Модернизация системы технологической радиосвязи на участке Инта - Воркута Северной железной дороги

К категории железнодорожной сигнализации или передачи данных относятся также  услуги, связанные с дистанционным  управлением различными функциональными  устройствами, начиная с дистанционного управления маневровыми локомотивами, кранами и сигнальными мостиками  и заканчивая телеуправлением и  телеконтролем различными объектами  инфраструктуры.

- Функциональная голосовая связь. Поездное радио охватывает широкий набор различных функциональных систем связи, каждая из которых характеризуется типичным набором услуг, пришедших из оперативно-технологических радиосистем. Эти услуги должны поддерживаться системой GSM-R с модификациями и расширениями. Помимо этого, должны быть обеспечены и дополнительные услуги. Основная функция поездного радио заключается в обеспечении связи поездного или маневрового диспетчера с машинистом поезда и наоборот. В аварийных ситуациях соответствующие должностные лица должны иметь возможность связаться с любым поездом, а также иметь доступ к выделенным и другим функциям поездов в пределах конкретной зоны.

Члены маневровых бригад также должны связываться друг с другом и с  фиксированным диспетчерским центром. Обычно дуплексная связь для таких  бригад необходима только для обеспечения  соединений «точка–точка», тогда как  при групповом вызове может использоваться симплексный режим. Эта услуга в  зависимости от требований конкретной железной дороги может быть либо непосредственно  определена в GSM-R как мультиабонентский  вызов, либо реализована с помощью бортовой проводной системы.

Персонал бригад путевого, электротехнического  хозяйства использует сегодня либо радиостанции, либо установленные вдоль  железнодорожных путей телефоны, обеспечивающие связь через проводные  линии, либо мобильные телефоны публичного пользования. Это требует большого количества различных терминалов, что  увеличивает расходы на эксплуатацию и техобслуживание.

Персонал бригад, обслуживающий  инфраструктуру, должен использовать терминалы GSM-R, а установленные вдоль  путей телефонные аппараты должны использоваться в аварийных ситуациях. Радиотелефонные  трубки путевых бригад и установленные  вдоль путей телефонные аппараты должны поддерживать взаимное соединение посредством увязки GSM-R и фиксированной  сетей. Локальная связь на железнодорожных  станциях и участках обычно обеспечивается посредством фиксированных сетей PABX, PBX. Для улучшения функциональности и доступности эти сети могут быть подключены к GSM-R MSC/VLR непосредственно или как удаленные устройства доступа.

Глобальная связь в современных  железнодорожных сетях обычно представляет собой связь между различными железнодорожными организациями. Сегодняшние  требования мобильности для этого  типа соединений существуют только до определенного предела. Поэтому  данная категория услуг может  быть отнесена к связи с низкой мобильностью или без мобильности  вообще и не будет использовать GSM-R для поддержки своего функционального  назначения. Тем не менее, в зависимости  от концепции конкретной железной дороги, эти абоненты могут подключаться к виртуальным частным сетям с помощью SSS GSM-R.

- Дополнительные услуги связи для пассажиров. Сегодня пассажиры не могут получить по бортовой связи полной информации, касающейся поездки, или справок от поездного персонала. В будущем информация в пути следовании должна быть доступна через сеть радиосвязи. Новые услуги, такие как резервирование билетов, изменение или отмена брони, доведение информации об изменениях в расписании движения поездов, о задержках и пересечениях поездов для транзитных пассажиров, заказ гостиницы, такси или авиабилетов, планирование маршрута, должны быть доступны для пассажиров. [7]

 

2.3.3 Система нумерации в GSM-R.

 

План нумерации сети GSM-R можно рассматривать на следующих уровнях:

- межгосударственный уровень открытых пользователей – роуминг обеспечивается аналогично публичной сети GSM по национальному коду страны;

- межгосударственный уровень нумерации поездов международного обращения – роуминг обеспечивается в выделенном каждым железнодорожным предприятием диапазоне нумерации с конвертацией в уникальный (неповторяющийся) номер поезда, «двойная нумерация» с соединением по национальному коду страны;

- национальный уровень открытых пользователей (технологическая связь) – роуминг обеспечивается аналогично публичной сети GSM внутри страны в выделенном каждому железнодорожному предприятию диапазоне нумерации. Перечисленные выше уровни нумерации должны находиться в базах данных пользователей во всех национальных сетях GSM-R;

- национальный закрытый план нумерации поездов международного, местного и пригородного обращения с присвоением уникального номера каждой графиковой нитке (номер поезда), каждой тяговой (самоходной) подвижной единице и конвертацией в равномерный семизначный план;

- национальный закрытый план нумерации операторов движения, поездных диспетчеров;

- национальный закрытый/открытый план нумерации раздельно по всем специализированным службам железнодорожного предприятия;

- национальный закрытый план нумерации по кругам поездной диспетчерской радиосвязи;

- национальный закрытый план нумерации по кругам маневровой радиосвязи;

- национальный закрытый план  нумерации по кругам оперативной  радиосвязи;

- национальный закрытый/открытый  план аварийной нумерации поездной  и маневровой диспетчерской радиосвязи.

