Tři SIM karty ve vozidle pro přenos dat

TŘI SIM KARTY VE VOZIDLE PRO PŘENOS DAT

ANEB KOMPLEXNÍ INFORMAČNÍ SYSTÉMY VE VEŘEJNÉ DOPRAVĚ

Je nutné používat ve vozidlech veřejné dopravy za účelem přenosu dat spojených s dopravou a jejími službami až tři SIM karty nebo stačí jen jedna? Článek se zabývá řešením tohoto problému a vazbami na komplexní informační systém pro veřejnou dopravu a způsoby propojení těchto systémů (dispečink, vozovny, zastávky, vozidla, cestující a technologie na dopravní cestě) a popisem jednotlivých typů komunikací a technologií.

Z našich zkušeností známe případy, kdy se ve vozidlech veřejné dopravy osob používají i tři SIM karty současně za účelem přenosu dat. Ptáte se proč? Jednu používá systém sledování vozidla a případně i komunikace s dispečinkem, druhou pak využívá odbavovací systém, který přenáší data o prodaných jízdenkách, nahrává jízdní řády a přenáší soubory typu „blacklist“, „whitelist“ apod., třetí pak poskytuje službu veřejného internetu cestujícím, která bývá občas spojená s reklamou a provozem LCD displejů pro cestující. I když jsou tyto systémy „rádoby nezávislé“, mohou používat shodné komunikační cesty a protokoly. Je proto nutné toto řešení, které přináší dopravci zvýšené náklady na provoz vozidla? Lze se toho nějak vyvarovat?

Tento příspěvek si klade za cíl ukázat, že je to možné, a to i přes velmi složité propojení všech systémů pro řízení veřejné dopravy a informování cestujících o jejím aktuálním stavu, včetně řízení systémů odbavení cestujících, řízení dopravní cesty a aktualizace dat pro reklamu ve vozidlech a na zastávkách. Proto je třeba hovořit o komplexních informačních systémech a tyto systémy budovat univerzálně s využitím různých komunikačních cest. Cílem pak je i sjednotit komunikaci těchto systémů na vozidle.

Obr. č.1: Uspořádání vnějších komunikací vozidla přes GSM/GPRS/UMTS síť.

Obr. č.1: Uspořádání vnějších komunikací vozidla přes GSM/GPRS/UMTS síť.

Jaké jsou specifické toky dat v komplexním systému řízení dopravy?

V rámci komplexního komunikačního systému pro veřejnou dopravu je nutno toky dat rozdělit na:

Řízení dopravy a aktuální informování cestujících o jejím stavu

Centrem řízení systému je obvykle centrální dispečink IDS nebo výpravna dopravce (server CED). Z hlediska řízení dopravy potřebují dispečeři základní informace o stavu dopravy – předjetí, zpoždění a příp. počet cestujících ve vozidle či na zastávce (pokud je toto možné). Na základě těchto informací se snaží řídit a zajistit pravidelnost dopravy (neřešíme zde důvody těchto stavů). Novou funkcí dispečinku se dnes stává funkce informování cestujících o stavu dopravy různými cestami.

Kanály pro informování cestujících veřejné dopravy jsou:
  • Zastávkové informační panely či inteligentní označníky (zobrazují pravidelný odjezd spoje a jeho zpoždění).
  • Webový portál, ve kterém jsou prezentovány odjezdy z jednotlivých zastávek (možno použít v mobilních přístrojích) včetně „webových“ virtuálních označníků.
  • Vozidlové informační panely a zejména řešení návazností jednotlivých spojů (v podstatě „dynamický“ zastávkový označník ve vozidle).

Pro tuto funkci systému je nutno získat informace o poloze vozidel z GPS přijímače (omezeně pomocí lokalizačních smyček či infračervených majáčků), tuto zpracovat a poté přenášet buď pomocí (kombinované) privátní radiové sítě DP nebo pomocí GPRS/UMTS/3G technologií (systémy linkové dopravy).

Příprava dat pro informování cestujících a řízení dopravy

Přípravu dat pro komplexní systémy v dopravě lze rozdělit na několik úrovní:

  • Řešení dopravy jako celku, tj. základních principů fungování, jejichž výsledkem je zejména tvorba jízdních řádů. Snahy o maximální úsporu nákladů na dopravu se projevují budováním přestupních krajských systémů, které jsou založeny na návaznosti jednotlivých spojů. Toto levnější řešení dopravy však zvyšuje nároky na kvalitu řízení a koordinaci celého systému.
  • Z toho se odvíjí příprava dat do vozidel pro řidiče a cestující, do panelů zastávek (on a off-line režim) a případně do ostatních informačních kanálů – pro webové prezentace na internetu. Každá z těchto prezentací má jinou podobu danou typem informačního kanálu.
  • Doplňkové nastavení – řízení přenosové cesty ve formě automatického stavění výhybek, preference na křižovatkách, apod. Zde je obvykle dostačující vztah k jízdnímu řádu a popisu trasy.
  • Odbavení cestujících – tj. přiřazení příslušného ceníku či ceníků jednotlivým jízdám vozidla.
  • Data pro reklamu či obecné informace do vozidel – tj. i jejich případné provázání s informacemi o jízdě vozidla.

