Sinyalizasyon Sistemlerinde Haberleşme Teknolojilerinin Gelişimi
Demiryolu ilk gelişmeye başladığı yıllarda sadece hızlı bir ulaştırma yöntemi olarak kabul edilmekte, kaza, verimsizlik, hizmet dışı kalınması ve servis tehirleri gibi problemler için herhangi bir önlem almak gereksiz görülmekteydi. Ancak, yaşanılan kazalardan ve problemlerden sonra çözüm arayışları kaçınılmaz olmuş, zaman ve teknolojik gelişmelerle saha ekipmanlarının kontrolü ve tren konum tespiti için kablolu haberleşme altyapısına dayanan sinyalizasyon sistemleri kullanılmaya başlanmıştır.
1975’te Norveç’te meydana gelen bir olayın ardından LMEricson ve SRT tarafından tasarlanan bir sistem, kablolu iletişim tekniklerinden ayrışan bir yaklaşıma sahip olmasıyla önemli bir gelişmeydi. Pasif baliz adıyla kablosuz olarak (magnetik) telegram iletimi prensibini kullanan bu sistem, 27 MHz downlink ve 4,5 MHz uplink bağlantı kullanma ilkelerini oluşturmuştur. Bu gelişmeleri konumlandırma bilgisinin yanı sıra bir iletişim kanalı sağlayan SelTrac sistemi takip etmiştir. SelTrac, araçlara 36 kHz taşıyıcıda 1200 bit/s hızında, araçlardan ise 56 kHz taşıyıcıda 600 bit/s hızında veri göndermekteydi.
Günümüz ileri teknoloji sinyalizasyon sistemleri için örnek kabul edilebilecek ilk sistem, Şubat 2003’te San Francisco havaalanında Bombardier tarafından devreye alınan dünyanın ilk radyo tabanlı CBTC (Communication Based Train Control) sistemidir. Birkaç ay sonra, Alstom da benzer bir sistemi Singapur’da tanıtmıştır. CBTC sistemi şu anda, Dünya’da ve Türkiye’de metro hatlarında yaygın olarak kullanılan doğru zamanda doğru tren kontrol bilgisini iletmek için radyo haberleşmesini kullanan haberleşme tabanlı bir sistemdir.
Günümüz Sinyalizasyon Sistemleri Haberleşme Teknolojileri
CBTC sinyalizasyon sistemleri temel olarak, bir veya birden fazla merkez tarafından yönetilen ve izlenen, hat üzerinde konuşlandırılan bir takım ekipmanlar aracılığıyla tren konum ve hızlarının tespit edildiği ve diğer sistemlerle paylaşıldığı sistemlerin sistemi yapısında mimarilerdir. Ayrıca, rotalar tahsis edilmekte, trenlerin hareketlerinin bir uyum içerisinde sağlanması ve tehlikeli durumların engellenmesi için tren ve saha ekipmanlarının komutları da sürekli olarak iletilmektedir. Sıcak yedekli mimarilerle donatılmış, %99’un üzerinde emre amadelik oranlarına sahip, trenleri makinistlere dahi ihtiyaç duymadan işletilebilir hale getiren CBTC sinyalizasyon sistemlerinin omurgasını oluşturan ve bahsi geçen yeteneklerin kazandırılması sağlayan en kritik bileşenlerden biri şüphesiz haberleşme sistemidir.
CBTC haberleşme altyapısı bütünüyle IP(Internet Protocol) tabanlı bir altyapı olup kablosuz erişim Wi-Fi standardına dayanmaktadır. Wi-Fi teknolojisinindeki handover kaynaklı sorunlar, düşük yakınsama zamanı ihtiyacı olan CBTC için özel handover algoritmalarına ihtiyacı doğurmuştur. Uçtan uca gecikme süresinin de doğru haberleşme sistemi tasarımı ile düşük tutulması, emre amadeliğin ve güvenilirliğin uygun yedeklilik mekanizmaları ile sağlanması CBTC sisteminin işleyişi için önem arz etmektedir. Wi-Fi’ın girişim (enterferans) hassasiyeti ise girişim etkisi olabilecek farklı sistemlerin dikkate alınarak yapılan doğru RF (Radio Frequency) kapsama alanı çalışmaları ile giderilmektedir. Ayrıca, CBTC sistemi emniyet kritik bir sistem olduğu için verinin haberleşme altyapısı üzerinden EN 50159 (Safety-related communication in transmission systems) standardına dayalı emniyetli haberleşme protokolleri ile taşınması gerekmektedir. Siber güvenlik konusu da birçok sistemde olduğu gibi CBTC sistemi genelinde, buna bağlı olarak haberleşme altyapısında da dikkat alınması gereken önemli bir kavramdır.
Bu bilgiler ışığında haberleşme sisteminden temel olarak,
Uygun yedeklilik mekanizmaları ile %99’un üzerinde emre amadelik sağlaması,
Yüksek güvenilirlik sağlaması,
Erişim noktaları ya da baz istasyonları arasındaki handover süresini milisaniyeler mertebesinde sağlaması,
Uçtan uca haberleşme gecikme süresini milisaniyeler mertebesinde sağlaması,
Emniyetli bir şekilde verinin taşınmasına olanak sağlaması,
Verilerin gizliliği, bütünlüğü ve kullanılabilirliği için siber güvenlik önlemlerinin alınmasına olanak sağlaması,
Girişim dayanımı beklenmektedir.
