Перспективы радиосвязи стандарта LTE на рельсовом транспорте

В последние несколько лет практически все крупные изготовители оборудования сотовой радиосвязи стандарта LTE сообщили об исследованиях и испытаниях, направленных на продвижение этого стандарта в качестве основы для универсальных систем широкополосной связи на метрополитенах. Так, летом 2015 г. компании Huawei и Alstom завершили выполнение пилотного проекта на предприятии Alstom в Валансьене, в
ходе которого проверялась возможность передачи ответственной информации в системе CBTC с использованием технологии LTE. В начале 2016 г. компании Ansaldo STS и ZTE (Китай) сообщили об успешных лабораторных испытаниях системы CBTC с оборудованием LTE, за которыми должны последовать полевые испытания на метрополитене Ханчжоу в режиме автоведения поездов. С марта 2015 по апрель 2016 г. компании Siemens и Huawei в рамках совместного исследовательского проекта испытывали в лаборатории систему LTE, через которую передавались данные CBTC, информация для пассажиров и потоковое видео с камер замкнутой системы видеонаблюдения. Подобные испытания проводились также с участием Nokia, которая в январе 2016 г. завершила поглощение Alcatel-Lucent, еще одного крупного поставщика оборудования стандарта LTE. Наконец, в августе 2016 г. компания Bombardier Transportation объявила о сертификации четырех компаний (Ericsson, Huawei, Nokia и ZTE) в качестве поставщиков оборудования LTE для своих систем CITYFLO (реализует функции CBTC и предназначена для метрополитенов и городских транспортных систем) и INTERFLO (семейство систем управления движением поездов по радиоканалу для магистральных линий). Этому предшествовали лабораторные испытания, которые подтвердили удовлетворение требованиям CBTC в отношении отсутствия потерь транслируемых пакетов данных и задержки менее 100 мс при передаче и приеме. В ходе испытаний моделировалась скорость движения поездов более 200 км/ч. Одновременно с данными CBTC передавались потоковое видео, информация для пассажиров и данные различных интернет-сервисов.

Испытания на метрополитене Парижа

Один из наиболее крупных исследовательских проектов был реализован на метрополитене Парижа (рис. 1). Компания Alcatel-Lucent (ныне — Nokia) после нескольких лет научно-исследовательских работ в июне 2015 г. приступила к испытаниям системы широкополосной радиосвязи стандарта LTE на линии 14 метрополитена Парижа.

Автоматизированная линия 14 метрополитена Парижа

Рис. 1. Автоматизированная линия 14 метрополитена Парижа

Обмен информа­ цией с поездами метро

Безопасность движения поездов

Функции охраны и техническое обслуживание

Комфорт для пассажиров

Системы сигнализации (CBTC)

Телефонная связь

Видеонаблю­ дение на плат­ формах

Связь

в чрезвычай­ ных ситуациях

Техническое обслуживание

Видео­ наблюдение в поездах

Информаци­ онные системы

Доступ к сети Интернет

Современная ситуация

Wi-Fi

TETRA

Проприетар- ные системы или WLAN

TETRA

Wi-Fi или 3G

Wi-Fi

Wi-Fi

Wi-Fi или 3G/4G

Перспективное решение

Технология LTE

Рис. 2. Технология стандарта LTE как универсальная система радиосвязи для метрополитенов

Испытания проводились в ходе регулярной эксплуатации линии в рамках телекоммуникационного раздела проекта Systuf (интеллектуальные транспортные системы) с общим бюджетом 4,5 млн евро, который поддерживается в рамках инвестиционной программы развития цифровых технологий правительства Франции. Партнерами этого проекта являются RATP, Alstom, Nokia (Alcatel-Lucent) и ряд других компаний и организаций. Ожидается, что с переходом к технологии LTE появится возможность решить существующие проблемы, связанные с использованием радиосвязи на рельсовом транспорте. В настоящее время для телефонной связи, передачи информации в системах управления движением поездов, видеонаблюдения, доступа к сети Интернет и т. п. приходится использовать разные сети радиосвязи, включая Wi-Fi, TETRA
и сети сотовой связи 3G/4G (рис. 2). Это влечет за собой повышенные расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание систем. Кроме того, большинство современных приложений рассчитаны на передачу данных по протоколу IP, который поддерживают не все существующие системы радиосвязи. Интеграция новых приложений с устаревшими сетями передачи данных требует значительных затрат. Цель исследований и испытаний состоит в изучении возможностей применения одной системы радиосвязи для всех приложений, включая доступ пассажиров к сети Интернет и предоставление им новых информационных услуг. В ходе испытаний на линии 14 исследовался ряд различных сценариев, включая проверку работоспособности LTE при разной скорости движения поездов. Для тестирования CBTC (эта система имитировалась моделью с предварительно записанными реальными данными) в рамках испытаний на линии 14 генерировалась повышенная загрузка сети LTE дополнительным трафиком и контролировалась работа критически важных приложений в экстремальных условиях функционирования радиосвязи при движении поезда с максимальной скоростью. Проведение испытаний на метрополитене осложнялось ограниченным доступом к ресурсам (прежде всего к поездам) в часы пик. Поэтому технология LTE тестировалась в периоды низкой интенсивности движения. В ходе испытаний проверялась работа разнообразного оборудования LTE, включая компактные базовые станции (микросоты и фемтосоты), установленные в поездах и предназначенные для улучшения покрытия, а также используемые для ретрансляции сигналов.

Возможности перехода к LTE

Переход к использованию технологии LTE на метрополитенах потребует несколько лет, поскольку большинство метрополитенов не располагают лицензиями на использование радиочастот этой сети. Такой проблемы нет в случае использования технологии Wi-Fi, способной обеспечить сопоставимую скорость передачи данных. Однако у Wi-Fi в стандартном исполнении есть ряд существенных недостатков, в том числе невозможность мониторинга качества обслуживания, невозможность управлять трафиком при одновременной передаче информации ответственных приложений и приложений, не влияющих на безопасность, проблемы с киберзащищенностью и задержкой передачи вследствие использования нелицензируемого диапазона частот. В то же время технология стандарта LTE характеризуется не только высокими скоростью передачи и пропускной способностью, но и высоким уровнем защищенности и возможностью разделять разные потоки данных, что критично для таких приложений, как CBTC. Время задержки передачи пакета данных из одной точки в другую составляет в системе LTE менее 10 мс. На линии 14 метрополитена Парижа была успешно проверена работа системы радиосвязи LTE для передачи информации в самых разнообразных приложениях — от голосовой связи, включая групповые вызовы, до CBTC, аварийных вызовов, систем видеонаблюдения и бортовых систем диагностики.

 Материалы проекта Systuf, компаний Nokia, Alstom, Bombardier и Huawei; International Railway Journal, 2015; Metro Report International, 2015.