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).
2.3.4 Оборудование GSM-R
Требования к терминальному оборудованию и функциональности радиосредств определятся в соответствии с национальными правилами эксплуатации железных дорог, сложившейся спецификой использования аналоговых радиостанций и технологическими возможностями производителей. Радиостанции должны удовлетворять общим требованиям виброустойчивости, влагозащищенности, помехозащищенности и другим характерным требованиям при эксплуатации оборудования на электрифицированных участках железных дорог, в опасных зонах маневровой работы подвижного состава. Локомотивные терминалы, радиостанции моторельсового и автотранспорта должны иметь универсальный источник питания постоянного тока бортовой сети (DC 12 – 110V). Аккумулятор переносных радиостанций должен обеспечивать непрерывную работу не менее 24 часов в режиме соединения точка - точка 20%, групповые соединения 5% и ожидание 75%. Конфигурация радиостанции, пользовательские установки, записанные номера, закодированные клавиши сокращенного набора, архивные файлы и другие важные функции должны сохранятся при отключении или переключении питания. Стационарные терминалы настольного типа, терминалы передачи данных управления и контроля объектами инфраструктуры должны иметь сетевой источник питания переменного тока в соответствии с национальным стандартом (АС 220V) с резервированием от аккумуляторной батареи или источник питания постоянного тока (DC 24V или 48V). Все терминалы должны иметь интерфейсы передачи данных, в том числе инфракрасные порты, встроенные аккумуляторные батареи типа Li-Ion.
В отличие от общедоступных сетей GSM, где на рынке предлагается большая палитра разнообразных оконечных устройств, число приборов, пригодных для использования в сети GSM-R, ограничено. Эти приборы разработаны специально для применения на железнодорожном транспорте (встраиваемые радиостанции мощностью 8 Вт, прочные носимые радиостанции для маневровой работы, компактные телефонные аппараты), которые выпускаются сравнительно небольшими партиями. В зависимости от области применения они наряду с расширенным частотным диапазоном для сети GSM-R должны обладать некоторыми дополнительными свойствами, например, возможностью работы с отдельного манипулятора, тестирование терминала и сети с терминала, режим свободных рук, кнопка аварийного вызова.
Оборудование MS. При организации поездной станционной и ремонтно-оперативной радиосвязи в качестве абонентских должны использоваться специализированные носимые абонентские станции стандарта GSM-R (станции, выполненные в соответствии с функциональными требованиями стандарта GSM-R и работающие в полосах частот GSM-R и GSМ например). Основными производителями оборудования GSM-R на сегодняшний день являются компании Nokia Siemens Networks, Nortel, Huawei Networks. Мобильные радиостанции системы GSM-R внешне почти ничем не отличаются от стандартных радиотелефонов. На рис. 2.9 представлены терминалы общего пользования.
Рисунок 2.9 –Терминалы общего пользования
Мобильные радиостанции технологической связи (рис. 2.9) изготовлены в более прочном корпусе и с кнопкой экстренного вызова. Они рассчитаны на использование на открытом воздухе и могут также 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 2 Вт. Терминалы обеспечивают легкий доступ к функциям GSM-R, имеют высокопрочную конструкцию и является совершенным рабочим устройством для работы в быстро меняющихся ситуациях.
Подвижной состав, обращающийся по участку (поездные и маневровые локомотивы, электропоезда), должен быть оборудован локомотивными
радиостанциями, обладающими прочной конструкцией и большими функциональными возможностями (рисунок 2.10).
Рисунок 2.10 - Устройство связи GSM-R для установки на локомотиве
На рабочих местах диспетчерского аппарата (рисунки 2.11-2.13) и дежурных по станциям должны быть установлены специализированные пульты управления (рис. 2.14).
Рисунок 2.11 - Центр управления GSM-R сетью
Рисунок 2.12 - Вся основная информация для диспетчеров выведена на общий дисплей
Рисунок 2.13 - Серверы GSM-R
На рабочих местах дежурного персонала станций ДСП должны
устанавливаться специализированные пульты управления, подключаемые
по каналам радиосвязи (радиопульт), и обеспечивающие управление
технологическими процессами (может использоваться диспетчерский
терминал RDT-100, Siemens Transportation System). Радиопульт должен
подключаться к радиоблоку, выполненному на базе локомотивной
(абонентской) радиостанции со стационарным блоком питания и
стационарной антенной.
