СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ УЛУЧШЕННОЙ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ В ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ
SYSTEMS AND METHODS FOR IMPROVED WIRELESS COMMUNICATION IN AIRCRAFTS

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США 62/542183, поданной 7 августа 2017. Указанная заявка и другие внешние материалы, описанные в настоящей заявке, полностью включены в настоящее описание посредством ссылки. В тех случаях, когда определение или использование термина во включенной ссылке не соответствует или противоречит определению этого термина, приведенному в настоящей заявке, применяют определение этого термина, приведенное в настоящей заявке, а определение этого термина в указанной ссылке не применяется.
Область техники
[0002] Изобретение относится к области беспроводной связи на борту летательных аппаратов и других транспортных средств.
Уровень техники
[0003] Описание включает информацию, которая может быть полезной для понимания настоящего изобретения. Это не является признанием того, что какая-либо информация, представленная в настоящем документе, является предшествующим уровнем техники или имеет отношение к заявленному в настоящее время изобретению, или что любая публикация, специально или неявно упомянутая, является предшествующим уровнем техники.
[0004] При организации беспроводной связи в летательных аппаратах и других транспортных средствах в максимально возможной степени используются наземные стандарты и лучшие практические решения, разработанные для решения сложностей, с которыми сталкиваются пользователи портативных компьютеров при соединении с точкой беспроводного доступа (Wireless Access Point, WAP) в зданиях. Однако решения, применяемые для наземных транспортных средств, как правило, являются недостаточными, так как летательный аппарат обязан соблюдать ряд ограничений и предписаний по безопасности полетов (например, таких как требования Федерального управления авиации (FAA) в США и Европейского агентства по авиационной безопасности (EASA)), множество требований международных контролирующих организаций (например, Федерального агентства по связи (FCC), Европейского института по стандартизации в области телекоммуникаций (ETSI)), требования авиастроительных компаний (например, Boeing, Airbus), а также соответствовать политике авиакомпании. Каждая авиакомпания имеет различные требования, соответствующие государственным нормативам, типу летательного аппарата и маршруту следования, которые не учитываются в наземных стандартах.
[0005] Таким образом, существует потребность в системах и способах беспроводной связи в летательных аппаратах, которые учитывают различные требования, например, в зависимости от области их использования.
Раскрытие сущности изобретения
[0006] Настоящее изобретение обеспечивает устройство, системы и способы беспроводного обнаружения состояния множества компонентов внутри транспортного средства с использованием одного соединения. Несмотря на то, что в настоящем документе используются термины «развлечение в полете» и «летательный аппарат», рассматриваемые системы и способы вполне могут быть применимы в автобусах, поездах, морских судах и других транспортных средствах.
[0007] Рассматриваемые системы включают в себя множество модулей, каждый из которых имеет беспроводное радиоустройство и два дискретных электрических входа. Каждый из модулей также включает в себя или соединяется с одним или более датчиками, например, для передачи информации о состоянии компонента. Предпочтительно каждый из модулей связан с компонентом такого же типа.
[0008] Далее предполагается, что каждый модуль выполнен с возможностью переключения конфигурации беспроводного радиоустройства между конфигурациями точки беспроводного доступа (WAP) и клиента. Система разработана с возможностью использования процессора и предварительно запрограммированных процедур или программного обеспечения для динамического конфигурирования одного из беспроводных радиоустройств для работы в качестве WAP и конфигурирования беспроводных радиоустройств оставшихся модулей для соединения с WAP в качестве клиентов.
[0009] Согласно некоторым вариантам реализации, один из дискретных электрических входов каждого модуля соединен с дистанционным переключателем таким образом, что приведение в действие дистанционного переключателя блокирует беспроводное радиоустройство каждого модуля.
[0010] Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предлагаются также способы беспроводного обнаружения состояния множества компонентов внутри транспортного средства при использовании одного соединения. Такие способы могут включать в себя, например, прием информации о состоянии от каждого из множества модулей, при этом каждый модуль связан с компонентом того же типа. Каждый модуль предпочтительно содержит беспроводное радиоустройство и два дискретных электрических входа.
