1. Bevezetés

A cikk alapszintû bevezetést nyújt a távközléssel fog-lalkozók számára a vasúti biztosítóberendezések egyikspeciális, a GSM-R technológiával együtt használt típu-sába, az ETCS-be. Nem törekszem a vasúti automatizá-lás teljes bemutatására, inkább kitekintô jelleggel is-mertetem a híradástechnikusok számára határterület-nek számító technológiát. Az ETCS nomenklatúrája ésstruktúrája után annak a GSM-R-hez való kapcsolódá-sa, minôsítése, majd a mindennapi használat elônyeikerülnek ismertetésre.

2. A biztosítóberendezések taxonómiája

A vasúti közlekedés biztonságos és gazdaságos üze-meltetésének alapfeltétele egy olyan rendszer, mely –az emberi tényezôk minél nagyobb kizárásával – befo-lyásolja a vonatok közlekedtetését, kizárja a balese-tekhez vezetô humán hibákat. A vasúti közlekedés ki-alakulása, fejlôdése során sokféle biztosítóberendésés rendszer jött létre. Ezek kezdetben kevéssé került-ek harmonizáltan szabványosításra, távközlési analó-giával élve az analóg telefóniához lehetne hasonlítaniôket: hiába csak egy érpár, de országonként eltérô im-pedancia, eltérô fizikai csatlakozófelület, eltérô vonalijelek/jelzések uralkodnak.

Jelen cikkben a modern, önmûködô berendezésekegyikével, az Európai Vonatbefolyásoló Rendszerrel,azaz European Train Control System (ETCS)-el foglalko-zunk. Ez az ún. automatikus vonatbefolyásoló rendszerkezdetben az európai átjárhatósági törekvések érdeké-ben jött létre, mára azonban a világ majdnem összeskontinensén használatos, kvázi világszabvánnyá nôtteki magát.

Mûködéséhez szükség van a GSM vasúti verziójá-ra, a GSM for Railway (GSM-R) rendszerre, mely a fo-

lyamatos, vezeték nélküli hang- és adatkommunikációtvalósítja meg a vonatbefolyásolással párhuzamosanés azzal együttmûködve.

A két rendszer együttese alkotja az Európai VasútiKözlekedés Irányító Rendszert, a European Rail Traff icManagement System-et, azaz ETCS + GSM-R = ERTMS.(Az átjárhatósághoz természetesen szükség van mégegyéb harmonizált komponensekre is mint pl. egyezôvontatási feszültség, kompatibilis nyomtáv, hogy aka-dálytalanul utazhassunk például Hamburgtól a Boszpo-ruszig, de híradástechnikai vonatkozás hiányában ezektárgyalásától most eltekintünk.)

Az ETCS rendszer különbözô szinteken valósíthatómeg, melyek aszerint kategorizálhatók, hogy az adottmegvalósítás milyen funkcionalitással bír, mekkora apálya menti kiépítettsége, illetve milyen mértékben ké-pes beavatkozni a rendszer a vonat vezetôjének fela-datába, döntéseibe.

Ezeket a szinteket általában az ETCS „Level x” (rö-viden Lx) elnevezéssel jelölik, ahol „x” az adott szintreutal.

ETCS L0: ebben az esetben egy ETCS-el ellátott jár-mû olyan pályán közlekedik, amelynek mentén nem ke-rült ETCS kiépítésre (így nincs is interakció a pályamen-ti berendezések és a fedélzeti ETCS között). A GSM-Rrendszer (ha telepítve van) hanghívásokra használha-tó.

ETCS L STM: mint a L0, de a pálya menti nem-ETCSrendszer illesztésre került a jármû ETCS rendszeréhez,azaz a fedélzeti berendezés mégis megkapja a külsô in-formációkat. A GSM-R rendszer (ha telepítve van) hang-hívásokra használható.

ETCS L1: a pálya mentén telepített ETCS rendszer-rel a jármû csak pontszerû kapcsolatban van, a sínekközé telepített ún. balízokon, jeladó antennákon keresz-tül. A GSM-R rendszeren bonyolódnak a hanghívások.

