ERTMS通信网络相关的挑战和重点领域

欧洲铁路交通管理系统(ERTMS)实际上是部署在整个欧洲和其他地区的铁路信号系统¹该系统结合了GSM-R(全球铁路移动通信系统)的通信技术和ETCS(欧洲列车控制系统)的信号技术。

ERTMS不仅带来了一种新技术，而且在操作和流程方面带来了全新的范式。这些影响着潜在的通信网络，并带来深刻的挑战，这些挑战难以解决，有时被低估，往往被高级管理层误解。

ERTMS对通信系统的影响

ERTMS的引入给通信网络带来了巨大的复杂性和量级的各种挑战:

通信领域的开放性

ERTMS是铁路部门最近开发的系统，用于使用高度标准化和广泛建立的通信技术。尽管ERTMS仍部分基于传统的ISDN通信(例如E1)，但它正面临着全面普及互联网协议(IP)技术的强大推动力。因此，趋势是取代旧的遗留通信技术(专用于旧的信号)，同时引入ERTMS。这为整个铁路生态系统部署单一且同质的基于ip的通信域提供了可能。

功能集中

大多数ERTMS解决方案将控制区域集中在联锁和RBC区域以及交通控制中心。由于减少轨道旁设备的经济优势，更少的选定地点成为功能集中的中心。这直接反映了这些站点在通信网络中的重要性。功能越集中，实现健壮的解决方案就越复杂，故障的潜在影响也就越严重。

增加可靠性

由于ERTMS对通过标准大众市场网络技术进行通信的依赖程度更高，与专用技术相比，这些网络对可靠性的要求比以前更高。因此，设计这样的网络变得复杂，不仅因为铁路的特殊性，还因为RAM(可靠性、可用性和可维护性)性能数据必须通过设计和网络的整个生命周期来解决。此外，通信技术领域的扩大和更加开放，在安全方面具有可靠性。

增加连接/互操作性

传统的信号解决方案往往不对外接口开放，而ERTMS为铁路连接带来了新的视角。结合通信领域的开放性和其他领域(多式联运、智能运输系统、客运应用等)对信息的需求，认为通信像以前一样封闭是不可能的。这导致了需要彻底解决的安全挑战。

更全面的认证

欧洲标准要求ERTMS实施过程应用于安全性和互操作性的评估、认证和批准^2、3．这导致认证需求被输出到通信系统，以及在认证和批准过程中发挥关键作用的内部和外部利益相关者的大全景。最臭名昭著的是CENELEC EN 501594标准，该标准旨在涵盖与通信相关的安全问题，以及信号供应商作为安全案例的一部分对网络施加的RAM和安全性的要求。

操作的复杂性

虽然在大众市场网络中，变化往往发生得很快，但在铁路上却不会发生同样的情况。铁路系统更加稳定，并遵守安全规则。因此，根据严格的方法，变化很少发生。这给网络运营商带来了一种矛盾的挑战和最终的焦虑，一方面，他们体验网络的机会较少，但另一方面，他们在体验网络时被要求更快、更敏锐。与传统信号相比，ERTMS放大了这一点，因为当发生人为错误时，通信域的扩大会造成更大范围的影响。例如，在GSM-R核心上错误地切换服务路由器。

技术生命周期的延长

传统上，信号系统的生命周期比底层通信技术长得多，即后者的发展速度要快得多。这给操作带来了挑战，因为不同的生命周期迫使技术更快地发展，以保持向后兼容性，并确保获得足够的维护部件和专业知识。这不仅在操作过程中很明显，而且在操作过程中也很明显ERTMS项目推广可能需要几年的时间，在此期间，最初的通信技术很快就会过时。

进化的重点领域

通信网络必须解决上述挑战;然而，潜在的解决方案没有对错之分，当然也不是微不足道的。因此，以下重点领域旨在为基础设施管理人员和铁路企业发展通信网络提供方向上的见解:

与现有系统集成

通信网络的扩展可以通过多种方式进行，要么部署新网络，要么使用现有网络，或者两者混合。铁路管理者应该仔细研究这些方案，考虑到ERTMS的性质和剩余铁路系统对ERTMS的影响——不要忘记ERTMS可能对其他系统的影响。相关的另一个方面是这些网络的技术，大部分可能仍在SDH/PDH上(因此需要迁移)，但也作为各种铁路系统的大型ip技术部署。所有这些都应该被彻底考虑，因为ERTMS的变化将是深远的。

