Телекомунікаційні технології для дорожніх інтегрованих систем зв'язку

Е.А. АНДРЄЄВ, генеральний директор ВАТ "Діпрозв'язок СПб", В.Е. Виноградська, інженер, В.Ю. ОМЕЛЬЧЕНКО, інженер, А.А. Руїн, провідний інженер

В Нині одним з найважливіших завдань, що стоять перед галуззю дорожньої Росії, є забезпечення ефективної роботи системи управління дорожнім господарством країни. Найбільш гострими проблемами в цій сфері є підвищення рівня безпеки дорожнього руху та забезпечення його учасників сучасними послугами зв'язку. У статті наведено зарубіжний досвід будівництва дорожніх інтегрованих систем зв'язку (ДИСС), відображені основні вимоги, що пред'являються до подібних систем. Основну увагу приділено розгляду технологічних рішень, які можуть бути покладені в основу ДИСС.

Загальний стан питання

Досвід експлуатації автодоріг Росії показує, що багато хто з актуальних транспортних проблем обумовлені низькою ефективністю управління дорожнім рухом, а також відсутністю відповідного інформаційного і телекомунікаційного забезпечення.

Підвищення ефективності управління дорожнім рухом пов'язане зі створенням автоматизованих систем управління дорожнім рухом (АСУ ДД), які є невід'ємними компонентами інтелектуальних транспортних систем (ІТС). ІТС - це комплексна система інформаційного забезпечення і управління на наземному автомобільному транспорті, заснована на застосуванні сучасних інформаційних і телекомунікаційних технологій і методів управління.

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

АСУ ДД, як частину ІТС, виконує керуючі та інформаційні функції, основними з яких є:

управління транспортними потоками;

забезпечення транспортної інформацією;

організація електронних платежів;

управління безпекою та управління в особливих ситуаціях.

В загальному вигляді підсистеми АСУ ДД можуть бути представлені як сукупність пристроїв дорожньої телематики, контролерів та автоматизованих робочих місць (АРМ), включених в мережу обміну даними, з організацією центрального та місцевих осередків управління - залежно від щільності та інтенсивності дорожнього руху.

В як пристрої дорожньої телематики застосовуються знаки змінної інформації (ЗПВ), багатопозиційні дорожні покажчики, табло змінної інформації (ТДВ), детектори транспорту, автоматичні дорожні метеостанції (АДМС), відеокамери і т. д.

телекомунікаційну частина АСУ ДД становить дорожня інтегрована система зв'язку. Сталий функціонування систем зв'язку на автомобільних дорогах дозволяє підвищити рівень безпеки дорожнього руху і забезпечити ефективну роботу служб утримання дороги, а також оперативних і рятувальних служб при виникненні надзвичайних ситуацій.

В складі ДИСС можуть бути організовані наступні функціональні підсистеми:

інформаційного обміну АСУ ДД;

зв'язку з рухомими об'єктами (включає підсистеми оперативно-технологічної радіозв'язку та радіодоступу);

управління і технічної експлуатації;

забезпечення інформаційної безпеки ДИСС;

надання інфокомунікаційних послуг на оплатній основі.

Аналіз інформації про рівень розвитку ІТС в розвинених (країни Західної Європи, США, Японія, Австралія) і країн, що розвиваються (Бразилія, Мексика, Китай, Чехія, Корея, Сінгапур) країнах змушує відзначити, що Росія значно відстає від них в сфері створення і експлуатації окремих підсистем ІТС. Це не дозволяє провести відповідного аналізу даного напрямку розвитку дорожньої галузі в Росії. Що стосується інтеграції підсистем ІТС, то таке завдання на національному рівні в Росії поки не ставиться.

Автоматизовані системи управління дорожнім рухом (АСУ ДД) різного ступеня складності в Нині встановлені практично у всіх великих містах розвинених країн, що розвиваються. Набір підсистем, що реалізуються конкретними АСУ ДД, залежить від ряду факторів: кліматичних умов країни чи міста, щільності населення, насиченості транспортом і його призначення, необхідністю надання комерційних послуг та ін

Наприклад, в країнах північної Європи (у тому числі, у Фінляндії) особлива увага приділяється автоматичного моніторингу погодних умов на автодорогах, що обумовлено проблемами їх зимового утримання. Крім детекторів транспорту, на дорогах Фінляндії встановлено 130 об'єднаних до системи погодного моніторингу відеокамер і 280 дорожніх метеостанцій, в оперативному режимі (кожні 5 - 60 хвилин) передають інформацію в дев'ять дорожніх центрів. Ця інформація використовується для прогнозу дорожніх умов, що виконується кожні кілька годин.