Рисунок 2.14 – Терминалы диспетчеров
Приёмо-передающая базовая станция (BTS) BS240/241 предназначена для работы в диапазоне частот GSM900. Базовой несущей конструкцией приёмо-передающей базовой станции BS240II является стойка размерами 1600x600x450 мм предназначенная для установки внутри помещений.
Базовой несущей конструкцией приёмо-передающей базовой станции BS241 II является стойка размерами 1750x700x650 мм, предназначенная для установки вне помещений. Взаимодействие базовой станции с контроллером базовых станций обеспечивается по стандартному цифровому каналу Е1 со скоростью передачи 2048 Кбит/с.
Полностью укомплектованная основная стойка (Basic Raсk) обеспечивает работу на 8 несущих (8 TRX). Вид базовой станции показан на рисунке 2.15
Рисунок 2.15 – Базовая станция стандарта GSM-R
Конструкции бывают нескольких видов. Первая представляет собой трехстороннюю болтовую сборную конструкцию из цинкованного уголкового швеллера с тремя опорными точками. Гарантия от коррозии без покраски составляет не менее 15 лет. Фундамент мачты выполнен в виде трех бетонных блоков под каждой опорной точкой. Мачта имеет отдельную лестницу для обслуживающего персонала с элементами страховки и специальный заземляющий контур с отдельным изолированным проводником для молниезащиты. Максимальное отклонение верха мачты при ветровой нагрузке 30м в секунду не более 20см.
Другая представляет собой сборную модульную конструкцию с одной опорной точкой и тросовыми растяжками, обеспечивающими устойчивость. Отдельные модули, представляют собой сварную конструкцию из труб и оснований, собираются при помощи болтовых соединений.
Антенны базовых станций сети GSM-R как правило имеют только 2 сектора, так как они должны снабжать только тонкую полосу путей. Необычно широкие антенны с маленьким углом открытия также подходят этому. Антенны установлены на противоположных ребрах башни с целью ослабления взаимного пространственного влияния.
Антенны собираются на мачтах-стойках, которые крепятся непосредственно к ребру башни. Горизонтальные выносы должны обеспечивать строго вертикальное положение оси антенн даже на башнях пирамидального типа с наклонными ребрами. Если не выполнить это условие, то максимум излучения будет направлен вверх, что сильно ухудшит энергетику системы. Каждая стойка должна быть заземлена на "массу" мачты. Антенны объединяются с помощью джамперов – отрезков гибкого кабеля, проложенных горизонтально вдоль балкона и подключенных к делителю мощности. В свою очередь делитель тоже заземлен на мачту.
Компания KATHREIN WERKE KG (Германия) является мировым лидером в производстве базовых антенн подвижной связи. Специальная серия направленных антенн (ParPanel) предназначена для использования на железнодорожном транспорте. Для обеспечения радиопокрытия на узком участке характерным для полосы железной дороги подходит трассовая антенна Kathrein VPol ParPanel K73 45 647. Для обеспечения радиопокрытия на крупных станциях подходит универсальная антенна Kathrein XPol A-Panel 739 623.
Диаграммы направленности для антенны Kathrein XPol A-Panel 739 623 представлены на рисунке 2.16.
Рисунок 2.16 – Диаграммы направленности антенны
Энергетический потенциал системы радиосвязи во многом определяется характеристиками антенно-фидерного тракта, существенную часть которого в частотных диапазонах мобильной связи (130 - 1900 МГц) составляют радиочастотные коаксиальные кабели. Главным назначением антенного фидера является передача сигнала от базовой станции к антенне с минимально возможными потерями и искажениями. Исходя из этого, при выборе кабеля предпочтение отдается, прежде всего, кабелям с малыми коэффициентами затухания и отражения (с высокой стабильностью волнового сопротивления).
Основной фидер, идущий вдоль всей башни, выполняют из коаксиального кабеля большого диаметра. Для снижения собственных потерь такой кабель изготавливают с применением полувоздушного диэлектрика из вспененного полиэтилена. Внешний и внутренний проводники выполняются из высококачественной электротехнической меди с минимальным поверхностным сопротивлением.
Затухание сигнала в фидерном тракте значительно, поэтому, для того, чтобы подвести мощность от передатчика к антенне с минимальными потерями, приходится применять специальные коаксиальные фидеры с воздушным диэлектриком.
Кабель американской фирмы Andrew типа HJ5-50 подходит для применения в цифровой системе радиосвязи GSM-R. Это коаксиальный кабель с полувоздушным диэлектриком, внешний диаметр 7/8" затухание на частоте 900 МГц 4,6 дБ/100м.
