Nowe usługi dla kolejnictwa

Nie wszystkie z zalecanych usług dodatkowych GSM wymagają implementacji nowych procedur sygnalizacyjnych warstwy trzeciej (warstwa sygnalizacyjna) i część z nich można dokonać w ramach już funkcjonujących usług telefonii 2G. Do automatycznego sterowania ruchem pociągów potrzebna jest jednak szybsza transmisja pakietowa GPRS (2G+), po to by unikać blokowania stacji ruchomej przez inne stacje w lokalnym natłoku zgłoszeń. Nowa infrastruktura powinna zapewniać niezawodne i automatyczne sterowanie ruchem pociągów, które wymaga nominalnej szybkości przepływu informacji ok. 1 kb/s.

Zmiana infrastruktury funkcjonowania sieci pozwala w systemach GSM-R wprowadzać usługi dodatkowe, istotne z punktu widzenia obsługi użytkowników taboru kolejowego. Zgodnie z wymaganiami ETSI nowe funkcje dyspozytorskiej łączności ruchowej PMR (Personal Mobile Radio) powinny umożliwiać przesyłanie między poszczególnymi służbami kolejowymi krótkich wiadomości adresowanych według ich funkcji. Do najważniejszych cech nowych usług dla kolejnictwa należą:

• możliwość nadawania komunikatów do wszystkich użytkowników jednocześnie (wywołanie ogólne);
• realizacja priorytetowych połączeń o różnych priorytetach. Połączenia o najwyższym priorytecie mogą przerywać połączenia mniej ważne i zwalniać radiowe zasoby systemu;
• możliwość potwierdzania połączeń o wysokim priorytecie;
• działanie systemu przy szybkościach pociągów do 500 km/h (w GSM maksymalna szybkość przemieszczania się sięga 250 km/h);
• czas zestawiania ważnych połączeń nie dłuższy niż 1 s;
• adresowanie funkcyjne, czyli według pełnionych funkcji z zachowaniem klas dostępu do sieci GSM-R (5 klas);
• przekaz zdefiniowanych kodowo komunikatów obsługi SMS. Są one przesyłane jako kody szyfrowanych komunikatów decyzyjnych (szybciej, wolniej, stop, ograniczenie szybkości XX, inne);
• zapewnienie ciągłości połączenia przy przełączaniu handover oraz funkcji roamingu między odrębnymi obszarami komórkowymi;
• bezpośrednia komunikacja (głosowa) między radiotelefonami.

Wśród korzyści wynikających ze stosowania technologii GSM-R istotne znaczenie mają: współdziałanie z krajowymi i międzynarodowymi systemami telekomunikacyjnymi w sieciach kolejowych, zintegrowanie usług transmisji głosu i danych w jednym systemie, poprawa wydajności komunikowania się przez większą skuteczność wykorzystania medium radiowego, podniesienie bezpieczeństwa i niezawodności funkcjonowania oraz oferta zróżnicowanych usług dodatkowych. Należą do nich:

Komunikacja rozsiewcza. Głosowa komunikacja rozsiewcza pozwala na przekaz komunikatów wskazanej i ustalonej grupie odbiorców bez przesyłania potwierdzeń zwrotnych (simplex), przy czym o czasie połączenia decyduje nadawca. Adresatami komunikatów mogą być grupy odbiorców identyfikowane przez listę adresową na karcie SIM nadawcy, osoby pełniące funkcje specjalistyczne (np. grupy manewrowe) bądź wszyscy użytkownicy znajdujący się na obszarze pokrycia konkretnej stacji bazowej. Adresy grupowe można zmieniać automatycznie w określonych godzinach lub modyfikować je ręcznie w sytuacjach alarmowych.

Telekonferencje. Głosowe telekonferencje w systemie GSM-R pozwalają na jednoczesne i wzajemne komunikowanie się predefiniowanej grupy użytkowników (karta SIM), przy czym każdy uczestnik może aktywować lub dezaktywować swój udział w telekonferencji. Nadzór nad formowaniem się grupy, wybór aktywnych uczestników spotkania oraz czuwanie nad przebiegiem całej usługi należą do inicjatora spotkania bądź dyspozytora. O zakończeniu telekonferencji alternatywnie decyduje inicjator, dyspozytor systemu bądź określony upływ czasu aktywności połączenia (time out).

