Maşinile furate vor putea fi depistate prin satelit pe baza semnalelor SOS!
S-a lansat VTS-01, aparatul care va baga spaima în hoţii de maşini, avertizând orice încercare de efracţie!
La primul Forum Internaţional al Transportatorilor, FORUM ’99 & FORTRANS’ 99, CONEX şi UTI lansează sistemul de localizare şi monitorizare a vehiculelor – VTS-01 (Vehicle Tracking System). Deja prezent pe piaţă (sistemul fiind lansat de către grupul de firme UTI cu ocazia participării acestuia la diferite expoziţii, dintre care cea mai recentă fiind Salonul Auto Bucureşti de anul acesta), VTS-01 are la bază sistemul de poziţionare prin satelit GPS (Global Positioning System), transmisia datelor de la vehicul către dispecerat şi vice-versa utilizând Serviciul de Mesaje Scurte (SMS) al CONNEX.
Prin monitorizarea vehiculului echipat cu VTS, se pot furniza proprietarului sau poliţiei informaţii privind poziţia acestuia în cazul în care a fost furat. De la echipamentul mobil aflat pe vehicul se pot recepţiona mesaje SOS, iar de la dispecerat poate fi comandată blocarea uşilor sau oprirea motorului maşinii. Astfel, VTS poate oferi siguranţă transporturilor speciale, mai ales acelora care conţin valori.
Alte aplicaţii ale VTS permit managementul flotei de vehicule aflate în teren. Informaţiile actualizate permanent duc la creşterea productivităţii, reducerea costurilor şi asigurarea unor modalităţi noi de servire a clienţilor.
Precum se vede, de câţiva ani sunt disponibile şi la noi în ţară sistemele satelitare de urmărire / localizare automată a vehiculelor. Dar cum funcţionează un asemenea sistem?
Vom încerca să explicăm, folosind drept exemplu sistemul unei firme noi în domeniu.
SDS, Satellite Data Service, este o nouă reţea de comunicaţii mobile prin satelit, cu acoperire în toată Europa. Reţeaua este optimizată pentru piaţa în continuă creştere a urmăririi şi gestionării bunurilor mobile şi imobile. Domeniul serviciilor include localizarea automată a vehiculelor (ALV) sau urmărirea traseului parcurs (tracking), dar şi transmisii de date de la instalaţii fixe, amplasate în locuri greu accesibile pentru alte metode de comunicare.
Sistemul a fost proiectat să ofere, într-o unitate mobilă (modem, transiver) compactă, cu consum redus de energie, o transmisie de date la preţ scăzut, împreună cu raportarea localizării în sistemul GPS. Se utilizează sateliţii GPS pentru determinarea precisă a locaţiei şi sateliţii din banda L pentru comunicarea de date. Datele sunt trimise de la transiver la satelitul în banda L, care le retransmite staţiei centrale de la sol a sistemului (gateway, hub). Staţia centrală pune datele acumulate la dispoziţia clientului, care le poate accesa prin diferite mijloace (de exemplu, prin Internet).
Dacă datele trebuie transmise mai departe, ele vor fi preluate de la staţia de recepţie a satelitului în bandă L printr-un cont de Internet sau printr-o legătură securizată, bazată pe TCP/IP.
Reciproc, aceeaşi reţea poate fi folosită pentru a trimite datele, sub formă de informaţii de control, înapoi la transiverele individuale. Figura de mai jos ilustrează funcţionarea sistemului de urmărire şi comunicaţii prin satelit.
“Assets” sunt bunurile (de exemplu, o flotă de camioane), supravegheate cu ajutorul unităţii mobile, MOB.
“Ground Station” este staţia de la sol pentru comunicare cu satelitul, iar “NOC” (Network Operations Center), centrul de gestiune a bazei de date. De la NOC datele pot fi preluate de utilizatorul final prin Internet.
Natura datelor de control depinde de serviciul ales de client. Transiverul este un model complet bidirecţional (full duplex), ce foloseşte antene separate pentru emisie şi pentru recepţie. Cele două antene sunt identice ca aspect exterior şi ca dimensiuni.
