ПРИМЕНЕНИЕ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопрос организации видеонаблюдения на переездах железнодорожного транспорта и выбор беспроводной технологии для передачи видеоизображений с переезда в кабину машинисту в режиме online.

ABSTRACT

The article discusses the issue of organizing video surveillance at railway crossings and the choice of wireless technology for transmitting video images from the move to the driver's cab online.

Ключевые слова: поездная радиосвязь, видеонаблюдение, мобильная связь, безопасность движения поездов, своевременность прибытия поездов, железнодорожный переезд, беспроводная связь, Wi-Fi

Keywords: train radio communication, video surveillance, mobile communication, train safety, timeliness of train arrival, level crossing, wireless communication, Wi-Fi.

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный переезд является местом пересечением железнодорожного с автомобильном транспортом, и порой застрявший автомобиль (или другие препятствия) являются больший угрозой для безопасности движения и своевременности прибытия  поездов. Организация видеонаблюдения с использованием беспроводных технологий на железнодорожном транспорте является актуальной задачей. Для принятия правильного решения, машинист должен иметь возможность заранее оценить обстановку на переезде по видеоизображению (на расстояния не менее 2 км до переезда) и вовремя без ущерба затормозить [1].  Самый простым вариантом является установка на переезде видеокамер, а передача видеоизображений в кабину машиниста может осуществляться с помощью беспроводных технолигий. Для организации видеонаблюдения на железнодорожных переездах необходимо решить две задачи:

1 задача – выбор оптимальной видеокамеры;

2 задача – выбор технологии беспроводного доступа, для обеспечения передачи видеоизображения.

МЕТОДЫ

В настоящее время огромное внимание уделяется энергоэффективным технологиям передачи данных, а также технологиям, которые могут предоставлять услуги пассажирам на станциях (вокзалах) и непосредственно при движении поезда внутри него: WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), Wi-Fi (Wireless Fidelity). Любая система (технология) может одновременно соответствовать только лишь двум техническим характеристикам из трех: скорость передачи, энергоэффективность и дальность связи [2-13].

На современном этапе развития сетевых технологий, технология беспроводных сетей Wi-Fi является наиболее удобной в условиях требующих мобильность, простоту установки и использования. Основными диапазонами Wi-Fi считаются 2.4 ГГц /12 см (2412 МГц-2472 МГц) и 5 ГГц /5 см (5160-5825 МГц). Перспективным направлением в развитии технология Wi-Fi является использование частотных диапазонов выше 5 ГГц. При этом становится возможной передача большого объема данных полезной нагрузки в режиме реального времени.

Сигнал Wi-Fi может передаваться на километры даже при низкой мощности передачи, но для приема Wi-Fi сигнала с обычного Wi-Fi маршрутизатора на далеком расстоянии нужна антенна с высоким коэффициентом усиления. Беспроводная технология Wi-Fi работает на основе стандартов IEEE 802.11. Стандарт IEEE 802.11n основан на технологии OFDM-MIMO. Очень многие реализованные в нем технические детали позаимствованы из стандарта 802.11a, однако в стандарте IEEE 802.11n предусматривается использование как частотного диапазона, принятого для стандарта IEEE 802.11a, так и частотного диапазона, принятого для стандартов IEEE 802.11b/g.

В технологии MIMO применяются несколько антенн различного рода, настроенных на одном и том же канале [14]. Каждая антенна передает сигнал с различными пространственными характеристиками [15]. Таким образом, технология MIMO использует спектр радиоволн более эффективно и без ущерба для надежности работы.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Произведем расчет для определения дальности работы канала технологии Wi-Fi.

Для расчета дальности работы канала, определим суммарное усиление системы передачи по формуле:

 ,                (1)

где,  – мощность передатчика (паспортные данные устройства);

 – коэффициент усиления передающей антенны (паспортные данные устройства);

 – коэффициент усиления приемной антенны (паспортные данные устройства);

 – чувствительность приемника на данной скорости;

 – потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах передающего тракта;

– потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах приемного тракта.

Далее определим потери в свободном пространстве по формуле:

                                                      (2)

где SOM (System Operating Margin) – запас в энергетике радиосвязи (дБ), который учитывает возможные факторы, отрицательно влияющие на дальность связи, такие как:

− температурный дрейф чувствительности передатчика;

− всевозможные атмосферные явления: туман, снег, дождь;

− рассогласование антенны, приемника, передатчика с антенно-фидерным трактом.

Параметр SOM обычно берется равным 10 дБ. Считается, что такой запас по усилению достаточен для инженерного расчета.

