Hromadná radiová (fónická) síť určená pro dopravní podniky EPIS_FDNET (EPIS Fonique Data NETwork) je založena na technologiích integrujících přenos hlasu a dat jedním radiovým kanálem. Tímto způsobem lze výrazně snížit náklady spojené s budováním dvou radiových sítí – fónické a datové, protože jsou budovány pouze jako jedna síť a to pomocí jediné fónické vozidlové radiostanice. Tato schopnost vozidlu je dána použitím radiokomunikačního adapteru a doplněného o radiový modem.

Hlavní výhodou sítě EPIS_FNET je:

digitální selektivní fónické volání mnoha různými druhy adresací
možnost komunikace pomocí krátkých datových zpráv
rychlé a pravidelné zjišťování polohy vozidla

Abychom mohli těchto výhod využít je nutno vybavit i stranu dispečinku (základnové stanice). Na dispečerském stanovišti je doplněn technologický počítač určený pro řízení radiové sítě, na které běží aplikace určené pro řízení jednotlivých kanálů radiové sítě (komunikační server_FRS) a pro organizaci komunikace s lokální sítí (aplikační server_FRS). Ten vytváří datové toky, které mohou zpracovávat různí uživatelé – klienti, např. dispečeři jednotlivých trakcí, vedoucí směny, kontrolní orgány, apod. přístupní na internetu či intranetu. Řešení komunikace je založeno na platformě .NET od firmy Microsoft.

Obr. č. 1.: Struktura dispečerského řízení.

Komunikace mezi dispečinkem a vozidly probíhá pomocí stavových zpráv o délce 64 až 192 bitů, které je možno řetězit a „klasicky“ pomocí hlasu. Každé zakličování radiostanice na vozidle předchází zpráva identifikace vozidla doplněná o jeho polohu. Některé zprávy z vozidel je možné předat i mimo pracoviště dispečinku prostřednictvím podnikové sítě, např. do vozoven, dílen, údržby výhybek apod.

Obr.č. 2.: Rozložení řízení radiové sítě.

Dispečerovi provozu vozidel MHD umožňuje program klienta radiové sítě EPIS_FNET jednoduchou a velmi přehlednou komunikaci s vozidly (např. fonický hovor lze aktivovat pouze tlačítkem myši na příslušné ikoně vozidla), program podporuje i rozhodování dispečerů zobrazením grafického rozložení vozidel na trati, apod.

Účastníci provozu hromadné radiové sítě EPIS_FNET v dopravním podniku mohou být:

vozidla MHD (tramvaje, autobusy, trolejbusy)
dispečerské vozy
pevné objekty – vozovny
ostatní služební vozidla (vrchní stavba, údržba výhybek, apod.)

Systém dispečerského řízení je navržen tak, aby umožnil obvolání (zjištění polohy vozidel)

360 vozidel v intervalu 2 minut na jednom duplexním radiovém kanálu.

Tak může tato radiová sít výrazně snížit náklady dopravního podniku na budování jiných metod zjišťování polohy odlišných od použití „klasické“ fónické komunikace. V případě nutnosti okamžitě zjistit polohu konkrétního vozu, lze toto zjistit do 2 sekund (je-li vůz v dosahu základnové radiostanice).

2. Využití radiových kanálů

Komunikace v síti EPIS-FDNET může probíhat pomocí čtyř duplexních radiových kanálů a jednoho simplexního (duplexní radiový kanál obsahuje dva kmitočty – přijímací a vysílací, simplexní kanál pak přijímá a vysílá na jednom kmitočtu) a je možno ji přizpůsobit požadavkům zákazníka. Radiové kanály jsou použity dle následujícího schématu:

kanál č. 1., 4. a 6.: - je určen pro všechny druhy obvolávání vozidel (přihlášených, registrovaných a jiných), komunikaci pomocí datových (stavových) zpráv a na odpovědi na výzvy od dispečinku.

kanál č. 2.: - je určen pro odesílání stavových zpráv – výzev na dispečink (přičemž odpovědi očekává na prvním kanálu) a pro úplnou fónickou komunikaci – kanál FONIE_1.

kanál č. 3.: - je určen jako základní kanál pro fónickou komunikaci a dispečerský SW jej obsazuje jako první – kanál FONIE_2. Kanál je též možno využít jako náhradní kanál pro odesílání zpráv na dispečink.

kanál č. 5.: - je simplexní a je určen pro zjednodušenou vzájemnou komunikaci mezi vozy při jejich sunutí do vozovny případně pro komunikaci mezi služebními vozy.

kde kanály č. 1,2, 3 a 4 jsou duplexní radiové kanály.

