BRPI0806179A2 - método de comunicação com um comboio de veìculos - Google Patents

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Abstract

MéTODO DE COMUNICAçãO COM UM COMBOIO DE VEìCULOS. Uma rede de comunicação direta específica segura para se comunicar com um comboio de veículos usando a rede de comunicação direta específica é provida. O método inclui comunicar sinais de comunicações de faixa relativamente longa a um roteador de comboio. O roteador do comboio é um veículo selecionado entre os veículos do comboio. O método inclui adicionalmente formar uma rede de comunicação direta específica com os veículos para comunicar sinais de comunicação de faixa relativamente curta entre os veículos em um comboio, onde cada veículo no comboio utiliza informação de reconhecimento detectada para determinar a topologia da rede de comunicação e cada veículo encaminha mensagens com base na descoberta topologia de rede.

Description

MÉTODO DE COMUNICAÇÃO COM UM COMBOIO DE VEICULOS
Fundamentos
Algumas aeronaves e outros veículos militares sãoprojetados para ocultar sua detecção por parte de seusinimigos. Por exemplo, os aviões são tornados ocultos demodo a eles serem difíceis de serem pegos pelo radar. Demodo similar os submarinos são tornados ocultos porreduzirem os ruídos que fazem enquanto transitam pela água.Do mesmo modo os tanques são coloridos de modo a confundirsua cor com as do ambiente em que se encontram. Um métodousado para determinar a presença de veículos militares emum comboio é através da comunicação entre os centros decomando e os veículos ou entre os veículos no comboio.Ainda as comunicações estiverem criptografadas, o número deveículos no comboio pode ser determinado com base no númerode sinais de comunicações e entre os membros do comboio.Além disso, a descoberta do número de veículos em umcomboio pode dificultar seriamente as operações de umamissão.
Pelos motivos estabelecidos acima e por outrosmotivos apresentados adiante os quais serão evidentes paraaqueles usualmente versados na técnica quando da leitura ecompreensão da presente especificação, existe umanecessidade na arte quanto a um método para impedir umnúmero de veículos em um comboio de serem detectadosatravés dos sinais de comunicação.
Sumário da Invenção
Os problemas dos sistemas usuais acima mencionadossão tratados pelas modalidades da presente invenção e serãocompreendidos através da leitura e do estudo daespecificação apresentada a seguir. 0 sumário seguinte éfeito por meio do exemplo e não por meio de limitação. Eleé provido simplesmente para auxiliar o leitor nacompreensão de alguns aspectos da invenção.
Em uma modalidade,, um método de comunicação com umcomboio de veículos é provido. 0 método inclui comunicarsinais de comunicações de faixa relativamente longa a umroteador de comboio. 0 roteador do comboio é um veículoselecionado entre os veículos do comboio. 0 método incluiadicionalmente formar uma rede de comunicação diretaespecífica com os veículos para comunicar sinais decomunicação de faixa relativamente curta entre os veículosem um comboio, onde cada veículo no comboio utilizainformação de reconhecimento detectada para determinar atopologia da rede de comunicação e cada veículo encaminhamensagens com base na descoberta topologia de rede.
Breve Descrição dos Desenhos
A presente invenção pode ser mais facilmenteentendida e suas vantagens adicionais e usos maisfacilmente evidentes, quando considerados em vista dadescrição detalhada e das Figuras apresentadas adiante, nasquais:
A Figura 1 é uma ilustração de um comboio deveículos que utilizam uma rede de comunicação diretaespecífica de uma modalidade da presente invenção;
A Figura 2 é um diagrama de bloco do sistema decomunicações de alguns veículos que constituem a rede decomunicação direta específica de uma modalidade da presenteinvenção; e
A Figura 3 é um fluxograma de um método decomunicar mensagens dentro de um comboio de veículos de umamodalidade da presente invenção.
