Soluciones Banda Ancha: LTE para Transporte · ... es un estándar de comunicaciones radio de banda...

2016

Soluciones Banda Ancha: LTE para Transporte ESTRATEGIA DE PRODUCTO

LTE para Transporte Página 1 de 25

TELTRONIC, como fabricante de sistemas de radiocomunicaciones profesionales, y

complementando sus actuales soluciones basadas en tecnología TETRA, lanza al

mercado su nueva línea de productos LTE (Long Term Evolution), anticipándose así a

la creciente demanda de aplicaciones que requieren mayores anchos de banda,

experimentada en entornos críticos como la Seguridad Pública o el Transporte.

Sistemas de autobuses, tranvías, metros, ferrocarriles convencionales o de alta

velocidad, incluyendo también los cada vez más sofisticados vehículos automáticos sin

conductor, necesitan de sistemas de comunicaciones que soporten cada vez mayores

volúmenes de datos, y que mejoren significativamente tanto la gestión y seguridad de la

operación como la calidad del servicio al pasajero.

La solución LTE de TELTRONIC está diseñada para respetar los exigentes parámetros

de disponibilidad y seguridad requeridos en entornos de misión crítica, y está además

adaptada a las particularidades de cada segmento de aplicación. En concreto, la

solución LTE para Transporte es capaz de dar servicio a las distintas aplicaciones

empleadas en la operativa de la red, como, por ejemplo, transmisión de datos de los

sistemas de señalización ferroviaria, video vigilancia en tiempo real, monitorización y

mantenimiento remoto, sistemas de información, internet para el pasajero, etc.


Tabla de Contenido

1. TECNOLOGÍA LTE: INTRODUCCIÓN ......................................................... 4

2. ¿POR QUÉ BANDA ANCHA EN ENTORNOS DE TRANSPORTE? ¿POR

QUÉ TECNOLOGÍA LTE? ............................................................................ 5

3. SISTEMAS LTE ESPECÍFICOS PARA ENTORNO PROFESIONAL ........... 7

4. ENEBULA: INFRAESTRUCTURA LTE PROFESIONAL DE TELTRONIC.... 9

5. ELEMENTOS DE LA SOLUTION LTE DE TELTRONIC ENEBULA ............ 12

6. APLICACIONES LTE EN EL SECTOR DEL TRANSPORTE ...................... 16

6.1 LTE para sistemas de video-vigilancia (CCTV) ........................................... 17

6.2 LTE para sistemas de señalización ferroviaria ETCS .................................. 19

6.3 LTE para sistemas de señalización CBTC .................................................. 20

6.4 LTE para otras aplicaciones ........................................................................ 22

7. DIFERENCIADORES DE LA SOLUCIÓN LTE DE TELTRONIC ................ 24


Abreviaturas

3GPP Third Partnership Programme

AuC Authentication Centre

CBTC Communication Based Train Control

CCTV Circuito Cerrado de Televisión

DTO Driverless Train Operation

ENC Evolved Node Controller

eNodeB Evolved Node B

EPC Enhanced Packet Core

ERA European Railway Agency

ERTMS European Rail Traffic Management System

ETCS European Train Control System

E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network

FDD Frequency Division Duplex

GoA Grade of Automation

GSM-R Global System for Mobile Communication - Railway

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

HSS Home Subscriber Server

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

LTE Long Term Evolution

MIMO Multiple-Input Multiple-Output

MME Mobility Management Entity

NMS Network Management System

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiple Access

PCRF Policy Charging Rules Function

PGW Packet Data Network Gateway

PMR Professional Mobile Radio

PTT Push To Talk

QAM Quadrature Amplitude Modulation

QoS Quality of Service

QPSK Quadrature Phase Shift Keying

SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access

SGW Serving Gateway

SISO Single Input Single Output

SIV Sistema de Información al Viajero

STO Semi-automatic Train Operation

TDD Time Division Duplex

TETRA TErrestrial Trunked RAdio

UE User Equipment

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

UTO Unattended Train Operation

VoIP Voice over IP


1. TECNOLOGÍA LTE: INTRODUCCIÓN

LTE (Long Term Evolution) es un estándar de comunicaciones radio de banda ancha,

desarrollado por el 3GPP (3rd Generation Partnership Project) como

evolución a los sistemas UMTS (Universal Mobile

Telecommunications System). La nueva arquitectura especificada

reduce el número de elementos de red simplificando su diseño,

mejora la eficiencia espectral y obtiene mayores tasas de

transmisión de datos.

