EA000414B1 - Система связи низкой стоимости и большого радиуса действия для обмена данными с удаленными или мобильными полевыми модулями и способ работы такой системы связи - Google Patents

Description

Настоящее изобретение относится главным образом к системам радиосвязи, в особенности к сети низкой стоимости и большого радиуса действия для передачи данных, использующей высокочастотный (ВЧ) диапазон радиосети и базовые станции для входных каналов и централизованный контроллер для координации использования ВЧ каналов.

Существует жизненно важная и не исчезающая потребность в сетях беспроводной связи различных типов. Одна из разновидностей беспроводной системы связи направлена на обеспечение надежной двухсторонней передачи данных. К таким сетям не предъявляются требования особенно высоких скоростей передачи, но они должны обеспечивать связь в максимально широком географическом регионе, например, на всей континентальной территории США. К сожалению, существующие и даже некоторые вновь создаваемые системы, стоящие много миллионов долларов, имеют недостатки того или другого типа. Например, рассмотрим существующую беспроводную сеть передачи данных большого радиуса действия, поддерживающую связь между удаленным или мобильным полевым модулем и базовой станцией. Такие сети используют также наземные или установленные на спутниках базовые станции. Наземные системы могут дополнительно подразделяться на системы односторонней и двухсторонней связи. Системы односторонней связи, например, действующая на всей территории США пейджинговая сеть типа SkyTel, не обеспечивают для удаленного пользователя возможности отправки данных. Хотя определенные типы пейджинговых сетей обеспечивают двухстороннюю передачу данных, они действуют лишь на ограниченной географической территории. В дополнение, таким сетям также присуще относительно плохое прохождение сигнала через здания из-за высоких значений несущей частоты, на которой они работают.

Другие существующие и предлагаемые наземные системы включают сотовые сети, мобильные сети передачи данных, например RAM, ARDIS, аварийные сети персональной связи, EMBARC, и многие другие. Несмотря на то, что скорости передачи этих систем обычно достаточно высоки, каждая система требует, чтобы пользователи находились в пределах замкнутой области действия инфраструктуры системы, в общем случае 20 миль или меньше. Эта инфраструктура стоит чрезвычайно дорого, требуя сотен миллионов долларов для строительства национальной сети. Иногда может быть выгодно создавать такую инфраструктуру в регионах с высокой плотностью населения, и действительно, примерно 90% населения США могли бы обслуживаться такой системой. Однако эта наземная инфраструктура охватывает лишь 1520% географической территории страны. Для провайдеров таких услуг просто экономически невыгодно устанавливать требуемую инфраструктуру в отдаленных районах с низкой плотностью населения.

Несколько спутниковых сетей как существующих, так и проектируемых предназначены для охвата малонаселенных географических регионов. Эти системы спутникового базирования обычно требуют огромных инвестиций в инфраструктуру. Инфраструктура расположена на орбите, где она не может устанавливаться, обслуживаться или заменяться без больших расходов на запуск космических аппаратов. В дополнение, мобильные устройства пользователя, требуемые для связи с такими системами, являются относительно дорогими. Далее, полевые устройства должны находиться в зоне прямой видимости спутника, так как они должны иметь открытые устройства с высокой чувствительностью принимаемого электромагнитного излучения, например, параболические или длинные антенны. Таким образом, такие системы для определенных областей применения являются непрактичными.

Рассмотрим проблему, с которой сталкивается менеджер парка автомобилей для сдачи в аренду. Имущество, за которое менеджер несет ответственность, является высокомобильным, фактически автомобили могут находиться в любом месте континентальной части США. Имущество может быть легко украдено и его страховка стоит дорого. Имущество может также стать нерабочим, когда клиент не может вернуть машину на ее место расположения. Арендованные автомобили также становятся «потерянными», когда существует плохая связь между пунктами проката, и ценное время работы имущества теряется впустую.

Другой момент, важный для менеджеров парка автомобилей для сдачи в аренду - это безопасность их клиентов. Водители арендованных автомобилей и фактически все водители могут с выгодой для себя пользоваться системой, с помощью которой можно было бы вызывать срочную помощь в любое время, из любого места, не покидая машину.

Аналогичные проблемы существуют в других отраслях. Например, на железнодорожных перевозчиков оказывается возрастающее давление с целью обеспечения в рамках регулярного сервиса доставки точно в указанное время, с целью лучшей конкуренции с автомобильными перевозчиками. Для достижения этой цели менеджер железнодорожных перевозок в идеальном случае должен быть в состоянии быстро определить местонахождение каждого вагона на регулярной основе, независимо от того, где этот вагон находится. Таким образом, может быть точно рассчитаны оптимальный маршрут и время доставки.

В обеих указанных областях применения менеджер по управлению подвижным составом был бы чрезвычайно заинтересован иметь воз3 можность направлять запрос удаленному устройству для определения его местонахождения, но с минимальными затратами. Например, существующая служба мобильной телефонной связи сопряжена с относительно высокой стоимостью времени соединения и ежемесячной оплаты, и менеджеры подвижного состава не могут рассматривать такие системы как экономически эффективные.

В других областях применения, например в автомобильных и морских перевозках, также может быть получена выгода от возможности и невысокой стоимости точного слежения за местонахождением морских контейнеров независимо от их местонахождения. В любом морском контейнере могут находиться товары на тысячи, а потенциально на миллионы долларов, и очевидно, что для сотрудников, ответственных за перевозку товаров в сохранности, было бы желательно знать их местонахождение в любой момент времени.

Аналогичные требования существуют при дистанционном измерении или дистанционном считывании данных от датчиков, мониторинга оборудования, безопасности, мониторинга с помощью буев и в других областях применения.

Потребности в каждой такой области применения могут быть удовлетворены путем сочетания устройства с датчиком местонахождения, например, в системе GPS (системе глобального определения местонахождения) или в приемнике системы «Лоран» в каждом удаленном полевом модуле вместе с существующим мобильным устройством двухстороннего обмена данными, например, с приемопередатчиком сотовой или спутниковой связи. Однако такая система может создавать вышеописанные трудности высокой стоимости установки и эксплуатации и невозможности работать в каком-либо другом районе, кроме районов в зоне прямой видимости, или в непосредственной близости от инфраструктуры системы.

Задачей настоящего изобретения является создание системы для обмена данными, в которой относительно небольшие объемы данных могут быть получены от находящихся на очень большом удалении или высокомобильных объектов на основе нечастого опроса, но в режиме времени, близком к реальному, при минимальной стоимости.

Система должна быть двухсторонней, т.е. связь должна быть возможной как от центральной базовой станции к удаленному полевому модулю, так и от полевого модуля назад к базовой станции.

Другой задачей настоящего изобретения является создание сплошного охвата широкой географической области, например, континентальной части США, при требовании минимума капиталовложений в новую инфраструктуру.

В дополнение, такая система должна использовать простые и экономичные полевые модули, имеющие стоимость значительно ниже, чем, например, сравнимые терминалы для связи с геостационарным спутником.

Полевые модули должны также иметь возможность работать с питанием от батарей, устраняя потребность внешнего источника питания, как это обычно требуется для приемников геостационарных спутников.

Любые использованные механизмы передачи данных должны обеспечить очень высокую степень надежности, того же порядка, что и радиовещательные станции.

Наконец, пользование предлагаемой системой должно обходиться потребителю намного дешевле, чем пользование существующими пейджинговыми, сотовыми и спутниковыми системами.

