„Streng nach Protokoll“

Bahnanwendungen werden immer komplexer. Melanie Kleinpötzl, Frauscher Product Management, erklärt im Interview, wie leistungsfähige Softwareprotokolle die notwendige reibungslose Kommunikation zwischen den Systemen gewährleisten.

Softwareprotokolle eröffnen im Bahnbereich zahlreiche MöglichkeitenSoftwareprotokolle eröffnen im Bahnbereich zahlreiche Möglichkeiten.

Digitalisierung und Vernetzung sind auch in der Bahnbranche nicht mehr wegzudenken. Welche Rolle spielen Softwareprotokolle dabei?

Der Bahnbranche hat die Nutzung digitaler Daten eine breite Palette neuer und verbesserter Anwendungen eröffnet. Denn so wird der gegenseitige Austausch vielfältiger Informationen zwischen den Systemen möglich. Dieser Datentransfer braucht aber nicht nur passende Schnittstellen. Vielmehr wird die digitale Kommunikation erst durch die Implementierung entsprechender Protokolle möglich – diesen kommt also eine Schlüsselrolle zu!

Deshalb muss die Wahl des optimalen Softwareprotokolls schon in der Projektplanung berücksichtigt werden. Dabei kann entweder ein im bestehenden System bereits genutztes Protokoll adaptiert werden, oder es kann ein systemfremdes oder völlig neues Protokoll eingespeist oder entwickelt werden. In jedem Fall gibt es unterschiedliche Faktoren, die auf diese Entscheidung Einfluss nehmen sollen oder müssen.

Viele Systemintegratoren haben bereits spezifische Protokolle im Einsatz – was müssen sie bei der Adaption beachten, wenn neue Komponenten integriert werden sollen?

Wir haben bereits drei Projekte umgesetzt, bei denen genau dieser Ansatz gewählt wurde. So haben wir wertvolle Erfahrungen über das Zusammenspiel und die Kompatibilität von Protokollen und Schnittstellen gesammelt und wissen, dass eine genaue Kenntnis der jeweiligen Protokollspezifika, etwa hinsichtlich des Initialisierungsprozesses, unverzichtbar ist. Und auf Hardwareebene müssen ebenfalls grundlegende Voraussetzungen erfüllt werden. Je nach Anforderung kann die Adaption bestehender Protokolle deshalb mit hohen Kosten verbunden sein.

Hat ein Systemintegrator aber ein eigenes, sicheres Protokoll implementiert, mit dem er die Kommunikation zwischen den Stellwerken oder zu den Feldelementen realisiert, so ist die Anbindung beispielsweise eines Achszählers oder von Tracking- Lösungen über eben dieses Protokoll für ihn die einfachste und beste Lösung. Denn das garantiert, dass zusätzliche Daten einfach in die bestehende Systemumgebung eingebunden und dort weiter verarbeitet werden können.

Und welche Möglichkeiten gibt es, wenn kein Protokoll zur Verfügung steht?

In der Regel greift man dann auch auf bestehende Protokolle zurück, die jedoch bisher noch nicht mit dem bestehenden System in Berührung gekommen sind und ebenfalls entsprechend angepasst werden müssen. Für die Verwendung im Bahnbereich bedeutet das auch, die relevanten Normen und Anforderungen zu berücksichtigen: Weil das Übertragungssystem in der Regel verschiedensten Bedrohungen ausgesetzt ist, müssen etwa die in der EN50159 angeführten Nachrichtenfehler aufgedeckt werden können. In der Vergangenheit wurden zahlreiche standardisierte und proprietäre Protokolle entwickelt, welche die entsprechenden Sicherheitsmerkmale enthalten. Die standardisierten Protokolle, wie UNISIG, Subset-098 oder RaSTA, sind aber meist sehr komplex, sodass eine Implementierung mit hohem Aufwand verbunden ist.

Proprietäre Protokolle existieren sowohl in einfachen als auch komplexen Varianten. Häufig haben sie eine Entwicklung durchlaufen, aus der sich teils unnötiger Overhead ergibt, der mittransportiert wird. Spezifikationen sind zwar grundsätzlich vorhanden, oft fehlen darin jedoch zusätzliche, bei der Implementierung zu beachtende Sachverhalte. Das Hauptproblem stellen hier aber die Rechte dar, dieses Protokoll überhaupt implementieren und verwenden zu dürfen.

