eng
Выпуск #4/2014
С.Маргарян, В.Саруханов, А.Щелухин
Технологические радиосети обмена данными на железнодорожном транспорте
Технологические радиосети обмена данными на железнодорожном транспорте
Просмотры: 3594
В статье затронуты вопросы применения конвенциональных радиомодемов диапазона УКВ для построения подвижных технологических радиосетей обмена данными, обеспечивающих функционирование автоматизированных систем управления различного назначения на железнодорожном транспорте. Эти радиосети рассматриваются как составная и неотъемлемая часть единой технологической системы связи ОАО «РЖД», уже использующей средства связи стандартов GSM-R и TETRA. Оперативно-технические характеристики рассматриваемых радиосетей позволяют существенно расширить возможности передачи информации о движении поезда, обеспечить надежность функционирования систем интервального регулирования с использованием радиоканала и средств спутниковой навигации, развернуть резервные каналы сбора данных и управления средствами железнодорожной автоматики и электроснабжения.
Широкое распространение в системах связи, обеспечивающих работу железнодорожного транспорта, получили перспективные средства связи стандартов GSM-R (GSM-Railway) и TETRA (TErrestrial Trunked Radio). Кроме того, на территории Европы в интересах обеспечения железнодорожных перевозок продолжают эксплуатироваться более 30 других систем связи, а процесс интеграции предусматривает поддержку действующих национальных систем.
С целью сравнительной оценки технических возможностей систем связи различных стандартов на железнодорожном транспорте в ОАО "РЖД" был создан опытный участок в районе Екатеринбург – Камышлов протяженностью 153 км, на котором были развернуты две сети: GSM-R и TETRA. По результатам проведенных испытаний российские технические эксперты пришли к выводу, что обе системы имеют право на жизнь и у каждой есть свои преимущества и недостатки, поэтому каждая из систем должна использоваться в приложениях, в которых ее преимущества проявляются наиболее полно.
Средства связи этих стандартов должны интегрироваться с системами аналоговой и цифроаналоговой радиосвязи, работающими в диапазонах частот 2 и 160 МГц, и иметь единую систему мониторинга и администрирования радиосетей. Это накладывает дополнительные требования к стандартизации аппаратуры связи и применению в их составе типовых интерфейсов.
В вопросах, касающихся обеспечения безопасности движения поездов, необходимо в максимальной степени ориентироваться на частотные ресурсы, выделенные непосредственно для нужд ОАО "РЖД" [1]. Выбор частотных ресурсов для каждой из систем должен определяться с учетом ряда требований. Основные из них – электромагнитная совместимость радиосвязи различных систем управления, высокий уровень надежности каналов передачи данных, а также требования систем управления по объемам и скорости передачи данных.
Рекомендовано ориентироваться на следующее примерное распределение частотного ресурса для построения систем управления движением:
диапазон 2 МГц – резервирующий радиоканал систем управления соединенных и тяжеловесных поездов;
диапазон 160 МГц – радиоканалы систем управления соединенных и тяжеловесных поездов, станционных систем передачи данных на малодеятельных участках, резервирующий канал при использовании в системах управления радиосетей общего пользования;
диапазон 460 МГц (система ТЕТRА) – системы управления маневровыми локомотивами на станциях;
диапазоны 900 и 1800 МГц – система GSM-R, обеспечивающая поездную радиосвязь и системы интервального регулирования движения поездов на скоростных и высокоскоростных участках;
диапазоны 1800 и 2400 МГц (системы DECT, Wi-Fi, WiMAХ) – станционные высокоскоростные сети передачи данных для информационно-управляющих систем, организации видеонаблюдения.
В составе системы связи ОАО "РЖД" применяются и планируются к дальнейшему использованию средства связи и обмена данными, функционирующие практически во всем доступном диапазоне радиоволн. Наиболее актуальны технические решения, обеспечивающие надежный обмен данными между стационарными пунктами управления и подвижным составом.
Ограничения систем связи стандартов GSM-R и TETRA по обмену данными
Одно из наиболее актуальных требований к современной системе связи – обеспечение эффективного обмена данными. Системы связи GSM-R и TETRA создавались как многоканальные голосовые, предусматривающие обмен речевыми сообщениями между значительным количеством абонентов в географических зонах с высокой плотностью населения, и для решения этой задачи они представляются лучшим решением.
Однако обмен данными предъявляет несколько иные требования к средствам связи, более того, эффективность адаптированной для передачи данных системы голосовой связи серьезно зависит от характера и объема передаваемых данных.
Реализованные в современных голосовых средствах связи принципы работы, направленные на оптимизацию именно голосовой связи, становятся серьезным ограничением при обмене данными. Например, в транковой системе отсутствует жесткое закрепление канала между абонентами на весь период установления связи. С этой целью в такой системе используются служебный и группа информационных каналов. Запрос на доступ к информационному каналу, по которому производится речевой обмен, принимается по служебному каналу связи. При получении запроса от абонента система автоматически находит свободный информационный канал и предоставляет доступ к нему. Если один канал в системе уже занят, а другая группа абонентов пытается установить связь, то система автоматически предоставит второй канал в их распоряжение. Относительно быстрая смена каналов связи для одних и тех же абонентов в процессе сеанса связи позволяет использовать паузы в переговорах одной группы абонентов для обеспечения связью другой. В результате при прочих равных пропускная способность у транковой системы при обмене голосовыми сообщениями оказывается в разы выше, чем у обычной (конвенциональной) системы голосовой связи.
В настройках транковых систем предусмотрена дополнительная задержка после завершения передачи очередного голосового сообщения, длительность которой может составлять до нескольких секунд. Это позволяет удержать активных абонентов на одном канале и снизить нагрузку на служебный канал, связанную с переводом абонентов между информационными каналами.
Такие прекрасные технические решения для голосовой связи оказываются абсолютно неэффективными при обмене данными. Голосовые сообщения имеют существенно большую длину (продолжительность при передаче) по сравнению с данными. Если возникающие при выделении абоненту информационного канала задержки практически незаметны при переговорах, то для системы обмена данными они оказываются неприемлемыми. Например, в транковых системах задержка в предоставлении доступа к каналу связи составляет не менее 300 мс (это лучший показатель), а в GSM-R – до нескольких секунд. За это время в конвенциональной системе может быть передано до нескольких десятков коротких сообщений.