De acordo com a prática comum, as diversascaracterísticas descritas não estão desenhadas em escalamas são desenhadas para enfatizar as característicasespecíficas mais importantes para a presente invenção.Caracteres de referência denotam elementos semelhantes notranscurso das Figuras e do texto.
Descrição Detalhada
Na descrição detalhada apresentada adiante, é feitareferência aos desenhos que acompanham, os quais fazemparte dela, e nos quais é mostrado apenas a título deilustrações modalidades específicas nas quais a invençãopode ser praticada. Essas modalidades estão descritas emdetalhes suficientes para permitir àqueles usualmenteversados na técnica praticar a invenção, e é para serentendido que outras modalidades podem ser utilizadas e quealterações lógicas, mecânicas e elétricas podem ser feitassem se afastar do espirito e escopo da presente invenção. Adescrição detalhada apresentada adiante não é, portanto,para ser tomada em um sentido de limitação, e o escopo dapresente invenção está definido apenas pelas suasreivindicações e equivalentes.
Modalidades da presente invenção proporcionam ummétodo de manter as comunicações entre os membros de umcomboio de veículos indectáveis a uma distância. Issoimpede a prática da identificação da comunicação nadeterminação do número de veículos era um comboio. Em umamodalidade, um dos veículos é designado como o roteador docomboio. O roteador do comboio pode estar em comunicaçãocom uma estação em terra por meio de uma via segura de umSistema de Informação com Endereçamento através deComunicação por Aeronave (ACARS). Um ACARS tipicamente secomunica com sinais de rádio ou de satélite de faixarelativamente longa. 0 roteador do comboio forma uma redede comunicação direta específica com outros veículos nocomboio. A comunicação entre os veículos na rede decomunicação direta específica é através do uso de sinais decomunicação de muito alta freqüência (VHF) em faixarelativamente curta. Em modalidades, a rede de comunicaçãodireta específica é formada usando a informação da posiçãoe informação de ID transmitidas proveniente do equipamentode reconhecimento em cada um dos veículos para descobrir atopologia da rede de comunicação. Com base na topologia, ossinais de comunicação são passados a um veículo de destino (nó).
Referindo à Figura 1, uma ilustração de um comboiode veículos (nesse exemplo aeronaves) que constituem umarede de comunicação direta específica 10Ò de uma modalidadeé mostrada. Nesse exemplo, sinais relativamente fortes,tais como os sinais usados com ACARS, são usados para secomunicar entre o roteador do comboio 102 e uma estação emterra 106. Todavia, como também ilustrado esse sinalrelativamente forte que está em comunicação entre oroteador do comboio 102 e um transceptor 108 da estação emterá 106 podem ser detectados por um receptor 112 de umsistema de detecção 110. Em modalidades, a troca decomunicações entre um roteador de vôo 102 e a estação emterra 106 são as únicas comunicações que o sistema dedetecção 110 pode detectar. Essas comunicações ACARS sãocriptografadas de modo a que o conteúdo da mensagem nãopossa ser determinado. Todavia, como estabelecido acima, osistema de detecção será capaz de determinar que um veículo(nesse caso o roteador do comboio 102) está em comunicaçãocom uma estação em terra 106. Em modalidades, sinais defaixa relativamente curta tais como sinais de comunicaçãoem VHF são usados para as comunicações entre os veículos docomboio. Uma rede de comunicação direta específica 100 deveículos (102 e 104-1 até N) é usada para passar mensagensde comunicações entre os veículos no comboio. Os veículos102 e 104-1 até 104-N podem ser geralmente referidos comonós de comunicações, ou simplesmente nós 102 e 104-1 até104-N. Também, em modalidades, a topologia da rede decomunicação é descoberta usando sinais de reconhecimentogerados pelo equipamento interno de reconhecimento em cadamembro do comboio. Portanto, as mensagens de comunicaçãoentre os nós não necessitam de cabeçalhos longos quedeterminem a informação de posicionamento para sedeterminar a topologia. Outro ponto de faixa curta paraindicar métodos de comunicações além dos sistemas decomunicação VHF estão contemplados os quais incluem, masnão estão limitados a, sistemas de comunicação de altafreqüência (HF) , sistema de comunicação por microondas,outros sistemas de comunicação por radiofreqüência (RF) bemcomo sistemas de comunicação a laser controlados porcomputador.
