Низкие скорости, ограниченные возможности.

Однако, несмотря на преобразования, железнодорожный транспорт республики продолжает оставаться со значительно устаревшей производственно - технической базой, особенно в системе сигнализации, информатизации и связи.

Существующие железнодорожные воздушные и кабельные линии связи, оборудование и аналоговые каналы связи, используемые на большей части протяженности сетей связи АО "НК "КТЖ" не удовлетворяют современным требованиям по причине низких скоростей передачи, ограниченных возможностей развития и повышения качества каналов, которые можно организовать по этим линиям, а также значительного физического и морального износа линий и оборудования. Используемые системы оперативно - технологической и радиосвязи не отвечают предъявляемым требованиям, имеют высокий уровень отказов. Информационная сеть "задыхается" без высокоскоростных сетей передачи информации. Автоматизация процессов управления практически невозможна. Построенные АО "Транстелеком" на отдельных участках ВОЛС и спутниковые сети не в полной мере обеспечивают потребности, в том числе из-за отсутствия резервирования. По этой причине изменить существующую систему управления и методы руководства перевозочным процессом АО "НК "КТЖ" невозможно, несмотря на то, что они не отвечают современным требованиям оптимизации процесса перевозок и обеспечения безопасности движения поездов. Дальнейшее использование существующих устройств железнодорожной связи не только тормозит развитие производства и внедрение прогрессивных автоматизированных технологий, но и не гарантирует на современном этапе бесперебойность и безопасность движения поездов из-за учащающихся отказов оборудования. Дальнейшее совершенствование действующих информационных систем, тем более внедрение перспективных информационных технологий практически невозможно из-за отсутствия современных цифровых систем транспортировки информации на большинстве направлений [15].

Мировой опыт развития железнодорожного транспорта показывает, что повышение экономической эффективности его функционирования в современных условиях невозможно без использования новейших информационных систем, базирующихся на высокопроизводительных вычислительных центрах, объединенных единой и надежной цифровой сетью связи.

Именно отсутствие высокоскоростных каналов передачи информации не позволяет создать устойчивую базу экономического развития железнодорожной отрасли, повысить производительность труда и эффективность управления железнодорожным транспортом.

Прорывной проект. В 2007 г. Научно-техническим советом национальной компании "Казахстан темир жолы" был одобрен проект АО "Транстелеком" по созданию высокоскоростной и высоконадежной магистральной цифровой сети связи, обеспечивающей потребности АО "НК "КТЖ" и АО "Транстелеком". Проектом предусматривается строительство магистральной линии связи на участках Астана - Павлодар - Семей - Актогай и Шу - Арысь (Сарыагаш) - Кандыагаш (Актобе) - Кокшетау с выходом на Пресногорьковскую от станции Новоишимская. Общая протяженность новой магистральной линии составит более 4800 км. Совместно с существующими магистральными линиями ВОЛС, построенными АО "Транстелеком" на участках Достык - Актогай - Алматы, Алматы - Шу - Астана и Астана - Кокшетау - Петропавловск будет создана высокоскоростная глубокорезервируемая транспортная среда, позволяющая обеспечить передачу информации первого класса, безопасность и высокую защиту передаваемой информации, а ее общая протяженность составит более 8300 км или около 60% протяженности железных дорог.

Строительство ВОЛС планируется начать уже в этом году. Трасса магистрального кабеля пройдет вдоль стальной магистрали в полосе отвода, по территории станций и раздельных пунктов. Для создания возможности подключения к магистральной линии объектов, расположенных на раздельных пунктах, предусматривается ответвление от магистрального кабеля. Предстоит выполнить работы по подготовке технических помещений, устройств электроснабжения. Строительство ВОЛС в разной мере затронет связистов, энергетиков, путейцев. Для профессионального контроля за качеством строительства линейно - кабельных сооружений АО "Транстелеком" организует специальные бригады технического надзора. Контроль за качеством монтажа оборудования и тестирование сети будет осуществляться АО "Транстелеком" совместно с Департаментом сигнализации и связи. В процессе строительства планируется обучить специалистов и эксплуатационных подразделений АО "Транстелеком" и Департамента сигнализации и связи управлению сетями, техническому обслуживанию и эксплуатации современного цифрового оборудования. Управление сетями связи планируется осуществлять из центров, расположенных в Алматы и Астане. Сдача в эксплуатацию объекта намечена к 2011 году. АО "Транстелеком" уже решены вопросы технического проектирования, выделения кредита Европейским банком реконструкции и развития по гарантии АО "НК "КТЖ". В рабочей стадии - проведение тендера на выбор генерального подрядчика для строительства всего объекта. Руководителем работ определено АО "Транстелеком". Работы будут производиться в тесном контакте со специалистами АО "НК "Казахстан темир жолы". Такие проекты относятся к категории стратегических инноваций и жизненно необходимы железной дороге.

Реализация этого совместного проекта создаст уникальные возможности для решения самых острых и принципиальных вопросов технического развития. Участвуя финансовыми гарантиями в реализации данного проекта, АО "НК "КТЖ" обеспечит условия ускоренного развития созданного им оператора связи, укрепление его позиций на телекоммуникационном рынке Республики Казахстан, тем самым, примет активное участие в решении государственной программы либерализации отрасли телекоммуникаций.

Одновременно с этим будет создана современная цифровая инфотелекоммуникационная железнодорожная сеть связи [16].

Проект поможет национальной компании обеспечить широкую информатизацию и автоматизацию технологических процессов управления движением грузовых потоков и поездов, учета и движения финансовых потоков и материальных ценностей в реальном масштабе времени. Позволит модернизировать и переустроить сети оперативно - технологической связи, внедрить интеллектуальные системы управления перевозочным процессом, стрелками и сигналами, реализовать в полной мере возможности GSM - R, значительно повысить производительность труда и поднять на новый уровень безопасность движения поездов и грузов, максимально сократить участие человеческого фактора в организации движения поездов.

Только внедрение комплекса управления перевозочным процессом предоставит возможность более эффективного управления процессом перевозки, ставя задачу оптимизации всех технологических операций по пути следования груза.

Такая комплексная система должна давать полную информационную картину от момента заключения договора до сдачи грузов получателю, при этом исполнение обязательств перед клиентами является главным принципом в работе.

Развитие данного комплекса предполагает реализацию следующих основных задач:

создание системы централизованного диспетчерского управления с обеспечением диспетчерского состава информацией, поступающей от устройств ДЦ, информационных систем, обрабатывающих информацию по поездам, вагонам, грузам, текущей оперативной обстановке по энергоснабжению, локомотивному парку, безопасности, состоянию путей и искусственных сооружений и т.д.;

внедрение систем управления работой подвижного состава с контролем пробега вагонов, технологических цепочек обработки грузов, технического состояния и пригодности вагонов и контейнеров под погрузку, проведения технического обслуживания и ремонта подвижного состава и т.д.;

расширение охвата по станциям путем развертывания низовых автоматизированных рабочих мест (АРМ) и комплекс систем АРМ (КСАРМ) по станциям с целью повышения оперативности, достоверности об операциях с поездами, вагонами, контейнерами, грузами и обеспечение неразрывности информации о состоянии перевозок;

интеграция линейного уровня для концентрации информационных потоков и взаимной увязки на низовом уровне операций по перевозке;

- переход от учета операций по факту к планированию перевозок в различных горизонтах: (оперативное, среднее и долгосрочное), позволяющему увязать между собой поток заявок на перевозку, с одной стороны, и пропускную способность - технические нормы, себестоимость, с другой стороны, с решением задач по составлению оперативных графиков работы подразделений и оптимизации использования подвижного состава;

информационное обеспечение клиентов;

содействие в организации транзитных коридоров и экспортно-импортных грузопотоков путем решения задач оперативного обмена информацией с соседними администрациями, взаимодействия с экспедиторами, прогнозирования и оповещения о подходе грузов, международном сообщении;

разработка собственной системы управления [17].

Проблема координирования подвода поездов на передаточные станции в заранее установленные периоды времени влияет на организацию работ по приему и сдаче вагонов на межгосударственных передаточных станциях между отделениями дорог и затрудняет продвижение потока вагонов. Согласованный подвод поездов на межгосударственные передаточные станции можно осуществить на основе оперативной информации о поездной обстановке из единого центра управления.

Реализация данного проекта позволит всем дочерним предприятиям АО "НК "КТЖ" организовать собственные "локальные" информационные сети, "объединить" деятельность разбросанных по всем отделениям подразделений в режиме текущего времени, что создаст условия резкого повышения производительности труда.

Проект даст возможность АО "Транстелеком" на базе первичной сети построить цифровую междугородную и международную сеть связи, сеть Интернет, расширит возможности транзита междугороднего и международного трафика для других операторов, позволит в полной мере обеспечить потребности АО "НК "КТЖ" в услугах телекоммуникаций и конкурировать с ведущими операторами на телекоммуникационном рынке Казахстана. Как результат - значительно повысится качество общетехнологической телефонной и телеграфной связи для работников "Казахстан тeмиp жолы", других железнодорожных предприятий, а также всего населения, проживающего на железнодорожных станциях. В дома жителей станций и разъездов придут Интернет и кабельное телевидение, появится возможность организации дополнительных услуг связи. Развитие телекоммуникаций окажет положительное влияние на культурно - социальное развитие малых населенных пунктов, а также занятость населения.

Реализация данного проекта, затрагивающего практически всю территорию республики, позволит в это трудное время создать сотни рабочих мест, окажет положительное влияние на социальную атмосферу в обществе. Последующие телефонизация и интернетизация населенных пунктов также соответствуют стратегическим планам руководства страны, то есть несут государственную функцию.

Для получения должного эффекта всем железнодорожным предприятиям, особенно тем, чьи подразделения "разбросаны" по Казахстану необходимо уже сейчас внести необходимые корректировки в инвестиционные планы на ближайшие годы, с максимальным вниманием в части внедрения автоматики и информатизации, чтобы не упустить время.

Реализация данного проекта является уникальной возможностью для начала широкомасштабного решения технологических, коммерческих и социальных проблем, и нужно приложить максимум усилий, чтобы этот проект, так нужный всем, был реализован в установленные сроки.

Для переустройства линий связи на остальных участках железной дороги и решения других вопросов переустройства и развития нужна единая, комплексная, расширенная программа развития железнодорожной информационной сети, учитывающая интересы всех хозяйств "Казахстан темир жолы" и АО "Транстелеком". Нужна оценка финансовых потребностей Программы и принятие решения о приоритетном и обязательном финансировании ее реализации. Программу следует принять на самом высоком уровне и установить жесткий контроль ее исполнения.