[0011] Конфигурация беспроводного радиоустройства первого из множества модулей может быть переключена с использованием процессора с конфигурации клиента на конфигурацию WAP.
Беспроводные радиоустройства оставшихся из множества модулей выполнены с возможностью соединения с WAP в качестве клиентов, в результате все модули соединяются через одну WAP. В этом случае устройство члена экипажа может соединяться с WAP для приема информации о состоянии каждого компонента, соединенного с каждым из множества модулей.
[0012] Примеры компонентов включают, например, верхний багажный отсек и сервисная тележка. Однако возможны другие компоненты, для которых необходим периодический мониторинг, например, мониторинг состояния ремней безопасности, наклона сидений. Компоненты также могут включать элементы санитарно-гигиенического блока, столы-подносы, устройства для развлечения в полете и т.д.
[0013] Различные задачи, признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания предпочтительных вариантов реализации изобретения вместе с прилагаемыми графическими материалами, на которых одинаковые номера обозначают одинаковые компоненты.
Краткое описание чертежей
[0014] На ФИГ. 1 показано схематическое изображение одного варианта реализации системы для беспроводного мониторинга множества компонентов, использующих одно соединение.
[0015] На ФИГ. 2 показано схема системы по ФИГ. 1 с доступной беспроводной сетью летательного аппарата.
[0016] На ФИГ. 3 показана блок-схема одного варианта реализации способа беспроводного мониторинга множества компонентов с использованием одного соединения.
Осуществление изобретения
[0017] Необходимо отметить, что любое описание компьютерной техники следует рассматривать как комбинацию вычислительных устройств, включающую серверы, интерфейсы, системы, базы данных, программы-агенты, одноуровневые модули, механизмы, контроллеры или иные виды вычислительных устройств, функционирующие отдельно или совместно друг с другом. Необходимо учитывать, что вычислительные устройства включают в себя процессор, конфигурация которого позволяет осуществлять программные команды, хранимые на физическом энергонезависимом носителе данных, считываемых ЭВМ (например, на жестком диске, твердотельном накопителе, ОЗУ, флэш-накопителе, ПЗУ и т.д.). Конфигурация программных команд, в основном, строится исходя из формирования функций, задач и других функциональных возможностей, рассмотренных ниже в отношении описываемого устройства. В предпочтительных вариантах реализации изобретения используются различные серверы, системы, база данных или интерфейсы обмена данных в рамках типовых протоколов или алгоритмов, возможно, на базе HTTP, HTTPS, AES, обменов личными и открытыми ключами, API-интерфейсами веб-служб, общеизвестных протоколов финансовых сделок или других методов электронного обмена данных. Обмен данными, в основном, осуществляется по сети с пакетной коммутацией, сети Интернет, LAN, WAN, VPN и другим сетям с пакетной коммуникацией.
[0018] Следующее описание предоставляет многие приведенные в качестве примера варианты реализации предмета изобретения. Несмотря на то, что каждый вариант реализации показывает одну комбинацию элементов изобретения, предмет изобретения рассматривается как включающий в себя все возможные комбинации раскрытых элементов. Таким образом, если один вариант реализации содержит элементы А, В и С, а второй вариант реализации содержит элементы В и D, то предмет изобретения также рассматривается как включающий в себя другие оставшиеся комбинации А, В, С или D, даже если они не раскрыты подробно.
[0019] Используемый в данном документе термин «присоединенный к» означает, если контекст не требует иного прочтения, как прямое соединение (при котором два элемента соединены друг с другом при непосредственном контакте друг с другом), так и непрямое соединение (при котором между двумя элементами расположен, по меньшей мере, один дополнительный элемент). Таким образом, «присоединенный к» и «соединенный с" используются как синонимы.
