Remote Tests von Fahrzeugrechnern und Funkblockzentralen im Bahnbereich. Lennart Asbach

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1 Remote Tests von Fahrzeugrechnern und Funkblockzentralen im Bahnbereich Lennart Asbach

2 DLR.de Folie 2 Einleitung Die EU fordert eine Migration des Güterverkehrs auf Schiene und Wasserstraße, aufgrund von Energieeffizienz und wachsendem Bedarf. (Weißbuch Verkehr, 30% bis 2030, 50% bis 2050) Der transeuropäische Schienenverkehr muss einfach und effizient funktionieren. Dafür müssen die folgenden Herausforderungen gemeistert werden: - Unterschiedliche Stromnetze - Unterschiedliche Spurweiten - Inkompatible Leit- und Sicherungstechnik (LST) - Unterschiedliche betriebliche Regeln - Sprache von Fahrdienstleiter (FDL) und Triebfahrzeugführer (TF) - uvm.

3 DLR.de Folie 3 Einleitung LST Ziel: Grenzenloser Eisenbahnverkehr durch ganz Europa. ETCS = European Train Control System, Idee: europaweit einheitliche Leit- und Sicherungstechnik (LST). Komponenten basieren stark auf Informationstechnologie (IT). Paketorientierte Datenübertragung. Daraus ergeben sich mehr Möglichkeiten (höhere Streckenauslastung, genauere Prognosen, höhere Geschwindigkeiten, automatisches Fahren) ABER: Viele Hersteller produzieren das gleiche System, viele Funktionen lassen auch viel Raum für Inkompatibilitäten zwischen den Systemen -> Show Stopper im transeuropäischen Verkehr! Quelle: ERA/Wikipedia

4 DLR.de Folie 4 Beispiel Datenrate von PZB und ETCS Alt: Punktförmige Zugbeeinflussung (PZB, deutsche Sicherungstechnik): Prinzip: Neben der Strecke liegen Schwingkreise, die entweder offen oder geschlossen sind und auf 3 unterschiedliche Frequenzen (500Hz, 1000Hz, 2000Hz) abgestimmt sind. Ist der Schwingkreis geschlossen, wird er vom Fahrzeug detektiert und die entsprechende Reaktion ausgelöst. Mögliche Informationsübertragung: 3* AN oder AUS -> 3 Bit -> 8 Möglichkeiten. Verhältnismäßig neu: European Train Control System (ETCS): Prinzip: Nachrichten werden über Funk (GSM-R / FSK / BPSK) an das Fahrzeug übermittelt. Mögliche Informationsübertragung: Nachrichten zwischen Strecke und Zug können bis zu 1023 Bit Daten enthalten Fehleranfälligkeit auf funktionaler Ebene sehr hoch (Spezifikation vorhanden, aber in natürlicher Sprache) Prüfung in Labor möglich!

5 DLR.de Folie 5 Lösung: Sicherstellung von funktionaler Kompatibilität im Labor 1. Konformitätstest (Test eines Geräts gegen die Spezifikation im Labor) 2. Interoperabilitätstest: Hardware-in-the-Loop Test mit allen LST- Komponenten, die an der funktionalen Kommunikation beteiligt sind: 1. RBC 2. Balisen (Streckenprojektierung) 3. Loops (Streckenprojektierung) RBC können nur mit großem Aufwand transportiert werden, deshalb lässt nur ein Remote -Test eine effiziente Testdurchführung zu. Quelle: UNISIG Subset-094

6 DLR.de Folie 6 Remote Test Das RBC bleibt an einem Ort, der Zugrechner (engl. on-board unit, OBU) verbindet sich per DFÜ mit dem jeweiligen RBC. Dazu sind zwei wesentliche Verbindungen notwendig: 1. Die streckenseitige Information (Balisen, Loops) müssen an die OBU-Testumgebung übertragen werden. 2. Die GSM-R Funkverbindung zwischen RBC und OBU muss hergestellt werden. Protokoll nach UNISIG Subset für OBU Schnittstelle. Quelle: UNISIG Subset-110