Das Frauscher Safe Ethernet FSE Protokoll wurde also vor dem Hintergrund dieser unterschiedlichen Möglichkeiten entwickelt?

Ja, genau. Das Ziel hinter den Arbeiten am FSE war in erster Linie die Entwicklung eines bahnspezifischen Softwareprotokolls. Auf UDP/IP-Basis ermöglicht es nun die Kommunikation zwischen zwei Punkten und genügt dabei den Anforderungen gemäß CENELEC SIL 4 und EN 50159 Kategorie 2.

So wird unter anderem die Integration neuer Komponenten in verschiedenen Projekten wesentlich beschleunigt. Über eine zyklisch sichere Übertragung können bis zu 201 Bytes Applikationsdaten in zwei Richtungen versendet werden. Dazu zählen neben Informationen von bis zu 40 Zählpunkten oder 80 Freimeldeabschnitten über nur eine Kommunikationsbaugruppe auch Grundstellungsinformationen und I/O-Informationen vom Stellwerk zur Kommunikationsbaugruppe. Auch redundante Baugruppen- oder Netzwerkstrukturen werden unterstützt.

Warum hat sich Frauscher bei der Entwicklung dieses Softwareprotokolls für das Ethernet-Format entschieden?

Mit den Ausschlag hat für uns gegeben, wie weit das Format verbreitet ist: Ethernet markiert den Stand der Technik und kann in den meisten vorhandenen Netzwerken standardmäßig eingesetzt werden, ohne dass dabei zusätzliche Hardwarekosten verursacht werden. Speziell hinsichtlich der Verwendung im Bahnbereich sprechen verschiedene Vorteile für das Ethernet-Format. Dazu zählt die sehr sichere Verbindung, die eine Datenübertragung mit sehr hoher Geschwindigkeit – bis hin zur Echtzeitübertragung – zulässt.

Dabei tritt aufgrund der sehr stabilen Verbindung kaum Datenverlust auf. Der große Adressbereich erlaubt hohe Teilnehmerzahlen, die gleichzeitig zugreifen können. Darüber hinaus ist es möglich, verschiedene Daten über ein Netzwerk zu übertragen, wobei unterschiedliche Übertragungsmedien, wie etwa Kabel, Lichtwellenleiter und Funk, kombiniert werden können.

Wie stellt Frauscher dieses Protokoll seinen Kunden und Partnern zur Verfügung?

Darüber haben wir lange diskutiert, schließlich will man neu erarbeitetes Knowhow nicht leichtfertig aus der Hand geben. Letztlich fiel aber die einstimmige Entscheidung, das FSE für unterschiedliche Anwendungen frei verfügbar zu machen. Das entspricht schließlich auch der Philosophie von Frauscher: In offenen Partnerschaften und Kooperationen mit Anwendern sollen beide Seiten profitieren – und zwar durch Erkenntnisgewinn genauso wie praktischen Nutzen.

Bisher wurde das FSE Protokoll auf vier unterschiedlichen SPS-Plattformen erfolgreich implementiert. Auf dieser Basis konnten bereits zwölf Kunden Projekte für unterschiedliche Anwendungen realisieren. Diese Lösungen kommen nun weltweit zum Einsatz. In 20 weiteren Unternehmen wird, teils unter Verwendung weiterer Hardwareplattformen, bereits an der Implementierung gearbeitet. Insgesamt wurden Informationen zu dem Protokoll bisher mit 80 Interessenten diskutiert, um Potenziale in verschiedenen Anwendungen zu erörtern. Und obwohl das Protokoll speziell für die Übertragung von Achszähldaten entwickelt wurde, wird es aufgrund seiner positiven Eigenschaften auch bereits für den Transfer von achszählfremden Daten verwendet. Damit lernen auch wir mit jeder neuen Implementierung dazu.

Um die kostenlos verfügbaren Informationen zum FSE Protokoll zu erhalten muss man eigentlich nichts weiter machen, als mit uns Kontakt aufzunehmen. Nachdem Details wie der vorgesehene Verwendungszweck und eventuell nötige Adaptionen geklärt sind, können wir direkt in die Umsetzung starten – gemeinsam und ganz flexibel, aber immer streng nach Protokoll.

Das Ethernet-Format bietet eine Reihe von Vorteilen.Das Ethernet-Format bietet eine Reihe von Vorteilen.

Fabian Schwarz

Fabian Schwarz

28.06.2017

Applikationen

1087 Wörter

8 Minuten Lesezeit

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