ETCS L2: a L1-hez képesti többlet, hogy a jármû aGSM-R rendszeren keresztül folyamatos adatkapcso-

HTE INFOKOM 2014 – LXIX. ÉVFOLYAM, 2014 53

Kulcsszavak: GSM-R, ETCS, ERTMS, vasúti biztosítóberendezés

A GSM-R hálózatokon használt legfôbb alkalmazás a biztosítóberendezések egyik modern, szabványosított technológiája, az ETCS – ez a két rendszer annyira „összenôtt”, hogy együttesük külön nevet is kapott: ERTMS. Telekommunikációs szakembe-rek szempontjából a legfontosabb a két rendszer közötti felületek egyértelmû definíciója, az ETCS által a GSM-R-el szembenmegfogalmazott követelmények teljesítése. Mégis, a puszta technikai tényeken felül érdekes lenne tudni, miért is kell az ETCS-hez a GSM-R, hogyan mûködik ez a korszerû biztosítóberendezés rendszer, milyen alkalmazási szintjei vannak, mit lehet velemegvalósítani a páneurópai, nagy járatsûrûségû vasúti rendszerben.

� INFOKOM 2014

Mi is az az ETCS?OLASZ PÉTER

Nokia Networkspeter.olasz@nsn.com

HT2014_kszam.QXD 2014.12.11 13:05 Page 53

latban van a pálya menti rendszerrel, azaz a fedélzetiszámítógép mindig aktuális információkkal rendelke-zik a vasúti környezetrôl. Természetesen ezen felül aGSM-R rendszer hanghívásokra is használható.

ETCS L3: mint a L2, de a térközök az egyes jármû-vekhez kötôdve dinamikusan változnak, illetve a vonat-integritás tekintetében maga a jármû játszik fontos sze-repet, nincs külsô érzékelôkre utalva.

ETCS Regional / LC: mint L3, de annál sokkal ala-csonyabb megvalósítási költséggel (LC=Low Cost), ki-fejezetten kis vasúti hálózatokra tervezve (nem orszá-gos, hanem regionális megvalósítással).

Általánosságban elmondható, hogy jelenleg a L2 alegelterjedtebb, legdinamikusabban épülô megvalósí-tási forma, így a továbbiakban ezzel foglalkozunk.

3. Az ETCS L2 komponensei

Az ETCS L2 rendszer elemeit alapvetôen két szegmens-re bonthatjuk: a pálya menti és a jármûvön elhelyezke-dôre. Ezeket az 1. ábrán láthatjuk.

A pálya menti érzékelôk (mint pl. tengelyszámláló),visszajelzôk, jeladók, balízok az ún. Rádiós Blokk Köz-ponttal, a Radio Block Center (RBC)-vel állnak kapcso-latban. Az RBC egy adott pályaszakasz hosszon (tipiku-san 70-100 km) kezeli az összes ilyen elemet, és min-den pályamenti információ gyûjtôhelye.

A jármû fedélzetén lévô ETCS berendezés lényegé-ben egy olyan számítógép, mely a szerelvény automati-kus közlekedéséhez szükséges paramétereket (menesz-tés, gyorsítási profil, fékezés) a számára rendelkezés-re álló fedélzeti és pályamenti adatokból kiszámítja.

A fedélzeti berendezés és az RBC folyamatos adat-kapcsolatát az ERTMS esetében a GSM-R rendszer biz-tosítja. A GSM-R rendszer felépítése egy szokványos2G mobilhálózaténak felel meg, azaz MSC (kapcsoló-központ), BSC (bázisállomás vezérlô), BTS (bázisállo-más) és rádiós terminál, jelen esetben speciális nevénmozdonyrádió az alkotóelemei. A mozdonyrádió egy, avontatójármûbe fixen beépített rádió, mely a jármû tete-jére kivezetett antennákkal rendelkezik, adóteljesítmé-nye pedig szabványosan 8 W. A beszédcélú mozdony-rádió humán kezelôfelülettel bír, míg az ETCS rádió mû-ködésébe a vonat vezetôje nem tud beavatkozni, azlényegében egy M2M alkalmazás részeként üzemel. AzETCS rádió két rádiós modult is tartalmaz az RBC han-dover lebonyolításához, mindaddig nem lehet lebonta-ni az aktuális RBC-vel fennálló adatkapcsolatot, míg akövetkezôre be nem jelentkezett a jármû.

