Цифровые системы радиосвязи

В связи с модернизацией систем технологической радиосвязи МПС России осуществляет переход к цифровым системам. На ста­дии испытаний находятся система транкинговой связи стандарта TETRA и система сотовой связи GSM-R.

Общая характеристика стандарта TETRA, Стандарт TETRA описывает цифровую систему радиосвязи, предоставляющую ши­рокий спектр телекоммуникационных услуг. В их число входят ин­дивидуальные и групповые вызовы, выход в телефонную сеть об­щего пользования, передача данных, а также различные дополнительные службы.

Важнейшее свойство стандарта TETRA заключается в том, что он позволяет организовать одновременную работу множества не­зависимых виртуальных сетей, принадлежащих различным ве­домствам и организациям, в рамках одной и той же системы. Або­ненты каждой из них, общаясь между собой, никак не будут ощущать присутствие «чужих» сетей. В то же время при необходимости (на­пример, в чрезвычайных ситуациях) можно оперативно организо­вать их взаимодействие.

Стандарт TETRA обеспечивает надежную защиту информации. Для этого предусмотрена система мер, включая обязательное шиф­рование радиопереговоров. Несанкционированный доступ в систе­му стандарта TETRA невозможен — при каждом соединении або­нент и сеть проводят взаимную проверку подлинности, используя криптостойкий алгоритм. Пользователи, предъявляющие повышен­ные требования к конфиденциальности, могут воспользоваться ус­лугой сквозной передачи зашифрованной информации — этот ме­тод исключает перехват сообщений не только в эфире, но и в сетевой инфраструктуре.

Системы стандарта TETRA предоставляют абонентам широкий спектр услуг передачи данных — от пересылки коротких текстовых сообщений до организации каналов, позволяющих вести обмен ин­формацией со скоростью 28,8 кбит/с. Абонент сети TETRA может одновременно пользоваться услугами речевой связи и передачи дан­ных. Кроме того, абонентские радиостанции TETRA, имеющие встроенный графический дисплей и поддерживающие протокол WAP (Wireless Application Protocol — протокол беспроводных при­ложений), могут обращаться к информационным ресурсам ведом­ственных. корпоративных сетей и Интернет.

Стандарт TETRA позволяет назначить каждому абоненту опре­деленный уровень приоритета. Пользователи, имеющие высокий приоритет, располагают безусловным правом доступа в сеть—даже если все каналы окажутся занятыми, система при поступлении зап­роса немедленно разорвет одно из текущих соединений и предоста­вит канал связи. В стандарте TETRA используются специальные методы обработки речевого сигнала, которые обеспечивают не толь­ко верную передачу тембра голоса, но и сохранение разборчивости при работе в условиях сильных внешних шумов (например, на стройплощадках, железнодорожных станциях и т.д.). В момент перехода абонента из одной зоны обслуживания в другую разго­вор не прерывается.

Таким образом, стандарт TETRA позволяет создавать цифро­вые сети радиосвязи, в полной мере отвечающие потребностям са­мых разных абонентов. Несмотря на то, что стандарт включает се­годня все необходимые производителям спецификации, работы по его расширению продолжаются. Так, ведется разработка техноло­гии, которая позволит значительно увеличить дальность радиосвя­зи — до 100 км. Кроме того, совершенствуется спецификация TETRA PDO — специальная версия стандарта, ориентированная только на пакетную передачу данных.

В соответствии со спецификацией V+D, реализующейся в стан­дарте TETRA, пользователю для передачи данных предоставляет­ся одна из трех услуг: передача данных с коммутацией цепей (CD), передача коммутируемых пакетов данных (PD) и передача корот­ких сообщений (SDS). Метод CD в основном предназначен для транспортировки больших объемов данных поверх основного тра­фика канала, причем в каждом канале шириной 25 кГц задействуется один из четырех тайм-слотов. Именно в этом случае стандарт TETRA обеспечивает нужное качество обслуживания, так как по требованию можно зарезервировать необходимую полосу пропус­кания. Если пользователю необходимо повысить пропускную спо­собность, можно объединить два-четыре временных слота и уста­новить канал связи сквозным из конца в конец, а для повышения скорости пользователю придется понижать степень защищенности такого канала.

