Развитие магистральной сети связи скоростных автомобильных дорог

Развитие

магистральной сети связи скоростных автомобильных дорог

И. А.Евстигнеев,

нач. отдела перспективных систем Департамента информационных технологий и интеллектуальных транспортных систем ГК «Автодор»

A. К. Канаев,

д. т. н., зав. кафедрой «Электрическая связь» ФГБОУ ВО «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»

B. В. Шмытинский,

к. т. н., рук. Центра телекоммуникаций АО «Автодор-Телеком»

В статье рассмотрены вопросы развития сети связи скоростных автомобильных дорог в условиях расширения и совершенствования дорожной системы Российской Федерации. Обоснована необходимость формирования Дорожной интегрированной сети связи ГК «Автодор».

Создание динамично развивающейся, устойчиво функционирующей и сбалансированной национальной транспортной системы выступает необходимым условием подъема экономики страны. Практическим документом реализации этой задачи служит Приказ Министерства транспорта РФ от 5 июня 2017 г. № 207 «Об утверждении Детального плана-графика реализации государственной программы Российской Федерации «Развитие транспортной системы» на 2017 год и плановый период 2018 и 2019 годов». В утвержденном Детальном плане-графике есть раздел «Развитие системы скоростных автомобильных дорог». Контрольными

событиями зафиксированы мероприятия по строительству и реконструкции с последующей эксплуатацией на платной основе всех дорог, переданных в доверительное управление Государственной компании «Российские автомобильные дороги» (далее ГК «Автодор»).

С целью реализации Государственной программы РФ «Развитие транспортной системы» сформирована «Программа развития сети скоростных автомобильных дорог ГК "Автодор"». Программа включает в себя основные мероприятия по строительству и реконструкции, ремонту и содержанию автомобильных дорог, определяет очередность и сроки реализации мероприятий, необходимый объем работ, а также источники финан-

Рис. 1

сирования. Основной целью программы обозначено создание условий для обеспечения экономического роста, повышения конкурентоспособности отраслей экономики и улучшения качества жизни населения вследствие формирования сети магистральных и скоростных автомобильных дорог РФ, обеспечивающих спрос на перевозки с требуемыми показателями скорости, надежности, безопасности и ценовой доступности для потребителей.

Для достижения поставленной цели предусматривается решение, в частности, следующих задач:

• повышение безопасности дорожного движения и транспортной безопасности на дорогах ГК «Автодор»;

• создание единой интегрированной информационно-коммуникационной системы управления дорожным движением и сбором платы на дорогах ГК «Автодор», мониторинга и предупреждения угроз техногенного, природного и чрезвычайного характера, а также взаимодействия с информационными системами экстренных служб и единых дежурно-диспетчерских служб;

• повышение качества услуг, предоставляемых пользователям, в частности после создания сети многофункциональных зон (МФЗ) дорожного сервиса на дорогах ГК «Автодор».

Решение указанных задач необходимо для обеспечения инновационного развития экономики РФ. Дороги ГК «Автодор», на которых предусмотрен основной объем работ, характеризуются наибольшим спросом на передвижение, связывают территории, где проживает большая часть населения страны и сосредоточены базовые предприятия многих отраслей экономики, нуждающиеся в ускорении товародвижения, снижении транспортной составляющей в конечной цене продукции и повышении конкурентоспособности.

В рамках программы планируется реализация на платной основе инвестиционных проектов, включающих комплекс работ по проектированию, подготовке территории, строительству (реконструкции) и комплексному обустройству следующих автомагистралей и скоростных автомобильных дорог для организации их эксплуатации: М-1 «Беларусь», М-3 «Украина», М-4 «Дон», М-11 — скоростная автомобильная дорога «Москва - Санкт-Петербург», А-113 — Центральная кольцевая автомобильная дорога (Московская область), автомобильные дороги для обеспечения комплексного развития Новороссийского

транспортного узла, скоростная автомобильная дорога Москва - Нижний Новгород - Казань (рис. 1).

