Możliwość wykorzystania publicznych standardów transmisji
Transkrypt
Możliwość wykorzystania publicznych standardów transmisji
PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 113 Transport 2016 7 " Uniwersytet Technologiczno-:]]!/X (,?X Instytut Kolejnictwa 297;*23}*\&2$6\'1;"X7;61\_ STANDARDÓW TRANSMISJI BEZPRZEWODOWEJ *6$6|61;X;'-$2*1;X$X_- KOLEJOWYM /: marzec 2016 Streszczenie: ( ] – badawczych, % & ] C $ ] '! < XX 1. WPROWADZENIE ( stosowania otwartych standardów transmisji w aplika X ] C zawarte w normie PN-EN 50 159-2011. Koncepcj m.in. na Wydziale Transportu i Elektrotechniki Uniwersytetu Technologiczno – Humanistycznego w Radomiu. Zastosowanie otwartych standardów transmisji danych stanowi %]%# & !! ! # +* (ang. Safety Integrity Levels). Zaprezentowane z pracy systemy i koncepcje ! !Xv>x, [6], [8]. W pracy przedstawiono: 298 Andrzej XTomasz , Andrzej , %%^ ! _X koncepcyjne (system ostrzegania kierow X ! !X !#_X nowe propozycje systemów (system ostrzegania o konflikcie po!_] Do zaproponowano w pracy aparat matematyczny w postaci procesów Markowa. !X$ srk](X% zbudowane odpowiednie modele matematycz przeprowadzenie analizy pod |] 2. OTWARTE STANDARDY TRANSMISJI *6$6|61;X;'-$2*1;X RUCHEM KOLEJOWYM ,&! ! -EN 50159:2010 (Zastosowania kolejowe. Systemy X ] ¤ & ieczna w systemach transmisyjnych), [8x] G zowane na poziomie systemu sterowania jako jego element (norma PN-EN50126) oraz jest !X! temów kolejowych normy PN-EN 50129, PN-EN 50128. C! X !& X vx] & bezpiecznego, rozumia! ! & ! ! ] X !X !& ] Stan ten jest definiowany dla poszczególnych typów systemów indywidualnie i tak np. „stan bezpieczny” w systemach zliczania osi oznacza sygn]( systemu !%&! %!X ! #!!+>, [1]. W celu zapewnienia !# !# ce przed #X !] W systemach sterowania ruchem kolejowym otwarta transmisja da%&X* ] %&X% %] . Poza wspomnianym poziomem bezpie- $% & … 299 ^+*_&# X !# ^| _] (!!%%& ziomu ryzyka (norma PN-EN50126), [4]]* &! +* Y -EN 50126, PN-EN 50128, PN-EN 50129. Zastosowanie publicznych standardów transmisji radiowej w systemach kolejowych po ! o mniejszym znaczeniu transportowym, w tym na liniach regionalnych. Jest to istotne X](> wiono wybrane parametry publicznych standardów sieci radiowych. Tablica 1 Parametry standardów bezprzewodowych (oprac. na podstawie [7]) Parametr Standard 2,5 G GPRS, EDGE 3G LTE UMTS, HSPA 3GPP Release 8 WiMax IEEE 802.16e 2km 5-30-100 km 5-15 km 43 Mb/s 2-4 Mb/s 5 Mb/s 512 kb/s – 2Mb/s C! nadajnika 10km Downlink 200kb/s Uplink 80kb/s Vmax terminala 250km/h 250 km/h 250 km/h 120 km/h )| >500ms 50-200 ms 20-40 ms 30-50 ms 384kb/s 7,2Mb/s 160 kb/s – 2Mb/s Medium bezprzewodowe jest %%przewodowe, a przez to %%!%X których celem jest nieauto#X%wprowadzenie szkodliwych danych do sieci. Zgodnie z PN-EN 50159, otwarty system transmisji danych %!