Università degli Studi di Padova Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Elettronica ed Informatica

TESI DI LAUREA
Sistemi GSM in ambito ferroviario secondo
il progetto europeo ERTMS/EURORADIO

Marcello Scatà

 

Cap.3 - IL SISTEMA ERTMS

 

3.1 Introduzione

In questo capitolo si presenterà il progetto ferroviario ERTMS nel suo complesso. Sarà introdotto il nuovo standard GSM Railway, sviluppato per rispondere ai bisogni delle Ferrovie, evidenziandone e spiegandone brevemente le differenze rispetto al normale GSM. Verranno infine illustrati alcuni servizi GSM di phase II+ ed altre funzioni specifiche per le esigenze ferroviarie che il GSM-R dovrà implementare.

 

3.2 ERTMS. Lo standard ferroviario del futuro

Fino ad ora in Europa ogni singola rete ferroviaria ha stabilito quali dovessero essere i suoi sistemi di segnalamento. Il programma ERTMS, European Railway Traffic Management System, ha lo scopo di superare tale situazione sviluppando un sistema europeo comune. Ciò consentirà ai treni di transitare sulle reti ferroviarie dei vari paesi senza dover cambiare i meccanismi di segnalamento. Al giorno d'oggi il macchinista non necessariamente al corrente dei regolamenti specifici del paese, deve essere sostituito; a volte è necessario sostituire anche le locomotive. In futuro grazie a ERTMS sarà necessario soltanto un tipo di apparecchiatura.

L'ERTMS è un progetto che coinvolge sia gli operatori sia i costruttori della rete ferroviaria europea. I primi a lanciare l'iniziativa sono stati gli operatori delle ferrovie francesi (SNCF), tedesche (DB) e italiane (FS). Per quel che riguarda i costruttori, 9 aziende hanno costituito il consorzio EUROSIG: ACEC Transport (Belgio), ADTranz (Germania), Alcatel SEL (Spagna), Ansaldo (Italia), CS Transport (Francia), GEC Alsthom (Francia), SASIB Railway (Italia), Siemens (Germania) e Westinghouse. EUROSIG ha lo scopo di definire le caratteristiche tecniche del futuro sistema di segnalamento standard. Tutte le aziende e gli operatori coinvolti sono raccolti in Appendice D.

Al progetto ERTMS si possono ricondurre altri due importanti progetti europei: EIRENE ed ETCS.

• EIRENE [11] [12], European Integrated Railway Radio Enhanced Network, ha il compito di sviluppare uno standard europeo per un sistema di comunicazione radio digitale adatto alle esigenze ferroviarie.

• ETCS [24], European Traffic Control System, ha il compito di sviluppare un sistema di controllo automatico dei treni garantendo una maggiore sicurezza rispetto ai sistemi attuali. Quest'ultimo è organizzato in quattro diversi programmi di lavoro:

• • EUROBALISE, che si occupa dello sviluppo di un sistema di comunicazione discontinuo tra terra e treno; la trasmissione avviene al passaggio del treno sopra delle boe fisse disposte lungo la linea.

  • EUROCAB, che si occupa dello sviluppo dell'architettura di bordo comprendente il data bus (ETCS bus), il computer vitale EVC (European Vital Computer) oltre ad altri dispositivi, moduli ed interfacce.

  • EURORADIO [22], che si occupa dello sviluppo di uno stack di comunicazione safe per permettere la trasmissione sicura di informazioni tra i livelli applicativi di ETCS, attraverso una interfaccia radio che è intrinsecamente non sicura.

  • EUROLOOP, che si occupa dello sviluppo di una trasmissione semicontinua tra terra e treno.

Per finire è stato istituito un gruppo di lavoro, MORANE (MObile RAdio for Railway Networks in Europe) [33], con il compito di specificare, sviluppare, testare e validare i prototipi realizzati, in collaborazione con le aziende produttrici, proprio sulla base delle specifiche EIRENE ed ETCS. MORANE in aggiunta dovrà curare lo sviluppo e l'allestimento dei primi trial site (si veda §6.2) per provare "sul campo" i prototipi stessi.

Figura 1 - I progetti europei ERTMS, ETCS ed EIRENE.

