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1 Funk-LAN im Einsatz des ÖPNV Der schnelle Datenweg für Busse und Bahnen von Dipl. Ing. (FH) Uwe Löhnert, Software Bereich Fahrzeugsysteme Firma INIT GmbH, Käppelestraße 6, Karlsruhe Seit Verkehrsunternehmen datenversorgte Systeme in ihren Fahrzeugen einsetzen, stellt sich für die betrieblich verantwortlichen Personen die Aufgabe, unterschiedliche Datenbestände schnell und wirtschaftlich auf viele Fahrzeuge zu verteilen. Auch die im täglichen Betrieb von den Verkehrsmitteln gesammelten statistischen Informationen müssen regelmäßig an eine zentrale Auswertung übergeben werden. Momentan ist der manuelle Datentransport durch Mitarbeiter des Unternehmens die am häufigsten verbreitete Methode. Meist wird mit Hilfe von Speicherkarten oder speziellen Ladegeräten die Aktualisierung der Daten vorgenommen. Wird diese Aufgabe vom Fahrer bei Dienstantritt erledigt, kommt es, bedingt durch den jeweils zusätzlich auszuführenden Ladevorgang, zu betrieblichen Verzögerungen. Zudem kann bei großen Fahrzeugflotten der Aktualisierungsaufwand enorm hoch werden, besonders wenn viele unterschiedliche Datenbestände innerhalb kürzester Zeit transferiert werden müssen. Um einen automatisierten Datentransfer zu den Fahrzeugen ohne expliziten Personaleinsatz zu erreichen, bietet sich eine Übertragung durch ein Funkverfahren an. Durch den Betriebsfunk wurde beispielsweise die Datenübertragung zwischen Zentrale und Fahrzeug über Funk möglich. Der Betriebsfunk, ursprünglich zur Übertragung von Sprachsignalen vorgesehen, ist jedoch für die schnelle Übermittlung größerer Datenmengen nicht geeignet. Deshalb können nur kurze, zeitkritische Informationen über diesen Weg übermittelt werden. Andere Funktechniken mit höheren Übertragungsgeschwindigkeiten sind zumeist proprietär, d. h. nur mit Produkten eines Herstellers nutzbar. Ein optimales System für die Unternehmen würde ein genormtes, automatisches Verfahren darstellen. Es sollte eine hohe Bandbreite zur Datenübertragung besitzen, einfach zu installieren und gleichzeitig in hohem Maße wirtschaftlich einsetzbar sein. Funk-LAN nach IEEE Unter allen aktuellen Entwicklungen auf dem Markt, die sich mit digitaler Funkübertragung beschäftigen, stellt derzeit wohl das standardisierte Funk-LAN-System IEEE (englische Bezeichnung "Wireless LAN = WLAN") die für die Belange der Verkehrsbetriebe interessanteste Lösung dar. Die 1997 beschlossene internationale Spezifikation IEEE definiert maximale Übertragungsgeschwindigkeiten von 2 MBit/s. Im Jahre 1999 wurde diese Festlegung zur Version b (auch als "High Rate" bezeichnet) erweitert, welche Geschwindigkeiten von bis zu 11 MBit/s erlaubt. Ein Funk-LAN sendet im öffentlichen und lizenzfreien 2.4 GHz ISM-Band, es fallen keine Übertragungskosten und monatliche Grundgebühren an. Die mobilen Teilnehmer können entweder direkt über die Ad hoc-betriebsart (sogenannte Peer-To-Peer-Netze) oder über fest installierte Funkstationen miteinander kommunizieren.

