Netzwerkdesign für den digitalisierten ÖPNV-Bus
17 Nov, 2021

Die Optimierung von Planung und Einsatz der Fahrzeuge beginnt mit der Verfügbarkeit von Live-Daten zwischen Leitstelle und Fahrzeugflotte. Kurzum, die Digitalisierung beginnt bei dem Netzwerkdesign in den Fahrzeugen. Diese soll den Anforderungen der Verkehrsbetriebe gerecht werden. Zum einen, um eine hohe Qualität der Leistung für Fahrgäste sicherzustellen, zum anderen, um die Effektivität der internen Betriebsabläufe zu optimieren.

Im Folgenden designen wir Schritt für Schritt ein IP-Netzwerk für digitalisierte Linienbusse, das ein hohes Maß an Datentransparenz und somit beste Voraussetzungen für einen effizienten ÖPNV-Betrieb gewährleistet.

IP-Komponenten auswählen

Im typischen Fall werden alle oder nahezu alle vorhandenen Geräte im Fahrzeug in ein Netzwerk verbunden. In diesem Beispiel statten wir einen Solobus mit allen Geräten aus, die wir als wichtig für einen effizienten Betrieb und ein optimales Fahrgasterlebnis erachten. Dazu zählen Innen- und  Außendisplays, Fahrkartensysteme, Fahrgastzählsysteme, digitale Kameras bzw. Recorder und Fahrgast-WLAN. Bei dem Netzwerkdesign berücksichtigen wir auch den Bordrechner, der eine zentrale Rolle für die Netzwerksteuerung spielt sowie den Router, der die Netzwerkdaten an die Leitstelle sendet.

Bei allen Geräten handelt es sich um Komponenten, die über eigene IP-Adressen verfügen und auf die per Remote zugegriffen werden kann. Die Gerätekonfiguration selbst wird an dieser Stelle nicht behandelt.

Alle Onboard-Geräte, die einzubauen sind, fassen wir in einer Liste zusammen:

  • Boardrechner x1
  • Fahrerbedieneinheit x1
  • Fahrkartenentwerter x2
  • Fahrgastzählsystem x2
  • Kamera x3
  • Videorecorder x1
  • Fahrtanzeiger x3
  • Fahrgastinformationssystem x2
  • Router x1
  • Managed Fast Ethernet Switch x2

Über die Art der Switches, mit denen wir unser Netzwerk aufbauen, entscheiden wir zum Schluss. Wir entscheiden uns für Managed Switches, da sie die nötige Transparenz und Kontrollmöglichkeiten bieten, die wir für unseren digitalisierten Linienbus benötigen. Die Anzahl der Switches und die Portanzahl pro Switch machen wir primär von der Gesamtanzahl der Peripheriegeräte abhängig. Für Wartungszugang zum gesamten Netzwerk sowie für künftige Netzwerkerweiterungen wird mindestens ein Port pro Switch freigelassen.

>> Lesen Sie auch: So wählen ÖPNV-Betreiber den richtigen Switch aus

Einbaubedingungen

Mit Rücksicht auf die Funktion, die das jeweilige Gerät im Bus erfüllt sowie die Platzverhältnisse, bestimmen wir für jedes Gerät seine genaue Einbaustelle. Wir ordnen die Geräte schematisch so ein, wie sie später im Fahrzeug installiert werden sollen.

ℹ Wichtig für die Installation und die Netzwerkplanung ist auch die Stromversorgung der IP-Teilnehmer. Daher ist beim Festlegen des Einbauortes von Switches auch an die Kabelführung zu denken. Das gleiche gilt auch bei Nachrüstungen, wo Kabel bereits verlegt sind. Geräte, die über Power over Ethernet (PoE) versorgt werden, benötigen kein separates Stromversorgungskabel und werden direkt vom Switch versorgt. Dafür soll der verwendete Ethernet Switch die PoE-Funktion unterstützen.

