eng
Выпуск #3/2021
В.Тихвинский, С.Портной
СЕТИ МОБИЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СВЯЗИ FRMCS: ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ И ВНЕДРЕНИЯ
СЕТИ МОБИЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СВЯЗИ FRMCS: ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ И ВНЕДРЕНИЯ
Просмотры: 5528
DOI: 10.22184/2070-8963.2021.95.3.54.64
Система железнодорожной связи следующего поколения FRMCS представляет собой телекоммуникационную систему, обеспечивающую связь между железными дорогами и состоящую из сетевого оборудования FRMCS, сетей радиодоступа 4G и 5G, транспортных сетей связи и серверов приложений сети. Устаревшие сети железнодорожного радиодоступа стандарта GSM-R не будут включены в систему FRMCS.В статье рассмотрены актуальные аспекты построения и внедрения системы FRMCS с учетом использования технологий связи 5G для пользователей железных дорог в Европе и Российской Федерации.
Система железнодорожной связи следующего поколения FRMCS представляет собой телекоммуникационную систему, обеспечивающую связь между железными дорогами и состоящую из сетевого оборудования FRMCS, сетей радиодоступа 4G и 5G, транспортных сетей связи и серверов приложений сети. Устаревшие сети железнодорожного радиодоступа стандарта GSM-R не будут включены в систему FRMCS.В статье рассмотрены актуальные аспекты построения и внедрения системы FRMCS с учетом использования технологий связи 5G для пользователей железных дорог в Европе и Российской Федерации.
Теги: 5g cистема железнодорожной связи следующего поколения frmcs future railway mobile communication system (frmcs) gsm-r lte radio-frequency spectrum uic радиочастотный спектр
СЕТИ МОБИЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СВЯЗИ FRMCS: перспективы создания
и внедрения
В.Тихвинский, д.э.н., академик РАЕН,
проф. МВТУ им. Н.Э.Баумана,
гл. науч. сотр. ФГУП НИИР / vtniir@mail.ru,
С.Портной, д.т.н., академик РАЕН,
вице-президент по технологиям ГК "Антарес" /serg.portnoy@antares4G.ru
УДК 621.391.82, DOI: 10.22184/2070-8963.2021.95.3.54.64
Система железнодорожной связи следующего поколения FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) представляет собой телекоммуникационную систему, обеспечивающую связь между железными дорогами и состоящую из сетевого оборудования FRMCS, сетей радиодоступа 4G и 5G, транспортных сетей связи и серверов приложений сети. Устаревшие сети железнодорожного радиодоступа стандарта GSM-R не будут включены в систему FRMCS. В статье рассмотрены актуальные аспекты построения и внедрения системы FRMCS с учетом использования технологий связи 5G для пользователей железных дорог в Европе и Российской Федерации.
Международный союз железных дорог (UIC) и Европейское железнодорожное агентство (ERA) рассматривают возможность замены системы связи устаревшей технологии GSM-R на базе 2G на систему FRMCS к 2030 году. Функциональные рабочие группы UIC (FWG) и Партнерского проекта 3GPP, разрабатывающие будущую железнодорожную систему мобильной связи, сформулировали и специфицировали свои требования к системе железнодорожного сообщения следующего поколения FRMCS в спецификациях UIC и 3GPP/ETSI соответственно.
Пробные внедрения FRMCS начались уже в 2020 году.
Анализ работ по стандартизации FRMCS
В 2018 году в рамках деятельности UIC и ERA были начаты работы над проектом будущей сети железнодорожной связи [1−6], для чего были созданы следующие руководящие (Steering) и рабочие (Working) группы по разработке и управлению проектом создания и стандартизации FRMCS:
рабочая группа, руководящая глобальной стратегией и планированием FRMCS;
руководящая группа FRMCS по функциональности сети (FWG), обеспечивающая соответствие между функциональными возможностями системы связи и потребностями железной дороги;
рабочая группа по архитектуре и технологиям FRMCS (ATWG), которая определяет целевую архитектуру сети и проводит оценку предлагаемых технологий-кандидатов для радиоинтерфейсов;
группа UIC по частотным аспектам (UGFA), определяющая потребности FRMCS в спектре для различных сценариев миграции;
группа UIC по архитектуре (ТОВА), которая определяет логическую, техническую и физическую архитектуру сети FRMCS;
целевая рабочая группа 3GPP (3GPP TF), разрабатывающая технические спецификации на сеть FRMCS и оборудование, также занимающаяся гармонизацией требований UIC и 3GPP.
К данному перечню надо добавить технический комитет Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) по железнодорожной электросвязи (TC-RT), который обеспечивает стандартизацию сети и гармонизацию технических требований с европейской нормативной базой стандартов.