Deoarece modemul foloseşte sateliţi geostaţionari (sincroni), serviciul are o perioadă de latenţă foarte redusă, deci lucrează practic în timp real. Datorită sofisticatelor caracteristici de proiectare ale reţelei de date, transiverul utilizează într-un mod foarte eficient banda de trecere disponibilă, şi oferă transmisii de date la preţuri foarte scăzute. De asemenea, noua reţea de comunicare prin satelit are capacitatea de scalabilitate pe termen lung.
Unitatea mobilă (transiverul) lucrează atât în mod comandat, cât şi în mod independent.
Modul comandat oferă clientului posibilitatea de a transmite un pachet de date (generate de utilizator) şi este destinat aplicaţiilor SCADA (achiziţie de date de la distanţă). În modul de lucru autonom, transiverul generează date din informaţiile GPS interne precum şi din senzorii externi, conectaţi pe interfaţa serială sau pe reţeaua Micro Lan.
Aplicaţii
Cea mai evidentă aplicaţie ar fi urmărirea autoturismelor furate! Dar avantajele unui sistem de tracking nu se limitează la aceasta. Pentru un transportator, este important să ştie în fiecare moment unde sunt vehiculele sale, cu ce viteză se deplasează, ce kilometraj au parcurs, etc.
Utilizarea unui sistem ALV contribuie la creşterea numărului de livrări efectuate pe zi, reduce devierile de la rută şi folosirea neautorizată a vehicolelor, sporeşte eficienţa dispeceratului şi pe ansamblu reduce cheltuielile şi deci măreşte profiturile. Reducerea costurilor se poate obţine prin:
• optimizarea parcursurilor şi creşterea controlul consumurilor de carburanţi;
• reducerea penalităţilor plătite clienţilor pentru întârzieri;
• îmbunătăţirea controlului costurilor de reparaţii şi piese de schimb;
• reduceri la primele de asigurare;
• posibilitatea ghidării de către operatorul de la Dispecerat în cazul în care şoferul se rătăceşte.
În sens mai larg, sistemul de localizare a unităţilor mobile şi comunicare prin satelit este de interes pentru diferite domenii precum:
• urmărirea vehiculelor;
• transmiterea de mesaje scurte de pe vehicule în mişcare;
• calea ferată;
• regăsirea autovehiculelor furate;
• aplicaţii de siguranţă publică.
La rândul lor, soluţiile SCADA ce folosesc transiverul în regim de lucru comandat sau autonom au aplicaţii în:
• industria extractivă;
• petrol şi gaze;
• utilităţi publice;
• reţele de distribuţie a apei potabile;
• centrale electrice miniatură, situate pe amplasamente izolate;
• sisteme energetice.
Caracteristici
Oferta SDS este complet nouă, atât în privinţa conceptului cât şi a tehnologiei de implementare. Majoritatea reţelelor existente de bandă îngustă prin satelit încă mai utilizează conceptul de acces în reţea negociat. Acest concept derivă din tehnologia de circuite de comutaţie folosită iniţial pentru telecomunicaţiile vocale, astfel că nu asigură prioritate pentru transmiterea pachetelor de date care sunt critice.
În schimb, serviciul Satellite-SDS este practic o reţea de transmisie a pachetelor de date. Reţeaua este controlată prin temporizarea GPS pentru a minimiza timpii de “overhead” şi deci a spori rata de transfer.
Actualmente, serviciul SDS poate susţine mai multe tipuri de servicii de date, cum ar fi preluarea coordonatelor GPS, citirea de la distanţă a unor senzori, semnale de comandă şi mesaje alfanumerice.
SDS oferă un concept flexibil, cu intervale de raportare prestabilite variind de la 3-4 minute până la 24 de ore, pe lângă orarul la comandă ce poate fi stabilit la cererea clientului.
De asemenea, SDS a implementat un sistem de “poll request” (cerere de la staţia de bază către unitatea mobilă) pentru a declanşa o raportare imediată, în afara celor din orar. Acesta este în special util când se bănuieşte că a fost furat vehiculul care are instalată unitatea mobilă.
Declanşarea la evenimente este un serviciu nou, disponibil din 2002. În acest regim de lucru, transmisia datelor are loc ori de câte ori senzorii unităţii mobile detectează o modificare semnificativă a condiţiilor din exterior (deschiderea unui contact, creşterea temperaturii peste o valoare prestabilită, depăşirea limitei de viteză, etc.)
