بخشی از مقاله
بررسی جایگاه اترنت در سیستم های نوین شبکه ریلی شهری
×چکیده
پروتکل های ارتباطی در لایه های مختلف یک سیستم کنترل ریلی به تبادل اطلاعات می پردازند با گسترش فناوری های نوین درعرصه ارتباطات ،پروتکل اترنت نقش ویژه ای در هرم کنترل و یکپارچگی ارتباطات ایفا می کند. با گسترش پروتکل اترنت بخصوص اترنت بی سیم ،این پروتکل کاربردهای عظیمی در استقرار وپیاده سازی سیستم های کنترل مدرن در دنیا داشته اشت. اکنون به بررسی استفاده از شبکه اترنت تحت ساختار یک سیستم سیگنالینگ ودیگر شبکه های ریلی شهری خواهیم پرداخت ، دسترسی به اطلاعات جانبی و امکانمانیتورینگ از پارامترهای مختلف ، معرفی آخرین استانداردها وکاربردهای بروز در این حوزه، نرم افزار مربوط به مانیتورینگ شبکه ای از تجهیزات مختلف مواردی است که مورد اهمیت می باشد. می آموزیم وقتی پروتکل اترنت باشد انواع راه حلهای بی سیم نیز در اختیارمان قرار خواهد گرفت. مدلهای پیشرفته ای که قطعا با پیشرفت تکنولوژی در این حوزه کاربردش به صنعت ریلی شهری نیز نمود پیدا نموده است.
واژههای کلیدی : اترنت، سیگنالینگ ، CBTC، پروتکل ، بی سیم.
-1مقدمه
جهت تشریح کاربرد شبکه اترنت در یک سیستم سیگنالینگ ریلی باید ابتدا ساختار و هرم کنترل را شناسایی کنیم.یک سیستم سیگنالینگ و شبکه ریلی با هر سطحی از تکنولوژی از 3 سطح زیر تشکیل یافته است:
.1تجهیزات محلی و کنترلر محلی
.2بستر و ترانک جمع آوری اطلاعات (لایه ارتباطی)
.3تجهیزات مانیتورینگ وکنترل مرکزی (لایه مدیریت)
.1کارشناس برق (کنترل) شرکت قطار شهری مشهد
باگسترش پیشرفتها و تکنولوژی درسیستمهای سیگنالینگ،کنترل کنندگان (Automatic Train Control) ATC
، (Automatic Train Operation) ATOو (Automatic Train System) ATS و...بوجود آمدند دراین سیستمها ،بررسی توقف
قطار (ATS) و یا کنترل اتوماتیک قطار (ATC) بطور خودکار با اشتباه راهبر باعث توقف یا کاهش سرعت می شود.(مرادی(5:1391 به طور کلی سیستمهای ATS و ATC اطلاعات را از طریق باند فرکانسی AF23 در طول خط انتقال می دهند. که این کار بعضی از محدودیتهای فنی قابل توجهی را ایجاد می نماید. اول ، مکان ترنها می تواند فقط بوسیله مدارراهها تعیین شود. اگر هر بخشی ازمدارراه اشغال شود، ورودی مدار راه باید اشغال فرض شود. طول مدارات راه را می توان کوتاهتر نمود اما با اضافه نمودن مدارات راه اضافی به سخت افزار فرعی بیشتری نیاز است. که این کار تحمیل هزینه های اضافی را در برخواهد داشت.
سیستمهای CBTC(Communications-based train control)سیستمهای پیچیده متشکل از توزیع فیزیکی می باشند. که مبنای اجرایی و مجوزهای آنها برپایه بالک متغیر می باشد. اجرای عملکرد موفقیت آمیز این سیستمها نیاز به تعامل و هماهنگیخوب مجموعه دارد درک و فهم شکل دادن و ایجادساختار اولیه طراحی ، الزامات عملکرد و حالت عملیات ،کمک در فهم سیستم همه از یک طراحی سیگنالینگ باپیشرفت و تغییرات خاص نشات می گیرد .طراحی زیر ساخت سیستم های CBTC مطابق شکل 1 شامل موارد ذیل است: .1سیستمهای کنار خط .2سیستمهای نصب شده بر روی قطار (همراه) .3سیستمهای اعزام کننده و یا دریافت کننده ( ایستگاهها ) ( مرادی(6:1391
می توان از مانیتورینگ شبکه ریلی برای سنجش و صحت پارامترهای مختلف استفاده نمود و بدین ترتیب با پایش مداوم درجهت نگهداری پیشگیرانه ، عمر اجزا قطار و ریل را افزایش داد.دراینسیستم ها،یکگیتباسنسورهایفراوان وجود داردکهعلاوهبرآشکارسازیقطار،پارامترهایزیررانیزاندازه گیری می کند. -1بررسیساختارسیستم2 -بازرسیدینامیکیبار-3 بازرسیگاباریوسیلهنقلیه4 -بازرسیحرارتی-5بازرسیبصری6 -تشخیص قطار (بهعنوانمثالشمارهقطار ) -7بررسیپروفیلچرخ -8 محافظ اضافیدردستگاههایی مانند اسلاید آشکارسازهای یاطاقان های داغ -9 جستجوی پیشرفته تشخیص شکستگی ریل -10 پایانه های میان ریل برای ارتباط کارگران برای اعزام یا آموزش. (گرگانی(6:1391
شکل-1 لینکهای ارتباطی سیستم CBTC
در بیست سال گذشته تکنولوژی ارتباطات و اطلاعات سیگنالینگ تغییر یافته است تکنولوژی بیسیم راهی است که قادر به مبادله سیگنالینگ بین قطار و شبکه زیر ساخت را برای مثال قطار در حال حرکت با سرعت بالا فراهم می کند. سرعت بالای سیستمهای ریلی براساس دو زیر سیستم سیگنالینگ می باشد سیستم بلاک رادیویی RB که سیگنال های تصویری را
برای عملیات قطار با یک سیستم رادیویی اختصاصی براساس GSM-R و کامپیوتر سیستم اینترلاکینگ (Computer-(CBI) ) based interlocking) که نقش سیگنالینگ وکنترل در ایستگاه ریلیرا ایفا می کند) جایگزین می کند.درحال حاظر CBI به وسیله یک شبکه سیمی که مناسب برای پایداری بالاست تکمیل میشود اما هزینه نگهداری نصب بالایی دارد.(پاسکال(1:2012
:-2 CBI
به سیستمی که متصل به یک واحد کنترل مرکزی (central control unit)(CCU) میباشد اشاره میکند. CCU در ایستگاه ریلی قرار داردو با چندین کنترلر تجهیزات (FDC)(Field device controllers)روی تراکها قرار داده می شود (شکل .(2 هر FDC به طور پیوسته تجهیزات فیلد راکنترل می کند ووضعیت شان را با CCU مرتبط می نماید.سیستم CBI قادر به کنترل و فرمان تجهیزات فیلد در تراک کنار (مدارهای تراک) اینترلاکینگ ها وچراغ های ترافیک می باشد. هردو عدد FDC روی یک ناحیه عریض توزیع می شود.راهبران ریلی با محدودیت ها ی زیرساخت سیمی CBI در ارتباط با هزینه های نصب و نگهداری مواجهه میشوند.استاندارد برای یک سیستم ایمنی زیاد به آسانی گسترش یافته و دارای فوایدی می باشد .برای مثال اگر یک سیستم با ایمنی زیاد بخواهد در اروپا استفاده شود آن آسانتر خواهد بود اگر آن با سیستم ERTMS (European
Railway Traffic Management System)ترکیب یا تکمیل شود. (پاسکال(1:2012
شکل -2 معماری سیستم CBI
-3×زیر ساخت های موجود:
این قسمت چندین زیرساخت برای شبکه ریلی را به طور متداول که هنوز در توسعه یا در فاز تست می باشد توصیف می
کند.
:ERTMS-1-3
در اتحادیه اروپا بیشتر از 20 سیستم کنترل قطار متفاوت پشتیبانی می شوند.این سیستم ها غیر قابل جایگزین هستند بدین معنی که مقیاس های وسیع باید برای قطار در نظر گرفته شود تا قطار بتواند از مرزها عبور کند.
به عنوان مثال Thalys نیازمند هفت سیستم کنترل قطار متفاوت می باشد تا از آمستردام به پاریس حرکت کند.بدین ترتیب علاج این سیستم مدیریت اروپایی ( ERTMS) می باشد.یک سیستم کنترل واحد اروپایی در همکاری با انجمن اروپایی توسعه پیدا کرده است. (لیجکلما (3:2012
(ERTMS)-1-1-3 چگونه کار می کند:
ERTMS استاندارد GSM(Global System for Mobile Communications) را جهت عملیات ریلی الحاق میکند
که GSM-R نامیده می شود که برای ارتباطات دیتا و شبکه داخلی در محیط ریلی و سیستم کنترل قطار اروپایی (ETCS) استفاده می گردد. سیستمی که قصد دارد نواحی از سیگنالینگ و سیستم های کنترل قطار در اروپا را استاندارد نماید.
مهم ترین یادداشت در مورد ERTMS آن است که می تواند به تنهایی به طور موثر با مجوز دادن به وسیله نقلیه (قطارها و واگن ها) به شبکه تجهیزات ریلی که روی لبه ریل مستقر شده اند مرتبط شود یا روی کنترل متمرکز قطار عمل کند . (لیجکلما (3:2012
-2-1-3ویژگی های کلیدی که به وسیله ERTMSپشتیبانی می شود:
-1استفاده از فرمان - کنترل تا از عملیات ایمنی قطار در شبکه اطمینان حاصل شود(شکل- 2 .(3 با سیگنالینگ استاندارد شده ارتباط برقرار می کند تا اجازه دهد قطارها از مرز های یک کشور با یک سیستم منفرد ، با ایجاد یک بازار آزاد عبور کنند..3 بهینه سازی بهره برداری از ظرفیت خط با بکار گیری سیستم های مدیریت ترافیک.
GSM-R یک ورژن خاص از استاندارد GSM است.ERIENE سراسری (شبکه تسهیل شده رادیویی ریلی یکپارچه اروپایی) MORANE (رادیو برای شبکه ریلی در اروپا) تعریف می شود و قادر می باشد تااجرا را درسرعت های حداکثر 500 کیلومتر در ساعت بدون هیچ اتلاف ارتباطی تضمین نماید.
شکل -3وضع عملکرد ETCS
لایه فیزیکیGSM-R براساس GSM می باشد اما فقط تنها در باند فرکانسی 876 الی 880 مگاهرتزبرای انتقال دیتا بکار می رود وباند 923-921 مگا هرتزبرای پذیرش دیتا استفاده شود. از روش چندگانه تقسیم زمانی TDMA برای دسترسی به
کانال استفاده می کند وآن منحصرا برای ارتباطات ریلی به کار می رود.شبکه های GSM-R در تمامی اروپا در متجاوز از صد هزار کیلومتر از خط گسترش یافته و مجهز شده اند.
ETCS یک سیستم کنترل قطار و سیگنالینگ است که یک سیستم سیگنالینگ یکنواخت را معرفی می کند که در سرتاسر جهان قابل استفاده است و آن قصد دارد جایگزین سیستم های کنترل گوناگون اروپایی شود بدین ترتیب ترافیک قطار های بین المللی راحفاظت می کند. (لیجکلما (4:2012
ETCS-2-3 سه سطح وظیفه ای را پشتیبانی می کند:
سطح یک که به سادگی روی سیستم های سیگنالینگ موجود بنا می شود و تراک ریلی اطلاعات را به قطار می فرستد و به قطار اجازه می دهد ماکزیمم سرعت مجاز را محاسبه کند.
سطح دو یک مرکز بلاک رادیویی (RBC) که قطار را کنترل می کند و قطار ها را با اطلاعات مناسب GSM-R سراسری پشتیبانی می کند در این نقطه بیشترین سیگنالینگ تراک ساید غیر ضروری یا ارائه میشود.
درسطح سوم قطار موقعیت خود را تعیین می کندو موقعیت واجازه جهت رفع وقفه های ثابت وحداقل کردن هدوی مورد نیازبین قطارها را به RBC ارسال می کند. (لیجکلما (6:2012
بدنبال تکنولوژی تجهیزات پیشرفته اتصالات صوتی و تصویری یک سیستم کنترل قطار مدرن یک شبکه قابل اطمینان و ثابت وجود دارد هم چنانکه سیستم های کنترل قطار پیشرفته شده اند نیازهای شبکه کنترل قطار آهنگ خود را حفظ کرده اند . این شبکه نیاز دارد که یک سطح بالای پهنای باند تحویل دهد و قابلیت دسترسی در CCTV و PA و ALARM و سیستم های کنترل روی همان شبکه ها را پشتیبانی کند درحالیکه علیرغم داشتن تمام هزینه معقول مالکیت این سیستم ، تعمیرات یا بار مسئولیت عملی اپراتورها را تحت الشعاع قرار نمی گیرد. .
اپراتورهای ریلی به اجرا و انعطاف پذیری شبکه دست یافته اند آنها به ترکیب Back Bone های اترنت قطار ETB با شبکه های شامل اترنت ECN نیازدارند. این شبکه کامل کنترل قطار باید قادر باشد تا ترافیک در داخل شبکه را مدیریت کند و همچنین اجتناب از تداخل آدرس های IP و نیز انتقال دیتا از شبکه Onboard به شبکه تراک را شامل می شود . شبکه باید قادر باشد در یک قاب متحرک ناپایدار اجرا شود همچنین به طور فیزیکی تغییر می کند زمانی که قطار شامل آن دوباره هماهنگ با شبکه می شود. (موگزا (2012
-4مدیریت پیشرفته شبکه لایه :3
TN5816و TN5818مدلهایتجهیزات مدرن شبکه (شکل (4، عمل سوییچینگ لایه 3 را پشتیبانی می کند.که یکپارچگی چندین Subnet را تقویت می کنند هر واگن شامل توده ای از شبکه می باشدکه از تجهیزات IP یکسان پیکر بندی شده تشکیل یافته بدون آنکه باعث تداخل IP Address ها شود.
سوئیچهای لایه 3 هر شبکه داخلی یک Subnet را تکه تکه می کندو اجازه می دهد اطلاعات و داده بین آنها تقسیم گردد.
