От изобретения телеграфа, телефона и радио — к современным системам связи

От изобретения телеграфа, телефона и радио — к современным системам связи

В самом упрощенном виде любая система связи состоит из передатчика, приемника, линии и источников электропитания. На отечественном железнодорожном транспорте применялись следующие системы связи: проводные — телеграфная и телефонная связь и радиосвязь. В начале эксплуатации железных дорог появилась проводная связь; первые опыты использования радиосвязи относятся к 1929 г.
Исторически первой системой связи, обеспечивающей работу железнодорожного транспорта, была телеграфная связь. Еще до появления железных дорог она использовалась для передачи сообщений из одного пункта в другой посредством условных сигналов.
Предысторией изобретения электромагнитного телеграфа явилось изобретение оптического телеграфа, в котором передача условных световых сигналов до XVIII в. осуществлялась с помощью костров, а затем был изобретен новый вид оптического телеграфа — «семафор Шаппа». Почти за 40 лет до начала эксплуатации первых железных дорог по проекту французского механика Клода Шаппа в 1794 г. была введена в эксплуатацию первая линия семафорного телеграфа между Парижем и Лиллем (225 км). Первый в России оптический телеграф был устроен в 1824 г. между Санкт-Петербургом и Шлиссельбургом для обслуживания судоходства по Неве и Ладожскому озеру.
Известный русский механик Иван Петрович Кулибин (1735—1818) разработал собственную систему семафорного телеграфа, предложив простой код в виде небольшой таблицы. Сочетание различных положений из трех реек давало около ста хорошо различимых фигур. Но к концу первой четверти XIX в., когда военно-политическая обстановка побудила русское правительство заняться оптическими телеграфами, изобретение И.П. Кулибина было забыто, и аппараты русского семафорного телеграфа строились по иностранным проектам.

В 1839 г. вступила в строй самая длинная в мире линия семафорного телеграфа, связавшая Петербург с Варшавой (1200 км). Прохождение сигнала через 149 ее станций занимало 15 мин; телеграмма, содержавшая 100 сигналов, передавалась за 15 мин.
XIX в. — время бурного строительства железных дорог. С увеличением скорости движения средства связи должны были обеспечивать, помимо быстроты передачи сообщений, также полную надежность и безотказность связи между станциями независимо от состояния погоды и времени суток, т.е. они должны были обладать теми свойствами, которых недоставало семафорному телеграфу. Семафоры, уступив место электрическим телеграфным аппаратам, все еще очень долго применялись в качестве средства железнодорожной сигнализации.
В начальном развитии электромагнитной телеграфной связи можно выделить три основных периода.
Первый период (1800—1870 гг.) развития электромагнитной телеграфной связи начинается с открытия и изучения электрического тока и его действия и связан с именами А. Вольта, Л. Гальвани, А. Ампера, Г. Эрстеда, В. Стерджена (изобретение электромагнита). В 1832 г. член-корреспондент Российской академии наук барон Павел Львович Шиллинг создал первый практически пригодный стрельчатый электромагнитный телеграф. Первый пишущий телеграфный аппарат изобретен академиком Российской академии наук Борисом Семеновичем Якоби и введен в эксплуатацию в 1841 г. Первая телеграфная линия, соединившая Зимний дворец с Министерством путей сообщения и публичных зданий, была проложена в 1842 г. В 1850 г. Б.С. Якоби изобрел первый буквопечатающий аппарат. С изобретением пишущих и буквопечатающих аппаратов связаны также имена С. Морзе, Д. Юза, Ч. Уитстона.
Второй период (1870—1895 гг.) характеризуется применением открытий и закономерностей в электрических цепях, которые привели к изобретению методов уплотнения телеграфной передачи: дуплексного (двустороннего) телеграфирования (Т. Эдисон, З.Я. Слонимский, И. Стирнс), системы последовательного многократного телеграфирования (Э. Бодо, 1876 г.).