Obr. č. 3.: Struktura radiových kanálů v síti EPIS-FDNET se dvěma základnami.

Radiové kanály v síti EPIS-FNET jsou využity následovně:

a) Obvolávání přihlášených, registrovaných a jiných vozidel včetně komunikace pomocí stavových zpráv zasílaných z dispečinku

b) Odesílání stavové zprávy z vozidla

c) Fónická komunikace – tuto zahajuje vždy dispečer

d) Fónická komunikace z datového stínu nebo z otevřeného datového režimu

Obr. č. 4.: Využití radiových kanálů v síti EPIS-FNET.

3. Režimy komunikace

Radiová síť EPIS-FDNET zajišťuje následující základní druhy komunikace s účastníky sítě za účelem:

obvolávání – tj. pravidelného zjišťování polohy mobilního účastníka sítě a jeho případného vztahu k jízdnímu řádu. Poloha může být předávána různými způsoby. Pro obvolávání se použijí dvě základní metody:
stanice je registrována (zapnuta a její poloha není zjišťována tak často)
stanice je přihlášena (použije se u vozidla, které jede dle jízdního řádu a je zařazena do pravidelného zjišťování polohy)
datové komunikace s účastníkem sítě - vozidlem, tj. odesílání a příjem stavových zpráv pro komunikaci s řidičem či technologií,
hlasové komunikace mezi dispečerem a účastníkem sítě či mezi vozidly.

Komunikace je vyvolána některým z výše uvedených dějů. Kurzívou jsou na následujícím obrázku vyznačeny úkony, které prozatím systém dispečerského řízení neumožňuje či se na nich intenzívně pracuje.

Obr.č. 5.: Důvody komunikace v radiovém provozu.

4. Řešení radiové sítě na straně vozidla

Radiokomunikační adapter ve vozidle se skládá ze tří relativně samostatných stavových diagramů, které řeší vztah vozu k jízdnímu řádu, k datové a fónické komunikaci. Zjednodušeně je stavový diagram vozidla vyjádřen na následujícím obrázku.

Obr.č. 6.: Stavy vozidla – agenta RS - ve vztahu k obvolávání.

Z hlediska jízdního řádu se jedná o stavy:

Stanice je vypnuta (nedostupná) - v tomto stavu jsou radiostanice, které jsou buď vypnuty nebo jsou dlouhodobě v datovém stínu.
Stanice je registrována je stav, kdy je zapnut radiokomunikační adapter a vůz nejede dle jízdního řádu (vozovna, výjezd na trať, apod.). Je obvolávána v cyklech cca 10 až 15 minut. Stanice je odhlášena z registrovaného stavu buď dlouhodobou nedostupností nebo při použití integrovaných jednotek napájení IJN při zadání pokynu k odregistraci (poté je systém vypnut).
Synchronizace vozidla je stavová zpráva, která umožňuje přiřadit k číslu RCA (radiokomunikačního adapteru) vozidla jeho evidenční číslo. Prozatím je evidenční číslo vozu získané příkazem na sběrnici IBIS - rNxxxxx.
Stanice je přihlášena je stav, kdy vozidlo jede dle jízdního řádu. V tomto případě dispečerský systém vozidlo automaticky obvolává za účelem zjišťování jeho polohy. Musí být zadáno evidenční číslo vozu, číslo řidiče a číslo služby, popř. linka a pořadí.
rN Z1 ..Z5 zadání evidenčního čísla vozu a vozovny

rL Z1 ..Z6 nastavení adres pro selektivní volbu (struktura LLL a KKK)

rF Z1 ..Z5 zadání osobního čísla řidiče

zC Z1 ..Z4 zadání cíle vozidla na lince

Fónická komunikace se může nacházet ve stavech volání:

