SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI NEL MONDO FERROVIARIO Ing. Daniele Cunsolo Ing. Girolamo Clemenza Catania, 26/03/2014 Il Gruppo FS Italferr è la società di ingegneria del gruppo Ferrovie dello Stato Italiane, una holding moderna dove ogni singola società svolge il proprio ruolo, in piena autonomia per rispondere alle attese del cliente. FS SpA Holding RFI Infrastruttura ITALFERR Ingegneria TRENITALIA Trasporto Altre Società Gruppo FS 2 La Mission aziendale Obiettivo del gruppo Ferrovie dello Stato Italiane è: o Dotare l’Italia di un sistema ferroviario capace di rispondere alle esigenze di mobilità del Paese, nel rispetto di tempi, costi e finanziamenti disponibili. Missione di Italferr è: o Assicurare la realizzazione degli investimenti del Gruppo nel rispetto dei tempi e dei costi previsti e secondo alti standard di qualità, garantendo tutte le attività di carattere tecnico e gestionale necessarie, dalla progettazione alla messa in esercizio; o Esportare il know how ferroviario italiano sviluppando progetti infrastrutturali e di innovamento tecnologico delle infrastrutture. 3 Le attività in Italia I principali progetti di Italferr per le ferrovie italiane riguardano: Sistema Alta Velocità / Alta Capacità Linee interregionali (direttrici) Nodi urbani Valichi alpini Tecnologie gestionali e di controllo del traffico Sistemi di elettrificazione Depositi/Officine di manutenzione del materiale rotabile Stazioni Centri intermodali merci e interporti 4 Italferr nel mondo Italferr ha lavorato e lavora su progetti ferroviari in più di 60 paesi 5 Telecomunicazioni e Ferrovia speed profile Train condition (position, weight, no. of wagons,...) GPS Antenna 8 SCM T 6 GSM-R network Antenna EURO-Balise (passive) Radio B lock Center E RTMS GPS = Global P ositioning S ystem 6 Telecomunicazioni: sottosistemi SUPPORTI TRASMISSIVI (CAVI) SISTEMI DI TRASMISSIONE (SDH / PCM) SISTEMI TELEFONICI IMPIANTI DI INFORMAZIONE AL PUBBLICO E DI SERVIZIO SISTEMA RADIO GSM-R RADIOESTENSIONE IN GALLERIA GSM-P SISTEMI TLC PER LA SICUREZZA NELLE GALLERIE 7 Supporti trasmissivi di Dorsale - Cavi • LUNGA E MEDIA DISTANZA: Cavi fibre ottiche Cavi telegrafonici in rame • DISTRIBUZIONE LOCALE (piazzale): Cavi secondari in rame 8 Cavi in fibra ottica 8, 16, 24, 32 FO SINGLE MODE per trasmissioni a banda larga (diametro del core 8-10 µ; trasmissione in seconda finestra λ 1310 e terza finestra λ 1550 nm) Fibre ottiche (naturale-blu) Supporto in vetroresina Tubetti loose tamponati Guaina di poliuretano nera T.T.528 8, 16 FO MULTIMODO (obsolete) per applicazioni speciali (diametro del core 50-62.5 µm; trasmissioni in seconda finestra - λ 1310) Filati aramidici Nastro acciaio corrugato acciaio corrugato Miscela bituminosa polietilene Guaina di polietilene nera 9 Cavi in rame quarte 0,9 mm TA coppie schermate 0,9 mm coppie 0,9 mm TE fasciatura fasciatura + barriera termica guaina AL liscia saldata guaina in polietilene 10 Cavi: esempio di dorsale 11 Sistemi di Trasmissione: SDH – PDH • SDH Synchronous Digital Hierarchy è un protocollo di livello fisico, ossia di trasporto, usato per la multiplazione a divisione di tempo (TDM) di flussi di dati a differente bit-rate, ritrasmessi tutti insieme su grandi distanze. Il protocollo SDH si basa sul fatto che tutti gli elementi della rete sono tra loro statisticamente sincronizzati con lo stesso clock con una precisione molto elevata (stessa frequenza e stessa fase). • PDH : Plesiochronous Digital Hierarchy e un protocollo di rete di livello fisico usata nelle reti di telecomunicazione per trasmettere grosse quantità di dati multiplandole su una rete di trasporto digitale. 