СЕТЬ СВЯЗИ И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
COMMUNICATIONS NETWORK AND METHOD OF ITS OPERATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к сети связи, содержащей множество узлов, которые оснащены приемопередатчиками для беспроводной связи, причем, по меньшей мере, некоторые из этих узлов, называемые мобильными узлами, установлены на мобильных машинах, а также к способу эксплуатации такой сети связи.
Уровень техники
Сеть связи указанного типа применительно к области сельского хозяйства известна, например, из патентного документа ФРГ №4322293 А1.
Известно множество типов беспроводных сетей связи. Большая часть населенной земной поверхности охвачена сотовыми сетями мобильной радиосвязи, однако этот охват имеет лакуны, прежде всего в сельских областях, и нельзя рассчитывать на то, что ситуация изменится коренным образом. Скорее можно ожидать, что более современные широкополосные мобильные сети связи четвертого поколения, такие как сети UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - универсальная система мобильной связи) еще долгое время будут менее распространены, чем развитые сети третьего поколения на основе системы GSM (Global System for Mobile Communications - глобальная система связи с подвижными объектами). Поэтому сеть связи, которая должна действовать в любом месте земной поверхности, должна быть такой, чтобы не опираться или, по меньшей мере, не постоянно опираться на доступность инфраструктуры сотовой сети мобильной радиосвязи.
К другом типу беспроводных сетей связи относятся так называемые беспроводные сети WLAN (Wireless Local Area Network - беспроводная локальная сеть) или сети WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - протокол широкополосной радиосвязи), которые в своем большинстве работают в соответствии со стандартом IEEE 802.11 или 802.16. В типовом случае дальность радиосвязи в такой сети лежит в диапазоне от 30 до 100 м, в лучшем случае до 300 м для сетей WLAN и до 2 км для сетей WIMAX, при этом дальность связи не может быть увеличена беспрепятственно, то есть техническими средствами, так как во многих странах мощность передачи таких сетей ограничена законом. Кроме того, в таких сетях не предусмотрена дальнейшая передача данных между исходными узлами и узлами конечных адресатов через посреднические узлы. Поэтому связь между двумя узлами невозможна, если расстояние между ними больше дальности радиосвязи, даже если между этими двумя узлами имеются другие узлы сети, а расстояние между двумя соседними узлами в этих сетях никогда не превышает этой дальности связи.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании сети связи указанного типа, которая позволяет в определенном узле сети оценивать состояние эксплуатации удаленной мобильной машины даже в тех случаях, когда в данный момент времени невозможна прямая связь с узлом этой удаленной машины.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в сети связи, содержащей множество узлов, которые оснащены приемопередатчиками для беспроводной связи, в том числе узлы, называемые мобильными узлами, которые установлены на мобильных машинах. Для каждого узла предусмотрена память для профилей эксплуатационных параметров нескольких из мобильных машин, причем каждый узел выполнен с возможностью передачи через свой приемопередатчик профилей, записанных в принадлежащей ему памяти, и с возможностью, на основе принимаемого от одного из других узлов профиля одной из мобильных машин, актуализации профиля этой машины, записанного в своей памяти. Благодаря записанным в памяти профилям эксплуатационных параметров каждый узел располагает знаниями о состоянии эксплуатации нескольких, предпочтительно всех машин, совместно работающих в сети. Хотя это знание вынужденно не всегда отражает самое последнее состояние, тем не менее оно помогает оператору или сервисной программе планировать дальнейшее использование машин целесообразным и экономичным образом.
За счет того, что узлы передают указанные профили эксплуатационных параметров, обеспечивается возможность обмена между узлами сведениями о состоянии эксплуатации машин и при этом поддержания в записи самого актуального профиля эксплуатационных параметров каждой машины. Таким образом, сведения о состоянии эксплуатации машины могут распространяться в сети связи от узла связи этой машины возможно путем ряда последовательных шагов. Решения, например, о наиболее экономичном использовании мобильных машин может приниматься в каждом узле сети на основе имеющейся информации о профилях.
В предпочтительном примере осуществления мобильные машины содержат в своем составе сельскохозяйственные рабочие машины и/или транспортные машины. Это могут быть, например, уборочные машины, которые совершают непрерывное движение в процессе уборки, и транспортные средства, которые забирают от уборочных машин убранную массу для ее транспортировки к месту хранения или дальнейшей переработки.
