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Verkehrsspezifische digitale Netze

Erstellt am: 11.06.2015 | Stand des Wissens: 05.09.2023
Synthesebericht gehört zu:

Digitale Netze im Verkehr werden zum einen verkehrsträgerintern und zum anderen verkehrsträgerübergreifend genutzt. Gegenwärtig vorhandene verkehrsträgerinterne Netze basieren im Schienenverkehr auf dem Mobilfunkstandard für Eisenbahnen, dem Global System for Mobile Communication for Railways (GSM-R) und auf dem Terrestrial Trunked Radio- (TETRA-)Standard für den digitalen Bündelfunk im Öffentlicher Personennahverkehr (ÖPNV).
GSM-R ist ein auf dem GSM-Mobilfunkstandard aufbauender Standard, der eine nicht öffentliche Kommunikation im Zug- und Rangierfunk ermöglicht und darüber hinaus einen wichtigen Baustein des künftigen europaweit standardisierten Zugbeeinflussungssystems European Train Control System (ETCS) darstellt. Seit 1998 erfolgte die Umstellung auf GSM-R in Deutschland schrittweise. Der jeweils aktuelle Stand des Ausbaus ist auf der Internetseite der DB Netz AG abrufbar.
Im Bereich des ÖPNV wird die Kommunikation zwischen den einzelnen Akteuren (Fahrzeug, Leitzentrale, Infrastruktur) einerseits noch über analogen Bündelfunk (auslaufend) und andererseits über den TETRA- Standard für digitalen Bündelfunk oder den Digital Mobile Radio- (DMR-)Standard realisiert. Im Vergleich zu den öffentlichen Mobilfunkdiensten besteht der Vorteil dieser Standards in der Möglichkeit wichtige Dienste zu priorisieren, wie zum Beispiel Notrufe. Hybride Systeme, die TETRA und DMR sowie öffentliche Mobilfunksysteme gemeinsam einsetzen, werden auf Grund der steigenden Datenmengen bei gleichzeitig niedrigen Bandbreitenbedarf der Systeme künftig an Bedeutung gewinnen [Döri14]. Durch den Einsatz digitaler Netze im ÖPNV können verschiedene Dienste, wie eine ÖPNV-Bevorrechtigung an Lichtsignalanlagen oder die Bereitstellung von Fahrgastinformationen in Echtzeit, realisiert werden.
Neben den verkehrsträgerspezifischen Netzen werden zunehmend Netze relevant, die eine verkehrsträgerübergreifende Kommunikation ermöglichen und damit die Grundlage für ein intelligentes Verkehrssystem legen. Hybride Varianten kommen hier vorrangig zum Einsatz. Diese umfassen Mobilfunk (Global System for Mobile Communication (GSM), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Long-Term-Evolution (LTE)), Rundfunk mit digitalen Verkehrsdatendiensten (Ultrakurzwellen-Rundfunk mit  Traffic Message Channel (UKW/TMC) sowie Digital Audio Broadcasting (DAB)+/Transport Protocol Experts Group (TPEG)), Festnetz und direkte Fahrzeugkommunikation mit Wireless Local Area Network (WLANp). Es ist naheliegend, dass insbesondere die Definition von Schnittstellen von großer Bedeutung ist, um eine ununterbrochene Kommunikation zwischen den Verkehrsteilnehmern untereinander und auch zu den und zwischen den Verkehrsdienstleistern zu ermöglichen. Diese intelligente Mobilität kann zu einer besseren Auslastung und gesteigerten Effizienz im Personen- und Güterverkehr führen. Voraussetzung dafür ist allerdings eine leistungsstarke Netzinfrastruktur mit garantierter Übertragungsqualität [NIT13].
Ansprechpartner
Bauhaus-Universität Weimar, Professur Verkehrssystemplanung, Prof. Dr.-Ing. Plank-Wiedenbeck
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Digitale Infrastrukturen für verkehrsspezifische Anwendungen (Stand des Wissens: 05.09.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?451631
Literatur
[Döri14] Döring, H. Techniken im Test. Welche Digitalfunksysteme sind für den ÖPNV geeignet? , veröffentlicht in NET - Zeitschrift für Kommunikationsmanagement, Ausgabe/Auflage 12/2014, 2014/12, ISBN/ISSN 0947 4765
Glossar
DMR
Digital Mobile Radio (DMR) ist ein Übertragungsstandard für Sprache und Daten in nichtöffentlichen Funknetzen. Er kommt zum Beispiel im Betriebsfunk zum Einsatz.
DAB+
Digital Audio Broadcasting (DAB) bezeichnet die digitale Verbreitung von Audiosignalen über eine Antenne. Das "+" steht für die Übertragung in bester Tonqualität, die zudem Platz lässt für programmbegleitende Zusatzinformationen, wie Verkehrsdaten, Wetterkarten, Titel, Interpret, Albumcover bei Musikstücken oder die aktuellen Nachrichtenschlagzeilen.
ETCS
Standard eines EU-weit harmonisierten Zugbeeinflussungssystems, welches im Falle einer entsprechenden Streckeninfrastrukturausstattung und Fahrzeugertüchtigung die unterbrechungsfreie Durchführung grenzüberschreitender Schienenverkehre ermöglicht, ohne zu diesem Zweck das triebfahrzeugseitige Mitführen unterschiedlicher, auf nationaler Ebene verwendeter Systemkomponenten vorauszusetzen.

