GSM-R (pohled zevnitř)
Počátkem roku zveřejnil Mobil Server dva články Přemysla Součka, věnované drážní aplikaci GSM, označované GSM-R. Z vnějšího pohledu autora těchto článků evidentně nemohly být viděny všechny souvislosti využívání traťového rádiového spojení pro dosažení interoperability systému manažerského řízení jízdy vlaku v mezinárodní dopravě, nebo pro snížení nákladovosti provozu regionálních tratí a z toho vyplývající priority, motivující chování Českých drah. Zřejmě proto hodnotily publikované články postup České republiky (potažmo státní organizace České dráhy ) tak negativně. Pokusme se tedy o pohled zevnitř - z prostředí dopravního systému.
Mobilita
Železniční doprava je typickým technologickým procesem, v němž je provozní komunikace vedena nejen mezi jeho stacionárními účastníky, ale i mezi pevnými a pohybujícími se objekty. Rádiová zařízení se v železniční dopravě používají v několika aplikačních oblastech: v místních rádiových sítích obsluhovaného drážního prostoru (železniční stanice, uzel, traťový úsek), v traťových (stuhových, případně ostrůvkových) sítích podél železničních tratí a ve speciálních aplikacích pro dálkové ovládání, telemetrii, výstražné signalizace ap.
Na úrovni mobilní komunikace, její časové a prostorové disponibilitě do značné míry závisí výkonnost a bezpečnost celého dopravního systému, traťové rádiové spojení se proto stalo nutným technickým předpokladem efektivního provozu moderní dráhy.
Rádiovou komunikaci mezi řídicím pracovištěm dopravy a vlakem na trati začaly tehdejší ČSD využívat v šedesátých letech. Postupným vývojem v úzké kooperaci s drážními pracovišti, byl v roce 1994 úspěšně ukončen vývoj tuzemského traťového rádiového systému TRS . Ke konci roku 1999 bylo všemi provozovanými systémy traťového rádiového spojení pokryto 32,2 % celkové délky tratí ČD a vybaveno přes 25% hnacích vozidel. V současnosti rozšiřovaný systém traťového rádia je systémem moderním co do funkčních vlastností fónické komunikace a dedikovaného souboru SMS, byť vystavěným na bázi v jeho vzniku dostupné analogové součástkové základny. Jeho používání nijak nestaví České dráhy mimo Evropu, v současnosti je obdobnými systémy , standardizovanými doporučením Mezinárodní Unie Železniční (UIC) 753-1 vybaveno více jak 35 evropských železnic, včetně všech našich sousedů. Zaručuje povinnou míru kompatibility pro hlasovou komunikaci hnacího vozidla vlaku a personálu řídícího vlakovou dopravu a kromě funkcí, požadovaných závaznými mezinárodními doporučeními, je jeho národní verze vybavena funkcemi efektivně podporujícími technologii řízení dopravy na Českých drahách a plně uspokojujícími její požadavky (například propojení přenosných radiostanic do pevné telefonní sítě ČD, nebo dálkové zastavení vlaku na kterémkoliv místě obsluhované trati). Lze prohlásit, že současnému způsobu řízení vlaků na tratích ČD, nevyžadujícímu transparentní přenos dat mezi hnacím vozidlem a řídícím postem, plně vyhovuje a je optimálním technicko-ekonomickým řešením aktuálních potřeb Českých drah.
Interoperabilita
Základním problémem technické slučitelnosti v mezinárodním železničním provozu je nekompatibilita procesu řízení dopravy současných národních systémů a jim odpovídajících servisních složek infrastruktury. Jednou z dílčích částí, naplňující projekt EU k unifikaci dopravních technologií v integrujícím se evropském prostoru je vývoj, ověření a implementace perspektivního systému pro mobilní komunikaci v železniční dopravě GSM-R. Rozšíření sféry funkční působnosti GSM-R ve vztahu k základnímu standardu veřejného systému GSM je zřejmé z následujícího schématu:
Standard GSM fáze 2+ pro mobilní sítě veřejného provozování, upravený (doplněný a modifikovaný) pro potřeby železničního provozu o speciální funkce a služby se stal mezinárodním standardem pro železniční traťové systémy vlakového spojení, označované akronymem EIRENE (European Integrated Railway Radio Enhanced Network) .
