鐵道車廂與軌旁網路通訊解決方案

因應智能鐵道網建置需求日益升高，如何挑選穩定運行的網路通訊系統，成為鐵道營運商的當務之急。本文針對鐵道車廂與軌旁的網路通訊難點，提出了可供參考的建議與解決方案。
 
因應都市快速的發展以及往來城市間的交通需求，人們對鐵路、高鐵、捷運、輕軌等的智能鐵道網建置需求也日益升高。然而，鐵道相關設備（如網路通訊）的工作環境卻往往較為惡劣與艱難，例如：列車行進時不斷地遭受環境噪音及振動的衝擊、電磁干擾、溫度和濕度急遽變化…等，都為鐵道營運商帶來了多重且嚴峻的考驗，因此如何挑選穩定可靠的網路通訊解決方案成為當務之急。
 
鐵道車廂網路通訊應用
須先克服6大考驗
在鐵道車廂中要擁有良好的網路通訊品質，須先克服以下幾項最重要的考驗：
1. 鐵道系統中的網路設備通常擺放在狹小且較惡劣的環境中，例如：在嚴重的空氣污染、振動頻繁、衝擊力強的環境下運作。
2. 需要在車廂上提供便利的Wi-Fi熱點，方便乘客可以上網，尤其是列車在高速行駛時，也要保持服務不中斷。
3. 在更換或拆除車廂時，網路設備需要能夠自動重新配置以適應拓樸（Topology）變化。
4. 需要提供即時的乘客資訊系統（PIS），例如：向鐵道乘客顯示即時天氣預報、抵達目的地時間、列車速度和其他資訊。
5. 部署大型網路（至少2,000個節點）時，需要批次配置功能以減少設置時間。
6. 需要提供功能完備且通過鐵道專業認證的交換器以確保其具可靠性。
 
機捷行李車廂採用ITP系列方案
主向位科技（CTC Union）在提供網路通訊的服務上具備相當豐富的經驗，且針對不斷變化和惡劣的工作環境中的智能鐵道應用，也提供了不中斷且可靠的網路傳輸解決方案。其中一個實際建置案例為桃園機場捷運行李車廂網路建置，此案例便是採用ITP乙太網交換機系列，協助建立穩定、全連接、可擴展的網路監控系統。

ITP系列乙太網交換機系列不僅符合EN50155標準，連接頭也使用易於安裝且堅固耐用（可承受劇烈的衝擊和振動）的M12接頭，因此設備在惡劣環境和困難的條件下，也能提供不間斷且高性能網路連接。其次，ITP系列還提供具備乙太網供電（PoE）功能的產品，可直接連接受電設備（PD），不僅簡化佈線且易於遠端監控及管理，為乘客提供更佳的網路應用服務體驗。再者，ITP系列採用IP技術，在無需更換現有設備的狀態下，即可支援全面的管理功能，具備維護容易、甚至擴展或升級至下一代網路科技的優點。
 

ITP系列方案的特點還包括：
• 具備工業級EMI和EMS認證，提供較全面的防意外雷擊、ESD或電湧保護。
• 通過軌旁EN50121-4認證與防火阻燃EN4554-2認證。
• 支援單點故障時的各種網路冗餘備援（如μ-Ring），μ-Ring最多可支持5個環型備援，並且可以在10毫秒內從單點故障中恢復。
• 提供2個自動旁路功能的接口，如果其中一個乙太網交換機因斷電而發生故障，其端口的中繼電路會自動切換，因此傳輸會再自動互連，以確保系統持續運行。
• 採用IP67等級外殼，可有效防塵、防油、防水。
• 外殼採堅固設計，並且可以在-40～75°C的溫度下運作。
• 提供TTDP功能，從頭端識別列車主幹網中乙太網交換機的順序，並允許自動重新配置整個網路中的其他交換機。
• 提供全面性的工業設備管理系統，包括：CTCU的SmartView™ WEB EMS和 SmartConfig™軟體。無論是在監控、配置、維護，還是故障排除的情境下，CTCU的管理系統軟體能為每項任務提供使用者友善的工具。
• 支援10G超高速傳輸頻寬，提供穩定且沒有延遲的網路服務，滿足用戶同時對各種服務應用的需求。
 
鐵路軌旁網路通訊應用
將火車基礎設施升級為電氣化系統，將可提供乘客更高效、快捷和環保的鐵路運輸服務。此外，網路系統全面IP化後，維護單位可以更集中地管理設備，營運也因此更佳靈活。然而，在建置的過程中，許多環境以及管理因素皆必須列入考慮的清單中，例如：交換機設備是否能避免因電磁干擾所造成設備的衝擊或損壞、是否能承受列車經過時產生的振動、是否能在極端天氣條件下也能提供穩定及不間斷的服務等。
 
須直面4大挑戰
為了建立現代和安全的鐵路通訊系統，需要面臨幾項帶有挑戰性的技術問題：
1. 沿軌道放置的交換機設備很可能被雷擊或遭受ESD和電湧。
2. 非堅固裝置會因高速列車行經時遭受衝擊或振動出現故障。
3. 當設備出現單點故障時，工程師可能無法立即親臨現場解決問題。
4. 室外溫度晝夜或季節變化很大。在夏季，金屬接線箱內的溫度可能高達60°C甚或更高;在冬季，溫度可能會降至-20°C或更低。
 
工業級IGS & IFS系列方案
主向位科技針對沿軌道佈置的交換機設備也提出了工業級（供電）網管型交換機方案，如：IGS、IFS系列。其具備的特點包括：
• 具備工業級EMI和EMS認證，以提供更好的保護，防止意外雷擊、ESD或電湧。
• 通過EN50121-4軌道旁使用認證。
• 支持單點故障時的各種高效網路冗餘備援（如u-Ring），u-Ring最多可支援5個環型拓撲，並且可以在10毫秒內從單點故障中恢復。
• 支援寬溫（-40～75°C）與堅固的外殼設計。