Řešení radiových sítí pro dopravní podniky

(námi dodávané řešení EPIS FD NET II.generace)

Obecné principy radiové sítě EPIS_FDNET II. generace

Privátní radiová (fónická) síť EPIS_FDNET (EPIS Fonique Data NETwork II.generace) je určená pro dopravní podniky  a je založena na technologiích integrujících přenos hlasu a dat pomocí jedné vozidlové radiové stanice a to včetně řízení preferencí vozidel MHD na křižovatkách. V průběhu času jsme vyvinuly dva typy těchto sítí v závislosti na výbavě vozidel:

• pomalou založenou na stanicích Motorola (max. obslouží 3-4 vozidla za 1 sekundu na duplexním kanálu – již není v provozu – od října 2015)
• rychlou (FD NET II. generace) založenou na stanicích TAIT (až 10 vozidel za sekundu na duplexním kanálu – určeno pro nové realizace).

Tímto způsobem lze výrazně snížit náklady spojené s budováním dvou radiových sítí – fónické a datové, protože jsou budovány pouze jako jedna síť a to pomocí jediné klasické analogové vozidlové radiostanice. Radiová síť EPIS_FDNET je vhodná pro budování sledovacích systémů polohy vozidel, jednoduché řízení technologií a komunikace pomocí SMS zpráv a hlasovou komunikaci a to nezávisle na jiných operátorech (dopravní podniky ji mají pod kontrolou). Použití pro přenos souborů jako je např. “blacklist” tato síť není vhodná mimo přenosu krátké smyčky z tachografu, ale to na vyhraněném kanálu. Tato schopnost vozidlu je dána použitím radiokomunikačního adapteru (RCA) doplněného o radiový modem. Tento modem může být dodán samostatně nebo může být součástí jednotek EPIS (a to jak víceúčelové digitální hlásiče EPIS 2.45 (již není v provozu), nebo nověji palubních počítačů EPIS 4.0x). Na technologii řízení radiové sítě to nemá vliv – ta je v podstatě stejná a liší se jen SW.

Hlavní výhody sítě EPIS_FDNET II. generace jsou:

Abychom mohli těchto výhod využít, je nutno vybavit příslušnými komponenty jak stranu vozidla, tak i stranu dispečinku a základnové či základnových radiostanic.

Řešení dispečerského stanoviště

Na dispečerském stanovišti jsou použity dva servery – jeden je určen pro řízení datové komunikace – SPRINTER 2013 a druhý je určen pro řízení hlasové komunikace (nízkopříkonové PC). Na něm běží  aplikace určené pro řízení fónických kanálů radiové sítě a pro organizaci rozvodu hlasové komunikace na jednotlivá dispečerská pracoviště, např. dispečeři jednotlivých trakcí, vedoucí směny, kontrolní orgány, apod. přístupní na internetu či intranetu. Řídicí pracoviště mohou být vybaveny pomocnými LCD displeji, na kterých je zobrazováno skutečné chování sítě umožňující dispečerům rychlý manuální výběr hlasového kanálu a základny pro případný ruční výběr radiové základny. Na dispečerském stanovišti též existuje hlasová a modemová ústředna, která řídí komunikaci s jednotlivými základnami (zatím max. se čtyřmi).

 Obr. č. 1.: Struktura dispečerského řízení.

Řešení radiových základen

Na radiové základně je umístěna základnová řídicí jednotka BCU (Base Control Unit), která řídí komunikaci a provoz jednotlivých radiových stanic. Na obrázku je ukázka možného uspořádání 12-ti kanálové radiové základny pro dopravní podnik, kde jsou v provozu 3 datové kanály pro zjišťování polohy, 2 fónické pro hlasovou komunikaci s vozidly, řídicí kanál, další tři pomocné fónické kanály (dispečerská vozidla, tažení/tlačení, energo). Systém je navržen tak, že umožňuje současnou hlasovou skupinovou či generální komunikaci přes tři základny. Základnová stanice je napojena na dispečink pomocí IP komunikace (dříve např. i pomocí fraktální PCM).

Obr.č. 2.: Uspořádání radiové základny pro obsluhu až 12 radiových kanálů.

Řešení na straně vozidel

Účastníci provozu v privátní radiové sítě EPIS_FDNET II. generace v dopravním podniku mohou být:

• vozidla MHD (tramvaje, autobusy, trolejbusy)
• dispečerské vozy
• pevné objekty – vozovny, obslužné stanice, apod.
• ostatní služební vozidla (vrchní stavba, údržba výhybek, apod.)