Для экономичного использования уборочных машин и транспортных средств целесообразно, когда в записываемом профиле эксплуатационных параметров каждой машины среди прочих параметров содержатся данные о степени заполнения бункера для хранения убранной массы и местоположение мобильной машины. На основе этих параметров транспортное средство (или его водитель) может, например, принимать решение о том, какая из нескольких уборочных машин должна быть разгружена следующей с точки зрения наибольшей целесообразности и экономичности, то есть для сокращения до минимума проходов транспортных средств и/или времени простоев уборочных машин.
Для принятия оптимальных решений целесообразно также, когда в записываемом профиле эксплуатационных параметров каждой машины содержатся данные о производительности машины. Чем выше производительность, тем важнее для экономичной эксплуатации, чтобы машина могла постоянно работать со своей максимальной производительностью. Поэтому целесообразно отдавать предпочтение разгрузке бункеров для хранения убранной массы высокопроизводительных машин по сравнению с менее производительными машинами.
Для обеспечения возможности правильного выполнения актуализации профилей эксплуатационных параметров, записанных в различных узлах, в предпочтительном примере осуществления для каждого записанного профиля эксплуатационных параметров предусмотрены данные времени, а узлы выполнены с возможностью определять при актуализации профилей эксплуатационных параметров на основе данных времени из двух соответствующих профилей одной и той же мобильной машины, какой из них является более старым, и этот более старый профиль переписывать на более поздний, т.е. новый профиль (точнее выбирать между профилем, записанным в памяти данного узла, и профилем, принятым от другой машины).
Первая процедура, выполняемая первым узлом при актуализации профиля, содержит шаги:
a) прием от второго узла записанных в памяти этого второго узла набора данных времени (временных значений), каждое из которых отнесено к профилю одной машины,
b) посредством сравнения с соответствующими данными времени, записанными в памяти первого узла, определение машин, профили которых должны быть переписаны в памяти первого узла,
c) направление запроса второму узлу на передачу профилей этих машин, и
d) запись профилей, переданных вторым узлом по запросу, взамен профилей, требующих замены.
За счет того, что вначале передаются данные времени, первый узел может решать, какие профили ему нужны от второго узла, и может специально запрашивать именно их. Благодаря такой процедуре поддерживается небольшой объем обмена данными между узлами, что особенно важно в случае узкой полосы передачи или при передаче по сотовой сети мобильной радиосвязи, в которой стоимость связи зависит от количества передаваемых данных или времени передачи. Кроме того, полученные на шаге а) данные времени могут использоваться для того, чтобы на шаге b) определять, какие профили должны быть переписаны в памяти второго узла, так что на шаге е) эти профили могут быть переданы на второй узел. Таким образом, передача данных времени от второго узла на первый на шаге а) достаточна для того, чтобы обеспечить возможность актуализации профилей в обоих узлах.
В альтернативном варианте первый узел может проводить актуализацию посредством следующих шагов:
a') прием от второго узла одного из профилей и относящихся к нему данных времени, записанных в памяти второго узла,
b') сравнение принятых данных времени с соответствующими данными времени, записанными в памяти первого узла, и переписывание профиля, записанного в памяти первого узла, на принятый профиль, когда сравнение показывает, что относящиеся к последнему профилю данные времени являются более поздними, т.е. новыми.
При такой процедуре количество данных, передаваемых от второго узла, значительно больше, чем при первой процедуре, поскольку второй узел передает записанный профиль даже в том случае, когда не требуется его актуализации в первом узле. Однако эта вторая процедура имеет преимущество в простоте выполнения, поскольку не требуется ответных сообщений от первого узла.
Отсутствие такой ответной связи целесообразно в том случае, когда второй узел выполнен с возможностью периодической передачи профилей, записанных в его памяти.
В предпочтительном примере осуществления узлы реализуют функции первого режима эксплуатации, в котором приемопередатчики, по меньшей мере, мобильных узлов непосредственно связываются между собой без привлечения передающего профили промежуточного узла. Предпочтительно в первом режиме эксплуатации приемопередатчики связываются между собой по стандарту, выбранному из WLAN, WIMAX и Bluetooth.
Узлы могут также реализовать функции второго режима эксплуатации, в котором два приемопередатчика мобильных узлов связываются между собой косвенным путем, через посредство стационарного узла. В этом случае стационарный узел содержит в качестве приемопередатчика базовую станцию сотовой мобильной радиосвязи, а каждый приемопередатчик мобильных узлов содержит оконечное устройство мобильной радиосвязи.
Согласно особенно предпочтительному примеру осуществления каждый мобильный узел выполнен с возможностью переключения с первого режима эксплуатации на второй режим эксплуатации, когда при первом режиме эксплуатации в течение предварительно заданного промежутка времени не происходит связи с одним из других узлов. За счет этого, когда мобильный узел находится за пределами дальности действия других мобильных узлов, он может через посредство стационарного узла сделать заключение о состояниях эксплуатации машин, насколько они известны этому стационарному узлу.
