La conception d’un réseau parfait en tramway – Guide pour les débutants et les utilisateurs avancés

Les opérateurs de transport public découvrent alors rapidement qu’ils doivent installer de nouveaux composants intelligents tels que la vidéosurveillance, les systèmes de comptage des passagers et les systèmes d’information des passagers dans les véhicules. Tout cela dans le but d’améliorer la qualité et l’efficacité. Mais la question suivante se pose alors : Comment communiquer avec les différents composants et où les connecter ? À ce stade, au plus tard, il devient évident que nous avons besoin d’une infrastructure de réseau. À quoi cela ressemble-t-il dans les bus et les tramways ? De quoi dépend-elle ? Nous vous proposons un guide à ce sujet.

Conception du réseau pour les tramways – La planification est la moitié du travail

Benjamin Franklin savait déjà que la planification est un facteur de réussite essentiel dans tout projet. Sa célèbre citation « If you fail to plan, you are planning to fail » résume bien la situation. La conception d’un réseau et le plan de communication sous-jacent constituent la base d’une mise en œuvre réussie de l’infrastructure de réseau dans les véhicules de transport public.

En règle générale, la planification du réseau dans les transports publics passe par quatre phases :

Concept : la première étape de la planification du réseau consiste à développer l’infrastructure de réseau optimale, dont la faisabilité doit être vérifiée et prouvée.

Pilote : La phase pilote représente un test pratique dans des conditions d’exploitation réelles, dont l’objectif est de prouver le concept de réseau fini en exploitation régulière.

Déploiement : le concept de réseau testé avec succès lors de la phase pilote est maintenant déployé sur l’ensemble de la flotte. Le déploiement a lieu dans un délai déterminé.

Exploitation : Il s’agit de développer un concept permettant d’étendre, de modifier ou de maintenir le réseau à distance.

Liste de contrôle : Questions de base sur la conception du réseau

Pour concevoir le réseau optimal pour les tramways, il faut commencer par répondre à ces questions fondamentales :

• Quels composants et combien de composants avons-nous dans le véhicule ?
• Quels dispositifs doivent communiquer entre eux ?
• Quels dispositifs ne doivent pas communiquer entre eux ?
• Quelle topologie de réseau devons-nous envisager ?
• Quelles plages d’adresses IP voulons-nous utiliser ?
• Quelles adresses IP devons-nous utiliser dans le véhicule, doivent-elles être toujours les mêmes ?
• Comment les adresses IP doivent-elles être attribuées ?
• De quels paramètres réseau avons-nous besoin pour notre projet ?
• Avons-nous besoin de diagnostics en direct ? Si oui, sous quelle forme ?

Caractéristiques particulières des tramways

Normes 

L’utilisation de dispositifs électroniques dans les véhicules ferroviaires est soumise, entre autres, à des normes internationalement reconnues. La norme EN 50155 décrit les conditions électriques et environnementales de fonctionnement, la norme EN 50121 définit les exigences en matière de CEM et la norme EN 45545 les exigences en matière de protection contre les incendies dans les véhicules ferroviaires. En outre, la norme EN 50155 définit le champ d’application des essais de type et des essais de routine en production. Une déclaration de conformité du fabricant et un rapport d’essai technique d’un laboratoire accrédité certifient la conformité aux exigences de la norme. Les commutateurs Gigabit ROQSTAR répondent à toutes les exigences pour l’installation dans les véhicules ferroviaires.

Taille et nombre de composants

Selon la longueur et le stade d’extension du tramway, jusqu’à 100 abonnés IP sont installés dans les tramways. C’est beaucoup plus que dans les bus. Pour garantir la transmission des données sur l’ensemble du tramway, il est judicieux d’utiliser le Gigabit Ethernet comme cœur de réseau . Dans ce cas, les connexions entre les commutateurs ont des vitesses de transmission de 1000 Mbit/s.

Sécurité en cas de défaillance et sélection de la topologie

Une topologie en anneau garantit une disponibilité accrue du réseau. Cela signifie que même si des erreurs telles qu’une rupture de câble ou une défaillance de composant se produisent, la fonction du réseau est maintenue.

Transmission de couplage et couplage dynamique

Les tramways sont généralement composés de plusieurs voitures qui peuvent être couplées ensemble à volonté. Pour cela, le réseau doit être conçu de manière à ce qu’il n’y ait pas de conflit d’adresses IP.

Véhicules bidirectionnels

Les tramways sont souvent construits comme des véhicules bidirectionnels afin de faciliter le changement de sens de la marche aux stations terminales. Du point de vue de l’infrastructure du réseau, cela a une incidence sur le nombre de composants (cabine du conducteur A+B) ainsi que sur les paramètres du réseau.

