EA017487B1 - Способ приёмопередачи информации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системам связи и может быть использовано для передачи информации в зоны чрезвычайных ситуаций. Сущность изобретения заключается в том, что приемное устройство (ПУ) получает свои координаты от спутниковой системы навигации (например, GPS) и, используя значения координат (долготу и широту), формирует свой персональный код активации и формат приема информации (алгоритм декодирования информации) на соответствующей стандартной частоте радиовещания. Для передачи информации назначенным абонентам в зависимости от их местонахождения сначала выбирается и ограничивается район ЧС и его отдельные участки для передачи информации, затем на площади выбранного района формируется матрица, каждая ячейка которой имеет координаты, после этого формируются пакеты информации, предназначенной для абонентов выбранной территории, в начале этого пакета прикрепляется код активации передачи информации, сформированный на основе координат каждой отдельной ячейки матрицы, идентичный коду активации ПУ абонента. После этого пакет информации передается для всех ячеек матрицы с наземной станции на один или несколько радиовещательных спутников, радиус действия которых охватывает территорию ЧС. Радиовещательные спутники передают пакеты информации на частоте стандартного радиовещания в формате, основанном на значениях координат ПУ. ПУ, получив код активации, соответствующий сформированному им персональному коду активации, включается и начинает принимать и записывать передаваемую информацию в соответствующем формате. Информация может носить любой характер - текст, аудиообращение, видео или графическое изображение и т.д.

Description

Изобретение относится к системам связи и может быть использовано для передачи информации в зоны чрезвычайных ситуаций.

Эффективность координации действий всех систем государственного управления, спасательных служб, персонала государственных структур и силовых ведомств, задействованных во время чрезвычайных ситуаций (ЧС), вызванных природными и техногенными катастрофами и при ликвидации их последствий, во многом зависит от четкой и безотказной работы систем связи и телекоммуникационных ресурсов.

Так, эксперты США отмечают, что мощная телекоммуникационная сеть США, в которую сегодня наряду с системами связи специального (правительственными, дипломатическими, разведывательными, военными) и общего (телефонными, пейджинговыми, транковыми, кабельными, спутниковыми и др.) пользования входят ресурсы Интернет, в одно мгновение может существенно потерять эффективность в результате стихийного бедствия, аварии, террористического акта или других чрезвычайных обстоятельств. Во время сильных землетрясений, наводнений, ураганов и других стихийных бедствий, в первую очередь отключаются системы связи, включая мобильную связь и специальные системы связи из-за разрушения оборудования и коммуникаций, обеспечивающих связь. Даже, если технически системы связи не повреждены, связь перестает функционировать из-за перегрузок в сетях, так как число вызовов от абонентов возрастает многократно, что мгновенно перегружает и блокирует связь. Это происходит во всех случаях, включая индустриально развитые страны.

Ярким примером этого может служить отключение проводной и сотовой связи в Вашингтоне и Нью-Йорке в течение нескольких часов после трагедии 11 сентября 2001 года. Это произошло вследствие сотен тысяч вызовов абонентов практически одновременно блокировавших перегруженные АТС. По оценкам американских экспертов допустимое количество вызов от абонентов телефонной связи в НьюЙорке 11 сентября было превышено в 14 раз, в то время как при землетрясении в Сан-Франциско 17 октября 1989 года - в 10 раз. По другим данным крупнейший национальный оператор связи АТ&Т в этот день получил на 100 млн телефонных вызовов больше, чем обычно (1).

Известен способ передачи информации и система для его осуществления, включающие установку приемопередающих станций (ячеек), размещенных таким образом, чтобы их радиусы действия перекрывали друг друга и объединенных в сотовую сеть. Для осуществления сотовой связи используются мобильные телефоны, принимающие и передающие звуковую информацию с помощью электромагнитных сигналов, принимаемых и передаваемых сотовыми станциями (2).