[0020] Несмотря на то что концепция изобретения обсуждается далее по отношению к верхним багажным отсекам над пассажирским сидением или багажным полкам, имеющим отсеки, которые выполнены с возможностью беспроводной связи с персональными электронными устройствами экипажа (Personal Electronic Device, PED) с использованием IEEE 802.11, обсуждаемые в данном документе концепции в равной степени применимы к другим приложениям в любой конфигурации или количестве WAP, диапазонов частот, беспроводных протоколов, линейных сменных модулей (LRU) и/или PED. Используемый здесь термин «LRU» представляет собой наименьший элемент бортовой электроники, который может заменить оператор по техническому обслуживанию летательного аппарата.
[0021] В рассматриваемом примере, информация об оставшемся свободном пространстве верхнего багажного отсека передается средствами беспроводной связи одному или более PED, с тем чтобы дать экипажу возможность оценить доступное пространство в багажном отсеке и обеспечить более эффективную загрузку летательного аппарата.
[0022] Предметом изобретения, рассматриваемого в данном документе, является протокол, который: (1) снижает стоимость затрат на инвентаризацию авиакомпании, поскольку один модуль может быть универсально установлен на любом летательном аппарате парка авиакомпании независимо от конфигурации летательного аппарата; (2) позволяет одному беспроводному модулю поддерживать соответствие требованиям в конфигурации нескольких воздушных судов и в сценариях эксплуатации нескольких воздушных судов; (3) снижает производственные затраты поставщика, поскольку модулю требуется только одно радиоустройство, поддерживающее WiFi; (4) поддерживает использование спектра WiFi в одной полосе беспроводной связи и (5) снижает затраты поставщика на разработку бортового электронного оборудования, поскольку разрабатывается и сертифицируется только один модуль.
[0023] На ФИГ. 1 показан один вариант реализации системы 100 для беспроводного обнаружения состояния множества компонентов 110А-110N в транспортном средстве при использовании одного соединения. Система 100 включает множество модулей 102A-102N, каждый из которых расположен внутри или выполнен с возможностью мониторинга одного из множества компонентов 110А-110N. Предпочтительно, чтобы каждый из компонентов 110А-110N был одного и того же типа (например, верхние багажные отсеки).
[0024] Каждый из модулей 102A-102N включает или соединяется с одним или более датчиками для мониторинга и последующей передачи данных о состоянии каждого из компонентов 110A-110N.
[0025] Каждый из модулей 102A-102N предпочтительно содержит беспроводное радиоустройство 104 и два дискретных электрических входа 106 и 108. Каждый из модулей 102A-102N выполнен с возможностью переключения конфигурации своего беспроводного радиоустройства 104A-104N между WAP и клиентом в зависимости от требований системы и правил.
[0026] Система 100 предпочтительно содержит процессор, который динамически конфигурирует беспроводное радиоустройство 104А одного из модулей 102А в WAP, применяя набор инструкций, и конфигурирует беспроводные радиоустройства 104B-104N оставшихся модулей 102B-102N для соединения с WAP в качестве клиентов.
[0027] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения один из дискретных электрических входов 106 каждого модуля 102А-102N соединен с удаленным переключателем 120, выполненному с возможностью отключения беспроводного радиоустройства 104A-104N каждого модуля 102A-102N, когда переключатель 120 приводится в действие. Отключение происходит в связи с тем, что при приведении в действие переключателя 120 прерывается подача питания на радиоустройство 104A-104N каждого модуля 102A-102N.
[0028] Таким образом, пилот или член экипажа могут быстро и одновременно отключить беспроводные радиоустройство 104A-104N модулей 102A-102N из одной точки, когда этого требуют, например, правила или политика безопасности. Переключатель 120 может представлять собой простой тумблер, аналогичный переключателю света, или цифровое представление переключателя, например, посредством графического интерфейса пользователя.
