КОНВЕРГЕНТНЫЙ УЗЛОВОЙ СМАРТ-РЕТРАНСЛЯТОР

Настоящая полезная модель относится к области беспроводной голосовой связи с использованием транспортной среды локальных и (или) глобальных проводных и (или) беспроводных сетей передачи данных.
Из существующего уровня техники, с точки зрения единства назначения, известна радиостанция, выполняющая функцию передачи речевой информации на аналогичные устройства с помощью радиоволн, которая, в общем случае, включает: низкочастотный тракт, модулятор, демодулятор, высокочастотный передающий тракт (передатчик), высокочастотный приемный тракт (приемник), и осуществляет передачу речевой информации на другие подобные устройства, а также прием речевой информации. Существует множество вариантов радиостанций - от простейших одноканальных до сложных многодиапазонных конструкций (Лаповок Я.С. Я строю KB радиостанцию. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Патриот, 1992, ISBN 5-7030-0410-1). Все подобные устройства базируются на принципах, обоснованных в ранних разработках Н. Тесла (патенты US 645576, опубл. 20 марта 1900 года; US 649621, опубл. 15 мая 1900 г).
Наибольшее распространение в гражданских системах подвижной связи получили симплексные радиостанции, работающие на определенной частоте в УКВ диапазоне радиоволн, распространяющихся в пределах прямой видимости, и осуществляющие связь между собой или с базовой радиостанцией непосредственно, либо, реже, через ретранслятор.
Недостатками данного технического решения являются: ограниченная дальность связи, необходимость применения мощных неэкономичных радиочастотных усилителей, применения достаточно громоздких антенн и расположения их определенным образом, сильная зависимость качества сигнала (вплоть до полного замирания) от рельефа местности, препятствий, помех, удаленности от корреспондента, а также невозможность приема сигнала корреспондента во время передачи своего сигнала. Кроме того, таким системам связи свойственно нерациональное использование частотного ресурса, поскольку одна радиостанция во время передачи полностью занимает (блокирует) частотный канал.
Более поздние разработки, некоторая часть из которых применяется на практике, теоретически позволяют уменьшить некоторые отрицательные эффекты. В частности, известна радиостанция (RU 2225673 С2, опубл. 10.03.2004), в которой применяется решение, обеспечивающее дуплексный режим при работе на одной частоте. Также известен способ и система прерывания передающего абонента в системе беспроводной связи (RU 2418392 С2, опубл. 10.05.2011), требующий, однако, наличия второго канала для передачи служебных сигналов, а следовательно - усложнения схемы. Несмотря на указанные недостатки, радиостанции применяются в сфере коммуникаций весьма широко благодаря двум основным признакам. Первый признак - свойство радиовещания, благодаря которому передающую радиостанцию в режиме реального времени одновременно слышат все аналогично настроенные устройства в зоне действия связи. Это подтверждает востребованность именно такой функциональности в устройствах связи. Второй признак - простота в обращении и минимум органов управления, используемых в процессе коммуникации.
Наиболее эффективно технические проблемы радиосвязи, обусловленные явлением затухания радиоволн, решаются при построении беспроводных сотовых сетей, в которых оптимизируется использование частотных каналов и осуществляется передача (хэндовер) абонентских устройств от одной стационарной базовой станции к другой без прерывания связи (US 4670899, опубл. 2.06.1987; US 6269087, опубл. 31.07.2001). Известен портативный беспроводной коммуникационный аппарат для работы в подобных сетях (US 4903325, опубл. 20.02.1990) - один из прототипов современных мобильных телефонов. Известно также современное устройство - двухрежимный мобильный терминал с двойным резервированием (RU 2434367 С2, опубл. 20.11.2011), работающий в разных режимах цифровых сетей, например в GSM и WCDMA.
