжирования сетей; а при получении данных сначала данные оценивают по объему принимаемого пакета и количеству файлов через самый быстрый канал связи, определенный при ранжировании, оцененный пакет делят на файлы и распределяют объем данных по сетям в зависимости от ранжира, после чего передают данные потребителю через блок локальной беспроводной сети или подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN).
Предпочтительно, через удаленный сервер ведут мониторинг и контроль работы устройства.
Предпочтительно, при отправке или получении полного набора пакета файлов через одну из сетей блока интерфейсов или через подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), оставшиеся неотправленными или неполученными пакеты файлов, идущие по другим сетям, перераспределяют на свободные беспроводные сети или свободную локальную проводную сеть (LAN).
Также заявлено устройство для предоставления услуг широкополосной передачи данных, функционирующее согласно вышеописанного способа, содержащее связанные между собой входными/выходными шинами блок приемопередачи локальной беспроводной сети (WLAN), блок управления маршрутизацией с микропроцессорным модулем, блок интерфейсов доступа к как минимум двум внешним беспроводным сетям, подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), подсистему взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN), при этом блок управления маршрутизацией выполнен с возможностью разделения на части и суммирования частей исходной информации, отличающееся тем, что микропроцессорный модуль блока управления маршрутизацией выполнен с возможностью агрегации нескольких каналов -локальных каналов и/или беспроводных каналов передачи данных в единый логический канал передачи данных.
Модули беспроводной связи блока интерфейсов могут быть выполнены на единой печатной плате, либо в виде отдельных внешних устройств, подключаемых через внешние порты.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан пример конструктивной схемы реализации изобретения с использованием в качестве беспроводной связи Wi-Fi модулей.
На Фиг. 2 показан пример конструктивной схемы реализации изобретения с использованием в качестве беспроводной связи LTE-модемов подключаемых через внешние порты.
На Фиг. 3 показан пример конструктивной схемы реализации изобретения с использованием в качестве беспроводной связи Wi-Fi модуля и LTE-модема.
На Фиг. 4 показана блок-схема работы устройства на отправку данных согласно заявленному способу.
На Фиг. 5 показана блок-схема работы устройства на прием данных согласно заявленному способу.
На чертежах: 1 - блок приемопередачи локальной беспроводной сети (WLAN), 2 - блок управления маршрутами и взаимодействием подсистем, 3 - подсистема взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), 4 - блок интерфейсов доступа к внешним беспроводным сетям, 5 - подсистема взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN), 6 - блок интерфейсов проводного доступа (LAN), 7 - порт проводного доступа к локальным или удаленным сетевым ресурсам, 8 - микропроцессорный модуль, 9 - модуль беспроводной связи Wi-Fi, 10 - внешний USB-порт, 11 - LTE-модем, 12 - корпус устройства широкополосной передачи данных согласно изобретения, 13 - оборудование потребителя, 14 - Прием и анализ запроса запроса/посылки данных, 15 - Анализ доступности интерфейсов доступа и их производительности, качество сигнала, 16 - Ранжирование сетей, 17 - Деление данных на файлы и распределение объема по сетям в зависимости от ранжира, 18 - Передача данных, 19 - Состояние отсутствия трафика, 20 - Прием данных, 21 - Передача исходного запроса/посылки данных, 22 - Оценка объема загружаемого пакета.
Осуществление изобретения
Устройство для предоставления услуг широкополосной передачи данных, функционирующее согласно вышеописанного способа, может быть выполнено в едином корпусе 12, внутри которого расположены связанные между собой входными/выходными шинами блок приемопередачи локальной беспроводной сети 1 (WLAN), блок управления маршрутизацией 2 с микропроцессорным модулем 8, блок интерфейсов 4 доступа к как минимум двум внешним беспроводным сетям, например, через модуль 9 беспроводной связи Wi-Fi, либо через внешний USB-порт 10 и LTE-модем 11. Также устройство содержит подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN) 3, подсистему взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN) 5. Соответствующими входными/выходными шинами блок 2 управления маршрутами и взаимодействием подсистем связан с блоком локальной беспроводной сети 1, подсистемой взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN) 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.
Блок управления маршрутизацией 2 выполнен с возможностью разделения на части и суммирования частей исходной информации.
