RU119192U1 - Система связи транспортного средства - Google Patents

Abstract

1. Система связи транспортного средства, содержащая установленные на транспортном средстве приемопередающую антенну спутниковой связи, связанную с устройством обработки сигналов антенны спутниковой связи, приемопередающую антенну для связи с наземной сетью передачи данных, связанную с устройством обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных, средства выбора внешнего канала данных, связанные с устройством обработки сигналов антенны спутниковой связи, устройством обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных, а также с внутренней точкой доступа Wi-Fi, обладающей возможностью взаимодействия с Wi-Fi-оборудованием пользователей, отличающаяся тем, что в качестве приемопередающей антенны спутниковой связи использована поворотная автоматизированная спутниковая антенна, снабженная контроллером спутниковой антенны, в качестве устройства обработки сигналов антенны спутниковой связи использован спутниковый модем, связанный с указанной антенной, в качестве антенны для связи с наземной сетью передачи данных использована многодиапазонная антенна для сотовых сетей и беспроводных сетей Wi-Fi, одновременно используемая в качестве антенны для связи с внешними беспроводными точками доступа Wi-Fi, в качестве устройства обработки сигналов антенны для связи с наземной станцией сотовых сетей использован модем для сотовых сетей, в качестве устройства обработки сигналов антенны для связи с внешними беспроводными точками доступа Wi-Fi использован радиомодем Wi-Fi, средства выбора внешнего канала данных включают мобильный маршрутизатор и частотный диплексор, связанные с модем�

Description

Полезная модель относится к технике связи, а конкретнее, к технике обеспечения широкополосного доступа в Интернет, а также доступа к различным мультимедийным сервисам, пассажиров и персонала (далее - пользователей) транспортных средств, таких, например, как железнодорожные поезда, автомобили и автопоезда, самолеты, корабли и др.

Известна система связи транспортного средства, содержащая, устройство приема и обработки информации (блок наземного канала связи) с устройством связи с Интернет и блоком предоставления услуг Интернет, установленное в каждом вагоне транспортного средства, блок определения координат транспортного средства и блок поездного телевидения (см. патент РФ №94201, кл. B61L 25/00, оп. 20.05.2010).

Термин «наземный» здесь и далее означает любые технические средства, расположенные на внешних по отношению к рассматриваемому транспортному средству, наземных объектах.

Недостаток известной системы заключается в том, что она имеет низкую надежность предоставления пользователям (пассажирам транспортного средства) услуг связи, в частности, услуг Интернет. Это является следствием нестабильности связи с наземным объектом, предоставляющим услуги Интернет, включая услуги Интернет-телевидения.

Наиболее близкой к заявленной является система связи транспортного средства, содержащая установленные на транспортном средстве приемопередающую антенну спутниковой связи, связанную с устройством обработки сигналов антенны спутниковой связи, приемо-передающую антенну для связи с наземной сетью передачи данных, связанную с устройством обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных, средства выбора внешнего канала данных, связанные с устройством обработки сигналов антенны спутниковой связи, устройством обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных, а также с внутренней точкой доступа Wi-Fi, обладающей возможностью взаимодействия с Wi-Fi оборудованием пользователей, являющихся пассажирами или персоналом транспортного средства (см. патент США №8094605, кл. Н04B 7/185, оп. 10.01.2012 г.).

Недостаток известной системы заключается в низкой надежности предоставления пользователям (пассажирам транспортного средства) услуг доступа в Интернет (в частности, услуг широкополосного доступа), объясняющийся нестабильностью связи с наземным объектом, предоставляющим услуги доступа в Интернет, и нежелательностью передачи данных через спутниковые каналы в связи с большой вероятностью возникновения интерференции на спутники, близко расположенные на геостационарной орбите, к спутнику, через который ведется работа системы. Нестабильность связи проявляется, прежде всего, при движении транспортного средства в условиях гористой или пересеченной местности, в тоннелях, а также при наличии различных препятствий для распространения радиоволн (металлические мачты, мосты и т.п.). Другой недостаток известной системы связи заключается в невозможности предоставления услуг двусторонней голосовой связи, поскольку в системе не предусмотрено специализированное устройство для подобного вида связи.

Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью заключается в повышении надежности доставки данных пользователям при одновременном расширении функциональных возможностей системы.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе связи транспортного средства, содержащей установленные на транспортном средстве приемо-передающую антенну спутниковой связи, связанную с устройством обработки сигналов антенны спутниковой связи, приемопередающую антенну для связи с наземной сетью передачи данных, связанную с устройством обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных, средства выбора внешнего канала данных, связанные с устройством обработки сигналов антенны спутниковой связи, устройством обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных, а также с внутренней точкой доступа Wi-Fi, обладающей возможностью взаимодействия с Wi-Fi оборудованием пользователей, в качестве приемо-передающей антенны спутниковой связи использована поворотная автоматизированная спутниковая антенна, снабженная контроллером спутниковой антенны, в качестве устройства обработки сигналов антенны спутниковой связи использован спутниковый модем, связанный с указанной антенной, в качестве антенны для связи с наземной сетью передачи данных использована многодиапазонная антенна для сотовых сетей и беспроводных сетей Wi-Fi, одновременно используемая в качестве антенны для связи с внешними беспроводными точками доступа Wi-Fi, в качестве устройства обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных использован модем для сотовых сетей, в качестве устройства обработки сигналов антенны для связи с внешними беспроводными точками доступа Wi-Fi использован радиомодем Wi-Fi, средства выбора внешнего канала данных включают мобильный маршрутизатор и частотный диплексор, связанные с модемом для сотовых сетей и с радиомодемом Wi-Fi, коммутатор Ethernet, который связан с мобильным маршрутизатором, со спутниковым модемом и внутренней точкой доступа Wi-Fi, частотный диплексор связан с многодиапазонной антенной для сотовых сетей и беспроводных сетей Wi-Fi.

В систему может быть введен мультимедийный сервер, связанный с коммутатором Ethernet. Введение подобного сервера расширяет функциональные возможности системы связи, т.к. позволяет предоставлять мультимедийные сервисы пассажирам во время движения транспортного средства.

В систему может быть введен GPS-приемник, связанный со спутниковым модемом и с многодиапазонной антенной для сотовых сетей 3G и беспроводных сетей Wi-Fi.

В систему может быть введен телефонный голосовой шлюз, связанный с коммутатором Ethernet.

При использовании системы в многозвенном транспортном средстве она дополнительно содержит средства передачи Wi-Fi сигнала между отдельными звеньями транспортного средства.

Технологией Wi-Fi (часто используют синонимичные обозначения: WI-FI, WiFi или wifi) в технике называют один из форматов передачи цифровых данных по радиоканалам, а точнее, стандарты IEEE 802.11b/g/n, характеризующиеся распространением сигнала в широком спектре частот - подробнее см. http://www.getwifi.ru/p_wifi.html. Сетями Wi-Fi называют, соответственно, беспроводные сети, использующие технологию Wi-Fi, а средствами (оборудованием) Wi-Fi называют средства (оборудование) для работы в таких сетях.

На фигуре представлена функциональная схема заявленной системы связи транспортного средства.

Система связи транспортного средства (например, пассажирского поезда) содержит установленные на транспортном средстве (не показано) поворотную автоматизированную спутниковую антенну 1, в качестве приемо-передающей антенны спутниковой связи, многодиапазонную антенну 2 для сотовых сетей и беспроводных сетей Wi-Fi, в качестве антенны для связи с наземной сетью передачи данных, спутниковый модем 3, используемый в качестве устройства обработки сигналов антенны 1, контроллер 4 спутниковой антенны, GPS-приемник 5, частотный диплексор 6, используемый в качестве делителя диапазонов частот 3G и Wi-Fi, мобильный маршрутизатор 7, коммутатор 8 Ethernet, мультимедийный сервер 9, точка 10 доступа Wi-Fi для связи с Wi-Fi оборудованием 12 пользователей, телефонный голосовой шлюз 11, модем 13 для сотовых сетей в качестве устройства обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных, а также радиомодем 14 Wi-Fi, в качестве устройства обработки сигналов антенны для связи с внешними беспроводными точками доступа Wi-Fi.

Точка доступа - это беспроводная базовая станция, предназначенная для обеспечения беспроводного доступа к существующей беспроводной сети. В заявленной системе может использоваться, например, промышленно выпускаемая точка доступа типа NWA-3500 компании ZyXel, см. http://zyxel.ru/nwa-3500.

Поворотная автоматизированная спутниковая антенна 1 (например, антенная система Ku диапазона типа Raysat E-7000, см. http://www.raysat.com/?CategoryID=208, или приемопередающая стабилизированная антенна Кu-диапазона типа Seatel 4009, см. http://www.seatel.ru/catalog/detail.php?id=351&ib=19 или иная, идентичная по функциям) может быть установлена либо на наружной поверхности корпуса (не показан) транспортного средства, либо внутри корпуса под защитным радиопрозрачным экраном, кожухом и т.п.

