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Dokumentenidentifikation DE102004042308B4 20.07.2006
Titel Kommunikationssystem
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Fischer, Günther, 91077 Neunkirchen, DE;
Gotthardt, Klaus-Jürgen, 91093 Heßdorf, DE;
Gunselmann, Walter, 91074 Herzogenaurach, DE;
Kister, Andreas, 38122 Braunschweig, DE;
Kroll, Manfred, 91058 Erlangen, DE;
Krämer, Robert, 12045 Berlin, DE;
Le, Manh-Hung, 91315 Höchstadt, DE;
Lutz, Peter, 91074 Herzogenaurach, DE;
Nouvortne, Olaf, 91054 Erlangen, DE;
Tiedemann, Joachim, 91054 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 30.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004042308
Offenlegungstag 09.03.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.07.2006
IPC-Hauptklasse H04L 29/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04L 12/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H04L 12/46(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem für relativ zueinander bewegliche Komponenten, insbesondere zugseitige und streckenseitige Funktionseinheiten.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf die Anwendung für spurgebundene Verkehrssysteme, ohne dass die Erfindung auf derartige Systeme beschränkt sein soll. Denkbar ist beispielsweise auch die Anwendung bei Automotive-Systemen oder Industrieanlagen, deren Komponenten über Luftschnittstellen miteinander kommunizieren müssen.

Zur Überbrückung der Kommunikations-Luftschnittstelle zwischen zugseitigen und streckenseitigen Funktionseinheiten oder zwischen Zügen oder Zugteilen werden heute viele unterschiedliche Technologien und Systeme eingesetzt, beispielsweise Linienleiter, Gleiskreise, Balisen, Datenfunk, Sprechfunk, Mobilfunk oder WLAN (Wireless Local Area Network). Diese Technologien wurden für verschiedenste Aufgabenstellungen, beispielsweise Zugbeeinflussung, Zugintegritätskontrolle, Fahrgastinformation, Energieverbrauchsoptimierung, Zugriff auf Daten der Fahrzeugsteuerung oder Diagnose- und Instandhaltungsdatenübermittlung entwickelt und unterscheiden sich dadurch grundlegend voneinander. Der Bedarf an komplexen Kommunikationsfunktionen, insbesondere sicherungstechnischer Art, wird mit UTO-Anwendungen (Unattendant Train Operation, fahrerloser automatischer Betrieb) und Multimediaanwendungen weiter steigen. Absehbar sind vor allem CCTV-Übertragungen bezüglich Passagierbeobachtung und Gepäcküberwachung, Notfallmeldeeinrichtungen, zug- und streckenseitig synchronisierte Fahrgastinformation sowie Auskunftsysteme im Zug.

Problematisch dabei ist die stetig wachsende Systemkomplexität, verbunden mit einer hohen Anzahl verschiedener Übertragungskanäle und erheblichen Aufwänden für Test, Integration und Zulassung.

Aus der DE 694 13 027 T2 ist eine Kommunikationsverbindung zwischen benachbarten Wagen eins Fahrzeugs bekannt, bei der ein Multiplex/Demultiplex-System zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen vorgesehen ist.

Die US 61 24 878 A betrifft ein Kommunikationsnetzwerk mit breitbandigen Datenkanälen zwischen einem Internetanschluss und verschiedenen Applikationen, wie TV, PC und Fernbedienung, wobei eine Datenübertragung mit Priorisierung von datenartspezifischen, Altergrenzen überschreitenden Daten erfolgt.

Aus ASAS; Projektbeschreibung Track-to-Train/Platform-to-train CCTV Transmission System STVIS, 2002, 5. 1–3 ist ein Videosystem zur zugseitigen und/oder bahnsteigseitigen Überwachung und Steuerung von Zugtüren und/oder Bahnsteigtüren bekannt.

Die DE 197 21 246 A1 offenbart eine Kommunikationseinrichtung für funkgestützte Bahndienste, bei der ein Gatewayrechner einem Zug fest zugeordnet ist, so dass zwischen den jeweils einen Streckenabschnitt überwachenden Steuerstellen mittels des Gatewayrechners streckenseitig umgeschaltet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikationssystem anzugeben, das sich durch die Bündelung und Integration möglichst vieler Kommunikationsaufgaben zwischen zugseitigen und streckenseitigen Funktionseinheiten sowie zwischen Zügen oder Zugteilen auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Multiplex-/Demultiplexsystem ergibt sich eine einheitliche Plattform zur integrierten Lösung der vielfältigen und sich schnell verändernden Kommunikationsaufgaben. Dieses System stellt Kommunikationsdienste auf einheitliche Weise für beliebige Anwendungen zur Verfügung. Dabei werden verfügbare Kommunikationskanäle jeder Art, beispielsweise Linienleiter, Balisen, Powerline oder Funk, genutzt. Entsprechend der anstehenden Kommunikationsaufgabe ist eine optimale Auswahl der geeigneten Kommunikationskanäle auch hinsichtlich eines zeitlichen Managements möglich. Sowohl nicht sichere als auch sichere Dienste unter Berücksichtigung von Redundanzen lassen sich integrieren.