В основу планируемых операторских соглашений положен секционный принцип, предусматривающий привлечение операторов на участки протяженностью не менее 200-400 км. Это соответствует международному опыту и позволит оптимизировать организацию работ по эксплуатации дороги ГК «Автодор», систему сбора платы и автоматизированную систему управления движением на этой автомобильной дороге (в частности, вследствие создания центров управления секциями).

Протяженность платных участков к концу 2018 г. превысила 1300 км, а к концу 2021 г. должна составить более 2000 км. По всей протяженности построенных и реконструированных участков автомобильных дорог планируется формирование Дорожной интегрированной сети связи (ДИСС). Этапы формирования ДИСС взаимоувязаны с титулами работ по строительству и реконструкции автомобильных дорог Государственной компании в 2018-2021 гг. [1, 2].

ГК «Автодор» представляет собой организацию с централизованным управлением и характеризуются распределением функций и полномочий среди структурных подразделений. Учитывая значительную протяженность автомагистралей, переданных в доверительное управление, организованы семь филиалов/территориальных управлений, на которые возложены задачи организации и контроля над ходом строительства платных дорог, взаимодействия с подрядными органи-

зациями на местах. Работа сотрудников головного офиса и филиалов в едином информационном пространстве невозможна без организации современной корпоративной сети с обеспечением необходимых сервисов: корпоративной телефонии, электронной почты, электронного документооборота, видеокон-ференцсвязи и др.

По мере строительства и ввода в эксплуатацию участков платных дорог функции организации и контроля строительства заменяются функциями эксплуатации автомобильных дорог и дорожных сооружений и обеспечения безопасности дорожного движения. Таким образом, постепенно оформляются территориальные центры управления, которые предусмотрены в целевой архитектуре ДИСС [1].

Одна из важнейших задач — обеспечение инфотелекоммуникационного взаимодействия операторов дорог, организующих эксплуатацию платных участков дороги. Они же отвечают за сбор платы на этом участке. Взаимодействие операторов дорог с ГК «Автодор» строится на основе Долгосрочного инвестиционного соглашения на реконструкцию, содержание, ремонт, капитальный ремонт и эксплуатацию на платной основе конкретного участка автомобильной дороги.

В рамках реализации предмета соглашения исполнитель обязан организовать на участке дороги строительство и эксплуатацию телекоммуникационной инфраструктуры, необходимой для функционирования интеллектуальной транспортной системы (ИТС) участка, а также обеспечить обмен информацией с Ситуационным центром ГК «Автодор»

Рис. 2

согласно утвержденному регламенту, включая: информацию о параметрах транспортных потоков, о метеорологической и экологической обстановке, о режимах работы и состоянии периферийного оборудования, о движении специализированной дорожной техники, а также информацию системы взимания платы (СВП).

В Соглашении зафиксированы требования к сети передачи данных, среди которых указаны следующие:

• обеспечение сбора информации с периферийного оборудования подсистем ИТС и передачи ее в центры управления, мониторинга, хранения и обработки, а также обратная передача управляющих воздействий;

• обеспечение многопользовательского доступа к информационным ресурсам через единый коммутационный узел (узел агрегации) между компонентами системы и смежными системами;

• обеспечение должностным лицам, органам государственной власти, органам ГК «Автодор» доступа по каналам связи к необходимой информации, касающейся транспортного обслуживания и дорожного движения;

• мультисервисность и масштабируемость сети связи;

• обеспечение не менее чем двукратного резервирования магистральных каналов связи, связывающих узлы агрегации (УА) с территориальными и центральным ситуационными центрами;

• обеспечение передачи видео-, финансовой и статистической информации по защищенным каналам связи и защита информационных ресурсов от несанкционированного доступа.

Другими словами, в сети передачи данных, организуемой в рамках Соглашения, должны быть обеспечены все

требования и функции, предъявляемые к технологическому сегменту ДИСС.

