Digitalisierung im öffentlichen Nahverkehr

Chancen, technologische Voraussetzungen und Umsetzung digitaler Systeme in Linienfahrzeugen

Die Zukunft gehört dem öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV), der das volle Potenzial hat, die Antwort auf die Mobilitätsprobleme unserer Gesellschaft zu liefern. Digitale Technologien helfen auf allen Ebenen dabei, dieses Potenzial auszuschöpfen. Dies haben die meisten Verkehrsunternehmen bereits erkannt und arbeiten daher aktiv daran, ihre Services und Abläufe mit Hilfe von digitalen Systemen zu verbessern. Attraktive Angebote und Dienste bereitstellen, neue Einnahmequellen und Dienstleistungen erschließen, den Fahrbetrieb optimieren – von der Digitalisierung profitieren Verkehrsbetriebe und Fahrgäste gleichermaßen. Internationale, einheitliche Standards und die Ethernet-Technologie schaffen die nötige Brücke, damit Verkehrsbetriebe schneller in der digitalen Welt ankommen.  

Chancen für den ÖPNV durch die Digitalisierung

Fahrgastzufriedenheit steigern

Mobilität ist ein Grundbedürfnis und der öffentliche Personenverkehr die wohl beste Antwort darauf. Insbesondere in Ballungsräumen und Metropolen stellen Busse, S- und U-Bahnen das Rückgrat der Mobilität dar. Die Digitalisierung hat das Potenzial, den ÖPNV in seiner Rolle langfristig zu stärken und dadurch sowohl zu den Mobilitätsbedürfnissen als auch zu den Umweltschutzzielen unserer Gesellschaft beizutragen. Denn dank Digitalisierung und Vernetzung erfreut sich der öffentliche Nahverkehr einer immer größeren Beliebtheit. Neue, flexible (Sharing-)Angebote sorgen dafür, die Lücke der „letzten Meile“ zu schließen und lassen die Attraktivität des ÖPNV steigen. Integrierte, multimodale Plattformen, die für bessere und schnelle Informationen sorgen sowie einfache Bezahlsysteme sind nur einige der Vorzüge, die den Einstieg in den ÖPNV so bequem wie noch nie machen.

  • Standortdaten geben Auskunft über die Pünktlichkeit des Fahrzeugs sowie aktuelle Anschlussmöglichkeiten.
  • Auslastungsdaten, die in Echtzeit ermittelt und den Fahrgästen unmittelbar zur Verfügung gestellt werden, damit sie ihre Reise möglichst komfortabel gestalten können.
  • Kontaktloses Bezahlen mit Karte oder Smartphone sorgt für stressfreies Reisen auch über Tarifgrenzen hinweg.
  • Vernetzte Videoüberwachung bietet Fahrgästen mehr Sicherheit im Fahrzeug.
  • Fahrgast-WLAN wird in Bus und Bahn insbesondere bei längeren Fahrten sehr geschätzt.

 

Verkehrsbetriebe über die reine Verkehrsleistung hinweg entwickeln

Eine effiziente Linienplanung und ein optimales Flottenmanagement sind dank Livedaten aus digitalisierten Linienfahrzeugen für Verkehrsunternehmen einfacher zu verwirklichen. Es eröffnen sich darüber hinaus Möglichkeiten, dass Verkehrsbetriebe sich zu Plattform- und Serviceunternehmen weiterentwickeln. Dies erfordert die rechtzeitige Etablierung digitaler Plattformen, um so alle Service- und Mobilitätsleistungen des Unternehmens auf eine intelligente und einfache Art und Weise zugänglich zu machen. Der Schlüssel zum Erfolg: Der Kontakt zu den Kunden und der verantwortungsvolle Umgang mit ihren Daten.

Die Vorzüge der Digitalisierung für Verkehrsbetriebe im Überblick:

  • Linienplanung auf Basis von Auslastungsdaten im Zeitverlauf optimieren.
  • Flottenmanagement zur Koordination von Wartungsarbeiten an den Fahrzeugen.
  • Optimale Fahrzeugdisposition, damit jedes eingesetzte Fahrzeug die Fahrgäste bestmöglich bedienen kann.
  • Fahrteigenschaften der Fahrer optimieren, um Kraftstoff einzusparen bzw. einen angenehmeren Fahrstil zu ermöglichen.
  • Videodaten sind bei Bedarf immer und sofort verfügbar.
  • Strategische Vernetzung mit anderen Branchen wie Energieversorgung eröffnet neue Geschäftsmöglichkeiten

 

Technologische Voraussetzungen für die Digitalisierung im ÖPNV

Während der täglichen Fahrt mit den öffentlichen Verkehrsmitteln interagieren Fahrgäste in Bussen, U- und Straßenbahnen mit unterschiedlichen Systemen. Angefangen mit einem minutengenauen Abfahrplan auf dem Mobiltelefon, der Linienanzeige, dem Ticketautomaten oder kontaktlosen Entwerter bis hin zu Bildschirmanzeigen und Haltestellendurchsagen. Doch wie werden diese Systeme so aufeinander abgestimmt, dass Fahrgäste eine reibungslose Fahrt erleben können? Mit anderen Worten: Wie tauschen diese Systeme Daten untereinander aus und welche Technologie steckt dahinter?