4. ETCS L2-GSM-R kapcsolódási felületek

Az ERTMS rendszer folyamatos adatátvitelét a szabványjelenlegi verziója szerint egy transzparens, vonalkap-csolt adathívás biztosítja a vonaton elhelyezkedô spe-ciális mozdonyrádió, a csak ETCS-célú adatrádió, ETCSData Only Radio (EDOR) valamint a kapcsolóközpont-hoz (MSC) kapcsolódó RBC között. Ebbôl a rendszerfel-építésbôl adódnak a jól definiálható interfész felületekis: az EDOR és a fedélzeti ETCS berendezés közötti so-ros csatoló (tipikusan RS485 vonal) valamint az MSC-RBC csatoló (tipikusan E1, ISDN primer). Az ERTMS kö-vetelmények ezeken a referencia felületeken (2. ábra)mérik a GSM-R rendszer által biztosított átvitel minôségét.

HÍRADÁSTECHNIKA

54 HTE INFOKOM 2014 – LXIX. ÉVFOLYAM, 2014

1. ábra ETCS építôelemek

HT2014_kszam.QXD 2014.12.11 13:05 Page 54

(Megjegyzendô, hogy a jövôben a szabvány követ-kezô verziójában új átviteli módként az ETCS GPRS-enkeresztül, ETCS over GPRS (EoG) jelenik majd meg,ezáltal változni fog a kapcsolódási felületek központioldala, hiszen az RBC többé nem az MSC-hez, hanem acsomagkapcsolt átjáróhoz, azaz a GGSN-hez fog kap-csolódni.)

A definiált kapcsolódási felületek között a GSM-Rhálózat ideálisan „sötét csôként” viselkedik a transz-parens átviteli mód miatt, a valóságban azonban ez acsô igen képlékeny a több részbôl álló átviteli út miatt.Ahogy a 2. ábrán jobbról balra haladva megfigyelhetô,elôször a rádiós hálózat labilitásával kell számolni,melyre az EIRENE szabványok ugyan szoros lefedett-ségi követelményt fogalmaznak ugyan meg, a jármûsebessége, a bázisállomástól való távolság változása,a fading-bôl adódó térerô-ingadozás, az egyes bázisál-lomások közötti handoverek nagyban befolyásolják azátvitelt. A GSM-R hálózat elemei közötti átviteli utak(melyeket megvalósíthat SDH/TDM vagy IP/MPLS háló-zat is) sem egyetlen node-ból állnak, a vasúti mûködésmás szegmenseinek mûködésébôl adódó egyéb forga-lom is hatással lehet az ERTMS jelátvitelre.

5. ETCS L2 indikátorok

Hogy a fent definiált változó jellemzôk ellenére az átvi-teli út minôsége bizonyossággal mérhetô legyen, az

ERTMS szabványok, ajánlások között kettô is foglalko-zik a szolgáltatás minôségére vonatkozó KPI-okkal. AUNISIG Subset 093 mondja meg, mit kell mérnünk, mígaz O-2475 azt is elárulja, hogyan.

A kapcsolati sebesség nem nagy, a 2G-ben szoká-sos 2,4 / 4,8 / 9,6 kb/s vivôszolgáltatások megléte amegkövetelt. Az ehhez kapcsolódó jellemzôket az 1.táblázat foglalja össze.

A tesztelésrôl szóló dokumentum a tesztkörnyezet,a referencia architektúra definiálása mellett iránymuta-tást ad a mérések lebonyolításához, a használandóeszközökhöz, példákkal szolgál a jelfolyamokra, végüla kiértékelésre, a statisztikák felállítására is kitér.