No exemplo da Figura 1, a estação em terra 106precisa enviar uma mensagem para a totalidade dos veículos(nós) 120 e 104 (-1-N) no comboio. Como ilustrado, amensagem é primeiramente enviada para o roteador do comboio102 por meio de um sinal de comunicação ACARS. O roteadorde comboio 102 então determina a topologia da rede decomunicação do comboio que determina a rota mais eficientee confiável para enviar a mensagem para os outros membrosdo comboio. Nesse exemplo, os veículos 104-1, 104-2 e 104-Nestão em faixa de comunicação direta do roteador de comboio102. Portanto, o roteador do comboio com base na topologiadeterminada envia a mensagem de comunicação aos veículos104-1, 104-2, 1-4-N diretamente. Também, baseado natopologia, o roteador de comboio 102, direciona o veículo(nó) 104-2 para passar a mensagem recebida para o nó 104-3e nó 104-4. Uma vez o nó 104-2 tenha a mensagem, o nó 104-2irá determinar a topologia então vigente do comboio. Combase na topologia, o nó 104-2 irá determinar a rota maiseficiente e confiável. Nesse exemplo, o nó 104-3 está nafaixa do nó 104-2 e desse modo a mensagem é diretamenteenviada para o nó 104-3.. Todavia, o nó 104-4 não estádentro de sua faixa de comunicação VHF. Entretanto, nesseexemplo, o nó 104-2 determinou com base na topologia que umcaminho através de 104-3 era a rota mais eficiente econfiável para o nó 104-4. Portanto a mensagem para o nó104-4 é passada para o nó 104-3. O nó 104-3 irá entãodeterminar a topologia então vigente como discutido acima ea mensagem será enviada com base na rota mais eficiente econfiável. Nesse exemplo, o nó 104-4 está na faixa do nó104-3 e um caminho de Comunicação direta é usado. Uma vezque as comunicações entre os membros do nó possuem urnafaixa relativamente curta, o sistema de detecção 110 nãópode detecta-los. Portanto o único sinal de comunicaçãodetectado pelo sistema de detecção 110 é a comunicaçãoentre o roteador do comboio 102 e a estação em terra 106 e,portanto, o número total de veículos no comboio não podeser determinado pelos sinais de comunicação.
A Figura 2 ilustra uma rede de comunicação diretaespecifica 200 que se comunica entre os veículos (ou nós)usando sinais de comunicação de faixa relativamente curta.A rede de comunicação 200 nesse exemplo é constituída daaeronave 202, 204 e 206. Será entendido que os diagramas debloco mostram apenas partes das aeronaves 202, 204 e 206que sejam relevantes para a presente invenção. Nesseexemplo, a primeira aeronave 202, o roteador de comboio202, deseja enviar uma mensagem por meio da rede decomunicação direta específica 200. A primeira aeronave 202está ilustrada composição possuindo equipamento dereconhecimento 201, uma função de gerenciamento decomunicações (CMF) 210, um transceptor de reconhecimento212, uma antena de reconhecimento 216, um transceptor decomunicação 214, uma antena de comunicação 218, um ACARS250 e um transceptor ASCAR 252. O sistema ACARS é usadopara sinais de comunicação relativamente longos. Outrostipos de sistemas de comunicações podem ser usados. Oequipamento de reconhecimento 201 pode ser um sistematransponder ou semelhante. A segunda aeronave 204 estáilustrada como possuindo equipamento de reconhecimento 203,uma CMF 221, um transceptor de reconhecimento 220, antenade reconhecimento 224, transceptor de comunicação 222 eantena de comunicação 226. Do mesmo modo, a terceiraaeronave 206 está ilustrada como incluindo equipamento dereconhecimento 205, CMF 242, transceptor de reconhecimento228, antena de reconhecimento 230, transceptor decomunicação 244 e antena de comunicação 240. Será entendidoque a segunda e terceira aeronaves 204 e 206 podem tambémincluir sistemas ACARS {não mostrado) embora elas possamnão utiliza-los para a comunicação a menos que eles sejamdesignadas como o roteador do comboio.
