Funk-LAN im Einsatz des ÖPNV

Funk-LAN im Einsatz des ÖPNV Empfehlungen für ein Lastenheft erstellt durch die Arbeitsgruppe Funk-LAN (FUL) mit Verkehrsbetrieben und Mitarbeitern der Firma INIT Stand: Februar 2001 Dokumentenversion: V1.0r

Inhaltsverzeichnis: 1 VORWORT... 5 2 ARBEITSGRUPPE FUNK-LAN (FUL)... 7 2.1 ZIELSETZUNG... 7 2.2 MITGLIEDER... 8 2.3 GRÜNDUNG... 10 3 DIGITALE FUNKVERFAHREN ZUR DATENÜBERTRAGUNG... 11 4 EINFÜHRUNG IN DEN FUNK-LAN-STANDARD IEEE 802.11... 12 4.1 ALLGEMEIN... 12 4.2 GRUNDSÄTZLICHER AUFBAU DER IEEE 802.11... 12 4.3 WICHTIGE UNTERSCHIEDE ZWISCHEN LAN UND FUNK-LAN... 14 4.4 NOTWENDIGE KOMPONENTEN FÜR EIN FUNK-LAN SYSTEM... 14 4.5 ÜBERTRAGUNGSGESCHWINDIGKEITEN... 16 4.6 REICHWEITE... 16 4.7 ROAMING... 16 4.8 GESCHWINDKEIT DES TEILNEHMERS... 17 4.9 SICHERHEIT... 18 5 DATENTRANSPORT ÜBER FUNK-LAN... 19 5.1 ANWENDUNGEN... 19 5.1.1 Fahrzeugautonome Systeme... 19 5.1.2 Betriebshofmanagmentsystem (BMS)... 19 5.1.3 Statistik... 20 5.1.4 Elektronisches Fahrgeldmanagment (EFM)... 20 5.1.5 Rechnergesteuerte Betriebsleitsystem (RBL)... 21 5.1.6 Fahrgastinformation / Infotainment... 21 5.2 INFORMATIONSFLUSS ZUM FAHRZEUG... 22 5.3 INFORMATIONSFLUSS VOM FAHRZEUG... 23 6 FUNK-LAN IM FAHRZEUG... 24 6.1 ALLGEMEIN... 24 6.2 SYSTEMBESCHREIBUNG FAHRZEUG... 24 6.3 FUNK-LAN-CLIENT... 26 6.3.1 Mechanische Realisierung... 26 6.3.2 Rechnerkern... 26 6.3.3 Adressierung... 27 6.3.4 Schnittstellen... 28 6.3.5 Anbindung von Drittsystemen... 28 6.3.6 Selbsthaltung (optional)... 28 6.3.7 Technische Spezifikation Funk-LAN-Client... 29 6.3.8 Antennenkabel... 29 6.3.8.1 Hinweise...29 6.3.8.2 Technische Spezifikation...30 Seite 2 von 68

6.3.9 Antenne... 32 6.3.9.1 Technische Spezifikation Bus...32 6.3.9.2 Technische Spezifikation Bahn...32 6.3.10 Normen und Richtlinien... 33 6.3.10.1 EMV (Störfestigkeit, Störausstrahlung)...33 6.3.10.2 Blitzschutz...33 6.3.10.3 Rüttelfestigkeit...34 6.3.10.4 Über-/Unterspannung...34 6.4 ETHERNET-SUBNETZ... 35 6.4.1 Allgemein... 35 6.4.2 Klassifizierung des IP-Netzes... 35 7 ORTSFESTE FUNK-LAN-INFRASTRUKTUR... 36 7.1 ALLGEMEIN... 36 7.2 KOMPONENTEN EINES FUNK-LAN-NETZWERK... 38 7.2.1 Accesspoint... 38 7.2.1.1 Kurzbeschreibung...38 7.2.1.2 Funktionalität...39 7.2.1.3 Technische Spezifikation...39 7.2.2 Wireless-Bridge... 41 7.2.2.1 Kurzbeschreibung...41 7.2.2.2 Funktionalität...42 7.2.2.3 Technische Spezifikation...43 7.2.3 Workgroup-Bridge... 44 7.2.3.1 Kurzbeschreibung...44 7.2.3.2 Funktionalität...45 7.2.3.3 Technische Spezifikation...45 7.2.4 Funk-LAN-Server... 46 7.2.4.1 Kurzbeschreibung...46 7.2.4.2 Funktionalität...46 7.2.4.3 Technische Spezifikation...47 7.2.5 Installation... 47 7.2.5.1 Ethernet...48 7.2.5.2 Token-Ring...50 7.2.5.3 Funkstationen...50 7.2.5.4 Funk-LAN-Server...51 7.3 SYSTEMPLANUNG ZENTRALE... 52 7.3.1 Minimales System, kleiner Betriebshof... 52 7.3.2 Ein Betriebshof, größere Anzahl von Fahrzeugen... 53 7.3.3 Mehrere Betriebshöfe bzw. dezentrale Ladestationen... 55 7.4 INTEGRATION INS FIRMENNETZWERK... 55 7.5 SICHERHEIT... 56 7.5.1 Zugangskennung (Wireless Domain)... 56 7.5.2 40/128Bit WEP-Verschlüsselung... 56 7.5.3 MAC-Freigabeliste... 57 7.5.4 Verschlüsselung der Anwendungsdaten... 57 7.5.5 Abtrennung Funk-LAN-Netz... 57 7.6 REDUNDANZ... 59 7.7 FUNKMESSUNG... 60 7.8 STÖRSICHERHEIT... 60 7.9 BLITZSCHUTZ... 60 Seite 3 von 68

8 FUNKTIONALE ABLÄUFE IM FUNK-LAN-SYSTEM... 61 8.1 FAHRZEUG... 61 8.1.1 Allgemein... 61 8.1.2 "Cache-Server"-Betriebsart... 62 8.1.3 "Direct-Access"-Betriebsart... 62 8.2 ORTSFESTE SEITE... 63 9 DATENÜBERTRAGUNGSPROTOKOLL FUNK-LAN-CLIENT UND PERIPHERIEGERÄTE IM FAHRZEUG... 65 A1 GLOSSAR... 66 Seite 4 von 68

1 Vorwort Die Verkehrsbetriebe müssen in der heutigen Zeit mehr denn je wirtschaftliche Aspekte in den Vordergrund ihrer täglichen Arbeit stellen. Auf der einen Seite spielt der Faktor Zeit eine entscheidende Rolle bezüglich eines effektiven Arbeitsablaufs in den Unternehmen. Andererseits wächst das Informationsaufkommen stetig und es müssen neue Wege gefunden werden, große Datenmengen auf einfache und unkomplizierte Weise einer möglichst breiten Anzahl von Systemen in einer vertretbaren Zeit zugänglich zu machen. Der schnellen Informationsverteilung der immer größer werdenden Datenmengen an mobile Einheiten konnten die Verkehrsbetriebe in der Vergangenheit nur bedingt Rechnung tragen. Einerseits kamen Funkverfahren wie der Betriebsfunk zum Einsatz, die jedoch bedingt durch die sehr geringen Übertragungsraten nur die Möglichkeit der Übermittlung kurzer, zeitkritischer Informationen erlaubten. Auf der anderen Seite sind viele nicht standardisierte Systeme im Einsatz, die jeweils hohe Entwicklungsaufwendungen auf Seiten der Lieferanten erfordern. Die Folgen sind hohe Kosten und letztendlich unwirtschaftliche Betriebsabläufe. Ein optimales System für die Untenehmen würde ein genormtes, automatisches Verfahren darstellen. Es sollte eine hohe Bandbreite zur Datenübertragung besitzen, einfach zu installieren und gleichzeitig im hohen Grade wirtschaftlich einsetzbar sein. Unter allen aktuellen Entwicklungen auf dem Markt, die sich mit digitaler Datenübertragung über Funk beschäftigen, stellt der Funk-LAN-Standard IEEE 802.11 (Institute of Electrical and Electronics Engineers) derzeit wohl die wirtschaftlichste Lösung für die Verkehrsbetriebe und deren Anwendungen dar. Die 1997 beschlossene internationale Spezifikation IEEE 802.11 definiert maximale Übertragungsgeschwindigkeiten von 2 MBit/s. Im Jahre 1999 wurde diese Festlegung zur Version 802.11b (auch als "High Rate" bezeichnet) erweitert, welche Geschwindigkeiten von bis zu 11 MBit/s erlaubt. Mit dieser Technik wird eine Infrastruktur von Funkzellen in den Verkehrsbetrieben aufgebaut, um möglichst viele Fahrzeuge bedienen zu können. Die Reichweite einer Funkzelle ist auf ca. 300m beschränkt. 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 dieser Technologie stellt letztendlich sicher, dass eine zeitnahe Verarbeitung von größeren Informationen ohne kostenintensiven Personaleinsatz ermöglicht wird. Seite 5 von 68

