TEKNİK YAZI

Demiryollarında Kablosuz Haberleşme Ağlarının Geleceği

İçindekiler

    Günümüz ihtiyaçlarını karşılayabilmesi için, demiryolu haberleşme sistemlerinin üç ana alanda iyileştirilmesi gerekiyor: bant genişliği (bandwidth), tepki süresi (response time) ve dayanıklılık.

    Demiryolu haberleşme sistemlerinin temelini oluşturan teknolojiler, birçok yönden 200 yıl önce kurulmuş olan ilk modern raylı sistemlerden bu yana çok az gelişim göstermiştir. Birçok demiryolu ağı halen 1800’lü yıllardaki bir lokomotif operatörünün de aşina olacağı basit görsel sinyal sistemlerini kullanmaktadır. Bununla birlikte yeni kablosuz veri aktarım teknolojileri, günümüzde geleceğin tren sistemlerine ön ayak olan elektrik, maglev ve dizel lokomotiflerde olduğu kadar ileri düzeyde tren haberleşme sistemleri yaratmayı mümkün kılmaktadır.

    Demiryolu Haberleşme Sistemlerinde Yeni İhtiyaçlar

    Telekomünikasyon, veri ve yolcu bilgilendirme-eğlence sistemleri bant genişliği isteyen, dolayısıyla mevcut ağları kısıtlayan uygulamalardır. 

    Söylentiye göre, beyaz perdeye alışkın olmayan seyirciler ilk kez bir trenin istasyona varışını gösteren bir film izlediklerinde paniklemiş, gelen trenin yolundan çekilmek için dehşet içinde perdenin önünden kaçışmıştır. Değişen piyasa beklentileri ve teknolojik gelişmeler sonucu demiryolu haberleşme teknolojileri de benzer bir dönüşüm sürecinden geçiyor. Söz konusu dönüşüm fotoğraftan filme geçiş kadar dramatik olmasa da, sektör çalışanlarının ilerleyen teknolojinin ortaya çıkaracağı yeni ihtiyaçlara ayak uydurmaya hazırlıklı olması veya zorluklara bu örnekteki kadar hazırlıksız yakalanmayı göze alması gerekiyor. Kısacası, demiryolu haberleşme sistemleri artık daha fazla olanak sunmak zorunda. Bugünün, yarının ve ötesinin demiryolu uygulamaları, daha fazla bant genişliği, daha kısa tepki süreleri ve hem tren içi, hem tren ile yer arası, hem de hat boyu haberleşme ağlarının daha dayanıklı olmasını talep ediyor.

    Bant Genişliği

    Günümüz yolcusu, tren yolculuğundan geçmişe nazaran daha fazla kolaylık, güvenlik ve hizmet bekliyor. Bu yüksek beklentileri karşılamak için ise demiryolu operatörleri, gerçek zamanlı gözetim sağlayan sistemlerin yanı sıra yolcularına güncel haberler, hava durumu, oyunlar ve hatta internet erişimi sunan modern yolcu bilgilendirme-eğlence (infotainment) sistemlerinden yararlanıyor. Bunun sonucunda doğal olarak tüm bu uygulamalar için yeterli bant genişliği ihtiyacı ortaya çıkıyor. Yeterli bant genişliği ile ses, görüntü ve diğer operasyonel verileri tek bir tren kontrol ağında bir araya getirmek, böylece işletim ve bakımı büyük ölçüde basitleştirmek de mümkün hale geliyor.

    Operatör memurlar yerlerini CBTC’ye bıraktıkça, hızlı tepki süresi sorunsuz işletim için daha da kritik hale gelmektedir.

