СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПЕРСОНАЛА И ГРУЗОВ НА БАЗЕ САМООРГАНИЗУЮЩЕЙСЯ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ

Предлагаемая полезная модель относится к области охранной сигнализации, контроля наблюдения, управления подвижными и стационарными объектами, в частности к радиотехническим устройствам вызова и системам вызова с использованием ближнего поля излучения, основанная на использовании радиочастотных модемов, оборудования передачи видеосигнала с помощью самоорганизующейся системы информационного обмена (с использованием MESH - технологии).
Полезная модель может быть использована для охраны периметров объектов, мониторинга персонала и грузов в контролируемой зоне на стационарных объектах, а также может быть задействована при проведении поисковых и спасательных работ в труднодоступных областях, в зонах чрезвычайных ситуаций (ЧС), инцидентов, террористических атак и в штатных режимах работы правоохранительных органов и иных силовых структур.
Постоянно растущие требования к оперативности и точности реагирования в экстремальных ситуациях и повседневной работе выдвигают новые задачи по техническому оборудованию объектов охраны и оснащению персонала. Появляется необходимость передачи больших объемов цифровой информации с места аварии или ЧС. Узкополосные системы передачи цифровой информации, обеспечивая решение основных задач по определению местоположения мобильных объектов, не могут полностью справиться с передачей больших объемов информации, что часто необходимо в экстремальных ситуациях, а потому не могут предоставить возможность широкополосной передачи там, где она наиболее важна: в движении, на месте происшествия или в зоне экстремальной ситуации. Такие требования полностью удовлетворяет система широкополосной передачи цифровой информации технологии МЕА MESH примененная в полезной модели.
Известна электронная система охраны и дистанционного контроля удаленных объектов по беспроводным сетям, использующая существующие радиотелефонные сети, сети мобильной связи GSM и спутниковую радионавигационную систему позиционирования GPS/ГЛОНАСС, содержит работающие совместно блок обработки сигнала тревоги и блок-анализатор тревоги со связанными с ним датчиками, расположенный на стационарном или мобильном объекте охраны. Блок-анализатор тревоги выполняет функцию циклической проверки состояния объекта охраны с задаваемой периодичностью и обнаружения/сигнализации тревожной ситуации, включающий дополнительно блок звуковой обработки и навигационный GPS/ГЛОНАСС-приемник с антенной. Блок обработки сигнала тревоги выполнен в виде персонального блока постоянно находящегося в распоряжении владельца объекта охраны, включает блок звуковой обработки, ЖК индикатор и сенсорный экран, выполнен с возможностью проведения через блок-анализатор тревоги дистанционного автоматического мониторинга охраняемого объекта в режиме «точка-точка», контроля своевременного поступления периодических звонков от блока-анализатора тревоги с подтверждением безопасного состояния охраняемого объекта. Блок-анализатор тревоги производит оповещение абонентов о срабатывании датчиков охранного контура, переходе на автономное питание, критическом разряде резервной батареи, выходе за пределы допустимого температурного диапазона, выходе за заданные автоматически или вручную границы, в виде голосового и/или SMS сообщения на телефоны из заранее сформированного списка (см. патент RU №83643, МПК G08B 25/10, Н04М 11/00, 10.06.2009).
Недостатками данной электронной системы охраны являются:
- отсутствие пульта наблюдения (персонального компьютера) для отображения информации и/или видеоинформации о состоянии объекта охраны;
- отсутствие определения местоположения объектов мониторинга в реальном масштабе времени;
- низкая оперативность доставки SMS, при возможной загрузке сервера коротких сообщений и в моменты пиковой нагрузки задержка оповещения может составить нескольких часов.
Наиболее близкой к предлагаемой является система мониторинга (патент РФ №2295775 МПК G08B 25/00 24.02.2005), содержащая сетевой и объектовый маршрутизаторы, снабженные модулями создания виртуальной частной сети и контроллерами связи. При этом обеспечивается работа через каналы связи, выполненные в виде проводного, волоконно-оптического, спутникового, сотового или радиоканалов связи. Предусмотрено подключение через каналы связи к сети Интернет. Система выполнена с возможностью передачи данных от объектовых блоков до пульта наблюдения посредством пакетной передачи данных и работает с сотовой подвижной связи. Имеются устройства подключения видеокамер, акустических и дактилоскопических приборов, приборов для преобразования информации в цифровые файлы и передачи ее на пульт наблюдения. Система содержит группу дополнительных пультов наблюдения, соединенных между собой локальной сетью связи. Объектовые блоки системы имеют источники бесперебойного питания со встроенными аккумуляторами.