Серьезное ограничение – пропускная способность служебного канала. В случае с голосовыми сообщениями интенсивность поступления запросов в служебный канал относительно невысока, активность работы абонентов учитывается при проектировании радиосети и поддерживается на низком уровне в повседневной обстановке. Возрастание интенсивности работы в аварийных ситуациях может компенсироваться за счет предоставления более высоких приоритетов отдельным группам абонентов за счет других. При передаче данных интенсивность поступления запросов оказывается как минимум на порядок выше, и служебный канал не в состоянии с ними справиться. Выделение дополнительного служебного канала за счет сокращения числа информационных оказывается также неэффективным. В аварийных ситуациях, как правило, отсутствует возможность предоставления приоритета одному элементу автоматизированных систем управления (АСУ) за счет другого, поскольку это приводит к срыву нормальной работы последнего. Таким образом, пропускная способность служебного канала при использовании транковой системы для обмена данными оказывается критическим ограничением.
Существенный недостаток сетей GSM-R, как и обычных сотовых радиосетей, использующих обмен данными по протоколам GPRS (General Packet Radio Service) и EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), – недетерминированная задержка в доставке данных. Работа значительной части АСУ настраивается с учетом времени, необходимого на передачу запросов и получение ответов на эти запросы. Чем меньше допустимые предельные значения параметров доставки сообщений, тем эффективнее работа АСУ. В случае использования для обмена данными радиосетей GSM-R, параметры предельно допустимых задержек при доставке сообщений приходится увеличивать, снижая тем самым эффективность работы АСУ.
Возможность использования единой радиосети (а следовательно, и единого радиочастотного ресурса) для обмена голосовыми сообщениями и данными может рассматриваться как серьезное преимущество в радиосетях общего пользования. Действительно, многие на себе ощутили всю прелесть работы в Интернете и одновременного общения по телефону в том же канале. Однако в технологических радиосетях такое решение оказывается принципиально неприемлемым: работа АСУ требует строго детерминированного потока данных и задержек, а обеспечить выполнение этого требования при наличии непредсказуемого по продолжительности голосового потока невозможно: любой абонент будет говорить столько, сколько посчитает нужным, и тогда, когда ему это потребуется. Практический опыт показывает, что относительно высокая надежность такой радиосети может быть достигнута, если для передачи данных требуется не более 15% пропускной способности всей сети и только при отсутствии резких всплесков в объеме голосовых сообщений. Это в принципе невозможно в ответственных технологических радиосетях.
Эффективные технические решения по оптимизации голосовой связи в современных радиосетях стандартов GSM-R и TETRA оказались серьезным ограничением для этих систем при обмене данными. Практический опыт показывает, что возможности этих систем связи по обмену данными могут быть кардинально улучшены за счет интеграции в их состав специализированного конвенционального оборудования.
Возможности конвенциональных радиосетей по обмену данными
Перечисленные ограничения полностью отсутствуют в конвенциональных технологических радиосетях. Доступ к радиоканалу в таких радиосетях осуществляется напрямую, без использования промежуточного служебного канала, поэтому описанные задержки полностью отсутствуют.
Сравнительные данные о задержках при передаче данных в радиосетях TETRA, GSM-R и конвенциональных радиосетях представлены в табл.1. Необходимо отметить, что замеры параметров работы радиосети GSM производились на конкретном сегменте сотовой сети связи конкретного оператора и в конкретный период времени. Эти данные могут отличаться в зависимости от текущей нагрузки на сеть сотовой связи. Обеспечение стабильности параметров функционирования такой радиосети в части пропускной способности может быть обеспечено только за счет выделения для обмена данными отдельных канальных и частотных ресурсов. Анализ представленных в табл.1 данных показывает:
при работе в режиме CSD (Circuit Switched Data) обеспечивается наиболее стабильный обмен данными, однако даже в этом случае разница между минимальным и максимальным значением пропускной способности составляет около 12%, а собственно скорость обмена данными относительно мала;
разница между минимальным и максимальным значением пропускной способности при работе с использованием GPRS составляет около 94% для GPRS real COM и 280% для GPRS "клиент–сервер" соответственно. Низкая стабильность данных показателей связана с одновременным использованием радиосети для обмена речевыми сообщениями, поток которых не может быть детерминирован;
поскольку использование технологической радиосети связи стандарта TETRA предусматривается для подвижного приложения, в ней должны быть реализованы функции помехозащищенности. Номинальная скорость обмена данными в такой радиосети при обеспечении высокой помехозащищенности может составлять от 2,4 (один таймслот) до 4,8 Кбит/с (два таймслота). Использование для обмена данными большего количества тайм-слотов делает радиосеть неэффективной с точки зрения обмена голосовыми сообщениями, хотя это основная задача такой радиосети;
в конвенциональной технологической радио‑сети обмена данными предусматривается только высокая помехозащищенность. Пропускная способность такой радиосети будет в значительной степени зависеть от встроенного метода сжатия данных. Однако для одинаковых потоков данных и выбранных методов сжатия параметры стабильности пропускной способности будут неизменными на протяжении всей эксплуатации;
даже при условии использования всех радиочастотных ресурсов (таймслотов) пропускная способность радиосетей GSM-R и TETRA при обмене данными оказывается ниже по сравнению со специализированными конвенциональными радиосетями. Это отставание системное и сохранится в перспективе.
Типовая структура технологической радиосети обмена данными на железнодорожном транспорте включает в себя сеть базовых станций (БС), устанавливаемых вдоль железнодорожного пути и соединенных каналами магистральной проводной или беспроводной связи с пунктами сбора данных и управления. Каждая БС обеспечивает связь с группой поездов, находящихся в ее оперативной зоне. В современной радиосети для железной дороги зоны соседних БС полностью перекрывают друг друга, в результате чего формируется единая оперативная зона с повышенной надежностью и живучестью. Переключение поездов на работу с соседней станцией осуществляется автоматически. Учитывая, что рассматриваемое оборудование для конвенциональных радиосетей обмена данными использует открытый протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), наращивание комплектов оборудования и создание многоканальных базовых станций в составе радиосети, равно как сопряжение с любой современной автоматизированной системой управления, не представляет трудностей.
Типовые схемы конвенциональной радиосети обмена данными на железнодорожном транспорте представлены на рис.1. Принципиальное различие двух рассматриваемых схем – использование в первой из них последовательных интерфейсов, по которым каждая базовая станция Paragon PD+ подключается к многобазовому контроллеру MSC (Multi-site controller), выполняющему функции централизованного технического управления и сопряжения с взаимоувязанной сетью проводной связи и обмена данными ОАО "РЖД". Во втором случае применяется единый для всей конвенциональной технологической радиосети обмена данными интерфейс Ethernet и используется стандартное сетевое оборудование. Однако обе схемы в полной мере удовлетворяют требованиям, которые установлены в "Белой книге" ОАО "РЖД" и направлены на создание единого информационного пространства, интегрированного с информационными системами других видов транспорта и промышленности, а также иностранных железных дорог.
