иерархическая сеть связи

Формула изобретения

Иерархическая сеть связи, содержащая локальные сети различных уровней с подключенными к ним абонентскими блоками и узлы перехода, содержащие приемный сетевой интерфейс, вход которого соединен с соответствующей локальной сетью, подключенной к выходу передающего сетевого интерфейса, узлы перехода выполнены многопортовыми, при этом порты узлов перехода различных уровней соединены между собой, выход приемного сетевого интерфейса через первый узел формирования ячеек соединен с входом первого узла доступа, выход которого соединен с внутренней шиной, в свою очередь соединенной с входом первого узла фильтрации, выход которого через второй узел формирования ячеек соединен с входом передающего сетевого интерфейса, каждый порт содержит последовательно соединенные приемный межсетевой интерфейс, третий узел формирования ячеек и второй узел доступа, выход которого соединен с внутренней шиной, которая, в свою очередь, соединена через второй узел фильтрации и четвертый узел формирования ячеек с передающим межсетевым интерфейсом, выход которого соединен с входом приемного межсетевого интерфейса, при этом в каждый узел перехода введен блок обработки, выходами соединенный со всеми блоками, узлами и интерфейсами узла перехода, отличающаяся тем, что в узлах перехода введены четыре устройства формирования топологии, в состав каждого из которых входит блок формирования топологии, выделяющий информацию об изменении конфигурации всей сети из адресной части кадра, блок коррекции топологии, блок анализа качества топологии, блок выбора топологии, выделитель адреса кадра, регистр адреса кадра, блок формирования адреса ячеек, задающий адресный блок, причем вход первого устройства формирования топологии соединен с первым входом первого узла формирования ячеек, выход первого устройства формирования топологии соединен с адресным входом первого узла формирования ячеек, соединения второго, третьего и четвертого устройства формирования топологии с вторым, третьим и четвертым узлом формирования ячеек аналогичны, вход выделителя адреса кадра и вход блока анализа качества топологии соединены и являются входом устройства формирования топологии, выход блока анализа качества топологии соединен с входом блока выбора топологии, выход блока выделителя адреса кадра соединен с входом регистра адреса кадра, выход блока выбора топологии соединен с первым входом блока коррекции топологии, выход регистра адреса кадра соединен с вторым входом блока коррекции топологии, первый выход блока коррекции топологии соединен с входом блока формирования топологии, выход блока формирования топологии соединен со входом блока обработки, второй выход блока коррекции топологии соединен с первым входом блока формирования адреса ячеек и входом задающего адресного блока, выход задающего адресного блока соединен с вторым входом блока формирования адреса ячеек, выход которого соединен с адресным входом узла формирования ячеек, в свою очередь блок формирования топологии содержит блок декомпозиции, блок селекции связей, формирователь блок-матрицы и вычислитель структурных параметров, причем вход блока декомпозиции соединен с первым выходом блока коррекции топологии, первый выход блока декомпозиции соединен с входом блока селекции связей, второй выход блока декомпозиции соединен с первым входом формирователя блок-матрицы, выход блока селекции связей соединен с вторым входом формирователя блок-матрицы, выход формирователя блок-матрицы соединен с входом вычислителя структурных параметров, выход вычислителя структурных параметров соединен с входом блока обработки, при этом в адрес передаваемого кадра информации введен код топологии сети.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к построению сетей связи и может быть использовано для передачи информации по беспроводным сетям интегрального обслуживания.

Известна иерархическая сеть связи (патент РФ №2004946, кл. Н 04 Q 11/06, 1993), в которой уменьшено время передачи за счет анализа только части адресного кадра для определения принадлежности к уровню локальной сети. Недостатком данной сети является то, что транзитные трафики подключенных сетей низшего уровня конкурируют между собой и с трафиком высшего уровня. Это приводит к резкому увеличению времени ожидания для доступа.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является иерархическая сеть связи (патент РФ №2118069, кл. Н 04 Q 11/06, 1998), содержащая локальные сети различных уровней с подключенными к ним абонентскими блоками и узлы перехода, приемный сетевой интерфейс, передающий сетевой интерфейс, узлы обработки, внутреннюю шину, узлы доступа, узлы формирования ячеек, приемный и передающий межсетевые интерфейсы, узлы фильтрации, узлы формирования ячеек, блок формирования и преобразования адреса ячеек, в составе которого выделитель адреса кадра, блок формирования адреса ячейки, задающий адресный блок и регистр адреса кадра. В данной сети уменьшение времени передачи информации происходит за счет прямого аппаратного преобразования адреса назначения передаваемого кадра информации в адрес ячейки и исключения маршрутных таблиц.

