Otwarty w grudniu ub.r. Gotthard Base – najdłuższy tunel kolejowy na świecie – nie jest jedynie perłą myśli inżynierskiej. To również jeden z pierwszych poważnych projektów inżynieryjnych obejmujących wdrożenie zaawansowanej technologii Internetu Rzeczy (IoT).

Do całodobowego zarządzania bezpieczeństwem pasażerów i pociągów w jednym z najtrudniejszych środowisk operacyjnych wykorzystano sieć urządzeń IoT: czujniki, kamery telewizji dozorowej, system wentylacji, infrastrukturę odprowadzania wody, system łączności, sterowania i monitoringu.

Przez alpejski tunel Gotthard Base codziennie z prędkością 250 km/h przejeżdżają pociągi pasażerskie przewożące 9 tys. podróżnych oraz maks. 260 pociągów towarowych, których składy są znacznie dłuższe i cięższe niż przed laty.
Obszar tunelu powinien być obsługiwany przez wyjątkowo niezawodną sieć IP. Nawet minimalne zakłócenia łączności sieciowej spowodowane zbyt mało wydajnym transferem danych lub powstawaniem wąskich gardeł mogą potencjalnie spowodować opóźnienia, a nawet zagrozić bezpieczeństwu obsługi i pasażerów.

Większość rozwiązań technicznych została zautomatyzowana. Pozwoliło to uzyskać wyjątkowo stabilną i niezawodną sieć niezbędną do przesyłania ważnych danych operacyjnych z i do tunelu. Środowisko IoT jest oparte na komunikacji w czasie rzeczywistym między urządzeniami IP – „rzeczami” – w celu natychmiastowego gromadzenia danych operacyjnych i zapewnienia personelowi obsługi informacji potrzebnych do bezproblemowego i bezpiecznego działania wszystkich systemów w obrębie tunelu.

Jednym z przykładów mogą być drzwi. Jeśli jakiekolwiek prowadzące do obszarów serwisowych lub tuneli dostępu pozostałyby otwarte, ciśnienie spowodowane przemieszczaniem się ultraszybkiego pociągu pasażerskiego wywołałoby znaczne uszkodzenia mechaniczne systemów w obrębie tunelu, dlatego wszystkie drzwi w tunelu działające w ramach IoT są monitorowane przez całą dobę. W przypadku nieodpowiednio zabezpieczonych do sterowni są wysyłane automatyczne powiadomienia.

Tunel Gotthard wymaga zastosowania wzmocnionej sieci złożonej z odpornych elementów, zapewniającej niezawodną i bezpieczną komunikację.

Jeśli weźmiemy pod uwagę wysyłanie i odbieranie danych w czasie rzeczywistym przez czujniki, kamery systemu wizyjnego, system wentylacji, infrastrukturę odprowadzania wody, system łączności, sterowania i monitoringu w całym obiekcie, wiadomo już, dlaczego systemy niezawodnej łączności są tak ważne.
W dwóch równoległych tunelach funkcjonują dwie osobne, niezależne sieci łączące wszystkie punkty końcowe IoT i wykorzystane do przesyłania informacji do operatorów centrów sterowania tuneli. Sieci te muszą być niezawodne i przystosowane do pracy przez całą dobę w dużym zakresie temperatury i we wszystkich rodzajach środowisk operacyjnych. Oznacza to konieczność wykorzystania przełączników różniących się od powszechnie stosowanych – przeznaczonych do pracy w najbardziej wymagających środowiskach o nieprzerwanym ruchu i gwarantujących bezbłędną komunikację.

Wiele komponentów sieci musi pracować w tunelu przez dłuższy czas, z dala od bezpiecznych centrów przetwarzania danych, gdzie warunki pracy znajdują się pod stałą kontrolą. W niektórych obszarach w tunelu temperatura może sięgać 40°C przy wilgotności względnej dochodzącej do 70 proc., co oznacza duże przekroczenie norm w porównaniu ze zwykłymi, domowymi środowiskami pracy przełączników.

Sporym problemem jest też pył metalowy. Nawet w biurowych warunkach pracy urządzeń zapylenie jest problemem, ale wewnątrz tunelu kolejowego może ono powodować poważne awarie elementów sieci, hamulce pociągów bowiem nieustannie wyrzucają w powietrze pył metalowy. Ponadto zakłócenia elektromagnetyczne i wibracje spowodowane codziennymi czynnościami poważnie ograniczają okres sprawności standardowych przełączników i powodują ich uszkodzenia mechaniczne.

Specjalna wzmocniona sieć i urządzenia klasy przemysłowej umożliwiają wdrożenie w tunelu Gotthard urządzeń IoT.

Tunel Gotthard został wyposażony w sieć wzmocnioną. Po pierwsze użyto przełączników, punktów dostępowych i routerów, które standardowo obsługują zintegrowane systemy zabezpieczeń, dynamiczne dostosowywanie wydajności sieci w celu wdrażania aplikacji w czasie rzeczywistym oraz niezawodną komunikację szerokopasmową IP. Po drugie wykorzystano sprzęt sieciowy w obudowach klasy przemysłowej.

Zadanie opracowania i wdrożenia sieci do przesyłania danych zostało powierzone inżynierom z firmy Alpiq InTec, który użyli ponad 450 wzmocnionych przełączników LAN OmniSwitch® 6855 firmy Alcatel-Lucent do budowy szkieletu sieci do przesyłania danych pracującej w obrębie tunelu. Minimum obsługi prewencyjnej i napraw jest niezwykle istotną kwestią podczas instalowania sieci nawet 2,3 km w głąb skały. Przełączniki te wykorzystują system chłodzenia konwekcyjnego opartego na radiatorach, a nie na wentylatorach, redukując zagrożenie związane z zanieczyszczeniem cząsteczkami metalu i uszkodzeniem wewnętrznych elementów elektronicznych.