RU2748574C1 - Method for distributing information flows in packet radio network and controlled modular router for its implementation - Google Patents

Method for distributing information flows in packet radio network and controlled modular router for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2748574C1
RU2748574C1 RU2020124508A RU2020124508A RU2748574C1 RU 2748574 C1 RU2748574 C1 RU 2748574C1 RU 2020124508 A RU2020124508 A RU 2020124508A RU 2020124508 A RU2020124508 A RU 2020124508A RU 2748574 C1 RU2748574 C1 RU 2748574C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radio
network
packet
packets
router
Prior art date
Application number
RU2020124508A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Прокофьевич Присяжнюк
Андрей Сергеевич Присяжнюк
Георгий Ревмирович Овчинников
Мария Александровна Сахарова
Денис Олегович Беляев
Иван Вячеславович Захаров
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Институт телекоммуникаций"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Институт телекоммуникаций" filed Critical Закрытое акционерное общество "Институт телекоммуникаций"
Priority to RU2020124508A priority Critical patent/RU2748574C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2748574C1 publication Critical patent/RU2748574C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/02Details
    • H04L12/06Answer-back mechanisms or circuits
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/54Store-and-forward switching systems 

Abstract

FIELD: communication systems.
SUBSTANCE: invention relates to communication systems, in particular to technologies for building self-organizing radio networks having controlled routers, as well as controlled routers for packet self-organizing radio networks, primarily using narrowband radio channels. The method is characterized by the fact that for the transmission of service and subscriber information, a single radio packet format is used, adapted to low-speed radio channels. A controlled router for implementing the above-described method of distributing information flows in a packet radio network is made in form of a main and backup non-blocking full-access matrix switches, to the inputs / outputs of which switching and routing modules, a control and management module, subscriber interface modules and radio channel interface modules are connected by high-speed serial interfaces.
EFFECT: invention is aimed at increasing the throughput and survivability of self-organizing packet radio networks.
6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к системам связи, в частности к технологиям построения самоорганизующихся радиосетей, содержащих управляемые маршрутизаторы, а также к управляемым маршрутизаторам для пакетных самоорганизующихся радиосетей, прежде всего использующих узкополосные радиоканалы.The invention relates to communication systems, in particular to technologies for building self-organizing radio networks containing controlled routers, as well as controlled routers for packet self-organizing radio networks, primarily using narrowband radio channels.

Решаемая изобретением техническая задача заключается в следующем.The technical problem solved by the invention is as follows.

Пакетные радиосети, использующие узкополосные радиоканалы, например, диапазона ультракоротких волн (УКВ), развертываются в целях оперативного обеспечения абонентов услугами по обмену данными и речевой информацией в случаях невозможности использования традиционных сетей связи (проводных, сотовых, спутниковых).Packet radio networks using narrowband radio channels, for example, of the ultrashort wave (VHF) range, are deployed in order to promptly provide subscribers with data exchange and voice information services in cases where traditional communication networks (wired, cellular, satellite) cannot be used.

Это могут быть труднодоступные районы с водными преградами и сильнопересеченной местностью, районы стихийных бедствий и боевых действий, в которых традиционные сети связи либо отсутствуют, либо подверглись разрушению.These can be hard-to-reach areas with water barriers and rugged terrain, areas of natural disasters and military operations, in which traditional communication networks are either absent or have been destroyed.

Пакетная радиосеть, рассматриваемая в настоящем изобретении, развертывается в районе оперативных действий (РОД) государственными или коммерческими структурами и состоит из множества идентичных маршрутизатор, соединенных между собой узкополосными радиоканалами. Маршрутизатора представляют собой управляемые модульные маршрутизаторы (УММ) к которым подключаются абоненты и приемопередающее оборудование радиоканалов (модемы, приемники и передатчики, антенно-фидерные маршрутизатора).The packet radio network, considered in the present invention, is deployed in the area of operations (ROA) by government or commercial structures and consists of many identical routers, interconnected by narrowband radio channels. Routers are controlled modular routers (UMM) to which subscribers and transmitting-receiving equipment of radio channels (modems, receivers and transmitters, antenna-feeder routers) are connected.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным маршрутизатором признаков.To assess the novelty of the claimed solution, let us consider a number of known technical means of a similar purpose, characterized by a set of features similar to the declared router.

Известен способ передачи данных по беспроводной ячеистой сети по патенту РФ №2476031, содержащий формирование первого заголовка ячейки, причем первый заголовок ячейки включает в себя множество полей, расширение первого заголовка ячейки посредством добавления к его началу второго протокольного заголовка для формирования второго заголовка ячейки, причем второй протокольный заголовок имеет формат, идентичный формату первого протокольного заголовка протокольного блока данных (PDU), и вставку второго заголовка ячейки в PDU перед первым протокольным заголовком. Данный патент описывает адресные поля заголовка ячейки (пакета) для беспроводной ячеистой (самоорганизующейся) сети, однако описываемый заголовок предназначен для высокоскоростных сетей, в которых дополнительные поля адресов внешнего источника и пункта назначения включаются как расширения заголовка пакета (ячейки), что приводит к увеличению длины заголовка пакета, что нежелательно для низкоскоростных радиосетей.A known method of transmitting data over a wireless mesh network according to RF patent No. 2476031, containing the formation of the first cell header, and the first cell header includes a plurality of fields, expanding the first cell header by adding a second protocol header to its beginning to form a second cell header, and the second the protocol header has the same format as the first protocol data unit (PDU) header, and the second cell header is inserted into the PDU before the first protocol header. This patent describes the address fields of a cell (packet) header for a wireless mesh (self-organizing) network, however, the described header is intended for high-speed networks in which additional external source and destination address fields are included as extensions of the packet (cell) header, which leads to an increase in the length packet header, which is undesirable for low-speed radio networks.

Известен способ формирования гибридной mesh-сети для рассредоточенных пользователей по патенту РФ №2504926, относящийся к технологии построения беспроводных самоорганизующихся сетей с центральной станцией. Сеть составляют из сегментов, содержащих центральную станцию и группу абонентских станций, причем каждая из станций имеет два тракта приемопередачи. Один из трактов используется для штатной работы в сети, а при помощи второго тракта приемопередачи абонентская станция прослушивает резервные частотные полосы из диапазона системы, специально выделенные для служебных или аварийных передач. При обнаружении незанятой резервной частотной полосы абонентская станция передает кадр-маяк, который используется станциями, потерявшими связь с сетью, для восстановления доступа в сеть при невозможности установления связи с центральной станцией любого из сегментов сети.A known method of forming a hybrid mesh network for dispersed users according to RF patent No. 2504926, related to the technology of building wireless self-organizing networks with a central station. The network is made up of segments containing a central station and a group of subscriber stations, each of the stations having two transceiver paths. One of the paths is used for normal operation in the network, and with the help of the second transceiver path, the subscriber station listens to the reserve frequency bands from the system range, specially allocated for service or emergency transmissions. When an unoccupied reserve frequency band is detected, the subscriber station transmits a beacon frame, which is used by the stations that have lost communication with the network to restore access to the network if it is impossible to establish communication with the central station of any of the network segments.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа первого независимого объекта заявленного изобретения.This technical solution was adopted as a prototype of the first independent object of the claimed invention.

Данное решение обеспечивает повышение способности сети к самовосстановлению, гибкой перестройки ее структуры и оперативному перераспределению трафика в случае неравномерности загрузки каналов связи, но применение центральной станции снижает надежность и гибкость построения радиосети.This solution provides an increase in the ability of the network for self-healing, flexible restructuring of its structure and operational redistribution of traffic in case of uneven loading of communication channels, but the use of a central station reduces the reliability and flexibility of building a radio network.

Известен управляемый мультисервисный маршрутизатор по патенту РФ №172987, однако он относится к области построения маршрутизаторов быстрого Ethernet (протокол локальных вычислительных сетей со случайным доступом к среде передачи) и не охватывает область пакетных радиосетей.Known managed multiservice router according to RF patent No. 172987, however, it belongs to the field of building fast Ethernet routers (local area network protocol with random access to the transmission medium) and does not cover the area of packet radio networks.

Известен шлюз для автоматической маршрутизации сообщений между шинами по патенту РФ №2415511, включающий в себя несколько коммуникационных модулей для временного хранения и передачи сообщений по шинам и блок управления шлюзом, соединенный с коммуникационными модулями по системной шине для обмена сообщениями с возможностью получения от каждого коммуникационного модуля информации о появлении в нем предназначенного для маршрутизации сообщения, индицируемого как внешнее событие. Изобретение обеспечивает возможность создания шлюза для автоматической маршрутизации сообщений между шинами, пересылающего сообщения без влияния и независимо от загрузки центрального процессора.Known gateway for automatic routing of messages between buses according to the patent of the Russian Federation No. 2415511, which includes several communication modules for temporary storage and transmission of messages over the buses and a gateway control unit connected to the communication modules via the system bus for messaging with the ability to receive from each communication module information about the appearance in it of a message intended for routing, indicated as an external event. The invention provides the possibility of creating a gateway for automatic routing of messages between buses, forwarding messages without influence and regardless of the load of the central processor.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа второго независимого объекта заявленного изобретения.This technical solution was adopted as a prototype of the second independent object of the claimed invention.

Задачей изобретения является создание технологии распределения информационных потоков в пакетной радиосети, повышающей надежность и гибкость построения радиосети, а также создание управляемого модульного маршрутизатора для низкоскоростных пакетных радиосетей, использующего единый формат радиопакета для датаграммного режима и режима логических соединений.The objective of the invention is to create a technology for distributing information flows in a packet radio network, which increases the reliability and flexibility of building a radio network, as well as to create a controllable modular router for low-speed packet radio networks using a single radio packet format for datagram mode and logical connection mode.

Сущность первого независимого объекта изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.The essence of the first independent object of the invention is expressed in the following set of essential features sufficient to solve the technical problem indicated by the applicant and obtain the technical result provided by the invention.

Согласно первому независимому объекту изобретения способ распределения информационных потоков в пакетной радиосети, характеризуется тем, что для передачи всех видов служебной и абонентской информации используют единый формат радиопакета, который адаптируют к низкоскоростным радиоканалам.According to a first independent aspect of the invention, a method for distributing information streams in a packet radio network is characterized in that a single radio packet format is used to transmit all types of service and subscriber information, which is adapted to low-speed radio channels.