0 equipamento de reconhecimento 201, 203 e 205 éusado pela respectiva aeronave 202, 204 e 206 paraperiodicamente difundir pelo menos a posição delas e a IDpara as outras aeronaves e sistemas em terra. Um exemplo deum tipo de equipamento de reconhecimento 201 é um deRadiodifusão de Reconhecimento Dependente Automático (ADS-B). O propósito primário do ADS-B é criar notificação dotráfego situacional para ambos pilotos e controladores dotráfego aéreo. Um outro exemplo de equipamento dereconhecimento são os Sistemas Consultivos e de Conflitosde Tráfego (TCAS) . Um sistema TCAS proporciona os dadosposicionais de uma aeronave em resposta a uma interrogaçãopor uma outra aeronave com um interrogador TCAS. Ainda umoutro exemplo de um sistema planejado de reconhecimento éuma Redifusão de Reconhecimento Dependente Automático (ADS-R). Um ADS-R transmite dados de intenção posicionai e devôo para uma aeronave proveniente de múltiplas fontes dedados, originárias de uma fonte de reconhecimentoaerotransportada, fonte de reconhecimento baseada em terraou ambos. Modalidades da presente invenção utilizam dadosprovenientes do equipamento de reconhecimento para adescoberta da topologia.
No exemplo da Figura 2, o equipamento dereconhecimento 205 da terceira aeronave 206 proporcionainformação tal como sua ID e sua posição para o transmissorde reconhecimento 228. 0 transmissor de reconhecimento 228envia uma mensagem 230 por meio da antena de reconhecimento230 relativamente à informação. Essa mensagem é recebidapelo receptor de reconhecimento 212 por meio da antena dereconhecimento 216 da primeira aeronave 202. Tambémilustrado, é o equipamento de reconhecimento 203 na segundaaeronave 204 que proporciona pelo menos informação daposição e informação de ID ao seu transmissor dereconhecimento 220. 0 transmissor de reconhecimento 220transmite a mensagem 232 que inclui a pelo menos informaçãoda posição e informação de ID por meio da antena dereconhecimento 224 para o transceptor de reconhecimento 212da primeira aeronave 202 por meio da antena dereconhecimento 216. Portanto, nesse exemplo, a primeiraaeronave 202 possui informação de posição de ambas asegunda e terceira aeronave 204 e 206. O CMF 210 daprimeira aeronave toma a informação de posição 234 dasegunda e terceira aeronave 204 e 206 e cria uma topologiada rede de comunicação 200. O CMF 210 utiliza a topologiadescoberta para determinar onde enviar seu sinal decomunicação 240. No exemplo da Figura 2, o CMF 210determinou a segunda aeronave 204 provido a melhor via paraseu sinal de comunicação 240 baseado na topologiadescoberta.
A primeira aeronave 202 utiliza seu transceptor decomunicação 216 para transmitir o sinal de comunicação 24 0para a segunda aeronave 204 por meio da antena decomunicação 218. A segunda aeronave 204 recebe o sinal decomunicação 24 0 por meio de sua antena de comunicação 226 eseu transceptor 222. A segunda aeronave 204 irá entãodescobrir a topologia de sua rede de comunicação como aprimeira aeronave 202 o fez, para determinar onde emseguida enviar o sinal de comunicação em sua rota para suadestinação.. Se o equipamento de reconhecimento na aeronaveé capaz de proporcionar informação completa da topologia(por exemplo, um sistema ADS-B ou ADS-R onde os sistemas emterra redifundem dados de reconhecimento)., nós nasvizinhanças (aeronaves) e a inteira topologia da rede decomunicação são determinados usando os dados dereconhecimento sem a necessidade quanto a trocas demensagens de saudação ou informação da topologia. Essamodalidade evita todas os custo adicionais associados com adescoberta de vizinho. Embora essa modalidade seja menospreferida ela ainda proporciona uma significativa reduçãode custo adicional.