 

3.3 ETCS. Il sistema europeo di controllo dei treni

3.3.1 Posizione attuale sul controllo del treno nelle Ferrovie Europee

Per assicurare un servizio regolare e sicuro non è soltanto sufficiente che i traguardi siano correttamente individuati, ma è anche necessario che il macchinista sia adeguatamente informato sulla distanza da percorrere e sulla velocità che può essere mantenuta. È inoltre necessario tenere in considerazione la distanza di frenatura, relativamente lunga nel caso di servizio ad alta velocità. La procedura convenzionale è quella di usare i segnali fissi di linea per fornire al macchinista indicazioni riguardanti lo spazio libero e la massima velocità consentita.

Col passare del tempo sono stati introdotti sistemi di controllo della marcia del treno più sofisticati, al fine di integrare e sostituire completamente i segnali di linea. Per quanto concerne il loro funzionamento è necessario distinguere tra protezione automatica del treno (ATP) e controllo automatico del treno (ATC)

Il sistema di protezione automatica del treno ha come principale scopo l'integrazione del sistema di segnalamento di linea, per garantire che il macchinista rispetti le indicazioni dei segnali. Il sistema normalmente non interviene se la guida è corretta, interviene invece sempre per fermare il treno prima di un punto pericoloso, nel caso di errato comportamento del macchinista stesso (Fase 1 di sviluppo del sistema ETCS).

Le apparecchiature devono avere una notevole affidabilità, ma non richiedono necessariamente la sicurezza di tipo "fail-safe" delle tecnologie di segnalamento.

Il sistema di controllo automatico del treno fornisce informazioni aggiuntive, quali la visualizzazione della velocità limite (Target Speed) nella cabina di guida, per integrare o sostituire i segnali di linea. Questo valore, ricavato in modo affidabile sulla base di tecnologie in sicurezza del segnalamento, può anche essere integrato direttamente nel controllo di velocità, realizzando in tal modo la marcia automatica del treno in funzione della velocità massima permessa che dipende dalle circostanze (Fase 2 di sviluppo del sistema ETCS).

Finora i sistemi controllo treni sono stati usati in molti paesi per integrare il sistema "signal-box" convenzionale, nel quale la localizzazione del treno ed il controllo dell'integrità sono funzioni svolte dagli impianti fissi di terra, come il circuito di binario o il conta assi. L'obiettivo dei più recenti sviluppi del sistema di controllo treno consiste nell'installazione a bordo del dispositivo per la localizzazione del treno e per il controllo della sua integrità, al fine di ottenere una considerevole semplificazione delle apparecchiature fisse di binario (Fase 3 di sviluppo del sistema ETCS).

L'efficienza e l'affidabilità di questi sistemi dipendono dal tipo di trasmissione dati terra-treno. Questa può essere sia discontinua, cioè attivata solo nel momento in cui il treno passa sulla corrispondente apparecchiatura di binario, che continua, cioè con trasmissione dati permanente. La trasmissione dati continua avviene usando sia circuiti di binario, per mezzo delle rotaie (solo terra-treno), sia cavi per l'accoppiamento induttivo (loops) montati tra le rotaie. Se questi sono limitati in lunghezza si ha una trasmissione di dati di tipo semi-continuo.

Il sistema radio digitale sta aprendo nuovi orizzonti, sebbene non siano ancora stati risolti del tutto specifici problemi quali la chiara definizione del veicolo, l'individuazione di una tratta e la localizzazione e l'individuazione del veicolo.

Dal punto di vista dell'esercizio, si può notare che l'ATP non incrementa la potenzialità di una linea, che è determinata dal segnalamento, ma nemmeno la riduce. Può esserci qualche conseguenza negativa in termini di tempo di percorrenza, poiché il macchinista guiderà più cautamente e poiché, in funzione del sistema di trasmissione, se l'aspetto del segnale cambia permettendo una velocità più alta, questa informazione non può essere trasmessa immediatamente al treno. Tuttavia con ATC basato sulla trasmissione dati continua è possibile raggiungere una maggiore potenzialità rispetto al caso di segnalamento di linea convenzionale.