Principii
Sistemele de comunicaţii prin satelit cu preţ redus folosesc o bandă îngustă, pentru a minimiza costurile individuale. Astfel, sistemul SDS îşi propune o ţintă de circa 100.000 de radio-modemuri!
Iniţial s-a folosit un satelit italian ce acoperă toată Europa. În vederea reducerii costurilor, SDS a proiectat o soluţie care să asigure acoperire satisfăcătoare a întregului continent, cu un singur satelit geostaţionar de comunicaţii.
Pentru putea gestiona un număr aşa de mare de utilizatori, în afara decimării în frecvenţă (trei canale de frecvenţă) se foloseşte şi decimarea în timp: transiverele emit unul după altul, în perioade de timp bine definite. În acest fel, pentru o cuantă de timp de 100msec, preţul individual ar putea scădea sub 500USD. În fiecare secundă, pe ansamblul sistemului se emit 15 mesaje decimate în timp, în banda de frecvenţă de 1,6Ghz.
Emiţătorul consumă în puls 3A, ceea ce înseamnă o putere de vârf de 30W. Astfel se asigură o transmisie bună, deşi antenele sunt omnidirecţionale şi au dimensiuni foarte mici (diametrul 10cm, grosimea 1,9cm). Transmisia la intervale prestabilite, în pulsuri scurte, permite şi reducerea consumului de curent, cerinţă esenţială pentru aplicaţiile portabile.
Intervalele standard de emisie (raportare) sunt: o dată la şase ore, o dată pe oră, la fiecare 15 minute sau la fiecare 4 minute. Corespunzător, sunt disponibile mai multe tipuri de abonamente, preţul fiind proporţional cu frecvenţa raportărilor.
Sistemul GPS este utilizat şi de către unităţile transivere care sunt staţionare, pentru a calcula exact poziţia şi deci timpul de propagare (TOF) astfel încât să ştie când pot să trimită semnal la centrul de control, încadrându-se în slotul respectiv de timp.
În vederea diminuării costurilor, concomitent cu asigurarea unei acoperiri aproape globale şi a unei disponibilităţi cât mai ridicate, SDS a optat pentru o infrastructură cu reţea de sateliţi geo-staţionari. SDS are acorduri pentru a lucra cu reţeaua sa pe trei sateliţi: cel italian folosit iniţial, ITALSAT-F2/ EMS, şi doi ruseşti GORIZONT-11W/Volna si GORIZONT-53E/Volna care acoperă Europa, Asia centrala şi Africa.
În plus, are acord de roaming cu Telesat /TMI pentru a acoperi America de Nord.
Folosind sateliţii geostaţionari existenţi, SDS oferă o disponibilitate deosebită a reţelei, cumpărând în avans capacităţi de comunicare prin satelit pentru diferite regiuni şi asigurând transmisii de date cu o întârziere redusă (latenţă tipică 3 – 10 secunde).
Acoperire actuală
Acoperirea SDS folosind satelitul ITELSAT-F2 (Europa, ţările mediteraneene, Ukraina)
Descriere modem
Unitatea mobilă sau localizatorul satelitar este un aparat complex, prevăzut cu un microprocesor cu soft înglobat, şi dotat cu interfeţe pentru senzori, cu o unitate de comunicare (prin sistemul GSM sau printr-un satelit geostaţionar în cazul nostru) şi o unitate GPS care comunică cu sateliţii Nat Sat din jurul Terrei. Localizatorul trebuie să fie compact, robust, fiabil, cu performanţe ridicate dar cu un preţ cît mai accesibil. Deoarece este amplasat pe un vehicul, trebuie să reziste la şocuri şi vibraţii, la precipitaţii, la praf, şi să aibă un consum de energie cât mai redus.
Modemul de satelit CheckerOne se străduieşte să îndeplinească într-o măsură cât mai mare toate aceste cerinţe. Aparatul este de mici dimensiuni, şi îmbină hardware şi software de cea mai bună calitate pentru a obţine o soluţie accesibilă pentru urmărirea / localizarea vehiculelor, ce poate fi integrată cu uşurinţă cu aplicaţiile existente.
