Sistema de comunicación para el control de un convoy.

Sistema de comunicación a lo largo de un eje de transporte guiado,

rectilíneo o curvilíneo entre trenesequipados con:

-una infraestructura de estaciones o Puntos de Acceso, PAR, contiguos reagrupados en racimos, bajo elmando de los controladores, CPU. Dichos PAR se encontrarán desplegados a lo largo del eje,

-una red de servicio local inalámbrica entre los PAR,

-un tren que utilice uniones bidireccionales multiplexadas con división de tiempo, TDMA, de un mismo canalisofrecuencia o de varios canales isofrecuencia en caso de extensión de los servicios o de redundancia deun servicio crítico, y

-entre los racimos habrá coberturas de al menos una sección entre los PAR o una estación intermedia, deesta forma, cada CPU recibe y puede anticipar los movimientos de los trenes en secciones o estacionesintermedias limítrofes,

Se caracteriza por:

-dichos CPU están interconectados por una red de tránsito en protocolo IP (Internet Protocol) y por que lasuniones fijas entre los CPU de los racimos contiguos o entre PAR de racimos distintos garantizan lasincronización del ciclo TDMA.

Sistema de comunicación para el control de un convoy

La presente invención entra dentro del campo de las redes de comunicación.

La presente invención se refiere más concretamente a un sistema de comunicación para las redes de transporte.

La presente invención se refiere a un sistema de comunicación por medio de móviles entre vehículos móviles que circulan a lo largo de una línea de transporte guiada, adecuadamente equipada con puntos de acceso y de la infraestructura necesaria para unirlos. En concreto, la invención entra dentro de la arquitectura y las funciones originales de las redes locales inalámbricas entre los puntos de acceso y los vehículos móviles y entre los propios móviles. Los móviles son vehículos aislados, trenes tradicionales (de pasajeros o de mercancías) , trenes modulares (varias ramas de transporte) o trenes de metro. El término “convoy” designa al conjunto de estos vehículos móviles. En adelante en el presente documento, el término “tren” sustituye a “convoy” por motivos de comodidad, pero sin perder el matiz de generalidad dado que el término “móvil” se utiliza en el sentido general de las redes convencionales.

Las aplicaciones de la invención abarcan servicios de comunicación pura, servicios de asistencia y de seguridad y servicios de valor añadido a lo largo de una línea de transporte guiado al aire libre, subterránea, en un “cañón urbano” (entre hileras de edificios) o en túnel:

-servicios de control y mando a tiempo real, sobre todo para la ordenación y el pilotaje de los: ATC, CBTC (Automatic Train Control Communication Based Train Control) ;

-servicios de alarma o de emergencia, en relación con los centros de operación;

-servicios de fonía operativa entre trenes y centro (s) de regulación;

-servicios de gestión de flotas de vehículos o vagones;

-servicios de seguimiento logístico por parte de los operadores, o por parte de los clientes en el caso de trenes de mercancías, por ejemplo;

-servicios de vigilancia, consistentes en la recopilación de señales de vídeo;

-servicios de infoentretenimiento (información y distracción para los usuarios) , consistentes en vídeos disponibles o seleccionados, posiblemente con carácter comercial;

En el campo de las comunicaciones con móviles, existen numerosas tecnologías genéricas o más o menos especializadas en el seguimiento de vehículos móviles veloces (120 km/h o 250 km/h en tierra y hasta velocidades supersónicas en el espacio aéreo) .

El estado de la técnica actual en materia de normas oficiales o normas de hecho:

-las soluciones de las redes profesionales evolutivas de la analógica de un todo numérico, seguidas de redes de gestión manual y los 3RP (Redes Radio de Recursos Compartidos) en incluso diversas normas actuales de PMR (Professional Mobile Radio, como TETRA, TETRAPOL, APCO 25) ;

-soluciones celulares de segunda 2ª generación, de generación transitoria y de 3ª generación (2G, 2G+, 3G) , derivadas de la radiotelefonía institucional “PTT” o “ILEC” (en concreto GSM, GPRS, UMTS) ; las soluciones de 4ª generación convergentes hacia la siguiente familia se encuentran todavía en fase de proyecto;

-soluciones WLAN, multi WLAN, además de WMAN (Wireless Large/Metropolitan Area Networks) , derivadas de redes informáticas para oficinas automatizadas portátiles, utilizadas por los operadores de telecomunicación alternativos “CLEC” (Competitive Local Exchange Carriers) ;

-soluciones basadas en la utilización de satélites geoestacionarios o desfilantes (SATCOM) .

La siguiente tabla expone una síntesis comparativa de las ventajas e inconvenientes de estas soluciones genéricas en su aplicación al transporte guiado.