    Tepki Süresi

    Eskinin demiryolu kontrol yöntemleri, operatör olarak telsiz, ray devreleri ve görüntü sinyallerinin bir birleşiminden talimat alan insan gücüne dayanıyordu. Bu yöntem oldukça yavaş bir tepki süresine sahip olduğundan, güvenlik nedenlerinden ötürü raylar, kazaları önlemek amacıyla tek seferde üzerinden ancak bir trenin geçebileceği uzun “segment” veya “blok”lara ayrılıyordu. İletişim Tabanlı Tren Kontrol Sistemi (Communications-Based Train Control, CBTC) teknolojisinin gelişimi, demiryolu işletiminin verimini operatörlerin güvenlikten ödün vermeden segmentlerin uzunluğunun kısaltabilmesini mümkün hale getirerek yükseltti. Ancak, CBTC sistemlerinin etkinliği de haberleşme tepki süresine son derece bağlıdır. Uzun tepki süresine sahip bir sistem eski haberleşme sistemleri üzerinde oldukça az etki gösterdiğinden kullanıma elverişsizdir. Öte yandan gerçek zamanlı tepki süresine sahip CBTC sistemleri, güvenli ve etkili biçimde aynı zamanda raylar üzerinde bulunan tren sayısını azami seviyeye çıkarabilir.

    Haberleşme ağlarına dayanarak iş yapan tren operatörleri arttıkça, bu ağların dayanıklılığının önemi de artmaktadır.

    Zor Koşullara Dayanıklılık

    Operatörler ileri demiryolu haberleşme sistemlerinin sunduğu yeni özelliklerden yararlanır hale geldikçe, dayanıklı haberleşme altyapısına ihtiyaç duyan demiryolu sistemi sayısı da artmaktadır. Yeni nesil haberleşme sistemleri, tüm bu yeni sorumlulukları üstlenebilmek için yeterli dayanıklılığa sahip olmalıdır. Haberleşme altyapısı, özellikle raylı sistem işletiminde karşılaşılabilecek hava durumu, şok, titreşim ve elektromanyetik parazit kaynaklı sorunlara karşı koyabilmelidir. Bu anlamda EN-50155 ve EN50121-1/2 standartları, sırasıyla taşıt üstü ve ray boyu uygulamalar için haberleşme cihazlarının yeterince dayanıklı olduğunu doğrulamada kullanışlı ölçütlerdir. 

    Bu İhtiyaçlara Çözüm Sunan Teknoloji: WLAN

    WLAN, demiryolu işletiminde optimal bir bant genişliği ve maliyet etkinliği kombinasyonu sunmaktadır.

    Kablosuz bağlantı teknolojisi, operatörleri haberleşme sistemini kablolamada ortaya çıkabilecek kısıtlama ve güçlüklerden kurtarır. Bu, bir demiryolu sisteminin gerektirdiği hareketli parça sayısı düşünüldüğünde hayli meşakkatli bir iştir. Tüm mevcut kablosuz teknoloji çözümleri içerisinde WLAN, en iyi özellik-maliyet dengesine sahip çözüm olarak öne çıkmaktadır.

    demiryolu,WLAN,hücresel ağ,tren içi haberleşme,demiryolu otomasyonu demiryolu
     

    WLAN’in en üstün seçenek olduğu yukarıdaki tabloda açıkça görülebilir: En büyük bant genişliği ve en düşük maliyet sunan seçenek WLAN’dir. Aylık hizmet bedelleri, uydu ve hücresel ağlarda kayda değer bir sürekli maliyet ortaya çıkarmaktadır. WLAN ile kurulum ücretleri düşük olmakla kalmayıp veri hizmetleri için bu tür aylık bedeller de ödenmemektedir. Son olarak mobilite açısından bakacak olursak, optimize edilmiş roaming teknolojisinin gelişimi sayesinde WLAN, nispeten yüksek seyir hızında bile tren ile yer arası haberleşmeyi destekleyebilecek kadar mobildir.

    Hat Boyu İletişimde WLAN’ın Avantajları

    WLAN hat boyu demiryolu ağları için hırsızlık, bakım ve hasar gibi kablolama sorunlarını ortadan kaldırır.