Кроме того, первый независимый объект изобретения характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:In addition, the first independent object of the invention is characterized by the presence of a number of additional optional features, namely:

- могут быть использованы два режима маршрутизации: режим отдельных независимых пакетов или режим потока взаимосвязанных пакетов по предварительно установленному наилучшему на данный момент времени маршруту;- two routing modes can be used: the mode of separate independent packets or the mode of the flow of interconnected packets along the previously established best route at a given time;

- каждому логическому соединению (ЛС), установленному в радиосети, ставится в соответствие уникальный идентификатор, состоящий из номеров логических каналов и MAC адресов маршрутизаторов, между которыми установлено это соединение;- each logical connection (LAN) established in the radio network is assigned a unique identifier consisting of the numbers of logical channels and MAC addresses of routers between which this connection is established;

- для установления и разрыва логических соединений в сети используются управляющие пакеты транспортного уровня.- to establish and break logical connections in the network, transport layer control packets are used.

Сущность второго независимого объекта изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.The essence of the second independent object of the invention is expressed in the following set of essential features sufficient to solve the technical problem indicated by the applicant and obtain the technical result provided by the invention.

Согласно второму независимому объекту изобретения управляемый модульный маршрутизатор для осуществления вышеописанного способа распределения информационных потоков в пакетной радиосети, выполнен в виде основного и резервного неблокируемых полнодоступных матричных коммутаторов, к входам/выходам которых высокоскоростным последовательными интерфейсами подключены модули коммутации и маршрутизации, модуль контроля и управления, модули абонентских интерфейсов и модули интерфейсов радиоканалов.According to the second independent object of the invention, a controlled modular router for implementing the above-described method of distributing information flows in a packet radio network is made in the form of a main and backup non-blocking full-access matrix switches, to the inputs / outputs of which switching and routing modules, a control and management module, modules subscriber interfaces and radio channel interface modules.

Кроме того, второй независимый объект изобретения характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:In addition, the second independent object of the invention is characterized by the presence of a number of additional optional features, namely:

- маршрутизация датаграмм осуществляется в модуле коммутации и маршрутизации;- routing of datagrams is carried out in the switching and routing module;

- количество модулей коммутации и маршрутизации определяется максимальными интенсивностями потоков датаграммных пакетов, поступающих в маршрутизатор от абонентов и из радиосети;- the number of switching and routing modules is determined by the maximum flow rates of datagram packets entering the router from subscribers and from the radio network;

- при наличии нескольких модулей коммутации и маршрутизации модуль контроля и управления выполнен с возможностью работы либо в режиме повышенной производительности, либо в режиме повышенной надежности;- in the presence of several switching and routing modules, the monitoring and control module is configured to operate either in the enhanced performance mode or in the enhanced reliability mode;

- маршрутизация радиопакетов в режиме логического соединения осуществляется модулем интерфейса радиоканала модуль и модулем абонентских интерфейсов по своим таблицам логических соединений без участия модуля коммутации и маршрутизации;- routing of radio packets in the logical connection mode is carried out by the radio channel interface module and the subscriber interfaces module according to their logical connection tables without the participation of the switching and routing module;

- управляемый маршрутизатор выполнен с возможностью одновременно на разных частотах принимать и передавать радиопакеты, предназначенные одному или различным узлам, находящихся в зоне электромагнитной доступности;.- the controlled router is capable of simultaneously receiving and transmitting radio packets at different frequencies, intended for one or different nodes located in the electromagnetic availability zone;

- управляемый маршрутизатор, порядковый номер которого совпадает с текущим номером цикла в сверхцикле, передает на всех выделенных частотах в слоте служебного канала имеющуюся у него текущую информацию о связности маршрутизаторов в сети и номерах зарезервированных у него слотов;- a managed router, the sequence number of which coincides with the current cycle number in the superframe, transmits on all allocated frequencies in the service channel slot its current information about the connectivity of routers in the network and the numbers of slots it has reserved;

- управляемый маршрутизатор, в котором радиопакеты абонентской нагрузки, а также управляющие пакеты сетевого и транспортного уровней, маршрутизируются между модулями через матричный коммутатор, а технологическое управление модулями осуществляет модулем контроля и управления через внутреннюю локальную сеть IP/Ethernet (Internet Protocol - протокол межсетевого взаимодействия).- a managed router, in which radio packets of the subscriber load, as well as control packets of the network and transport layers, are routed between the modules through the matrix switch, and the technological control of the modules is carried out by the control and management module through the internal local network IP / Ethernet (Internet Protocol) ...

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в увеличении пропускной способности и живучести пакетных самоорганизующихся радиосетей, а также в расширении перечня и повышения качества услуг связи, предоставляемых разнородным абонентам в районе развертывания пакетной радиосети при использовании режима логических соединений, реализуемого в управляемых модульных маршрутизаторах.The claimed set of essential features ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the throughput and survivability of self-organizing packet radio networks, as well as in expanding the list and improving the quality of communication services provided to heterogeneous subscribers in the deployment area of the packet radio network when using the logical connection mode, implemented in controlled modular routers.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 представлена схема организации УКВ радиосети, на фиг. 2 - структура канального уровня в режиме множественного доступа с временным разделением радиоканала (Time Division Multiply Access - TDMA), на фиг. 3 - структурная схема управляемого модульного маршрутизатора (УММ), на фиг. 4 - схема маршрутизации потоков пакетов в УММ в режимах передачи датаграмм и логических соединений.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, in which FIG. 1 shows a diagram of the organization of a VHF radio network, FIG. 2 illustrates a data link layer structure in Time Division Multiply Access (TDMA) mode, FIG. 3 is a block diagram of a controlled modular router (UMM), FIG. 4 is a diagram of routing of packet streams in the UMM in modes of transmission of datagrams and logical connections

На чертеже обозначены:The drawing indicates:

100 - управляемый модульный маршрутизатор (УММ);100 - controlled modular router (UMM);

101, 102, 103 - модуль интерфейсный радиоканала (МИР);101, 102, 103 - interface radio channel module (MIR);

104 - модуль контроля и управления (МКУ) основной;104 - main control and management module (MCU);

105 - модуль контроля и управления (МКУ) резервный;105 - monitoring and control module (MCU) backup;

106 - модуль абонентских интерфейсов (МАИ) Ethernet;106 - Ethernet subscriber interface module (MAI);

107 - модуль абонентских интерфейсов С1-ФЛ-БИ (синхронный биимпульсный инерфейс физической линии);107 - module of subscriber interfaces S1-FL-BI (synchronous bi-pulse physical line interface);

108, 109 - модуль коммутации и маршрутизации (МКМ);108, 109 - switching and routing module (MCM);

110 - интерфейс локальной вычислительной сети (ЛВС) Ethemet/IP/UDP основной (User Datagram Protocol - протокол пользовательских датаграмм);110 - interface of the local area network (LAN) Ethemet / IP / UDP main (User Datagram Protocol);

111 - интерфейс LVDS (Low Voltage Differential Signalling) - низковольтная дифференциальная передача сигналов по интерфейсу высокоскоростной передачи данных);111 - LVDS interface (Low Voltage Differential Signalling);

112 - абонентский интерфейс Ethernet 1000 Base-FX, Ethernet 1000 Base-TX;112 - subscriber interface Ethernet 1000 Base-FX, Ethernet 1000 Base-TX;

113 интерфейс С1-ФЛ-БИ для подключения речевых абонентских терминалов;113 interface S1-FL-BI for connecting voice subscriber terminals;

114 - стык RS-232 (асинхронный последовательный интерфейс) для подключения модемного оборудования радиоканалов;114 - RS-232 interface (asynchronous serial interface) for connecting modem equipment of radio channels;

115 - матричный коммутатор (МК) основной115 - matrix switcher (MK) main

116 - матричный коммутатор резервный;116 - backup matrix switch;

117 - интерфейс локальной вычислительной сети (ЛВС) Ethernet IP/UDP резервный;117 - interface of the local area network (LAN) Ethernet IP / UDP backup;

118 - интерфейс Ethernet IP/UDP для подключения к ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) оператора.118 - Ethernet IP / UDP interface for connection to the operator's PC (personal computer).

Заявленный способ с использованием заявленных управляемых модульных маршрутизаторов реализуют следующим образом.The claimed method using the claimed managed modular routers is implemented as follows.

На фиг. 1 показан пример построения сети такой радиосети, состоящей из пяти маршрутизаторов, которым на подуровне MAC (Media Access Control - управление доступом к среде передачи) присвоены MAC адреса: '01, '02', '03', '04', '05'.FIG. 1 shows an example of building a network of such a radio network, consisting of five routers, which are assigned MAC addresses at the MAC (Media Access Control) sublayer: '01, '02', '03', '04', '05' ...

Каждый маршрутизатор, располагаясь на местности, образует вокруг себя зону электромагнитной доступности (на фиг. 1 зоны изображены пунктирными окружностями).Each router, located on the ground, forms around itself a zone of electromagnetic accessibility (in Fig. 1, the zones are shown by dotted circles).

Например, если на частоте f1 маршрутизатор '03' находится в зоне электромагнитной доступности маршрутизатора '01' и маршрутизатор 01' находится в зоне электромагнитной доступности маршрутизатора '03', то между ними существует двухсторонний радиоканал, если нет, то радиоканал между данными маршрутизаторами отсутствует.For example, if on frequency f 1 router '03' is in the electromagnetic reach of router '01' and router 01 'is in the electromagnetic reach of router' 03 ', then there is a two-way radio channel between them, if not, then there is no radio channel between these routers ...

На фиг. 1 показано наличие радиоканалов между маршрутизаторами с MAC адресами '01' и '02'; '01' и '03'; '02' и '03'; '03' и '04'; '03' и '05'; '05' и '04', и его отсутствие между маршрутизаторами '01' и '05'; '02' и '04'; '01' и '04'.FIG. 1 shows the presence of radio channels between routers with MAC addresses '01' and '02'; '01' and '03'; '02' and '03'; '03' and '04'; '03' and '05'; '05' and '04', and its absence between routers '01' and '05'; '02' and '04'; '01' and '04'.

Радиосеть организуется таким образом, чтобы каждый маршрутизатор имел как минимум два-три смежных маршрутизатора, находящихся в его зоне электромагнитной доступности.The radio network is organized in such a way that each router has at least two or three adjacent routers within its electromagnetic reach.

Число маршрутизаторов в радиосети, организуемой в РОД, является переменным, т.е. маршрутизаторы в ходе проведения оперативных действий могут подключаться и отключаться от радиосети. Максимальное количество маршрутизаторов в радиосети «М» определяется площадью РОД «S», максимально допустимым количеством переприемов в радиосети «к», которое определяет максимальное время задержки информации в радиосети, и минимально допустимым числом резервных маршрутов между любыми парами «отправитель-получатель» - «г» которое в свою очередь определяет связность маршрутизатор в радиосети.The number of routers in the radio network organized in the ROD is variable, i.e. routers in the course of operational actions can connect and disconnect from the radio network. The maximum number of routers in the radio network "M" is determined by the area of the ROD "S", the maximum admissible number of hops in the radio network "k", which determines the maximum delay time of information in the radio network, and the minimum admissible number of backup routes between any pairs of "sender-recipient" - " r "which in turn determines the connectivity of the router in the radio network.