Familias de soluciones Aplicabilidad al transporte guiado

Ventajas Inconvenientes

V-UHF Alcance a baja velocidad Reutilización de los canales Canalización estrecha (histórica)

Profesional 3RP a PM desde puntos altos analógicos Apertura de ciertos canales (865-870 MHz) Incompatible con los túneles Pocos recursos disponibles y probabilidad de saturación

Redes móviles 2G, 2G+, 3G Cobertura pública existente Posibilidad de desarrollo privado (tipo GSM-R) Prioridades no aseguradas en público Coste elevado y zonas sin cobertura Comunicación móvil-móvil imposible sin infrarrojos

WLAN de la serie 802.11 Coste competitivo en infrarrojos Móvil-móvil y móvil-infra Alcance y movilidad débiles Generalización del peor caso Saturación e interferencias

WMAN de la serie 802.16 Bajo coste en infra Alcance general mejorado Velocidad adaptable Estándar para móviles en espera Conexión móvil-móvil limitada (opción “malla” distribuída)

SATCOM Gran cobertura sin infra Su posicionamiento es un valor añadido Evolución de las antenas electrónicas Problemas en muros y túneles Retraso de latencia incomprensible Agilidad mecánica de las antenas (coste)

TABLA 1: síntesis comparativa de ventajas e inconvenientes de las soluciones genéricas para su aplicación en el transporte guiado.

La mayor parte de inconvenientes citados en dicha tabla o inherentes a las soluciones genéricas dificultan su 5 aplicación a los servicios más críticos de transporte guiado. Es importante poner de relieve que la necesidad de comunicación entre los trenes se expresa en términos de largo alcance en el Eje, pocos móviles por “estación base”

o “punto de acceso”, y la recurrencia de dichos puntos de accesos con poca capacidad y a bajo coste. Además, la cobertura debe ser linear en lugar de superficial o por densidad; la poca densidad no incita a segmentar dicha cobertura y a generar la conmutación entre segmentos (“hand-over”) , a menos que las condiciones de propagación no lo exijan necesariamente. Dicha necesidad es completamente diferente de las necesidades a las que responden las redes móviles, y por lo tanto es comprensible que las soluciones móviles no estén bien adaptadas para ello, tanto si provienen del mundo institucional, como del mundo profesional, o del mundo de las redes informáticas para las oficinas.

Por otra parte, existen soluciones patentadas de base de guía de onda ranurada (sistema IAGO de INRETS y

ALSTOM) , coaxial agujereada (Cf. por ejemplo MAGGALY) o, por último, de propagación libre o confinada a corto alcance (MATRA-SIEMENS) o de largo alcance (sistema SOFRANET) . Las soluciones de guía o coaxiales suponen limitaciones tanto en su instalación como en su uso, y por lo tanto, los operadores las desaconsejan, ya que el objetivo es minimizar su coste de posesión.

La solución patentada de MATRA-SIEMENS (Cf. patente US 5 995 845 del 30/11/99) se vale de un concepto móvil modificado por duplicación de los puntos de acceso en las extremidades de cada móvil, lo que proporciona a los trenes la ventaja de tener una diversidad entre la parte delantera y trasera del vehículo, con formato de espectro ensanchado o OFDM. La contrapartida sigue siendo la obligación de conmutar las frecuencias de un móvil al otro (hand-over) , como en todas las redes móviles.

SOFRANET (Cf. la solicitud de patente francesa del 26/10/2001) ha sido descrito como un sistema de comunicación en una red linear, entre puntos de acceso fijos y puntos de acceso móviles inalámbricos. SOFRANET define una orientación estricta de la red, y un flujo de datos de arriba hacia abajo –en todos los puntos de la red-, circulando en un solo sentido. Los datos emitidos por difusión por un móvil inalámbrico M se reciben de forma sistemática en un mínimo de dos puntos de acceso por encima del móvil M, de forma que se definen al menos dos uniones unidireccionales descendentes. Del mismo modo, los datos destinados al móvil inalámbrico M se transmiten sistemáticamente hacia M por medio de un mínimo de dos puntos de acceso situados por debajo del móvil M; se definen, así, un mínimo de dos uniones unidireccionales hacia arriba, en canales o franjas temporales distintos. El segundo sentido de orientación de la red se utiliza para garantizar una redundancia 1+1 del sistema.

SOFRANET, que fue concebido como una red a estricto tiempo real de extremo a extremo, presenta limitaciones en comparación con el estado de la técnica actual de radios y de redes: de hecho, por una parte, no tiene en cuenta la debilidad de la radiocomunicación rápida bidireccional conjuntamente con los móviles, ni tampoco la posibilidad de multiplexar espacialmente las uniones multi-puntos con los nuevos formatos de radio (OFDM, por ejemplo) ; por otra parte, impide la evolución de los núcleos de... [Seguir leyendo]

1.Sistema de comunicación a lo largo de un eje de transporte guiado, rectilíneo o curvilíneo entre trenes equipados con:

-una infraestructura de estaciones o Puntos de Acceso, PAR, contiguos reagrupados en racimos, bajo el mando de los controladores, CPU. Dichos PAR se encontrarán desplegados a lo largo del eje, -una red de servicio local inalámbrica entre los PAR, -un tren que utilice uniones bidireccionales multiplexadas con división de tiempo, TDMA, de un mismo canal isofrecuencia o de varios canales isofrecuencia en caso de extensión de los servicios o de redundancia de un servicio crítico, y -entre los racimos habrá coberturas de al menos una sección entre los PAR o una estación intermedia, de esta forma, cada CPU recibe y puede anticipar los movimientos de los trenes en secciones o estaciones intermedias limítrofes,

Se caracteriza por:

-dichos CPU están interconectados por una red de tránsito en protocolo IP (Internet Protocol) y por que las uniones fijas entre los CPU de los racimos contiguos o entre PAR de racimos distintos garantizan la sincronización del ciclo TDMA.

2. Sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por una red local con base de radio o hiperfrecuencia con diversidad de frecuencia, en formatos frecuencia de salto o de rampa, ensanchamiento de espectro, multi portadoras, o impulsos de banda ancha, y con diversidad de uniones simultáneas o secuenciales (según el tipo de formato) para cada tren dentro del ciclo TDMA.

3. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por una diversidad espacial para la instalación de antenas, tanto en los PAR como en los trenes.

4. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por una función de autolocalización de los trenes operada por la capa MAC, Medium Access Control, de los CPU junto con los equipamientos a bordo, sirviéndose directamente de las mediciones instantáneas de las variables de la capa física radio.

5. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y 4, caracterizado por reservar para cada tren un motivo con base IT, Intervalos de Tiempo, los motivos se encuentran juntos o repartidos a lo largo del ciclo, para las transmisiones suelo-tren, tren-suelo, posibles relevos y posible comunicación entre trenes, con una gestión determinista de las prioridades.

6. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 4 y 5, caracterizado por una función de micro-movilidad llevada a cabo en el seno de cada racimo que hace que se activen los IT adecuados de los motivos para las estaciones en función de los trenes afectados, con sustitución de estaciones sucesivas en dichos IT en caso de que los trenes avancen, y caracterizado también por una encadenamiento de la micro-movilidad de racimo en racimo, aprovechando la cobertura de los racimos, y la escucha por parte del CPU actual de las estaciones intermedias limítrofes, de forma que dicha micro-movilidad puede funcionar por su cuenta, servir de ayuda a la movilidad de la capa red, IP móvil, o cooperar con esta.

7. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y de 4 a 6, caracterizado por una función de asignación de los motivos fija, VF, o dinámica, VD, de racimo en racimo, y dentro de cada racimo, que se encarga de la reutilización de los motivos ordenada geográficamente en cada CPU, con el objetivo de que la distancia de reutilización sea del orden de la longitud de la zona de alcance, con una resolución definida por un reparto espacial de la zona de alcance en un área central y dos márgenes laterales, a los lados de las fronteras. Dichos márgenes tendrán una longitud superior o igual a los de la cobertura de los racimos de la reivindicación 1.

8. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y de 4 a 7, caracterizado por una asignación o reasignación dinámica desencadenada por una secuencia de dobletes emitida por las estaciones en los intervalos IT que se les reserve individualmente en el ciclo TDMA. Cada doblete consta del número de motivo actual y del nuevo número de motivo sobre el que debe oscilar el tren, con mantenimiento de doblete de ciclo en ciclo hasta su ejecución por el equipamiento del tren.

9. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y de 4 a 7, caracterizado por el mantenimiento de una sinópsis de la situación de los trenes llevada a cabo por el CPU en su zona de alcance, y la difusión de dicha sinopsis en los IT reservados a las estaciones de su zona de alcance, o en los IT adicionales que se le añaden. Esta sinópsis se propaga al CPU contiguo, ya sea por medio de una extensión de la unión sincro entre racimos, ya sea directamente por radio, o incluso a través de un intermediario de los trenes que circulan entre los racimos, que vuelven a copiar las sinópsis una a una.

10. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y de 4 a 9, caracterizado por un intercambio de sinópsis entre CPU valiéndose de la red de tránsito y de protocolos de servicio de tipo IP, o de protocolos particulares de comunicación entre routers, lo cual constituye la alternativa A en lo que se refiere a la utilización de medios de distribución entre CPU.

11. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, de 4 a 6, 8 y 9, caracterizado por una asignación dinámica cooperativa entre CPU, que se basa en las sinópsis intercambiadas y organiza su reutilización geográfica de tren en tren proporcionando a cada tren un marco espacial de visión hacia delante y hacia atrás de su actual estación intermedia, y que desencadena una reasignación de uno de cada dos trenes, siempre que sus marcos se encuentren, método que constituye la alternativa B a la reivindicación 7.

12. Sistema de comunicación de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y de 4 a 9, caracterizado por una capacidad intrínseca de relevo y de comunicación directa tren-tren, los trenes relevo o iniciadores de la comunicación aprovechan sitemáticamente los IT propios de cada motivo de tren objetivo que se encuentra en los alrededores inmediatos según la sinopsis de situación, dicha capacidad es completa con asignación fija VF, o sujeta a asignación dinámica VD que lleva a cabo cada CPU en su zona de alcance, que se considera preponderante.