Per velocità inferiori ai 160 km/h, l'uso della ripetizione del segnalamento in cabina è opzionale e dipende dalle scelte di esercizio e da fattori tecnici e finanziari, mentre per velocità più alte il suo uso è obbligatorio poiché in generale non è possibile vedere i segnali di linea per un tempo adeguatamente lungo.

Poiché, in Europa, non esiste uno standard comune per ATC, fino ad oggi ogni Ferrovia ha deciso per proprio conto, basandosi su scelte concordate con enti legislatori e ditte di apparecchiature ferroviarie.

Finora non sono mancati sforzi per arrivare ad una standardizzazione del sistema di controllo del treno.

3.3.2 Attività della Comunità Europea per lo sviluppo del traffico ferroviario

Sulla base delle decisioni prese dai Ministri dei Trasporti Europei (4/5 dicembre 1989), l'Unione Europea all'inizio del 1990 ha avviato l'organizzazione di un progetto insieme ai rappresentanti dei governi, dell'industria e delle ferrovie europee. Sotto la guida della Direzione dei "Trasporti" è stato organizzato un gruppo di lavoro per trattare dei problemi relativi al segnalamento ed al controllo del treno. Durante il 1990 si è concordato, dopo un lungo periodo di riflessione, di adottare una procedura che combini gli elementi delle varie proposte dell'industria e delle ferrovie. Secondo la proposta fatta dall'industria si è deciso che sarà sviluppata una nuova unità di bordo (sottoprogetto EUROCAB) utilizzando una moderna architettura di tipo aperto, basata su nodi di calcolo, capace di funzionare, con opportuni elementi di interfaccia ed antenne, con tutte le apparecchiature fisse esistenti per il controllo del treno. In aggiunta, concordemente con le proposte delle ferrovie, è stato pianificato lo standard del sistema per la trasmissione dei dati terra-treno, ed inoltre, è stato deciso di sviluppare delle nuove apparecchiature che permettano nel futuro uno scambio di dati non solo discontinuo o quasi continuo (sottoprogetto EUROBALISE), ma anche continuo, tramite la trasmissione di segnali radio digitali nel campo di frequenza dei 900 MHz (sottoprogetto EURORADIO).

Per unificare le soluzioni proposte dall'industria e dalle ferrovie, è stato concepito un sistema di controllo del treno capace di soddisfare i requisiti di esercizio ferroviario sia a breve che a lungo termine.

Nel giugno del 1991 i rappresentanti dell'industria e delle ferrovie hanno laureando un documento d'intesa (Memorandum of Understanding) concordando i principi per la cooperazione, con lo scopo di provvedere ad una standardizzazione del sistema di controllo del treno sotto le denominazioni di European Train Control System (ETCS). Nel rispetto di questo accordo il compito delle ferrovie è di preparare, a proprie spese, la specificazione comprendente le funzioni ed i componenti del sistema da usare in futuro. Per consentire la libera concorrenza tra i futuri fornitori di tali sistemi, in generale, i documenti devono essere pubblicamente disponibili. Sulla base di questi documenti, l'industria preparerà delle particolareggiate specifiche tecniche e intraprenderà lo sviluppo dei prototipi.

Lo scopo del progetto è stato accuratamente definito, imponendo una standardizzazione che permetta la circolazione del materiale rotabile da un paese ad un altro senza restrizioni. Per raggiungere gli obiettivi prefissati dal progetto ETCS, è necessario trovare soluzioni che soddisfino nello stesso tempo i difficili problemi riguardanti la specificazione, la ricerca e sviluppo, e la standardizzazione. Gli standard di sicurezza ed i regolamenti di esercizio sono strettamente interdipendenti e, attualmente, sono assai diversi da un paese ad un altro. Questo spiega perché il progetto richieda degli standard di qualità e sicurezza molto elevati.

Il progetto ETCS si propone anche di standardizzare l'interfaccia uomo-macchina all'interno della cabina di guida, il che rappresenta un compito non facile sia per le numerose concezioni ditale sistema che per i linguaggi differenti da un paese ad un altro.

 

3.4 EIRENE. Il nuovo standard europeo digitale per le comunicazioni radio ferroviarie

Il progetto UIC EIRENE [11] [12] ha il compito di definire un nuovo sistema di comunicazione radio digitale che soddisfi i requisiti delle Ferrovie.

