реферат Радиотехнические системы управления. РТС - 2 КУРС Кудряшов. Контрольная работа по дисциплине Радиотехнические системы управления Форма обучения заочная
 Скачать 356 Kb.
|
|
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет имени Императора Александра I» _______________________________________________________________ Факультет "Безотрывных форм обучения" Кафедра «Электрическая связь» Специальность 23.05.04 «Эксплуатация железных дорог» Специализация «Грузовая и коммерческая работа» Контрольная работа по дисциплине «Радиотехнические системы управления» Форма обучения – заочная Выполнил обучающийся Курс 2 Группа УПК-720-з Кудряшов А.В.  подпись, датаР уководитель подпись, дата Санкт-Петербург 2019 Задание по курсу"Радиотехнические системы управления на железнодорожном транспорте" студенту Кудряшову А.В., гр. УПК 720-з Провести сравнение функций цифровой системы стандарта GSM-R и аналоговых систем (типа MPT 1327, SmarTrunk или любой другой – по выбору) для организации железнодорожной ремонтно-оперативной радиосвязи (РОРС). Определить и охарактеризовать преимущества цифровых систем перед аналоговыми в части: - состава функций и передачи речи, - состава функций передачи данных. Дать общее описание возможностей по организации инфраструктуры РОРС на основе системы радиосвязи стандарта GSM-R. Определить основные возможности по обеспечению безопасности технологических процессов, поддерживаемых РОРС, основанной на GSM-R. Литература: 1. Шматченко В.В. Радиотехнические системы управления эксплуатационной работой на железнодорожном транспорте / В.В. Шматченко, П.А. Плеханов, П.Н. Ерлыков. – СПб.: ПГУПС, 2014. – 26 с. 2. Лохвицкий М.С. Мобильная связь: стандарты, структуры, алгоритмы, планирование / М.С. Лохвицкий, А.С. Сорокин, О.А. Шорин. – М.: Горячая линия – Телеком, 2018. – 264 с. 3. Бабков В.Ю. Сотовые системы мобильной радиосвязи / В.Ю. Бабков, И.А. Цикин. – СПб.: БХВ-Петербург, 2013. – 432 с. 4. Степутин А.Н. Мобильная связь на пути к 6G. В 2 т. (комплект из 2 книг) / А.Н. Степутин, А.Д. Николаев. – Вологда: Инфра-Инженерия, 2017. – 796 с. 5. Интернет (ключевые слова: TETRA, GSM-R, GSM, DMR, WiFi, железные дороги, технологическая радиосвязь). Сайт «СагаИнк». Сайт «Железные дороги мира» Адрес электронной почты для консультаций и сдачи готовой работы: vshmat45@mail.ru Лист с настоящим заданием и оценочный лист должны быть вложены в представляемый студентом отчёт сразу после титульного листа Оценочный лист по дисциплине «Радиотехнические системы управления»
1. Провести сравнение функций цифровой системы стандарта GSM-R и аналоговых систем (типа MPT 1327, SmarTrunk или любой другой – по выбору) для организации железнодорожной ремонтно-оперативной радиосвязи (РОРС). Определить и охарактеризовать преимущества цифровых систем перед аналоговыми в части: - состава функций и передачи речи, - состава функций передачи данных. Качественная радиосвязь - обязательное условие организации железнодорожных перевозок. Железнодорожные цифровые системы связи формируют престижность компании, влияют на эффективность работы ТП и обеспечивают безопасность. Большинство железнодорожных компаний и станций эксплуатируют аналоговые сети связи (типа MPT 1327, SmarTrunk и другие), которые исчерпали свои технологические ресурсы и не пригодны для внедрения широкополосного обмена данными с подвижными объектами. Значительная часть каналообразующего и приёмо-передающего оборудования существующих железнодорожных сетей на станциях морально и физически устарела. Сеть не имеет единой системы управления, характеризуется высокими эксплуатационными издержками, высоким энергопотреблением, низким качеством связи, большими габаритами беспроводных устройств. Особое место на транспорте занимает радиосвязь, являющаяся, в большинстве случаев, единственным средством связи с подвижными объектами транспорта. Современные системы поездной радиосвязи, требуют организации гибкой цифровой транспортной инфраструктуры сети, совместимой с различными технологиями фиксированного и мобильного доступа. Стандарт GSM-R создан для железных дорог на основе самого распространенного в мире стандарта сухопутной (сотовой) подвижной радиосвязи GSM в рамках программ EIREnE (European Integrated Railway Radio Enchanced Network) и MORANE (Mobile Radio for Railways Networks in Europe) финансирование которых осуществляет ЕС: передача сигнализации ETCS (European Train Control System); голосовая радиосвязь и передача данных в условиях движения со скоростями до 500 км/ч; наличие функции группового вызова; управление приоритетами вызовов и механизм срочного вызова; наличие функциональной адресации в зависимости от местоположения абонента; использование специально выделенных полос радиочастот. Предусматривается, что средства стандарта GSM-R должны заменить различные системы связи, одновременно работающие