Composants

En général, tous ou presque tous les dispositifs existants dans le véhicule sont connectés à un réseau. Dans cet exemple, nous équipons un tramway de tous les dispositifs nécessaires à un fonctionnement efficace et à une expérience optimale pour les passagers. Cela comprend les affichages intérieurs et extérieurs, les systèmes de billettique, les systèmes de comptage des passagers, les caméras ou enregistreurs numériques et le Wifi pour les passagers. La conception du réseau prend également en compte l’ordinateur de bord, qui joue un rôle central dans le contrôle du réseau, et le routeur, qui établit la connexion réseau entre le véhicule et le Poste de Commande Centralisé (PCC).

Tous les composants sont adressables individuellement au sein du réseau via leur propre adresse IP et sont accessibles par télécommande.

Les dispositifs embarqués à installer dans notre exemple sont énumérés ci-dessous :

• Ordinateur de bord x1
• Unité de contrôle du conducteur x2
• Valideur de billets x8
• Système de comptage des passagers x8
• Poste d’interphone VOIP x2
• Caméra x5
• Enregistreur vidéo x1
• Indicateur de trajet x6
• Système d’information des passagers x8
• Wifi pour les passagers x2
• Routeur x1
• Commutateur Fast Ethernet géré x4

Ce n’est qu’à la fin que nous choisissons le type de commutateurs que nous allons utiliser pour construire notre réseau. Comme notre réseau est complexe et nécessite des capacités de contrôle, nous choisissons des commutateurs gérés. Le nombre de commutateurs nécessaires et le nombre de ports par commutateur dépendent du nombre de périphériques. Il est important de laisser au moins un port par commutateur libre pour l’accès de maintenance à l’ensemble du réseau, ainsi que pour une future extension du réseau.

Topologie du réseau IP d’un tramway

En pratique, la topologie en anneau domine dans les tramways. Ici, les commutateurs sont d’abord connectés les uns aux autres sur une ligne, puis le premier commutateur est connecté au dernier commutateur. Cela crée un anneau. La topologie en anneau présente l’avantage que si le câblage ou les commutateurs eux-mêmes tombent en panne, le réseau est maintenu. À l’exception du composant défaillant, le réseau est entièrement fonctionnel. L’inconvénient est qu’un espace d’installation supplémentaire est nécessaire pour le câblage Ethernet. Une structure en anneau nécessite l’utilisation de commutateurs gérés.

L’espace d’installation peut poser problème, notamment lors de la modernisation des tramways. Si l’espace d’installation pour une deuxième ligne Ethernet n’est pas disponible, une topologie en ligne est mise en œuvre. Pour accroître la fiabilité, on utilise des appareils dotés d’un relais de dérivation. Cette fonction ne joue un rôle qu’en cas de défaillance d’un commutateur. Si un commutateur tombe en panne, le relais est commuté et les données du réseau sont transmises au commutateur suivant.

Création d’un plan de réseau pour le tramway

La communication au sein du réseau peut être contrôlée en utilisant des commutateurs gérés. Cela permet d’éviter que des données sensibles ne parviennent à des participants du réseau qui n’en ont pas besoin ou ne devraient pas les recevoir. Un plan de réseau définit les composants du tramway qui doivent communiquer entre eux et ceux qui ne doivent pas le faire.

Les flux de données sont séparés par des sous-réseaux logiques, qui sont mis en œuvre par les commutateurs gérés. Le Wifi pour les passagers est un bon exemple de séparation des données par des sous-réseaux. Pour garantir la confidentialité des données, il ne doit pas recevoir de données provenant de systèmes de paiement ou de caméras.

Séparation des réseaux pour les véhicules de transport public

Le plan du réseau est en place – nous passons maintenant à la création d’une infrastructure pour les sous-réseaux. Elle sera mise en œuvre par des réseaux locaux virtuels (VLAN), qui doivent être cartographiés visuellement dans le plan.

Comme on peut le voir sur la figure, les caméras et les enregistreurs vidéo échangent des données entre eux, mais uniquement au sein de leur réseau vidéo virtuel. Seuls les composants IP critiques tels que les ordinateurs de bord, les routeurs et les commutateurs peuvent accéder à tous les VLAN.

Étant donné que tous les périphériques d’un réseau ne sont généralement pas compatibles avec les VLAN, la séparation du réseau est (partiellement) mise en œuvre par les commutateurs gérés. Dans ce processus, un VLAN spécifique est attribué à chaque port du commutateur. L’abonné qui y est connecté ne peut communiquer qu’au sein de ce VLAN.

À ce stade, nous aimerions mentionner une autre possibilité de résoudre le problème de la séparation des réseaux ou des données. Certains routeurs embarqués sont capables de gérer à la fois la communication avec le PCC et le Wifi des passagers. Il n’est donc pas nécessaire de séparer au moins le sous-réseau Wifi des passagers.

