Телекоммуникационные технології для дорожніх інтегрованих систем зв'язку

Телекоммуникационные технології для дорожніх інтегрованих систем связи

Е.А. АНДРЄЄВ, генерального директора ВАТ «Діпрозв'язок СПб », В.Є. ВИНОГРАДСКИЙ, інженер, В.Ю. ОМЕЛЬЧЕНКО, інженер, А.А. РУЇН, провідний инженер В час однією з найважливіших завдань, завдань, які дорожньої галуззю Росії, є забезпечення ефективнішої роботи системи управління дорожнім господарством країни. Найбільш гострими проблемами у цій сфері є підвищення рівня безпеки дорожнього руху, і забезпечення її учасників сучасними послугами зв’язку. У статті наведено зарубіжний досвід будівництва дорожніх інтегрованих систем зв’язку (ДИСС), відбиті основні вимоги, запропоновані до таких системам. Основну увагу приділили розгляду технологічних рішень, які можна покладено основою ДИСС.

Общее стан вопроса

Опыт експлуатації автодоріг Росії показує, що з актуальних транспортних проблем зумовлені низькою ефективністю управління дорожнім рухом, а також відсутністю відповідного інформаційного і телекомунікаційного обеспечения.

Повышение ефективності управління дорожнім рухом пов’язані з створенням автоматизованих системам управління дорожнім рухом (АСУ ДВ), які є невід'ємними компонентами інтелектуальних транспортних систем (ІТС). ІТС — це комплексна система інформаційного забезпечення та управління на наземному автомобільний транспорт, джерело якої в застосуванні сучасних інформаційних і телекомунікаційних технологій і методів управления.

В склад конкретних (міських, регіональних) ІТС може входити ряд локальних підсистем, що реалізують спеціальні функції, наприклад, системи диспетчерського управління на міському пасажирському транспорті, і контролю його руху, системи управління дорожнім рухом на вулично-шляхової мережі міст і швидкісних магістралях, системи управління рухом автомобілів спецслужб (Швидка допомога, міліція, МНС, аварійні служби й ін.), системи інформування і планування поїздок для реальних та кроки потенційних учасників руху: водіїв, пасажирів громадського транспорту. Залежно від особливостей транспортних систем і пріоритетності проблем, завдань, які суб'єктами управління, склад підсистем, їх функціональні характеристики, особливості реалізації можуть змінюватися, що знаходить свій відбиток у архітектурі кожної конкретної ИТС.

АСУ ДВ, як частину ІТС, виконує керуючі системи й інформаційні функції, основними з яких являются:

управление транспортними потоками;

обеспечение транспортної информацией;

организация електронних платежей;

управление безпекою і управління особливих ситуациях.

В загальному вигляді підсистеми АСУ ДВ можуть бути як сукупність пристроїв дорожньої телематики, контролерів та автоматизованих робочих місць (АРМ), включених до мережі обміну даними, улаштуванням центрального і місцевих центрів управління — залежно від щільності і інтенсивності дорожнього движения.

В ролі пристроїв дорожньої телематики застосовуються знаки перемінної інформації (ЗПИ), многопозиционные дорожні покажчики, табло перемінної інформації (ТПИ), детектори транспорту, автоматичні дорожні метеостанції (АДМС), відеокамери тощо. д.

Телекоммуникационную частина АСУ ДВ становить дорожня інтегрована система зв’язку. Сталий функціонування систем зв’язку на автомобільних дорогах дозволяє підвищити рівень безпеки дорожнього руху, і забезпечити роботу служб змісту дороги, і навіть оперативних й рятувальних служб у разі виникнення надзвичайних ситуаций.

В складі ДИСС можуть бути організовані такі функціональні подсистемы:

информационного обміну АСУ ДД;

связи з рухливими об'єктами (включає підсистеми оперативно-технологической радіозв'язку і радиодоступа);

управления та програмах технічної эксплуатации;

обеспечения інформаційну безпеку ДИСС;

предоставления инфокоммуникационных послуг на возмездной основе.

Анализ інформацію про рівні ІТС в розвинених (країни Західної Європи, США, Японія, Австралія) країн і (Бразилія, Мексика, Китай, Чехія, Корея, Сінгапур) країнах змушує відзначити, що Росія значно відстає від них сфері створення і експлуатації окремих підсистем ІТС. Не дозволяє провести відповідного аналізу цього напряму розвитку дорожньої галузі у Росії. Що ж до інтеграції підсистем ІТС, така завдання на національному рівні у що не ставится.

Автоматизированные системи управління дорожнім рухом (АСУ ДВ) різного рівня складності в час встановлено практично у всіх великих містах розвинутих країн і країн. Набір підсистем, реалізованих конкретними АСУ ДВ, залежить від низки чинників: кліматичних умов країни чи міста, густоти населення, насиченості транспортом та її призначення, необхідністю надання комерційних послуг і др.

