Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ИРДП. А.Б. Бойник, С.В. Кошевой, С.В. / ИРДП. А.Б. Бойник, С.В. Кошевой, С.В..doc
Скачиваний:
720
Добавлен:
08.08.2013
Размер:
46.11 Mб
Скачать

7.2 Перспективы использования систем сотовой связи для управления движением поездов

Используемые на железнодорожном транспорте Европы системы связи, к сожалению, разрабатывались без единого плана на основании национальных стандартов. Поэтому они по многим показателям отличаются друг от друга. Первоначально были разработаны различные системы телефонной связи, а затем уже радиосвязи со стационарными и передвижными объектами.

В настоящее время в связи с решениями Европейской комиссии системы связи на железнодорожном транспорте должны строиться на единых стандартах в пределах одной единственной сети, но с учетом рационального взаимодействия со всеми другими сетями. При этом потребуется внесение изменений в интерфейс и во внутреннюю сигнализацию, чтобы приспособить сети для выполнения всех необходимых функций.

В сети связи GSM-R в рамках проекта ERTMS/ETCS предусматривается реализовать роуминг к другим сетям для обеспечения пассажиров международных поездов услугами связи, включая и факсимильную связь. GSM-R должна обеспечивать множество услуг, которые поддерживаются только радиосетями персональной подвижной связи, например, для групповых и экстренных вызовов, поступающих от одного источника к множеству абонентов и требующих передачи речевых сообщений.

Одновременно широкая сеть различных видов оперативно-технологической связи будет дополнена новыми видами предоставляемых видов услуг для обеспечения безопасного функционирования систем управления движением поездов (табл. 8.1).

Для автоматического управления движением поездов в системе ERTMS появится совершенно новая услуга, использующая пакетную передачу данных GPRS (General Package Radio Service) со скоростью передачи данных примерно 500 бит данных каждые 500 мс.

В железнодорожной системе сотовой подвижной связи планируется обеспечение услугами намного надежнее, чем для стандарта сетей общего пользования GSM.

Таблица 8.1 .Оперативно-технологическая связь на железных дорогах

Вид услуги

Речь

Данные

Автоматическое управление движением поездов (АУДП)

+

Связь контроллера с поездным радиоустройством

+

+

Экстренный групповой вызов

+

Маневровые групповые вызовы

+

Ремонт пути

+

Поездная связь

+

+

Местная связь на станции

+

+

Радиосвязь на подвижном составе

+

+

Приоритетные вызовы

+

+

Отслеживание положения поезда

+

Приложения телеметрии

+

При этом должны будут выдерживаться следующие параметры качества связи:

  • соединение для 95% вызовов должно обеспечиваться в течение 5 с;

  • для экстренных вызовов соединение должно обеспечиваться в течение 1 с при максимальной задержке 700 мс;

  • вероятность битовой ошибки в 90% случаев не должна превышать 0,0001, а надежность – не менее 99,95%.

Для системы GSM-R выделена полоса частот шириной 4 МГц (876 - 880 МГц для восходящей передачи от подвижных терминалов и 921 - 925 МГц для нисходящей передачи от базовых станций). Разнос частот между соседними каналами составляет 200 кГц. В отведенной для приема/передачи полосе частот шириной 4 МГц размещаются 19 частотных каналов связи. В стандарте GSM используется многостационарный доступ с временным разделением каналов (TDMA). Это позволяет на одной несущей частоте разместить 8 речевых каналов одновременно. Таким образом, GSM-R может обеспечить одновременную передачу речи по 152 каналам.

Будущую систему связи с учетом возможностей GSM-R и особенностей передачи информации на железнодорожном транспорте можно представить следующим образом (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Организация перспективной системы железнодорожной связи

Система GSM-R относится ко второму поколению подвижных систем сотовой связи. В ближайшем будущем предстоит введение третьего поколения подвижных систем сотовой связи общего пользования, для которых будут характерны:

  • кодовое разделение каналов;

  • иерархические структуры ячеек;

  • расширение частотного диапазона;

  • замена отказов в соединении плавным снижением качества связи;

  • использование спутникового сегмента сети;

  • децентрализованное управление.

