Eckdaten

In Kombination mit dem Bridging-Algorithmus ICCP in der Firmware der Cybox AP/AP2 wird die automatische und zuverlässige Einrichtung und Aufrechterhaltung eines Zug-Netzwerkes unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet. Zudem  gibt es Applikationen, die eine Landverbindung mit dem Backoffice erfordern für Verbindungsinformationen, Sitzplatzreservierungen oder Signal- und Betriebsinformationen. Derzeit wird der Zugfunk über GSM-R mit eingeschränkter Bandbreite erledigt. Zukünftig bietet sich für die schnelle,  breitbandige Zug-Land-Verbindung  LTE an, wobei der Zugfunk für die Sprachkommunikation weiter genutzt werden wird. Auch dafür steht mit Cybox LTE eine Lösung bereit.

Bahnreisende sollen bis spätestens Ende 2016 in allen ICE, auch in der zweiten Klasse, einen kostenfreien WLAN-Zugang erhalten. Das sieht eine Vereinbarung von Bund, Deutscher Bahn und Bahnindustrie vor. Mit dem neuen WLAN-Netzwerk in den ÖBB Railjets (ÖBB = Österreichische Bundesbahnen) können Reisende bereits jetzt das Internet noch besser und komfortabler nutzen. Während der Fahrt verbindet sich der Zug über eine Vielzahl von LTE/UMTS-Interfaces mit den verfügbaren Mobilfunknetzwerken in seiner Umgebung. Ein Onboard-Serversystem bündelt diese Datenverbindungen, puffert TV-Streaming-Daten und stellt lokale Services zur Verfügung. Über das zuginterne WLAN-System können bis zu 400 Fahrgäste des Railjets zu jeder Zeit auf diese Dienste zugreifen. Das intelligente Bandbreitenmanagement des ELTEC WLAN-Access-Points Cybox AP stellt eine faire Verteilung der im Zug verfügbaren Bandbreite sicher.

Die Cybox AP ist ein Dual-802.11ac-Wireless-Access-Point, der speziell für die rauen Umgebungsbedingungen in Schienenfahrzeugen, aber auch Automotive-Applikationen entwickelt wurde. Mithilfe dieses Wireless-Access-Points können eine Vielzahl mobiler WLAN-fähiger Geräte in einem Personenzug, Bus, einer Tram oder U-Bahn mit dem Internet kommunizieren oder auf lokale Daten wie Fahrplaninformationen, Videos und weitere zugreifen. Zwei Gigabit-Ethernet-Ports ermöglichen eine redundante Verbindung mit einem lokalen Server oder ein „Daisy Chaining“ mit weiteren Access-Points.

Eine konfigurierbare Firewall schützt die persönlichen Daten der einzelnen Teilnehmer vor unbefugtem Zugriff und unterstützt den sicheren und störungsfreien Datenaustausch mit dem Internet. Über die komfortable Bedienoberfläche oder SNMP-Kommandos sind die Cybox APs flexibel konfigurierbar. Neben der Einstellung globaler Parameter ist die komplette Konfiguration der WLAN-Schnittstellen inklusive Kanalauswahl, SSID, Verschlüsselung, Firewall-Einstellung und weiterer möglich. Bestehende Konfigurationen lassen sich auch über die USB-Buchse (M12) laden oder sichern.

Die Spannungsversorgung ist sehr flexibel ausgelegt: Das integrierte, bahntaugliche Weitbereichsnetzteil gemäß EN 50155 ermöglicht den Betrieb bei Versorgungsspannungen von 16 bis 154 VDC. Als weitere Spannungsversorgung gibt es einen PoE-Eingang (gemäß IEEE802.3at) für eine Class-4-Versorgung. Ein spezielles Funktionsmerkmal ist der integrierte PoE-Ausgang, über den eine zweite Cybox AP am Downlink-Port versorgt werden kann.

Bild 1: Die kompakte Cybox AP sorgt beispielsweise in den Railjets der ÖBB für komfortablen Internet-Zugriff und optimierte Verteilung der im Zug verfügbaren Bandbreite.

Bild 1: Die kompakte Cybox AP sorgt beispielsweise in den Railjets der ÖBB für komfortablen Internet-Zugriff und optimierte Verteilung der im Zug verfügbaren Bandbreite. Eltec

Die kompakte Cybox AP (Bild 1) mit den Einbaumaßen 105 mm × 55 mm × 205 mm hat eine Leistungsaufnahme von <20 W. Einen lüfterlosen Betrieb bei -40 bis +70 °C (EN 50155, Class T2) sowie hohe Schock- und Vibrationsbelastungen gemäß den gängigen DIN-, EN- und IEC-Industriestandards erlaubt das robuste Aluminiumgehäuse in Schutzart IP40.

