Das Train Communication Network

Network für eine digitale Fernsteuerung

Eisenbahnfahrzeuge wurden ursprünglich, wie alle Technologien, die eine längere Geschichte haben, analog gesteuert. Allerdings ist es im Laufe der Zeit zwecks des Komforts der Arbeit und deren Effizienz erforderlich geworden, zahlreiche Vorgänge zu digitalisieren, damit diese bestenfalls automatisch ablaufen können. Darüber hinaus wurde es auch erforderlich, die Zustände über den Betrieb der einzelnen Fahrzeuge zu erfassen, um diese zu analysieren und mögliche Fehlerquellen oder Defekte ausfindig zu machen und beseitigen zu können. Seit mehreren Dekaden werden für diese Anforderungen Feldbussysteme eingesetzt. Im Falle der Eisenbahntechnik handelt es sich um das „Train Communication Network“, welches sich vorrangig auffinden lässt. Dieses Netzwerk besteht aus einem System, welches zwei verschiedene Feldbusse verwendet und zudem hierarchisch strukturiert ist.

Die Bus-und Datenarten beim Train Communication Network

Der Aufbau vom Train Communication Network sieht zwei verschiedene Arten von Bussen und zwei unterschiedliche Typen der Daten vor. Bei den verwendeten Bussen handelt es sich um

  • den MVB und
  • den WTB.

Der „Multifunction Vehicle Bus“ ist eigentlich ein Fahrzeugbus, doch aufgrund der ausschließlichen Verwendung vom Train Communication Network bei Eisenbahnfahrzeugen muss dieser Fahrzeugbus eher als ein Feldbus angesehen werden, der in einem Fahrzeug oder einer Gruppe aneinander gekoppelter Fahrzeuge zum Tragen kommt. Der „Wire Train Bus“ ist ein Zugbus, welcher als ein Feldbus verstanden werden sollte, der unterschiedliche Fahrzeuge miteinander verbindet und auch einen gesamten Zugverband beschreiben kann.

Die Gemeinsamkeit dieser beiden Protokolle vom Train Communication Network liegt in der synchronen und zyklisch ablaufenden Datenübertragung. Zudem handelt es sich stets um quelladressierte Nachrichten. Durch dieses deterministische Verhalten gibt es bei der Verwendung vom Train Communication Network zwei wesentliche Vorteile

  • Erfüllung der Echtzeitkriterien
  • Erhöhung der Fehlertoleranz

Auch bei den Datenarten, die für das Train Communication Network definiert wurden, gibt es zwei unterschiedliche Arten:

  • Prozessdaten
  • Messagedaten

Die Prozessdaten sind hierbei Daten, die als zeitkritisch charakterisiert werden können und, die im Falle des MVB eine Menge von maximal 32 Bytes umfassen können. Beim WTB beläuft sich dieser Wert auf maximal 128 Bytes. Die Prozessdaten werden in regelmäßigen Intervallen übertragen, bei denen die Spanne eines Intervalls zwischen 1ms und maximal 1024 ms liegen kann.
Die Messagedaten sind wesentlich länger und umfassen Nachrichten, die nur auf Anforderung übertragen werden. Wenn es vonnöten ist, werden diese Daten auf dem entsprechenden Bus segmentiert und anschließend immer quittiert.

Die Verwendung des Train Communication Networks

Dieses Feldbussystem entstand aus der Zusammenarbeit der Internationalen Eisenbahnunion in Utrecht und der Internationalen Elektrotechnischen Kommission in Genf. Beide Parteien versuchten ein Datennetzwerk zu standardisieren, mit welchem die hohen Anforderungen einer Datenübertragung von Schienenfahrzeugen realisiert werden können. Durch diesen Standard, der sich im Train Communication Network findet, ist die globale Interoperabilität der Schienenfahrzeuge möglich. Auch die Austauschbarkeit der Ausrüstung wird durch das Train Communication Network geschaffen, sodass sich auch hier die Kosteneffizienz der Technologie zeigt. Die Eigenart des Zugbusses, einer der zwei verwendeten Feldbusse, liegt in der Befähigung, bei jeder Änderung der Zugzusammenstellung eine Konfiguration durchzuführen, sodass die Position eines Fahrzeugs und dessen Eigenschaften automatisch erkannt und weitervermittelt werden können.

Die Aussichten des Train Communcation Networks

Die Findung eines gemeinsamen Standards durch die Parteien dauerte rund zehn Jahre und brachte allerdings für die heutige Zeit eine anerkannte Norm mit sich, sodass sich TCN mittlerweile in tausenden Schienenfahrzeugen auf der gesamten Welt befindet und dort zum Einsatz kommt. Neben der zyklischen Datenübertragung mittels des Fahrzeugbusses und des Zugbusses unterstützt diese Technologie auch den Austausch von Meldungen, die weder bedarfsorientiert noch zeitkritisch sind. Hierzu zählen beispielsweise die Meldungen für die Verwaltung des Netzwerks. Diese können durch das siebenschichtige Stack-Modell beim TCN zwischen beliebigen Komponenten eines Zuges verschickt werden.

So zeigt sich, dass die Entscheidung einen eigenen Standard zu entwickeln und nicht auf einen internationalen Feldbus zu warten, die richtige war. Denn auch wenn es nicht zwingend notwendig ist, dass eine Untereinheit eine Standardisierung besitzt, und auch wenn es natürlich noch weitere Busse innerhalb eines Schienenfahrzeugsystems gibt, so wird doch mittlerweile gemeinhin erwartet, dass die Daten, die zwischen den einzelnen Teilnehmern ausgetauscht werden, stets über das TCN laufen.

Das Train Communication Network hat sich eine Monopolstellung erkämpft. So finden sich zwar zu der Technologie von TCN ähnliche Feldbusse, doch diese lösen meist nicht alle an sie gestellten Aufgaben, sodass ausschließlich dieser Standard die Kennzeichnung innehat, hohe Anforderungen erfüllen zu können. Somit wurde mittels dieses zweifachen Feldbussystems ein Nachfolger für die analoge Fernbedienung der Fahrzeuge geschaffen. Ebenso wird durch diese Digitalisierung der Steuerung, neben der Einsparung von Kosten und Zeit, durch Verhinderung von Störungen im Netzwerk, auch der Arbeitskomfort begünstigt.