Задача изобретения решена также в способе эксплуатации сети связи, содержащей множество узлов, оснащенных приемопередатчиками для беспроводной связи, в том числе узлы, называемые мобильными узлами, которые установлены на мобильных машинах. Для каждого узла предусмотрена память для профилей эксплуатационных параметров нескольких из мобильных машин, при котором посредством первого узла передают записанные в его памяти профили с помощью своего приемопередатчика и на основе принимаемого от одного из других узлов профиля одной из мобильных машин актуализируют профиль этой машины, записанный в своей памяти.
Краткий перечень чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения, его дополнительные особенности и преимущества. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает систему связи в соответствии с изобретением,
фиг.2 изображает блок-схему мобильных узлов, и
фиг.3 изображает блок-схему способа эксплуатации, выполняемого в мобильном узле системы связи по фиг.1.
Осуществление изобретения
Показанная на фиг.1 система связи содержит множество мобильных узлов 1, установленных на соответствующих транспортных средствах 2а, 2b, 3а, 3b, или 3с, и один стационарный узел 4. В системе по фиг.1 два мобильных узла 1 установлены на транспортных средствах 2а, 2b в виде грузовых автомобилей и три мобильных узла 1 установлены на уборочных машинах 3а, 3b и 3с. Узлы 1 на транспортных средствах различных видов могут быть одинаковыми по конструкции.
Дальнейшее описание со ссылкой на фиг.2 будет дано применительно к узлу 1 транспортного средства 2а, однако оно в такой же мере относится к узлам 1 на других транспортных средствах.
Как показано на фиг.2, узел 1 содержит процессор 11, память 12 для хранения профилей Р2а, Р2b, Р3а, Р3b, Р3с эксплуатационных параметров всех транспортных средств 2а, 2b, … 3с системы. Профиль Р2а, описывающий параметры эксплуатации того транспортного средства 2а, на котором он установлен, будет называться далее собственным профилем, а другие профили Р2b, Р3а, Р3b, Р3с - чужими профилями.
Процессор 11 связан с различными периферийными устройствами для запроса от них параметров эксплуатации и записи их в собственном профиле Р2а в памяти 12. Этими периферийными устройствами являются приемник 13 системы GPS (Global Positioning System - глобальная система навигации и определения положения) для запроса действительного географического местоположения транспортного средства, датчики 14 состояния заполнения для определения текущего количества убранной массы в грузовой емкости транспортного средства или для определения степени заполнения топливного бака и подобных параметров.
К записанному в памяти 12 профилю Р2а, … Р3с каждого транспортного средства могут относиться также постоянные характеристики соответствующего транспортного средства, такие как вместимость запасного бака транспортного средства, производительность уборочной машины и подобные параметры.
Операторский интерфейс 15 позволяет оператору транспортного средства 2а запрашивать профили, записанные в памяти 12, и на их основе принимать решение о дальнейших действиях. Так, например, водитель транспортного средства 2а, которое является грузовым автомобилем, может запросить из записанных чужих профилей Р3а, Р3b, Р3с состояния заполнения бункеров отдельных уборочных машин 3а, 3b, 3с и их местоположение. Затем он может выбрать ту уборочную машину, для которой требуется первоочередная разгрузка, для движения к ней. В том случае, когда разгрузка требуется для нескольких уборочных машин, он может выбрать из них ту, которая находится ближе, или ту, которая имеет наибольшую производительность и простоев которой желательно избежать по экономическим соображениям. Далее на основе чужого профиля Р2b водитель может принять решение о том, что для разгрузки определенной уборочной машины удобнее использовать транспортное средство 2b, чем его собственное транспортное средство 2а, чтобы к этой уборочной машине не направились несколько транспортных средств.
Естественно, задачи процессора 11 не ограничиваются сбором и представлением профилей отдельных транспортных средств. Посредством соответствующей обработки содержащихся в профилях данных он может облегчать водителю принятие решения или, при определенных обстоятельствах, полностью брать на себя принятие решения.
Для поддержания в актуализированном состоянии чужих профилей Р2b, Р3а, Р3b, Р3с, записанных в памяти 12, для узла 1 связи требуется приемопередатчик 16, способный связываться с приемопередатчиками узлов 1 других транспортных средств. В простейшем случае приемопередатчик представляет собой радиоинтерфейс, способный прямо связываться с радиоинтерфейсом каждого другого узла 1. Так, например, радиоинтерфейс может работать по стандарту WLAN, WIMAX, или Blue-tooth, или по любому другому стандарту сетевой системы с динамично меняющимися участниками. В качестве представителя этих различных стандартов в дальнейшем описании указывается сеть связи WLAN.