В рамках краткого описания, изобретение представляет собой коммуникационную систему, обеспечивающую всеохватную службу беспроводной передачи данных, например, по всей континентальной территории Соединенных Штатов, посредством использования сети немногочисленных и с широким радиусом действия узловых базовых радиостанций. Базовые радиостанции принимают данные от удаленных или мобильных полевых модулей с использованием хорошо отработанной радиотехнологии дальнего радиуса действия, например, посредством передачи на коротковолновых несущих частотах, например, в высокочастотном (ВЧ) радиодиапазоне. Полевые модули собирают имеющиеся данные в удаленном месте, например, данные о своем территориальном местонахождении. Полевые модули используют ВЧ передатчик для передачи удаленных данных на базовую станцию всякий раз, когда поступает запрос на их получение.

Сетевой концентратор или блок центра обработки сообщений управляет базовыми радиостанциями и полевыми модулями из центра. Центр обработки сообщений получает информацию от каждой базовой радиостанции, относительно которой имеются в доступности частоты ВЧ диапазона для передачи со сжатием во времени. По запросу для связи с конкретным полевым модулем центр обработки сообщений выбирает одну из имеющихся ВЧ частот, и временной интервал для передачи данных к конкретному модулю, и выпускает выходное сообщение запроса к полевому устройству, содержащее данные, отображающие ВЧ частоту и временной интервал.

Выходное сообщение запроса к удаленному полевому модулю может быть передано с использованием любой недорогой беспроводной инфраструктуры, например, существующей инфраструктуры односторонней сети пейджинговой связи. Выходное сообщение может также быть послано с помощью других типов подсистем, например, сотовой, спутниковой, или с помощью других средств радиопередачи.

Более конкретно, клиент посылает запрос на установление связи с заданным удаленным модулем, например, запрос полевому модулю определить и сообщить свое местонахождение. Центр обработки сообщений затем опрашивает сеть базовых радиостанций для выбора частоты в пределах ВЧ диапазона, имеющейся в доступности для определенного количества базовых радиостанций для того, чтобы удаленное устройство отправило входное сообщение назад к базовым радиостанциям. Центр обработки сообщений может также использовать расчетную вероятность прохождения сигнала в процессе выбора частоты.

Информация о выборе частоты и времени ответа удаленного модуля включается в выходное сообщение. Выходное сообщение затем передается заданному удаленному модулю с использованием инфраструктуры отправки выходных сообщений, например, с помощью пейджинговой системы или других беспроводных сетей.

Когда полевой модуль получает выходное сообщение, он собирает данные для формирования входного сообщения, например, посредством считывания данных со связанного с ним приемника геолокации, или путем считывания других данных, доступных данному модулю. Полевой модуль затем посылает свой ответ в качестве входного сообщения назад к базовым радиостанциям на указанной частоте носителя в ВЧ диапазоне и в указанное время, в форме короткого пакетизированного сообщения.

Входное сообщение предпочтительно кодируют в широкополосной схеме кодирования, например, с помощью модуляции шумоподобным сигналом, для сведения к минимуму вероятности интерференции с существующей радиотрансляцией или с другими видами связи, работающими на соседних частотах в ВЧ диапазоне.

Временная синхронизация между базовыми радиостанциями и полевыми модулями может выполняться с помощью любого удобного способа, например, такого как временное зондирование, или с помощью опорных сигналов времени, доступных от геолокационного или пейджингового приемника.

По получении сообщения от полевого модуля базовая станция затем передает сообщение назад к центру обработки сообщений, который, в свою очередь, передает сообщение клиенту, сделавшему запрос.

Система, выполненная согласно настоящему изобретению, таким образом содержит пять различных подсистем, включая вызывающие станции, центр обработки сообщений, удаленные полевые модули, сеть передачи выходных сообщений, и сеть базовых радиостанций приема входных сообщений.

Вызывающие станции обеспечивают интерфейс для клиентов системы. Они содержат базовый комплект, например, персональный компьютер и модем, для приема запроса от клиента для связи с заданным удаленным полевым модулем, передачи запроса к центру обработки сообщений, получения сообщения полевого модуля от центра обработки сообщений и затем передачи сообщения назад клиенту. Вызывающие станции соединены с центром обработки сообщений обычным способом, например, с помощью модема, соединенного с телефонной коммутируемой сетью общего пользования.

Центр обработки сообщений, который также выполнен в виде компьютера, выполняет ряд задач. Он принимает запросы для связи с полевыми модулями от вызывающих станций и направляет ответ полевых модулей назад к вызывающим станциям. Центр обработки сообщений также обеспечивает центральное управление базовыми радиостанциями, периодически принимая сообщения о имеющихся радиочастотах для входных сообщений от базовых станций и поддерживая базу данных таких частот и временных интервалов, в которых эти частоты могут быть использованы. Центр обработки сообщений обычно имеет связь с базовыми станциями через модемы с использованием соответствующих недорогих линий связи наземного базирования, например, телефонной коммутируемой сети общего пользования, арендуемых или частных телефонных каналов, беспроводных сетей VSAT (терминал с очень малой апертурой), или других экономически эффективных видов связи, в зависимости от количества и местонахождения базовых станций. По получении запроса клиента от вызывающей станции центр обработки сообщений выбирает одну из доступных частот и соответствующий временной интервал из базы данных и формулирует выходное сообщение - запрос с указанием выбранных частоты и времени в качестве данных. Центр обработки сообщений затем передает выходное сообщение к каналу передачи выходных сообщений, с запросом о пересылке выходного сообщения к полевому модулю. Этот запрос к каналу передачи выходных сообщений обычно передается с помощью любых наземных средств, например, с помощью телефонной коммутируемой сети общего пользования, сети VSAT (терминал с очень малой апертурой) или других типов сетей передачи данных.

Центр обработки сообщений затем оповещает одну или большее количество связанных с ним базовых станций об ожидании ответа от указанного полевого модуля на указанной частоте и в указанное время. При поступлении входного сообщения от одного или большего количества базовых станций центр обработки сообщений затем передает информацию в сообщении к вызывающей станции.

Выходной канал может быть выполнен в виде любой удобной системы радиопередачи низкой стоимости для передачи данных. Хотя существующие инфраструктуры пейджинговой сети идеально подходят в качестве выходного канала, следует понимать, что могут быть также использованы и другие системы, например, частная радиосеть, сотовая сеть мобильной телефонной связи, спутниковая сеть, или любые другие подходящие системы беспроводной передачи данных.

В определенных случаях выходной канал может требовать использования нескольких различных подсистем для обеспечения охвата желаемой широкой территории. Например, рассмотрим случай, когда выходные каналы образованы существующей инфраструктурой пейджинговой связи. Так как любой заданный полевой модуль может быть расположен в любом месте в широком географическом регионе, и так как любая рассматриваемая система пейджинговой связи имеет лишь ограниченный радиус действия, и для того, чтобы исключить потребность в дорогой пейджинговой связи с циркулярной передачей, центр обработки сообщений предпочтительно ускоряет передачу выходного сообщения путем поддержки базы данных местонахождения пейджинговых систем, а также базы данных последнего известного местонахождения каждого полевого модуля. После формирования выходного сообщения центр обработки сообщений идентифицирует пейджинговую систему, ближайшую в смысле физического местонахождения к последнему известному местонахождению полевого модуля. Выходное сообщение затем передается прежде всего к ближайшей пейджинговой системе. В случае, когда выходное сообщение не добивается ожидаемого ответа от указанного полевого модуля, центр обработки сообщений предполагает, что полевой модуль переместился за пределы территории, охватываемой последней известной пейджинговой системой. Центр обработки сообщений затем последовательно пытается передать выходное сообщение к другим пейджинговым системам, расположенным все дальше и дальше от последнего известного местонахождения полевого модуля, до тех пор пока не будет успешно получен ответ.