Una de las principales diferencias de la tecnología LTE frente a sus predecesoras es la

gestión del interfaz radio, el cual está basado en modulación OFDMA (Orthogonal

Frequency Division Multiple Access) para el enlace descendente y SC-FDMA (Single

Carrier Frequency Division Multiple Access) en el ascendente. Estos esquemas de

modulación pueden ser usados en modo FDD (Frequency Division Duplex), con las

frecuencias uplink y downlink separadas por un offset, o en modo TDD (Time Division

Duplex), donde las transmisiones uplink y downlink comparten las frecuencias en

distintos momentos del tiempo.

Estos aspectos junto con otros como el empleo de técnicas MIMO (Multiple-Input

Multiple-Output), convierten a LTE en la nueva generación de tecnologías de banda

ancha, tanto para el mercado comercial, como para el sector profesional., gracias a una

serie de beneficios como:

Bajas latencias, tanto en establecimientos de conexión cómo en transmisión de

datos.

Incrementos de las tasas de datos.

Mejora de la eficiencia espectral.

Mayor flexibilidad en la gestión y uso del espectro.

Simplificación de la arquitectura de red.

Mejoras de la movilidad


2. ¿POR QUÉ BANDA ANCHA EN ENTORNOS DE

TRANSPORTE? ¿POR QUÉ TECNOLOGÍA

LTE?

Las necesidades de comunicación de voz y datos críticos en el entorno de transporte

están cubiertas a día de hoy a través de tecnologías digitales de banda estrecha como

TETRA, las cuales, aun aportando un alto grado de seguridad y disponibilidad,

presentan una capacidad de datos limitada.

La creciente demanda de aplicaciones y servicios consumiendo grandes volúmenes de

datos, tales como, la video vigilancia embarcada y la visualización en tiempo real de las

imágenes desde el centro de control, hace necesario invertir en la ampliación y

extensión de los sistemas existentes para proporcionar un nuevo acceso radio de banda

ancha que cubra los requisitos de las citadas aplicaciones.

Dentro del panorama de tecnologías actuales, LTE es la nueva generación de

comunicaciones ampliamente esperada para cubrir las necesidades de banda ancha en

todas las redes móviles. En entornos de misión crítica, como el sector Transporte,

LTE presenta una serie de beneficios que la hacen especialmente adecuada, como son

su eficiente arquitectura basada en conmutación de paquetes, la cual proporciona una

rápida gestión interna de la red, bajas latencias y unas tasas de datos mucho más

altas.

La siguiente tabla muestra las principales características técnicas de la tecnología LTE:

PARÁMETRO VALORES

Tasa máxima de transferencia downlink 172.8Mbps @64QAM 4/4 y MIMO 2x2

Tasa máxima de transferencia uplink 57.6 Mbps @ 16QAM 4/4

Tipos de datos Transmisión de paquetes IP tanto para

datos como para voz

Canalizaciones posibles (MHz) 1.4, 3, 5, 10, 15 y 20 MHz

Esquemas de duplexado FDD y TDD

Latencia De estado idle a activo < 100 mseg.


PARÁMETRO VALORES

Utilizando paquetes pequeños ~10mseg.

Eficiencia espectral Downlink: 3-4 veces la de HSDPA (Rel 6)

Uplink: 2-3 veces la de HSDPA (Rel 6)

Acceso al medio OFDMA en downlink y SC-FDMA en uplink

Tipos de modulación soportados QPSK, 16QAM, 64QAM

Tabla 1. Características técnicas de la tecnología LTE.

A partir de esta tabla con valores teóricos, en un despliegue real confluyen una serie de

variables para establecer valores reales de capacidad en celda o latencia como la

distancia del usuario a la célula, velocidad del usuario, características de canal de

propagación, etc.

Al ser en LTE la modulación adaptativa, el estado de dichas variables condicionará la

modulación asignada en cada caso, encontrándonos con modulaciones muy robustas,

pero poco eficientes (QPSK ½), para los usuarios en las peores condiciones de la célula,

por ejemplo, en los límites de cobertura, o bien modulaciones muy eficientes (64QAM

5/6) con MIMO 2x2 para usuarios en buenas condiciones de señal.

Todo ello hace que la tasa de transferencia media de una célula se aproxime a 1bps/Hz

en UL y 2bps/Hz en DL. Por ejemplo, en un caso práctico utilizando canalización de

10MHz, se obtendría una tasa media del orden de: 10 Mbps en UL y 20 Mbps en DL.

Además, LTE ofrece una buena plataforma sobre la cual podrán implementarse a futuro

y conforme las especificaciones del estándar avancen, algunas funcionalidades

específicas de las comunicaciones críticas profesionales, como las llamadas de grupo

o la gestión de prioridades y emergencias.