Fentiekbôl következik, hogy a mérések végrehajtá-sához végponttól végpontig terjedô, úgynevezett end-to-end tesztelési környezetre van szükség, ahol egyteljes GSM-R hálózat felépíthetô laboratóriumi körülmé-nyek között, hogy a mérés reprodukálható legyen a kü-lönféle valós hálózatok topológiáját, berendezés állo-mányát mégis legjobban megközelítve.

A Nokia Networks budapesti Technológiai Központjakivételes helyzetben van ezen a téren. Itt zajlik ugyanisa GSM-R hálózatok modern, Rel4 architektúrájú (MSS+MGW felépítésû) kapcsolóközpontjának fejlesztése,emiatt több átfogó tesztkörnyezet is kialakításra kerültkülönféle célokkal, így például elkülöníthetô a funkcio-nális tesztelés és a redundancia mechanizmusok ki-próbálása. A Rendszer Ellenôrzési laboratórium két kü-lönbözô tesztkörnyezete a 3. ábrán tekinthetô meg.

Mi is az az ETCS?

HTE INFOKOM 2014 – LXIX. ÉVFOLYAM, 2014 55

2. ábra ETCS L2 és GSM-R kapcsolódási felületek

1. táblázatETCS QoSkívánalmak

HT2014_kszam.QXD 2014.12.11 13:05 Page 55

Nemzetközi, éles ETCS L2 projektekben szerzett ta-pasztalataink szerint az egyik legkényesebb pont azEDOR készülékek rádiós moduljainak mûködése, en-nek megfelelôen a budapesti labor több rádiós bázisál-lomással bír a hívástesztek lefolytatásához.

A TEN-T program keretében történô, GSM-R infrastruk-túra vendorok közti átjárhatóságot biztosító Interopera-bilitási Tesztek (IOT) aktuális fázisa is ebben a labora-tóriumban zajlik, várhatóan 2015 elsô negyedévi befe-jezéssel.

6. ETCS L2 alkalmazási elônyök

Az ETCS L2 alapvetô célja a vasúti közlekedés bizton-ságának szavatolása, felhasználhatósága azonban ezena célon jóval túlmutat, az alábbiakban vázoltak miatt.

Az ETCS L2 telepítésével a biztosítóberendezési há-lózat egyszerûsödik, a különféle célú (külön állomásiés külön vonali) szegmensek helyett egyetlen homo-gén rendszert lehet használni. Hasonlóképpen igaz mind-ez a távközlési hálózatra is a GSM-R hálózat kiépítésemiatt: átfogóan képes leváltani a szeparált, szigetszerûrádiós hálózatokat (pl. tolatókörzeti és vonali).

A homogén, egyazon technológiából felépülô háló-zatok karbantartási igénye kisebb, kevesebb típusú al-katrészt kell raktáron tartani, logisztikázni, a szervízsze-mélyzet kevesebb tréningben kell részesüljön – egy-szóval, hosszú távon az OPEX jelentôsen csökken,kedvezôbb a TCO. Mivel a rendszer részeként települôtávközlési hálózat univerzális célú, több funkcióban iskihasználható a hálózat megfelelô kapacitás mérete-zés és az úgynevezett mission critical alkalmazásokelkülönítése mellett.

A teljesen önmûködô biztosítóberendezés a humánhiba kiküszöbölésével magasabb biztonsági szintet va-

lósít meg, amely a balesetekmegelôzésével nemcsak anya-gi, nemzetgazdasági megtaka-rításhoz vezet, hanem ember-életeket óv meg.

Az ETCS L2 alkalmazásanagyobb vonatsûrûséget teszlehetôvé egy adott vonalsza-kaszra vonatkoztatva, hiszenkisebb térközökkel, precí-zebb menetrenddel közleked-tethetôk. Ez jótékony hatás-sal van úgy a személy- minda teherforgalomra, ráadásula vasút komoly értéket képvi-selô állóeszköz-állományá-nak holt idejét is csökkentiazok jobb kihasználtságával.A 4. ábrán látható összeha-sonlító diagramból egyértel-mûen látszik, hogy – elsôsor-ban a nagysebességû vasútiközlekedés esetében – egyoptimalizált térközû ETCS L2rendszer 150%-ra növeli a ka-pacitást a L1 rendszerhez ké-pest.

