способ многоканальной связи при мониторинге и управлении подвижными объектами

Формула изобретения

Способ многоканальной связи при мониторинге и управлении подвижными объектами, при котором осуществляют передачу данных от бортового оборудования, установленного на подвижных объектах, к центру мониторинга, включающую в себя определение координат местоположения и других параметров движения подвижных объектов, осуществляющееся по данным навигационных сигналов, принимаемых от спутников глобальной системы радионавигации, например от системы GPS или ГЛОНАСС и/или по картине поля сотовой связи, а также передачу данных о состоянии отдельных подсистем подвижных объектов, при этом производят передачу данных, например запросов или команд, от центра мониторинга к бортовому оборудованию, отличающийся тем, что вводятся дополнительные базовые станции, соединенные с центром мониторинга, которые осуществляют связь с подвижными объектами по каналам спутниковой, сотовой и радиосвязи, при этом канал радиосвязи находится в УКВ-диапазоне и имеет временную покадровую схему распределения запросов и команд от базовых станций и внутрикадровое распределение данных от бортового оборудования каждого подвижного объекта, причем покадровое распределение запросов и команд от базовых станций и внутрикадровая передача данных от базовых станций к бортовому оборудованию подвижных объектов и от бортового оборудования к базовым станциям синхронизированы со временем спутников глобальной системы радионавигации, например системы GPS или ГЛОНАСС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области мониторинга, сопровождения и управления подвижными объектами, преимущественно наземными транспортными средствами, например автомобилями.

Изобретение может быть использовано в приборостроении для производства систем мониторинга, сопровождения и управления подвижными объектами, а также в организациях и учреждениях, занимающихся разработкой, испытанием и эксплуатацией указанных систем связи, в частности в органах внутренних дел.

Известен способ мониторинга состояния и местоположения транспортных средств, при котором осуществляют передачу данных от бортового оборудования, установленного на подвижных объектах, к центру мониторинга, включающий в себя определение координат местоположения и других параметров движения подвижных объектов, осуществляющееся по данным навигационных сигналов, принимаемых от спутников глобальной системы радионавигации, например от системы GPS или ГЛОНАСС, и/или по картине поля сотовой связи, а также передачу данных о состоянии отдельных подсистем подвижных объектов, при этом производят передачу данных, например запросов, от центра мониторинга к бортовому оборудованию по радиоэфиру, используя объектовый терминал стандартной сотовой сети подвижной связи, например GSM-сети, и/или объектовый приемопередатчик ретрансляционного канала (патент Российской Федерации № 2348551, G08G 1/13, опубликовано в 2009 г.). Данный способ используется в основном для мониторинга угнанных транспортных средств, и в случае передачи данных в УКВ диапазоне возможно наложение сигналов от нескольких подвижных объектов друг на друга, что снижает надежность и эффективность мониторинга подвижных объектов, а в некоторых ситуациях может привести к невозможности мониторинга.

Известен также способ многоканальной связи при мониторинге и управлении подвижными объектами, при котором осуществляют передачу данных от бортового оборудования, установленного на подвижных объектах, к центру мониторинга, включающий в себя определение координат местоположения и других параметров движения подвижных объектов, осуществляющееся по данным навигационных сигналов, принимаемых от спутников глобальной системы радионавигации, например от системы GPS или ГЛОНАСС, и/или по картине поля сотовой связи, а также передачу данных о состоянии отдельных подсистем подвижных объектов, при этом производят передачу данных, например запросов или команд, от центра мониторинга к бортовому оборудованию (Патент Российской Федерации № 2273055, G08G 1/137, опубликовано в 2006 г.).

Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Недостатком данного способа является то, что центр мониторинга в некоторых случаях не может иметь двустороннюю связь с бортовым оборудованием подвижного объекта, так как наличие связи по радиоканалу зависит от рельефа местности и от метеоусловий, а связь по каналу GSM в некоторых местах отсутствует, так же как и спутниковая связь может быть временно неактивна, что может привести к прекращению мониторинга и управления, что недопустимо, особенно при мониторинге подвижных объектов органами внутренних дел.

В предложенном изобретении ставится техническая задача расширения зоны охвата мониторинга одним центром мониторинга при использовании канала связи в УКВ диапазоне при обеспечении высокой надежности и эффективности связи.