Figura 2 - EIRENE network.

Il sistema consentirà comunicazioni sia vocali che dati tra terra e treno; in aggiunta dovrà garantire un normale servizio di telefonia per il personale di terra, per i manutentori delle linee ferroviarie, per il personale addetto alle manovre dei treni (shunting), ai depositi, e così via. Le specifiche dovranno assicurare la compatibilità e l'interoperabilità del sistema tra le diverse Ferrovie così da garantire la continuità del servizio su tutta la rete ferroviaria europea.

Un primo importante risultato di questo lavoro è stato l'adozione dello standard ETSI GSM (Global System for Mobile communications) come core per il sistema (si veda §3.5.2).

Per soddisfare le particolari esigenze manifestate dalle Ferrovie è stato comunque necessario apportare alcune modifiche allo standard. I livelli più bassi della stratificazione OSI GSM (modulazione, codifica di canale, interfaccia radio, ecc.) non hanno richiesto nessun intervento. Andavano invece aggiunte nuove funzionalità negli strati applicativi più alti. Proprio per questo, nel 1994, ETSI (European Telecommunications Standard Institute) ha dato il via ad una nuova fase di sviluppo del sistema GSM, denominata phase II+, che ha coinvolto direttamente anche il gruppo di lavoro EIRENE. Sono stati così introdotti alcuni nuovi servizi supplementari, denominati ASCI features (Advanced Speech Call Items):

• servizio di chiamate di gruppo (Voice Group Call Service)
• servizio di chiamate di gruppo in broadcast (Voice Broadcast Service)
• priorità per l'accesso alla rete (enhanced Multi-level Precedence and Pre-emption)
• sistema di trasporto a pacchetto (General Packet Radio System)

Oltre a ciò dovevano essere sviluppate una serie di applicazioni specifiche per le esigenze ferroviarie (descritte in [34]), sfruttando alcune funzionalità già offerte dal sistema GSM:

• Functional addressing
• Location dependent addressing
• Presentation of Functional Numbers to called and calling parties
• Confirmation of high priority calls
• Shunting mode
• Direct mode

Riassumendo, il sistema MORANE (quest'ultimo è gruppo di lavoro europeo incaricato di allestire un sistema in base alle specifiche EIRENE) consisterà di un sistema radio cellulare basato sullo standard GSM, con alcune modifiche hardware ed alcune funzioni aggiuntive che permettano l'implementazione dei nuovi specifici servizi per l'ambiente ferroviario.

Similmente ad una rete GSM, il sistema comprenderà: una rete di terra, dei terminali mobili e una gateway di connessione verso le altre reti telefoniche fisse.

La rete di terra sarà una rete GSM standard, composta di Base Transceiver Stations (BTS), Base Controller Stations (BSC), e Mobile Switching Centers (MSC), con l'unica differenza che le stazioni radio base non saranno progettate per coprire l'intero territorio, ma saranno ottimizzate per fornire il segnale radio solo lungo le tratte ferroviarie e nelle immediate vicinanze delle stazioni o di zone di particolare interesse. I terminali mobili potranno essere portatili (handheld) oppure installati nelle cabine.

 

3.5 Perché proprio lo standard GSM?

Si cercherà ora, vista l'importanza ricoperta proprio dal sistema radiomobile nel progetto EIRENE, di evidenziare la storia e le motivazioni che hanno portato alla scelta dello standard GSM.

3.5.1 Un po' di storia. I limiti della specifica UIC 751-3

UIC, Union Internationale des Chemis de fer (in inglese International Union of Railway) identificò nell'assegnazione di una banda radio comune, la chiave per favorire lo sviluppo di un'armonizzazione internazionale dei sistemi ferroviari. Fu così che, nel 1971, UIC e CEPT (Conférence Européene des Postes et Telécommunications) concordarono la specifica UIC 751-3. Questa assegnava ai sistemi ferroviari la banda 450-460 MHz e sanciva gli standard operativi e funzionali per la comunicazione radio analogica.

Tuttavia nei primi anni '70 le esigenze ferroviarie per la trasmissione dati via radio erano ancora agli albori. L'industria così non adottò standard internazionali già definiti, ma scelse soluzioni proprietarie. In conseguenza di ciò le ferrovie in Europa svilupparono individualmente e separatamente sistemi radio che rispettavano standard locali non in armonia con gli standard degli altri paesi.