V případě, že se vozidlo bude účastnit i datových přenosů z hlediska sledování polohy, musí být vybaveno “nějakým” klientem privátní radiové sítě. Ten může být uspořádán různým způsobem:

Radiová stanice s integrovaným radiokomunikačním adaptérem a modemem

Obdobným způsobem jako je radiokomunikační jednotka RMU 10, která má vestavěnou desku klienta radiové sítě a přijímač GPS polohy. Tato radiostanice se tak autonomně chová tak, že předává do SPRINTERA data o poloze, ale současně ji lze využít i pro hlasovou komunikaci. Toto je nejjednodušší řešení.

Řešení radiokomunikačního adaptéru pomocí sběrnice IBIS (historické provedení)

Druhou možností je použití externího radiokomunikačního adaptéru včetně radiomodemu (FD NET I. generace). Historické řešení je uvedeno na následujícím obrázku, kdy důležitá data jsou do systému zasílány po pomalé vozidlové sběrnici IBIS (1200 bit/s). Radiokomunikační adapter si tyto informace zapamatuje a bezprostředně je předá na dispečink v případě dotazu, např. o poloze.  Tento princip je např. používán u námi vyráběného víceúčelového a vícenásobného digitálního hlásiče EPIS 2.45. Jako ovládací skříňka radiové sítě se chová externě zapojení palubní počítač, což může zpomalovat informaci řidiče o dění v radiové síti. Proto u novějších systémů byla komunikace pomocí sběrnice IBIS nahrazena rychlejší komunikací přes sběrnici RS 485 (rychlost až 115 kbit/s).

 Obr.č. 3.: Rozložení řízení radiové sítě.

Ukázka příkazů pro radiokomunikační adapter. Pro řízení (zadávání zpráv) radiokomunikačního adaptéru se používá sběrnice IBIS nebo rychlá sběrnice RS 485. Při komunikaci prostřednictvím sběrnice IBIS lze využít následující příkazy, které vycházejí z doporučení IPIS (příp. tyto lze upravit či modifikovat pro sběrnici RS 485):

• zadání evidenčního čísla vozu z palubního počítače – příkaz rN
• zadání služby – příkaz rL
• zadání osobního čísla řidiče – příkaz rF
• zadání požadavku na odvysílání stavové zprávy – příkaz rS (max. dvojznakové)
• sdělení posledně hlášené zastávky a odchylky od jízdního řádu – příkaz rA
• odposlech cílové stanice – příkaz zC (není přímo určen pro radiokomunikační adapter)
• odposlech pojížděné linky – příkaz l (není přímo určen pro radiokomunikační adapter)
• příjem stavových zpráv včetně parametrů (např. hodnoty jednotného času)
• příkaz o stavu vozidla – je v zastávce či mezi zastávkami

Řešení pomocí palubního počítače EPIS 4.0x (EPIS FD NET II.generace)

Třetí nabízenou možností je integrace radiokomunikačního adapteru a univerzálního radiového modemu je jeho přímé začlenění do palubních počítačů řady EPIS 4.0x.Touto integrací se nám podařilo dosáhnou nejtěsnějšího propojení radiové sítě s palubním počítačem a radiokomunikační adapter tak nemusí tvořit “další krabičku” ve vozidle.

Obr.č. 4.: Princip zapojení systému MHD z pohledu radiové sítě pro EPIS 4.0X.

Radiové řešení sítě EPIS_FDNET (II. generace)

Základní komunikace mezi dispečinkem a vozidly probíhá pomocí stavových zpráv o délce 40 až 256 bitů, které je možno řetězit a „klasicky“ pomocí hlasu. Každé zakličování radiostanice na vozidle předchází zpráva identifikace vozidla doplněná o jeho polohu, což slouží k jednoznačné identifikaci volajícího vozidla. Některé zprávy z vozidel je možné předat i mimo pracoviště dispečinku prostřednictvím podnikové sítě, např. do vozoven, dílen, údržby výhybek apod. Systém dispečerského řízení je navržen tak, aby umožnil obvolání (zjištění polohy vozidel) 150 vozidel v intervalu 20 (10) sekund na jednom duplexním radiovém kanálu (nový systém). Tak může tato radiová sít výrazně snížit náklady dopravního podniku na budování jiných metod zjišťování polohy odlišných od použití „klasické“ fónické komunikace. V případě nutnosti okamžitě zjistit polohu konkrétního vozu, lze toto zjistit do 2 sekund (je-li vůz v dosahu některé základnové radiostanice).