Gracias a estas mejoras, los sistemas ferroviarios pueden contar con un amplio rango

de nuevos servicios de datos, los cuales mejorarán tanto la seguridad de la operación,

por ejemplo, a través de los sistemas de CCTV o la actualización de las redes de datos

para señalización ferroviaria, así como la experiencia del pasajero, a través de nuevos

servicios de internet a bordo o la modernización de los sistemas de información y

multimedia. Y todo ello, compartiendo una misma infraestructura y asegurando la calidad

de servicio a las aplicaciones con mayor criticidad.


3. SISTEMAS LTE ESPECÍFICOS PARA

ENTORNO PROFESIONAL

Las redes de operador de banda ancha, como los actuales sistemas 4G desplegados

para telefonía comercial, no están preparadas para dar respuesta a las necesidades de

entornos críticos de comunicación, donde se requiere disponer de una serie de aspectos

clave:

Rápidos establecimientos de llamada

Máxima disponibilidad y fiabilidad

Control de congestión: prioridades de acceso y gestión de los recursos

Interrupción por emergencia

Comunicaciones de grupo

Llamadas en modo directo

Las redes comerciales están diseñadas para dar cobertura generalizada y proporcionar

servicio al máximo número de usuarios que sea posible, maximizando así el beneficio

del operador. Sin embargo, un sistema de banda ancha LTE profesional, no está

enfocado a maximizar el beneficio, sino a garantizar el servicio, asegurando la

capacidad de datos y la máxima disponibilidad de la red a todos los usuarios durante

todo el tiempo, incluidos los momentos de máxima congestión.

Los sistemas de transporte (ferrocarriles, metros, tranvías, etc.), son parte de las

infraestructuras críticas cuyo servicio debe ser garantizado, por ello, la solución LTE

profesional de TELTRONIC está específicamente diseñada para cubrir las necesidades

de banda ancha de dicho entorno, proporcionando comunicaciones continuas y fiables

entre los trenes y los distintos centros de control en vía.

Las diferencias clave entre un diseño basado en sistemas comerciales o privados puede

observarse en la siguiente tabla:


SISTEMA LTE COMERCIAL SISTEMA LTE PRIVADO

Objetivo Maximizar beneficio Garantizar servicio

Cobertura Optimizada para las zonas de

mayor concentración de

usuarios, lo que redunda en

mayores beneficios

comerciales.

Asegurar un 100% de

cobertura aún en zonas de

baja densidad de población

para garantizar la continuidad

del servicio. P/e en trazados

de líneas ferroviarias

Densidad Muchos usuarios por km2. Pocos usuarios por km2.

Congestión Aceptable y tolerada por los

usuarios. Diseño y

planificación de red para

asegurar una capacidad

“típica”.

Inaceptable. Diseño para

asegurar el servicio en el peor

caso y en la situación más

crítica.

Las aplicaciones vitales de

transporte exigen máxima

disponibilidad.

Datos Banda Ancha Fundamentalmente

aplicaciones de descarga

(acceso a internet).

Balance de tráfico optimizado

para este uso.

Tráfico asimétrico, tomando

más importancia la conexión

ascendente (o uplink), en

aplicaciones de carga de

datos desde los vehículos al

centro de control.

Tabla 2. Diferencias entre un sistema LTE comercial y un sistema LTE privado.


4. ENEBULA: INFRAESTRUCTURA LTE

PROFESIONAL DE TELTRONIC

Evolved NEBULA (eNEBULA) es el nombre comercial de la nueva infraestructura de

comunicaciones de TELTRONIC, cuya plataforma permite el suministro de sistemas de

banda estrecha TETRA, sistemas de banda ancha LTE, o sistemas híbridos.

Se trata de una plataforma digital de comunicaciones diseñada específicamente para

usuarios profesionales (PMR), y que permite además la posibilidad de integrar en una

misma red múltiples tecnologías radio, proporcionando un servicio unificado que de

soporte a las distintas necesidades de comunicación identificadas en el entorno de

transporte público en general y en particular en el ferroviario.

El diseño final de la red de banda ancha LTE deberá adaptarse a las necesidades de

cada proyecto, variando en función de distintos aspectos, entre los que destacan tres

en concreto:

Modelo de tráfico de datos de las aplicaciones que van a operar. Típicamente se

hablará de tráfico medio esperado en la celda, y del tráfico mínimo a garantizar en

el extremo de la celda (o frontera de cobertura).

Número de usuarios que requieren aplicaciones banda ancha y concentración

media esperada de usuarios en cada celda.