Для обеспечения межгосударственных и национальных соединений должен быть выделен нумерационный ресурс публичного диапазона, для большинства стран  достаточно стотысячного индекса. Вызов  абонента другой железнодорожной сети осуществляется путем набора номера + ХХХ (код страны) ABххххх (номер абонента).

В основе плана нумерации GSM-R лежит  функциональная адресация, с помощью  которой можно производить звонки в пределах одной сети GSM-R. [7]

 

2.3.4 Система управления движением поездов посредством GSM-R.

 

Внедрение системы управления движением поездов (TCS) , являющейся подсистемой системы управления железнодорожными перевозками (Rail Traffic Management System, RMTS), позволит значительно сократить расходы на управление движением поездов как на обычных, так и на высокоскоростных линиях, повысить безопасность железнодорожного транспорта, пропускную способность магистралей.

Система RMTS состоит из трех уровней управления движением поезда.

1 уровень. Точечная система управления поездом. Может использоваться как часть системы сигнализации или накладываться на неѐ с фиксированным управлением перегона. Команды управления движением зарождаются на пути и передаются поезду через приемоответчиками TCS. Контроль за поездом и общий контроль осуществляется напольным оборудованием. Схема  точечной системы управления поездом представлена на рисунке 2.7 а).

2 уровень. Система управления использует радиосвязь. Может использоваться как часть системы сигнализации или накладываться на неѐ с фиксированным управлением перегона. Команды управления движением зарождаются на пути и передаются поезду по радио. Приемоответчик TCS используется в качестве устройства точечной передачи, главным образом для установления местонахождения. Определение поезда и общий контроль обеспечиваются напольным оборудованием в составе системы сигнализации (рельсовые цепи и централизация). Радио центр автоблокировки RBC служит для связи с поездами и идентифицирует каждый поезд. Схема система управления использующей радиосвязь представлена на рисунке 2.7 б).

3 уровень. Система управления поездом с непрерывным контролем его скорости и использованием радио и подвижного (не фиксированного) блок участка. Подвижный блок участок охватывает зону, которая зависит от тормозного пути и длины поезда. Это позволяет лучше использовать путь и уменьшить интервалы между поездами. Система использует связь пути с поездом через GSM-R и приемоответчик TCS для точечной связи с целью определить месторасположение поезда. RBC обеспечивают передачу информации на поезда и идентифицирует каждый поезд. Данная схема представлена на рисунке 2.7 в)

Управление движением поездов  во многом обеспечивается системой железнодорожной  сигнализации. Бортовой компьютер локомотива передает данные о его местонахождении, скорости, количестве вагонов и другие характеристики в центр радиосвязи (RBC). Тот сравнивает сведения, полученные от всех поездов в соответствующей  зоне, рассчитывает профиль движения каждого состава и пересылает информацию на бортовой компьютер.

Благодаря этому можно уменьшать  среднюю безопасную дистанцию между  поездами, что позволяет оптимизировать движение и сводить к минимуму задержки в движении составов. С  помощью железнодорожной сигнализации осуществляется и дистанционное  управление различными устройствами и  оборудованием – от маневровых локомотивов  до сигнальных мостиков.

Так же в сетях GSM-R возможна реализация многих дополнительных услуг для пассажиров железнодорожного транспорта. Таких как платное использование услуг GSM-R для дозвона в сети общественного пользования, так как зона покрытия сетей GSM не гарантирует устойчивую связь на всем протяжении поездки. Либо выделение платного доступа к сети WI-FI в вагонах бизнес класса.

 

Рисунок 2.7 - Примеры управления движением  поездов.

 

 

2.4 Выбор и описание оборудования  GSM-R.

2.4.1 Структура парка производителей оборудования GSM-R.