Недостатком вышеуказанных технических решений и устройств, предназначенных для работы в сотовых сетях, является то, что голосовая связь в них осуществляется между двумя (реже - несколькими) абонентами в сеансовом режиме (соединение - разговор - рассоединение). При этом время установления соединения для каждого сеанса может колебаться от сотен миллисекунд до нескольких секунд. Кроме того, в известных устройствах такого типа после установления соединения голосовая информация передается все время, при этом отсутствуют средства отслеживания событий, которые могли бы прекращать и возобновлять передачу голосовой информации по мере необходимости. Таким образом, данные устройства непригодны для использования в той области, где обычно применяются радиостанции (постоянная и мгновенная связь с другими пользователями в группе или с диспетчером группы).
Известен также терминал беспроводной голосовой связи (RU 121411 U1, опубл. 20.10.2012), содержащий корпус, выносной или встроенный микрофон, громкоговоритель, источник питания, электронный модуль управления на базе микропроцессора или микроконтроллера, устройство беспроводной связи, которое подключено к модулю управления с возможностью обмена информацией с ним, модуль контроля событий активации передачи, представляющий собой электронную схему на базе микропроцессора или микроконтроллера, выполненную с возможностью формирования управляющих сигналов активации и деактивации передачи на основании изменения состояния присоединенных к ней органов управления и датчиков, выполненных с возможностью реагировать на внешние события, причем электронная схема присоединена к модулю управления с возможностью передачи этих управляющих сигналов, при этом терминал выполнен с возможностью реагировать на событие активацией передачи оцифрованной речевой информации, который и выбран в качестве прототипа.
Однако известный терминал беспроводной голосовой связи обеспечивает только передачу заранее оцифрованной голосовой информации, не обеспечивает прямой вызов и работу с абонентами беспроводной систем передачи данных, реализующих функцию РоС (РТТ over Cellular) и не обеспечивает запись переговоров.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение вышеперечисленных недостатков известных из уровня техники устройств.
Техническим результатом заявленного устройства является обеспечение возможности передачи через него речевой информации на другие подобные устройства или их группы и/или совместимые с ними аппаратно-программные комплексы и/или устройства беспроводной связи, реализующие функцию немедленно после наступления события активации передачи, с использованием существующих беспроводных и проводных сетей; расширение арсенала технических средств для оперативной голосовой связи.
Указанный технический результат достигается за счет того, что конвергентный узловой смарт-ретранслятор, содержит корпус (1), источник питания (2), устройство беспроводной связи (3), модуль контроля событий активации и деактивации передачи (4), электронный модуль клавиатуры (5) и электронный модуль дисплея (6) отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно введены базовый электронный модуль (7) с операционной системой, модуль аналого-цифрового преобразования речевой информации (8) и сервер (9), при этом базовый электронный модуль (7) управляет работой устройства беспроводной связи (3), модуля аналого-цифрового преобразования речевой информации (8), электронного модуля клавиатуры (5), электронного модуля дисплея (6) и взаимодействует с сервером (9).
Кроме того, в качестве операционной системы базового электронного модуля (7) может применяться Google Android.
Кроме того, в качестве операционной системы базового электронного модуля (7) может применяться Microsoft Windows.
Кроме того, в качестве операционной системы базового электронного модуля (7) может применяться Linux.
Кроме того, сервер (9) конвергентного узлового смарт-ретранслятора имеет возможность подключения к проводной сети передачи данных.
Кроме того, к серверу (9) конвергентного узлового смарт-ретранслятора могут подключаться устройства беспроводной передачи данных, реализующих функцию РоС (РТТ over Cellular).
Кроме того, базовый электронный модуль (7) и сервер (9) конвергентного узлового смарт-ретранслятора реализуют свои функции по активации/деактивации передачи и передачи звуковых сообщений с помощью единого комплекса программного обеспечения.
Признаки и сущность полезной модели поясняются чертежами:
фиг. 1 - структурная схема конвергентного узлового смарт-ретранслятора;
фиг. 2 - блок-схема работы конвергентного узлового смарт-ретранслятора;
фиг. 3 - схема взаимодействия нескольких конвергентных узловых смарт-ретрансляторов.