Следует помнить, что надежность любой системы определяется в том числе количеством входящих в ее состав компонентов и отдельных узлов – чем их меньше, тем проще при прочих равных обеспечить необходимый уровень надежности и живучести системы в целом. Это в полной мере относится к количеству базовых станций в составе технологической радиосети обмена данными: чем их меньше, тем проще система управления и обеспечения их работоспособности.
В отличие от радиосетей GSM-R и TETRA, которые предусматривают использование в их составе не только мобильных, но и носимых связных терминалов, работающих с невысокой выходной мощностью (обычно 0,9–3 Вт), в конвенциональных технологических радиосетях применяются терминалы с выходной мощностью 20–45 Вт. Это обеспечивает существенно большую по сравнению с радиосетями GSM-R и TETRA зону покрытия с позиции одной базовой станции, поскольку размер оперативной зоны базовой станции на практике будет определяться максимально возможной дальностью связи для самого маломощного оборудования, работающего в составе радиосети.
Все выпускаемое оборудование имеет встроенные средства диагностики, обеспечивающие удаленный доступ к текущим данным о техническом состоянии, и использует открытые интерфейсы, включая широко применяемый протокол обмена данными TCP/IP. Это позволяет эффективно и просто интегрировать их в единую систему мониторинга и администрирования технологической связи ОАО "РЖД", а также в системы технологической связи промышленного железнодорожного транспорта и метро.
Некоторые сравнительные характеристики базового оборудования для создания радиосетей GSM-R, TETRA и конвенциональных радиосетей представлены в табл.2. Анализ данных показывает, что оборудование для создания конвенциональных радиосетей может быть эффективно применено в качестве дополнительного для обеспечения обмена данными во всех диапазонах радиоволн УКВ-диапазона, предусмотренных к использованию в ОАО "РЖД".
С точки зрения теории распространения радиоволн и с учетом протяженности российской сети железных дорог для организации поездной радиосвязи и системы интервального регулирования движения поездов на всех участках, включая скоростные и высокоскоростные, наиболее целесообразно использовать средства обмена данными, работающие в более низких по сравнению с GSM-R диапазонах волн, например 450 МГц. Понятно, что в этом случае число базовых станций, необходимых для покрытия заданной оперативной зоны, будет существенно меньше по сравнению с количеством БС, работающих в диапазонах 900/1800 МГц. При использовании радиочастот в более низком диапазоне волн, например 160 МГц, количество необходимых базовых станций и обеспечивающих их работу проводных каналов связи и комплектов оборудования сократится еще больше.
При построении конвенциональных технологических радиосетей обмена данными на рассматриваемом оборудовании в качестве магистральных для удаленного подключения базовых станций допускается применение любых каналов связи соответствующей пропускной способности, в то время как в радиосетях GSM-R и TETRA предусмотрено использование дорогостоящих каналов связи E1. В связи с этим развертывание инфраструктуры конвенциональных радиосетей оказывается в несколько раз дешевле.
Увеличение скорости обмена данными и пропускной способности конвенциональной радиосети достигается не только за счет наращивания комплектов оборудования для обслуживания дополнительных каналов связи (как и в радиосетях GSM-R и TETRA), но и использованием оборудования с более широкой полосой пропускания. Серийно выпускается комплект оборудования для работы в канале шириной 50 кГц (два соседних канала по 25 кГц) со скоростью обмена данными 128 и 256 Кбит/с – в канале шириной100 кГц. Эффективность этого оборудования, производимого уже более четырех лет, оказывается несколько выше, чем у перспективной цифровой транковой системы связи и обмена данными TEDS (TETRA Enhanced Data System).
Работа железнодорожного транспорта связана с повышенной опасностью и ответственностью. В связи с этим все системы управления движением и сбора данных об оперативном и техническом состоянии подвижного состава и напольной автоматики на контролируемой железнодорожной сети дублируются или троируются. Это требование полностью выполняется при создании конвенциональной технологической сети, обеспечивающей функционирование автоматизированной системы диспетчерского управления. Упрощенная схема технологической радиосети обмена данными, используемой в системе диспетчерского управления и интервального регулирования, представлена на рис.2.
Схема разработана и применяется в системе диспетчерского управления на одном из предприятий промышленного железнодорожного транспорта для управления железнодорожными составами увеличенной длины. Радиосеть работает на скорости 32 Кбит/с. Система управления решает задачи мониторинга подвижных объектов и контроля работы напольной автоматики, включая:
выявление перегрева колесной пары;
контроль состояния и управление стрелочными переводами;
контроль местоположения локомотива по данным спутниковой навигации для реализации схемы интервального регулирования с использованием радиоканала;
автоматическое обнаружение схода вагона;
автоматическое обнаружение дефектов колесной пары.
Оперативная зона радиосети формируется группой дуплексных базовых станций, работающих на различных радиочастотах (использование радиочастот чередуется). Каждая БС подключена к центру диспетчерского управления по выделенному радиорелейному или проводному магистральному каналу связи. Каждый магистральный канал связи дублируется. Оперативные зоны соседних базовых станций имеют 100%-ное перекрытие, что обеспечивает возможность подключения любого из устройств напольной автоматики или локомотива к одной из двух базовых станций. В случае нарушения работы одной из БС, подключенные к удаленным устройствам напольной автоматики радиомодемы автоматически переключаются на работу со второй БС (функция автоматического перехода на резервный канал связи стандартна для рассматриваемых радиомодемов).
Подключенные к радиосети устройства напольной автоматики передают сигналы тревоги в адрес диспетчера с автоматической ретрансляцией его в адрес машиниста по каналам этой же (основной) радиосети. Кроме того, каждое устройство имеет собственный резервный канал связи с машинистом, который используется для передачи сигналов тревоги в виде голосового сообщения.
Автоматическое управление радиосетью выполняет многобазовый контроллер в отказоустойчивом исполнении со 100%-ным дублированием, имеющий в своем составе два блока, каждый из которых способен управлять 15 базовыми станциями. Упрощенная схема многобазового управляющего контроллера в отказоустойчивом исполнении представлена на рис.3.
В системе управления предусмотрена не только возможность перехода на резервный комплект оборудования в случае аварии, но и переключение на резервный порт ввода-вывода данных на основном комплекте оборудования многобазового контроллера в случае выхода из строя одного из портов. Работа основной радиосети, обеспечивающей двойное перекрытие каждой оперативной зоны, дублируется работой резервной аварийной радиосети оповещения машиниста.