Во втором варианте простого примера выполнения приемопередатчик 16 содержит оконечное устройство сотовой мобильной радиосвязи, а стационарный узел 4 содержит совместимую с оконечными устройствами базовую станцию 6, которая служит в качестве приемопередатчика для стационарного сервера 5. Сервер 5 связан с базовой станцией 6 через Интернет 7 и стационарную инфраструктуру 8 сотовой мобильной радиосети. Как стационарная инфраструктура 8, так и Интернет 7 прозрачны для данных, передаваемых между сервером 5 мобильных узлов 1, так что эти компоненты вместе с базовой станцией 6 и сервером 5 могут быть включены в общее понятие сетевого узла 4.
В следующем предпочтительном примере осуществления, который будет рассмотрен далее, приемопередатчик 16 содержит радиоинтерфейс сети WLAN и оконечное устройство сотовой мобильной радиосвязи и может переключаться из режима эксплуатации с сотовой мобильной радиосвязью на режим эксплуатации со связью по сети WLAN.
Способ работы сети связи по фиг.1 будет описан со ссылкой на фиг.3, представляющей собой последовательность шагов, выполняемых в процессоре 11 мобильного узла 1.
Способ начинается шагом S1 начала эксплуатации транспортного средства 2а, на котором установлен узел 1 связи. Принимается исходное условие, что до начала эксплуатации транспортного средства 2а не было никакой передачи данных между этим узлом 1 и другими узлами 1, 4 сети связи. Соответственно память 12 транспортного средства 2а кроме собственного профиля Р2а транспортного средства 2а не содержит других профилей или же имеющиеся в нем чужие профили могли устареть. Поэтому вначале, на шаге S1, устанавливается связь мобильного узла 1 с сервером 5 через посредство сотовой мобильной радиосети 8 и Интернет 7.
После установки связи узел 1 вначале на шаге S2 сообщает серверу 5 временные значения (данные времени) своих профилей, то есть собственного профиля, и, при их наличии, чужих профилей, записанных в его памяти 12. В памяти сервера 5 записаны профили всех транспортных средств 2а, 2b, 3а, 3b, 3с с указанием временного значения, характеризующего момент времени определения профилей. Сервер 5 сравнивает каждое временное значение, полученное на шаге S2, с временным значением, записанным для данного транспортного средства в своей памяти, для установления того, какой профиль является более актуальным. В том случае, когда временное значение записанного в сервере профиля является более актуальным, сервер 5 посылает данный профиль на мобильный узел 1, а тот принимает его на шаге S3 и записывает его взамен соответствующего профиля в своей памяти. В том случае, когда сервер 5 устанавливает, что записанный в мобильном узле 1 профиль более актуален, он передает на мобильный узел 1 запрос на передачу, и тот передает запрошенный профиль на шаге S4. Сервер 5 использует полученный профиль для замены более старого записанного в нем профиля. Таким образом, после выполнения шага S4 сервер 5 и узел 1 располагают идентичными профилями. На шаге S5 связь между мобильным узлом 1 и сервером 5 заканчивается.
Инициализация мобильного узла 1 заканчивается тем, что на шаге S6 два задатчика ZG1, ZG2 времени устанавливаются на ноль. В дальнейшем на этих задатчиках времени непрерывно наращиваются показания времени, что далее на блок-схеме не показано.
На шаге S7 проверяется, прошел ли промежуток Т1 времени с момента сброса задатчика ZG1 времени. Этот промежуток времени может составлять от нескольких минут до нескольких часов. Вначале результат проверки показывает, что промежуток Т1 времени еще не прошел, и способ переходит дальше к шагу S8, на котором проверяется, прошел ли для задатчика ZG2 промежуток Т2 времени, величина которого заметно короче промежутка Т1. Если этот промежуток времени тоже еще не прошел, способ переходит к шагу S9, на котором проверяется, на принял ли эксплуатационный параметр транспортного средства критической величины, о которой необходимо сообщить другому узлу 1. Такой критической величиной может быть, например, более высокая степень заполнения бункера для убранной массы, требующая скорейшей разгрузки для сохранения работоспособности машины, или более низкая степень заполнения топливного бака, требующая скорейшей заправки заправочным транспортным средством. Если критической величины нет, способ переходит дальше к шагу S10, на котором проверяется, не требуется ли приема данных по сети WLAN от других узлов 1 транспортных средств 2b, 2с. Если приема не требуется, шаги S7, S8, S9, S10 циклически повторяются до тех пор, пока не произойдет одно из событий: либо пройдет промежуток Т2 времени, либо появится критическая величина, либо потребуется прием данных по сети WLAN. В первых двух случаях мобильный узел 1 (транспортного средства 2а) на шаге S11 передает записанные в его памяти собственные профили и затем вновь сбрасывает на ноль задатчик ZG2 времени.