7 DLR.de Folie 7 Umsetzung im DLR Vorhandene Simulation im RailSiTe wurde um eine Remote-Schnittstelle ergänzt. Ein Gateway wurde eingerichtet und an die verbundenen Labore versendet. ISDN Vermittlungsstelle für die ISDN Verbindung zum RBC (Standard). Ein TCP/IP zu ISDN Konverter. VPN-Client, der sich automatisch in einem separaten DLR-VPN anmeldet, sobald dieser mit dem Internet verbunden wurde. Routingtabelle, die die Umgebungssimulation des RBC mit der Simulation des DLR verbindet. Eine Robotersoftware, die den Remote- Laboren die Kontrolle über den Roboter im DLR Labor gibt. Zusätzlich wird ein Kamerabild übertragen.

8 DLR.de Folie 8 Euroradio Erlaubte Gegenstellen Besondere Herausforderung: Die Sicherheitsschichten in der Funkkommunikation zwischen RBC und OBU: Nicht jede OBU darf mit jedem RBC kommunizieren (besondere Sicherheitsfunktion, bspw. für die Anwendung auf Overlay-Strecken). Die OBU under Test im DLR hat nur ausgewählte erlaubte Gegenstellen, die nur durch großen Aufwand geändert werden können. Das RBC under Test hat genauso nur ausgewählte Gegenstellen, deren Anrufe es entgegennehmen darf. Auch hier ist eine Anpassung nur durch großen Aufwand möglich. Lösungsansatz: Euroradio-Proxy

9 DLR.de Folie 9 Euroradio - Proxy Alle Nachrichten, die zwischen RBC und OBU ausgetauscht werden, werden vom DLR in Echtzeit manipuliert: 1. Die Nachricht wird entschlüsselt (Schlüssel ist bekannt). 2. Alle Parameter, die auf die Herkunft der Nachricht hindeuten, werden durch die erwarteten Parameter ersetzt (RBC_ID, OBU_ID, beide Schlüssel). Diese Manipulation findet sowohl auf ISDN, wie auch auf ETCS-Ebene statt. 3. Nach der Manipulation werden die Daten wieder mit dem jeweils erwarteten Schlüssel codiert, so dass die empfangende Gegenstelle den Ursprung der Daten für korrekt hält. Vorteil: Die im DLR integrierte OBU kann ohne zusätzlichen Aufwand mit jedem beliebigen RBC kommunizieren.

10 DLR.de Folie 10 Euroradio - Proxy - Beispiel OBU-Seite: RBC-Seite: Vorteil: Die im DLR integrierte OBU kann ohne zusätzlichen Aufwand mit jedem beliebigen RBC kommunizieren.

11 DLR.de Folie 11 Anwendung auf der Betuwe Route / Madrid Valencia RBC bei Prorail in Amersfoort RBC beim CEDEX in Madrid OBU im DLR in Braunschweig Testen von Szenarien auf dem niederländischen/spanischen ETCS- Schienennetz. Quelle: electronicdesign.com Quelle: Alstom.com

12 DLR.de Folie 12 Zusammenfassung und Ausblick On-board Units können im DLR nicht nur auf Konformität sondern auch mit beliebigen Gegenstellen auf Interoperabilität getestet werden. Durch Automatisierung werden Tests zunehmend schneller und einfacher. (Bsp. Roboter, automatisierte Testumgebung) Durch umfangreiche Labortests wird der Feldtest minimiert, dadurch können massiv Kosten eingespart werden. (Bsp. Prorail, Tests im Labor oder im Feld) Was noch bleibt: Anzahl der zu testenden Systeme weiter erhöhen (Bsp. Stellwerk). Qualität der Testszenarien erhöhen (MBT, Formalisieren, etc.). Entwickelte Testmethode auf andere Systeme Übertragen (Bsp. Neupro)