Digitale Schiene: Das sind die Kernaspekte des 5G-basierten FRMCS

Herr Riegert, können Sie bitte eine kurze Einführung zu diesem Forschungsprojekt geben?

Michael Riegert: Zu Beginn möchten wir uns bei der Deutschen Bahn für die Möglichkeit bedanken, innerhalb der Initiative „Digitale Schiene Deutschland“ mit anderen Partner an den aktuellen Herausforderungen im Bereich von FRMCS zu arbeiten, gemeinsam neue Lösungen zu entwickeln und diese in den Standardisierungsprozess einzubringen. Die Ergebnisse dieser Kooperation ebnen den Weg zu einem zukünftigen Mobilfunksystem, welches nicht nur die Anforderungen des digitalisierten Bahnsystems erfüllt, sondern eine Umsetzung kosteneffizient und zukunftssicher ermöglicht.

Die Ergebnisse des ersten Forschungsprojekts machten deutlich, dass in der 5G-Standardisierung für die bahnspezifischen Anwendungen noch einige Punkte geklärt und ausgearbeitet werden müssen. Im Rahmen der Kooperation wurden Funktionsbereiche identifiziert, für die nun Änderungen und Erweiterungen der Spezifikationen in die Standardisierungsgremien eingebracht werden. Weiterhin wurden verschiedene Implementierungsoptionen diskutiert, die bei der Einführung von FRMCS zum Tragen kommen können.

Das zweite Projekt umfasst die Technologieerprobung im digitalen Testfeld Erzgebirge – in welchen Bereichen ist Kontron aktiv?

Michael Riegert: Aktuelle 5G-Technologie ist die Grundlage für ein leistungsfähiges und flexibles Bahnkommunikationssystem der Zukunft. FRMCS soll das derzeitige 2G-basierte GSM-R-System, welches die Konnektivitätsanforderungen des zukünftigen digitalisierten Bahnsystems nicht erfüllen kann, bis Mitte der 2030er ersetzen. Ein zentrales Design-Paradigma ist hierbei die maximale Nutzung von kommerziellen Standardkomponenten, die den Anforderungen der Bahn entsprechen, ohne explizit für die Bahn entwickelt zu werden. Zusätzlich zur 5G-Technologie wird FRMCS die „Mission Critical Services“ (MCX) nutzen, ein Framework, welches leistungsfähige Funktionalitäten für Applikationen im Eisenbahnbereich bietet und ebenfalls von 3GPP (3rd Generation Partnership Program) standardisiert wird.

Kontron Transportation hat im Rahmen des Projekts die Nutzung des MCX-Systems in FRMCS untersucht. Zur Unterstützung der noch laufenden FRMCS-Standardisierungsaktivitäten fokussierte sich das Projekt darauf, MCX-Funktionalitäten zu untersuchen, die für FRMCS bestmöglich genutzt werden können, um die Anforderungen des zukünftigen digitalisierten Bahnbetriebs zu erfüllen. Darüber hinaus wurden potenzielle technische Realisierungen, einschließlich MCX-Services, 3GPP-Bausteine und Schnittstellen im FRMCS-System ausgearbeitet. Schließlich wurde die Integration von 5G und MCX in das FRMCS-System untersucht, was zu technischen Empfehlungen für künftige FRMCS-Standardisierungsarbeiten führte.

Diese Kooperationsprojekte bieten für alle Beteiligten einen hohen Mehrwert bezüglich der Abstimmung von Systemfunktionalität und deren Integration in ein Gesamtsystem sowie der Bewertung potenzieller Implementierungsoptionen und der Identifizierung von Standardisierungslücken.

Welche Erkenntnisse gibt es aus diesen Forschungsprojekten, worauf liegt der Fokus und welches sind die nächsten Schritte?

Michael Riegert: Wir konnten mit dem Forschungsprojekt bestätigen, dass ein MCX-System zusammen mit einem 5G-Netz die ideale Kombination darstellt, um Anforderungen für bahnspezifische Kommunikation zu erfüllen. Die Unterstützung der MCX-Technologie in FRMCS wurde von Kontron im Rahmen dieses Projekts betrachtet.

