GSM-R - Définition et Explications

Le GSM-R est un standard international de communication mobile pour les chemins de fer.

Technologie GSM-R

Définition

Le GSM-R (Global system for mobiles - Railways) est un sous-système de l'ERTMS (Système européen de surveillance du trafic ferroviaire).

Le GSM-R (Le GSM-R est un standard international de communication mobile pour les chemins de fer.) est standard de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) sans fil développé spécifiquement pour les applications et les communications ferroviaires. Il permet aux train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...) dans son application principale de communiquer avec les postes de régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) du trafic ferroviaire. Il est une variante du GSM.

Les normes EIRENE - MORANE spécifies une utilisation fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....) et sans coupure de communication du GSM-R jusqu'à une vitesse (On distingue :) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) du train de 500 km/h.

Histoire

Le standard GSM-R à été développé dans le cadre de la mission que s'est donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) l'Union internationale des chemins de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) (UIC). Son but initial était la standardisation et l’amélioration des conditions de construction et d’exploitation des chemins de fer, particulièrement en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) de trafic international. Afin de développer ce standard le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) EIRENE a été mis en place en 1993 par l'UIC. C'est au sein de ce projet que les spécifications auxquelles le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) GSM-R doit satisfaire ont été développées.

Le GSM-R, qui est construit à partir de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) GSM, bénéficie des économies découlant de cet héritage. Il autorise une mutation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) à un coût compétitif, permettant le remplacement de tous les systèmes de communication filaire (le long de la voie) et des réseaux radio ferroviaires analogiques existant dans chaque pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) qui sont incompatibles entre eux : on comptabilise en effet plus de 35 systèmes de communication ferroviaire différents, rien qu'en Europe…

Le GSM-R est une plateforme sécurisée pour les communications de voix et de données, entre les différents membres des équipes ferroviaires : conducteurs, régulateurs, membres de l'équipe de manœuvre, personnels à bord du train, chefs de gare (Une gare est d'ordinaire un lieu d'arrêt des trains. Une gare comprend diverses installations qui...). Il apporte des dispositifs tels que les appels de groupes (VGCS), les annonces ou appels diffusés (VBS), les appels localisés, et la préemption des appels dans en cas d'urgence. Il pourra supporter des applications telles que le suivi des marchandises, la vidéo-surveillance dans les trains et dans les gares, ainsi que les services d'informations des usagers.

Mât d'émetteur GSM-R, ligne ferroviaire à grande vitesse de Nuremberg-Ingolstadt
Mât (Le mât est un espar vertical (mis à part le beaupré) servant à soutenir les voiles sur un...) d'émetteur GSM-R, ligne ferroviaire à grande vitesse de Nuremberg-Ingolstadt

Ce standard qui est le résultat de plus de dix ans de collaboration entre les nombreuses compagnies ferroviaires Européennes, finalise l'interopérabilité (L’ interopérabilité est la capacité que possède un produit ou un...) par l'utilisation d'une plateforme de communication unique. Le GSM-R fait partie du nouveau standard ERTMS et permet le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) des informations de signalisation ferroviaire (La signalisation ferroviaire est un ensemble de signaux, de dispositifs et de règlements destinés...) directement jusqu'au conducteur, permettant une vitesse de circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) du train plus élevée ainsi qu'un trafic plus dense, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en maintenant un haut niveau de sécurité.

Les spécifications finalisées en 2000, sont basées sur le projet européen MORANE (Mobile Radio for Railways Networks in Europe). Les spécifications sont maintenues par le projet ERTMS de l'Union internationale des chemins de fer.

Le GSM-R a été choisi par 38 pays à travers le monde (Le mot monde peut désigner :), incluant tous les états membres de l'Union européenne, ainsi que des pays d'Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la...), d'Eurasie et d'Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles,...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.).