Možnosti využití radiových kanálů

Komunikace v síti EPIS_FDNET může probíhat na několika radiových kanálech a to jak simplexních, tak i duplexních (duplexní radiový kanál obsahuje dva kmitočty – přijímací a vysílací, simplexní kanál pak přijímá a vysílá na jednom kmitočtu) a je možno ji přizpůsobit požadavkům zákazníka. Radiové kanály jsou použity dle následujícího schématu (datové a řídicí kanály lze kombinovat):

• datové kanály pro obvolávání – jsou určeny pro všechny druhy obvolávání vozidel  (přihlášených, registrovaných a jiných) a jsou organizovány metodou přístupu jako  TDM (časový multiplex). Tento časový multiplex může být buď fixní (II. generace), tj. používá vždy stejný počet paketových intervalů, nebo proměnný, kdy počet paketových intervalů odpovídá počtu obvolávaných vozidel (I. generace). Pod pojmem obvolávání vozidel rozumíme mechanismus pravidelného zjišťování polohy mobilního účastníka sítě a případného jeho vztahu k jízdnímu řádu. Poloha může být předávána různými způsoby (nově GPS, starší systémy např. číslo naposledy projeté zastávky).
• řídicí datový kanál – je určen pro nesynchronizovanou komunikaci mezi vozidlem a dispečinkem, tj. použije se tehdy, pokud je třeba odeslat nějakou z právu z dispečinku či na dispečink bezprostředně.
• Fónické kanály – jsou určeny pro hlasovou komunikaci vozidla s dispečinkem či dispečerem v terénu.
• Pomocné kanály – určeny pro fónickou komunikaci bez řízení pomocí SW SPRINTER, kanál pro stahování kolizní smyčky z tachografu “havarovaného” vozidla a kanály pro preferenci vozidel MHD.

Řešení radiové sítě na straně vozidla

Radiokomunikační adapter ve vozidle se skládá ze tří relativně samostatných stavových diagramů, které řeší vztah vozu k jízdnímu řádu, k datové a fónické komunikaci. Zjednodušeně je stavový diagram vozidla vyjádřen na následujícím obrázku. Z hlediska jízdního řádu se jedná o stavy:

• Stanice je vypnuta (nedostupná) – v tomto stavu jsou radiostanice, které jsou buď vypnuty nebo jsou dlouhodobě v datovém stínu.
• Stanice je registrována je stav, kdy je zapnut radiokomunikační adapter a vůz nejede dle jízdního řádu (vozovna, výjezd na trať, apod.). Může být obvolávána v jiných cyklech než stanice přihlášená. Stanice je odhlášena z registrovaného stavu buď dlouhodobou nedostupností (cca 60 minut) nebo při použití integrovaných jednotek napájení IJN při zadání pokynu k vypnutí (radiově se systém odhlásí na dispečinku).
• Synchronizace vozidla je stavová zpráva, která umožňuje přiřadit k číslu RCA (pořadové číslo radiokomunikačního adaptéru) vozidla jeho evidenční číslo případně provádí jiné činnosti.
• Stanice je přihlášena je stav, kdy vozidlo jede dle jízdního řádu. V tomto případě dispečerský systém vozidlo automaticky obvolává za účelem zjišťování jeho polohy. Musí být zadáno evidenční číslo vozu, číslo řidiče a číslo služby, popř. linka a pořadí.

Např. pro systém přihlášení vozidla u adaptérů používající sběrnici IBIS musí být přijaty všechny následující povely od palubního počítače:

rN Z1 ..Z5    zadání evidenčního čísla vozu a vozovny

rL Z1 ..Z6    nastavení adres pro selektivní volbu (struktura LLL a KKK)

rF Z1 ..Z5  zadání osobního čísla řidiče

zC Z1 ..Z4  zadání cíle vozidla na lince

 

Fónická komunikace

Fónická komunikace se může nacházet ve stavech volání:

• Skupinová volba, kdy dispečer dává hlášení na dva a více vozů současně a neočekává odpověď. Možnosti skupinové  volby jsou dány dle způsobů adresace. Možností skupinové volby je i dispečerský rozhlas.
• Selektivní volba – tj. volání s konkrétním vozem, kde se předpokládá i hlasová komunikace s řidičem.
• Volání z datového stínu – tj. stanice volá přímo bez povolení od dispečinku, protože vozidlo není schopno z nějakých důvodů přijímat data z dispečerského obvolávání (velká vzdálenost, rušení, apod.). Tehdy začne radiostanice po vypršení časovače datového stínu automaticky provádět “scanování” a prohlížet náhradní kanály dle dohodnutého schématu. Obvykle střídá datový a fónický kanál.
• Tísňové volání (přepadení) – je aktivováno stiskem příslušného tlačítka v kabině řidiče (nutno definovat zákaznicky reakci systému).
• Povolená fónická komunikace – tj. přímá komunikace mezi tlačeným a taženým vozem či mezi vozem a vozovnou (nebo taky konvenční fónie) je komunikace na simplexním radiovém kanálu mezi taženým a tlačeným vozem nebo komunikace mezi vozem a provozovnou či dvěma technologickými vozidly (např. vrchní stavba). Oba tyto druhy komunikace musí povolit dispečink, který si o nich vede evidenci.
• Otevřený datový režim může nastat tehdy, pokud dojde k chybě vysílání na kanále výzev nebo má sestava na vozidle poškozené vysílání. Tehdy na kanále výzev vůz nemůže odeslat stavovou zprávu na dispečerské stanoviště nebo tato zpráva není na základnovou stanicí dispečinku zachycena, tj. např. vozidlo se nemůže registrovat nebo požádat o hovor. Podmínkou tohoto režimu je, že vozidlo neustále data na kanále obvolávání přijímá.
• Neobvolávaná stanice je stav, kdy radiokomunikační adapter přijímá data, ale není zařazen do obvolávání. Tato situace může nastat pouze tehdy, je-li vozidlo z nějakých příčin přeřazeno na dispečinku do fronty vypnutých vozů nebo byla smazána či poškozena databáze registrovaných či přihlášených vozidel. Proto musí existovat mechanismus, který vozidlo po určité době sám přihlásí a upozorní na tento stav dispečink.

Komunikační protokol mezi palubním počítačem a radiokomunikačním adaptérem musí vracet stavy adaptéru, jako jsou:

Základní principy datové radiové komunikace

Délka zprávy, která je určena  vnitřní strukturou radiové sítě, je stanovena na velikost od 64 do 192 bitů. Skládá se záhlaví zprávy, uživatelského těla zprávy a zabezpečení. Záhlaví zprávy slouží k základnímu popisu zprávy, tj. nese informaci o tom, co zpráva obsahuje (řídící pole a stavovou zprávu), adresu příjemce, či odesílatele zprávy. Struktura řídícího pole směrem od vozidla určuje v jakém stavu se nachází vozidlový adapter (např. datový stín, otevřený datový režim, apod.), o jaký typ zprávy se jedná, jaká je délka zprávy, číslování zpráv, režim radiostanice, atd. Existují následující druhy záhlaví pole charakterizující:

• záhlaví typu komunikace směrem od dispečera na vozidlo,
• záhlaví typu komunikace směrem od vozidla na dispečer

Komunikace mezi centrálou a vozidlem má dvě sady kódových zpráv a to jednu pro přenos od dispečerského stanoviště k vozidlu, druhou pak pro přenos stavových zpráv od vozidla směrem k dispečerskému stanovišti. Tyto kódy je možno indikovat v textové podobě na palubním počítači (např. nehoda vlastní, porucha troleje, apod.). Záhlaví se liší zejména způsobem adresace – na vozidlo je použita vždy 16 bitová adresace a z vozidla se jako základ používá adresace dle RCA (pořadové číslo radiokomunikačního adaptéru – může být shodné s číslem vozu u menších podniků). Dalšími typy komunikace jsou komunikace tažených a tlačených vozů a komunikace mezi významnou stanicí (např. vozovnou) a vozidlem. Jako základ komunikace se zde používá dynamická adresace. Oba výše uvedené typy záhlaví mohou podporovat i krátkodosahové komunikace, které jsou používány ve vozovnách. Každá zpráva může být buď selektivní nebo skupinová (generální). Toto je určeno typem adresového pole a způsobem potvrzování zprávy (skupinová není potvrzovaná). Selektivní volání příp. zaslání selektivní zprávy na vozidlo (u posledního způsobu se využívá v rámci SW SPRINTER převod skupinové zprávy na selektivní):

