V posledních deseti letech byl vyvinut interoperabilní Systém řízení evropské železniční dopravy /ERTMS/ a v současné době je zaváděn v Evropě. Komunikační platformou pro ERTMS je systém GSM-R vyvinutý Institutem evropských telekomunikačních standardů /ETSI/. Systém GSM-R je nedílnou součástí GSM. Jsou prezentovány potenciální budoucí aplikace založené na této platformě. Poskytují potenciál pro významná zlepšení železničních služeb a provozů včetně zjednodušení, harmonizace a snížení nákladů.
Budoucnost GSM-R Dr. Ansgar Bergmann (Detecon/ETSI), Dirk Münning (Detecon), Klaus Konrad (DB Netz AG) Úvod ERTMS je interoperabilní Systém řízení evropské železniční dopravy. Byl vyvinut v posledních deseti letech ve spolupráci s Evropskou komisí, UIC, železničními společnostmi, průmyslem, dodávajícím zařízení pro návěstění, a průmyslem, dodávajícím telekomunikační zařízení, a standardizačními instituty CEN, CENELEC a ETSI. Ve většině evropských zemí bylo podepsáno Prohlášení o vzájemném souhlasu. Implementace systému úspěšně pokračuje a již bylo vybaveno několik tisíc kilometrů trasy. Je evidentní, že systém nebude omezen na Evropu, takže změna akronyma by mohla být brzy na místě. Rovněž byla podepsána Dohoda o implementaci asi 20 železnicemi, které se zavázaly zahájit implementaci GSM-R nejpozději v r. 2003. ERTMS nahradí různé systémy řízení jízdy vlaku používané v různých zemích. To značně rozšíří a zjednoduší mezinárodní přeshraniční provoz, zvýší bezpečnost, optimalizuje infrastrukturu a sníží náklady. ERTMS je digitální systém. Nabízí integrované služby, má standardizovaná otevřená rozhraní a je vybudován modulárním způsobem. Jeho hlavními komponenty jsou ETCS (Evropský systém řízení jízdy vlaku) a GSM-R. Tento článek se zaměří na GSM-R, který byl vypracován v ETSI. Důraz je kladen zejména na možnosti budoucího rozvoje vyplývající z volby GSM jako radiokomunikační platformy. Co je GSM-R V současné době není třeba vysvětlovat, co je GSM. Do konce února r. 2001 používalo GSM 475 milionů zákazníků; v květnu r. 2001 se počítá s 500 miliony zákazníků a v r. 2004 s jednou miliardou. GSM je živý a vyvíjející se systém. Služby a hlavní síť se vyvíjejí společně se systémem UMTS 3. generace. Právě probíhá evoluce radiového přenosu GSM 3. generace na bázi GPRS (Univerzální balík radiových služeb) a EDGE (Zvýšená rychlost přenosu dat pro vývoj systému GSM). GSM-R je mobilní komunikační platforma vyhovující potřebám železničních dopravců. Poskytuje řadu dálkových, přenosových a doplňkových služeb a vlastností sítě. Je plně vzájemně provázaný s ISDN a IP.
Systém GSM-R byl vypracován jako nedílná součást Standardu GSM. Pro GSM-R neexistují žádné dokumenty výjimek a žádné specifikace delta. Práce na GSM-R přispěla k celkovému rozvoji GSM: •
Kmitočtové pásmo GSM-R bylo zahrnuto do radiových specifikací GSM. Mobilní stanice GSM-R musí také nést pásmo GSM 900 a rozšiřující pásmo GSM 900. Může být proto také používána ve veřejných sítích GSM.
•
U systému GSM-R byly vyvinuty některé nové služby a funkce pro GSM; lze je také aplikovat ve veřejném systému GSM. Tyto služby zahrnují: 1. Službu hlasového vysílání (VBS): Tato služba umožňuje hovor v oblasti. Může zde hovořit jeden mobilní účastník a dispečeři mohou hovořit také. 2. Službu hlasového skupinového hovoru (VGCS): Tato služba je podobná VBS, každý účastník však může získat právo hovořit. 3. Prioritní služby, oficiálně nazývané eMLPP (Rozšířená víceúrovňová přednost a nucení přerušení): Tato služba odpovídá službě MLPP ISDN a umožňuje dávání priorit hovorům (např. hovory v tísni). 4. Doplňková služba Follow Me (Sleduj mě) uskutečňující funkční adresování: Vlaky registrují funkčními čísla, která jsou zanesena v síti k telefonním číslům (čísla MSISDN). 5. Rychlé navázání hovoru.
