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Servidores modulares de datos en todos los trenes de alta velocidad (ICE)

La nueva plataforma informática para trenes de la compañía ferroviaria alemana Deutsche Bahn (DB) que se está implementando como servidores en todos los trenes de alta velocidad Intercity-Express (ICE) se basa en componentes estándar CompactPCI Serial. Debido a su diseño modular, permite integrar dos gamas de aplicaciones hospedadas previamente por separado en un solo sistema de 19 pulgadas.

La mayoría de las personas entrarán en contacto con la nueva plataforma TI para trenes ZIP de DB a través del renovado portal de ICE. La plataforma informática de trenes es el hub de datos que ofrece a todos los pasajeros de trenes ICE, información y entretenimiento gratuitos, así como una gran cantidad de detalles sobre su viaje actual. Los pasajeros pueden usar su navegador para ver información sobre viajes y utilizar las ofertas de información y entretenimiento de DB. Una aplicación también proporciona acceso a una amplia selección de películas para ver durante el trayecto. Además de las funciones de confort del pasajero, la plataforma ZIP integra un servidor separado para funciones específicas del tren, como el suministro de datos para el mantenimiento predictivo del tren, la transferencia de datos de estado del tren y las alertas. La plataforma ZIP de TI controla también la reserva de asientos y las pantallas de información de pasajeros, así como los anuncios en los trenes. Finalmente, también puede gestionar la cafetería bistro a bordo, incluida la caja registradora, los pedidos de los pasajeros y la reposición automática de alimentos y bebidas.

La virtualización permite consolidar múltiples aplicaciones diferentes en un solo sistema. Es importante destacar que también permite agregar nuevas características sin modificaciones de hardware ni software para que la oferta se pueda ampliar según sea necesario. La sustitución de la antigua plataforma de hardware con la que funcionaba previamente el portal de pasajeros brindó a DB la oportunidad de dar cuenta de las dificultades del pasado y de renovar por completo las características TI de sus trenes ICE para satisfacer las crecientes demandas e implementar mejoras significativas. La nueva plataforma tenía que consolidar las infraestructuras hasta ahora heterogéneas y altamente complejas para cada tren ICE en un solo sistema. Además, era importante que esta solución se pudiera integrar en los 256 trenes ICE que actualmente posee la DB. Esto requirió una alta densidad de rendimiento en un sistema compacto de 19 pulgadas con un factor de forma de 4U y funcionamiento sin ventilación forzada. Además, el nuevo sistema debía proporcionar suficiente margen de rendimiento para integrar funciones futuras sin necesidad de cambios en el sistema.

Capacidad de ampliación flexible

El sistema que se está instalando recientemente para las tareas de hoy en día, ofrece varios terabytes de espacio de almacenamiento y suficiente potencia informática para transmitir datos de audio y video. Al mismo tiempo, el sistema está diseñado de manera tan flexible que puede gestionar la comodidad de los pasajeros o las aplicaciones empresariales con un rendimiento notable y sin pérdidas de calidad. Formando la pieza central de la plataforma TI de DB, la placa CPU G25A CompactPCI Serial de MEN se basa en los procesadores Intel Xeon (nombre genérico Broadwell DE).

Sistema 2 en 1 con funciones virtualizadas

Además de las nuevas funciones de confort para el pasajero, el sistema también integra varias aplicaciones empresariales. Este diseño ofrece la ventaja de que solo un equipo de Hardware necesita ser calificado y mantenido para todas las funciones esenciales. La nueva plataforma TI de DB está controlada por dos CPU, cada una responsable de las tareas dedicadas. Uno está a cargo de las aplicaciones empresariales y se llama Business Service Platform, BSP, para abreviar. La otra, la Plataforma de Servicio al Cliente (CSP), proporciona todas las funciones que los pasajeros pueden usar directamente en sus dispositivos finales. El estándar CompactPCI Serial permite la integración de dos CPU de alto rendimiento en un sistema, que pueden comunicarse a través del backplane. Dado que el estándar también permite la configuración modular, no hay necesidad de ningún cableado complejo y consumidor de energía que de otro modo se necesitaría en el extremo frontal. Las funciones de la plataforma individual CSP y BSP están virtualizadas, lo que amplía la separación física de las CPU con particiones adicionales en el lado del software.

Por ejemplo, el portal ICE se ejecuta en la misma placa multi-core que el portal de transmisión Maxdome, pero en una máquina virtual diferente. Esto optimiza la seguridad y la fiabilidad de los servicios, ya que un bloqueo de un sistema virtual no afecta al otro. Para lograr una alta disponibilidad comparable solo con hardware, se necesitaría una cantidad equivalente de placas de CPU individuales, lo que generaría costes innecesarios y un elevado esfuerzo de mantenimiento. La virtualización significa que la certificacion de las funciones que se agregan más tarde está limitada al software. Para dar un ejemplo, un firewall puede actualizarse regularmente sin que este cambio afecte a las otras aplicaciones virtualizadas.

