Устройство для обмена данными по каналам радиосвязи
Владельцы патента RU 2692362:
Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, может применяться на локомотивах поездов как отдельно, так и в составе многоуровневых систем интервального регулирования для обмена данными по каналам радиосвязи. Устройство содержит два канала связи, каждый из которых состоит из микропроцессорного модуля, соединенного с блоком памяти и подключенного через гальваническую развязку к CAN трансиверу, соединенному с CAN шиной, к которой подключены локомотивная система безопасности и система автоведения, дополнительно введены сетевой коммутатор, модуль криптографической защиты информации, радиомодем, модуль радиоканала GSM и модуль радиоканала WiFi. При этом микропроцессорные модули каналов связи через сетевой коммутатор соединены с модулем криптографической защиты информации, к которому подключены радиомодем, модуль радиоканала GSM и модуль радиоканала WiFi, в один из каналов связи введены и подключены к микропроцессорному модулю GPS модуль и модуль отображения информации. Достигается повышение уровня защищенности и обеспечения целостности передаваемой ответственной информации при увеличении зоны действия радиоканала. 1 ил.
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, может применяться на локомотивах эксплуатируемых в пассажирском, скоростном, высокоскоростном и грузовом движении поездов, как отдельно, так и в составе многоуровневых систем интервального регулирования.
Известна система для оперативной передачи предупреждений и электронных карт на высокоскоростной поезд, содержащая установленное в диспетчерском пункте управления вычислительное устройство, которое через линию связи соединено с базовыми станциями систем радиосвязи, которые через каналы связи соединены с первым радиомодемом бортового вычислительного блока локомотива поезда, в диспетчерском пункте управления вычислительное устройство подключено к персональному компьютеру автоматизированного рабочего места оператора и состоит из двух соединенных между собой серверов, при этом один из серверов является основным, а другой - резервным, причем серверы по сети передачи данных соединены с управляемыми блоками хранения данных, в один из которых записаны графики движения поездов, а в другой - информация о временных ограничениях скорости поезда, основной сервер через блок шифрации и дешифрации по сети связи TETRA соединен с базовыми станциями, а резервный сервер через блок шифрации и дешифрации по сети связи GSM соединен с другими базовыми станциями, бортовой вычислительный блок состоит из двух соединенных между собой вычислительных модулей, один из которых является основным и подключен через блок шифрации и дешифрации к первому радиомодему сети связи TETRE, а другой - резервным и подключен через блок шифрации и дешифрации ко второму радиомодему сети связи GSM, выходы вычислительных модулей соединены с соответствующими входами блока контроля и сравнения данных, первый выход которого подключен к локомотивному устройству безопасности, а второй выход соединен с системой автоведения поезда (RU 2578643, B61L 27/04, 27.03.2016).
К недостатку известного технического решения следует отнести невозможность высокоскоростной защищенной передачи данных.
В качестве прототипа выбрана система обмена данными локомотивных систем с сервером ответственной информации с использованием электронной подписи, содержащая стационарное устройство связи, канал которого состоит из центрального процессора соединенного портом с блоком памяти, вход центрального процессора соединен с выходом блока принятия решения, вход которого соединен с выходом блока анализа, подключенного к выходу центрального процессора, и бортовое устройство связи, канал которого состоит из микроконтроллера, соединенного портами с блоком памяти и гальванической развязкой, и разъема, соединенного через CAN шину с локомотивной системой безопасности, стационарное устройство связи выполнено двухканальным, причем в каждом канале введены и подключены к центральному процессору блок шифрации и блок связи, при этом блок связи каждого канала соединен с криптографическим шлюзом, центральный процессор первого канала соединен портами с блоками электронной подписи и сетевого адаптера, центральный процессор второго канала портом соединен с модулем радиоканала, бортовое устройство связи выполнено двухканальным, причем в каждом канале введены блок дешифрации и трансивер, который подключен к разъему, а через блок гальванической развязки соединен с микроконтроллером, к которому подключен блок дешифрации, блок памяти выполнен в виде двух независимых модулей, а микроконтроллеры каналов соединены между собой через блок межканальной гальванической развязки, с CAN шиной соединена система автоведения, один из микроконтроллеров бортового устройства связи и центральный процессор второго канала стационарного устройства связи соединены между собой каналом связи через соответствующие модули радиоканала, введено серверное устройство, включающее центральный процессор, соединенный портами с блоками ввода/вывода, блоком памяти, блоком электронной подписи и блоком сетевого адаптера, соединенного с блоком внешних данных и сетевым адаптером стационарного устройства связи (RU 2572284, B61L 25/00, 10.01.2016).