Mit Hilfe von Zugbeeinflussungssystemen lassen sich auf dem Streckennetz stattfindende Fahrten beispielsweise hinsichtlich einer Einhaltung erlaubter Höchstgeschwindigkeiten oder der Befolgung signalisierter Befehle überwachen, um gegebenenfalls automatische Schutzreaktionen auszulösen. So können etwa Triebfahrzeuge, welche ein Halt zeigendes Signal überfahren, selbsttätig zum Stillstand gebracht werden.

In Zukunft wird der automatische Zugbetrieb (Automatic Train Operation, ATO) auf Grundlage des ECTS gebaut.
Global System for Mobile Communication
Der GSM-Standard (Global System for Mobile Communication) - ursprünglich ein rein europäisches Mobilfunkkonzept - hat inzwischen weltweite Verbreitung gefunden. In Deutschland nutzen die Mobilfunknetzanbieter Deutsche Telekom, Vodafone und Telefonica mit ihren Mobilfunknetzen gegenwärtig die Frequenzbereiche GSM 900 und GSM 1800.
WLANp
Wireless Local Area Network bezeichnet ein international standardisiertes drahtloses Funknetzwerk, welche hier mit dem Zusatz p speziell für eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen sowie zwischen Fahrzeugen und einer Infrastruktur entwickelt wurde.
Öffentlicher Personennahverkehr
Der öffentliche Personennahverkehr ist juristisch im Personenbeförderungsgesetz (PBefG) definiert. Laut Paragraf 8, Absatz 1 und 2 umfasst der ÖPNV "die allgemein zugängliche Beförderung von Personen mit Straßenbahnen, Obussen und Kraftfahrzeugen im Linienverkehr, die überwiegend dazu bestimmt sind, die Verkehrsnachfrage im Stadt-, Vorort- oder Regionalverkehr zu befriedigen". Taxen oder Mietwagen können dieses Angebot ersetzten, ergänzen oder verdichten.
Der Begriff ÖPNV bezieht sich in der Regel auf Strecken mit einer gesamten Reiseweite von weniger als 50 Kilometern oder einer gesamten Reisezeit von weniger als einer Stunde. Das in einer Stadt oder Region erforderliche Nahverkehrsangebot und dessen Eignung hinsichtlich Nachhaltigkeit und Klimaschutz wird in einem Nahverkehrsplan definiert und festgehalten.
UKW
Als Ultrakurzwellen (UKW) bezeichnet man elektromagnetische Wellen, die von einem Sender in einem Frequenzbereich zwischen 30 Megahertz bis 300 Megahertz abgegeben und mit einem Radiogerät empfangen werden können. In der Regel liegt die Reichweite eines UKW-Senders – je nach Sendeleistung und Empfängerstandort – bei bis zu 200 km. 
Traffic Message Channel Traffic Message Channel (TMC) ist ein Verkehrsinformationsdienst, welcher auf Radio Data System (RDS) beruht, das mehrere Kanäle für Zusatzinformationen zu den jeweiligen Radioprogrammen zur Verfügung stellt. TMC überträgt nach einem spezifischen Protokoll digital codierte Verkehrsinformationen, die im Radiodisplay angezeigt werden. Die Nutzung von TMC ist sprachunabhängig, das heißt die Informationen werden unabhängig vom augenblicklichen Aufenthaltsort in der Sprache des jeweiligen Benutzers dargestellt.