Спутниковая антенна 1 снабжена контроллером 4 спутниковой антенны, подключенным к ней двумя кабелями (на фигуре кабели показаны в виде двухпроводной линии), один из которых служит для передачи сигналов управления и питания антенны 1, а второй кабель - для питания передатчика антенны 1. Спутниковая антенна 1 связана со спутниковым модемом 3 двумя радиочастотными кабелями, один из которых используется для приема, а другой - для передачи.

Многодиапазонная антенна 2 для сотовых сетей и беспроводных сетей Wi-Fi (например, типа HUBER+SUHNER SWA 0859/360/4/0/DFRX30_3, см. http://www.hubersuhner.com/ru/mozilla/hs-sup-search-prod-rf-ant-2g?p_Query=1399.17.0039&cls=E4C23F549D5E15DD&query=&step=1&applied=1&selected=1&search=type&display=12&vt=14117&unit=si&listed=0&sort=asc&col=1&prm=704271565A29B3E71308D6CEC2056268) также, как и антенна 1, может быть установлена либо на наружной поверхности корпуса транспортного средства, либо внутри корпуса под защитным радиопрозрачным экраном, кожухом и т.п. Антенна 2 подключена ко входу частотного диплексора 6 (например, типа HUBER+SUHNER 7501.17.0012 см. http://www.hubersuhner.ru/mozilla/hs-sup-search-prod-rf-flt-2g.htm?p_Query=7501.17.0012&applied=1&selected=1&search=type&display=12&unit=si&vt=12246&listed=1&prm=61FFBD73C58EE48054EF679E6401C780, выходами подключенного ко входам модема 13 для сотовых сетей и радиомодема 14 Wi-Fi. Модем 13 подключен к USB-порту мобильного маршрутизатора 7 (в качестве которого может быть использован, например, мобильный маршрутизатор типа Goodmill w24e-R, см. http://www.goodmillsystems.com/rail-transportation.html). К радиочастотному порту мобильного маршрутизатора 7 подключен радиомодем 14 Wi-Fi. В одной из частных форм выполнения системы связи транспортного средства модем 13 для сотовых сетей и радиомодем 14 Wi-Fi могут быть выполнены встроенными в мобильный маршрутизатор 7 (упомянутый выше мобильный маршрутизатор типа Goodmill w24e-R выполнен именно так).

В описываемом примере осуществления системы связи транспортного средства мобильный маршрутизатор 7 связан с коммутатором 8 Ethernet двумя сетевыми кабелями Ethernet. Причина заключается в том, что к коммутатору 8 подключены устройства из разных логических подсетей - VLAN (Virtual Local Area Network), одной из которых является внутренняя сеть транспортного средства (поезда), а другой - внешняя сеть (сеть передачи данных через спутниковый канал, через каналы спутниковых сетей и через каналы внешних точек доступа Wi-Fi).

Коммутатор 8 Ethernet подключен сетевым кабелем к спутниковому модему 3, который подключен к выходу GPS-приемника, связанного с многодиапазонной антенной 2 для сотовых сетей и сетей Wi-Fi. К сетевому коммутатору 8 Ethernet подключен мультимедийный сервер 9, телефонный шлюз 11 (например, голосовой VoIP шлюз типа AddPac АР-200, см. http://www.addpac.su/ap200.htm) и, по меньшей мере, одна внутренняя (для рассматриваемого транспортного средства) точка 10 доступа Wi-Fi (например, типа ZyXEL NWA-3500, см. http://zyxel.ru/nwa-3500), являющаяся "внутренней" точкой доступа Wi-Fi. При необходимости к нескольким портам коммутатора 8 Ethernet может быть подключено несколько точек 10 доступа Wi-Fi. Каждая из точек 10 доступа Wi-Fi обладает возможностью беспроводной связи с Wi-Fi оборудованием (поз.12 на фигуре) пользователей.

Конструктивно оборудование системы связи размещено в стойке, установленной внутри транспортного средства.

При использовании предлагаемой системы связи в многозвенном транспортном средстве таком, как пассажирский поезд или автопоезд, она дополнительно содержит средства передачи Wi-Fi сигнала между отдельными звеньями транспортного средства (не показаны). В качестве таких средств может использоваться, например, оборудование, использующее технологию WDS (Wireless Distribution System) (см. http://ru.wikipedia.org/wiki/WDS). Примером устройства, реализующего такую технологию, является, например, блок беспроводной передачи/приема для обмена сообщениями, описанный в патенте РФ №2391784, кл. H04L 12/2, оп. 10.06.2010.

