Publ_Zagadnienia-Kokumnikacyjne-Syst-zarz

technologie
Zagadnienia
komunikacyjne
towarzyszące
problematyce systemów
zarządzania ruchem – cz. II
Zapraszam do drugiej części artykułu, w której zaprezentowane
są aplikacje zrealizowane na podstawie technologii omówionych
w drugim numerze magazynu „Infrastruktura Transportu”.
Wybrano przykłady systemów pracujących w różnych obszarach
transportu, takich jak kolej, systemy ITS, komunikacja miejska oraz
systemy lotniskowe.
KOLEJ
KOMBUD − modernizacja odcinka
Centralnej Magistrali Kolejowej
Seria ekstenderów ethernetowych
( m o d e my G S H D S L ) D DW- 2 2 0
została wykorzystana przez firmę
KOMBUD S.A. na potrzeby systemów
zdalnego sterowania, zabezpieczenia
ruchu na przejazdach, w systemie
liczenia osi, zerowania liczników
osi i w systemach diagnostycznych
dla modernizowanej blokady EAC
na Centralnej Magistrali Kolejowej.
KO M B U D m a d u ż e t r a d y c j e
w tworzeniu tego typu systemów.
Firma zatrudnia około 200 osób, które
zajmują się projektowaniem, produkcją
i wdrażaniem własnych systemów
sterowania r uchem kolejowym.
Wybór urządzeń podyktowany był
koniecznością zagwarantowania
najwyższej niezawodności i wydajności
w warunkach dużych zakłóceń.
Modemy zapewniają bezawaryjną
łączność w systemach firmy KOMBUD
na odległościach kilku kilometrów,
wykorzystując przewody miedziane
o przekrojach 0,5 mm 2 i 0,8 mm 2.
Urządzenia znamionowo pracują
w temperaturach od - 40ºC do +70ºC;
jest to wymagane dla tych oddalonych
elementów systemu, które są bardzo
narażone na niskie temperatur y
zimą i wysokie latem. Podstawowym
kr yterium w doborze modemów
do projektu była również pełna izolacja
galwaniczna. Zastosowanie takiego
rozwiązania pozwoliło inwestorowi
zredukować liczbę urządzeń w systemie.
Wybrane modemy zintegrowane
są z wieloportowym przełącznikiem
sieciowym i pozwalają tworzyć bardzo
rozległe struktury sieci IP na bazie
łączy telefonicznych. Zredukowano
przez to koszty związane z instalacją
i p ó ź n i ej s z y m s e r w i s owa n i e m
systemu oraz zwiększyła się jego
e fe k t y w n o ś ć i n i e z aw o d n o ś ć .
W modemach zaimplementowano
funkcję automatycznej rekonfiguracji
topologii w wypadku wykrycia przerwy
po stronie DSL lub pierścienia ethernet,
co umożliwia zapewnienie redundancji
połączeń.
Redundancja połączeń być może
będzie również sposobem na niektóre
problemy charakterystyczne dla układów
blokad liniowych i energetyki kolejowej.
www.infrastruktura.elamed.pl
Zarządzalny przełącznik sieciowy
Zuzanna Wieczorek
Tekniska Polska
Przemysłowe Systemy Transmisyjne
Z dokonanych w przeszłości testów
wykonanych dzięki uprzejmości TK Telekom w Szczecinie wynika, że bardzo
obiecujące mogą być również osiągi modemów w stosunku do deklarowanych
parametrów. Na podstawie pojedynczej
pary przewodów o przekroju 1,2 mm²
na różnych dystansach uzyskano dla
starszego typu modemów DDW-100
bez problemu 1 MBit/s na dystansie
prawie 10 km w rzeczywistych trudnych
środowiskach, jakie panują na kolei.
Na dystansie 16 km prędkość transmisji
utrzymywała się niezachwianie na poziomie nieznacznie niższym (ponad
700 kBit/s), przy czym nadal urządzenia
dysponowały jeszcze sporą rezerwą.
Z testów przeprowadzanych w innych
bardzo trudnych warunkach przemysłowych (słabej jakości okablowanie,
duże zakłócenia) wynika, że w wypadku
kabla o przekroju 0,5 mm2 na dystansie
12 km uzyskano prędkość transmisji
na poziomie 2 MB/s dla DDW-222 [2].