Der Fokus von Kontron Transportation in diesem Projekt liegt darin, verschiedene bahnspezifische Anforderungen wie Zugfunk, Gruppenrufe sowie kritische Datenübermittlung mit der MCX-Lösung umzusetzen und mit dem aktuellen Bahnkommunikationssystem GSM-R zu vergleichen. Die Möglichkeiten, die sich durch ein MCX-System ergeben, sind viel flexibler und umfangreicher als es das aktuelle 2G-basierte System bietet. Der erste Ende-zu-Ende MCX (Pre-FRMCS) Call über 5G wurde bereits im Februar auf der Teststrecke realisiert. Die nächsten geplanten Schritte sind zusammen mit der DB verschiedene bahnspezifische Applikationen in der zweiten Phase des Projekts auf der Teststrecke zu testen.

Aus welchen Komponenten besteht die MCX-Lösung von Kontron?

Michael Riegert: Die Kontron MCX-Lösung besteht aus einem IMS Core, einem MCX-Applikation-Server und auf der Anwenderseite aus MCX-fähigen Endgeräten, z. B. Smartphones und Fahrdienstleiterarbeitsplätzen.

Zusätzlich zu den bestehenden Funktionalitäten wie Einzelruf, Gruppenruf oder Zugnotruf bietet der Dispatcher weitere intelligente Neuerungen. So ist beispielsweise eine geografische Karte vorhanden, die es ermöglicht, die einzelnen Züge anhand ihrer GPS-Koordinaten zu erkennen und auf der Karte darzustellen. Aufgrund seiner universellen Funktionalitäten und der Fähigkeit, auch andere unternehmenskritische Dienste zu unterstützen, ist unser MCX-System die Basis für unsere Lösung für 4G/5G Private Networks, Next-Gen-Dispatcher-Anwendungen und Nebenbahnen (Secondary Lines). Weiterhin unterstützt unsere MCx Lösung die verschiedenen Daten- und Videoapplikationen der Deutschen Bahn.

Was erfordert eine betriebskritische Kommunikation und worauf kommt es besonders an?

Michael Riegert: Wie der Name schon sagt, handelt es sich dabei um Kommunikationsnetze, welche die Übertragung von Sprach-, Bild- und Datenkommunikation permanent sicherstellen müssen und die niemals ausfallen dürfen. Das bedingt hohe Anforderungen an Stabilität, Verfügbarkeit, Robustheit und Cybersicherheit. Zudem müssen alle Komponenten den technischen Standards entsprechen. Mit zunehmender Digitalisierung wird eine Echtzeitübertragung von kritischen Daten immer wichtiger. Mit FRMCS wird dies ermöglicht.

Dies trifft aber nicht nur auf Bahnen zu, sondern ebenso auf den gesamten öffentlichen Verkehr als auch Behörden mit Sicherheitsaufgaben und andere vertikale Märkte wie Energieversorger.

Wie kann MCX für FRMCS optimal genutzt werden, um die Anforderungen des zukünftigen digitalen Bahnbetriebs zu erfüllen?

Michael Riegert: Mit der MCX-Technologie und der Realisierung der Funktionalitäten im zentralen Applikationsserver und den Clients auf den Endgeräten können zukünftige bahnspezifische Anforderungen einfach umgesetzt werden. Die hohe Flexibilität und die durch die Virtualisierungsplattform gegebenen Möglichkeiten erlauben einen vielseitigen Einsatz.

Basierend auf der zukünftigen FRMCS-Standardisierung (3GPP, ETSI) ersetzt die MCX-Lösung von Kontron Transportation auch veraltete analoge Funkkommunikationsmittel auf z. B. nicht bundeseigenen Nebenstrecken (NE) mit modernen „State of the Art“-Zugfunkfunktionalitäten, ohne dass unbedingt eine eigene Radio-Infrastruktur ausgerollt werden muss. Diese Lösung bietet einen reibungslosen Systemwechsel. Gerade für kurze Strecken ist dies ein großer Meilenstein in der Modernisierung, den Kontron Transportation anbieten kann.

Wie erfolgt die Integration von 5G und MCX in das FRMCS-System?

Michael Riegert: Zwei wesentliche Komponenten von FRMCS sind das 5G-Netz sowie die MCX-Technologie. Beide zusammen bilden die Kernkomponenten von FRMCS ab. Die Integration von MCX und 5G wird basierend auf den aktuellen Standardisierungsvorgaben von 3GPP im aktuellen Projekt mit der DB umgesetzt. Die fehlenden Bausteine werden identifiziert und in den Standardisierungsgremien eingebracht.

Können Sie bitte ausführen, wie Kontron seine Kunden beim Wechsel von GSM-R zu FRMCS unterstützt?