12 Sistemi di Trasmissione: SDH – PDH • 64 Kbit/s = 1 single channel • 32 ch 64 Kbit/s • 63 - 2 Mbit/s • 4 - STM1 155 Mbit/s 622 Mbit/s (SDH – STM4) • 4 - STM4 622 Mbit/s 2.5 Gbit/s (SDH – STM16) • 4 - STM16 2.5 Gbit/s 10 Gbit/s (SDH – STM64) 2Mbit/s (PDH) flusso 155 Mbit/s (SDH – STM1) 13 14 TRANSMISSION SYSTEM: Italian SDH Backbone ADM1-4-16 ADM64 15 ADM4 ADM 1 16 TRANSMISSION SYSTEM: SDH hierarchy levels Camera PLC 7600 SDH backbone Access device Transport device 17 Sistemi Telefonici Telefonia di servizio (proprietaria) Sistema di Telefonia Selettiva Integrata (STSI) (linea) Sistemi Telefonia Selettiva Tradizionale (linea) Sistema di Telecomunicazioni Integrato (STI) (PC-SCC) Centrali telefoniche compartimentali (PABX) Linee telefoniche pubbliche 18 Sistemi Telefonici - STSI Impianto telefonia selettiva tradizionale circuiti telefonici seletiivi tradizionali DC DCO V bis DOTE V TE MAN CTD Conc. Telefonico DC/DCO telefonia selettiva collegamenti BL ... Console provvisoria, entrerà in STI DM SISTEMA DI TELEFONIA SELETTIVA INTEGRATA PCM STI - DIP GSM-R richiusura omnibus PCM UTL STSI Omnibus A Omnibus B richiusura circuiti omnibus STSI CTS0 UTL CTM STI DCO STSI CTS I.T. TS TS . . . TS Console provvisoria, entrerà in STI STSI Interstaz. A FS3/10 Circuiti telefonici di tratta Telefoni lungo linea STSI Interstaz. A Interstaz. B TS TS . . . TS DM 1 UTL GSM-R STSI - CTS Intermedio TS TS . . . TS STSI CTS F.T. DS/TDS criteri di impegno/ occupato Ingresso da Impianto di Inf. al Pubblico TS TS . . . TS DM 2 DCO SCC UTL GSM-R STSI CTS Interm. STSI Interstaz. B TS TS . . . TS UTL GSM-R GSM-R Diagn. DCO Direttrice 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 # DOTE ... DCO DM DOTE IaP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 # STAZIONE 1 TS TS . . . TS Amplif. DS STAZIONE DI FINE TRATTA STAZIONE 2 Telefoni di linea STSI (PBI, PL, ecc.) Diagnostica Direttrice DOTE DM DOTE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 # 1a Cat. Nord ... DM DOTE DM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 # Telefoni di piazzale STSI Piazzale Nord DOTE ... DM DOTE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 # 1a Cat. Sud Piazzale Sud Console D.M. STAZIONE n-esima 19 Sistemi Telefonici - STSI Elementi caratterizzanti Concentratore Telefonia Selettiva (CTS) Console Movimento (DCO/DC, DM) e TE (DOTE o SSE) Telefono secondario in cassa stagna (piazzale e linea) Telefono secondario da interno (uffici e posti di guardia) Dorsale di comunicazione principale Omnibus Dorsali di comunicazione Interstazionale Circuiti di piazzale (secondo livello) Collegamenti con apparati GSM / GSM-R Postazione di telediagnostica e diagnostica e configurazione 20 Sistemi Telefonici - STI Schema di principio 21 Sistemi Telefonici - STI Integrazione di tutti i sistemi di telefonia 22 RAILWAY TELEPHONE SYSTEMS INTEGRATED TELEPHONE SYSTEM (STI): 23 Sistemi Telefonici - STI Elementi caratterizzanti Interfacciamento e Concentrazione di circuiti di tecnologia diversa Accesso unificato per l’operatore DCO ai circuiti telefonici selettivi, rete telefonica commutata FS e PSTN, rete GSM-R Integrazione delle funzionalità GSM-R per Dispatcher fisso (DC/DCO) Registrazione