Что касается режима PD, то на сегодняшний день это наиболее интересный и перспективный метод, что связано в основном с об­щемировыми тенденциями, в частности, с сетью Интернет. Тоталь­ное распространение IP-протокола и, как следствие, приложений, базирующихся на IP, нашло свое применение и в сетях TETRA. В данном случае мобильная радиостанция выступает в качестве IP- клиента, а сеть TETRA— в качестве транспортной среды. Такая схема отличается повышенными гибкостью и надежностью за счет существования различных путей доставки радиосигнала, готовно­сти к увеличенному трафику, возможности подсоединения к радио­станции практически любого компьютерного оборудования и, ес­тественно, поддержки стандартных продуктов и приложений.

Функциональные схемы построения различных сетей связи стан­дарта TETRA представляются как совокупность элементов сети, со­единенных определенными интерфейсами. Сети стандарта TETRA содержат следующие основные элементы:

- базовая приемопередающая станция BTS (Base Transceiver Station) — базовая стационарная радиостанция, обеспечивающая связь в определенной зоне (ячейке). Такая станция выполняет ос­новные функции, связанные с передачей радиосигналов: сопряже­ние с мобильными станциями, шифрование линий связи, простран­ственно-разнесенный прием, управление выходной мощностью мобильных радиостанций, управление радиоканалами;

- устройство управления базовой станцией BCF (Base Station Control Function) — элемент сети с возможностями коммутации, ко­торый управляет несколькими базовыми станциями и обеспечивает доступ к внешним сетям, а также используется с целью подключе­ния диспетчерских пультов и терминалов для эксплуатационного и технического обслуживания;

- контроллер базовой станции BSC(Base Station Controller) — элемент сети с большими по сравнению с устройством BCF ком­мутационными возможностями, позволяющий обмениваться дан­ными между несколькими BCF. BSC имеет гибкую модульную структуру, позволяющую использовать большое число интерфей­сов разного типа;

- диспетчерский пульт — устройство, подключаемое к контрол­леру базовой станции по проводной линии и обеспечивающее об­мен информацией между оператором (диспетчером сети) и други­ми пользователями сети. Часто используется для широковещатель­ной передачи информации, создания групп пользователей и т.п.;

- мобильная станция MS (Mobile Station) — радиостанция, ис­пользуемая подвижными абонентами;

- стационарная радиостанция FRS (Fixed Radio Station) — ра­диостанция, используемая абонентом в определенном месте;

- терминал технического обслуживания и эксплуатации — тер­минал, подключаемый к устройству управления базовой станцией BCF и предназначенный для контроля за состоянием системы, про­ведения диагностики неисправностей, учета тарификационной ин­формации, внесения изменений в базу данных абонентов и т.п. С помощью таких терминалов реализуется функция управления ло­кальной сетью LNM (Local Network Management). Благодаря мо­дульному принципу разработки оборудования, сети связи стандар­та TETRA могут быть реализованы с разными иерархическими уровнями и различной географической протяженностью (от локаль­ных до национальных). Функции управления базой данных и ком­мутации распределяются по всей сети, что обеспечивает быструю передачу вызовов и сохранение ограниченной работоспособности сети даже при потере связи с ее отдельными элементами.

На национальном или региональном уровне структура сети мо­жет быть реализована на основе сравнительно небольших, но пол­ных подсетей TETRA, соединенных между собой с помощью меж­системного интерфейса ISI для создания общей сети. При этом возможно централизованное управление сетью. Вариант построе­ния такой сети показан на рис. 21.7.

Каждая подсеть TETRA выполняет свои функции управления и коммутации, а также предоставляет возможность для централизо­ванного управления более высокого уровня. Структура подсети за­висит от нагрузки, а также от требований к эффективности уста­новления связи. В случае, если не требуется резервирование каналов, возможно и достаточно создание подсети по конфигурации звезды. При использовании линейных трактов подсеть TETRA может быть реализована в виде длинной линии (цепи). В этом случае каждый модуль устройства управления базовой станцией BCF наряду с тре­буемой дальностью связи обеспечивает локальный доступ к вне­шним сетям. Простейшая конфигурация подсети TETRA включает только один модуль BCF.

В сетях связи стандарта TETRA предусматриваются различные способы обеспечения отказоустойчивости, позволяющие в случае отказа отдельных элементов сети сохранять полную или частичную работоспособность, возможно — с ухудшением ряда параметров, таких, как время установления соединения и т.д. Для сетей нацио­нального уровня, как правило, используется несколько альтерна­тивных маршрутов соединения сетей регионального уровня. В ре­гиональных сетях подобные альтернативные маршруты используются для соединения контроллеров базовых станций. Кро­ме этого, для региональных сетей предусматривается взаимное ко­пирование баз данных в контроллерах базовых станций.

