Системы железнодорожной связи GSM-R – веление времени. Как сделать правильный выбор?

Алексей Шалагинов, директор по решениям подразделения Huawei Enterprise регионального отделения Huawei в России, Украине, Белоруссии и Армении

Введение.

Даже самые крупные и развитые железнодорожные компании Европы могут одновременно использовать до восьми различных систем голосовой и технологической связи: для обеспечения связи диспетчеров с бригадами машинистов, с контролерами, с маневровыми тепловозами, для передачи телеметрии и сигналов управления и т.п. Как правило, все эти системы - аналоговые, и разработаны еще до появления унифицированных цифровых технологий, которые способны предложить единую технологическую основу для разнородных систем передачи информации.

Одним из основных недостатков аналоговых систем является то, что они практически не стыкуются друг с другом. В эксплуатации она также достаточно сложны и дороги, поскольку предусматривают штат обученных специалистов для каждой из них.

Однако, главный недостаток существующих систем – низкая надежность связи при скоростях следования современных поездов, которые могут мчаться со скоростью 400 км в час и более, приближаясь тем самым к самолетам. Когда состав проносится мимо башен базовых станций с огромной скоростью, пронизывая их зоны покрытия, хендовер (передач вызовы на смежную соту) становится таким частым, что соединение разрывается.

С целью экономии железнодорожные компании все чаще используются длинномерные составы. Например в 2001 году в Австралии был собран товарный состав, груженый железной рудой, состоящий из 682 вагонов, которые тащили восемь тепловозов, размещенные внутри состава. Общая масса перевозимой руды составила 82200 тонн, при длине состава в 7350 метров.

Основная проблема в таких поездах – синхронизированное управление движением. Поезд должен начинать движение плавно и на ходу не должно быть резких рывков. Поэтому сигналы управления с ведущего локомотива должны без задержек передаваться на срединные и хвостовые локомотивы. А если голова и хвост поезда находятся в разных сотах (часто даже вовсе не в соседних), при передаче служебных сигналов могут возникать задержки. Даже если они будут измеряться десятками миллисекунд, это может привести к рывкам состава, его рассоединению и авариям, не говоря уже об износе вагонных сцепок и тормозных колодок.

Краткий технологический обзор

Существует новые цифровые технологии и стандарты связи, призванные решить проблемы разобщенности систем и обеспечения связи на высоких скоростях. К ним можно причислить стандарты цифровой мобильной связи, такие как TETRA, CDMA, а также специально разработанный в 2000 году для целей железнодорожной связи стандарт GSM-R.

Системы TETRA хорошо подходят для интеграции технологических систем железных дорог, однако, они сложны и дороги в развертывании, имеют невысокие скорости передачи данных и не обеспечивают надежность связи на высоких скоростях движения поездов.

Системы CDMA хорошо поддерживают работы на высоких скоростях движения, имеют высокую скорость передачи данных, однако, не поддерживают многих технологических приложений, и в целом, данный стандарт не имеет перспектив развития.

Кроме того эти стандарты не получили широкого распространения на сетях общего пользования, поэтому их надежность и безопасность остаются под вопросом.

Однако, безопасность на железнодорожном транспорте – вещь достаточно серьезная, поэтому Международным союзом железных дорог (UIC) совместно с Европейским институтом стандартизации связи (ETSI) была создана специальная проектная организация под названием EIRINE – (Европейская модернизированная интегрированная сеть радиосвязи на железных дорогах), которая начала разработку нового стандарта связи для железной дороги, который бы удовлетворял следующим основным требованиям:

быть общеевропейским международным цифровым стандартом, предполагающим минимальную степень модификации для применения на железных дорогах систем связи общего пользования;

обеспечивать надежность в работе, которая должна быть проверена в сетях подвижной связи общего пользования;

обеспечивать интеграцию всех служб и услуг связи железнодорожного применения в одной сети;

обеспечивать высокую надежность и непрерывность связи, высокое качество передачи при скорости движения поезда до 500 км/ч;

поддерживать специализированные услуги связи для железной дороги и системы радиопередачи, используемые на сегодняшний день;

предусматривать возможность плавного введения новых служб и услуг, организованных в будущем;

быть экономически эффективным как в установке, так и при эксплуатации.

После ряда тестовых проектов и сравнений нескольких технологий, выбор пал на широко распространенный на рынке систем связи общего пользования стандарт GSM, который был модифицирован с учетом потребностей для железной дороги. Данный стандарт получил название GSM-R (GSM-Railway – Стандарт GSM для железной дороги).

Стандарт хорошо решает следующие задачи:

-синхронизация команд начала/остановки движения

-уменьшение интервалов следования поездов

-повышение средней скорости передвижения

-обеспечение технологической связи на скоростях до 500 км/ч

GSM-R обеспечивает работу различных технологических приложений на железной дороге, гарантирует надежную связь на скоростях поездов до 500 км/ч без ощутимых потерь качества связи. И, главное – позволяет заменить более трех десятков разнородных систем связи, которые использовались на железных дорогах Европы в конце XX-го, начале XXI-веков.