Абонентские терминалы могут подключаться к маршрутизаторам по проводным или оптоволоконным линиям связи, а также через точки беспроводного доступа Wi-Fi (Wireless Fidelity - технология беспроводной локальной сети).Subscriber terminals can connect to routers via wired or fiber-optic communication lines, as well as via Wi-Fi (Wireless Fidelity) wireless access points.

На фиг. 1 показано подключение абонентов U1, U2, U3, U4, абоненты U1 и U4 представляют собой абонентские речевые терминалы, подключающиеся к маршрутизаторам радиосети по синхронным интерфейсам С1-ФЛ-БИ; U3 и U2 - абонентские пункты передачи данных подключаются к УММ по стыку Ethernet.FIG. 1 shows the connection of subscribers U1, U2, U3, U4, subscribers U1 and U4 are subscriber voice terminals connected to the routers of the radio network via synchronous interfaces C1-FL-BI; U3 and U2 - subscriber data transmission points are connected to the UMM via the Ethernet interface.

Каждый маршрутизатор в радиосети является оконечным для подключенных к нему абонентов и транзитным для абонентов, подключенных к другим маршрутизаторам, т.е. в каждом маршрутизаторе производится анализ принятых пакетов из радиоканала по следующему признаку:Each router in the radio network is terminal for subscribers connected to it and transit for subscribers connected to other routers, i.e. in each router, the received packets from the radio channel are analyzed according to the following criteria:

- если адрес получателя, указанный в заголовке радиопакета совпадает с MAC адресом данного маршрутизатора, то пакет направляется одному из абонентов, подключенному к данному маршрутизатору,- if the recipient address specified in the header of the radio packet matches the MAC address of this router, then the packet is forwarded to one of the subscribers connected to this router,

- если нет, то радиопакет маршрутизируется в радиоканал для пересылки смежным маршрутизаторам, находящихся в зоне электромагнитной доступности.- if not, then the radio packet is routed to the radio channel for forwarding to adjacent routers that are in the electromagnetic reach.

В радиосети используются два режима маршрутизации:There are two routing modes used in a radio network:

- отдельных независимых пакетов (датаграмм);- separate independent packages (datagrams);

- потока взаимосвязанных пакетов по установленному наилучшему на данный момент маршруту (логическое соединение).- the flow of interconnected packets along the currently established best route (logical connection).

На физическом уровне радиосеть, рассматриваемая в изобретении, организуется на базе узкополосных радиоканалов с шириной полосы 6,25; 12,5; 25 и 50 кГц с использованием общеизвестных методов цифровой модуляции и помехоустойчивого кодирования в узкополосых каналах, например, FSK (Frequency Shift Keyng - частотная манипуляция), DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keyng) - дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция), сверточные и турбо-коды [3].At the physical level, the radio network considered in the invention is organized on the basis of narrowband radio channels with a bandwidth of 6.25; 12.5; 25 and 50 kHz using well-known digital modulation and noise-correcting coding in narrowband channels, for example, FSK (Frequency Shift Keyng), DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keyng), convolutional and turbo codes [ 3].

На канальном уровне осуществляется частотно-временное разделение радиоканала, сочетающее организацию работы маршрутизаторов на фиксированных частотах fi (i= от 1 до I, где I - количество номиналов частот, выделенных для использования в радиосети), и кроме того, на каждой частоте организуется множественный доступ в режиме временного разделения радиоканала (TDMA), фиг. 2 [3].At the channel level, the frequency-time division of the radio channel is carried out, combining the organization of the operation of routers at fixed frequencies f i (i = from 1 to I, where I is the number of nominal frequencies allocated for use in the radio network), and in addition, at each frequency, multiple TDMA access, FIG. 2 [3].

В режиме TDMA время передачи и приема разбивается на циклы длительностью Т секунд, причем длительность цикла не должна превышать допустимое время доставки абоненту информации данного вида (речь, данные) - TD.In TDMA mode, the transmission and reception time is divided into cycles of T seconds, and the cycle duration should not exceed the admissible time of delivery to the subscriber of information of this type (speech, data) - T D.

Если маршрут передачи информации проходит через несколько узлов (имеет k переприемов), то Т≤TD/k.If the information transmission route passes through several nodes (has k hops), then Т≤T D / k.

Циклы, в свою очередь состоят, из одинаковых временных слотов длительностью t секунд, T=n*t, где n - количество слотов в цикле.The cycles, in turn, consist of identical time slots with a duration of t seconds, T = n * t, where n is the number of slots in the cycle.

Каждый маршрутизатор может принимать и передавать радиопакеты во временных слотах на выделенных частотах, причем, один маршрутизатор технически может одновременно принимать и передавать информацию на разных частотах, предназначенную одному или различным маршрутизаторам (фиг. 1).Each router can receive and transmit radio packets in time slots at allocated frequencies, and one router can technically simultaneously receive and transmit information at different frequencies intended for one or different routers (Fig. 1).

Слоты используются как для передачи датаграмм, так и для передачи потоков пакетов в логических соединениях. В последнем случае при установлении логического соединения производится резервирование слотов на время сеанса связи.Slots are used both for transmitting datagrams and for transmitting streams of packets in logical connections. In the latter case, when establishing a logical connection, slots are reserved for the duration of the communication session.

Синхронизация временных шкал всех маршрутизаторов осуществляется высокостабильными местными генераторами, периодически подстраиваемыми по сигналам точного времени глобальных навигационных спутниковых сетей.Synchronization of time scales of all routers is carried out by highly stable local generators, periodically adjusted according to the signals of the exact time of global navigation satellite networks.

В рассматриваемой радиосети, в отличие от прототипа, используется распределенное управление доступом к радиоканалу без выделения отдельных узлов в качестве координаторов доступа. Для этого используется следующий алгоритм.In the considered radio network, in contrast to the prototype, distributed control of access to the radio channel is used without the allocation of individual nodes as access coordinators. For this, the following algorithm is used.

За каждым маршрутизатором закрепляется порядковый номер m от 1 до М, где М - максимальное количество маршрутизаторов, работающих в радиосети. М циклов образуют сверхцикл, длительностью Тсц=М*Т секунд.Each router is assigned a sequence number m from 1 to M, where M is the maximum number of routers operating in the radio network. M cycles form a supercycle, duration Tsc = M * T seconds.

Маршрутизатор, номер которого m совпадает с текущим номером цикла в сверхцикле, в первом слоте (слот служебного канала) этого цикла передает всем маршрутизаторам, находящимся в зоне его электромагнитной доступности, имеющуюся у него текущую информацию о связности сети и номерах зарезервированных у него слотов на каждой выделенной частоте.A router whose number m coincides with the current cycle number in a superframe, in the first slot (service channel slot) of this cycle, transmits to all routers within its electromagnetic availability zone its current information about the network connectivity and the numbers of its reserved slots on each allocated frequency.

Таким образом, на каждой частоте в течение каждого сверхцикла все маршрутизаторы в радиосети гарантированно передадут текущую информацию о своем состоянии, которая учитывается в каждом маршрутизаторе при построении маршрутов и резервировании слотов.Thus, at each frequency during each superframe, all routers in the radio network are guaranteed to transmit current information about their state, which is taken into account in each router when building routes and reserving slots.

Считается, что количество информации, описывающей связность и номера зарезервированных слотов, передаваемой в слоте служебного канала, фиксировано и составляет Lсл бит. Тогда длительность слота, в котором передается служебная информация:It is considered that the amount of information describing the connectivity and the numbers of the reserved slots transmitted in the overhead channel slot is fixed at L sl bits. Then the duration of the slot in which the service information is transmitted:

t=Lсл/Vр+tзи+tk, cl t = L / V r + t communications + t k,

где: Vp - скорость передачи информации в радиоканале, tзи - длительность защитного интервала, учитывающая время распространения радиосигнала на максимальное расстояние между маршрутизаторами в радиосети, tk - длительность, занимаемая битами контрольной суммы блока данных, фиг. 2.where: V p is the information transmission rate in the radio channel, t zi is the duration of the guard interval, which takes into account the propagation time of the radio signal to the maximum distance between the routers in the radio network, t k is the duration occupied by the bits of the checksum of the data block, Fig. 2.

Контрольная сумма блока данных, передаваемая в слоте служебного канала, может быть вычислена, например, по алгоритму CRC-16 (Cyclic Redundancy Check - циклическая контрольная сумма с образующим полиномом 16-ой степени), используемому в протоколе HDLC (High-Level Data Link Control - протокол высокоуровневого управления каналом передачи данных) и описанному в [2].The checksum of the data block transmitted in the service channel slot can be calculated, for example, using the CRC-16 algorithm (Cyclic Redundancy Check) used in the HDLC protocol (High-Level Data Link Control - protocol of high-level control of the data transmission channel) and described in [2].

В каждом цикле все маршрутизаторы, номера которых не совпадают с текущим номером сверхцикла, принимают данные в слоте служебного канала (для маршрутизаторов, находящихся вне зоны электромагнитной доступности передающего маршрутизатора, это будет шум), вычисляют контрольную сумму блока данных и сравнивают ее с данными, принятыми на интервале tk.In each cycle, all routers whose numbers do not coincide with the current superframe number receive data in the service channel slot (for routers outside the electromagnetic reach of the transmitting router, this will be noise), calculate the checksum of the data block and compare it with the data received on the interval t k .

Если контрольные суммы не совпадают, то информация, содержащаяся в данном слоте, считается искаженной (либо шумом), и она не учитывается в текущем цикле при обновлении информации о связности и номерах зарезервированных слотов, в расчете на то, что в следующем сверхцикле будет принята неискаженная информация от данного маршрутизатора.If the checksums do not match, then the information contained in this slot is considered distorted (or noise), and it is not taken into account in the current cycle when updating information about connectivity and numbers of reserved slots, in the expectation that an undistorted one will be received in the next superframe. information from this router.

Так как все слоты, включая служебный, имеют одинаковую длительность, можно определить количество слотов в цикле: n=T/t.Since all slots, including the service one, have the same duration, you can determine the number of slots in a cycle: n = T / t.

Варьированием величины tзи обеспечивается целочисленное значение n. By varying the value of t zi , an integer value of n is provided.