 

На сегодняшний день парк производителей оборудования GSM-R представлен несколькими основными компаниями. Выделим три основных производителя решений GSM-R:

- Nokia Siemens Networks,

- Nortel,

- Huawei Networks.

Nokia Siemens Networks основанная в 2007г. путём слияния двух компаний Nokia и Siemens, страна Финляндия. Опыт постройки более 20 GSM-R сетей в 15 странах с покрытием более 50 тыс. км железнодорожных путей.

Nortel Networks Corporation активно работающая с 1999 года в сфере GSM-R решений, страна Канада. Последний крупный проект продажа оборудования GSM-R для телефонизации железных дорог в 20 провинциях Китая и подписание контракта на внедрение оборудования GSM-R на новой железнодорожной линии в Алжире.

Huawei Networks компания динамично развивающаяся в сфере услуг GSM-R, страна Китай.

В виду большего распространения на железных дорогах Европы, а также на рынке обслуживания и эксплуатации сети мобильной связи операторов GSM России, в дальнейшем рассмотрении будет выбрана аппаратура компании Nokia Siemens Networks.

 

2.4.2 Выбор базовой станции.

 

Для оборудования проектируемой системы  GSM-R на заданном участке выбираем модели базовых станций Siemens BS240/241, которые поддерживают как стандарт GSM-R, так и стандарт GSM. Внешний вид BS240 представлен на рисунке 2.8

 Рисунок 2.8 – Базовая станция  GSM BS240

Данная базовая станция обладает рядом преимуществ:

- Совместимость с существующими  системами базовых станций Siemens обеспечивает свободную интеграцию  в уже установленную инфраструктуру;

- Возможности расширения стоек  до 24 обслуживаемых приёмопередатчиков (TRX) на сайт отвечает возрастающим потребностям в повышенной ёмкости;

- Наивысшая степень надёжности, обеспечиваемая за счёт дублирования  всех основных модулей ;

- Меньшие инвестиционные расходы  благодаря встроенному перекрёстному  соединению Аbis-интерфейса (8 ИКМ-линий);

- Оперативное развёртывание сети  требует приблизительно на 50% меньше  сайтов благодаря наивысшей чувствительности  приёмных устройств и применению  мощных усилителей;

- Предварительно проводимая наладка  обеспечивает время инсталляции  продолжительностью менее 1 часа;

- Бесперебойность в работе при  расширении стойки или замене TRX;

- Интеллектуальные антенны обеспечивают  повышение ёмкости;

- Архитектура, подготовленная для  поддержки будущих функциональных  возможностей GSM (например EDGE): функциональная  модульная внутренняя структура,  гибкие возможности обработки  сигнала, заменяемая высокочастотная  часть.

Технические характеристики базовых  станций Siemens BS240/241 сведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3 – Технические характеристики Siemens BS240/241

Рабочий диапазон частот, МГц	876-880, 921-925
Несущих на стойку (количество TRX)	8(расширение до 24)
Мощность передатчика БС, дБ	40
Выходная мощность GSM900. Вт	35
Чувствительность приемника БС, дБ	-107
Коэффициент усиления антенны,  GРПД(φРПМ),дБ	14
Затухание в антенно-фидерном тракте радиопередатчика, UРПД	1, 51
Разнос каналов, кГц	200
Защитное отношение (сигнал/помеха), дБ	9
Среда распространения радиоволн	Город
Температурный режим	- 5° до + 55°

В системе компании Siemens, созданной  на базе GSM-R, реализованы следующие  возможности:

- обеспечение пользователей, находящихся  в поезде, радиосвязью со внешними абонентами или диспетчером;

- организация связи поезда с  диспетчерскими пунктами системы;

- автоматическое управление движением поездов;

- получение оперативной информации  о движении состава (прогноз  времени прибытия в ту или  иную точку, основанный на измерении его скорости);

- согласование нумерации поездов при пересечении границ;

- автоматический мониторинг технического  состояния железнодорожного состава  и запись характеристик оборудования  в базу данных бортового компьютера.

Стандарт GSM-R (он базируется на спецификациях GSM фазы 2) поддерживает такие важные функции, как групповая связь, голосовое вещание и многоуровневая приоретезация вызовов — включая экстренный вызов всех абонентов системы. Время установления соединения в режиме обычной связи составляет 3-6 с, а при срочном вызове - менее 1 с.

 

2.4.3 Выбор абонентских терминалов.

 

В настоящее время выпуск абонентских терминалов стандарта GSM-R производится более двадцатью производителями такого оборудования и их число постоянно растет. Равно как и выбор моделей трубок.