Проблема выбора

Итак, понятно, что на сегодняшний день стандарт GSM-R – "is a must". И тут выбирать особенно нечего. А вот к выбору поставщика таких систем следует подходить с особой тщательностью. Почему?

Основной критерий специализированной связи на железных дорогах – надежность и безопасность. Излишне говорить, что любая ошибка в передаче данных или потерянный байт могут вылиться в многомиллионные убытки, или не дай Бог, в человеческие жертвы. Мы уже были свидетелями нескольких происшествий поезда "Сапсан", когда гибли люди, случайно оказавшиеся в зоне следования (правильнее сказать – полета) этого поезда. Надежная передачи данных могла бы их предотвратить.

Именно поэтому за основу железнодорожной связи и был выбран стандарт GSM, потому что он был многократно проверен на безопасность и надежность на сетях связи общего пользования. Поэтому, ясно, что поставщик должен обладать существенным опытом в реализации телекоммуникационных проектов именно этого стандарта.

Поставщик также должен иметь зрелое решение GSM-R и обладать существенным опытом коммерческих реализаций этого стандарта, по крайней мере, пяти проектов. Кроме того, поставщик должен обладать опытом технического радио-планирования и оптимизации системы GSM-R (желательно, не менее 3-х лет), так как только в этом случае поставляемая им система GSM-R сможет обеспечить необходимую надежность и эффективность.

Поставщик должен обеспечивать совместимость с существующими системами управления движением поездов. Такая интеграция тщательно проверяется в лабораторных условиях и только потом реализуется на действующих железных дорогах. Понятно, что без наличия зрелого решения GSM-R, такую совместимость обеспечить затруднительно.

Должна обеспечиваться совместимость с оборудованием других производителей GSM-R, а также различного технологического оборудования, например, диспетчерского (Frequentis, Winzel и др.), систем сигнализации (HFWK, Selex, Alstom и др), мобильных терминалов (Selex, Sagem и др.).

К перечисленному стоит добавить, что оборудование системы GSM-R должно иметь соответствующие сертификаты, подтверждающие возможность его применения для различных сценариев на железной дороге при различных климатических условиях. В частности, оборудование должно успешно пройти профессиональную сертификацию на соответствие требованиям по электромагнитной совместимости.

Анализ поставщиков

Можно указать трех поставщиков которые в той или иной степени удовлетворяют всем перечисленным требованиям на российском рынке – это широко известные в мире компании NSN, Huawei Technologies и Kapsch. Рассмотрим каждого из них.

NSN.

Согласно информации компании Nokia Siemens Networks, она реализовала проекты GSM-R различной степени вовлеченности для 29 железнодорожных операторов в 20 странах мира.

Это, например, контракт между Nokia Siemens Networks и Banedanmark, государственной железнодорожной компанией Дании. Проект предусматривает поставку коммутаторов, базовых станций, центра передачи SMS, диспетчерских терминалов и звукозаписывающего оборудования для сети GSM-R, а также услуги по проектированию сети, управлению проектом, технической поддержки.

В 2007 г. NSN заключили контракт с Министерством Железных Дорог Китая для реализации системы GSM-R для планируемой пассажирской линии между г.Ухань и г. Гуанчжоу на юге Китая.

Совсем недавно прошло сообщение о том, что турецкие железные дороги T.C. Devlet Demiryollari (TCDD) сотрудничают с NSN и компанией Thales (системы безопасности) в проекте модификации системы GSM-R между г. Эскизехир и г.Анкара.

Более подробная информация о проектах NSN о проектах по GSM-R, в частности список реализованных проектов, а также километраж покрытия, отсутствует.

NSN является одним из пионеров разработки систем GSM-R. В конце 90-х годов компания Siemens принимала активное участие в разработке этой технологии. Утверждается, что первые три коммерческих проекта GSM-R в мире принадлежат компании Siemens. Решение GSM-R компании Siemens основано на традиционных коммутаторах GSM c временной коммутацией каналов TDM.

Huawei Technologies

Компания Huawei начала исследования и разработки GSM-R в 2002 году, сразу после принятия данного стандарта.

Решение GSM-R от Huawei поддерживает специальные функции для железных дорог, такие как функциональная адресация, матрица доступа, независимость адреса от местоположения устройства, ограничение зоны вызова. Поэтому для железнодорожного оператора нет необходимости в приобретении дополнительной платформы интеллектуальных приложений.