сегодня на железных дорогах, обеспечить передачу речи и данных, а также работу приложений для систем управления движением поездов. От обычного GSM систему отличает поддержка некоторых специальных функций, разработанных по заказу железнодорожников. Поскольку сети GSM-R закрытые, для них могут создаваться всевозможные приложения, 18 отвечающие современным потребностям заказчиков в той или иной стране. В 1995 году ETSI выделил для GSM-R две полосы частот в диапазоне 800 / 900 МГц, в частности полосы 876 – 880 МГц и 921 – 925 МГц. На практике, чтобы не конфликтовать с работой коммерческих сетей GSM, предусмотрено использование 19 дуплексных частотных каналов, примыкающих к полосе, выделенной для E-GSM  В инфраструктуру сетей GSM-R входят следующие элементы: Базовая приемо-передающая станция БПС (BTS) обеспечивает радиосвязь в определенной зоне. Контроллер базовой станции КБС (BSC) выполняет следующие функции: управление распределением каналов; контроль соединения и регулировка их очередности; модуляция и демодуляция сигналов; кодирование и декодирование сообщений; кодирование речи; адаптацию скорости передачи речи, данных и сигналов вызова; управление очередностью передачи сообщений персонального вызова. Центральный коммутатор подвижной связи ЦКП ( MSC) обслуживает группу зон и обеспечивает все виды соединений с мобильными станциями. Кроме этого, ЦКП выполняет следующие функции: коммутации радиоканалов, к которым относится эстафетная передача, обеспечивающая непрерывность связи при перемещении мобильных станций из зоны в зону; переключения рабочих каналов в зоне при появлении помех и неисправностей; формирует данные для тарификации разговоров; составляет статистические данные; п  оддерживает процедуры безопасности при доступе к радиоканалу. Рис.1.Структура построения GSM-R сети ЦКП осуществляет постоянное слежение за мобильными станциями, используя: Регистр положения РМП (HLR), в котором хранится та часть информации о местоположении какой-либо мобильной станции, которая позволяет центральному коммутатору доставить вызов. Фактически РМП является справочной БС для постоянно зарегистрированных в сети абонентов. В ней содержатся опознавательные адреса и номера, а также параметры подлинности абонентов, состав услуг связи, информация о маршрутизации, данные о роуминге абонента. Регистр перемещения РП (VLR) — второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением мобильных станций из зоны в зону. С его помощью достигается функционирование мобильных станций за пределами контролируемой регистром положения зоны. Когда в процессе перемещения мобильная станция переходит из зоны одного контроллера БС в зону действия другого, то она регистрируется, и в регистр перемещения заносится новая информация. Для исключения несанкционированного использования ресурсов в систему введен механизм аутентификации. Центр аутентификации ЦА (AUC) состоит из нескольких блоков и формирует ключи и алгоритмы аутентификации. С его помощью проверяются полномочия абонента и осуществляется его доступ к сети. ЦА принимает решения о параметрах процесса аутентификации и определяет ключи шифрования на основе базы данных, находящейся в регистре идентификации оборудования (EIR). Регистр идентификации оборудования РИО (EIR) содержит централизованную базу данных для подтверждения подлинности международного идентификационного номера оборудования мобильной станции. Регистр идентификации сети РИС (IN) содержит идентификаторы всех сетей, с которыми обеспечивается роуминг в данной системе. Центр управления и обслуживания ЦУО (ОМС) обеспечивает управление элементами сети и качеством ее работы. В функции ЦУО входят: регистрация и обработка аварийных сигналов; устранение неисправностей (автоматически или посредством обслуживающего персонала); проверка состояния оборудования сети и прохождения вызова мобильной станции; управление трафиком; сбор статистических данных; управление передачей обслуживания и базой данных. Стандарт GSM-R обеспечивает предоставление не только услуг голосовой связи и сигнализации. По новой технологии будут работать такие приложения, как отслеживание грузов, цифровое видеонаблюдение на поездах и железнодорожных станциях, информационные услуги для пассажиров. В целях обеспечения совместимости европейских железных дорог и использования единой коммуникационной платформы стандарт GSM-R объединяет все ключевые функции и наработки 35 типов аналоговых систем, использовавшихся ранее. Он является безопасной платформой для голосовой связи и передачи данных между оперативным персоналом железных дорог, включая машинистов, диспетчеров, работников маневровой группы, специалистов в составе сопровождения поезда и начальников станций. Такие функциональные возможности GSM-R как групповые вызовы, трансляция голоса, соединение с абонентом с учетом его местоположения, а