Интелигентни комуникационни инфраструктури

Владимир Пулков е професор от Техническия университет и ръководител на Лаборатория по Интелигентни комуникационни инфраструктури в София Тех Парк.
Лабораторията е част от лабораторния комплекс на сдружението за научноизследователска и развойна дейност и е специализирана в две основни области. Едната касае – надеждност и сигурност на комуникациите в жп транспорта (влакове, трамваи, метро). Другата област е свързана с интернет на нещата и комуникации от следващото поколение, тук влизат 5G, 6G и т. н. в развитието на безжичните комуникации.
Като в тези две области лабораторията реално е разделена на 3 звена. Едното звено касае тестване и проверка на т. нар. бализи, които са част от железопътната инфраструктура, осигуряваща надеждност и сигурност на жп транспорта. Второто звено касае анализ на функционалността на бордовите компютри във влаковите системи. И третото звено е свързано с интернет на нещата, 5G и 6G комуникации.

Лабораторията в момента е в процес на лицензиране, като учените работят и с аналогична лаборатория в Белгия – изследователски център Мултител, с чието партньорство всъщност е изградена.
Проф. Пулков и екипът му вече са реализирали няколко вътрешни проекта, свързани с надеждност на IT-комуникациите, анализ на заетостта на спектъра в отворените диапазони без лицензи (т. нар. индустриални диапазони). Имат и няколко проекта, касаещи 5G комуникациите, те са научноизследователски проекти по програма “Хоризонт 2020”, където са партньори с водещи европейски и световни университети.

Лабораторията има направлението за изпитване на бализи и бализни трансмитерни модули (БТМ), които се разполагат на железопътната линия между релсите и служат за предаване на телеграми към локомотива. Такива бализи се поставят на много места по пътя и реално осъществяват комуникация с локомотива, предавайки му телеграми постоянно. За целта локомотива трябва да е оборудван с БТМ антена, която приема телеграмите и ги предава на бордовия компютър, където дори и да не бъдат забелязани от машиниста, при определено време на бездействие от неговата страна, бордовият компютър автоматично изпълнява командата, подадена от бализата – напр. да намали скоростта, да спре и т. н.

Тези уреди са изключително важни за безопасността на железопътния транспорт и един техен отказ от предаване или подаване на неточна телеграма може да доведе до сериозни и дори трагични последствия. Именно заради това изпитанията на тези уреди са толкова важни, защото не трябва да се допуска те да отказват в каквито и да е условия.
Бализите се изпитват в свободно пространство, като от различни позиции се засича с каква сила на сигнала и с каква точност се предават телеграмите към антената. Чрез закачените на стената установки може да се измерва силата на сигнала в децибели, както и точността на получените телеграми.
За да са сигурни, че тези устройства ще работят и при едни по-лоши условия, учените ги изпитват и при различни температури в специална камера. В нея уреда може да бъде нагряван до +150°С и замразяван до -50°С, за да се види дали все още работи правилно. Също така тези продукти се изпитват и под вода в други камери, където биват потапяни и по този начин се изпитват във водна среда. Уредите биват засипвани дори с желязна руда за да се провери дали въпреки това могат да функционират.


РЕКЛАМА:

***

Това прави тази лаборатория невероятно модерна – в света в момента има само 4 такива, като нашата е една от тях – буквално с най-модерното, съществуващо оборудване. А функционирането на тези бализи е изключително важно в световен мащаб и производители от цял свят използват такива лаборатории. Практически за да бъде монтирана една бализа на железния път, преди това тя трябва да мине през такава лаборатория за да бъде изпитана.

В звеното за интернет и мобилни мрежи на лабораторията в момента се работи по проект, свързан с мобилни мрежи с отворени интерфейси на платформата Open air interface, която цели да създаде LG мобилна мрежа и 5G мобилна мрежа. Съответно има реализирана постановка, на която използват SDR като приемник и предавател. Цялата информация се обработва на стандартни компютри, а като потребителско устройство се използва стандартен мобилен телефон.
Важно е да има мрежа с отворени интерфейси, тъй като това прави мобилните оператори независими откъм производителите. При настоящите мобилни мрежи за да се използва дадено оборудване на даден производител, трябва да се използва и неговият софтуер, понеже са несъвместими със софтуерите на другите производители. Затова целта на мрежите с отворени интерфейси е да стандартизира интерфейсите в радиочестота за да може да се използва после тази съвместимост между устройствата на различните производители.
В следващото поколение се предполага да използват терахерц вълни и също така се предполага спектърът да е много по-голям. Това значи повече свързани устройства, по-бърза скорост и по-малко закъснения в мрежата или с други думи около 10 пъти по-бърза връзка спрямо 4G. А също така се набляга и на виртуализацията, така че хардуерните компоненти вече могат да бъдат реализирани под формата на софтуер, което намалява разходите за експлоатация на операторите.

В направление European Vital Computer (EVC) се изпитват бордовите компютри на последното поколение локомотиви. Всеки един локомотив трябва да притежава такъв бордови компютър и да се изпитва в такава модерна лаборатория, снабдена с последните версии на оборудване. Производителите на такъв тип компютри предоставят хардуера на лабораторията, той се закрепя в устройство, снабдено с ръка-робот, имитираща действията на машиниста и въвеждането на команди в бордовия компютър.
В компютъра, съгласно европейски спецификации за изпитване, се провеждат тестове и то над хиляда сценария, съгласно Subset-076, като по тези сценарии се задават различни команди на компютъра чрез ръката и се наблюдава как той приема командите и ги изпълнява. За да може всичко това да бъде проследено във времето са монтирани 4 камери, които записват всички тези операции. Така че в един момент операторът, който следи изпълнението на сценариите може да види дали компютърът реагира добре, дали командата е въведена точно от ръката-робот и т. н.

Защо оборудването на лабораторията е модерно? В стандартните тестови екипировки такава ръка-робот всъщност няма и изпитването се извършва от оператор – човек, но това изключително много бави процеса по изпитване. Докато тук със софтуер и готови вкарани в него сценарии, които са съгласно европейските технически спецификации, изпитванията стават много по-бързо и точно.

Лабораторията разполага и с оборудване, позволяващо едно предварително изпитване на железопътни проекти, което е изключително за проектирането и планирането на железопътния транспорт. В случай, че собственикът на железопътната инфраструктура желае проектиране или предварително изпитване, тук в лабораторния софтуер може да се вкара целия идеен или технически проект. След което могат да се направят различни видове сценарии и изпитвания по тях. Това фактически се налага от европейските технически спецификации за оперативна съвместимост. Съгласно техните изисквания се провеждат изпитания с минимум два броя различни локомотиви. В конкретната установка могат да бъдат вкарвани данните за N на брой видове локомотиви и техните технически параметри и чрез електронни симулации на проектите на железопътните инфраструктурни обекти могат тук да се тестват неограничен брой сценарии, които предварително се одобряват от нашия национален орган за безопасност и накрая се одобряват от Европейската железопътна агенция.
Така че тази установка позволява да се провеждат такъв вид изпитания, като това значително намаля разходите спрямо варианта ако трябва да бъдат провеждани реални изпитания на място на обекта с истински локомотиви. Всеки собственик или производител на жп инфраструктура трябва да направи минимум с два локомотива такива изпитания като се позволява едното да бъде в такива лабораторни условия, което както казахме значително намалява разходите за такъв вид изпитания.


Европейска нощ на учените 2022 г.: