Bidirektionale Sprachkommunikation über GSM und VoIP im ÖPNV

VoIP- und SIP-Technologien bestimmen aktuell unsere Kommunikationsinfrastruktur zumindest im privaten und beruflichen Umfeld, wobei die Telekommunikationsanbieter inzwischen vorrangig VoIP-basierte Lösungen bevorzugen. In anderen Bereichen wie dem öffentlichen Nahverkehr kommen allerdings noch oftmals Betriebsfunklösungen zum Einsatz, die Gründe dafür sind in vielen Fällen durchaus nachvollziehbar. Bei diesen analogen oder digitalen Betriebsfunklösungen handelt es sich um einen genehmigungs- und anmeldepflichtigen Funkdienst für zivile, gewerbliche Anwender. Nach Genehmigung und Zuteilung einer Frequenz lassen sich Reichweiten von 15 bis 20 km überbrücken. Ursprünglich für die Übertragung von Sprache zwischen Fahrer und Zentrale vorgesehen, können heute auch Daten übermittelt werden. Allerdings ist damit die schnelle Übertragung von großen Datenmengen, wie beispielsweise Bilddaten aus Überwachungskameras, in der Regel nicht möglich.

Erweiterungen von digitalen Betriebsfunkanlagen mit Funk-LAN-Lösungen nach IEEE 802.11 überwinden zwar den Nachteil der geringen Bandbreite, erfordern aber eine proprietäre Infrastruktur von Funkstellen (Access-Points), die das Verkehrsunternehmen oder ein Dienstleister aufbauen, betreiben und unterhalten muss. Es gibt heute schon einige Kommunen, die ein solches Public-WLAN-Netz betreiben und es auch ihren Verkehrsbetrieben zur Nutzung zur Verfügung stellen. Aber das Einsatzgebiet ist auf die Reichweite der installierten Hot-Spots beschränkt.

Mobilfunk- und VoIP-Technologie

Eine elegante und naheliegende Möglichkeit zur Kommunikation zwischen Fahrzeug und Leitzentrale eröffnet die Kombination von Mobilfunk- und VoIP-Technologie. Moderne Mobilfunknetze bieten vor allem in urbanen Gebieten eine sehr gute Abdeckung und dazu ausreichend Bandbreite und den direkten Zugang ins Internet über entsprechende APNs (Access Points über Mobilfunknetz).

Voice-over-IP benutzt in jedem Fall das paketorientierte Internet-Protokoll (IP) als Basis. Zum Verbindungsaufbau wird das SIP (Session Initiation Protocol) -Protokoll verwendet, ein Netzprotokoll zum Aufbau, zur Steuerung und zum Abbau einer Kommunikationssitzung zwischen zwei und mehr Teilnehmern. In der IP-Telefonie häufig angewandt, erlaubt es neben der Sprach- auch die Bildübertragung. Neben der Beschaffenheit der Verbindung ist die Auswahl des Codecs, mit dem die Sprache digitalisiert wird, ausschlaggebend für eine hinreichende Sprachqualität. So bedeutet ein Codec G.711 beispielsweise Festnetz-Sprachqualität. Eine weitere Voraussetzung ist eine stabile IP-Verbindung ohne große Laufzeitschwankungen (Jitter) und Paketverluste.

Übermittlung und Empfang auf installierten Displays

Unabhängig davon, ob es sich um ein Verkehrsnetz mit Bussen, (Tram) Bahnen oder Schiffen handelt, bleibt das Prinzip immer gleich: Die IP-basierte Kommunikation ermöglicht die Übermittlung von Betriebsdaten und den Empfang von Fahrgastinformationen, allgemeinen Informationen, Nachrichten und Werbung, und deren Darstellung auf installierten Displays. Alle im Fahrzeug vorhandenen elektronischen Systeme sind über Ethernet verbunden und über einen Wireless-Router (NB3700 Train Router oder NB2700 Vehicle Router) von der Zentrale aus adressierbar. Weil die Sprachkommunikation über IP die analoge Funkverbindung durch IP und Mobilfunk ersetzt, erspart sie die Betriebskosten dafür – ein attraktiver ökonomischer Zusatznutzen.