В последнем случае узел 1 транспортного средства 2а на шаге S12 вновь сбрасывает на ноль задатчик ZG1 времени и на шаге S13 принимает посланные другим узлом 1 профили отдельных транспортных средств 2а, … 3с. На шаге S14 узел 1 выбирает из принятых профилей чужой профиль. На шаге S15 на основе переданных с выбранным чужим профилем временных значений решается, какой из профилей является более поздним, т.е. новым, - свой, то есть записанный в собственной памяти, или принятый на шаге S13. Если принятый профиль оказывается более поздним, способ переходит от шага S15 к шагу S16, на котором записанный в собственной памяти профиль заменяется принятым. Если же, наоборот, оказывается, что принятый профиль данного транспортного средства старее того, что записан для него в памяти узла 1 транспортного средства 2а, это помечается на шаге S17 путем постановки флага.
По окончании шага S16 или S17 способ возвращается к шагу S14 для выбора следующего чужого профиля и повторения для него шагов S15-S17. Когда не остается чужих профилей для обработки, способ переходит от шага S14 к шагу S18, на котором проверяется статус флага. Если флаг не установлен, способ возвращается непосредственно к шагу S7. Если флаг установлен, то перед возвратом к шагу S7 выполняется шаг S19, на котором узел 1 передает профили, записанные в его собственной памяти 12, по сети WLAN и в заключение устанавливает задатчик ZG2 времени на ноль и сбрасывает флаг. Принято исходное условие, что если узел 1 транспортного средства 2а способен принимать профили от другого узла по сети WLAN, то этот другой узел также способен принимать профили, переданные от узла 1 транспортного средства 2а. Таким образом, целесообразно актуализировать профили этого другого узла посредством шага S19.
Если на шаге S7 установлено, что со времени обратной установки на ноль задатчика ZG1 времени прошел промежуток Т1 времени, это означает, что с этого времени в узле 1 транспортного средства 2а уже не актуализировались чужие профили и что, возможно, за этот же промежуток времени актуальный собственный профиль не был успешно передан ни на одно другое транспортное средство. Для того, чтобы предотвратить устаревание профилей, узел 1 транспортного средства 2 повторяет шаги S1-S6 инициализации.
Таким образом, дорогостоящее использование сотовой мобильной сети радиосвязи ограничивается ситуациями, когда невозможна связь по сети WLAN. Тем не менее каждый узел 1, 4 имеет в своем постоянном распоряжении информацию о профилях всех транспортных средств, что дает возможность, по меньшей мере, примерно судить о состоянии всей системы. Благодаря этому можно децентрализованным образом на каждом мобильном узле 1 решать, какое следующие действие будет самым целесообразным для транспортного средства 2а, 2b, 3а, 3b, или 3с, на котором установлен данный узел 1.
Для дальнейшего ограничения стоимости связи согласно дальнейшему примеру развития изобретения сервер 5 может быть подсоединен к собственному интерфейсу радиосети WLAN, обозначенному позицией 9 на фиг.1. Связь между сервером 5 и интерфейсом 9 радиосети WLAN может быть установлена непосредственно или, например, как показано на фиг.1, через Интернет 7, так что расстояние между сервером 5 и интерфейсом 9 радиосети WLAN может быть сколь угодно большим. Интерфейс 9 радиосети WLAN находится в стационарном положении на месте, которое регулярно посещает, по меньшей мере, одно из транспортных средств 2а, 2b, 3а, 3b, 3с. Таким местом может быть место сбора, к которому транспортные средства 2а, 2b привозят убранную массу, или гараж для транспортных средств. В последнем случае особенное преимущество состоит в том, что все транспортные средства при их вводе в эксплуатацию могут связываться с сервером 5 по сети WLAN. За счет этого в способе по фиг.2 могут отпадать шаги S1-S5 инициализации, и способ эксплуатации мобильного узла 1 может начинаться непосредственно с шага S6, причем в этом случае на шаге S12 узел 1 принимает профили от сервера 5 через радиоинтерфейс 9.