Características del terreno y consiguiente diseño de coberturas por alcance

geográfico.

La arquitectura del Sistema eNEBULA se muestra en la siguiente figura. Se trata de

una arquitectura plana dónde existe una jerarquía muy sencilla en 4 niveles:

Terminales de equipo o UE (User Equipment)

Red de Acceso Radio, también llamada E-UTRAN, dónde las estaciones base o

eNodeB son las entidades fundamentales responsables de gestionar el medio

radio.


Nodo central denominado de forma genérica EPC. Se estructura en diferentes

entidades funcionales implementado la funcionalidad establecida en el estándar:

- MME (Mobility Management Entity).

- SGW (Serving Gateway).

- PGW (Packet Data Network Gateway).

- ENC (Evolved Node Controller).

Todas estas entidades lógicas, así como el resto de la infraestructura son

configuradas y monitorizadas a través del Sistema de Gestión de Red o NMS.

Capa de servicios, que pueden basarse en soluciones suministradas por

TELTRONIC o por terceros.

Figura 1. Arquitectura del sistema eNEBULA.

La tecnología LTE contempla su despliegue en diferentes bandas de frecuencia a lo

largo del espectro radioeléctrico.

En modo de operación FDD hay bandas estandarizadas en diferentes rangos como

450 / 700 / 800 / 850 / 900 / 1000 / 1600 / 1800 / 2100 / 2600 / 4900 / 5200 MHz

En modo de operación TDD hay bandas estandarizadas en rangos de frecuencia

como 1800 / 2300 / 2600 / 3500 / 3700 / 5800 MHz

SGW PGW

MME

RED DE ACCESO RADIO

E-UTRAN

NODO DE CONTROL LTE (EPC)

ENC

EPC

HSS PCRF

SERVICIOS LTE

NMS

Servidor VoIP

Servidor Video/CCTV

Servidor de Grabación

Servidor de Mensajes

Otros…

EQUIPOS DE USUARIO

(UE)

eNodeB

eNodeB

Fire

wal

l


Para entornos críticos como los sistemas de transporte ferroviario, se recomienda

trabajar en bandas de frecuencia lo más bajas posible, ya que permitirán unos diseños

de cobertura mucho más óptimos. La primera generación de la solución eNEBULA de

TELTRONIC se encuentra disponible en las bandas por debajo de 1GHz,

concretamente con productos disponibles en todas las sub-bandas estándares que se

encuentran en el intervalo entre 693MHz y 803MHz. Y bajo demanda, TELTRONIC

puede ofrecer estaciones base en otras sub-bandas, de forma que podemos

adecuarnos a las diferentes normas de regulación a nivel mundial para el uso y

operación privada de los sistemas de transporte público.


5. ELEMENTOS DE LA SOLUTION LTE DE

TELTRONIC ENEBULA

Se ha detallado anteriormente en este documento que la solución ofrecida por la

infraestructura eNEBULA LTE de TELTRONIC se compone de cuatro bloques

principales: terminales de usuario, estaciones base eNodeB, nodo de control EPC y

aplicaciones de usuario externas. A continuación, se describen en detalle.

Los terminales de usuario reciben la denominación general de User Equipment, y

pueden ser de diferentes tipos y factores forma: smartphones, tablets, módulos

embebidos LTE, equipos vehiculares, y también por supuesto unidades de tipo

embarcado cumpliendo las más rigurosas normativas ferroviarias.

La infraestructura LTE de TELTRONIC se implementa siguiendo las especificaciones

del estándar 3GPP y por tanto sobre ella podrán utilizarse terminales estándares del

mercado que operen en las bandas de frecuencia adecuadas. Como paso previo será

necesario validar el uso del equipo de usuario en la infraestructura.

TELTRONIC ha homologado diferentes tipos de terminales para ser utilizados sobre la

plataforma eNEBULA. Para nuevos modelos (o nuevas versiones de un modelo), que

un cliente final requiera utilizar bajo petición, TELTRONIC puede ofrecer un servicio de

validación previa.

En terminología LTE, la estación base se denomina eNodeB, y el conjunto de todas las

estaciones base de un sistema conforman la RAN (Radio Access Network), que el

estándar llama también E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)

Las eNodeB o estaciones base LTE se instalan en los emplazamientos desde los que

se da cobertura radio. Forma parte de la red de acceso y es responsable de la

eNodeB

UE


transmisión y recepción radio desde/hacia los terminales de usuario, así como de la

comunicación con los dispositivos de la red troncal.

Los eNodeB de la solución eNEBULA están diseñados con formato y mecánica outdoor

tal y como se muestran en la siguiente figura.