Аналогичная схема реализована в наиболее современной автоматизированной системе диспетчерского управления и интервального регулирования на промышленном железнодорожном транспорте. Созданная для компании "Рио Тинто" (Австралия) АСУ обеспечивает автоматическое вождение поездов без участия машиниста с дистанционным управлением параметрами движения из объединенного центра диспетчерского управления на железнодорожной сети общей протяженностью более 1800 км. Технологическая радиосеть обмена данными функционирует на скорости 64 Кбит/с с использованием радиомодемов ParagonG3 (базовая станция) и GeminiG3 (подвижный объект). Базовые станции подключены к центру диспетчерского управления по волоконно-оптическому каналу связи. В центр управления собираются данные о параметрах движения и техническом состоянии составов, информация о техническом и оперативном состоянии средств железнодорожной автоматики, включая информацию с автоматически регулируемых железнодорожных переездов.
Внедрение системы позволило не только исключить локомотивную бригаду из процесса управления локомотивом, но коренным образом изменить всю систему диспетчерского управления и интервального регулирования. Возможность одновременного управляющего воздействия на все локомотивы позволила реализовать новую схему интервального регулирования, отказаться от использования значительной части железнодорожной автоматики и существенно сократить интервалы движения при сохранении высокого уровня безопасности. В результате были существенно увеличены объемы перевозок, поскольку новая система обеспечивает одновременное начало торможения для двигающихся друг за другом составов, что дает возможность повышения плотности движения на железнодорожной сети.
Современные конвенциональные технологические радиосети обмена данными – эффективные средства обеспечения работы АСУ различного назначения на железнодорожном транспорте, позволяющие существенно расширить возможности внедряемых систем связи GSM-R и TETRA для передачи информации о параметрах движения поезда, обеспечения надежности функционирования систем интервального регулирования с использованием радиоканала и средств спутниковой навигации, функционирования резервных каналов сбора данных и управления средствами железнодорожной автоматики и энергоснабжения.
Некоторые результаты использования конвенциональной радиосети для управления поездами метро
Для интервального регулирования движения поездов метрополитена комплекс технических средств каждого поезда на линии метрополитена должен обеспечивать выработку и передачу команд для диспетчерского пункта и позади идущего поезда о своей фактической скорости и координатах первого и последнего вагонов, а также об исправности поездных устройств.
Позади идущий поезд должен гарантированно получать от впереди идущего информацию для автоматического регулирования скорости с периодом следования, который определяется поездной ситуацией на линии и действующими нормативными документами.
По принципу действия система передачи информации между поездами и диспетчерскими пунктами по радиоканалу должна быть непрерывно действующей: отсутствие информации о параметрах впереди идущего поезда в течение заданного промежутка времени должно приводить к торможению поезда до полной остановки.
На поездах метро применяется автоматизированная система управления, технической диагностики и безопасности движения нового поколения "Витязь" [2], которая обеспечивает автоматизированное управление составом до десяти вагонов метро, повышая надежность и безопасность движения в метрополитене.
Система "Витязь" − принципиально новая система, интегрирующая в единую многопроцессорную сеть все локальные системы управления оборудования поездом метрополитена. Ее основные функции:
автоматизированное управление оборудованием поезда метрополитена;
автоматическое регулирование скорости, обеспечивающее безопасность движения на линии;
диагностика и контроль устройств поезда и отдельных вагонов с отображением результатов и рекомендаций на цветном мониторе;
противоюзовая защита колесных пар;
автоматическая диагностика вагонного оборудования перед выездом на линию;
резервирование основных функций управления составом для обеспечения надежности соблюдения графика движения на линии;
регистрация параметров движения поезда в защищенном накопителе (функции "черного ящика");
информирование пассажиров о месте нахождения поезда на маршруте.
Система "Витязь" работает в режиме реального времени и обеспечивает управление всем вагонным оборудованием, безопасность движения, полную диагностику вагонного оборудования и выдачу рекомендаций машинисту по управлению поездом.
На базе ГУП "Московский метрополитен" были успешно проведены предварительные и демонстрационные испытания оборудования конвенциальной радиосети обмена данными на радиомодемах Dataradio Paragon G3/Gemini G3 для определения возможности его использования в составе комплексной системы управления метрополитена и обеспечения надежного функционирования системы "Витязь" в звене "поезд – диспетчер станции".
Испытания выполнялись в три этапа.
На первом этапе в депо метрополитена производились измерения рабочих параметров устройств конвенциональной радиосети на совместимость с действующими техническими средствами метрополитена, отрабатывались варианты размещения радиооборудования в головном вагоне поезда, осуществлялась его стыковка с поездной системой управления. Наличие у оборудования обмена данными развитых современных интерфейсов обеспечило его сопряжение с комплектами аппаратуры системы "Витязь" без его дополнительной доработки.
На втором этапе осуществлялась передача информации средствами конвенциальной радиосети в тоннеле метрополитена в автономном режиме (без подключения к поездной системе управления). Базовая станция устанавливалась на станции метрополитена, стационарные приемопередающие антенны – в портале тоннеля. Абонентский радиомодем размещался на дрезине и перемещался по тоннелю в направлении от базовой станции. При этом выполнялись измерения дальности действия радиосвязи и уровня сигналов в зависимости от мощности передатчика, скорости обмена данными и типа приемопередающих антенн. Результаты показали возможность обеспечения надежного обмена данными с одной базовой станции по двум тоннелям метро на удаление до 1200 м без использования щелевого кабеля.
На третьем этапе абонентский радиомодем располагался в поезде и был подключен к поездной системе управления. Выполнялась передача информации о фактических параметрах движения поезда от поездной системы управления на базовую станцию радиосети при контрольных обкатках поезда. Передача данных при испытаниях контролировалась как на борту поезда, так и на станции метрополитена. Конвенциональная радиосеть обеспечила трансляцию телеметрической информации с борта поезда метро с заданной периодичностью (изменялась от двух до пяти сообщений в секунду в зависимости от удаления поезда от станции) и задержками. Наилучшие результаты были получены при использовании протокола UDP (User Datagram Protocol). Оценка пропускной способности радиосети показала, что каждая базовая станция обеспечивает обслуживание не менее 12 поездов метро в двух параллельных тоннелях при заданной интенсивности трансляции сообщений с борта каждого из них.
По результатам испытаний оборудование конвенциональной радиосети не оказывает влияния на действующие технические средства метрополитена и обеспечивает гарантированный обмен информацией между поездной системой управления и стационарным оборудованием в заданных режимах. Зафиксированные при испытаниях рабочие параметры канала передачи данных на основе устройств конвенциальной радиосети обеспечивают решение задач графико-интервального регулирования движения поездов в составе комплексной системы управления метрополитена.
