СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО СЕТИ ETHERNET МЕЖДУ ОБЪЕДИНЕННЫМИ ЭЛЕКТРОПОЕЗДАМИ ПО БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ Российский патент 2024 года по МПК H04W4/46 

Изобретение относится к средствам обеспечения связи на железнодорожном подвижном составе, в частности на объединенных в один электропоезд, по меньшей мере, двух электропоездах, посредством установки на хвостовом вагоне первого электропоезда и на головном вагоне второго электропоезда, сцепленного с первым, радиомостов, снабженных радиочастотными модулями с узконаправленными антеннами, которые устанавливают канал связи между хвостовым радиомостом и головным радиомостом, передавая радиосигналы в виде радиоволн в миллиметровом диапазоне, которые затем обрабатываются на коммутационном оборудовании, встроенном в радиомостах и связанном с радиочастотными модулями, тем самым обеспечивая доступ сетевых устройств на объединенном электропоезде к поездной сети Ethernet.

В настоящее время для увеличения пассажиропотока в мегаполисах Российской Федерации нередко требуется объединять электропоезда зарубежного производства, такие как «Ласточка», «Сапсан» и др.

Для обеспечения связи между системой видеонаблюдения и оповещения пассажиров (СВОП) в объединенных электропоездах необходимо иметь связь по поездной сети Ethernet. В сцепных устройствах вагонов электропоездов не заложено наличие дополнительных контактов, и для реализации проводной связи системы СВОП между объединенными электропоездами требуется модернизация сцепного устройства и связанного с ним оборудования. Данная модернизация требует значительных вложений материальных средств и времени для разработки и утверждения проектов по модернизации сцепных устройств (БСУ).

Предлагается передавать данные по беспроводному каналу связи через радиомосты, установленные на хвостовом вагоне первого электропоезда и на головном вагоне второго электропоезда и оснащенные радиочастотными модулями с узконаправленными антеннами, и, кроме установления связи между системами СВОП объединенного электропоезда, беспроводной канал связи может использоваться, как резервная линия системы управления МПСУ.

Известна система обеспечения широкополосного доступа в Интернет на железнодорожном транспорте, раскрытая в патенте на изобретение № US 10292058 B2 (опубл. 14.05.2019, англ. «Radio over fiber antenna extender systems and methods for high speed trains»). Известная система включает множество антенн, установленных на внешней стороне вагонов поезда, множество беспроводных точек доступа, установленных внутри вагонов поезда, и контролирующую систему. Антенны выполнены способными обмениваться данными с сетью сотовой связи. Антенны и точки доступа связаны соответственно между собой и с контрольным блоком посредством волоконных линий связи. Контролирующая система выполнена способной устанавливать канал связи с базовой станцией, собирать данные о скорости поезда и времени приема-передачи сигнала между антеннами поезда и базовой станцией. На основе этих данных контролирующая система способна адаптировать процедуры обработки данных.

Известен способ обеспечения связи с сетевым шлюзом, установленным на транспортном средстве, раскрытый в заявке на патент №US 20160249233 A1 (опубл. 25.08.2016, англ. «Providing broadband service to trains»). Известный способ предполагает, что упомянутый сетевой шлюз выполнен с возможностью предоставления сотовой радиосвязи мобильным устройствам пользователей, находящихся внутри транспортного средства. Для этого способ предусматривает наличие покрытия сотовой связью пути следования транспортного средства. При этом каждая сота сети предназначена для коммуникации с упомянутым шлюзом, а все множество сот сконфигурировано таким образом, чтобы обеспечивать связь между шлюзом транспортного средства и опорной сетью сотовой радиосвязи.

Представленные известные изобретения предназначены для обеспечения доступа пассажиров в Интернет по сети сотовой радиосвязи и не предназначены для передачи данных внутри сети Ethernet между системами СВОП и МПСУ в объединенных электропоездах.