Роли и взаимодействие рабочих групп UIC, 3GPP и ETSI в работе над проектом системы FRMCS, а также над предыдущим проектом GSM-R показаны на рис.1.
Поскольку будущая сеть железнодорожной связи будет иметь как международный, так и европейский уровень стандартизации, это существенно упростит процедуры сертификации, производства и внедрения на европейских железных дорогах оборудования FRMCS. Учитывая наличие общих для нашей страны с европейскими рынки железнодорожных перевозок, необходимо создать и внедрить российские стандарты на FRMCS и правила применения такого оборудования на сетях связи общего пользования 4G и 5G.
Общие требования к сети FRMCS
Сеть FRMCS (рис.2) представляет собой телекоммуникационную систему, соответствующую техническим спецификациям [2−5], состоящую из сети железнодорожной связи FRMCS и служб FRMCS, которая подключена к домену сервисных приложений через сеть радиодоступа 4G или 5G, стандартизованных 3GPP, либо через сеть радиодоступа другой технологии.
Сеть FRMCS будет обеспечивать более высокие скорости передачи данных, меньшие задержки данных, мультимедийную связь и улучшенную надежность соединения. Кроме того, эта сеть должна предусматривать возможность прямого соединения абонентских устройств (D2D), а также выполнять услуги и приложения, которые описаны в действующих спецификациях 3GPP или могут выходить за их рамки. Для облегчения плавного перехода от устаревших систем связи (например, GSM-R) к FRMCS предусмотрены сценарии перехода [6, 7], а также требования к взаимодействию между такими системами связи и сетью FRMCS.
Новая сеть будет предоставлять экстренную групповую связь с низкой задержкой и высоконадежную передачу данных и видео в высокоскоростных поездах, а также обеспечивать:
приоритетную групповую связь в чрезвычайных ситуациях, данные управления поездом и видеосервис;
бесшовную связь на высокоскоростных железнодорожных линиях;
низкую задержку и высокую надежность передачи данных и видео;
мониторинг и управление поездом в реальном времени для безопасной его работы;
надежное отслеживание местоположения, включая отслеживание туннелей;
поддержку взаимодействия с устаревшими сетями связи железнодорожного сообщения стандарта GSM-R.
Услуги, оказываемые в сети железнодорожной связи FRMCS, можно разделить на:
услуги управления и контроля за поездом;
служебные сетевые услуги;
обслуживание железнодорожных служб (таких как экстренный вызов на железной дороге, функциональная адресация и адресация на основе местоположения);
дополнительные услуги (предоставление экипажам поездов или машинистам информации о работе поездов и взаимодействии с существующими системами железнодорожной связи).
Введенное 3GPP [8–12] деление сценариев использования FRMCS классифицирует все варианты использования этой сети с учетом присущих железным дорогам особенностей.
В частности, рассматриваются следующие категории вариантов применения приложений (use cases) сети:
Группирование приложений в соответствии с их уровнем значимости в сети FRMCS проиллюстрировано на рис.3.
Архитектура сети FRMCS на борту поездов
Архитектура FRMCS включает различные виды архитектур с соответствующими различиями:
Бортовая архитектура сети FRMCS представляет собой подсистему сети, размещаемую в поезде, которая охватывает следующие функциональные компоненты:
Предполагается, что несколько пользователей сети FRMCS и/или железнодорожных приложений будут использовать одни и те же бортовые устройства для работы при движении поезда.
Шлюз FRMCS обеспечивает физическую адаптацию и включает в себя средства для управления бортовым оборудованием, а также для управления наземной сетью связи и потребностями в транспортных услугах.
Для повышения доступности бортовая сеть поезда может поддерживать взаимодействие с одним и более шлюзами FRMCS, количество которых зависит от уровня требований интеграции сети поезда.Шлюз обрабатывает транспортные услуги в сети FRMCS и обеспечивает доступ к одному или нескольким железнодорожным приложениям в поезде через бортовую сеть связи на основе IP-протокола. Бортовая сеть связи должна быть совместима с внутренней сетью связи поездов (TCN), как определено в стандарте МЭК 61375-1 [13], и она не входит в сферу функциональной архитектуры FRMCS.
Архитектура бортовой части системы FRMCS показана на рис.4.