Enfin, nous attribuons à chaque nœud du réseau une adresse IP individuelle afin qu’il puisse être localisé au sein du réseau.

Participant	Adresse IP	VLAN Membre
Ordinateur de bord	10.13.201.1	Gestion, données de trajet, vidéo, Wi-Fi, billettique
Routeur	10.13.201.2	Gestion, données de trajet, vidéo, Wi-Fi, billettique
Commutateur 1	10.13.201.3	Gestion, données de trajet, vidéo, Wi-Fi, billettique
Commutateur 2	10.13.201.4	Gestion, données de trajet, vidéo, Wi-Fi, billettique
Commutateur 3	10.13.201.5	Gestion, données de trajet, vidéo, Wi-Fi, billettique
Commutateur 4	10.13.201.6	Gestion, données de trajet, vidéo, Wi-Fi, billettique
Indicateur de trajet 1	10.13.201.10	Données de trajet
Indicateur de trajet 2	10.13.201.11	Données de trajet
Indicateur de trajet 3	10.13.201.12	Données de trajet
Indicateur de trajet 4	10.13.201.13	Données de trajet
Indicateur de trajet 5	10.13.201.14	Données de trajet
Indicateur de trajet 6	10.13.201.15	Données de trajet
Enregistreur vidéo	172.168.1.10	Vidéo
Caméra 1	172.168.1.12	Vidéo
Caméra 2	172.168.1.13	Vidéo
Caméra 3	172.168.1.14	Vidéo
Caméra 4	172.168.1.15	Vidéo
Caméra 5	172.168.1.16	Vidéo
Poste d’interphone VOIP 1	10.13.201.40	Données de voyage
Poste d’interphone VOIP 2	10.13.201.41	Données de voyage
Panneau de commande du conducteur 1	10.13.201.42	Données de voyage
Panneau de commande du conducteur 2	10.13.201.42	Données de voyage
Validateur de billet 1	10.10.201.10	Billettique
Validateur de billet 2	10.10.201.11	Billettique
Validateur de billet 3	10.10.201.12	Billettique
Validateur de billet 4	10.10.201.13	Billettique
Validateur de billet 5	10.10.201.14	Billettique
Validateur de billet 6	10.10.201.15	Billettique
Validateur de billet 7	10.10.201.16	Billettique
Validateur de billet 8	10.10.201.17	Billettique
Système de comptage des passagers 1	10.13.201.60	Données de voyage
Système de comptage des passagers 2	10.13.201.61	Données de voyage
Système de comptage des passagers 3	10.13.201.62	Données de voyage
Système de comptage des passagers 4	10.13.201.63	Données de voyage
Système de comptage des passagers 5	10.13.201.64	Données de voyage
Système de comptage des passagers 6	10.13.201.65	Données de voyage
Système de comptage des passagers 7	10.13.201.66	Données de voyage
Système de comptage des passagers 8	10.13.201.67	Données de voyage
Wi-Fi pour les passagers	172.168.2.10	Wi-Fi
Accès maintenance	10.13.201.250	Gestion, données de trajet, vidéo, Wi-Fi, billettique

Diagnostic/surveillance d’un réseau IP dans les transports publics

Pour garantir le fonctionnement irréprochable du réseau IP numérique à bord de nos tramways, nous assurons une surveillance permanente du réseau. Parfois, l’ordinateur de bord peut se charger de cette tâche. Cependant, le diagnostic au moyen d’un commutateur Ethernet géré s’avère plus efficace, car les commutateurs ont une connexion physique avec chaque nœud individuel du réseau.

La surveillance permanente du réseau est particulièrement utile dans les cas suivants :

1. pour le dépannage
2. surveillance du fonctionnement en cours.

À l’aide de protocoles spéciaux, les commutateurs gérés peuvent fournir des informations sur l’état du réseau :

• Service d’inventaire ITxPT x-status : Il s’agit d’une surveillance pertinente sur le plan fonctionnel qui est basée sur des événements. En cas d’événement critique, un message est envoyé à tous les nœuds via le DNS. Le routeur transmet le message d’erreur directement au Poste de Commande Centralisé. Grâce à l’ITxPT Inventory Service x-status, les exploitants de transport conservent une vue d’ensemble de toute la flotte de véhicules.
• Enregistrement à distance : Tous les événements enregistrés par le commutateur sont envoyés à un serveur distant dans le PCC. La journalisation à distance permet une surveillance complète et un diagnostic initial.
• SNMP Trap : Les messages d’erreur peuvent être envoyés à l’aide du « Simple Network Management Protocol ».

Veuillez vous informer à l’avance pour savoir lequel de ces protocoles le commutateur Ethernet de votre choix prend en charge.