Литература
1. Воронин В., Вериго А. Технологическая связь. Особенности развития технологической радиосвязи ОАО "РЖД" на современном этапе. Connect! Мир связи. 2009. № 3.
2. Медуницин Н.Б., Малинин О.В. Автоматизированная система управления, диагностики и безопасности движения вагонов метро нового поколения "Витязь". Жуковский: ГП НИИ Приборостроения им. В.В.Тихомирова, 2006.
3. Масленкова И., Команцев А. GSM/GPRS технологии в системах промышленной автоматики, Control Engineering, 2008 г. http://controlengrussia.com/bezopasnost/gsmgprs-tekhnologii-v-sistemakh-promyshlennoi-promyshlennoi/.
С целью сравнительной оценки технических возможностей систем связи различных стандартов на железнодорожном транспорте в ОАО "РЖД" был создан опытный участок в районе Екатеринбург – Камышлов протяженностью 153 км, на котором были развернуты две сети: GSM-R и TETRA. По результатам проведенных испытаний российские технические эксперты пришли к выводу, что обе системы имеют право на жизнь и у каждой есть свои преимущества и недостатки, поэтому каждая из систем должна использоваться в приложениях, в которых ее преимущества проявляются наиболее полно.
Средства связи этих стандартов должны интегрироваться с системами аналоговой и цифроаналоговой радиосвязи, работающими в диапазонах частот 2 и 160 МГц, и иметь единую систему мониторинга и администрирования радиосетей. Это накладывает дополнительные требования к стандартизации аппаратуры связи и применению в их составе типовых интерфейсов.
В вопросах, касающихся обеспечения безопасности движения поездов, необходимо в максимальной степени ориентироваться на частотные ресурсы, выделенные непосредственно для нужд ОАО "РЖД" [1]. Выбор частотных ресурсов для каждой из систем должен определяться с учетом ряда требований. Основные из них – электромагнитная совместимость радиосвязи различных систем управления, высокий уровень надежности каналов передачи данных, а также требования систем управления по объемам и скорости передачи данных.
Рекомендовано ориентироваться на следующее примерное распределение частотного ресурса для построения систем управления движением:
диапазон 2 МГц – резервирующий радиоканал систем управления соединенных и тяжеловесных поездов;
диапазон 160 МГц – радиоканалы систем управления соединенных и тяжеловесных поездов, станционных систем передачи данных на малодеятельных участках, резервирующий канал при использовании в системах управления радиосетей общего пользования;
диапазон 460 МГц (система ТЕТRА) – системы управления маневровыми локомотивами на станциях;
диапазоны 900 и 1800 МГц – система GSM-R, обеспечивающая поездную радиосвязь и системы интервального регулирования движения поездов на скоростных и высокоскоростных участках;
диапазоны 1800 и 2400 МГц (системы DECT, Wi-Fi, WiMAХ) – станционные высокоскоростные сети передачи данных для информационно-управляющих систем, организации видеонаблюдения.
В составе системы связи ОАО "РЖД" применяются и планируются к дальнейшему использованию средства связи и обмена данными, функционирующие практически во всем доступном диапазоне радиоволн. Наиболее актуальны технические решения, обеспечивающие надежный обмен данными между стационарными пунктами управления и подвижным составом.
Ограничения систем связи стандартов GSM-R и TETRA по обмену данными
Одно из наиболее актуальных требований к современной системе связи – обеспечение эффективного обмена данными. Системы связи GSM-R и TETRA создавались как многоканальные голосовые, предусматривающие обмен речевыми сообщениями между значительным количеством абонентов в географических зонах с высокой плотностью населения, и для решения этой задачи они представляются лучшим решением.
Однако обмен данными предъявляет несколько иные требования к средствам связи, более того, эффективность адаптированной для передачи данных системы голосовой связи серьезно зависит от характера и объема передаваемых данных.
Реализованные в современных голосовых средствах связи принципы работы, направленные на оптимизацию именно голосовой связи, становятся серьезным ограничением при обмене данными. Например, в транковой системе отсутствует жесткое закрепление канала между абонентами на весь период установления связи. С этой целью в такой системе используются служебный и группа информационных каналов. Запрос на доступ к информационному каналу, по которому производится речевой обмен, принимается по служебному каналу связи. При получении запроса от абонента система автоматически находит свободный информационный канал и предоставляет доступ к нему. Если один канал в системе уже занят, а другая группа абонентов пытается установить связь, то система автоматически предоставит второй канал в их распоряжение. Относительно быстрая смена каналов связи для одних и тех же абонентов в процессе сеанса связи позволяет использовать паузы в переговорах одной группы абонентов для обеспечения связью другой. В результате при прочих равных пропускная способность у транковой системы при обмене голосовыми сообщениями оказывается в разы выше, чем у обычной (конвенциональной) системы голосовой связи.
В настройках транковых систем предусмотрена дополнительная задержка после завершения передачи очередного голосового сообщения, длительность которой может составлять до нескольких секунд. Это позволяет удержать активных абонентов на одном канале и снизить нагрузку на служебный канал, связанную с переводом абонентов между информационными каналами.
Такие прекрасные технические решения для голосовой связи оказываются абсолютно неэффективными при обмене данными. Голосовые сообщения имеют существенно большую длину (продолжительность при передаче) по сравнению с данными. Если возникающие при выделении абоненту информационного канала задержки практически незаметны при переговорах, то для системы обмена данными они оказываются неприемлемыми. Например, в транковых системах задержка в предоставлении доступа к каналу связи составляет не менее 300 мс (это лучший показатель), а в GSM-R – до нескольких секунд. За это время в конвенциональной системе может быть передано до нескольких десятков коротких сообщений.
Серьезное ограничение – пропускная способность служебного канала. В случае с голосовыми сообщениями интенсивность поступления запросов в служебный канал относительно невысока, активность работы абонентов учитывается при проектировании радиосети и поддерживается на низком уровне в повседневной обстановке. Возрастание интенсивности работы в аварийных ситуациях может компенсироваться за счет предоставления более высоких приоритетов отдельным группам абонентов за счет других. При передаче данных интенсивность поступления запросов оказывается как минимум на порядок выше, и служебный канал не в состоянии с ними справиться. Выделение дополнительного служебного канала за счет сокращения числа информационных оказывается также неэффективным. В аварийных ситуациях, как правило, отсутствует возможность предоставления приоритета одному элементу автоматизированных систем управления (АСУ) за счет другого, поскольку это приводит к срыву нормальной работы последнего. Таким образом, пропускная способность служебного канала при использовании транковой системы для обмена данными оказывается критическим ограничением.