Независимо от конструкции выходного канала базовые радиостанции выполняют несколько функций. Во-первых, чтобы облегчить центру обработки сообщений определение частот, не занятых и доступных для передачи, каждая базовая радиостанция периодически проверяет каждый возможный выходной канал для установления того, используется ли этот канал. Это может быть сделано, например, путем измерения уровня мощности приема на каждом канале или путем опроса поддиапазонов в каждом канале и интегрирования уровня мощности обнаруженного сигнала по времени, или путем использования других известных алгоритмов детектирования сигнала.

Для осуществления приема входных сообщений от полевых модулей каждая базовая радиостанция содержит пул настраиваемых ВЧ приемников и модемов. При приеме команды от центра обработки сообщений на ожидание входного сообщения от заданного полевого модуля на заданной частоте и в заданное время каждая базовая станция выделяет ВЧ приемник и модем из пула, ожидает приема входного сообщения и затем формирует отчет для отправки назад к центру обработки сообщений.

Например, если входное сообщение успешно получено от полевого модуля, данные от входного сообщения передаются назад к центру обработки сообщений в виде сообщения поискового вызова. Если, однако, не получено никакого входного сообщения в указанное время и на указанной частоте, информация об отказе канала приема входных сообщений передается обратно к центру обработки сообщений.

Каждый полевой модуль получает выходное сообщение, содержащее данные, представляющие идентификационный признак, присущий этому полевому модулю, и частоту и время, при которых полевой модуль должен отправить входное сообщение. Другие данные могут также быть включены во входное сообщение, в соответствии с требованиями конкретной области применения системы.

При получении такого выходного сигнала полевые модули собирают данные для передачи назад к центру обработки сообщений, например, данные о широте и долготе от геолокационной системы, или входные данные от других датчиков или оборудования, связанного с полевым модулем. Полевой модуль затем генерирует входное сообщение от этих входных данных и передает входное сообщение на заданной частоте и в заданное время через ВЧ канал к базовой радиостанции.

Система связи, выполненная согласно изобретению, имеет несколько преимуществ.

Система обеспечивает передачу относительно небольшого объема данных, которые снимаются с находящегося на очень большом удалении или быстро передвигающегося источника в режиме, близком к режиму реального времени, с минимальной стоимостью.

Возможна передача сообщений от центрального источника к удаленному полевому модулю, и получение ответа от полевого модуля на переданное сообщение путем передачи данных.

Сплошной охват широкой географической области, например, всей континентальной части Соединенных Штатов, возможен при использовании пейджинговой системы для передачи выходных сообщений и небольшой сети коротковолновых радиоприемных базовых станций. Система таким образом требует минимума капиталовложений в новую инфраструктуру.

В дополнение, полевые модули используют коротковолновые передатчики, которые не требуют прохождения сигнала по прямой для обеспечения надежной связи с базовой радиостанцией.

Полевые модули могут работать с питанием от батарей, как обычные пейджеры, так как блок передачи включается в работу не часто и на очень короткое время отправки пакетизированного входного сообщения.

Вышеуказанные и другие преимущества изобретения могут быть лучше поняты из нижеследующего описания, рассматриваемого совместно с прилагаемыми чертежами, в которых:

фиг. 1 изображает схему сети двухсторонней радиосвязи, выполненной согласно изобретению;

фиг. 2А - формат сообщения, посланного клиентом системы от вызывающей станции к управляющему блоку центра обработки сообщений;

фиг. 2В - формат выходного сообщения, посланного от центра обработки сообщений к полевому модулю с использованием сети пейджинговой связи;

фиг. 2C - формат входного сообщения, посланного от полевого модуля к базовой радиостанции в заданное время и на заданной частоте в пределах коротковолнового радиодиапазона, и которое пересылается от базовой радиостанции к центру обработки сообщений;

фиг. 2D - формат входного сообщения, посланного от центра обработки сообщений назад к вызывающей станции;

фиг. 3 - схему блока управления центра обработки сообщений, показывающую несколько баз данных или таблиц, поддерживаемых центром обработки сообщений;

фиг. 4 - блок-схему операций, выполняемых центром обработки сообщений при получении сообщения клиента, требующего данные от заданного полевого модуля, и операций, выполняемых для генерирования выходного сообщения поискового вызова;

фиг. 5 - схему блока управления базовой радиостанции, также показывающую несколько баз данных, которые поддерживаются базовой станцией;

фиг. 6 - блок-схему операций, выполняемых базовой радиостанцией для периодического обновления базы данных доступных частот; и фиг. 7 - блок-схему операций, выполняемых базовой радиостанцией для подтверждения получения входного сообщения.

На фиг. 1 показана схема системы 10 двухсторонней беспроводной связи, выполненной согласно настоящему изобретению. Система 10 содержит s вызывающих станций 20а, 20b, ..., 20s (все вместе - вызывающие станции 20), механизм 25 передачи данных, управляющий центр 30 обработки сообщений, p географически разбросанных подсистем 40, 40b, ..., 40р выходных сообщений, охватывающих широкий географический регион, например, континентальную часть Соединенных Штатов или Европы, множество мобильных или удаленных полевых модулей 50а, 50b, 50с, 50d, ..., 50х, 50у, 50z и подсистему входных сообщений, которая может использовать несколько, например четыре, базовых радиостанций 60а, 60b, 60с и 60d, которые также географически разбросаны для обеспечения сплошного охвата территории.

В качестве механизма 25 передачи данных может предпочтительно быть использована телефонная коммутируемая сеть общего пользования, как показано на чертеже. Однако могут быть использованы частные сети, сети VSAT (терминал с очень малой апертурой) и другие типы сетей связи.

Системы 40 выходных сообщений предоставляют радиоканалы 45, которые используются для связи от системы 1 0 к удаленным полевым модулям 50. Эти радиоканалы обозначены как выходные каналы 45. В предпочтительном варианте выполнения выходные каналы 45 могут быть обеспечены множеством подсистем 40 пейджинговой связи. Однако для обеспечения выходных каналов 45 могут быть использованы и другие системы, например всеобщие национальные пейджинговые системы, спутниковые сети, частные радиосети и т.п. Таким образом, несмотря на то, что в качестве системы 40 выходных сообщений в ряде случаев может использоваться система пейджинговой связи, следует понимать, что могут также использоваться и другие типы выходных радиоканалов.

Радиосвязь от полевых модулей 50 обратно к системе 1 0, которая может быть осуществлена с использованием сети базовых радиостанций, обозначена в виде входных каналов 55. Входные каналы 55 предпочтительно выполнены в виде коротковолновых радиоканалов с кодированием с расширенным спектром, работающие в высокочастотном (ВЧ) радиодиапазоне.

При работе клиент системы 1 0 использует одну из вызывающих станций 20 для направления запроса на связь с заданным одним из полевых модулей 50а, например запрос с требованием к полевому модулю 50а сообщить о своем местонахождении. Запрос клиента передается по сети 25 к центру 30 обработки сообщений, который. в свою очередь, пересылает запрос к полевому модулю 50а с использованием одной или большего количества подсистем 40 передачи выходных сообщений. Для координации использования одного определенного из входных каналов 55а центр обработки сообщений определяет частоту и время для использования полевым модулем 50, которые сообщаются как имеющиеся в доступности у какого-то количества базовых станций 60. Выходное сообщение на канале 45а выходных сообщений таким образом содержит данные, отображающие частоту и время, при которых удаленный полевой модуль 50а может передать базовым радиостанциям 60 свою информацию. В указанное время и на указанной частоте сообщение принимается от полевого модуля 50а одной или большим количеством базовых станций 60, и затем сообщение передается к центру 30 обработки сообщений. Центр 30 обработки сообщений, в свою очередь, поставляет запрашиваемые клиентом данные к вызывающей станции 20а по сети 25.