Важным элементом технологической сети передачи данных рассматривается организация каналов связи для обеспечения интероперабельности, т. е. возможности пользователю (водителю) безостановочно проезжать по платным дорогам, эксплуатируемым различными операторами — участниками системы межоператорского взаимодействия с помощью одного транспондера. Для того чтобы проезд мог осуществиться, пользователю достаточно заключить договор и приобрести транспондер у одного из операторов. С позиции организации сети необходимо создать высококачественные каналы передачи данных между территориально разнесенным серверным оборудованием, обеспечивающим функционирование систем СВП операторов различных участков дорог.

Подключение к услуге интероперабельности особенно актуально для водителей — физических лиц, а также компаний — перевозчиков грузов, выполняющих регулярные дальние поездки по платным дорогам, эксплуатируемым разными операторами. С единым транспондером средства автоматически поступают на счет определенного оператора, в ведении которого находится конкретная дорога.

Одна из целей деятельности ГК «Автодор» — развитие объектов дорожного сервиса, размещаемых в границах полос отвода и придорожных полос автомобильных дорог, в частности организация зон отдыха и МФЗ дорожного сервиса. В каждой МФЗ должны находиться: отдельные места для стоянки легковых автомобилей, грузовиков и автобусов; заправочная станция, включая станции для зарядки электромобилей; теплые туалеты; зона отдыха водителей и пассажиров со специально отведенными местами для ку-

рения; объекты общественного питания; мини-маркет; шиномонтаж; душевые, прачечная; пункт медпомощи; мусоросборники; телефон (рис. 2).

Организация телекоммуникационных услуг в МФЗ должна предусматривать телефонную связь, доступ в сеть Интернет и видеонаблюдение. Создание МФЗ значительно улучшит положение придорожного сервиса и в корне изменит представления автомобилистов о возможностях и качественной стороне услуг.

Пользователи платных дорог уже привыкли, что транспондер — это наиболее удобное устройство для бесконтактной оплаты проезда через пункт взимания платы. Планируется, что он может стать и дополнительным средством оплаты всех услуг, предоставляемых МФЗ.

При поэтапном формировании телекоммуникационной инфраструктуры для каждой дороги следует понимать, что инфраструктура представляет собой некую рамочную архитектуру, в границах которой необходимо стремиться к стандартизации основных подходов к проектированию сетей связи с учетом потребностей эксплуатирующих организаций, индивидуальных потребностей пользователей дорог, современных и перспективных требований к сервисам. Стандартизация инфраструктуры способствует последовательному внедрению и непрерывному усовершенствованию подсистем ИТС.

При разработке инфраструктуры и проектировании необходимо руководствоваться следующими ключевыми пунктами:

1) следует рассматривать систему связи как часть общего транспортного проекта; многочисленные примеры добавления сети связи на более поздних этапах свидетельствуют, что это приводит к неудовлетворенности всей системой и необходимости дополнительных затрат на устранение проблем с коммуникацией;

2) следует рассматривать систему в целом (не реализацию конкретного проекта); система связи должна включаться в общий план; сеть связи нужно проектировать с учетом потребностей системы организации движения в долгосрочной перспективе (например, итогового географического охвата и функциональности системы).

Проектирование и строительство телекоммуникационной инфраструктуры ведется в соответствии с Программой развития платных дорог ГК «Автодор». Формирование ДИСС, как и дорог, складывается из отдельных этапов строитель-

Рис. 3

ства, на первом этапе организуется сеть в пределах секции управления построенного участка дороги (200-400 км). В общей архитектуре ДИСС это сеть доступа, объединяющая все периферийные элементы ИТС и собирающая информацию к УА, при котором находится Локальный центр управления (ЛЦУ).

Принципы организации сети доступа и подсистемы, которые она объединяет, подробно рассмотрены в [1, 2]. Они одинаковы для всех участков.

Для подключения периферийных устройств, установленных вдоль автомобильной дороги, применяются промышленные коммутаторы Industrial Ethernet. Цепочки последовательно включенных коммутаторов, расположенных вдоль автодороги, замыкаются в кольцевые структуры через оборудование, устанавливаемое на пунктах взимания платы (ПВП). Это повышает надежность сети, так как помещения серверных ПВП имеют ограниченный доступ и обеспечены гарантированным электропитанием по первой категории.

