Netzwerkinfrastruktur für Züge. Szenarien, Architektur & Ausfallsicherheit

Einleitung

Ein neues Paradigma

Die zunehmende Modernisierung des Schienenverkehrs bringt eine stark wachsende Nachfrage nach Konnektivität und vernetzten Dienstleistungen an Bord mit sich. Züge benötigen heute robuste und zuverlässige Netzwerklösungen, um Dienste wie Fahrgastinformationssysteme, automatisierte Ticketabwicklung, Sicherheitssysteme sowie Train Control Systeme effizient zu betreiben.

Eine Schlüsselrolle in diesen Netzwerken spielen multifunktionale Geräte wie Router und Rail-Server. Sie ermöglichen nicht nur eine effiziente Verwaltung von Datenströmen, sondern auch die Virtualisierung essenzieller Anwendungen für den Zugbetrieb. Dieses Whitepaper beleuchtet die Architektur solcher Implementierungen, typische Anwendungsszenarien, mögliche Ausfallmodi sowie Strategien zur Verbesserung der Zuverlässigkeit. Zudem wird untersucht, wie diese Lösungen an Szenarien mit Zugkupplungen angepasst werden, bei denen mehrere Zugeinheiten zu einem einzigen Betriebssystem verbunden werden.

Router und Rail-Server

Typische Netzwerkarchitektur moderner Züge

Im Mittelpunkt der Netzwerkarchitektur moderner Züge stehen Router und Rail-Server, die je nach Bedarf entweder separat oder in einer integrierten Lösung verwendet werden, um den Aufwand und die Kosten zu minimieren. Diese Komponenten sorgen für eine zuverlässige Verbindung der Bordtechnologien untereinander sowie für die Kommunikation mit externen Netzwerken.

Funktionen eines Routers

Ein Zugrouter erfüllt essentielle Aufgaben wie die Datenübertragung, die Verwaltung des Netzwerkbetriebs sowie den sicheren Fernzugriff. Typischerweise nutzt er Unwired Edge Cloud OS als Betriebssystem, eine Linux-Variante von OpenWRT, und bietet folgende Hauptfunktionen:

• LAN- und WAN-Management: Der Router koordiniert die Kommunikation zwischen den lokalen Bordnetzwerken und externen Netzwerken für einen unterbrechungsfreien Betrieb.
• Uplink Aggregation: Durch die Kombination mehrerer LTE/5G-Modems, streckenseitigem WLAN und Satellitenverbindungen gewährleistet der Router eine robustere und leistungsfähigere Internetverbindung.
• L2- und L3-Netzwerkdienste: Der Router übernimmt die Verwaltung von Layer-2- (Datenlink) und Layer-3- (Netzwerk) Diensten, um eine effiziente Weiterleitung und Verarbeitung von Daten innerhalb und außerhalb des Zuges sicherzustellen.
• Fernzugriff und VPN-Dienste: Über sichere virtuelle private Netzwerke (VPNs) ermöglicht der Router den Fernzugriff und die externe Überwachung und Verwaltung der Bordsysteme.
• Software-Defined Networking (SDN): Lösungen wie Tailscale und ZeroTier erweitern die Netzwerkfunktionen durch Peer-to-Peer-Kommunikation und globale Steuerungsmöglichkeiten.