Ben presto ci si accorse che le frequenze attorno ai 460 MHz non erano più sufficienti, così, quando a metà degli anni '80, le autorità europee per le telecomunicazioni decisero di assegnare le frequenze nella banda dei 900 MHz, UIC si fece avanti chiedendo di riservarne una parte ad uso esclusivo delle Ferrovie.

Consultazioni e trattative con il CEPT portarono nel giugno 1995 all'emanazione della raccomandazione TR 25-09 che assegnò 4+4 MHz ad uso ferroviario:

• Uplink: 876-880 MHz (Mobile Þ BTS)
• Downlink: 921-925 MHz (BTS Þ Mobile)

Dopo un attento studio di fattibilità, per mettere a punto esigenze e bisogni specifici, venne costituito il progetto EIRENE.

3.5.2 Gli standard candidati: GSM e TETRA

Durante la vita di un progetto grande e complesso come EIRENE devono essere prese molte decisioni. Alcune sono ovvie, ma molte sono difficili. Tra queste ultime possiamo sicuramente inserire la scelta dello standard di comunicazione radio da adottare.

Le esigenze (requirements) dei ferrovieri mal si adattavano allo standard GSM già specificato. Quest'ultimo infatti era stato sviluppato da ETSI (European Telecommunications Standard Institute) pensando soprattutto al servizio pubblico commerciale.

D'altra parte sarebbe stato troppo dispendioso, sia in termini di costi che di tempi, sviluppare un sistema ex-novo e ad hoc per rispondere ai requisiti ferroviari.

L'unica strada percorribile era una scelta di compromesso. Nel 1993 venne incaricata la Smith System Engineering, in collaborazione con Motorola, Siemens e Thompson, di iniziare uno studio sui diversi standard di telecomunicazioni radiocellulari emergenti; tutti tranne due furono scartati in prima battuta. I candidati rimasti erano: il GSM (Global System for Mobile communications) ed il nuovo standard TETRA (Trans European Trunked Radio Application).

La comparazione tra i due sistemi si rilevò un lavoro molto complesso e delicato che portò nel 1995 alla scelta del sistema GSM. Ecco riassunte alcune delle conclusioni raggiunte dello studio.

A Capacità di soddisfare i requirements ferroviari

Sulla carta le specifiche di TETRA meglio si adattavo alle esigenze ferroviarie. La scelta del GSM avrebbe richiesto invece un significativo lavoro di sviluppo per fornire diverse nuove funzioni (tra cui le ASCI features prima menzionate).

B Costi

Il GSM era un sistema fortemente centralizzato e adatto a reti di grandi dimensioni, in contrasto con TETRA che invece era ottimizzato per piccole reti private. Le ferrovie, commercialmente, si presentavano come dei grossi utenti. Inoltre l'esplosione nel numero delle reti digitali GSM nel mondo prospettava un grosso ribasso dei costi delle infrastrutture hardware e offriva la possibilità di significative economie di scala.

C Utilizzo della risorsa radio

TETRA offre 4 canali per 25 kHz rispetto ai 16 per 200 kHz del GSM con half-rate channels. Il primo offriva quindi una migliore modularità permettendo di allocare bande a blocchi di 25 kHz piuttosto che di 200 kHz. Una comparazione molto accurata delle prestazioni dei due sistemi però non consentì di evidenziare un vincitore.

D Timescales

Questo fu un punto fondamentale a favore del GSM. Quest'ultimo era ormai affermato come standard commerciale con, nel 1995, oltre 120 network attivi nel mondo, mentre il primo sistema TETRA doveva ancora essere sviluppato. Di contro comunque si doveva considerare il rallentamento dovuto allo sviluppo delle nuove funzioni.

E Rischi

Il GSM era uno standard globale, collaudato, testato, e quindi tecnologicamente più che affidabile; utilizzato e appoggiato da costruttori, operatori e utenti, sia in Europa che nel resto del mondo. TETRA invece era sistema ancora tutto da sviluppare.