Программа строительства цифровых магистральных линий связи и переустройства телекоммуникаций на всей железнодорожной сети, должна стать основой взаимодействия АО "НК "Казахстан темир жолы" и АО "Транстелеком" на ближайшие годы. Только при согласовании интересов, объединении усилий и финансовых средств можно в кратчайшие сроки и с высоким качеством решить вопрос строительства требуемой высокоскоростной сети связи и обеспечить перевооружение системы управления железнодорожной отрасли [18].

АО "Транстелеком" должен взять на себя основную нагрузку по созданию сетей, обеспечить техническое обслуживание и эксплуатацию магистральных линий, обеспечить потребности железнодорожного транспорта надежными и качественными услугами связи.

Мировой опыт развития железнодорожного транспорта показывает, что экономическая эффективность его функционирования в современных условиях невозможна без использования новейших информационных технологий, базирующихся в высокопроизводительных вычислительных центрах, связанных между собой высокоскоростной и надежной цифровой сетью связи. Именно отсутствие такой сети не позволяет сегодня создать устойчивую базу для оперативной передачи информации, повысить производительность труда и эффективность управления всем сложным хозяйством железнодорожного транспорта.

Все чаще различные подразделения железнодорожного транспорта при планировании и внедрении информационных систем сталкиваются с проблемами отсутствия скоростных каналов транспортной телекоммуникационной среды, что не позволяет получать информацию в режиме текущего времени.

В 2005 - 2006 годах АО "Транстелеком" была построена магистральная линия связи на основном, ключевом направлении перевозки грузов и пассажиров и пропуска международного транзитного трафика: Достык - Актогай - Алматы -Шу - Караганда - Астана - Кокшетау - Петропавловск общей протяженностью 2752 км.

Анализ показывает, что при проектировании и строительстве на данных участках не в полной мере были учтены требования по построению железнодорожной корпоративной сети. По этой причине внедрение информационных систем и цифровой оперативно-технологической связи столкнулось с определенными трудностями, что привело к ненужной напряженности при внедрении новых устройств, отвлечению людских ресурсов и значительным дополнительным затратам.

В 2007 году Научно-техническим советом АО "НК "КТЖ" был одобрен проект АО "Транстелеком" по созданию высокоскоростной и высоконадежной магистральной цифровой сети связи, обеспечивающей потребности отечественной железнодорожной отрасли. Строительство ВОЛС на основных направлениях планируется осуществить в 2009-2010 гг. Магистральная линия связи будет построена в полосе отвода на участках железной дороги Астана - Павлодар - Семей - Актогай и Шу - Арысь (Сарыагаш) - Кандыагаш - Актобе - Костанай - Кокшетау с выходом на ст. Пресногорьковскую от станции Новоишимская. Кроме нового строительства, проектом предусматривается модернизация существующих ВОЛС для приведения их к требованиям первичной транспортной сети. Общая протяженность новой магистральной линии составит более 4800 км. Новаторство проекта состоит в том, что строительство предусматривает организацию двух независимых сетей связи АО "НК "КТЖ" и АО "ТТК" с использованием одного магистрального кабеля. В дальнейшем по этому принципу и на действующих участках будут организованы выделенные для АО "НК "КТЖ" сети связи. Принятие такого решения позволит заинтересованным сторонам создавать собственные, независимые цифровые сети связи при значительном сокращении затрат на их строительство.

Совместно с существующими магистральными линиями ВОЛС, на участках Достык - Актогай - Алматы, Алматы - Шу - Астана и Астана - Кокшетау - Петропавловск, уже к 2012 году будет создана высокоскоростная глубокорезервируемая корпоративная магистральная сеть связи, позволяющая обеспечить передачу информации первого класса надежности, безопасность и высокую защиту передаваемой информации. Общая протяженность сети составит более 8300 км, или около 60 процентов протяженности железных дорог.

Трасса магистрального кабеля пройдет вдоль железных дорог в полосе отвода, по территории станций и раздельных пунктов. Для возможности организации каналов связи и подключения к магистральной линии предприятий и подразделений национальной компании "Казахстан темир жолы", АО "Транстелеком" и других объектов, расположенных на раздельных пунктах, предусматривается ответвление волокон от магистрального кабеля.

Реализация проекта уникальные возможности для внедрения любых, самых сложных и объемных систем информатизации, автоматизации по всем предприятиям и подразделениям железнодорожного транспорта.

В ближайшие годы планируется строительство ВОЛС на всех участках железных дорог с тем, чтобы полностью завершить цифровизацию железнодорожных сетей связи. Новые сети связи должны отвечать специфическим потребностям АО "НК "КТЖ" и АО "ТТК".

Сеть такого масштаба, такой конфигурации и таких возможностей создается на железной дороге Казахстана впервые. Учитывая специфику сети, а также разнообразие и объемы передаваемой информации на разных участках, необходимо предусматривать и различную архитектуру построения сети связи. В то же время основополагающие требования, предъявляемые к первичным магистральным сетям связи должны выполняться безусловно.

Для построения первичных магистральных сетей связи АО "НК "КТЖ" и АО "ТТК" основные требования и принципы концептуально должны отражаться в следующем: магистральная сеть связи должна быть цифровой на всех уровнях; это должна быть "открытая" система, годная к использованию для любых вторичных сетей; топология магистральной сети должна быть оптимальной для всех вторичных сетей, в том числе и с точки зрения их постепенной интеграции и модернизации; магистральная сеть связи должна иметь возможность существенного расширения пропускной способности; сеть должна иметь систему управления для поддержки заданных показателей надежности и качества функционирования; она также должна иметь независимые пути резервирования каналов и трактов и обеспечивать доступ к ресурсам с установленным показателем надежности [19].