Ferrovie Nord Milano – modernizacja komunikacji centrum Saronno
FNM to jedna z czołowych włoskich
firm kolejowych. Inwestycja polegająca
31
technologie
na zmodernizowaniu systemu komunikacyjnego umożliwiła nie tylko udoskonalenie samego systemu zarządzania,
ale również okazała się bardzo korzystna
ekonomicznie. Na bazie infrastruktury
światłowodowej i sieci zbudowanej
na przełącznikach sieciowych serii L328
realizowana jest transmisja danych z zaawansowanych sterowników programowalnych oraz czujników rozlokowanych
przy trakcjach i torach do centrum
Saronno. Cyfrowe sygnały są transmitowane do serwerów aplikacji SCADA.
W centrum zbierane są dane dotyczące
statusu, pozycji i prędkości pociągów,
a także informacje o stanie przejazdów
i zwrotnic oraz wielu innych systemów
odpowiadających za bezpieczeństwo
i jakość obsługi pasażerów [3].
Bombardier − zastosowanie ethernetu na pokładzie pociągu
W Europie ruszają pociągi sterowane
przez Ethernet. Regionalne pociągi
dostarczane przez Bombardier do Niemiec i Holandii są pierwszymi przykładami zastosowania protokołu ethernet
do zarządzania sterowaniem pociągu.
W porównaniu z konwencjonalną siecią
komunikacyjną TCN urządzenia ethernet pozwalają zredukować koszty oraz
poprawić funkcjonalność. Projekt wykorzystuje specjalną platformę RedFox Rail
stworzoną na potrzeby zastosowania
w taborze kolejowym. Dotąd protokół
ethernet wykorzystywany był na pokładzie jedynie w telewizji pokładowej
(CCTV) w celu zapewnienia pasażerom
informacji i rozrywki. W systemie opracowanym przez inżynierów Bombardiera ethernet służy do zarządzania
wszystkimi urządzeniami i systemami
pokładowymi. W pierwszych egzemplarzach ethernet koegzystował jeszcze
z siecią TCN, ale w ciągu dwóch, trzech
lat powinien przejąć całość. System
ten będzie pierwszym, który integruje
wszystkie inteligentne urządzenia pokładowe we wspólną sieć ethernet. Pierwsze
pociągi, w których ethernet całkowicie
zastąpi TCN, są właśnie w fazie projektowania. W funkcjonujących już pociągach
regionalnych sieć ethernet jest w stanie
określić na przykład skład pociągu.
− Realizujemy obecnie projekt, w którym TCN odpowiadać będzie jedynie
za lokalne połączenia, podczas gdy cała
komunikacja będzie realizowana przez
szkielet ethernet (ETB). Rozpoczną one
pracę jeszcze tej jesieni. Jest to kolejny
32
krok do pociągu obsługiwanego w pełni
przez ethernet. Sieć przenosi wszystkie
rodzaje danych koniecznych do sterowania, zabezpieczenia oraz informowania
pasażerów (kamery monitoringu, zapowiedzi dla pasażerów, sterowanie urządzeniami w pociągu). Protokół ethernet
będzie obsługiwał praktycznie wszystkie
systemy – powiedział Klas Englund,
TCMS Product Manager Bombardier
Transportation.
Na jeden wagon przypada średnio
od dwóch do czterech przełączników
sieciowych, podczas gdy pociąg składa się zwykle z od dwóch do ośmiu
wagonów [12].
SYSTEM LOTNISKOWY
Newcastle International Airport
to jeden z najszybciej rozwijających się
brytyjskich regionalnych portów lotniczych, który w związku z założeniami
projektu Environmental Management
System oraz ISO14001 i wymaganiami
partnerów biznesowych zobowiązany
był zastosować się do regulacji ds.
ochrony środowiska naturalnego,
w szczególności zapewnić, że skażona
środkami zapobiegającymi zamarzaniu
płyt i pasów startowych woda nie będzie
się dostawać do naturalnych cieków
i zbiorników wodnych. NIA zainwestowało ponad 1 mln funtów w system
dywersyfikacji skażonej wody. Woda
odprowadzana jest do specjalnych
zbiorników zlokalizowanych na południu i północy lotniska. Systemy filtrów
biodegradacyjnych oraz zbiorników
są stale monitorowane, a woda może
zostać odprowadzona do środowiska
dopiero po osiągnięciu zadowalającego stopnia oczyszczenia, przy którym
nie zagraża już ekosystemowi regionu
wokół lotniska. Krytycznym zagadnieniem jest również dostęp upoważnionego personelu do poszczególnych
procesów i konfiguracji parametrów
statusowych pomp, filtrów i innych
struktur systemu.
