СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И КОММУНИКАЦИИ ДЛЯ ПАССАЖИРСКОГО САМОЛЕТА
AIRCRAFT POWER SUPPLY SYSTEM AND LINES

Изобретение относится, в общем и целом, к электрической системе снабжения и передачи данных и, в частности, к комбинированной системе электроснабжения и коммуникации для электрического обеспечения и передачи данных на несколько оконечных приборов в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения, а также к соответствующему способу для передачи данных через питающий кабель. В частности, изобретение может использоваться в самолете.
В US 2001/0008391 описывается система связи по линии электросети, при которой данные передаются параллельно через питающую проводку, причем данные распределяются на несколько каналов передачи и передаются пакетно.
Проложенные для распределения в больших пространствах системы связи по линии электросети в соответствии с уровнем техники не подходят, однако, для больших наборов данных до 1 Гбит/с, в каком виде они поступают, к примеру для видео до востребования (Video-on-Demand). Также известные системы, которые используются в соответствующих стандартам сетях энергообеспечения, не оптимизируются в отношении эффективности использованных ресурсов, то есть используется уже существующая система прокладки кабельной сети, и длина проводки представляет собой подчиненный интерес. Поэтому известные техники не могут использоваться сразу, если должны быть минимизированы расходы на прокладку кабельной сети, к примеру для экономии веса.
В WO 02123688 А2 описывается комбинированная сеть распределения данных и электроснабжения, посредством которой должен быть снижен вес разводки в самолете и посредством которой почти все большие секции самолета могут быть соединены проводами. Это достигается посредством того, что данные от нескольких датчиков, которые распределены по самолету, собираются на узловых устройствах приема данных, которые находятся на центральных местах в самолете, и через шину предоставляются в распоряжение нескольким системным контрольным устройствам.
В известных из уровня техники системах расходы на прокладку кабельной сети все еще очень высоки, так как помимо физических проводов должны быть еще проложены кабель для данных и кабель для электроснабжения.
Задачей предложенного на рассмотрение изобретения является создание возможности оптимального обеспечения распределенных по самолету потребителей как электроэнергией, так и желаемыми коммуникационными ресурсами, и одновременная минимизация затрат на прокладку кабельной сети.
Эта задача решается в соответствии с изобретением посредством комбинированной системы снабжения и коммуникации для нескольких оконечных приборов по пункту 1 формулы изобретения и соответственно посредством способа для передачи данных через питающий кабель по пункту 8 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.
В основе изобретения лежит идея о том, чтобы использовать в качестве питающего кабеля для комбинированного обеспечения устройства сидения многожильный кабель и, в частности, трехфазный кабель с тремя фазными проводами и одним нулевым проводом, который в предпочтительном варианте имеет экран. Питающий кабель проводится через каждый из нескольких оконечных приборов, а в каждый оконечный прибор интегрирован модем, посредством которого данные отправляются в питающий кабель или получаются из него. При этом, по меньшей мере, один провод кабеля служит в качестве канала передачи в направлении вверх и, по меньшей мере, один провод кабеля служит в качестве канала передачи в направлении вниз. В частности, используются соответственно два кабеля для одного канала передачи.
Соответственно этому, комбинированная система обеспечения и коммуникации в соответствии с изобретением для передачи данных между сервером данных и, по меньшей мере, одним из нескольких оконечных приборов через питающий кабель, причем сервер данных и каждый из нескольких оконечных приборов соответственно через устройство ввода/вывода соединены с питающим кабелем, отличается тем, что питающий кабель содержит, по меньшей мере, четыре провода, причем, по меньшей мере, один провод соответствует каналу передачи в направлении вниз и, по меньшей мере, один провод соответствует каналу передачи в направлении вверх.
В предпочтительном варианте питающий кабель имеет экран, так что предназначенные для передачи данные могут модулироваться на (высокочастотные) несущие частоты. В частности, питающий кабель является трехфазным кабелем. В предпочтительном варианте комбинированная система обеспечения и коммуникации включает в себя модуляторное устройство / осцилляторное устройство для модулирования данных на несущую частоту. Эти несущие частоты динамично выделяются каналам передачи предпочтительно посредством устройства выделения в соответствии с заданным примером, так что они загружаются, в зависимости от потребности, и частоты используются по потребности.