delle conversazioni ai fini dei dispacci DCO / DM / PDM / PDS e MAN / Lavori Assegnazione dinamica delle tratte/circuiti telefonici ai banchi operatore DCO tramite scambio informazioni da SCC Presentazione dinamica dei treni in tratta con tasti di chiamata dedicati Postazione di diagnostica, configurazione e riascolto/archiviazione registrazioni vocali 24 Sistemi Telefonici - STI POSTAZIONE OPERATORE LINK CIRCOLAZIONE SCC 25 Impianti di Informazioni al Pubblico (I.a.P.) Audio Video V 26 I.a.P.: Architettura di Sistema Supervisione della circolazione Amplificatori Pannello di Controllo Unità Centrale Trombe Diffusori Pannello Informativo Convertitore Postazione Operatore Altoparlanti Elettro-Ottico Rete Ottica Pannello Informativo Pannello Informativo 27 Informazioni al Pubblico (I.a.P.) – dispositivi video 28 Informazioni al Pubblico (I.a.P.) - dispositivi audio Trombe DS Diffusori 29 Sistema GSM-R • Il GSM-R è una piattaforma di comunicazione radiomobile, dedicata alle reti ferroviarie europee e definito da parte di UIC (Progetto Eirene) e dal Consorzio Morane. • EIRENE definisce i requisiti che soddisfano le esigenze della comunicazione mobile delle reti ferroviarie europee, le comunicazioni ferroviarie terra - treno di servizio sia di tipo fonia che dati (radiosegnalamento). MORANE MObile radio for RAilway Networks in Europe UIC Union Internationale des Chemins de Fer 30 Sistema GSM-R Le FS stanno applicando/prevedendo tale sistema su circa 10.000 Km di linee tradizionali e AV/AC. Per le tratte AV/AC la copertura radio GSM-R è ridondata per sicurezza. 31 GSM-R NETWORK: ARCHITECTURE IN Intelligent Network Mobile Switching Centre Proprietary Interface Standard Interface RBC Radio Block Center TRAU Transcoder and Rate Adaption Unit OMC-S BSC Base Station Controller Air interface BTS Base Transceiver Station SDH Transport Network Asub/Ater interface OMC-R OMC-R (Operation and Maintenance Centre) Abis interface 32 Architettura della rete GSM-R In te llig e nt N e tw o rk S w itch in g su b syste m S S S B a se sta tio n s u b syste m B S S AC E IR GCR SM P HLR VLR GR SCP R a ilw ay a n d p u b lic n e tw o rk s IS D N BTS BSC M SC / SSP O p e ra tio n + m a in te n a nce su b syste m GPRS GG SN OMS C ab ra d io e m b a rca d o D a ta n e tw o rk s G D /T L C S u p p le m e n ta ry s e rvic es ABC GSN VM S PLM N In tra n e t SM S RBC ABC AC BSC BTS E IR GCR A d m in is tra tio n an d B illing C e n ter A u th e n tic a tio n C e n te r B a se S ta tio n C o n troller B a se T ra n sce ive r S ta tio n E q u ip m e n t Id e n tifica tio n R egis te r G ro u p C all R e giste r GPRS GR GSN HLR MSC RBC G e n e ral P a c ke t R a dio S e rvice s G P R S R e g is te r G P R S S u p p o rt N o d e H o m e L o ca tion R e gister M o b ile S e rvice s S w itchin g C e n te r R a d io B lo ckin g C e n te r SCP SMP SMS SSP VLR VMS S e rvice C on trol P oin t S e rvice M a n a ge m e n t P o in t S h o rt M e s sa g e S e rvice S e rvice S w itc hin g P oin t V isito r Lo ca tio n R eg iste r V o ice M a il S ervice 33 Struttura e servizi del GSM-R Frequenza: Banda Radio GSM-R Up Link 876-880 MHz - Down Link 921-925MHz R- E-GSM 870 880 P-GSM 890 900 4 MHz 10 MHz 25 MHz Uplink R- E-GSM 910 920 P-GSM 930 940 4 MHz 10 MHz 950 960 970 f/MHz 25 MHz Downlink terminals operate in full 900 GSM frequency range 34 GSM-R - principali funzionalità ferroviarie Functional addressing