Em referência aos transceptores de reconhecimento212, 220 e 228 e os transceptores de comunicação 214, 222 e244, o termo "transceptor" é significado como um termogenérico que descreve uma unidade de combinação com ambasas funcionalidades de transmissor e de receptor. Todavia,como aqueles usualmente versados na técnica irãocompreender, a invenção poderá funcionar igualmente bem sea função transceptor estivesse fisicamente representada emduas unidades separadas, uma sendo um transmissor e a outrasendo um receptor. Portanto, a presente invenção não estálimitada a transceptores.
A Figura 3 ilustra um fluxograma de comunicação 300de acordo com uma modalidade. Nesse exemplo, de umamodalidade, uma mensagem criptografada é enviada para oroteador de comboio (301) . Em uma modalidade este é umsinal de comunicação ACARS (isto é um sinal de rádio ou desatélite). Em outras modalidades, outros tipos de sinais defaixa relativamente longa que sejam criptografados sãousados para comunicar sinais para o roteador de comboio.Uma vez a mensagem chegue ao roteador de comboio, oroteador de comboio determina se a mensagem é para serpassada a um ou mais dos nós (302) . Se a mensagem não épara ser passada para eles (302), é determinado se o nó (ounós) de destino estão dentro da faixa (303) . Se o nó (ounós) de destino está dentro da faixa de comunicação, amensagem é enviada ao nó de destino e o processo termina(305,). Entretanto7 se o nó (ou nós) de destino não estiverdentro da faixa de comunicação, uma rede de comunicaçãodireta especifica é usada para entregar a mensagem. A redede comunicação direta especifica tira vantagem datransmissão continua da informação de reconhecimento pelaaeronave ou outras fontes. Como ilustrado,, na Figura 3, aaeronave de origem monitora a informação de comboio (304).A topologia vigente da rede de comunicação é determinadapela CMF com base na informação de reconhecimento (308). Emseguida a topologia vigente é armazenada em uma base dedados (309). Esse monitoramento e armazenamento, comoilustrado, é continuamente reciclado por cada membro docomboio através de uma taxa de freqüência selecionada. Comotambém ilustrado no fluxograma de comunicação 300 da Figura3, quando a rede de comunicação é necessária para entregaruma mensagem, a CMF do nó que envia a mensagem determina arota mais eficiente e confiável na rede de comunicação combase na então topologia vigente armazenada (310). Aconfiabilidade e longevidade da rota da rede de comunicaçãopara futuras mensagens de tráfego para a mesma destinaçãoem terra pode ser ainda mais aprimorada mediante levar emconta a trajetória pretendida da outra aeronave. Isso podeser conseguido mediante utilizar dados de posicionamento,dados de intenção da aeronave, e propriedades do enlace decomunicação, para predizer quando os enlaces existentesirão quebrar, quando novos enlaces se tornarão disponíveis,e avaliar a confiabilidade de enlace aeronave-aeronave combase na proximidade das aeronaves. Uma vez seja determinadaa rota mais eficiente e a mais confiável (310), a mensagemde comunicação é transmitida para o próximo nó selecionado(312). Uma vez a mensagem de comunicação seja recebida nópróximo nó (314), o próximo no determina se ele está dentroda faixa de comunicação do nó de destino (301). O processocontinua até que a mensagem seja recebida pelo nó dedestino (303).