В следующем предпочтительном варианте осуществления комбинированной системы обеспечения и коммуникации канал передачи включает в себя соответственно два провода. В альтернативном варианте канал передачи включает в себя соответственно один провод и экран.
Способ в соответствии с изобретением для передачи данных между сервером данных и, по меньшей мере, одним из нескольких оконечных приборов через питающий кабель, причем сервер данных и каждый из нескольких оконечных приборов соответственно через устройство ввода/вывода соединены с питающим кабелем и причем питающий кабель содержит, по меньшей мере, четыре провода, из которых, по меньшей мере, один провод соответствует каналу передачи в направлении вниз и, по меньшей мере, один провод соответствует каналу передачи в направлении вверх, и способ имеет следующие этапы: выбор, по меньшей мере, одного канала передачи в направлении вниз, разделение данных в пакеты следования для передачи через один из каналов передачи, передачу пакетов следования на одном из каналов передачи, по меньшей мере, к одному из нескольких оконечных приборов в дуплексном режиме.
Предпочтительные варианты осуществления способа в соответствии с изобретением имеют один или, если возможно технически, несколько следующих признаков:
перед передачей данных в направлении вверх от одного из нескольких оконечных приборов, по меньшей мере, к одному серверу данных через канал передачи проверяется, передаются ли через канал передачи данные от другого из нескольких оконечных приборов; данные в направлении вверх передаются от одного из нескольких оконечных приборов, по меньшей мере, к одному серверу данных через канал передачи на питающем кабеле, когда один оконечный прибор получил приглашение к передаче; приглашение к передаче производится, по меньшей мере, от одного сервера данных; данные в направлении вверх от одного из нескольких оконечных приборов, по меньшей мере, к одному серверу данных передаются через собственный канал передачи; канал передачи в направлении вверх динамично предоставляется оконечному прибору; канал передачи в направлении вверх динамично предоставлен оконечному прибору по способу прямой последовательности (Direct Sequence) или по способу скачкообразной перестройки частоты (Frequency Hopping); канал передачи включает в себя соответственно два провода; канал передачи включает в себя соответственно один провод и экран.
Преимущество решения задачи в соответствии с изобретением состоит в том, что количество необходимых линий передачи данных и их длина, и толщины жгутов проводов уменьшаются и, тем самым, сокращаются также затраты на установку, к примеру, в кабине самолета. Распределение электроэнергии производится по типу оптимальной прокладки кабельной сети, так что распределение электрической мощности по потребителям определяется посредством подходящей топологии сети. Топология сети может, со своей стороны, учитывать дополнительное распределение потребителей в зависимости от потребности в информационной технике. Следствием является улучшенная надежность всей системы снабжения пользователей в равной мере электроэнергией и техническими данными.
Другие признаки и преимущества изобретения выявляются из последующего описания примеров осуществления, причем со ссылкой на единственный приложенный чертеж.
Фиг.1 схематично демонстрирует первый вариант осуществления комбинированной системы обеспечения и коммуникации в соответствии с изобретением, при которой для одного канала передачи используются два провода.
Фиг.2 схематично демонстрирует второй вариант осуществления комбинированной системы обеспечения и коммуникации в соответствии с изобретением, при которой для каждого канала передачи используются один провод и экран кабеля.
Предметом изобретения является система для распределения данных через питающий кабель для трехфазного тока, так что образуется сеть для одновременной передачи энергии, к примеру для электроснабжения пользователей, и для высокоскоростной передачи данных со скоростью 10 Мбит/с или более.
Представленная на Фиг.1 комбинированная система обеспечения и передачи данных включает в себя, по меньшей мере, одно устройство 1 электроснабжения для обеспечения электрическим током нескольких потребителей 2. Предпочтительно эта система используется в (не изображенном здесь) самолете. Потребители 2 посредством кабеля 3 соединены с устройством 1 электроснабжения. Этот кабель 3 в представленном варианте осуществления является кабелем трехфазного тока с нулевым проводом 3а и тремя фазными проводами 3b, 3с и 3d. Посредством питающего кабеля 3 передается, к примеру, напряжение в 115 В с частотой до 1 кГц. Сила тока составляет, к примеру, максимум 15 А.