Недостатком данного способа приемопередачи информации в зонах стихийных бедствий является то, что в результате стихийных бедствий (землетрясений, наводнений, ураганов и т.д.) и техногенных катастроф (взрывы на промышленных предприятиях, на складах взрывчатых веществ, в топливохранилищах и т.д.) разрушается наземная техническая инфраструктура сотовой связи (приемопередающие узлы связи и т.д.). Кроме того, вторым недостатком является резкая перегрузка каналов связи в результате многократного увеличения числа звонков в момент ЧС, что приводит к перегрузке АТС и блокированию связи. Основным недостатком данной системы связи является также невозможность в массовом порядке передавать информацию в пострадавшие районы большим массам людей с целью эффективного управления ЧС.

Известен также способ приемопередачи информации и система для его осуществления в зонах ЧС. В рамках программы создания Перспективной интеллектуальной сети (ΑΙΝ) предусматривается на основе использования технологии стандарта передачи данных Ι8ΌΝ, получившей широкое распространение в США за последние 20 лет, а также на основе интеллектуального оконечного оборудования (персональных компьютеров, сотовых и обычных телефонов, факсимильных аппаратов) предоставить абонентам телефонной сети общего пользования (РиЬйе 8\\'Це11еб ΝοΙ\\όγ1< - Ρ8Ν) гибкий доступ к любой услуге (телефония, 8М8, пейджинг, передача данных, Етай, НТМЬ, ЕТР, ^ΑΙδ, \УАР) без участия Интернет провайдера или оператора связи. Одновременно будут выполнены требования по управлению доступом, выбором приоритета в обслуживании. Основная цель программы - модернизация и развитие Правительственной экстренной телекоммуникационной службы (ОЕТ8) заключается в техническом обеспечении гарантированной связи абонентов правительства США во время ЧС, при которых могут быть выведены из строя, заблокированы или перегружены соответствующие коммуникационные ресурсы (линии, каналы, коммутационные центры).

Технические возможности системы обеспечиваются на основе гибкого и оперативного перераспределения ресурсов и реконфигурации трафика с учетом приоритетов как за счет федеральных (ЕТ8, ΌΙ8Ν, ЭТ8), так и коммерческих (АТ&Т, МС1 \Уог1бСот. δρτίηΐ) телефонных сетей коллективного пользования на основе цифровых технологий и Интернета. Доступ и соединение абонентов осуществляются по единой автоматизированной процедуре (тональным набором комбинации 710-НС8-ОЕТ8''+РГН+номер абонента) независимо от их местонахождения на основе персонального удостоверяющего кода (Рет8опа1 1бепйДеайоп ЖппЬег - Р1Л), в соответствие с которым устанавливаются категория срочности и приоритет вызова (3).

Недостатком данной системы связи является ее чрезвычайная техническая сложность и дороговизна. Возможность разрушения технической инфраструктуры систем связи в зоне ЧС, включая Интернет,

- 1 017487 городские и специальные коммуникации также делает эту систему связи не очень эффективной во время

ЧС. Основным недостатком данной системы связи является невозможность в массовом порядке передавать информацию в пострадавшие от ЧС районы большим массам людей с целью эффективного управления и координации действиями людей и государственных служб.

Для организации совместных действий операторов связи по восстановлению телекоммуникационных ресурсов и услуг при ЧС, когда проводная телефонная сеть связи общего пользования полностью блокирована или перегружена, в США создана специальная Сеть оповещения и координации (ΑΟΝ), с помощью которой в режиме конференций осуществляется обмен информацией между региональными центрами экстренного реагирования. При этом могут использоваться выделенные телефонные линии, организованные на основе коротковолновых и спутниковых систем радиосвязи. В зависимости от уровня разрушений и потерь, связанных с чрезвычайными ситуациями, различают три категории сложности операций восстановления телекоммуникационных ресурсов и услуг национальных систем связи США. Операции восстановления третьей (наивысшей) категории (ΝΤΜ8 Кекроике Ьеуе1 III) проводятся в чрезвычайных ситуациях, напрямую затрагивающих национальную безопасность США, или по личному указанию президента, как это было 11 сентября 2001 года. В этих операциях формируются (в центре и на местах) специальные группы и штабы реагирования (Ναΐίοηαΐ Етегдеису Маиадетеи! Теат, СоттишсаΙίοηκ Риис11оиа1 Сгоир, Кедюиа1 Етегдеису Маиадетеи! Теат, ΝΤΜ8 ОрегаНид Сеи!егк) из представителей федерального правительства, промышленности и властей (штата, графства, округа, города), которые оценивают масштабы ущерба и организуют все работы по восстановлению телекоммуникационных ресурсов и услуг в необходимом объеме (3).