Połączenia priorytetowe. Dla sytuacji awaryjnych przewidziano w systemie wielopoziomową hierarchię ważności komunikatów i priorytetów połączeń. O ich zastosowaniu decyduje uprawniony użytkownik, któremu przyznano właściwy status. Czas zestawiania połączenia priorytetowego powinien być krótki (do 1 s), włącznie z przerwaniem istniejącego połączenia w razie konieczności. Aby zapewnić krótki czas reakcji, w terminalach są instalowane moduły odbiorcze do monitorowania informacji priorytetowych (kanały pagingowe), co zapewnia niezależność czasu zestawiania nowego połączenia od stanu, w jakim znajduje się terminal.

Adresowanie funkcyjne. Ta forma adresowania wiąże się z funkcjami służbowymi pracowników kolejowych i umożliwia uzyskanie łączności z użytkownikiem lub aplikacją za pomocą numeru identyfikującego odpowiednią funkcję, a nie fizyczny terminal. Dzięki tej funkcji można przykładowo łączyć się z maszynistą pociągu nie tylko poprzez jego indywidualny adres, ale także podając numer pociągu lub jego lokomotywy. Przypisywaniem odpowiednich adresów pełnionym funkcjom zajmuje się rejonowa stacja prowadząca lub dyspozytor, który może je zmieniać, kasować lub przyporządkować je innemu terminalowi.

Lokalizacja położenia. W systemie GSM-R lokalizację taboru na szlaku uzyskuje się poprzez krótkie komendy (numery) identyfikujące automatycznie zestaw trakcyjny w trakcie jego przemieszczania się. Procedura komunikacyjna pozwala tworzyć listy stacji bazowych przydatne do szybkiego łączenia wezwań ze sterownikiem obszarowym, w którym rzeczywiście znajduje się pociąg. Ta operacja jest analogią szybkiego routingu w sieciach pakietowych, gdzie poszczególne routery mają wiedzę o lokalizacji najbliższych węzłów w sieci teleinformatycznej. Podstawą realizacji usług dodatkowych jest rozszerzona sygnalizacja między pociągiem a siecią naziemną, dokonywana za pośrednictwem infrastruktury GSM-R.

Transmisja danych. Do usług transmisji danych należą wszelkie funkcje związane ze sterowaniem ruchem pociągów, które obejmują: zdalne sterowanie urządzeniami pokładowymi i trakcyjnymi, kontrolę bezpieczeństwa pociągów, telekomunikację pomocniczą dla składów oraz różnorodne aplikacje zapewniające pasażerom dostęp do usług pokładowych.

W transmisji danych GSM-R stosuje się zmodyfikowaną usługę przenoszenia (bearer service), funkcjonującą między centrum lokalnej komunikacji a komputerami przenośnymi (w pociągach) systemu automatycznego sterowania ruchem składów pociągowych ATC (Automatic Train Control). Do bardziej precyzyjnego wyznaczania lokalizacji składu wykorzystuje się dodatkowo system lokalizacji GPS (Global Positioning System), dzięki czemu skorygowane dane położenia zestawu można transmitować do centrali za pomocą systemu GSM-R.

Niezwykle ważnym elementem w technologii GSM-R jest niezawodna obsługa stacji ruchomych o dużej szybkości przemieszczania się. Ta sytuacja wymaga częstego stosowania niezawodnych przełączeń typu handover między sąsiadującymi komórkami oraz optymalizacji rozwiązań nakładkowych klasy overlay. Istotnym zmianom w stosunku do zwykłych sieci komórkowych GSM ulega też planowanie kolejowej sieci radiokomunikacji ruchomej, która jest związana z liniową infrastrukturą sieci GSM-R oraz warunkami geograficznymi.