На фиг. 1 изображена структурная схема конвергентного узлового смарт-ретранслятора, включающая: корпус (1), источник питания (2), устройство беспроводной связи (3), модуль контроля событий активации и деактивации передачи (4), электронный модуль клавиатуры (5), электронный модуль дисплея (6), базовый электронный модуль (7) с операционной системой, модуль аналого-цифрового преобразования речевой информации (8) и сервер (9). Базовый электронный модуль (7) соединен интерфейсной шиной с устройством беспроводной связи (3). Базовый электронный модуль (7) соединен системной шиной с модулем контроля событий активации и деактивации передачи (4), электронным модулем клавиатуры (5) и с электронным модулем дисплея (6). Базовый электронный модуль (7) управляет работой устройства беспроводной связи (3), модуля аналого-цифрового преобразования речевой информации (8), электронного модуля клавиатуры (5), электронного модуля дисплея (6). Базовый электронный модуль (7) взаимодействует с сервером (9) по Ethernet интерфейсу.
Корпус 1 служит основой для размещения внутренних элементов устройства, защищает их от механических повреждений и обеспечивает удобство использования. На корпусе размещены органы управления и индикации терминала: кнопка включения-выключения, дисплей, разъемы для подключения внешних устройств, заземления, электропитания и антенн.
Источник питания 2 размещен в корпусе терминала и обеспечивает электропитание базового электронного модуля 7, сервера 9 и устройства беспроводной связи 3 также, при необходимости, дополнительных модулей и внешних устройств. Источник питания получает электропитание от внешнего источника.
Базовый электронный модуль (БЭМ) 7 на базе одноплатного микрокомпьютера обеспечивает функционирование устройства: обработку звука, опрос состояния органов управления, запоминание настроек, реагирование на изменение статуса органов управления, изменение состояния индикаторов, проверку условия начала и окончания передачи, передачу информации к серверу 9, прием и обработку информации от сервера 9. Базовый электронный модуль 7 выполняет перечисленные функции за счет специализированного программного обеспечения.
Базовый электронный модуль 7 может быть реализован, например, на основе микрокомпьютера Smart210, который содержит микропроцессор Samsung S5PV210, оперативную память DDR2 512 МБайт, а также порты и интерфейсы для подключения периферийных устройств и модулей. БЭМ 7 работает под управлением операционной системы Android, Linux или Windows.
Модуль аналого-цифрового преобразования речевой информации 8 предназначен для преобразования речевого сигнала из аналогового вида в цифровой и обратно. Модуль аналого-цифрового преобразования речевой информации 8 может быть выполнен в виде аудиопроцессора, выполняющего функции АЦП/ЦАП и аппаратного кодека, работающего в дуплексном и симплексном режиме, например, на базе микросхемы WM8960. Память выполняет функции хранения данных конфигурации устройства при выключенном питании, а также, используется в процессе работы в качестве буфера для хранения аудиоданных и работы специализированного программного обеспечения. В качестве запоминающего устройства, может применяться, например, карта типа SD, подключенная к микропроцессору Samsung S5PV210 через имеющийся в нем интерфейс ЕММС.
Электронный модуль дисплея 6 предназначен для отображения текущего состояния БЭМ 7, его текущего статуса и настроек специализированного программного обеспечения. Функция тачскрин позволяет оперативно переключаться между разделами меню программного обеспечения и осуществлять корректировку настроек БЭМ 7. Электронный модуль дисплея 6 может быть реализован на базе ЖК TFT тачскрин дисплея и подключен к БЭМ 7 через имеющийся интерфейс LVDS.
Электронный модуль клавиатуры 5 предназначен для оперативного управления электронным модулем дисплея 6 и имеет в своем составе две кнопки с функцией «назад» для возврата к предыдущему пункту меню, кнопка с функцией «меню» для быстрого открытия раздела меню специализированного программного обеспечения. Электронный модуль клавиатуры 5 может быть реализован на базе мембранных кнопок и подключен к БЭМ 7 через имеющийся интерфейс клавиатуры.
