מבוא ל-WiFile Railway Signaling

אות הרכבת כבר זמן רב עמוד השדרה של פעולות רכבת בטוחות ויעילות, תנועות רכבת, מניעת התנגשות, ולהבטיח כי לוחות הזמנים נשמרים.במשך יותר ממאה שנים, מערכות אותת הסתמכות על ציוד קבוע של מסלולים כגון אותות סמקורים, מעגלים משמרים במסלולים, ומגדלי אותות משולבים המחוברים על ידי כבלי נחושת נרחבים.

מערכות אותות אלחוטיות מודרניות בנויות סביב עקרונות של שליטה ממוקדת רכבת, שבו מיקום בזמן אמת, מהירות ומידע סטטוס מועבר על קישורים רדיו ולא באמצעות מעגלים קבועים.זה מאפשר אותות לוגיקה להיות מבוזר, עם הרבה של קבלת ההחלטות המתרחש על הסיפון או פלטפורמות מבוסס ענן.התשתית וכתוצאה מכך היא יותר מדרגית, קל יותר לנסיגה על רשתות מורשת, ופחות יקר להתקין את זה כמו גם לחץ גלובלי, שהופכת את יכולות מדיה מוגברת, תוך כדי להגביר את יכולות האבטחה של מערכות התקשורת.

Key Wireless Technologies בשימוש ב- Rail Signaling

מספר טכנולוגיות אלחוטיות מופצות סביבות רכבת שונות, כל אחת מהן מתאימה לצרכים תפעוליים ספציפיים, להקות תדר ודרישות כיסוי.העיקר כוללות את GSM-R, LTE, 5G, Wi-Fi, WiMAX ו-RFRFG. הבנת התפקידים והמגבלות שלהם חיונית לתכנון רשתות אותות גמישים.

GSM-RGlobal System for Mobile Communications – רכבת

GSM-R הוא תקן בינלאומי לתקשורת קול ונתוני, הנגזר מסטנדרט GSM המסחרי, אך מותאם לפעילות רכבת קריטית למשימה.זה פועל ב-900 MHz, המספק תכונות ההרחבה מצוינות במנהרות, חיתוךים וקניונים עירוניים. GSM-R תומך בקריאות קוליות, שיחות קבוצתיות, שיחות חירום ונתוני חתלתול נמוך המשמשים למערכת בקרת הרכבות האירופית () ו- 2CS, בהתאמה לתחנות בקרה רציפה, כולל ממשק אחורי ו-מסלולאריכותרות.

למרות האמינות שלה, GSM-R מוגבל על ידי הליבה המכוונת של המעגל שלה והנתונים הנמוכים יחסית באמצעות לוח, בדרך כלל מתקפלים בכ-170 kbps.זה לא מספיק עבור יישומים עתידיים כמו מעקב וידאו, מידע בזמן אמת, או תחזוקה גבוהה יחסית גבוהה של חיזוי גבוה, כתוצאה מכך, תעשיית הרכבות מתכננת באופן פעיל הגירה לרשתות הדור הבא תחת מערכת התקשורת הניידת של הרכבת (FRS) אשר בסופו של דבר תחליף את תפקידה של GSM-RF-R-S-S-F-S-Out-S-S-Out-Out-S-S-S-S-S-S-SECR-S-S-S-S-S-S-S-F-F-S-S-S-S-S-S-F-F-S-S-S-S-S-S-S-F-F-F-S-F-S-S-S-Out-Out-Out-Out-Out-Out-Out-Out-Out-Out-S-S-S-S-OutOS-S-S-SECR-SECBS-SECR-S-SECR-S-S-

LTE ו-5G Networks

Long-Term Evolution (LTE) ויורשו, 5G רדיו חדש (NR), מאומצים יותר ויותר להתגבר על רוחב הפס של GSM-R ומגבלות השקיפות של LTE מציע מהירויות של למעלה מ -100 Mbps ו- latency מתחת 50 מ's, מה שהופך אותו מתאים ליישומים לא בטוחים-קריטיים רק עם מנגנונים חד-משמעיים אלה של תקשורת פשוטה יותר (GIR-S) עם מספר מוגבל של 5GIR-S) עם מספר מוגבל יותר של יחידות הפעלה אחת בלבד.

(LTE for Railways) כבר נמצאים במדינות כמו סין, גרמניה ואוסטרליה.הרשת הסינית המהירה LTE-R כדי להעביר מידע על בקרת רכבת במהירויות של עד 350 ק"מ / שעה, FRMCS, המוגדרת על ידי האיחוד הבינלאומי של רכבות (UIC), בנויה על 5G טכנולוגיה וצפויה להפוך את התקשורת העולמית מ- Standards of USFRE, לשילוב של ULT1 של UMCS עם כביש 1F: ULT ו- USF1.

