כמו מפעילי הרכבות הגלובליים להתכונן לדור הבא של אות דיגיטלי, הגעתה של 5G קישוריות להגדיר מחדש כיצד רכבות מתקשרות עם מרכזי בקרה ותשתיות.המעבר מ-GSG-R (מערכת גלובלית לתקשורת סלולרית - רכבת) לרשתות מבוססות 5G מבטיחות רשתות רכבת אולטרה-עוצמה נמוכה (אך הן יכולות מסיביות של מכשירים ויכולות חיפוי רשת מותאמות לפעילות רכבתית של משימות קריטיות, זה לא רק יאפשרו בעיות אבטחה מתקדמות).

הבנה 5G כעמוד השדרה של אות ההתחדשות הבאה

מערכות אותות מודרניות תלויות בחילופי נתונים רצופים, בזמן אמת בין רכבות, ציוד מעקב ומרכזי ניהול מרכזיים.טכנולוגיות סלולריות מסורתיות, כגון GSM-R, לפעול בסביבות 2G סטנדרטים עם רוחב פס מוגבל (בדרך כלל 200 kHz לערוץ) וגילוי לב בטווח של כמה מאות שניות, בעוד מספיק עבור נתונים קוליים ונמוכים (למשל, טמפרטורות קיבולת של 2CC) ו-FCC) לא יכולות לתמוך ביישומים חשמליים כגון תפוצה גבוהה, כגון חיישן רדיו-Ragry, כגון יישומים ניידים, כגון יישומים, קיבולת גבוהה, , mac- GSM-Ragry-R).

5G רשתות, המיועדות ל-FLT:0 (התקשורת בעלת עוצמה נמוכה) (URLLC), FLT:2enhanced Mobile פסLT 3 (eMBB), ו-FLT:4massive Machine-type CommunicationsFLT:5 (mTC), מציעים פלטפורמה אחת המסוגלת לעמוד בדרישות המחרוזת של 5G מתקדמות:

  • (FLT:0)Sub-milliII latencyFLT:1) (1-5 מ's במצב כתובת URLLC) המאפשר לולאות בקרה בזמן אמת עבור העברת אותות ומבצע רכבת אוטומטי.
  • (FLT:0) אמינות גבוהה (HighאמינותFLT:1 9.999% זמינות) נדרש עבור פונקציות קריטיות בטיחות כמו חטיפה חירום ובקרת רכבת חיובית.
  • (FLT:0Network SicingFLT:1) כדי להפריד באופן הגיוני את התנועה של אות מ- Wi-Fi הנוסע, זרם CCTV ונתונים תפעוליים, הבטחת איכות השירות עבור יישומים בטיחות.
  • (ב) ,0) אינטגרציה מחשובית (FLT:1) כדי לעבד נתונים באופן מקומי (למשל, בקצה מסלול), צמצום עיכוב עגול והסרת עומס רשת הליבה.
  • (FLT:0) צפיפות המכשיר הממצה של צפיפות מכשיר 1 (עד 1 מיליון מכשירים לקילומטר2) תומכים במאות חיישנים לאורך קילומטר עבור ניטור מצב ובריאות נכסים.

המעבר מ-GSG ל-5G הוא רשמי תחת ה-FLT:0) הרכבת התחתית Mobile Communications SystemFLT:1 (FRMCS) אשר הוביל האיחוד הבינלאומי של הרכבות (UIC) FRMCS נועד להיות יורש עולמי ל-GS-R, צפוי להתחיל פריסה באמצע עד 2020 ומבצעית במלואה על ידי 2030.

עידוד בטיחות באמצעות תקשורת מיידית

בטיחות הרכבת תלויה ביסודה במהירות ובאמינות של הודעות אות. ETCS של היום (מערכת בקרת הרכבת האירופית) רמה 2 משתמשת GSM-R כדי להעביר רשויות התנועה ממרכז בלוק רדיו (RBC) לרכבות. בעוד פונקציונלי, הכדאיות של המערכת יכולה להיות עד 100 מ"מ, אשר מגבילה את ראשי התיבות של מסדרונות גבוהים עם 5G מהירות, ניתן להפחית את קווי בקרת המטען הכבדים (מהירות גבוהה) ללא עומסי בטיחות).