Figura 2. Factor forma de estaciones base LTE de intemperie.

Actualmente TELTRONIC puede suministrar diferentes versiones de las estaciones

base LTE para ofrecer cobertura en cualquier sub-banda estándar del rango de los 700

MHz, y en concreto:

B12 – 729-746 MHz en DL y 699-716 MHz en UL






Nodo de control de red encargado del encaminamiento de datos IP de unas estaciones

base a otras, y entre estaciones base y redes IP externas. En terminología LTE, recibe

el nombre general de Evolved Packet Core y es la entidad fundamental de la red troncal

de la infraestructura LTE.

EPC


El EPC contiene los elementos de control y de encaminamiento de comunicaciones IP.

Las principales entidades funcionales definidas por 3GPP para el EPC son:

MME, entidad encargada de controlar la ubicación de los terminales (UEs) en las

celdas de cobertura y de facilitar la movilidad de estos de unas zonas a otras.

SGW, que encamina el tráfico de usuario entre ENBs y PGWs. Es responsable del

establecimiento y gestión de las conexiones de datos o bearers de acuerdo a las

condiciones de calidad de servicio que se definan.

PGW, que actúa de pasarela del tráfico de usuario hacia redes IP externas a la

Infraestructura LTE.

Además de estos elementos principales, la red troncal de la infraestructura LTE de

TELTRONIC la componen:

ENC, responsable de controlar el acceso a la infraestructura LTE implementando

mecanismos de autorización de usuario y gestionando la aplicación de políticas de

calidad de servicio y prioridades por parte del EPC. Bajo esta entidad se integran

dos funciones esenciales de la infraestructura LTE: HSS (Home Subscriber System)

para la provisión y registro de usuarios LTE y PCRF (Policy Charging Rules

Function), para la definición de las políticas de acceso a los servicios LTE.

También centraliza otras funciones de control de la infraestructura como la

sincronización de todas las entidades hardware y captura de estadísticas.

Servidor NMS, módulo responsable de la gestión de la red, configuración de

elementos, asignación de permisos a los suscriptores, monitorización de alarmas,

etc.

Firewall: Punto de entrada y salida de conexiones IP hacia redes IP externas.

Elementos físicos de configuración e instalación como:

- Chasis y switches del EPC, que interconectan los módulos del nodo entre sí y

con los enlaces hacia las estaciones base.

- Bastidores, fuentes de alimentación y cableados.


La solución EPC de TELTRONIC puede adecuarse a las dimensiones del despliegue

LTE, pudiéndose suministrar en plataformas de alta disponibilidad basadas en

arquitecturas hardware ATCA, o bien en servidores dónde la funcionalidad está

virtualizada.

Figura 3. Factor forma del equipamiento de la red troncal LTE.

Externamente a los bastidores del EPC, pero con conectividad hacia éste mediante IP,

se ubican otros servidores o herramientas informáticas, agrupables conceptualmente en

dos categorías:

Herramientas para la operación y gestión de la propia infraestructura. Por

ejemplo, la aplicación Cliente para la gestión de la red y de los usuarios que la

conforman, también denominada de forma general NMS (Network Management

System). Bajo esta denominación también se incluyen otras herramientas utilizadas

en la puesta en marcha o actualización de la red como la herramienta de Telecarga

de Software (NPM).

Servidores que ejecutan la lógica de servicio requerida por los abonados LTE.

Algunos ejemplos son los aplicativos de un Centro de Control, un servidor de Base

de Datos, un acceso a Intranet Corporativa, o un servidor de vídeo

Aplicaciones


6. APLICACIONES LTE EN EL SECTOR DEL

TRANSPORTE

La solución LTE profesional de TELTRONIC es capaz de dar servicio de manera

unificada a las necesidades de banda ancha de un conjunto de aplicaciones específicas

del entorno de transporte:

Figura 4. Aplicaciones de las soluciones de Banda Ancha Profesional de TELTRONIC.

Se repasan a continuación algunas de estas aplicaciones y la arquitectura típica.

Comunicaciones de datos para sistemas de señalización:

ETCS: Evolución de los actuales sistemas radio GSM-R

CBTC: Mejora frente a los actuales sistemas WiFi Conexión a

internet para los pasajeros

Carga de ficheros de operación: Actualización de los datos del Sistema de Información al Viajero (SIV) o de los sistemas multimedia embarcados

Envío de ficheros de operación: Obtención de datos de ticketing, conteo de pasajeros, informes y estadísticos, etc.