Создание корпоративной сети железнодорожной связи требует соблюдения базовых положений, учитывающих технологические потребности АО "НК "Казахстан темир жолы" и коммерческие интересы АО "Транстелеком", а также перспективы их развития. Первичные магистральные линии связи должны строиться в полосе отвода железных дороги, быть общими для двух компаний. Емкость кабеля, в зависимости от месторасположения линии, должна быть от 16 до 36 волокон, из которых восемь должны принадлежать "Казахстан темир жолы", а остальные -"Транстелекому". Оптические волокна АО "НК "КТЖ" выделяются на всех раздельных пунктах и вводятся только в технологические помещения объектов этой компании, а оптические волокна АО "ТТК" вводятся только в его технологические помещения. На первичной магистральной сети АО "НК "КТЖ" должно применяться оборудование систем передачи уровня не ниже STM-4, на магистральной (отделенческой) сети связи возможно использование уровня STM-1. На первичной транспортной магистральной сети связи АО "ТТК" и основных международных переходах схема связи должна строиться по принципу независимых уровней передачи, в том числе: для транспортного - должно использоваться оборудование DWDM и технологии IP/MPLS, для магистрального - STM - 16/64 и раздаточного - STM-4. На первичной междугородней сети оборудование SIM - 16 и STM - 4 и Ethernet. На участках, где невозможно обеспечить "плоское" резервирование, желательно применять схему подключения оборудования 1 + 1. Магистральные сети связи АО "НК "КТЖ" и АО "ТТК" должны быть раздельными и иметь собственные центры управления, а также сети служебной связи и вторичной синхронизации. Оборудование систем передачи, ЭПУ, аккумуляторного резерва, устройство гермозон для сетей железнодорожников, как правило, должны устанавливаться в технологических помещениях АО "НК "КТЖ" а для сетей АО "Транстелеком" - в его технологических помещениях. В отдельных случаях оборудование может устанавливаться в технологических помещениях сторон с организацией совместного пользования. При этом устройство внешнего электроснабжения, как правило, должно быть раздельное и независимое. Сети должны синхронизироваться от общего первичного источника синхронизации.

При проектировании и строительстве магистральных линий связи во избежание дополнительных затрат необходимо предусматривать интересы и потребности всех подразделений железнодорожного транспорта - потенциальных пользователей сети.

Учитывая ожидаемые темпы роста трафика, на основных магистральных линиях при проектировании желательно предусматривать оборудование, имеющее возможность расширения ресурса простым добавлением плат без перерыва трафика, а также при необходимости резервные волокна в магистральном кабеле.

При расчете емкости волоконного кабеля для магистральных линий связи можно исходить из того, что для создания выделенной цифровой сети железнодорожной связи требуется не менее 8-ми волокон G652 или G652d. Это позволит организовать магистральный, дорожный и местный уровни, а также иметь два волокна в резерве.

Для создания коммерческой первичной магистральной сети связи АО "ТТК" должно предусматриваться 8 волокон G655 только для создания транспортной среды высокой пропускной способности, с использованием оборудования DWDM с транспондерами 10-40 Gbit/s и резерва; 4-8 волокон G652 или G652d для создания магистральной междугородной связи с использованием оборудования STM - 16/64 и STM - 4/16; 4-8 волокон G652 или G6-52d для зоновой распределительной сети; до 12 волокон для передачи в аренду в виде "темных" волокон.

Для построения общей сети железнодорожной связи и согласованности схемных решений для пропуска трафика, а также в целях оптимизации затрат на проектирование и строительство магистральных линии связи предлагается классифицировать отдельные участки ВОЛС в зависимости от их местонахождения, значимости и ожидаемого объема информационного трафика. В общей сети связи предлагается следующая градация:

Участки первого уровня значимости - это участки первичных магистральных линий связи сетевого уровня, которые могут быть использованы для организации непосредственно "транспортной" среды и пропуска больших объемов трафика. Такие участки должны обеспечить организацию трактов и каналов передачи информации первого класса надежности, то есть иметь возможность его резервирования по двум и более независимым путям. К ним можно отнести такие участки, как: Достык - Ак тогай - Ал маты - Шу - Астана - Кокшетау - Петропавловск; Шу - Арысь - Кызылорда - Кандыагаш - Тобол -Костанай - Кокшетау; Акгогай - Семей - Павлодар - Астана. Эти участки географически образуют три независимых "кольцевых" пути.

Участки второго уровня значимости - это участки первичной магистральной сети связи, выполняющие роль распределительной сети по направлениям передаваемой информации. Они могут быть использованы для резервирования трафика по независимой трассе, что возможно в перспективе. К ним можно отнести участки Кандыагаш - Макат - Атырау - Ганюшкино; Астана - Тобол; Макат - Мангышлак; Актогай - Балхаш -Моинты; Кандыагаш - Актобе - Орал - Озинки; Жарык - Жезказган; Мангышлак - Узень.