Например, у країнах Північної Європи (зокрема, у Фінляндії) особливу увагу приділяють автоматичному моніторингу погодних умов на автошляхах, що з проблемами їх зимового змісту. Крім детекторів транспорту, на дорогах Фінляндії встановлено 130 об'єднаних до системи погодного моніторингу відеокамер і 280 дорожніх метеостанцій, в оперативному режимі (щоп'ять — 60 хвилин) передавальних інформацію о дев’ятій дорожніх центрів. Цю інформацію використовується для прогнозу дорожніх умов, виконуваного щокілька часов.

В північної Франції 2000 р. діє комплексна система автоматичного моніторингу руху автотранспорту на дорогах (зокрема платних), що пов’язують міста Париж, Лілль, Руан і Ренн. Система полягає в використанні індуктивних (петлевых) детекторів транспорту, відстані між якими варіюються від 1 км на підходах до великих містах (Париж, Лілль) до 10 км. З іншого боку, збір даних здійснюється дорожніми метеостанциями та оборонною системою відеонагляду, 230 камер якої прописані у найнебезпечніших і завантажених транспортом місцях. Передача даних ввозяться центри системи, які працюють у Ліллі і Ренне.

Системы автоматизованого управління міським пасажирським транспортом (АСУ ГПТ) добре розвинені у Японії, Німеччини, Великобританії. За останнє десятиліття все ширше застосовується контроль руху, заснований на супутникового навігації, проте найбільш велика зарубіжна система — Eurobus, управляюча рухом автобусів, полягає в використанні маяків. Є дані про застосуванні визначення місцеположення транспортних одиниць системи пеленгации, проте це метод не знайшов широкого распространения.

Системы сплати за проїзд громадським транспортом з допомогою електронних носіїв інформації почали впроваджувати початку 90-х до й Західної Європі. Такі системи базувалися на застосуванні карт з магнітною полосой.

В протягом протягом останнього десятиліття системи електронної оплати розвивалися у двох основних напрямах: перехід від контактних систем до безконтактним і зажадав від відкритих систем до закритим, що дозволяє використовувати складні тарифні схеми, пов’язані з зонними системами оплати, і навіть відстежувати обсяги кореспонденції пасажирів чи автомобилей.

Таким чином, загальний стан інформаційній і телекомунікаційній забезпеченості дорожньої галузі Росії істотно відстає від сучасних вимог, і не дозволяє ефективно вирішувати питання управління дорожнім рухом усім рівнях. Розробка технічних рішень щодо побудові ДИСС є на сьогодні неабияк актуальною задачей.

Основные вимоги до ДИСС

Автоматизированные системи управління дорожнім рухом і інтелектуальні транспортні системи створюються на вирішення двох найгостріше що стоять негараздів у сфері забезпечення ефективнішої роботи системи управління дорожнім господарством страны:

повышение рівня безпеки дорожнього руху, і ефективності функціонування транспортної системы;

обеспечение учасників дорожнього руху, і служб змісту дорожньої інфраструктури сучасними послугами зв’язку на автомобільних дорогах загального користування Російської Федерации.

Для забезпечення функціонування АСУ ДВ та умов надання инфокоммуникационных послуг учасникам дорожнього руху створюються ДИСС, яких у час пред’являються такі узагальнені требования:

многофункциональность;

устойчивость;

экономичность.

Под багатофункціональністю ДИСС розуміється її властивість, характеризує здатність забезпечення одночасної та спільною роботи значної частини різноманітних функціональних підсистем. Склад таких підсистем наведено выше.

Прежде всього, задля забезпечення функціонування різних підсистем потрібно передача засобами ДИСС різних видів тварин і обсягів трафіку (голос, дані, відео) між певним складом користувачів. Це визначає, своєю чергою, основні структурні і технологічні вимоги до ДИСС, і навіть вимогами з пропускну здатність каналів і трактів, параметрами якості обслуговування різних видів трафіку, і навіть інформаційної безопасности.

Под сталістю ДИСС розуміється властивість, характеризує здатність даної системи виконувати необхідні функції телекомунікаційному забезпечення як і нормальних умов функціонування, і у умовах впливу різних дестабілізуючих чинників. Стійкість є комплексним властивістю, що об'єднує надійність, живучість і стійкість перед перешкодами сети.

Устойчивость ДИСС повинна забезпечуватися обгрунтованим вибором рішень щодо структурі та топології системи, застосуванням відповідних технологічних і технічних рішень, вибором устаткування, раціональної організацією системам управління, технічної експлуатації й інформаційної безопасности.