Системы сотовой связи третьего поколения смогут обеспечить подвижную связь со всеми существующими видами услуг, с глобальным роумингом и широким набором возможностей мультимедиа. Главные дополнения УСПС - это введение соединений с пакетной коммутацией для передачи данных и разработка, обеспечивающая большую ширину полосы, чем GSM (от 384 кбит/с при ограниченной подвижности абонента до 2 Мбит/с для неподвижного абонента).

Однако расширенная полоса частот распределяется неравномерно, так как радиоинтерфейс разработан так, чтобы его возможная пропускная способность уменьшалась с увеличением расстояния подвижного терминала от базовой станции. Высокоскоростная передача данных требует наибольшей полосы частот, а передача речи - наименьшей. Именно поэтому, чтобы предотвратить использование всей пропускной способности канала одним терминалом, наиболее удаленным от базовой станции, соединения этого терминала будут ограничены узкой полосой частот.

В общем случае соту УСПС можно представить в виде нескольких концентрических колец с различными уровнями доступа к услугам (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Сота универсальной системы подвижной связи с различными уровнями доступа к услугам

При определении и описании структуры железнодорожных сотовых сетей связи эффективной является следующая классификация перегонных и станционных сотовых сетей.

Перегонные сотовые сети - это сети, структура которых представляет собой следующие друг за другом соты вдоль железнодорожного полотна, а базовые станции образуют линейную топологию. Очевидно, что сети с такой структурой будут обслуживать абонентов не только на перегонах, но и на малых станциях, размеры которых не превышают радиуса одной соты. В этом смысле термин "перегонные сети" можно считать условным.

Перегонные сотовые сети различаются не только структурой, но и особенностями обслуживания абонентов. Для перегонных сетей свойственна сильная зависимость объема и характера нагрузки (соотношение телефонной нагрузки и передачи данных) от расписания движения поездов, их типа, классности и скоростей движения. Параметры трафика значительно меняются в зависимости от времени суток, дня, недели и времени года.

Нагрузка таких сетей складывается из:

  • телефонных абонентов-пассажиров;

  • различных видов технологической связи;

  • поездной и станционной радиосвязи;

  • передачи данных;

  • части нагрузки систем ИРДП.

Особенность перегонных сетей заключается в высокой скорости движения подвижных терминалов и линейной направленности их перемещения. Это потребует применения быстрых алгоритмов обработки информации при обслуживании абонентов с использованием адаптивных нечетких предсказателей.

Станционные сотовые сети – это сети, в которых соты группируются в кластеры для покрытия больших обслуживаемых территорий. Такие сети должны проектироваться для крупных железнодорожных станций с большим объемом сортировочной и маневровой работы, а также с развитым пассажирским сервисом. Базовые станции таких сетей, как известно, образовывают решетчатую топологию.

Для станционных сотовых сетей характерны более сложные траектории движения подвижных терминалов, невысокие скорости их перемещения, широкий спектр типов обслуживаемой нагрузки. В этих условиях возможно применение многослойных иерархических сотовых структур, полный переход к которым планируется в сотовых сетях подвижной связи третьего поколения.

В таких структурах низлежащая микросотовая сеть обслуживает зоны с высокой плотностью нагрузки, так называемые "горячие точки", а макросотовая сеть, накладываемая поверх микросот, обрабатывает их избыточную нагрузку. Макросота является общей для множества микросот, т. е. она действует как разделяемый ресурс каналов для множества входящих в нее микросот. Такая структура позволяет более рационально использовать сетевые ресурсы, а также применять современные стратегии управления сотовыми сетями, подобные алгоритмам с перестроением и переупаковкой соединений.

Мобильные радиостанции системы GSM-R внешне почти не отличаются от стандартных радиотелефонов. Отличие их от мобильных телефонов общедоступных сетей заключается в работе в другом диапазоне частот и новых функциях, доступных только в сети GSM-R. Эти функции включают в себя следующие услуги.