Sistema CompactPCI Serial compatible con EN 50155

Antes de que el servidor de 19 pulgadas pueda usarse en trenes, debe someterse a pruebas exhaustivas y también debe certificarse por un laboratorio independiente de acuerdo con el estándar ferroviario EN 50155. La certificación incluye pruebas funcionales a temperaturas ambiente ampliadas desde -40 a +85°C para garantizar el cumplimiento de la clase Tx, más pruebas de impacto y vibración. Además, el servidor ZIP debe cumplir con todos los requisitos de interferencia para que otros dispositivos en el tren no se vean afectados. Estos desafíos se resolvieron con un sistema modular de 19 pulgadas sin mantenimiento que se basa en el estándar modular CompactPCI Serial. Todas las tarjetas usadas admiten el rango de temperatura ampliado de -40 a + 85°C, están barnizadas contra el polvo y la humedad mediante una laca protectora y todos los componentes están soldados.

Las tarjetas informáticas individuales pueden conectarse y desconectarse según sea necesario para formar unidades funcionales que pueden intercambiarse en cualquier momento durante su funcionamiento: las conexiones inalámbricas se establecen a través de WLAN, UMTS, GSM y GSM-R, etc. y se combinan con la última arquitectura de procesador Intel, conmutadores Ethernet y medios modernos de almacenamiento masivo. Las interfaces de E / S basadas en FPGAs facilitan la adaptación del sistema para cumplir los requisitos de interfaz específicos de la serie ICE individual, p. CAN, RS422 o RS485. Para la interfaz de audio UIC 568 que se utiliza para anuncios de trenes, se desarrolló especialmente una tarjeta de interfaz dedicada.

El uso casi exclusivo de componentes estándar garantizó bajos costes de desarrollo y resultó en que el proyecto se implementó rápidamente. Gracias al diseño modular, el sistema también se puede ampliar o modificar más adelante, mientras que la extrema robustez y estandarización de CompactPCI Serial hace posible la actualización incluso en vehículos. Otra ventaja del enfoque modular de CompactPCI Serial es la capacidad de utilizar componentes COTS (Commercial-off-the-Shelf) existentes y ya validados para implementar diseños de sistemas complejos en el menor tiempo posible y dentro de un presupuesto ajustado.

Montaje de sistema modular

Las tarjetas CPU CompactPCI Serial utilizadas en la nueva plataforma TI están equipadas con procesadores Intel Xeon D-1500 que ofrecen funciones de virtualización basadas en hardware de alto rendimiento y disponibilidad a largo plazo, de al menos 7 años. La placa CPU proporciona interfaces de E / S rápidas y preparado para el futuro, como 10 Gigabit Ethernet, USB 3.0 y PCI Express. Hay disponible una conexión de radio móvil como LTE o GSM-R para la transmisión de datos del estado del tren y de pasajeros. El posicionamiento lo maneja un sistema global de navegación por satélite, como GPS, Galileo o GLONASS, y permite servicios basados en la ubicación, como información de rutas, publicidad regional, etc. En Europa, es posible combinar los datos de GPS y GLONASS para un posicionamiento aún más preciso. El CSP puede equiparse con hasta cuatro SSD de 2,5 pulgadas con una capacidad de 1 TB cada uno y el BSP con hasta dos SSD de 2,5 pulgadas con una capacidad de 1 TB cada uno. Una pequeña pantalla en el panel frontal muestra el estado de diagnóstico de la CPU, los módulos instalados, así como las instrucciones de mantenimiento. De acuerdo con las normas ferroviarias, tiene un diseño sin ventilación forzada y admite el rango de temperatura prescrito a pesar de sus dos procesadores multi-core. El sistema está protegido contra accesos no autorizados desde el exterior por una lámina de plexiglás con cerradura electromecánica.

Cooperación profesional

“Como nuestro proveedor de sistemas, MEN demostró ser un socio altamente profesional que desarrolló soluciones óptimas junto con Deutsche Bahn para el diseño de una plataforma TI tecnológicamente sostenible en trenes ICE”, explica Wolfgang Krupke, Gerente de proyectos de Deutsche Bahn. “La asociación ha sido muy productiva y hemos podido debatir todos los problemas cara a cara en todo momento, lo que hizo que la colaboración fuera extremadamente eficiente y fructífera. Hemos aceptado gustosamente las sugerencias de MEN para mejoras técnicas, ya que invariablemente han contribuido a una plataforma TI escalable, estable y de alto rendimiento en los trenes ICE. El hecho de que MEN también llevó a cabo las certificaciones en nuestro nombre fue la guinda de nuestra colaboración profesional“.



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