Участки третьего уровня значимости - это "тупиковые" участки магистральных линий, к которым относятся Есиль - Аркалык, Семей - Локоть, Локоть - Шемонаиха - Защита, Защита - Зыряновск, Защита - Риддер, Ерейментау - Айсары, Жамбыл - Жанатас, Караганда - Карагайлы, Шымкент - Ленгер, Кокшетау - Кызылту.

Четвертый уровень значимости - это линии связи на международных переходах, к ним относятся: Достык - Алашанькоу, Новоишимская - Пресногорьковская - РФ, Костанай - Золотая сопка - РФ, Арысь - Сарыагаш - Узбекистан. Луговая - Чальдовар - Кыргызстан, Жетыген - Коргас - КНР, Павлодар - Кулунда - РФ, Ганюшкино - Аксарайская - РФ, Озинки - Саратов - РФ.

Основные концептуальные положения по построению первичных магистральных сетей связи АО "НК "KТЖ" и АО "ТТК" выглядят так.

Для каждого из четырех видов участков сети предлагаются различные подходы, архитектура и основные принципы построения схем.

Для первичной магистральной сети (первого уровня значимости) предлагается использование волоконно-оптического кабеля без металлических элементов, укладываемого в землю, в полиэтиленовом трубопроводе (ПЭТ) диаметром 40 мм. Емкость кабеля - 36 волокон, из которых 28 волокон стандарта G 652d и 8 волокон - G 655 (со смещенной дисперсией). Из 28 волокон G6S2d 8 волокон используются для построения сети связи АО "НК "КТЖ", а остальные -- для сети связи АО "ТТК". Волокна, принадлежащие АО "HK"KТЖ", выделяются на всех раздельных пунктах и должны вводиться только в технологические помещения АО "НК "КТЖ". Волокна АО "ТТК" должны вводиться только в помещения АО "ТТК". Сети связи АО "НК "КТЖ" и АО "ТТК" должны быть автономными, то есть, как правило, иметь раздельное оборудование систем передачи, управления, синхронизации, служебной связи и источников электропитания постоянного тока, устанавливаемых в технологических помещениях сторон. В отдельных случаях оборудование может устанавливаться в технологических помещениях другой стороны, но с раздельными элементами внешней инфраструктуры.

Для АО "НК "КТЖ" рекомендуется использовать одно- или двухуровневое построение сети. При этом на первом (магистральном, транспортном) уровне требуется использовать оборудование STM-4(16), устанавливаемое в отделениях дороги, на узловых и крупных станциях. На втором (магистральном отделенческом) уровне - оборудование STM-4 (1), устанавливаемое в связевых помещениях постов ЭЦ [20].

Резервирование на транспортной сети следует обеспечивать как по "плоскому кольцу", так и по независимым трассам через системы DWDM сети АО "ТТК".

На транспортном уровне для АО "ТТК" сеть строится по трехуровневой системе, при этом на первом уровне нужно использовать оборудование DWDM, с транспондерами на 10 или 40G и оборудование передачи данных по технологии IP/MPLS 10 (40) G На втором уровне понадобиться оборудование STM-16, резервируемое по "плоскому кольцу" через DWDM, передача данных - IP/MPLS 1 G. На третьем уровне (раздача) - оборудование STM-4 и передачи данных

На участках первичной магистральной сети (второго уровня значимости) предлагается использование волоконно-оптического кабеля без металлических элементов, укладываемого в землю в полиэтиленовый трубопровод диаметром 40 мм, емкостью 16-24 волокна, стандарта G 652d. Восемь волокон из общего числа используются для сети связи АО "НК "КТЖ", а остальные - для сети связи АО "ТТК". Волокна, принадлежащие АО "НК "КТЖ", выделяются на всех раздельных пунктах и должны вводиться в технологические помещения АО "НК "КТЖ", а остальные волокна - только в помещения АО "ТТК".

Сети связи АО "НК "КТЖ" и АО "ТТК", как правило, должны быть автономные, т.е. иметь раздельное оборудование систем передачи и источников электропитания постоянного тока, устанавливаемых в технологических помещениях сторон, а также автономную внешнюю инфраструктуру. В отдельных случаях допускается установка оборудования сторон в технологических помещениях одной из сторон и с общими элементами внешней инфраструктуры.

На сети АО "НК "КТЖ" рекомендуется использовать одно- или двухуровневое построение сети, при этом, на первом (магистральном) уровне использовать оборудование STM-4, устанавливаемое в отделениях дороги, на узловых и крупных станциях. На втором (отделенческом) уровне - оборудование STM-4 (или STM-1), устанавливаемое в связевых помещениях постов ЭЦ, Резервирование туг следует обеспечивать как по "плоскому кольцу", так и при возможности по независимым трассам через системы связи АО "ТТК".

На участках, имеющих присоединение с двух сторон к транспортному уровню, для АО "ТТК" сеть строится по трехуровневой системе.

При этом на первом уровне надо использовать оборудование DWDM, с транспондерами на 10 G и 2,5 G и оборудование передачи данных по технологии IP/MPLS 1 (10)С. На втором уровне - оборудование STM-16, резервируемое по "плоскому кольцу" через DWDM и оборудование передачи данных IP/MPLS 1 G. На третьем уровне - оборудование STM-4 и Ethernet.

На участках, не имеющих присоединения к транспортному уровню с двух сторон, сеть строится по двух уровневой схеме, а именно - на первом уровне оборудование STM-16, на втором уровне (раздача) оборудование STM-4, Ethernet.

