TRDP leicht gemacht – mit Werkzeugen und Services von NewTec

Immer mehr Komponenten in Schienenfahrzeugen sind rechnergesteuert – von der Klimaanlage bis zu den Bremsen. Einheitliche Standards sollen für Interoperabilität sorgen. NewTec hilft Komponenten-Herstellern bei der Implementierung des neuen Standards TRDP.

Zugkomponenten stammen in der Regel von verschiedenen Herstellern, die meist unterschiedliche proprietäre Bussysteme und Kommunikationsprotokolle nutzen. Damit solche Komponenten zugweit gesteuert und überwacht werden können, müssen sie miteinander kommunizieren. Schon 1999 haben die International Railway Union und die Normungsorganisation IEC (International Electrotechnical Committee) deshalb die Norm 61375 aus der Taufe gehoben, die ein einheitliches „Train Communication Network“ (TCN) beschreibt. Das TCN besteht aus zwei Bussystemen, dem fahrzeugweiten „Multifunction Vehicle Bus“ MVB und dem zugweiten „Wire Train Bus“ WTB. Allerdings hat dieser Standard zwei Nachteile: Erstens konnte er sich nicht universell durchsetzen (so waren weiterhin neben MVB auch andere Feldbusse wie CANopen oder Profibus im Einsatz) und zweitens reichen die spezifizierten Datenraten (bis zu 1 Mbit/s bei WTB und 1,5 Mbit/s bei MVB) nicht für moderne Anwendungen wie Brake-by-Wire, Diagnosefunktionen oder Videoüberwachung.

Die Weichen sind gestellt
Deshalb wurden vor einigen Jahren die Weichen in Richtung Zukunft gestellt: Aktuelle Versionen der einschlägigen TCN-Norm IEC 61375 standardisieren zusätzlich ein IP-basiertes Kommunikationsnetzwerk mit Ethernet-Technologie, welches das TRDP-Protokoll nutzt (Train Realtime Data Protocol, spezifiziert in IEC 61375-2-3 Anhang A). Als fahrzeugweites Netzwerk (analog zum MVB) dient dabei das sogenannte Ethernet Consist Network mit Ring-Topologie (IEC 61375-3-4) und als zugweites Netzwerk (analog zum WTB) das Ethernet Train Backbone (IEC 61375-2-5).

Die Basis für die gesamte Kommunikation in zukünftigen Zügen bildet nun das Netzwerkprotokoll TRDP, das wesentlich aus Bombardiers IPTCom-Protokoll hervorging und den Austausch von Prozessdaten (PD) und Message-Daten (MD) ermöglicht. TRDP nutzt UDP (User Datagram Protocol), das als verbindungsloses Übertragungsprotokoll den Vorteil schnell aufgebauter und robuster Übertragungen bietet, sowie optional TCP (Transmission Control Protocol). Weil die TRDP-Datenübertragungsstrecken in der Regel als „Black Channel“ nach IEC 61508 betrachtet werden müssen (also nicht die Anforderungen sicherheitsgerichteter Anwendungen erfüllen), kann zur Absicherung optional eine Sicherungsschicht verwendet werden, das Safe Data Transmission Protokoll SDTv2. Damit sind auch safety-relevante Anwendungen bis SIL 2 möglich. TRDP wird auch zukünftigen TSN-basierten Zugnetzwerken (Time Sensitive Network) zugrunde liegen.

NewTec ist Experte für TCN und TRDP
Für viele Hersteller bringen die neuen Standards erhebliche Herausforderungen mit sich. Sie müssen TRDP und andere TCN-Standards in ihre Produkte integrieren und die entsprechenden Normen wie IEC 61375 einhalten. Schnittstellen müssen implementiert, umfangreiche Funktions- und Interoperabilitätstests durchgeführt sowie Zertifizierungsverfahren durchlaufen werden.

Als ausgewiesene Bahn- und TRDP-Experten helfen wir Komponenten-Herstellern bei der Implementierung der neuen Technologie mit leistungsfähigen Werkzeugen und umfangreichen Services. Wir verfügen über umfangreiches Branchen- und TCN-Know-how – auch in Bezug auf funktionale Sicherheit und Netzwerk-Security. Zudem ist NewTec gemeinsam mit Alstom, Siemens, CAF und Toshiba Vollmitglied der TCNOpen-Initiative, die sich für die Entwicklung von Schlüsselkomponenten für zukünftige Kommunikationsstandards im Bahnbereich engagiert, und hat das Kommunikationsprotokoll TRDP federführend mitentwickelt. Zu unseren Kunden gehören zahlreiche Branchengrößen wie Bombardier Transportation (jetzt ALSTOM), die Schweizerischen Bundesbahnen, Lütze Transportation, Selectron oder Wago.

Werkzeuge und Services: NTTrainSolutions
NewTecs NTTrainSolutions bezeichnet ein Komplettpaket von Werkzeugen und Services, darunter u. a. Beratung und Projektbegleitung, umfangreiche kundenspezifische Entwicklungsdienstleistungen und die flexible skriptbasierte Testumgebung NTOnTrack Test Environment. Ziel ist es, Hersteller dabei zu unterstützen, schneller und mit weniger Aufwand maßgeschneiderte TRDP-Lösungen zu entwickeln, Schnittstellen zu implementieren und Produkte automatisiert auf Interoperabilität, Sicherheit und Robustheit zu testen.