В результате система 10 беспроводной связи, выполненная согласно изобретению, обеспечивает двухстороннюю связь почти в режиме реального времени в широком географическом районе, который может быть удобно перекрыт сетью лишь из небольшого количества коротковолновых базовых радиостанций 60. Эта архитектура устраняет потребность в дорогой, изготавливаемой по индивидуальному заказу всеохватывающей инфраструктуре, как это требуется для работы сотовой или другой системы наземного базирования, а также для работы системы спутникового базирования. Например, для выходных каналов 45 могут быть использованы существующие пейджинговые подсистемы, а в качестве сети 25 может быть использована коммутируемая телефонная сеть общего пользования. Таким образом, предлагаемая система гораздо легче для обслуживания и менее дорога в эксплуатации, чем конкурирующие сотовые, многопунктовые пейджинговые или спутниковые системы.

В дополнение, радиосистемы на удаленных полевых модулях 50 работают только тогда, когда клиент направляет запрос на получение данных. Таким образом, полевые модули могут быть разработаны для работы с минимальным расходом энергии в ждущем режиме, с питанием от батарей или от солнечной энергии, что является идеальным решением для удаленных мест, в которых доступ к внешним источникам энергии затруднен, ненадежен или небезопасен.

Так как базовые радиостанции 60 используют коротковолновый ВЧ диапазон, для базовых радиостанций 60 и удаленных полевых модулей 50 не требуется нахождение на линии прямой видимости, и, таким образом, система 1 0 будет нормально работать даже в ситуациях, когда прохождение сигнала по прямой невозможно, например в поставленных штабелями контейнерах или в городских районах с высокой плотностью населения. Система 10, таким образом, демонстрирует лучший охват, чем конкурирующие спутниковые системы.

Каждый компонент системы 10 связи и ее работа ниже описаны с углубленным уровнем технических подробностей, для того чтобы специалистам было бы легко понятно, как создавать и эксплуатировать такую систему 1 0.

Форматы Сообщений (фиг. 2A-2D)

Формат сообщения 200, посланного от вызывающей станции 20 к центру 30 обработки сообщений, показан на фиг. 2Ά. Как минимум, сообщение 200 содержит, по меньшей мере, одно поле данных 200-1 , отображающее идентификационный код для полевого модуля 50а, от которого клиент запрашивает данные. В дополнение, однако, данные, подлежащие отправке к полевому модулю 50а от вызывающей станции 20а, могут содержаться в одном или большем количестве полей 200-2 выходных сообщений.

Фиг. 2В изображает формат выходного сообщения 245, посланного через выходные каналы 45 к полевым модулям 50. Сообщение 245 состоит из идентификационного кода 245-1 полевого модуля и выходных данных 245-4, формируемых вызывающей станцией.

В дополнение, сообщение 245 содержит поле 245-2 частоты и поле 245-3 времени, отображающее частоту передачи и время суток, в которое удаленный модуль 50а должен послать сигнал базовым радиостанциям 60.

На фиг. 2С изображен формат входного сообщения 255, возвращенного полевым модулем 50а по входным каналам 55, содержащего поле 255-1 идентификации полевого модуля, а также поле 255-2 входных данных, содержащее данные, направляемые от полевого модуля 50а. Такие входные данные 255-2 могут, например, если модуль является мобильным, содержать информацию, относящуюся к местонахождению полевого модуля, т.е. его широту и долготу. Однако следует понимать, что полевой модуль 50 может быть неподвижным и/или могут посылаться другие виды входных данных 255-2, в зависимости от области применения клиента.

Наконец, фиг. 2D изображает формат сообщения 270, посланного центром обработки сообщений в ответ к вызывающей станции 20а. Сообщение 270 содержит поле 270-1 идентификации полевого модуля, если необходимо, а также возвращаемые входные данные 270-2.

Следует понимать, что изображение форматов сообщений на фиг. 2A-2D не является ограничивающим, и различные поля 200-1 , 2002, 245-1, ..., 255-1, ..., 270-1, 270-2 могут присутствовать в любом порядке в каждом соответствующем сообщении. Каждое сообщение 200, 245, 255 и 270 будет также обычно содержать дополнительные поля, например, поля заголовков, контрольных сумм, информации о маршрутизации или синхронизации и другие поля, как обычно требуется системой передачи сообщений.

Вызывающие Станции 20

Вызывающие станции 20а, 20b, ..., 20s обеспечивают интерфейс для клиентов для диалога с системой 1 0. Обычно одна из станций 20а выполнена в виде персонального компьютера (ПК) 21, имеющего соответствующий стандарт, хорошо известное устройство связи, например, компьютерный модем 20-2 для обмена сообщениями с центром 30 обработки сообщений по коммутируемой телефонной сети 25 общего пользования. Центр обработки сообщений, таким образом, содержит множество компьютерных модемов 31-1, 31-2, ..., 31-m для связи с множеством вызывающих станций 20. Связь с запросом сообщения с заданным полевым модулем 50а таким образом обычно проходит от вызывающей станции 20а к центру 30 обработки сообщений через временную телефонную связь посредством коммутируемой телефонной сети 25 общего пользования.

Центр 30 Обработки Сообщений

Центр 30 обработки сообщений также содержит компьютер, обозначенный как контроллер 32 центра обработки сообщений, и множество модемов 31-1, 31-2, ..., 31-m, 33-1, 33-2, ..., 33-4.

Центр обработки сообщений использует модемы 31 для связи по сети 25, по меньшей мере, с вызывающими станциями 20 и центрами 40 пейджинговой связи.

Центр обработки сообщений также предпочтительно использует другие модемы 33-1, 33-2 и 33-4 для связи с базовыми радиостанциями 60. Однако, поскольку центру обработки сообщений требуется часто связываться с базовыми радиостанциями, и их количество невелико, например четыре, центр обработки сообщений может также использовать модемы 33, соединенные со специальными телефонными каналами, например, через арендованные линии, сети с коммутацией пакетов, или другие экономически эффективные высокоскоростные службы дальнего действия.

Как было указано, при получении сообщения 200 запроса от клиента от одного из модемов 31 контроллер 32 центра обработки сообщений создает выходное сообщение 45, содержащее данные о частоте и времени для ответа полевого модуля, получает входные данные от базовых радиостанций и затем направляет выходные данные указанному полевому модулю 50а.

На фиг. 3 изображена подробная схема контроллера 32 центра обработки сообщений и различные базы данных 32-5, 32-6, 32-7 и 32-8, которые поддерживает контроллер для решения этих задач.

Контроллер 32 центра обработки сообщений содержит обычные компоненты компьютерной системы, например, центральный процессор (ЦП) 32-1, память 32-2, дисковый накопитель 32-3 и интерфейс 32-4 ввода-вывода. Модемы 31, 33 связаны с контроллером 32 через интерфейс 32-4 ввода-вывода. Так как контроллер 32 центра обработки сообщений главным образом отвечает за координацию связи между рядом различных устройств, архитектура компьютерной системы выбирается в виде управляемой прерываниями или многозадачной системы.