В північної Франції з 2000 р. діє комплексна система автоматичного моніторингу руху автотранспорту на дорогах (в тому числі платних), зв'язують міста Париж, Лілль, Руан і Ренн. Система заснована на використанні індуктивних (петлевих) детекторів транспорту, відстані між якими варіюються від 1 км на підходах до великих міст (Париж, Лілль) до 10 км. Крім того, збір даних здійснюється дорожніми метеостанціями і системою відеоспостереження, 230 камер якої встановлені в найбільш небезпечних та завантажених транспортом місцях. Передача даних здійснюється до центрів системи, розташовані в Ліллі і Ренні.

Системи автоматизованого управління міським пасажирським транспортом (АСУ ГПТ) добре розвинені в Японії, Німеччині, Великобританії. В останнє десятиліття все ширше застосовується контроль руху транспорту, заснований на супутниковій навігації, однак найбільш велика закордонна система - Eurobus, що управляє рухом автобусів, заснована на використанні маяків. Є відомості про застосуванні для визначення місця розташування транспортних одиниць системи пеленгації, однак цей метод не знайшов широкого поширення.

Системи оплати проїзду на громадському транспорті з використанням електронних носіїв інформації почали впроваджуватися з початку 90-х років в США і Західній Європі. Такі системи базувалися на застосуванні карт із магнітною смугою.

В Протягом останнього десятиліття системи електронної оплати розвивалися в двох основних напрямках: перехід від контактних систем до безконтактним і від відкритих систем до закритих, що дозволяє використовувати складні тарифні схеми, пов'язані з зоннимі системами оплати, а також відслідковувати обсяги кореспонденції пасажирів або автомобілів.

Таким чином, загальний стан інформаційної та телекомунікаційної забезпеченості дорожньої галузі Росії істотно відстає від сучасних вимог і не дозволяє ефективно вирішувати питання управління дорожнім рухом на всіх рівнях. Розробка технічних рішень з побудови є на ДИСС сьогоднішній день досить актуальним завданням.

Основні вимоги до ДИСС

Автоматизовані системи управління дорожнім рухом та інтелектуальні транспортні системи створюються для вирішення двох найбільш гостро стоять проблем у сфері забезпечення ефективної роботи системи управління дорожнім господарством країни:

підвищення рівня безпеки дорожнього руху та ефективності функціонування транспортної системи;

забезпечення учасників дорожнього руху і служб утримання дорожньої інфраструктури сучасними послугами зв'язку на автомобільних дорогах загального користування Російської Федерації.

Для забезпечення функціонування АСУ ДД та надання інфокомунікаційних послуг учасникам дорожнього руху створюються ДИСС, до яких в даний час пред'являються наступні узагальнені вимоги:

багатофункціональність;

стійкість;

економічність.

Під багатофункціональністю ДИСС розуміється її властивість, що характеризує здатність забезпечення одночасної та спільної роботи великої кількості різноманітних функціональних підсистем. Склад таких підсистем наведений вище.

Перш за все, для забезпечення функціонування різних підсистем потрібна передача засобами ДИСС різних видів і об'ємів трафіку (голос, дані, відео) між певним складом користувачів. Це визначає, у свою чергу, основні структурні та технологічні вимоги до ДИСС, а також вимоги щодо пропускної спроможності каналів і трактів, параметрам якості обслуговування різних видів трафіку, а також інформаційної безпеки.

Під стійкістю ДИСС розуміється властивість, що характеризує здатність даної системи виконувати необхідні функції з телекомунікаційного забезпечення як в нормальних умовах функціонування, так і в умовах впливу різних дестабілізуючих факторів. Стійкість є комплексною властивістю, об'єднуючим надійність, живучість і перешкодостійкість мережі.

Стійкість ДИСС повинна забезпечуватися обгрунтованим вибором рішень щодо структури та топології системи, застосуванням відповідних технологічних і технічних рішень, вибором обладнання, раціональної організацією систем управління, технічної експлуатації та інформаційної безпеки.

Вимоги до економічності рішень є природними і визначаються прагненням до мінімізації витрат при побудові та експлуатації ДИСС, скорочення термінів її окупності, збільшення прибутковості від послуг, що надаються при функціонуванні ДИСС, захист інвестицій на перспективу.