Az ETCS L2 esetében csök-ken a pályamenti berendezé-sek száma, részint a keve-sebb érzékelô, sínhurok ésbalíz, részint pedig a többénem szükséges vizuál is jel-zôk miatt.

Az ERTMS mindkét kom-ponensének szabványosítá-sa több elônnyel is jár: egy-részt biztosított mindkét szeg-mens számára az átjárható-ság a különbözô országok va-

HÍRADÁSTECHNIKA

56 HTE INFOKOM 2014 – LXIX. ÉVFOLYAM, 2014

3. ábra Nokia System Verif ication tesztkörnyezetek

HT2014_kszam.QXD 2014.12.11 13:05 Page 56

súti hálózatában (vagy akár a heterogén hálózattal ren-delkezô országok különbözô vendoroktól származó ré-szei között); másrészt pedig az egymással csereszaba-tos berendezések nyílt piaci versenyt eredményeznek,a vasúttársaságok elôtt nyitva áll a választási lehetô-ség a beszállítók között.

Mindezek összessége vezet ahhoz, hogy az ETCSL2 rendszer magasabb mûködési teljesítmény elérésétteszi lehetôvé ehhez viszonyítottan alacsonyabb mûkö-dési költséggel (a CAPEX tekintetében azonban többpénzt igényel egy konvencionális rendszernél).

Mindez természetesen kevésbé hatja meg az utazó-közönséget, nekik is jut azonban olyan statisztikai mu-tató, mely bizonyítja, az adófizetôi pénzek elköltésénekhatékony módja az ERTMS hálózat építése. Az 5. ábránaz SBB hálózatában tapasztalható változás olvashatóle, az ETCS L2 bevezetésével, a kezdeti gyermekbeteg-ségek kiküszöbölésével egyenes arányban nôtt meg ajáratok pontossága is.

7. Összefoglalás

Az ETCS L2 olyan érdekes M2Malkalmazása a több évtizede be-vált 2G mobilhálózatoknak, melyösszehozza a vasúti és távköz-lési technológiákat. Segítségé-vel a biztonságos mellett gazda-ságos vasúti közlekedés érhetôel, jövôbiztos megvalósítással.A cikk igyekezett rávilágítani azERTMS két alkotóelemének, azETCS-nek és a GSM-R-nek szim-biózisára, a távközlési mérnö-kök számára betekintést adniegy másik világba, mely legalábbolyan bonyolult mint a telekom-munikáció.

A szerzôrôl

OLASZ PÉTER a BMEVillamosmérnöki Karelvégzése után 1995-tôl radartechnikára sza-kosodván töltött még 4évet a MikrohullámúHiradástechnika tan-széken doktorandusz-ként / tanársegédként,majd 1999-tôl a Sie-mens Mobile-nál a mo-

bilkészülékek, GSM-modulok, zsinórnélküliés ISDN telefonok mûszaki termékmened-zsereként folytatta pályafutását. Késôbbmindhárom mobil hálózatüzemeltetô értéke-sítôit segítette mûszaki támogatóként, 2005óta pedig a GSM-R megoldások vevôi köve-telményekre szabásáért felel hazánkon kí-vül több országban is. 2011 óta az európaiszakértô teamet is vezeti.

Irodalom

[1] UIC EIRENE FRS „Functional Requirement Specification”

[2] UIC EIRENE SRS „System Requirement Specification”

[3] UNISIG Subset 093 „GSM-R Interfaces – Class 1 requirements”

[4] UIC O-2475 „ERTMS/GSM-R Quality of Service Test Specification”

[5] Nokia, Networks GSM-R prezentációs anyagok

Mi is az az ETCS?

HTE INFOKOM 2014 – LXIX. ÉVFOLYAM, 2014 57

4. ábra Vonali kapacitás nagy sebesség esetén

5. ábra Átlagos járatkésés Svájcban

HT2014_kszam.QXD 2014.12.11 13:05 Page 57