Le GSM-R utilise en général des tours relais (Base Transceiver Station) dédiées, proches de la voie ferrée (Une voie ferrée est un chemin de roulement pour les convois ferroviaires, constitué d'une ou...). La distance entre chaque BTS est de 3-4 km. Cette proximité crée un haut degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) de redondance et une plus grande couverture et fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée...). Le train maintien une connexion numérique par modem (Le modem (mot-valise, pour modulateur-démodulateur), est un périphérique servant...) vers le centre de régulation des trains tout le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...). Ce modem utilise une priorité plus grandes que les autres utilisateurs (eMLPP). Si la connexion du modem est perdue, le train s'arrête automatiquement. En Allemagne, en Italie et en France le réseau GSM-R compte entre 3000 et 4000 BTS.

Système supérieur

Le GSM-R est une composante de l'ERTMS qui comprend :

  • L'ETCS (système européen du contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) des trains).
  • Le GSM-R.

Bande de fréquence (Une bande de fréquence définit une plage de fréquences qui ont des...)

En Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...), le GSM-R utilise la bande de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) dédiée suivante[1] :

  • 876,2 MHz - 915 MHz : pour l'émission de données (uplink)
  • 921,2 MHz - 960 MHz : pour la réception de données (downlink)

L'espacement en fréquence entre chaque canal physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) est de 200kHz.

La modulation est de type GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

Le GSM-R est également un système TDMA ("Time-Division Multiple Access"), c'est à dire de multiplexage (Le multiplexage est une technique qui consiste à faire passer deux ou plusieurs informations à...) temporel où la transmission des données et organisée pour chaque porteuse (Une porteuse est un signal sinusoïdal de fréquence et amplitude constantes. Elle est...) (ou canaux physiques) par Trame TDMA périodiques (période de 4.615 ms).

Chaque Trame TDMA est découpée en 8 intervalles de temps ("Time Slots") également appelés canaux logiques (d'une durée de 577 µs chacun), composés de 148 bits d'information.

Le GSM-R utilise une extension inférieure des fréquences du GSM 900 MHz (bande 890 MHz - 915 MHz pour l'émission et bande 935 MHz - 960 MHz pour la réception). En Chine le GSM-R utilise une plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de...) de 4 MHz de la bande E-GSM (GSM 900Mhz).

Applications

Le GSM-R permet de nouveaux services et applications; il offre notamment des possibilités de communication mobile dans les domaines de :

  • la maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de...) et de la protection (Surveillance automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la...) des trains (Automatic Train Control/ETCS) et ERTMS)
  • la communication entre le mécanicien et le dirigeant de service,
  • la communication pour le personnel de train, ainsi que les équipes travaillant à bord du train
  • l'envoi de message (La théorie de l'information fut mise au point pour déterminer mathématiquement le taux...) du train pour le service de contrôle du train
  • la communication pour le personnel sur les gares, les sites de marchandises et sur les voies
  • des applications spécifiques à chaque pays, comme la communication dans les tunnels, le transfert et l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la...) de service, des données de contrôle…

Première application

Il sert à transmettre les données entre les trains et les postes de régulation du trafic ferroviaire avec les niveaux 2 et 3 du système ETCS. Ainsi quand le train arrive sur une des Eurobalises, il communique sa nouvelle position et sa vitesse et reçoit en retour l'autorisation d'entrer ou non sur le canton suivant et la nouvelle vitesse maximale. Il n'y a donc plus besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de signalisation latérale.

Autres applications

Tout comme les équipements de téléphonie (La téléphonie est un système de télécommunication qui a pour but la transmission de son et en...) GSM, les équipements GSM-R permettent de transmettre des données et également de la voix. Les fonctionnalités nouvelles apportées par le GSM-R en termes de communication mobile, s'appuient sur les normes GSM, et sont décrites par les normes du projet EIRENE. On trouve notamment pour les appels :

  • l'appel point-à-point (PtP Call : Point-to-Point Call), appel identique à ceux d'un GSM normal
  • l'appel de groupe (VGCS : Voice Group Call System), sorte de communication semblable à l'alternat en Radiotéléphonie (La radiotéléphonie désigne les techniques de communication utilisant la radioélectricité,...)
  • l'appel de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) (VBS : Voice Broadcast System), où il n'y a qu'une seule personne qui peut parler (les autres écoutent seulement)
  • l'appel d'urgence (REC : Railways Emergency Call), qui est une sorte d'appel de groupe dédié à une urgence
  • une gestion des différents types appels (PtP, VGCS, VBS et REC) par priorité