На отечественных железных дорогах стала применяться телеграфная связь на аппаратах Морзе (1854 г.), Уитстона (1881г.), Бодо (1912 г.);
эти аппараты применяли до конца 40-х гг. XX столетия. Так, на Омской железной дороге к 1939 г. связь с соседними дорогами и между всеми отделениями осуществлялась посредством быстродействующих аппаратов Бодо.

Разработка Дж. Максвеллом электромагнитной теории (1873 г.) способствовала изобретению в 1895 г. телеграфирования без проводов — радиотелеграфа — русским ученым А.С. Поповым. С этого времени телеграфная связь стала осуществляться не только по проводам, но и по радио. В дальнейшем, с применением управления несущим радиосигналом посредством токов тональных разговорных частот (т.е. после применения модуляции и демодуляции), стала осуществляться радиотелефонная связь.
Третий период (1895—1920 гг.) характеризуется развитием беспроволочного телеграфа от акустических и пишущих до буквопечатающих и многократных радиотелеграфов. Кроме того, были созданы предпосылки для осуществления многочастотной телеграфной связи как по радио, так и по проводам. Изобретение беспроволочного и частотного телеграфа не только привело к революционным преобразованиям в самой телеграфии, но и оказало решающее влияние на развитие всей связи.
Дальнейшее развитие связи характеризуется изобретением и совершенствованием частотного телеграфирования, телефонирования, телеграфных, фототелеграфных (факсимильных) и телефонных аппаратов на основе применения:
— возможности телефонирования при опытах резонансного телеграфирования (1876 г., И. Грей, А. Белл);
— явления электронной эмиссии (1883 г., Т. Эдисон);
— явления фотоэффекта (1888—1890 гг., А.Г. Столетов);
— методов одновременного телеграфирования и телефонирования (1895 г., Г.Г. Игнатьев, П.М. Голубицкий и др.);
— изобретения диода (1904 г., Д. Флеминг) и триода (1907 г., Ли де Форест);
— изобретения лампового генератора (1913 г. А. Мейсснер);
— разработки теории электрических фильтров (1914 г., К. Вагнер, В. Кемпбелл).
Разработанные отечественными учеными телеграфные аппараты стартстопной системы с клавиатурой типа пишущей машинки СТ- 2М (1926 г.), СТ-35, СТА-М67 на отечественных железных дорогах применялись до середины 1970-х гг.; в конце 90-х гг. XX в. в эксплуатации находились как электромеханические, так и электронные телеграфные аппараты (РТА-80, F-1100, F-2000).
Телеграфные аппараты применяются для передачи дискретных сообщений — информации, обработанной в виде данных; эта область электросвязи называется передачей данных (ПД). Первые сети ПД на железнодорожном транспорте, обеспечивающие дистанционный доступ к вычислительным ресурсам, появились в середине 60-х гг. XX в. и базировались на телеграфных каналах.
Телефон был изобретен позднее, чем телеграф, — в 1876 г. американцем А. Беллом. Применение телефонной связи на отечественных железных дорогах связано с именами инженеров-изобретателей П.М. Голубицкого, Е.И. Гвоздева и др., которые в 1890—1900 гг. создали оригинальные системы телефонной связи на железнодорожных станциях и перегонах.
Телефонная связь на железнодорожном транспорте по назначению подразделяется на общетехнологическую (ОбТС) и оперативнотехнологическую (ОТС — для оперативного управления перевозочным процессом на станциях, участках и всей сети железных дорог).
Развитию ОТС способствовал русский изобретатель в области телефонии П.М. Голубицкий, который в 1880 г. предложил применить на железнодорожном транспорте телефоны для связи станций с путевыми будками. В 1884 г. П.М. Голубицкий выдвинул предложение об использовании телефонов для связи станций с остановившимися на перегонах поездами и сконструировал специальный поездной телефонный аппарат, подключавшийся к телеграфным проводам.
