GSM-R, czyli system radiowy oparty na technologii 2G, który od dwóch dekad obsługuje komunikację głosową w kolejnictwie, zbliża się do końca okresu wsparcia, a jego następca, FRMCS, przechodzi z fazy opracowywania specyfikacji do wdrożeń w praktyce – obecnie ogłaszane są pierwsze przetargi. W całej Europie koleje znajdują się na bardzo różnych etapach tej drogi: niektóre już prowadzą testy i wdrażają instalacje weryfikujące koncepcję, inne wciąż rozbudowują sieć GSM-R. Wypełnienie tej luki bez zakłócania codziennej eksploatacji było tematem webinarium firmy Eviden z udziałem Francka Letta, globalnego ds. transportu, oraz Mathieu Perrusem z Działu Inżynierii Infrastruktury luksemburskiego operatora krajowego CFL.
Dlaczego termin wygaśnięcia ciągle się przesuwa?
Lett wskazał cztery kluczowe czynniki stojące za tą zmianą. System GSM-R opiera się na starzejącej się technologii 2G, dla której wsparcie ze strony dostawców stopniowo maleje. FRMCS zapewnia to, czego potrzebuje kolej w kolejnej fazie rozwoju, a mianowicie cyfryzację, łączność szerokopasmową, niskie opóźnienia oraz podstawę do automatyzacji. Cyberbezpieczeństwo jest wbudowane w FRMCS już na etapie projektowania, a nie dodawane później, co ma znaczenie, ponieważ ataki na koleje stają się coraz częstsze. Kierunek regulacyjny został już wyznaczony, a FRMCS uznano za przyszły standard europejski. Lett podkreślił również jego rolę we wdrażaniu systemu ETCS, zauważając, że FRMCS może przyspieszyć wdrażanie poziomu 2 poprzez zapewnienie nowoczesnej warstwy komunikacyjnej wymaganej do ciągłego nadzoru.
Harmonogram uległ pewnej zmianie w korzystnym kierunku. Jeszcze kilka lat temu branża planowała zakończenie wsparcia na rok 2035; dostawcy wskazują obecnie, że długoterminowe wsparcie dla GSM-R może trwać najpóźniej do około 2040 roku. Ten dodatkowy czas nie ułatwia jednak pracy, ponieważ większość europejskich projektów migracyjnych to modernizacje istniejących obiektów, a nie budowa od podstaw, a celem jest uniknięcie jednorazowego, radykalnego przejścia na nowy system.
Gdzie znajduje się Eviden: warstwa usługowa
FRMCS, w odróżnieniu od monolitycznego systemu GSM-R, składa się z warstwy transportowej (sieci 5G) oraz warstwy usługowej (usługi łączności o znaczeniu krytycznym działające na tej warstwie). Firma Eviden skoncentrowała się na warstwie usługowej, pozostawiając warstwę transportową 5G tradycyjnym dostawcom usług telekomunikacyjnych. Jej rdzeń MCX zapewnia krytyczne dla misji usługi typu „push-to-talk”, transmisję danych i wideo. Uzupełnieniem tego rozwiązania są aplikacje klienckie MCX dla systemów Android i iOS, przeglądarkowy system dyspozytorski oraz system nagrywania umożliwiający rejestrowanie i odtwarzanie głosu, obrazu oraz danych. Dodatkowe komponenty obejmują scentralizowany system zarządzania, zestaw do wdrażania oprogramowania (SDK) oraz sprzęt pokładowy, taki jak radio pokładowe oraz TOBA (architektura telekomunikacyjna na pokładzie), obecnie będące w fazie rozwoju.Z punktu widzenia zaopatrzenia architektura jest w pełni zwirtualizowana: wszystkie komponenty działają jako maszyny wirtualne na standardowym sprzęcie komercyjnym (COTS), bez zastrzeżonych urządzeń. Pojedynczy serwer może obsługiwać serwer MCX, dyspozytor, rejestrator, platformę zarządzania oraz funkcję współdziałania, co przyczynia się do zmniejszenia nakładów kapitałowych i kosztów operacyjnych.
Funkcja współdziałania zajmuje się najtrudniejszą częścią
Funkcja współdziałania (IWF) łączy środowisko MCX ze starszymi systemami komunikacyjnymi, takimi jak GSM-R, TETRA, P25, DMR i PBX. Podczas migracji z GSM-R do FRMCS funkcja ta oddziela domeny GSM-R i MCX, umożliwiając każdej z nich niezależny rozwój przy jednoczesnym zapewnieniu płynnej interoperacyjności. Funkcja IWF opiera się na otwartych standardach 3GPP i ETSI, co gwarantuje interoperacyjność i niezależność od dostawców.
n W trakcie działania IWF zapewnia translację między dotychczasową domeną GSM-R a domeną MCX bez zmiany sposobu korzystania z systemu przez użytkownika. Numer funkcjonalny GSM-R jest mapowany na odpowiadający mu identyfikator MCX wyrażony jako adres SIP URI. Połączenie grupowe GSM-R staje się połączeniem grupowym MCX. Kolejowe połączenie alarmowe (REC) zachowuje swoją integralność podczas przechodzenia między systemami, a dodatkowe wymagane informacje są mapowane na stronę MCX. Wiadomość tekstowa GSM-R dociera jako wiadomość danych MCX. Firma Eviden zaprezentowała działanie tego rozwiązania na anonimowych zrzutach ekranu z laboratorium, w tym tabele mapowania, które łączą tożsamości GSM-R i MCX każdego użytkownika w jedną jednostkę operacyjną.