Součástí přípravy dat je i způsob přenosu těchto dat do vozidel. Tento se v současnosti obvykle děje ve vozovně (garáži či středisku), kdy je vozidlo odstaveno a to technologií WiFi v nastavené době v komunikačním systému ve vozovně, resp. po nastartování vozidla.

Data spojená s odbavením cestujících

Odbavení cestujících dnes vyvolává použití dalšího komunikačního systému. Komunikace s odbavovacími systémy se dnes provádí zpravidla jednou denně ve vozovně vyčtením dat o platbách a to v mnoha případech samostatným WiFi kanálem nebo někde méně často pomocí paměťových karet (kontaktních či bezkontaktních). Nově budované systémy, které umožňují placení bezkontaktními čipovými kartami ve vozidle, by měly mít k dispozici datový kanál i za jízdy, a to minimálně datové průchodnosti GPRS (přenosová rychlost je řádově desítky kb/s).

Doplňkové systémy pro dopravu

Protože veřejná doprava poskytuje službu pro mnoho obyvatel, je vhodné do těchto systémů integrovat i další informační systémy, které mají různý cíl a smysl působení. Jedná se o:

  • Reklama pro cestující ve vozidlech, příp. na zastávkách (zejména LCD panely ve vozidlech, přičemž datová náročnost aktualizace je až 500 MB).
  • Varovné a vyrozumívací systémy pro obyvatelstvo pro případ neočekávaných situací, kdy jejich integrace zvyšuje bezpečnost obyvatel. Jejich použití vyžaduje pomalý datový kanál a možnost hlasového informování cestujících.
  • Obecné informace z města, regionu řešící lokální situaci (nutno řešit způsob zadávání do systému).
  • Informační systémy pro nevidomé.
  • Internet ve vozidlech či na zastávkách.
Obr. č.2: Uspořádání komplexního informačního systému ve veřejné dopravě.

Obr. č.2: Uspořádání komplexního informačního systému ve veřejné dopravě.

Technické prostředky k řešení komunikací v systému

Základem celého systému je SW dispečinku s jednotným datovým a fónickým rozhraním, který musí být schopen koordinovat výše uvedené komunikace či pro ně poskytovat přenosový prostor v jednotlivých médiích s omezenou šířkou pásma (viz. níže). Vlastní „server CED“ se může skládat z několika serverů – komunikačního, aplikačního, GPS serveru, serveru nahrávání/stahování dat do vozidel, databáze, apod. Ty mohou být organizovány dle velikosti dopravce či IDS systému do jednoho či více počítačů či technologie „cloudu“. Komunikace zde probíhá po lokálních sítích s dostatečnou kapacitou. Problémem je spíše síťové řešení a zabezpečení přístupů (firewall, šifrování dat, apod.).

Základní způsob komunikace s vozidly veřejné dopravy lze rozdělit v závislosti na „obsluhovaném“ prostoru – na linkovou a městskou dopravu.

Veřejná linková doprava obsluhuje velké prostory, a proto zde není jiné rozumné řešení než použít služeb mobilních operátorů a jimi nabízených služeb GSM (hlasová služba – mobilní telefon) / GPRS (datová služba o rychlosti několika desítek kbit/s) / UMTS (3G) (rychlý přenos dat až několik Mbit/s) či nově LTE (teoreticky až více než 100 Mbit/s – začíná se u nás budovat). Použití GPRS/3G sítí je vhodné tam, kde se budou aktualizovat data o odbavení on-line (např. internetový prodej jízdenek, placení bankovními kartami ve vozidle, apod.). Tam, kde chce nabídnout dopravce služby veřejného internetu a zprovoznit WiFi pro cestující, je nutno použít UMTS (3G) sítě. Pokud jsou tyto technologie použity, lze jimi i provádět některé částečné aktualizace dat vozidlové informatiky či zajistit informování cestujících a řidiče o aktuálním stavu dopravy. Lze je též omezeně použít i pro datovou komunikaci s inteligentními zastávkami. A jak bylo uvedeno v záhlaví článku – toto je možné realizovat jednou až třemi připojeními GSM/GPRS/UMTS (to jsou ty 3 SIM karty) nebo pouze jedním připojením, které umí obsloužit vše.