Информационные слоты, в цикле, количеством n-1, распределяются следующим образом:Information slots, in a cycle, n-1 in number, are distributed as follows:

d≥l слотов используются для случайного доступа и служат для передачи между маршрутизаторами датаграмм, n-d-1 слотов используются для передачи радиопакетов в режиме логических соединений.d≥l slots are used for random access and are used for transmitting datagrams between routers, n-d-1 slots are used for transmitting radio packets in logical connection mode.

Таким образом, каждый маршрутизатор на одной частоте может использовать d слотов для передачи радиопакетов в режиме случайного доступа и обслуживать до n-d-1 логических соединений, для которых были зарезервированы слоты при установлении логических соединений.Thus, each router on the same frequency can use d slots for transmitting radio packets in random access mode and serve up to n-d-1 logical connections for which slots were reserved when establishing logical connections.

Проблема коллизий в слотах случайного доступа решается при помощи алгоритма двоичного экспоненциального отката, используемого в протоколе Ethernet [2]. Если число логических соединений, обслуживаемых маршрутизатором в данном направлении, превышает n-d-1, то между смежными маршрутизаторами для логических соединений на время сеанса связи производится процедура резервирования слотов. Радиопакеты, содержащие запросы на резервирование слотов для логических соединений являются датаграммами и передаются в слотах случайного доступа.The problem of collisions in random access slots is solved using the binary exponential rollback algorithm used in the Ethernet protocol [2]. If the number of logical connections served by a router in a given direction exceeds n-d-1, then between adjacent routers for logical connections for the duration of the communication session, a slot reservation procedure is performed. Radio packets containing requests to reserve slots for logical connections are datagrams and are sent in random access slots.

Каждый информационный слот включает в себя защитный интервал и блок данных на канальном уровне, например, кадр HDLC. Формат кадра HDLC приведен на фиг. 2. В радиоканале кадр HDLC выполняет функции аналогичные кадру Ethernet для проводного канала связи. Кадр HDLC содержит заголовок длиной 3 байта, поле полезной нагрузки, длина которого определяется величиной скорости передачи информации в радиоканале и длительностью слота, и два байта контрольной суммы. Таким образом, объем служебной информации в кадре HDLC составляет всего 5 байт, против 26 байт в кадре Ethernet [2].Each data slot includes a guard interval and a data link layer, such as an HDLC frame. The HDLC frame format is shown in FIG. 2. In a radio link, an HDLC frame performs functions similar to an Ethernet frame for a wired link. The HDLC frame contains a 3-byte header, a payload field, the length of which is determined by the data rate in the radio channel and the slot duration, and two bytes of the checksum. Thus, the amount of service information in an HDLC frame is only 5 bytes, versus 26 bytes in an Ethernet frame [2].

Поля MAC адресов получателя и отправителя заголовке кадра HDLC, длиной каждый в один байт, содержат MAC адреса смежных маршрутизаторов, между которыми организован радиоканал. Поле управления определяет тип кадра - служебный, данных, речевой. Тип кадра определяет метод его обработки на приеме и необходимость переспроса при искажении - искаженные кадры речи не переспрашиваются. Для служебных кадров и кадров, содержащих пакеты данных организуется процедура переспроса в соответствии с протоколом HDLC. Если один или несколько радиопакетов, помещаемых в поле полезной нагрузки кадра HDLC, имеют меньшую суммарную длину, чем длина поля полезной нагрузки, то после байтов контрольной суммы кадра HDLC и до конца слота помещаются байты-заполнители с кодировкой '7Е' в шестнадцатеричной системе.The fields of the source and destination MAC addresses in the HDLC frame header, each one byte long, contain the MAC addresses of the adjacent routers between which the radio link is established. The control field determines the type of frame - service, data, speech. The type of frame determines the method of processing it at the reception and the need to re-ask if distorted - distorted speech frames are not asked again. For service frames and frames containing data packets, a re-request procedure is organized in accordance with the HDLC protocol. If one or more radio packets placed in the payload field of an HDLC frame have a shorter total length than the length of the payload field, then after the checksum bytes of the HDLC frame and to the end of the slot, placeholder bytes encoded '7E' in hexadecimal.

Пример расчета параметров режима TDMA.An example of calculating the parameters of the TDMA mode.

Для М=30 (максимальное количество маршрутизаторов в радиосети, типичное для проведения оперативных действий), k=4 (максимальное число переприемов в радиосети), TD=300 мс (допустимое время доставки речевой информации абонентам), Vp=64 кбит/с (скорость передачи информации в радиоканале с полосой 50 кГц) и Lсл=100 байт (объем информации о связности и зарезервированных слотах, передаваемой маршрутизаторами в слотах служебного канала), получим:For М = 30 (the maximum number of routers in the radio network, typical for carrying out operational actions), k = 4 (the maximum number of hops in the radio network), T D = 300 ms (admissible time of delivery of voice information to subscribers), V p = 64 kbit / s (the rate of information transmission in a radio channel with a bandwidth of 50 kHz) and L sl = 100 bytes (the amount of information about connectivity and reserved slots transmitted by routers in the slots of the service channel), we get:

- длительность цикла:- cycle time:

Т=300/4=75 мс;T = 300/4 = 75 ms;

- длительность сверхцикла, период обновления информации о связности логических соединениях в радиосети:- the duration of the superframe, the period of updating information about the connectivity of logical connections in the radio network:

Тсц=0,75*30=2,25с; Tsc = 0.75 * 30 = 2.25s;

- длительность передачи служебной информации:- the duration of the transmission of service information:

tсл=100*8/64000=12,5 мс;t w = 100 * 8/64000 = 12.5 ms;

- длительность передачи двух байт контрольной суммы в слоте служебного канала:- duration of transmission of two bytes of the checksum in the service channel slot:

tкс=16/64000=0,25 мс;t ks = 16/64000 = 0.25 ms;

- длительность защитного интервала выбирается таким образом, чтобы она учитывала время задержки радиосигнала в радиоканале максимальной протяженности, организуемом в РОД. Для tзи=2,25мс протяженность радиоканала составит 675 км, чего вполне достаточно для всех видов РОД, где развертываются пакетные радиосети УКВ диапазона;- the duration of the guard interval is chosen in such a way that it takes into account the delay time of the radio signal in the radio channel of the maximum length, organized in the ROD. For t zi = 2.25ms, the length of the radio channel will be 675 km, which is quite enough for all types of ROD, where VHF packet radio networks are deployed;

- длительность слота:- slot duration:

t=12,5+0,25+2,25=15 мс;t = 12.5 + 0.25 + 2.25 = 15 ms;

- число слотов в цикле:- number of slots in a loop:

n=75/15=5.n = 75/15 = 5.

В структуре цикла, рассмотренной в данном примере, один слот из пяти является служебным, два слота отводятся для передачи радиопакетов в режиме случайного доступа (передачи датаграмм) и два для передачи информации по логическим соединениям.In the frame structure considered in this example, one slot out of five is a service slot, two slots are allocated for transmitting radio packets in the random access mode (transmitting datagrams) and two for transmitting information over logical connections.

На сетевом уровне обмен информацией между маршрутизаторами (УММ) осуществляется радиопакетами, формат которых приведен в Таблице 1.At the network level, the exchange of information between routers (UMM) is carried out by radio packets, the format of which is shown in Table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Длина заголовка радиопакета составляет 7 байт, в отличие от заголовка пакета IP, составляющего 20 байт, что позволяет существенно снизить объем передаваемой служебной информации, объем которой критичен для низкоскоростных узкополосных радиоканалов.The length of the radio packet header is 7 bytes, in contrast to the IP packet header, which is 20 bytes, which can significantly reduce the amount of transmitted overhead information, the amount of which is critical for low-speed narrowband radio channels.

Поля заголовка «Сетевой адрес узла получателя» и «Сетевой адрес узла отправителя» содержат сетевые адреса оконечных маршрутизаторов, между которыми осуществляется обмен информацией (к которым подключаются абоненты сети).The header fields "Network address of the recipient's node" and "Network address of the sender's node" contain the network addresses of the terminal routers between which information is exchanged (to which network subscribers are connected).

Сетевые адреса маршрутизаторов имеют следующий формат.Router network addresses are in the following format.

Первый байт - MAC адрес узла в радиосети. При этом старший бит (крайний левый) первого байта указывает режим передачи пакета (здесь используется прямой порядок следования байт слева направо). Если старший бит первого байта равен 0, то радиопакет является датаграммой. В этом случае оставшиеся 7 бит байта определяют МАС-адрес узла в радиосети. Второй по порядку байт сетевого адреса для датаграмм - содержит адрес абонентского интерфейса, который имеет следующую структуру: биты (8-5) определяют тип интерфейса, биты (4-1) порядковый номер интерфейса для подключения к УММ соответствующих абонентов.The first byte is the MAC address of the node in the radio network. In this case, the most significant bit (leftmost) of the first byte indicates the transmission mode of the packet (here, byte lending is used from left to right). If the most significant bit of the first byte is 0, then the radio packet is a datagram. In this case, the remaining 7 bits of the byte determine the MAC address of the node in the radio network. The second in order byte of the network address for datagrams contains the address of the subscriber interface, which has the following structure: bits (8-5) determine the type of interface, bits (4-1) the serial number of the interface for connecting the corresponding subscribers to the UMM.

Типы абонентских интерфейсов, подключаемых к маршрутизаторам, приведены в Таблице 2.The types of subscriber interfaces connected to routers are shown in Table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

В таблице обозначены:The table indicates:

Е1(G.703) - первичный цифровой канал со скоростью 2048 Кбит/сЕ1 (G.703) - primary digital channel with a speed of 2048 kbps

Ethernet100/1000 Base-TX - интерфейс локальной вычислительной сети по витой паре со скоростью 100 Мбит/с или 1000 Мбит/сEthernet100 / 1000 Base-TX - local area network interface over twisted pair with a speed of 100 Mbit / s or 1000 Mbit / s

IEEE.802.11 - беспроводная локальная сеть со случайным доступом к среде передачиIEEE.802.11 - Random access wireless LAN

С1-ФЛ-БИ - синхронный биимпульсный интерфейс физической линии (ГОСТ 27232-87)C1-FL-BI - synchronous bi-pulse physical line interface (GOST 27232-87)

RS-232/485/422 - последовательный интерфейс передачи данныхRS-232/485/422 - serial data interface

Каждый из типов абонентских интерфейсов может иметь до 16 интерфейсов одного вида. Если количество интерфейсов данного вида должно быть увеличено (например, иметь 32 интерфейса Ethemet100/1000 Base-TX), то используются коды зарезервированных полей (Таблица 2).Each of the types of subscriber interfaces can have up to 16 interfaces of the same type. If the number of interfaces of this type should be increased (for example, to have 32 Ethemet100 / 1000 Base-TX interfaces), then reserved field codes are used (Table 2).

