IT-Plattformen und Cloud
Eine sichere und zukunftsfähige Datenverarbeitungsinfrastruktur
Die digitalen Bahntechnologien erfordern eine neue und sichere Datenverarbeitungsinfrastruktur, die in den Zügen und auf der Strecke zum Einsatz kommen wird. Diese orientiert sich an den neusten Cloud-Trends, erfüllt aber dennoch die stringenten Bahnnormen. Die Digitale Schiene Deutschland setzt auf Technologien wie Künstliche Intelligenz, hochpräzise Ortungssysteme und sensorische Umfeldwahrnehmung, um den Zugverkehr künftig noch effizienter zu steuern und 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 er- und übermitteln. Der Zug muss Angaben über Geschwindigkeit, Beschleunigung und Zugvollständigkeit an die Leit- und Sicherungstechnik und das Verkehrsmanagement weitergeben können, welches in Echtzeit den bundesweiten Bahnbetrieb disponiert. Erforderlich ist hierfür eine leistungsfähige, skalierbare und zukunftsfähige Datenverarbeitungsinfrastruktur.
Die Vorteile im Überblick
Eine wesentliche Grundlage für eine effiziente, skalierbare und zukunftssichere Datenverarbeitungsinfrastruktur ist zunächst die Einführung einer klaren Trennung von Applikationen (z. B. Umfeldwahrnehmung oder Störfallmanagement) von der zugrundliegenden Datenverarbeitungsinfrastruktur- bzw. plattform. Mit einer solchen Trennung – und der Einführung standardisierter Schnittstellen – können z. B. die sehr unterschiedlichen Lebenszyklen von Applikationen und Plattformen berücksichtigt und beide Seiten unabhängig voneinander migriert werden. Ferner kann der Bahnsektor auf diese Weise insgesamt auf einen größeren Markt von Applikations- und Plattformherstellern zurückgreifen und durch die Nutzung von branchenübergreifender Standardsoftware und -hardware eine bessere Kosteneffizienz erreichen.
Vor diesem Hintergrund wurde in den europäischen Initiativen „RCA“ und „OCORA“ sowie in Kollaboration mit Partnern wie Siemens Mobility, Thales und SYSGO im Jahr 2021/2022 das Konzept für eine „Safe Computing Platform“ entwickelt. Sie erlaubt es, dass Applikationen und Plattformen von unterschiedlichen Herstellern stammen können. Trotzdem werden die hohen Sicherheitsanforderungen von kritischen Anwendungen erfüllt (bis SIL4).
Das digitale Bahnsystem der Zukunft stellt nicht nur stringente Anforderungen an die Datenverarbeitungsinfrastruktur, sondern hat auch sehr unterschiedliche und individuelle Bedarfe. Applikationen, die auf künstlicher Intelligenz basieren, brauchen Datenverarbeitungsinfrastrukturen mit Hardwarebeschleunigung. Applikationen, die besonders latenzkritisch sind, sollten nahe am Geschehen, d.h. in so genannten Edge Clouds platziert werden. Applikationen, die im Zug eingesetzt werden, haben wiederum gänzlich andere Anforderungen, bedingt durch die betrieblichen Randbedingungen auf dem Zug, einen höheren Kostendruck, weniger Platz, etc. Unter 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 auf den Fahrzeugen.
Die Technologie im Einsatz
Im Digitalen Testfeld Bahn im Erzgebirge 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 war der Aufbau einer Mobilfunk-Basisinfrastruktur entlang einer rund zehn Kilometer langen Teststrecke. Diese ist Basis für die Erprobung von FRMCS/5G und Cloud Equipment verschiedener Hersteller.
Neben Datenübertragung und -verarbeitung erfordert Digitalisierung zudem eine systematische Erzeugung und Bereitstellung von Daten, um z. B. Künstliche Intelligenz, die zukünftig in vielen Anwendungsfällen eine entscheidende Rolle spielen wird, ausreichend „trainieren“ zu können. Dazu braucht es eine sogenannte „Data-Factory“, die große Mengen notwendiger Daten u. a. für das „Training“ von KI-Software systematisch generiert und gezielt bereitstellt. Dafür wird seit 2022 eine Infrastruktur aus State-of-the-Art IT-Plattformen mit sehr großen Speichereinheiten und Hochleistungsrechnern sowie eine Cloudumgebung aufgebaut. Das Projekte Data Factory zeigt wie IT-Plattformen und Cloudlösungen in der Praxis benutzt werden.