Naproti tomu u městských dopravních podniků je vhodné použít privátní radiovou síť z důvodu nezávislosti, nízkých provozních nákladů a z důvodu funkčnosti při živelných pohromách. Výhodným řešením pro DP je použití kombinované sítě s přenosem dat (např. informace o poloze v intervalu 10 s) a hlasu pomocí jedné radiostanice. Nevýhodou je malá přenosová rychlost – 1,2 / 2,4 kbit/s, která je ale dostačující pro sledování polohy z hlediska řízení dopravy (nikoliv řešení odbavení). Podobná situace platí i pro původní systém TETRA (Terrestrial Trunked Radio), který ovšem vyžaduje více základnových stanic než standardní privátní radiová síť DP (přenosová rychlost 7,2 kbit/s). Toto neplatí pro poslední verzi standardu TETRA, která již podporuje komunikační rychlost 115,2 kbit/s nebo až 691,2 kbit/s při rozšířeném kanálu 150 KHz.

V rámci vozoven (garáží či středisek) se komunikace s vozidly navíc provádí pomocí WiFi sítí. Ty dnes slouží obvykle pro aktualizaci dat a pro stahování informací o průběhu jízdy (logy, záznam z tachografu, záznam z odbavovacího zařízení, apod.) a nahrazuje tak komunikaci u vozidel, které nemají žádné jiné připojení. Použití WiFi sítě poskytuje bezplatný „široký“ datový kanál na vozidlo (obvykle více jak 10 Mbit/s), ale jen v omezeném prostoru vozovny. Je vhodný zejména pro případ aktualizace dat v LCD displejích pro cestující ve vozidlech (např. až 500 MB). Aktualizace dat pomocí WiFi sítí ve vozidlech je následující:

  • buzení na vyžádání u odstaveného vozidla – nutno řešit zapojení napájení komunikujících komponentů a jejich postupné zapínání dle prováděné akce.
  • aktuálně pouze při příjezdu či výjezdu do/z vozovny – vhodné pro menší množství dat, protože doba je omezena dobou běhu systému do jeho vypnutí či do odjezdu z vozovny. Dalším problémem je, kdy se má provést aktualizace dat příslušných systémů ve vozidle.

Dalšími komunikacemi jsou komunikace s výhybkami včetně automatického stavění výhybek, s řadiči křižovatek z důvodu preference, s elektronickými informačními panely na zastávkách, s přijímači povelů od nevidomých, apod.

Přehled komunikací ve vozidle a s vozidlem

Na výše uvedený systém musí navazovat komunikace ve vozidlech veřejné dopravy, a to jak vnitřní (vedenou po sběrnicích ve vozidle), tak vnější do okolí vozidla (radiové či světelné vlny).
Vnitřní komunikace ve vozidle:

Obr. č.3: Komunikace vně (antény) a uvnitř vozidla (sběrnice).

Obr. č.3: Komunikace vně (antény) a uvnitř vozidla (sběrnice).

  1. Sběrnice standardu IBIS o rychlosti 1200 bit/s s integrovanou schopností nahrávání vnějších a vnitřních směrových ukazatelů (zastaralá 7-bitová sběrnice).
  2. Sběrnice RS 485 s různými komunikačními rychlostmi – levné řešení přenosu dat ve vozidlech, ale bez definovaného standardu komunikačních protokolů (vhodné pro firemní řešení).
  3. Ethernet – moderní sběrnice pro LAN sítě s definovanými obecnými protokoly přenosu dat – vyžaduje však složitější rozvody sběrnic ve vozidle a je tak o něco dražší než dvě předchozí.
  4. CAN – technologická sběrnice vhodná pro řídicí procesy ve vozidle. Z hlediska informačních systémů se používá zejména pro předání údajů do tachografu vozidla.
  5. Kamerový systém propojený analogovými vodiči a další sběrnice.

Vnější komunikace vozidla:

Vnější komunikace jsou dány většinou komunikací pomocí radiových signálů (inframajáky – přenos dat pomocí infračerveného světla – se dnes příliš nepoužívají). Jedná se o:

  1. přijímače GPS signálu (Global position system) pro sledování polohy vozidla s přesností až 2,5 m (např. technologie SiRF star IV) či horší,
  2. WiFi na frekvenci 2,4 GHz nebo 5,8 GHz pro rychlé přenosy dat ve vozovnách,
  3. krátkodosahové komunikace pro „buzení“ palubního počítače vozidla ve vozovně či případnou komunikaci za jízdy s dopravní cestou (typ „nezarušitelné“ komunikace FHSS) charakteristické nízkým příkonem,
  4. povelové přijímače signalizace od nevidomých na frekvenci 86,790 MHz,
  5. privátní radiová síť PMR (private mobile radio) pro městské dopravní podniky umožňující přenos dat a hlasu, příp. preferenci na křižovatkách,
  6. technologie mobilních operátorů – GSM/GPRS/UMTS (3G) a nově i LTE – pro komunikaci s centrálním dispečinkem, clearingovým centrem a veřejným internetem zejména v linkové dopravě,
  7. technologie na stavění výhybek u závislé trakce u městských dopravních podniků (v ČR existuje několik různých systémů),
  8. komunikace s řadiči křižovatek, která může být integrována do radiové sítě dopravního podniku či může být řešena nezávislým radiomodemem formou přímé komunikace vozidlo – řadič křižovatky.

Jaké je východisko dle dnešního rozvoje datových komunikací vozidla?

Shrňme velikost datových toků nutných pro jednotlivé systémy:

  1. Sledování polohy vozidel a komunikace s dispečinkem – toto množství dat závisí od délky provozu vozidla v daném dni (zprávy o poloze, servisní zprávy o funkčnosti systému, zprávy o odjezdech ze zastávky, odhlášení a přihlášení, apod.) – počet dat za 16 hodin provozu může být až 700 kB a v podstatě závisí od zvoleného časového intervalu sledování vozidla (6 sekund až 20 sekund). Jedná se o službu, která odesílá pravidelně krátká data (8-20 bajtů). Data končí na serveru dopravce nebo IDS.
  2. Dalším systémem je odbavovací systém. Ten vyžaduje přenos dat jednou za několik dní nebo i u systémů s bezkontaktní čipovou kartou i několikrát denně. Přenos probíhá ve formě souborů, které musí minimálně obsahovat kontrolní součty jako minimální zabezpečení a u vybraných údajů musí mít i ochranu šifrováním. Množství denních dat závisí na způsobu provozu a může být od několika desítek kilobajtů do 1 MBajtu (záleží na způsobu použití).
  3. Třetím systémem je veřejný internet do vozidel – objem dat je zde těžko předvídatelný a může dosahovat až stovek Mbajtů za den. Z toho plyne, že z hlediska provozu je toto datově nejnáročnější systém.

Zjednodušeně jsou datové toky od jednotlivých systémů organizovány dle následujícího obrázku. Zde je zachycena jednotná virtuální síť dopravce či provozovatele IDS. V přístupovém bodě do této sítě (APN) se datové toky rozdělí na toky do veřejného internetu a na toky do příslušného systému – dispečink, odbavení, příp. reklama či aktuality na LCD ve vozidlech. Protože mobilní operátoři mají zpoplatněno, pokud vozidlo či zastávkový panel mají jimi přidělenou IP adresu, je vhodné vybudovat tzv. „radius server“, který tuto IP adresu přiděluje dle nastaveného klíče a adresy GSM modemu – tzv. IMEI (15místné číslo) na serveru provozovatele.

Obr. č.4: Ukázka řešení „komunikace s jednou SIM kartou“ se službou internet do vozidel.

Obr. č.4: Ukázka řešení „komunikace s jednou SIM kartou“ se službou internet do vozidel.

Závěr

Pokud tedy dáme všechny tyto výše uvedené datové služby v systému veřejné dopravy do jedné, je nutno zajistit respektování priorit zpráv a služeb s tím, že veřejný internet má nejnižší prioritu. První dvě služby – sledování (nejvyšší priorita zpráv) a odbavení – jsou směrovány vnitřní virtuální datovou sítí uvnitř sítě mobilního operátora na server dopravce či IDS bez časového omezení, veřejný internet je „vyveden“ přímo z vozidla nastavením provozu SIM karty nebo přes „speciální“ datový tunel je směrován do veřejného internetu. Aby bylo možno systémy takto provozovat, je samozřejmě nutné mít vhodné vybavení vozidla.

Pokud bude systém takto vybaven, je jeho kapacita dostatečná k tomu, aby bylo možno splnit všechny požadavky na nové komplexní systémy v dopravě. Vzhledem ke sníženým cenám za datové služby pro veřejný internet (data bez omezení) jsou data vzniklá provozem sledování vozidla a odbavení zanedbatelná vůči množství dat tekoucích z veřejného internetu. Co musí takto budované systémy zajistit je priorita jednotlivých služeb, protože pokrytí signálem pro rychlé datové přenosy (UMTS či nově LTE) není v oblastech s nižší hustotou obyvatelstva dostačující a tehdy by požadavky na veřejný internet mohly znemožnit sledování polohy vozidel.

Tato koncepce tak umožňuje víceméně zrušit i budování WiFi sítí ve vozovnách, protože všechna data je možné získávat bezprostředně. A tak jediné, co může zůstat problematické, je on-line aktualizace dat v LCD pro cestující v případě, že se budou nahrávat dlouhé videospoty ve vysoké kvalitě rozlišení (řádově až 100 Mbajtů) nebo se budou stahovat data z bezpečnostních kamer. Pro ně stále zůstává výhodou jejich aktualizace ve vozovnách a tedy použití WiFi sítí. Dalším důvodem je existence záložního komunikačního systému.