GSM-VoIP Gateway ermöglicht die hybride Sprachkommunikation für den Train Router NB3700 und Vehicle Router NB2700 gleichermaßen.Netmodule

Zur Realisierung von VoIP über Mobilfunk bieten die NB3700 Train Router beziehungsweise NB2700 Vehicle Router ein optionales VoIP-GSM-Gateway mit Audio-Interface, das die bidirektionale Sprachkommunikation sowohl über GSM als auch über VoIP ermöglicht. Somit stehen zwei Optionen zur Auswahl: Zum einen können Sprachanrufe bei Verfügbarkeit einer schnellen und latenzarmen Mobilfunkverbindung (zum Beispiel eines LTE-Netzes) komplett via VoIP geführt werden, das heißt vom Endgerät (Terminal) eines Busfahrers bis zur Leitstelle und umgekehrt. Zum anderen kann die Sprachkommunikation in einem gemischten Betrieb erfolgen. Dazu wird die Übertragungsstrecke in drei Abschnitte – Intranet der Leitstelle, Luftstrecke via Mobilfunk und Fahrzeugnetzwerk, das als LAN auf Ethernetbasis aufgebaut ist – unterteilt. Somit wird die für VoIP-Telefonie kritische Mobilfunkstrecke herausgeschnitten und separat betrachtet. Ob dort Voice-over-IP zu einem bestimmten Zeitpunkt nutzbar ist, entscheiden die Kennwerte wie Bandbreite, Laufzeit und Jitter. Sind diese für VoIP nicht ausreichend, lassen sich Sprachanrufe im sogenannten Rückfallmodus als herkömmlicher GSM (Circuit-Switched) -Anruf tätigen.

NetModule NB3700 Train Router mit EN50155-Zertifizierung bewährt sich in mehreren Projekten im praktischen Einsatz. Netmodule

Konkret sieht eine Lösung also aus wie folgt: An beiden Enden der Luftstrecke kommen Wireless-Router (NB3700 oder NB2700) mit VoIP-GSM-Gateways zum Einsatz. Ein von der Leitzentrale kommender SIP-Anruf (Internet-Anruf) wird bei schlechter Datenverbindung über ISDN/GSM zum Netmodule-Router im Fahrzeug/Zug geleitet. Dieser wandelt den GSM-Sprachruf wieder auf SIP/VoIP um und leitet den Call an das Terminal des Fahrers weiter. Für das als SIP-Telefon ausgestaltete Terminal macht es keinen Unterschied, ob der VoIP-Anruf End-to-End oder als Sprachruf über das Fest- und Mobilfunknetz geführt wird. Im praktischen Betrieb geschieht der Wechsel zwischen den beiden Modi automatisch, das heißt völlig unbemerkt von den Teilnehmern. Somit ist garantiert, dass alle Anfragen des Fahrers an die Leitstelle oder umgekehrt durchgestellt werden, ebenso wie eventuelle Notrufe.

Zu den Innovationstreibern, die bereits auf diese Systeme setzen, zählen die Schweizer Jungfraubahnen oder der polnische Hersteller Pesa, der den NB3700 Train Router im neuen Regionalexpress BiT City zwischen Bromberg (Bydgoszcz) und Thron (Toruń) für Passagier-WLAN einsetzt. Auch in Zügen der SBB (Schweizerische Bundesbahnen) regelt der NB3700 die Sprachkommunikation der Notrufstellen. Im ÖPNV mit Busnetz laufen die Systeme mit VoIP/GSM-Gateway in Luzern im Feldtest, hier ist ebenso nach der Pilotphase deren Einsatz in der gesamten Flotte geplant.

Aufgeräumt und voller Technologie präsentieren sich moderne Zug-Cockpits.Fotolia

Nach EN50155 und nach e1 zertifizierte Wireless-Router, die VoIP über Mobilfunk ermöglichen, sind eine echte Innovation für den ÖPNV. Noch gibt es kaum Anbieter für solche Geräte, während sich diese Technologie im stationären Einsatz (zum Beispiel in industriellen Anwendungen) bereits bewährt. Für die kommende Übergangsphase der nächsten Jahre mangelt es aktuell an Lösungen, die diese disruptive Technologie mit konventionellen Technologien kombinieren.

(ah)