2 Ein WLAN stellt kein exklusives Netzwerk dar. Folglich kann jeder Wireless-Produkte auf dem Markt kaufen und damit eine eigene autonome Infrastruktur aufbauen bzw. sich an bestehenden Systemen beteiligen. Für die Unternehmen im ÖPNV ist es sinnvoll, eine Infrastruktur von Funkzellen mit Hilfe von Feststationen aufzubauen. Dazu werden auf den einzelnen Betriebshöfen der Verkehrsbetriebe oder an wichtigen Knotenpunkten der Stadt sogenannte Accesspoints installiert. Die Accesspoints sind als Standardkomponenten von unterschiedlichen Herstellern auf dem Markt verfügbar. Das Ziel sollte sein, eine möglichst große Anzahl von Fahrzeugen abzudecken. Bei freier Sicht ist die Reichweite einer Funkzelle, bedingt durch die in Deutschland auf 100mW begrenzte Sendeleistung, auf ca. 300m beschränkt. In Gebäuden kann von einer Entfernung von etwa 30m ausgegangen werden. Diese Werte sind stark abhängig von den Umgebungsbedingungen vor Ort. Eine Funkmessung zur Qualitätsbestimmung der Signale ist in jedem Fall zweckmäßig. Um größere Flächen abzudecken, kann es u. U. von Nöten sein, mehrere Zellen an einem Standort zu errichten. Die Möglichkeit der Überlappung von Zellen zum Zwecke einer lückenlosen Funkabdeckung ist in der IEEE festgeschrieben. Ein Roaming-Verfahren gewährleistet dabei die unterbrechungsfreie Kommunikation während der Bewegung von einer in eine andere Funkzelle. Jeder Accesspoint besitzt zusätzlich zum Funkinterface eine Ethernetschnittstelle, die eine einfache Integration der Komponenten in ein Firmennetzwerk ermöglicht. Die Funk-LAN Infrastruktur kann somit als kabellose Erweiterung eines bestehenden Unternehmensnetzwerkes betrachtet werden. Auf der Fahrzeugseite ist der Einsatz eines für den ÖPNV tauglichen Funk-LAN- Rechners (auch Funk-LAN-Client genannt) erforderlich, der den einschlägigen VDV- Normen für Fahrzeugkomponenten entspricht (z. B. erweiterter Temperaturbereich). Er implementiert einerseits die Funkschnittstelle nach IEEE (respektive b), bietet jedoch zusätzliche Funktionalität und Schnittstellen speziell für den Einsatz in den Fahrzeugen der Verkehrsunternehmen. Sicherheit Da ein WLAN Daten über das Medium Funk überträgt und somit die prinzipielle Möglichkeit des Mithörens besteht, werden im Gegensatz zu drahtgebundenen Netzwerken erhöhte Sicherheitsanforderungen an den Betreiber gestellt. Zuerst muss sichergestellt werden, dass nur berechtigte Personen Zugang zum Netz bekommen. Die sogenannte Authentisierung wird durch Festlegung einer Wireless Domain erreicht. Jeder Teilnehmer (jedes Fahrzeug) bekommt eine Benutzerkennung, mit der er sich am Accesspoint anmelden muss. Ist der Zugangscode unbekannt, wird der Client vom System abgewiesen. Zusätzliche Sicherheit bietet die WEP-Technologie (Wired Equivalent Privacy), die Datenpakete entweder mit 40Bit- oder 128Bit-Schlüsseln kodiert. Eine noch höhere Sicherheitsstufe kann durch die Spezifizierung einer MAC- Freigabeliste (Media Access Control) erreicht werden. Die MAC-Adresse ist die weltweit eindeutige Kennung einer Netzwerkkomponente. In einer Liste im Accesspoint werden alle berechtigten Benutzer eingetragen. Versucht nun ein Teilnehmer mit einer unbekannten MAC-Nummer eine Kommunikation aufzubauen, werden dessen Meldungen nicht durch den Accesspoint weitergeleitet. Der Nachteil an diesem

3 Verfahren ist, dass nur wenige Accesspoints diese Funktionalität beherrschen und der Konfigurationsaufwand bei Änderungen beträchtlich ist. Zusätzlich zu den eben beschriebenen Sicherheitsmechanismen wird im lokalen Netzwerk (LAN) eine logische und physikalische Trennung der Funk-LAN-Server von den Rechnern des Firmennetzwerks mit Unterstützung eines Firewallkonzeptes empfohlen. WIRELESSlan-Produkte der Firma INIT Um einen optimalen und wirtschaftlichen Einsatz eines Funk-LAN in den Verkehrsunternehmen zu ermöglichen, wurde bei der Firma INIT die Produktfamilie WIRELESSlan konzipiert und entwickelt. Bei WIRELESSlan-server handelt es sich um die Integration der zentralen Komponenten Funk-LAN-Server, Accesspoints und Schnittstellensoftware zwischen Fahrzeug und Applikationen. Als Accesspoints werden leistungsfähige Komponenten der neusten Generation eingesetzt, die umfangreiche Funktionalitäten besitzen. So läßt sich beispielsweise die komplette Konfiguration des Gerätes mittels eines Web- Browsers einsehen und verändern. Darüber hinaus sind Einstellungen mittels Telnet oder Terminalprogrammen möglich. Als Schnittstelle zwischen Fahrzeugen und Applikationssoftware fungiert ein auf dem Funk-LAN-Server im LAN installierter FTP-Server. Über ihn wird vom Fahrzeug aus der Datenaustausch mit der Zentrale abgewickelt. Wird ein Funk-LAN auf verschiedenen Betriebshöfen aufgebaut, kommen mehrere Funk-LAN-Server zum Einsatz. Die Aktualisierung aller Systeme wiederum übernimmt eine zentrale Synchronisationssoftware.