%, [1]: !X # przetworzonych pakietów, X# lub przekierowanie telegramów, zmiana !X |!] ( !% # ] % ] ]># niach opartych na transmisji otwartej, [1]. Podstawowy standard A0 dotyczy transmisji utoryzacja nadawcy i odbiorcy informacji. Ten sposób transmisji jest stosowany we wszystkich obecnie eksploatowanych systemach sterowania ruchem kolejowym. W ! ;/;32 dla c! telegramu i CRC ! !. Standard A1 wymaga stosowania 300 Andrzej XTomasz , Andrzej , !#! ] +tandard B0 jest obecnie podstawo zabezpieczenia telegramów w transmisji otwartej w systemach ruchem kolejowym. W standardzie B1 wymagany jest kod kryptograficzny. System transmisji autoryzowany Techniki kryptograficzne z kluczem tajnym nieautoryzowany # / $ % $;$& Niekryptograficzny $ Kryptograficzny $ Niekryptograficzny $ + szyfrowanie Niekryptograficzny $ + kod kryptograficzny Typ Typ Typ Typ A0 A1 B0 B1 /]>]# (op. na podst. [5]) ]<#ansmisji danych. Dodatkowe dane Otwartego Systemu Transmisji Typ A0 A1 Np. "\ Dane uzytkownika z bezpiecznym procesem transmisji $ Np. kod transmisji Typ B0 Dodatkowe dane Otwartego Systemu Transmisji Np. "\ Typ B1 &F (dane zaszyfrowane) z bezpiecznym procesem transmisji (dane zaszyfrowane) $ (dane zaszyfrowane) Np. kod transmisji Dodatkowe dane Otwartego Systemu Transmisji Np. "\ Dane uzytkownika z bezpiecznym procesem transmisji Nieszyfrowany kod $ Kod kryptograficzny Rys. 2. Struktura informacji w systemach bezpiecznej transmisji (op. na podst. PN-EN 50159) Np. kod transmisji $% & … 301 3. KONCEPCJE ;$26*;|61; OPARTE NA OTWARTYCH STANDARDACH TRANSMISJI W KOLEJNICTWIE POLSKIM % standardów transmisji danych w systemach automatyki . ! % przejazdach kolejowych i przejazdach bez zapór (kategorii C), [2]. !, [8]. P munikacji radiowej w podnoszeniu ] Stan stwa, co przedstawiono na rys. 3. ,$/ %& (utrudnienia, naprawy, …) (SIL1) Aplikacje informujace o zdarzeniu (SIL2) ,$/ $ $ (SIL3) !%" kierowców ,$/ $%" $ (SIL4) Dodatkowy system dla maszynistów e-Call (R) Rys. 3. "(op. ]_ " Europejskiej jest stworzenie jednolitego europejskiego systemu powiadamiania o wypadkach dro!]$%&-Call. Podstawowym zadaniem systemu jest ograniczenie #! ej niebezpiecznej sytuacji, [3]. Rozszerzeniem aplikacji e-Call opracowanej dla transportu samochodowego jest analogiczna propozycja dedykowana dla transportu kolejowego, co schematycznie przedstawiono na rys. 4. 302 Andrzej XTomasz , Andrzej , Rys. 4. System e-Call(R) dla transportu kolejowego ^]]_ W ! #, system powinien prze& ^%! _ B+$BSM-/ # % szlaku (lokalizacja GPS), rodzaju zdarzenia (awarii/katastrofy), informacje o liczbie pasa%]*#%&!^! !_ |]$% &%]% tów. jest system ostrzegania na przejazdach [2], gdzie informacja o % ! & ! !] ( % ! 1-3 km. Przedstawiony w koncepcji %%!&!] ( % ! ! & !