Большая роль в организации междугородной телефонной связи на железнодорожном транспорте принадлежит талантливому русскому изобретателю Е.И. Гвоздеву (1847—1896), который разработал систему передачи телефонных разговоров по телеграфным проводам. Разделение телефонных и телеграфных сигналов в них осуществлялось фильтрами. Такими системами были оборудованы в 1887— 1893 гг. Орлово-Витебская, Киево-Воронежская, Петербург-Варшавская и другие железные дороги. В 1898 г. была организована телефонная связь между Петербургом и Москвой (650 км) по воздушной бронзовой цепи.
С 1923 г. на отечественных железных дорогах началось внедрение диспетчерской связи с избирательным селекторным вызовом. В 1928 г. на участке Москва — Александров Ярославской железной дороги была организована поездная диспетчерская связь, организуются такие виды связи, как постанционная (до этого времени существовавшая как телеграфная связь на аппаратах Морзе) и линейно-путевая, а с 1933 г. — магистральная связь совещаний, дорожная распорядительная связь.
По плану реконструкции связи диспетчерские, постанционные и линейно-путевые цепи телефонной связи оборудуются в соответствии с селекторной схемой Западной Электрической Компании (Вестерн электрик К0), в которой для посылки избирательного вызова на линейную станцию применяется селекторный ключ, а прием вызова осуществляется с помощью селектора — прибора, включающего звонок действием определенной комбинации переменных импульсных токов.
Начиная с 1960 г., в аппаратуре ОТС произошла замена элементной базы (с ламповой на полупроводниковую), селекторный вызов заменили тональным.
Первая железнодорожная телефонная станция общетехнологической местной телефонной связи на 10 линий была оборудована П.М. Голубицким в 1883 г. в паровозном депо Николаевской (Октябрьской) ж. д. До 1922 г. на крупных станциях и узлах применялись телефонные аппараты и коммутаторы системы МБ (местной батареи, при которой для каждого телефонного аппарата использовался свой источник питания микрофона) с однопроводными воздушными абонентскими линиями.
С 1922 г. по всей сети отечественных железных дорог проводилась замена телефонных станций системы МБ на станции более совершенной системы ЦБ (центральной батареи). Линии вызывающего и вызываемого абонентов (как при системе МБ, так и ЦБ) соединяла телефонистка, используя шнуры, вставляемые в соответствующие гнезда на коммутаторе, поэтому эти станции называются ручными телефонными станциями (РТС); ручные местные и междугородные коммутаторы систем ЦБ-2 и ЦБ-2-3 , разработанные с учетом требований железных дорог, просуществовали до 1950 г.
Идея автоматизации процесса соединений на телефонных станциях была высказана в 1897 г. Конноли и Двайтом. Развитие техники автоматических телефонных станций (АТС) началось после изобретения в 1889 г. в Англии А.Б. Строуджером шагового искателя. С 1931 г. на железнодорожном транспорте были начаты работы по автоматизации местной телефонной связи, а в 1932 г. по проекту и под руководством инженера Н.Н. Ильина в МПС была построена и пущена в эксплуатацию электромеханическая АТС машинной системы на 2000 номеров.

В 1922 г. были проведены успешные опыты по введению на железнодорожном транспорте дальней телефонной связи. Большие заслуги в этой области принадлежат известному ученому В.И. Коваленкову, который разработал схему первого отечественного лампового телефонного усилителя, так называемой телефонной трансляции, установленной и успешно работавшей на телефонной линии Москва — Ленинград Октябрьской железной дороги.
В 1924—1931 гг. учениками и последователями А.С. Попова — русскими учеными М.В. Шулейкиным и П.В. Шмаковым — была научно обоснована, а затем П.А. Азбукиным и В.Н. Листовым реализована идея высокочастотного телефонирования. Доктор технических наук, профессор Павел Андреевич Азбукин (1882—1970 гг.), основатель научной школы по защите линий связи от внешних влияний, с 1941 по 1970 гг. работал на кафедре «Транспортная связь» ТЭМИИТа — ОмИИТа. В 1926 г. на участке железной дороги Ленинград — Бологое П.А. Азбукиным было впервые осуществлено высокочастотное телефонирование. При этом с использованием методов радиосвязи, т.е. модуляции и демодуляции токов высоких частот, обеспечивалась телефонная связь по проводным линиям. Высокочастотное телефонирование открывало перспективу образования на одной двухпроводной линии не одного, а нескольких каналов телефонной связи.