В рамках проекта Распределенные ресурсы (8НАКЕ8) для организации беспроводной связи полномочных органов правительства США во время ЧС модернизируется действующая в настоящее время национальная сеть коротковолновой связи, в которую входят практически все приемные и передающие центры коротковолновой радиосвязи гражданских и военных министерств и ведомств на территории США, а также личные станции радиолюбителей. По существующему соглашению - Меморандум о взаимопонимании между Американской радиорелейной лигой и Национальной системой связи - радиолюбители США (свыше 400 тысяч) в соответствие с регламентом и правилами, утвержденными Федеральной комиссией по связи на основании Закона о ликвидации стихийных бедствий от 1974 года, обязуются предоставлять правительству США свое оборудование и частоты для передачи экстренных сообщений в чрезвычайных ситуациях (3).

Недостатком данной системы связи является ее чрезвычайная техническая сложность и дороговизна. Кроме того, возможность разрушения технической инфраструктуры систем связи в зоне ЧС, включая Интернет, городские и специальные коммуникации. Основным недостатком данной системы связи является невозможность в массовом порядке передавать информацию в пострадавшие от стихийных бедствий районы большим массам людей с целью эффективного управления и координации их действиями.

Наиболее близким техническим решением является способ и система для высокоскоростной передачи пакетных данных и передачи данных с малой задержкой. В этом техническом решении осуществляется комбинированная передача пакетных данных и данных с низкой задержкой. Для этого параллельный канал сигнализации обеспечивает передачу на приемники сообщения, указывающего назначенного получателя пакетных данных. Сообщение также идентифицирует каналы связи, используемые для передачи пакетных данных. Каждый приемник может избирательно декодировать пакеты только тогда, когда сообщение идентифицирует приемник как назначенного получателя. Пакеты данных, сохраненные в буфере, игнорируются, если назначенным получателем является другой мобильный блок. Согласно одному варианту осуществления сообщение посылают одновременно с пакетом данных по параллельному каналу (4).

Недостатком данного метода является то, что он не позволяет передавать информацию в массовом порядке в зону ЧС конкретным получателям в зависимости от их местоположения.

Кроме того, это техническое решение не позволяет использовать для передачи информации стандартные радиовещательные спутники и требует наличие самостоятельной системы связи, имеющей параллельные каналы синхронизации. Необходимая информация о ситуации в различных зонах ЧС может поступать в органы управления ЧС по спутниковым системам специальной связи, находящихся у представителей государственных спасательных органов и служащих.

Между тем, проблема управления и координации большим числом людей, находящихся в зоне ЧС, является не решенной и актуальной. Большое число людей в зонах бедствий, находящихся в состоянии паники и психологического стресса, не имеют никакого представления, что они должны делать, двигаться в каком-то направлении или оставаться на своих местах и ждать помощи. Возможно, что с определенного направления к ним приближается опасность, например потоки воды от разрушенной плотины или химических веществ из разрушенного хранилища и т.д. В этом случае они должны иметь точную информацию о том, куда им надо перемещаться и откуда ждать опасности. Они могут также получить информацию о необходимости использования какого-либо убежища для их защиты, например метро или других мест.

Дело в том, что во время ЧС особую важность приобретает необходимость передачи различных па- 2 017487 кетов специальной информации одновременно многим людям, в зависимости от их местонахождения, с целью управления и координации их действиями. В случае, когда большое число людей находится в зоне ЧС, наибольшую эффективность будет иметь только прямая передача информации людям. Обратная связь с огромным числом людей не только не даст положительного эффекта, но и усложнит ситуацию. Это связано с тем, что массы людей, находящиеся в панике и состоянии стресса и не способны реально оценить обстановку и их информация будет нести, прежде всего, эмоциональный характер.

Задачей предполагаемого изобретения является создание приемопередающей системы, позволяющей передавать информацию в зону ЧС абонентам, в зависимости от координат их местонахождения.