    Hat boyu demiryolu ağları, ray boyunca veri paylaşımı için çok sayıda yol kenarı bölmelerine sahiptir. Bu ağlar dingil sayıcılar, demiryolu makasları, kameralar ve demiryolu geçitleri gibi demiryolu unsurlarının işletimine katkı sağlamaktadır. Buna ek olarak, hat boyu ağlar tren ile yer arası haberleşme ağı için erişim noktaları (AP) da sağlar. Mevcut hat boyu ağların haberleşmeyi sağlaması çoğu zaman yol kenarı bölmeler arasındaki kablolara bağlıdır. Bu hassas kablolar vandalizm veya zorlu hava koşulları nedeniyle zarar görebileceğinden hat boyu altyapının zayıf noktaları haline gelebilir. Ayrıca, değerli metal malzemeler sıkça hırsızların hedefi haline gelmekte ve işler bir hat boyu demiryolu ağını desteklemek için gerekli metrelerce kablo kayda değer bir devamlı yenileme ve bakım masrafı ortaya çıkarmaktadır. Kabloların her yol kenarı bölmede WLAN üniteleriyle değiştirilmesi bu korunmasızlığı ortadan kaldıracaktır.

    Tren İçi Haberleşmede WLAN’in Avantajları

    Kuplörlere kıyasla WLAN daha yüksek sistem verimi ve daha düşük bakım masrafına sahiptir.

    Demiryolu operatörleri tren içi ağların yolcu bilgisi, resmi duyuru, video gözetim, dâhili telefon, HVAC ve veriye dayalı tren kontrol sistemleri dâhil daha fazla uygulamayı desteklemesini talep ediyor. Alışılmış kablolu tren içi haberleşme, vagonlar arasındaki, hat boyunca veri akışı sağlayan kuplörlerle yapılır. Vagonların sürekli hareketi bağlantı noktalarını aşındırdığından, bu kuplörlerin devamlı yenilenmesi gerekir. Daha da kötüsü, belli bir bant genişliği ve kısıtlı veri oranı olan kuplörler, tren içi ağın güncellenmesi üzerine ağır sınırlamalar getirir. WLAN, tren içi ağlar için, günümüz ve gelecekte daha fazla uygulamayı destekleyebilecek şekilde sistem verimini artırırken bakım masraflarını en aza indiren ideal bir çözümdür.

    Tren ve Yer Arası Haberleşmede WLAN’ın Avantajları

    WLAN, ileri düzey CBTC ve yolcu bilgilendirme-eğlence sistemlerini rahatlıkla destekleyebilir.

    Hat boyu demiryolu ağı altyapısı ve tren içi ağ arasındaki temel bağlantı olan tren ve yer arası haberleşme, zengin yolcu bilgilendirme-eğlence sistemleri ve otomatik tren işletim (ATO) sistemleri gibi devrim niteliği taşıyan yeni nesil demiryolu uygulamalarını CBTC yoluyla etkinleştiren bir kilit görevini görür. Geleneksel tren ve yer arası haberleşme sistemleri ile bu uygulamaların etkinleştirilmesi mümkün değildir. ATO, maksimum ray kullanımını sağlayacak şekilde trenleri koordine ederken merkezi kontrol sayesinde hizmet kalitesini de yükseltir. Bunun güvenli bir biçimde yapılabilmesi için, kontrol merkezinin tren durumu, yolcu durumu, kameralardan alınan görüntü verisi ve acil durum kontrollerinin de dâhil olduğu baş döndürücü miktarda veri alıp iletebilmesi gerekir. Buna ek olarak, yolcu bilgilendirme-eğlence sistemi gerçek zamanlı video, reklam, haber içeriği ve daha fazlasını iletebilmelidir. 10 MB/sn ve üstü, tüm bu yeni nesil uygulamaların sürdürülebilmesi için gerekli sistem verimi düzeyi için makul bir tahmindir. Açıkça görüldüğü gibi, ihtiyaç duyulan sistem verimi düzeyi, küçücük bir miktar verinin aktarılmasına olanak veren, 1950’lerin teknolojisi telsiz imkânlarının çok çok üstündedir. Bu düzeydeki talep, modern uydu ile GSM ya da HSDPA gibi mobil veri teknolojilerinin kapasitesini dahi zorlamaktadır. IEEE 802.11 WLAN standard ise, günümüzde tasarlanmış tüm uygulamaları, geleceğin daha fazla sistem verimi gerektirebilecek uygulamalarına dahi yer bırakarak rahatça etkinleştirecek şekilde 300 MB/sn’ye kadar veri transferi yapabilir.

