Cloud-Technologien

Eine sichere und zukunftsfähige Datenverarbeitungsinfrastruktur

Für die digitalen Technologien führen wir auf den Zügen und auf der Streckenseite eine neue und sichere Datenverarbeitungsinfrastruktur ein, die sich maximal an neusten Cloud-Trends orientiert, aber dennoch die stringenten Bahnnormen erfüllt.

Wir setzen mit der Digitalen Schiene auf Technologien wie Künstliche Intelligenz, hochpräzise Ortungssysteme und sensorische Umfeldwahrnehmung, um den Zugverkehr künftig noch effizienter zu steuern und ein Fahren bei optimaler Taktung gewährleisten zu können. Dies erfordert die Verarbeitung großer Datenmengen in Echtzeit. So müssen z. B. Züge während der Fahrt kontinuierlich, sicher und absolut genau ihren Standort ermitteln und diesen zusammen mit Angaben über Geschwindigkeit, Beschleunigung und Zugvollständigkeit an die Leit- und Sicherungstechnik und das Verkehrsmanagement weitergeben, welches in Echtzeit den bundesweiten Bahnbetrieb disponiert. Erforderlich ist hierfür u. a. eine digitale Karte als zentraler Speicher für statische und dynamische Infrastrukturdaten, ebenso wie eine leistungsfähige, skalierbare und zukunftsfähige Datenverarbeitungsinfrastruktur.

Safe Computing Platform – Trennung von Applikation und Plattform als Paradigmenwechsel im Bahnsektor

Eine wesentliche Grundlage für eine effiziente, skalierbare und zukunftssichere Datenverarbeitungsinfrastruktur ist zunächst die Einführung einer klaren Trennung von Applikationen (z. B. Leit- und Sicherungstechnik oder Inzidenzmanagement) von der zugrundliegenden Datenverarbeitungsinfrastruktur- bzw. Plattform. Mit einer solchen Trennung – und der Einführung einer standardisierten Schnittstelle dazwischen – können z. B. die sehr unterschiedlichen Lebenszyklen von (zumeist langlebigen) Applikationen und (oft kurzlebigen) Plattformen berücksichtigt werden und beide Seiten unabhängig voneinander migriert werden. Ferner kann der Bahnsektor auf diese Weise insgesamt auf einen größeren Markt von Applikations- und Plattform-Herstellern zurückgreifen und durch die Nutzung von branchenübergreifender Standardsoftware und -hardware eine bessere Kosteneffizienz erreichen.

Um diesen ersten wichtigen Schritt zu gehen, arbeitet die Digitale Schiene Deutschland eng mit anderen Bahnen, Herstellern von Leit- und Sicherungstechnik sowie IT-Unternehmen zusammen. In den europäischen Initiativen RCA und OCORA sowie in Kollaboration mit Partnern wie Siemens Mobility, Thales und SYSGO entsteht derzeit das Konzept für eine „Safe Computing Platform“, die es erlaubt, dass Applikationen und Plattformen von unterschiedlichen Herstellern stammen können, und trotzdem die hohen Sicherheitsanforderungen (bis SIL4) von kritischen Anwendungen erfüllt werden können. Hierzu ist es neben dem ganzheitlichen Konzept und der Standardisierung der Schnittstelle zwischen Applikationen und Plattform auch erforderlich, modulare Zertifizierungsprozesse zu entwickeln, so dass z.B. eine bereits zugelassene Applikation auf eine neue Datenverarbeitungsinfrastruktur portiert werden kann, ohne dass die Applikation an sich erneut zugelassen werden muss

Eine hierarchische Datenverarbeitungsinfrastruktur für vielseitige Bedarfe

Es ist wichtig zu betonen, dass das digitale Bahnsystem nicht nur stringente Anforderungen an die Datenverarbeitungsinfrastruktur stellt, sondern vor allem auch sehr vielseitige Bedarfe hat, die nicht mit einer „Einheitslösung“ bedient werden können. So sind z. B. für Applikationen wie die zuvor genannte Digitale Karte Cloud-ähnliche Ansätze geeignet, während kritische Applikationen wie die weiterentwickelte Leit- und Sicherungstechnik eher restriktiver behandelt werden müssen. Applikationen, die auf künstlicher Intelligenz basieren, brauchen zudem Datenverarbeitungsinfrastrukturen mit Hardwarebeschleunigung, und Applikationen, die besonders latenzkritisch sind, sollten „nahe am Geschehen“, d.h. in so genannten Edge Clouds platziert werden. Applikationen, die auf dem Zug laufen, haben wiederum gänzlich andere Anforderungen, bedingt z. B. durch die betrieblichen Randbedingungen auf dem Zug, einen höheren Kostendruck, weniger Platz etc.

In Berücksichtigung dieser vielseitigen Bedarfe entwickelt die Digitale Schiene Deutschland eine hierarchische Datenverarbeitungsinfrastruktur bestehend aus zentralen, regionalen und lokalen privaten Cloud-ähnlichen Rechenzentren, in Kombination mit einer leistungsfähigen neuen Onboard-Rechenplattform.

In diesem Teil Deutschlands wird bereits getestet

Im Erzgebirge entsteht ein umfangreiches Digitales Testfeld. Dort zeigt sich, wie die Integration und Validierung von Applikationen des digitalen Bahnsystems basierend auf FRMCS/5G- und Cloud-Technologie in der Praxis funktioniert. Ein wichtiger Bestandteil des Digitalen Testfelds ist der Aufbau einer Mobilfunk-Basisinfrastruktur in einer rund zehn Kilometer langen Teststrecke. Diese ist Basis für die Erprobung von FRMCS/5G und Cloud Equipment verschiedener Hersteller.