K dosažení požadované interoperability je však nasazení GSM-R na tranzitní tratě, řečeno matematickou terminologií, podmínkou nutnou, nikoliv postačující. Bazální aplikací, využívající GSM-R jako nosné prostředí je systém ETCS (European Train Control Systém) - systém řízení jízdy vlaku. GSM-R pro něj vytváří šedý komunikační kanál podle následujícího schématu:
Požadavky této aplikace na doplnění veřejného systému podle ETSI GSM Phase 2+ jsou přehledně v následujících tabulkách:
GSM Phase 2 |
Specifické služby a další |
||
Teleservices |
bearer services |
suplementary services |
požadavky železnice |
Hlasová služba |
asynchronní přenosy |
identifikace | funkční číslování |
SMS |
synchronní přenosy |
přesměrování volání | adresování závislé na poloze |
Přenos faximile |
základní přístup PAD |
čekání na uvolnění/přidržení | posunovací mód |
Služba skupinového Volání |
přepínání řeč/data |
uzavřená uživatelská skupina | nouzová volání |
řeč následovaná daty |
služby tarifikace | přímý režim | |
GPRS |
zábrany volání | signál zajištění spojení | |
| nestrukturalisovaná data | zařízení pro kabinu loko | ||
| subadresování | komunikace více vozidel na vlaku | ||
| eMLPP | služby inteligentní sítě | ||
| explicitní přesměrování | odolnost v železničním | ||
| volání do fronty | prostředí | ||
| účastnická signalizace |
(eMLPP - vylepšená víceúrovňová priorita a vynucené uvolnění spojení)
Specifické požadavky na síťové plánování |
|
plánovací hodnota pokrytí signálem |
95% času nad 95% oblasti pokrytí |
handover |
pro vlaky jedoucí rychlostí až 500 km/h |
požadavky na čas zřízení spojení závislý na prioritě |
|
pro třídu I (nouzová spojení) |
< 1s |
pro třídu Ia (naléhavá spojení mezi mobilními stanicemi) |
< 2s |
pro třídu II (ostatní provozní spojení) |
< 5s |
pro třídu III (spojení s nízkou prioritou) |
< 10s |
Mobilní stanice GSM-R jsou schopny provozu v kmitočtových pásmech veřejné sítě GSM (základní pásmo 890-915/935-960 MHz), rozšířeném pásmu E-GSM (880-890/925-935 MHz) a vymezeném pásmu GSM-R (876-880/921-925 MHz).
S respektováním specifických požadavků na rozhraní k vnějšímu světu, vypadá interface mobilní radiostanice GSM-R pro hnací vozidlo například takto:
Tolik snad k pochopení základní odlišnosti GSM-R od veřejného systému a toho, že GSM-R není jen mobil. Pokud dychtivý čtenář došel až k těmto řádkům, jistě přivítá odkaz na web EIRENE, kde na několika stovkách stránek najde jak funkční, tak systémové specifikace popisovaného standardu, včetně informací o postupu jeho ověřování a zavádění prvními instalacemi. Stačí jen kliknout na http://www.eirene-uic.org/eirene.
Memorandum
Doufám, že nyní již lépe chápeme o čem je řeč. Věnujme tedy závěrem ještě trochu pozornosti tomu, jak se díváme na GSM-R v tuzemsku. Ve zmíněných předchozích článcích již bylo řečeno, že České dráhy se v roce 1997 spolu s dalšími více než 30 signatářskými železnicemi v Evropě zavázaly podpisem Memoranda o společném postupu (MoU EIRENE) k implementaci traťového radiového systému GSM-R, jako základnímu předpokladu interoperability a ekonomie provozu na transevropských tratích, překračujících hranice národních systémů řízení a zabezpečení jízdy vlaku. Memorandum zatím nemá stanoven cílový termín implementace a jednotlivé dráhy k němu přistupují podle svých ekonomických možností, úrovně drážní infrastruktury a obchodních záměrů. Odhlédneme-li od řešení, přijatého v SRN drážní společností DB, A.G., která provozování svých telekomunikačních sítí svěřila veřejnému operátorovi ARCOR - MANNESMANN, žádná z drah, zavádějících GSM-R tak nečiní samoúčelně, jako pouhou generální náhradu analogového rádia, ale vždy jako součást nové dopravní technologie, pro níž je GSM-R standardizovaným komunikačním podsystémem a jako součást svého obchodního plánu. Přechodné období paralelního provozu stávající analogové a nové digitální radiové sítě neurčuje módní trend, ale reálná ekonomika - globální náklady na provoz dráhy s využíváním nové technologie v porovnání s náklady na provoz dráhy stávajícím způsobem.