Поставленная задача решается способом, включающим формирование необходимых для передачи пакетов информации, кодирование пакетов информации в специальный формат, передачу пакетов информации на передающее устройство, преобразование кодированных пакетов информации передающим устройством в электромагнитный сигнал и передачу его на приемопередающий спутник, передачу электромагнитного сигнала от спутника к приемному устройству абонента, идентификацию приемного устройства, получение и декодирование в приемном устройстве электромагнитного сигнала в информацию для абонента, где согласно изобретению приемное устройство абонента дополнительно оснащают модулем приема координат от системы спутниковой навигации, модулем формирования из полученных координат приемного кода приемного устройства, что позволяет абонентам получать координаты о своем местонахождении от системы спутниковой навигации, формируют из полученных координат код активации и приема приемного устройства, а при формировании информации для передачи выбирают район, в который будут передавать информацию, формируют на основе контуров выбранного района координатную матрицу, каждой ячейке которой присваивают код, включающий координаты ячейки, причем формат этого кода идентичен формату кода активации и приемного устройства, при этом сформированную для передачи информацию с кодами выбранных с помощью координатной матрицы приемных устройств передают в виде электромагнитного сигнала на спутник, с которого электромагнитный сигнал, несущий информацию, передают в район предназначения, при этом этот сигнал принимают только те приемные устройства, код которых идентичен коду передаваемой информации.

Во время крупномасштабных стихийных бедствий (землетрясение, цунами, извержение вулканов, наводнения и т.д.) и чрезвычайных ситуаций, вызванных деятельностью человека (например, прорывы крупных плотин, взрывы на нефтехранилищах и т.д.), большие территории могут остаться без обеспечения связи из-за разрушения наземных технических средств, обеспечивающих связь, например телефонных станций, узлов сотовой связи и т. д. В этом случае, большие массы людей и государственных служащих не могут получить информацию о необходимых действиях от государственных и международных органов координации и спасательных служб. Отсутствие связи с людьми в пострадавших районах приводит к панике и хаосу, неправильным действиям, что становится основной причиной увеличения числа жертв и нанесенного ущерба. В этой ситуации спутниковые системы связи не могут помочь, так как очень мало абонентов этих систем.

Сущность изобретения заключается в том, что приемное устройство ( ПУ) получает свои координаты от спутниковой системы навигации (например, ОР8) и, используя значения координат (долготу и широту), формирует свой персональный код активации и формат приема информации (алгоритм декодирования информации) на соответствующей стандартной частоте радиовещания. Для передачи информации назначенным абонентам, в зависимости от их местонахождения, сначала выбирается и ограничивается район ЧС и его отдельные участки для передачи информации, затем на площади выбранного района формируется матрица, каждая ячейка которой имеет координаты, после этого формируются пакеты информации, предназначенной для абонентов выбранной территории, в начале этих пакетов прикрепляется код активации передачи информации на основе координат каждой отдельной ячейки матрицы, идентичный коду активации ПУ абонента. После этого пакет информации передается для всех ячеек матрицы с наземной станции на один или несколько радиовещательных спутников, радиус действия которых охватывает территорию ЧС. Радиовещательные спутники передают пакеты информации на частоте стандартного радиовещания в формате, основанном на значениях координат ПУ. ПУ, получив код активации, соответствующий сформированному им персональному коду активации, включается и начинает принимать и записывать передаваемую информацию в соответствующем формате. Информация может носить любой характер - текст, аудиообращение, видео или графическое изображение и т.д.

Схема способа передачи и приема информации представлена на фиг. 1 и 2 соответственно.

Предлагаемый способ приемопередачи информации позволяет использовать специальные очень простые ПУ - пейджеры, мобильные телефоны, компьютеры и другие приборы со специальными встроенными модулями приема информации для получения целевой информации через стандартные радиовещательные спутники, причем информацию будет получать только тот абонент, которому она предназначается, в зависимости от его местоположения. Если абонент не находится в зоне, для которой предназначена информация, его ПУ не активируется и игнорирует эту информацию.

Предполагаемое изобретение иллюстрируется нижеследующими примерами.