[0029] Таким образом, летательный аппарат может включать множество верхних багажных отсеков 110A-110N, каждый из которых содержит модуль 102A-102N, расположенный в одном из множества верхних багажных отсеков 110A-110N, соединенный с одним из множества верхних багажных отсеков 110A-110N или расположенный иным образом с целью мониторинга состояния одного или более из множества верхних багажных отсеков 110A-110N. В данном примере компонентами 110A-110N являются верхние багажные отсеки над пассажирскими сидениями.
[0030] Каждый из модулей 102A-102N предпочтительно выполнен с возможностью определения оставшегося пространства, соответствующего верхнего багажного отсека 110A-110N и/или отчета о заполнении верхнего багажного отсека 110A-110N. Каждый из модулей 102A-102N может содержать один или более датчиков, электронные приборы, программное обеспечение, беспроводное радиоустройство 104 и два дискретных электрических входа 106 и 108.
[0031] Большинство коммерческих персональных электронных устройств (PED) могут быть соединенными в определенный момент только к одной WAP, в связи с этим применение алгоритма циклического перебора одного соединения с каждым из беспроводных радиоустройств 104A-104N из множества модулей будет неэффективно. Это особенно важно для большого количества модулей (например, 50 или более). Однако используя систему 100, PED члена экипажа 130 может установить одно стабильное соединение с WAP 104А одного из множества модулей 102А, тем самым устраняя необходимость в множественных соединениях с различными WAP модулей 102A-102N. Таким образом, один из модулей 102А может конфигурировать свое беспроводное радиоустройство 104А в качестве WAP, что данном документе определяется как Bin-WAP-сервер. Следовательно, оставшиеся модули 102B-102N и PED 130 становятся клиентами WAP беспроводного радиоустройства 104А. Далее модуль 102А собирает информацию о состоянии соединенных модулей 102B-102N и информацию о состоянии своего багажного отсека 110А. Затем один или более PED 130 независимо собирают данные модуля 102А посредством WAP радиоустройства 104А и отображают состояние всех багажных отсеков летательного аппарата, причем для каждого PED требуется только одно соединение.
[0032] В некоторых вариантах реализации, как показано на ФИГ. 2, система 100 может быть выполнена так, что модуль 102А с беспроводным радиоустройством 104А, действующим в качестве WAP, динамически переключается с работы в качестве WAP на клиента при обнаружении выделенной беспроводной сети 200 сервера 210 летательного аппарата. Так, например летательный аппарат может содержать один или более серверов общего назначения, которые могут устанавливать соединения с PED 130 экипажа, например, для коммерческих операций и обеспечения других функций салона. Серверы также могут быть использованы, например, для хранения медиафайлов для их последующей передачи или потокового вещания на развлекательные устройства или устройства пассажиров. Аналогичным образом система 100 может быть выполнена с возможностью динамического переключения беспроводного радиоустройства 104А, работающего в качестве клиента, на работу в качестве WAP.
[0033] Предполагается, что второй дискретный электрический вход 108 каждого модуля 102A-102N соединен со вторым удаленным переключателем 122, который конфигурирует переход каждого из беспроводных радиоустройств 104A-104N модулей 102A-102N в режим клиента и инициирует соединение с беспроводной сетью 200 сервера 210, отличного от множества модулей 102A-102N. Беспроводная сеть 200 может быть связана с головным узлом или другим сервером 210 летательного аппарата, предназначенным, например, исключительно для использования летным экипажем и отделенным от беспроводной сети, доступной для пассажиров. Кроме того, предполагается, что приведение в действие переключателя 122 инициирует динамическую конфигурацию одного из беспроводных радиоустройств 104А в качестве WAP, как было описано выше.