Sistemas de Video vigilancia en estaciones y trenes


6.1 LTE para sistemas de video-vigilancia (CCTV)

Los sistemas de video-vigilancia constituyen un elemento importante dentro de los

sistemas de seguridad ferroviarios, ayudando a disminuir el tiempo de respuesta ante

incidencias, y mejorando la eficiencia de las distintas operaciones, tanto en la

explotación de la línea como en las tareas de mantenimiento.

Algunas de las funciones que componen estos sistemas son las siguientes:

Video vigilancia fija en estaciones y en puntos críticos del trazado

Video móvil para monitorizar el tiempo real desde el Centro de Control las imágenes del interior de los trenes

Video móvil para visualizar en tiempo real en la cabina del conductor las imágenes de la estación al aproximarse el tren

A través del sistema de comunicaciones LTE, estas aplicaciones podrán transmitir y

recibir las imágenes desde/hacia los trenes y el Centro de Control.

LTE proporcionará un valor añadido adicional en la seguridad de la red ferroviaria.

Garantizar la seguridad de los pasajeros es uno de los retos principales de las

operaciones ferroviarias. Asimismo, la protección de los trabajadores y de la propiedad

ante vandalismos, delincuencia e incluso ataques terroristas, es otra de las prioridades

de los operadores ferroviarios. Sin comprometer la funcionalidad de la infraestructura,

la cual debe asegurar la movilidad de miles de pasajeros, será fundamental implantar

http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=6y_AXfyhzSQb9M&tbnid=dCnh2Cq2DY2zyM:&ved=0CAUQjRw&url=http://historiastren.blogspot.com/2013_02_01_archive.html&ei=8MFBU6j9D-q90QWIz4CgAw&bvm=bv.64125504,d.d2k&psig=AFQjCNG50kGDZe4oxUsBCXSrJitd6fk8jw&ust=1396904753847445


medidas de seguridad que protejan los múltiples espacios abiertos, los accesos, los

puntos de venta, los trenes, etc…

En este contexto, una aplicación CCTV soportada por un sistema de comunicaciones

de banda ancha profesional LTE que permita la monitorización remota y en tiempo real

desde el Centro de Control, se convierte en una función esencial. Características de la

solución LTE profesional de TELTRONIC, como su alta fiabilidad, mecanismos de QoS

(calidad de servicio), o la posibilidad de redundar todos y cada uno de los elementos, la

hacen especialmente adecuada para dar servicio a este tipo de aplicaciones.

Figura 5. Arquitectura típica de soluciones de comunicación para el Transporte sobre infraestructura LTE de misión crítica.

OPERADOR

CENTRO DE CONTROL

APLICACIÓN EMBARCADA

NODO CENTRAL LTE (EPC)

eNodeB

Conexión de datos con ancho de banda garantizado

E-UTRAN


6.2 LTE para sistemas de señalización ferroviaria ETCS

ETCS (European Train Control System) es el sistema

de seguridad y protección definido dentro del

estándar de señalización ferroviaria europeo ERTMS

(European Rail Traffic Management System).

Es fundamentalmente usado en trenes de alta

velocidad o ferrocarriles de media distancia, y con el

objetivo de lograr la interoperabilidad entre los sistemas ferroviarios de los distintos

países europeos, la normativa europea fija también el sistema de comunicaciones

inalámbrico, el cual a día de hoy debe ser basado en tecnología GSM-R.

El protocolo de señalización ferroviaria ETCS proporciona información crítica para la

conducción del tren (límites de velocidad, autoridades de movimiento, etc.) y supervisa

los movimientos del tren. Puede ser implementado con distintos niveles de seguridad.

En el nivel 1, el sistema GSM-R es empleado exclusivamente para voz y la

comunicación tren-tierra es puntual y realizada a través de elementos de la vía (balizas,

circuitos, etc.). En el nivel 2, la comunicación tren-tierra se hace de forma continua a

través del sistema GSM-R.

Ante la anunciada obsolescencia de la tecnología GSM-R, esperada para 2025, Europa

ha decidido mirar al futuro y plantearse cómo será el sistema sucesor que dé soporte de

comunicaciones al estándar de señalización ETCS. La principal tecnología candidata

para cubrir este puesto, es el estándar de banda ancha LTE.

Entre los aspectos ya concretados por parte de la ERA (European Railway Agency) se

encuentra el que el futuro estándar ETCS estará basado en IP, requisito completamente

alineado con la arquitectura de los sistemas de comunicaciones de TELTRONIC, tanto

en su versión de banda estrecha TETRA, como en la de banda ancha LTE.