В соответствии с архитектурой ДИСС сеть связи на магистральном (транспортном) уровне объединяет узлы связи трех видов: УА, территориальные (ТСУ) и центральный (ЦСУ). Она представляет собой гибкую и масштабируемую платформу, позволяющую наращивать число каналов и предоставлять сервисные функции и каналы на тех узлах, где они требуются в данный момент. Платформа должна гибко масштабировать единую инфраструктуру по всей длине автомобильной дороги, обеспечивая единство интерфейсов взаимодействия, форматов передаваемых данных, интероперабель-ность транспондеров и т. д.

Включение всех УА в единую транспортную сеть передачи должно произво-

диться с помощью отдельных маршрутизаторов, подключенных к оборудованию уровня агрегации в каждом ЛЦУ секции. Использование отдельного оборудования обусловлено необходимостью разделения технологического и коммерческого сегментов сети, а также уровнями мониторинга/управления сетью.

Уровень доступа в пределах секции обслуживают сетевые инженеры организации, эксплуатирующей участок автодороги. Уровень транспортной сети ГК «Автодор» должен быть под единым управлением оператора ДИСС. Логическая структура транспортной сети в пределах одной дороги большой протяженности приведена на рис. 3.

Инфраструктура волоконно-оптической сети ГК «Автодор» находится в полосе отвода автодороги, обходящей населенные пункты, а ситуационные центры расположены в городах (Главный СЦ — в Москве, территориальные — в региональных центрах), поэтому для формирования транспортной сети используются каналы операторов связи. При этом вдоль всей дороги должна быть организована магистраль пропускной способностью 10Gb/s, в которой организуются виртуальные связи согласно архитектуре транспортной сети (рис. 4).

Целевая схема Дорожной интегрированной сети связи ГК «Автодор» базируется на собственной волоконно-оптической сети, организованной вдоль платных дорог. Арендованные каналы должны использоваться главным образом в качестве резервных. В целях реализации концепции единого оператора связи на скоростных федеральных трассах, переданных в доверительное управление ГК «Автодор», организовано дочернее Акционерное общество «Автодор-Телеком», имеющее все необходимые лицензии Минкомсвязи на

услуги связи и занимающееся формированием транспортного уровня сети связи ГК «Автодор», увязывая сети доступа на вводимых в эксплуатацию участках платных дорог в единую дорожную интегрированную сеть связи.

Приведем основные характеристики телекоммуникационных сетей:

• протяженность;

• связность и разветвленность;

• пропускная способность;

• живучесть;

• надежность;

• уровень оснащенности;

• управляемость.

Практически все они связаны и характеризуют развитие телекоммуникационных систем. Под протяженностью сети понимается суммарная длина всех линий, образующих рассматриваемую сеть. Протяженность ДИСС непосредственно связана с развитием сети скоростных автомагистралей ГК «Автодор», так как параллельно новым участкам строятся ВОЛС, на базе которых организуются новые фрагменты ДИСС, обслуживающие ИТС и пользователей на этих участках.

Связность (network connectivity) — это свойство сети, заключающееся в возможности установления связи (соединения) между любыми парами узлов. Если между хотя бы одной парой узлов соединение невозможно, то сеть несвязная. Сеть од-носвязная, если возможно соединение между всеми узлами, двусвязная, если между узлами возможно соединение по двум независимым путям, и т. д.

Архитектура транспортной сети ДИСС предусматривает двусвязную топологию, что обеспечивает живучесть сети. Поэтому даже на этапе ввода в эксплуатацию отдельных участков, не связанных собственной ВОЛС с ЦСУ или ТСУ, необходимо обеспечивать резервные каналы связи.

Рис. 4

Разветвленность сети — показатель, близкий к связности. В приложении к ДИСС его надо понимать как обязательный охват сетью доступа всех периферийных элементов ИТС и пользователей, находящихся в пределах участка дороги. Сеть доступа должна обеспечивать потребности ИТС и пользователей и иметь возможность развиваться.