Эта система имеет ограниченную зону передачи ответственной информации, в ней не предусмотрены защита целостности передаваемой ответственной информации, возможность отображения полученной информации, определение текущего и корректировка системного времени, а также высокоскоростные интерфейсы для взаимодействия с внешними модемами.
Технический результат изобретения заключается в повышении уровня защищенности и обеспечении целостности передаваемой ответственной информации при увеличении зоны действия радиоканала, а также в расширении функциональных возможностей за счет отображения ответственной информации, определении и корректировки текущего и системного времени, и обеспечения взаимодействия с внешними модемами.
Технический результат достигается тем, что в устройство для обмена данными по каналам радиосвязи, содержащее два канала связи, каждый из которых состоит из микропроцессорного модуля, соединенного с блоком памяти и подключенного через гальваническую развязку к CAN трансиверу, соединенному с CAN шиной, к которой подключены локомотивная система безопасности и система автоведения, согласно изобретению введены сетевой коммутатор, модуль криптографической защиты информации, радиомодем, модуль радиоканала GSM и модуль радиоканала WiFi, при этом микропроцессорные модули каналов связи через сетевой коммутатор соединены с модулем криптографической защиты информации, к которому подключены радиомодем, модуль радиоканала GSM и модуль радиоканала WiFi, в один из каналов связи введены и подключены к микропроцессорному модулю GPS модуль и модуль отображения информации.
На чертеже (фиг. 1) представлена схема предлагаемого устройства для обмена данными по каналам радиосвязи.
Устройство для обмена данными по каналам радиосвязи содержит два канала связи, каждый из которых состоит из микропроцессорного модуля 1 (2), соединенного с блоком 3 (4) памяти и подключенного через гальваническую развязку 5 (6) к CAN трансиверу 7 (8), соединенному с CAN шиной 9, к которой подключены локомотивная система 10 безопасности и система 11 автоведения, микропроцессорные модули 1 (2) каналов связи через сетевой коммутатор 12 соединены с модулем 13 криптографической защиты информации, к которому подключены радиомодем 14, модуль 15 радиоканала GSM и модуль 16 радиоканала WiFi, в один из каналов связи введены и подключены к микропроцессорному модулю GPS модуль 17 и модуль 18 отображения информации.
Устройство для обмена данными по каналам радиосвязи работает следующим образом.
При нахождении в зоне действия радиоканала, по информации от модуля 15 радиоканала GSM, модуля 16 радиоканала Wi-Fi или внешнего радиомодема 14 взаимодействующего с высокоскоростными интерфейсами, микропроцессорный модуль 1 обеспечивает идентификацию и установку связи с ресурсами защищаемой сети через сетевой коммутатор 12 посредством модуля 13 криптографической защиты информации. В результате чего происходит регистрация устройства на терминале 19. После чего микропроцессорный модуль 1 на основании данных об ответственной информации, хранимой в независимом блоке 3 памяти и на основании информации об актуальности данных хранимых на терминале 19, полученных при регистрации, принимает решение о запросе информации. Получив в зашифрованном виде запрос на передачу ответственной информации, терминал 19 выполняет подготовку данных с заданными критериями в защищенном виде, после чего передает ее по ранее установленному защищенному каналу связи через радио модуль 15 радиоканала GSM, модуль 16 радиоканала Wi-Fi или внешний радиомодем 14 на модуль 13 криптографической защиты информации, который анализирует полученный информационный пакет на предмет корректности сообщения, соблюдения протокола передачи и отсутствие не декларируемых функций, после чего обеспечивает расшифровку полученной информации, удостоверяет запрос получения ответственной информации и далее передает ее через сетевой коммутатор 12 в микропроцессорный модуль 1, который записывает ее в свой независимый блок 3 памяти. Микропроцессорный модуль 1, получив ответственную информацию, содержащую временные ограничения скорости, и записав ее в свой независимый блок 3 памяти, через сетевой коммутатор 12 оповещает