Location Dependent Addressing Presentation of Functional Number Access Matrix eMLPP VGCS VBS 35 GSM-R - principali funzionalità ferroviarie Functional addressing: capacità di chiamare un treno usandone il numero GSM-R network MSC Fixed network IN Func. Number Func. Number MSISDN Location Dependent Addressing: capacità di chiamare, utilizzando lo stesso numero, operatori diversi a seconda della posizione geografica del chiamante IN Short Code E.164 Number Cell based routing MSC Controller C established connection Controller area A Cell 7 Cell 6 Controller A Cell 5 Cell 4 Cell 3 Cell 2 Cell 1 Controller area B Controller Controller B area C 36 GSM-R - principali funzionalità ferroviarie Presentation of Functional Number: presentazione al chiamante e al chiamato del numero funzionale chiamato e chiamante Access Matrix: il gestore della rete può consentire/inibire chiamate tra categorie funzionali differenti eMLPP: capacità per chiamate ad alta priorità di interrompere chiamate a bassa priorità in caso di risorse radio non disponibili 37 GSM-R - principali funzionalità ferroviarie VGCS: chiamate di gruppo VBS: chiamate broadcast 38 GSM-R – linee tradizionali e AV Linea Commerciale (storica): copertura radio non ridondata Linea AC/AV: copertura radio ridondata: numero doppio BTS e sistema trasmissivo ridondato 39 GSM-R linea ad alta velocità In caso di guasto o interruzione di una BTS: Le BTS adiacenti forniscono la copertura Radio e il traffico sul canale GSM-R 40 GSM-R linea ad alta velocità Tipico caso di passaggio di copertura - condizioni normali e di guasto (o interruzione) di una BTS ~ -60dBm Passaggio di copertura ad una BTS adiacente ~ -80dBm Livello minimo di riferimento Viaduct Passagggio di copertura da una Tunnel Condizioni normali con la BTS in servizio BTS ad un’altra dopo un guasto 41 GSM-R linea ad alta velocità La connessione tra la BTS e il BSC è ridondata 2 vie separate per la rete di trasporto SDH BSC BTS BSC “LOOP” Connection BTS-BSC (Normal & Spare) ADM-1 fibre Optic STM-1 – 155Mbps ADM-1 ADM-1 Abis Doppia interfaccia Abis sul lato della BTS ADM-1 ADM-1 BTS BTS Caso di un guasto su: •Fibra Ottica •Dispositivi di Trasporto SDH •Interfaccia Abis “Loop” Connection ADM-1 ADM-1 BTS BTS BTS Base Transceiver Station (BTS) 42 GSM-R linea ad alta velocità Terza via di collegamento tra BSC e BTS di sopra la rete di Trasporto SDH La terza via è geograficamente separata e fuori dal lato HSL 43 GSM-R linea ad alta velocità Vengono utilizzate due antenne in tunnel per la Copertura Radio il GSM-R : Condizioni normali: n 2 antenne (Phased Array) Radio Miglioramento della Qualità della Copertura Condizioni di guasto: Il guasto di una antenna non influisce sul servizio GSM-R Antenna Phased Array ϕ Sfasatore BTS Base Transceiver Station (BTS) 44 Copertura radio/cell planning 45 Sistema GSM-R – GSM-R & ERTMS EIRENE fornirà il supporto radio per l'ERTMS / ETCS Gli strati EURORADIO GSM-R sono responsabili di garantire la sicurezza complessiva della ERTMS supporta: linea di trasmissione tra le 1. Invio dei messaggi contenenti l’informazione applicazioni terra/treno di posizione dal treno al centro di controllo ERTMS / ETCS. (Radio Block Center). 