Наиболее близким к изобретению является система обеспечения высокоскоростной связи на высокоскоростной железной дороге (RU 2753772 С1), которая включает внутреннюю и внешнюю сети обмена данными. Внутренняя сеть объединяет установленные в задней части железнодорожного состава хвостовые радиочастотные модули, снабженные узконаправленными антеннами, головные радиочастотные модули, установленные в передней части упомянутого состава и снабженные узконаправленными антеннами, коммутационное оборудование, способное обрабатывать сигналы от упомянутых модулей и предоставлять сетевым устройствам, связанным с этим оборудованием, доступ к внешней сети обмена данными.

Внешняя сеть обмена данными объединяет базовые станции с узконаправленными антеннами, при этом базовые станции способны устанавливать связь с хвостовыми и головными радиочастотными модулями упомянутого состава, при этом расположение базовых станций относительно железнодорожного габарита обеспечивает прямую видимость между антеннами базовых станций и антеннами радиорелейных модулей, установленных на железнодорожном составе. Антенны базовых станций, установленные на составе радиочастотных модулей, настроены на излучение радиоволн в диапазоне коротких миллиметровых волн. Достигается повышение качества канала связи, обеспечиваемого радиорелейными линиями связи класса «поезд-земля».

Данная система обеспечения высокоскоростной связи на высокоскоростной железной дороге работает по принципу передачи данных от внешней сети во внутреннюю сеть поезда и для ее реализации необходимо расположение антенн на инфраструктуре железных дорог и, соответственно, включает как материальные, так и временные затраты для установки этих антенн.

Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в обеспечении широкополосного соединения, по меньшей мере, между двумя электропоездами, объединенными в один состав, путем прямой сцепки за счет радиорелейных линий связи класса «поезд-поезд» со скоростями передачи информации порядка 1 Гигабит в секунду без привлечения инфраструктуры железных дорог.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в улучшении качества канала связи, обеспечиваемого радиорелейными линиями связи класса «поезд-поезд» без модернизации сцепных устройств объединенных электропоездах.

Предлагаемый способ передачи данных по сети Ethernet по беспроводной связи обеспечивает высокоскоростную связь между объединенными электропоездами, на которых на каждом из электропоездов, находящихся в сцепке, в головных и хвостовых вагонах внутри кабины либо под маской вагона (если она радиопрозрачна) установлены радиомосты, снабженные радиочастотными модулями с узконаправленными антеннами и объединенными во внутреннюю сеть Ethernet передачи данных, причем расположение радиомостов обеспечивает прямую видимость между антеннами, при этом способ включает этапы, на которых:

- излучают радиоволны в диапазоне коротких миллиметровых волн на антеннах радиочастотных модулей объединенного электропоезда;

- устанавливают канал связи между хвостовым радиочастотным модулем первого электропоезда и головным радиочастотным модулем второго электропоезда;

причем радиосигналы, обмен которыми осуществляют через устанавливаемые каналы связи, обрабатывают на коммутационном оборудовании, связанном с радиочастотными модулями в радиомостах, и обеспечивают доступ сетевых устройств на составе к внутренней сети обмена данными.

Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящего изобретения могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления.

В частности, узконаправленные антенны радиочастотных модулей настроены на излучение волн с узкой шириной луча (фиг. 1) с обеспечением канала связи со скоростью соединения менее 200 Мбит/с на расстоянии до 200 м, а при расстоянии до 20 метров обеспечением скорости соединения до 1 Гбит/с, причем расстояние между кабинами объединенных электропоездов не превышает 10 м, что говорит о стабильном соединении со скоростями соединения до 1 Гбит/с.

В частности, каналы связи между приемопередатчиками радиочастотных модулей устанавливают в режиме полного дуплекса с частотным и поляризационным разделением каналов.

В частности, для резервирования канала связи (фиг.2) в кабине хвостового вагона первого электропоезда и головного вагона второго электропоезда установлены, по меньшей мере, два радиомоста, которые, в свою очередь, по сети Ethernet соединены с системами СВОП и МПСУ.