Недостатком данной иерархической сети связи является невозможность динамического и гибкого изменения структуры сети из-за отсутствия информации о сетевой топологии.

Техническим результатом изобретения является создание сети связи с гибкой и легко расширяемой конфигурацией без существенного увеличения мощности вычислительной техники и повышение скорости передачи информации.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в иерархической сети связи, содержащей локальные сети различных уровней с подключенными к ним абонентскими блоками и узлы перехода, содержащие приемный сетевой интерфейс, вход которого соединен с соответствующей локальной сетью, подключенной к выходу передающего сетевого интерфейса, узлы перехода выполнены многопортовыми, при этом порты узлов перехода различных уровней соединены между собой, выход приемного сетевого интерфейса через первый узел формирования ячеек соединен с входом первого узла доступа, выход которого соединен с внутренней шиной, в свою очередь соединенной с входом первого узла фильтрации, выход которого через второй узел формирования ячеек соединен с входом передающего сетевого интерфейса, при этом между первым и адресным входами первого, а также второго узлов формирования ячеек включены соответственно первый и второй блоки формирования и преобразования адреса ячеек, а каждый порт содержит последовательно соединенные приемный сетевой интерфейс, третий узел формирования ячеек и второй узел доступа, выход которого соединен с внутренней шиной, которая в свою очередь соединена через второй узел фильтрации и четвертый узел формирования ячеек с передающим межсетевым интерфейсом, выход которого соединен с входом приемного межсетевого интерфейса, при этом между первым и адресным входами третьего, а также четвертого узлов формирования ячеек включены соответственно третий и четвертый блоки формирования и преобразования адреса ячеек, при этом в каждый узел перехода введен блок обработки, выходами соединенный со всеми блоками, узлами и интерфейсами узла перехода, блоки формирования и преобразования адреса ячеек заменяются на устройства формирования топологии, в состав которых вводится блок формирования топологии, выделяющий информацию об изменении конфигурации всей сети из адресной части кадра, блок коррекции топологии, блок анализа качества топологии, блок выбора топологии, выделитель адреса кадра, регистр адреса кадра, блок формирования адреса ячеек, задающий адресный блок, причем вход первого устройства формирования топологии соединен с первым входом первого узла формирования ячеек, выход первого устройства формирования топологии соединен с адресным входом первого узла формирования ячеек, соединения второго, третьего и четвертого устройства формирования топологии с вторым, третьим и четвертым узлом формирования ячеек аналогичны, вход выделителя адреса кадра и вход блока анализа качества топологии соединены и являются входом устройства формирования топологии, выход блока анализа качества топологии соединен с входом блока выбора топологии, выход блока выделителя адреса кадра соединен с входом регистра адреса кадра, выход блока выбора топологии соединен с первым входом блока коррекции топологии, выход регистра адреса кадра соединен с вторым входом блока коррекции топологии, первый выход блока коррекции топологии соединен с входом блока формирования топологии, выход блока формирования топологии соединен с входом блока обработки, второй выход блока коррекции топологии соединен с первым входом блока формирования адреса ячеек и входом задающего адресного блока, выход задающего адресного блока соединен с вторым входом блока формирования адреса ячеек, выход которого соединен с адресным входом узла формирования ячеек, в свою очередь блок формирования топологии содержит блок декомпозиции, блок селекции связей, формирователь блок-матрицы и вычислитель структурных параметров, причем вход блока декомпозиции соединен с выходом блока коррекции топологии, первый выход блока декомпозиции соединен с входом блока селекции связей, второй выход блока декомпозиции соединен с первым входом формирователя блок-матрицы, выход блока селекции связей соединен с вторым входом формирователя блок-матрицы, выход формирователя блок-матрицы соединен с входом вычислителя структурных параметров, выход вычислителя структурных параметров соединен с входом блока обработки, при этом в адрес передаваемого кадра информации вводится код топологии сети. Устройство формирования топологии преобразует код топологии в развернутую упорядоченную структуру, что обеспечивает возможность гибкого управления конфигурацией сети без существенного увеличения вычислительного ресурса.

Таким образом, для передачи информации о топологии сети достаточно передать только код топологии, который однозначно описывает топологию всей сети.

На фиг.1 представлена структурная схема радиосети связи и адресное поле передаваемого кадра информации.

На фиг.2 приведена структурная электрическая схема устройства формирования топологии сети.

На фиг.3 приведено адресное поле передаваемой ячейки.

На фиг.4 приведена структурная электрическая схема блока формирования топологии.