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. Die vielleicht bedeutendeste Kombination, der lizenzfreie Betrieb gekoppelt mit hohen Übertragungsraten, garantiert den gesamtwirtschaftlichen Nutzen dieser Technik für die Verkehrsunternehmen. Diese positiven Voraussetzungen haben die Mitarbeiter dieser Arbeitsgruppe motiviert, standardisierte Vorgaben für Funk-LAN-Systeme im Anwendungsbereich des ÖPNV zu erstellen, um durch die Vereinheitlichung dem Kunden systemtechnische und finanzielle Vorteile zu verschaffen. Seite 6 von 68

2 Arbeitsgruppe Funk-LAN (FUL) 2.1 Zielsetzung Das Ziel der Arbeitsgruppe ist es, ein Dokument als Leitfaden für die Verkehrsbetriebe zu erstellen. In dieser Empfehlung sollen standardisierte Vorgaben enthalten sein, welche den Unternehmen als Entscheidungs- und Planungsgrundlage für die Anschaffung eines Funk-LAN-Systems dienen sollen. Dabei werden alle spezifischen Anforderungen im ÖPNV berücksichtigt. Folgende Themen werden im Dokument behandelt: Vergleich zwischen Funk-LAN und anderen, auf dem Mark verfügbaren digitalen Funkverfahren Einführung in den Funk-LAN-Standard IEEE 802.11 Übersicht der mit Funk-LAN zu übertragenden Daten im ÖPNV Übersicht der korrespondierenden Anwendungen Funk-LAN-Komponenten in Fahrzeugen des ÖPNV Funk-LAN-Client Antennen, Antennenkabel Einzuhaltende Normen, Störsicherheit, Blitzschutz Zentrales Funk-LAN-System Funk-LAN-Server Infrastruktur Sicherheit, Redundanz Funktionale Abläufe im Fahrzeug sowie in der Zentrale Visualisierung der Kommunikationswege Seite 7 von 68

2.2 Mitglieder Die Arbeitsgruppe Funk-LAN (FUL) besteht aus Mitgliedern der Verkehrsunternehmen sowie Mitarbeitern der Firma INIT: INIT GmbH Kaeppelestr. 6 76131 Karlsruhe Tel.: (07 21) 61 00-0 Fax: (07 21) 61 00-3 99 E-Mail: webmaster@init-ka.de Website: www.init-ka.de Funk-LAN-Arbeitskreis: Publikationen/Arbeitskreise Herr (Projektleiter FUL) Technischer Vertriebsingenieur Geschäftsbereich Fahrzeugssysteme Durchwahl: - 2 73 Fax: - 3 99 E-Mail: uloehnert@init-ka.de Herr Karlheinz Loffl Mitglied der Geschäftsleitung Bereichsleiter Fahrzeugsysteme Durchwahl: - 2 50 Fax: - 3 99 E-Mail: kloffl@init-ka.de Herr Eyad Tayeb Netzwerke und Datenbanken Geschäftsbereich Leitsysteme Durchwahl: - 3 15 Fax: - 3 99 E-Mail: etayeb@init-ka.de Seite 8 von 68

Mitarbeiter Verkehrsbetriebe: Herr Heinz Otto Krüger Bochum-Gelsenkirchener Straßenbahnen AG Team Strategie Technische Kommunikation Bereich Kommunikation und Informationstechnologie Tel.: (02 34) 3 03-25 65 Fax: (02 34) 3 03-35 65 Voice: (02 34) 3 03-45 65 E-Mail: heinz-otto.krueger@bogestra.de Herr Rüdiger Böer Bochum-Gelsenkirchener Straßenbahnen AG Team Strategie Netzwerkadministration u. Entwicklung Bereich Kommunikation und Informationstechnologie Tel.: (02 34) 3 03-26 59 Fax: (02 34) 3 03-36 59 E-Mail: ruediger.boeer@bogestra.de Herr Georg Schwandner Verkehrs-Aktiengesellschaft Nürnberg Projektplanung Rechnergesteuertes Betriebsleitsystem und Sondersysteme Tel.: (09 11) 2 83 49 28 Fax: (09 11) 2 83 49 00 E-Mail: georg.schwandner@vag.de Herr Detlef Westen Wuppertaler Stadtwerke AG RBL-Systembetreuer, Abt. 11 / 331 Tel.: (02 02) 5 69-40 84 Fax: (02 02) 5 69-80 40 84 E-Mail: detlef.westen@wsw-online.de Herr Hermann Lübbers Bremer Straßenbahn AG Leiter Fachbereich DV-Hardware und Systemtechnik Center Informations- und Kommunikationssysteme Tel.: (04 21) 55 96-4 58 Fax: (04 21) 55 96-84 58 E-Mail: hermannluebbers@bsag.de Seite 9 von 68

2.3 Gründung Anläßlich der INIT-Usertagung im März 2000 in Berlin fand ein Vortrag zum Thema "Schneller Datentransfer über Funk-LAN - Neue Produkte der Firma INIT" statt. Auf dieser Veranstaltung wurde den Teilnehmern der Verkehrsbetriebe relativ schnell klar, dass die Technologie zwar viele Möglichkeiten bietet, auf der anderen Seite jedoch auch viele neue Fragen aufwirft. Ein prinzipielles Problem der Unternehmen ist, dass viele Anbieter von Funk-LAN-Komponenten auf dem ÖPNV-Markt existieren und das der Einsatz mehrerer Systeme nebeneinander wirtschaftlich nicht vertretbar ist. Zudem sollen die neu anzuschaffenden Systeme für den Einsatz in Fahrzeugen des ÖPNV konzipiert und entwickelt worden sein. Die Forderung war daher, eine Arbeitsgruppe zu bilden, die einerseits Standardvorgaben für Funk-LAN-Systeme im ÖPNV erarbeitet, wie z. B. offene Schnittstellen für Drittsysteme. Darüber hinaus sollte es jedoch auch ein Dokument als Leitfaden für die Anschaffung eines Funk-LAN-Systems für die Verkehrsbetriebe darstellen. Seite 10 von 68

3 Digitale Funkverfahren zur Datenübertragung Die Übersicht in Abbildung 1 soll die momentan verfügbaren Funkverfahren auf dem Mark widerspiegeln. Aus den tabellarischen Daten lässt sich erkennen, dass Funk-LAN für die Belange der Verkehrsbetriebe in hohem Maße wirtschaftlich einsetzbar ist. Technik Geschwindigkeit Pager GSM SMS GSM Datenverb. Bündelfunk UMTS ~ 9.6k-50kBit/s ~ 9.6k-28.8kBit/s ~ 2MBit/s Kostenentstehung pro Übertragungseinheit Betriebsfunk 433 MHz/2.4 GHz Bluetooth Funk-LAN 2.400 Bit/s ~ 500k- 1MBit/s ~ 1MBit/s ~ 1MBit/s - 11MBit/s Keine Kosten pro Übertragungseinheit Vergleich digitaler Funkverfahren zur Datenübertragung Abbildung 1 Viele Verfahren auf dem Markt können nur in Verbindung mit einer monatlichen Grundgebühr genutzt werden. Das Funk-LAN gehört dabei zu den Systemen, bei denen diese Kosten nicht anfallen. Weiterhin kommen keine Kosten pro Übertragung dazu, d. h. auch große Datenmengen können ökonomisch übermittelt werden. Vergleicht man die Datenübertragungsgeschwindigkeiten muss man feststellen, dass die Funk-LAN-Technologie momentan mit Abstand die höchsten Leistungspotentiale beinhaltet. Seite 11 von 68