Система связи транспортного средства (в частности, пассажирского поезда) работает следующим образом.

Оператор связи обеспечивает доступ к сети Интернет и мультимедийному контенту по спутниковым сетям, сотовым сетям (в частности, 3G сетям) и через внешние точки доступа Wi-Fi (не показаны), расположенные, например, на станциях, остановочных пунктах, в тоннелях и в других местах, где имеются ограничения доступа к спутниковым или сотовым сетям.

Первоначально рассмотрим работу системы связи в наиболее благоприятной ситуации, когда работают все три канала доступа в Интернет: спутниковый канал, канал связи с наземной сетью передачи данных, например, с наземной базовой станцией сотовых сетей (в частности, 3G сетей) и канал связи с использованием технологии Wi-Fi. Принятый спутниковой антенной 1 со спутника (последний не показан) сигнал, декодированный с помощью спутникового модема 3, через коммутатор 8 Ethernet поступает на первый вход мобильного маршрутизатора 7. При этом при передаче сигнала по спутниковому каналу связи не возникает интерференции на спутники, которые расположены на геостационарной орбите близко к спутнику, через который работает система связи. Это достигается за счет использования поворотной автоматизированной спутниковой антенны 1 с высокой точностью стабилизации и позиционирования на спутник (например, ±0,2 градуса). Позиционирование антенны и изменение ее параметров происходят согласно данным, полученным от GPS-приемника (в число таких данных входят: скорость, направление движения транспортного средства, координаты, высота над уровнем моря). Таким образом, GPS-приемник 5, подключенный к многодиапазонной антенне 2 для сотовых сетей и сетей Wi-Fi и к спутниковому модему 3 позволяет отслеживать текущие координаты и скорость транспортного средства - поезда, тем самым повышая точность позиционирования спутниковой антенны 1.

Использование спутникового модема 3, поддерживающего технологию адаптивной модуляции в спутниковом канале связи (например, по стандарту DVB-S2, см. http://teambrush.blogspot.com/2011/09/dvb-s2-vsat.html), при которой модуляция и мощность передатчика меняются в зависимости от качества спутникового канала связи, позволяет эффективно использовать спутниковый ресурс и значительно улучшать качество предоставляемых пассажирам сервисов.

Многодиапазонная антенна 2 для сотовых сетей и сетей Wi-Fi принимает радиосигнал сотовой сети (передаваемый, например, в стандарте GSM) и сигнал сети Wi-Fi (при нахождении поезда в пределах досягаемости для сигнала внешней для него точки доступа, не показана).

Частотный диплексор 6 разделяет сигналы диапазона частот сотовых сетей и сигналы диапазона частот сетей Wi-Fi. Сигнал сотовой сети с одного из выходов частотного диплексора 6 поступает на вход модема 13 для сотовых сетей, который после декодирования поступает на второй вход мобильного маршрутизатора 7, на третий вход которого поступает декодированный радиомодемом 14 сигнал Wi-Fi. Мобильный маршрутизатор 7 программируется таким образом, чтобы он мог контролировать доступность внешних каналов связи (канал спутниковой связи, канал сотовых сетей и канал сетей Wi-Fi) и использовать один из них, выбираемый в соответствии с заранее определенным приоритетом.

Рассмотрим случай, когда, например, наивысшим приоритетом пользуется спутниковый канал связи, вторым по приоритету является канал сотовых сетей и третьим - канал сетей Wi-Fi. При наличии доступа ко всем трем внешним каналам связи мобильный маршрутизатор 7 выбирает декодированный спутниковым модемом 3 сигнал с антенны 1 и передает его в коммутатор 8 Ethernet. Последний распределяет сигнал между мультимедийным сервером 9, внутренней (для данного поезда) точкой 10 доступа Wi-Fi (или несколькими внутренними точками 10) и телефонным голосовым шлюзом 11. Мобильный маршрутизатор 7 выбирает внешний канал и предоставляет к нему доступ для всех устройств внутренней сети, включающей внутренние точки 10 доступа, мультимедийный сервер 9, телефонный голосовой шлюз 11, Wi-Fi оборудование пользователей. Пользователи дистанционно подключают свое Wi-Fi оборудование 12, в частности, любой компьютер со встроенной поддержкой беспроводной связи Wi-Fi (например, ноутбук типа Asus K53E, см. http://www.merlion.ru/goods/catalog/product/602688 или планшет типа Apple iPad 2 Wi-Fi) к внутренним точкам 10 доступа Wi-Fi для получения доступа во внешние сети (например, в Интернет) или доступа к мультимедийным услугам, предоставляемым сервером 9.

