工業網通設備於軌道交通智慧化的傳輸應用

工業網通設備於軌道交通智慧化的傳輸應用

城市軌道交通泛指以軌道形式為主的交通模式,其中包括鐵路、地鐵、輕軌等多種形式。在台灣,中、高運量之城市軌道交通系統通常被稱為「捷運」,類似於國外的地鐵,主要是為了清楚區別輕軌運輸及台鐵的地下化區段。

以台灣而言,軌道交通是城市運輸的主要動脈之一,綿密的捷運運輸系統肩負轉運的重責大任,確保旅客安全是軌道交通的首要課題。透過物聯網(IoT)的概念所產生的軌道交通智慧化,是利用各種網路通訊協定的設定,將影像、聲音、感測器、控制指令等重要資訊,迅速傳遞至行控中心,有效掌控車站安全、行車調度、列車控制及供電等訊息,確保行車安全品質。由此可知,列車訊號全面網路化是勢在必行。

乙太網路與突波保護

完善的軌道運輸監控系統往往搭配為數眾多的攝影機、感測器、燈號控制、基地台等終端設備,所需要耗費的網路頻寬非常龐大。乙太網路是目前應用最普遍的區域網絡技術,可以提供穩定的10/100/1G/10G的頻寬,最基本的Cat5/6可提供100M的傳輸距離,而光纖可在干擾多的環境下達到更穩定的資料傳輸,並且不受靜電干擾,傳輸距離可由550M達到80KM甚至更遠。另外在生活週遭還有兩種常出現的線,電話線與同軸纜線也都可以透過VDSL高速非對稱傳輸技術方式,傳送資料達2.6KM。

鐵道、電車、捷運是以電力為車輛原動力而運行的大眾交通運輸系統,以鐵軌沿線環境而言,軌道沿線配置主變電站、備援變電站及其他配電設施,電力動輒1500V或3300V以上電壓;除此之外,天候因素也是軌道環境的一大考驗,長年曝露在戶外的軌道環境最常面對的是感應雷導致設備受損的困境,採用經過美國工業規格標準UL497B認證的突波保護器,可有效把竄入電力線、信號傳輸線的暫態過電壓快速導到地表,保護設備或系統不受衝擊而損壞。

最適性的網路架構規劃

智慧監控的主要目的是終端設備狀態的即時掌握,協助降低問題發生次數,縮短問題處理的時間,工業網路經常使用工業用環狀網路以及備援協定技術,可以迅速解決因為單點癱瘓而無法傳輸的問題。然而,當我們碰上所謂的廣播風暴(Broadcast Storm),造成大量的網路頻寬被佔用而使正常網路信號無法流通而癱瘓時,該如何解決資料傳遞的問題?此時我們應該選用第三層交換器(Layer 3 Switch)來規劃更具彈性的網路,跳過有問題的區域繼續傳送資料。有別於傳統的路由器以軟體的方式來執行路由運算與傳送,Layer 3 Switch是以硬體的方式來加速路由運算與封包傳送,Layer 3 Switch可以切割許多子網路,每個子網路就是單獨一個Broadcast Domain廣播域,這樣便不會擴大廣播風暴並互相產生干擾。

網路的便利性可以在上面承載各式各樣的資訊,而QoS(Quality of Service,服務品質保證)機制能確保某些重要資訊不被排擠,透過QoS檢視封包內容,可將乙太網路封包設定欄位優先權,再透過交換機辨別進行分類進入不同優先權的處理,如此就不會因為遇到廣播風暴而影響到重要資料傳送。

案例 ①
位於東南亞的跨國鐵道,總長2,000公里,軌道沿線預計加裝新式IP化數位影像監控、無線基地台與IP工程電話。考量到東南亞位處於赤道與北回歸線中間,設備皆會長時間曝曬在陽光之下,機箱內溫度可能高達60度,同時戶外環境不容易取得電源,又必須挑選通過EN50121-4鐵道認證的產品來避免沿線所產生的突波干擾,於是建議系統商使用鐵道專用乙太網交換器以PoE網路線帶電方式提供資料傳輸與電力。以光纖做長距離連線,可有效且穩定拉長傳輸距離,以突波保護器輔助,確保機器不會因為落雷而受損,並搭配整第三層交換器在沿線大站做網路切割,避免網路風暴癱瘓全線網路。

案例 ②
美國地鐵是世界上最歷史悠久的地鐵之一,由於營運的時間超過百年,許多設備及系統不免陳舊需要更新,系統商預計將傳統對講機升級到網路對講機,在496個車站設立高達1,900個電子顧客詢問台,旅客可以藉由詢問按鈕與站務人員對話,確認各種乘車資訊。由於地鐵站體安裝位置取得不易,僅能安裝在軌道旁空間狹小的H型鋼樑之中,因此建議系統商採用體積較小的強固級網管型60瓦高功率8埠乙太網路交換器,透過PoE供電連接攝影機、IP網路電話,不須增加額外電源,並且協助系統商調整機構接線方向與電源位置,解決狹小安裝空間的問題。

 

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