4 Einführung in den Funk-LAN-Standard IEEE 802.11 4.1 Allgemein Das amerikanische Normierungsgremium IEEE hat in dem Komitee 802, welches u. a. auch die Standardisierungen von "Ethernet 802.3" und "Token Ring 802.4" durchgeführt hat, einen internationalen Standard im Bereich des Funk-LAN geschaffen. Ziel des Projektes war es, einen Standard für drahtlose Netzwerke zu entwerfen, der sich an der bereits bestehenden Ethernet-Spezifikation orientiert. Damit kann ein Funk-LAN als Alternative oder Erweiterung eines LAN eingesetzt werden. Das von der IEEE im Jahre 1990 begonnene Projekt wurde am 26. Juni 1997 konkret, das IEEE Standards Activity Board genehmigte an diesem Datum den Standard IEEE 802.11. Aufgrund der im Standard normierten Luftschnittstelle wurden für alle Hersteller gleiche Voraussetzungen zur Neuentwicklung von Funk-LAN- Komponenten geschaffen. Durch diese Situation ergibt sich der große Vorteil für den Kunden, aus einer Vielzahl von untereinander kompatiblen Produkten auf dem Markt auszuwählen, jedoch die herstellerspezifischen Vorteile einzelner Produkte nutzen zu können. Seit kurzen gibt es einen weiteren Entwurf 802.11b High Rate (HR). Diese Erweiterung ermöglicht höhere Übertragungsraten bis zu 11 MBit/s. 4.2 Grundsätzlicher Aufbau der IEEE 802.11 Ein Funk-LAN-System nach der Spezifikation 802.11 ist dem Ethernet ähnlich und kann als Erweiterung oder Alternative zum LAN (Local Area Network) eingesetzt werden. Der 802.11-Standard orientiert sich in seiner Spezifikation am Open Systems Interconnection Modell (OSI-Modell), welches verschiedene Layer definiert. Ähnlich wie in anderen Untergruppen der 802-Reihe werden beim Funk-LAN die Layer unterhalb der Logical Link Control (LLC)-Schicht spezifiziert. Im Open Systems Interconnection Modell (OSI-Modell) sind das die Schicht 1 (Physical Layer) und die untere Hälfte des Data Link Layers, der Medium Access Control Layer (MAC). Seite 12 von 68

Logical Link Control (LCC) Data Link Layer Medium Access Control (MAC) Physical Layer Convergence Protocol (PLCP) Physical Medium Dependant (PMD) FHSS DSSS IR Physical Layer Data Link- und Physical Layer des OSI-Schichtenmodells Abbildung 2 In Abhängigkeit auf welchem Medium bzw. Verfahren das System arbeitet, wird die entsprechende Physical Layer Spezifikation verwendet. Im Moment existieren bezüglich "Physical Layer" folgende Übertragungstechnologien: FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum IR - Infrarot Obwohl der IEEE 802.11-Standard DSSS, FHSS und eine Infrarot- Technologie als physikalisches Medium vorsieht, werden hauptsächlich FHSS und DSSS eingesetzt. Das Verfahren FHSS hat Vorteile bezüglich Abhörsicherheit, höhere Datenübertragungsraten von 11 MBit/s und mehr lassen sich jedoch nur mit der DSSS-Technologie realisieren. Seite 13 von 68

4.3 Wichtige Unterschiede zwischen LAN und Funk-LAN Beim Funk-LAN ist die Zieladresse nicht dem Zielort gleichzusetzen während bei einem kabelgebundenen LAN die Zieladresse dem physikalischen Standort entspricht. In der IEEE 802.11 werden Stationen als adressierbare Einheiten verwendet. Durch ihre Mobilität sind Stationen keine bestimmten Orte, sondern Zielpunkte von Nachrichten. Ein Funk-LAN ist ein "offenes" System nach außen, d. h. es besteht die Möglichkeit des unbefugten "Abhörens". Um dies zu verhindern, sind im Standard entsprechende Sicherheitsmaßnahmen vorgesehen. Ein wesentlicher Unterschied zum LAN ist die größere Unzuverlässigkeit der Datenübertragung bedingt durch die drahtlosen Übertragungsmedien. Im Funk-LAN kann prinzipiell nicht von einer sicheren Verbindung ausgegangen werden. Alle Applikationen die unmittelbar mit den mobilen Teilnehmern kommunizieren, müssen jederzeit mit einem Abbruch der Übertragung rechnen. Die Software muss eine entsprechende Behandlung dieser Problematik sicherstellen. Nicht komplett übertragene Datenpakete müssen bei der nächsten Verbindung erneut übermittelt werden. 4.4 Notwendige Komponenten für ein Funk-LAN System In einem Funk-LAN existieren viele Teilnehmer (im Text auch als "Clients" bezeichnet). Die einfachste Kommunikation im Funk-LAN ist die direkte Verbindung zwischen mehreren Teilnehmern. Befinden sich die Teilnehmer in Reichweite, so können sie "spontan" miteinander kommunizieren. Diese Netze werden als Peer-to-Peer Netze bezeichnet (Ad-hoc-Betriebsart). Für diesen Betriebsmodus ist keine zusätzliche Infrastruktur notwendig. Die weitaus üblichere Anwendung ist die Kommunikation vieler Clients mit einer oder mehreren zentralen Stationen. Die Stationen stellen im Funk-LAN die sogenannten Accesspoints (AP) dar. Jeder Accesspoint spannt eine Funkzelle mit einer bestimmten Reichweite auf und besitzt eine integrierte Netzwerkschnittstelle. Innerhalb der Funkzellen können sich die Clients frei bewegen und über den Accesspoint mit den lokal ans Funk-LAN angeschlossenen Rechnern kommunizieren. Der AP ist somit die "Brücke" in das jeweilige lokale Netzwerk (LAN). Die Anzahl der parallel installierten Accesspoints ist prinzipiell nicht beschränkt. Je mehr Accesspoints jedoch auf der selben Frequenz betrieben werden, desto höher werden die gegenseitigen Beeinflussungen. Dies macht sich nicht in fehlerhaften Übertragungen bemerkbar sondern vielmehr in einer niedrigeren Datenübertragungsrate im eingestellten Frequenzkanal. In Abbildung 3 ist ein einfaches Funk-LAN-System dargestellt. Seite 14 von 68

Ortsfester Funk-LAN-Server Funkzelle Funk-LAN- Clients LAN IP:255.0.0.1 Accesspoint Funkzelle IP:255.0.0.2 LAN Accesspoint Grundaufbau eines Funk-LAN-Systems Abbildung 3 Seite 15 von 68