4 Die Funk-LAN-Komponente im Fahrzeug wird als WIRELESSlan-client bezeichnet. Das Gerät selbst besitzt eine WLAN-Karte im PC-Card-Format, welche zusätzlich zur IEEE b eine hardwareseitig implementierte 128Bit-Verschlüsselung unterstützt. Der WIRELESSlan-client verfügt über eine Ethernetschnittstelle (10BaseT) über die ein Subnetz von Geräten im Fahrzeug betrieben werden kann. Über diesen Anschluss können Systeme wie Bordrechner, mobile Verkaufsautomaten oder Infotainmentsysteme mit Daten versorgt werden. Als Rechnerkern kommt ein moderner Motorola Power-PC-Prozessor zum Einsatz, auf dem das Multitasking-Betriebssystem VxWorks arbeitet. Der Einsatz dieser Komponenten erlaubt hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten, große Leistungsreserven und moderne Softwareentwicklung. Der im Grundausbau existierende Datenspeicher von 8MB (Flash-Technologie) kann über eine Multimediakarte auf bis zu 40 MB ausgebaut werden. Der Rechner ist im Grundausbau mit 16MB RAM bestückt. Für die mechanische Realisierung wurde eine kompakte Bauform im 19"-Zoll-Format gewählt. Durch die vergleichsweise geringe Breite von 10 TE wird die flexible und platzsparende Montage in Bussen und Bahnen möglich. Datenabgleich Der Datenaustausch der Fahrzeuge mit der Zentrale kann auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen: Direct access (Direktzugriff einer Subnetzkomponente)

5 Ein Gerät im Fahrzeug greift direkt über das Ethernet per TCP/IP-Protokoll, quasi transparent durch den Client, auf eine Applikation im Funk-LAN-Netz zu. Der Client dient dabei nur als Brücke in das lokale Netzwerk. Bei diesem Verfahren organisiert jede angeschlossene Einheit im Fahrzeug selbst den Datenabgleich mit der Zentrale. Cache-Server (Sammelzugriff mit Zwischenspeicherung) In diesem Betriebsmodus kommuniziert der Client exklusiv mit einer Applikation im Funk-LAN-Netzwerk. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass empfangene Dateien zunächst zwischengespeichert und dann im weiteren Schritt über unterschiedliche Schnittstellen und Protokolle im Fahrzeug weiterverteilt werden können (Ethernet, RS232, RS485, CAN-Bus etc.). Wurden in beiden Fällen Informationen erfolgreich übertragen, geben Rückmeldungen an die Zentrale in Form von Ladestatistiken, Fehlermeldungen und Hinweisen Aufschluss über den Zustand der einzelnen Fahrzeuge. Fazit Durch ein Funk-LAN eröffnen sich völlig neue Anwendungsmöglichkeiten, da ein schnelles, transparentes und automatisch ablaufendes Transportsystem als Basis für viele Anwendungen im Unternehmen geschaffen wird. Der Einsatz der Technologie stellt letztendlich sicher, dass eine zeitnahe Verarbeitung auch von großen Datenmengen ohne kostenintensiven Personaleinsatz ermöglicht wird. Die vom IEEE- Konsortium für die nahe Zukunft angekündigte Erhöhung der maximalen Übertragungsrate auf 22 MBit/s bzw. 54 MBit/s unterstreicht, dass die Technik nicht schon heute an ihre Leistungsgrenze gestoßen ist. Der lizenzfreie Betrieb mit hohen Übertragungsraten garantiert den gesamtwirtschaftlichen Nutzen dieser Technik für die Verkehrsunternehmen.

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