    Tren ve Yer Arası Haberleşmeye Özel Sorunlar

    WLAN, çok çeşitli çevresel zorluklara uyum sağlamak üzere farklı anten stratejileri içeren büyük bir “araç kutusu” sunar.

    Dayanıklı ve yetkin bir tren ile yer arası haberleşme bağlantısı, birçok değerli yeni nesil demiryolu sisteminin temelini oluşturur. Bu bağlantının kurulması, korkutucu derecede zor bir iş gibi görünebilir. Peki, sabit yol kenarı erişim noktaları ile hızla hareket ederek çok farklı işletim ortamlarının birinden diğerine geçiş yapan bir tren arasında istikrarlı ve kesintisiz bağlantı sağlamak nasıl mümkün olabilir? Neyse ki, WLAN teknolojisi buna geniş bir çözüm yelpazesi sunmaktadır.

    Tren tünelleri, parazitlenmenin az olduğu, nispeten engelsiz koşullara sahiptir. Antenler, bu tür koşullar için uygun, maliyet etkin bir kapsama çözümü sunar. Rayların keskin dönüş ve eğimlerden geçtiği durumlarda ek komplikasyonlar ortaya çıkabilmesine rağmen, sadece AP yoğunluğunu artırmak, bu koşullar altında kablosuz kapsamanın devamlılığını sağlayabilecektir.

    Yerüstünde, özellikle de işlek kentsel bölgelerde parazitlenme çok daha fazladır. Buna rağmen WLAN ile söz konusu koşullara karşı dayanıklı ağlar yaratılması için çeşitli stratejiler kullanılabilir.

    Hızlı roaming ve dual RF yedekleme özelliklerine sahip dayanıklı dış mekan kablosuz AP’ler, söz konusu koşullar için, özellikle yüksek AP yoğunluğu ile konuşlandığı takdirde biçilmiş kaftandır.

    demiryolu,WLAN,hücresel ağ,tren içi haberleşme,demiryolu otomasyonu demiryolu
    Eş Zamanlı Yedek Kablosuz Bağlantılar
    Oldukça istisnai çalışma koşullarında ise dalga kılavuzları (waveguide) veya koaksiyel kablolar (Leaky Coaxial Cables, LCX), az oranda maliyet artışına karşın istemci (client) ve AP arasında çok daha güvenli bağlantı sağlamaktadır. Dalga kılavuzu veya LCX kabloları döşenmiş raylar, kablosuz istemcilere son derece sabit, parazit geçirmez erişim sağlamaktadır. 

    demiryolu

    Dalga kılavuzları: anten, yerdeki dalga kılavuzu şeridinden 20 cm uzakta kalacak
    demiryolu,WLAN,hücresel ağ,tren içi haberleşme,demiryolu otomasyonu demiryoluLCX şeritleri: anten ile LCX şeridi arasında 3 m veya daha az uzaklık bulunacak
     

    Demiryolu Ağlarına Yönelik Çözümlerin Bugün ve Yarını

    GSL’nin sunduğu, Moxa markalı, zorlu demiryolu koşullarına dayanıklılığı doğrulayan EN50155 ve EN50121-1/2 sertifikalarına sahip Ethenet switchleri ile IP kameraları, ve tüm bunları bir araya getiren dayanıklı kablosuz cihazlar gibi ürünler, haberleşme çözümleri için eksiksiz bir takım oluşturmaktadır.