Требования до економічності рішень є природними й визначаються прагненням до мінімізації витрат при побудові і експлуатації ДИСС, скорочення термінів її окупності, збільшення дохідності від послуг, наданих при функціонуванні ДИСС, захисту інвестицій на перспективу.

Сложность і багатофункціональність ДИСС визначають багатоваріантність можливих альтернативних рішень у її побудові. Тож вибору остаточних рішень при предпроектном обгрунтуванні і проектуванні ДИСС конкретних автодоріг потрібно глибокий і всебічний техніко-економічний аналіз альтернативних варіантів її построения.

Подходы до решению

Выполнить вищезгадані вимоги під час створення ДИСС лише з застосуванням сучасних американських і перспективних телекомунікаційних технологій. Найбільш ефективні рішення на час припускають використання концептуальних підходів і положень для побудови мереж зв’язку нового покоління ще (NGN, Next Generation Network) [1].

Создание ДИСС за принципами концепції NGN передбачає, що створювана інтегрована система зв’язку володітиме такими відмітними свойствами:

мультисервисностью, що характеризується незалежністю технологій надання инфокоммуникационных послуг від транспортних технологий;

мультимедийностью, т. е. здатністю передавати багатокомпонентний трафік із необхідної синхронізацією цих компонент у реальному масштабі часу й використанням сполук складної конфигурации;

интеллектуальностью, які забезпечують можливість управління инфокоммуникационной послугою, як і з'єднанням із боку користувача і постачальника услуги;

инвариантностью доступу, що дозволяє організувати доступом до инфокоммуникационной послузі незалежно від використовуваної технологии;

многооператорностью, які забезпечують можливість участі України кількох операторів у процесі надання инфокоммуникационной послуги і поділ їхньої відповідальності відповідно до областю деятельности.

На якими ж властивостями володітиме створювана телекомунікаційна система, насамперед великий вплив надають можливості технологій, закладених основу мережі. Тому загальну послідовність розробки ДИСС можна як наступних этапов:

выбор базової технологии;

определение структури системы;

разработка схеми організації связи.

При виборі базової технології для фізичного рівня необхідна враховувати, що топологія мультисервісної мережі ДИСС має базуватися на інфраструктурі волоконно-оптичних кабелів магістральної мережі зв’язку. Робота мережного устаткування використовуються волокна в кабелях робочого і вільного резервного напрямів. Робітники та резервні оптичні волокна фізично рознесені з різних кабелям і можуть відбуватися з різних маршрутам.

Основными технологіями при побудові мульти-сервисных систем нині є SDH, Ethernet, ATM, IP/MPLS, WDM. Маючи світовий досвід, можна стверджувати, що це будівництво магістральних каналів транспортної мережі з урахуванням технології Gigabit Ethernet нині коштує 1,5 — 1,7 рази дешевше від, ніж використання магістралей SDH/ATM[2].

Учитывая вимоги до пропускну здатність, економічності споруджуваної системи, і навіть приймаючи до уваги «Концептуальні положення з побудові мультисервісних мереж на ССС Росії «, найдоцільнішим представляється будівництво мультисервісної мережі ДИСС з урахуванням технології транспортної мережі Gigabit Ethernet.

Также нині певний інтерес викликає щодо нове сімейство перспективних технологій побудови мультисервісних мереж — сімейство технологій пасивних оптичних мереж (PON). Знаковою її особливістю є здатність організувати мережу і розподілу і доступу однією волокні, із чим і пов’язані основні чесноти та вади даного сімейства технологий.

Решения з урахуванням цій технології досить дороги, тим щонайменше у цій галузі спостерігається неухильне технологічне розвиток, пов’язане переважно з забезпеченням резервування, підвищенням надійності, і навіть відбувається постійне зниження вартості обладнання. Отже, можливо, що у найближчому майбутньому рішення, засновані на PON, становитимуть серйозної конкуренції «класичним «підходам як і частини технічних характеристик, і з економічної составляющей.

При визначенні структури системи чітко виділяються її основні елементи, такі как:

транспортная сеть;

сеть абонентського доступа;

узлы доступу і Центр управления.

В відповідність до обраними базовими технологіями і певної структурою, на рис. 1 і 2 представлені узагальнені схеми архітектури телекомунікаційної мережі ДИСС.

Для організації оперативно-технологической радіозв'язку, широкосмугового радіодоступу рухливих і окремих стаціонарних об'єктів до транспортної мережі, і навіть для забезпечення резервування провідних коштів, у структурі ДИСС виділяються підсистеми оперативно-технологической радіозв'язку і радіодоступу, що потребує вибору базових технологій, де вони реализуются.