Общая характеристика GSM-R. Система радиосвязи GSM-R разработана на основе сотового стандарта GSM и ориентирована на удовлетворение потребностей европейских железных дорог в обмене информацией с подвижными объектами, а также на созда­ние условий для реализации систем управления движением с исполь­зованием радиоканалов за счет применения полос шириной 4 МГц в диапазонах 876—880 МГц и 921—925 МГц (рис. 21.8).Железнодорожный участок разбивается на несколько районов, покрываемых распорядительными центрами RBC. В системе фор­мируются команды управления, осуществляется контроль скорос­ти, определяется местоположение поезда. Во время связи между поездом и центром RBC возможна дуплексная передача. Например, центр передает разрешение для движения поезда, а поезд — инфор­мацию о своем местонахождении.

Стандарт GSM был принят Международным союзом железных дорог (МСЖД) в 1993 г. в качестве базовой технологии для реали­зации железнодорожной системы цифровой связи. Но так как дан­ный стандарт не обладал сервисом, необходимым для профессио­нальных систем, то в 1993 г. МСЖД сделал запрос в ETSI (European Telecommunication Standards Institute) на реализацию дополнитель­ных свойств ASCI. Они включают в себя расширенные многоуров­невые приоритеты, резервирование, услуги широковещательного речевого оповещения и речевого группового вызова.

Наряду с ASCI для удовлетворения требований железных дорог на услуги поезд­ной, маневровой радиосвязи, передачи данных для управления дви­жением поездов, телеуправления и т.д. должны быть реализованы функциональная адресация, адресация в зависимости от текущего местоположения и обработка вызовов с высоким приоритетом.

Сеть GSM-R можно разделить на несколько подсистем:

- бортовые устройства;

- стационарные устройства;

- центр управления.

Разделение задач между тремя управляющими подсистемами осуществляется следующим образом:

- центр управления берет на себя управление маршрутами и обес­печивает поездам бесконфликтное назначение участков пути (регу­лирование порядка следования поездов);

- бортовые устройства выдают задания стационарным устрой­ствам в соответствии с назначенными им маршрутами и контроли­руют движение поездов;

- стационарные устройства выполняют, в свою очередь, функ­ции управления и контроля стрелок, подходов к пассажирским плат­формам и переездам.

Каждая из подсистем имеет свой доступ к сети радиосвязи и спо­собна взаимодействовать с другими подсистемами. Распределение функций обеспечения безопасности между несколькими подсистема­ми потребовало формирования единой базы данных. Это необходи­мо прежде всего для согласования данных на поездах и в центре уп­равления. Поэтому подсистемы работают с данными единого атласа линии, содержащего всю описывающую эту линию информацию. К ней относятся, наряду с топологическими сведениями (модель ли­нии, местоположение стрелок и переездов), данные о максимально допустимых скоростях и адресации в системе радиосвязи.

Сеть GSM-R состоит из сотов, расположенных вдоль железной дороги или на территории станции. Каждая ячейка сотов оборудует­ся одним или несколькими приемопередатчиками в зависимости от нагрузки. Каждый контроллер базовой станции прикреплен к опре­деленным номерам сотов. Контроллеры базовых станций соединены с центром управления MSC (Mobile Switching Center)/VLR (Visitor Location Register). MSC устанавливает внешние соединения и обеспечивает интерфейс с другими сетями (рис. 21.9), где использо­ваны следующие сокращения:

AUC (Authentication Center) — центр аутенфикации;

BSC (Base Station Controller) — контроллер базовой станции;

BTS (Base Station System) — приемопередатчик базовой станции;

GCR (Group Call Register) — регистр группировки вызовов;

EIR (Equipment Identification Register) — регистр идентифика­ции оборудования;

SMS (Short Message Service) — служба коротких сообщений;

VMS (Visitor Management Server) — сервер управления переме­щениями;

OSS (Operation System Server) — сервер центра управления;

ОМС (Operation and Maintenance Center) — центр управления и обслуживания;

SCP (Service Control Point) — пункт управления услугами связи;

IN (Intelligent Networks) — интеллектуальная сеть;

PABX (Private Automatic Branch Exchange) — автоматический коммутатор выделенных каналов.

Все сетевые компоненты в стандарте GSM-R взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации ITU-T SS.No (CCITT SS №7).

Центр коммутации обслуживает группу сотов и обеспечивает все виды соединений подвижной станции