&B+$#% (np. nawigacji)](! >#%!] ]5. BSC ! ! ! &! Mikrokontroler Rys. 5. Koncepcja systemu ostrzegania % ^]]_ $% & … 303 ] [ ! !!!] Centrum Sterowania ATC MSC BSC BTS BTS Strefa 1 Strefa 2 #;$/ MSC Mobile Switchin Center BSC Base Station Controler BTS Base Transceiver Station ATC Automatic Train Control Rys. 6. +!! ^]]_ * ! ! , przy pomocy GPS, pozycjonowania po! oraz ! ^! _ wywaniu i sytuacji na szlaku, [8]. (! standardów transmisji do systemów sterowania ruchem kolejowym. P! aplikacji jest system opracowany # +]'] / ^linia kolejowa Radom – Tomaszów Mazowiecki). ( !] w odniesieniu do systemu zabezpieczenia przejazdu kolejowego] isyjne wykorzystywane do wymiany in# ! ! ] / ! et metrów od kontenera czujni] ( X %X ! ! +*X ]ydzielonej radiolinii. Pozwo ] Na rys. 7 przedstawiono schemat wykorzystania radiolinii do komunikacji ze sterownikami stacyjnymi i systemem kontroli ] W systemie tym X % telegramy zgodne z typem transmisji B0. Dodatkowo X % ! wykorzystu techniki kryptograficzne z kluczem tajnym. Dane szyfrowane , ! ] lgorytm szyfrowania standardzie AES z kluczem 128-bitowym. Do zaszyfrony jest dodatkowy kod integralno ;/;X zabezpiecza na wykrycie pojedynczych lub wielokrotnych ] 304 Andrzej XTomasz , Andrzej , System samoczynnej sygnalizacji przejazdowej Systemy ;: \ Systemy stacyjne Radiolinia Radiolinia Radiolinia 9600 bit/s / 8 bit data 433.625 MHz 433.675 MHz Radiomodem Radiomodem Rys. 7. Transmisja z wykorzystaniem radiolinii ^]]]vx_ 4. PROPOZYCJE WYKORZYSTANIA PUBLICZNYCH STANDARDÓW TRANSMISJI W CELU POPRAWY -6";-6-{'*1&27-;- SYSTEM 6"2;-0|\&27;62 C % & ]$!& (($X%] $!& ] %&X%X % & # – dodatkowe informowanie, %]/! & w przypadku linii regionalnych, ! & ! % 120 km/h. %X % 1600 m, zastosowanie transmisji !>= %&, rys. 8. Transmisja radiowa – 10 km WiFi, WiMax, ... 1600m Min. ;$ blokowy Rys. 8. C!i bezprzewodowych ^]]_ ! panelu w kabinie maszynisty, który #&%!|%!. Do # X ! &X & $% & … 305 # ! !%] przedstawiono na rys. 9. V2 V1 > V2 1 Data: xx:xx:xxx Godzina: xx:xx Numer toru: x 2 3 ;:: XXX (km/h) #/":: XXXX (m) ,# "& Nadaj numer toru 1 2 3 4 # Rys. 9. !^]]_ % &X % e % nie ingeruje #, nie stanowi % nia ruchem kolejowym. Jest to koncepcja systemu, który pozwoli na ] 5. MODELE SYSTEMÓW W celu przeprowadzenia analizy matematycznej zaproponowano modele oparte na $X ! # maszynistów o sytuacji na szlaku. C ! # sterowa X$! ] >=Y rys. 10a - model bez dodatkowego systemu, rys. 10b - ] a) b) μ2=μ1·(1-pFC) 1 0 3 3 μ3=1/t3 μ3=1/t3 μ1=1/t1 2 1 = ·pF 1 = ·pF (1-pF)· 0 1 μ=1/t Rys. 10. $$X_!!X _^]]_ 306 Andrzej XTomasz , Andrzej , ]>=Y rys. 10a: 61 – &!X μ3 – X] rys. 10b: 6 – &!– X 61 – &!X pF – , pFC– poprawnej reakcji, μ – !X μ1 – !X μ2 – & &X μ3 – czas X] W przedstawionych na rys. 10 %%&Y rys. 10a: 0 - stan poprawnej pracy, 3 - !