Als komponentenspezifische Schnittstelle für zugseitige Funktionseinheiten ist vorzugsweise ein TCN-Netzwerk (Telecommunication Network), der so genannte Zugbus, vorgesehen. Der Zugbus dient als Bindeglied zwischen dem Multiplex-/Demultiplexsystem und den zugseitigen Funktionseinheiten, wie beispielsweise Zugsteuerung- Fahrzeugleittechnik-, Bremsenrechner, Zugsicherung – ATP (Automatic Train Protection) –, Zugsteuerung – ATO (Automatic Train Operation) –, Fahrgastinformation – PIS (Passenger Information System) –, Infotainment, Sitzplatzreservierung, Fahrgast- oder Frachtbeobachtung – CCTV –, Fahrzeugdiagnose, Sprachfunk und Wireless Access. Streckenseitig sind die komponentenspezifischen Schnittstellen vor allem ein Betriebsleittechnik-Bus, Local Area Network (LAN) oder offene Kommunikationsnetze – Open Communication Networks (OCN). Mittels dieser Schnittstellen wird die Verbindung zwischen dem Multiplex-/Demultiplexsystem und den streckenseitigen und/oder zentralen Funktionseinheiten wie zum Beispiel Zugsicherung (ATP), Zugsteuerung (ATO), Betriebsleittechnik, Stellwerk, Infotainment, Gebäudeautomatisierung, Plattform Screen Doors (PSD), Fahrgastinformation (PIS), Auskunfts- und Reservierungssysteme und Maintanance Management Systeme (MMS), hergestellt.

Das Multiplex-/Demultiplexsystem managet die zugehörigen unidirektionalen und bidirektionalen Kommunikationskanäle in Abhängigkeit von der jeweils anstehenden Kommunikationsaufgabe. Dabei werden bestimmte Auswahlkriterien berücksichtigt, durch welche ein konkreter Kommunikationskanal und/oder die zeitlichen Reihenfolge zu übertragender Telegramme festgelegt wird.

Dabei werden über vorhandene oder neue Kommunikationskanäle weitere Komponenten an die komponentenspezifischen Schnittstellen angekoppelt. Die Ankopplung kann auf einheitliche Weise, zum Beispiel mittels Plug-In-Technik oder durch dynamisches Aktivieren und Deaktivieren lokal oder temporär verfügbarer Kommunikationskanäle, zum Beispiel mittels Plug-and-Play, erfolgen. Bei letzterer Variante ist ein permanentes Überwachen der angekoppelten Kommunikationskanäle erforderlich.

Zugseitig kann beispielsweise mindestens ein zusätzlicher direkter Kommunikationskanal von Zug zu Zug angekoppelt werden. Dies ermöglicht oder vereinfacht moderne Betriebskonzepte, wie beispielsweise Moving Block, Convoying, automatisches Kuppeln oder Trennen. Außerdem oder alternativ kann zugseitig mindestens ein zusätzlicher direkter Kommunikationskanal von Zugteil zu Zugteil oder von Wagen zu Wagen, beispielsweise mittels DECT (Digital Endhanced Cordless Telecommunication), angekoppelt werden. Dies ermöglicht oder vereinfacht die Kommunikation verschiedener Zugteile oder Wagen mit zugseitigen, streckenseitigen oder zentralen Einrichtungen, zum Beispiel hinsichtlich der Videoüberwachung einzelner Wagen durch eine Zentrale.

Gemäß Anspruch 2 dient als Auswahlkriterium eine Priorisierung bestimmter Kommunikationsaufgaben. Priorisierung kann dabei die Vorrangigkeit einer Kommunikationsaufgabe gegenüber einer anderen Kommunikationsaufgabe aber auch die Berücksichtigung von Leistungs-, Bandbreiten-, Ankunftszeit- oder Übertragungsqualitätsangaben oder andere die gewünschte Kommunikation beschreibende Merkmale beinhalten.

Auch die Art der zu übertragenden Daten kann, insbesondere bei Realtime-Daten und/oder sicherheitsrelevanten Daten, gemäß Anspruch 3 ein Auswahlkriterium sein. Vorzugsweise werden dafür bestimmte Kommunikationskanäle oder Bandbreiten reserviert. Bei den Auswahlkriterien kann auch berücksichtigt werden, ob transparente Kanäle genutzt werden sollen, das heißt, ob die Information unverändert übertragen werden soll.

Nach Anspruch 4 wird die gesamte Kommunikation über ein einziges breitbandiges Kommunikationssystem, beispielsweise UMTS (Uiversal Mobile Tele Communications Systems), abgewickelt. Dieser hochgradigen Konzentration der Kommunikationsaufgaben kann eine Vorstufe vorausgehen, bei der zusätzlich zu dem Breitbandsystem noch weitere Kanäle genutzt werden.

Zur Steigerung der Systemverfügbarkeit können Kanal- oder Bandbreitenredundanzen geplant bereitgehalten und bei Bedarf genutzt werden.