Система обеспечения и коммуникации включает в себя, по меньшей мере, один сервер 4 данных для сохранения коммуникационных данных от пассажиров и для пассажиров, причем в целях наглядности изображен лишь один сервер. В дальнейшем исходят из того, что пассажиры на своем посадочном месте имеют в распоряжении соответственно один оконечный прибор 5 или 6, через который они могут пользоваться развлекательными и информационными программами на борту самолета. Отдельные оконечные приборы вмонтированы в соответствующее сиденье и рассчитаны, в частности, для воспроизведения аудиосигналов или видео- и аудиосигналов, как обозначено на Фиг.1 посредством прибора 5 или 6. Так прибор 5 рассчитан для воспроизведения аудиоданных, в то время как прибор 6 оборудован для воспроизведения как аудиоданных, так и видеоданных. Далее возможно, чтобы оконечные приборы включали в себя устройства ввода, посредством которых пассажир может подсоединяться к бортовой переговорной системе, к примеру, чтобы выразить свои пожелания относительно той или иной программы, или для настройки радиосоединения вне самолета. Одним или несколькими оконечными приборами могут являться также портативные приборы пассажира и, посредством (не изображенного) интерфейса в пассажирском сиденьи, они могут быть соединены с коммуникационной сетью самолета.
Питающий кабель 3 соединяет несколько оконечных приборов 5, 6 с устройством 1 электроснабжения. Кроме того, он предоставляет несколько каналов передачи, через которые передаются коммуникационные данные между сервером 4 данных и оконечными приборами 5, 6.
В частности, данные от сервера 4 данных через коммутационное устройство 7 сервера с модемными устройствами 7а и 7b модулируются на провода 3а, 3b, 3с и 3d питающего кабеля 3. При этом коммутационное устройство 7а служит для передачи данных в направлении вниз, то есть от сервера 4 через проводную пару 3с, 3d к оконечному прибору 5 или 6. Коммутационное устройство 7b служит, напротив, для приема данных, которые посылаются от оконечных приборов 5, 6 в направлении вверх на сервер 4. Соединение между сервером 4 и коммутационным устройством 7а для передачи вниз данных от сервера 4 к оконечным приборам 5 или 6 обозначено при помощи стрелки в направлении от сервера 4 к проводу 3с и 3d, а соединение между сервером 4 и коммутационным устройством 7b для передачи вверх данных от оконечных приборов 5 или 6 к серверу 4 обозначено при помощи стрелки в направлении от провода 3a и 3b к серверу 4.
На другой стороне питающего кабеля 3 в оконечном приборе 5 потребитель 2 соединен с нулевым проводом 3a и с одной фазой 3с питающего кабеля 3. Кроме того, в устройстве 8 вывода оконечного прибора 5 через модемное устройство 8а на нижний канал 3с, 3d выводятся данные, которые требуются для воспроизведения выбранной пассажиром развлекательной или информационной программы. Данные, которые должны быть посланы от оконечного прибора 5 на сервер 4, модулируются через модемное устройство 8b на соответствующий верхний канал, то есть проводную пару 3а и 3b.
Аналогичным образом в оконечном приборе 6 потребитель 2 соединен с нулевым проводом 3а и с одной фазой 3b питающего кабеля 3. Кроме того, в устройстве 9 вывода оконечного прибора 6 через модемное устройство 9а на нижнем канале 3с, 3d выводятся данные, которые требуются для воспроизведения выбранной пассажиром развлекательной или информационной программы. У оконечного прибора 6, наряду с первым модемным устройством 9а, дополнительно предусмотрено другое модемное устройство 9b, которое служит для передачи данных от оконечного прибора 6 на сервер 4.
Соединения между проводной парой 3с, 3d и оконечным прибором 5 или 6 для «загрузки вниз» данных обозначены при помощи стрелки в направлении оконечного прибора 5 или 6, а соединения между оконечным прибором 6 и проводной парой 3а, 3b для «загрузки вверх» данных обозначены при помощи стрелки в направлении от оконечного прибора к проводной паре 3а, 3b.
В принципе, передающие каналы могут быть любым образом распределены на питающий кабель 3 в качестве кабеля трехфазного тока с тремя фазными проводами и с одним нулевым проводом. Это означает, что оба провода 3а, 3b и оба провода 3с, 3d образуют соответственно одну проводную пару, однако провода 3а, 3с могут образовывать также первую проводную пару, а провода 3b, 3d - вторую проводную пару и т.д. Это специалист будет оптимизировать в зависимости от конкретного использования изобретения.
