Интеллектуальные дороги – Smart Highways15 марта 2019 г.Статья познакомит читателей с беспроводными решениями Cambium Networks в области дорожного строительства. Данные решения позволяют создавать системы связи в проектах Smart Highway — Умные дороги и Intelligent Transportation Systems (ITS) — Интеллектуальные транспортные системы. Варианты использования этих решений изложены в Техническом руководстве систем Smart Highways и предоставляют подробные сведения о продуктах, а также информацию о совместимости и соответствии компонентов систем отраслевым стандартам, которые определены местными дорожными департаментами или агентствами ITS. Ниже рассматриваются основные сведения о беспроводных технологиях и варианты их применения. Что такое Умное шоссе или Intelligent Transportation Systems (ITS) Краткий обзор IP-сети, поддерживающие работу Национальной системы интеллектуальных дорог, передают критически важную информацию от множества точек, распределенных в широкой зоне покрытия с разнообразным рельефом и климатом. Каждый вариант использования зачастую имеет свои уникальные особенности и схемы передачи данных. В одних случаях требуется постоянное и высокое качество соединения, например, при передаче видео- и медиа-трафика, в других — нагрузка на сеть меньше и осуществляется спорадически, как происходит при передаче транзакций от пунктов сбора оплаты за проезд. Приведенная ниже схема показывает архитектуру Smart Highway и дает представление о многочисленных потребностях в IP-коммуникациях. Она также является иллюстрацией того, каким запросам дорожной инфраструктуры должна удовлетворять платформа аппаратных и программных беспроводных решений Cambium Networks.
Каждую из множества потенциальных задач, что отмечены на приведенной выше архитектуре, можно встретить в рамках построения системы национальных автомагистралей. Все решения отмечены в одном или нескольких региональных и национальных сетевых операционных центрах, служащих для обработки данных и принятия решений. Далее вы можете ознакомиться с техническими пояснениями к вариантам, в которых применяются решения Cambium Networks. Типовое применение систем связи Магистральная беспроводная IP-сеть дорожных систем Как и в большинстве крупных беспроводных сетей связи, построение системы Smart Highway обычно начинается с создания надежной магистральной беспроводной сети, часто с использованием нескольких пролетов «точка-точка» (PTP), идущих параллельно шоссе. Беспроводная магистраль обеспечивает подключение всех ответвлений Smart Highway, поэтому часто требует низкой задержки сигнала и емкости в несколько сотен Мбит/с, если не Гбит/с. Созданная опорная сеть обеспечивает работу любых чувствительных к качеству связи приложений, например, дорожных пунктов экстренного вызова. Таким образом, доступность, отказоустойчивость и избыточность являются важными атрибутами, которые необходимо учитывать при выборе решения для организации транзита. PTP-оборудование должно реализовать следующие схемы построения каналов связи: 1+1, 2+0, с раздельными или пространственно-разнесенными радиоблоками. Кроме того, многочисленные источники данных могут направлять потоки в различных направлениях (uplink/downlink), иметь разные степени приоритета, поэтому беспроводная транзитная сеть должна иметь развитые возможности QoS для формирования и контроля трафика. Доказано, что беспроводные PTP-технологии успешно применяются для снижения общей стоимости владения инфраструктурой Smart Highway. Радиосвязь позволяет избежать чрезмерных материальных и временных затрат на прокладку траншей для укладки оптоволокна. Беспроводный транспорт также исключает физическую угрозу, присущую кабельным каналам связи, а именно: вандализм и воровство на удаленных участках шоссе или случайный ущерб, который может быть причинен строительными бригадами во время технического обслуживания, ремонта или расширения дорожного полотна. Радиоблоки часто устанавливаются в защищенных или безопасных местах вдоль автомагистралей, что также снижает вышеупомянутые риски. Беспроводный доступ в интернет в зонах отдыха Wi-Fi доступ в интернет в придорожных зонах отдыха во всем мире становится всё более и более распространенным. Посетители получают выгоду от бесплатных или платных интернет-услуг в придорожных кафе и кемпингах, указанных на карте. Но, возможно, еще более важно и то, что Wi-Fi предоставляет водителям возможность отдохнуть во время длительных поездок, в которых фактор усталости водителя все чаще становится причиной несчастных случаев. Поэтому любое дополнительное удобство в местах отдыха, которое будет способствовать привалу, может в буквальном смысле спасти водителю жизнь. Wi-Fi точки доступа, которые надежно обслуживают как внутренние пространства зон отдыха, так и стоянки на шоссе, безусловно интегрированы с интеллектуальными сетями связи. Приводим характеристики Wi-Fi решений, общие для данного варианта использования:
Требования к пропускной способности Wi-Fi сети могут сильно отличаться между различными зонами отдыха и зависеть от множества факторов: местоположение, погода, праздники, сезон отпусков и многое другое. Небольшие или удаленные районы могут требовать каналы, величиной 5-10 Мбит/с, тогда как в крупных или городских районах пропускная способность должна быть гигабитной. Беспроводная связь с дорожными камерами видеонаблюдения IP-видеокамеры присутствуют практически во всех системах Smart Highway. Потребности варьируются от повседневного управления движением до специальных задач, связанных с безопасностью инфраструктурных объектов. Типичными примерами систем видеонаблюдения являются: обзор шоссе и транспортных развязок, распознавание номерных знаков (LPR — License Plate Recognition), мониторинг дорожных бригад и оборудования, связь с пунктами управлении в местах аварий и т. д. Требования к транзитному IP-трафику также сильно различаются в зависимости от типа камеры, используемых методов сжатия кодека и конкретной модели камеры. Решения с высоким разрешением (HD) и 360-градусными панорамными камерами могут требовать от транзитной беспроводной сети канала в 10-20 Мбит/с и более, в то время как камеры с низким разрешением или фиксированной неподвижной картинкой обычно требуют гораздо меньшей полосы пропускания — в диапазоне 1-5 Мбит/с. Обратите внимание, что камеры обычно настроены на передачу uplink-трафика, идущего на видеосервер или центр мониторинга ИТ-сети, а сами камеры, как правило, получают незначительный downlink-трафик. Интенсивный характер передачи видео может создать проблемы в буферных зонах беспроводных узлов связи и быть выше пределов их возможностей, поэтому выбор радио-решения, позволяющего снять эту проблему, имеет ключевое значение. Беспроводные продукты, которые предоставляют смежному оборудованию питание по PoE-Out, как правило, для прямого подключения к ним IP-камер, упрощают требования к инсталляции систем и являются большим плюсом при разворачивании сетей Беспроводное соединение с информационными табло Основная цель информационных табло (Digital Messaging Signs — DMS) — оповещение водителей о происшествиях и непредвиденных ситуациях. Панели могут предоставлять как общую информацию, такую как «Впереди затор», так и конкретные детали, касающиеся места происшествия или прогнозируемое время в пути до конкретного пункта. Когда к операторам поступает сообщение о проблеме от полиции или любого человека с проезжей части, а также от камер видеонаблюдения, они программируют информационное табло, которое высвечивает надпись, соответствующую дорожной обстановке. Современные табло дистанционно управляются через беспроводную Ethernet-сеть и обновляются из центрального пункта управления движением. Свежая информация в большинстве случаев отображается в режиме реального времени. Информационные табло предъявляют к беспроводным сетям минимальные требования по трафику, так как передаваемое сообщение «весит» всего несколько сотен килобит. Табло периодически требует удаленного обновления программного обеспечения или обмена данными о техническом обслуживании, но это немного увеличивает трафик. Беспроводная инфраструктура пунктов сбора оплаты за проезд Электронная система взимания платы за проезд — ETC (Electronic Toll Collection) служит для сбора безналичных платежей от владельцев автомобилей, находящихся в движении. Она уменьшает пробки на платных дорогах, HOV-линиях (полос движения с машинами, в которых едут более двух человек — High-Occupancy Vehicle lane), на дорогах с платным проездом по мостам и в туннелях. Электронные кассы могут работать рядом с обычными кассами, поэтому водители без транспондеров могут оплачивать проезд самостоятельно. Толлинг (т. е. плата за проезд) на дорогах общего пользования — популярная форма безналичного платежа без использования платных станций. Автомобили проезжают электронные считыватели на скоростных шоссе без угрозы безопасности и возникновения эффекта бутылочного горла, который происходит при снижении скорости автомобилями во время проезда по платной полосе. Во время проезда машины по шоссе, ETC-системы выполняют небольшие, но очень быстрые транзакционные запросы в реальном режиме времени, обращаясь к региональным или национальным базам данных. На приемном устройстве происходит обработка данных пользователя и