حمل و نقل هوایی و ریلی

ارتباطات پهنای باند در حالیکه وسیله نقلیه که ممکن است هواپیما، قطار، کشتی یا اتوبوس باشد در حال حرکت است (COTM) Communications on the Move نامیده می شود. این با (COTP) Communications on the Pause که معمولاً در وسایل نقلیه تفریحی یا سرویس‌های جمع‌آوری اخبار می‌یابیم که به مکانی می‌روند، پارک می‌کنند و سپس آنتنی را مستقر می‌کنند که بسیار شبیه به سایر آنتن‌های VSAT ثابت کار می‌کند، در تضاد است. COTM چالش های بیشتری دارد.

امروزه سیستم های حمل و نقل با الزامات بسیار سختگیرانه کیفیت، ظرفیت و قابلیت اطمینان، تقاضای مهمی از ارتباطات دارند. یکی از بهترین موارد آزمایشی برای تجزیه و تحلیل ارتباطات در سیستم های حمل و نقل، قطار سریع السیر (HST) است. در یک شبکه ارتباطی HST، ما می توانیم دو نوع ارتباط را تشخیص دهیم: ارتباطات حیاتی و غیر حیاتی.
خدمات اینترنتی برای قطارها عموماً دو کلاس خدمات را ارائه می‌کنند. عملیات راه‌آهن و خدمات مسافری. داده‌های حیاتی برای عملیات راه‌آهن ممکن است شامل داده‌های ایمنی عملیاتی، از جمله وضعیت سیستم‌های تعمیر و نگهداری، اطلاعات اضطراری، نظارت تصویری از طریق ویدئوی مدار بسته مبتنی بر IP، تله‌متری، و حتی سیستم‌های کنترلی موسوم به (PTC) Positive Train Control باشد. اگر یک سیستم VSAT مستقل وجود داشته باشد، ترافیک عملیات راه‌آهن ممکن است بر خدمات مسافری مانند داده‌ها و اتصالات صوتی که کاربران در همه جا انتظار دارند، اولویت داده شود. این ترافیک معمولاً مرور وب، دانلود فایل و ویدیو، بازی و حتی VoIP (صدا از طریق IP) است.