1. Речевой широковещательный вызов, при котором вызывающий абонент может установить связь одновременно с несколькими абонентами в определенной зоне (например, со всеми машинистами локомотивов, находящихся в зоне управления диспетчера) и передать информацию каждому из них. Вызываемые абоненты при этом могут только выслушивать речевые сообщения.

2. Речевой групповой вызов в пределах заданной группы с возможностью переговоров.

3. Приоритетное обслуживание, при котором в экстренной ситуации даже при занятых сетевых ресурсах можно прервать соединение с более низким приоритетом.

Для быстрого соединения абонентов в экстренных ситуациях сеть GSM-R имеет усовершенствованые методы установки соединений. Это обеспечивается особыми функциями набора, например функциональная адресация, при которой поездной диспетчер может установить связь с машинистом локомотива без знания его телефонного номера и местонахождения локомотива.

В сети используются мобильные радиостанции трех основных типов:

1. Стандартный мобильный радиотелефон (рис. 7.3 а).

2. Мобильная радиостанция технологической связи (рис. 7.3 б) в более прочном корпусе и с кнопкой экстренного вызова. Она рассчитана на использование на открытом воздухе и может служить в качестве локомотивной радиостанции. В последнем случае может потребоваться дополнительная антенна, поскольку сеть рассчитана на радиостанции мощностью 8 Вт, в то время как мобильная радиостанция имеет мощность всего 2 Вт.

3. Локомотивная радиостанция (рис. 7.3 в) с различными интерфейсами пользователя для учета особенностей эксплуатируемых и новых локомотивов с новыми функциями, стандартизированными для всех интерфейсов. В состав радиостанции входят внешняя антенна, телефонная трубка и громкоговоритель. Некоторые радиостанции в будущем, возможно, будут использоваться исключительно для передачи данных без прибора управления на пульте машиниста. При наличии в поезде нескольких радиостанций для каждой из них потребуется своя антенна.

а) б) в)

Рис.7.3. Технические средства мобильной радиосвязи:

а) радиотелефон GSM-R; б) мобильная радиостанция технологической связи; в) локомотивная радиостанция

Сеть GSM-R позволит заменить существующие несовместимые аналоговые системы радиосвязи и будет все в большей мере использоваться для передачи данных между поездом и напольными устройствами. Это необходимое условие для реализации уровней 2 и 3 системы ERTMS/ETCS. Основное назначение GSM-R - замена существующих несовместимых аналоговых систем радиосвязи.

Ожидается, что в ближайшие годы система GSM-R будет охватывать большую часть Европы, что создаст одну из важнейших предпосылок для достижения эксплуатационной совместимости железных дорог. МСЖД предстоит еще выполнить ряд важных задач, чтобы ускорить внедрение системы GSM-R и превратить ее в общемировой стандарт технологической радиосвязи на железнодорожном транспорте.

В настоящее время над разными аспектами системы GSM-R работают две проектные группы. Группа, действующая в рамках проекта EIRENE, отвечает за выполнение разработок функциональных и системных спецификаций совместно с европейскими институтами стандартизации в области электросвязи (ETSI) и электротехники (CENELEC). Группа, работающая по проекту MORANE, создала детальные технические спецификации и спецификации интерфейсов и через своих партнеров-производителей напрямую участвовала в деятельности ETSI по стандартизации GSM-R.

Стандарт GSM-R и его основополагающие спецификации занимают относительно прочные позиции, однако на железнодорожном транспорте могут появиться новые технические требования, способствующие разработке несовместимых систем. По этой причине достигнуто общее согласие о выборе ряда услуг и функций системы, которые для достижения эксплуатационной совместимости между железными дорогами должны сохраниться в неизменном виде. Все услуги и функции в полном соответствии со спецификациями EIRENE должны быть реализованы во всех системах на базе стандарта GSM-R.

Таким образом, в настоящее время железные дороги Европы располагают стандартом на систему мобильной радиосвязи, который уже опробован в эксплуатационных условиях.