On trouve également les fonctionnalités suivantes :

  • l'adressage fonctionnel (Fonctional Adressing), système d'alias qui permet d'enregistrer auprès du réseau GSM-R le numéro d'un téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix...) en tant qu'une fonction temporaire occupée par son utilisateur (conducteur, contrôleur d'un train particulier…)
  • un mode de fonctionnement spécifique aux manœuvres (Shunting), c'est-à-dire le travail sur les voies à l'élaboration où le stockage d'un convoi ( Un convoi est un ensemble de véhicules terrestres ou maritimes, généralement non attelés,...) ferroviaire.

Fonctionnalités GSM-R

Dispositifs ASCI (Advanced Speech Call Items)

VGCS (Voice Group Call Service)

Le VGCS permet à un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'utilisateurs de participer au même appel. Ce dispositif imite l'appel de groupe PMR (Private Mobile Radio) analogique (Le concept d'analogique est utilisé par opposition à celui de numérique.) avec le bouton PTT (Push-to-Talk).
Trois sorte d'utilisateurs sont définis : le Talker (Celui qui parle), le Listener (Celui qui écoute) et le Dispatcher (Le Régulateur). Le talker peut devenir un listener en relâchant le bouton PTT et le listener devient un talker' en appuyant sur le bouton PTT.
Le principal avantage du VGCS comparé à un appel multi-party (le dispositif d'appel de conférence du GSM) est l'optimisation de l'occupation de la bande de fréquence. Ainsi, quand de nombreux utilisateur sont dans la même cellule (GSM) ils vont utiliser une fréquence pour tous les listeners et deux fréquences pour le talker (comme pour un appel point-à-point). Lors d'un appel multi-party il y a deux fréquences utilisées pour chaque utilisateur.

VBS (Voice Broadcast Service)

Le VBS est un appel de diffusion : à la différence d'un VGCS, seule la personne ayant initié cet appel peut parler, les autres participants à l'appel ne peuvent qu'écouter. Ce type d'appel est utilisé principalement pour diffuser des messages pré-enregistrées ou faire des annonces.

REC (Railway Emergency Call : Appel d'urgence train)

Le REC est appel de groupe, ou VGCS, dédié à une urgence. Il possède une priorité supérieur à celle des autres appels (un REC a une priorité de niveau 0 - voir ci-dessous : eMLPP)

Service eMLPP (Multi-Level Precedence and Pre-emption Service)

Ce service définie des priorités pour les appels des utilisateurs. On trouve les niveau de priorité suivant :
  • A et B : Niveau de priorité les plus important (Réservés au message du réseau)
  • 0 : Niveau le plus prioritaire parmi le service ASCI (Principalement utilisé pour l'appel d'urgence train - REC)
  • 1 : Niveau moins prioritaire que le niveau 0
  • 2 : Niveau moins prioritaire que le niveau 1
  • 3 : Niveau moins prioritaire que le niveau 2
  • 4 : Niveau le moins prioritaire (Priorité par défaut, elle est attribuée aux appels point (Graphie) à point)
Un système de réponse automatique (Auto-Answering) temporisé est également disponible pour les appels de priorité 0, 1 et 2.

Dispositifs EIRENE (European Integrated Railway Radio Enhanced Network)

Gestion de numéro fonctionnel (Functional Number)

  • Adressage par numéro fonctionnel
Permet d'appeler un terminal mobile (Un Terminal mobile (en anglais MDT, Mobile data terminal) est un appareil informatisé...) (MS ou Mobile Station) à partir de sa fonction : Conducteur du train xxx…
Cette fonction utilise
les fonctions USSD et Follow Me
la fonction UUS1 (pour l'affichage (L' affichage désigne l'application d'une surface de papier script dans un lieu public(et non du...) du numéro fonctionnel)
  • Adressage dépendant de la localisation
Amélioration du principe d'adressage par numéro fonctionnel
Permet d'appeler le plus proche MS rattaché à une fonction : plus proche conducteur, plus proche contrôleur, …

