Wireless Router in der Bahnanwendung
Surfen im Zug

WLAN im Zug ist heute bei Langstrecken bereits selbstverständlich. Doch inzwischen setzt sich der kostenfreie Internetzugang über WLAN auch im Regionalverkehr durch. Setzten die Verkehrsmittelbetreiber bislang auf proprietäre Systeme, drängen zusehends standardisierte Lösungen auf Basis von WLAN in den Markt. Hinter diesem Trend stehen Kostengründe, die zunehmende Verbreitung des Internets im öffentlichen Raum und die Weiterentwicklung von intelligenten Wireless Routern für die Funktechnologie. Aufgrund gestiegener Betriebssicherheit und hoher Bandbreite ermöglichen die Systeme nicht nur den Zugriff der Passagiere auf das Internet, sondern auch die Kommunikation zwischen Zügen, der Betriebszentrale und den Bahnhöfen sowie die Videoüberwachung in Zügen und Fahrgast-Informationssysteme.
Mobile lokale Netze verbinden heutzutage eine Vielzahl elektronischer Geräte, die häufig über Ethernet miteinander vernetzt sind. Ein Bordcomputer steuert sie – z.B. Ticketautomaten, die zusätzlich zu Münzen oder Scheinen auch EC- oder Kreditkarten akzeptieren. Sowohl die notwendige Überprüfung der Karten über einen online-Datenabgleich mit der Zentrale, als auch die kontinuierliche Übertragung von Betriebsdaten – z.B. Verfügbarkeit von Wechselgeld und Druckerpapier oder Anzahl der verkauften Tickets – werden an die Betriebszentrale gemeldet. Die permanente Verbindung dorthin erfolgt bidirektional über technisch ausgereifte Mobile Router.

Zwei bis drei Access Points pro Zugteil

Grundsätzlich ist ein WLAN Netz im Zug vergleichbar mit einer Gebäudevernetzung mit WLAN: Herzstück bildet ein Wireless Router, dazu kommen abgesetzte Access Points. Im Schienenverkehr existieren verschiedene, frei zusammenstellbare Kompositionen: beispielsweise ein verkürzter Zug, eine vordere Hälfte und eine hintere Hälfte, auch lassen sich die Zugteile vertauschen. Darum müssen Betreiber jeweils einen mobilen Router in jedem Teil einsetzen, von dem aus die Anbindung der Access Points erfolgen kann. Aufgrund intelligenter Software stimmt sich der Router automatisch auf Positionsänderungen und Ergänzung eines Waggons ab. Je nach gewünschter Signalstärke realisieren zwei bis drei verteilte Access Points pro Wagen eine bestmögliche Abdeckung an allen Plätzen. Sie sind über ein eigenständiges internes Internet-Netz mit dem mobilen Router verbunden, der wiederum verschiedene UMTS-Links bündelt. Über diese Links werden die Daten via Mobilfunk ins Internet geschickt. Das führt letztendlich zu einer höheren Bandbreite, die Engpässe in der Kommunikation beim Wegtransport der Daten vermeidet.

EN51055 für den
Schienenverkehr

Damit ein Wireless Router in Zügen überhaupt Verwendung finden kann, muss er nach EN51055 zertifiziert sein. Diese Norm stellt strenge Anforderungen an elektromagnetische Verträglichkeit, Stoß- und Vibrationsfestigkeit sowie Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen und Feuchtigkeit. Natürlich muss auch die Software entsprechend stabil laufen. Hier hat sich NetModule als Kommunikationsunternehmen mit Projekt-Expertise im Bahn- und Busverkehr etabliert, dessen Wireless Router NB2600R sowohl bahn-spezifische Normen als auch Anwenderwünsche erfüllt. Das für Züge nach EN50155/T3, CEN/TS 45545 zertifizierte Gerät wird beispielsweise von Bombardier in Doppelstockzügen oder vom Bahnhersteller Stadler eingesetzt, um verschiedene Verbindungen herzustellen. Dieser robuste Router ist für Temperaturen zwischen -25 und +70°C ausgelegt. Er verfügt über die für die Bahntechnik spezifischen M12-Drehstecker und eignet sich damit für Anwendungen, in denen mechanische Beanspruchung, Feuchtigkeit und Kondenswasser sowie Schmutz an der Tagesordnung stehen. Seine Antenne ist für besten Empfang positioniert, und er lässt sich gleichzeitig als Mobile Router und als Access Point einsetzen. Ein 5-port-Ethernet-Switch, ein USB-Interface und zwei Digital I/O-Schnittstellen runden die funktionale Ausstattung ab.