2.3.5 Организация увязки GSM-R с фиксированной сетью
Увязка сети GSM-R с сетью фиксированной железнодорожной связи и с сетями общего пользования выполняется в соответствии с рекомендациями международного союза электросвязи International Telecommunication Union (ITU-T) серии Q7xx преимущественно с использованием специализированной общеканальной системы сигнализации № 7 Signalling System No. 7 (SS 7). SS 7 характеризуется следующими основными особенностями:
– международная стандартизация (возможны национальные вариации), поддержка телефонных сетей общего пользования Public Switched Telephone Network (PSTN), мобильных наземных сетей общего пользования;
– применение для национального и международного уровня;
– применение для различного рода систем и услуг связи, таких как телефонная, передача текстов, передача данных и другие;
– соответствие особенностям цифровых линий связи и цифровой сети с интеграцией служб Integrated Services Digital Networks (ISDN);
– высокие эксплуатационные качества и гибкость;
– высокая надежность передачи сообщений;
– сигнализация по отдельным звеньях сигнализации, в связи с чем битовая скорость каналов сигнализации устанавливается исключительно из критериев связи сигнализации
– сигнальные звенья всегда доступны, даже во время существующих вызовов;
– возможность использования звеньев сигнализации для передачи пользовательских данных;
– возможность использования цифровых каналов различных средств связи;
– типичное использование в цифровых сетях скорости передачи 64 Kbps;
– интеграция с сетью баз данных и узлами управления;
Система увязки сетей обычно применяется с избыточностью звеньев сигнализации и включает функции автоматического переключения сигнального трафика на резервные пути в случае отказа какого либо звена. В зависимости от архитектуры сети и требований надежности системы определяется количество пунктов сигнализации в сети SS 7. Каждому пункту сигнализации присваиваются внутринациональные коды, пунктам сигнализации национальных соединений и межоператорских соединений – международные коды SS 7. Пункт сигнализации, в котором сообщение, полученное из звена сигнализации, передается в другое звено, то есть пункт, в котором есть функции как приемника, так и источника подсистемы пользователя, представляет собой транзитный пункт сигнализации Signal Transfer Point (STP). В этом случае оба логических пункта сигнализации функционируют одновременно как исходящий пункт и как пункт назначения для сообщений, которыми они обмениваются между собой в обоих направлениях. Транзитные пункты сигнализации маршрутизируют сигнальные сообщения, основываясь на адресе назначения.
Рисунок 2.17 иллюстрирует архитектуру SS 7 и представляет функциональную взаимосвязь между различными функциональными блоками SS 7.
Рисунок 2.17 – Архитектура SS 7
2.3.7 Системы управления движением поездов ERTMS/ETCS
В GSM-R предусмотрена возможность интеграции систем автоматического контроля и управления подвижным составом аналогично Европейской ETCS (European Train Control Systeam). Такая интеграция позволяет отказаться от визуальной сигнализации состояния путей, поскольку в этом случае необходимая информация, как и данные о рекомендованной скорости движения поездов, будут передаваться на монитор машиниста из центра автоматизированного управления (RBC).
Целостность данных между RBC и локомотивом обеспечивается за счет применения специализированных криптографических протоколов и соответствующего управления ключами [21].
В ETCS входят компоненты управления поездной работой, пассажирских информационных систем, формирования составов, энергетически оптимального ведения поезда и др.
Целью разработки ETCS является унификация систем обмена информацией между поездом и путевыми устройствами. Эта система состоит из приемоответчика Eurobalise, шлейфа Euroloop, средств радиосвязи Euroradio, локомотивного оборудования Eurocab.
Система ERMTS (рис. 2.18) состоит из трех уровней управления движением поезда.
1 уровень ERTMS.Точечная система управления поездом. Может использоваться как часть системы сигнализации или накладываться на неё с фиксированным управлением перегона. Команды управления движением зарождаются на пути и передаются поезду через евробалису «Eurobalise». Контроль за поездом и общий контроль осуществляется напольным оборудованием.
2 уровень ERTMS
Система управления использует радиосвязь. Может использоваться как часть системы сигнализации или накладываться на неё с фиксированным управлением перегона. Команды управления движением зарождаются на пути и передаются поезду по радио. «Eurobalises» 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.
3 уровень ERTMS
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 «Eurobalise» для точечной связи с целью определить месторасположение поезда. RBC обеспечивают передачу информации на поезда и идентифицирует каждый поезд.
Рисунок 2.18 – Европейская система управления движением поездов ETCS/ ERTMS