Недостатками данной системы мониторинга являются:
- несанкционированный доступ к ресурсам пульта наблюдения со стороны канала связи;
- перехват данных от объектовых блоков до пульта наблюдения, которые передаются посредством пакетной передачи данных (GPRS);
- перехват данных по проводному каналу связи;
- использование волоконно-оптических линии связи (ВОЛС), в частности дороговизна интерфейсного оборудования ВОЛС;
- сложность эксплуатации и ремонта оборудования входящего в состав системы;
- высокая стоимость оборудования входящего в состав системы. Задачей полезной модели является:
- организация зон контроля;
- мгновенная организация широкополосных сетей непосредственно в зоне контроля;
- возможность непрерывного определения местоположения объектов мониторинга в реальном масштабе времени;
- отслеживание и контроль перемещения персонала и/или грузов на заданной территории стационарных объектов;
- передача данных о перемещении персонала и/или грузов на пункты контроля и формирование баз данных;
- значительная пропускная способность беспроводной сети;
- постоянный видеоконтроль наличия и перемещения объектов мониторинга благодаря передаче видеоинформации из зоны контроля;
- отображение на мониторе блока обработки и отображения информации (БООИ) телеметрической информации и видеоинформации, поступающей с модулей контрольных (перемещаемых объектами мониторинга).
Под объектом мониторинга понимается - персонал и/или груз находящийся в зоне контроля охраняемого объекта.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что система мониторинга персонала и грузов на базе самоорганизующейся беспроводной сети, характеризующаяся тем, что содержит объединенные единой сетью широкополосной радиосвязи, комплект базовый стационарный, включающий в себя, по меньшей мере, один блок точки радиодоступа (БТД), позволяющий контролировать объекты мониторинга внутри зоны контроля и передавать соответствующую информацию в блок обработки и отображения информации (БООИ), выполненный на основе компьютера, обеспечивающий прием и обработку сигналов, а также графическое отображение состояния объектов мониторинга в реальном масштабе времени, причем БООИ соединен с БТД посредством проводного соединения Ethernet, по меньшей мере, один блок контроля (БК), обеспечивающий передачу информации о координатах и/или трассе движения объектов мониторинга и ретрансляцию видеоинформации при отсутствии прямой радиосвязи, по меньшей мере, один блок видеоконтроля (БВК), содержащий беспроводную IP- видеокамеру и обеспечивающий передачу видеоинформации о пересечении зоны контроля;
по меньшей мере, один мобильный комплект модулей контрольных (МК), выполненных в виде персональных блоков (портативных приемопередатчиков радиосигналов), также в блок контроля дополнительно введен расширенный беспроводной маршрутизатор для обеспечения гарантированного радиопокрытия в зоне контроля и связи между комплектом модулей контрольных и блоком точки радиодоступа, по меньшей мере, один комплект источников питания электронных компонентов, входящих в состав системы, при этом, каждое устройство системы мониторинга (блок точки радиодоступа, блок контроля, блок видеоконтроля, модуль контрольный) содержит радиомодем, обеспечивающий мгновенную организацию широкополосных сетей в зоне контроля и значительную пропускную способность беспроводной сети системы мониторинга.
Таким образом, предложенная система мониторинга сформирована из следующих составных частей: комплект стационарный и комплект мобильный.
Техническая сущность предложенной системы мониторинга заключается в том, что устройства системы мониторинга (БК, БВК, МК) при использовании самоорганизующейся сети информационного обмена технологии МЕА MESH работают как маршрутизатор/ретранслятор, то есть каждое устройство системы мониторинга имеет возможность связи с БТД как напрямую, так и через "соседние" устройства. Такая распределенная структура значительно повышает устойчивость системы мониторинга к отказам, а также общую пропускную способность беспроводной сети, поскольку пакеты данных автоматически направляются по менее загруженным "путям" передачи информации.
Мгновенная организация широкополосных сетей в зоне контроля и значительная пропускная способность беспроводной сети системы обусловлена тем, что каждое устройство системы мониторинга (БК, БВК, МК) исполняет роль маршрутизатора/ретранслятора для остальных устройств.
На Фиг.1 представлена схема расположения предлагаемой системы мониторинга на объекте охраны.
