Switch Ethernet 10G Lantech trong dự án nâng cấp đoàn tàu Pendolino – Vương quốc Anh

1. Bối cảnh dự án: Nâng cấp đoàn tàu Pendolino của Avanti West Coast

Đoàn tàu Pendolino là một trong những dòng tàu cao tốc biểu tượng của Vương quốc Anh, được đưa vào khai thác lần đầu trên tuyến West Coast Main Line từ năm 2002. Tuyến đường sắt này đóng vai trò xương sống trong hệ thống giao thông quốc gia, kết nối các trung tâm kinh tế – xã hội lớn như London, Manchester, Glasgow, Liverpool, Birmingham, Edinburgh, Preston và Carlisle.

Sau gần hai thập kỷ vận hành, trước áp lực gia tăng về lưu lượng hành khách, yêu cầu trải nghiệm số hiện đại và tiêu chuẩn an toàn ngày càng cao, Avanti West Coast đã triển khai dự án nâng cấp toàn diện đội tàu Pendolino với tổng mức đầu tư lên tới 117 triệu bảng Anh (£117m). Đây được xem là chương trình nâng cấp tàu hỏa lớn nhất trong lịch sử ngành đường sắt Anh.

Mục tiêu của dự án không chỉ dừng lại ở cải tạo nội thất, mà còn tập trung mạnh vào số hóa hạ tầng trên tàu, bao gồm:

• Nâng cấp hệ thống CCTV an ninh

• Triển khai Wi-Fi onboard băng thông cao

• Hệ thống đặt chỗ ngồi thông minh

• Hệ thống thông tin & giải trí cho hành khách (Passenger Information & Infotainment System – PIS)

Đoàn tàu Pendolino đầu tiên sau nâng cấp đã chính thức quay trở lại khai thác vào cuối tháng 4 năm 2022, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong hiện đại hóa giao thông đường sắt tại Anh.

2. Thách thức kỹ thuật trong môi trường mạng trên tàu hỏa

Khác với các hệ thống IT thông thường, hạ tầng mạng trên tàu hỏa hoạt động trong một môi trường vận hành đặc thù và khắc nghiệt hơn rất nhiều. Trong quá trình tàu chạy ở tốc độ cao, các thiết bị mạng phải chịu rung động và va đập liên tục, đòi hỏi thiết kế cơ khí và linh kiện có độ bền cao. Đồng thời, hệ thống còn phải làm việc trong điều kiện biến thiên nhiệt độ lớn, từ khoang kỹ thuật, gầm tàu cho đến các khu vực kín bên trong toa, nơi nhiệt độ và độ ẩm thay đổi đáng kể theo môi trường và tải vận hành. Bên cạnh đó, nguồn điện trên tàu không ổn định, dễ phát sinh nhiễu điện từ, xung điện và hiện tượng sụt áp, gây rủi ro cho các thiết bị điện tử nếu không được bảo vệ đúng chuẩn. Trong bối cảnh đó, hạ tầng mạng buộc phải đáp ứng yêu cầu độ tin cậy 24/7, bởi bất kỳ sự gián đoạn nào cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn vận hành tàu cũng như chất lượng dịch vụ dành cho hành khách.

Môi trường vận hành đặc thù của ngành đường sắt - railway

• Rung động và va đập liên tục trong quá trình tàu chạy tốc độ cao
• Biến thiên nhiệt độ lớn, từ khoang kỹ thuật đến các khu vực khác nhau trên tàu
• Nguồn điện không ổn định, dễ xuất hiện nhiễu, xung điện và sụt áp
• Yêu cầu độ tin cậy 24/7, không cho phép downtime vì ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và dịch vụ hành khách

Không chỉ chịu tác động từ môi trường vật lý, hệ thống mạng trên tàu hỏa hiện đại còn phải đối mặt với sự gia tăng đột biến về lưu lượng dữ liệu. So với các thế hệ tàu trước đây, tàu Pendolino sau nâng cấp cần xử lý khối lượng dữ liệu lớn gấp nhiều lần, bao gồm luồng video độ phân giải cao từ hệ thống CCTV đa kênh, dữ liệu truy cập internet của hàng trăm hành khách đồng thời, cũng như dữ liệu điều khiển và hiển thị từ hệ thống thông tin hành khách (PIS). Ngoài ra, việc truyền dữ liệu nội bộ giữa các toa tàu cũng tạo ra áp lực lớn lên hạ tầng backbone. Những yếu tố này đặt ra yêu cầu bắt buộc đối với hệ thống mạng phải có băng thông lớn, độ trễ thấp và khả năng mở rộng linh hoạt trong dài hạn, nhằm đáp ứng nhu cầu vận hành hiện tại và sẵn sàng cho các dịch vụ số trong tương lai.