Пропускную способность применительно к сети следут считать в значительной степени условным показателем, так как информация в разветвленной сети не передается в определенном направлении, а вводится и принимается одновременно во многих точках и циркулирует по разным линиям передачи. Обычно указанный параметр используется для отдельной линии. Масштабируемость линий передачи и применяемые технологии позволяют обеспечить этапное развитие (наращивание пропускной способности) ДИСС на всех направлениях сети.

Развитая телекоммуникационная инфраструктура позволяет обеспечить функционирование расширенного состава подсистем ИТС и географию их применения, а значит, и функционирование Системы взимания платы и Автоматизированной системы управления дорожным движением.

В результате повышения степени интеллектуальности транспортных систем можно существенно улучшить ряд показателей, характеризующих эффект от создания сети скоростных автомагистралей, следующим образом:

1) повышение безопасности транспорта и на транспорте в результате применения систем управления дорожным движением, систем фото- и видеофиксации нарушений ПДД, повышения контроля над качеством покрытия; реализации

функций автоматизации безопасного вождения;

2) увеличение оперативности принятия решений вследствие уменьшения времени доведения информации и реагирования на чрезвычайные ситуации;

3) повышение эффективности силовых служб, МЧС при обеспечении безопасности и повышение безопасности ремонтных работ;

4) повышение качества управления движением вследствие:

• уменьшения пробок на дорогах, увеличения средней скорости передвижения;

• расширения коммерческих и некоммерческих услуг, оказываемых водителям в придорожной инфраструктуре; увеличения мест отдыха, питания, ремонта и обслуживания транспортных средств (ТС);

• повышения контроля над качеством покрытия;

5) рост экономической эффективности использования телекоммуникационной сети за счет:

• унификации технологических принципов построения ДИСС и применяемого оборудования;

• использования свободного ресурса ДИСС для коммерческих целей;

6) рост экономической эффективности вследствие:

• оптимизации логистики движения транспорта, уменьшения времени доставки грузов;

• получения доходов от платного проезда ТС;

• снижения затрат на топливо;

• снижения затрат на ремонт и восстановление ТС;

• привлечения туристов к автомобильному отдыху;

7) рост экологического эффекта в результате:

• уменьшения выбросов в атмосферу;

• высокой оперативности реагирования на чрезвычайные ситуации и уменьшения их последствий;

• поддержания в чистоте придорожной территории.

Литература

1. Евстигнеев И. А., Канаев А. К., Шмы-тинский В. В. Принципы организации сети связи Государственной компании «Российские автомобильные дороги» // Транспорт РФ. 2018. № 4 (77). С. 22-27.

2. Евстигнеев И. А., Шмытинский В. В. Сеть связи Государственной компании «Российские автомобильные дороги» // Там же. 2018. № 5 (78). С. 68-72.

3. Белозеров О. В. Перспективы развития автомобильно-дорожной сети Российской Федерации до 2030 г. // Там же. 2012. № 2 (39) С. 6-9.

4. Шнепс-Шнеппе М. А., Намиот Д. Е. Цифровая экономика: телекоммуникации - решающее звено. - М. : Горячая линия - Телеком, 2018. - 150 с.

5. Литвинова Ю. О., Пономорев Ю. Ю. Стратегия развития сети скоростных автомобильных дорог в России до 2030 г. // Транспорт РФ. 2016. № 4 (65). С. 18-21.

6. Евстигнеев И. А. Интеллектуальные транспортные системы на автомобильных дорогах федерального значения России. - М. : Перо, 2015. - 164 с.

7. Формирование Единой сети электросвязи России на базе сетей последующих поколений// Сб. матер. 20-го Международного форума МАС'2016. М. : ИКАР, 2018. - 96 с.

8. Мирошниченко П. А. Единый транспондер для Российских дорог // ДОРОГИ. Инновации в строительстве. 2017. № 64. С. 24-27.

9. Федеральный закон «О связи» от 07.07.2003 № 126-ФЗ (ред. 2018 г.).