На Фиг.1 приведены следующие обозначения:
1 - блок обработки и отображения информации (БООИ)
2 - объектовый блок точки радиодоступа (БТД)
3 - объектовый блок контроля (БК)
4 - объектовый блок видеоконтроля (БВК)
5 - модуль контрольный (МК)
6 - IP - видеокамера
7 - зона контроля (ЗК)
беспроводная сеть информационного обмена с использованием MESH-технологии
проводная сеть информационного обмена
БООИ1 выполнен на основе компьютера (промышленного ноутбука), обеспечивает прием, обработку, сохранение, архивирование информации о состоянии объектов мониторинга с указанием номера объекта мониторинга, его координат, даты и времени события в журнале событий в виде log - файла., а также обеспечивает графическое отображение видеоинформации, передаваемой с БВК4, информации о местоположении и состоянии МК 5 на двухмерном плане местности (здания), и выдачи звукового сигнала тревоги и тревожного сообщения при несанкционированных действиях объектов мониторинга: о снятии МК 5, при выходе из зоны контроля, а также при приближении МК 5 к БК 3 и БВК 4 на расстояние менее 2 м.
Специальное программное обеспечение, установленное в БООИ 1, поддерживает полный набор функций управления сетью МЕА MESH, обеспечивает безопасность, учет и управление параметрами устройств системы мониторинга, а также контроль параметров производительности сети. Управление всеми устройствами системы (БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5) и их мониторинг осуществляются посредством использования стандартного протокола SNMP.
БТД 2 выполнен в виде электронной схемы в термостатированном герметичном корпусе с уровнем защиты IP65, и содержит микроконтроллер с подключенными к нему радиомодемом, выносной антенной, аккумулятором и платой подзарядки аккумулятора. На корпусе БТД 2 установлена всенаправленная антенна для приема передаваемой информации с БК 3, БВК 4, и МК 5. На корпусе БТД 2 расположен разъем для подключения Ethernet кабеля (витая пара), для передачи полученной информации от БК 3, БВК 4 и МК 5, на БООИ 1. БТД 2 предназначен для получения от БК 3, БВК 4, МК 5 и передачи на БООИ 1 информации о местоположении объектов мониторинга внутри зоны контроля и фактах несанкционированного и/или санкционированного снятия МК 5 с объектов мониторинга. БТД 2 обеспечивает маршрутизацию системы мониторинга в целом, а также служит интерфейсом между беспроводной и проводной сетями системы. Для осуществления функций стыковки между БТД 2 и проводной сетью БООИ 1 применен мобильный контроллер MiSC. Мобильный контроллер MiSC является частью широкополосной мобильной сети МЕА MESH, выполняет функции маршрутизации, коммутации и управления. Кроме этого, он обеспечивает соединение с проводной сетью БООИ 1. Оборудование контроллера MiSC состоит из стандартных компонентов: пакетных шлюзов и маршрутизаторов, дополнительных медийных серверов и серверов приложений. Контроллер MiSC обеспечивает аутентификацию и авторизацию устройств системы мониторинга, доступ к функциям эксплуатации, администрирования, управления и инициализации, управление параметрами внутрисистемной мобильности.
БК 3 выполнен в виде электронной схемы в термостатированном герметичном корпусе с уровнем защиты IP65, и содержит микроконтроллер с подключенными к нему радиомодемом, расширенным беспроводным маршрутизатором, выносной антенной, аккумулятором и платой подзарядки аккумулятора. На корпусе БК 3 установлена всенаправленная антенна для передачи данных на БТД 2. БК 3 предназначен для передачи информации о местоположении объектов мониторинга и передачи видеоизображения с БВК 4. БК 3 обеспечивает передачу информации о координатах и/или трассе движения объектов мониторинга и ретрансляцию видеоинформации при отсутствии прямой радиовидимости. Для обеспечения гарантированного радиопокрытия в зоне контроля и связи между МК 5 и БТД 2 в состав БК 3 дополнительно введен расширенный беспроводной маршрутизатор, выполняющий функции обеспечения возможности доступа к нескольким устройствам системы мониторинга, объединяет функции беспроводного маршрутизатора и беспроводного модема. Это делает возможным включение в беспроводную сеть любого Ethernet-устройства, такого, как компьютер, IP-видеокамера, а также различных датчиков и/или устройств сигнализации (пожаро - охранные датчики, средства дозиметрического контроля и др.). Все эти устройства могут работать со скоростью до 6 Мбит/с. Расширенный беспроводной маршрутизатор обеспечивает увеличение зоны действия между МК 5 и БТД 2; является стационарной опорной точкой для определения местоположения объектов мониторинга.