וירטואלית Coupling ו-Fitotoning

אחת האפליקציות הטרנספורמציות ביותר של אות נמוך של 5G היא (FLT:0virtual הפיכה הפיכה מילולית FLT:1, שבו מספר רכבות נוסעות כלוח דיגיטלי ללא מחברים פיזיים.כל רכבת שומרת על עמדתה עם דיוק גבוה, שיתוף האצה וציטט פקודות על קישור 5G.המערכת מגיבה מהר יותר מאשר נהג אנושי או הגנה אוטומטית קונבנציונלית (ATP), צמצום עמידות אווירית וקיבולת רכבתית של 5G היא גבוהה.

הימנעות מחשיפה

עם רוחב הפס הגבוה של 5G ו- Jitter, וידאו בזמן אמת ממצלמות קדמית ניתן לזרם למערכת זיהוי התנגשות מבוססת בינה מלאכותית מרכזית. בשילוב עם מכ"ם גלי מילימטר וחיישנים LIDAR, המערכת יכולה לזהות מכשולים (למשל, עצים שנפלו, כלי רכב על מסלולים, טרמפרס) והנפיק פקודות חירום בתוך מילימטרים - רחוק מהר יותר מאשר מסלולים מתקדמים לנתיבים מורכבים במיוחד עבור מערכות הגנה משותפת או מערכות הגנה על פני השטח.

שיפור יכולת ויציבות עם העברת אותות חסימת

אות קונבנציונלי נוכחית מסתמכת על בלוקים קבועים - גילויים של מסלול שבו רק רכבת אחת מותרת בזמן.זה מגבלות מטבעיות באמצעות לוח.FLT:0Moving חוסם אות של ETCS1:1 (כמו ב ETCS רמה 3 ומעבר) מבטל בלוקים קבועים; כל רכבת מדווחת באופן קבוע על המיקום המדויק והמהירות שלה, ומאפשרת למערכת לחשב עקומות דינמיות בטוחות, אך הפריסה שלה הייתה מונעת מתוקף של 5G, אפילו מתוקף, אשר אינה מאפשרת הפעלה אמינה, אפילו על ידי תקשורת גבוהה.

אופטימיזציה מהירה

עם 5G, מרכזי בקרה אותות מקבלים עדכונים בזמן אמת מכל רכבת (בדרך כלל ב 10 הרץ או גבוה יותר) אלגוריתם מתאמת כל הזמן מסלולים המבוססים על מהירות הנוכחית, ⁇ , וביצועי רכבת. זה יכול להגדיל את הקיבולת של 20 עד 40% על מסלולים קיימים ללא תשתית יקרה. לדוגמה, קו ראשי מסלול כפול מטפל כיום 12 רכבות לשעה יכול להכיל 16-17 ורכבות מטען לאחר העברת 5G לבלוק.

אנרגיה באמצעות ייעוץ

תקשורת דלת-העוצמה מאפשרת גם ניהול אנרגיה בזמן אמת.מערכת האיתות יכולה לשלוח הוראות לרכבת המבוססת על אותות נכנסים, ⁇ s, ופלטפורמה שוכנות פעמים.טייסים ביפן ובאירופה הפגינו חיסכון של 5-15% אנרגיה באמצעות מערכות מייעצות כאלה, ועם 5G ניתן לשלוח את העצה רק שניות לפני נקודה מבהילה, שיפור תאימות.

תשתיות חכמות ואינטרנט לתחזוקה חיזוי

אותות רכבת מודרניים אינם רק על רכבות - זה מסתמך על מערכת אקולוגית עצומה של ציוד מעקב: אותות, מתגים, מכונות נקודה, דלפק, מחסומים במעבר, ואספקת חשמל.כל אלה צריכים להיות במעקב עבור תקלות כדי למנוע הפרעות שירות. 5G יכולות mMTC מאפשר אלפי חיישנים כוח נמוך לדווח באופן רציף, טמפרטורה, הנוכחי, המיקום והמעמד.

