Bombardier

Der Bombardier Ethernet-Zug

Regionalzüge in Deutschland und in den Niederlanden werden aktuell von Bombardier mit einem Onboard-Ethernet-Netzwerk ausgerüstet. Dies ist die weltweit erste Applikation für ein Ethernet-Protokoll, das für das Datenmanagement einer Zugsteuerung verwendet wird. Bisher wurde dieses Protokoll nur wenige Male für Entertainment-Systeme eingesetzt. Im Vergleich zu einem herkömmlichen TCN (Train Communication Network) reduzieren Ethernet-Geräte die Kosten und erhöhen Funktionalitäten. Für diese Innovation hat Bombardier Westermos RedFox-Rail-Switches ausgewählt. 400 Einheiten wurden für die ersten Projekte geliefert.

Bislang wurde Ethernet an Bord von Zügen nur für Informationen, Unterhaltung und CCTV (Close Circuit Television) verwendet. Die meisten der unterschiedlichen Systeme in einem Zug hatten in der Regel getrennte Verbindungen oder Netzwerke. Für den Zugbetrieb wurde das bahnspezifische TCN verwendet. Die Transportation-Teams von Bombardier haben nun ein neues System entwickelt, bei dem Ethernet die gesamten Onboard-Systeme verwaltet. In den ersten Projekten bestanden die alten und neuen Netzwerke, also Ethernet-Ringe und TCN, noch nebeneinander. Aber innerhalb der nächsten zwei bis drei Jahre wird Ethernet das TCN in vollem Umfang ersetzen. Das Bombardier-Transportation-System wird das erste sein, welches alle intelligenten Geräte an Bord in einem Ethernet-Netzwerk zusammenfasst. Die ersten Zug-Projekte ohne TCN, die ausschließlich auf Ethernet-Netzwerke basieren, sind bereits in der Konzeptionsphase.

In den Regionalzüge, die derzeit nach Deutschland und in die Niederlande ausgeliefert werden, bestimmt das Ethernet-Netzwerk schon die Zusammensetzung eines Zuges, z.B. aus welchen Wagen sich der Zug zusammensetzt, in welcher Reihenfolge sie miteinander gekoppelt sind, und in welche Richtung sie fahren. Das ist wichtig für das System, um auch den richtigen Satz von Türen öffnen zu können. Das TCN wird lediglich für die Zug-interne Kommunikation beibehalten.

„Wir haben ein Projekt, bei dem das TCN nur für lokale Verbindungen verwendet wird, während die Zug-weite Kommunikation über den ETB (Ethernet Train Backbone) läuft. Die Inbetriebnahme soll nach dem Sommer beginnen. Dies ist der nächste Schritt auf dem Weg zum voll ausgerüsteten Ethernet-Zug. Das Netzwerk überträgt dabei die Daten, die für Kontrolle, Sicherheit und Fahrgastinformation wie beispielsweise von Überwachungskameras, Passagier-Ansagen, Steuerung der Bahn und Wagen (Türen, Antrieb, Beleuchtung, etc.) notwendig sind. Alles außer der Signalisierung und dem Internetzugang wird über das Ethernet-Protokoll verwaltet werden“, sagt Klas Englund, TCMS-Produktmanager bei Bombardier Transportation, Schweden.

Westermo liefert verschiedene Basis-Netzwerkkomponenten, wie Managed-Ring-Switches, Managed-Zug-Switches, Zug-Repeater und Unmanaged-Switches – alle aus der neuen RedFox-Produktlinie. Im Durchschnitt werden zwei bis vier Switches pro Wagen verbaut. 400 Switches wurden bislang geliefert. Jeder Wagen hat einen Switch, der auch als Repeater dient. Repeater sind nur in langen Zugverbänden notwendig, da Ethernet eine maximale Segmentlänge von 100 m erlaubt.

Die Senkung der Kosten und die Verbesserung der Funktionalitäten sind die beiden Hauptgründe, um von einem konventionellen Bahnnetz auf ein Ethernet-Netzwerk zu wechseln. Gehärtete Ethernet-Produkte und erweitertes Wissen gehen jetzt einher mit höheren Datenübertragungsraten und größerer Bandbreite, während die speziellen, bahnspezifischen Netzwerk-Kenntnisse und die jeweilige Ausrüstung sehr spezifisch sind und zu hohen Kosten führen. Darüber hinaus gibt es mittlerweile eine erhöhte Nachfrage nach größerer Bandbreite, die erforderlich ist, um die Anforderungen an verbesserte Diagnose-Funktionen zu erfüllen und moderne Audio/Video-Sicherheitsfunktionen sowie CCTV problemlos handzuhaben.

„Es gab viele mögliche Kooperationspartner auf dem Weg zur Schaffung dieses wahrscheinlich neuen Zug-Standards. Die Hauptgründe sich für Westermo zu entscheiden war zunächst, dass das Unternehmen mit seiner RedFox-Produktlinie ein interessantes und vielversprechendes Konzept hatte, die als Plattform für die Umsetzung unserer Add-On-Funktionalität dienen konnte. Gemeinsam erkannten wir dann die Möglichkeit, unsere spezifischen Anforderungen und unserer speziellen Software-Lösungen mit den Geräten zu kombinieren. Überzeugend war auch Westermos offenen Art und Weise bei der Entwicklung sowie das große Engagement bei der Erfüllung von Kundenwünschen“, fügt Herr Englund an.

Dabei entwickelte Westermo beispielsweise ein neues Gehäuse mit M12-Steckern oder machte individuelle Anpassungen, um eisenbahnspezifischen Standards in Bezug auf EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) und andere Umweltauflagen zu erfüllen. Seitens Bombardier entwickelten die Ingenieure eine spezielle Software, die in den Switches integriert wurde.

RedFox Rail ist eine Baureihe von Switches und Routern, die für die Nutzung in Schienenfahrzeugen nach EN50155 geprüft und zugelassen sind. Die RedFox-Rail-Serie ist entweder mit acht oder zwölf 10/100Base-TX-M12-Switch-Ports und bis zu vier 10/100Base-TX-M12-Router-Ports ausgestattet. Alle Ports haben Funktionen wie Auto-Negotiation der Geschwindigkeit und Duplex-Konnektivität sowie Autocrossing und Autopolarität integriert. Die Router-Ports unterstützen auch eine Bypass-Funktion, mit der der Switch bei einem Ausfall oder eine Störung umgangen werden kann. Das Management kann in einfacher Weise unter Verwendung von SSH oder SNMP (v1 und v2c) über ein Windows-basiertes IP-Konfigurations-Tool erfolgen. Der RedFox Rail unterstützt Layer-2-Netzwerk-Redundanz über Westermos bewährtes FRNT-Protokoll, das in 20 ms für eine schnelle Rekonfiguration der Ringtopologie sorgt. Das RSTP/STP-Protokoll kann im Falle einer komplexen Topologie alternativ verwendet werden. Hervorragende Echtzeit-Eigenschaften werden durch Layer-2- und -3- Priorisierung mit vier Queues angeboten. Die Switches unterstützen auch IGMP Snooping für eine effiziente Nutzung der Bandbreite und kommen mit einem DHCP-Client und einem Relay-Agent. Verschiedene Router-Protokolle werden zudem von den RedFox-Rail-Router-Versionen unterstützt.

„In der Zukunft werden Westermo-Produkte in allen Arten von Schienenfahrzeugen verbaut sein – von Straßenbahnen bis hin zu Lokomotiven“, ergänzt Englund.