Решение технической задачи достигается за счет того, что в способе многоканальной связи при мониторинге и управлении подвижными объектами, при котором осуществляют передачу данных от бортового оборудования, установленного на подвижных объектах, к центру мониторинга, включающем в себя определение координат местоположения и других параметров движения подвижных объектов, осуществляющееся по данным навигационных сигналов, принимаемых от спутников глобальной системы радионавигации, например от системы GPS или ГЛОНАСС, и/или по картине поля сотовой связи. Также в него включают передачу данных о состоянии отдельных подсистем подвижных объектов, при этом производят передачу данных, например запросов или команд, от центра мониторинга к бортовому оборудованию. Вводятся дополнительные базовые станции, соединенные с центром мониторинга, которые осуществляют связь с подвижными объектами по каналам спутниковой, сотовой и радиосвязи. При этом канал радиосвязи находится в УКВ диапазоне и имеет временную покадровую схему распределения сигналов базовых станций и внутрикадровое распределение данных от бортового оборудования каждого подвижного объекта. При этом покадровое распределение сигналов базовых станций и внутрикадровая передача данных от базовых станций к бортовому оборудованию подвижных объектов и от бортового оборудования к базовым станциям синхронизированы со временем спутников глобальной системы радионавигации, например системы GPS или ГЛОНАСС.

Предлагаемый способ многоканальной связи при мониторинге и управлении подвижными объектами поясняется с помощью прилагаемых чертежей. На фиг.1. изображена общая схема центра мониторинга с двумя базовыми станциями и подвижными объектами, в которой показан только канал связи, который находится в УКВ диапазоне. На фиг.2 показана покадровая развертка канала связи при использовании базовых станций, где номер кадра соответствует номеру базовой станции. На фиг.3 показано внутрикадровое распределение посылок данных.

Сущность изобретения заключается в следующем: в способе многоканальной связи при мониторинге и управлении подвижными объектами осуществляют передачу данных от бортового оборудования 1 (см. фиг.1), установленного на подвижных объектах 2, к центру мониторинга 3. Данные включают в себя определение координат местоположения и других параметров движения подвижных объектов 2, осуществляющееся по данным навигационных сигналов, принимаемых от спутников глобальной системы радионавигации, например от системы GPS или ГЛОНАСС, и/или по картине поля сотовой связи. Также сигналы включают в себя передачу данных о состоянии отдельных подсистем подвижных объектов. Данные от подвижных объектов передаются по имеющимся каналам связи, а именно по каналам спутниковой, сотовой и радиосвязи. На фигуре показан только канал связи 4, который находится в УКВ диапазоне. Передача данных, например запросов или управляющих команд, от центра мониторинга 3 к бортовому оборудованию 1 производится также по каналам связи 4.

Для расширения зоны охвата вводятся дополнительные базовые станции 5, соединенные с центром мониторинга 3, которые осуществляют связь с подвижными объектами по каналам спутниковой, сотовой и радиосвязи. При этом канал радиосвязи находится в УКВ диапазоне.

В канале связи, находящемся в УКВ диапазоне, используют два канала связи. Один из них - голосовой - для передачи данных и запросов от центра мониторинга к бортовому оборудованию через базовые станции. Канал также может использоваться для обмена голосовыми сообщениями между экипажами подвижных объектов.

Другой - канал данных, который используется для передачи информации от бортового оборудования в центр мониторинга через базовые станции. Возможна организация связи с базовыми станциями по нескольким каналам данных на разных частотах. При такой реализации данные от центра мониторинга к бортовому оборудованию через базовые станции передаются на одном общем голосовом канале, а данные от бортового оборудования через базовые станции к центру мониторинга передаются параллельно по нескольким обратным каналам связи.

Канал радиосвязи имеет временную покадровую схему распределения сигналов базовых станций, что позволяет производить двустороннюю связь между центром мониторинга и подвижными объектами без негативного наслаивания данных ввиду наличия нескольких базовых станций, осуществляющих связь с одними и теми же подвижными объектами в одном и том же голосовом канале.

Покадровая схема распределения сигналов заключается в том, что между кадрами передачи данных от базовых станций разделяются кадры, в которые они выходят в эфир. Например, при использовании двух станций первая выходит в четных кадрах, вторая - в нечетных. При использовании трех станций между ними разделяются 3 кадра и т.д.

На фиг.2 схематично изображена покадровая развертка канала связи при использовании базовых станций, где номер кадра соответствует номеру базовой станции. Обозначено: SYNC - синхропосылка от центра мониторинга (на схеме обозначено как ЦМ), которая синхронизирована со временем спутников глобальной системы радионавигации, например системы GPS или ГЛОНАСС, которая находится на голосовом канале и продолжается 710 мс. Синхропосылка повторяется каждые 10 с. SLOT 2 - это слот для передачи данных от первой базовой станции (на схеме БС1). SLOT 2 - это слот для передачи данных от второй базовой станции (на схеме БС2). И так далее. Продолжительность каждого слота - 10 с. После N-й базовой станции наступает очередь снова первой.

В свою очередь, для предотвращения одновременной передачи данных от разных подвижных объектов на одном канале используется внутрикадровая временная схема распределения данных (см. фиг.3).