Если старший бит первого байта равен 1, то радиопакет передается в режиме логического соединения. Аналогично датаграммному режиму, оставшиеся 7 бит первого байта в этом режиме определяют МАС-адрес маршрутизатора в радиосети. Второй байт в режиме логического соединения содержит номер логического канала, закрепленного за абонентским интерфейсом узла получателя или отправителя, что представлено в таблице 3.If the most significant bit of the first byte is 1, then the radio packet is transmitted in logical connection mode. Similar to datagram mode, the remaining 7 bits of the first byte in this mode determine the MAC address of the router in the radio network. The second byte in the logical connection mode contains the number of the logical channel assigned to the subscriber interface of the receiver or sender node, which is presented in Table 3.

Figure 00000003
Figure 00000003

Четырехбитовое поле «Протокол» в заголовке радиопакета содержит кодировку типов пакетов, указанных в Таблице 4.The four-bit "Protocol" field in the radio packet header contains the encoding of the packet types shown in Table 4.

Figure 00000004
Figure 00000004

12-битное поле «Временная отметка» содержит значение времени в «тиках». Первые два бита определяют код цены «тика», последующие 10 бит - количество тиков, максимум 1024. Код цены «тика» устанавливается в зависимости от характеристик каналов радиосети и может иметь следующие значения:The 12-bit Timestamp field contains the time value in ticks. The first two bits define the tick price code, the next 10 bits - the number of ticks, maximum 1024. The tick price code is set depending on the characteristics of the radio network channels and can have the following meanings:

00 - десятки миллисекунд;00 - tens of milliseconds;

01 - сотни миллисекунд;01 - hundreds of milliseconds;

10 - секунды.10 - seconds.

8 - битное поле «Длина поля данных» в заголовке радиопакета определяет количество информационных байт, содержащихся в поле данных радиопакета и может изменяться от 0 до 255.The 8 - bit field "Data field length" in the header of the radio packet determines the number of information bytes contained in the data field of the radio packet and can vary from 0 to 255.

Длина поля данных радиопакета должна быть согласована с длиной поля данных полезной нагрузки кадра HDLC, которая в свою очередь определяется длительностью слота, рассчитанного из параметров TDMA. Поэтому, если длина абонентских блоков данных (сообщений), поступающих в маршрутизатор превосходит максимальную длину радиопакета, то маршрутизатор должен производить операции разбивки абонентского сообщения на радиопакеты при передаче его в радиоканал и сборки абонентских сообщений из радиопакетов, принятых из радиоканала.The length of the data field of the radio packet must match the length of the payload data field of the HDLC frame, which in turn is determined by the slot duration calculated from the TDMA parameters. Therefore, if the length of subscriber data blocks (messages) arriving at the router exceeds the maximum length of a radio packet, then the router must perform the operations of splitting the subscriber message into radio packets when transmitting it to the radio channel and assembling subscriber messages from radio packets received from the radio channel.

В качестве датаграмм в радиосети выступают пакеты управления различных уровней, и однопакетные абонентские сообщения (тип пакета указывается в поле «Протокол» заголовка радиопакета (Таблица 4).Control packets of various levels and single-packet subscriber messages act as datagrams in the radio network (the type of packet is indicated in the "Protocol" field of the radio packet header (Table 4).

В этом случае решение о выборе маршрута следования датаграммных пакетов принимается самостоятельно в каждом маршрутизаторе с использованием одношаговых таблиц маршрутизации датаграмм (таблица 5), периодически обновляемых подсистемой управления маршрутизацией на основе актуальной информации о связности сети, получаемой в слоте служебного канала от всех активных маршрутизатор в радиосети.In this case, the decision on the choice of the route of the datagram packets is made independently in each router using one-step datagram routing tables (Table 5), periodically updated by the routing control subsystem based on the actual information about the network connectivity received in the service channel slot from all active routers in the radio network. ...

Figure 00000005
Figure 00000005

Для получения актуальной информации о связности радиосети и построения на ее основе таблиц маршрутизации может использоваться протокол FSR (Fisheye State Routing - проактивный протокол маршрутизации, учитывающий удаленность узлов) [5].To obtain up-to-date information about the connectivity of a radio network and build routing tables on its basis, the FSR protocol (Fisheye State Routing - a proactive routing protocol that takes into account the remoteness of nodes) [5] can be used.

Маршрутизация пакетов в режиме логического соединения осуществляется по установленным фиксированным маршрутам (логическим соединениям) между оконечными узлами и реализуется протоколом транспортного уровня, рассмотренным ниже.Packet routing in the logical connection mode is carried out along the established fixed routes (logical connections) between the end nodes and is implemented by the transport layer protocol discussed below.

Режим логического соединения обеспечивает стабильность характеристик передачи пакетов, том числе минимизацию среднего времени и дисперсии задержки пакетов в сети, что является существенным для передачи речевой информации.The logical connection mode ensures the stability of the packet transmission characteristics, including the minimization of the average time and variance of packet delay in the network, which is essential for the transmission of voice information.

В отличие от протокола TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей [2]), который обеспечивает сквозное соединение между оконечными узлами через датаграммную сеть IP на каналах «хорошего» качества, в предложенном протоколе логического соединения фиксируется маршрут прохождения пакетов через выделенные в процессе установления соединения маршрутизаторы и радиоканалы, и тем самым обеспечивается стабильность его временных характеристик на время сеанса обмена информацией между абонентами.Unlike TCP (Transmission Control Protocol [2]), which provides end-to-end connection between end nodes via an IP datagram network on "good" quality channels, the proposed logical connection protocol fixes the route of packets through the allocated connecting routers and radio channels, and thereby ensuring the stability of its temporal characteristics for the duration of a session of information exchange between subscribers.

Эта особенность определяется тем фактором, что узкополосные радиоканалы имеют низкую пропускную способность (в среднем 9600 бит/с) и высокий уровень ошибок BER>10-3 (Bit error Ratio - коэффициент ошибок по битамThis feature is determined by the fact that narrowband radio channels have a low bandwidth (on average 9600 bit / s) and a high BER> 10 -3 (Bit error Ratio).

на которых протоколы, использующие пакеты формат IP, в том числе TCP, являются неработоспособными [1].on which protocols using IP format packets, including TCP, are inoperable [1].

Управляемый модульный маршрутизатор УММ, входящий в состав узлов рассматриваемой радиосети, представляет собой пакетный маршрутизатор для построения самоорганизующихся сетей.The controlled modular router UMM, which is part of the nodes of the considered radio network, is a packet router for building self-organizing networks.

На фиг. 3 УММ 100 состоит из основного 115 и резервного 116 неблокируемых полнодоступных матричных коммутаторов (МК), к входам/выходам которых высокоскоростными последовательными интерфейсами LVDS 111 подключаются функциональные модули коммутации и маршрутизации (МКМ) 108, 109, основной 104 и резервный 105 модули контроля и управления (МКУ), модули абонентских интерфейсов 106 и 107 (МАИ) и модули интерфейсов радиоканалов 101, 102, 103 (МИР).FIG. 3 UMM 100 consists of the main 115 and backup 116 non-blocking full-access matrix switches (MC), to the inputs / outputs of which functional switching and routing modules (MCM) 108, 109, main 104 and backup 105 control and management modules are connected by high-speed LVDS 111 serial interfaces (MKU), modules of subscriber interfaces 106 and 107 (MAI) and modules of interfaces of radio channels 101, 102, 103 (MIR).

В отличии от прототипа, где осуществляется маршрутизация сообщений между последовательными шинами, функциональные модули УММ обмениваются радиопакетами через высокоскоростные матричные коммутаторы.Unlike the prototype, where messages are routed between serial buses, UMM functional modules exchange radio packets through high-speed matrix switches.

Схемы неблокируемых полнодоступных матричных коммутаторов приведены, например, в [2].Diagrams of non-blocking full-access matrix switches are given, for example, in [2].

Количество функциональных модулей каждого вида является переменным и определяется требованиями по пропускной способности, канальной емкости и надежности, предъявляемыми к УММ со стороны радиосети. Основным отличием от прототипа, является то, что прототип описывает модульную, масштабируемой структуру для построения маршрутизаторов локальных сетей быстрого Ethernet, обращающихся к общей шине распределения данных. УММ вместо шины использует неблокируемый матричный коммутатор, который позволяет увеличить пропускную способность маршрутизатора. Кроме того, УММ предназначен для работы в узкополосных сетях радиосвязи, в которых для всех видов передаваемой информации используется радиопакет с единым формата заголовка, рассмотренном выше. УММ в радиосети обеспечивает маршрутизацию потоков пакетов входящего (в сеть) и исходящего (из сети) трафика (фиг. 4).The number of functional modules of each type is variable and is determined by the requirements for bandwidth, channel capacity and reliability imposed on the UMM by the radio network. The main difference from the prototype is that the prototype describes a modular, scalable structure for building fast Ethernet LAN routers that access a common data distribution bus. UMM uses a non-blocking matrix switch instead of a bus, which allows to increase the bandwidth of the router. In addition, the UMM is designed to work in narrow-band radio communication networks, in which a radio packet with a single header format, discussed above, is used for all types of transmitted information. UMM in a radio network provides routing of packet streams of incoming (to the network) and outgoing (from the network) traffic (Fig. 4).

При обработке входящего (в радиосеть) трафика МАИ 106, 107 принимают информацию от подключенных к ним абонентов по интерфейсам 112, 113, преобразуют их в радиопакеты и в зависимости от режима, установленного для данного вида трафика, пересылают их через МК либо в МКМ (датаграммный режим), либо в соответствующий МИР (режим виртуального соединения).When processing incoming (to the radio network) traffic, the MAI 106, 107 receive information from the subscribers connected to them via interfaces 112, 113, convert them into radio packets and, depending on the mode set for this type of traffic, send them through the MC or to the MCM (datagram mode), or to the corresponding WORLD (virtual connection mode).

При этом в режиме виртуального соединения МАИ в соответствии со своей таблицей логических соединений (ТЛС), Таблица 3 заменяет младший байт сетевого адреса на номер логического канала.In this case, in the MAI virtual connection mode, in accordance with its logical connection table (TLC), Table 3 replaces the low byte of the network address with the logical channel number.

МКМ по таблице маршрутизации датаграмм (ТМД), Таблица 5 для каждого датаграммного пакета выбирает наилучший на данный момент времени маршрут, определяет физический адрес МИР и пересылает его через МК для передачи в радиоканал.MCM on the datagram routing table (TMD), Table 5 for each datagram packet selects the best route at a given time, determines the physical address of the MIR and sends it through the MC for transmission to the radio channel.