Scelto il sistema, le discussioni si spostarono sull'opportunità o meno di utilizzare, in condivisione, le infrastrutture hardware di un network commerciale. Ben presto si decise che era opportuno mantenere la rete GSM ferroviaria indipendente, in modo da garantire sicurezza, garanzia di accesso e continuità di servizio.

3.5.3 Lo standard GSM-Railway (GSM-R)

Con l'acronimo GSM-R si intende la variante del sistema GSM appositamente sviluppata per l'uso ferroviario. Si differenzia dallo standard in alcune caratteristiche qui di seguito riassunte.

A Frequenze di utilizzo

Il sistema GSM-R trasmette e riceve nella banda appositamente riservata alle applicazioni ferroviarie (876-880 MHz in uplink, 921-925 in downlink), però devo essere in grado di lavorare anche nella banda commerciale GSM estesa (880-915 MHz in uplink, 925-960 MHz in downlink).

B Potenza dei terminali

Possono essere sia palmari che veicolari. Le mobile termination (MT) installate a bordo dei locomotori devono essere di classe 2 con potenza di 8 watt.

C Limite di velocità

Deve essere garantito il normale utilizzo fino ad una velocità massima di 500 km/h (rispetto al limite di 250 km/h previsto nello standard GSM).

D Nuovi servizi e funzioni

Il GSM-R prevede l'utilizzo di diverse funzionalità sviluppate ad hoc per le esigenze ferroviarie (ASCI features), ma comunque comprese anche nello standard commerciale (phase II+), oltre ad alcune Railway specific functions. Entrambe saranno brevemente descritte nel seguito del presente capitolo.

 

3.6 ASCI features

Di seguito una breve introduzione al funzionamento dei nuovi servizi di phase II+ introdotti proprio per soddisfare le esigenze manifestate dalle ferrovie. Per approfondimenti si rimanda alle specifiche ETSI in bibliografia.

3.6.1. Enhanced Multi-level Precedence and Preemption

Il servizio di phase II+ eMLPP [47] [53] fornisce differenti livelli di precedenza per il call setup e per la continuazione di una conversazione in caso di handover in una cella congestionata. Garantisce ad ogni livello un tempo massimo di setup della connessione, e la possibilità di pre-emption (sottrazione) della risorsa radio in caso di congestione della rete.

I livelli di priorità sono 7. I due livelli a precedenza più alta (A, B) sono riservati per uso interno. Hanno validità locale, solo all'interno dell'area servita da un MSC. Gli altri 5 livelli (0, 1, 2, 3, 4 e 5 (lowest)) hanno validità globale sul HPLMN, o solo sulla regione interessata dal servizio eMLPP, e sono disponibili per i normali utenti. La priorità di una chiamata dipende sempre dalla priorità del chiamante.

L'operatore GSM può assegnare ad ognuno dei 7 livelli di priorità un tempo di setup massimo, set-up time performance class (Tabella 1), e la possibilità di pre-emption della risorsa radio.

A Pre-emption della risorsa radio

La rete ha la possibilità di sottrarre la risorsa radio ad una comunicazione in corso di priorità inferiore per garantire il servizio ad un utente di priorità superiore, in caso di congestione della rete in fase di setup, oppure di handover su una cella congestionata. Questa possibilità è offerta soltanto ai livelli di priorità che dispongono anche della possibilità di pre-emption. Le chiamate di emergenza (TS12) non sono soggette a pre-emption.

B Set-up time performance classes

Esistono tre classi distinte di setup-time garantito. A ciascun livello è assegnata una di queste classi.

Class	Setup Time
Class 1	< 1s
Class 2	< 5s
Class 3	< 10s

Tabella 1 - Setup time garantito per ciascuna classe eMLPP.

Il servizio eMLPP è invocato automaticamente dalla rete ad ogni call set-up. L'utente non può abilitare o disabilitare il servizio. È però possibile per quest'ultimo selezionare il livello di priorità da utilizzare per una chiamata, ovviamente deve essere inferiore o uguale al massimo livello ad esso concesso. Se non specificato viene utilizzato il livello di default previsto.

L'utente può invece interrogare la rete per conoscere la sua priorità di default e la massima priorità concessa (queste ultime informazioni sono memorizzate anche nella SIM card).

