Универсальное терминальное устройство служебной связи и управления

Область применения универсального терминального устройства служебной связи и управления (УТУСС) в системе управления полевым узлом связи и его элементами.
Настоящее устройство относится к области электрорадиотехники, а именно к технике передачи аналоговой и цифровой информации, и может быть использовано для организации служебной связи на полевом узле связи, между аппаратными узлами связи и пунктом управления связи (ПУС), а также другими подвижными и стационарными объектами.
Основным направлением совершенствования систем управления узлов связи ВС РФ являются автоматизация процессов управления узлами связью и создание автоматизированных систем управления узлом связи (АСУУС).
Автоматизация процессов управления и создание АСУУС имеют целью уменьшение доли времени и усилий, затрачиваемых на техническую и расчетно-информационную работу, сокращение времени на сбор и обработку информации о состоянии узлов связи и его элементов, доведение задач до подчиненных с одновременным их документированием, обеспечение циркулярной или выборочной передачи важных команд и распоряжений до всех инстанций.
Решение задачи комплексной автоматизации процессов управления узлами связи в ходе его эксплуатации, не только при планировании его применения, но и в ходе дежурства предполагается осуществить путем создания автоматизированной системы управления узлом связи.
Технологическую основу АСУУС составляют терминальные устройства управления, сервер управления, информационные датчики, средства служебной связи (телекоммуникационные средства и линии связи).
При этом средства служебной связи являются ключевым технологическим элементом, которые позволяют объединить все аппаратные (боевые посты) в единую систему, обеспечивающую информационный обмен (ведение переговоров, передача данных, обмен информацией с датчиков контроля средств связи и т.д.) между ними.
В настоящее время при развертывании сети служебной связи на узле связи в первую очередь полевого имеются ряд организационных проблем.
Сопряжение средств служебной связи аппаратных старого парка с образцами последующих поколений возможна далеко не на всех образцах техники. Производители техники объяснили это тем, что в технических заданиях на аппаратные указаны типы станций для совместной работы по кабельным линиям, а работа с аналогичными образцами или предыдущего поколения не предусмотрена.
Развертывание линий служебной связи путем использования внутриузловых соединительных линий. Эти работы занимают значительное время и ресурсы, а также их постоянное обслуживание в ходе эксплуатации. При этом не всегда получается развернуть линии служебной связи между несколькими аппаратными на прямую без использования дополнительных линий, для этих целей приходится использовать оперативные каналы связи.
Имеющееся большое количество разнотипных оконечных устройств служебной связи не позволяют их использовать для обеспечения служебной связи, в связи с отсутствием единых параметров стыков и технологий.
С учетом вышеприведенного необходимо разработать универсальное оконечное устройство, которое объединит в себе передовые телекоммуникационные технологии с использованием программно-аппаратных средств в интересах АСУУС.
Данное устройство разработано под названием «Универсальное терминальное устройство служебной связи» (УТУСС). Оно позволяет создавать на узле связи локальную сеть с мультисредным распространением сигнала без развертывания специализированных соединительных линий между аппаратными и дополнительной настройкой аппаратуры.
Известен телекоммуникационный комплекс корабельной связи. Патент RU 133376. Бюллетень изобретений - №28 2013г. Телекоммуникационный комплекс корабельной связи, состоящий из цифровой транспортной сети интегрального обслуживания, с абонентскими терминалами, отличающийся тем, что транспортная сеть выполнена на базе стека протоколов TCP/IP, а управление сессиями связи осуществляется по протоколу сигнализации SIP, при этом в состав транспортной сети включены коммутаторы доступа, образующие локальную вычислительную сеть, а терминальное и сетевое оборудование комплекса подключено к коммутируемой локальной вычислительной сети, и основанной на технологии коммутации Ethernet, причем терминальное оборудование построено на единой аппаратной платформе, на базе процессора Intel Alom 7530 по модульному принципу и состоит из различных модулей, например, модуля устройства отображения и ввода, модуля ввода и вывода звуковой информации, модуля цветной видеокамеры и др., при этом каждый терминал имеет внешние интерфейсы, выведенные на разъем, а к коммутатору доступа подключены терминальные, серверные и шлюзовые устройства, причем коммутатор доступа обеспечивает подключение до 24 устройств на скорости до 1000 Мбит/с по витой паре типа 100BASETX.
Известна Автоматизированная система интегрированной цифровой связи. Патент RU 2188511. - Бюллетень изобретений - 2002. №24.
