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TSN - より安全な列車ネットワークに向けてのローリング

  • 2021.10.28
TSN:より安全な列車ネットワークに向けてのローリング

従来、鉄道業界では、複数の通信ネットワークを備えた列車を配備するのが一般的です。 1つは列車の制御専用、1つは鉄道信号用、もう1つはビデオセキュリティと乗客情報システム用、そして多くの場合、乗客Wi-Fiアクセス用の追加ネットワークです。これらの通信ネットワークは主に、MVB、CAN、PROFIBUSなどのレガシーインターフェースを使用します。これらのインターフェースには帯域幅の制限があり、組み合わせるとゲートウェイが必要になります。一方、これらのネットワークは物理的にセグメント化されており、安全機能と非安全機能を明確に分離しています。ただし、これらのタイプのソリューションは、列車の制御と監視システムアーキテクチャの複雑さとコストを増大させ、最終的には列車のライフサイクルコストを増大させます。

これらの複数の列車ネットワークを統合し、列車の製造と保守のコストを削減するという野心的な目標を掲げて、CONNECTA-2およびSafe4RAIL-2プロジェクトは、 列車の制御と監視システム(TCMS)のすべての制御パラメータをデジタル転送するアプローチであるDrive-by-Dataコンセプトを導入しました。そのために、両コンソーシアムは、IEC 61375に基づく次世代列車通信ネットワーク(NG-TCN)の定義と開発に取り組んでおり、異なるメーカーの列車間の真の相互運用性を実現しています。この新しい定義には、列車ネットワークトポロジの設計が更新され、新しい安全なネットワークの開始プロセスが実装され、安全な通信レベルがSIL4まで向上し、Time-sensitive Networking(TSN)テクノロジが導入されています。次のセクションで説明するように、これらの改善はすでにNG-TCNデバイスに統合されています。

次世代の列車通信ネットワーク(NG-TCN)が安全性を向上
a) 新しい列車ネットワークトポロジ

新しいトレインネットワークトポロジは、2つの独立したイーサネットトレインバックボーン(ETB)データ伝送ラインで構成され、動的VLAN再構成を通じてクリティカルデータと非クリティカルデータの両方の冗長通信チャネルを作成します。

イーサネット列車のネットワーク構造
b) 安全な列車の発足

SIL4までの安全な列車発足プロセスにより、堅牢な列車の連結および分離手順が可能になります。 この改訂されたメカニズムは、標準のイーサネット通信を使用して、列車、構成、車両の向きなど、列車の発足プロセスからのパラメータに依存する列車の安全機能を適用します。

c) セーフコミュニケートチャネル

安全な通信チャネルは、SDTv4プロトコルを活用して、SIL4までの安全機能を促進し、構成全体でエンドデバイス間でポイントツーポイント情報を交換するための安全な環境を保証します。

d) タイムセンシティブネットワーク

TSNテクノロジーは、セーフティクリティカルなデータを交換するためのタイムスロットを定義し、これらの時間帯にセーフティクリティカルでないデータがネットワークを介して送信されるのを防ぎます。

NG-TCNデバイス間の相互運用性

TSN技術を含むNG-TCNデバイスの開発は、業界のブレークスルーを構成します。 Moxaは、Safe4RAIL-2コンソーシアムの他のパートナーと協力して、より安全な列車ネットワークを作成するための主要なマイルストーンとしてNG-TCNデバイスの開発に成功しました。特に、Moxaのデバイスに組み込まれたTSNテクノロジーの統合と、その後の相互運用性の検証は、列車ネットワークを統合し、列車全体のコストを削減するというSafe4RAIL-2プロジェクトの主要な目的の達成に大きく貢献しました。 TSNテクノロジーのハイライトは次のとおりです。

a) 冗長クロック同期

IEEE 802.1AS-revで定義されている冗長クロック同期により、TSNデバイスはネットワーク全体および複数のドメイン間で共通のリアルタイムクロックを共有できます。

b) 決定論的データ送信

IEEE 802.1Qbvに従ってスケジュールされたトラフィックは、重要なトラフィックが固定された予測可能な時間間隔で送信されることを保証します。

c) 冗長なクリティカルトラフィック

フレームの複製と除去により、IEEE 802.1CB標準に従って、両方のETB回線上のECN間で冗長なクリティカルトラフィックを送信できます。

全体として、NG-TCNは、列車ネットワークの全体的な安全性と信頼性を高めながら、デバイスとケーブルの数を減らします。さらに、TSNテクノロジーを介したセーフティクリティカルデータと従来のイーサネットプロトコルを介した非クリティカルデータの信頼性の高い送信を可能にします。 Moxaは、コンソーシアムパートナーと協力して、厳格な相互運用性テストを実行し、IEC61375標準の将来の拡張のために新しい要件が適切に定義されていることを確認しました。これらの技術の開発と統合は、次世代の列車通信ネットワークを実現し、列車メーカー間の完全な相互運用性を実現するための大きな前進です。

Safe4Rail-2およびCONNECTA-2プロジェクトの紹介
付録A
タイムセンシティブネットワーキング(TSN)とは何ですか?

TSNは、標準のイーサネットネットワーク上で確定的なメッセージングを可能にする標準のコレクションです。米国電気電子学会(IEEE)によって定義されているように、TSNには、エンドツーエンドの伝送遅延について交渉不可能な時間枠を確保するためのネットワークトラフィック管理の形式が含まれます。すべてのTSNデバイスは、クロックを相互に同期し、共通の時間基準を使用して、高精度の産業用制御アプリケーションのリアルタイム通信をサポートします。

このプロジェクトは、助成金契約No. 826073に基づいて、欧州連合のHorizon 2020研究およびイノベーションプログラムから資金提供を受けています。このドキュメントに記載されている情報と見解は著者のものであり、Shift2RailJoint共同事業の公式見解を必ずしも反映するものではありません。 JUは、この記事に含まれるデータの正確性を保証するものではありません。 JUも、JUに代わって行動する人物も、そこに含まれる情報の使用について責任を負わないものとします。