БВК 4 выполнен в виде электронной схемы в термостатированном герметичном корпусе с уровнем защиты IP65, и содержит микроконтроллер с подключенными к нему радиомодемом, расширенным беспроводным маршрутизатором, выносной антенной, IP-видеокамерой, аккумулятором и платой подзарядки аккумулятора. К корпусу блока подключена всенаправленная антенна для передачи данных от БВК 4 на БТД 2. БВК 4 снабжен внешней IP - видеокамерой, которая установлена на внешней стороне блока, но может быть также установлена на специально изготовленный штатив. В качестве телекамеры в БВК 4 используется сетевая беспроводная IP - видеокамера переднего обзора мобильного объекта со встроенными автодиафрагмой, детектором движения и поддержкой двухстороннего аудиоканала. Сетевая беспроводная IP - видеокамера выполнена с возможностью подключения непосредственно в IP сеть благодаря встроенному WEB-серверу. Видеокамера также выполнена в герметичном корпусе индустриального климатического исполнения с уровнем защиты IP65. БВК 4 предназначен для передачи видеоинформации на БООИ1 о выходе объектов мониторинга из зоны контроля. БВК4 обеспечивает передачу видеоинформации и ретрансляцию информации о координатах и/или трассе движения объектов мониторинга.
МК 5 выполнен в виде персонального устройства (портативного приемопередатчика) постоянно находящегося в распоряжении владельца объекта мониторинга, содержит радиомодем и антенну, конструктивно выполнен на базе унифицированного брызго-влагозащищенного пластикового корпуса для защиты от атмосферных воздействий и механических повреждений, на корпусе имеется крепление, с помощью которого он устанавливается на контролируемый объект. Также на корпусе МК 5 имеется светодиодная индикация уровня заряда/разряда аккумулятора. Внутри корпуса МК 5 размещаются: радиомодем, плата модуля контрольного, аккумулятор и встроенная антенна. МК 5 предназначен для определения и передачи информации о местоположении объекта мониторинга внутри зоны контроля и фактах несанкционированного и/или санкционированного снятия МК 5 с объекта мониторинга на БООИ 1. МК 5 также выполнен в герметичном корпусе индустриального климатического исполнения с уровнем защиты IP65.
Радиомодем, установленный в устройства системы мониторинга (БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5), обеспечивает передачу информации, видеоизображения в потоковом режиме с пиковой скоростью до 6 Мбит/сек и быстрое и точное определение местоположения объектов мониторинга в зоне контроля без использования системы GPS и GLONASS. В качестве радиомодема использована беспроводная карта доступа WMC. Радиомодем является управляемым элементом сети, управление его рабочими параметрами, конфигурацией и состоянием осуществляется в режиме удаленного радиодоступа посредством специального программного обеспечения установленного в БООИ 1.
Устройства системы мониторинга (БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5), оснащенные данным радиомодемом, организуют собственные одноранговые сети в любом месте и в любое время, при этом все устройства объединяются в высокоскоростную широкополосную сеть автоматически, независимо от того, присутствует или отсутствует сетевая инфраструктура в месте их расположения. БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5 функционируют как беспроводные маршрутизаторы/ретрансляторы для повышения устойчивости сети, увеличения зоны радиопокрытия, зоны контроля и повышения надежности всей системы.
Каждое устройство системы мониторинга (БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5) при использовании самоорганизующейся сети информационного обмена технологии МЕА MESH поддерживают стандартный протокол IP (Internet Protocol) передачи данных, что существенно повышает надежность работы системы мониторинга и защиту от несанкционированного доступа. MAC -адрес каждого устройства системы мониторинга (БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5) является персональным адресом в рамках всей инфраструктуры самоорганизующейся сети информационного обмена технологии МЕА MESH.
На всех корпусах устройств системы мониторинга (БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5) предусмотрен разъем для заряда аккумулятора от сети переменного тока 220±20 В.
Система мониторинга рассчитана на непрерывную круглосуточную работу при условии электропитания от сети переменного тока 220 В±20 В, 50 - 60 Гц. БТД 2, БК 3 и БВК 4 выполнены с возможностью автономного функционирования от аккумуляторной батареи до 4 часов. МК 5 выполнен с возможностью автономного функционирования от аккумуляторной батареи до 8 часов.
Также на всех корпусах устройств системы мониторинга (БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5) предусмотрены крепления для монтажа блоков на любую вертикальную поверхность.
Сеть информационного обмена технологии МЕА MESH организована в соответствии с требованиями стандарта беспроводной передачи данных IEEE 802.1 Is.
Работа системы мониторинга осуществляется следующим образом.
Для охраны объекта организуется зона контроля посредством стационарного размещения по периметру объекта БТД 2, БК 3 и БВК 4 (см. рис.1).
МК 5 выдаются персоналу и/или помещаются в транспортные средства (контейнеры), и располагаются внутри зоны контроля объекта.