W jaki sposób CFL stopniowo wprowadza zmiany, aby zakończyć proces do 2027 roku
Perrus rozpoczął od przedstawienia warunków operacyjnych CFL. CFL zarządza siecią o długości około 275 km gęstych, intensywnie eksploatowanych i silnie połączonych ze sobą torów, charakteryzującą się znacznym ruchem transgranicznym w kierunku Belgii, Niemiec i Francji oraz około 1 000 przejazdów pociągów dziennie. Obecnie podstawę sieci stanowi około 100 komórek radiowych GSM-R, około 80 stanowisk dyspozytorskich oraz około 250 pokładowych radiotelefonów w kabinie maszynisty, działających w standardzie GSM-R Release 4, przeznaczonym do transmisji głosu w sieci z komutacją obwodów, z bardzo ograniczoną przepustowością danych.
Kluczowym czynnikiem wpływającym na przebieg tej transformacji jest fakt, że system sygnalizacji CFL opiera się w całości na ETCS poziomu 1, który wykorzystuje urządzenia Eurobalise zamiast ciągłej komunikacji radiowej, a ponadto nie ma planów przejścia na ETCS poziomu 2. W rezultacie FRMCS zastąpi GSM-R wyłącznie w zakresie łączności operacyjnej, bez wpływu na systemy sygnalizacji.Presja na zmianę wynika raczej z wycofania GSM-R z eksploatacji oraz ze starzenia się systemów analogowych: radiostacji manewrowych (analogowych w Luksemburgu), telefonów torowych i infrastruktury miedzianej, a także systemów dyspozytorskich, które wymagają dostosowania lub wymiany na potrzeby MCX.
Strategia CFL opiera się na trzech filarach: usługach MCX, sieci 5G obejmującej sieć rdzeniową i dostęp radiowy oraz dedykowanym pasmie częstotliwości dla kolei w pasmach n100 (900 MHz) i n101 (1900 MHz). W ramach pierwszej weryfikacji koncepcji wdrożono pełny system MCX w modelu „over the top” (tj. w oparciu o publiczną sieć 5G), bez wynegocjowanych parametrów jakości usług, w celu zweryfikowania architektury i zdobycia wiedzy operacyjnej. Perrus poinformował, że faza ta została zakończona z sukcesem. Drugi test koncepcyjny zajmuje się trudniejszym problemem, jakim jest współdziałanie z GSM-R, a także współdziałanie z siecią Wi-Fi CFL, projektem zapewniającym wysoką dostępność oraz intensywnym szkoleniem personelu. Jeśli próby zakończą się sukcesem, w 2027 r. nastąpi wdrożenie na skalę krajową, które zastąpi wszystkich dotychczasowych systemy dyspozytorskie, a od 2028 lub 2029 r. nastąpi pełna modernizacja FRMCS, zgodna z pierwszą edycją specyfikacji oraz TSI CCS, przy stopniowym przechodzeniu na własną sieć 5G CFL.
Co weryfikuje MORANE-2
Rola firmy Eviden w ramach IWF jest również ściśle powiązana z programem FP2-MORANE-2, którego celem jest walidacja aktualnej specyfikacji FRMCS w wersji 2.2 oraz wybranych wariantów wersji 3, w celu opracowania stabilnej wersji 3, która stanie się pierwszą edycją przeznaczoną do wdrożenia komercyjnego. W ramach projektu MORANE-2 prowadzone są testy laboratoryjne w trzech lokalizacjach oraz testy terenowe na pięciu liniach w czterech krajach. Jak powiedział Lett, firma Eviden jest jedynym dostawcą funkcji współdziałania GSM-R w całym programie, jednym z zaledwie dwóch dostawców MCX oraz jednym z pięciu dostawców systemów dyspozytorskich. W niemieckiej konfiguracji terenowej firma Eviden dostarcza serwer aplikacji MCX oraz funkcję IWF, łącząc się z podsystemem sieciowym GSM-R firmy Nokia oraz rdzeniem 5G firmy Nokia, a testy terenowe mają się rozpocząć w styczniu 2027 r.
Problem, który pozostaje do rozwiązania, dotyczy integracji starych radiostacji, a nie samego systemu FRMCS
Dwie odpowiedzi w sesji pytań i odpowiedzi były bardziej pouczające niż prezentacje slajdów. Jeśli chodzi o cyberodporność, Perrus opisał koncepcję izolowanych „bań” systemowych, które można odłączyć w razie ataku, dzięki czemu pociągi nadal kursują w trybie awaryjnym, a system MCX został wzmocniony poprzez testy penetracyjne. Jeśli chodzi o integrację starszych systemów radiowych, Lett przyznał, że nadal istnieją wyzwania. Natywna współpraca systemów TETRA jest zdefiniowana przez 3GPP, ale wdrażana jest nierównomiernie przez różnych dostawców i często wiąże się z licencjami, co ponownie wprowadza uzależnienie od dostawcy, które miało zostać wyeliminowane. Istnieją rozwiązania alternatywne, takie jak między systemowy interfejs ISI, jednak branża nie osiągnęła jeszcze konsensusu co do jednego podejścia.
Taka jest rzeczywista sytuacja. Sam standard FRMCS rozwija się zgodnie z harmonogramem w ramach MORANE-2; trudności wynikają z realiów istniejących instalacji oraz z konieczności płynnego połączenia systemów TETRA i GSM-R. Rada CFL dla innych operatorów wynikała właśnie z tego: należy wcześnie rozpocząć planowanie i testowanie, ponieważ to współdziałanie systemów i istniejąca infrastruktura, a nie sama specyfikacja, wyznaczają tempo prac.