Wstępnie wszystkie dane były zbierane do serwerów poprzez klasyczne
łącza modemowe z wykorzystaniem
infrastruktury telekomunikacyjnej lotniska. Niezawodność takiego rozwiązania
pozostawiała jednak wiele do życzenia.
W odpowiedzi na ten stan rzeczy system
został w pełni zautomatyzowany i połączony siecią ethernetową poprawiającą
zarówno niezawodność, jak i szybki
dostęp do krytycznych danych i para-
metrów konfiguracyjnych. Przełączniki
z serii SDW-550 zapewniły połączenie
pomiędzy sterownikami programowalnymi wykorzystując wewnętrzną sieć
intranet lotniska. We fragmentach,
w których należało wykorzystać już
istniejące okablowanie telekomunikacyjne, zastosowano ekstendery ethernet
− DDW-100 − do połączeń z odległymi
zbiornikami.
Wykorzystanie technologii ethernet
umożliwiło stały nadzór i szybki dostęp
z poziomu przeglądarki WWW dzięki
zastosowaniu technologii web serwerów. System w chwili obecnej zyskał
na niezawodności; obniżył się również
koszt jego eksploatacji [4].
W systemach lotniskowych ogromne
zastosowanie znajduje także technologia monitoringu IP, co wymaga zastosowania zarządzanych przełączników sieciowych o dużych przepustowościach.
Równie często konieczne jest integrowanie partii systemu z rozwiązaniami
opartymi na komunikacji szeregowej,
co wymaga zastosowania adapterów światłowodowych (ze względu
na wymagane dystanse) w połączeniu
z serwerami portów szeregowych, lub
wprost − serwerów portów szeregowych
z interfejsami światłowodowymi.
Szczególnie istotne są tu zagadnienia
związane z bezpieczeństwem danych
i niezawodnością. Idealnym rozwiązaniem są więc przełączniki wyposażone
w protokoły automatycznej rekonfiguracji oraz możliwość wydzielania struktur
logicznych (VLAN) [11] i zarządzania
ruchem grupowym (IGMP) [11]. Wykorzystując takie zarządzane urządzenia
komunikacyjne, można stosunkowo niewielkim kosztem stworzyć optymalną
i bezpieczną strukturę komunikacyjną.
Podobnie jak w wypadku zastosowań
dla kolei, marynarki oraz transportu
miejskiego, ethernet jest również coraz
częściej platformą komunikacyjną dla
systemów pokładowych.
W wypadku systemów prostej lub
dodatkowej sygnalizacji przy płytach
lotniska i pasach startowych często
wykorzystywane są rozwiązania bezprzewodowe pracujące zarówno w pasmach nielicencjonowanych, jak i tych
wymagających licencji [10].
SYSTEM ZARZĄDZANIA RUCHEM
DROGOWYM
THEA – Tampa-Hillsborough Expressway Authority na Florydzie − jest
infrastruktura
transportu
3/2009
technologie
inwestorem odpowiedzialnym za utrzymanie i odpowiednią eksploatację
prawie 15 km mostu Reversible Lanes
Bridge zbudowanego nad trasą Selmon
Crosstown Expressway. W zależności
od natężenia ruchu na trasie ustalany
jest kierunek otwarcia mostu. Firma
Transdyn odpowiada za projekt, rozwój
i integrację złożonego inteligentnego
systemu zarządzania ruchem, na który
składają się podsystemy zarządzające
bramkami, dynamiczną sygnalizacją drogową, monitoringiem wizyjnym, detekcją
i weryfikacją pojazdów oraz informacjami ze stacji pogodowych. Sieć komunikacyjna została oparta na rozwiązaniu
ethernet i komunikacji IP, jest złożona
z kilku redundantnych pierścieni o przepustowościach 100 Mb podłączonych
do pierścienia szkieletowego o przepustowości 1 Gb. Cała struktura została zrealizowana z wykorzystaniem okablowania światłowodowego i wieloportowych
przełączników 6K16V firmy GarrettCom
wyposażonych w odpowiednie porty
światłowodowe. Infrastruktura łączy
centra zarządzania ruchem firmy THEA
ze zlokalizowanymi w odpowiednich
punktach trasy urządzeniami zdalnymi,
takimi jak monitory wideo. Informacje
pochodzące z poszczególnych części
systemu muszą być transmitowane
w trybie rzeczywistym.
Sumarycznie system składa się z ponad 40 konfigurowalnych (dynamicznych) znaków drogowych, 25 kamer,
30 bramek ostrzegawczych oraz pięciu
barier. Wszystkie te elementy zarządzane są poprzez Centrum Zarządzania
Ruchem THEA.
W celu optymalizacji sieci (efektywnego wykorzystania dostępnej przepustowości sieci) wykorzystano mechanizmy
nadawania priorytetów krytycznym
danym oraz protokoły obsługi ruchu
grupowego IGMP-L2 udostępniane
przez przełączniki sieciowe. Topologia
sieci w połączeniu z protokołem automatycznej rekonfiguracji zachowuje swoje
możliwości komunikacyjne dla punktów
wielokrotnej awarii połączeń. Sieć jest
zdalnie zarządzana i monitorowana przy
wykorzystaniu informacji diagnostycznych oferowanych przez protokół SNMP
przełączników sieciowych 6K16V.
Dzięki temu projektowi udało się
zwiększyć przepustowość trasy o 150%,
co pomogło wyeliminować powstające
w godzinach szczytu przestoje drogowe [5].
Aplikacja – lotnisko NIA
Idea kreowania wirtualnych podsieci LAN
www.infrastruktura.elamed.pl
33
technologie
SYSTEM BILETU ELEKTRONICZNEGO
DLA KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ
System elektronicznych opłat za przejazd, jak wcześniej wspomniano, jest
przeważnie częścią Scentralizowanego
Inteligentnego Systemu Zarządzania
Ruchem. Na potrzeby systemów opłat
za przejazd i oprogramowania dla
przemysłu transportowego w Central
Puget Sound (Region Waszyngtonu
koło Seattle) 2500 autobusów wyposażono w przełączniki sieciowe Westermo.
Nowy system płatności za przejazd
przyniesie 250 mln $ rocznie dochodu
na 130 mln przejazdów. Zastosowano
technologie inteligentnych kart, które
są powiązane z systemami płatności
za przejazd głównej agencji transportu
w tym regionie. Projekt nadaje odpowiedni kształt między innymi transakcjom za przejazd oraz stanowi wspólną
platformę dla różnych obszarów i stref
kompetencyjnych. Pozwala klientom
nabywać lub sprawdzać regionalne karty
opłat za przejazd poprzez biuro obsługi
klienta, telefon czy internet. Umożliwia
im ich odczyt/aktualizację w prawie
2500 procesorach transakcji. Procesor
transakcji jest formą zdalnego terminala,
bezstykowo komunikującego się z kartą
inteligentną, i zapewnia płynną komunikację pomiędzy użytkownikiem i systemem. Każdy autobus wyposażony jest
w opatentowany procesor kart CP5000
i terminal u kierowcy. Zastosowano
bezstykową wymianę danych pomiędzy
inteligentnymi kartami i częścią systemu
zlokalizowaną na pokładzie autobusu.
W systemie na dużą skalę zastosowano
przemysłowy standard ethernet. Wykorzystano niezarządzane przełączniki
sieciowe SDW-550B. Najistotniejszymi
kryteriami wyboru sprzętu sieciowego
były szerokie zakresy temperatur pracy,
odporność na ciągłe wibracje, niski pobór mocy i możliwość poprawnej pracy
przy okresowych spadkach napięcia
zasilającego. Seattle jest pierwszym
miastem w USA, gdzie na tak dużą skalę
wykorzystano transmisje danych w standardzie ethernet w autobusach i innych
miejscach [13].
Obecnie trwają plany wprowadzenia
Inteligentnych Systemów Zarządzania
Ruchem wraz z systemami elektronicznych rozliczeń za przejazd dla
aglomeracji śląskiej. Więcej informacji
na temat tego projektu, który ma być
częściowo finansowany z Funduszy
UE, można znaleźć w [1].
34
Bezpieczeństwo
systemów komunikacyjnych
Jednym z najważniejszych zagadnień
w przypadku opisanych scentralizowanych systemów zarządzania jest zagadnienie bezpieczeństwa danych.