Сервер 9 предназначен для приема звуковой и прочей информации от БЭМ 7, ее распределения между абонентами системы РоС и передачи информации адресованной сети радиосвязи к БЭМ 7. Кроме того, сервер 9 может иметь возможность записи всех полученных звуковых сообщений, а также, оперативного объединения звуковых сообщений от абонентов РоС, совместимых аппаратно-программных комплексов, и нескольких экземпляров полезной модели в группы, назначения приоритетов для сообщений и групп, управления статусами абонентов. Сервер 9 может быть реализован на базе интегрированной материнской платы формфактора Mini ITX, которая содержит микропроцессор Intel Core i7 или аналог, оперативную память 8 Гбайт или больше, SSD диск 512 Гбайт или больше, а также порты и интерфейсы для подключения периферийных устройств и модулей. Сервер 9 работает под управлением операционной системы Microsoft Windows и/или Linux и использует СУБД. Сервер 9 реализует свои функции при помощи специализированного программного обеспечения. Сервер 9 подключен к БЭМ 7 при помощи имеющегося интерфейса 100BASE-T. Для подключения к серверу абонентов системы РоС и других экземпляров полезной модели может использоваться сеть передачи данных, подключение к которой сервер 9 осуществляет при помощи имеющегося интерфейса 100BASE-T.
Совокупность команд управления, передачи звуковых сообщений, служебной информации о статусе устройств, контрольных и других данных образует собственный внутренний протокол взаимодействия абонентов РоС, устройств полезной модели и сервера. При этом непосредственная передача данных в сеть связи и получение данных из сети связи осуществляется посредством стандартных сетевых протоколов TCP и/или UDP.
Устройство беспроводной связи 3 предназначено для обмена речевой информацией с другими устройствами беспроводной связи и может быть выполнена на основе радиостанции функционирующей в режиме РТТ (Push to talk) которая, в зависимости от назначения устройства может работать в сети радиосвязи стандартов: TETRA, DMR, Р25, МРТ1327 и аналоговых сетей. В качестве устройства беспроводной связи может использоваться, например, радиостанция «РАДОН-151 П45» (АСТФ.464512.012 ТУ), подключенная к модулю контроля событий активации и деактивации передачи 4 через соответствующий разъем.
Использование готовых унифицированных устройств беспроводной связи 3 позволяет путем их замены, обеспечить совместимость полезной модели с существующими сетями радиосвязи различных стандартов, а также, обеспечить ремонтопригодность и упростить наладку изделий.
На Фиг. 2 изображена блок-схема работы полезной модели. Предполагается, что сервер 9 предварительно включен и имеет устойчивое соединение с сетью передачи данных. БЭМ 7 и устройство беспроводной связи 3, также включены и готовы к работе. На предварительном этапе сервер 9 запускает специализированное программное обеспечение, которое содержит необходимые параметры для взаимодействия с БЭМ 7, совместимыми аппаратно-программными комплексами и другими абонентами РоС: учетные данные пользователей, их псевдонимы, признаки участия в группах и иная информация необходимая для функционирования сервера 9. На предварительном этапе БЭМ 7 при помощи специального программного обеспечения считывает из памяти исходные параметры для работы: сетевой адрес сервера 9, учетные данные для подключения, уровень звукового сигнала и иную служебную информацию необходимую для работы. После успешного включения БЭМ 7 устанавливает сетевое подключение к серверу 9 и переходит в режим ожидания. Устройство беспроводной связи 3 на предварительном этапе включается на нужный радиоканал и переходит в режим ожидания («дежурного приема»). Предварительный этап включает идентификацию, определение статуса и приоритета совместимых со смарт-ретранслятором устройств, доступных или не доступных для передачи/приема звуковых сообщений.