Для того чтобы определить частоты для использования их полевыми модулями 50, центр обработки сообщений поддерживает первую базу данных, ссылающуюся на табл. 32-5 доступности частот. Эта таблица содержит n блоков данных. Каждый из n блоков данных в табл. 32-5 содержит частоту f, список амплитуд А1, А2, A3 и А4 принимаемого сигнала и предпочтительно фактор р вероятности прохождения сигнала.

Блок данных создан для каждой имеющейся в доступности частоты в ВЧ диапазоне, о чем сообщается контроллеру центра обработки сообщений от базовых радиостанций 60. Точный способ, в котором каждая базовая радиостанция 60 определяет имеющиеся в доступности частоты, описан подробно ниже. Здесь достаточно указать, что данная базовая радиостанция, например, базовая радиостанция 60-1 (фиг. 1), периодически сообщает список f1, f2, ..., fn имеющихся частот, или открытых каналов, которые базовая радиостанция 60-1 находит в текущий момент, и уровень А1-1, ..., А1-п амплитуд шума, связанных с каждой указанной частотой. Аналогично, другие базовые радиостанции 60-2, 60-3 и 60-4 также периодически сообщают свои соответствующие списки частот и уровней амплитуд А2-1, А2-2, ..., A3, ..., А4-п.

Вероятность прохождения сигнала р для каждой частоты в табл. 32-5 может быть определена путем определения времени суток с использованием известного алгоритма ионосферного моделирования. Однако могут быть использованы более сложные алгоритмы расчета вероятности прохождения.

Вторая табл. 32-6 предпочтительно используется для хранения информации о последнем известном местонахождении каждого размещенного полевого модуля 50. Каждый блок данных этой таблицы содержит идентификационный код полевого модуля и информацию о местонахождении, которая была в последний раз сообщена полевым модулем, например данные широты и долготы. Контроллер 32 центра обработки сообщений поддерживает и обновляет эту базу данных 32-6 при включении в работу или выводе из работы полевых модулей 50 и при возвращении входных сообщений 255 от каждого полевого модуля с информацией об их широте и долготе.

Как указано выше, в предпочтительном варианте выполнения выходные каналы 45 обеспечиваются несколькими подсистемами 40 пейджинговой связи. Третья табл. 32-7, таким образом, используется для данных местонахождения подсистем пейджинговой связи. Каждый блок данных в этой таблице содержит приблизительные широту и долготу, ряд значений широты и долготы, а также идентификационный код для каждой подсистемы 40 пейджинговой связи, связанной с системой 10. Эта табл. 32-7 обновляется всякий раз, когда оператор системы использует различные пейджинговые системы. Табл. 32-7 может также содержать подробности того, как контроллер 32 центра обработки сообщений может получить доступ к каждой различной пейджинговой системе, например телефонные номера модемов, типы протоколов и т. п.

Следует понимать, что табл. 32-6 и 32-7 не нужны, если для системы 10 используется общенациональная многопунктовая пейджинговая сеть; однако если система 10 будет отслеживать местонахождение полевого модуля 50 и использовать обычные пейджинговые системы 40, то можно будет предлагать услуги с низкой ценой.

Последняя табл. 32-8 - это таблица сообщений, для которых ожидается ответ. Блоки данных в этой таблице содержат данные, относящиеся к каждому сообщению, направленному к одному из полевых модулей 50, например, идентификационный код полевого модуля, назначенные время t и частота f, при которых ожидается ответ, и другие данные, которые могут быть необходимы, чтобы избежать конфликтных назначений доступа к имеющимся каналам.

Фиг. 4 изображает блок-схему операций, выполняемых контроллером 32 центра обработки сообщений. Из состояния 400 простоя контроллер 32 начинает последовательность шагов, изображенных при получении запроса клиента от вызывающей станции, на шаге 401 .

Следующим шагом 402 контроллер 32 центра обработки сообщений выбирает один из имеющихся ВЧ канальных частот f и временных интервалов t из доступных частот в табл. 32-5, которую контроллер 32 поддерживает.

При выборе частоты, которая будет использована, контроллер 32 центра обработки сообщений пытается свести к минимуму энергию шума и интерференции на частотах, которыми пользуются на всех базовых радиостанциях. Таким образом, например, так как другие пользователи воспринимаются как шум и интерференция, и так как точное местонахождение полевого устройства неизвестно, центр обработки сообщений предпочтительно выбирает частоту, дающую самую низкую среднюю энергию шума по всем четырем базовым радиостанциям 60. Это сводит к минимуму вероятность интерференции с другим пользователем ВЧ спектра.

Для точного выполнения процесса выбора частот могут быть использованы и другие технологии. Например, контроллер 32 может постоянно исключать из процесса выбора частот заданные части ВЧ спектра, про которые известно, что на них работают постоянные передатчики или там имеются известные источники помех.

В дополнение, фактор р вероятности прохождения сигнала может быть использован для дальнейшего уточнения выбора частоты f. Например, если частота свободна, каждая из четырех базовых радиостанций докладывает о низком уровне амплитуд А1, А2, A3, А4 шума для этой частоты, но вероятность успешного прохождения низка, то выбирается другая частота из табл. 32-5.

В дополнение, сведение к минимуму промежутка времени между наблюдением за свободной частотой и выбором ее для передачи на шаге 402 также является ключевым для успешной связи и является причиной, почему от базовых радиостанций требуется обновление информации об имеющихся в доступности частотах в режиме реального времени. Система 1 0 таким образом выполнена так, что контроллер 32 центра обработки сообщений использует идентифицированную свободную частоту в течение нескольких секунд, а затем оставляет ее.

При разработке системы 1 0 была создана расчетная модель вероятности наличия конфликтного использования в Европейском эфирном пространстве. Европейское эфирное пространство обычно имеет более высокие требования, чем усредненное эфирное пространство в США. В таблице ниже показана вероятность того, что частота будет использована другим конфликтующим пользователем, после того как система идентифицировала ее как свободную и прежде чем была выполнена передача.

Время, прошедшее Вероятность интерференции от момента выбора частоты секунды 0,01 секунд 0,03 секунд 0,10 минута 0,1 5 минут 0,63

Вышеприведенная таблица может таким образом быть использована для определения того, как часто таблица доступности частот должна обновляться, в зависимости от желаемой величины вероятности интерференции с входным каналом.

В любом случае, на шаге 403 обращаются к табл. 32-8 ожидаемых сообщений для определения свободного времени t для выбранной частоты f. Как только время выбрано, в таблице ожидаемых сообщений вводится новый блок данных для текущего выходного сообщения 245 на шаге 404.

На следующем шаге 405 базовые радиостанции 60 оповещаются с тем, чтобы они ожидали приема входного сообщения 255 на указанной частоте f и в указанное время t.

Если каналы 45 выходных сообщений обеспечиваются пейджинговыми системами 40, должны быть выполнены дополнительные шаги. Конкретно, так как любой заданный полевой модуль 50 может находиться в любом месте широкого географического района, и так как любая взятая пейджинговая система 40 имеет лишь ограниченную территорию охвата, и для того чтобы избежать необходимости в использовании дорогих пейджинговых служб с циркулярной передачей, контроллер 32 центра обработки сообщений предпочтительно выполняет шаги 406 и 407.