Канал делится на кадры, например на 10-секундные. Начало каждого кадра соответствует началу секунды, кратной 10 (момент начала секунды определяется по таймпульсу).

Каждый кадр делится в свою очередь на слоты, например, такие:

- слот команд и синхропосылок от центра мониторинга;

- 60 слотов данных от бортового оборудования;

- два слота для передачи тревожных сообщений;

- слот для ответа на команды центра мониторинга.

Каждое бортовое оборудование характеризуется адресом, который выбирается из диапазона 1 60. Адрес бортового оборудования назначается либо на этапе конфигурирования, либо во время процедуры автоматической регистрации. Дублирование адресов бортового оборудования на одном канале данных от бортового оборудования к центру мониторинга через базовые станции не допускается.

При данном способе связи покадровое распределение сигналов базовых станций и внутрикадровая передача данных от базовых станций к бортовому оборудованию подвижных объектов и от бортового оборудования к базовым станциям синхронизированы со временем спутников глобальной системы радионавигации, например системы GPS или ГЛОНАСС.

Центр мониторинга, базовые станции и бортовое оборудование выходят в эфир только после получения валидного времени UTC посредством ГЛОНАСС/GPS.

Центр мониторинга в свой слот, привязанный к началу каждой 10 секунды, переключает свою радиостанцию на передачу, ждет 10 мс, а затем передает свою команду. Сразу после окончания слота центра мониторинга начинается пустой слот, во время которого центр мониторинга готовится к приему данных, переключаясь на канал данных, а к передаче, в свою очередь, готовится первое бортовое оборудование. Аналогично, каждое бортовое оборудование начинает готовиться к передаче за 200 мс до начала своего слота, т.е. когда еще выполняются чужие слоты. В момент начала своего слота бортовое оборудование переключается на передачу, отрабатывает паузу в 10 мс и передает свои данные.

Дополнительно между слотами бортового оборудования существуют 10 мс зазоры, которые позволяют дольше работать от внутренних часов в случае пропадания сигналов ГЛОНАСС/GPS: в середине и в конце каждого кадра вставляются тревожные слоты. Они могут быть заняты любым бортовым оборудованием, у которого есть сообщение о тревоге. Если это сообщение успешно принято в центр мониторинга, то в следующей синхропосылке он сгенерирует подтверждение для соответствующего бортового оборудования. Если тревожное сообщение не было принято, то потревоженное БО передаст свое сообщение в следующем кадре.

Предпоследним в кадре идет слот для передачи сообщения о регистрации в данном центре мониторинга. Последним в кадре идет слот для ответа на команду из центра мониторинга.

На фиг.3 изображено распределение слотов внутри кадра. Обозначено: SYNC - синхропосылка от центра мониторинга (на схеме обозначено как ЦМ) на голосовом канале продолжительностью 710 мс, после которой центр мониторинга переключается на канал данных. Для этого выделяется 200 мс. SLOT 1 - это слот для передачи данных от бортового оборудования (на схеме БО 1) подвижного объекта с номером 1. SLOT 2 - это слот для передачи данных от бортового оборудования подвижного объекта номер 2. И так далее. Размер каждого слота - 120 мс. Между слотами данных от подвижных объектов с номерами 30 и 31, а также после номера 60 передаются слоты с возможными тревожными сообщениями, на фиг.1 обозначенные как ALARM SLOT. Предпоследний слот в кадре обозначен как REGISTER SLOT - слот для передачи сообщения о регистрации в данном центре мониторинга продолжительностью 120 мс. Заключительный слот в кадре - LONG SLOT - ответ на команду из центра мониторинга. Его длительность 680 мс.

Заявленный способ многоканальной связи при мониторинге и управлении подвижными объектами может быть осуществлен в промышленности с применением освоенных современных технологий, материалов и процессов и может быть использован для производства систем мониторинга, сопровождения и управления подвижными объектами, а также в организациях и учреждениях, занимающихся разработкой, испытанием и эксплуатацией указанных систем связи, например органами внутренних дел.

Предложенный способ многоканальной связи при мониторинге и управлении подвижными объектами находится в опытной эксплуатации в Калужском филиале Главного Управления Научно-Производственного Объединения «Специальная техника и связь» Министерства Внутренних Дел России. Опытная эксплуатация показала охват более широкой зоны мониторинга и управления одним центром мониторинга при обеспечении высокой надежности связи по сравнению с существующими способами. При этом при осуществлении многоканальной связи в УКВ диапазоне исключено наложение сигналов от различных базовых станций и от различных подвижных объектов друг на друга, что обеспечивает высокую надежность и эффективность связи.

Этот способ рекомендован к использованию для мониторинга и управления транспортными средствами органами внутренних дел и другими организациями.