4.5 Übertragungsgeschwindigkeiten Die Datenübertragung im Funk-LAN erfolgt lizenzfrei im 2.4GHz ISM-Band. Im Standard IEEE 802.11 sind Übertragungsgeschwindigkeiten von 1, 2, 5.5 und 11 MBit/s vorgesehen. Durch die Technik wird gewährleistet, dass die Übertragungsraten dynamisch angepasst werden je nach Qualität der Übertragungsstrecke. Dies bedeutet, dass bei schlechterer Verbindung automatisch eine niedrigere Geschwindigkeit eingestellt wird. Somit reagiert das System immer auf die Umgebungsbedingungen vor Ort und versucht die optimale Einstellung zu finden. Bei sehr guter Empfangsqualität ist es auch möglich, die Geschwindigkeit auf einen fixen Wert einzustellen (z. B. 11 MBit/s). In diesem Fall verringert sich die maximale Reichweite des Systems. Wie bereits im Abschnitt 4.4 erwähnt, lassen sich eine beliebige Anzahl von Accesspoints parallel betreiben. In der Funk-LAN-Spezifikation sind 3 voneinander unabhängige Frequenzbereiche definiert, die jeweils eine maximale Übertragungskapazität von 11 MBit/s besitzen. Theoretisch wäre damit eine maximale Bandbreite von 33 MBit/s möglich. Diese Kapazität kann sich aber, wie beschrieben, durch eine größere Anzahl von parallel existierenden Accesspoints verringern. Für die Zukunft sind bereits höhere Übertragungsgeschwindigkeiten von 22MBit/s bzw. 54MBit/s in der Entwicklung. Dies unterstreicht, dass die Funk-LAN-Technik zukunftssicher einsetzbar ist. 4.6 Reichweite Die Reichweite einer Funkzelle hängt von den jeweiligen Umgebungsbedingungen ab. Typische Reichweiten liegen zwischen 30m (innerhalb von Gebäuden) und 300m (freie Sicht). Die Sendeleistung ist in Deutschland auf maximal 100mW (Abstrahlleistung an der Antenne) festgelegt. Um eine größere Fläche auszuleuchten können mehrere Funkzellen kombiniert werden. Dabei ist es zulässig, dass sich die Funkzellen überlappen. 4.7 Roaming Um eine unterbrechungsfreie Übertragung während der Bewegung eines Teilnehmers von einer in eine andere Funkzelle zu gewähren, wurde ein Roamingverfahren im IEEE 802.11 verankert. Dies gewährleistet, dass eine begonnene Übertragung zum bzw. vom Teilnehmer ohne Unterbrechung während des Wechsels in die andere Zelle weitergeführt wird. Seite 16 von 68

Voraussetzung für diese Funktion ist die ausreichende Überlappung der Funkzellen. 4.8 Geschwindigkeit des Teilnehmers Die Technik ist dafür ausgelegt, dass Übertragungen während der Bewegung stattfinden können. Bei den momentanen Übertragungsraten 1, 2, 5.5 und 11 MBit/s ist eine problemlose Übertragung bei Geschwindigkeiten bis zu 50 km/h möglich. Seite 17 von 68

4.9 Sicherheit Ein mit Hilfe des IEEE 802.11-Standards aufgebautes Funknetzwerk ist kein exklusives Netzwerk, d. h. es besteht prinzipiell die Möglichkeit für "firmenfremde" Teilnehmer, an einem solchen Netzwerk mittels eigener Funk-LAN-Ausrüstung teilzunehmen. Auf Grund dieser Tatsache werden erhöhte Sicherheitsanforderungen an ein Funk-LAN gestellt. Der IEEE-Standard sieht zunächst eine "Benutzerkennung" vor, die jeder Teilnehmer zum Verbinden mit dem Netzwerk benötigt. Stimmt die Kennung nicht mit der am Funk-LAN-Accesspoint eingestellten überein, kann keine Verbindung hergestellt werden. Zusätzliche Sicherheit ermöglicht der Einsatz der WEP-Verschlüsselungstechnologie. Durch Spezifizierung eines 40Bit- bzw. 128Bit-Schlüssels können alle übermittelten Datenpakete kodiert werden. Nur durch die Bekanntgabe des Schlüssels an die empfangende Stelle können die Daten wieder entschlüsselt werden. Die Verschlüsselung ist momentan nicht im Standard enthalten. Auf dem Markt existieren herstellerabhängig unterschiedliche Verfahren, die zumeist untereinander nicht kompatibel sind. Jedem Betreiber eines Funk-LAN-Netzwerkes wird dringend empfohlen, zusätzlich zu den eben beschriebenen Sicherheitsmechanismen weitere Schutzmaßnahmen zu ergreifen (z. B. Firewalls, zusätzliche Datenverschlüsselung durch die Applikation etc.), um ein unbefugtes Zugreifen von außen auf Informationen des Unternehmensnetzwerks nahezu unmöglich zu machen. Diese Möglichkeiten sind an dieser Stelle nicht näher beschrieben, da es sich hierbei um klassische Netzwerkanwendungen handelt. Seite 18 von 68

5 Datentransport über Funk-LAN 5.1 Anwendungen Ein Funk-LAN-System eignet sich, bezogen auf die Fahrzeugversorgung, besonders für die Übertragung großer Datenmengen. Im Unternehmen gibt es eine Vielzahl von Anwendungen, die das drahtlose Datentransportmedium nutzen können. Dabei werden die Informationen an zentraler Stelle aufbereitet und den Fahrzeugen bei Bedarf zur Verfügung gestellt. In den folgenden Abschnitten sind die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten beschrieben. 5.1.1 Fahrzeugautonome Systeme Ein Funk-LAN eignet sich bereits für Verkehrsbetriebe ohne komplexe Hintergrundsysteme. Der einfachste Anwendungsfall ist das Versorgen der Fahrzeuge mit dem Netzplan des Betriebes. Zusätzlich können Fahrplan-, Umlauf- oder Linienverlaufsdaten versorgt werden. Das früher aufwendige Einspielen von Firmwareupdates der Steuerrechner wird durch die automatisch ablaufende Funk-LAN-Kommunikation stark vereinfacht. Im Fahrzeug lassen sich zudem beliebige Drittsysteme (z. B. Anzeigen, Ansagegeräte etc.) anbinden, zu denen ebenfalls ein Datentransport ermöglicht wird. 5.1.2 Betriebshofmanagementsystem (BMS) Ein Anwendungsfall stellt das Betriebshofmanagement dar, welches dem Verkehrsbetrieb ermöglicht, Standort und Informationen der Fahrzeuge in graphisch übersichtlicher Form anzuzeigen. Hierzu werden Daten von den Fahrzeugen über Funk-LAN an die BMS-Software übermittelt, die damit wiederum eigene Verarbeitungen durchführen kann oder die Datensätze an ein Werkstattprogramm zu übergeben. Die Systeme können umfangreiche Übersichten erzeugen. So lassen sich Fahrzeuglisten mit den Zuständen der einzelnen elektronischen Komponenten zur Anzeige bringen. Seite 19 von 68

5.1.3 Statistik Im täglichen Betrieb der Fahrzeuge fällt eine große Menge an Informationen, z. B. über Fahrtprofile und Fahrgastaufkommen an. Diese Datensätze werden automatisch über das Funk-LAN an eine zentrale Auswertung übergeben. Durch Filterprogramme und nachträgliche Auswertungen lässt sich nahezu jede gewünschte Übersicht für den Planer erzeugen. Solche Systeme erlauben detaillierte Einblicke in den Betriebsablauf und helfen dabei, unwirtschaftliche Abläufe zu korrigieren und festgelegte Qualitätsstandards zu kontrollieren. 5.1.4 Elektronisches Fahrgeldmanagement (EFM) Alle Vorgänge im Fahrzeug, die sich auf den Verkauf von Fahrscheinen beziehen, werden im elektronischen Fahrgeldmanagement erfasst. Der Kunde kann seinen Fahrschein entweder beim Fahrer oder an mobilen Verkaufsautomaten lösen. In beiden Fällen werden elektronische Transaktionsdaten angelegt, die mit höchster Sicherheitsstufe zur Abrechnung an zentraler Stelle gelangen müssen. Hier bietet sich ein Funk- LAN als zusätzlicher, paralleler Transportweg neben den üblichen Fahrermodulen an. Darüber hinaus können über die Funk-LAN-Strecke neue Parameter und Tarifdaten in das Fahrzeug transportiert werden. Eine sinnvolle Anwendung ist hierbei das rechtzeitige Laden eines neuen Archivs mit der gleichzeitigen Spezifizierung eines Gültigkeitsdatums. Damit kann die rechtzeitige Versorgung aller Fahrzeuge mit den neuen Daten sichergestellt werden. Seite 20 von 68