Электронная схема модуля контроля событий активации и деактивации передачи 4 взаимодействует с устройством беспроводной связи 3 и при получении звукового сообщения на принимаемом радиоканале осуществляет аудиозахват и сообщает БЭМ 7 о начале передачи звукового сообщения. Аналогово-цифровое преобразование звукового сообщения осуществляет модуль аналого-цифрового преобразования речевой информации 8 при помощи аудиопроцессора WM8960. Кодирование, сжатие и дополнительная обработка звукового сообщения осуществляется программно в БЭМ 7 с использованием вычислительных ресурсов микропроцессора Samsung S5PV210. Для кодирования применяются известные звуковые кодеки реального времени с открытыми кодами - OPUS. Сформированные звуковые сообщения направляются БЭМ 7 на сервер 9, где сохраняются и перенаправляются для приема адресатам по сети передачи данных.
Прием данных из сети сервер 9 осуществляет постоянно. Звуковые сообщения, предназначенные для передачи абонентам беспроводной связи, направляются сервером 9 в БЭМ 7, который осуществляет их прием, восстановление и декодирование. При получении звукового сообщения БЭМ 7 при помощи модуля активации/деактивации 4 активирует передачу устройства беспроводной связи 3 и отправляет восстановленное декодированное сообщение в модуль цифро-аналогового преобразования речевой информации 8, который направляет преобразованный аналоговый сигнал на линейный вход устройства беспроводной связи 3. Устройство беспроводной связи 3, получив сигнал активации от модуля активации/деактивации 4, переходит в режим передачи на заранее выбранном радиоканале и передает звуковое сообщение, полученное от модуля цифро-аналогового преобразования.
Совокупность команд управления, передачи звуковых сообщений, служебной информации о статусе устройств, контрольных и других данных образует собственный внутренний протокол взаимодействия абонентов РоС, устройств полезной модели и сервера. При этом, непосредственная передача данных в сеть связи и получение данных из сети связи осуществляются посредством стандартных сетевых протоколов TCP и/или UDP. Могут применяться и другие протоколы, доступные в конкретной сети передачи данных.
На Фиг. 3 изображена схема взаимодействия нескольких конвергентных узловых смарт-ретрансляторов. На схеме показано, что несколько экземпляров полезной модели могут взаимодействовать друг с другом и с территориально разнесенными сетями радиосвязи различных стандартов и диапазонов. Экземпляры полезной модели взаимодействуют друг с другом, а также, с совместимыми аппаратно-программными комплексами и устройствами беспроводной передачи данных, реализующих функцию РоС при помощи сети передачи данных, которая является транспортной средой для передачи информации. Абоненты могут работать в различных группах с разным приоритетом. Сервера, входящие в состав различных конвергентных узловых смарт-ретрансляторов, могут резервировать друг друга.
Дальность связи в такой конвергентной системе, по сравнению с использованием только обычных радиостанций или только сетей подвижной радиотелефонной связи больше, так как система позволяет комбинировать элементы системы в зависимости от зоны покрытия на конкретной территории. Кроме того, система позволяет просто интегрировать в свой состав уже функционирующие различные по стандарту, диапазону, зоне охвата и территории обслуживания сети радиосвязи. При этом, система имеет возможность масштабирования с учетом использования совместимых аппаратно-программных комплексов, а также устройств беспроводной передачи данных, реализующих функцию РоС, которые взаимодействуют с конвергентными узловыми смарт-ретрансляторами средствами постоянно совершенствующихся современных проводных и беспроводных сетей передачи данных.
Таким образом, пользователи предложенной полезной модели:
1) Избавляются от необходимости замены существующих средств радиосвязи на новые устройства при модернизации сети;
2) Расширяют зону охвата за счет современных проводных/беспроводных сетей передачи данных;
3) Увеличивают количество абонентов за счет совместимых аппаратно-программных комплексов, а также устройств беспроводной передачи данных, реализующих функцию РоС;
4) Получают возможность гибкой настройки групп пользователей системы использующих различные средства связи, а также возможность записи всех радиопереговоров.
Промышленная применимость полезной модели подтверждается технической реализацией в концентраторе «ОМЕГА К500» в различных вариантах исполнения [Концентратор «ОМЕГА К500» АСТФ.468354.004, ООО «АСТРАКОМ»].