Микропроцессорный модуль 8 блока управления маршрутизацией выполнен с возможностью агрегации нескольких каналов - локальных каналов и/или беспроводных каналов передачи данных в единый логический канал передачи данных. Модули беспроводной связи 9 и 11 блока интерфейсов 4 могут быть выполнены на единой печатной плате, либо в виде отдельных внешних устройств, подключаемых через внешние порты 10, например, USB-порты.
Способ предоставления услуг широкополосной передачи данных массовому потребителю может быть реализован следующим образом. Используя аппаратную часть, состоящую из описанных выше элементов устройства 12, в котором блок управления 2 маршрутизацией используют для разделения 17 (см. Фиг. 4) на части и 22 суммирования (см. Фиг. 5) частей исходной информации, причем части информации передают одновременно по различным каналам связи, через различные сети на единый адрес получателя. Управление маршрутизацией осуществляют с возможностью агрегации нескольких каналов - локальных каналов 5 и/или беспроводных каналов 4 передачи данных в единый логический канал передачи данных.
Разделение 17 на части передаваемой 18 и принимаемой 20 частей информации осуществляют отдельными пакетами файлов с учетом пропускной способности и качества сигнала каждого из каналов передачи блока интерфейсов 4 и подсистемы взаимодействия с локальной или внешней проводной сетью (LAN/WAN) 5, исходя из того, что файлы более крупного размера отправляют на передачу и загружают через каналы с большей пропускной способностью и лучшим качеством сигнала, а файлы меньшего размера отправляют на передачу и загружают через каналы с меньшей пропускной способностью и худшим качеством сигнала.
После отправки от потребителя 13 сигналов или файлов через блок локальной беспроводной сети 1 или подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN) 3, осуществляют прием и анализ 14 запроса запроса/посылки данных. Процесс оценки выбора отправки от потребителя 13 полученной информации в блоке управления маршрутизацией 2 после предварительного тестирования 15 на анализ пропускной способности и качества сигнала каждой из беспроводных сетей блока интерфейсов 4 и локальной проводной сети (LAN) 5, где по результатам тестирования формируют ранжирование 16 сетей от лучшей к худшей, причем тестирование 15 и ранжирование 16 повторяют в момент бездействия (отсутствия входящего и исходящего трафика 19), а с началом его потока используют для отправки или загрузки файлов последние результаты тестирования и ранжирования сетей.
Допустимо, что через удаленный сервер ведут мониторинг и контроль работы устройства 12 и состояние его элементов.
При отправке или получении полного набора пакета файлов через одну из сетей блока интерфейсов или через подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN), оставшиеся неотправленными или неполученными пакеты файлов, идущие по другим сетям, могут быть перераспределены на свободные беспроводные сети или свободную локальную проводную сеть (LAN). Это снижает нагрузку на другие работающие сети за счет перераспределения нагрузки на бездействующие.
После анализа 15 доступности интерфейсов доступа и их производительности, качество сигнала (тестирования) и ранжирования 16 сетей, при отправке файлов или при получении пакета осуществляют деление 17 данных на файлы и распределение объема по сетям в зависимости от ранжира.
При получении данных во время приема 20 сначала данные оценивают 22 по объему принимаемого пакета и количеству файлов через самый быстрый канал связи, определенный при ранжировании. В итоге оценивается 22 пакет принимаемых данных по объему и файлам и затем ведут деление 17 данных на файлы и распределение объема по сетям в зависимости от ранжира, после чего передают исходный запрос/посылку 21 потребителю 13 через с блок локальной беспроводной сети 1 или подсистему взаимодействия с локальной проводной сетью (LAN) 3.
Изобретение, реализованное с использованием способа и устройства, агрегирует множество каналов передачи данных в единый логический канал передачи данных, тем самым обеспечивает лучшие характеристики канала передачи данных, чем возможности каждого отдельно взятого беспроводного модуля.
Использование изобретения позволяет предоставлять услуги передачи данных на скоростях, превышающих возможности каждого отдельно взятого оператора беспроводной передачи данных, повышает надежность передачи данных, превышающую надежность каждого отдельно взятого оператора беспроводной передачи данных. К числу возможных используемых беспроводных модулей блока интерфейсов могут относиться следующие устройства: беспроводные модули мобильной связи 2G/3G/4G/5G  для беспроводных сетей CDMA/WCDMA/UMTS/GSM; беспроводные модули Wi-Fi. Метод агрегации множества каналов передачи данных в единый канал не позволяет максимально использовать ресурсы агрегируемых каналов передачи данных для достижения высоких характеристик образованного логического канала.