Gesucht: Günstigste ‚Always-On‘-Verbindung

Bei der Übertragung von Betriebsdaten, rücken Sicherheit und ‚Always-On‘-Modus automatisch in den Mittelpunkt. So muss die Verbindung zwischen Zug und Basisstation schnellstmöglichst aufgebaut werden, zugleich die sichere Datenübertragung in unterschiedlichen Netzwerken gewährleistet sein. Genau hier setzen die Wireless Router von NetModule an: Sie vereinen 3G+, WLAN und GPS Kommunikation in einem einzigen Gerät und unterstützen die aktuellen Mobilfunkstandards GSM/ GPRS/ EDGE bzw. HSxPA/ UMTS/ HSPA bis zu 14,4Mbps Downlink und 5,76Mbps Uplink. Damit wird sogar die drahtlose Übertragung von Audio- und Videodatenströmen ermöglicht, etwa zur Videoüberwachung im Zug. Die in den Waggons installierten Router müssen so intelligent sein, dass sie unter mehreren Verbindungsmöglichkeiten rasch die schnellste und günstigste wählen. Als ‚Always-On Least Cost Router‘ konzipiert, erkennt der NB2600R Unterbrechungen sofort und wechselt automatisch auf die nächst tiefere oder höhere Priorität bzw. das nächste verfügbare Kommunikationsprotokoll, ohne dass die Endgeräte die Unterbrechung wahrnehmen.

Sicherheit: Zustandsüberwachung und Virtual Private Networks

Über das sogenannte Condition Monitoring kann der Zustand einer Maschine, z.B. Lokomotive, permanent überwacht werden. Viele Funktionsausfälle lassen sich aufgrund kontinuierlichem Monitoring bereits im Vorfeld erkennen, und rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten. Damit ein reibungsloser Informationsaustausch zwischen Zug und Zentrale erfolgen kann, sind unterbrechungsfreie und transparente Verbindungen erforderlich. Hier bieten u.a. Virtual Private Networks (VPN) eine elegante Lösung, um Anwendungen logisch voneinander zu trennen. VPNs sind hinreichend gut verschlüsselt und ermöglichen die Zusammenfassung mehrerer Geräte im Zug zu einem logischen Netzwerk. Ein solches ist beispielsweise die Übertragung von Live-Überwachungsdaten aus dem Zug an die Zentrale mittels Video-over-IP, der Sprachverkehr mit dem Fahrer über eine Voice-over-IP Anbindung, oder die Übertragung sensibler Kreditkarten-Daten aus dem Bezahlvorgang beim Ticketkauf. Aufgabe von intelligenten Routern ist die Verschlüsselung der Daten und geregelte Zuordnung zum jeweiligen VPN sowie die Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Verbindung beim Wechsel eines Mediums z.B. von UMTS auf WLAN. Das nach RFC3344 und RFC5944 implementierte Mobile IP Protokoll sorgt beim NB2600R dafür, dass VPN Tunnels und andere Anwendungen nichts von automatischen Technologiewechseln, z.B. von Mobilfunk auf PWLAN, zwecks Optimierung von Übertragungskosten, Bandbreite und Verfügbarkeit mitbekommen. Für eine ausreichende Verfügbarkeit auf der Strecke setzt NetModule auf Redundanz: Aufgrund Dual SIM kann der NB2600R bei einem Ausfall des einen Providers, auf das Netz eines zweiten Providers umschalten. Die Software des Wireless Routers stellt sicher, dass die Verbindung permanent gehalten wird und keine Daten verloren gehen. Als Besonderheit werden Datenüberlastungen verhindert, indem der Router Lasten selbstständig verteilt. Hardwareseitig ist der Router für 110 User/Routings/Access Points ausgelegt. Bei drei installierten Access Points pro Waggon ist er derzeit in der Regel noch nicht ausgelastet – aber der kontinuierliche WLAN Einsatz in Zügen verlangt nach Investitionssicherheit der Lösung für die Zukunft.

Finanzierung über Fahrgast-Fernsehen

In den erwähnten Zug-Projekten geht es grundsätzlich um kostenfreies WLAN für die Passagiere. Doch eine Erhöhung der Fahrpreise aufgrund der zusätzlichen Dienstleistung wird von Fahrgästen selten akzeptiert. Dadurch rücken Zusatzangebote wie Digital Signage in den Fokus. Hierbei werden zeit- und ortsbezogene Werbeinhalte auf die Info-Displays im Zug eingespielt, um das ‚free‘-WLAN zu finanzieren. Der Router NB2600R verfügt hierzu über einen integrierten GPS-Empfänger, der die genaue Position des Zugs an den Content Provider übermittelt, damit dieser den entsprechenden regionalen Inhalt übertragen kann. Beworben wird beispielsweise das Ausflugsprogramm eines Reisebüros, der aktuelle Menüplan eines Restaurants oder der Spielplan einer Oper auf der Strecke. Für die Inhalte existieren unzählige Möglichkeiten, die von speziellen Dienstleistern bereits umgesetzt werden.