Складність і багатофункціональність ДИСС зумовлюють багатоваріантність можливих альтернативних рішень при її побудові. Тому для вибору остаточних рішень при передпроектне обгрунтуванні та проектуванні ДИСС конкретних автодоріг потрібно глибокий і всебічний техніко-економічний аналіз альтернативних варіантів її побудови.

Підходи до вирішення

Виконати вищеназвані вимоги при створенні ДИСС можна тільки із застосуванням сучасних і перспективних телекомунікаційних технологій. Найбільш ефективні рішення в даний час припускають використання концептуальних підходів і положень для побудови мереж зв'язку наступного покоління (NGN, Next Generation Network) [1].

Створення ДИСС на принципах концепції NGN передбачає, що створювана інтегрована система зв'язку буде володіти наступними відмінними властивостями:

мультисервісності, характеризується незалежністю технологій надання інфокомунікаційних послуг від транспортних технологій;

мультимедійної, тобто здатністю передавати багатокомпонентний трафік з необхідною синхронізація цих компонентів в реальному масштабі часу і використанням з'єднань складної конфігурації;

інтелектуальністю, що забезпечує можливість керування інфокомунікаційної послугою, викликом і з'єднанням з боку користувачів та постачальника послуги;

інваріантність доступу, що дозволяє організувати доступ до інфокомунікаційної послуги незалежно від технології, що використовується;

многооператорностью, що забезпечує можливість участі декількох операторів у процесі надання інфокомунікаційної послуги і поділ їх відповідальності відповідно до областю діяльності.

На те, якими властивостями буде володіти створювана телекомунікаційна система, в першу чергу великий вплив мають можливості технологій, закладених у основу мережі. Тому загальну послідовність розробки ДИСС можна представити у вигляді наступних етапів:

вибір базової технології;

визначення структури системи;

розробка схеми організації зв'язку.

При виборі базової технології для фізичного рівня необхідно враховувати, що топологія мультисервісної мережі ДИСС повинна базуватися на інфраструктурі волоконно-оптичних кабелів магістральної мережі зв'язку. Для роботи мережевого устаткування використовуються волокна в кабелях робочого і резервного напрямків. Робітники і резервні оптичні волокна фізично рознесені по різних кабелях і можуть проходити за різними маршрутами.

Основними технологіями при побудові мульти-сервісних систем в даний час є SDH, Ethernet, ATM, IP/MPLS, WDM. Спираючись на світовий досвід, можна стверджувати, що будівництво магістральних каналів транспортної мережі на основі технології Gigabit Ethernet в даний час обходиться в 1,5 - 1,7 рази дешевше, ніж використання магістралей SDH/ATM [2].

Враховуючи вимоги до пропускної спроможності, економічності будується системи, а також беручи до уваги "Концептуальні положення з побудови мультисервісних мереж на ВСР Росії ", найбільш доцільним представляється будівництво мультисервісної мережі ДИСС на базі технології транспортної мережі Gigabit Ethernet.

Також в даний час певний інтерес викликає відносно нове сімейство перспективних технологій побудови мультисервісних мереж - сімейство технологій пасивних оптичних мереж (PON). Відмітною її особливістю є здатність організувати мережу розподілу і доступу на одному волокні, з чим і пов'язані основні переваги і недоліки даного сімейства технологій.

Рішення на базі цієї технології досить дороги, тим не менше в цій області спостерігається неухильне технологічний розвиток, пов'язане в основному з забезпеченням резервування, підвищенням надійності, а також відбувається постійне зниження вартості обладнання. Таким чином, можливо, що в доступному для огляду майбутньому рішення, засновані на PON, складуть серйозну конкуренцію "класичним" підходам як в частині технічних характеристик, так і з економічної складової.

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

транспортна мережу;

мережа абонентського доступу;

вузли доступу і Центр управління.

В відповідно до обраних базовими технологіями і певною структурою, на рис. 1 і 2 представлені узагальнені схеми архітектури телекомунікаційної мережі ДИСС.

Для організації оперативно-технологічного радіозв'язку, широкосмугового радіодоступу рухомих і окремих стаціонарних об'єктів до транспортної мережі, а також для забезпечення резервування проводових засобів, у структурі ДИСС виділяються підсистеми оперативно-технологічного радіозв'язку та радіодоступу, що вимагає вибору базових технологій, на яких вони реалізуються.

Підсистема оперативно-технологічного радіозв'язку призначена для:

забезпечення зв'язку з рухомими об'єктами (абонентами) АСУ ДД на стадіях будівництва і експлуатації автодоріг;

створення єдиного інтегрованого середовища, що забезпечує взаємодію різних підрозділів і служб керуючої компанії;

створення диспетчерських центрів управління та контролю за рухомими і стаціонарними об'єктами (абонентами);

розширення можливостей службового і комерційного використання ДИСС.