также освобождение линии для срочных вызовов значительно улучшают качество коммуникаций, возможности для совместной работы и управления безопасностью движения поездов и персонала. Исходя из этого, актуально рассматривать вариант внедрения цифровой системы радиосвязи стандарта GSM-R на железнодорожных станциях так как она решает следующие задачи: синхронизация команд начала/остановки движения; уменьшение интервалов следования поездов; повышение средней скорости передвижения; обеспечение технологической связи на скоростях до 500 км/ч, без ощутимых потерь качества связи. Технологические возможности существующих аналоговых радиосетей весьма ограниченны. Например, система SmarTrunk (1992) специально разработана для применения в сельских местностях и развивающихся странах. За короткий срок технология SmarTrunk стала мировым стандартом. На сегодня более тысячи систем обслуживают сотни тысяч абонентов по всему миру. SmarTrunk II - это новое поколение популярной радиотелефонной системы. Система имеет следующие технические данные: - рабочий диапазон частот 147 - 174 МГц (VHF) и 403 - 470 МГц (UHF); - количество каналов - до 16 дуплексных; - количество абонентов зависит от типа используемого контроллера: ST-850, ST-852, ST-853, и в последнем случае достигает 4096; - типы вызовов абонент системы - ТфОП, абонент - абонент системы, групповой вызов, срочный и аварийный вызовы, приоритетный вызов, диспетчерский вызов; - тип сигналов управления: аналоговый DTMF3 (SmarTrunk) или цифровой BPSK4 (SmarTrunk II). Сигналы передаются в голосовом диапазоне перед установлением соединения. Основным элементом системы (рис. 6) является многоканальная базовая станция, оснащенная ретрансляторами (приемопередатчиками) и транкинговыми контроллерами. Все радиоканалы полностью независимы друг от друга, это позволяет в случае необходимости разносить оборудование системы на значительное расстояние.  Рис.2.Структурная схема 4-канальной сети Связь между подвижными абонентами в системе организуется следующим образом. После включения питания каждая АС начинает последовательно просматривать все радиоканалы, заложенные в ее памяти, в поисках вызывного сигнала. При обнаружении своего вызывного кода она прекращает сканирование и подает звуковой сигнал, оповещающий владельца о поступлении вызова. После этого начинается диалог между абонентами. 2. Дать общее описание возможностей по организации инфраструктуры РОРС на основе системы радиосвязи стандарта GSM-R. Ремонтно-оперативная радиосвязь предназначена для организации оперативного руководства проведением различного вида ремонтно- восстановительных работ. Используемые при этом средства радиосвязи позволяют быстро передавать необходимую информацию в пределах организуемого фронта работ, за счет чего время выполнения этих работ значительно сокращается, эффективнее используются выделяемые «окна» в движении поездов, а также обеспечивается безопасность проследования поездов через участки ремонтных работ и безопасность работников, производящих ремонт. Данный вид радиосвязи обеспечивает общение широкого круга работников, выполняющих различные виды ремонтно-восстановительных работ путевого хозяйства, энергохозяйства, службы сигнализации и связи и т. д. При этом работники могут находиться как на стационарных, так и на подвижных объектах (автомотрисы, дрезины, автолетучки).  Рис.3.Схема организации ремонтно-оперативной радиосвязи РОРС является системой, состоящей из стационарных и подвижных средств связи. В технологических процессах ОАО "РЖД" применяются следующие виды РОРС: - ремонтно-оперативная радиосвязь MB диапазона, организованная по радиопроводному принципу на базе стационарных радиостанций, объединенных линейным каналом. Мобильные абоненты РОРС оснащаются возимыми или носимыми радиостанциями, разрешенными для применения на железных дорогах РФ. Дежурный персонал соответствующих подразделений (служб) оснащается стационарными пультами, включенными в данную систему РОРС; - ремонтно-оперативная радиосвязь на базе цифровых систем технологической радиосвязи стандартов TETRA и GSM-R. Мобильные абоненты РОРС на базе ЦСТР стандарта TETRA и GSM-R оснащаются возимыми или носимыми терминалами. Дежурный персонал соответствующих подразделений (служб) оснащается стационарными терминалами или пультами, включенными в данную систему РОРС; - ремонтно-оперативная радиосвязь на базе сетей подвижной радиосвязи общего пользования стандарта GSM. Мобильные абоненты РОРС на базе сетей подвижной связи общего пользования стандарта GSM оснащаются возимыми или носимыми абонентскими терминалами. Порядок использования ремонтно-оперативной радиосвязи, работающей на базе цифровых систем технологической радиосвязи стандартов GSM-R Ремонтно-оперативная радиосвязь на базе ЦСТР стандартов TETRA и GSM-R обеспечивает ведение переговоров при производстве