Для расчета дальности связи между двумя точками для различного диапазона (F) необходимо воспользоваться формулой:

                                                 (3)

Оборудование стандартов 802.11 работает на частотах 2.4 ГГц и 5 ГГц. Разные частоты имеют свои преимущества и недостатки. На частоте 2.4 ГГц можно добиться увеличения радиуса действия сигнала, но при этом мощность станет меньше и количество устройств, подключаемых к роутеру сократится. И наоборот, на частоте 5 ГГц можно увеличить мощность, но при этом расстояние действия сигнала станет значительно меньше.

Частота 2.4 ГГц является на сегодняшний день самой распространенной для передачи информации по Wi-Fi. Эта частота имеет довольно мало непересекаюўихся каналов – 3, в то время как частота 5 ГГц использует 19. Такое небольшое число каналов может вызывать потерю скорости и даже качества передачи данных, что будет заметно при обмене пакетами в реальном времени.

Одним из негативных факторов является наличие «побочных шумов» в беспроводном канале, которые ухудшают прохождение сигнала.

Устройства с поддержкой 5 ГГц могут работать непосредственно без задержек, т.к. имеют больше непересекающихся «полос», и даже выдавать большую скорость нежели на частоте 2.4 ГГц [13-14].

Для примера выберем роутер сатнадарта 802.11 a/n/AirMax, работающий на частотет 5 ГГц (таблица 1).

Таблица 1

Основные характеристики роутера стандарта технологии Wi-Fi 

Произведем расчет дальности связи для данного типа роутера на рабочей частоте 5 ГГц:

,

,

.

ВЫВОД

Таким образом при правильном подходе решения поставленных задач при выборе беспроводной технологии необходимо учитывать все параметры и характеристики, предъявляемые к тому или иному виду связи. Представленные виды технологии могут найти свое место при организации перевозочного процесса на железнодорожном транспорте и предоставление качественных услуг пассажирам. В данной работе представленная модель беспроводной технологии Wi-Fi работает на частоте 5 ГГц, что хотя и накладывает некоторые требования относительно наличия прямой видимости, но также дает возможность вести передачу на более высоких скоростях.

Список литературы:

1. Яронова Н.В., Шосалманов А.Х., Аметова А.А. Организация видеонаблюдения на перрездах железнодорожного транспорта // The Scientific Heritage. ­– 2021. – № 62-1 (62). – С. 53-56.
2. Закиров В.М., Аметова А.А., Оценка качественных показателей процесса обслуживания железнодорожного транспорта // The Scientific Heritage. ­– 2021. – № 66-1 (66). – С. 36-39.
3. Закиров В.М., Аметова А.А. Анализ эффективности систем обслуживания сервисных услуг // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 11(92). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12632
4. Яронова Н.В., Аметова А.А. Использование беспилотных летательных аппаратов для передачи данных // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 11(92). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12562 
5. Курбанов Ж.Ф., Колесников И.К, Яронова Н.В. Основы цифровой и интеллектуальной системы железнодорожной связи // The Scientific Heritage. ­– 2020. – № 55-1 (55). – С. 26-32.
6. Курбанов Ж.Ф., Колесников И.К, Яронова Н.В. Современная цифровая связь железной дороги // The Scientific Heritage. – 2020. – № 55-1(55). – С. 23-26.
7. Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Стандартизация требований для систем беспроводной связи // Автоматика, связь, информатика. – 2020. – № 4. – С. 38-42.
8. Роенков Д.Н., Яронова H.В. Атмосферные оптические линии связи // Автоматика, связь, информатика. – 2016. – № 11. – С. 7-10.
9. Роенков Д.Н., Яронова H.В. Технология "стриж" и перспективы ее применения // Автоматика, связь, информатика. – 2017. – № 9. – С. 9-12.
10. Роенков Д.Н., Яронова H.В. Квантовые линии связи // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 9. – С. 23-28
11. Яронова Н.В., Аметова А.А. Построение «smart» электросети с применением инновационных технологий // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 9(90). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12289
12. Яронова Н.В., Аметова А.А. Построение «smart» network на основе технологии «region - district – city» // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12392
13. Яронова Н.В., Шосалманов А.Х., Ходжамов Ш.Ф. Возможности применения на железнодоророжном транспорте технологий беспроводной связи // The Scientific Heritage. ­– 2021. – № 63-1 (63). – С. 69-72.
14. Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Технология MIMO для подвижной связи 5G // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 8. – С. 21-25.
15. Yaronova N.V., Ametova A.A., Mirzaeva A.B. Application of computer-aided design systems for calculating the parameters of stationary antennas in the hectometer range // Актуальные научные исследования в современном мире. – 2021. – № 5-1 (73). – С. 107-113.