Существенный недостаток сетей GSM-R, как и обычных сотовых радиосетей, использующих обмен данными по протоколам GPRS (General Packet Radio Service) и EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), – недетерминированная задержка в доставке данных. Работа значительной части АСУ настраивается с учетом времени, необходимого на передачу запросов и получение ответов на эти запросы. Чем меньше допустимые предельные значения параметров доставки сообщений, тем эффективнее работа АСУ. В случае использования для обмена данными радиосетей GSM-R, параметры предельно допустимых задержек при доставке сообщений приходится увеличивать, снижая тем самым эффективность работы АСУ.
Возможность использования единой радиосети (а следовательно, и единого радиочастотного ресурса) для обмена голосовыми сообщениями и данными может рассматриваться как серьезное преимущество в радиосетях общего пользования. Действительно, многие на себе ощутили всю прелесть работы в Интернете и одновременного общения по телефону в том же канале. Однако в технологических радиосетях такое решение оказывается принципиально неприемлемым: работа АСУ требует строго детерминированного потока данных и задержек, а обеспечить выполнение этого требования при наличии непредсказуемого по продолжительности голосового потока невозможно: любой абонент будет говорить столько, сколько посчитает нужным, и тогда, когда ему это потребуется. Практический опыт показывает, что относительно высокая надежность такой радиосети может быть достигнута, если для передачи данных требуется не более 15% пропускной способности всей сети и только при отсутствии резких всплесков в объеме голосовых сообщений. Это в принципе невозможно в ответственных технологических радиосетях.
Эффективные технические решения по оптимизации голосовой связи в современных радиосетях стандартов GSM-R и TETRA оказались серьезным ограничением для этих систем при обмене данными. Практический опыт показывает, что возможности этих систем связи по обмену данными могут быть кардинально улучшены за счет интеграции в их состав специализированного конвенционального оборудования.
Возможности конвенциональных радиосетей по обмену данными
Перечисленные ограничения полностью отсутствуют в конвенциональных технологических радиосетях. Доступ к радиоканалу в таких радиосетях осуществляется напрямую, без использования промежуточного служебного канала, поэтому описанные задержки полностью отсутствуют.
Сравнительные данные о задержках при передаче данных в радиосетях TETRA, GSM-R и конвенциональных радиосетях представлены в табл.1. Необходимо отметить, что замеры параметров работы радиосети GSM производились на конкретном сегменте сотовой сети связи конкретного оператора и в конкретный период времени. Эти данные могут отличаться в зависимости от текущей нагрузки на сеть сотовой связи. Обеспечение стабильности параметров функционирования такой радиосети в части пропускной способности может быть обеспечено только за счет выделения для обмена данными отдельных канальных и частотных ресурсов. Анализ представленных в табл.1 данных показывает:
при работе в режиме CSD (Circuit Switched Data) обеспечивается наиболее стабильный обмен данными, однако даже в этом случае разница между минимальным и максимальным значением пропускной способности составляет около 12%, а собственно скорость обмена данными относительно мала;
разница между минимальным и максимальным значением пропускной способности при работе с использованием GPRS составляет около 94% для GPRS real COM и 280% для GPRS "клиент–сервер" соответственно. Низкая стабильность данных показателей связана с одновременным использованием радиосети для обмена речевыми сообщениями, поток которых не может быть детерминирован;
поскольку использование технологической радиосети связи стандарта TETRA предусматривается для подвижного приложения, в ней должны быть реализованы функции помехозащищенности. Номинальная скорость обмена данными в такой радиосети при обеспечении высокой помехозащищенности может составлять от 2,4 (один таймслот) до 4,8 Кбит/с (два таймслота). Использование для обмена данными большего количества тайм-слотов делает радиосеть неэффективной с точки зрения обмена голосовыми сообщениями, хотя это основная задача такой радиосети;
в конвенциональной технологической радио‑сети обмена данными предусматривается только высокая помехозащищенность. Пропускная способность такой радиосети будет в значительной степени зависеть от встроенного метода сжатия данных. Однако для одинаковых потоков данных и выбранных методов сжатия параметры стабильности пропускной способности будут неизменными на протяжении всей эксплуатации;
даже при условии использования всех радиочастотных ресурсов (таймслотов) пропускная способность радиосетей GSM-R и TETRA при обмене данными оказывается ниже по сравнению со специализированными конвенциональными радиосетями. Это отставание системное и сохранится в перспективе.
Типовая структура технологической радиосети обмена данными на железнодорожном транспорте включает в себя сеть базовых станций (БС), устанавливаемых вдоль железнодорожного пути и соединенных каналами магистральной проводной или беспроводной связи с пунктами сбора данных и управления. Каждая БС обеспечивает связь с группой поездов, находящихся в ее оперативной зоне. В современной радиосети для железной дороги зоны соседних БС полностью перекрывают друг друга, в результате чего формируется единая оперативная зона с повышенной надежностью и живучестью. Переключение поездов на работу с соседней станцией осуществляется автоматически. Учитывая, что рассматриваемое оборудование для конвенциональных радиосетей обмена данными использует открытый протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), наращивание комплектов оборудования и создание многоканальных базовых станций в составе радиосети, равно как сопряжение с любой современной автоматизированной системой управления, не представляет трудностей.
Типовые схемы конвенциональной радиосети обмена данными на железнодорожном транспорте представлены на рис.1. Принципиальное различие двух рассматриваемых схем – использование в первой из них последовательных интерфейсов, по которым каждая базовая станция Paragon PD+ подключается к многобазовому контроллеру MSC (Multi-site controller), выполняющему функции централизованного технического управления и сопряжения с взаимоувязанной сетью проводной связи и обмена данными ОАО "РЖД". Во втором случае применяется единый для всей конвенциональной технологической радиосети обмена данными интерфейс Ethernet и используется стандартное сетевое оборудование. Однако обе схемы в полной мере удовлетворяют требованиям, которые установлены в "Белой книге" ОАО "РЖД" и направлены на создание единого информационного пространства, интегрированного с информационными системами других видов транспорта и промышленности, а также иностранных железных дорог.
Следует помнить, что надежность любой системы определяется в том числе количеством входящих в ее состав компонентов и отдельных узлов – чем их меньше, тем проще при прочих равных обеспечить необходимый уровень надежности и живучести системы в целом. Это в полной мере относится к количеству базовых станций в составе технологической радиосети обмена данными: чем их меньше, тем проще система управления и обеспечения их работоспособности.