Wi-Fi ו-WiMAX

Wi-Fi (IEEE 802.11) ו-WiMAX (IEEE 802.16) מופרסים בסביבות רכבת מקומיות כגון מחסנים, תחנות, חצרות תחזוקה ומסופי נוסעים. Wi-Fi מספק קישוריות מהירה גבוהה לפונקציות שאינן קריטיות כמו תקשורת צוות, גישה לאינטרנט נוסעים, וכן על גבי LTE נתונים אבחון בטווח הקצר שלה (בדרך כלל 50-100) והפרעה להגבלת השימוש שלה, נחשב תפקיד מדויק לניהול על ידי מערכת ניהול רכב, אך ורקמותק, לאחר טיפול ניידת, נחשב לתפקוד סטנדרטי יותר, לאחר טיפול ניידת סטנדרטי, לאחר מכן, לאחר טיפול אלחוטית סטנדרטי, לאחר מכן, לאחר טיפול יעיל יותר, לאחר טיפול אלחוטית, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר טיפול אלחוטית סטנדרטי של LTE גבוהה יותר, לאחר שמירה על ידי מערכת ניהול נתונים אבחון של 5.

תדירות רדיו (RFID)

תגי RFID רכובים על רכבות ותשתית מעקב אחר צד מאפשרים זיהוי אוטומטי, זיהוי מיקום, ו מעקב אחר נכסים. Active RFID Transponders ניתן לקרוא ממרחקים של מעל 100 מ', מתן עדכונים מדויקים במיקומים קריטיים כגון מתגים, אותות ופלטפורמות תחנה. טכנולוגיה זו משמשת בדרך כלל בשילוב עם מסלולים או נגד אקסקל לספק זיהוי אוטומטי.

היתרונות של תקשורת אלחוטית ברכבות

אבטחה מוגברת באמצעות מעקב מתמשך

מערכות אלחוטיות מאפשרות שידור מתמשך של מיקום הרכבת, מהירות, ומעמד מתפתל למרכזי בקרה מרכזיים.זה מבטל את הנקודות העיוורים הטמונים בסימן חסימת קבוע, שבו ניתן רק להציב רכבות בתוך קטעי מסלול דיסקרטיים.עם אותות אלחוטיים, העברת אותות הופכת להיות אפשרית, המאפשרת רכבות לפעול במרווחים קרובים הרבה יותר תוך שמירה על מרחקים מרהיבים של התנגשויות - כגון אלה המשמשים במקרים של Clogging (BTC) אם תעבורה אוטומטית על מנת לצמצם את התנועה של שליטה (מסלולארית) של נתונים (מסלולארית) באופן משמעותי על פני השטח) אם היא מוגבלת (מסלולארית) באופן משמעותי על פני השטח האלחוטית (מסלולאריכים) אם היא מוגבלת (מסלולארי) על פני השטח) של מערכת אבטחה).

יעילות וכושר להשיג

היכולת לתקשר ישירות עם כל רכבת מקווי מרכז הבקרה, ניתוק, ותקנה מהירה. במסדרונות רכבת מחוסנים, אותות אלחוטיים יכולים להגדיל את יכולת הקו ב -30-50% על ידי צמצום כבישים מ 2-3 דקות בסימון קונבנציונלי ל 90 שניות או פחות במערכות CBTC.עבור רשתות מטרו עירוניות, זה מתורגם לזמני המתנה קצרים יותר ונסע גבוה יותר ללא הנחת מסלול חדש, בנוסף להורדת חשמל אוטומטית (Alinks) להורדת צריכת חשמל אופטימתקני CTO.

חיסכון בעלויות ותשתיות סימולציה

החלפת קילומטרים של כבלים נחושת, מגדלי אות עוקבים, והודעות מס בקתה עם כמה מגדלי תחנת בסיס להפחית באופן דרסטי את הוצאות ההון ותחזוקה מתמשכת.רשתות אלחוטיות קל יותר לקבוע מחדש כאשר מסלולים משתנים או כאשר תחנות חדשות נוספו. Utilities כגון אספקת אותות וסיבים אחוריים אלחוטיים ניתן לשתף עם שירותי רכבת אחרים (למשל, Wi-Fi, CCTV), תוספת של רמה נמוכה יותר של איכות חיים סטנדרטית (מינימום של מערכת אבטחה).

גמישות ו Scalability

רשתות אותות אלחוטיות יכולות להתרחב באופן מצטבר על ידי הוספת תחנות בסיס ותוכנה שדרוג, מבלי להפריע לפעולות קיימות.זה מקל על רכבות לפרוס אות באזורים מרוחקים, מעבר לגבולות, או על קווים נמוכים-טרפים שבהם תשתיות חוטות יהיו יקרות באופן בלתי חוקי.עבור אזורי ומסילות רכבת, מערכות אלחוטיות מאפשרות "אור" אותות שעדיין עומדים בסטנדרטים בטיחותיים תוך כדי לאפשר היווצרות גמישים ומורכבים יותר.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות הרבים שלה, תקשורת אלחוטית בזיהוי רכבת אינה ללא אתגרים.יש לטפל בזהירות על מנת להבטיח שהמערכת המתקבלת היא בטוחה ואמינה כמו קודמו.

אותות Interference and Coverage Gaps

אותות רדיו ניתן למנוע על ידי שטח, מנהרות, מבנים, רכבות אחרות.במנהרות עמוקות חולפים, כבלים דליפות או אנטנה מבוזרת נדרשים לעתים קרובות לשמור על כיסוי. קידוד רב-פת והשתקפות יכול לגרום לאובדן של קבצים נתונים, אשר, אם לא מצטמצם על ידי תיקון שגיאות חזק ו Redundancy, יכול להוביל להורדת אותות.

איומים על סייבר

ממשקים אלחוטיים מרחיבים את פני השטח של ההתקפה עבור שחקנים זדוניים.אות נתונים, אם יירוט או מניפולציה, עלול לגרום לתאונות קטסטרופליות (הגנה מפני מתקפות סייבר דורשות הצפנה, אימות, זיהוי חדירה, והפרדה של ביקורת בטיחות מתנועה שאינה ביקורתית.הגירה לרשתות מבוססות IP (5G/FRS) הופכת את האמצעים האלה אפילו יותר חיוניים, כמו רכבות חלק ממערכות אקולוגיות גדולות של IoT, כמו IFSTACTI) ו-R.

בעיות ספציפיות של Allocation and Regulatory

רכבות פועלות בלהקות תדר ייעודיות (למשל, 876-880 MHz / 921-925 MHz עבור GSM-R) כדי להימנע מהתערבות עם שירותים אחרים.כמו טכנולוגיות חדשות כמו 5G להשתמש בלהקות תדר גבוה עם מאפיינים שונים של ההרחבה, הרגולטורים חייבים להקצות ספקטרום כי מאזן עם כיסוי.תיאום בינלאומי נדרש גם כדי להבטיח יכולת בין-גבול, במיוחד באירופה שבו רכבות חוצה גבולות לאומיים לעתים קרובות, רדיו בינלאומי (Wide) הוא בטוח, אך הוא זמן אבטחה.

יכולת והתאמה

מערכות אותות אלחוטיות מיצרנים שונים חייבות להיות מסוגלות לתקשר בצורה חלקה, במיוחד על מערכת ניהול הרכבות האירופית (ERTMS) מסדרונות.זה דורש דבקות קפדנית של מפרט ETCS עבור ממשקי פערי אוויר (אירורדיו), אשר מוגדרים על ידי סוכנות הרכבות האירופית.עם זאת, גרסאות לאומיות ותוספים קנייניים לעתים ליצור פערים בין-אופציונליים.

מקרה מחקר: תקשורת מבוססת רכבת בקרת (CBTC)

CBTC מייצג את היישום המתקדם ביותר של אותות אלחוטיים עבור תחבורה עירונית.זה משתמש תקשורת אלחוטית רציפה ורחבה בין רכבות וציוד דרך כדי להשיג את ההקצאה מדויקת והגנת הרכבת האוטומטית. מערכות CBTC בדרך כלל משתמשות בשילוב של transponders מבוססי מעקב (עבור מיקום מוחלט) ומשקל מרחק מבוסס רדיו (עבור מיקום יחסי).

ערים גדולות כולל לונדון, ניו יורק, שנחאי ופריס הפרו CBTC על קווי המטרו שלהם, עלייה של עד 30% והפחתה דרמטית בעיכובים הקשורים לאות. CBTC גם מאפשר הפעלה ללא נהג (GoA 4), כפי שניתן לראות על המטרו דובאי וקווי החוף של תומסון-מזרח סינגפור.התקשורת האלחוטית של CBTC היא בדרך כלל אדום (רשתות מקוצרות) עם נכשל מתחת ל -100 פעמים, אפילו ערוץ 1F I נשמר על גבי CBTC).

העתיד: FRMCS ומעבר

הנוף התקשורתי של הרכבת הוא על סף של שינוי דורי עם FRMCS, אשר מפותח תחת הנהגת UIC ו 3GPP. FRMCS יחליף את GSM-R לחלוטין, לספק רשת אחת מבוססת IP, כל-in-one התומך בקול, נתונים, וידאו, וסימן ביקורת בטיחות על ערימה אחת.

טכנולוגיות מתפתחות אחרות כוללות קישורים מילימטר (mmWave) לתחנות ולמחסנים של מחסנים, Li-Fi עבור מתקני תחזוקה מקורה, ובלוקצ'יין עבור מסלולי ביקורת מאובטחים של הודעות אותות. אינטליגנציה מלאכותית ולמידה מכונה נשמטו על גבי זרמי נתונים אלחוטיים כדי לחזות כישלונות, לייעל לוחות זמנים, ולזהות בתבניות תקשורת שעשויות להצביע על סייבר בתבניות.

מסקנה

טכנולוגיות תקשורת אלחוטיות הפכו הכרחיות בזיהוי רכבת עכשווית, תוך שימוש בשיפורים חסרי תקדים בביטחון, קיבולת ועלויות גבוהות יותר, בעוד שמערכות של אותות כמו GSM-R ממשיכות לספק שירות אמין, התעשייה מאמצת במהירות LTE, 5G, וה- FRMCS בעתיד כדי לענות על דרישות של צמיחה של נוסעים ונפחים, קווי ראש הדוקים יותר, ורמות אוטומציה גבוהות יותר.