ارتباطات حیاتی بین قطار سریع السیر و زیرساخت برای سیگنالینگ کنترل، برای افزایش یا کاهش سرعت، کارایی، ایمنی و قابلیت اطمینان استفاده می شود. این ارتباطات حیاتی هستند زیرا برای عملکرد بالای سیستم حمل و نقل ضروری هستند به طوری که باید از قابلیت اطمینان و در دسترس بودن بسیار بالایی برخوردار باشد (99%). با این وجود، توجه به این نکته مهم است که ارتباطات مسئول امنیت نیستند. امنیت به سایر سیستم های تعبیه شده در داخل سیستم یا درزیرساخت نیز بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر یک قطار سریع السیر را در نظر بگیریم، از سامانه جهانی ارتباطات سیار برای راه آهن متحرک (GSM-R) هم اکنون برای انتقال تله متری (موقعیت) قطار و ارسال مجوزهای حرکت به آن استفاده می شود. این اطلاعات برای افزایش سرعت قطار بالاتر از 300 کیلومتر بر ساعت ضروری است و باید هر 100 میلی ثانیه به روز شود. اگر در طول 1 ثانیه به روز نشود، یک فرآیند اضطراری وجود خواهد داشت که سرعت قطار را به مقدار ایمن کاهش می دهد. برای تضمین این عملکرد، دستیابی به سیستم های ارتباطی با کیفیت بسیار بالا با افزونگی و قابلیت اطمینان بهبود یافته ضروری است. GSM-R به طور گسترده در قطار سریع السیر استفاده می‌شود، اما در حال حاضر، اپراتورهای راه‌آهن می‌خواهند عملکرد قطارها را بهبود بخشند و به سمت رانندگی خودکار حرکت کنند، به طوری که به یک سیستم ارتباطی بی‌سیم جدید با ظرفیت بالا نیاز دارند که بتواند انتقال تصویر با کیفیت بالا از قطار به مرکز کنترل را انجام دهد.
ارتباطات غیر حیاتی برای خدمات بار، تکمیلی و مسافری استفاده می شود. در این مورد، ما به ارتباطات پهن باند برای خدمات تکمیلی مانند خدمات ویدئویی با کیفیت بالا و داده‌های مسافران نیاز داریم. برخی از نمونه‌ها می‌تواند یک لینک ویدیویی باشد که توسط اینترنت باند پهن برای مسافران قطارهای پرسرعت ارسال می‌شود. درمورد نیاز اصلی ظرفیت است، بنابراین طراحی این ارتباطات کاملاً متفاوت است. در حال حاضر، این ارتباطات در حال توسعه مداوم هستند و یکی از چالش‌های اصلی سال‌های آینده و فناوری‌های 5G می¬باشند.
در نهایت، حسگرهای بی‌سیم و شبکه‌های موقتی بی سیم که برای امنیت و نظارت استفاده می‌شوند، اکنون برای ارائه خدمات تکمیلی به وسایل نقلیه استفاده می‌شوند، و استفاده از موج میلی‌متری (mmWave)، تراهرتز (THz) و ماهواره‌ها در آینده برای ارائه ارتباطات وسیله نقلیه به وسیله نقلیه، حسگرهای رادار و ارتباطات تعیبه شده داخل قطارها برای کاربردهای مختلف مناسب خواهند بود.
با توجه به مشخصات سیستم حمل و نقل، استفاده بهینه از زیرساخت های زمینی عمومی همراه با سایر فناوری ها برای افزایش ظرفیت و عملکرد ضروری است. بنابراین، استفاده از شبکه‌های 4G/LTE باید با راه‌حل‌های رله متحرک در قطارها  ترکیب شود و سپس با شبکه‌های ماهواره‌ای برای بهبود ظرفیت و کاهش هزینه ترکیب شود. بنابراین، ارائه خدمات پهنای باند به کاربران با توجه به ویژگی‌های این وسیله حمل‌ونقل و ویژگی‌های آن، که برای HST در ظرفیت داده‌ای نزدیک به 10-1 گیگابیت بر ثانیه خلاصه می‌شود، برای ارائه خدمات پهنای باند تا 1500 کاربر برای حفظ ارتباط قوی ضروری است. برای این منظور، مشکلی که در HST وجود دارد این است که استفاده از شبکه‌های زمینی را در صحراها یا مناطق مسکونی که اغلب توسط HST جدید عبور می‌کنند، دشوار می‌کند. از سوی دیگر، تعدد تونل¬ها استفاده از ماهواره را با مشکل مواجه می کند که برای حل مشکل باید از راه¬حل¬های ترکیبی استفاده کرد. نمونه ای از معماری چنین شبکه هایی در شکل زیر نشان داده شده است.

 
شبکه باند پهن برای ارتباطات غیرحیاتی HST

این شبکه باید بتواند ارتباطات پهن باند را برای مسافران قطار فراهم کند. برای این منظور یک لینک زمینی Redundant خواهد داشت که به اولین و آخرین واگن قطار متصل می شود. این لینک از یک راه حل رله متحرک برای دستیابی به ارتباطات قابل اعتماد و کاهش نیازهای زیرساخت ثابت استفاده می کند. این شبکه به کاربران امکان دسترسی به یک شبکه ارتباطی زمینی با ظرفیت بالا را می دهد که در داخل قطار با استفاده از یک شبکه بی سیم بر اساس استانداردهای جدید 802.11 با ظرفیت بالا مانند  802.11ac/ad توزیع می شود.
لینک ماهواره ای به عنوان لینک پشتیبان برای شبکه زمینی استفاده می شود. این لینک در حال حاضر با استفاده از آنتن هایی با کنترل آزیموت خودکار و ارتفاع کم که به سادگی در بالای قطار نصب می شوند، تا 100 مگابیت بر ثانیه را پشتیبانی می¬کند  و در آینده ظرفیت آن به 1 گیگابیت در ثانیه افزایش خواهد یافت.
اجزای سخت افزاری شامل یک آنتن VSAT، یک گیرنده GPS و یک سیستم Gateway/Router است. آنتن VSAT ممکن است یک آنتن مکانیزه گیمبال باشد که درون یک رادوم محافظ قرار می گیرد و دائماً در حال حرکت است تا با ماهواره هماهنگ شود. همچنین ممکن است یک آنتن FPA یا Flat Panel باشد که از فناوری phased array  برای اتصال به ماهواره استفاده می کند. آنتن های صفحه تخت معمولاً بر روی سقف قطار نصب می شود و کابل کشی سیگنال را به تجهیزات انتقال و توزیع که در زیر آن قرار دارد منتقل می کند.