Beklentiler doğrultusunda haberleşme sistemi örnek mimari şekilde de görüldüğü üzere,
Hatboyuna ve araçüstüne yeter seviyede RF kapsama alanı sunan yedekliliği sağlayacak şekilde atlamalı ve birbirini örten (overlap) şekilde konuşlandırılmış baz istasyonlarından,
Merkeze, hatboyuna ve araçüstüne uygun protokolleri kullanılarak yedekli olarak yerleştirilmiş ağ ekipmanlarından (Ağ Anahtarı, Yönlendirici, Güvenlik Duvarı, Yönetim ve Yetkilendirme sunucuları),
Bağlantı yedekliliği protokolleri ile yedekli veri bağlantılarından oluşmaktadır.
Gündemdeki Teknolojiler
Raylı sistemlerde CBTC sistemi yanında haberleşme altyapılarına ihtiyaç duyan farklı sistemler de (araçüstü yolcu bilgilendirme sistemi, güvenlik kamera, araç durum bilgileri kayıt ve yolcu internet servis sistemi vb.) mevcuttur. Farklı sistemlerin farklı haberleşme altyapılarını kullanması maliyet ve operasyonel zorluğu da beraberinde getirmektedir. Bu nedenle “converged networks (yakınsayan ağlar)”gündemde olan konular arasında yer almaktadır. Ağların yakınsaması, tek bir haberleşme sistemi veya ağı üzerinden birçok sistemin ya da servisin MPLS (Multi Protocol Label Swiching) benzeri teknolojiler ile uygun QoS (Quality of Service) mekanizmaları kullanılarak taşınması olarak nitelendirilmektedir. Bununla birlikte, mevcutta kullanılan Wi-Fi teknolojisi yerine LTE, 5G teknolojilerinin kullanımı ağların yakınsaması ile birlikte oluşabilecek bant genişliği sorununu da çözecektir. Diğer taraftan, ilerleyen zamanlarda tren sefer aralığın daha da sıklaştırılması, sanal kuplaj ve konvoy uygulamaları gibi ihtiyaçlar doğrultusunda tren kontrol algoritmalarında yapılacak değişiklikler, trenler arası kesintisiz haberleşmeye olan ihtiyacı da beraberinde getirecektir ve bu durum haberleşme sistemi tasarımında değişikliklere yol açabilecektir.
Demiryolu ilk gelişmeye başladığı yıllarda sadece hızlı bir ulaştırma yöntemi olarak kabul edilmekte, kaza, verimsizlik, hizmet dışı kalınması ve servis tehirleri gibi problemler için herhangi bir önlem almak gereksiz görülmekteydi. Ancak, yaşanılan kazalardan ve problemlerden sonra çözüm arayışları kaçınılmaz olmuş, zaman ve teknolojik gelişmelerle saha ekipmanlarının kontrolü ve tren konum tespiti için kablolu haberleşme altyapısına dayanan sinyalizasyon sistemleri kullanılmaya başlanmıştır.
1975’te Norveç’te meydana gelen bir olayın ardından LMEricson ve SRT tarafından tasarlanan bir sistem, kablolu iletişim tekniklerinden ayrışan bir yaklaşıma sahip olmasıyla önemli bir gelişmeydi. Pasif baliz adıyla kablosuz olarak (magnetik) telegram iletimi prensibini kullanan bu sistem, 27 MHz downlink ve 4,5 MHz uplink bağlantı kullanma ilkelerini oluşturmuştur. Bu gelişmeleri konumlandırma bilgisinin yanı sıra bir iletişim kanalı sağlayan SelTrac sistemi takip etmiştir. SelTrac, araçlara 36 kHz taşıyıcıda 1200 bit/s hızında, araçlardan ise 56 kHz taşıyıcıda 600 bit/s hızında veri göndermekteydi.
Günümüz ileri teknoloji sinyalizasyon sistemleri için örnek kabul edilebilecek ilk sistem, Şubat 2003’te San Francisco havaalanında Bombardier tarafından devreye alınan dünyanın ilk radyo tabanlı CBTC (Communication Based Train Control) sistemidir. Birkaç ay sonra, Alstom da benzer bir sistemi Singapur’da tanıtmıştır. CBTC sistemi şu anda, Dünya’da ve Türkiye’de metro hatlarında yaygın olarak kullanılan doğru zamanda doğru tren kontrol bilgisini iletmek için radyo haberleşmesini kullanan haberleşme tabanlı bir sistemdir.