По данным на 2 кв. 2012 г. покрытие систем GSM-R, построенных компанией Huawei, по всему миру превышает 10 тыс. км. Несколько примеров проектов компании:

Huawei является первым проивзодителем в отрасли, который испытал в коммерческой эксплуатации связь в поездах на скорости 430 км/час. Поезд Maglev с сиcтемой GSM-R Huawei в Шанхае доставляет пассажиров из центра города в аэропорт всего за 8 минут. Качество услуг связи при этом соответствует требованиям EIRENE.

Железная дорога Daqin Датонг (провинция Шанси) – Циньхуандао (провинция Хебей), КНР. Общая протяженность трассы – 670 км. Местность между конечными пунктами исключительно сложная, в основном, горы и холмы, а также около 60 тоннелей общей протяженностью 48 км, с самым длинным их них – 8,4 км. Емкость сети – 5000 абонентов и 1000 пользователей GPRS.

Скоростная магистраль Гуандунь – Шенчжень – Гонконг протяженностью 115 км – одна из крупнейших высокоскоростных линий в мире, где скорость поездов достигает 350 км/час. Данная магистраль также является одной их самых загруженных: в год по ней проезжают десятки миллионов пассажиров в обоих направлениях, поскольку она соединяет три наиболее развитых в промышленном отношении города на юге Китая.

Самая длинная железная дорога в Китае "Пекин – Гонконг" протяженностью 2364 км оснащена системой GSM-R Huawei.

Ряд других проектов в КНР, в т.ч. железная дорога "Пекин – Ченду – Ухань" с кольцевой структурой протяженностью более 800 км. Всего компания Huawei занимает более половины рынка систем GSM-R в Китае.

Система GSM-R железнодорожной корпорации UGL в Австралии. Сеть была построена на оборудовании Siemens, но уже устарела и требовала модернизации. На трассе имеется 70 км тоннелей, одновременно на ней могут находиться до 675 поездов с плотным графиком движения.

Железная дорога ОАО РЖД "Туапсе – Сочи – Адлер – Альпика Сервис – Веселое", общей длиной 155км. Проект приурочен к Зимним Олимпийским Играм в Сочи 2014 года и находится в стадии реализации.

Поскольку Huawei является признанным в мире телекоммуникационных вендором, ее решения для ведомственных телекоммуникаций обладают стабильностью и надежностью операторского класса. В части поставок GSM для сотовых сетей связи общего пользования компания Huawei занимает первое место в мире, то же можно сказать и новейшем стандарте LTE. Первые коммерческие сети LTE в мире одновременно запустили Huawei и Ericsson. На базе стандарта LTE в будущем можно будет осуществлять широкополосный доступ в Интернет в вагонах высокоскоростных поездов, причем оборудование GSM-R Huawei сконструировано таким образом, что поддерживает плавный апгрейд до последующих стандартов (LTE).

Kapsch

Австрийская компания Kapsch CarrierCom является одним из мировых лидеров ранка корпоративных систем, в частности, интеллектуальных транспортных систем для автотраснпорта (Kapsch TrafficCom) и железнодорожного транспорта (Kapsch CarrierCom). Она также относится к пионерам разработки систем GSM-R и имеет много реализованных проектов GSM-R, большинство из которых развернуты в Европе. Это такие магистрали, как Роттердам – Женева, Неаполь – Гамбург – Стокгольм, Антверпен – Базель – Лион, Севилья – Лион – Турин – Триест – Любляна, Дрезден – Прага – Брно – Вена Будапешт, Дуйсбург – Берлин – Варшава. Многие из этих проектов реализовывались совместно с NSN.

Решение GSM-R от KapschCarrierCom также основано на традиционной коммутации каналов TDM. Согласно проспектам компании Kapsch CarrierCom, она занимает 52% рынка GSM-R в Европе. Протяженность линий покрытия проектами GSM-R от Kapsch CarrierCom составляет около 70 тыс. погонных километров (порядка 35 тыс. км линейных участков, т.е. двухпутных).

Другие поставщики

Ряд компаний, кроме перечисленных крупнейших игроков GSM-R, также постепенно выходят на рынок этих систем.

Прежде всего, это второй по величине китайский производитель телекоммуникационного оборудования ZTE Corporation. Компания недавно анонсировала разработанную систему GSM-R и уже получила сертификат EIRENE, пройдя тест в компании TUV Rheinland. Кроме того, оборудование ZTE GSM-R тестировалось в России в ОАО РЖД, однако на высоких скоростях движения поездов решение не испытывалось. Реализованных коммерческих проектов GSM-R компания ZTE на данный момент не имеет. Решение GSM-R ZTE разработано на основе решения GSM операторского класса, однако, компания ZTE боле известна своими решениями стандарта CDMA, являясь лидером рынка таких систем в Китае.

Другие вендоры, кроме перечисленных выше, производят либо отдельные элементы решения, которые нуждаются в интеграции, либо терминальное оборудование, которые широко используется в решениях GSM-R в том числе и основными тремя рассмотренными вендорами.