Robust gemäß EN 50155

Die Cybox AP hat die Zulassung gemäß der Bahn-Norm EN 50155 und erfüllt damit sehr anspruchsvolle Vorgaben hinsichtlich Qualität, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit bei rauen Umgebungsbedingungen. Nach EN 50155 entwickelte Produkte sind ausgelegt für erhöhte Vibrations- und Schockfestigkeit, verbesserte EMV sowie erweiterte Sicherheit in Bezug auf Entflammbarkeit und Entwicklung von Rauch und giftigen Gasen.

 Die Industrienorm EN 50155 schreibt eine Reihe von Prüfungen vor, die jedes Gerät beziehungsweise Produkt zu bestehen hat, bevor es in Bahnapplikationen verwendet werden kann. So ist eine Reihe von Temperaturtests, wie Kälte, trockene und feuchte Wärme gefordert. Weiterhin schreibt die EN 50155 Schock- und Vibrationstests vor. In Bezug auf die EMV umfassen die geprüften Aspekte elektrostatische Entladungen (ESD), Immunität gegen leitungsgebundene und eingestrahlte Störungen, Störfestigkeit gegen schnelle Transienten (Burst) und Stoßspannungen (Surge), sowie die Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte der eigenen Störfeldabstrahlung. Alle relevanten Vorgaben erfüllt die Cybox AP. Außerdem übertrifft sie die in der EN 50155 vorgeschriebenen Anforderungen hinsichtlich der Toleranz gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung. Selbst kurzzeitige Unterbrechungen der Versorgungsspannung bis zu 10 ms werden bei vollem WLAN-Betrieb überbrückt, sodass das Gerät konform zu EN 50155, Klasse S2 ist.

Neue Generation

Die Cybox AP ist Bestandteil eines Familienkonzeptes, wobei auch künftig die Verfügbarkeit und die Unterstützung der jeweils neuesten Standards gewährleistet werden. Mittlerweile steht bereits die zweite Generation zur Verfügung. Die Cybox AP2 im robusten Aluminiumgehäuse gemäß IP40 ist mechanisch und elektrisch kompatibel zur Vorgängerversion.


Bild 2: Die zweite Generation Cybox AP2 bietet noch mehr Performance und Features bei Wahrung der Kompatibilität.

Bild 2: Die zweite Generation Cybox AP2 bietet noch mehr Performance und Features bei Wahrung der Kompatibilität. Eltec

Cybox AP2 (Bild 2) ermöglicht den gleichzeitigen Betrieb zweier WLAN-Radios (2,4 und 5 GHz) im zukunfts­weisenden IEEE802.11ac-Standard bei Datenraten von 2 × 900 MBit/s. Als Mikrocontroller kommt ein QorIQ der neuesten Generation zum Einsatz. Dieser bietet mehr Performance und eine Verfügbarkeit von 15 Jahren. Um auch bei einer Evolution des WLAN-Standards genug Durchsatz zu erreichen, stellt der Controller ausreichend Leistungsreserven zur Verfügung.

Neue Features sind zwei unabhängige Gigabit-Ethernet-MACs, die beide an robuste M12-Buchsen geführt sind. Die zwei 1-Gigabit-Ethernet-Ports (optional ist auch ein 2,5-Gigabit-Ethernet-Port erhältlich) ermöglichen eine redundante Verbindung mit einem lokalen Server oder ein Daisy Chaining mit weiteren Access-Points. So lassen sich sehr flexible Uplink-Konfigurationen bis hin zu Redundanz-Strukturen oder Link-Aggregation zur Erhöhung der Uplink-Bandbreite realisieren. Bei Daisy-Chain-Verkabelung sind die Bypass-Relais zwischen den Ethernet-Ports sehr nützlich, da bei Abschalten eines Access-Points nachfolgende Geräte weiterhin erreicht werden können. Außerdem stehen noch ein USB- und ein RS232-Port zur Verfügung sowie acht SIM-Fassungen für bis zu zwei LTE/UMTS-Schnittstellen.

Der neue Access-Point unterstützt die maximalen Datenraten bei aktuellen und künftigen Versionen des IEEE802.11ac-Standards. Daher sind optional auch eine Version mit einem 2,5-Gigabit-Ethernet-Interface sowie eine Version mit 10 Gigabit optischem Interface erhältlich. Während sich die erste Variante für Retrofit-Programme mit bestehender Verkabelung (CAT 6 oder besser) eignet, adressiert die optische Variante vorwiegend neue Infrastrukturen. Mechanisch und elektrisch ist der neue Access-Point kompatibel zu seinen Vorgängern, sodass eine Migration in bestehende Programme problemlos möglich ist.