Сети многоканальной телефонной связи начали создаваться на железных дорогах в 1920—1930 гг. (аппаратура ОСА-407, СМТ-34, СМТ-35).
В 1936—1940 гг. была построена уникальная по сложности и протяженности телефонная магистраль с воздушной линией связи Москва — Хабаровск — Уссурийск. Производителем работ по строительству высокочастотной магистрали на ст. Зима Восточно-Сибирской железной дороги в 1938 г. был назначен выпускник Ленинградского электротехнического института сигнализации и связи (с 1954 г. — в составе ЛИИЖТа) Евгений Ефимович Еоликов (1913—2001), впоследствии работавший главным инженером и заместителем начальника службы сигнализации и связи Восточно-Сибирской железной дороги. С 1951 по 1981 г. Е.Е. Еоликов работал в ТЭМИИТе — ОмИИ- Те. Учебник для вузов «Проектирование дальней связи на железнодорожном транспорте» (1968, 1981 гг.), написанный кандидатом технических наук, доцентом Е.Е. Еоликовым, являлся настольной книгой инженеров транспортной связи.
С 1949 г. осуществляется реконструкция средств связи на основе внедрения отечественных систем. На местных телефонных сетях стали применять электромеханические АТС декадно-шаговой системы типа УАТС-49, началась автоматизация междугородной связи.
В 1960 г. на смену декадно-шаговым АТС с непосредственным управлением искателями пришли АТС координатной системы с косвенным управлением (АТСК 100/2000, КРЖ, АТСКУ), а с 1980 г. стали внедряться квазиэлектронные АТС с записанной и замонтированной программой (АТСКЭ «Квант», ЕСК-400Е).
На сетях многоканальной связи первоначально внедрялась аппаратура уплотнения трехканальная для уплотнения воздушных линий телефонной связи, затем 12- и 60-канальная для уплотнения кабельных линий (К-12+12, К-60П, К-60Т).
Сеть многоканальной связи является первичной сетью связи железнодорожного транспорта. Каналы высокочастотного телефонирования используются для образования вторичных сетей связи: телеграфных, передачи данных, оперативно-технологических.
Для дальнейшего увеличения многоканальное™ высокочастотного телефонирования и создания первичной сети связи железнодорожного транспорта, отвечающей требованиям отрасли, в 80-х гг. XX в. начинается внедрение волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и каналообразующей аппаратуры цифровых систем передачи (ЦСП) с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ-30 — для организации соединительных линий на местных сетях, ИКМ-120 — для организации каналов дорожной связи).
Как уже указывалось, оперативно-технологической связи принадлежит значительная роль в системе управления железнодорожным транспортом. В состав ОТС входит подвижная связь, включающая в себя поездную, станционную и ремонтно-оперативную радиосвязь.
Радиосвязь на отечественном железнодорожном транспорте впервые была применена в 1937—1938 гг. на станциях Инская, Ленинград- Сортировочный-Московский, Лосиноостровская, Люблино и др. Массовое использование радиосвязи на железнодорожном транспорте началось с 1948 г., когда с целью повышения производительности работы маневровых локомотивов и ускорения обработки составов на сортировочных станциях начали внедрять станционную радиосвязь.
С 1949 г. на отечественном транспорте стала широко применяться поездная радиосвязь, получила развитие радиофикация сортировочных горок, станций, вокзалов; с 1956 г. началось строительство радиорелейных линий. Попытки использовать радиосвязь на паровозах делались на Омской железной дороге еще в 1939 г., но конструкция существовавших тогда радиостанций не позволила добиться успеха; задача была решена только с выпуском отечественной радиостанции типа ЖР-1.