Os métodos e técnicas usadas pela CMF como descritoacima na descoberta da topologia podem ser implementados emcircuitos elétricos de eletrônica digital, ou com umprocessador programável (por exemplo, um processador depropósito especial ou um processador de propósito geral talcomo um computador), firmware, software, ou em combinaçõesdesses. Equipamentos de materializam essas técnicas podemincluir apropriados dispositivos de entrada e de saída dedados, um processador programável, e um meio dearmazenamento que materialize de modo tangível asinstruções do programa para execução pelo processadorprogramável. Um processo que materializa essas técnicaspode ser realizado por um processador programável queexecuta um programa de instruções para realizar dunsdesejadas mediante operar no dado de entrada e gerar oapropriado dado de saída. As técnicas podem serimplementadas de modo vantajoso em um ou mais programas quesejam executáveis em um sistema programável incluindo pelomenos um processador programável acoplado para receberdados e instruções de, e para transmitir dados e instruçõespara, um sistema de armazenamento de dados, pelo menos umdispositivo de entrada de dados, e pelo menos umdispositivo de saída de dados. No geral, um processador iráreceber instruções e dados provenientes de uma memória desomente leitura e/ou uma memória de acesso randômico.
Dispositivos de armazenamento adequados para materializarde modo tangível instruções de programa de computador edados incluem todas as formas de memória não volátil,,incluindo a título de exemplo dispositivo semicondutores dememória, tais como EPROM, EEPROM, e dispositivos de memóriaflash; discos magnéticos tais como discos rígidos internose discos removíveis; discos magnético-óticos; e discos DVD.Qualquer dos mencionados podem ser suplementados, ouincorporados, em circuitos integrados de aplicaçãoespecífica especialmente projetados (ASICs).
Embora as modalidades específicas tenham sidoilustradas e descritas aqui, será notado por aquelesusualmente versados na técnica que quaisquer disposições,as quais sejam calculadas para conseguir o mesmo propósito,pode ser substituto para as modalidades específicasapresentadas. Esse pedido é pretendido cobrir quaisquer detais adaptações ou variações. Portanto, é manifestamentepretendido que essa informação esteja limitada apenas pelasreivindicações e seus equivalentes.

Claims (8)

1. MÉTODO DE COMUNICAÇÃO COM UM COMBOIO DEVEÍCULOS, o método caracterizado por compreender:comunicar sinais de comunicação relativamentelongos a um roteador de comboio (301), o roteador decomboio sendo selecionado de um dos veículos no comboio; eformar urna rede de comunicação direta específicacom os veículo para comunicar sinais de comunicaçãorelativamente curtos entre os veículos no comboio, ondecada veículo no comboio utiliza informação dereconhecimento (304) detectada para determinar a topologiada rede de comunicação (308) e cada veículo roteiamensagens (312) com base na topologia de rede (308)descoberta.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por adicionalmente compreender:passar mensagens para um ou mais veículos nocomboio a partir de uma estação em terra por meio doroteador de comboio (301).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por adicionalmente compreender:gerar mensagens de reconhecimento com equipamentode reconhecimento em cada aeronave no comboio, onde asmensagens de reconhecimento proporcionam informação dereconhecimento usadas para determinar a topologia da redede comunicação.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado por as mensagens de reconhecimento incluírempelo menos um de informação de posição, de ID, velocidade,rumo e informação da trajetória pretendida.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por adicionalmente compreender:determinar a rota mais eficiente e confiável(310) para as mensagens através da rede de comunicaçãodireta especifica com cada veiculo no comboio baseado natopologia determinada pelo respectivo veículo.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por adicionalmente compreender:crlptografar os sinais de comunicação de faixarelativamente longa para o roteador de comboio (301).
7. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por os sinais de comunicação de faixarelativamente longa serem pelo menos um de sinais de rádioe sinais de satélite.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por os sinais de comunicação de faixarelativamente curta serem pelo menos um de sinais defreqüência muito alta (VHF), sinais de alta freqüência(HF), sinais de microondas, sinais de radiofreqüência (RF)e sinais laser.
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