Das robuste Aluminiumgehäuse erlaubt einen lüfterlosen Betrieb bei -40 bis +70 °C (EN50155, Class TX) und hohe Schock- und Vibrations-Belastungen gemäß den gängigen DIN-, EN- und IEC-Industriestandards.

Die Spannungsversorgung der Cybox AP2 ist entsprechend wie bei der Cybox AP sehr flexibel ausgelegt. Auch hier kann über PoE eine zweite Cybox AP2 versorgt werden, und zwar über eine Verbindung am Downlink-Port. Dieser Aufbau ermöglicht eine erweiterte Funkausleuchtung mit zwei Access-Points wobei nur ein CAT-X-Kabel erforderlich ist. Das ist ein kostensparendes Funktionsmerkmal, insbesondere bei Nachrüst- oder Umrüstungsmaßnahmen.

Cybox AP2 ist etwa 1 kg schwer, hat kompakte Einbaumaße (105 mm × 54,12 mm × 194 mm) und eine Leistungsaufnahme von maximal 20 W. Die maximal sechs Antennen werden über QLS-Steckverbinder angeschlossen. Das offene Betriebssystem (Open-WRT) ermöglicht den Kunden eine einfache Erweiterung der Software beziehungsweise der Applikationen. Über einen Browser oder SNMP kann die Konfiguration erfolgen.

 Automatischer Netzwerkaufbau bei Zügen

Während Access-Points den Netzwerkzugang erlauben, können die Geräte aber auch dafür eingesetzt werden, ein Netzwerk (Ethernet-Backbone) über alle Zugteile hinweg automatisch aufzubauen oder die Verbindung nach außen (Zug-Land) zu gewährleisten. Über eine eindeutige WLAN-Netzwerk-Kopplung lassen sich die Netzwerke verschiedener Zugteile automatisch zusammenschalten, etwa beim Ankoppeln von Waggons oder Zusammenkoppeln zweier Züge (Bild 3). So kann die Cybox AP mit ausgefeilten Protokoll- und Sicherheits-Algorithmen für die automatische Zugkopplung und den Aufbau eines durchgängigen Zug-Netzwerkes genutzt werden.

Bild 3: Die Wireless-Access-Points der Cybox-AP-Familie können auch dafür eingesetzt werden, ein Netzwerk (Ethernet-Backbone) über alle Zugteile hinweg automatisch aufzubauen (Zug-Kopplung) oder die Verbindung nach außen zu gewährleisten.

Bild 3: Die Wireless-Access-Points der Cybox-AP-Familie können auch dafür eingesetzt werden, ein Netzwerk (Ethernet-Backbone) über alle Zugteile hinweg automatisch aufzubauen (Zug-Kopplung) oder die Verbindung nach außen zu gewährleisten. Eltec

Bei der drahtlosen Zug-Netzwerk-Kopplung in Fernzügen sowie im Nahverkehr mit S- und U-Bahnen geht es um die Aufgabe, automatisch eine eindeutige paarweise Verbindung zwischen gegenüberstehenden Wagenenden verschiedener Zugwagen aufzubauen. Insbesondere muss verhindert werden, dass baugleiche und gleich konfigurierte Access-Points in der näheren Umgebung, wie zum Beispiel Zugwagen auf dem Nachbargleis, fälschlicherweise verbunden werden.

Das von Eltec entwickelt ICCP (Inter Carriage Connection Protocol) ist ein Bridging-Algorithmus für die automatische Etablierung eines WLAN-Backbones in Zügen. Abgelegt ist der Algorithmus in der Firmware des WLAN-Access-Points (Cybox AP/AP2). Die drahtlosen Backbones können in bestehenden Applikationen eingesetzt werden, wo es nicht oder nur erschwert möglich ist, Ethernet-Kabel für die Wagen-Kopplung einzufügen.

Ein wichtiges Feature der WLAN-Access-Points und ihrer Firmware ist die Client-Isolation über den gesamten Backbone hinweg. Dies stellt sicher, dass WLAN-Clients nur den Content-Server erreichen können, nicht jedoch andere Clients. Die sichere Trennung von Content und Verwaltungsinformation ist zu gewährleisten, um eine Angreifbarkeit dieser gesicherten Kanäle zu verhindern. Hierfür unterstützt der Access-Point – auch bei Nutzung des ICCP – die Verwendung von Virtual Local Area Networks (VLANs).