Gia tăng lưu lượng dữ liệu

So với thế hệ tàu trước đây, tàu Pendolino sau nâng cấp phải xử lý lượng dữ liệu lớn gấp nhiều lần, bao gồm:

• Video độ phân giải cao từ CCTV đa kênh
• Dữ liệu truy cập internet của hàng trăm hành khách cùng lúc
• Dữ liệu điều khiển và hiển thị từ hệ thống PIS
• Truyền dữ liệu nội bộ giữa các toa tàu

Điều này đặt ra yêu cầu bắt buộc về băng thông cao, độ trễ thấp và khả năng mở rộng trong dài hạn.

3. Giải pháp được lựa chọn: Switch Ethernet công nghiệp Lantech chuẩn EN50155

Để đáp ứng các yêu cầu khắt khe trên, dự án đã lựa chọn switch Ethernet công nghiệp Lantech đạt chuẩn EN50155, thiết kế dạng rack-mount làm hạ tầng mạng lõi trên tàu.

Các switch Lantech được triển khai đóng vai trò xương sống kết nối mạng cho toàn bộ hệ thống số trên tàu, bao gồm:

• Hệ thống CCTV trong tàu

• Wi-Fi onboard

• Seat Reservation System

• Passenger Information & Infotainment System

Với cấu hình lên đến 24 cổng Gigabit Ethernet kết hợp 4 cổng 10G tốc độ cao, switch Lantech đảm bảo:

• Truyền tải dữ liệu đồng thời cho nhiều hệ thống

• Không nghẽn cổ chai khi mở rộng dịch vụ số

• Đáp ứng các yêu cầu real-time trong môi trường rail

Điều này giúp hệ thống mạng trên tàu hoạt động ổn định suốt vòng đời khai thác, ngay cả trong điều kiện vận hành khắc nghiệt.

4. Ethernet 10G – Nền tảng cho tàu hỏa số hóa

Trong bối cảnh tàu hỏa hiện đại ngày càng tích hợp nhiều hệ thống số và dịch vụ thông minh, Ethernet 10G không còn là một lựa chọn “cao cấp” mang tính thử nghiệm, mà đã trở thành nền tảng hạ tầng thiết yếu cho quá trình số hóa ngành đường sắt. Các ứng dụng như hệ thống CCTV độ phân giải cao với số lượng camera lớn, nền tảng giải trí và truyền nội dung (infotainment streaming), Wi-Fi onboard mật độ cao phục vụ hàng trăm hành khách đồng thời, cũng như truyền dữ liệu backbone giữa các toa tàu (Train Backbone Network) đều tạo ra lưu lượng dữ liệu rất lớn và yêu cầu băng thông ổn định, liên tục. Nếu không có hạ tầng mạng đủ mạnh, các hệ thống này dễ xảy ra nghẽn mạng, tăng độ trễ và làm suy giảm chất lượng dịch vụ.

• CCTV độ phân giải cao, nhiều camera

• Infotainment streaming

• Wi-Fi onboard mật độ cao

• Truyền dữ liệu giữa các toa tàu (Train Backbone Network)

Switch Lantech trong kiến trúc mạng trên tàu Pendolino

Trong kiến trúc mạng trên tàu Pendolino, switch Ethernet 10G của Lantech với 4 cổng uplink 10G đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo hiệu năng tổng thể của hệ thống. Nhờ băng thông lớn, switch có thể xử lý đồng thời lưu lượng từ nhiều hệ thống mà không xảy ra hiện tượng cổ chai. Độ trễ thấp giúp truyền tải mượt mà các luồng video real-time từ CCTV và dữ liệu hiển thị của hệ thống thông tin hành khách (PIS). Đồng thời, kiến trúc 10G còn mang lại khả năng mở rộng dài hạn, sẵn sàng tích hợp các ứng dụng mới như IoT, AI, phân tích dữ liệu và giám sát thông minh trên tàu. Nhờ đó, Ethernet 10G không chỉ đáp ứng hiệu quả nhu cầu vận hành hiện tại mà còn giúp hạ tầng mạng trên tàu đón đầu các dịch vụ số trong nhiều năm tới, phù hợp với chiến lược phát triển bền vững của ngành đường sắt.