На участках первичной магистральной сети, (третьего уровня значимости) предлагается использование волоконно-оптического кабеля без металлических элементов, емкостью 12-16 волокон стандарта G 652d. Из общего числа волокон восемь используются для сети связи АО "НК "КТЖ", а остальные - для сети связи АО "ТТК". Предпочтительный способ прокладки методом подвески самонесущего кабеля на ЛЭП или на опорах контактной сети. Если не возможен метод подвески, допускается способ прокладки в землю в полиэтиленовой трубе.

На сети АО "НК "КТЖ" рекомендуется использовать одно- или двухуровневое построение сети, при этом на первом (магистральном) уровне использовать оборудование STM-4, устанавливаемое в отделениях дороги, на узловых и крупных станциях. На втором (отделенческом) уровне - оборудование STM-4 (или SIM-1), устанавливаемое в связевых помещениях постов ЭЦ.

На участках, не имеющих присоединения к транспортному уровню с двух сторон, сеть строится по двухуровневой схеме, а именно: на первом уровне - оборудование STM-16, на втором уровне (раздача) - оборудование STM-4, Ethernet.

На участках магистральной линии (четвертого уровня значимости), на международных переходах, сети строятся в основном по принципу построения сети на участках 3 уровня значимости. При организации международного перехода, прокладываются два кабеля - основной и резервный - по независимым трассам, каждый из которых принадлежит участникам строительства перехода. Для этой цели с обеих сторон границы устанавливаются специальные колодцы.

В зависимости от уровня ожидаемого международного трафика на сетях АО "ТТК" могут применяться системы DWDM, STM-16 или STM-4, а также оборудование передачи данных.

На сетях АО "НК "КТЖ", как правило, должно применяться оборудование STM-4 или STM-1.

Организация планирования.

При разработке проектов строительства первичных магистральных линий и сетей связи, как правило, решаются только вопросы "транспортировки" информационных потоков, но не решаются вопросы технологических проблем предприятий и подразделений, конкретного внедрения автоматизации, информатизации и модернизации технологических сетей железнодорожной связи. Все это приводит к затягиванию внедрения информатизации и модернизации, снижает общую эффективность данных мероприятий и между этими процессами иногда проходит 2-3 года. Для достижения должного эффекта и сокращения сроков внедрения информатизации и модернизации технологических сетей железнодорожной связи необходимо уже сейчас начать процесс планирования комплексного строительства первичных и вторичных сетей связи с учетом адаптации и взаимной увязкой с уже спроектированными или находящимися в стадии строительства отдельными линиями связи.

Для разработки общей матрицы потоков информации и построения на ее основе общей схемы железнодорожной связи следует изучить и обобщить технологические потребности в передаче информации и построении информационных сетей всех железнодорожных подразделений и предприятий, а также комических интересов АО "Транстелеком". Необходимо разработать концептуальные подходы и программу внедрения систем автоматизации, информатизации и управления, чтобы организовать строительство с учетом конкретных требований параметров цифровой сети связи.

На основании этих данных, и прежде всего матрицы трафика, можно будет разработать Индикативный перспективный план строительства магистральных линий связи на всех участках железных дорог на уровне ТЭО, с учетом внедрения технологических сетей. Это позволит эффективно распределить финансовые ресурсы и получить максимальную отдачу и окупаемость реализуемых проектов [21].

Индикативный план может служить базовой основой для разработки программ и планов развития информатики, автоматизации и интеллектуальных систем управления перевозочным процессом, для всех предприятий и подразделений АО "НК "КТЖ".

Выполнить эту работу под силу только специализированной организации, хорошо знающей и понимающей тонкости технологии перевозки грузов и пассажиров, организации движения поездов, безопасности и управления сложным железнодорожным хозяйством. К таким можно отнести консалтинговую фирму "Экономтрансконсалтинг" и подобные ей организации. По сути, необходимо разработать конкретную перспективную программу информатизации и автоматизации всей компании "Казахстан темир жолы".

Реализацию данного плана может осуществить АО "Транстелеком", специализированное подразделение в составе АО "НК "КТЖ", тем самым можно создать собственную мощную основу для расширения бизнеса и платформу для развития различных телекоммуникационных услуг.

2.1 Волоконно-оптические линии связи

Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. К примеру, В настоящее время волоконно-оптические кабели проложены по дну Тихого и Атлантического океанов и практически весь мир "опутан" сетью волоконных систем связи (Laser Mag.-1993.-№3; Laser Focus World.-1992.-28, №12; Telecom. mag.-1993.-№25; AEU: J. Asia Electron. Union.-1992.-№5). Европейские страны через Атлантику связаны волоконными линиями связи с Америкой. США, через Гавайские острова и остров Гуам - с Японией, Новой Зеландией и Австралией. Волоконно-оптическая линия связи соединяет Японию и Корею с Дальним Востоком России. На западе Россия связана с европейскими странами Петербург - Кингисепп - Дания и С.-Петербург - Выборг - Финляндия, на юге - с азиатскими странами Новороссийск - Турция. В Европе, также, как и в Америке, давно уже нашли широкое применение практически во всех сферах связи, энергетики, транспорта, науки, образования, медицины, экономики, обороны, государственно-политической и финансовой деятельности. Итак, основания считать оптоволокно самой перспективной средой для передачи больших потоков информации вытекает из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам [22].

Физические особенности.

Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой несущей частотой. Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 1 Терабит/с.

Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут. А это означает, что до сих пор при столь сильной загруженности нашего интернета не нашлось столько информации, которая при одновременной передачи привела бы к уменьшению скорости передаваемого потока данных.

Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Иными словами потеря сигнала за счет сопротивления материала проводника. Лучшие образцы российского волокна имеют столь малое затухание, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фтороцирконатные волокна. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

Технические особенности.

Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди, отсюда и сравнительно не большая цена и практически отсутствие случаев кражи с целью сдачи на металлолом

Оптические волокна имеют диаметр около 1-0,2 мм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.

Стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.

Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации. К примеру вы все же решили это сделать. Для обнаружения перехватываемого сигнала вам понадобится перестраиваемый интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видимость интерференционной картины может быть ослаблена большим количеством сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.

Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие, без замены самого кабеля [23].

Недостатки волоконной технологии.

При создании линии связи требуются активные высоконадежные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение.

Точность изготовления таких элементов линии должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.

Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется дорогостоящее технологическое оборудование. а) инструменты для оконцовки. б) коннекторы. в) тестеры. г) муфты и спайс-кассеты.

Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.

Промышленность многих стран освоила выпуск широкой номенклатуры изделий и компонентов оптоволокна. Следует заметить, что производство компонентов отличает высокая степень концентрации.

Большинство предприятий сосредоточено в США. Обладая главными патентами, американские фирмы (в первую очередь это относится к фирме "CORNING GLASS") оказывают влияние на производство и рынок компонентов во всем мире, благодаря заключению лицензионных соглашений с другими фирмами и созданию совместных предприятий.

Для передачи сигналов применяются два вида волокна: одномодовое и многомодовое. Свое название волокна получили от способа распространения излучения в них. Волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления. В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10 мкм, то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч (одна мода, как ее называют).

В многомодовом волокне размер световодной жилы порядка 50-60 мкм, что делает возможным распространение большого числа лучей (много мод).

Оба типа волокна характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией.

Затухание определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне. Потери на поглощение зависят от чистоты материала, потери на рассеяние зависят от неоднородностей показателя преломления материала. Затухание зависит от длины волны излучения, вводимого в волокно. В настоящее время передачу сигналов по волокну осуществляют в трех диапазонах: 0.85 мкм, 1.3 мкм, 1.55 мкм, так как именно в этих диапазонах кварц имеет повышенную прозрачность.

Другой важнейший параметр оптического волокна - дисперсия. Дисперсия - это рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Существуют три типа дисперсии: модовая, материальная и волноводная [24].

Модовая дисперсия - присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно

Материальная дисперсия - обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны.

Волноводная дисперсия - обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны. Поскольку светодиод или лазер излучает некоторый спектр длин волн, дисперсия приводит к уширению импульсов при распространению по волокну и тем самым порождает искажения сигналов. При оценке пользуются термином "полоса пропускания" - это величина, обратная к величине уширения импульса при прохождении им по оптическому волокну расстояния в 1 км. Измеряется полоса пропускания в МГц*км. Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничение на дальность передачи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов.

Если при распространении света по многомодовому волокну, как правило, преобладает модовая дисперсия, то одномодовому волокну присущи только два последних типа дисперсии.

Затухание и дисперсия у разных типов оптических волокон различны.

Одномодовые волокна обладают лучшими характеристиками по затуханию и по полосе пропускания, так как в них распространяется только один луч. Однако, одномодовые источники излучения в несколько раз дороже многомодовых. В одномодовое волокно труднее ввести излучение из-за малых размеров световодной жилы, по этой же причине одномодывое волокна сложно сращивать с малыми потерями. Оконцевание одномодовых кабелей оптическими разъемами также обходится дороже.

Многомодовые волокна более удобны при монтаже, так как в них размер световодной жилы в несколько раз больше, чем в одномодовых волокнах.

Многомодовый кабель проще оконцевать оптическими разъемами с малыми потерями. На многомодовое волокно расчитаны излучатели на длину волны 0.85 мкм - самые доступные и дешевые излучатели, выпускаемые в очень широком ассортименте. Полоса пропускания у многомодовых волокон достигает 800 МГц*км, что приемлемо для локальных сетей связи, но не достаточно для магистральных линий.

Волоконно-оптический кабель.

Вторым важнейшим компонентом, определяющим надежность и долговечность является волоконно-оптический кабель (ВОК). На сегодня в мире несколько десятков фирм, производящих оптические кабели различного назначения. Наиболее известные из них: AT&T, General Cable Company (США); Siecor (ФРГ); BICC Cable (Великобритания); Les cables de Lion (Франция); Nokia (Финляндия); NTT, Sumitomo (Япония), Pirelli(Италия).

Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи. По условиям эксплуатации кабели подразделяют на:

· монтажные;

· станционные;

· зоновые;

· магистральные.

Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую строительную длину. Кабели последних двух типов предназначены для прокладки в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух километров.

Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число (до 8) одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до 144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети.

При изготовлении ВОК в основном используются два подхода:

· конструкции со свободным перемещением элементов

· конструкции с жесткой связью между элементами.

По видам конструкций различают кабели повивной скрутки, пучковой скрутки, с профильным сердечником, ленточные кабели. Существуют многочисленные комбинации конструкций ВОК, которые в Сочетании с большим ассортиментом применяемых материалов позволяют выбрать исполнение кабеля, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям проекта, в том числе - стоимостным.

