Towards ETCS laboratory testing: a model development for the integration and communication between trackside and trainside components within the ETCS environment

The European Train Control System (ETCS) stands as an important technology in the modernization and enhancement of railway operations. This thesis presents a comprehensive exploration of ETCS within a co-simulation environment, coupling Eclipse-based (C code) Radio Block Center development with Simulink-based train models. The research encompasses innovative fixed and moving block configurations, diverse operational services simulated in different practical scenarios. The core contribution lies in the successful creation of a versatile co-simulation environment that facilitates seamless communication between the RBC and train models via User Datagram Protocol (UDP). Extensive simulations are conducted to evaluate ETCS behavior under various conditions, including the guidance of two trains within a single model, two separate models, and four trains on distinct operational lines. Both fixed and moving block paradigms are considered. This thesis work contributes to the understanding of ETCS and its adaptability by creating an accurate co-simulation model that forms an economic platform to evaluate simulation within the ETCS system. In addition, it emphasizes the importance of considering safety, efficiency, and sustainability in railway systems. Furthermore, this thesis work is based on thorough research in order for the developed models to respect the European railway. As a result, the simulated scenarios showed the solid ability of the developed Radio Block Center to handle and guide safely the Simulink modeled trains along the whole journey towards their destinations. Finally, this co-simulation environment serves also as an essential step towards a possible creation of an ETCS laboratory test.

Il sistema europeo di controllo dei treni (ETCS) rappresenta una tecnologia fondamentale nella modernizzazione e nel miglioramento delle operazioni ferroviarie. Questa tesi presenta un'esplorazione completa dell'ETCS all'interno di un ambiente di co-simulazione, accoppiando lo sviluppo del Radio Block Center basato su Eclipse (codice C) con modelli ferroviari basati su Simulink. La ricerca comprende configurazioni innovative di blocchi fissi e mobili, diversi servizi operativi simulati in diversi scenari pratici. Il contributo principale risiede nella creazione riuscita di un ambiente di co-simulazione versatile che facilita la comunicazione continua tra l'RBC e i modelli del treno tramite il protocollo UDP (User Datagram Protocol). Vengono condotte simulazioni approfondite per valutare il comportamento dell'ETCS in varie condizioni, inclusa la guida di due treni all'interno di un unico modello, due modelli separati e quattro treni su linee operative distinte. Vengono considerati sia il paradigma a blocchi fissi che quelli mobili. Questo lavoro di tesi contribuisce alla comprensione dell'ETCS e della sua adattabilità creando modelli accurati di co-simulazione che costituiscono una piattaforma economica per valutare la simulazione all'interno del sistema ETCS. Inoltre, sottolinea l’importanza di considerare la sicurezza, l’efficienza e la sostenibilità nei sistemi ferroviari. Inoltre, questo lavoro di tesi si basa su una ricerca approfondita affinché i modelli sviluppati rispettino le norme ferroviarie europee. Di conseguenza, gli scenari simulati hanno mostrato la solida capacità del centro di blocco Radio sviluppato di gestire e guidare in sicurezza i treni modellati Simulink lungo l'intero viaggio verso le loro destinazioni. Infine, questo ambiente di co-simulazione funge da base essenziale per portare ulteriormente l'analisi al fine di creare un test di laboratorio per avere simulazioni in tempo reale, che rappresentano il mondo fisico reale.