CheckerOne are caracteristici interesante pentru utilizator, cum ar fi dimensiunile reduse (10 x 7 x 2 cm), consum scăzut de curent (ideal pentru alimentarea din acumulatori) şi fiabilitate ridicată. Necesită numai două antene plate, compacte, pentru a recepţiona semnalul GPS şi a schimba semnale cu staţia de bază (gateway), ceea ce simplifică instalarea unităţii mobile.
Actualmente, CheckerOne poate oferi următoarele servicii: localizarea automată a vehiculelor (Automatic Vehicle Location, AVL) şi SCADA (telemetrie şi telecomandă), atât pentru aplicaţii mobile cât şi pentru aplicaţii fixe.
Modemul CheckerOne oferă posibilităţi de achiziţie de date de la distanţă. Pentru aceasta, asigură o raportare comprehensivă a situaţiei de pe teren, folosind o reţea de periferice (senzori) ce se pot conecta la unitatea SDS prin intermediul a două magistrale: interfaţa serială RS-232 şi Micro-LAN (magistrala pe un singur fir a firmei Dallas Semiconductor). În plus, modemul CheckerOne, complet digitalizat, oferă o flexibilitate foarte ridicată, deoarece permite clientului să-şi implementeze cerinţele specifice în software-ul înglobat (memorie Flash).
Schemele de modulaţie utilizate sunt CDMA pe calea directă, şi TDMA pe calea inversă. Aceasta asigură un grad ridicat de securitate prin codificarea CDMA, precum şi o imunitate ridicată la zgomotul electromagnetic (EMC).
Precum se ştie, TDMA, accesul multiplu cu divizare în timp, este tehnologia folosită în telefonia mobilă digitală, în care sporirea cantităţii de date transmise se face prin împărţirea fiecărui canal de transmisie în trei cuante de timp. TDMA datează din 1989, şi este folosită în special de americani, în sistemele D-AMPS (Digital – American Mobile Phone Service) şi PDC (Personal Digital Cellular). De asemenea, sistemul GSM (Global System for Mobile communication), cel mai folosit în Europa, utilizează o variantă de TDMA.
CDMA (Code – Division Multiple Access) este o metodă extinsă mai recent în domeniul comunicaţiilor comerciale mobile. Originile ei sunt mai vechi, dar a fost adoptată în 1995 pentru telefonia mobilă, iar în 1999 ITU (Uniunea Internaţională a Telecomunicaţiilor) a ales CDMA ca standard pentru generaţia următoare (ceea ce numim acum G3) de sisteme de comunicaţii mobile.
CDMA optimizează banda disponibilă printr-o multiplexare a codurilor, ce permite mai multor semnale să ocupe simultan acelaşi canal de transmisie. Este o tehnologie modernă, folosită în sistemele celulare din a doua şi a treia generaţie. La noi în ţară, doar operatorul Zapp Mobile utilizează CDMA.
Metoda CDMA îmbină conversia analog – numerică cu analiza spectrală.
Se încadrează în rândul tehnologiilor cu spectru împrăştiat (spread spectrum), folosite iniţial de armata SUA în anii ’60, deoarece asigura o transmisie sigură, foarte dificil de bruiat sau de interceptat.
Semnalul de intrare este mai întâi digitizat, apoi frecvenţa semnalului transmis este modificată conform unui anumit cod, astfel încât să poată fi recepţionat numai de către destinatar (al cărui răspuns în frecvenţă este programat după codul respectiv). De aceea reclama lui Zapp mobile pune în evidenţă calitatea superioară a sunetului (care nu este afectat de perturbaţii) şi debitul ridicat de date (115K bps în cazul formatului cu 8 canale). De asemenea, utilizarea unei codificări specifice asigură comunicaţiilor CDMA o bună protecţie la interceptare.
În viitor, inovaţiile vor consta din conectarea modemuIui de satelit cu perifericele existente, cum ar fi terminalele portabile de date şi voce, înregistratoarele de date, instalaţiile de măsură şi control.
Modemul CheckerOne se bazează pe tehnologia brevetată SATCOM, proprietate 100% a firmei BOTCORP din Canada. Integrarea unităţii mobile CheckerOne şi a SDS în aplicaţiile existente şi în softul embedded oferă ocazii majore pentru aplicaţii de tip “business-to-business” performante şi cu un cost accesibil.