Распределенная радиосеть связи (фиг.1) состоит из: локальных сетей, включающих абонентские блоки 1 и узлы перехода 2. Каждый узел перехода 2 содержит узел обработки 3, внутреннюю шину 4, узлы доступа 5, узлы формирования ячеек 6, приемный сетевой интерфейс 7, приемный межсетевой интерфейс 8, узлы фильтрации 9, передающий сетевой интерфейс 10, передающий межсетевой интерфейс 11 и устройство формирования топологии 12, причем выход на локальную сеть абонентских блоков 1 соединен с входом приемного сетевого интерфейса 7 и с выходом передающего сетевого интерфейса 10, выход приемного сетевого интерфейса 7 соединен с первым входом первого узла формирования ячеек 6 и входом первого устройства формирования топологии 12, выход первого устройства формирования топологии соединен с адресным входом первого узла формирования ячеек 6, выход первого узла формирования ячеек 6 соединен с входом первого узла доступа 5, выход первого узла доступа 5 соединен с внутренней шиной 4, вход первого узла фильтрации 9 соединен с выходом внутренней шины 4, выход первого узла фильтрации 9 соединен с первым входом второго узла формирования ячеек 6 и входом второго устройства формирования топологии 12, выход второго устройства формирования топологии 12 соединен с адресным входом второго узла формирования ячеек 6, выход второго узла формирования ячеек 6 соединен с входом передающего межсетевого интерфейса 11, выход передающего межсетевого интерфейса 11 соединен с входом приемного межсетевого интерфейса 8 и входом узла перехода 2 сети высшего уровня, выход приемного межсетевого интерфейса 8 соединен с первым входом третьего узла формирования ячеек 6 и входом третьего устройства формирования топологии 12, выход третьего устройства формирования топологии 12 соединен с адресным входом третьего узла формирования ячеек 6, выход третьего узла формирования ячеек 6 соединен с входом второго узла доступа 5, выход второго узла доступа 5 соединен с входом внутренней шины 4, вход второго узла фильтрации 9 соединен с выходом внутренней шины 4, выход второго узла фильтрации 9 соединен с первым входом четвертого узла формирования ячеек 6 и входом четвертого устройства формирования топологии 12, выход четвертого устройства формирования топологии 12 соединен с адресным входом четвертого узла формирования ячеек 6, выход четвертого узла формирования ячеек 6 соединен с входом передающего сетевого интерфейса 10.

Устройство формирования топологии (фиг.2) содержит выделитель адреса кадра 13, регистр адреса кадра 14, блок формирования адреса ячеек 15, блок анализа качества топологии 16, блок выбора топологии 17, блок коррекции топологии 18, блок формирования топологии 19 и задающий адресный блок 20, причем вход выделителя адреса кадра 13 и вход блока анализа качества топологии 16 соединены и являются входом устройства формирования топологии, выход блока анализа качества качества топологии 16 соединен с входом блока выбора топологии 17, выход блока выделителя адреса кадра 13 соединен с входом регистра адреса кадра 14, выход блока выбора топологии 17 соединен с первым входом блока коррекции топологии 18, выход регистра адреса кадра 14 соединен с вторым входом блока коррекции топологии 18, первый выход блока коррекции топологии 18 соединен с входом блока формирования топологии 19, выход блока формирования топологии 19 соединен с входом блока обработки 3, выходы которого соединены со всеми блоками, узлами и интерфейсами узла перехода 2, второй выход блока коррекции топологии 18 соединен с первым входом блока формирования адреса ячеек 15 и входом задающего адресного блока 20, выход задающего адресного блока 20 соединен с вторым входом блока формирования адреса ячеек 15, выход которого соединен с адресным входом узла формирования ячеек 6.

Радиосеть связи работает следующим образом.

Старшая часть Р адресного поля (фиг.1) остается для всех неизменной, а младшая часть, входящая в заголовок кадра информации, разбивается на части (ступени). В частях А₁ и А₂ содержится код топологии всей сети (соединение узлов перехода 2) и код топологии локальной сети узла отправления соответственно, в части В, С, D записан адрес назначения, часть В есть идентификационный номер узла перехода 2, часть С содержит номер порта узла перехода 2, в часть D заносится номер абонентского блока 1. Далее следует информационное поле И.

При прохождении информации с абонентского блока 1 (фиг.1) локальной сети кадр данных через приемный сетевой интерфейс 7 поступает на узел формирования ячеек 6, в котором производится разбиение кадра на информационные блоки, а адресная часть формируется устройством формирования топологии 12.