[0034] В таких конфигурациях PED 130 экипажа, как правило, имеют уже установленное соединение с определенной беспроводной сетью 200 летательного аппарата и не могут соединяться с WAP одного из множества модулей. Предполагается, что на сервере летательного аппарата 210 может быть установлено программное обеспечение, так что беспроводная сеть 200, связанная с сервером 210, может повторять функциональные возможности WAP одного из множества модулей 102А-102N. Согласно данным вариантам реализации, предполагается, что каждый из беспроводных радиоустройств 104A-104N модулей 102A-102N автоматически конфигурируется для соединения с выделенной беспроводной сетью 200 сервера 210 летательного аппарата.
[0035] Согласно альтернативным вариантам реализации, приведение в действие переключателя 122 позволяет членам экипажа отключать как беспроводную сеть 200 (Aircraft-WAP-сервер), так и радиоустройства 104A-104N модулей 102A-102N, если этого требуют правила или политика безопасности.
[0036] Согласно другим вариантам реализации, вышеупомянутые конфигурации могут быть объединены, при этом становятся возможными ситуации, когда используется выделенная сеть 200 летательного аппарата, и ситуации, когда WAP модуля используется одновременно или вместо выделенной сети 200 летательного аппарата. Такой вариант может быть наиболее распространенным, так как большинство воздушных судов настроены на отключение одного или более беспроводных радиоустройств или изменение их конфигурации, когда высота полета летательного аппарата составляет менее 10000 футов или когда летательный аппарат входит в воздушное пространство страны, имеющей другой регламент радиосвязи. В результате такое отключение прерывает или удаляет ссылку WiFi для PED экипажа 130.
[0037] Для того, чтобы экипаж мог продолжать использовать свои PED 130 для управления багажными отсеками или другими компонентами летательного аппарата, предполагается, что конфигурация системы 100 позволяет обнаружить наличие или потерю беспроводной сети 200 летательного аппарата и динамически изменить конфигурацию одного или более радиоустройств 104A-104N модулей 102A-102N с учетом наличия или потери беспроводной сети 200.
[0038] Например, при обнаружении беспроводной сети 200 летательного аппарата, система 100 динамически конфигурирует каждое из беспроводных радиоустройств 104A-104N в качестве клиента для соединения с сетью 200 летательного аппарата. В ситуациях, когда беспроводная сеть 200 летательного аппарата не обнаруживается или становится недоступной, как показано, например, на ФИГ. 1, система 100 динамически конфигурирует одно беспроводное радиоустройство 104А из множества модулей 102A-102N для работы в качестве WAP. Кроме того, предполагается, что PED 130 экипажа может устанавливать связь с любой сетью, в зависимости от того, какая сеть доступна. Для обеспечения соответствия требованиям к связи, система 100 может использоваться на промышленных, научных, медицинских (ISM) полосах частот и/или каналах. Система 100 может быть выполнена таким образом, чтобы обеспечить возможность установления соединения между модулями 102А-102N и наземной сетью.
[0039] Согласно другим вариантам реализации, предполагается, что при обнаружении отказа WAP система 100 может динамически конфигурировать другое беспроводное радиоустройство 104В модуля 102В в качестве нового WAP и конфигурировать беспроводные радиоустройства 104А и 104C-104N оставшихся модулей для соединения с новым WAP в качестве клиентов.
[0040] На ФИГ. 3 показан один вариант реализации способа беспроводного обнаружения состояния множества компонентов в транспортном средстве с использованием одного соединения. На этапе 305 принимается информация о состоянии множества модулей, каждый из которых связан с компонентом того же типа. Такие компоненты могут включать в себя, например, верхние багажные отсеки, сервисные тележки, компоненты санитарно-гигиенического блока или другие компоненты летательного аппарата или другого транспортного средства, включая те, которые описаны выше.
[0041] Каждый из модулей предпочтительно содержит беспроводное радиоустройство и два дискретных электрических входа.
[0042] На этапе 310 конфигурация беспроводного радиоустройства первого из модулей переключается с клиента на WAP. На этапе 315 беспроводные радиоустройства оставшихся модулей автоматически конфигурируются для соединения с WAP в качестве клиентов, используя процессор и предварительно запрограммированную процедуру для динамического конфигурирования каждого беспроводного радиоустройство.