5.1.5 Rechnergesteuerte Betriebsleitsystem (RBL) Setzt ein Unternehmen ein rechnergesteuertes Betriebsleitsystem ein, können zusätzlich zu den fahrzeugautonomen Daten RBL-spezifische Informationen übertragen werden. Dazu gehören Parameter, Anschlussbeziehungen oder vordefinierte, kodierte Meldungen für den Fahrer. Alle Rückmeldungen vom Fahrzeug, in Form von Ladestatistiken oder Zustandstabellen können in übersichtlicher Form auf der RBL-Oberfläche angezeigt oder von nachgeschalteten Programmen weiterverarbeitet werden. 5.1.6 Fahrgastinformation/Infotainment Die Information der Fahrgäste in den Fahrzeugen ist ein wichtiges Thema für die Verkehrsbetriebe. Beschränkte sich bisher die Darstellung hauptsächlich auf Zieltexte oder die "nächste Haltestelle", wird in Zukunft der Bereich des Infotainment mehr und mehr an Bedeutung gewinnen. Die Informationsinhalte beim Infotainment werden zumeist aus einer Kombination von Werbung, Fahrgastinformation und lokalen Nachrichten bestehen. Diese Inhalte werden von Redaktionen regelmäßig aktuell produziert und zu gegebenen Zeiten (z. B. Nachts) in die Fahrzeuge übermittelt. Für die Betriebe ergeben sich dadurch völlig neue Finanzierungskonzepte für Fahrgastinformationssysteme. Das Funk-LAN stellt für die Zwecke der Fahrgastinformation einen optimalen Transportweg bereit. Durch die hohen Datenübertragungsgeschwindigkeiten und das automatische Verteilen ist auch eine Übermittlung großer Datenmengen, wie etwa komprimierte Videosequenzen möglich. Seite 21 von 68

5.2 Informationsfluss zum Fahrzeug Folgende Datensätze können über das Funk-LAN in ein Fahrzeug übertragen werden: Netzdaten Haltestellen Haltepunkte Betriebshöfe Streckenpunkte Verbindungen Linien- und Linienverlaufsdaten Linien Linienverlaufsdaten (Routen) Fahrplandaten Umläufe Kurse Fahrten Daten zur Versorgung von Peripheriegeräten Zielanzeigen Innenanzeigen Linienverlaufsanzeigen Multimediasysteme (Werbung, Informationen) digitalisierte Ansagetexte mobile Fahrscheinautomaten Funk-LAN-Client Daten zur Steuerung externer Komponenten Lichtsignalbeeinflussung (LSA) Fahrgastinformationsanlagen (FGI) Firmwareupdate- sowie Parameterdateien für den Bordrechner Firmwaredateien Datenarchive Parameterdateien Grunddaten für die abgesetzten Fahrerdisplays Verschiedenes Funk-Uhr Zeit (DCF77) von zentraler Stelle Seite 22 von 68

5.3 Informationsfluss vom Fahrzeug Folgende Datensätze können über das Funk-LAN aus einem Fahrzeug in Richtung Zentrale übertragen werden: Fahrscheinverkaufsdaten (aus Fahrscheindrucker und mobilen Automaten) Verkaufsschichtübersicht Verkaufseinzelerfassung (bar und unbar) Statistikdaten Fahrtprofildaten Fahrgastzählung Ladestatistik (Programm-/Datenversionen) Fehler- und Zustandsmeldungen Fehlermeldungen der Fahrzeugrechner Zustand der Fahrzeug-Peripheriegeräte Fahrzeugdiagnosedaten Vermessungsdaten GPS-Koordinaten von Haltestellen, Betriebshöfen oder virtuellen Punkten Wegabstände zwischen Haltestellen Videoüberwachungsdaten aufgezeichnete Videosequenzen (komprimiert) Seite 23 von 68

6 Funk-LAN im Fahrzeug 6.1 Allgemein Um an einem Funk-LAN-Netzwerk teilnehmen zu können, wird im Fahrzeug eine Funk-LAN-Einheit bestehend aus Transceiver und Steuereinheit benötigt. Sie wird im folgenden Text Funk-LAN-Client genannt. Um alle Belange des ÖPNV erfüllen zu können, ist eine speziell für die Verkehrsbetriebe entwickelte Komponente den Standardadaptern vorzuziehen. Damit ist gewährleistet, dass einerseits die speziellen Anforderungen im Bus- und Bahnbereich abgedeckt werden (z. B. Rüttelfestigkeit, erweiterter Temperaturbereich, Überspannungsschutz etc.), auf der anderen Seite zusätzliche Bedürfnisse in Bezug auf Funktionalität im ÖPNV abgedeckt werden (z. B. Schnittstellen wie Wagenbus, CAN-Bus etc.). Im folgenden Abschnitt sind Vorgaben aufgeführt, die ein Funk-LAN-System im Fahrzeug erfüllen sollte. Nicht unbedingt notwendige Funktionalitäten sind als optional (opt.) gekennzeichnet. 6.2 Systembeschreibung Fahrzeug Im Fahrzeug wird ein Funk-LAN-Client mit Sende-/Empfangsmodul (Transceiver) im 2.4 GHz-Frequenzbereich nach Spezifikation IEEE 802.11 benötigt. Der Funk-LAN-Client sollte einen Datenzwischenspeicher enthalten, um temporär Informationen vorhalten zu können. Am Transceiver (HF-Einheit) wird ein Antennenkabel angeschlossen welches mit einer Außenantenne auf dem Dach verbunden ist. Optional kann der Funk-LAN- Client auch eine Ethernetschnittstelle besitzen. Auf diesem Bus kann ein Subnetz von Geräten betrieben werden. Eine Übersicht der Schnittstellen des Funk-LAN-Clients bietet Abbildung 4. Seite 24 von 68

ortsfester Accesspoint AP Funk-LAN 802.11 RS232 RS485 CAN (opt.) VDV-WB(opt.) Service RS232 Bordrechner, Ansage, Anzeigen; Bedienteil etc. datenversorgte Fahrzeuggeräte Notebook Ethernet 10BaseT Funk-LAN- Client IP2 IP4 Ethernet-Subnetz (optional) IP1 IP3 Funk-LAN-Client im Fahrzeug mit möglichen Schnittstellen Abbildung 4 Seite 25 von 68

6.3 Funk-LAN-Client 6.3.1 Mechanische Realisierung Der Funk-LAN-Client ist vorzugsweise in einem 19"-Einschub zu konzipieren. Die Einheit ist mit einer Frontplatte und einem Griff zum Ziehen der Kassette zu versehen. Durch diese Realisierung wird eine servicefreundliche Handhabung des Gerätes erreicht. Um eine einfache Diagnose durchführen zu können, sollen verschiedene Zustände über Leuchtdioden (LED) an der Front darstellbar sein. Die Einheit sollte separat in einem 19"-Baugruppenträger untergebracht werden um eine möglichst kurze Antennenkabellänge zu erreichen. Bei kritischen Platzverhältnissen soll die Einheit mit einer Schnellwechselhalterung befestigt werden können. Die Funk-LAN-Einheit sollte eine Größe von 3HE und 14TE nicht überschreiten. Die Steckverbindungen zur Rückplatte des Baugruppenträgers müssen der DIN41612 Bauform M, bzw. F,H entsprechen. Alternativ kann eine Integration des Funk-LAN-Clients in den Bordrechner oder Fahrscheindrucker erfolgen. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass ein anzuschließendes Antennenkabel im Normalfall über eine weitaus größere Strecke verlegt werden muss. Um jedoch beste Empfangsqualität bezüglich HF-Strecke zu erreichen, wird eine möglichst kurze Antennenkabellänge empfohlen. Aus diesen Gründen wird die Realisierung in einer abgesetzten 19"-Einheit unbedingt empfohlen. 6.3.2 Rechnerkern Der Funk-LAN-Client sollte mit Bauteilen die dem "Stand der Technik" entsprechen ausgerüstet sein und eine leistungsfähige Recheneinheit besitzen. Es sind 32-Bit-Prozessoren einzusetzen, um für zukünftige Erweiterungen genügend Rechenleistung zu garantieren. Auf dem Rechner soll ein modernes Multitasking-Betriebssystem zum Einsatz kommen, wie z. B. VxWorks oder QNX. Falls der Rechner eine Zwischenspeicherung für Daten übernehmen soll, ist ein Datenspeicher von mind. 8 MB (möglichst Flash-Technologie) vorzusehen. Der RAM-Speicher sollte mind. 16 MB betragen. Im Gerät muss eine HF-Schnittstelle nach dem Funk-LAN-Standard IEEE 802.11 implementiert sein. Über diesen Weg muss der Rechner mit einer zentralen Funkstation als Funk-LAN-Teilnehmer kommunizieren können. Seite 26 von 68