1. ПУ получает от спутников ОР8 координаты своего местоположения и формирует ГО код (код активации и приема информации) ПУ из полученных координат, например координаты ПУ: 46°57'32 (се

- 3 017487 верная широта отображается в коде последней цифрой в координатах широты, например цифрой 1) 42°38'21 (восточная долгота отображается в коде последней цифрой в координатах долготы, например цифрой 1), при этом формируется следующий код: 46573214238211.

Если южная широта, в конце координат широты указывается, например, цифра 2, если западная долгота, в конце координат долготы указывается также цифра 2, при этом формируется следующий код: 46573224238212. Точность координат может иметь любой уровень. Таким образом, формируется код, содержащий полную информацию о координатах ПУ.

2. При передаче информации на данный ПУ оператор посылает цифровую информацию в виде текста, звука или изображения (например, карты с указанием направления движения или пункта назначения), при этом вначале передаваемого сигнала передается цифровой код с координатами ПУ, например 4657321423821.

До получения кода, соответствующего ГО коду ПУ, ПУ находится в спящем режиме с минимальным потреблением электроэнергии. После получения кода активации приемный модуль активирует ПУ и включает прием и запись информации и ПУ подает сигнализацию (звуковую, световую, вибрационную или любые сочетания сигналов).

3. В случае, если оператор передающей станции, посылающий пакеты информации, не знает точных координат местонахождения ПУ, но может знать примерный квадрат местоположения ПУ, то он указывает пределы квадрата, на который передается информация, например от 46°57'32 до 46°57'37 северной широты и от 42°38'21 до 42°38'25 восточной долготы. Передатчик формирует матрицу с ячейками, равными, например, 1 с, и передает информацию, попеременно сканируя матрицу по всем ее ячейкам, при этом ПУ, находящийся в пределах данного квадрата, получит свой код активации и активируется для приема информации. Переданная со спутника информация будет получена на ПУ. После завершения передачи информации оператор со спутника передает код конца передачи и ПУ дезактивируется и переходит в режим ожидания сигнала (в спящий режим).

4. Если оператор передающей станции знает район нахождения ПУ, он может передать информацию на матрицу с любой конфигурацией границ. Если информация должна быть передана оператором группе людей, находящейся в пределах предполагаемого района, он сканирует участок района ЧС и при передаче сигнала на основе сканирования ячеек матрицы, все ПУ, находящиеся в указанном участке района ЧС, получат необходимую информацию.

ПУ могут быть разного уровня сложности и предназначения. Например, могут быть ПУ четырех (или более) основных типов.

ПУ общего пользования. В конце обычного ГО кода этих ПУ ставится, например, 15 или иное количество цифр - 0 (или иных), например 46573214238211000000000000000. Такие ПУ получают информацию, предназначенную для всех ПУ в информационной зоне.

Коллективные ПУ с конкретным 15-значным кодом после обычного кода, например 46573214238211454126319756893.

Такие ПУ могут работать в двух режимах и получать информацию одновременно в стандартном и специальном режимах или одном из них по желанию владельца ПУ. Для таких ПУ может быть послана информация, касающаяся только конкретных владельцев ПУ, находящихся в информационной зоне, обладающих данным шифром, например только спасатели в зоне ЧС, чтобы отделить действия спасателей от действий других людей. Каждый коллектив может иметь свой код, чтобы дискретно управлять разными структурами - спасатели, полиция, врачи, военные.

Индивидуальные ПУ. Индивидуальные ПУ действуют по тому же принципу, что и специальные и могут иметь после обычного кода индивидуальный 15-значный код. Они могут предназначаться для членов правительства, руководителей спасательными операциями и т.д.

Специальные многоканальные ПУ могут иметь несколько каналов приема и принимать одновременно информацию по каждому каналу отдельно.

Это может быть необходимо при одновременной передаче большого потока различной информации, например, если ПУ используется для дистанционного управления сложным техническим средством. К примеру, некоторые сложные системы, управляемые централизовано, могут потерять управление в результате разрушения системы управления или коммуникаций этой системы в зоне ЧС. Например, это могут быть атомные электростанции, нефтеперерабатывающие заводы, крупные топливные терминалы, гидротехнические сооружения, плотины и т.д. В этом случае, автономные мини-блоки управления с помощью ПУ, могут быть установлены для выполнения конкретных команд электронных исполнительных механизмов, например электронных клапанов, перекрывающих нефтепроводы и газопроводы, водозаборные шлюзы на плотинах и гидротехнических сооружениях и т.д. В этом случае, каждый канал связи ПУ может быть использован для независимого управления разными модулями управляемого объекта.