Комплекс состоит из центрального блока коммуникации (ЦБК) и блоков коммуникации (БК), к которым подключены источники информации и абоненты. ЦБК и БК соединены между собой посредством волоконно-оптической линии связи (ВОЛС).
Известен унифицированный комплекс внутрикорабельной связи. Патент RU 2261530. - Бюллетень изобретений - 2005. №27.
Комплекс содержит интегральные коммуникационные центры (ИКЦ), каждый из которых связан со всеми другими центрами ВОЛС. К каждому ИКЦ подключены абонентские устройства (АУ), а к АУ подключены электрические преобразователи.
Прототипом заявляемой системы является Комплекс аппаратуры оперативно-командной связи (КАОКС). Патент RU  130107 от 22.08.2012 г.
Комплекс предназначен для организации оперативно-командной связи в объектах и между объектами АСУ противовоздушной и воздушно-космической обороны через локальную вычислительную сеть (ЛВС) типа Ethernet. Этот комплекс рассчитан на использование специально развернутых физических соединительных линий между абонентскими пультами связи.
Недостатками, как аналогов, так и прототипа является то, что системы основываются на использовании метода коммутации каналов и аналоговой передачи информации по каналам связи или ЛВС (Ethernet) в специально развернутых для этих целей соединительных линиях, что требует как трудовых и временных затрат на их развертывание, так и материально-технических. Также изделия не позволяют одновременно реализовать в одном устройстве функции системы голосовой, видео, текстовой передачи информации и комплекса автоматизации процессов управления узлом связи.
Сущность полезной модели заключается в том, что универсальное терминальное устройство служебной связи и управления (УТУСС), смонтировано в ударопрочном корпусе, в котором размещаются функциональные элементы, где управление элементами и периферийными устройствами подключаемых к УТУСС осуществляется с использованием модуля управления, представляющего собой плату с процессором, оперативной памятью и разъёмами, позволяющими подключать дополнительные управляющие устройства, при этом на основе модуля управления имеется возможность реализации программно-аппаратных средств управления узлом связи и автоматизированной телефонной станции, обеспечения управления маршрутизатором с сетевым коммутатором, модулем SIP, модулем организации ЛВС по электросетям, модулем Wi-Fi, модулем GSM, модулем визуального отображения и модулем охлаждения, подключение к УТУСС выносных телефонов осуществляется через маршрутизатор с сетевым коммутатором, с использованием которого также обеспечивается развертывание ЛВС, при этом развертывание ЛВС может осуществляться с помощью модуля организации ЛВС по электросетям, модуля Wi-Fi и модуля GSM, обеспечивающих работу УТУСС в сетях сотовой связи, при этом данные модули обеспечивают работу переговорного модуля для организации ведения служебных переговоров на узле связи, наличие в УТУСС сенсорного экрана позволяет отображать информацию о состояние элементов управления на экран подключенных через модуль внешних интерфейсов, при этом питание устройства осуществляется через модуль питания, подключенный к сети переменного тока 220 В, а также, в случае пропадания сети переменного тока, через аккумуляторную батарею, установленную в модуле питания, для обеспечения охлаждения элементов УТУСС установлен модуль охлаждения. При этом обеспечивается возможность развёртывания ЛВС по электросетям и работа в сетях сотовой связи. Модуль управления может включать: 4-ядерный процессор Cortex-A72 с тактовой частотой каждого ядра от 1-2 ГГц, оперативную память от 4 до 8 Гб LPDDR4, 4 разъёма USB и разъёмы Ethernet (LAN), vHDMI, GPIO.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей путем объединения модулей с разным функционалом в одном устройстве с обеспечением возможности установки программного обеспечения, позволяющего реализовать функцию программно-аппаратной АТС, что позволило обеспечить ведение телефонных переговоров в единой системе служебной связи и управления посредством проводных линий, электропитающих линий, Wi-Fi и GSM.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
структурная схема УТУСС (фиг. 1);
функциональная схема комплекса (фиг. 2);
фотография устройства (фиг. 3);
фотография интерфейсов устройства (фиг. 4).
Универсальное терминальное устройство служебной связи смонтировано в ударопрочном корпусе 1, в котором размещаются следующие элементы: модуль управления 2, модуль организации ЛВС по электросетям 3, маршрутизатор с сетевым коммутатором 4, модуль Wi-Fi 5, модуль визуального отображения 6, модуль внешних интерфейсов 7, модуль питания 8, модуль SIP 9, модуль GSM 10, модуль охлаждения 11 и переговорный модуль 12.
