TRDP – die Zu(g)kunft hat begonnen

Das Interesse an dem Train Realtime Data Protokoll (TRDP) steigt. Bei NewTec merken wir das beispielsweise an deutlich zunehmenden Anfragen von Herstellern, Betreibern und auch seitens der Presse. In einer kleinen Reihe von Blogartikeln wollen wir daher TRDP etwas genauer beleuchten. In diesem Beitrag geht es um die Fragen: Welchen Nutzen bringen Standardisierungen im Bahnbereich? Was genau verbirgt sich hinter TRDP? Und welche Möglichkeiten eröffnet diese Technik?

Es war einmal?
Stellen Sie sich vor, Sie fahren mit der Bahn von Stuttgart nach Heidelberg. Bei Bretten, an der Grenze zwischen Württemberg und Baden, müssen Sie mitsamt Gepäck aussteigen, den Zug und den Bahnhof wechseln. In Baden haben die Gleise nämlich eine Spurweite von 1.600 mm und in dem Nachbarland 1.435 mm. Bis 1855 ist das im Südwesten Deutschlands Realität. Dann merkt man im Großherzogtum, dass man mit der proprietären Spurweite aufs falsche Pferd gesetzt hat und entscheidet sich, 400 km Strecke, 66 Loks und wohl mehr als 1.000 Wagen umzuspuren.
Eine Heldentat, denn die Umspurung gelingt bei laufendem Betrieb ohne größere Unfälle. Allerdings sind auch die spurverkleinerten Wagen damit immer noch nicht frei unter den verschiedenen Landesbahnen austauschbar. Denn es gibt überall unterschiedliche Normen und Beschriftungen für das rollende Material. Das ändert sich erst 1909 mit der Gründung des Deutschen Staatsbahnwagenverbands, mit dem einheitliche, länderübergreifende Normen für Wagen eingeführt werden.
Vereinheitlichungsprojekte gehören also von Anfang an zur Bahn wie das Rad zur Schiene. Nahezu jeder Modernisierungsschritt ist verbunden mit der Einführung neuer, einheitlicher Standards, die bisherigen Wildwuchs ersetzen.

Moderner Wildwuchs
Betrachtet man die aktuelle Situation im Personenverkehr, ist sie gar nicht so weit entfernt von der Situation des Güterverkehrs vor Gründung des Deutschen Staatsbahnwagenverbands. Von einer flexiblen, Hersteller und Bahnbetreiber übergreifenden Kombinierbarkeit von Rollmaterial kann keine Rede sein.
Der Grund: Die heute in Reisezügen verbauten rechnergesteuerten Komponenten wie Klimaanlagen, Bordnetzumrichter oder Türsteuerungen stammen häufig von verschiedensten Herstellern. Um sie zugweit überwachen und steuern zu können, kommen meist unterschiedliche proprietäre Kommunikationsprotokolle zum Einsatz. Einen Liegewagen der polnischen Staatsbahn in einen Zug der Deutschen Bahn einreihen ist da nicht ohne weiteres möglich.
Aber die vielen unterschiedlichen Systeme und Protokolle sind nicht nur für Bahnbetreiber ein Problem. Bereits bei der Entwicklung und Produktion von rollendem Material ist die Integration von Komponenten verschiedener Hersteller in einem Wagen häufig alles andere als banal. Der Wildwuchs der Systeme macht die Kommunikation in Zügen zudem nicht nur hochkomplex, sondern auch fehleranfällig.

Licht am Ende des Bahntunnels
Eine entscheidende Weichenstellung in Richtung Vereinheitlichung und herstellerübergreifende Kompatibilität tätigte die internationale Normungs-Organisation IEC mit der Normenfamilie IEC 61375 für Zugkommunikationsnetze (Train Communication Network / TCN). Seit 2015 sind dafür auch ethernetbasierte Netzwerke für Wagen und den gesamten Zug spezifiziert. Als Kommunikationsprotokoll dient das in der Norm IEC 61375-2-3 beschriebene TRDP (Train Realtime Data Protocol). TRDP bildet damit die Grundlage für eine einheitliche Netzwerkkommunikation in zukünftigen Zügen.
TRDP wurde unter Beteiligung von NewTec und namhaften Herstellern sowie Zulieferern von rollendem Material entwickelt. Das Protokoll wird in Zukunft im ETB (Ethernet Train Backbone), also der spezifizierten Technologie für die zugweite Kommunikation, verpflichtend sein und ersetzt als einheitlicher Standard verschiedene proprietäre Lösungen.

Vorteile von TRDP
TRDP ermöglicht den Austausch von Prozess- und Message-Daten per Ethernet. Als IP-basierte Technologie bietet es eine Bandbreite von 1 Gbit/s. Damit können auch die steigenden Performance-Anforderungen moderner Anwendungen und On-Board-Services wie Klimaanlage, Türsteuerung oder Fahrzeugdiagnose problemlos erfüllt werden. Mit den derzeit noch üblichen 100 Mbit/s des Wire Train Bus (WTB) und Multifunction Vehicle Bus (MVB) ist das hingegen kaum möglich.
Die Einführung des neuen einheitlichen Standards in der Zugkommunikation schafft darüber hinaus neue Freiheiten, denn nun kann auch rollendes Material unterschiedlicher Hersteller und Betreiber frei zusammengestellt werden. Die universelle Vernetzbarkeit und die Option, Komponenten innerhalb eines Wagens oder eines ganzen Zuges frei zu kombinieren, eröffnen auch zahlreiche neue Möglichkeiten für OEMs und Komponentenhersteller. Was Hersteller dabei beachten müssen, beleuchten wir in einem speziellen Blogbeitrag.

Schnell und sicher
TRDP überträgt die Daten deterministisch in sehr kleinen Taktzyklen und ohne Jitter. So eignet es sich auch gut zum Aufbau einer sehr schnellen und sehr sicheren Kommunikation, wie sie für das Time Sensitive Network (TSN) erforderlich ist. Sicherheitsfunktionen wie Brake-by-Wire oder andere TSN-Anwendungen sind somit auf Basis von TRDP realisierbar (mit dem zusätzlichen Safety-Protokoll SDT).
Das ist ein entscheidender Vorteil in Hinblick darauf, dass in Zukunft Steuerungsprozesse auch sehr hohe Anforderungen an die funktionale Sicherheit bis Safety Integrity Level (SIL) 4 erfüllen sollen. Um das zu ermöglichen, wurde unter dem Dach der EU-Initiative Shift to Rail das Projekt Safe4Rail gegründet. NewTec war hier maßgeblich an der Definition sicherheitskritischer Funktionen und Protokolle beteiligt. Mehr zu Safe4Rail.

Fazit
TRDP ist das Zug-Kommunikationsprotokoll der Zukunft – vor allem, weil damit sowohl Anforderungen von heute wie z. B. an eine flexible Zugzusammenstellung als Aufgaben von morgen wie die Steuerung sicherheitskritischer Funktionen umsetzbar sind. Und nicht zuletzt eröffnen sich Herstellern und OEMs durch TRDP zahlreiche Möglichkeiten zur Integration neuer Funktionen und zur Entwicklung neuer Anwendungen.