Das Multiplex-/Demultiplexsystem fungiert gemäß Anspruch 5 als Gateway. Das bedeutet, dass nach dem empfangsseitigen Demultiplexen der Informationen von den verschiedenen Kommunikationskanälen anschließend das Verteilen auf die empfangsseitigen Schnittstellen erfolgt. Wenn die empfangsseitige Komponente, das heißt die Zielinstanz, für die die Information bestimmt ist, nicht bekannt ist, kann entweder die Zielinstanz mit dem Kommunikationsauftrag spezifiziert werden oder das zu übertragende Telegramm kann eine IP (Internet Protokoll)-Adresse zur Spezifikation der Zielinstanz beinhalten, die für das Routing genutzt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer figürlichen Darstellung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine Ausführungsform für ein Kommunikationssystem. Es ist ersichtlich, dass Funktionseinheiten FU1, FU2 und FU3 auf der Zugseite TS über ein Multiplex-/Demultiplexsystem MDS mit Funktionseinheiten FU4, FU5, FU6,... auf der ortsfesten Seite WS kommunizieren. Zugseitige Funktionseinheiten FU1, FU2 und FU3 können zum Beispiel Zugsteuereinrichtungen oder Serviceeinrichtung für den Fahrgast sein. Auf der ortsfesten Seite WS sind die Funktionseinheiten FU4, FU5, FU6,... vor allem Zugbeeinflussungs- und Stellwerkseinrichtungen sowie Serviceeinrichtungen für den Fahrgast. In dem Ausführungsbeispiel benötigen die Funktionseinheiten FU3 und FU5 unidirektionale Kommunikation, während die anderen Funktionseinheiten FU1, FU2, FU4 und FU6 bidirektional kommunizieren. Die Funktionseinheiten FU2 und FU3 sind über einen zugseitigen Kommunikationsbus B1 an das Multiplex/Demultiplexsystem angeschlossen. Auf der ortsfesten Seite WS ist ein ortsfester Kommunikationsbus B2 vorgesehen, über den die Funktionseinheiten FU4 und FU5 mit dem Multiplex/Demultiplexsystem verbunden sind. Das Multiplex/Demultiplexsystem besteht im Wesentlichen aus einem Multiplexer MPX1 und einem Demultiplexer DMPX1 auf der Zugseite TS und einem Multiplexer MPX2 und einem Demultiplexer DMPX2 auf der ortsfesten Seite WS, die über Kommunikationskanäle COM1, COM2, COM3,... miteinander verbindbar sind. In dem Ausführungsbeispiel ist der Kommunikationskanal COM2 ein unidirektionaler Kommunikationskanal, während die Kommunikationskanäle COM1 und COM3 bidirektional benutzbar sind. Die Schnittstellen zwischen den Multiplexern/Demultiplexern MPX1, MPX2, DMPX1, DMPX2 und den Kommunikationskanälen COM1, COM2, COM3,... sind vorzugsweise als Plug-in ausgeführt. Dabei sorgen Hilfsprogramme in den Multiplexern MPX1, MPX2 und den Demultiplexern DMPX1, DMPX2 für eine automatische Auswahl der Kommunikationskanäle COM1, COM2, COM3,... anhand vorgegebener Auswahlkriterien, beispielsweise einer Priorisierung der Übertragung sicherheitsrelevanter Daten. Die Demultiplexer DMPX1 und DMPX2 demultiplexen die Informationen aus jedem einzelnen Kommunikationskanal und leiten diese Informationen an die Ziel-Funktionseinheiten FU1, FU2, FU3 bzw. FU4, FU5, FU6,... weiter. Vorzugsweise sind die Datentelegramme dazu mit einer IP-Adresse versehen. Das Kommunikationssystem gestattet ein umfassendes Management von Kommunikationsaufgaben, wobei die vorhandenen Kommunikationskanäle COM1, COM2, COM3,... nicht mehr unabhängig voneinander – wie beim Stand der Technik – genutzt werden, so dass sich ein erheblicher Synergieeffekt einstellt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.


Anspruch[de]
  1. Kommunikationssystem für relativ zueinander bewegliche Komponenten, wobei komponentenspezifische Schnittstellen an ein Multiplex-/Demultiplexsystem (MDS) angeschlossen sind, welches unidirektionale und bidirektionale Kommunikationskanäle (COM1, COM2, COM3,...) aufweist, wobei Mittel zur physikalischen und/oder zeitlichen Auswahl des Kommunikationskanals (COM1, COM2, COM3,...) nach vorgegebenen Auswahlkriterien vorgesehen sind und wobei komponentenseitig an mindestens einer der komponentenspezifischen Schnittstellen mindestens ein zusätzlicher Kommunikationskanal zur Anbindung weiterer Komponenten angeschlossen ist
  2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlkriterium eine Priorisierung bestimmter Kommunikationsaufgaben ist.
  3. Kommunikationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlkriterium die Art der zu übertragenden Daten ist, wobei für diese Daten bestimmte Kommunikationskanäle (COM1, COM2, COM3,...) oder Bandbreiten reserviert sind.
  4. Kommunikationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationskanäle in einem einzigen breitbandigen Kommunikationssystem vorgesehen sind.
  5. Kommunikationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Multiplex-/Demultiplexsystem (MDS) als Gatewaysystem ausgebildet ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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