Da die Komponente für den Einsatz in Fahrzeugen des ÖPNV konzipiert ist, muss sie den VDV-Richtlinien entsprechen. 6.3.3 Adressierung Da das Funk-LAN auf dem Ethernetstandard basiert, besitzt jede Netzkomponente eine MAC-Adresse. Die MAC-Adresse ist eine weltweit eindeutige Kennung für einen Netzwerkadapter. Als Kommunikationsprotokoll wird TCP/IP verwendet, daher benötigt jeder Teilnehmer zusätzlich eine IP-Adresse. Diese kann statisch oder dynamisch vergeben werden, je nach Realisierungskonzept. Seite 27 von 68

6.3.4 Schnittstellen Der Funk-LAN-Client sollte eine Vielzahl von Schnittstellen bedienen können: Funk-LAN HF-Schnittstelle nach IEEE-Spezifikation 802.11b Ethernet 10BaseT RS232 RS485 lokale Testschnittstelle Ethernet 100BaseT (optional) CAN-Bus (optional) VDV300-Wagenbus (optional) Weitere Schnittstellen (optional) 6.3.5 Anbindung von Drittsystemen Das Ziel für die Verkehrsbetriebe muss es sein, pro Fahrzeug nur ein Funk- LAN-System zu betreiben. Damit wird der Antennenvielfalt auf dem Fahrzeugdach und einer eventuellen gegenseitigen Beeinflussung der Systeme entgegengewirkt. Damit Dritthersteller das drahtlose Transportmedium nutzen können, muss der Funk-LAN-Client offen für eine Anbindung dieser Systeme sein. Das betrifft sowohl die physikalischen Anschlüsse als auch die zur Übermittlung notwendigen Übertragungsprotokolle. Für die Kommunikation zwischen Komponenten im Fahrzeug und der Zentrale steht das TCP/IP-Protokoll zur Verfügung. 6.3.6 Selbsthaltung (optional) Beim Rechner muss die optionale Möglichkeit einer Selbsthaltung bestehen. Selbsthaltung bedeutet, dass das Gerät auch nach dem Ziehen des Zündschlüssels noch mit Strom versorgt wird. Das System muss dann selbst entscheiden können, ob es sich zu einer bestimmten Zeit komplett abschaltet (z. B. über ein Relais). Für diese Funktionalität sind am Rechner zwei getrennte Eingänge für die Stromversorgung vorzusehen (Geschaltet/Dauer). Durch einen Parameter im Rechner muss festgelegt werden können, dass sich das System nach einer bestimmten Zeit selbständig stromlos schaltet. Der einstellbare Bereich sollte zwischen einer Minute und vierundzwanzig Stunden liegen. Seite 28 von 68

6.3.7 Technische Spezifikation Funk-LAN-Client Der Funk-LAN-Client sollte folgenden technischen Daten entsprechen: Funk-LAN Standard IEEE 802.11b Sendeleistung Funk-LAN 30-100mW 1) Prozessor Betriebssystem Datenspeicher RAM-Speicher Bauform Zustandsanzeigen Größe Eingangsspannung Leistungsfähiger 32-Bit Prozessor für Embedded- Anwendungen, z. B. PowerPC, ARM, ELAN, Hitachi SH Multitaskingfähig: z. B. VxWorks, QNX oder Embedded Linux 8 MB Flash Erweiterung auf mindestens 16 MB möglich 16 MB Erweiterung auf mindestens 32 MB möglich 19"-Einschub (vorzugsweise) oder integriert in Kompaktgerät über LED, nur bei 19"-Einschub Maximal 14TE, 3HE 18-32 V/DC, geschaltet optional 18-32 V/DC Dauer für Selbsthaltung Temperaturbereich Integrierte Netzwerkschnittstelle -25 C bis +70 C 10BaseT (RJ45) Ethernet (10MBit/s) optional: 100BaseT (RJ45) FastEthernet (100MBit/s) 1) In Deutschland beträgt die maximal zulässige an der Antenne abgestrahlte Leistung 100mW 6.3.8 Antennenkabel 6.3.8.1 Hinweise Bei dem hier beschriebenen Kabel handelt es sich um die Verbindung zwischen dem Funk-LAN-Client und der Antenne. Das Kabel sollte für die Kontaktierungsstecker an beiden Enden nur 2 Übergangsstellen besitzen. Zusätzliche Kupplungen sind aus Gründen des Qualitätsverlustes möglichst zu vermeiden. Seite 29 von 68

Das Funk-LAN sendet im 2.4 GHz-Frequenzbereich. Das eingesetzte Kabel sollte für die Übertragung dieser Frequenzen geeignet sein. Bei der Übermittlung der HF-Signale über ein Kabel müssen unbedingt die auftretenden Dämpfungsverluste berücksichtigt werden. Grundsätzlich gilt: Um eine hohe Signalqualität bei der Übertragung über das Kabel zu erreichen muss bei der Installation des Antennenkabels darauf geachtet werden, dass die Kabellänge möglichst kurz gehalten wird. Je länger das Kabel ausgelegt wird, desto höher werden die Verluste auf der Leitung sein. Steigende Verluste haben wiederum eine Verschlechterung der Signalqualität zur Folge. 6.3.8.2 Technische Spezifikation Prinzipiell sollte das Kabel die maximale Länge von 2 Metern nicht überschreiten. Ein für den 2.4 GHz-Frequenzbereich geeignetes Kabel ist ein Koaxialkabel vom Typ RG58. Spezifikation Kabeltyp RG58: Frequenzbereich Wellenwiderstand Innenleiter 2.400-2.500 MHz 50Ω verzinnte CU-Litze 0,9 mm Durchmesser Außendurchmesser 5,0 mm Wichtiger Hinweis: Die auftretenden Verluste auf den Kabel können teilweise durch höherwertige Kabel kompensiert werden. Der Aufwand an dieser Stelle kann jedoch sehr kostenintensiv werden. Zur Erhöhung der Signalqualität gibt es auf dem Markt von verschiedenen Herstellern eigene Kabelentwicklungen. Diese Kabeltypen besitzen einen größeren Innenleiterdurchmesser, durch den eine deutlich geringere Dämpfung des Signals gegenüber dem Typ RG58 möglich wird. Seite 30 von 68

Das hier empfohlene Kabel kann sowohl in Bussen als auch in Bahnen eingesetzt werden. Seite 31 von 68