Skupinová volba, kdy dispečer dává hlášení na dva a více vozů současně a neočekává odpověď. Možnosti skupinové volby jsou dány dle způsobů adresace. Možností skupinové volby je i dispečerský rozhlas.
Selektivní volba – tj. volání s konkrétním vozem, kde se předpokládá i hlasová komunikace s řidičem.
Volání z datového stínu – tj. stanice volá přímo bez povolení od dispečinku, protože vozidlo není schopno z nějakých důvodů přijímat data z dispečerského obvolávání (velká vzdálenost, rušení, apod.). Tehdy začne radiostanice po vypršení časovače datového stínu automaticky provádět “scanování” a prohlížet náhradní kanály dle dohodnutého schématu. Obvykle střídá datový a fónický kanál.
Tísňové volání (přepadení) – je aktivováno stiskem příslušného tlačítka v kabině řidiče (nutno definovat zákaznicky reakci systému).
Povolená fónická komunikace – tj. přímá komunikace mezi tlačeným a taženým vozem či mezi vozem a vozovnou
Konvenční fónie je komunikace na simplexním radiovém kanálu mezi taženým a tlačeným vozem nebo komunikace mezi vozem a provozovnou či dvěmi obslužnými vozy. Oba tyto druhy komunikace musí povolit dispečink, který si o nich vede evidenci.
Otevřený datový režim může nastat tehdy, pokud dojde k chybě vysílání na kanále výzev nebo má sestava na vozidle poškozené vysílání. Tehdy na kanále výzev vůz nemůže odeslat stavovou zprávu na dispečerské stanoviště nebo tato zpráva není na základnovou stanicí dispečinku zachycena, tj. např. vozidlo se nemůže registrovat nebo požádat o hovor. Podmínkou tohoto režimu je, že vozidlo neustále data na kanále obvolávání přijímá.
Neobvolávaná stanice je stav, kdy radiokomunikační adapter přijímá data, ale není zařazen do obvolávání. Tato situace může nastat pouze tehdy, je-li vozidlo z nějakých příčin přeřazeno na dispečinku do fronty vypnutých vozů nebo byla smazána či poškozena databáze registrovaných či přihlášených vozidel. Proto musí existovat mechanismus, který vozidlo po určité době sám přihlásí.

Vozidlová radiostanice může pracovat ve třech základních režimech:

· autonomní režim radiostanice, který provádí komunikaci mezi vozidlem a dispečinkem dle zvoleného algoritmu v případě výpadku palubního počítače příp. při použití „tísňového tlačítka“.

· radiostanice je řízena palubním počítačem (má význam ovládací skříňky), kdy zadávání stavových zpráv a příp. nastavení kanálů se provádí přímo z palubního počítače. Je vhodné zde použít pro řízení buď klasickou sběrnici IBIS nebo rychlou sběrnici budovanou na standardu RS 485.

· dispečerské řízení radiostanice, které probíhá na komunikačním kanálu přímo určeném dispečerem. Program pro řízení radiostanice je částečně uložen v radiokomunikačním adapteru (agent) a řídící část (manažer) je uložena v komunikačním a aplikačním serveru na technologii dispečinku.

5. Základní principy datové radiové komunikace

Délka zprávy, která je určena vnitřní strukturou radiové sítě, je stanovena na velikost 64 nebo 128 bitů (resp. 192 bitů). Skládá se záhlaví zprávy, uživatelského těla zprávy a zabezpečení. Záhlaví zprávy slouží k základnímu popisu zprávy, tj. nese informaci o tom, co zpráva obsahuje (řídící pole a stavovou zprávu), adresu příjemce, či odesílatele zprávy. Struktura řídícího pole směrem od vozidla určuje v jakém stavu se nachází vozidlový adapter (např. datový stín, otevřený datový režim, apod.), o jaký typ zprávy se jedná, jaká je délka zprávy, číslování zpráv, režim radiostanice, atd.

Existují následující druhy záhlaví pole charakterizující:

záhlaví typu komunikace směrem od dispečera na vozidlo
záhlaví typu komunikace směrem od vozidla na dispečer

Záhlaví se liší zejména způsobem adresace – na vozidlo je použita vždy 16 bitová adresace a z vozidla se jako základ používá adresace dle RCA. Dalšími typy komunikace jsou komunikace tažených a tlačených vozů a komunikace mezi významnou stanicí (např. vozovnou) a vozidlem. Jako základ komunikace se zde používá dynamická adresace. Oba výše uvedené typy záhlaví mohou podporovat i krátkodosahové komunikací 2,4 GHz, které předají zprávu i mimo vůz. Vozidlo se chová jako retranslační objekt.