Günümüz Sinyalizasyon Sistemleri Haberleşme Teknolojileri
CBTC sinyalizasyon sistemleri temel olarak, bir veya birden fazla merkez tarafından yönetilen ve izlenen, hat üzerinde konuşlandırılan bir takım ekipmanlar aracılığıyla tren konum ve hızlarının tespit edildiği ve diğer sistemlerle paylaşıldığı sistemlerin sistemi yapısında mimarilerdir. Ayrıca, rotalar tahsis edilmekte, trenlerin hareketlerinin bir uyum içerisinde sağlanması ve tehlikeli durumların engellenmesi için tren ve saha ekipmanlarının komutları da sürekli olarak iletilmektedir. Sıcak yedekli mimarilerle donatılmış, %99’un üzerinde emre amadelik oranlarına sahip, trenleri makinistlere dahi ihtiyaç duymadan işletilebilir hale getiren CBTC sinyalizasyon sistemlerinin omurgasını oluşturan ve bahsi geçen yeteneklerin kazandırılması sağlayan en kritik bileşenlerden biri şüphesiz haberleşme sistemidir.
CBTC haberleşme altyapısı bütünüyle IP(Internet Protocol) tabanlı bir altyapı olup kablosuz erişim Wi-Fi standardına dayanmaktadır. Wi-Fi teknolojisinindeki handover kaynaklı sorunlar, düşük yakınsama zamanı ihtiyacı olan CBTC için özel handover algoritmalarına ihtiyacı doğurmuştur. Uçtan uca gecikme süresinin de doğru haberleşme sistemi tasarımı ile düşük tutulması, emre amadeliğin ve güvenilirliğin uygun yedeklilik mekanizmaları ile sağlanması CBTC sisteminin işleyişi için önem arz etmektedir. Wi-Fi’ın girişim (enterferans) hassasiyeti ise girişim etkisi olabilecek farklı sistemlerin dikkate alınarak yapılan doğru RF (Radio Frequency) kapsama alanı çalışmaları ile giderilmektedir. Ayrıca, CBTC sistemi emniyet kritik bir sistem olduğu için verinin haberleşme altyapısı üzerinden EN 50159 (Safety-related communication in transmission systems) standardına dayalı emniyetli haberleşme protokolleri ile taşınması gerekmektedir. Siber güvenlik konusu da birçok sistemde olduğu gibi CBTC sistemi genelinde, buna bağlı olarak haberleşme altyapısında da dikkat alınması gereken önemli bir kavramdır.
Bu bilgiler ışığında haberleşme sisteminden temel olarak,
Uygun yedeklilik mekanizmaları ile %99’un üzerinde emre amadelik sağlaması,
Yüksek güvenilirlik sağlaması,
Erişim noktaları ya da baz istasyonları arasındaki handover süresini milisaniyeler mertebesinde sağlaması,
Uçtan uca haberleşme gecikme süresini milisaniyeler mertebesinde sağlaması,
Emniyetli bir şekilde verinin taşınmasına olanak sağlaması,
Verilerin gizliliği, bütünlüğü ve kullanılabilirliği için siber güvenlik önlemlerinin alınmasına olanak sağlaması,
Girişim dayanımı beklenmektedir.
Beklentiler doğrultusunda haberleşme sistemi örnek mimari şekilde de görüldüğü üzere,
Hatboyuna ve araçüstüne yeter seviyede RF kapsama alanı sunan yedekliliği sağlayacak şekilde atlamalı ve birbirini örten (overlap) şekilde konuşlandırılmış baz istasyonlarından,
Merkeze, hatboyuna ve araçüstüne uygun protokolleri kullanılarak yedekli olarak yerleştirilmiş ağ ekipmanlarından (Ağ Anahtarı, Yönlendirici, Güvenlik Duvarı, Yönetim ve Yetkilendirme sunucuları),
Bağlantı yedekliliği protokolleri ile yedekli veri bağlantılarından oluşmaktadır.
Gündemdeki Teknolojiler
Raylı sistemlerde CBTC sistemi yanında haberleşme altyapılarına ihtiyaç duyan farklı sistemler de (araçüstü yolcu bilgilendirme sistemi, güvenlik kamera, araç durum bilgileri kayıt ve yolcu internet servis sistemi vb.) mevcuttur. Farklı sistemlerin farklı haberleşme altyapılarını kullanması maliyet ve operasyonel zorluğu da beraberinde getirmektedir. Bu nedenle “converged networks (yakınsayan ağlar)”gündemde olan konular arasında yer almaktadır. Ağların yakınsaması, tek bir haberleşme sistemi veya ağı üzerinden birçok sistemin ya da servisin MPLS (Multi Protocol Label Swiching) benzeri teknolojiler ile uygun QoS (Quality of Service) mekanizmaları kullanılarak taşınması olarak nitelendirilmektedir. Bununla birlikte, mevcutta kullanılan Wi-Fi teknolojisi yerine LTE, 5G teknolojilerinin kullanımı ağların yakınsaması ile birlikte oluşabilecek bant genişliği sorununu da çözecektir. Diğer taraftan, ilerleyen zamanlarda tren sefer aralığın daha da sıklaştırılması, sanal kuplaj ve konvoy uygulamaları gibi ihtiyaçlar doğrultusunda tren kontrol algoritmalarında yapılacak değişiklikler, trenler arası kesintisiz haberleşmeye olan ihtiyacı da beraberinde getirecektir ve bu durum haberleşme sistemi tasarımında değişikliklere yol açabilecektir.