На шаге 406 центр обработки сообщений обращается к своей табл. 32-6 местонахождения полевых модулей и к табл. 32-7 местонахождения пейждинговых центров. Идентифицировав требуемый полевой модуль 50а из сообщения 200 запроса клиента, контроллер 32 центра обработки сообщений может таким образом определить последнее известное местонахождение заданного полевого модуля 50а путем обращения к табл. 32-6 местонахождения полевых модулей. Затем идентифицируется пейджинговая система, ближайшая к последнему известному местонахождению заданного полевого модуля 50а, путем сравнения блоков данных в табл. 327 местонахождения пейджинговых центров с последними известными координатами (широтой и долготой) полевого модуля 50а.

Выходное пейджинговое сообщение 245, содержащее указанную частоту f и время t, затем пересылается к предполагаемой ближайшей системе пейджинговой связи, на шаге 407, с запросом на передачу данного сообщения к удаленному модулю 50а. Этот запрос к системе 40а пейджинговой связи передается по телефонной сети 25 (фиг. 1).

На шаге 408 контроллер 32 затем ожидает ответа от полевого модуля 50а, который должен быть передан от базовых радиостанций 60 вскоре после указанного времени t. Разумеется, поскольку контроллер 32 выполнен в виде управляемой прерываниями или многозадачной системы, он может выполнять много других задач, например, обслуживания запросов от других вызывающих станций 20, при ожидании ответа от модуля 50а.

В случае, когда на выходное сообщение 245 получен должный ответ, на шаге 409 входные данные от модуля 50а передаются к вызывающей станции 20а в форме сообщения 270 ответа. На шаге 41 0 выбранные частота и время удаляются как блок данных в табл. 32-5 доступности частот, и соответствующий блок данных в таблице ожидаемых сообщений также удаляется.

В случае, когда на выходное сообщение 245 не получен ожидаемый ответ, контроллер 32 центра обработки сообщений предполагает, что полевой модуль переместился за пределы района, охватываемого последней известной ближайшей выходной подсистемой 40. На шаге 412 контроллер 32 затем определяет местонахождение следующей ближайшей выходной подсистемы 40 и возвращается к шагу 407 для последовательных попыток передачи выходного сообщения до тех пор, пока ответ не будет успешно получен.

Выходные Радиоканалы 45 и Входные

Радиоканалы 55

Все выходные каналы 45 предпочтительно используют существующую среду связи, лицензированную Федеральной Комиссией Связи США, например, существующую инфраструктуру сети 40 пейджинговой связи. Однако такие выходные каналы могут также быть созданы на базе созданных общественных или частных носителей, например, пейджинговой сети на основе носителя с частотной модуляцией (FM), использующей специальные радиосети, или на базе других типов подходящих выходных радиоканалов 45, в зависимости от типа полевых модулей 50. Например, если ожидается, что полевые модули 50 будут устанавливаться на поставленные в штабели контейнеры, выходные каналы 45 не должны работать с использованием техники радиосвязи, требующей прохождения сигнала по прямой. Однако, если полевые модули располагаются в удаленных хорошо доступных местах, связь с прохождением сигнала по прямой может быть подходящим выбором.

Входные каналы 55 используют сеть высокочастотных (ВЧ) радиостанций 60, работающих с несущими частотами в радиоспектре от 3 до 30 МГц. Имеются два критических элемента при установлении надежной связи в ВЧ каналах входных сообщений от полевых модулей 50 к базовым радиостанциям 60.

Во-первых, удаленный полевой модуль 50 должен получить инструкции, на каких частотах в ВЧ диапазоне проходит сигнал между ним и базовыми радиостанциями 60. Вследствие множества атмосферных феноменов в ВЧ связи, происходящих на больших расстояниях в основном из-за отражения в ионосфере, различные части спектра от 3 до 30 МГц пропускают сигнал в различных направлениях в различное время суток.

Во-вторых, из тех частот, на которых сигнал проходит, должно быть известно, какие каналы свободны, т.е. какие каналы не используются в данный момент.

Сеть 40 Пейджинговой Связи

В качестве примера выходной подсистемы может быть использована система 40а пейджинговой связи, являющаяся стандартной пейджинговой системой, которая может принимать запросы на передачу сообщений от сети 25. Как известно, такие пейджинговые системы 40а содержат модем 41 для приема запросов на передачу, контроллер 42 пейджингового центра, обычно выполненный в виде компьютера какого-либо типа, и ряд передатчиков 43-, 43-1, ..., 43-n пейджинговой системы. При наличии запроса на передачу, содержащего идентификационный код полевого пейджингового модуля и сообщение, пейджинговая подсистема 40а форматирует и передает в эфир выходное сообщение 245 поискового вызова обычным образом.

Не требуется, чтобы пейджинговая система 40а была с двухсторонней связью или иначе, чтобы требовалось какое-либо подтверждение получения сообщения поискового вызова от полевого модуля 50.

Полевые Модули 50

Как показано без подробностей на фиг. 1, в примерном варианте выполнения полевой модуль содержит приемник выходных сообщений, например, пейджинговый приемник 51, ВЧ передатчик 52, контроллер 53 полевого модуля и устройство сбора данных, например, геолокационный приемник 54.

Пейджинговый приемник 51 выполнен обычным образом. Контроллер 53 полевого модуля выполнен также в виде обычного устройства управления, например, микрокомпьютера.

Приемник 54 геолокационной системы может быть выполнен любого известного типа, например, в виде приемника глобальной системы определения местонахождения (GPS) или приемник системы «Лоран».

При получении выходного сообщения 45 поискового вызова полевой модуль 50а передает входное сообщение назад в сеть 60 базовых радиостанций, например, входное сообщение 255, содержащее данные текущих координат, или другие данные.

Входное сообщение 255 затем передается на несущей частоте и во время, указанное в выходном сообщении 245. Время передачи во входных каналах 55 может быть синхронизировано с использованием универсальных данных эталона времени, которые могут быть получены от приемника 54 системы GPS или от других передатчиков эталона времени.

Таким образом возможны уникальные, свободные от интерференции характеристики входных ВЧ каналов 55, так как удаленный модуль 50 имеет информацию до передачи о том, какие частоты не используются в заданные моменты времени. Частота затем быстро освобождается после ее однократного использования контроллером 32 центра обработки сообщений, оставляя ее свободной для других пользователей, например, имеющих лицензию на регулярное использование эфира.

В дополнение, полевые модули передают только на одной из свободных частот в течение короткого времени, максимум в течение нескольких секунд. Более конкретно, полевые модули 50 используют форму ВЧ сигнала малой мощности с расширенным спектром, имеющего продолжительность от одной (1) до десяти (10) секунд. Сигнал может быть представлен, например, в форме фазосдвинутого, восьмиуровневого с расширенным спектром, с кодом прямой последовательности сигнала с полосой передачи в 3 Кгц и скоростью передачи порядка 2400. Это обеспечивает скорость передачи данных примерно 75 бит в секунду для входных сообщений 255.

ВЧ передатчик 52 в удаленном полевом модуле 50а может таким образом получить инструкции от контроллера 53 модуля использовать любой 3 Кгц канал в диапазоне 3-30 МГц.

Таким образом интерференция с передаваемыми речевыми сообщениями в ВЧ спектре сводится к минимуму, так как шум удаляется из системы 1 0, даже если какая-то интерференция похожа на типичное замирание канала. Другие пользователи, передающие данные в ВЧ спектре, также обычно имеют оборудование для обработки замирающих каналов продолжительностью в секунду и обычно имеют встроенные схемы автоматического запроса повторения или кодовое перемежение, для того чтобы избежать трудностей с затухающим сигналом. Таким образом, другие пользователи, передающие данные в ВЧ спектре, не должны заметить существования системы 1 0.