6.3.9 Antenne Bei den Antennen muss zwischen Bus- und Bahneinsatz unterschieden werden. Bei Bahnantennen gelten erhöhte Sicherheitsanforderungen. 6.3.9.1 Technische Spezifikation Bus In Bussen kann eine Antenne normalerweise problemlos auf dem Dach montiert werden. Es ist dabei zu beachten, dass ein möglichst großer Abstand zur nächsten Antenne eingehalten wird. Für die Antenne wird eine Abstrahlfläche aus Metall benötigt. Spezifikation Busantenne: Antennentyp Mobile Antenne 1/4λ Frequenzbereich Gewinn Widerstand Polarisation 2400 MHz Band (2300-2500 MHz) 0 db 50 Ω Vertikal SWR <= 1.75 (bei f res ) Höhe Befestigung Leistung Abstrahlfläche Max. 100mm Durch Lochmontage Min. 100mW Metall 6.3.9.2 Technische Spezifikation Bahn Im Bahnbereich gelten im Gegensatz zum Busbetrieb schärfere Sicherheitsbestimmungen. Aus diesem Grund sind hier bahnzugelassene Antennen einzusetzen. Diese Antennen gewährleisten, dass bei einem eventuellen Unfall im Hochspannungsbereich (z. B. ein unter Strom stehender Draht berührt das Dach der Bahn) kein Strom versehentlich über die Antenne in das innere der Bahn geleitet wird. Seite 32 von 68

Spezifikation Bahnantenne: Antennentyp Mobile Antenne 1/4λ Frequenzbereich Gewinn Widerstand Polarisation 2400 MHz Band (2300-2500 MHz) 0 db 50 Ω Vertikal SWR <= 1.75 (bei f res ) Höhe Leistung Max. 200mm Min. 100mW Benötigte Abstrahlfläche Metall, min. 20cm 2 6.3.10 Normen und Richtlinien Die Funk-LAN-Komponente im Fahrzeug sollte einschlägigen Normen und Richtlinien entsprechen. Die wichtigsten sind hier aufgeführt. 6.3.10.1 EMV (Störfestigkeit, Störausstrahlung) 6.3.10.2 Blitzschutz Der Funk-LAN-Client muss grundsätzlich der allgemeinen EMV-Richtlinie 89/336/EWG entsprechen. Für Busse wird ab Ende 2002 verbindlich die Richtlinie 95/54/EG (zur Anpassung der Richtlinie 72/245/EWG), in Deutschland auch E1 genannt, gelten. Das E1-Zertifikat wird über eine Typgenehmigung des Produktes durch das Kraftfahrtsbundesamt (KBA) erteilt. Bei Bahnen ist bezüglich EMV die Norm EN 50121-3-2 zu erfüllen. Normalerweise wird kein Blitzschutz für die Antennen auf den Fahrzeugen vorgesehen. Ein Schutz gegen Überspannungen kann durch den Einsatz einer speziell dafür entwickelten Antenne (z. B. Bahnantenne) erreicht werden. Seite 33 von 68

6.3.10.3 Rüttelfestigkeit Prinzipiell müssen die für Fahrzeugkomponenten geltenden Richtlinien des VDV berücksichtigt werden. Im speziellen sind hier die entsprechenden Punkte in den Schriften VÖV 04.05.6 und VÖV 6.030.5 bindend. 6.3.10.4 Über-/Unterspannung Prinzipiell müssen die für Fahrzeugkomponenten geltenden Richtlinien des VDV berücksichtigt werden. Die Anforderungen bezüglich der Über- und Unterspannungen sind der VDV-Richtlinie VÖV 04.05.6 entnommen: Folgende Werte der Versorgungsspannung dürfen die Funktionsfähigkeit nicht beeinträchtigen: <= 1ms bis 100V <= 1s bei 36V dauernd zwischen 17 und 32V Seite 34 von 68

6.4 Ethernet-Subnetz 6.4.1 Allgemein Falls im Fahrzeug ein Subnetz betrieben werden soll, wird der Ethernet-Standard empfohlen. Andere Netze wie Token-Ring oder FDDI sollten an dieser Stelle nicht zum Einsatz kommen. Über die Ethernetschnittstelle des Funk-LAN-Clients kann ein Subnetz von Geräten betrieben werden. Als Kommunikationsprotokoll wird TCP/IP vorgeschrieben. Für eine Kommunikation zwischen Netzwerkkomponenten im Fahrzeug ist die Vergabe von IP-Adressen notwendig. Die IP-Adressen müssen den Geräten über eine Konfiguration zugewiesen oder separat über die lokale Testschnittstelle gesetzt werden können. 6.4.2 Klassifizierung des IP-Netzes Um das Datenaufkommen auf der Funkstrecke so gering wie möglich zu halten, werden die Ethernetkomponenten in einem vom Funk-LAN-Netz auf zentraler Seite getrennten Netz betrieben. Hintergrund ist hierbei, dass ein Ethernet die TCP/IP-Pakete immer an alle Teilnehmer eines Netzes verteilt. Nur die jeweils angesprochene Station wertet die Informationen aus. Die Segmentierung stellt sicher, dass bei einer Kommunikation der Geräte untereinander im Fahrzeug die Funkstrecke nicht mit unnötigem Telegrammverkehr belastet wird. Im Subnetz sollten Class-C-Netze verwendet werden. Die Verwaltung und Vergabe der IP-Adressen sollte vom Lieferanten des Funk-LAN-Client durchgeführt werden. Seite 35 von 68

7 Ortsfeste Funk-LAN-Infrastruktur 7.1 Allgemein Damit mobile Teilnehmer in einem Funk-LAN-System mit einer Zentrale kommunizieren können, ist es notwendig, ein leistungsfähiges zentrales System aufzubauen. Dieses besteht im Wesentlichen aus Funk-LAN- Servern und sogenannten Accesspoints (AP). Die Accesspoints stellen die Funkinfrastruktur dar, jeder AP spannt eine eigene Funkzelle auf. Da Accesspoints eine begrenzte Reichweite besitzen, wird es häufig notwendig sein, dass mehrere Funkzellen an einer Stelle aufgebaut werden müssen. Das Systemkonzept einer Funk-LAN-Zentrale wird im Wesentlichen bestimmt durch die Anzahl der zu versorgenden Betriebshöfe und dezentralen Ladestationen sowie die maximale Anzahl der Fahrzeuge, die quasi gleichzeitig auf das System zugreifen wollen. Ebenso ist es wichtig, die Integration der Komponenten in das Firmennetzwerk detailliert zu planen. Es müssen zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen geschaffen werden, um ungewollte Zugriffe von außen über die Funk-LAN-Infrastruktur zu verhindern. Alle Datenarchive, die in die Fahrzeuge übertragen werden sollen, werden von entsprechenden Applikationen im Betrieb verwaltet. Der zentrale Funk-LAN-Server ist Datensenke für alle Informationen, die während des Betriebes im Fahrzeug gesammelt wurden und zur weiteren Auswertung bestimmt sind. Ein Funk-LAN-Server kann immer dann mit einem Fahrzeug kommunizieren, wenn es sich im Empfangsbereich einer Funkzelle befindet. Ist dies der Fall, kann ein Datenabgleich zwischen Fahrzeug und Zentrale stattfinden. Für das Fahrzeug bedeutet dieser Umstand, dass neue Archive geladen und alte als ungültig gekennzeichnet werden. Ebenso werden alle seit der letzten Verbindung gesammelten Fahrzeuginformationen an die Zentrale übergeben. Intelligente Konzepte müssen sicherstellen, dass immer nur eine begrenzte Anzahl von Fahrzeugen gleichzeitig mit der Zentrale kommunizieren können, um die Systeme bei einer sehr großen Anzahl von Fahrzeugen nicht zu überlasten. In Abbildung 5 lässt sich an einem Beispiel die zentrale LAN-Ausrüstung in einem Verkehrsunternehmen dargestellt. Seite 36 von 68

Zentraler Funk-LAN Server LAN Applikationsserver Unternehmensnetzwerk Router Firewall Datenbank WAN ortsfestes Funk-LAN-Netz Funkzelle Router Funk-LAN Server AP AP Betriebshof 1.... Router Funk-LAN Server AP AP Betriebshof n Kommunikationsnetzwerk Beispiel einer Funk-LAN-Infrastruktur mit mehreren Betriebshöfen Abbildung 5 Seite 37 von 68