Однако возможно также, чтобы соответственно один провод образовывал передающий канал. Для этого случая используется экран 3е кабеля в качестве противоположного полюса линии передачи данных. Экран 3е изображен на Фиг.2 в виде пунктирного цилиндра, частично в перспективе. Передача посредством одного провода должна быть разъяснена далее. При этом делается ссылка на Фиг.2. В частности, данные от сервера 4 данных модулируются через коммутационное устройство 7 сервера с модемными устройствами 7а, 7b, 7с и 7d, по меньшей мере, на один из проводов 3а, 3b, 3с и 3d питающего кабеля 3. Как сказано выше, тогда соответствующий провод является полюсом, а другим полюсом является экран 3е. При этом соответствующие коммутационные устройства, в данном случае 7а и 7с, служат для передачи данных в направлении вниз, то есть от сервера 4 на соответствующий провод 3 и к одному или к нескольким оконечным приборам 5, 6. Другие коммутационные устройства, в примере осуществления изобретения в соответствии с Фиг.2, коммутационные устройства 7b и 7d, служат, напротив, для приема данных, которые посылаются от оконечных приборов 5, 6 в направлении вверх на сервер 4. Соединения между сервером 4 и коммутационными устройствами 7а или 7с для передачи вниз данных от сервера 4 к оконечным приборам 5 или 6 изображены посредством стрелки в направлении на провод 3а или 3с, а соединения между сервером 4 и коммутационными устройствами 7b или 7d для передачи вверх данных от оконечных приборов 5 или 6 к серверу 4 изображены посредством стрелки в направлении от провода 3а или 3с к серверу 4.
На другой стороне питающего кабеля 3 в оконечном приборе 5 потребитель 2 соединен с нулевым проводом 3а и с одной фазой 3с питающего кабеля 3. Кроме того, в устройстве 8 вывода оконечного прибора 5 через модемное устройство 8а выводятся данные, которые требуются для воспроизведения выбранной пассажиром развлекательной или информационной программы. Данные, которые должны быть посланы от оконечного прибора 5 на сервер 4, модулируются через модемное устройство 8b на соответствующий верхний канал, то есть провод 3d.
Аналогичным образом в оконечном приборе 6 потребитель 2 соединен с нулевым проводом 3а и с одной фазой 3b питающего кабеля 3. Кроме того, в устройстве 9 вывода оконечного прибора 6 через модемное устройство 9а выводятся данные, которые требуются для воспроизведения выбранной пассажиром развлекательной или информационной программы. У оконечного прибора 6, наряду с первым модемным устройством 9а, дополнительно предусмотрено другое модемное устройство 9b, которое служит для передачи данных от оконечного прибора 6 на сервер 4.
Соединения между проводом 3с и оконечным прибором 5 или 6 для «загрузки вниз» данных обозначены стрелкой в направлении оконечного прибора 5 или 6, а соединения между оконечным прибором 6 и проводом 3d для «загрузки вверх» данных обозначены стрелкой в направлении провода 3d.
Данные считываются с соответствующего оконечного прибора с одного или с нескольких проводов 3a-3d. В представленной на Фиг.2 конфигурации через провод 3с передаются аудиоданные и видеоданные. Оконечный прибор 5, так же как и оконечный прибор 6, считывает данные с провода 3с. Провода 3b и 3d служат для того, чтобы посылать данные от оконечных приборов на сервер 4. В принципе, каналы передачи могут быть распределены на питающий кабель 3 в качестве кабеля трехфазного тока с тремя фазными проводами и одним нулевым проводом 3a-3d таким образом, что, по меньшей мере, один провод соответствует верхнему каналу и, по меньшей мере, один провод соответствует нижнему каналу. При общем количестве проводов кабеля в размере четырех оба оставшихся провода могут быть постоянно выделены нижнему каналу или верхнему каналу, однако они могут также динамично выделяться в зависимости от потребности. Так, для случая, когда передача данных от оконечных приборов 5, 6 незначительна, три провода могут резервироваться для передачи вниз и лишь один - для передачи вверх. Если же несколько оконечных приборов 5, 6 заявляют о потребности передачи вверх, то сервер 4 может приостановить передачу вниз на одном из трех проводов и разрешить передачу вверх. Это означало бы то, что, при известных условиях, скорость передачи данных в направлении вниз вследствие этого немного снизилась бы.