При движении поезда периодически на его пути возникают естественные преграды для спутникового сигнала: дома, мосты, тоннели, деревья. В такие моменты времени спутниковый канал связи обрывается и мобильный маршрутизатор 7 автоматически переключается на канал сотовых сетей: антенна 2, частотный диплексор 6, модем 13 для сотовых сетей, начиная использовать этот канал в качестве основного.

При одновременном отсутствии доступа и к каналу спутниковой связи и к каналу сотовых сетей, когда имеется доступ только к каналу беспроводной связи Wi-Fi (например, при нахождении поезда на станции, оборудованной точкой доступа Wi-Fi, или при следовании через такую станцию) мобильный маршрутизатор 7 автоматически переключается на канал доступа к указанной беспроводной связи: антенна 2, частотный диплексор 6, радиомодем 14 Wi-Fi.

Мультимедийный сервер 9, благодаря используемым методам буферизации информации, дает возможность предоставлять пользователям мультимедийные сервисы (телевидение, видео, радио, музыка) непрерывно при движении транспортного средства, в том числе, в моменты отсутствия доступа ко всем трем каналам связи.

Каждая внутренняя точка 10 доступа Wi-Fi подключена к мобильному маршрутизатору 7. Если доступен какой-то из внешних каналов связи, то, соответственно, доступ клиентов к сети Интернет через указанную точку 10 доступа обеспечен.

Голосовой шлюз 11 является разновидностью абонентского устройства, такого как, например, ноутбук пользователя, и доступ к внешним каналам связи он получает также через мобильный маршрутизатор 7. Особенность в том, что при настройке системы устанавливают наивысший приоритет трафика голосового шлюза над графиком любого другого абонентского устройства. Это необходимо для обеспечения качественной работы телефонной связи.

Claims (5)

1. Система связи транспортного средства, содержащая установленные на транспортном средстве приемопередающую антенну спутниковой связи, связанную с устройством обработки сигналов антенны спутниковой связи, приемопередающую антенну для связи с наземной сетью передачи данных, связанную с устройством обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных, средства выбора внешнего канала данных, связанные с устройством обработки сигналов антенны спутниковой связи, устройством обработки сигналов антенны для связи с наземной сетью передачи данных, а также с внутренней точкой доступа Wi-Fi, обладающей возможностью взаимодействия с Wi-Fi-оборудованием пользователей, отличающаяся тем, что в качестве приемопередающей антенны спутниковой связи использована поворотная автоматизированная спутниковая антенна, снабженная контроллером спутниковой антенны, в качестве устройства обработки сигналов антенны спутниковой связи использован спутниковый модем, связанный с указанной антенной, в качестве антенны для связи с наземной сетью передачи данных использована многодиапазонная антенна для сотовых сетей и беспроводных сетей Wi-Fi, одновременно используемая в качестве антенны для связи с внешними беспроводными точками доступа Wi-Fi, в качестве устройства обработки сигналов антенны для связи с наземной станцией сотовых сетей использован модем для сотовых сетей, в качестве устройства обработки сигналов антенны для связи с внешними беспроводными точками доступа Wi-Fi использован радиомодем Wi-Fi, средства выбора внешнего канала данных включают мобильный маршрутизатор и частотный диплексор, связанные с модемом для сотовых сетей и с радиомодемом Wi-Fi, коммутатор Ethernet, который связан с мобильным маршрутизатором, со спутниковым модемом и внутренней точкой доступа Wi-Fi, частотный диплексор связан с многодиапазонной антенной для сотовых сетей и беспроводных сетей Wi-Fi.

2. Система связи по п.1, отличающаяся тем, что в нее введен мультимедийный сервер, связанный с коммутатором Ethernet.

3. Система связи по п.1, отличающаяся тем, что в нее введен GPS-приемник, связанный со спутниковым модемом и с многодиапазонной антенной для сотовых сетей 3G и беспроводных сетей Wi-Fi

4. Система связи по п.1, отличающаяся тем, что в нее введен телефонный голосовой шлюз, связанный с коммутатором Ethernet.

5. Система связи по п.1, отличающаяся тем, что при использовании в многозвенном транспортном средстве она дополнительно содержит средства передачи Wi-Fi-сигнала между отдельными звеньями транспортного средства.