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NOVEMBRE 2015
FIELDBUS & NETWORKS
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I process data sono scambiati tra tutti i
veicoli, mentre i dati sporadici possono es-
sere inviati inmodalità unicast omulticast.
L’indirizzamento non è di tipo fisico, bensì
piuttosto legato alle funzioni; ad esempio,
un certo messaggio è inviato dal nodo
slave attivo in quello specifico periodo alla
generica funzione di gestione delle porte
o di frenata. I nodi dislocati alle estremità
del treno inviano inoltre messaggi pe-
riodici nelle direzioni vuote del treno per
l’identificazione di nuovi veicoli connessi,
implementando così le funzionalità di Au-
tomatic Train Inauguration. Basata su dop-
pini twistati e livello di segnale RS485 è
anche l’implementazione sulle brevi tratte
(fino a 20 m) del bus MWB, che realizza la
parte di Consist Network dell’architettura
TCN. Su distanze maggiori, fino a 200 m,
il bus utilizza ancora connessioni in rame,
prevede però accoppiamentomediante tra-
sformatore per assicurare isolamento gal-
vanico. È altresì previsto l’impiego di fibre
ottiche per lunghe tratte (fino a 2.000 m)
e in ambienti ostili, come all’interno delle
locomotive. Le implementazioni su rame
hanno architettura a bus, mentre quelle su
fibra di tipo a stella. La velocità di trasmis-
sione massima è 1,5 Mbps e la codifica di
tipo Manchester. Anche in questo caso la
comunicazione è gestita sulla base di un
protocollo master-slave e impostata sulla
base di frame con la trasmissione di dati
periodi e sporadici. L’indirizzamento può
essere di tipo logico e fisico. Alternativo al
MWB è il Canopen. Lo standard si basa sul
protocollo CAN che utilizza un bus ‘2-wire’
per la connessione fisica e un livello di se-
gnale definito dalla specifica ISO 11898; i
nodi sono connessi al bus mediante speci-
fici transceiver. Canopen supporta diversi
schemi di comunicazione, di tipo master/
slave, client/server e producer/consumer,
in quest’ultimo caso nelle modalità ‘push-
model’, con il nodo produttore che invia
dati spontaneamente al consumatore, o
‘pull-mode’, con il consumatore che ri-
chiede esplicitamente i dati al produttore.
Sono previsti servizi per la gestione della
rete NMT (Network Management proto-
col), utilizzati in modalità master-slave per
comandare transizioni di stato (Module
control protocol) e verificare l’operatività
(Heartbeat protocol) dei nodi. Vi sono poi i
servizi: Service Data Object protocol (SDO)
per l’accesso ai dizionari locali dei vari
nodi, dove per dizionari si intende l’insieme
dei dati dello stesso; Process Data Object
protocol (PDO) per l’elaborazione dei dati;
Time Stamp Object protocol (Time) per
la distribuzione del tempo; Emergency
Object protocol (Emcy) per la segnalazione
dell’occorrenza di eventuali errori fatali nei
singoli nodi.
L’introduzione della
tecnologia Ethernet
a bordo treno
Negli ultimi anni l’interesse verso l’im-
piego delle tecnologie IP a bordo treno
o veicolo è cresciuto significativamente.
Diversi sono infatti i vantaggi che se ne
possono trarre: i
costi di gestione
e installazione,
per esempio,
sono più bassi,
grazie al mag-
giore livello di
i n t e g r a z i o n e
possibile e alla
disponibilità sul
mercato di so-
luzioni interope-
rabili. Ne risulta
semplificata l’in-
tegrazione con
le reti di terra e
con sistemi di
servizio acces-
sori, come quelli
per applicazioni
di video enter-
tainmnet, info-
tainment o controllo e video-sorveglianza.
È inoltre possibile fare manutenzione da
remoto e di tipo preventiva ed è agevolato
l’accesso ai dati del veicolo. In base alle
ultime evoluzioni, nel quadro dell’archi-
tettura TCN, la tecnologia Ethernet risulta
impiegabile sia nell’ambito delle reti Train
Backbone, che in quello delle reti Consist
Network.
ECN (Ethernet Consist Network) è l’im-
plementazione basata su Ethernet della
parte di Consist Network ed è standar-
dizzata come IEC 61375-3-4, mentre Etbn
(Ethernet Train Backbone Network) ne è la
controparte a livello di Train Backbone ed
è anch’essa in fase di standardizzazione
come IEC 61375-2-5. All’interno della rete
ECN i dispositivi periferici (‘end device’)
sono connessi mediante switch (‘con-
sist switch’) di tipo Level 2 e supportano
diverse classi di servizio (QoS) per la ge-
stione dei vari tipi di traffico dati (misure,
immagini, allarmi…).
La topologia di rete è in genere di tipo ad
anello, eventualmente con architetture
proprietarie, che non soffrono dei problemi
di poca flessibilità tipici delle strutture
mesh o di lento tempo di recupero delle
soluzioni STP/Rstp. È previsto supporto
per connessioni ridondate e connettività
Gigabit Ethernet. Le diverse reti locali ECN
sono connesse alla dorsale Etbn mediante
router di livello 3. Questi implementano
inoltre un server Shcp per l’assegnazione
dinamica, mediante Dhcp, degli indirizzi IP
ai diversi nodi periferici nella fase di ini-
zializzazione (a treno fermo); il protocollo
di inaugurazione del treno è indicato come
Ttdp (Train Topology Discover Protocol).
Comunicazione tra bordo
e terra
Oltre alle architetture di connettività a
bordo treno grande interesse rivestono le
soluzioni per la gestione delle comunica-
zione tra bordo treno e terra. La disponibi-
lità infatti di tali servizi di comunicazione
consente alle autorità e agli operatori della
rete ferroviaria di disporre di informazioni
costantemente aggiornate sullo stato e la
movimentazione dei mezzi. Nel contempo,
è reso possibile offrire ai passeggeri servizi
di connessione in mobilità, per scopi di in-
fotainment o per accesso continuo a Inter-
net. In generale, i due requisiti essenziali
per le comunicazioni tra bordo e terra sono
affidabilità e disponibilità del servizio.
In passato, le comunicazioni di questo tipo
erano gestite prevalentemente mediante
sistemi radio analogici basati su telefo-
nia tradizionale o soluzioni PRM (Private
Mobile Radio). La crescente richiesta di
banda di trasmissione ha spinto nel tempo
a sostituire queste con sistemi di comuni-
cazione digitale.
Grossa diffusione hanno avuto, per esem-
pio, in questo ambito, i sistemi GSM-R e
Tetra. Il primo, parte dello standard Ertms
Figura 1 - Schemi di principio di un’architettura TCN: architettura non
ridondata con configurabilità dinamica (a); architettura ridondata con
configurabilità dinamica (b); architettura ridondata con configurazione
fissa (c)