Базовые Радиостанции 60

На фиг. 5 показана схема типичной базовой радиостанции 60-1 , содержащей контроллер 61 базовой радиостанции, модем 62 наземной линии связи, пул ВЧ модемов 63 и ВЧ приемников 64 и процессор 65 анализа частоты.

Контроллер 61 базовой радиостанции выполнен в виде обычного компьютера, похожего на контроллер 32 центра обработки сообщений. Контроллер 61 использует модем 62 наземной линии связи для обмена сообщениями с контроллером 32 центра обработки сообщений.

Контроллер 61 базовой радиостанции поддерживает в режиме реального времени базу данных имеющихся частотных каналов, например, таблицу частот 66. Каждый блок данных в табл. 66 содержит ВЧ частоту f и измерение А фактической амплитуды энергии уровня шума.

Табл. 66 частот может поддерживаться посредством процессора 65 анализа частот, периодически определяющего идентичность свободных работающих ВЧ частот на регулярной основе. Процессор 65 анализа частот может выполнять эту функцию с использованием поискового приемника, или может использовать один или большее количество настраиваемых ВЧ приемников 64 по всей ВЧ частотной полосе процессор 65 анализа частот обычно также содержит компьютер или микрокомпьютер.

Табл. 66 частот может также содержать отчеты об измерениях мощности принимаемого сигнала от собственных удаленных устройств или известных станций зондирования для обеспечения выбора частот контроллером центра обработки сообщений.

В большинстве случаев процессор анализа частот имеет хорошую вероятность нахождения частоты, не занятой другим пользователем. Предполагая самое неблагоприятное время суток, например, восход солнца, примерно 2 МГц ВЧ радиоспектра обеспечивает прохождение сигнала в любую заданную точку. При наличии 30% занятости каналов, что основывается на эмпирических наблюдениях, система 10 обычно всегда имеет в наличии, по меньшей мере, 466 каналов с требуемой 3 Кгц полосой.

Загрузка ВЧ модемов 63 и связанных ВЧ приемников 64 управляется контроллером 61 базовой радиостанции для отображения приема входных сообщений от полевых модулей на частотах и во временных интервалах, указанных контроллером 32 центра обработки сообщений. Для обеспечения этого процесса поддерживается табл. 67 загрузки ВЧ приемников. Каждый блок данных в этой табл. 67 содержит идентификационный код ВЧ приемника и идентификационный код связанного с ним ВЧ модема, обслуживающего канал, поле занятости В, отображающее, занята ли в настоящий момент пара ВЧ приемник-модем. Если поле занятости показывает статус «активен», блок данных также содержит частоту f и время t, при которых ожидается прием сообщения для ВЧ приемника, пары модемов, а также идентификационный код полевого модуля, от которого ожидается прием сообщения.

ВЧ приемники 64 приспособлены для приема сигнала с расширенным спектром, генерируемого полевыми модулями 50, как уже было описано.

На фиг. 6 изображена блок-схема операций, выполняемых управляющим процессором в процессоре 65 анализа частот. Из состояния простоя на шаге 601 процессор 65 анализа частот идентифицирует следующий возможный свободный ВЧ канал. На шаге 602 процессор анализа частот измеряет уровень мощности приема, а на шаге 603, если уровень мощности значительно ниже, чем пороговое значение, процессор анализа частот обновляет свою внутреннюю табл. 66. На шаге 604 процесс продолжается с последовательным приближением до тех пор, пока не будут просканированы все каналы. Наконец, на шаге 605 процессор анализа частот пересылает информацию с обновленной таблицей к контроллеру 32 центра обработки сообщений по телефонной сети 25 общего пользования.

На фиг. 7 изображена блок-схема работы контроллера 61 базовой радиостанции при получении входного сообщения 255. Из состояния 700 простоя контроллер базовой радиостанции переходит на шаге 701 при получении команды от контроллера 31 центра обработки сообщений на ожидание приема сообщения от заданного полевого модуля на указанной частоте и в указанное время.

На шаге 703 свободный ВЧ приемник и пара модемов идентифицируются посредством просмотра табл. 67 локальной загрузки. Соответствующий блок данных затем помечается как занятый и обновляется информацией о частоте, времени и идентификационном коде полевого модуля.

Затем базовая радиостанция на шаге 704 переходит в состояние ожидания до тех пор, пока не наступит время t. Незадолго до наступления времени t, т. е. при наличии достаточного времени до наступления времени t для обеспечения статуса полного включения ВЧ приемника, пара ВЧ приемника и ВЧ модема активизируются на шаге 705.

На шаге 706 определяется, получено ли входное сообщение от указанного полевого модуля 50а во время t. Если да, то на шаге 707 базовая радиостанция пересылает отчетное сообщение назад к центру обработки сообщений, содержащее данные от удаленного полевого модуля во входном сообщении 255 по соединительному каналу связи наземного базирования между базовой радиостанцией и центром обработки сообщений, в виде входного сообщения 255 - ответа на сообщение поискового вызова. Если, однако, никакое сообщение не получено в указанное время и на указанной частоте, на шаге 708 в центр обработки сообщений докладывается об отказе в канале связи.