LTE presenta una serie de ventajas claras frente a los actuales sistemas basados en

GSM-R. Estas ventajas incluyen su eficiente arquitectura basada en conmutación de

paquetes, la cual proporciona una rápida gestión interna de la red, bajas latencias y

unas tasas de datos mucho más alta (9.6Kbps en GSM-R frente a decenas de Mbps en

LTE).


Además de estas características, unos sofisticados mecanismos de calidad de servicio

(QoS), permiten priorizar flujos de datos de distintas aplicaciones sin comprometer la

fiabilidad y la seguridad de la operación de la red.

Además de la funcionalidad estándar, la solución LTE para Transporte de TELTRONIC

está preparada para incorporar una serie de funciones específicas del entorno

profesional y ferroviario, las cuales estarán asimismo en línea con los trabajos de

estandarización que está llevando a cabo el 3GPP.

Algunos ejemplos de estas funciones son:

Llamadas de grupo

Modo de operación Push-to-talk

Gestión de prioridades y pre-emptividad

Llamadas de emergencia

Las significativas mejoras en capacidad que presenta LTE, permitirán sentar las bases

de una plataforma de comunicaciones que pueda absorber futuras innovaciones de los

sistemas ETCS en materia de seguridad, operación y servicios al pasajero

6.3 LTE para sistemas de señalización CBTC

A diferencia de ETCS, empleado generalmente en

ferrocarriles de media y larga distancia, los sistemas de

señalización empleados en entornos de transporte

masivo (metros, tranvías, trenes ligeros) pueden

enmarcarse en la denominación común CBTC

(Communications Based Train Control).

Se puede decir que los sistemas CBTC no constituyen a día de hoy un estándar de

señalización, ya que cada fabricante dispone de su solución particular, no siendo

interoperables entre ellas. A pesar de ello, la mayoría de las implementaciones de CBTC

disponibles en el mercado emplean la misma tecnología de comunicaciones tren-tierra:

Redes WiFi basadas en la familia IEEE 802.11. Estos sistemas soportarán las

comunicaciones de datos entre los equipos de protección embarcados y los elementos

de control en vía.


La tecnología WiFi puede ser una opción válida en términos de coste, simplicidad y

disponibilidad comercial, sin embargo, confiar las comunicaciones vitales de un sistema

de señalización CBTC en un sistema de esas características presenta algunas

desventajas claras:

Uso de bandas de frecuencia libres, con el consecuente riesgo de interferencias

entre canales y entre redes desplegadas en las mismas áreas. Por consiguiente, no

es posible garantizar parámetros de disponibilidad, al emplear bandas de acceso

libre y no tener control sobre lo que otros usuarios u otras redes pueden emitir en

esas mismas bandas.

Se requiere un alto número de puntos de acceso (cada 100-200m) para cubrir todo

el trazado de la línea.

WiFi IEEE 802.11 fue diseñado inicialmente para entornos domésticos y no soporta

la gestión de la movilidad de forma nativa. Por ello, se requieren de soluciones

propietarias que se encarguen de gestionar la movilidad y reducir así las altas tasas

de error de transmisión en el caso de haberla.

No hay políticas nativas de calidad de servicio (QoS). Todos los usuarios están

compitiendo por los recursos aire según una base de acceso aleatorio, y no hay

manera de garantizar que un usuario específico tenga acceso preferencial. En

consecuencia, con tecnología WiFi estándar, es difícil garantizar ancho de banda o

latencias máximas para servicios críticos de seguridad.

La tecnología LTE resuelve todos estos inconvenientes que presenta WiFi en la

operación de los sistemas de señalización CBTC, proporcionando las siguientes

ventajas:

Rangos de cobertura del orden de Km en lugar de unos pocos cientos de metros

Gestión nativa de la movilidad: tiempos de handover entre células del orden de

milisegundos

Mecanismos avanzados de calidad de servicio (QoS): diferentes recursos radio

podrán ser asignados de forma dinámica a diferentes perfiles de usuario

Bandas de frecuencia licenciadas, lo que minimiza el riesgo de potenciales

interferencias

Además, la mayor capacidad de datos que ofrece LTE, permitirá una mayor flexibilidad

para dar soporte a la creciente demanda de transmisión de datos en los cada vez más


en auge sistemas CBTC de conducción automática. Este grado de automatización

(Grade Of Automation) se establece en tres niveles:

STO: Operación de Tren semi-automática, con conductor en cabina que supervisa

la conducción y podría actuar de forma manual en caso de necesidad.

DTO: Operación de Tren sin conductor, con un operario supervisor a bordo del tren,

pero no en cabina

UTO: Operación de Tren sin atención, totalmente automático, sin ningún personal

a bordo.