Každá zpráva může být buď selektivní nebo skupinová (generální). Toto je určeno typem adresového pole a způsobem potvrzování zprávy (skupinová není potvrzovaná).

Selektivní volání příp. zaslání selektivní zprávy na vozidlo:

- selektivní adresa dle evidenčního čísla vozu - 14 bitů adresy – rozsah do 9999

- selektivní adresa dle evidenčního čísla EPISu (RCA) - 10 bitů adresy – rozsah do 999

- selektivní adresa dle volání na linka/kurs - převedeno z databáze na RCA

- selektivní adresa dle volání na řidiče - převedeno z databáze na RCA

- selektivní volání v konvenčním režimu - převedeno z databáze na RCA

Přímou selektivní volbu dle čísla řidiče a dle volání linka/kurs nelze provést. Je vždy v databázi převedena na adresaci dle RCA (příp. dle evidenčního čísla vozu). Pro tyto adresace není k dispozici potřebný počet bitů v adresové části zprávy. Každá selektivní stavová zpráva je potvrzovaná. To znamená, že v případě neúspěchu je odesílána několikrát. Stav průběhu předávání stavové zprávy lze zobrazit na palubním počítači.

Skupinové volání příp. zaslání skupinové zprávy na vozidla:

generální	určena pro všechny vozy - pouze 1 hodnota
dle trakce	tramvaj, autobus, trolejbus, služební vozy (dále členěné –max.7)
dle zóny	max. 2 zóny (celkový počet zón 99)
dle linky	10 bitů (rozsah 999 hodnot linky)
dle cíle	14 bitů (rozsah 9999 cílů)
dle vozovny	4 bity (rozsah 9 vozoven)
dle dyn skupiny	max. 512 dynamických adres

Skupinová volání nejsou potvrzovaná a jsou odesílány 2x.

V radiové síti EPIS_FNET se používají dva typy zpráv:

Obecné (uživatelské) – uživatelem definované stavové zprávy o velikost 01-99. Tyto zprávy jsou předány do palubního počítače. Mohou být selektivní či skupinové.
Vnitřní stavové zprávy určené pro řízení radiové sítě a automatické zjištění stavů zařízení. Mají pořadové číslo 100 až 127 a palubní počítač není o těchto informován.

Seznam služebních stavových zpráv:

110	obvolání vozidla (krátká identifikace) – slouží ke zjištění polohy vozidla a jeho vztahu k jízdnímu řádu ve vozidle (zasílá předjetí či zpoždění).
111	obvolání vozidla (dlouhá identifikace) slouží k předání podrobných informací o vozidle včetně linky, cíle, čísle řidiče apod.
112	registrace vozidla – po zapnutí inform. systémů vozidla oznámí toto na dispečink.
113	synchronizace vozidla - přiřadí číslo vozu číslu radiokomunikačního adapteru RCA.
114	přihlášení vozidla na dispečink – obdoba dlouhé identifikace s tím, že zpráva přenáší úplné číslo služby. Vozidlo je zařazeno do rychlého obvolávání.
116	vytváření dynamických skupin – doplňuje vozidlo o dočasnou adresu.
119	testovací zpráva – slouží pro ověření funkčnosti systému.
120	zahájení klíčování hovoru od řidiče (vysílá se vždy při stisku tlačítka klíčování) – dle bitů „v“ v záhlaví se rozlišuje, zda hovor povolil dispečink či byl uskutečněn na základě polohy vozidla v datovém stínu či v otevřeném datovém režimu.
121	stavová zpráva „konec fonického režimu“ ukončuje hlasovou relaci s dispečinkem a převádí vozidlo do stavu obvolávání. Zprávu odesílá dispečer.
122	stavová zpráva „začátek fónického režimu“ určuje zahájení fónické komunikace s dispečinkem a převede a otevře radiostanici na fónický kanál. Zprávu odesílá dispečer a současně určuje, na kterém kanálu bude probíhat komunikace.
124	tísňové volání

Při potvrzení na dispečink se v odpovědi použije číslo stavové zprávy.