Amplasarea antenelor
Antenele modemului de satelit au o caracteristică de directivitate largă. Pentru rezultate bune, antenele necesită vedere liberă spre cer, într-o măsură cât mai mare posibil.
Aşa cum se arată în figură, antenele trebuie să aibă vizibilitate directă, fără obstrucţii, pe de o parte către constelaţia de sateliţi GPS, iar pe de alta către satelitul de comunicaţii folosit de SDS.
Figura ilustrează şi limitările sistemului actual. Astfel, se observă că funcţionarea modemului de satelit NU este garantată în următoarele situaţii:
– pădure deasă. Dacă autovehiculul este pe o şosea la liziera pădurii, recepţia semnalelor de satelit se poate face în bune condiţii. Dar dacă merge pe un drum îngust în mijlocul pădurii, recepţia semnalelor va fi afectată.
– oraş cu clădiri înalte. În condiţii normale, sistemul SDS poate funcţiona şi pe străzile unui oraş, dar transmisia şi recepţia semnalelor nu sunt garantate în orice loc din oraş.
– în interior. Aceasta înseamnă într-un parcaj subteran, pe un ferryboat, atunci când vehiculul trece printr-un tunel, etc. Pereţii metalici sau din beton armat vor bloca transmisia semnalelor!
Sateliţii de comunicaţii geostaţionari sunt amplasaţi la Ecuator. De aici rezultă cerinţele de “vedere liberă” pentru antenele sistemului SDS în diferite situaţii.
Astfel, în nordul Europei (Suedia, Norvegia, etc.) satelitul este destul de jos pe cer, astfel că unghiul de vedere liberă trebuie să fie de minim 10O.
În sudul Europei (Italia, Spania) situaţia este mai favorabilă, este suficient un unghi de 40O.
Ţara noastră este mai aproape de sudul continentului, astfel că SDS va putea funcţiona corect în condiţiile unor obstacole care să nu depăşească un unghi de 30O.
MODURI DE ALIMENTARE ŞI MODURI DE FUNCŢIONARE:
Ca şi alte unităţi mobile de localizare, modemul SDS a fost prevăzut să lucreze cu o sursă de alimentare principală dublată de o baterie de rezervă. Pentru aceasta, transiverul CheckerOne dispune de două conductoare de masă (negre) şi două de alimentare (colorate în roşu şi respectiv galben). Astfel sunt posibile patru moduri de alimentare diferite. Funcţionarea lui CheckerOne este dependentă de sursa de alimentare folosită (vom avea deci patru modurile de funcţionare corespunzătoare).
– External Power, Alimentare externă (din sursa principală de tensiune). Cablul galben trebuie să fie alimentat cu o tensiune continuă cuprinsă între 10.5V şi 18Vcc; nu este esenţială alimentarea pe cablul roşu.
– Battery Power, Alimentare din baterie. Cablul galben trebuie să fie alimentat cu o tensiune continuă cuprinsă între 10.5V şi 18Vcc, iar cablul roşu este legat la un accumulator 12V.
CheckerOne va trece în această stare dacă a fost pornit şi a funcţionat în modul External Power, iar apoi sursa de alimentare externă s-a oprit, şi acum modemul este alimentat numai de cablul roşu legat la accumulator.
– Battery Save Mode, Alimentare din baterie, cu conservarea energiei. Modemul a fost pornit cu alimentare numai din baterie (pe cablul roşu).
– Battery shutdown, Oprire pe baterie. Tensiunea de alimentare, fie pe cablul External, fie pe Battery, a scăzut sub limita minimă de 10.5Vcc. Modemul intră în regimul de închidere automată, pentru a preveni descărcarea completă şi deci riscul de deteriorare a bateriei.
Modemul de satelit comută între stările de operare pe baza mai multor parametri legaţi de funcţionarea sa şi de modul de alimentare. Calea urmată de la o stare la următoarea este ilustrată în diagrama de mai jos, unde:
VBAT = tensiunea bateriei (acumulatorului);
VEXT = tensiunea sursei principale de alimentare.
Continuare în numărul viitor
Ing. Cristian Malide – IMPERIAL ELECTRIC – Tel: 211.37.82