Модуль управления 2 представляет собой плату, на которой установлен процессор, оперативная память, периферийные устройства и разъёмы, позволяющие подключать дополнительные управляющие устройства. В частности, это может быть реализовано с использованием 4-ядерного процессора Cortex-A72 с тактовой частотой каждого ядра от 1-2 ГГц, от 4 до 8 Гб LPDDR4 оперативной памяти, до 4 USB разъёма, разъёмы Ethernet (LAN), vHDMI, GPIO. После установки соответствующего программного обеспечения, обеспечивается возможность создания программно-аппаратного комплекса автоматизации управления узлом связи и виртуальной IP АТС.
К модулю управления через разъем LAN подключен маршрутизатор с сетевым коммутатором 4, пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети.
К маршрутизатору 4 подключаются выносные аналоговые и IP телефоны и персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) для первичной настройки УТУСС. Дальнейшее использование ПЭВМ в работе УТУСС не требуется. Кроме того, к маршрутизатору 4 подключены:
переговорный модуль 12 предназначен для ведения служебных переговоров в ЛВС организованной УТУСС на узле связи;
модуль SIP 9 предназначен для коммутации двух внешних выносных аналоговых телефонных аппаратов, которые могут работать с IP АТС при установке соответствующего программно-аппаратного комплекса.
К модулю управления 2 подключены:
модуль организации ЛВС по электросетям 3 предназначен для автоматической организации ЛВС по технологии Fast Ethernet со скоростью до 100 Мбит/с с симметричным алгоритмом блочного шифрования соединения по технологии AES-128 с размером блока 128 бит, ключ 128/192/256 бит;
модуль (Wi-Fi) 5 стандарта IEEE 802/11 предназначен для объединения УТУСС подключенных к разным линиям электропитания их в одну ЛВС в режиме «беспроводный радиомост»;
модуль GSM 10, при наличии на УС развернутой сети сотовой связи терминал с использованием модуля GSM позволяет обеспечить работу автоматизированных систем управления узлом связи (АСУУС) по данной сети;
модуль визуального отображения 6, позволяющий отображать и вводить служебную информацию на сенсорном экране;
модуль охлаждения 11, предназначенный для обеспечения охлаждения элементов УТУСС.
Для подключения периферийных устройств, в устройстве имеется модуль внешних интерфейсов 7, позволяющий подключать устройства через интерфейсы USB2.0 и USB3.0. Данный блок также подключен к модулю управления 2.
Электропитание устройства производится от сети переменного тока 220В через модуль питания 8, к которому подсоединены функциональные элементы УТУСС, при этом в случае пропадания электропитания от сети 220В работа УТУСС обеспечивается от аккумуляторной батареи, установленной в блоке питания 8.
Функциональная схема применения "УТУСС" приведена на фиг. 2.
"УТУСС" устанавливается и подключается к сети 220В в каждой аппаратной. Аппаратные подключаются к сети электропитания от одной электропитающей станции. По силовым кабелям, проложенным между аппаратными, в электрической сети "УТУСС" автоматически организуется высокоскоростная зашифрованная ЛВС. Все устройства подключаются к этой сети автоматически.
На базе "УТУСС" возможна установка программно-аппаратной IP АТС, позволяющей вести переговоры с любым устройством данной ЛВС.
К каждому "УТУСС" можно подключить выносные телефонные аппараты: два аналоговых и четыре IP-телефона, которые будут являться отдельными абонентами в общей сети. Переговорный модуль позволяет вести переговоры оператору с любыми абонентами сети на расстоянии до 50 метров от базового "УТУСС", также к переговорному модулю возможно подключать модули радиосвязи (радиостанции, радиотелефоны).
При подключении "УТУСС" к разным электрическим сетям ЛВС организуемые ими объединяются в общую сеть путем соединения ближайших "УТУСС" в режиме «беспроводный радиомост» при помощи. Для увеличения дальности беспроводного соединения у встроенного Wi-Fi модуля предусмотрены выносные антенны.
В подтверждение возможности осуществления технического результата был собран действующий макет «УТУСС». Проведены успешные испытания по организации ЛВС с шифрованием в электросети 220В и реализована работа IP-АТС с подключением к ЛВС через «УТУСС» аналоговых и IP-телефонов. Вызовы и ведение разговора реализовано со всех устройств. На базе «УТУСС» реализован программно-аппаратный комплекс для работы в системе автоматизации процессов управления узлом связи. Действующий макет представлен на фиг. 3 и 4.