Исходя из предложенной группой UIC архитектуры сети FMRCS интерфейсы бортовой части сети FRMCS включают:
OBAPP. Представляет собой интерфейс уровня 3 (IP) между бортовой частью системы FRMCS и приложением(ями), при этом:
в плоскости пользователя этим интерфейсом прозрачно переносятся данные из приложений и в приложения,
в плоскости управления этим интерфейсом осуществляется обмен данными между приложением(ями) и бортовой системой FRMCS;
OBANT. Соедин
и внедрения
В.Тихвинский, д.э.н., академик РАЕН,
проф. МВТУ им. Н.Э.Баумана,
гл. науч. сотр. ФГУП НИИР / vtniir@mail.ru,
С.Портной, д.т.н., академик РАЕН,
вице-президент по технологиям ГК "Антарес" /serg.portnoy@antares4G.ru
УДК 621.391.82, DOI: 10.22184/2070-8963.2021.95.3.54.64
Система железнодорожной связи следующего поколения FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) представляет собой телекоммуникационную систему, обеспечивающую связь между железными дорогами и состоящую из сетевого оборудования FRMCS, сетей радиодоступа 4G и 5G, транспортных сетей связи и серверов приложений сети. Устаревшие сети железнодорожного радиодоступа стандарта GSM-R не будут включены в систему FRMCS. В статье рассмотрены актуальные аспекты построения и внедрения системы FRMCS с учетом использования технологий связи 5G для пользователей железных дорог в Европе и Российской Федерации.
Международный союз железных дорог (UIC) и Европейское железнодорожное агентство (ERA) рассматривают возможность замены системы связи устаревшей технологии GSM-R на базе 2G на систему FRMCS к 2030 году. Функциональные рабочие группы UIC (FWG) и Партнерского проекта 3GPP, разрабатывающие будущую железнодорожную систему мобильной связи, сформулировали и специфицировали свои требования к системе железнодорожного сообщения следующего поколения FRMCS в спецификациях UIC и 3GPP/ETSI соответственно.
Пробные внедрения FRMCS начались уже в 2020 году.
Анализ работ по стандартизации FRMCS
В 2018 году в рамках деятельности UIC и ERA были начаты работы над проектом будущей сети железнодорожной связи [1−6], для чего были созданы следующие руководящие (Steering) и рабочие (Working) группы по разработке и управлению проектом создания и стандартизации FRMCS:
рабочая группа, руководящая глобальной стратегией и планированием FRMCS;
руководящая группа FRMCS по функциональности сети (FWG), обеспечивающая соответствие между функциональными возможностями системы связи и потребностями железной дороги;
рабочая группа по архитектуре и технологиям FRMCS (ATWG), которая определяет целевую архитектуру сети и проводит оценку предлагаемых технологий-кандидатов для радиоинтерфейсов;
группа UIC по частотным аспектам (UGFA), определяющая потребности FRMCS в спектре для различных сценариев миграции;
группа UIC по архитектуре (ТОВА), которая определяет логическую, техническую и физическую архитектуру сети FRMCS;
целевая рабочая группа 3GPP (3GPP TF), разрабатывающая технические спецификации на сеть FRMCS и оборудование, также занимающаяся гармонизацией требований UIC и 3GPP.
К данному перечню надо добавить технический комитет Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) по железнодорожной электросвязи (TC-RT), который обеспечивает стандартизацию сети и гармонизацию технических требований с европейской нормативной базой стандартов.
Роли и взаимодействие рабочих групп UIC, 3GPP и ETSI в работе над проектом системы FRMCS, а также над предыдущим проектом GSM-R показаны на рис.1.
Поскольку будущая сеть железнодорожной связи будет иметь как международный, так и европейский уровень стандартизации, это существенно упростит процедуры сертификации, производства и внедрения на европейских железных дорогах оборудования FRMCS. Учитывая наличие общих для нашей страны с европейскими рынки железнодорожных перевозок, необходимо создать и внедрить российские стандарты на FRMCS и правила применения такого оборудования на сетях связи общего пользования 4G и 5G.
Общие требования к сети FRMCS
Сеть FRMCS (рис.2) представляет собой телекоммуникационную систему, соответствующую техническим спецификациям [2−5], состоящую из сети железнодорожной связи FRMCS и служб FRMCS, которая подключена к домену сервисных приложений через сеть радиодоступа 4G или 5G, стандартизованных 3GPP, либо через сеть радиодоступа другой технологии.
Сеть FRMCS будет обеспечивать более высокие скорости передачи данных, меньшие задержки данных, мультимедийную связь и улучшенную надежность соединения. Кроме того, эта сеть должна предусматривать возможность прямого соединения абонентских устройств (D2D), а также выполнять услуги и приложения, которые описаны в действующих спецификациях 3GPP или могут выходить за их рамки. Для облегчения плавного перехода от устаревших систем связи (например, GSM-R) к FRMCS предусмотрены сценарии перехода [6, 7], а также требования к взаимодействию между такими системами связи и сетью FRMCS.