Отдельно рассмотрим способы сращивания строительных длин кабелей.

Сращивание строительных длин оптических кабелей производится с использованием кабельных муфт специальной конструкции. Эти муфты имеют два или более кабельных ввода, приспособления для крепления силовых элементов кабелей и одну или несколько сплайс-пластин. Сплайс-пластина - это конструкция для укладки и закрепления сращиваемых волокон разных кабелей.

После того, как оптический кабель проложен, необходимо соединить его с приемо-передающей аппаратурой. Сделать это можно с помощью оптических коннекторов (соединителей). В системах связи используются коннекторы многих видов.

Теперь давайте коснемся проблемы передачи и приема оптических сигналов. Первое поколение передатчиков сигналов по оптическому волокну было внедрено в 1975 году. Основу передатчика составлял светоизлучающий диод, работающий на длине волны 0.85 мкм в многомодовом режиме.

В течение последующих трех лет появилось второе поколение - одномодовые передатчики, работающие на длине волны 1.3 мкм.

В 1982 году родилось третье поколение передатчиков - диодные лазеры, работающие на длине волны 1.55 мкм. Исследования продолжались, и вот появилось четвертое поколение оптических передатчиков, давшее начало когерентным системам связи - то есть системам, в которых информация передается модуляцией частоты или фазы излучения. Такие системы связи обеспечивают гораздо большую дальность распространения сигналов по оптическому волокну. Специалисты фирмы NTT построили безрегенераторную когерентную волоконно-оптическую линию связи STM-16 на скорость передачи 2.48832 Гбит/с протяженностью в 300 км, а в лабораториях NTT в начале 1990 года ученые впервые создали систему связи с применением оптических усилителей на скорость 2.5 Гбит/с на расстояние 2223 км.

Появление оптических усилителей на основе световодов способных усиливать проходящие по световоду сигналы, дало начало пятому поколению систем оптической связи. В настоящее время быстрыми темпами развиваются системы дальней оптической связи на расстояния в тысячи километров. Успешно эксплуатируются трансатлантические линии связи США-Европа ТАТ-8 и ТАТ-9,Тихоокеанская линия США-Гавайские острова-Япония ТРС-3. Ведутся работы по завершению строительства глобального оптического кольца связи Япония - Сингапур - Индия - Саудовская Аравия-Египет-Италия.

В последние годы наряду с когерентными системами связи развивается альтернативное направление: солитоновые системы связи. Солитон - это световой импульс с необычными свойствами: он сохраняет свою форму и теоретически может распространяться по "идеальному" световоду бесконечно далеко. Солитоны являются идеальными световыми импульсами для связи. Длительность солитона составляет примерно 10 трилионных долей секунды (10 пс). Солитоновые системы, в которых отдельный бит информации кодируется наличием или отсутствием солитона, могут иметь пропускную способность не менее 5 Гбит/с на расстоянии 10 000 км. Такую систему связи предполагается использовать на уже построенной трансатлантической линии ТАТ-8. Для этого придется поднять подводный ВОК, демонтировать все регенераторы и срастить все волокна напрямую. В результате на подводной магистрали не будет ни одного промежуточного регенератора.

Лазерные модули для ВОЛС.

Лазерные модули серии LFO изготавливаются на основе высокоэффективных MQW лазерных диодов и выпускаются в стандартных неохлаждаемых коаксиальных корпусах с одномодовым или многомодовым оптическим волокном. Отдельные модели, наряду с неохлаждаемым исполнением, могут выпускаться со встроенным микрохолодильником и терморезистором [25].

Все модули имеют широкий диапазон рабочих температур, высокую стабильность мощности излучения, ресурс работы более 500 тыс. часов и являются лучшими источниками излучения для цифровых (до 622 Мбит/с) оптических линий связи, оптических тестеров и оптических телефонов.

Фотоприемные модули для ВОЛС.

Фотоприемные модули серии PD-1375 для спектрального диапазона 1100-1650 нм изготавливаются на основе фотодиодов и выпускаются в неохлаждаемом исполнении с одномодовым (модельPD-1375s-ip), либо многомодовым (модель PD-1375m-ip), оптическим волокном , а также в корпусе типа "оптическая розетка" для стыковки с SM и MM волокнами, оконцованными разъемом типа"FC/PC" (модель PD-1375-ir).Модули имеют широкий диапазон рабочих температур, высокую спектральную чувствительность, низкие темновые токи и предназначены для работы в аналоговых и цифровых волоконно-оптических линиях связи со скоростью передачи информации до 622 Мбит/сек.

Наряду со строительством глобальных сетей связи оптическое волокно широко используется при создании локальных вычислительных сетей (ЛВС).

Фирма "ВИМКОМ ОПТИК", занимаясь автоматизацией и электронными технологиями, разрабатывает и устанавливает локальные и магистральные сети с применением оптических линий связи. Фирма "ВИМКОМ ОПТИК" делает это по трем причинам. Во-первых, это выгодно. При установке протяженных сегментов сети не требуются повторители. Во-вторых, это надежно. В оптических линиях связи очень низкий уровень шумов. В-третьих, это перспективно. Волоконно-оптические линии связи позволяют наращивать вычислительные возможности сети без замены кабельных коммуникаций. Для этого нужно просто установить более быстродействующие передатчики и приемники. Это важно для тех пользователей, кто ориентируется на развитие своей ЛВС.