С середины 1950-х гг. внедрение средств поездной радиосвязи поставлено на промышленную основу — освоено серийное производство ламповых радиостанций ЖР-3, а с 1965 г., после модернизации — радиостанций ЖР-ЗМ. Для станционной радиосвязи в 1958 г. были разработаны радиостанции ЖР-5 и несколько позже — ЖР-5М.
В конце 1960-х и начале 1970-х гг. был разработан комплекс железнодорожных унифицированных радиостанций ЖРУ, которыми к 1980-м гг. была оборудована поездная радиосвязь; использовались радиостанции зарубежного производства, а также радиостанции серии «Транспорт».
В течение полувека в эксплуатации находились системы железнодорожной технологической радиосвязи с закрепленными за абонентами или группами абонентов каналами связи. Перспективными направлениями развития ремонтно-оперативной радиосвязи является внедрение сетей, использующих равнодоступные каналы (транкинговых сетей) и создание цифровых сетей подвижной радиосвязи.

С середины 90-х гг. XX в. на отечественном железнодорожном транспорте началось широкое внедрение принципиально новых телекоммуникационных и информационных технологий с применением автоматизированных систем управления (АСУ), обеспечивающих работу транспорта в условиях рыночной экономики, возрастающих объемов грузо- и пассажиропотоков без увеличения парка подвижного состава при сокращении эксплуатационного контингента.
Историческими предпосылками возникновения новых технологий явились открытия, изобретения и разработка основ:
— теории и практики полупроводниковой техники (с 1930 г., школа А.Ф. Иоффе);
— общей теории связи (1933—1935 гг., В.А. Котельников, А.А. Хар- кевич, К. Шеннон);
— математической информации (1938—1956 гг., АН. Колмогоров, А.Я. Хинчин, И. Винер);
— общей теории автоматов — кибернетики (1948 г., И. Винер).
В 1997 г. была принята «Концепция создания цифровой сети связи МПС России», в соответствии с которой выполнялись программы по созданию единой магистральной первичной сети связи на ВОЛС, радиорелейных линиях (РРЛ) и линиях спутниковой связи. Кроме того, в первичной сети использовались и действующие традиционные кабельные линии связи.
В цифровых системах передачи (ЦСП) используются передающие оптические модули на светоизлучающих диодах и полупроводниковых лазерах, излучение от которых распространяется по тонким стеклянным волокнам, являющимся основным элементом конструкции волоконно-оптических кабелей, используемых при строительстве ВОЛС. В качестве основной системы передачи по ВОЛС использовалось стандартное мультиплексорное оборудование STM с применением технологии синхронной цифровой иерархии (SDH).
Для модернизации вторичных сетей были подготовлены технические решения и необходимая нормативно-техническая документация для строительства и эксплуатации специализированных систем ОТС (ДСС, МиниКОМ ДХ-500 ЖТ, Обь-12811, и др.) с коммутационным цифровым оборудованием и формированием виртуальных групповых каналов связи.

Создается сеть спутниковой связи, цифровые каналы которой обеспечивают телефонную, факсимильную связь и обмен данными между центральным аппаратом железнодорожного транспорта и управлениями железных дорог, последних — между собой, а также между управлениями и крупными удаленными станциями. Каналы системы могут использоваться также для организации аудио- и видеоконференцсвязи.
По данным за 2000 г., на сети железных дорог Российской Федерации эксплуатировалось 66,1 тыс. км кабельных, 32 тыс. км воздушных линий связи, 15,1 тыс. км волоконно-оптических линий, 896,2 тыс. номеров АТС (в том числе 145,5 тыс. цифровых номеров).