W ogromnej większości rozwiązania
bazują na prywatnej infrastrukturze inwestora i zagadnienie to sprowadza się
do rozwiązań szczebla odpowiednich
zabezpieczeń informatycznych. Sprzęt
musi oferować funkcjonalność zabezpieczonego dostępu, tj. podstawowego
ograniczania dostępu użytkownikom
nieupoważnionym. W kwestiach konfiguracji i diagnostyki takim podstawowym zabezpieczeniem są wielopoziomowe hasła dostępu użytkownika.
W problematyce związanej z samym
funkcjonowaniem sieci już odpowiednie urządzenia komunikacyjnej
warstwy drugiej [przyp. Model komunikacyjny OSI] (przełączniki sieciowe)
oferują nam takie rozwiązania, jak filtry
adresów MAC, możliwość wydzielania
wirtualnych sieci lokalnych (VLAN),
a także kontrolę dostępu 802.1x.
Urządzenia warstwy trzeciej, takie
jak na przykład routery, powinny być
wyposażone w dużo bardziej zaawansowane rozwiązania tzw. ścian ogniowych
(ang. Firewall), możliwości autoryzacji
np. poprzez serwery Tacacs, Radius.
W momencie gdy istnieje konieczność wykorzystania sieci publicznej, rozwiązaniem są sieci VPN, czyli wirtualne
sieci prywatne [Virtual Private Network],
czyli szyfrowane połączenia/tunele tworzące zastrzeżoną sieć korporacyjną.
W wypadku wykorzystywania połączeń bezprzewodowych typu GPRS powszechne jest wykorzystywanie prywatnych punktów dostępowych (prywatny
APN), co umożliwia stworzenie bardzo
rozproszonej, ale logicznie lokalnej sieci,
z pulą prywatnych adresów do rozdysponowania. Adresy prywatne, a tym samym
sieć, nie będą dostępne z poziomu sieci
publicznej, mimo że wykorzystana jest
infrastruktura globalna.
Zdecydowanie najbardziej narażone na wszelkie ataki lub ingerencje
z zewnątrz są rozwiązania bezprzewodowe WiFi (802.11). W związku z tym
wszystkie sieci, w których wykorzystuje
się taki rodzaj transmisji, muszą być
bezwzględnie dobrze zabezpieczone
i szyfrowane z wykorzystaniem zaawansowanych protokołów kryptograficznych (np. AES). Istotne przy wyborze
sprzętu stają się więc jego możliwości
w tej kwestii.
Podsumowanie
Biorąc pod uwagę kierunek migracji
do coraz bardziej zaawansowanych
inteligentnych systemów zarządzania,
nieuniknione staje się zazębienie
potężnych zagadnień, jakimi są: telekomunikacja, informatyka i automatyka.
Tworzy to nowe spojrzenie na problematykę projektowania i integracji
systemów, które muszą stawać się coraz
bardziej uniwersalne, wielopoziomowe
i łatwe w rozbudowie.
Zastosowania sieci IP w systemach telematycznych dają ogromne możliwości
rozwoju i obniżają koszt ich eksploatacji
oraz wdrażania, a także ewentualnej
rozbudowy. Dynamiczny rozwój protokołów oraz rozwiązań sprzętowych
w dziedzinie komunikacji wykorzystującej standard ethernet oraz technikę
IP prowadzi do uproszczenia zagadnień
transmisyjnych poprzez wykorzystywanie uniwersalnych rozwiązań o ciągle
rosnącym potencjale. W zastosowaniach
przemysłowych oraz innych, wymagających podwyższonej niezawodności,
należy tylko pamiętać o wyborze sprzętu
oferującego odpowiednią funkcjonalność
oraz odporność środowiskową dla specyficznych warunków. Dzięki szerokiej dostępności tego typu rozwiązań na rynku
można w pełni korzystać z możliwości,
jakie niesie za sobą gwałtowny rozwój
technologii informatycznych.
Więcej informacji technicznych oraz
informacji o aplikacjach referencyjnych
można znaleźć na stronach www.tekniska.pl, www.westermo.com, www.garrettcom.com, www.elprotech.com. q
Piśmiennictwo dostępne w redakcji
Summary
The rapid growth in the area of communication solutions both for commercial
and industrial use made development
of centralized intelligent management
systems possible. The need for such multilevel systems has been noticed in most
of industrial areas, including transportation
systems. Combining these needs with the
new attitude to communication systems
using Ethernet/LAN structures and protocols results in emerging more and more
fully automated, centralized management
systems of very high data operation capacity which additionally decreases cost
of their modernization, development and
maintenance.
infrastruktura
transportu
3/2009