работ, указанных в п.7, а так же может быть использована в качестве резервного вида радиосвязи для машинистов локомотивов и других участников движения в чрезвычайных и нестандартных ситуациях. Радиостанции ЦСТР стандарта TETRA и GSM-R используемые при организации РОРС поддерживают следующие типы вызовов: - групповые (симплексные) вызовы, когда при разговоре нажимается тангента, а при прослушивании ответа она отпускается. При том типе вызова переговоры прослушивается всеми абонентам, находящимся в данной группе. При групповых вызовах выходной звуковой уровень радиостанции довольно большой, что позволяет работать в условиях значительных внешних шумов. Для выбора группы, к которой требуется присоединиться, пролистывается список запрограммированных групп и выбирается искомая. После того как разговорная группа становится доступной, радиостанция отвечает на вызовы других членов этой группы. Чувствительность микрофона устанавливается таким образом, что достаточно говорить на расстоянии 5-10 см. - Дуплексные вызовы, при которых можно одновременно говорить и слушать. Для осуществления вызова этого типа сначала набирается номер с использованием клавиатуры радиостанции или выбирается номер из "Телефонной книги, После того как номер введен или выбран, нажимается кнопка "Вызов". Радиостанция автоматически набирает номер. Уровень звука регулируется с помощью регулятора громкости. В громкоговорителе будет генерироваться звуковой сигнал посылки вызова. После установления соединения, разговор ведется как по обычному телефону. - Полудуплексные вызовы сходны с групповыми вызовами, за исключением того, что переговоры ведутся только между двумя абонентами. Остальные участники группы переговоров не слышат и в разговоре участия не принимают. Для осуществления вызова этого типа сначала набирается номер с использованием клавиатуры радиостанции или выбирается номер из "Телефонной книги". После того как номер введен или выбран, нажимается тангента. Радиостанция автоматически набирает номер. Уровень звука регулируется регулятора громкости. В громкоговорителе генерируется звуковой сигнал посылки вызова, а у вызываемого абонента будет прослушиваться вызывной сигнал. После установления соединения, разговор ведется как по радиостанции. Нажатием тангенты включается микрофон и отключается громкоговоритель, после отпускания тангенты микрофон отключается и на повышенной громкости прослушивается разговор. - Прямой режим DMO - переключает радиостанцию между работой в режиме транкинга и в режиме прямой связи. В режиме DMO (прямая связь) сигнал передается от радиостанции к радиостанции. Дальность действия связи определяется мощностью радиостанции и условиями распространения радиосигнала. Применяется как резервный канал связи между несколькими абонентами, находящимися в зоне досягаемости радиосигнала от радиостанций вызываемых абонентов при значительном удалении и невозможности принятия радиосигнала базовой радиостанции. 3. Определить основные возможности по обеспечению безопасности технологических процессов, поддерживаемых РОРС, основанной на GSM-R Доступ к сети передачи данных ОАО "РЖД" должен осуществляться с применением сертифицированных средств криптографической защиты. Минимизация информационных рисков, экономического и других видов ущерба при нарушении безопасности (конфиденциальности, целостности и доступности) информации. Сеть должна решать несколько принципиально новых функциональных задач, в том числе исключить взаимодействие с сетями связи общего пользования, поддерживать правила сокращенного набора номеров и единый план нумерации компании. Система управления РОРС GSM-R должна формировать функциональные группы и устанавливать приоритеты между ними и внутри них, регистрировать и записывать служебные переговоры. Одно из основных условий – даже в момент пиковой нагрузки на сотовую сеть абоненты с высшим приоритетом (машинист, аварийные службы) должны дозваниваться до оперативно-диспетчерского персонала с первого раза. И, конечно же, требовался защищенный мобильный доступ к базам данных, электронной почте. Список литературы: 1. Шматченко В.В. Радиотехнические системы управления эксплуатационной работой на железнодорожном транспорте / В.В. Шматченко, П.А. Плеханов, П.Н. Ерлыков. – СПб.: ПГУПС, 2014. – 26 с. 2. Лохвицкий М.С. Мобильная связь: стандарты, структуры, алгоритмы, планирование / М.С. Лохвицкий, А.С. Сорокин, О.А. Шорин. – М.: Горячая линия – Телеком, 2018. – 264 с. 3. Бабков В.Ю. Сотовые системы мобильной радиосвязи / В.Ю. Бабков, И.А. Цикин. – СПб.: БХВ-Петербург, 2013. – 432 с. 4. Степутин А.Н. Мобильная связь на пути к 6G. В 2 т. (комплект из 2 книг) / А.Н. Степутин, А.Д. Николаев. – Вологда: Инфра-Инженерия, 2017. – 796 с. 5. Интернет (ключевые слова: GSM-R, SmarTrunk, железные дороги, РОРС). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||