Confirmation d'appel

Le système de confirmation d'appel n'est valable que pour les appel de groupes (VGCS) et les appels de diffusion (VBS) de priorité 0 (voir eMLPP).
Le principe consiste pour chaque terminal mobile ayant participé à l'appel (initiateur compris), à envoyer un rapport lorsque l'appel est quitté ou terminé. Ce rapport doit contenir comme information :
  • Le type d'appel
  • La durée de l'appel
  • L'identification du mobile émetteur du rapport
  • La cause de la fin de l'appel (Normal, fin volontaire par l'utilisateur, extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque...) du mobile volontaire, extinction pour cause batterie déchargé,...)
  • ...
Si le rapport n'a pas pu être envoyé (extinction du terminal mobile volontaire ou pour cause de batterie déchargé), le terminal (Le Terminal (The Terminal) est un film américain réalisé par Steven Spielberg, sorti...) mobile essai à nouveau de le renvoyer lors de son redémarrage.

Mode manœuvre (Shunting mode)

Le mode "Shunting" est le terme utilisé pour décrire l'application qui régule (Les régules sont des alliages d'étain ou de plomb et d'antimoine.) et contrôle les utilisateurs qui accèdent aux communications shunting.
Un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) sonore, le "LAS" (Link Assurance Signal) est émis dans le but de confirmer au mécanicien (conducteur du train) que le lien radio est opérationnel et fonctionne.

Mode direct (Direct mode)

Le mode direct est le mode de communication par alternat (talkie-walkie) ou les terminaux mobiles communiquent ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) sans utiliser le réseau mobile. Il à été proposé par le projet Eirene, même s'il n'a jamais été mis en application depuis lors.
SAGEM (La Sagem (Société d’Applications Générales Électriques et Mécaniques) était une grande...) dit avoir développé un mode direct GSM, actuellement non reconnu dans les spécifications GSM-R, et pour lequel aucune fréquence n'est encore allouée.

Le marché du GSM-R

Groupes constituants le marché GSM-R

Les différents groupes qui constituent le marché du GSM-R sont :

Les gestionnaires de l'infrastructure et les opérateurs ferroviaires
Accords signés / GSM-R en cours d'installation :
Pays Gestionnaire infrastructure : Opérateur(s) ferroviaire(s) :
Allemagne DB Netz DBAG
Belgique Infrabel (Infrabel est le gestionnaire du réseau ferré belge. Il est en activité depuis le 1er janvier...) SNCB
Espagne ADIF RENFE (Le Renfe est la société nationale d'exploitation des chemins de fer espagnols. Il fut crée en...)
Finlande RHK VR
France RFF (Réseau ferré de France (RFF) est un établissement public à caractère industriel et commercial...) SNCF (La Société nationale des chemins de fer français (SNCF) est l'une des principales entreprises...)
Royaume-Uni Network Rail (Network Rail est une société privée britannique qui est propriétaire du réseau ferroviaire des...) Limited Liste des exploitants
Inde - IR
Italie RFI TI
Norvège JBV NSB (La Norges Statsbaner (NSB), ou Chemins de fer de l'État Norvégien, officiellement NSB AS, est la...)
Pays-Bas ProRail (Aux Pays-Bas, ProRail est un organisme public chargé de la gestion de l'infrastructure ferroviaire...) NS
Suède BV SJ
Suisse - SBB/CFF/FFS
République tchèque Czech Railways ?D
Phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de planification (La planification est la programmation d'actions et d'opérations à mener) / Signature des accords :
Pays Gestionnaire infrastructure : Opérateur(s) ferroviaire(s) :
Autriche GYSEV ÖBB
Croatie (Site Pilote) - H?
Slovaquie (Site Pilote) - ?SR
Étude de faisabilité GSM-R :
Pays Gestionnaire infrastructure : Opérateur(s) ferroviaire(s) :
Chine CR KNR
Danemark Banedanmark (Banedanmark, créé le 1er mars 2004, est l'organisme chargé de géré le réseau ferroviaire du...) DSB
Hongrie VPE MÁV
Irlande CIÉ
Irlande du Nord - NIR
Luxembourg - CFL
Pologne - PKP S.A.
Russie - R?D
Slovénie AZP S?
USA US/DOT Amtrak (Amtrak est le nom d'une entreprise ferroviaire publique américaine, spécialisée dans le...)
Source : UIC (23/05/2006)[2]
Les fournisseurs d'équipements de télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance...)
Les compagnies Huawei, Nortel (Nortel TSX : NT NYSE Euronext : NT (aussi appelée The Northern Electric and...) et Siemens sont les principaux fournisseurs de l'infrastructure du réseau GSM-R.
Solutions pour centre de contrôle (Un centre de contrôle, dans le domaine de l'astronautique, est une salle d'où sont...) et de régulation 
Siemens Transportation Systems et Frequentis.
Les constructeur de terminaux mobiles 
Constructeur de téléphones :
Sagem (SAFRAN group) est le principal fournisseur de téléphone GSM-R, suivi par Selex, Triorail et Huawei.
Constructeur de Cab-radio (Radio de Cabine (Sur un bateau, une cabine désigne une pièce d'habitation pour une ou plusieurs personnes. Une...) Train) :
Alstom, Siemens, Nortel et Hörmann sont les principaux fournisseurs. Kapsch (CarrierCom AG) et Sagem fournissent principalement le cœur GSM-R de ces Cab-radios.