Das Consulting-Team von NewTec hilft Kunden, die Möglichkeiten der neuen Standards optimal auszunutzen, aber auch Fallstricke in der Projektumsetzung zu vermeiden. Hersteller, die nicht über ausreichend Ressourcen oder eigenes TRDP-Know-how verfügen, profitieren von unseren kundenspezifischen Entwicklungen, erhalten Hilfe bei Produktentwicklung oder Tests und können auch Schulungen, Workshops oder One-on-one-Coachings mit TRDP-Experten nutzen.

Ganz besonders aber möchten wir Ihnen unser TRDP-Testsystem ans Herz legen, das NTOnTrack Test Environment.

Automatisierte TRDP-Tests mit NTonTrack Test Environment
Tests automatisieren – einfach per Skript: Mit NTOnTrack Test Environment können Zughersteller, Komponentenlieferanten und Prüfeinrichtungen ihre Systeme schon während der Entwicklung automatisiert auf Interoperabilität, Sicherheit, Standardkonformität und Robustheit testen und TRDP-Anwendungen schneller und kostengünstiger entwickeln. Als offenes, leicht erweiterbares System lässt sich die NTOnTrack-Testumgebung einfach an individuelle Anforderungen und Produkte anpassen.

Aktuell umfasst NTonTrack Test Environment vier Werkzeuge:

  • NTOnTrack TRDP Analyzer, ein Protokollanalysewerkzeug für TRDP und mehr
  • NTOnTrack TRDP High Layer, eine komfortable TRDP-API für den TRDP-Stack von TCNopen
  • NTOnTrack TRDP Responder: TRDP-Endgeräte-Simulator
  • NTonTrack Conformance Test: TRDP-Endgeräte-Test

Die NTonTrack-Tools kurz vorgestellt
Der NTOnTrack TRDP Analyzer ist ein tragbares, modular designtes Protokollanalysewerkzeug für TRDP und andere Ethernetprotokolle. Die performante Hardware ermöglicht im „Tap“-Modus die minimal invasive „In-line“-Erfassung und Analyse von Ethernet-Telegrammen eines kompletten Netzwerksegments mit bis zu 1000 Mbit/s. Im „Single“-Modus wird der Datenverkehr an zwei verschiedenen Ports aufgezeichnet. Die mitgelieferte Software PBA.pro bietet zahlreiche Funktionen zum Testen, Filtern, Sortieren, Bewerten, Visualisieren und Exportieren aufgezeichneter TRDP-Datensätze inkl. statistischer Analyse.

NTOnTrack TRDP High Layer ist eine komfortable TRDP-API, die von uns entwickelt wurde, um die Benutzung der offiziellen C-API des TRDP-Stacks von TCNopen zu erleichtern. Deutlich kompakter und verständlicher, vereinfacht NTOnTrack TRDP High Layer die Entwicklung leistungsfähiger TCN-Anwendungen gemäß IEC 65375-2-3. Dabei werden auch Funktionalitäten voll unterstützt, die im TCNopen-Stack nur rudimentär implementiert sind, zum Beispiel XML-basierte Konfiguration, Erkennung der Zugtaufe oder Thread-Handhabung. Eine Python-Scripting-Schnittstelle erlaubt zudem die einfache Erstellung von Python-Testanwendungen. Die Software ist für Windows und Linux verfügbar und kann dank VOS-Schicht (Virtual Operating System) einfach auf andere Plattformen portiert werden, z. B. freeRTOS.

Der NTOnTrack TRDP Responder simuliert TRDP-fähige Endgeräte auf Ihrem PC, um ohne großen Aufwand mit anderen TRDP-Endgeräten zu kommunizieren und diese zu testen. Die flexible Software für Windows und Linux ermöglicht auf einfache Weise das Senden und Empfangen von TRDP-Prozessdaten über ein Netzwerk. Für verschiedene Tests können die versendeten TRDP-Telegramme flexibel über XML-Dateien konfiguriert werden. Zur Interaktion mit dem Werkzeug steht neben der grafischen Benutzeroberfläche ebenfalls eine Python-Scripting-Schnittstelle zur Verfügung. Der generierte Netzwerkverkehr kann mit dem NTOnTrack TRDP Analyzer überwacht und ausgewertet werden.

Der NTOnTrack TRDP Conformance Test macht es besonders einfach, die TRDP-Implementierung von Endgeräten auf Konformität zu den Vorgaben von IEC 61375-2-3 Anhang A zu testen und zu verifizieren. Die Testapplikation überprüft auf Basis einer detaillierten Testspezifikation die Transportschicht, PD/MD-Kommunikationsmuster, Adressierung, PD/MD-PDUs (Protocol Data Units), Topografiezähler und Reaktionen auf Fehler. Ein abschließender Testbericht bestätigt die Konformität.

 
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