 

Ethernet: Der Standard für moderne Datennetze

Die größte Herausforderung der Digitalisierung ist es wohl, große Datenmengen beherrschbar zu machen. Der Datenaustausch soll schnell, effizient und nach festen Normen erfolgen. Darüber hinaus soll die Vernetzung einer Vielzahl an Teilnehmern aus unterschiedlichen Orten in Betracht gezogen werden. Es bedarf dafür einer effizienten Netzwerk-Infrastruktur.

Um den Anforderungen solcher komplexen Datennetze zu genügen, hat sich in den letzten Jahrzehnten der Netzwerkstandard IEEE802.3, besser bekannt als Ethernet, durchgesetzt. Der Standard erfreut sich vor allem wegen seiner Robustheit, Skalierbarkeit, Bandbreite und Grad der Standardisierung einer großen Beliebtheit. Dabei beinhaltet die Standardisierung nicht nur feste Vorgaben für die Übertragung, sondern sorgt auch für eine große Auswahl an untereinander kompatiblen Geräten, Kabeln und Steckverbindern.

Ethernet-basierte Netzwerklösungen werden insbesondere in Bussen, Trams und U-Bahnen favorisiert. Nahezu alle Fahrzeuge verfügen über einen Router mit einer Drahtlosverbindung zur zentralen Leitstelle. Hier laufen alle Daten über den gesamten Stadtverkehr zusammen. In der Leitstelle werden diese Daten synchronisiert, aktualisiert und an die Fahrgäste über Anzeigen in den Fahrzeugen weitergegeben. Grundvoraussetzung dafür ist die Vernetzung aller Systeme in den Fahrzeugen. Aber wie kommt diese zustande?

Schichten der Gerätekommunikation

Ein Netzwerk stellt eine Verbindung mehrerer Geräte dar, die dieselbe Infrastruktur und Ressourcen teilen und über das Netzwerkprotokoll kommunizieren. Die Kommunikation findet in mehreren Schichten statt. Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection) veranschaulicht diese Schichtunterteilung und definiert sieben Schichten, auch Layer genannt.

 

Ethernet-Schichten

Der Ethernet-Standard wird durch die ersten zwei Schichten definiert: Layer 1 und Layer 2. Das Layer 1 bestimmt die physikalische Übertragungsschicht (Lichtleiter, Kupferleitung) und wird „Physical Layer“ genannt. Die Signalübertragung findet z. B. über verdrillte Adern-Paare (Twisted Pair bzw. TP) statt. Das Layer 2 stellt die Verbindungsebene dar und wird „Data Link Layer“ genannt.

Um die Datenübertragung weitgehend fehlerfrei zu halten, werden die Daten in Blöcke aufgeteilt. Solche Datenblöcke werden auch (Ethernet-)Frames genannt. Dem Layer 2 wird auch die MAC (Media Access Control) zugeordnet – dem Anwender als „MAC-Adresse“ geläufig. Anhand dieser Andresse findet die Adressierung der Netzwerkteilnehmer auf Layer 2 statt. Eine MAC-Adresse ist weltweit einzigartig und wird oft am Gerät angebracht und zur Geräteidentifikation verwendet.

Der Ethernet-Switch als Vermittler in der Gerätekommunikation

In Fahrzeugen des öffentlichen Verkehrs müssen verschiedene Teilnehmer in ein übergeordnetes Netzwerk eingebunden werden. Diese können Kameras zur Überwachung im Fahrgastraum oder Fahrgastinformations- und Zählsysteme sein. Des Weiteren sind Videorecorder, die zentrale Fahrzeugsteuerung, Router sowie Bezahlsysteme typische Teilnehmer in Linienfahrzeugen. Nicht selten müssen in Bussen mehr als 20 Geräte miteinander vernetzt werden. Das geschieht mit Hilfe von speziell für ÖPNV-Fahrzeuge entwickelten Ethernet-Switches. Sie werden als eine Datenweiche eingesetzt und verfügen je nach Anforderung und Einsatz über unterschiedliche Eigenschaften.