формируется обратная визуальная связь, обычно в виде загорающегося красного, зеленого или желтого индикатора, который сигнализирует водителю о статусе его учетной записи еще до того, как он покинет зону сбора оплаты за проезд. Это требует от магистральной беспроводной IP-сети очень малой задержки сигнала, который проходит между пунктами сбора ETC и соответствующим сервером. Фреймы IP-данных должны иметь приоритет над большинством других данных, проходящих через беспроводную систему, что опять же требует наличия надежного QoS-функционала, являющегося частью беспроводного решения. Беспроводная связь с терминалами экстренных служб Система постов экстренного вызова — комплексное решение, необходимое для оказания помощи на дороге в случае возникновения чрезвычайной ситуации. Ключевым элементом здесь являются телефонные терминалы, которые установлены вдоль магистрали в критически важных точках и соединенных с центром управления быстрого реагирования. Современные терминалы экстренного вызова для осуществления телефонной связи используют VoIP-технологию, поэтому для поддержки беспроводных IP-соединений требуется установление связи с очень малой задержкой и низким джиттером. Требования к полосе пропускания для VoIP-трафика очень низки (менее 1 Мбит/с на каждый вызов), но из-за небольшого размера пакетов этих вызовов, поддержка PPS (Packets per Second) транзитного соединения должна быть соразмерно определена для обработки возможного пика VoIP-вызовов. Беспроводное решение должно также обеспечивать работу в режиме низкого энергопотребления с тем, чтобы терминалы экстренных вызовов, установленные в отдаленных районах, могли использовать солнечную энергию. Беспроводная связь с датчиками веса Системы интеллектуальных магистралей часто включают в себя системы взвешивания в движении (Weigh-In-Motion — WIM), которые расположены на шоссе рядом со стратегически важными объектами и чувствительны к весу транспортных средств, например, мосты или виадуки. Станции WIM-контроля устанавливаются на проезжей части на некотором удалении от моста, что дает властям время для остановки грузовика, инициировавшего сигнал тревоги из-за избыточного веса. Устройства WIM оснащены датчиками, которые на переезде фиксируют и регистрируют вес осей грузового автомобиля и общий вес транспортного средства. Дорожные WIM-датчики через Ethernet-контроллер передают данные по беспроводным каналам связи на серверы ближайшего центра сбора и мониторинга информации. Потоки IP-данных, генерируемые контроллерами, как правило, имеют небольшой размер, но довольно постоянны в часы максимальной нагрузки. Беспроводная связь с датчиками контроля окружающей среды и состояния дорог Информационные системы, передающие данные о погоде на дорогах (RWIS — Road Weather Information Systems) широко используются для мониторинга и составления отчетов о климатических условиях. RWIS состоит из полевых станций с датчиками контроля окружающей среды (ESS — Environmental Sensor Stations), системы связи и центрального сервера сбора данных от многочисленных станций и датчиков. (Пример ESS показан ниже на схеме беспроводной сети). ESS обычно измеряет локальные атмосферные показатели, такие как температура, направление и скорость ветра, влажность, качество воздуха. Также метеостанция оценивает состояние дорожного покрытия, собирая такие параметры, как наличие на дорогах воды, льда, соли, снега и т. д. В станциях расположен регистратор, который подключается ко всем датчикам окружающей среды и любым другим установленным на дороге интеллектуальным датчикам (IRS — Intelligent Road Sensors). Регистратор инкапсулирует все необработанные данные от датчиков в IP-пакеты и передает их по беспроводной сети на ближайшую точку интеграции. Центральные серверы RWIS обрабатывают данные наблюдений ESS и составляют прогнозы погоды, которые затем отображаются на информационных табло и распространяются далее по сети. Данные RWIS используются также операторами Smart Highway для принятия ситуационных решений. Еще одна важная часть конструкции автодороги — это контроль целостности мостов и виадуков. Тензодатчики, разработанные на основе интерферометра Фабри-Перо и установленные на мостовых конструкциях, мгновенно передают показатели деформации, оценивая расширение и сжатие материалов при механическом или тепловом воздействии. Развернутые в сети волоконно-оптические тензометрические датчики контролируются и опрашиваются локальным регистрирующим устройством (пример показан ниже на схеме). В результате, создается единая система контроля, которая может обрабатывать как динамические, так и статические данные больших и сложных структур.