3.6.2 Voice Call Group Service (VCGS)

Il servizio di phase II+ VGCS [48] [54] è consente di effettuare comunicazioni vocali tra un gruppo predefinito di utenti in modalità half-duplex . Ogni gruppo è contraddistinto da un indice; un utente può appartenere a più gruppi. Alcune definizioni:

• group identification (group ID). In ogni PLMN ci possono essere fino ad massimo di 10⁸ gruppi, ciascuno contraddistinto unicamente da un group ID.

• service area. Insieme predefinito di celle su cui una chiamata VGCS è distribuita. Possono esserci fino a 10⁸ service area in un PLMN; la loro strutturazione è decisa dall'operatore di rete.

• dispacher. Particolari utenti, mobili o fissi, sono identificati nella rete come disphacer. Ricevono tutte le chiamate VGCS dirette verso un particolare group ID di una service area. Le identità dei dispacher nella rete sono esclusivamente decise dall'operatore.

Una VGC può essere originata da un utente oppure da un dispacher. Il primo seleziona semplicemente il group ID con cui desidera effettuare la VGC, il secondo invece chiama un particolare MSISDN number correlato con il group ID voluto. Non è possibile chiamare singolarmente i singoli utenti destinatari, mentre è possibile invitare individualmente i dispacher attraverso i loro numeri ISDN o MSISDN.

Gli utenti che entrano in una service area in un cui è in corso una chiamata di gruppo per il loro group ID, vengono invitati automaticamente alla conversazione come destinatari. Gli utenti che invece lasciano una service area durante una chiamata di gruppo, cessano di essere destinatari della chiamata. La chiusura della chiamata può essere invocata dal chiamante, da un dispacher oppure dalla rete.

La service area è determinata in base alla cella nella quale la VGC è stata originata. Saranno invitati alla chiamata tutti gli utenti appartenenti a quel group ID che si trovano al momento della chiamata nella stessa service area del chiamante, e tutti i dispacher predefiniti.

Il servizio permette ad un solo utente per volta di parlare, tutti gli altri ascoltano passivamente. Esiste un meccanismo di code d'attesa per consentire a tutti la parola. Soltanto i dispacher possono intervenire in qualunque momento e parlare simultaneamente.

L'autenticazione dei partecipanti e la cifratura della comunicazione non sono obbligatorie. Possono essere applicati meccanismi di priorità (eMLPP).

Il singolo utente ha la facoltà di attivare o disattivare la ricezione delle chiamate di gruppo per un certo group ID. La lista dei group ID sottoscritti da un utente è memorizzata sia nel HLR che nella SIM card.

Riassumendo, i destinatari di una chiamata di gruppo sono: tutti gli utenti del servizio VGCS con lo stesso group ID del chiamante, che in qualunque momento durante la chiamata sono localizzati nella sua stessa service area e tutti i dispacher predefiniti per quella service area e group ID. La service area è quella in cui si trova il chiamante al momento della chiamata, se il chiamante è un normale utente; la service area predefinita se il chiamante è un dispacher.

3.6.3 Voice Broadcast Service (VBS)

Il servizio di phase II+ VBS [49] [55] è molto simile al precedente VGCS. La modalità logica di funzionamento è la stessa. Unica differenza: il servizio è di tipo broadcast, cioè consente solo al chiamante di parlare durante la chiamata; gli altri partecipanti ascoltano passivamente.

 

3.7 Railway specific functions

Per meglio far comprendere le esigenze delle ferrovie si cercherà ora di descrivere sommariamente alcuni dei functional requirements previsti dalle specifiche EIRENE. Per approfondimenti [11] [12] [33] [34].

3.7.1 Functional addressing

Per Functional Addressing (FIS [27], FFFIS [28]) si intende la possibilità di poter identificare un utente della rete EIRENE attraverso la funzione che sta svolgendo piuttosto che attraverso il numero MSISDN del suo terminale. Ad esempio si può assegnare un numero funzionale ad un certo treno, così facendo si può contattare il macchinista di quel treno senza conoscere il numero MSISDN del terminale installato nel locomotore, ma semplicemente digitando il numero funzionale associato al treno stesso.