Utilisations commerciales

En France, la première ligne commerciale entièrement couverte par le réseau GSM-R est la LGV Est européenne entre "Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) – Gare de l'Est" et "Strasbourg", mise en service le 10 juin 2007.

  • C'est le dimanche 10 juin 2007 à 06H43, que le premier train à grande vitesse (Les trains à grande vitesse sont des trains de voyageurs (le plus souvent, car il existe des TGV...) à l'emprunter fût un ICE, le train à grande vitesse de la Deutsche Bahn en Allemagne. Il relia la Gare de l'Est à Paris pour Sarrebruck (Allemagne).
  • C'est le dimanche 10 juin 2007 à 07H15, que l'emprunta à son tour le TGV POS (Les TGV POS (Paris-Ostfrankreich-Süddeutschland, Paris - Est de la France - Allemagne du Sud, en...), le train à grande vitesse de dernière génération de la SNCF en France. Il relia quant à lui Strasbourg à Paris (Gare de l'Est).

(Réf. SNCF - Paris AFP, 10/06/2007)[3]

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Glossaire GSM-R

  • ASCI : " Advanced Speech Call Items "
Dispositif d'appels voix avancés, regroupant les VGCS (normaux et REC), VBS, et service eMLPP.
  • eMLPP : " Multi-Level Precedence and Pre-emption Service "
Service de gestion de priorités attribué aux appels voix.
  • GSM-R : " Global System for Mobiles - Railways "
Standard international de communication mobile pour les chemins de fer, basé sur le GSM.
  • PtP Call : " Point-to-Point Call "
Appel point à point, c'est-à-dire une communication GSM normale entre deux interlocuteurs (appel voix).
  • EIRENE : " European Integrated Railway Radio Enhanced NEtwork "
On distingue trois entitées : le projet EIRENE, les normes EIRENE et le dispositif EIRENE.
  1. Le projet EIRENE (projet de Réseau Amélioré de Radiocommunication Ferroviaire Intégré Européen) est un projet de concertation crée par l'UIC.
  2. Les normes EIRENE.
  3. Le dispositif EIRENE regroupe les fonctionnalités d'adressage par numéro fonctionnel,le système de confirmation d'appel (pour les VGCS et VBS de priorité 0), le mode manœuvre et le mode direct.
  • VGCS : " Voice Group Call Service "
Appel de groupe (service ASCI).
  • VBS : " Voice Broadcast Service "
Appel de diffusion (service ASCI).
  • REC : " Railway Emergency Call ",
Appel d'urgence train (VGCS spécifique de priorité 0).

Voir également: Glossaire de la Téléphonie Mobile (La téléphonie mobile désigne toute l'infrastructure de télécommunication permettant d'utiliser...)

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