В устройстве формирования топологии 12 (фиг.2) адресная часть кадра с помощью выделителя адреса кадра 13 заносится в регистр адреса кадра 14, откуда поступает на второй вход блока коррекции топологии 18. В блоке анализа качества топологии 16 оцениваются связность и диаметр структуры сети, при выходе одного из параметров за пределы допустимого, блок 16 посылает запрос в блок выбора топологии 17, в котором хранится текущая информация о числе узлов в сети, среднее число соседей (степень) узла, необходимое число уровней (локальных сетей). На основе данной информации блок выбора топологии 17 определяет исходные параметры новой топологии и выдает соответствующий код на первый вход блока коррекции топологии 18. Блок коррекции топологии 18 обновляет код топологии, если поступает сигнал с блока 17. Из блока 18 код топологии поступает по трем направлениям: в блок формирования топологии 19, где он преобразуется в упорядоченную структуру сети и далее хранится в узле обработки 3; в задающий адресный блок 20 для хранения информации о текущем коде топологии глобальной и локальной сети; в блок формирования адреса ячеек 15. В блоке 15 определяется идентификационный номер узла перехода (номер локальной сети) путем сравнения части В адреса кадра. Неравенство части В адресного поля кадра с адресом, хранящимся в блоке 20, показывает, что абонентский блок 1 назначения находится в другой локальной сети, поэтому отбрасывается часть А₂ адресного поля кадра, так как нет необходимости передавать информацию о топологии локальной сети узла отправления. Если узел назначения и отправления находятся в одной локальной сети, то отбрасывается часть А₁. В результате такого анализа абонентские блоки 1 располагают информацией о топологии только своей локальной сети, а узлы перехода 2, кроме этого, имеют информацию о способе соединения узлов перехода 2 между собой, т.е. наблюдают топологию всей сети. Если нет необходимости в изменении топологии, сигнал с выхода блока 17 отсутствует и адресная часть кадра с блока 14 транзитом через блок 18 поступает в блоки 20 и 15, где происходят преобразования, описанные выше.

Таким образом, на выходе блока 15 в части А адресного поля ячейки (фиг.3) содержится только одна из частей - А₁ или А₂ адреса кадра, часть В адреса ячейки содержит номер узла перехода (локальной сети) назначения, часть С содержит номер порта назначения, в часть Е заносится номер порта отправления в узле перехода 2, из которого произошла передача. В части F указывается номер, присвоенный данному кадру, - номер виртуального канала. Необходимая информация из части D адресного ноля кадра содержится в части F адресного поля ячейки.

Адрес ячейки, содержащий информацию о топологии сети из блока 15, передается на адресный вход узла формирования ячеек 6, где заносится в заголовок всех ячеек, которые были сформированы при преобразовании кадра информации. В дальнейшем процесс установления соединения аналогичен рассмотренному в известной иерархической сети связи (патент РФ №2118069, кл. H 04 Q 11/06, 1998).

Способ формирования структуры радиосети, реализованный в блоке формирования топологии 19, основан на теории нечетких подмножеств (Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. - М.: Радио и связь, 1982 г.). Получаемые структуры являются нечеткими и имеют строгий порядок, благодаря чему для однозначного определения адреса узла перехода достаточно указать его идентификационный номер. Код топологии представляет собой операцию нахождения расстояния Хемминга между элементами множества принадлежности (характеристической функции) L. Свойства элементарной структуры L, составляющей ячейку сети, наследуются сложной структурой L^E, описывающей топологию всей сети, где Е - универсальное множество произвольной мощности. Таким образом, для построения структуры любой сложности достаточно задать элементарную структуру L. Блок формирования топологии 19 работает в соответствии с алгоритмом (Горев П.Г., Гораздовский Т.Я., Пасечников И.И., Желонкин В.В. Формирование структур пакетных радиосетей различной сложности. - М.: Радиотехника (журнал в журнале), 2001 г., №4, стр.25-30).

Блок формирования топологии 19 (Фиг.4) состоит из блока декомпозиции 21, блока селекции связей 22, формирователя блок-матрицы 23, вычислителя структурных параметров 24, причем вход блока декомпозиции 21 соединен с выходом блока 18 устройства формирования топологии 12, первый выход блока 21 соединен входом блока селекции связей 22, второй выход блока 21 соединен с первым входом блока 23, выход блока 22 соединен с входом блока 23, выход блока 23 соединен с входом вычислителя структурных параметров 24, выход блока 24 соединен с входом блока обработки 3. Вычислитель структурных параметров 24 определяет связность, диаметр структуры, число независимых путей и число абонентов синтезированной структуры, затем все данные выдаются в узел обработки 3, где принимается решение о соответствии синтезированной топологии выбранному критерию качества.

Эффективность предлагаемого изобретения выражается в повышении гибкости и наращиваемости конфигурации радиосети передачи данных с распределенным управлением топологией и маршрутизацией без существенного увеличения мощности вычислительного ресурса, повышении общей производительности сети, сокращении маршрутных таблиц и объема памяти в узлах перехода, что является актуальным для мобильных систем радиосвязи.