На фиг. 2 представлена структурная схема реализации предлагаемого способа передачи данных по беспроводному каналу связи.

1.1 и 2.1 - радиомосты первого и второго электропоездов соответственно;

1.2 и 2.2 - система видеонаблюдения и оповещения пассажиров СВОП первого и второго электропоездов соответственно;

1.3 и 2.3 - микропроцессорная система управления МПСУ первого и второго электропоездов соответственно.

В частности, излучаемые радиоволны находятся в радиочастотном диапазоне 57-66 ГГц по стандарту связи IEEE802.11ad (WiGig).

На фиг. 3 представлена структурная схема радиомоста (частный случай).

Ethl Gigabit - порт подключения поездной сети Ethernet;

Процессорный модуль радиомоста принимает сигнал из систем подвижного состава по сети Ethernet, шифрует поступающую информацию по протоколу AES-шифрования. После сигнал передается по радиоканалу 60 ГГц на модуль второго радиомоста, расшифровывается в процессорном модуле и передается в сеть Ethernet второго подвижного состава.

Изобретение может быть реализовано на практике, будучи основанным на известных широко распространенных и перспективных технологиях, а также объективных законах физики, что свидетельствует в пользу того, что изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Следует понимать, что представленный выше вариант осуществления изобретения с объединением двух электропоездов только поясняет его сущность и не должен быть истолкован, как ограничивающий, так как объединить, теоретически, можно и больше двух электропоездов, в этом случае количество радиомостов увеличивают пропорционально количеству объединенных поездов, при этом сущность изобретения не изменится. Изобретение может быть дополнено иными деталями, свойствами, модификациями без отклонения от его сущности, выраженной независимым пунктом формулы и уточненной зависимым пунктом.

Изобретение относится к средствам обеспечения связи на железнодорожном подвижном составе, в частности на объединенных в один электропоезд, по меньшей мере, двух электропоездах. Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в улучшении качества канала связи, обеспечиваемого радиорелейными линиями связи класса «поезд-поезд» без модернизации сцепных устройств на объединенных электропоездах. Устанавливают на хвостовом вагоне первого электропоезда и на головном вагоне второго электропоезда, сцепленного с первым, радиомосты, снабженные радиочастотными модулями с узконаправленными антеннами, которые устанавливают канал связи между хвостовым радиомостом и головным радиомостом, передавая радиосигналы в виде радиоволн в миллиметровом диапазоне, которые затем обрабатываются на коммутационном оборудовании, встроенном в радиомостах и связанном с радиочастотными модулями, тем самым обеспечивая доступ сетевых устройств на объединенном электропоезде к поездной сети Ethernet. При этом расположение радиомостов обеспечивает прямую видимость между антеннами радиочастотных модулей, установленных внутри кабины либо под маской вагона, при условии ее радиопрозрачности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ передачи данных по сети Ethernet между объединенными электропоездами по беспроводной связи, характеризующийся тем, что обеспечивает высокоскоростную связь, по меньшей мере, между двумя электропоездами, объединенными в один поезд, посредством установки на хвостовом вагоне первого электропоезда и на головном вагоне второго электропоезда, сцепленного с первым, радиомостов, снабженных радиочастотными модулями с узконаправленными антеннами, которые устанавливают канал связи между хвостовым радиомостом и головным радиомостом, передавая радиосигналы в виде радиоволн в миллиметровом диапазоне, которые затем обрабатываются на коммутационном оборудовании, встроенном в радиомостах и связанном с радиочастотными модулями, тем самым обеспечивая доступ сетевых устройств на объединенном электропоезде к поездной сети Ethernet, причем расположение радиомостов обеспечивает прямую видимость между антеннами радиочастотных модулей, установленных внутри кабины либо под маской вагона, при условии ее радиопрозрачности.

2. Способ по п. 1, обеспечивающий беспроводную связь между системами видеонаблюдения и информирования пассажиров, которая является резервной линией связи между микропроцессорными системами управления объединенных электропоездов.