纤维基础设施

作为通信的支持传输层，光纤-或波分复用(WDM)技术-可能是稀缺的，通常在不适当的条件下安装，并且在某些地方已充分使用。因此，网络设计人员需要解决这个问题，以便解决方案能够应对限制，可以通过设计解决RAM数字(特别是在使用WDM的情况下)，并且可以根据其细节适当考虑替代方案(例如，如果公共服务提供商使用回环，则可以考虑网络安全条件)。

全ip通信

ERTMS向IP技术的演变是广泛的，这意味着越来越多的关键设备开始通过IP连接。例如，将IP引入机车车辆内的无线电接口，或允许与客户服务(一些基于互联网的服务)实现更高的互操作性。尽管ETCS在IP上实现了多个安全层，但网络仍然在遵守安全目标方面发挥着巨大的作用。因此，网络分区、监视和控制变得必不可少。

火车到轨道的IP

引入基于GPRS (EoG)的ETCS -或未来的未来铁路移动通信系统(FRMCS)⁵—车辆突然实现IP连接。这引入了一种接近EVC的新概念，它可以从基础设施或其他远程位置访问。欧洲无线电与密钥管理系统(KMS)^6、7提供安全解决方案，但拒绝服务(DoS)等方面可能会使通信处于危险之中，在针对GPRS核心组件时产生巨大影响。

外部接口

越来越多的连接和以客户为中心的交通需要越来越多的信息在铁路和外部服务之间流动。此外，更复杂的维护可以远程进行，作为加快维护速度和降低相关成本的一种手段。因此，这种可访问性应该设计为保证有足够的网关和周界(例如企业服务总线、虚拟桌面接口、接口交换点、深度包检查等)来控制和扫描数据，并限制这些数据的操作范围和影响。

网络安全

对系统的攻击载体必须比以往任何时候都更加广泛。引入ERTMS的许多方面都成为潜在的安全问题。出于这个原因，最好的做法是根据通用安全方法(CSM)所实现的安全过程来处理安全性。^3.，这可以通过CENELEC EN 50159框架实现⁴．尽管它弥补了从通信网络安全到铁路安全的差距，但它还不够，因为这个标准只处理网络中携带安全相关信息的部分。因此，也应该遵循行业标准(例如ISO 27000, NIS)⁸．

通信监测

ERTMS带来了一个复杂的协议栈，并以集成的方式将多个系统组合在一起。当故障在哪里不明显时，这就增加了故障排除的复杂性。因此，必须部署ERTMS监控系统，该系统可以从所有相关系统和网络(rbc、联锁、GSM-R、FTN、EVC等)中找到消息，并关联所有数据。这将有助于和加快故障排除，但另一方面，这将需要几个铁路部门具备更高的交叉学科知识。

参考文献

1.Arcadis，可行性研究参考系统ERTMS: www。era.europa。Eu /sites/default/files/library/docs/studies/ ccs_migration_study_arcadis_ report_en.pdf

2.互操作性技术规范:www.era.europa。欧盟/活动/ technical-specifications-interoperability_en

3.ERA，通用安全方法:www.era.europa.eu/activities/ Common - Safety -methods_en

4.EN 50159:2010，铁路应用。通信、信号和处理系统。传输系统中与安全相关的通信，2010年1月9日

5.UIC，未来铁路移动通信系统-用户要求，V4.0.0, 15/01/2019: https://uic.org/IMG/pdf/frmcs_user_requirements_ specification_version_4.0.0.pdf

6.欧空局，ERTMS/ETCS, EuroRadio FIS, SUBSET-037, issue 3.2.0, 17/12/2015: www.era.europa.eu/content/set-specifications-3-etcs-b3-r2-gsm-r-b1

7.《在线密钥管理FFFIS》，第1.0.0期，2015-12-17:www。era.europa.eu /内容/ set-specifications-3-etcs-b3-r2-gsm-r-b1

8.ISO/IEC 27000系列-信息安全管理体系:www.iso.org/isoiec-27001-information-security.html