МИР инкапсулирует пакет в канальный кадр HDLC и передает его в радиомодем. МИР реализует также множественный доступ в режиме временного разделения канала между узлами (TDMA), рассмотренный выше.MIR encapsulates the packet in an HDLC channel frame and transmits it to the radio modem. MIR also implements time division multiple access between nodes (TDMA), discussed above.

Каждый МИР интерфейсами 114 подключается к оборудованию радиоканала, работающему на одной из выделенных частот 5. Количество МИР (101, 102, 103) определяется количеством радиоканалов, подключенных к данному УММ и работающих на разных частотах.Each MIR interfaces 114 are connected to the radio channel equipment operating at one of the allocated frequencies 5. The number of MIRs (101, 102, 103) is determined by the number of radio channels connected to this UMM and operating at different frequencies.

В случае наличия в УММ нескольких МКМ (108 и 109), пакет из МАИ пересылается на свободный (наименее загруженный) МКМ на основе информации о загрузке, полученной от процессорного модуля контроля и управления (МКУ). Требуемое количество МКМ определяется максимально ожидаемыми интенсивностями потоков датаграммных пакетов, поступающих в данный УММ. При наличии нескольких МКМ, УММ может работать либо в режиме повышенной производительности (распределения нагрузки между МКМ) в случае увеличения интенсивности входящего потока пакетов, либо повышенной надежности (горячего резервирования) для обеспечения режима повышенной готовности. Переключение режимов работы (повышенная надежность или производительность) осуществляется и контролируется модулем контроля и управления по командам оператора с ПЭВМ.If there are several MCMs in the UMM (108 and 109), the packet from the MAI is forwarded to the free (least loaded) MCM based on the information about the load received from the processor control and monitoring module (MCU). The required number of MCMs is determined by the maximum expected rates of streams of datagram packets arriving at this UMM. In the presence of several MCMs, the UMM can operate either in the increased performance mode (load balancing between MCMs) in case of an increase in the intensity of the incoming packet flow, or in increased reliability (hot standby) to ensure high availability. Switching of operating modes (increased reliability or productivity) is carried out and controlled by the monitoring and control module by the operator's commands from the PC.

Маршрутизация радиопакетов в режиме логического соединения осуществляется МИР и МАИ УММ по своим таблицам логических соединений, без участия МКМ, фиг. 4, что на 30% сокращает время обработки пакета в УММ.The routing of radio packets in the logical connection mode is carried out by the MIR and MAI UMM according to their logical connection tables, without the participation of the MCM, Fig. 4, which reduces the processing time of the package in the UMM by 30%.

Таблица 6 и Таблица 3 соответственно являются примерами таблиц МИР и МАИ для УММ '01'.Table 6 and Table 3, respectively, are examples of MIR and MAI tables for UMM '01'.

Figure 00000006
Figure 00000006

При обработке исходящего (из радиосети) трафика, МИР принимает канальный кадр из радиоканала и выделяет из него радиопакет.When processing outgoing (from the radio network) traffic, the MIR receives a channel frame from the radio channel and extracts a radio packet from it.

Далее, в зависимости от адреса назначения и режима пересылки, указанных в заголовке, радиопакет пересылается через МК:Further, depending on the destination address and forwarding mode specified in the header, the radio packet is sent through the MC:

- в МКМ, если в заголовке радиопакета указан датаграммный режим;- in MKM, if the datagram mode is specified in the header of the radio packet;

- в один из МАИ в соответствии с таблицей логических соединений, (Таблица 6), если установлен режим логического соединения и сетевой адрес получателя, указанный в заголовке пакета, совпадает с сетевым адресом данного узла);- to one of the MAIs in accordance with the logical connection table (Table 6), if the logical connection mode is set and the recipient's network address specified in the packet header matches the network address of this node);

- в один из МИР в соответствии с таблицей логических соединений, (Таблица 6), возможно в тот же самый при перестановке радиопакетов в слотах на одной частоте, если установлен режим логического соединения и сетевой адрес получателя, указанный в заголовке радиопакета, не совпадает с сетевым адресом данного УММ (фиг. 4).- to one of the WORLD in accordance with the table of logical connections, (Table 6), possibly in the same one when rearranging radio packets in slots at the same frequency, if the logical connection mode is set and the recipient's network address specified in the radio packet header does not match the network the address of this UMM (Fig. 4).

МКМ анализирует сетевой адрес получателя в заголовке принятого от МИР радиопакета, и если адрес получателя совпадает с адресом данного узла, в соответствии с таблицей абонентских интерфейсов (ТАИ) (Таблица 7), определяет физический адрес соответствующего ему МАИ и пересылает ему пакет через МК (фиг. 4).The MCM analyzes the network address of the recipient in the header of the radio packet received from the MIR, and if the recipient's address matches the address of this node, in accordance with the table of subscriber interfaces (TAI) (Table 7), determines the physical address of the corresponding MAI and sends it the packet through the MC (Fig. . four).

Figure 00000007
Figure 00000007

Если сетевой адрес получателя не совпадает с адресом данного узла (датаграмма является транзитной), то по таблице маршрутизации датаграмм (таблица 5) определяется физический адрес МИР, в который должен быть переслан радиопакет. МИР инкапсулирует принятой сетевой пакет в канальный кадр HDLC и передает его в радиомодем по интерфейсу 114. МАИ, радиопакеты принятые от МКМ и МИР, преобразует в абонентские сообщения и пересылает их соответствующим абонентам по интерфейсам 112, 113 в соответствии с таблицей абонентских линий (ТАЛ) (Таблица 8).If the recipient's network address does not coincide with the address of this node (the datagram is transit), then the physical address of the MIR is determined according to the datagram routing table (Table 5), to which the radio packet should be sent. MIR encapsulates the received network packet into an HDLC channel frame and transmits it to the radio modem via interface 114. MAI converts radio packets received from MKM and MIR into subscriber messages and forwards them to the appropriate subscribers via interfaces 112, 113 in accordance with the table of subscriber lines (TAL) (Table 8).

Figure 00000008
Figure 00000008

Если установлен режим логического соединения, то по таблице логических соединений (Таблица 3), номер логического канала в младшем байте сетевого адреса заменяется на адрес абонентского интерфейса. МКУ 104 основной и 105 резервный осуществляют сбор информации о состоянии всех функциональных модулей УММ, включая МК, управление режимами их работы по интерфейсам 110, 117 организованной для этих целей внутренней ЛВС Ethernet по протоколу IP/UDP. Для взаимодействия с оператором, МКУ подключаются по отдельному каналу внешней ЛВС Ethernet 118 к ПЭВМ оператора. МКУ осуществляют загрузку в функциональные модули необходимой для их работы маршрутно-адресной информации, формируемой на ПЭВМ управления, распределение по МАИ запросов на организацию сеансов связи, поступающих от абонентов, подключенных к данному УММ, отключение неисправных и подключение резервных модулей (в том числе МК) при их наличии. МКУ работают в режиме горячего резервирования, обеспечивая при отказе основного МКУ 104, управление и мониторинг всех модулей УММ по резервной внутренней ЛВС Ethernet 117.If the logical connection mode is set, then according to the logical connection table (Table 3), the logical channel number in the low byte of the network address is replaced with the subscriber interface address. MCU 104 main and 105 backup collect information about the state of all functional modules of the UMM, including MC, control their operation modes via interfaces 110, 117 organized for these purposes by the internal Ethernet LAN using the IP / UDP protocol. To interact with the operator, MCUs are connected via a separate external LAN Ethernet 118 channel to the operator's PC. MCUs load into functional modules the routing and address information generated on the control PC, the distribution of requests for organizing communication sessions from subscribers connected to this UMM to the MAI, disconnection of faulty modules and connection of backup modules (including MC) if available. MCUs operate in hot standby mode, providing, in case of failure of the main MCU 104, control and monitoring of all UMM modules via the backup internal LAN Ethernet 117.

Переключение на резервный МКУ 105 и обратное переключение происходит по команде оператора с ПЭВМ. Все функциональные модули УММ - МКМ, МКУ, МИР, МИА и МК могут быть реализованы на базе СБИС «Система-на-кристалле» (СнК) FPGA Z-7020 фирмы Хilinx, или аналогичным по функциональным возможностям и производительности СнК [4]. СнК FPGA Z-7020 объединяет в себе 2-х ядерную процессорную систему Cortex-А9, используемую в качестве вычислительного ядра для всех функциональных модулей УММ и массив блоков программируемой логики для реализации всех видов интерфейсов МАИ и МИР.Switching to the backup MKU 105 and back switching occurs at the command of the operator from the PC. All UMM functional modules - MKM, MKU, MIR, MIA and MK can be implemented on the basis of the System-on-Chip VLSI (SoC) FPGA Z-7020 from Hilinx, or similar in functionality and performance SoC [4]. SoC FPGA Z-7020 combines a 2-core Cortex-A9 processor system used as a computing core for all UMM functional modules and an array of programmable logic blocks for implementing all types of MAI and MIR interfaces.

Такое решение позволяет сократить количество используемых в УММ микросхем, что в свою очередь снижает массо-габаритные характеристики, потребляемую мощность и стоимость маршрутизатора.This solution allows to reduce the number of microcircuits used in the UMM, which in turn reduces the weight and size characteristics, power consumption and the cost of the router.

Логические соединения (ЛС) устанавливаются в радиосети на транспортном уровне в целях ограничения максимального количества абонентских соединений (каждого вида), обслуживаемых УММ, а также для обеспечения требуемого качества обслуживания (своевременной доставки информации) по установленным маршрутам. Логические соединения устанавливаются и фиксируются в модулях абонентских интерфейсов УММ, являющихся оконечными для абонентов, организующих сеанс связи.Logical connections (LAN) are established in the radio network at the transport level in order to limit the maximum number of subscriber connections (of each type) served by the UMM, as well as to ensure the required quality of service (timely delivery of information) along the established routes. Logical connections are established and fixed in UMM subscriber interface modules, which are terminal for subscribers organizing a communication session.

При установлении ЛС на каждом оконечном УММ выделяются номера логических каналов. Эти номера указываются (после успешного прохождения процедуры установления логического соединения) в младших байтах сетевых адресов получателя и отправителя в заголовках передаваемых по сети радиопакетов и вместе со старшими байтами (МАС-адресами маршрутизаторов) являются уникальными идентификаторами логических соединений в сети.When establishing a LAN, logical channel numbers are allocated on each terminal UMM. These numbers are indicated (after successful passage of the logical connection procedure) in the lower bytes of the receiver's and the sender's network addresses in the headers of radio packets transmitted over the network and, together with the higher bytes (MAC addresses of routers), are unique identifiers of logical connections in the network.