Центры управления связи (ЦУС), формирующие и посылающие пакеты информации в зону ЧС, рекомендуется размещать в наиболее безопасных регионах, и они могут иметь несколько дублирующих центров. ЦУС может использовать Интернет, мобильную связь и специальные средства для связи с правительствами, государственными службами управления ЧС разных стран, ООН, центрами прогнозирования различных природных катаклизмов - цунами, торнадо, штормов, землетрясений, извержений вулка

- 4 017487 нов и т.д.

Поступающая информация, предназначаемая для передачи в зону ЧС, должна содержать координаты района бедствия, основной текст и может содержать другие приложения, например карты, схемы, таблицы и т.д. Эта информация перенаправляется операторами ЦУС на передающую станцию, а от нее на спутник связи, который посылает эту информацию в эфир в зоне, охватывающей территорию ЧС. В зависимости от местонахождения территории ЧС могут использоваться разные спутники связи.

Для покрытия всего земного шара или его большей части могут использоваться системы спутников, коммутированные друг с другом по радиоканалам и управляемые через базовый спутник, связанный с центром управления на Земле.

Информация, принятая во внимание.

1. А.М. АЬЬаюс. Ε.Ν. Κΐιαίίίον. 1псгса5с οί сГГссНуспс55 οί аррйсайои οί соттцшсайои 5уЧет аий ίηГогтайои 1есЬио1оду а! етегдеису 8Йиайои8. δΟΙΕΝΟΕ ЭД1ТНОИТ ΒΘΚΟΕΚΚ Тгаикасйоик οί Не 1п1егпайоиа1 Асайету οί 8с1еисе Н & Ε. νοί. 3. 2007/2008, 8ЭДВ, 1пи8Ьгиск, 2008, р. 361-366, ΙδΒΝ 978-9952-45101-6, ΙδδΝ 2070-0334.

2. Сотовая связь. История, стандарты, технологии, 1йр://се1ие1.ги/.

3. А.М. АЬЬа80ν, Ε.Ν. Κΐιηίίίον. 1и1егиайоиа1 СоиГегеисе ^еνе1οртеиΐ !о 30 уеагк ргоГ. Иатий Ада Ак1уийоЬ РгоЬ1ет5 οί хеышс Г18к, хеышс ЧаЬ1е сощйисйои аий агсЫ1ес1иге, 28-29 арге1, Ваки, 2005.

4. Лэндби Стейн А. (США), Разумов Леонид (США), Бао Ганг (США). Способ и устройство для высокоскоростной передачи пакетных данных и передачи данных с малой задержкой. Патент России, 2422998 С2 от 24.10.2001.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Способ приемопередачи информации включает формирование необходимых для передачи пакетов информации, кодирование пакетов информации в специальный формат, передачу пакетов информации на передающее устройство, преобразование кодированных пакетов информации передающим устройством в электромагнитный сигнал и передачу его на приемопередающий спутник, передачу электромагнитного сигнала от спутника к приемному устройству абонента, идентификацию приемного устройства, получение и декодирование в приемном устройстве электромагнитного сигнала в информацию для абонента, отличающийся тем, что приемное устройство абонента дополнительно оснащают модулем приема координат от системы спутниковой навигации, модулем формирования из полученных координат приемного кода приемного устройства, что позволяет абонентам получать координаты о своем местонахождении от системы спутниковой навигации, формируют из полученных координат код активации и приема приемного устройства, а при формировании информации для передачи выбирают район, в который будут передавать информацию, формируют на основе контуров выбранного района координатную матрицу, каждой ячейке которой присваивают код, включающий координаты ячейки, причем формат этого кода идентичен формату кода активации и приема приемного устройства, при этом сформированную для передачи информацию с кодами выбранных с помощью координатной матрицы приемных устройств передают в виде электромагнитного сигнала на спутник, с которого электромагнитный сигнал, несущий информацию, передают в район предназначения, причем этот сигнал декодируют.