• selektivní adresa dle evidenčního čísla vozu – rozsah adresy do 9999
• selektivní adresa dle evidenčního čísla EPISu (RCA) – rozsah adresy do 1022
• selektivní adresa dle volání na řidiče – převedeno z databáze na číslo radiokomunikačního adaptéru (RCA)
• selektivní adresa dle volání na linka/kurs – převedeno z databáze na RCA

Přímou selektivní volbu dle čísla řidiče a dle volání linka/kurs nelze provést. Je vždy v databázi převedena na adresaci dle RCA (příp. dle evidenčního čísla vozu v radiové síti). Pro tyto adresace není k dispozici potřebný počet bitů v adresové části zprávy. Každá selektivní stavová zpráva je potvrzovaná . To znamená, že v případě neúspěchu je odesílána několikrát. Skupinová volání nejsou potvrzovaná a proto jsou odesílány několikrát. Stav průběhu předávání stavové zprávy lze zobrazit na palubním počítači (odesílá se, odesláno, odeslání se nepodařilo).

Skupinové volání příp. zaslání skupinové zprávy na vozidla:

• generální zpráva je určena pro všechny přihlášené a registrované vozidla
• zpráva dle trakce – lze rozdělit na závislá / nezávislá nebo konkrétně tramvaj, autobus, trolejbus, služební vozy
• zpráva dle zóny - max. 2 zóny, každá může být max. dvojciferná, tj od 0 do 99 (dnes spíše nahrazena přímým výběrem na mapě v SW SPRINTER)
• zpráva dle linky  - rozsah 999 hodnot linky
• zpráva dle cíle – rozsah 9999 cílů
• zpráva dle vozovny – rozsah 9 vozoven
• dle dyn skupiny - max. 512 dynamických adres – opět lze kombinovat s adresací definovanou v SW SPRINTER

V radiové síti EPIS_FNET se používají tři typy zpráv:

• Kódové (uživatelsky definované) – uživatelem definované kódové zprávy mají rozsah 01-99. Tyto zprávy jsou zobrazeny řidiči odpovídajícím textem (v palubní počítači je převodní tabulka mezi kódem a tomu odpovídajícím textem). Mohou být selektivní či skupinové. A naopak, tj. existuje jiný seznam kódových zpráv zasílaných od vozidla směrem na dispečink.
• Textové – umožňují přenášet krátké textové zprávy do velikosti 160 českých znaků směrem na dispečink a z dispečinku. Možno použít pouze u systémů s palubním počítačem EPIS 4.0x, protože ten se umí změnit v textovou klávesnici.
• Vnitřní stavové zprávy určené pro řízení radiové sítě EPIS_FDNET a automatické zjištění stavů zařízení. Mají pořadové číslo 100 a vyšší a řidič není o této komunikaci informován (mimo řízení fónie).

Seznam služebních stavových zpráv:

• obvolání vozidla – slouží ke zjištění polohy vozidla a jeho vztahu k jízdnímu řádu ve vozidle (zasílá předjetí či zpoždění).
• identifikace – slouží k předání podrobných informací o vozidle včetně služby, pojížděné linky, cíle, čísle řidiče apod.
• registrace vozidla – po zapnutí informačních systémů vozidla oznámí toto na dispečink.
• synchronizace vozidla – přiřadí číslo vozu číslu radiokomunikačního adapteru RCA či jiné údaje.
• přihlášení vozidla – obdoba dlouhé identifikace s tím, že zpráva přenáší úplné číslo služby. Vozidlo je zařazeno do rychlého obvolávání.
• vytváření dynamických skupin – doplňuje vozidlo o dočasnou adresu.
• testovací zpráva – slouží pro ověření funkčnosti systému.
• zahájení klíčování hovoru od řidiče (vysílá se vždy při stisku tlačítka klíčování) – dle bitů “v“ v záhlaví se rozlišuje, zda hovor povolil dispečink či byl uskutečněn na základě polohy vozidla v datovém stínu či v otevřeném datovém režimu.
• stavová zpráva „konec fonického režimu“ ukončuje hlasovou relaci s dispečinkem a převádí vozidlo do stavu obvolávání. Zprávu odesílá dispečer.
• stavová zpráva „začátek fónického režimu“ určuje zahájení fónické komunikace s dispečinkem a převede a otevře radiostanici na fónický kanál. Zprávu odesílá dispečer a současně určuje, na kterém kanálu bude probíhat komunikace.
• tísňové volání - po něm se spustí specifická činnost systému definovaná po dohodě s uživatelem systému.