В отличие от радиосетей GSM-R и TETRA, которые предусматривают использование в их составе не только мобильных, но и носимых связных терминалов, работающих с невысокой выходной мощностью (обычно 0,9–3 Вт), в конвенциональных технологических радиосетях применяются терминалы с выходной мощностью 20–45 Вт. Это обеспечивает существенно большую по сравнению с радиосетями GSM-R и TETRA зону покрытия с позиции одной базовой станции, поскольку размер оперативной зоны базовой станции на практике будет определяться максимально возможной дальностью связи для самого маломощного оборудования, работающего в составе радиосети.
Все выпускаемое оборудование имеет встроенные средства диагностики, обеспечивающие удаленный доступ к текущим данным о техническом состоянии, и использует открытые интерфейсы, включая широко применяемый протокол обмена данными TCP/IP. Это позволяет эффективно и просто интегрировать их в единую систему мониторинга и администрирования технологической связи ОАО "РЖД", а также в системы технологической связи промышленного железнодорожного транспорта и метро.
Некоторые сравнительные характеристики базового оборудования для создания радиосетей GSM-R, TETRA и конвенциональных радиосетей представлены в табл.2. Анализ данных показывает, что оборудование для создания конвенциональных радиосетей может быть эффективно применено в качестве дополнительного для обеспечения обмена данными во всех диапазонах радиоволн УКВ-диапазона, предусмотренных к использованию в ОАО "РЖД".
С точки зрения теории распространения радиоволн и с учетом протяженности российской сети железных дорог для организации поездной радиосвязи и системы интервального регулирования движения поездов на всех участках, включая скоростные и высокоскоростные, наиболее целесообразно использовать средства обмена данными, работающие в более низких по сравнению с GSM-R диапазонах волн, например 450 МГц. Понятно, что в этом случае число базовых станций, необходимых для покрытия заданной оперативной зоны, будет существенно меньше по сравнению с количеством БС, работающих в диапазонах 900/1800 МГц. При использовании радиочастот в более низком диапазоне волн, например 160 МГц, количество необходимых базовых станций и обеспечивающих их работу проводных каналов связи и комплектов оборудования сократится еще больше.
При построении конвенциональных технологических радиосетей обмена данными на рассматриваемом оборудовании в качестве магистральных для удаленного подключения базовых станций допускается применение любых каналов связи соответствующей пропускной способности, в то время как в радиосетях GSM-R и TETRA предусмотрено использование дорогостоящих каналов связи E1. В связи с этим развертывание инфраструктуры конвенциональных радиосетей оказывается в несколько раз дешевле.
Увеличение скорости обмена данными и пропускной способности конвенциональной радиосети достигается не только за счет наращивания комплектов оборудования для обслуживания дополнительных каналов связи (как и в радиосетях GSM-R и TETRA), но и использованием оборудования с более широкой полосой пропускания. Серийно выпускается комплект оборудования для работы в канале шириной 50 кГц (два соседних канала по 25 кГц) со скоростью обмена данными 128 и 256 Кбит/с – в канале шириной100 кГц. Эффективность этого оборудования, производимого уже более четырех лет, оказывается несколько выше, чем у перспективной цифровой транковой системы связи и обмена данными TEDS (TETRA Enhanced Data System).
Работа железнодорожного транспорта связана с повышенной опасностью и ответственностью. В связи с этим все системы управления движением и сбора данных об оперативном и техническом состоянии подвижного состава и напольной автоматики на контролируемой железнодорожной сети дублируются или троируются. Это требование полностью выполняется при создании конвенциональной технологической сети, обеспечивающей функционирование автоматизированной системы диспетчерского управления. Упрощенная схема технологической радиосети обмена данными, используемой в системе диспетчерского управления и интервального регулирования, представлена на рис.2.
Схема разработана и применяется в системе диспетчерского управления на одном из предприятий промышленного железнодорожного транспорта для управления железнодорожными составами увеличенной длины. Радиосеть работает на скорости 32 Кбит/с. Система управления решает задачи мониторинга подвижных объектов и контроля работы напольной автоматики, включая:
выявление перегрева колесной пары;
контроль состояния и управление стрелочными переводами;
контроль местоположения локомотива по данным спутниковой навигации для реализации схемы интервального регулирования с использованием радиоканала;
автоматическое обнаружение схода вагона;
автоматическое обнаружение дефектов колесной пары.
Оперативная зона радиосети формируется группой дуплексных базовых станций, работающих на различных радиочастотах (использование радиочастот чередуется). Каждая БС подключена к центру диспетчерского управления по выделенному радиорелейному или проводному магистральному каналу связи. Каждый магистральный канал связи дублируется. Оперативные зоны соседних базовых станций имеют 100%-ное перекрытие, что обеспечивает возможность подключения любого из устройств напольной автоматики или локомотива к одной из двух базовых станций. В случае нарушения работы одной из БС, подключенные к удаленным устройствам напольной автоматики радиомодемы автоматически переключаются на работу со второй БС (функция автоматического перехода на резервный канал связи стандартна для рассматриваемых радиомодемов).
Подключенные к радиосети устройства напольной автоматики передают сигналы тревоги в адрес диспетчера с автоматической ретрансляцией его в адрес машиниста по каналам этой же (основной) радиосети. Кроме того, каждое устройство имеет собственный резервный канал связи с машинистом, который используется для передачи сигналов тревоги в виде голосового сообщения.
Автоматическое управление радиосетью выполняет многобазовый контроллер в отказоустойчивом исполнении со 100%-ным дублированием, имеющий в своем составе два блока, каждый из которых способен управлять 15 базовыми станциями. Упрощенная схема многобазового управляющего контроллера в отказоустойчивом исполнении представлена на рис.3.
В системе управления предусмотрена не только возможность перехода на резервный комплект оборудования в случае аварии, но и переключение на резервный порт ввода-вывода данных на основном комплекте оборудования многобазового контроллера в случае выхода из строя одного из портов. Работа основной радиосети, обеспечивающей двойное перекрытие каждой оперативной зоны, дублируется работой резервной аварийной радиосети оповещения машиниста.
Аналогичная схема реализована в наиболее современной автоматизированной системе диспетчерского управления и интервального регулирования на промышленном железнодорожном транспорте. Созданная для компании "Рио Тинто" (Австралия) АСУ обеспечивает автоматическое вождение поездов без участия машиниста с дистанционным управлением параметрами движения из объединенного центра диспетчерского управления на железнодорожной сети общей протяженностью более 1800 км. Технологическая радиосеть обмена данными функционирует на скорости 64 Кбит/с с использованием радиомодемов ParagonG3 (базовая станция) и GeminiG3 (подвижный объект). Базовые станции подключены к центру диспетчерского управления по волоконно-оптическому каналу связи. В центр управления собираются данные о параметрах движения и техническом состоянии составов, информация о техническом и оперативном состоянии средств железнодорожной автоматики, включая информацию с автоматически регулируемых железнодорожных переездов.