6.4 LTE para otras aplicaciones

LTE puede servir como soporte de comunicaciones para otras aplicaciones adicionales

que también contribuyen a la mejora de la operación ferroviaria, tanto en aspectos de

seguridad como en atención al usuario.

Algunas de ellas se recogen en la siguiente tabla:

APLICACIONES

Actualización de los datos del sistema de información al viajero (SIV):

Carga de los ficheros del Sistema de Anuncio de estaciones

Notificación de incidencias en la línea

Textos de paneles destino del tren

Textos de paneles en estaciones

Etc.

Actualización de los Sistemas multimedia embarcados:

Carga de los ficheros del sistema de infotainment

Carga de ficheros publicitarios

Etc.


APLICACIONES

Descarga de ficheros de operación:

Obtención de datos de ticketing

Obtención de datos del sistema de conteo de pasajeros

Obtención de históricos de alarmas e incidencias

Obtención de informes y estadísticos de uso de la red

Etc.

Tabla 3. Ejemplos de aplicaciones utilizando tecnología LTE.

Estas aplicaciones y otras más que pueden ir surgiendo, aun no siendo vitales,

contribuyen a mejorar la eficiencia de la red, aumentando los parámetros de puntualidad,

fiabilidad, optimizando los tiempos de viaje, y aumentando la capacidad de las líneas en

términos de número de pasajeros a desplazar, y por tanto maximizando el beneficio de

la operación.

Para la consecución de estos objetivos, una pieza clave será la disponibilidad de un

sistema LTE de banda ancha que permita una gestión remota y dinámica desde el

Centro de Control de las mencionadas aplicaciones.

Los mecanismos de QoS que aporta la tecnología LTE y en particular la solución

eNEBULA de TELTRONIC, permitirán asignar a este conjunto de aplicaciones un ancho

de banda acotado de forma que el resto de aplicaciones críticas o vitales, como, por

ejemplo, los sistemas de señalización en primer lugar, o la aplicación CCTV en segundo,

tengan garantizados sus recursos y no vean afectada su actividad.


7. DIFERENCIADORES DE LA SOLUCIÓN LTE DE

TELTRONIC

Algunos de los aspectos diferenciadores de la solución LTE eNEBULA de TELTRONIC,

se reflejan en la siguiente tabla:

CARACTERÍSTICAS BENEFICIOS

Tecnología LTE propia de TELTRONIC, sin dependencia de terceras empresas ni partners.

Garantía de suministro y continuidad.

Control sobre el diseño y la fabricación. Flexibilidad y Personalización del producto y de la solución.

Solución LTE enfocada a redes privadas con funcionalidades específicas del entorno profesional PMR de Transporte.

Disponibilidad de funciones requeridas en entornos críticos de transporte, como gestión de prioridades y emergencias, llamadas de grupo, etc.

Integración con sistemas TETRA de TELTRONIC existentes.

Gestión de la infraestructura a través de una aplicación con interfaz único y sencillo.

Prestación de servicios al usuario por el acceso radio más conveniente gracias a un Gestor de Comunicaciones interno.

Sistema unificado multiservicio. Rentabilidad y viabilidad económica.

Sistema de gestión de red unificado para TETRA & LTE (Network Management System).

Facilidades para el mantenimiento y la administración de las redes radio.

Escalabilidad. Posibilidad de desplegar redes desde entornos metropolitanos hasta redes nacionales.

Movilidad. Tecnologías radio especialmente adaptadas al entorno móvil

Redundancia de todos los elementos de la solución.

Máxima disponibilidad y fiabilidad.

Servicios de cifrado. Seguridad e integridad de los datos.


CARACTERÍSTICAS BENEFICIOS

Equipos adaptados al entorno de los transportes.

Cumplimiento de normativas ferroviarias en los sistemas embarcados, como EN 50155 ó EN 45545.

Servicios profesionales PMR: Llamadas de grupo, emergencias, gestión de prioridades, etc.

Funcionalidad específica para el sector Transporte.

Tecnología con capacidad de crecimiento. Integración con nuevos servicios que se definan en el futuro. Posibilidad de evolución.

Amplia experiencia en el despliegue de sistemas de comunicaciones en el entorno ferroviario.

Capacidad técnica y amplios recursos para la puesta en marcha de proyectos de transporte, los cuales generalmente presentan requisitos particulares y específicos.

Tabla 4. Características y Ventajas de la solución LTE de TELTRONIC.

Soluciones Banda Ancha: LTE para Transporte · ... es un estándar de comunicaciones radio de banda...

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