Архитектура телекоммуникационной сети для транспортных систем

Авторы:
В.А. Григорьев, генеральный директор ООО «Лаборатория инфокоммуникационных сетей», заведующий кафедрой беспроводных телекоммуникаций Университета ИТМО, д.т.н., профессор; vgrig@rdnet.ru
И.А. Хворов, заместитель генерального директора ООО «Лаборатория инфокоммуникационных сетей», доцент кафедры беспроводных телекоммуникаций Университета ИТМО, к.т.н.; khvorov@labics.ru
Ю.А. Распаев, заместитель генерального директора ООО «Телеком-проект», доцент кафедры беспроводных телекоммуникаций Университета ИТМО, к.т.н.; raspaev@telecom-project.ru

Особенности интеллектуальных транспортных систем

Анализ сетей связи транспортных систем показывает, что телекоммуникационные системы обеспечивают информационный обмен прежде всего в технологических целях: это управление (интеллектуальные транспортные системы); связь подразделений транспортных компаний; связь для внешних пользователей; бесперебойное функционирование всех подсистем интеллектуальных транспортных систем (ИТС) [1], например подсистемы управления транспортными потоками (интегрированная АСУ дорожного движения); подсистемы взимания платы за проезд и т.д. Поэтому архитектура телеком-системы обязательно включает технологическую сеть связи и сеть связи для предоставления коммерческих услуг.

Интуитивное желание участников дорожного движения получить все необходимые услуги независимо от того, на какой дороге они находятся и каким видом транспорта пользуются, указывает на необходимость стандартизации  всех  телекоммуникационных  решений на транспорте в пределах страны. Для того чтобы обеспечить требования целостности технологической сети, единой технологической политики, надежности, своевременности,  полноты  покрытия,  пропускной способности и пр., за основу можно взять архитектуру, приведенную в стандарте ISO 21217 Intelligent transport systems – Communications access for land mobiles (CALM) – Architecture [2].

ИТС рассматриваются прежде всего как технологические системы, обеспечивающие мониторинг и управление транспортом. К технологическим системам можно также отнести системы взимания платы, пункты экстренной связи, системы охранного видеонаблюдения и сигнализации. Отдельный сегмент составляют системы связи для обеспечения  деятельности  организаций,  эксплуатирующих транспорт и транспортную инфраструктуру. Корпоративные сети могут функционировать локально, однако чаще они имеют выход на ССОП.

Зарубежный опыт показывает, что одним из драйверов развития телекоммуникационных систем на транспорте  являются  информационные  онлайн-сервисы. Ожидается, что к 2020 году потребности в сетевом ресурсе для отдельного автомобиля достигнут 100 Мбит/с, из которых больше половины составят информационные сервисы.

Коммерческий сегмент может развиваться на собственной  сетевой  структуре.  Однако  экономически целесообразно для технологического, корпоративного и коммерческого сегментов использовать общие линии и технические средства связи. Обобщенная структурная схема телекоммуникационной системы ИТС, представленная на рисунке, включает в себя опорную сеть, магистральные сети и сети доступа, состоящие из средств связи и линий, которые обеспечивают подключение оборудования пользователей или ИТС-станции к магистральной сети.

Магистральная сеть – это совокупность линий связи и дорожной инфраструктуры средств связи, расположенных в дорожных шкафах и зданиях и обеспечивающих передачу группового сигнала на узел опорной сети. Опорная сеть включает линии и средства связи, расположенные на главных узлах. Ее основная задача – обеспечить соединение магистральных сетей различных участков автомобильных дорог.

Деление сетей доступа на технологический, корпоративный и коммерческий сегменты, конечно, условное. Так, пользователем телекоммуникационных сервисов может быть транспортное средство, которое подключено к технологической сети и сети связи общего пользования (ССОП). В такой схеме ресурсы магистральных и опорной сети являются общими. Для выполнения требований законодательства технология построения сетей должна предусматривать аппаратно-программное отделение ССОП от технологических сетей.

Структура сети, представленная на рисунке, соответствует архитектуре построения телекоммуникационной системы ISO 21217 CALM – Architecture. Выполнение тех или иных требований к доставке информации определяет качество сервисов, предоставляемых телекоммуникационной системой.

Сети  могут  использовать  различные  технологии беспроводного и проводного доступа. Основной технологией магистральных сетей является IP (Internet Protocol). Опорная сеть строится на базе ВОЛС с использованием систем уплотнения DWDM. Применяется топология «кольцо» с физически независимыми резервными линиями. Телекоммуникационная система ИТС обеспечивает возможность взаимодействия (присоединения) с внешними технологическими сетями и сетями связи общего пользования, включая сети связи сопредельных государств.