České dráhy a GSM-R
Ani ve vedení Českých drah nikdo nepochybuje o perspektivní výhodnosti nové radiové technologie GSM-R pro dosažení interoperability systému manažerského řízení jízdy vlaku v mezinárodní dopravě, nebo pro snížení nákladovosti provozu regionálních tratí. České dráhy ustavily v zápětí po podpisu MoU EIRENE národní koordinační tým pro implementaci standardu EIRENE (a tedy sítě GSM-R) do provozu ČD. Jeho činnost je zaměřena na propagaci systému ( reprinty z prezentací, organizovaných tímto týmem pro železniční odbornou veřejnost byly použity i ve zmíněných předchozích článcích) a na systematickou přípravu k zavedení GSM-R. Základní materiál týmu, informující vedení ČD o postupu železničních správ Unie a formulující návrh strategie zavedení GSM-R do provozu ČD se po schválení generálním ředitelem ČD v listopadu minulého roku, stal koncepčním rámcem postupu implementace a v současnosti je jako první postupový krok z něj vyplývající vypsána veřejná obchodní soutěž na studii proveditelnosti předmětného záměru.
Věřím, že pozornému čtenáři není nutno zdůvodňovat potřebu takové studie. Nákladnost pořízení GSM-R musí být vyvážena přínosy z nové technologie dopravy a komerčním zhodnocením nadbytečné kapacity systému. Bez připravených aplikací využívajících nadstandardních možností GSM-R je neodůvodnitelným přepychem a mohlo by být nahrazeno buď službou stávajícího systému traťového rádia, nebo službou veřejné sítě.
Ve stručném shrnutí: důvody pro zavedení GSM-R jsou
- požadavek interoperability v evropském systému železničních tratí
- obecný požadavek budoucích drážních mobilních komunikačních systémů
- integrace existujících telekomunikačních služeb pro potřeby železnice
- standard ověřený ve veřejných sítích a komerčně s nimi kompatibilní
- vysoká spolehlivost a kvalita i pro vysokorychlostní tratě
- systém flexibilní k požadavkům hlasové a datové komunikace
- efektivita nákladů implementace a provozu
Studie proveditelnosti záměru zavedení GSM-R do provozu ČD musí na základě detailní analýzy stanovit konkrétní podmínky realizace, především efektivní rozsah sítě GSM-R, vyplývající ze záměru ČD obhájit pozici tranzitní dráhy pan-evropského dopravního systému a snahy po zachování dopravní obslužnosti na regionálních tratích snižováním nákladů na obnovu a provoz infrastruktury tratí novými metodami řízení a zabezpečení jízdy vlaku, tomu odpovídající časový harmonogram výstavby, návazný na aktivity uživatelských systémů zabezpečení a řízení dopravy vlastní i sousedících drah, postup překrývání a útlumu budování a provozu analogové rádiové sítě, a samozřejmě i způsob financování výstavby a provozu GSM-R v celém spektru možností od vlastního financování (insourcingu), přes podílový systém až ke svěřené správě (outsourcingu) sítě. Termín předání studie je 31.8.2000, následným krokem bude příprava a realizace projektů podle schválených doporučení řešitele.
Mezinárodní Unie Železniční zařadila ČD na základě popsaných aktivit do skupiny drah, které implementaci systému GSM-R zahájily.
Ing. Zdeněk Kaufmann
České dráhy, s.o.
Národní koordinační tým EIRENE