2. Invio del messaggio di Movement Authority dal centro di controllo al treno (contenente le informazioni di velocità e spazio da percorrere). MSC DATA NET RBC 46 Linea Convenzionale Progetto di Segnalazione 2. Distanza tra i treni _ Linea Convenzionale S101 S103 SBA 101 S105 SBA 103 S107 SBA 105 SBA 107 SBA 101 = Segnale di Blocco Automatico 101 = Block Section Signal (main signal) n. 101 48 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale S101 S103 S105 S107 49 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale S101 S103 S105 S107 50 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale S101 S103 S105 S107 51 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale S101 S103 S105 S107 52 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale S101 S103 S105 S107 53 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale S101 S103 S105 S107 54 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale S101 S103 S105 S107 55 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale S101 S103 S105 S107 56 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale S101 S103 S105 S107 57 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale La distanza tra i treni è assicurata da una sequenza codificata di aspetti del segnale. Qui di seguito, un esempio di sistema AB basato su 3 colori G V V V R G V V R G V R G V 58 2. Distanza di sicurezza _ Linea Convenzionale Sistema AB basato su 3 colori G V R V G V R V 59 ERTMS DESIGN 3. ERTMS _ STI compliant line Movement Autorithy GSM-R Radio Emergenze Position Report Radio Block Centre Segnalamento luminoso opzionale ETCS Balise End Of Authority Statica 61 ERTMS L2 - DATA FLOW Position Report New MA MA RBC New EoA EoA On board Devices Specifications ERTMS - DMI Conventional DMI Driver Board Max allowed speed (300 km/h) Current speed (102 Km/h) Current Mode (Full Supervision) State of TLC connection 64 OCC _ CONTROL ROOM RBC monitor IXL monitor GSM-R: CAB RADIO Cab Radio per voce e dati 66 GSM-R: BSS DEVICES BTS indoor: BS240 Siemens 1600x600x450 mm BTS outdoor: BS241 Siemens 1700x700x650 mm BSC TRAU 67 GSM-R: sito di Pozzo Zanardi ADM – quadro alimentazione 1000V BTS4 - NSN 241 68 GSM-R Passante AV Bologna Antenne phased array BTS9 - NSN 240 69 GRSM-R NSS & RBC 70 71 COPERTURA RADIO DELLE GALLERIE la copertura radio delle gallerie è realizzata con: BTS + antenne per il GSM-R Impianti di radio propagazione in galleria per GSM-P: TIM ,Vodafone e WIND (900 MHz) 72 GSM-P: radiopropagazione segnali TIM e Vodafone Un impianto di radiopropagazione in galleria diffonde il segnale radio GSM presente all’imbocco della galleria all’interno della stessa Impianto di radiopropagazione con amplificatori in derivazione ottica 73 Copertura GSM-P interna alle gallerie : apparati Stazione di testa Amplificatore Antenne Cavo radiante Ripetitore ottico 74 Copertura GSM-P interna alle gallerie 75 GSM e UMTS All’interno del Passante e lungo le vie di fuga è prevista la copertura radio GSM e UMTS degli operatori di telefonia mobile: TIM, Vodafone, Wind, 3 (solo UMTS) con apparati radio (BTS e Node B connessi a una Master Unit) installati nella stazione AV e Remote Unit (amplificatori) lungo linea connessi a cavo radiante e antenne. UMTS BTS GSM Node-B UMTS FO M.U. GSM R.U. 76 Sistemi TLC per la sicurezza delle gallerie ferroviarie Il sistema si compone di: colonnino di emergenza SOS (HP), diffusione sonora, dorsale di trasporto interna alla galleria, supervisione per tutti i sistemi di sicurezza. 77 Sistemi TLC per la sicurezza delle gallerie ferroviarie Colonnino Help Point 78 Telecomunicazioni Q&A 79
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