Таким образом, логическое соединение для данной пары оконечных маршрутизаторов состоит из цепочки радиоканалов между ними с зарезервированными в них слотами, входящими в данный маршрут, являющийся наиболее оптимальным по числу переприемов и пропускной способности радиоканалов на момент установления соединения. После установления логического соединения и до момента его разрыва, во всех маршрутизаторах, входящих в маршрут данного логического соединения, информационные пакеты маршрутизируются в МАИ и МИР по таблицам логических соединений (ТЛС) (Таблицы 3 и 6).Thus, a logical connection for a given pair of terminal routers consists of a chain of radio channels between them with slots reserved in them included in this route, which is the most optimal in terms of the number of hops and throughput of radio channels at the time of connection establishment. After a logical connection is established and until it is broken, in all routers included in the route of this logical connection, information packets are routed to MAI and MIR according to logical connection tables (TLS) (Tables 3 and 6).

Для управления логическими соединениями используются управляющие пакеты транспортного уровня. Перечень команд и ответов управления логическими соединениями приведен в Таблице 9, при этом в заголовке радиопакета в поле «протокол» должен быть указан код 02.Transport layer control packets are used to manage logical connections. The list of commands and responses for managing logical connections is given in Table 9, while the code 02 should be indicated in the header of the radio packet in the "protocol" field.

Figure 00000009
Figure 00000009

Режим логического соединения состоит из 3-х фаз:Logic connection mode consists of 3 phases:

а) установление логического соединения;a) establishing a logical connection;

б) передача данных по установленному логическому соединения с процедурами (при необходимости) ограничения входящего потока и квитирования на уровне протокольных блоков абонентских приложенийb) data transmission over an established logical connection with procedures (if necessary) limiting the incoming flow and handshaking at the level of protocol blocks of subscriber applications

в) разрыв логического соединения.c) breaking a logical connection.

Фаза (а): МАИ маршрутизатора принимают от МКУ заявки на организацию сеансов связи между абонентами радиосети. В заявке указываются имена абонентов получателей и отправителей, вид соединения - данные, речь, необходимую скорость передачи информации. Эта информация используется в дальнейшем при формировании команд управления логическими соединениями. Установление логического соединения инициируется командой транспортного уровня «Установить соединение», помещаемой в поле данных радиопакета и содержащий код команды, порядковый номер команды и информацию о логическом соединении (Таблица 10), состоящую из 8-битного номера выбранного логического канала узла инициатора, вида соединения (данные или речь), запрашиваемой скорости передачи информации в логическом соединении, временной отметки отправки пакета (чч.мм.сс).Phase (a): the router's MAI accepts applications from the MCU for organizing communication sessions between the subscribers of the radio network. The application specifies the names of the recipients and senders of the subscribers, the type of connection - data, speech, the required information transfer rate. This information is used later in the formation of commands to control logical connections. The establishment of a logical connection is initiated by the transport layer command "Establish connection" placed in the data field of the radio packet and containing the command code, the command sequence number and information about the logical connection (Table 10), consisting of the 8-bit number of the selected logical channel of the initiator node, the type of connection ( data or speech), the requested data transfer rate in the logical connection, the timestamp of the packet sending (hh.mm.ss).

Figure 00000010
Figure 00000010

Циклический номер команды (0-15) позволяет нумеровать команды и ответы в пределах логического соединения. Номер ответа должен совпадать с номером команды, на который дается ответ. 8-битные номера логических каналов закрепляются в интерфейсных модулях оконечных маршрутизаторов (отправителя и получателя) на время осуществления сеанса связи и служат в дальнейшем для идентификации (определения принадлежности) пакетов конкретным абонентам в установленном логическом соединении.Cyclic command number (0-15) allows numbering commands and responses within a logical connection. The answer number must match the number of the command to which the answer is given. 8-bit numbers of logical channels are fixed in the interface modules of the terminal routers (sender and receiver) for the duration of the communication session and are further used to identify (determine the belonging) of packets to specific subscribers in the established logical connection.

Каждый МАИ располагает отведенным ему (оператором управления УММ) количеством логических соединений для каждого типа абонентского интерфейса: mc1-и, meth и т.п. Общее количество логических соединений, одновременно устанавливаемых со всех интерфейсов одного УММ не может превышать устанавливаемой оператором управления величины (по адресации - не более 256). Число логических соединений, устанавливаемых МИР по радиоканалу между смежными маршрутизаторами определяется суммарной абонентской скоростью передачи информации по этим ЛС и максимальной скоростью передачи информации в радиоканале, которая должна превышать суммарную абонентскую скорость, на величину накладных расходов на длины заголовков радиопакетов и информационных кадров. Радиопакет, содержащий команду установления логического соединения маршрутизируется и передается в радиоканале как датаграмма, фиксируя при своем прохождении через узлы маршрут в виде строки, записываемой в ТЛС МИР и МАИ (таблицы 6 и 3 соответственно). Если число установленных логических соединений данного типа, обслуживаемых МАИ, достигло максимальной величины (нет свободных номеров логических каналов), и приходит новая заявка, то сравнивается приоритет вновь поступившей заявки с приоритетами уже установленных логических соединений по таблице логических соединений данного МАИ (таблица 3). Если в ТЛС имеется логический канал с более низким приоритетом (большим числом), то данное соединение разрывается путем посылки команды «Разорвать соединение» с соответствующим уведомлением абонентов (см. процедуру разрыва логических соединений). Если приоритет вновь пришедшей заявки оказывается ниже приоритета уже установленных ЛС, по заявка ставится в очередь на ожидание освобождения номера логического канала. В случае успешного резервирования на всех участках маршрута, от МАИ маршрутизатора получателя посылается радиопакет с командой подтверждения соединения (Таблица 11).Each MAI has the number of logical connections assigned to it (by the UMM control operator) for each type of subscriber interface: m c1-i , m eth , etc. The total number of logical connections simultaneously established from all interfaces of one UMM cannot exceed the value set by the control operator (by addressing - no more than 256). The number of logical connections established by the MIR over the radio channel between adjacent routers is determined by the total subscriber data transmission rate on these LANs and the maximum data transmission rate in the radio channel, which must exceed the total subscriber speed, by the amount of overhead costs for the lengths of radio packet headers and information frames. A radio packet containing a command to establish a logical connection is routed and transmitted in the radio channel as a datagram, recording the route as it passes through the nodes in the form of a string written to the TLS MIR and MAI (Tables 6 and 3, respectively). If the number of established logical connections of this type, serviced by the MAI, has reached the maximum value (there are no free numbers of logical channels), and a new claim arrives, then the priority of the newly arrived claim is compared with the priorities of the already established logical connections according to the table of logical connections of this MAI (Table 3). If there is a logical channel with a lower priority (higher number) in the TLS, then this connection is terminated by sending the “Disconnect” command with a corresponding notification to the subscribers (see the procedure for disconnecting logical connections). If the priority of the newly arrived claim is lower than the priority of the already established LANs, the claim is queued to await the release of the logical channel number. In case of successful reservation on all parts of the route, a radio packet with a connection confirmation command is sent from the MAI of the recipient router (Table 11).

Figure 00000011
Figure 00000011

Этот пакет направляется в сторону отправителя и маршрутизируется по формируемому маршруту.This packet is directed towards the sender and routed along the formed route.

Если на каком-либо участке маршрута процедура резервирования логического соединения не может быть выполнена (например, в радиоканале не может быть достигнута запрашиваемая скорость), то на маршрутизатор инициатор посылается пакет отказа в установлении соединения с указанием причины отказа: нет свободных каналов, запрашиваемая скорость в данном канале не может быть установлена, обнаружен встречный вызов (Таблица 12).If on any part of the route the logical connection reservation procedure cannot be performed (for example, the requested speed cannot be reached in the radio channel), then the initiator sends a connection establishment refusal packet to the router indicating the reason for the refusal: there are no free channels, the requested speed is in this channel could not be established, an opposite call was detected (Table 12).

Figure 00000012
Figure 00000012

Десятичный код причины отказа:Decimal refusal reason code:

- 01 - по адресу получателя (сетевой адрес XXYY) абонент отсутствует (не подключен);- 01 - the subscriber is absent (not connected) at the recipient's address (network address XXYY);

- 02 - абонент занят (не готов);- 02 - the subscriber is busy (not ready);

- 03 - запрашиваемая абонентская скорость абонентом получателем не обеспечиваются.- 03 - the requested subscriber speed is not provided by the recipient by the subscriber.

- 04 - нет ответа от абонента получателя- 04 - no response from the recipient's subscriber

Фаза (б): В процессе передачи информации по логическому соединению могут применяться процедуры ограничения потока, переспроса потерянных в процессе пересылки пакетов, определенные на уровне приложений. При передаче радиопакетов по логическому соединению второй байт адресов отправителя и получателя заменяется по ТЛС МАИ на установленный номер логического канала и пакеты маршрутизируются напрямую между МАИ и МИР, минуя процессоры маршрутизации датаграмм (фиг. 4). При процедурных ошибках, связанных с постоянным превышением тайм-аутов ожидания, несанкционированных потерях или дублировании пакетов, может быть проведена процедура сброса всех пакетов, находящихся в маршрутизаторах и относящихся к данному логическому соединению без его разрыва. При этом МАИ отправителя команды должно прийти подтверждение сброса от всех узлов маршрута, иначе по истечении тайм-аута логическое соединение будет разорвано. После получения подтверждения сброса, МАИ отправитель может вознобновить передачу пакетов по логическому соединению. При пропадании канала на одном или нескольких участках логического соединения (при обнаружении невозможности передачи информации) производится разрыв логического соединения (см. Фяза в) с информированием оконечных узлов о причине разрыва и попыткой повторного установления соединения (при необходимости), возможно уже по новому маршруту.Phase (b): In the process of transferring information over a logical connection, the procedures for limiting the flow, re-requesting packets lost during the transfer, defined at the application level, can be applied. When transmitting radio packets over a logical connection, the second byte of the sender and receiver addresses is replaced by the TLS MAI with the set logical channel number and the packets are routed directly between the MAI and the MIR, bypassing the datagram routing processors (Fig. 4). In case of procedural errors associated with constant exceeding of timeouts of waiting, unauthorized losses or duplicate packets, the procedure can be performed to discard all packets located in routers and related to this logical connection without breaking it. In this case, the MAI of the command sender must receive a reset confirmation from all route nodes, otherwise, after the timeout expires, the logical connection will be broken. After receiving the reset confirmation, the sender can resume the transmission of packets over the logical connection by the MAI. If a channel is lost in one or more sections of a logical connection (if it is detected that it is impossible to transfer information), the logical connection is broken (see Fyaz c), informing the end nodes about the reason for the break and an attempt to re-establish the connection (if necessary), possibly along a new route.