המונחים: Conditions Based Monitoring

על ידי הצמדת מודולי 5G IoT כדי להחליף מכונות וראשי אותות, מפעילי יכולים לזהות כישלונות מתפתחים לפני שהם גורמים לאותת (למשל, מכונת נקודה המציגה זרם המנוע גדל לאורך זמן עשויה להצביע על מחייב או misalignment. עם תכונות הכוח אולטרה-נמוכות של 5G (NB-IoT או LTE-M, הן חלק של 5G מטריה), חיישנים אלה יכולים לרוץ במשך שנים על סוללה אחת.

וידאו Analytics עבור Track and Overhead Line Monitoring

מצלמות אבטחה גבוהות רכובות על קטרים או על גאדג'טים יכולים לייעל וידאו מעל 5G לפלטפורמת ענן או קצה AI.המערכת מזהה פגמים במסקה (cracks, buckles), אובייקטים זרים, וזיהוי הלבלבנדרוגרף בזמן אמת.עם רוחב פס eB של 5G (עד 1 Gbps perlink), מספר KK יכול לעקוב אחר קצבת כניסה במקביל עם 5G / 4K) או יותר מ-R.

Virtual Block Systems and Automation

השילוב של 5G ו- איתות מתקדם מאפשר הפעלה אוטומטית לחלוטין (GoA4) על רכבות קוליין, לא רק מטרו. במערכת בלוק וירטואלית, המסלול מחולק לבלוקים לוגיים הקיימים רק בתוכנה, ללא אותות פיזיים.כל אחד מתפקיד הרכבת ידוע בדיוק באמצעות GNSS (מחוסנים על ידי מיקום מקומי של 5G) ודיווח על מעל 5G.

מבצע מרוחק ואוטונומי

עבור קווי הובלה ואזוריים, 5G מאפשר מפעיל מרוחק אחד לפקח על רכבות מרובות באמצעות וידאו וטלפונים סלולריים להאכיל.מערכת אות יכול לקחת יותר פונקציות ברמה נמוכה כגון רגולציה מהירה לעצור בפלטפורמות.משפטים על ידי כמה מפעילי משא אירופיים (למשל, Rete Ferroviaria Italiana, SNCF) הוכיחו כי מפעיל מרחוק יכול לטפל שלוש כדי לרכבת בו זמנית באמצעות 5G תחנות נהיגה מרחוק.

Cross-Border Interoperability

5G הוא תקן עולמי, ו- FRMCS נועד להבטיח שיתוף פעולה חלקה בין רשתות לאומיות.בניגוד ליישום GSM-R המפרק הדורש טלוויזיות מוניות מרובות עבור רכבות חוצה גבולות, אחד 5G מודם יכול לתמוך להקות מרובות ספקטרום ופורצות רשת למדינה.זה מפשט עיצוב מניות ולהפחית עלויות רכש.

אתגרים ושיקולים לשילוב של 5G

בעוד היתרונות משכנעים, מעבר לאות מבוסס 5G כרוך מכשולים משמעותיים כי התעשייה חייבת לטפל בשיתוף פעולה.

השקעות וספקטרום

חלוקת רשת 5G ייעודית לאורך עשרות אלפי קילומטרים של מסלול היא הון-אינסטנסיבי. מפעילי חייב להשקיע בתחנות בסיס חדשות (עם סיבים אחוריים), קצה צומת, ו על גבי מודמים.קצאות. Spectrum הקצאה היא גם אתגר: רכבות בדרך כלל להשתמש בספקטרום ייעודי, מוגן כדי להימנע מהתערבות.

אבטחת סייבר וביטוח

חיבור מערכות אותות לרשתות 5G מבוססות IP מציג משטחים חדשים של התקפה. תחנת בסיס שנפגעה או התקפה של הכחשת שירות יכול לשבש את רשויות התנועה.רכבת אותת סטנדרטים (CENC EN 50129, IEC 62443) דורש רמות מהימנות בטיחות (SIL 4) עבור פונקציות קריטיות. 5G רשת סליקה הצפנה מקצה לקצה חייב להיות מוסמך כדי לענות על רמות אלה.

