Demiryolu projelerini, yol tarafı (Wayside) ve Araç Üstü (Train Onboard) olmak üzere iki ayrı başlıkta değerlendirebiliriz.
Demiryolu Network çözümlerinde belli sertifikaların karşılanması gerekmektedir.
Çok basit anlatımla, yol tarafında EN 50121, Araç üstünde EN 50155 ve EN 45545-2 donanımsal şartlar karşılanmalıdır. Araç üstü network tasarımında, IEC-61375-2-5 ETBN standartlarının takip edilmesi önerilir.
Ayrıca Demiryolu çözümleri sunan bir üreticinin ürün sertifikaları dışında, IRIS sertifikasyonuna da sahip olması beklenir. IRIS sertifikasyonu, aşağıdaki şekilde ayrıntıları görüldüğü gibi üreticinin Demiryolu gibi uzun süreçlere sahip bir alanda, güvenilir ve standartlara uygun çözümler sunduğunu garantiler.
Yol tarafı Çözümleri;
Yol tarafında sunulan çözümlerde EN 50121 sertifikasyonu aranır. EN 50121 başlığı altında Part4 ( EN 50121-4) ile Demiryolları boyunca kullanılan Telekomünikasyon ve Sinyalleşme aparatları için Elektromanyetik Emisyon Uyumluluğu tanımlanır.
Yol tarafında aşağıdaki gibi çözümlerden bahsedebiliriz.
- İstasyonlar arası yedekli ve yüksek performanslı bir ethernet ağının omurgasında MPLS temelli bir yapı tercih edilir. MPLS-TP ile yedekli, kesintisiz, trafik önceliklendirmeli, yüksek performanslı bir ağ altyapısı hedeflenir. İstasyon içinde ise, Anons, IP-CCTV, Saat, Otomasyon gibi sistemler için PoE veya non-PoE kenar anahtarlar, bu omurgada sonlandırılır. Zorlu çevre şartları olan zorlayıcı ortamlarda EN 50121-4 sertifikalı, fansız, endüstriyel tip kenar anahtarlar, klimalı ortamlarda ise enterprise tip kenar anahtarlar tercih edilir.
- Sinyalizasyon için EN 50121 sertifikalı ethernet anahtarlar, I/O üniteler ve Seri-ethernet çeviriciler kullanılır.
- Makas noktalarından ve Hemzemin geçitlerden veri toplamak, kameralı güvenliği sağlamak ve verileri merkeze iletmek için ethernet anahtarlar, I/O üniteleri ve 4G/5G Router’lar ile çözümler oluşturulabilir.
- İstasyonlarda akıllı kapıların otomasyonunda EN50121 sertifikalı IO üniteleri ile çözümler sunulabilir.
Depo ve bakım alanlarında, güçlü bir ethernet ve kablosuz erişim ağı yapılandırlır, Örneğin trenler bakım ve depo alanına geldiklerinde yüksek bant genişliği sunan WiFi6 altyapısı üzeirnden trendeki video kayıt trafiğini merkeze aktarabilir, merkezden içerik yükleyebilir.
Araç Üstü Çözümleri;
Araç üstü çözümlerinde EN 50155, araç üzerinde kurulu kontrol, regülasyon ve koruma amaçlı tüm cihazlarlara uygulanan standartları düzenler. Bu standart, elektrik komponentlerin operasyon, dizayn, kurulum ve test durumlarını kapsar. Aynı zamanda gerekli ekipmanlar için temel donanım ve yazılım isteklerini içerir. EN 50155 aslında, birbiri ile iletişimli tüm sistemleri ilgilendiren bir standartdır.
Örneğin, Bir EN 50155 araç üstü ethernet anahtar için,
- Bir EN 50155 ethernet anahtar, EMC ~ EN 50121-3-2, Surge ~ EN 50121-3-2, EMI ~ EN 50121-3-2, Cooling ~ EN 60068-2-1, Dry heat ~ EN 60068-2-2, Shock and vibration ~ EN/IEC 61373 testlerini geçmelidir.
- EN 50155 ethernet anahtarın içindeki PCB kartda Conformal Coating uygulanmış olmalıdır. Böylece, olası oksidasyon, korozyona bağlı problemler önlenmiş olur.
- Güç katında izolasyon özelliği mutlaka sağlanmalıdır. Böylece olası Ground loop problemleri önlenmiş olur.
Araç üstü çözümleri aşağıdaki gibi sıralayabiliriz.
- IEC-61375-2-5 ETBN standartları ile Araç üstü Ethernet Ağını oluşturmak için değişik yaklaşımlar;
- Bypass arayüzlerle kurulan bir Bus yapı
- Layer2 redundancy protokollerini koşturduğumuz Ring yapıları ve bu ringleri kuple ettiğimiz Layer3 üst katman
- Araç üstü, seri iletişim ve I/O ihtiyacı için EN50155 uyumlu iletişim çözümleri
- Araçlar arası kablosuz ethernet kuplaj çözümleri
- Araçlardan yere, kesintisiz veya düşük kayıplı kablosuz iletişim ( Train to Ground Wireless)
- 4G/5G router, Uydu gibi yöntemlerle araçlardan merkeze erişim, Passenger Internet
IEC-61375-2-5 ETBN standartları gereğince Araç üstü çözümlerini biraz daha detaylandırırsak,
ETBN aşağıdaki standartlar ile tanımlanır. ECN ve ETB olarak iki ağ katmanından oluşur.