микропроцессорный модуль 2 об обновлении данных. На основании этого микропроцессорный модуль 2 отправляет запрос в микропроцессорный модуль 1 на получение актуальной информации, после получения которой записывает ее в независимый блок 4 памяти. Для корректировки текущего системного времени микропроцессорный модуль 1 с установленным интервалом времени осуществляет запрос в модуль 17 GPS, который получив запрос, отправляет текущее всемирное координированное время. В соответствии с ранее полученной от локомотивной системы 10 безопасности информации о текущем пути и координате следования, а также информации о текущем системном времени микропроцессорный модуль 1 отображает посредством модуля 18 временные предупреждения, ограничения скорости и расписание движения. При наличии в массиве полученной информации ограничений скорости, микропроцессорные модули 1 (2) информируют локомотивную систему 10 безопасности о наличии в блоках памяти 3 (4) актуальных данных. При ответном запросе от локомотивной системы 10 безопасности или системы 11 автоведения каждый из микропроцессорных модулей 1 (2) обеспечивает считывание данных из блоков памяти 3 (4), после чего независимо друг от друга обеспечивают подготовку и передают данные с ограничениями скорости через гальваническую развязку 5 (6), CAN трансивер 7 (8) и CAN шину 9 в локомотивную систему 10 безопасности или систему автоведения 11. Корректность и целостность полученной информации проверяется локомотивной системой 10 безопасности и системой 11 автоведения на внутренних блоках безопасного сравнения (на чертеже не показано). При нарушении целостности передаваемых данных локомотивная система 10 безопасности и система 11 автоведения могут повторно инициировать запрос данных о временных ограничениях скорости у микропроцессорных модулей 1 (2). Микропроцессорные модули 1 (2) на основании ответа, полученного от локомотивной системы 10 безопасности или системы 11 автоведения, фиксируют корректность передачи данных и диагностическую информацию, уведомляя локомотивную систему 10 безопасности и систему 11 автоведения о количестве сбоев в системе передачи данных.
Таким образом, дублирование каналов, независимое шифрование и дешифрация информации устройствами связи, непрерывный контроль и анализ состояния локомотивной системы безопасности, прием ответственной информации и ее сохранение в независимых блоках памяти 3 (4), независимого двухканального информационного обмена по шине 9 CAN с его последующим программным анализом посредством микропроцессорных модулей 1 (2), обмен пакетом данных ответственной информации с внешними устройствами, путем независимой двухканальной передачи информации в шину 9 CAN локомотивной системы 10 безопасности и системы 11 автоведения, а также отображение полученной информации на модуле 18 отображения информации, с передачей зашифрованной информации через модуль 13 криптографической защиты информации, с построением сетевого канала через сетевой коммутатор 12, позволило повысить скорость передачи информации, функциональную и информационную безопасность, а также отказоустойчивость устройства и достоверность передачи ответственных команд по радиоканалу, а также снизить человеческий фактор при управлении локомотивом за счет безопасной передачи ответственной информации в локомотивную систему безопасности для последующей обработки без участия человека.
Устройство для обмена данными по каналам радиосвязи, содержащее два канала связи, каждый из которых состоит из микропроцессорного модуля, соединенного с блоком памяти и подключенного через гальваническую развязку к CAN трансиверу, соединенному с CAN шиной, к которой подключены локомотивная система безопасности и система автоведения, отличающееся тем, что в него введены сетевой коммутатор, модуль криптографической защиты информации, радиомодем, модуль радиоканала GSM и модуль радиоканала WiFi, при этом микропроцессорные модули каналов связи через сетевой коммутатор соединены с модулем криптографической защиты информации, к которому подключены радиомодем, модуль радиоканала GSM и модуль радиоканала WiFi, в один из каналов связи введены и подключены к микропроцессорному модулю GPS модуль и модуль отображения информации.