רפורמציה ונתיב הגירה

מערכות אותות יש תקופות חיים של 20-30 שנים, והמתקנים הנוכחיים של ETCS לא יוחלפו בין לילה. הגירה הדרגתית היא הכרחית: ראשית, overlay 5G כנושא נתונים משלים לצד GSM-R, ולאחר מכן שלב ב-GS-R כאשר כיסוי 5G ואמינות מוכחים. תקן FRMCS מגדיר גישה רב-phase, אבל מפעילים חייבים לסנכרן זמן פריסה לאומית כדי למנוע מעבר למגבלות על מנת למנוע מעבר לתפוצה.

אלקטרומגנטי אינטרפיון וכיסוי מנהרה

סביבות הרכבת לייצר התערבות אלקטרומגנטית חזקה ממנועי מצעים, pantographs, וקווי חשמל. 5G חייב להיות קשה לפעול בתנאים כאלה.בנוסף, מנהרות וחיתוך עמוק מציבים בעיות כיסוי הדורשות כבלים דליפים או תאים קטנים.משפטים בבריטניה (רשת רכבת) ושווייץ (SBB) הראו כי 5G מ"מ ו-SBB הם בעלי יכולת מובלות עם מנהרות, אך עדיין עלויות גבוהות.

משאבים חיצוניים וקריאה נוספת

עבור אלה המבקשים תובנות טכניות עמוקות יותר, ההפניות הבאות מספקות מידע סמכותי על אות רכבת 5G:

  • (FLT:0) UIC FRMCS PortalFLT:1, מידע רשמי על מערכת התקשורת הניידת של הרכבת העתידית.
  • (FLT:0)ETSI 5G SpecificationsFLT:1) תקנים רלוונטיים ליישומים של URLLC ומסילות רכבת.
  • סוכנות האיחוד האירופי לרכבות - ERTMSIRLT:1 - סקירה של ETCS ועתיד אות האבולוציה.
  • הכנס הבינלאומי לתקשורת - תקשורת רכבות (עיתונים נבחרים)FLT:1 - מחקר על ביצועי 5G בסביבות רכבת.

הדרך Ahead: מ-GS-R ועד 5G-Enabled Signaling

תעשיית הרכבות נמצאת ברגע מרכזי.GS-R, פרוסה מתחילת שנות ה -2000, שירתה היטב אך אינה יכולה לעמוד בקצב הביקוש לקיבולת גבוהה יותר, מהירויות מהירות יותר ואוטומציה. 5G קישוריות מציעה את הבסיס הטכנולוגי לבנות רשת איתות בטוח, יעילה יותר וגמישה יותר.רשת ⁇ ערבויות לבידוד עבור תנועה ביקורתית, בעוד מחשוב מספק את התגובה התת-מילולית הנדרשת להזיזה וחסם של מקורות הפיכה וירטואליים.

עם זאת, יישום מוצלח דורש פעולה מתואמת של מנהלי תשתיות, מפעילי רכבת, ספקי טלקום, ו הרגולטורים. השקעות בספקטרום, תחנות בסיס, וההסמכה חייבת להיות מתוכננת לצד מחזורי שיפוץ מלאי מתגלגלים. Cybersecurity ו-SIL 4 הסמכה של רכיבי 5G הם לא-trivial hurdles הדורשים מתודולוגיות אימות חדשות.ה מן העבר (למשל, אנלוגי ל-GSR) היא מוקדם ניגודים זמניים על דיבידנדים מוקדמים ותשלומים על דיבידנדים על פני זמן.

בתחילת 2030, מסדרונות אירופיים ואסיאתיים רבים יהיו ככל הנראה פועלים עם 5G מבוסס FRMCS, תמיכה בעמדות מתחת ל-90 שניות ונסיעה אוטומטית 300 קמ"ש מפעילי Freight ירוויחו מעלויות צוות מופחתות ותחזוקה חיזוי.עבור נוסעים, זה מתורגם לשירותים תכופים יותר, אמינים ו punctual.ההשפעה של 5G על רשתות אותות רכבת היא לא רק אבולוציונית - זה הולך להיות מהפך לצורה של היום.