Внедрение системы позволило не только исключить локомотивную бригаду из процесса управления локомотивом, но коренным образом изменить всю систему диспетчерского управления и интервального регулирования. Возможность одновременного управляющего воздействия на все локомотивы позволила реализовать новую схему интервального регулирования, отказаться от использования значительной части железнодорожной автоматики и существенно сократить интервалы движения при сохранении высокого уровня безопасности. В результате были существенно увеличены объемы перевозок, поскольку новая система обеспечивает одновременное начало торможения для двигающихся друг за другом составов, что дает возможность повышения плотности движения на железнодорожной сети.
Современные конвенциональные технологические радиосети обмена данными – эффективные средства обеспечения работы АСУ различного назначения на железнодорожном транспорте, позволяющие существенно расширить возможности внедряемых систем связи GSM-R и TETRA для передачи информации о параметрах движения поезда, обеспечения надежности функционирования систем интервального регулирования с использованием радиоканала и средств спутниковой навигации, функционирования резервных каналов сбора данных и управления средствами железнодорожной автоматики и энергоснабжения.
Некоторые результаты использования конвенциональной радиосети для управления поездами метро
Для интервального регулирования движения поездов метрополитена комплекс технических средств каждого поезда на линии метрополитена должен обеспечивать выработку и передачу команд для диспетчерского пункта и позади идущего поезда о своей фактической скорости и координатах первого и последнего вагонов, а также об исправности поездных устройств.
Позади идущий поезд должен гарантированно получать от впереди идущего информацию для автоматического регулирования скорости с периодом следования, который определяется поездной ситуацией на линии и действующими нормативными документами.
По принципу действия система передачи информации между поездами и диспетчерскими пунктами по радиоканалу должна быть непрерывно действующей: отсутствие информации о параметрах впереди идущего поезда в течение заданного промежутка времени должно приводить к торможению поезда до полной остановки.
На поездах метро применяется автоматизированная система управления, технической диагностики и безопасности движения нового поколения "Витязь" [2], которая обеспечивает автоматизированное управление составом до десяти вагонов метро, повышая надежность и безопасность движения в метрополитене.
Система "Витязь" − принципиально новая система, интегрирующая в единую многопроцессорную сеть все локальные системы управления оборудования поездом метрополитена. Ее основные функции:
автоматизированное управление оборудованием поезда метрополитена;
автоматическое регулирование скорости, обеспечивающее безопасность движения на линии;
диагностика и контроль устройств поезда и отдельных вагонов с отображением результатов и рекомендаций на цветном мониторе;
противоюзовая защита колесных пар;
автоматическая диагностика вагонного оборудования перед выездом на линию;
резервирование основных функций управления составом для обеспечения надежности соблюдения графика движения на линии;
регистрация параметров движения поезда в защищенном накопителе (функции "черного ящика");
информирование пассажиров о месте нахождения поезда на маршруте.
Система "Витязь" работает в режиме реального времени и обеспечивает управление всем вагонным оборудованием, безопасность движения, полную диагностику вагонного оборудования и выдачу рекомендаций машинисту по управлению поездом.
На базе ГУП "Московский метрополитен" были успешно проведены предварительные и демонстрационные испытания оборудования конвенциальной радиосети обмена данными на радиомодемах Dataradio Paragon G3/Gemini G3 для определения возможности его использования в составе комплексной системы управления метрополитена и обеспечения надежного функционирования системы "Витязь" в звене "поезд – диспетчер станции".
Испытания выполнялись в три этапа.
На первом этапе в депо метрополитена производились измерения рабочих параметров устройств конвенциональной радиосети на совместимость с действующими техническими средствами метрополитена, отрабатывались варианты размещения радиооборудования в головном вагоне поезда, осуществлялась его стыковка с поездной системой управления. Наличие у оборудования обмена данными развитых современных интерфейсов обеспечило его сопряжение с комплектами аппаратуры системы "Витязь" без его дополнительной доработки.
На втором этапе осуществлялась передача информации средствами конвенциальной радиосети в тоннеле метрополитена в автономном режиме (без подключения к поездной системе управления). Базовая станция устанавливалась на станции метрополитена, стационарные приемопередающие антенны – в портале тоннеля. Абонентский радиомодем размещался на дрезине и перемещался по тоннелю в направлении от базовой станции. При этом выполнялись измерения дальности действия радиосвязи и уровня сигналов в зависимости от мощности передатчика, скорости обмена данными и типа приемопередающих антенн. Результаты показали возможность обеспечения надежного обмена данными с одной базовой станции по двум тоннелям метро на удаление до 1200 м без использования щелевого кабеля.
На третьем этапе абонентский радиомодем располагался в поезде и был подключен к поездной системе управления. Выполнялась передача информации о фактических параметрах движения поезда от поездной системы управления на базовую станцию радиосети при контрольных обкатках поезда. Передача данных при испытаниях контролировалась как на борту поезда, так и на станции метрополитена. Конвенциональная радиосеть обеспечила трансляцию телеметрической информации с борта поезда метро с заданной периодичностью (изменялась от двух до пяти сообщений в секунду в зависимости от удаления поезда от станции) и задержками. Наилучшие результаты были получены при использовании протокола UDP (User Datagram Protocol). Оценка пропускной способности радиосети показала, что каждая базовая станция обеспечивает обслуживание не менее 12 поездов метро в двух параллельных тоннелях при заданной интенсивности трансляции сообщений с борта каждого из них.
По результатам испытаний оборудование конвенциональной радиосети не оказывает влияния на действующие технические средства метрополитена и обеспечивает гарантированный обмен информацией между поездной системой управления и стационарным оборудованием в заданных режимах. Зафиксированные при испытаниях рабочие параметры канала передачи данных на основе устройств конвенциальной радиосети обеспечивают решение задач графико-интервального регулирования движения поездов в составе комплексной системы управления метрополитена.
Литература
1. Воронин В., Вериго А. Технологическая связь. Особенности развития технологической радиосвязи ОАО "РЖД" на современном этапе. Connect! Мир связи. 2009. № 3.
2. Медуницин Н.Б., Малинин О.В. Автоматизированная система управления, диагностики и безопасности движения вагонов метро нового поколения "Витязь". Жуковский: ГП НИИ Приборостроения им. В.В.Тихомирова, 2006.
3. Масленкова И., Команцев А. GSM/GPRS технологии в системах промышленной автоматики, Control Engineering, 2008 г. http://controlengrussia.com/bezopasnost/gsmgprs-tekhnologii-v-sistemakh-promyshlennoi-promyshlennoi/.
Отзывы читателей