    AWK-6222 dış mekân kablosuz AP/bridge/client, hızlı Turbo Roaming teknolojisinin yanı sıra birçok farklı özelliğinin sağladığı güvenceye sahiptir. Bu özellikler arasında dual bağımsız RF modülleri, güç yedekliliği, hava koşullarına dayanıklılık, toz geçirmezlik ve geniş çalışma sıcaklık aralığı bulunmaktadır.

    Cihazların dayanıklılığını kanıtlayan bu özellikler ve turbo roaming teknolojisi, demiryolu operatörlerine zorlu görünebilecek demiryolu uygulamaları için mükemmel bir formül sunmaktadır. Her yol kenarı bölmesine karşılıklı yerleştirilecek iki AWK-6222 ünitesi ile, bir raylı sistemde hat boyu kablolama ve bakım dertleri, dual yedeklemeli RF bağlantılarıyla ortadan kaldırılabilir. AWK-6222 ünitesi; bir IP kamera ile üçüncü bir kablosuz cihazı, yerel kablosuz AP görevi gören bir AWK-4121’i destekleyen, güneş enerjisiyle çalışan Moxa “Ethernet üzerinden besleme” (PoE) switchine bağlanır. Bu sistem, sahada istasyon personeline sistem bakım araçlarına yönelik pratik kablosuz erişim sağlar. Bu ileri düzey, dayanıklı parçalar, hızlı tren ile yer arası WLAN haberleşmesi ve daha da gelişmiş kablosuz teknolojinin eklenmesiyle, geleceğin tren haberleşme ağları için de bir temel oluşturabilecektir. 

    demiryolu,WLAN,hücresel ağ,tren içi haberleşme,demiryolu otomasyonu demiryolu
     

    Geleceğin Demiryolu Ağlarını Bugünden İnşa Etmek Mümkün

     

    Günümüzde demiryolu operatörlerinin, her geçen gün yeni teknolojiye daha çok ayak uyduran demiryolu ağlarına hazırlıklı olması gerekmektedir. Bu ihtiyaca karşılık GSL Mühendislik, günümüz ve gelecekte demiryolu ağlarında ihtiyaç duyulacak bant genişliği, tepki süresi ve dayanıklılığa sahip sistemlerin kurulumu için Moxa endüstriyel WLAN ürünleri sunuyor. Bu ürünler, EN50155 ve EN50121-1/2 sertifikalarının yanı sıra hızlı Turbo Roaming, geniş çalışma sıcaklığı, hava şartlarına dayanıklılık, dual RF yedekleme özelliklerine de sahip. Son teknoloji endüstriyel WLAN ürünleri hakkında daha fazla bilgi için tıklayınız. 

    Geleceğin Demiryolu Ağlarını Bugünden İnşa Etmek Mümkün

    Günümüzde demiryolu operatörlerinin, her geçen gün yeni teknolojiye daha çok ayak uyduran demiryolu ağlarına hazırlıklı olması gerekmektedir. Bu ihtiyaca karşılık GSL Mühendislik, günümüz ve gelecekte demiryolu ağlarında ihtiyaç duyulacak bant genişliği, tepki süresi ve dayanıklılığa sahip sistemlerin kurulumu için Moxa endüstriyel WLAN ürünleri sunuyor. Bu ürünler, EN50155 ve EN50121-1/2 sertifikalarının yanı sıra hızlı Turbo Roaming, geniş çalışma sıcaklığı, hava şartlarına dayanıklılık, dual RF yedekleme özelliklerine de sahip. Son teknoloji endüstriyel WLAN ürünleri hakkında daha fazla bilgi için tıklayınız. 

    GSL ekibi, 2011 yılında Moxa endüstriyel WLAN çözümlerinin demiryolu uygulamalarındaki performansını İstanbul metrosunda bizzat test etmişti. Aşağıdaki video, bu test sonucunda aktarılan video görüntüleriyle beraber test hakkında detaylı bilgi vermektedir:

    Kaynak: Paul Hsu (2010) “The Future of Railway Wireless Networks: What You Need to Know”, White Paper, Moxa Technical Writing Center