Claims (26)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1 . Двухсторонняя беспроводная система передачи данных, содержащая подсистему выходных сообщений для отправки выходных сообщений; подсистему входных сообщений, содержащую сеть, по меньшей мере, из двух работающих на радиочастотах базовых станций для приема входных сообщений, причем указанные базовые станции также непрерывно производят замеры в своих местах расположения комплекта частотных каналов в полосе радиочастот передачи входных сообщений для определения уровня фактической доступности частот для комплекта частот каждой базовой станции; по меньшей мере, один удаленный полевой модуль, содержащий приемник выходных сообщений и настраиваемый передатчик входных сообщений; и центральный блок управления, использующий подсистему выходных сообщений в качестве выходного канала для отправки сообщения к удаленному полевому модулю и использующий подсистему входных сообщений в качестве входного канала для приема входного сообщения от полевого модуля, причем выходное сообщение содержит поля данных, отображающие время отправки входного сообщения и несущую частоту входного сообщения, при которых полевой модуль должен послать каждое входное сообщение, при этом центральный блок управления принимает отчеты об уровнях фактической доступности частот от сети базовых радиостанций и выбирает такую несущую частоту входного сообщения, что входное сообщение будет принято одной или большим количеством базовых станций подсистемы входных сообщений без интерференции со стороны другой системы связи.
2. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что базовые радиостанции подсистемы входных сообщений выполнены с возможностью проведения замеров на радиочастотах в высокочастотном (ВЧ) диапазоне, который используется в качестве частотной полосы входных сообщений.
3. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что система выходных сообщений выполнена в виде подсистемы пейджинговой связи.
4. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что центральный блок управления дополнительно снабжен средствами определения вероятности прохождения радиосигнала на выбранной частоте входных сообщений.
5. 5. Система по п.2, отличающаяся тем, что она содержит множество входных каналов, обеспечиваемых множеством приемников базовой радиостанции, при этом блок управления назначает несущую частоту в зависимости от фактической доступности этой несущей частоты в каждом из множества приемников базовых радиостанций.
6. 6. Система по п.3, отличающаяся тем, что она содержит множество подсистем выходных сообщений, при этом центральный блок управления вначале выбирает начальную подсистему выходных сообщений для выходного канала, и, если центральный блок управления не получает сообщения по входному каналу в выбранное время и на выбранной несущей частоте, то центральный блок управления перенаправляет выходное сообщение к другой подсистеме выходных сообщений.
7. 7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что каждый полевой модуль содержит средства включения во входное сообщение поля данных, описывающих геолокационное местоположение данного полевого модуля.
8. 8. Двухсторонняя беспроводная система передачи данных, содержащая пейджинговую подсистему для передачи выходных сообщений к удаленному полевому модулю; подсистему входных сообщений, содержащую, по меньшей мере, одну базовую радиостанцию для приема входных сообщений от удаленного полевого устройства, причем базовая радиостанция также непрерывно производит замеры в своем месте расположения в комплекте частотных каналов в полосе радиочастот входных сообщений для определения уровня фактической доступности частот для комплекта частот для базовой станции; по меньшей мере, один удаленный полевой модуль, содержащий приемник выходных сообщений и настраиваемый передатчик входных сообщений; и центральный блок управления, использующий подсистему выходных сообщений в качестве выходного канала для отправки сообщения к удаленному полевому модулю и использующий подсистему входных сообщений в качестве входного канала для приема входного сообщения от полевого модуля, причем выходное сообщение содержит поля данных, представляющие время передачи входного сообщения и несущую частоту входного сообщения, при которых полевой модуль должен послать каждое входное сообщение, при этом центральный блок управления принимает отчеты об уровнях фактической доступности частот от сети базовых радиостанций и выбирает такую несущую частоту входного сообщения, что входное сообщение будет принято одной или большим количеством базовых станций подсистемы входных сообщений без интерференции со стороны другой системы связи.
9. 9. Система по п.8, отличающаяся тем, что базовые радиостанции подсистемы входных сообщений выполнены с возможностью проведения замеров на радиочастотах в высокочастотном (ВЧ) диапазоне, который используется в качестве частотной полосы входных сообщений.
10. 10. Система по п.8, отличающаяся тем, что она содержит множество входных каналов, обеспечиваемых множеством приемников базовой радиостанции, при этом блок управления назначает несущую частоту в зависимости от фактической доступности этой несущей частоты в каждом из множества приемников базовых радиостанций.
11. 11. Система по п.8, отличающаяся тем, что она содержит множество пейджинговых подсистем, при этом центральный блок управления вначале выбирает начальную пейджинговую подсистему в качестве выходного канала, и, если центральный блок управления не получает сообщения по входному каналу в выбранное время и на выбранной несущей частоте, то центральный блок управления перенаправляет выходное сообщение к другой пейджинговой подсистеме.
12. 1 2. Система по п.8, отличающаяся тем, что она содержит множество пейджинговых подсистем, при этом центральный блок управления поддерживает базу данных, содержащих последнее известное положение полевого модуля, и выбирает начальную пейджинговую подсистему в качестве выходного канала на базе информации о последнем известном положении полевого модуля.
13. 1 3. Система по п.8, отличающаяся тем, что она содержит блок управления, отменяющий дальнейшее использование выбранной входной несущей частоты после передачи входного сообщения для сведения к минимуму интерференции с другими системами связи, использующими ту же несущую частоту.
14. 1 4. Способ работы системы связи для обеспечения всеохватного сервиса беспроводной передачи данных между центром обработки сообщений и множеством удаленных полевых модулей, посредством использования сети широко разбросанных узлов базовых радиостанций и множества пейджинговых систем, включающий операции:

    A. на вызывающей станции, обслуживающей клиентов: подача запроса к центру обработки сообщений для связи с указанным удаленным модулем, например запроса к полевому модулю для определения и сообщения своего местонахождения;

    B. в центре обработки сообщений:

    i. опрос базовых радиостанций для определения радиочастоты, подходящей в данный момент для того, чтобы полевой модуль мог послать входное сообщение назад к одной или большему количеству базовых радиостанций;

    ii. определение частоты и времени для ответа полевого модуля;

    iii. форматирование времени и частоты для полевого модуля в выходящем сообщении поискового вызова;

    iv. пересылка сообщения поискового вызова, по меньшей мере, к одной пейджинговой системе;

    C. по меньшей мере, в одном узле пейджинговой системы: передача сообщения поискового вызова полевым модулям через пейджинговую систему;

    D. в выбранном полевом модуле:

    i. прием сообщения поискового вызова;

    ii. формулирование ответа на сообщение поискового вызова путем считывания данных, имеющихся локально у полевого модуля;

    iii. формулирование ответа в виде входного сообщения обратно к базовым радиостанциям;

    iv. кодировка ответа в форме короткого по времени пакетизированного сообщения с тем, чтобы свети к минимуму вероятность интерференции с существующим радиовещанием или другими системами связи на частотах, близких к выбранной частоте;

    v. передача входного сообщения на указанной частоте в указанное время в эфир;

    E. на базовой радиостанции:

    i. прием входного сообщения от полевого модуля через эфир; и ii. передача входного сообщения к центру обработки сообщений;

    F. в центре обработки сообщений: передача входного сообщения к вызывающей станции, обслуживающей клиентов; и

    G. на вызывающей станции: прием входного сообщения.
15. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что вызывающие станции соединены с центром обработки сообщений через коммутируемую телефонную сеть наземного базирования общего пользования.
16. 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что центр обработки сообщений соединен с пейджинговыми системами через коммутируемую телефонную сеть наземного базирования общего пользования.
17. 17. Способ по п.14, отличающийся тем, что центр обработки сообщений соединен с базовыми радиостанциями посредством связи наземного базирования, например через коммутируемую телефонную сеть общего пользования.
18. 18. Способ по п. 14, отличающийся тем, что центр обработки сообщений соединен с базовыми радиостанциями посредством связи наземного базирования, например через арендуемые частные телефонные каналы.
19. 1 9. Способ по п. 1 4, отличающийся тем, что он дополнительно включает выполняемую в центре обработки сообщений операцию оповещения одной или большего количества связанных базовых радиостанций для приема ответа от указанного полевого модуля на указанной частоте и в указанное время.
20. 20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что он дополнительно включает выполняемую на базовой радиостанции операцию в случае, если не получено сообщение, о котором было оповещение центра обработки сообщений, сообщения об этом в центр обработки сообщений.
21. 21 . Способ по п.20, отличающийся тем, что он дополнительно включает выполняемую в центре обработки сообщений операцию посылки выходного сообщения поискового вызова с использованием другой пейджинговой системы в случае получения сообщения об ошибке от базовой радиостанции.
22. 22. Способ по п.14, отличающийся тем, что операция В. iv. дополнительно включает операции, выполняемые в центре обработки сообщений:

    i. получения отчетов о местонахождении полевых модулей, ii. поддерживания базы данных последних известных местонахождений полевых модулей в системе, и iii. идентификации пейджинговой системы, ближе всего расположенной к последнему известному местонахождению полевого модуля, и выполнения попытки посылки выходного сообщения с использованием в первую очередь ближайшей пейджинговой системы.
23. 23. Способ по п.14, отличающийся тем, что дополнительно включает операцию периодического измерения уровня мощности принимаемого сигнала на каждом возможном входном частотном канале каждой базовой радиостанции.
24. 24. Способ по п.14, отличающийся тем, что он дополнительно включает выполняемую в полевом модуле операцию сбора подлежащих передаче данных, включая широту и долготу, от геолокационной системы.
25. 25. Способ по п.14, отличающийся тем, что короткое по времени входное сообщение кодируют с использованием модуляции по широкому спектру.
26. 26. Способ по п.14, отличающийся тем, что центр обработки сообщений связан с базовыми радиостанциями через сеть VSAT (терминал с очень малой апертурой).