[0043] На этапе 320 беспроводные радиоустройства каждого из модулей могут автоматически отключаться при срабатывании удаленного переключателя, соединенного с одним из дискретных электрических входов каждого модуля.
[0044] На этапе 325 беспроводного радиоустройства, действующего в качестве WAP, переключается на режим клиента после приведении в действие удаленного переключателя, соединенного с одним из дискретных электрических входов первого из модулей.
[0045] Дополнительно на этапе 330, первый из модулей автоматически настраивается на режим клиента при обнаружении выделенной беспроводной сети сервера летательного аппарата, и беспроводные радиоустройства каждого модуля автоматически соединяются с выделенной беспроводной сетью сервера летательного аппарата.
[0046] При обнаружении отказа WAP другое беспроводное радиоустройство одного из модулей настраивается в качестве нового WAP, а беспроводные радиоустройства оставшихся модулей настраиваются для соединения с новым WAP в качестве клиентов.
[0047] В том смысле, в котором грамматические средства выражения числа и категории определенности используются в описании в данном документе и во всей нижеследующей формуле изобретения, значение грамматических средств выражения числа и категории определенности охватывает упоминание множества, если контекст явным образом не предписывает иное. Кроме того, в том смысле, в котором предлог «в» ("in") используется в описании в данном документе, его значение охватывает значения «в» и «на» ("on"), если контекст явным образом не предписывает иное.
[0048] Распределение по группам альтернативных элементов или вариантов реализации изобретения, раскрытых в данном документе, не следует рассматривать как ограничения. Каждый элемент группы может быть упомянут и заявлен по отдельности или в любой комбинации с другими элементами группы или другими элементами, упоминаемыми в данном документе. Один или более элементов из группы могут быть включены в группу или удалены из группы по соображениям, связанным с удобством и/или патентоспособностью. Когда имеет место любое подобное включение или удаление, полагают, что описание в данном документе содержит модифицированную группу, в результате чего выполняется письменное описание всех групп Маркуша, используемых в прилагаемой формуле изобретения.
[0049] Перечисление диапазонов величин в данном документе предназначено для того, чтобы служить в качестве способа сокращения упоминания по отдельности каждой отдельной величины, находящейся в пределах диапазона. Если в данном документе не указано иное, каждая отдельная величина включена в описание, как если бы она была отдельно упомянута в данном документе. Все способы, описанные в данном документе, могут быть выполнены в любом соответствующем порядке, если в данном документе не указано иное или же контекст явным образом не противоречит этому. Использование любых возможных примеров или вспомогательных языковых средств для описания примеров (например, «такой как»), предусмотренных в отношении определенных вариантов реализации в данном документе, предназначено только для лучшей иллюстрации изобретения и не накладывает никаких ограничений на объем изобретения, заявленный далее. Никакие формулировки в описании не следует рассматривать как указывающие на какой-либо незаявленный элемент, существенный для реализации изобретения на практике.
[0050] Для специалистов в данной области техники должно быть очевидным то, что возможно значительно большее число модификаций помимо тех, которые уже описаны, без отступления от идей изобретения, изложенных в данном документе. Следовательно, предмет изобретения ничем не ограничен, за исключением сущности приложенной формулы изобретения. Кроме того, при толковании как описания, так и формулы изобретения все термины должны толковаться самым широким образом в соответствии с контекстом. В частности, термины «содержит» и «содержащий» должны толковаться как относящиеся к элементам, компонентам или этапам неисключительно, при этом они указывают на то, что упомянутые элементы, компоненты или этапы могут присутствовать или могут использоваться или сочетаться с другими элементами, компонентами или этапами, которые не упомянуты прямо. В том случае, когда в описании и формуле изобретения упоминается, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из А, В, С… и N, текст следует толковать как требующий только одного элемента из группы, а не А плюс N или В плюс N и т.д.