Obr. č. 7.: Ukázka selektivní komunikace pomocí obecné stavové zprávy.

6. Stavy radiokomunikačního adaptéru na IBIS

Stavy radiokomunikačního adaptéru vozidla jsou indikovány na sběrnici IPIS pomocí dvou binárně kódovaných stavových příznaků (vrací je jednotka EPIS ve funkci radiokomunikačního adaptéru). Ten musí vyjadřovat následující možné stavy na vozidle:

B radiostanice je zapnuta
D radiostanice je registrována
V odložená registrace, odložené přihlášení, odložená synchronizace (není datový signál)
H radiostanice je přihlášena (jede dle jízdního řádu)
L stavová zpráva byla odeslána
M odesílání stavové zprávy (včetně žádosti o hovor)
N stavová zpráva nebyla odeslána
P skupinové volání od dispečera
R selektivní volání od dispečera
m chyba radiostanice

Informace o stavu radiokomunikačního adaptéru může být rozšířena o přijaté stavové zprávy z dispečinku, pokud nějaká přijde.

Sběrnice IBIS

Pro řízení (zadávání zpráv) radiokomunikačního adaptéru se používá sběrnice IBIS nebo rychlá sběrnice RS 485. Při komunikaci prostřednictvím sběrnice IBIS lze využít následující příkazy, které vycházejí z doporučení IPIS (příp. tyto lze upravit):

· zadání evidenčního čísla vozu z palubního počítače - příkaz rN

· zadání služby - příkaz rL

· zadání osobního čísla řidiče - příkaz rF

· zadání požadavku na odvysílání stavové zprávy - příkaz rS (max. dvojznakové)

· zadání odvysílání stavové zprávy na vybranou adresu – příkaz rE

· zadání odvysílání obecné stavové zprávy na vozidlo – příkaz rG

· sdělení posledně hlášené zastávky a odchylky od jízdního řádu - příkaz rA

· odposlech cílové stanice – příkaz zC (není přímo určen pro RCA)

· odposlech pojížděné linky – příkaz l (není přímo určen pro RCA)

· příjem stavových zpráv včetně parametrů (např. hodnoty jednotného času)

· číslo naposledy hlášené zastávky či číslo radiomajáku

· příkaz o stavu vozidla - je v zastávce či mezi zastávkami

· zavedení možnosti nastavení kanálu radiostanice - příkaz rK

Rozpis stavových zpráv mezi dispečinkem a mobilním účastníkem

Komunikace mezi centrálou a vozidlem má dvě sady stavových zpráv a to jednu pro přenos od dispečerského stanoviště k vozidlu, druhou pak pro přenos stavových zpráv od vozidla směrem k dispečerskému stanovišti. Tyto stavy je možno indikovat na palubním počítači. Pro lepší dekódování je vhodné palubní počítač doplnit tabulkou, která převede číslo stavové zprávy na text.

7. Řešení dispečerského stanoviště

Komunikace uvnitř dopravního dispečinku probíhá v rámci LAN (Local Area Network), přes kterou jsou přenášena řídící data. Komunikační sytém dispečinku umožňuje spolupráci vnitřní databáze MS SQL, komunikačního a aplikačního serveru a uživatelských aplikací – dispečerských klientů, které jsou určených pro komunikaci s vozidly.

Struktura programů na dopravním dispečinku:

Komunikační server FDOS (fonický dispečerský operační systém)
Aplikační server FDOS
Správa databáze MS SQL
Proces řízení radiové ústředny (fónie)
Havarijní aplikace
Klientský SW dispečera

Řízení komunikace v síti EPIS-NET

Řízení komunikace sítě EPIS-FDNET (EPIS Fonique Data NETwork). je spuštěno na technologickém počítači jako soustava několika spolupracujících procesů a je určena pro řízení radiové sítě protokolem EPIS-FDNET

Základ řízení radiové sítě EPIS-FDNET zajišťuje komunikační server, který vytváří různé fronty (např. registrovaných či přihlášených vozů), realizuje komunikační protokoly s vozidly, provádí spolehlivou službu dle zadaného algoritmu, apod. Komunikaci po síti LAN organizuje aplikační server, který zajišťuje i sledování oprávnění při komunikaci (např. dispečerský klient má plné oprávnění, aplikace běžného uživatele má právo sledovaní komunikace).