Большое значение имеет реализация единых принципов и структур построения телекоммуникационных систем для ИТС в масштабах страны. Это однозначно ведет к повышению эффективности использования ресурсов опорных и магистральных сетей. Строительство ВОЛС всегда осуществляется с большим резервом по числу  волокон.  Концентрация  трафиков  различных сегментов ИТС на едином сетевом ресурсе сокращает сроки окупаемости вложенных средств. Единые принципы построения телеком-системы позволят выработать универсальные правила взаимодействия участников рынка, которые представлены, в том числе, государственными организациями. Использование операторами связи магистральных линий вдоль дорог упрощает им проникновение на удаленные и малонаселенные территории нашей страны. В то же время обеспечение коммерческих сервисов на дорогах повышает привлекательность следования по этим маршрутам.

Отдельные  государственные  компании  добились определенного успеха в разработке единых принципов построения и внедрения телекоммуникационных систем. Государственная компания «Российские автомобильные дороги» приняла ряд стандартов организации, способствующих применению единых требований к построению интеллектуальных транспортных систем и систем связи на платных автомобильных дорогах [3, 4].

Государство имеет возможность выработать единую политику регулирования построения телекоммуникационной системы в интересах ИТС. Для этого предстоит решить такие вопросы, как упрощение процедур выделения земельных участков, организация взаимодействия коммерческих и государственных организаций, защита  инвестиций,  выделение  частотного  ресурса, определение ответственности участников рынка.

Перспективы развития телекоммуникационных сетей для транспорта

Автоматизированная  система  управления  транспортным комплексом Российской Федерации (АСУ ТК), предложенная Минтрансом России в 2010 году, предполагает наличие информационной и аналитической поддержки процессов мониторинга и управления транспортным комплексом, взаимодействие с государственными и ведомственными электронными системами и информационный обмен между всеми участниками.

Перспективы развития сетей связи для транспорта связаны с расширением объемов и спектра услуг на всех видах транспортных систем на единой технической и технологической основе. Построение таких сетей должно выполняться путем интеграции IP-сетей в единую сетевую структуру на базе технологий NGN/IMS (IP Multimedia Subsystem), способную посредством высокоскоростной передачи данных поддерживать предоставление полного спектра инфокоммуникационных услуг в сочетании с услугами общей мобильности.

Для прогноза развития сетей связи необходимо учитывать концепцию сети мобильной связи 5G с применением спутникового сегмента, в рамках которой сочетаются услуги  передачи голоса, видео и данных поверх IP. Продолжится дальнейшее массовое внедрение сетей Wi-Fi, использование технологий связи М2М (Machineto-Мachine), реализация производственных процессов в режиме реального времени. В этих условиях явно просматривается необходимость стандартизации всех элементов сетей с учетом особенностей каждого вида транспорта. Итогом этой работы должно стать создание единой сети по обмену сообщениями на транспорте в целом.

Заключение. Построение сетей должно выполняться путем интеграции совокупности IP-сетей в единую сетевую структуру на базе технологий NGN/IMS для оказания полного спектра инфокоммуникационных услуг в сочетании с услугами общей мобильности. Актуальной задачей является решение проблем глобальной совместимости гетерогенных сетей связи на основе концепции NGN.

Функционирование  современных  транспортных систем требует управления производственными процессами в режиме реального времени. При проектировании единой системы связи необходимо учитывать общепроизводственную, технологическую и диспетчерскую составляющие.

Принципы построения сетей связи для транспорта предусматривают раздельное существование технологической и коммерческой частей из-за существенных различий их целей, характеристик и степени ответственности. Поэтому необходимы разработка и реализация информационных и телекоммуникационных систем, входящих в АСУ транспортного комплекса на единой технической и технологической платформе.

Архитектура сети должна быть единой, с обязательной технологической частью, которая состоит из опорной сети ВОЛС в совокупности с коммутационными центрами и ЦОД, магистральных сетей, повторяющих географию расположения дорог, трасс и пр., сетей доступа, реализованных на различных технологиях радиосвязи. Необходимо учитывать современные тенденции развития информационных технологий: концепции больших данных, мобильности пользователей, облачных сервисов и социальных сетей.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ Р ИСО 14813-1-2011. Интеллектуальные транспортные системы. Схема построения архитектуры интеллектуальных транспортных систем. Ч. 1. Сервисные домены в области интеллектуальных транспортных систем, сервисные группы и сервисы.
2. ISO 21217 Intelligent transport systems – Communications access for land mobiles (CALM) – Architecture.
3. СТО АВТОДОР 8.2-2013. Элементы интеллектуальной транспортной системы на автомобильных дорогах государственной компании.
4. СТО АВТОДОР 8.3-2014. Технические и организационные требования к системам связи и передачи данных на автодорогах государственной компании.