%X rys. 10b: 0 - stan poprawnej pracy, 1 - #|X 2 - odbiór informacji krytycznej, 3 - !%] ]]>= 0 ><& 6]pF #%!X !< ¦1Ѧ·pF. W przeciwnym >-pF ! > (1-pF)·¦. % ] >= ] / %!Y dP0 (t ) °° dt ® ° dP3 (t ) ¯° dt P0 (t ) O1 P3 (t ) P 3 (1) P0 (t ) O1 P3 (t ) P 3 %&! P3 (t ) t of ]C &% wzorem: A 1 lim P3 (t ) 1 P3 t of P3 O1 P 3 (2) (]>=%%]@!% &Y $% & … dP0 (t ) ° dt ° ° dP1 (t ) ° dt ® ° dP2 (t ) ° dt ° dP (t ) ° 3 ¯ dt 307 P0 (t ) O (1 p F ) P P1 (t ) P0 (t ) O1 P2 (t ) P1 P3 (t ) P 3 P0 (t ) O (1 p F ) P P1 (t ) P1 (t ) O1 (3) P1 (t ) O1 P0 (t ) O1 P2 (t ) P1 P2 (t ) P 2 P2 (t ) P 2 P3 (t ) P 3 /^_!owych, graniczne P3 (t ) t of wynosi: P3 (t ) t of O1 P 2 P1 P 2 P 3 O1 P 2 P 3 (4) C & A %&Y A 1 lim P3 (t ) 1 P3 t of 1 O1 P 2 P1 P 2 P 3 O1 P 2 P 3 (5) W celu porównania % stawione w tablicy 2. W tablicy 3 przedstawiono uzyskane wyniki. Tablica 2 65 ! dla modeli z rys. 10a i 10b L.p. Parametr *(# 1. ¦ 12/h 2. ¦1 ¦1ѦÖpF 3. pF 0.001%, 0.1%, 1%, 10% 4. μ1 5. μ2 6. μ3 30/h μ2=μ1·(1-pFC) gdzie pFC poprawnej reakcji – 0.999 4h Tablica 3 Porównanie wyników ! !QV¢V¢ L.p. 1. 2. 3. 4. ( & A Model z dodatkowym sytuacji krytycznej Model bez dodatkowego systemem systemem 0.001% 0.1%, 1% 10% 0.999520 0.954198 0.675676 0.172414 0.999999 0.999952 0.999522 0.995410 308 Andrzej XTomasz , Andrzej , Otrzymane wyniki &X % ! !#%& !] & AX ] 6. WNIOSKI ( ! ] C!! ]/erzenie systemów stosowanych w transporcie drogowym. C ! !%&!]$ X nienia ! & !] C X ! X % # !! ] C! &! X ! |X % ] Bibliografia 1. Bester L., ,']Y '|!! %X![<=>, CD s. 1856-1862. 2. Bester L.: „'!!adzie przejazdów kolejowych”. Rozprawa Doktorska, (,?X",:/ miu, Radom 2012. 3. @?!/<=>"?><=>]% !;"?^@]"]>[][]<=>X][_. 4. ']X¤C]X,]X"]Y,B#/;+ For Regional Lines Including New Telematic Solutions”. Archives of Transport Systems Telematics, volume 7, issue 3, 2014. s. 13-17. 5. ']X¤C]X,']Y,#«« railway automation systems”. Journal of KONBiN 2(26) 2013, s. 123-136. 6. ']X,]X,']Y/'G Method of Safety Transmission System Certification”. Communications In Computer and Information Science no. 239. p. 47-23, Springer 2011. 7. +$]Y#*,+](skiej, z 100, s. 201-210, Warszawa 2013. 8. ,']Y$!]/@ X(,?X",:/X/<=>. $% & … 309 THE POSSIBILITY OF APPLICATION THE PUBLIC TRANSMISSION STANDARDS IN RAILWAY CONTROL AND MANAGEMENT SYSTEMS Summary: In the paper authors presented conceptions and solutions related with application of wireless radio transmission in railway control and management systems. Presented conceptions are reflected in the work of scientific – research, whose results confirm the possibility of using such solutions for data transmission. The proposed in the paper mathematical apparatus in the form of Markov processes allowed for assessment systems through the prism of reliability parameters. Keywords: railway systems, transmission, safety