Фаза (в): По. завершении сеанса передачи данных следует процедура разрыва логического соединения по инициативе любой из сторон (Таблица 13).Phase (c): Po. the end of the data transmission session is followed by the procedure for breaking the logical connection initiated by either side (Table 13).

Figure 00000013
Figure 00000013

Десятичный код причины разрыва соединения:Decimal code of reason for disconnection:

-01 - отбой абонента;-01 - hang up the subscriber;

-02 - истечение таймаута ожидания данных на приеме-02 - timeout for waiting for data on reception

-03 - истечение времени сеанса-03 - session timeout

-04 - разрыв соединения оператором УММ-04 - disconnection by the UMM operator

-05 - истечение таймаута ожидания данных от абонента на передачу-05 - expiration of the timeout for waiting for data from the subscriber for transmission

-06 - разрыв логического соединения более приоритетным абонентом-06 - disconnection of a logical connection by a higher-priority subscriber

-07 - обнаружена ошибка в ТЛС-07 - an error was detected in the TLS

-08 - разрыв соединения МИР по причине отказа канала связи-08 - disconnection of the MIR connection due to communication channel failure

После подтверждения разрыва логического соединения (Таблица 14), используемый в нем номер логического канала освобождается и может использоваться повторно. Все пакеты, оставшиеся в УММ и относящиеся к данному логическому соединению, должны быть стерты.After confirming the disconnection of the logical connection (Table 14), the number of the logical channel used in it is released and can be reused. All packets remaining in the UMM and related to this logical connection must be erased.

Figure 00000014
Figure 00000014

Заявленная технология распределения информационных потоков в пакетной радиосети обеспечивает увеличение пропускной способности и живучести пакетных самоорганизующихся радиосетей, а также в расширении перечня и повышения качества услуг связи, предоставляемых разнородным абонентам в районе развертывания пакетной радиосети при использовании режима логических соединений, реализуемого в управляемых модульных маршрутизаторах. Заявленная технология и управляемые модульные маршрутизаторы могут быть реализованы с использование известных технических и технологических средств.The declared technology of distribution of information flows in a packet radio network provides an increase in the throughput and survivability of packet self-organizing radio networks, as well as in expanding the list and improving the quality of communication services provided to heterogeneous subscribers in the area of deployment of a packet radio network using the logical connection mode implemented in controlled modular routers. The claimed technology and controlled modular routers can be implemented using known technical and technological means.

Список литературы:Bibliography:

1. https://www.isode.com/whitepapers/performance-of-ip-applications-over-hf-radio.html.1.https: //www.isode.com/whitepapers/performance-of-ip-applications-over-hf-radio.html.

2. Таненбаум Э. Компьютерные сети. Санкт-Петерург: Питер, 2002. 848 с.2. Tanenbaum E. Computer networks. St. Petersburg: Peter, 2002.848 p.

3. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Москва: Наука и техника, 2003. 464 с.3. Sklyar B. Digital communication. Theoretical foundations and practical application. Moscow: Science and Technology, 2003.464 p.

4. Калачев А. Многоядерная конфигурируемая вычислительная платформа Zynq-7000 // Современная электроника №1 2013 с. 22-31.4. Kalachev A. Multicore configurable computing platform Zynq-7000 // Modern electronics №1 2013 p. 22-31.

5. Глаголева М. Классификация и анализ методов в Mesh-сетях // Радиотехника Вып. 155 2008 с. 173-185.5. Glagoleva M. Classification and analysis of methods in Mesh-networks. 155 2008 p. 173-185.

Claims (6)

1. Способ распределения информационных потоков в пакетной радиосети, отличающийся тем, что для передачи служебной и абонентской информации используют единый формат радиопакета, адаптированный к низкоскоростным радиоканалам, при этом используют два режима маршрутизации: режим маршрутизации отдельных независимых пакетов и режим маршрутизации потока взаимосвязанных пакетов по предварительно установленному наилучшему на данный момент времени маршруту.1. A method of distributing information streams in a packet radio network, characterized in that for the transmission of service and subscriber information, a single radio packet format is used, adapted to low-speed radio channels, while two routing modes are used: the routing mode of separate independent packets and the routing mode of the flow of interconnected packets in advance the established best route at the moment. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждому логическому соединению, установленному в радиосети, ставят в соответствие уникальный идентификатор, состоящий из МАС адресов номеров логических каналов, маршрутизаторов, между которыми установлено это соединение.2. The method according to claim 1, characterized in that each logical connection established in the radio network is associated with a unique identifier consisting of MAC addresses of logical channel numbers, routers between which this connection is established. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для установления и разрыва логических соединений в сети используют команды и ответы транспортного уровня.3. The method according to claim 2, characterized in that transport layer commands and responses are used to establish and terminate logical connections in the network. 4. Управляемый маршрутизатор для осуществления вышеописанного способа распределения информационных потоков в пакетной радиосети, характеризующийся тем, что он выполнен в виде основного и резервного неблокируемых полнодоступных матричных коммутаторов, к входам/выходам которых высокоскоростными последовательными интерфейсами подключены модули коммутации и маршрутизации, модуль контроля и управления, модули абонентских интерфейсов и модули интерфейсов радиоканалов, при этом количество модулей коммутации и маршрутизации выбрано из условия обеспечения максимальных интенсивностей потоков датаграммных пакетов, поступающих в маршрутизатор от абонентов и из радиосети, а маршрутизация радиопакетов в режиме логического соединения осуществляется модулем интерфейса радиоканала и модулем абонентских интерфейсов по своим таблицам логических соединений без участия модуля коммутации и маршрутизации.4. A controlled router for implementing the above-described method of distributing information flows in a packet radio network, characterized in that it is made in the form of a main and backup non-blocking full-access matrix switches, to the inputs / outputs of which switching and routing modules, a control and management module are connected by high-speed serial interfaces, subscriber interface modules and radio channel interface modules, while the number of switching and routing modules is selected from the condition of ensuring the maximum flow rates of datagram packets entering the router from subscribers and from the radio network, and radio packets are routed in the logical connection mode by the radio channel interface module and the subscriber interface module according to their logical connection tables without the participation of the switching and routing module. 5. Маршрутизатор по п.4, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью одновременно на разных частотах принимать и передавать радиопакеты, предназначенные одному или различным узлам, находящимся в зоне электромагнитной доступности.5. The router according to claim 4, characterized in that it is configured to simultaneously receive and transmit radio packets at different frequencies, intended for one or different nodes located in the electromagnetic availability zone. 6. Маршрутизатор по п.4, отличающийся тем, что в нем радиопакеты абонентской нагрузки, а также управляющие пакеты сетевого и транспортного уровней маршрутизируются между модулями через матричный коммутатор, а технологическое управление модулями осуществляется МКУ через внутреннюю локальную сеть IP/Ethernet.6. Router according to claim 4, characterized in that the radio packets of the subscriber load, as well as control packets of the network and transport layers are routed between the modules through the matrix switch, and the technological control of the modules is carried out by the MCU through the internal local IP / Ethernet network.
RU2020124508A 2020-07-14 2020-07-14 Method for distributing information flows in packet radio network and controlled modular router for its implementation RU2748574C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124508A RU2748574C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Method for distributing information flows in packet radio network and controlled modular router for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124508A RU2748574C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Method for distributing information flows in packet radio network and controlled modular router for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2748574C1 true RU2748574C1 (en) 2021-05-27

Family

ID=76034068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124508A RU2748574C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Method for distributing information flows in packet radio network and controlled modular router for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2748574C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040015680A1 (en) * 2002-07-19 2004-01-22 Renesas Technology Corp. Data processor for modifying and executing operation of instruction code
US20090225766A1 (en) * 2006-02-14 2009-09-10 Markus Ihle Gateway for automatically routing messages between buses
RU2504926C1 (en) * 2012-09-21 2014-01-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" HYBRID mesh NETWORK FOR DISTRIBUTED USERS
RU172987U1 (en) * 2017-05-25 2017-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "БУЛАТ" Managed Multi-Service Router

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040015680A1 (en) * 2002-07-19 2004-01-22 Renesas Technology Corp. Data processor for modifying and executing operation of instruction code
US20090225766A1 (en) * 2006-02-14 2009-09-10 Markus Ihle Gateway for automatically routing messages between buses
RU2504926C1 (en) * 2012-09-21 2014-01-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" HYBRID mesh NETWORK FOR DISTRIBUTED USERS
RU172987U1 (en) * 2017-05-25 2017-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "БУЛАТ" Managed Multi-Service Router

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8374129B2 (en) Circuit switched millimeter wave communication network
JP3540183B2 (en) Multilink communication device
US11026231B2 (en) Maintaining and distributing state due to temporary failures in a shared bandwidth network
RU2108673C1 (en) Method and device for digital switching of networks
US10548023B2 (en) Cloud communication center system and method for processing data in a cloud communication system
CA2202116C (en) Packetized cdma/tdm satellite communication system
JP4704652B2 (en) Self-organizing network with decision engine
KR20020012264A (en) Communications protocol for packet data particularly in mesh topology wireless networks
CN101248689A (en) Transfer of Ethernet packets via a CPRI-interface
CN104023006A (en) Multi-path transmission system and method based on application layer relaying
CA2402261C (en) System and method in a gprs network for interfacing a base station system with a serving gprs support node
CN112839359A (en) Adaptation processing method and user equipment
US20110170526A1 (en) Base stations backhaul network with redundant paths
US10966112B2 (en) Method and system for distribution of high data throughput over multiple wireless connections
CN113438182A (en) Flow control system and flow control method based on credit
RU2748574C1 (en) Method for distributing information flows in packet radio network and controlled modular router for its implementation
EP2619946B1 (en) Method and network devices for splitting of a data stream
CN100372334C (en) Device and method for realizing Infini Band data transmission in optical network
Park et al. An architecture of multi-layered SDN based LTE/WiFi network for multi-interface D2D users
RU2798868C1 (en) Method for aggregating communication channels to provide internet access to a mass consumer and a system for its implementation
WO2013040740A1 (en) Data transmission method and device for common public radio interface
CN117713908A (en) High-flux satellite network interconnection method and system for distributed sites
GB2598089A (en) Flow control
Kizza Computer Network Fundamentals
Davies et al. Efficient implementation of X. 25 on narrowband packet radio systems