TPEG Der Transport Protocol Experts Group (TPEG)-Standard ist ein offener internationaler Standard zur Kodierung sprachunabhängiger und multimodaler Verkehrs- und Reiseinformationen. Er baut auf den Erfahrungen von RDS-TMC (Radio Data System-Traffic Message Channel) auf, erweitert diesen aber erheblich (zum Beispiel detailliertere Beschreibung von Störungsereignissen, Ortsangaben, Übermittlung von Strategien, Prognosedaten et cetera). TPEG-Informationen können von Geräten (z.B. Navigationsgeräte) verarbeitet, aber auch so aufbereitet werden, dass sie von Personen einfach verstanden werden.
UKW/TMC Per Ultrakurzwellen-Rundfunk mit dem Traffic Message Channel werden Verkehrsbeeinträchtigungen im nichthörbaren Bereich des UKW-Signals in digitaler Form gesendet. Moderne Navigationssysteme können Staumeldungen über TMC empfangen und damit Routen zur Umfahrung von Verkehrsstaus und Behinderungen (dynamische Zielführung) erstellen.
WLAN
Als Wireless Local Area Network (WLAN, deutsch: drahtloses lokales Netzwerk) wird ein lokales Funknetz und dessen verschiedene Techniken und Standards bezeichnet.
TETRA Terrestrial Trunked Radio (ursprünglich Trans-European trunked radio): ist ein Standard für digitalen Bündelfunk. Mit TETRA lassen sich Universalnetze aufbauen, über die der gesamte betriebliche Mobilfunk von Anwendern wie Behörden, Industrie- oder auch Nahverkehrsbetrieben abgewickelt werden kann.
UMTS Abkürzung für Universal Mobile Telecommunications System. Internationaler Standard für zellulare Mobilfunknetze, der bei einer Datenübertragungsrate von bis zu 2 Megabit pro Sekunde neben den klassischen Mobilfunkdiensten auch mobile Multimediaanwendungen und einen Internetzugang ermöglicht.
LTE
Long-Term-Evolution (LTE) ist nach dem analogen Mobilfunknetz, dem GSM-Standard (2G) und dem UMTS-Standard (3G) der inzwischen vierte Mobilfunkstandard (4G), der deutlich höhere Downloadraten mit bis zu 300 Megabit pro Sekunde erreichen kann.
LTE-Advanced, kurz LTE-A, ist eine Erweiterung von LTE und soll Datenraten bis zu einem Gigabit pro Sekunde beim Herunterladen von Inhalten erzielen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das klassische LTE Netz mit der neuen Technologie aufgerüstet werden.
GSM-R Global System for Mobile Communication for Railways; vom GSM Standard (GSM2+) abgeleitete Variante für einen Standard für den Betriebsfunk der Eisenbahnen. Technologisch stellt GSM-R eine Kommunikationslösung für eine nichtöffentliche Nutzergruppe dar. GSM-R arbeitet auf anderen Frequenzen als das Grundsystem und nutzt die für Betriebsfunk reservierten Frequenzbereiche. GSM-R wird seit 1997 von verschiedenen europäischen Bahnverwaltungen eingesetzt.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?450672

Gedruckt am Dienstag, 16. April 2024 16:37:47