Экран 3е служит, по сути дела, для того, чтобы предотвращать эмиссию от излучения через питающий кабель 3. Поэтому возможно также модулировать предназначенные для передачи данные на несущие частоты и, таким образом, использовать каждый провод или каждую проводную пару для нескольких каналов передачи. Экран препятствует нежелательному излучению высоких частот на проводах 3a-3d в самолете. Далее экранированный кабель скручивается. При волновом сопротивлении примерно 100 Ом можно передавать, по меньшей мере, 10/100 Мбит/с, так что кабель пригоден в качестве ввода Ethernet. При использовании несущих частот можно увеличить количество эффективных каналов передачи, которые находятся в распоряжении для передачи данных. Несущие частоты могут быть при этом динамично выделены каналам передачи в соответствии с заданным примером или быть статически выделенными.
В (не представленном) предпочтительном варианте осуществления изобретения данные между сервером 4 данных и модемным устройством или каждым из модемных устройств 7а и 7b или 7а-7d для ввода и вывода передаются на питающий кабель 3 либо через сетевые провода на медной основе, либо через волоконно-оптические провода.
Модемные устройства 7а и 7b или 7а-7d могут различными способами передавать данные на оконечные приборы или принимать данные от них. В направлении вниз от сервера 4 к оконечным приборам 5, 6 передача производится, к примеру, посредством коммутационных устройств 7а и 7с способом дуплексной передачи, так как только передающее устройство 7а или 7с работает в направлении вниз от сервера 4 к устройствам вывода 8а, 9а.
Имеются три различные возможности для передачи в направлении вверх, так как, в принципе, несколько передающих устройств 8b и 9b могут работать в этом направлении. В первом случае передача производится чистым способом полудуплексной передачи, то есть устройство 8b, 9b вывода проверяет канал, то есть, в данном случае провод 3d, действительно ли имеет место передача через канал. Если это так, то соответствующий оконечный прибор должен находиться в режиме ожидания, пока канал не освободится. Для этого - предпочтительно регулярно - запрашивается состояние канала. Как только устанавливается, что канал (снова) свободен, может быть начата собственная передача.
В качестве альтернативы данные передаются в направлении вверх посредством способа квази-дуплексной передачи. (Не изображенное) устройство управления имеет контроль над передачей данных и предоставляет отдельным оконечным приборам временное окно, в которое они могут передавать данные на сервер в направлении вверх. Если временное окно открывается, устройство 8b, 9b вывода информируется посредством соответствующего управляющего импульса от устройства управления или от сервера 4, и затем может быть начата передача данных.
В качестве следующей альтернативы данные могут передаваться посредством способа дуплексной передачи. Каждое устройство 8b, 9b вывода передает на собственном коммуникационном канале. Коммуникационный канал может, в частности, соответствовать несущей частоте, которая статично или динамично предоставляется каналу. Динамичное предоставление несущей частоты может производиться, к примеру, по способу прямой последовательности (Direct Sequence) или по способу скачкообразной перестройки частоты (Frequency Hopping).
Интерфейс между собственным устройством 8а, 8b, 9а, 9b вывода и оконечными приборами выполняется предпочтительным образом как Ethernet.
Возможна комбинация передачи, базирующейся на первичной полосе частот, и базирующейся на несущей частоте, причем установлены определенные типы передачи, а другие динамично приводятся в соответствие. Управление двусторонней передачей производится через дуплексный сдвиг частоты и/или через несущие частоты; распределение данных производится иерархически через разнородные физические информационные средства.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения каждый оконечный прибор 5, 6 имеет входной соединительный элемент и выходной соединительный элемент, посредством которых он соединен соответственно с предшествующим и с последующим оконечными приборами. При этом первый оконечный прибор соединен, само собой разумеется, непосредственно с сервером 4 данных, а последний оконечный прибор через свой выходной соединительный элемент соединен лишь с предшествующим оконечным прибором. Так как питающий кабель 3, таким образом, проводится через каждый из оконечных приборов 5 и 6, то каждый оконечный прибор соединяется с сервером 4 данных и с источником 1 тока (daisy chain).
С точки зрения наглядности на чертежах изображены лишь потребители 2, которым нужна одна фаза. Само собой разумеется, что возможно, однако, также обслуживать той же сетью потребителей трехфазного тока, то есть потребителей, которые соединены со всеми тремя фазами 3b, 3с и 3d, а также с нулевым проводом 3а.