Questa funzionalità garantisce l'indipendenza del numero conosciuto dall'utente rispetto ai cambiamenti del terminale fisico avvenuti sia nello spazio che nel tempo. I numeri funzionali assegnati sono conformi alla raccomandazione ITU-T E.164 [39] che pianifica la numerazione telefonica internazionale, possono quindi essere trasferiti senza alcun problema anche sulle reti fisse PSTN pubbliche.

Il Functional Addressing si basa sul Call Forwarding Supplementary Service [51] [57], già previsto nello standard GSM. Ogni numero funzionale è visto dalla rete come un utente virtuale (dummy number) che ha un trasferimento incondizionato di chiamata attivo verso un particolare MSISDN number.

3.7.2 Location dependent addressing

Le entità ferroviarie di terra preposte al controllo del traffico o ad altre funzioni specifiche (controllore primario del treno, controllore dell'alimentazione elettrica, controllore del traffico, ecc.) possono essere chiamate da bordo semplicemente ricorrendo al loro numero funzionale.

La mobilità del treno rende però necessaria l'implementazione di un meccanismo dinamico di routing delle chiamate bordo-terra. Nel caso di una chiamata ad un controllore, la chiamata deve essere diretta proprio al controllore che al momento della chiamata è responsabile per quel treno. Il routing dovrà essere eseguito tenendo conto: del numero funzionale chiamato, della posizione, del numero identificativo e della direzione del treno, ed infine dell'ora e data della chiamata (ad es. durante la notte diminuisce il numero dei controllori e si estende la loro area di competenza).

La localizzazione del treno può essere effettuata con strumenti appositi, ad esempio con dei transponder posti lungo la linea ferroviaria (vedi Eurobalise $4.2), oppure mediante un Cell Specific Routing, cioè instradando la chiamata in base all'identità della cella da cui questa è stata originata. Quest'ultima modalità ovviamente garantisce delle prestazioni minori, sia perché l'area di copertura di una cella può essere molto estesa (fino ad un massimo di 35 km di raggio), sia perché le celle possono sovrapporsi creando ambiguità. Il servizio Location Dependent Addressing è completamente specificato nelle FIS [29] e FFFIS [30].

3.7.3 Confirmation of high priority calls

I requirements per le chiamate con priorità prevedono la visualizzazione sul display del chiamato della priorità della chiamata a cui sta per rispondere. La gestione delle priorità è compito del servizio GSM phase II+ eMLPP (si veda §3.6.1). Il servizio High priority calls è completamente specificato nelle FIS [25] e FFFIS [26].

3.7.4 Presentation of Functional Numbers to called and calling parties

I numeri funzionali sono assegnati in base ad un preciso e rigoroso Numbering plan [34]. Durante la fase di connessione di una chiamata, sia chiamante che chiamato devono avere la possibilità di vedere sul display del proprio terminale un messaggio informativo alfanumerico, ricavato dal numero funzionale del partner, che indichi sua l'identità.

La presentazione dei numeri funzionali si basa sul servizio supplementare di User-to-User Signalling (USS) [52], già disponibile nello standard GSM. Nel caso in cui non si debba presentare un numero funzionale, bensì un normale numero MSISDN, vengono utilizzati i classici servizi GSM di Calling Line Identity (CLI) [50] [56] e Connected Line Presentation (CoLP). Il servizio Presentation of functional numbers to called and calling parties è completamente specificato nelle FIS [31] e FFFIS [32].

3.7.5 Shunting mode

Particolare modalità operativa che permetta ad un team manovratore (shunting team) di comunicare, in una sorta di chiamata multiparty, per facilitare le operazioni di manovra. Si preferisce non entrare maggiormente in dettaglio su questo servizio che esula dagli scopi della presente trattazione. La modalità Shunting è completamente specificata in [34] e [11].

3.7.6 Direct mode

Particolare modalità operativa che permette la comunicazione diretta a breve distanza tra terminali mobili EIRENE senza il supporto della rete GSM. In questo modo, ad esempio, sono permesse comunicazioni tra uno shunting team oppure tra il personale del treno anche nelle zone di assenza del segnale GSM, oppure durante un backout temporaneo della rete.

Si preferisce non entrare maggiormente in dettaglio su questo servizio che esula dagli scopi della presente trattazione. La modalità Direct è completamente specificata in [34] e [11].

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