Новая сеть будет предоставлять экстренную групповую связь с низкой задержкой и высоконадежную передачу данных и видео в высокоскоростных поездах, а также обеспечивать:
приоритетную групповую связь в чрезвычайных ситуациях, данные управления поездом и видеосервис;
бесшовную связь на высокоскоростных железнодорожных линиях;
низкую задержку и высокую надежность передачи данных и видео;
мониторинг и управление поездом в реальном времени для безопасной его работы;
надежное отслеживание местоположения, включая отслеживание туннелей;
поддержку взаимодействия с устаревшими сетями связи железнодорожного сообщения стандарта GSM-R.
Услуги, оказываемые в сети железнодорожной связи FRMCS, можно разделить на:
услуги управления и контроля за поездом;
служебные сетевые услуги;
обслуживание железнодорожных служб (таких как экстренный вызов на железной дороге, функциональная адресация и адресация на основе местоположения);
дополнительные услуги (предоставление экипажам поездов или машинистам информации о работе поездов и взаимодействии с существующими системами железнодорожной связи).
Введенное 3GPP [8–12] деление сценариев использования FRMCS классифицирует все варианты использования этой сети с учетом присущих железным дорогам особенностей.
В частности, рассматриваются следующие категории вариантов применения приложений (use cases) сети:
- базовая функциональность;
- критические коммуникационные приложения;
- высокопроизводительные коммуникационные приложения;
- приложения для делового общения;
- критические приложения поддержки;
- поддержка производительности приложений;
- приложения для поддержки бизнеса;
- поддержка принципиальных аспектов работы системы FRMCS.
Группирование приложений в соответствии с их уровнем значимости в сети FRMCS проиллюстрировано на рис.3.
Архитектура сети FRMCS на борту поездов
Архитектура FRMCS включает различные виды архитектур с соответствующими различиями:
- логическая архитектура описывает систему FRMCS в форме логических функциональных блоков и точек сопряжения (интерфейсов) между ними. Логическая архитектура не зависит от решения;
- техническая реализация архитектуры определяет одну или несколько возможностей реализации системы FRMCS с использованием функциональных модулей, определенных 3GPP или ETSI. Варианты технической реализации системы FRMCS рассматриваются для выявления возможных технологических пробелов и обеспечения интерфейсов логической архитектуры;
- физическая архитектура определяет, каким образом система FRMCS (или ее части) может быть реализована соответствующими физическими модулями (блоками) сети и приложениями от различных производителей.
Бортовая архитектура сети FRMCS представляет собой подсистему сети, размещаемую в поезде, которая охватывает следующие функциональные компоненты:
- железнодорожные приложения для поездов, поддерживающие услуги передачи голоса, данных и видео и требующие транспортных услуг FRMCS и, возможно, изначально включающие "клиента" из клиент-серверной архитектуры сети FRMCS или применяющие отдельного клиента сети FRMCS для использования услуг связи FRMCS, помимо транспортных услуг FRMCS;
- маршрутный шлюз FRMCS (или несколько шлюзов) для координации транспортных и коммуникационных услуг FRMCS между различными железнодорожными приложениями на борту, а также между железнодорожными приложениями на борту и вдоль пути;
- оборудование пользователя (UE) в поезде (или несколько единиц UE), которое поддерживает транспортные услуги FRMCS с использованием одной или нескольких сетей радиодоступа.
Предполагается, что несколько пользователей сети FRMCS и/или железнодорожных приложений будут использовать одни и те же бортовые устройства для работы при движении поезда.
Шлюз FRMCS обеспечивает физическую адаптацию и включает в себя средства для управления бортовым оборудованием, а также для управления наземной сетью связи и потребностями в транспортных услугах.
Для повышения доступности бортовая сеть поезда может поддерживать взаимодействие с одним и более шлюзами FRMCS, количество которых зависит от уровня требований интеграции сети поезда.Шлюз обрабатывает транспортные услуги в сети FRMCS и обеспечивает доступ к одному или нескольким железнодорожным приложениям в поезде через бортовую сеть связи на основе IP-протокола. Бортовая сеть связи должна быть совместима с внутренней сетью связи поездов (TCN), как определено в стандарте МЭК 61375-1 [13], и она не входит в сферу функциональной архитектуры FRMCS.
Архитектура бортовой части системы FRMCS показана на рис.4.
Исходя из предложенной группой UIC архитектуры сети FMRCS интерфейсы бортовой части сети FRMCS включают:
OBAPP. Представляет собой интерфейс уровня 3 (IP) между бортовой частью системы FRMCS и приложением(ями), при этом:
в плоскости пользователя этим интерфейсом прозрачно переносятся данные из приложений и в приложения,
в плоскости управления этим интерфейсом осуществляется обмен данными между приложением(ями) и бортовой системой FRMCS;
OBANT. Соедин