IEC 61375-2-5 Ed. 1.0, Part 2-5: ETB – Ethernet Train Backbone Network
IEC 61375-3-4 Ed. 1.0, Part 3-4: ECN – Ethernet Consist Network
ECN yani Ethernet Consist Network, araç içindeki PA, PIS, IP Kamera gibi uç ünitelerin sonlandığı network seviyesini ifade eder. ECN topolojileri Lineer/Tree, Ring, Ladder topolojilerdir. Bu katmanda VLAN, Multicast için IGMP Snooping, port security, QoS ayarları yapılır.
ETB ise, ECN’lerin kuple edildiği Layer3 katmanında koşan omurga seviyesini ifade eder. Bu seviyede, sadece Routing değil, NAT, VRRP, gibi destekler de gerekli olabilir.
Her bir aracın aynı IP subnet ile dizayn edildiği tasarımlarda, iki araç veya tren seti aynı ağda kuple edilirse aşağıdaki durumlar oluşur,
Layer2 olarak ağlar birleşmişse IP çakışmaları olacaktır. Araçlar, layer3 olarak kuple edilmişse routing mümkün olmayacaktır. Bu yapıları, ETB katmanında uygulayacağımız NAT kuralları ile inşa edebiliriz. Hatta, default gateway tanımlanamayan durumlarda Bi-directional nat imdadımıza yetişecektir.
Bus veya Lineer teknoloji ile Tren ethernet omurgası;
LAN Bypass özelliğine sahip uplink portları olan ethernet anahtarları şekildeki gibi Bypass portlarından girdi/çıktı şeklinde bağlıyoruz. Bus üzerinde, LAN Bypass özellikli herhangi bir anahtar elektriksel olarak kapanırsa, uplink portları bir röle ile birleşecek ve kablo gibi davranarak diğer anahtarlar arasında iletişim kesintisiz devam edecektir. Farkettiyseniz, en baştaki ve en sondaki ethernet anahtarları birbirine bağlarsak bu yapı bir Ring’e dönüşür. Bu tasarımın avantajı basit olması, komplike Ring protokollerine ihtiyaç olmamasıdır. Lokal loopları engellemk için de Loop protection devreye alınabilir.
Ring Yapısı; Layer2 redundancy protokollerini koşturduğumuz Ring yapıları ve bu ringleri kuple ettiğimiz Layer3 üst katman çözümünü aşağıdaki gibi resmedebiliriz.
Görüldüğü gibi, bir tren setinde Turbo Ring protokolü kullanarak ECN seviyesinde, TN-4500A serisi Layer2 anahtarlar ile bir ring yapı oluşturuyoruz. Bu ring’i de ETB seviyesindeki TN-4900 ETBN Layer3 anahtarlara iki farklı noktadan kuple ediyoruz. Böylece tam yedekli bir yapı elde ediyoruz. İki tren setini birbirine kuple etmek istediğimizde, kuplajın ETB seviyesinde yapılacağını hatırlatırız.
Turbo Ring sayesinde, Ring üzerinde bir link koptuğunda veya ring üyesi bir anahtar kapandığında trafik, maksimum 20ms kayıpla ayakta olan linkler üzerinden hedefine erişebilecektir. Başka bir deyişle 25fps ( 40ms’de 1 frame) ile video aktarımında sadece 1 frame kaybedeceğiz.
Sıfır paket kayıplı bir Ring ihtiyacı varsa, (kesintisiz iletişim istenen kritik uygulamalar için istenebilir ) PRP veya HSR ile ring yapılar oluşturmamız mümkün. Bu yapılarda ECN seviyesinde, HSR için HSR uplinkleri olan özel anahtarlar kullanılır. PRP için, kritik uç ünitelerin PRP uplinkleri olması beklenir veya PRP Redundancy box üniteleri kullanmak gerekebilir.
- Araç üstü, seri iletişim ve I/O ihtiyacı için EN50155 uyumlu ürünler kullanılır.
Seri iletişim arayüzüne sahip üniteleri ethernet ağına katmak için için NPort 5000AI-M12 Serisi, Araç üstü kritik olmayan sistemleri otomatize etmek için ioPAC 8600 Serisi I/O üniteler çözüm olarak sunulabilir. Örneğin, tuvalet otomasyonu için bu IO üniteleri kullanılabilir. Bu IO ünitelerini TCMS sunucularla entegre etmek mümkün.
- Araçlardan yere, kesintisiz veya düşük kayıplı kablosuz iletişim için yöntemler;
- WiFi teknolojisi ile trenden yere iletişim. Kesintisiz veya sub-second handover sunan Fast roaming teknolojilerini kullanarak Tren yol aldığı hat üzerindeki AP’lere bağlanır. Bu çözümde yüklü bir CAPEX yatırımı gerekirken, OPEX malyetleri düşüktür.
- Diğer bir yöntem, 4G/5G teknolojilerini kullanarak Tren kontrol Merkezine şifrelinmiş tüneller kurmak. Bu yapıda OPEX maliyetleri daha yüksektir. Bu tünellerde Bonding ve fast failover ile hem daha yüksek bant genişliği elde etmek hem de yedek arayüzler arasında kesintisiz, paket kayıpsız, oturumlar düşmeden geçiş yapmak mümkün.
Aşağıdaki örnekte görülen bir Araç üstü sistem mimarisini incelediğimizde, Tren setinin, Head ve Tail araçlarına birer adet yedekli Bonding 4G/5G router öneriyoruz. Bu EN50155 sertifikalı Bonding Router’lar 4 adet aktif 4G hattını birleştirerek merkezdeki FusionHub Sanal router ile bir bonding tünel kurarlar. Birinden Tren kritik bilgilerinin aktığı, diğerinden Yolcu Internet servisinin aktığı, farklı QoS, Underlay atanan birden fazla Bonding tüneller ( Overlay tunnels ) de kurmak mümkündür. Böylece LAN ağındaki izolasyon Tren kontrol merkezine kadar WAN ağında da devam eder.