Услуги для беспроводных сервис-провайдеров (WISP) в городах и поселках вдоль автомагистралей Зачастую небольшие отдаленные поселения стараются найти экономически обоснованный доступ к базовым интернет-услугам. Это дает департаментам автомобильных дорог уникальную возможность в отдаленных районах стать провайдерами услуг беспроводного интернета (WISP — Wireless Internet Service Provider). Используя избыточную емкость Smart Highway инфраструктуры, можно легко добавить к ней беспроводные решения топологии «точка-многоточка». Это позволит предоставить жителям услуги широкополосного доступа и поможет преодолеть цифровой разрыв, существующий между глубинкой и мегаполисами. Нет сомнения в том, что качественная связь оказывает положительное влияние на жителей и предприятия, которые находятся в близлежащих к шоссе районах. Типичные сервисы, которые предоставляют операторы беспроводной связи, включают как базовый доступ в интернет, так и доставку видеосигнала непосредственно на устройство пользователя (технология OTT — Over the Top). Подобный контент предоставляют такие поставщики, как Netflix, Hulu, DirectTV Now и другие. В зависимости от размера обслуживаемого района, требований к пропускной способности и задержке сигнала в магистральной IP-сети потребности городских и поселковых сообществ могут варьироваться от нескольких десятков мегабит/с до нескольких гигабит/с и более. Беспроводные продукты для построения Smart Highway и ITS-сетей Обзор оборудования Smart Highway / ITS Как видно из описанных выше случаев использования дорожной связи, технические требования к оборудованию и сети в целом в каждом случае довольно разнообразны. При выборе продукта необходимо учитывать такие характеристики, как доступность связи, емкость канала, задержка сигнала, приоритизация трафика, энергопотребление и другие параметры. Компания Cambium Networks имеет уникальную возможность предложить полный набор проверенных временем и мировой практикой PTP, PMP, Wi-Fi и IIoT решений, которые легко интегрируются в инфраструктуру заказчика, отвечая всем необходимым критериям. Кроме того, компания предлагает возможность управления всеми продуктами с помощью унифицированной платформы cnMaestro, которая позволяет сделать развертывание любого беспроводного проекта быстрым и удобным в обслуживании. Решения Cambium Networks для различных видов сетей Беспроводные лицензированные и нелицензированные решения топологии «точка-точка» для построения опорных линий связи Лицензируемые решения (продукты серии PTP 820), разработанные Cambium Networks, преимущественно используются для построения магистральных линий связи, поскольку они предлагают высокую пропускную способность, низкую задержку сигнала, резервирование операторского класса и дополнительную защиту при использовании лицензированных частот для каждого канала. Серия PTP 820 — это решения дециметрового и сантиметрового спектра, которые предназначены для построения транзитных каналов связи топологии «точка-точка» в лицензируемых диапазонах частот от 6 до 38 ГГц. Радиостанции PTP 820 компании Cambium Networks дают возможность развертывания сетей высокой надежности там, где это необходимо, и могут быть легко расширены в дальнейшем в случае роста емкости сети или развития инфраструктуры. При организации каналов высокой производительности в условиях частичной или непрямой видимости — NLOS или nLOS (non-line-of-sight и near-line-of-sigh), могут потребоваться решения на базе оборудования PTP 670. Эти продукты Cambium Networks применяются для быстрого развертывания сетей в лицензируемых и в отдельных случаях — нелицензируемых диапазонах частот 4,9 — 6,05 ГГц. Решение «точка-многоточка» в приложениях Smart Highway Cambium Networks предлагает обширный набор беспроводных широкополосных решений на платформе PMP450 и ePMP, которые можно использовать в целом ряде случаев:
Продукт PMP450m в сочетании с технологией cnMedusa является лидером отрасли, оставаясь самым мощным решением по передаче uplink и downlink-трафика. Устройство обладает исключительно высокой спектральной эффективностью, которая совместно с функционалом beamforming и MIMO позволяет обслуживать одновременно нескольких пользователей. Все PMP-решения обеспечивают низкую задержку сигнала, приоритезацию трафика, просты в использовании и управлении и поддерживают все отмеченные ранее требования системы Smart Highway. PMP450m — точка доступа, меняющая представление о широкополосной связи. Устройство обладает технологией cnMedusa и Massive MU-MIMO, обеспечивает потрясающую спектральную эффективность и пакетную производительность, позволяя осуществлять управление из облака на базе единой прозрачной панели. Уличные и внутренние Wi-Fi решения Надежные и доступные Wi-Fi решения cnPilot от Cambium Networks предназначены для использования как внутри, так и вне помещений инфраструктуры Smart Highway. Точки доступа позволяют департаментам управления транспортом производить подключения новых пользователей и устройств интеллектуальных дорог. Точки доступа разработаны для внутреннего и уличного применения и обладают следующими характеристиками:
Портфель Cambium Networks cnPilot предлагает широкий выбор Wi-Fi продуктов, способных удовлетворить любые потребности в рамках развертывания систем Smart Highway. Точки доступа обеспечивают необходимое качество обслуживания в требуемой зоне покрытия при высокой плотности абонентов. Система управления cnMaestro позволяет легко настраивать и обслуживать сеть, что в итоге упрощает инсталляцию оборудования и дает инженерам полное представление о производительности системы. Решения для промышленного интернета вещей – IIOT Беспроводные решения Cambium Networks cnReach N500 поддерживают критически важные операции системы Smart Highway. Они работают на открытом воздухе, передавая данные мониторинга и сигналы управления процессами от удаленных дорожных датчиков, сенсоров контроля состояния мостов и параметров окружающей среды. Полученная информация поступает в автоматизированный операционный центр, где в режиме реального времени производится принятие решений, а также накапливается текущая аналитика. Продукты cnReach обеспечивают надежное и безопасное подключение к транспортным сетям, вне зависимости от зоны географического охвата, труднодоступности мест дислокации и помеховой обстановки. Оборудование cnReach позволяет обновить унаследованную заказчиком инфраструктуру и осуществить переход к современным сетям связи путем объединения существующих последовательных и аналогово-цифровых портов с TCP/IP и Ethernet-интерфейсов. Интегрированная в платформу cnMaestro прозрачная панель управления помогает cnReach объединить в единый комплекс информационные и операционные технологии. Узкополосные беспроводные продукты cnReach, работающие в лицензированных и нелицензированных частотах, хорошо сочетаются с широкополосными технологиями Cambium Networks. Таким образом, предприятия в максимальной степени могут извлекать выгоду от внедрения комбинированных решений при разворачивании промышленного интернета вещей (IIoT — Industrial Internet of Things). Ключевые особенности платформы cnReach:
Облачное управление сетью Департаменту транспорта нужна отлаженная система управления, которая будет способствовать эффективной работе и росту их беспроводных Smart Highway-сетей. Платформа управления cnMaestro компании Cambium Networks доступна как в облаке, так и локально. Она специально разработана для безопасного и сквозного управления жизненным циклом сети, для подключения новых устройств, управления ресурсами, проведения ежедневных операций и технического обслуживания. Программное обеспечение cnMaestro обладает полным набором функций, которые позволяют упростить управление устройствами Cambium Networks и осуществить простое и наглядное масштабирование. Полная видимость всей сети и широкий функционал
Сквозное устранение неполадок беспроводной сети
Wi-Fi контроллер
Простое развертывание сети
Преимущества облачной безопасности
Сервис разработан исключительно под нужды беспроводных сетей
Заключительные положения Беспроводные решения Cambium Networks обеспечивают сквозное подключение и связь пользователей между собой внутри помещений и при уличном развертывании. Беспроводные проекты требуют меньшего времени на реализацию и стоят дешевле проводных или оптоволоконных решений. Вне зависимости от задачи, которую вы хотите решить, будь то доступ в сеть на городской площади, конференции или ином массовом мероприятии, люди всегда могут быстро войти в интернет и наслаждаться постоянной и надежной связью. Доказанные временем характеристики оборудования
Управление многоуровневы
CompTek предлагает приобрести Wi-Fi оборудование Cambium со склада в Москве по специальным ценам!
25 ноября в 11.00 приглашаем вас на Cambium Day!
Компании Cambium только что исполнилось 10 лет! И встреча 25 ноября станет особенной.
16 сентября состоится Cambium Connections EMEA. Исследование движущих сил мультигигабитных беспроводных сетей следующего поколения – основная тема мероприятия.
|