Управление перевозочным процессом в начале XXI в. осуществляется с использованием новых информационных технологий в сетях передачи данных. Программа информатизации железнодорожного транспорта, принятая в 1997 г., предусматривает создание комплексов информационных технологий. Разработана и введена в опытную эксплуатацию система центров управления перевозками (ЦУП). В 2001 г. введена в эксплуатацию система планомерного автоматизированного учета вагонного парка, произведена поставка ПЭВМ и модемов для ввода в действие автоматизированных рабочих мест (АРМ ДИСПАРК); введена в эксплуатацию автоматизирована система контроля за использованием и продвижением контейнеров ДИСКОН-1; система «Экспресс-3» по управлению пассажирскими перевозками, обеспечивающая не только резервирование мест, но и полную автоматизацию управления пассажирскими перевозками на основе справочно-аналитической базы данных, содержащей все проездные и перевозочные документы.
С целью реформирования управления одной из крупнейших отраслей народного хозяйства — железнодорожного транспорта — правительство Российской Федерации постановлением от 18.09.2003 № 585 учредило ОАО «Российские железные дороги». К моменту образования ОАО «РЖД» была сформирована цифровая магистральная автоматическая сеть общетехнологической связи (ОбТС) с цифровыми системами коммутации, которые увязаны между собой цифровыми потоками Е1. В качестве коммутационного оборудования магистральной сети на Западно-Сибирской, Южно-Уральской, Юго- Восточной железных дорогах установили цифровые системы коммутации управленческо-производственной телефонной связи (УПАТС) Definiti; на Северо-Кавказской, Октябрьской, Калининградской, Забайкальской, Восточно-Сибирской и Куйбышевской — Si-2000/VEGA', на Московской, Северной, Красноярской, Дальневосточной дорогах — MD-110; на Свердловской — Шсот-ЗООЕ', на Горьковской — система X, на Приволжской — S-12.
Вопросам развития телекоммуникационных технологий ОАО «РЖД» уделяет серьезное внимание в связи с увеличением объемов перевозок, в том числе и транзитных, которые возрастут к 2010 г., по прогнозам, в 3 раза и достигнут 58—60 млн т. Созданная мощная взаимоувязанная цифровая технологическая телекоммуникационная сеть компании ОАО «РЖД» имеет протяженность свыше 52 тыс. км и проходит по территории, охватывающей 70 субъектов Российской Федерации, на территории которых проживает около 90 % населения страны.
Высокий уровень автоматизации отрасли потребовал обеспечения информационной безопасности телекоммуникационных систем и разработки стратегии построения комплексной системы обеспечения защиты информации в ведомственных системах связи ОАО «РЖД».
Принятая программа реформирования и развития телекоммуникаций ОАО «РЖД» предусматривает два этапа: на первом этапе, завершившемся в июне 2006 г., были созданы дорожные дирекции и региональные центры связи. Базой для технологического обеспечения оперативного управления эксплуатацией сети связи стала Единая система мониторинга и администрирования хозяйства связи (ЕСМА).
Система управления включает в себя единый центр управления тактовой системы синхронизации (ЦУ ТСС) в Москве, 17 дорожных центров технического управления (ЦТУ) и 73 центра технического обслуживания (ЦТО), которые руководят мобильными аварийно-восстановительными бригадами.
Второй этап реформирования телекоммуникаций ОАО «РЖД» начинается с 2008 г. Все связевые подразделения должны объединиться в вертикально-интегрированную структуру управления, дорожные дирекции связи — выйти из состава железных дорог и стать структурными подразделениями Центральной станции связи (ЦСС) — филиала ОАО «РЖД». ЦСС будет выполнять функции Департамента связи и вычислительной техники ОАО «РЖД».
Одной из основных задач создаваемой структуры управления телекоммуникациями является внедрение процессной модели управления эксплуатационными подразделениями связи — основы для применения методов менеджмента качества в хозяйстве связи.
Для повышения эффективности железнодорожного транспорта ОАО «РЖД» реформирует не только структуру управления телекоммуникациями, но и внедряет новые технологии передачи информации с применением Internet protocol пакетов — /P-пакетов, форматированных блоков информации. При использовании пакетного форматирования сеть может передавать длинные сообщения более надежно и эффективно.

Admin добавил 28.10.2014 в 06:42
Вы можете дополнить или изменить данную статью, нажав кнопку Редактор