Dalším hlavním cílem systému GSM-R bylo zajistit dostatečnou kvalitu služby za vysoké rychlosti. Na základě požadavků UIC, jak je definováno ve Specifikacích požadavků systému EIRENE (SRS) a ve specifikacích funkčních požadavků (FRS), práce byla provedena v ETSI/SMG (Speciální mobilní skupina). Jde o skupinu, která od r. 2000 odpovídá za vývoj GSM a UMTS. ETSI nabízí příznivé prostředí pro včasné specifikování práce: Příspěvky lze uskutečnit bez byrokratických mimořádných nákladů; schvalovací procedury jsou relativně nekomplikované; specifikace ETSI jsou volně a veřejně přístupné na www.etsi.org. ETSI zná koncepci projektového týmu (PT), rovněž známého jako speciální útvar pro zvláštní úkoly (STF), vypracovanou k urychlení vývoje v oblasti. Pokud jde o pracovní body týkající se železnic, zabezpečoval je PT 61 V a později STF 139. Práce na GSM-R začala v r. 1993/1994 a byla dokončena v r. 2000. Nové potřeby standardizace, vyplývající z procesu řízení změn pro ERTMS, budou řešeny v Projektu ETSI o železničních telekomunikacích (EPRT), zahájeném v r. 2001. Integrace systému GSM-R do GSM má několik důležitých předností: • • •
GSM je vyzkoušený spolehlivý systém. Vzájemná provázanost a kompatibilita byly vytvořeny již před lety a komponenty jsou dostupné za relativně nízké náklady. Roaming s veřejnými dopravci je možný. Lze ho využít jako rezervu tam, kde pokrytí GSM-R není dostupné nebo jako doplněk k frekvencím GSM-R, kde je zapotřebí další kapacita. GSM se vyvíjí za velké spoluúčasti veřejných dopravců a průmyslu. Důraz je kladen na bezpečný vývoj, který neohrožuje výkon a spolehlivost sítí v provozu.
1
V důsledku kompatibility s ISDN a IP může komunikační platforma rovněž zahrnovat: • • •
veřejné či soukromé pevné sítě, stávající sítě ISDN, které už mnohé železnice instalovaly, internet a intranet.
Aplikace jsou realizovány navíc k platformě. Typickými aplikacemi jsou automatizované řízení jízdy vlaku, rádio v kabině strojvedoucího a rádio k posunování vlaků. Další aplikace budou zahrnovat vlakovou telemetrii a rezervaci míst on-line provedenou přímo ve vlaku. Budoucnost V příštích letech se železnice budou zabývat rozvojem infrastruktury GSM-R. Hlavním úkolem bude plynulý přechod ze stávajících systémů řízení jízdy vlaku k ERTMS. Železnice by však měly paralelně brzy začít využívat možností systému GSM-R. Ve skutečnosti v systému GSM-R železnice vlastní velmi cenný poklad. V současné době je GSM součástí vědeckého studia sdělovací techniky. Provoz sítě GSM, síťová technika plánování a optimalizace parametrů jsou dobře zvládány. Nástroje plánování jsou dostupné stejně jako komfortní zařízení pro provoz a údržbu. Sítě mohou být uvedeny do provozu ve velmi krátké době. Byly uzavřeny desítky tisíc dohod o roamingu mezi provozovateli GSM na základě řízení mobility a účastnického řízení protokolů GSM MAP a současné dohody o roamingu jsou rutinou. GSM zajišťuje vysoký stupeň bezpečnosti. Princip architektury k oddělení Modulu identity účastníka (SIM) od mobilního zařízení umožňuje zjednodušený proces produkce: terminály mohou být produkovány bez potřeby personifikace (individualizace). Během několika let byly v GSM zavedeny generické služební platformy. Příkladem jsou • • •
Síťové funkce (IN) SIM Application Toolkit (SAT) Mobile Execution Environment (MExE)
Provozovatel sítě může používat tyto generické platformy pro vytváření služeb a přizpůsobování se požadavkům zákazníka na bázi sítě, na základě uživatelských skupin nebo podle základny uživatelů. Tato služba přizpůsobování se požadavkům zákazníka může být implementována na úrovni aplikací bez nutnosti kupovat modifikaci infrastruktury či terminálů. Počítače lze napojit na internet přes terminály GSM na několik let. Výkonné spojení je dostupné s GPRS a WAP umožňuje použití ručního (příručního) systému pro webové prohledávání. Výkonnost a kvalita radiového přístupu jsou stále zlepšovány: • •
GPRS (Univerzální balík radiových služeb) umožňuje flexibilní adaptaci přenosu dat na profily požadované uživateli a přizpůsobení průchodnosti dat kvalitě radiových podmínek (nezbytné zabezpečení proti chybám). Byly vyvinuty nové kodéry-dekodéry řeči: Enhanced Full Rate (EFR - kodér-dekodér se zvýšenou plnou rychlostí) a Adaptive Multi Rate (AMR - kodér-dekodér s adaptivními různými rychlostmi). 2
• • •
Byl zaveden nový modulační systém s EDGE; zvyšuje rychlost přenosu za dobrých radiových podmínek o zhruba 300 procent. Tandem Free Operation (TFO - Tandemový volný provoz) zabraňuje dvojímu převádění kódu pro hovory z mobilu na mobil, a tak dosahuje zvýšení kvality hovoru beze změn v mobilní stanici. HSCSD (High Speed Circuit Switched Data – Vysokorychlostní přenos dat s přepojováním okruhů) nabízí znásobení rychlosti přenosu dat víceslotovou operací a lze ho použít v symetrickém a asymetrickém režimu.