Michael Riegert: Mit Blick auf die nächsten Jahre werden die Eisenbahnen die ersten Schritte in Richtung FRMCS machen und Kontron Transportation wird ihnen dabei zur Seite stehen. Wir erarbeiten mit unseren Kunden individuelle Migrationspläne, die sicherstellen, dass Risiken minimiert werden und ein nahtloser Parallelbetrieb zwischen GSM-R und FRMCS für den Übergangszeitraum ermöglicht wird.

Als zuverlässiger und langjähriger Partner begleiten wir unsere Kunden beim Technologiewechsel von GSM-R zu FRMCS. Wir haben einen innovativen Ansatz entwickelt, der die Kontinuität der Dienste sowie die Wiederverwendung von vorhandener Infrastruktur sicherstellt. Unser Produktprogramm entwickeln wir kontinuierlich weiter und sind stets auf dem neuesten Stand der Technik. Unsere Kunden können sich auf uns verlassen: Wir gewährleisten einen erstklassigen Support, damit der Bahnbetrieb stets aufrecht erhalten bleibt und die Sicherheit für das Bahnpersonal und die Fahrgäste gewährleistet werden kann

Nachhaltigkeit ist uns ein großes Anliegen und wir achten auf Effizienz und Flexibilität. Wir bewerten sorgfältig, welche Investitionen getätigt werden sollten und finden ein Gleichgewicht zwischen „Behalten und Investieren“. Dabei verfolgen wir einen ganzheitlichen Ansatz und ermitteln Kosteneffizienz, zum Beispiel durch die Schaffung von Synergien bei der Nutzung von Geräten, Vermögenswerten und intelligenten Funktionen. Dieser ganzheitliche Ansatz ermöglicht es den Bahn-Betreibern, schrittweise und in ihrem eigenen Tempo auf die nächste Generation umzusteigen, während sie gleichzeitig ihre Investitionen in bestehende Infrastrukturen schützen und das Risiko einer Unterbrechung geschäftskritischer Prozesse minimieren.

Im Zuge dieses reibungslosen Übergangs zu FRMCS hat Kontron Transportation gemeinsam mit seinen Kunden eine langfristige Support-Verpflichtung für die GSM-R Technologie bis 2035 und darüber hinaus übernommen. Das bedeutet, dass wir das GSM-R-Programm im Einklang mit Bahnstandards und kundenspezifischen Anforderungen weiterführen.

Kontron ist schon über 25 Jahre im Bereich Bahnkommunikationssetze tätig. Können Sie uns bitte weltweite Projekte nennen, die von Kontron bereits durchgeführt wurden?

Michael Riegert: Seit mehr als 25 Jahren entwickeln, bauen, implementieren und unterstützen wir End-to-End-Lösungen für dedizierte Eisenbahnnetze auf der Grundlage des GSM-R-Standards. Die von uns bereitgestellten Kommunikationslösungen verbinden mehr als 85.000 Kilometer Bahnstrecke, hauptsächlich in Europa. Wir bedienen mehr als 50 Kunden, welche die größten Eisenbahnkommunikationsnetze der Welt betreiben, wie die Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB), die Deutsche Bahn (DB), Network Rail, SNCF Réseau/Synerail, Správa železnic (SZDC) und Société du Grand Paris (SGP). Zu unseren Kernmärkten gehören Österreich, Belgien, Bulgarien, die Tschechische Republik, Deutschland, Frankreich, Irland, Luxemburg, Spanien und das Vereinigte Königreich.

In welchen Forschungs- und Entwicklungsprojekten ist Kontron aktiv?

Michael Riegert: Wir sind federführend an Standardisierungsarbeitsgruppen und europäischen Forschungsprojekten wie Shift2Rail, 5GRail oder 5G-Victori beteiligt. Dies stärkt unsere innovative Produktentwicklung und hilft uns, die beste Lösung für die Anforderungen von heute und morgen zu finden. Kontron Transportation ist eine der treibenden Kräfte bei der Definition und Spezifikation von FRMCS-Standards. Wir arbeiten eng mit internationalen Gremien wie der UIC, ETSI- und 3GPP-Arbeitsgruppen zusammen, um gemeinsam die technischen Grundlagen für die Europäische Technische Spezifikation für Interoperabilität (TSI) zu schaffen. Die TSI 2022 stellt einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur Industrialisierung von FRMCS dar.