Topologie

Die Praxis zeigt, dass Linientopologien in Bussen am praktischsten sind und daher am meisten Sinn machen. Auch für unseren Solo-Stadtbus entscheiden wir uns für eine einfache Linientopologie, die wir mit zwei Ethernet Switches umsetzen. Beide Switches verfügen über PoE und Gigabit-Ports (zur Verbindung zwischen beiden Switches und Switch-Router). Dank 16 + 10 Ports lassen sich alle vorgesehenen Geräte anschließen und es bleiben Ports für künftige Netzwerkerweiterungen übrig.

ℹ Ports freizulassen ist eine gängige Praxis und wird auch durch die Organisation für Interoperabilität im öffentlichen Verkehr ITxPT empfohlen.

Kommunikationsplan

In einem Netzwerk mit vielen Teilnehmern ist es oft nicht zwingend nötig oder gar erwünscht, dass alle untereinander kommunizieren können. Um dies zu verhindern, ist ein genauer Kommunikationsplan notwendig. Dieser verdeutlicht schematisch, welche Geräte im Bus miteinander kommunizieren sollen und welche es nicht dürfen. Daraus ergibt sich auch die logische Netzwerkinfrastruktur.

ℹ Eine eingeschränkte Kommunikationsfähigkeit der Geräte innerhalb des Netzwerks ist in komplexen, digitalen IP-Netzwerken unabdingbar. Managed Switches ermöglichen dies, indem sie das gesamte Netzwerk in logische Subnetzwerke unterteilen. Dadurch wird beispielsweise sichergestellt, dass die Fahrgast-WLAN von den restlichen Systemen (z. B. Kamera) getrennt ist. Dies soll unerwünschte Eingriffe verhindern und das Sicherheitslevel der Daten erhöhen.

Netzwerkeinstellungen

Nachdem wir die logische Netzwerkinfrastruktur definiert haben, setzen wir sie schematisch mit Hilfe von virtuellen LANS (VLANs) um. Die Netzwerktrennung wird in der Abbildung unten ersichtlich. So tauschen Kameras und Videorecorder Daten untereinander aus, sie tun dies jedoch nur innerhalb des virtuellen Video-Netzwerks. Einzig netzwerkkritische IP-Teilnehmer wie der Bordrechner und der Router verfügen über alle Daten bzw. leiten sie weiter.

Hinweis: Typischerweise sind nicht alle Geräte in einem Netzwerk VLAN-fähig. Die Trennung übernimmt bei Bedarf der Managed Ethernet Switch, wobei dem jeweiligen Switch-Port ein festes VLAN zugeordnet wird. Somit kann der angeschlossene Teilnehmer nur innerhalb dieses VLANs kommunizieren.

ℹ Unter Umständen kann die Problematik der logischen Netzwerktrennung auch durch den Router gelöst werden. In manchen Fällen kann das Fahrgast-WLAN an den Router angeschlossen werden oder ist es bereits darin integriert.

Die Erkennung der einzelnen Geräte im Netzwerk erfolgt über individuelle IP-Adressen, die an dieser Stelle zu vergeben sind.

Teilnehmer IP-Adresse VLAN Mitglied
Bordrechner 10.13.201.1 Management, Fahrtdaten, Video, WLAN, Ticket
Router 10.13.201.2 Management, Fahrtdaten, Video, WLAN, Ticket
Switch 1 10.13.201.3 Management, Fahrtdaten, Video, WLAN, Ticket
Switch 2 10.13.201.4 Management, Fahrtdaten, Video, WLAN, Ticket
Fahrtanzeiger 1 10.13.201.10 Fahrtdaten
Fahrtanzeiger 2 10.13.201.11 Fahrtdaten
Fahrtanzeiger 3 10.13.201.12 Fahrtdaten
Kamera 1 172.168.1.11 Video
Kamera 2 172.168.1.12 Video
Kamera 3 172.168.1.13 Video
Kamera 4 172.168.1.14 Video
Videorecorder 172.168.1.15 Video
Fahrgastinfo 1 10.13.201.40 Fahrdaten
Fahrgastinfo 2 10.13.201.41 Fahrdaten
Fahrerbedieneinheit 10.13.201.42 Fahrdaten
Fahrscheinentwerter 1 10.10.201.10 Ticket
Fahrscheinentwerter 2 10.10.201.11 Ticket
Fahrgastzählsystem 1 10.13.201.60 Fahrdaten
Fahrgastzählsystem 2 10.13.201.61 Fahrdaten
Fahrgast-WLAN 192.168.1.10 WLAN
Wartungszugang 10.13.201.250 Management, Fahrtdaten, Video, WLAN, Ticket