Statické údaje o vozidlech (typ, evidenční číslo vozu, druh vozu, domovské vozovny, technický stav vozidla, atd.), o osobních čísel řidičů a jejich charakteru služebního poměru, o jménech a vlastnostech zastávek, apod. jsou zobrazovány dispečerům. Tyto údaje jsou načítány ze souborů.

Údaje získané za provozu jsou ukládány databáze a po určité době jsou ukládány na disk za účelem archivace. Tyto údaje jsou též použity v případě havárie na komunikačním serveru za účelem rychlého obnovení provozu systému. V případě potřeby je možno předat data do elektronického provozního deníku.

Zvláštní procesem na technologickém počítači je proces řízení radiové ústředny, který dle dat získaných z identifikace hovoru provádí dynamické propojování jednotlivých radiových kanálů na odpovídající pracoviště dispečerů, tj. Určuje, který radiový kanál je směrován na které pracoviště dispečera a naopak – kam je směřován mikrofon. Toto řízení provádí proces zvaný „manažer_RÚ“, který zajišťuje různé principy sestavování spojení pro každou:

a) radiovou relaci - platí při komunikaci s vozem MHD, kdy radiová cesta je blokována po celou dobu komunikace s vozem. To znamená, že pokud kanál obsadí jeden dispečer a i když nebude komunikovat, nemůže jej použít nikdo jiný.

b) fónickou komunikaci - platí při hovoru s dispečerskými vozidly, kdy se spojení vytváří pro každé jednotlivé klíčování (příjem/vysílání) samostatně. Radiový kanál nelze použit pouze tehdy, pokud na něm probíhá příjem či vysílání.

c) kombinovanou fónickou a relační – současná kombinace obou předchozích – tj. za určitých okolností může být radiová relace přerušena a nahrazena jinou buď dočasně nebo trvale.

Všechny tyto pracoviště jsou vzájemně nahraditelná a jsou schopna si dynamicky předávat hovory. Rozlišení typu pracoviště se děje při přihlašování dispečera dle zadání jeho oprávnění.

Aplikace klient dispečera

Aplikace „Klient dispečera“ umožňuje vstup požadavků od dispečera a zajišťuje jejich provedení. Pro dispečera provozu vozidel MHD umožňuje program jednoduchou a velmi přehlednou komunikaci s vozidly, program podporuje i rozhodování dispečerů zobrazením grafického rozložení vozidel na trati, apod.

Mezi jeho základní funkce patří:

víceoknový systém ovládání, kdy v jednom okně jsou vypisovány informace získané jiným způsobem než automatickým obvoláváním – „okno událostí“. Dispečer má možnost „přetáhnout“ tyto události do tzv. „pracovního okna“ a tak si je uchovat i pro další zpracování. Dále je možno zobrazovat průběh zasílání potvrzovaných stavových zpráv na vozidlo, stav sítě s informací o počtu obvolávaných vozidel, dostupných vozů, vozů dle jízdního řádu, apod.
intuitivní ovládání systému pomocí tlačítek myší, kdy je možno velmi jednoduchým způsobem provádět operace jako je zaslání stavové zprávy na vozidlo, provádět selektivní volby, kontrolovat stav vozidla, zjišťovat základní informace o průběhu jízdy, apod.
snadný přechod mezi hlavní a pomocnými obrazovkami, kdy na pomocných obrazovkách je možno sledovat průběhy odesílaných a přijímaných zpráv, zobrazovat časový sled linky, přehledy přihlášených vozidel, přehledy registrovaných vozidel, přehledy nedostupných vozidel apod. Tyto obrazovky jsou dotvářeny na základě následných konzultací na dispečerském stanovišti.
zobrazení linky s vyznačenou polohou vozidel, kdy její použití předpokládáme v situacích, kdy v některém místě ve městě vznikne složitá dopravní situace a bude ji nutno řešit.<

Obr. č.8.: Struktura dispečinku se dvěmi základnami.

Ing. Ivo Herman, CSc. 21-08-2008 20:46:26