До підсистемі оперативно-технологічного радіозв'язку висуваються жорсткі вимоги за показниками стійкості функціонування в різній обстановці, в тому числі і в ситуаціях, пов'язаних з перевантаженням мережі в умовах впливу сильних перешкод і ін

Досвід функціонування дорожньої зв'язку в Швеції, Норвегії, ФРН, Данії, Польщі, інших європейських країнах свідчить, що найбільш доцільно використовувати для цих цілей системи транкінгового радіозв'язку. TETRA визнаний уніфікованим єдиним стандартом для систем дорожньої зв'язку країн Європейського Співтовариства. Закордонний досвід застосування транкінгового зв'язку стандарту TETRA покладено в основу при проектуванні і будівництві ДИСС в Росії: для автомобільной дороги "Москва - С.-Петербург - Виборг - Держкордон" (ДИСС "Росія"), кільцевої автомобільної дороги С.-Петербурга (ДИСС КАД), а також для ін

Іншим варіантом реалізації підсистеми технологічного радіозв'язку є оренда виділеної корпоративної мережі в одного з операторів стільникового зв'язку стандарту GSM. У цьому випадку керуючий оператор ДИСС стає корпоративним клієнтом оператора стільникового зв'язку. Перевагами даного підходу до організації підсистеми технологічної радіозв'язку є прозорість організаційно-технічних заходів, можливість швидкої зміни кількісного складу абонентів і обсягу послуг, що надаються.

До недоліків можна віднести ті, які властивості і систем стільникового зв'язку: не дуже висока якість зв'язку, низька стійкість особливо в періоди найбільшої навантаження і в умовах впливу сильних перешкод. Таким чином, корпоративна мережу на основі стільникового зв'язку не повною мірою задовольняє вимогам, пред'являються до підсистеми оперативно-технологічного радіозв'язку. Однак у міських умовах такі рішення знайшли широке застосування в ряді європейських країн.

Підсистема широкосмугового доступу призначена для вирішення наступних основних завдань:

забезпечення широкосмугового доступу рухомих і окремих стаціонарних об'єктів до транспортної мережі, в тому числі на різних етапах будівництва і введення в експлуатацію ДИСС;

забезпечення необхідних показників стійкості функціонування ДИСС за рахунок резервування найбільш важливих волоконно-оптичних трактів передачі транспортної мережі ДИСС;

забезпечення широкосмугового доступу окремих користувачів до інфокомунікаційних послуг ДИСС на оплатній основі.

В Як основні стандартів для підсистеми широкосмугового радіодоступу найбільш доцільно розглядати різні варіанти технології WLAN (Wireless Local Area Network):

IEEE 802.11 (Wi-Fi) (швидкість передачі в мережах Wi-Fi в даний час досягає 50 Мбіт/с на відстанях зв'язку до 100 м, що за певних умов може повністю забезпечити потреби сервісів, що надаються для учасників дорожнього руху);

IEEE 802.16 (WiMAX) (швидкість передачі даних в мережах WiMAX досягає 70 Мбіт/с на відстанях до 15 км).

широкосмугова бездротовий зв'язок давно розглядається як реальної альтернативи традиційних способів високошвидкісного абонентського доступу. Найбільш перспективною з точки зору побудови великих мереж доступу представляється технологія WiMAX (WLAN 802.16/16а), яка розроблена для забезпечення бездротового широкосмугового доступу до мереж міського масштабу MAN (Metropolitan Area Network).

Таким чином, дорожні інтегровані системи зв'язку повинні базуватися на сучасних і перспективних телекомунікаційних технологіях, що є необхідною умовою для виконання вимог, що пред'являються до таких систем, і служить передумовою до їх подальшого розвитку та інтеграції в єдину ІТС.

В даний час накопичений досить багатий зарубіжний досвід створення АСУ ДД і ІТС. У той же час складність таких систем визначає відсутність готових комплексних рішень, тому в процесі створення такого роду систем потрібно глибока опрацювання широкого кола питань. Прикладом розробки подібних рішень є створення ДИСС АСУ ДД Західного швидкісного діаметра С.-Петербурга, передпроектні та проектні роботи з якої виконує проектний інститут Тіпросвязь СПб ".

Список літератури

1. Концептуальні положення з побудови мультисервісних мереж на ВСР Росії

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

Журнал «Вісник зв'язку» № 9, 2005 р.