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Ethernet und WLAN an Bord

Text: Richard Weatherburn, Belden FotoS: Belden
Bislang waren die Bordsysteme in Zügen einfach, maßgeschneidert und gekapselt. Heute bedarf es auch hier einem Umdenken. Ohne Ethernet und WLAN geht auch auf der Schiene in Zukunft nichts mehr.

Mit wachsenden Ansprüchen an die Bahn sind auch die Anforderungen an Diagnose- und Steuerungssysteme gestiegen. Um sich von der Verlässlichkeit der Bordausrüstung zu überzeugen und um sicher zu gehen, dass das Schienenfahrzeug erwartungsgemäß funktioniert, werden Daten von einer Vielzahl von Systemen überwacht und gesammelt. Früher waren Bordsysteme der Bahn in sich geschlossen, ausgestattet mit einer maßgeschneiderte Architektur und einem einfachen Kommunikationssystem über Bus. Heute müssen Daten jedoch zwischen den verschiedenen Systemen ausgetauscht werden. Zum Beispiel soll die bordeigene Ortung das Türensystem über die genaue Zugposition informieren, damit entsprechende Türen geschlossen bleiben, falls der Bahnsteig zu kurz ist. Gleichzeitig muss das Informationssystem die Fahrgäste zum aussteigen in den richitgen Zugabschnitt leiten. Der Datenfluss bleibt jedoch heute nicht mehr auf den Bordbereich beschränkt. Diagnosesysteme melden sich beim Depot, bevor der Zug zur Wartung eintrifft, damit Ersatzteile und Werkzeuge vorbereitet werden können. Auch Platzreservierungs- und Fahrscheinsysteme liefern wichtige Informationen, und mit funkbasierten Zugsteuerungssystemen lassen sich Züge aus der Ferne dirigieren. Damit höher technisierte Züge als ein integriertes Fahrzeug über das Bahnnetzwerk überwacht und gesteuert werden können, ist ein Umdenken nötig: Weg von vielen einzelnen Bussystemen für die spezifischen Datennetze, hin zu einem einzigen umfassenden Netzwerk über Ethernet.

Ethernet an Bord

Seit vielen Jahren verdrängt Ethernet Stück für Stück die konventionelle Bustechnik aus der industriellen Fertigung. Die Feldbusse sind zwar vergleichsweise einfach und sehr zuverlässig, eignen sich untereinander jedoch nicht zur Vernetzung, viele der verfügbaren Formen sind schlicht und ergreifend inkompatibel. Sie können nicht zu einem integrierten Netzwerk zusammengeschlossen werden. Ethernet ist hier im Vorteil und ist außerdem eine nach IEEE 802.3 weltweit standardisierte Technik. Darauf aufsetzende Netze in Zügen bieten somit einen hohen Grade der Systemvernetzung und große Flexibilität. Auf Ethernet basierendes WLAN lässt sich ebenfalls mühelos integrieren, was weitere Vorteile und Möglichkeiten mit sich bringt. So verbreitet Ethernet auch ist, so wenig ist der Großteil der Ausrüstung für die Installation in Zügen geeignet. Denn die Bahnanwendungen stellen außergewöhnliche Ansprüche an elektronische Geräte - sowohl in elektrischer als auch in physikalischer Hinsicht. Damit sichergestellt ist, dass die einzelnen Geräte untereinander kompatibel und robust genug für den Einsatz in Zügen sind, muss sämtliches Equipment die in der Norm EN 50155 beschriebenen Tests bestehen. Das Produktportfolio von Belden für den öffentlichen Personenverkehr ist darauf ausgelegt, die kompromisslosen Anforderungen in Sachen Sicherheit und Zuverlässigkeit zu erfüllen. Es umfasst die folgenden Elemente:

  • Kabelgebundene und kabellose Ethernet-Switching-Produkte

  • Nach Brand- und Rauchschutzstandards zertifizierte Kabel mit hoher Temperaturbeständigkeit

  • Speziell für das Transportwesen entwickelte EMV-konforme Steckverbindungen für schnellen und einfachen Einbau

WLAN für die Schiene

Die Nutzung von WLAN zur Anbindung von Zügen an Systeme und Anwendungen außerhalb der Bahn hat auch ihre Herausforderungen, von denen zwei hier näher erläutert werden sollen: Erstens stellen Interferenzen ein größeres Problem dar, da WLAN nur mit bis zu 1 Watt überträgt, während andere kabellose Systeme in benachbarten Frequenzkanälen unter Umständen zig Kilowatt verwenden. Der Frequenzfilter in einem standardmäßigen WLAN-Chipset ist häufig zu schwach, um damit fertig zu werden. Zur Lösung dieses Problems kann zwischen das WLAN-Gerät und die Antenne ein zusätzlicher Bandpassfilter gesetzt werden, der verhindert, dass von benachbarten Frequenzen aufgefangene Interferenzen an den WLAN-Empfänger weitergeleitet werden. Das zweite Problem sind Schäden durch elektrostatische Entladungen. Die Kommunikation zwischen dem Zug und stationären Endgeräten am Bahnsteig oder entlang der Strecke erfordert, dass Antennen auf den Waggondächern montiert sind, wo sie direkt den durch die Oberleitungen verursachten elektrischen Feldern ausgesetzt sind. Über die Antennenkabel gelangen die elektrostatischen Entladungen zu den Geräten an Bord des Zuges. Um Schäden zu vermeiden, benötigen WLAN-Geräte daher einen Entladungsschutz. Ein extern am WLAN-Gerät angebrachter Bandpassfilter und Überspannungsschutz führt jedoch zu erheblich höheren Geräte- und Einbaukosten, ganz zu schweigen von dem zusätzlichen Platzbedarf.

Zwei Module - drei Filter

Abhilfe verspricht hier die neue, patentierte OpenBAT-Plattform mit Clear-Space-Technik und ESD-Schutz aus dem Hause Hirschmann. Sie besteht aus bis zu zwei kabellosen Modulen, die jeweils über drei integrierte Bandpassfilter für den 2,4GHz- und 5GHz-Frequenzbereich verfügen. Das reduziert den Rauschpegel so wiet, dass Paketverluste weitgehend vermieden werden. Der ebenfalls in jedem Modul vorhandene ESD-Schutz hält elektrostatischen Entladungen von bis zu 25 kV stand. Die OpenBAT-Access-Points und -Clients sind auch wegen ihres erweiterten Temperaturbereichs von -40 bis +70 °C bemerkenswert. Zudem sind die Geräte mit ihren robusten Antennensteckern besonders schwingungsfest. Die OpenBAT-Plattform wird als weitere Stufe der WLAN-Entwicklung präsentiert und gestattet im Vergleich zur Vorgängergeneration bis zu 50 Prozent höhere Datenübertragungsraten. Ferner wird diese Plattform mit ihrer Auswahl an Schnittstellen, Stromversorgungsoptionen, Gehäusetypen und der Möglichkeit für spezielle Zertifizierungen auf jede Kundenanforderung abgestimmt. WLAN-Netze mit Geräten dieser Plattform können als eigenständige Access Points konfiguriert oder mit einem zentralen BAT-Controller verwaltet werden. Damit eignet sich die Plattform sowohl für fahrzeug- als auch für streckenseitige Netzanwendungen.

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