Aus technischer Sicht handelt es sich hierbei um Layer-2-Switches. Ein Layer-2-Ethernet-Switch verbindet einerseits die Netzwerkteilnehmer auf Layer 1 und sorgt andererseits dafür, dass die Daten auf Layer 2 fehlerfrei übertragen werden. Dafür speichert der Switch die empfangenen Datenframes bei sich und leitet sie nach Ermittlung der Ziel-MAC-Adresse weiter. Diese Technologie ist auch als „Store and Forward“ bekannt.

Wie Fast Ethernet- und Gigabit-Switches Daten senden und empfangen

Die Datenverarbeitung erfolgt bei modernen Switches direkt in der Hardware. Die Verarbeitungszeit spielt sich im Nano-Sekundenbereich ab, sodass die resultierende Verzögerung (Latenz) für die meisten Anwendungen in der Regel vernachlässigbar klein ist (µs/ms-Bereich). Als Übertragungsgeschwindigkeiten sind die Datenbitraten von 100Mbit/s (Fast Ethernet) und 1Gbit/s (Gigabit) am häufigsten anzutreffen. Sowohl Fast Ethernet als auch Gigabit Ethernet unterstützen Full-Duplex Übertragung. Das bedeutet, dass das Senden und Empfangen der Daten in beide Richtungen zeitgleich erfolgt. Fast Ethernet verwendet dazu jeweils ein Twisted-Pair für das Senden (TX) und Empfangen (RX) und somit insgesamt vier Leitungsadern. Gigabit Ethernet verwendet vier Twisted-Pairs und somit acht Leitungsadern. Bei Gigabit Ethernet wird jedes Paar bidirektional genutzt.

 

Die Infrastruktur für die Digitalisierung: offen und Ethernet-basiert

Der Einsatz Ethernet-basierter Standards wie IBIS-IP und ITxPT ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor für die Umsetzung digitaler Technologien in der ÖPNV-Branche. Dank offener IT-Architektur und Interoperabilität zwischen IT-Systemen, die auf Standardisierung basieren, sind IT-Komponenten in Bus und Bahn mit allen Systemen kompatibel und sofort einsatzbereit. Für Verkehrsunternehmen äußert sich Standardisierung in Herstellerunabhängigkeit und einer größeren Auswahl an Komponenten, was letztendlich zur Kostensenkung führt.

Die Netzwerkarchitektur vom Design bis zum Betrieb

Die notwendige Vernetzung in Bus und Bahn kommt, wie auch von ITxPT vorgeschrieben, durch M12 Ethernet Switches zustande. Dabei bezeichnet M12 den Porttyp. Mit einem breiten Produktportfolio an M12-Ethernet-Switches sorgt TRONTEQ für eine intelligente IP-Vernetzung in öffentlichen Verkehrsmitteln – die Basis, auf der alle Funktionen und Systeme aufbauen. Die Ethernet-Switch-Produktfamilie ROQSTAR ist Ausdruck unseres Engagements für moderne und offene Technologien und Standards im ÖPNV. Alle ROQSTAR M12 Ethernet Switches von TRONTEQ sind durch ITxPT geprüft und gelabelt.

Darüber hinaus sehen wir uns als Partner an der Seite von Verkehrsunternehmen. Wir arbeiten Hand in Hand mit Verkehrsbetrieben zusammen, um optimal auf ihre Bedürfnisse eingehen zu können und ihnen dabei zu helfen, das Bestmögliche aus der Technologie zu machen. Sei es durch Fachwissen bzw. persönliche Beratung oder durch die Entwicklung und Zurverfügungstellung von Tools und Lösungen für IP-Netzwerke – TRONTEQ ist bestrebt, in jeder Phase des Netzwerkdesigns für Busse wie auch für Straßenbahnen einen Mehrwert für seine Kunden durch seine Produkte zu schaffen.

Legen wir los!

Sie bei der Umsetzung standardisierter IP-Netzwerke zu unterstützen, ist unsere Mission. Kontaktieren Sie uns jetzt und wir beraten Sie unverbindlich zu Ihrem Projekt.

Juri Martinevski

Juri Martinevski

Unsere Produkte bilden die Basis für die Digitalisierung in öffentlichen Transportmitteln. Für e-Ticketing, Fahrgastzählsysteme (PCS), dynamische Fahrgastinformation (DPI) oder Videoüberwachung (CCTV) stellen unsere ROQSTAR M12 Ethernet Switches die Netzwerk-Infrastruktur bereit.

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