7.2 Komponenten eines Funk-LAN-Netzwerk Da die IEEE 802.11 auf dem Ethernetkonzept basiert, können eine ganze Reihe von Komponenten ins Funk-LAN-Netzwerk integriert werden. Im folgenden Abschnitt sind die momentan verfügbaren Produkte auf dem Markt aufgelistet, aus denen eine Funk-LAN Infrastruktur aufgebaut werden kann. 7.2.1 Accesspoint 7.2.1.1 Kurzbeschreibung Mit einem Accesspoint (AP) kann eine Funk-LAN-Zelle aufgebaut werden. Der AP kann je nach Anwendung in einem Büro, einer Halle oder im Außenbereich installiert werden. Für den Betrieb in einer Halle oder im Freien müssen speziell für den Außeneinsatz geeignete AP's eingesetzt werden. Durch die im Accesspoint integrierte Netzwerkkarte wird die Anbindung an das lokales Netzwerk (LAN) durchgeführt. Die Kombination von mehreren AP's ergibt eine flächendeckende Funkinfrastruktur. Rückansicht eines Accesspoints mit Netz- und Ethernetanschluß Abbildung 6 Seite 38 von 68

7.2.1.2 Funktionalität Ein Accesspoint sollte einfach mittels eines Webbrowsers oder Oberflächentools konfigurierbar sein. Dabei sollen die einzustellenden Daten in übersichtlicher Form abrufbar und veränderbar sein. Der Zugriff auf die Konfigurationsdaten des Accesspoints muss passwortgeschützt sein. Optional sollte im Accesspoint die Möglichkeit bestehen, über eine sogenannte MAC-Sperrliste einzelne Funk-LAN-Teilnehmer sperren bzw. freigeben zu können. Eine außen angebrachte LED sollte über den aktuellen Zustand des Accesspoints Auskunft geben. 7.2.1.3 Technische Spezifikation Ein Accesspoint sollte folgenden technischen Daten entsprechen: Funk-LAN Standard IEEE 802.11b Datenrate Reichweite Frequenzband 1, 2, 5.5 und 11 MBit/s 30 bis 300m 2400-2483.4 MHz Sendeleistung 30-100 mw 1) Drahtloses Medium Übertragungskanäle Antenne Sicherheit DSSS 11 Kanäle (USA, Kanada und Japan) 13 Kanäle (ETSI) Integriert oder durch verlängertes Kabel abgesetzt Benutzerkennung mit bis zu 32 ASCII-Zeichen optional 40-Bit WEP oder 128-Bit WEP Roaming Konform nach IEEE 802.11b Integrierte Netzwerkschnittstelle 10BaseT Ethernet (10MBit/s) oder 100BaseT FastEthernet (100MBit/s) oder Token Ring (16 MBit/s) Konfiguration Lokale Konfiguration Passwortgeschützt Systemkonsolenport RS232 Seite 39 von 68

Remote-Konfiguration Automatische Konfiguration Stromversorgung Terminal, Telnet, SNMP, Web-Browser BOOTP oder DHCP 230V AC 1) In Deutschland beträgt die maximal zulässige an der Antenne abgestrahlte Leistung 100mW Seite 40 von 68

7.2.2 Wireless-Bridge 7.2.2.1 Kurzbeschreibung Die Wireless-Bridges werden zur Verbindung von zwei oder mehr Netzwerken (normalerweise in verschiedenen Gebäuden) verwendet. Durch diese Hochgeschwindigkeitsverbindungen kann eine Kopplung der Netzwerke zu einem Bruchteil der Kosten gegenüber einer drahtgebundenen Anbindung erfolgen. Für diese Verbindungen fallen keine Lizenzgebühren an. Mit den Geräten können hohe Datenraten über mittlere und kurze Reichweiten oder niedrige Datenraten über große Reichweiten realisiert werden. In Abbildung 7 wird der Einsatz einer Wireless-Bridge veranschaulicht. Gebäude 1 Sichtverbindung Gebäude 2 Max. 5 km Wireless-Bridge Wireless-Bridge bis 11 MBit/s AP Netzwerk Netzwerk PC AP PC Drucker Drucker PC AP Verbindung zweier Netzwerke mit Wireless-Bridges Abbildung 7 Seite 41 von 68

7.2.2.2 Funktionalität Die drahtlosen Bridges sollten über ein Tool einfach konfigurierbar sein. Als Datenübertragungsverfahren wird die Radiofrequenztechnologie DSSS bevorzugt. Der Zugang zur Konfiguration muss über ein Paßwort geschützt werden können. Seite 42 von 68

7.2.2.3 Technische Spezifikation Eine Wireless-Bridge sollte folgenden technischen Daten entsprechen: Datenraten 1, 2, 5.5 und 11 MBit/s Reichweite Bis zu 5 km bei 11 MBit/s 1) Frequenzband 2400-2.483.4 GHz Sendeleistung 50-100 mw 2) Drahtloses Medium Übertragungskanäle Antenne Sicherheit DSSS 11 Kanäle (USA, Kanada und Japan) 13 Kanäle (ETSI) Durch verlängertes Kabel abgesetzte Bridge-Antennen Benutzerkennung mit bis zu 32 ASCII-Zeichen optional 40-Bit WEP oder 128-Bit WEP Konfiguration Benutzer pro Bridge Lokale Konfiguration Remote-Konfiguration Automatische Konfiguration Stromversorgung Integrierte Netzwerkschnittstelle Passwortgeschützt 2.048 (drahtlos) Systemkonsolenport RS232 Terminal, Telnet, SNMP, Web-Browser BOOTP oder DHCP 230V AC 10BaseT Ethernet (10MBit/s) oder 100BaseT FastEthernet (100MBit/s) oder Token Ring (16 MBit/s) 1) In Deutschland beträgt die maximal zulässige Reichweite 5 km 2) In Deutschland beträgt die maximal zulässige an der Antenne abgestrahlte Leistung 100mW Seite 43 von 68

7.2.3 Workgroup-Bridge 7.2.3.1 Kurzbeschreibung Die Workgroup-Bridges verhalten sich im Prinzip wie Clients im WLAN, mit dem Unterschied, dass man an sie direkt weitere Netzwerkkomponenten anschließen kann. Sie werden im Empfangsbereich einer Funkzelle aufgestellt. Der Vorteil gegenüber einem Accesspoint ist, dass keine aktive Funkzelle erzeugt wird. Es kommt dadurch nicht zu einer zusätzlichen Funkbelastung im Frequenzbereich der Accesspoints. In Abbildung 8 wird der Einsatz einer Workgroup-Bridge veranschaulicht. Funkzelle Fahrzeug 2 Fahrzeug 1 AP Workgroup- Bridge PC Drucker Funk-LAN Server Scanner Anbindung einer Workgroup-Bridge Abbildung 8 Seite 44 von 68

7.2.3.2 Funktionalität Die Workgroup-Bridges sollten über ein Tool einfach konfigurierbar sein. Als Datenübertragungsverfahren wird die Radiofrequenztechnologie DSSS bevorzugt. Der Zugang zur Konfiguration muss über ein Passwort geschützt werden können. 7.2.3.3 Technische Spezifikation Eine Workgroup-Bridge sollte folgenden technischen Daten entsprechen: Datenraten Reichweiten Frequenzband 1, 2, 5.5 und 11 MBit/s 30 bis 300m 2400-2.483.4 GHz Sendeleistung 30-100 mw 2) Drahtloses Medium Übertragungskanäle Antenne Sicherheit DSSS 11 Kanäle (USA, Kanada und Japan) 13 Kanäle (ETSI) Integriert oder durch verlängertes Kabel abgesetzte Antennen. Benutzerkennung mit bis zu 32 ASCII-Zeichen optional 40-Bit WEP / 128-Bit WEP Stromversorgung Integrierte Netzwerkschnittstelle 230V AC 10BaseT Ethernet (10MBit/s) oder 100BaseT FastEthernet (100MBit/s) oder Token Ring (16 MBit/s) 1) In Deutschland beträgt die maximal zulässige Reichweite 5 km 2) In Deutschland beträgt die maximal zulässige an der Antenne abgestrahlte Leistung 100mW Seite 45 von 68