GSM má několik lokalizačních technik založených na radiové buňce a na vzdálenosti od základních stanic. Zrnitost je v rozsahu několika stovek čtverečných metrů. Inteligentní terminály: významný úspěch GSM je dán skutečností, že mobilní telefony jsou inteligentními terminály produkovanými za přijatelné náklady. V blízké budoucnosti budou terminály dostupné a budou zahrnovat: • • • •
radiové rozhraní Bluetooth v současné době zaváděné pro licenci 2,4 GHz vyňatou z pásma ISM; dobře rozlišovací grafická barevná obrazovka s obrazovkou ovládanou dotekem funkce Personal Digital Assistant (PDA - Osobní číslicový pomocník) další zabudované příslušenství jako je kamera, akustický zapisovač/přehrávač a lokalizační funkce.
Tento typ terminálu bude umožňovat WWW-like user interface (WWW-jako uživatelské rozhraní) řízený pomocí menu. Terminál může být využíván jako víceúčelové pracovní zařízení pro železniční personál. WWW-like user interface je samovysvětlující a je v současnosti známý široké veřejnosti. To s sebou přináší úspory ve školení pracovníků a redukci uživatelských chyb. Radiové rozhraní Bluetooth je na první pohled nahrazení spojení po drátě bezdrátovým spojením. Umožňuje snadnou bezdrátovou komunikaci se všemi druhy příslušenství (počítače, tiskárny, sluchátka, zařízení pro kontrolu jízdenek), ale také přímou komunikaci mezi mobilními stanicemi: hovor z mobilu na mobilu stejně jako přenos dat mezi mobilními stanicemi. V závislosti na síle emise a kvalitě přijímače má dosah 10 až 100, či dokonce více metrů. Přímá viditelnost není nutná. Bluetooth se dobře hodí pro elektronický obchod a mobilní obchod. Další oblasti aplikací Bluetooth zahrnují lokalizaci a komunikaci z přístroje do přístroje. S těmito vymoženostmi GSM-R může významně optimalizovat železniční provoz a zákazníkům nabízet zdokonalené služby: Příklady aplikací pro železniční provozy: • • • •
logistika (sledování nákladních vozů, kontejnerů, zboží atd., zjišťování informací o stavu zboží); rozšířené provozní služby pro železniční personál (přístup k provozním databázím přes intranet, zpravodajské služby podle požadavků zákazníka pro časové plánování a tarify, automatickou rezervaci míst s displejem); telematické aplikace pro vozový park a pevná zařízení; optimalizovaný náklad a prodej volné kapacity on-line.
3
Příklady nových aplikací pro železniční zákazníky: • • • • •
automatický elektronický prodej jízdenek; informační systémy on-line pro cestující poskytující informace o vlacích a nástupištích; internetové terminály pro spolehlivé služby WWW ve vlacích; zapůjčení automobilu v souvislosti s cestou vlakem, objednání taxíku, rezervace hotelu atd.; speciální turistické a prázdninové služby.
S tímto vším je zavedení ERTMS na bázi GSM-R technologickým milníkem s vysokým potenciálem do budoucna.
Zdroj: European Railway Review 2/2001, s. 49-52 Překlad: Lidmila Zrzavecká Korektura: ODIS
4