 

Diagnose/Überwachung

Um die reibungslose Funktionalität des digitalen IP-Netzwerks an Bord unseres Stadtbusses sicherzustellen, sehen wir bei dem Netzwerkdesign eine dauerhafte Netzwerküberwachung vor. Diese wird in manchen Fällen über den Bordrechner ermöglicht. Da der Switch zu jedem Teilnehmer im Netzwerk eine physikalische Verbindung hat, ist die Diagnose mittels eines Managed Ethernet Switches effektiver.

Eine dauerhafte Überwachung macht vor allem aus zwei Gründen Sinn:

  1. Zur Fehlersuche
  2. Kontrolle über den laufenden Betrieb.

Managed Ethernet Switches können mit Hilfe spezieller Protokolle Auskunft über den Netzwerkstatus geben:

  • ITxPT Inventory Service x-status: Die Überwachung erfolgt eventbasiert: Tritt ein unerwünschtes Ereignis auf, wird eine Nachricht mittels DNS an alle Teilnehmer verschickt. Über den Router kann die Störung direkt in die Leitstelle weitergeleitet werden. Diese Funktion eignet sich, um ein Überblick über die gesamte Fahrzeugflotte zu behalten. Es handelt sich um essentielles, funktionsrelevantes Monitoring.
  • Remote Logging: Alle Ereignisse, die im Switch protokolliert werden, werden auch an einen Remote Server in der Leitstelle weitergeleitet. Hier ist ein umfangreiches Monitoring und Erstdiagnose möglich.
  • SNMP Trap: Mit dem Simple Network Management Protocol können Fehlermeldungen versendet werden.

Bitte informieren Sie sich vorab, welche dieser Protokolle Ihr Ethernet Switch unterstützt.

Finales Design

Um ein funktionierendes Netzwerkdesign für unseren Linienbus zu erhalten, legen wir zum Schluss fest, wie das gesamte IP-Netzwerk zu konfigurieren ist. Es gilt zunächst zu klären, welche Mechanismen es gibt, um Einstellungen im Fahrzeug vorzunehmen. Der klassische Fall der manuellen Konfiguration eines jeden einzelnen Gerätes bzw. Switches kann mit Hinblick auf eine ganze Flotte sehr aufwendig werden. Eine einfachere Möglichkeit hierfür bieten ROQSTAR Ethernet Switches von TRONTEQ. Eine neue Lösung ermöglicht es, dass in einem vordefinierten Netzwerk sich alle Switches gegenseitig konfigurieren. Für die Praxis bedeutet das konkret, dass die Konfiguration nur ein Mal pro Bus und nicht pro Gerät vorzunehmen ist.
Auf alle Fälle ist bei den Überlegungen zur Konfiguration an die gesamte Flotte zu denken und nicht nur an ein einzelnes Fahrzeug.

Mehr Storys wie diese:

Netzwerk-Infrastruktur im ÖPNV-Fahrzeug: Pilotphase

Netzwerk-Infrastruktur im ÖPNV-Fahrzeug: Pilotphase

Das geplante IP-Netzwerk aus CCTV, Fahrgastinformationssystem, Fahrgastzählsystem u.a., mit dem die ganze Fahrzeugflotte ausgestattet werden soll, funktioniert. Zumindest im Labor. Nun gilt es, dies in der Praxis unter realen Bedingungen zu...

read more

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.

Kontakt

TRONTEQ OHG
Hölzlestr. 3
D-72768 Reutlingen

+49-7121-91799-0

info@tronteq.com

Vernetzen Sie sich mit uns!
© 2021 | TRONTEQ OHG