Установка БТД 2, БК 3 и БВК 4 производится с обязательной привязкой к системе географических координат.Координаты определяются с помощью GPS приемника. БТД 2 устанавливается в непосредственной близости от БООИ 1 (до 100 м). БООИ 1 размещается вне периметра объекта. После установки производится включение питания БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5 и БООИ 1.
После этого, оператором с клавиатуры вводится в БООИ 1 информация об объектах мониторинга, на которых установлены МК 5, а также об объектовых блоках БТД 2, БК 3, БВК 4 и зоне контроля, которая состоит из:
- сетевого IP - адреса радиомодема БТД 2, маски подсети и основного шлюза;
- сетевого IP - адреса микроконтроллера БТД 2, маски подсети и основного шлюза;
- сетевого IP - адреса радиомодема БК 3, маски подсети и основного шлюза;
- сетевого IP - адреса микроконтроллера БК 3, маски подсети и основного шлюза;
- сетевого IP - адреса радиомодема БВК 4, маски подсети и основного шлюза;
- сетевого IP - адреса микроконтроллера БВК 4, маски подсети и основного шлюза;
- сетевого IP - адреса IP-видеокамеры БВК 4, маски подсети и основного шлюза;
- сетевого IP - адреса радиомодема МК 5, маски подсети и основного шлюза;
- географических координат (широта, долгота, высота) установки БТД2.БКЗ;
- сетевого IP - адреса БООИ 1;
- графического плана места расположения БТД 2, БК 3, БВК 4.
- параметров зоны контроля в зависимости от географических координат (широта, долгота, высота) установки БТД 2, БК 3.
После ввода необходимой информации автоматически образуется виртуальная сеть связи для передачи цифровой информации между объектовыми блоками системы мониторинга (БТД 2, БК 3, БВК 4, МК 5). На экране монитора БООИ 1 на графическом плане устанавливается (рисуется) зона контроля в соответствии с географическими координатами установки БТД 2 и БК 3, на которой отображаются все объекты мониторинга.
От каждого МК 5 по беспроводному широкополосному каналу передачи данных, автоматически, с заданной периодичностью совершается обмен пакетами цифровой информации с БТД 2, БК 3 и БВК 4 для определения своего местоположения (координат) и передачи цифровой информации на БООИ 1 через БТД 2.
При пересечении границы зоны контроля объектом мониторинга на БООИ 1 выдается звуковой сигнал тревоги, при этом в базу данных БООИ 1 в реальном масштабе времени производится запись и сохранение (архивирование) информации/видеоинформации о событии с возможностью дальнейшего просмотра события. Запись и сохранение (архивирование) информации/видеоинформации о состоянии объектов мониторинга с указанием номера объекта, его координат, даты и времени события производится в журнале событий в виде log - файла.
Таким образом, технические эффекты, достигаемые при использовании полезной модели:
- возможность осуществления геопозиционирования объектов мониторинга без использования GPS;
- создание произвольных (конфигурируемых) границ зоны контроля;
- высокая точность установки границ зоны контроля (единицы метров);
- малое время реакции на тревожное событие (1 сек.);
- неограниченное количество зон контроля и контролируемых объектов мониторинга;
- простота масштабирования системы;
- использование одного частотного диапазона;
- возможность организации большой зоны радиопокрытия;
- высокая стойкость к радиоподавлению;
- система видеонаблюдения интегрирована в структуру;
- при попытке воздействия на систему мониторинга извне система автоматически переходит на резервный канал.
Техническая сущность предложенной системы мониторинга заключается в том, что устройства системы мониторинга (БК, БВК, МК) при использовании самоорганизующейся сети информационного обмена технологии МЕА MESH работают как маршрутизатор/ретранслятор, то есть каждое устройство системы мониторинга имеет возможность связи с БТД как напрямую, так и через «соседние» устройства. Такая распределенная структура значительно повышает устойчивость системы мониторинга к отказам, а также общую пропускную способность беспроводной сети, поскольку пакеты данных автоматически направляются по менее загруженным «путям» передачи информации.
Объединение в единую систему мониторинга с автоматической организацией виртуальных сетей позволяет существенно повысить контроль передвижения объектов мониторинга, а также позволяет создавать стационарную инфраструктуру, гарантирующую надежную мобильную передачу цифровой и видеоинформации о местонахождении объектов мониторинга в реальном масштабе времени. Кроме того, система в соответствии с ее описанием, приведенным в формуле, обладает целостностью, является мобильной, быстроразвертываемой, имеет возможность быстрой и простой установки и настройки.