Подсистема оперативно-технологической радіозв'язку призначена для:

обеспечения через відкликання рухливими об'єктами (абонентами) АСУ ДВ на стадіях будівництва й експлуатації автодорог;

создания єдиної інтегрованої середовища, які забезпечують взаємодія різних підрозділів, і служб керуючої компании;

создания диспетчерських центрів управління й контролю над рухливими і стаціонарними об'єктами (абонентами);

расширения можливостей службового і комерційного використання ДИСС.

К підсистемі оперативно-технологической радіозв'язку пред’являються жорсткі вимогами з показниками стійкості функціонування різної обстановці, зокрема й у ситуаціях, що з перевантаженням мережі за умов впливу сильних перешкод і др.

Опыт функціонування дорожньої зв’язку у Швеції, Норвегії, ФРН, Данії, Польщі, інших країни свідчить, що доцільно використовувати цих цілей системи транкінгового радіозв'язку. TETRA визнаний уніфікованим єдиним стандартом для систем дорожньої зв’язку країн Європейської Співтовариства. Зарубіжний досвід застосування транкінгового зв’язку стандарту TETRA покладено основою під час проектування та будівництва ДИСС у Росії: для автомобільної дороги «Москва — Санкт-Петербург — Виборг — Держкордон «(ДИСС «Росія »), кільцевої автомобільної дороги С.-Петербурга (ДИСС КАД), а також і др.

Другим варіантом реалізації підсистеми технологічної радіозв'язку є оренда виділеної корпоративної мережі одного з операторів стільникового зв’язку стандарту GSM. І тут управляючий оператор ДИСС стає корпоративним клієнтом оператора стільникового зв’язку. Достоїнствами такого підходу до організації підсистеми технологічної радіозв'язку є прозорість організаційно-технічних заходів, можливість швидкої зміни кількісного складу абонентів і обсягу наданих услуг.

К недоліків можна віднести ті, які свойствены й системами стільникового зв’язку: не дуже високу якість зв’язку, низька стійкість особливо у періоди найбільшої навантаження й за умов впливу сильних перешкод. Отже, корпоративна мережу з урахуванням стільникового зв’язку над повною мірою відповідає вимогам, що ставляться до підсистемі оперативно-технологической радіозв'язку. Однак у міських умовах таке рішення знайшли широке використання у ряді європейських стран.

Подсистема широкосмугового доступу варта рішення таких засадничих задач:

обеспечение широкосмугового доступу рухливих і окремих стаціонарних об'єктів до транспортної мережі, зокрема в різних етапах будівництва і введення в експлуатацію ДИСС;

обеспечение необхідних показників стійкості функціонування ДИСС з допомогою резервування найважливіших волоконно-оптичних трактів передачі транспортної мережі ДИСС;

обеспечение широкосмугового доступу користувачів до инфокоммуникационным послуг ДИСС на возмездной основе.

В ролі основних стандартів для підсистеми широкосмугового радіодоступу найдоцільніше розглядати різні варіанти технології WLAN (Wireless Local Area Network):

IEEE 802.11 (Wi-Fi) (швидкість передачі у мережах Wi-Fi нині сягає 50 Мбіт/с на дальностях зв’язку до 100 м, що з певних умов може повністю забезпечити потреби сервісів, наданих учасники дорожнього движения);

IEEE 802.16 (WiMAX) (швидкість передачі у мережах WiMAX сягає 70 Мбіт/с на відстанях до 15 км).

Широкополосная бездротовий зв’язок давно розглядається як реальної альтернативи традиційним способам високошвидкісного абонентського доступу. Найбільш перспективної з погляду створення великих мереж доступу представляється технологія WiMAX (WLAN 802.16/16а), розроблена задля забезпечення безпроводового широкосмугового доступу до мереж міського масштабу MAN (Metropolitan Area Network).

Таким чином, дорожні інтегровані системи зв’язку мусять базуватися на сучасних американських і перспективних телекомунікаційних технологіях, що необхідною передумовою виконання вимог, що висуваються до таким системам, і є передумовою до їх подальшого розвитку і інтеграції на єдину ИТС.

В час нагромаджено досить багатий зарубіжний досвід створення АСУ ДВ і ІТС. У той самий час складність таких систем визначає відсутність готових комплексних рішень, у процесі створення такої роду систем потрібно глибока проробка кола питань. Прикладом розробки подібних рішень є створення ДИСС АСУ ДВ Західного швидкісного діаметра С.-Петербурга, передпроектні і проектні роботи з якої виконує проектний інститут Типросвязь СПб " .

Список литературы

1. Концептуальні положення з побудові мультисервісних мереж на ССС Росії.

2.С. В. Закурдаев. Шлях Росії у Інформаційне суспільство (Архітектура New Internet). // ТелеМультиМедиа 2001, № 3(7).

Журнал «Вісник зв’язку» № 9, 2005 г.