Kommunikation und zukünftige Telematik-Dienste · UMTS (Universal Mobile TD - CDMA / WCDMA 2000...

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DLR-Workshop „Satellitenkommunikation in Deutschland“ Köln-Porz, 27.-28. März 2003 Kommunikation und zukünftige Telematik-Dienste Dr.-Ing. W. Griethe Kayser-Threde GmbH Wolfratshauser Strasse 48 D-81379 München Tel: +49 – (0) 89 – 7 24 95 -128 Fax: + 49 – (0) 89 – 7 24 95 -104 E-Mail: [email protected] Köln, 28. März 2003

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1 DLR-Workshop • „Satellitenkommunikation in Deutschland“ • Köln-Porz, 27.-28. März 2003

Kommunikation

und

zukünftige Telematik-Dienste

Dr.-Ing. W. GrietheKayser-Threde GmbH

Wolfratshauser Strasse 48D-81379 München

Tel: +49 – (0) 89 – 7 24 95 -128Fax: + 49 – (0) 89 – 7 24 95 -104

E-Mail: [email protected]

Köln, 28. März 2003

2 DLR-Workshop • „Satellitenkommunikation in Deutschland“ • Köln-Porz, 27.-28. März 2003

Location Based Services – Gegenwärtiger Stand Basistechnologien

- Funktionalität heutiger Telematik-Endgeräte

§ Ortung (Location Service)

§ Daten-Processing

§ Kommunikation

- Ortungsinformation mittels

§ Satellitennavigation (30 – 150 m)

§ Radionavigation (50 – 300 m)

§ Trägheitsnavigation (20 – 50 m)

§ Funkzellenortung (300 – 600 m)

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- Anwendung kombinierter Verfahren möglich

- Aktuelle Position wird aus Empfangsdaten berechnet

(Pseudoranges, Hyperbelverfahren, Koppelnavigation, ...)

- Stützung durch Referenz-Geoinformationen möglich (z.B. Gleiskarte)

- Processing erfaßter Meß- und Betriebsdaten

- Erstellung von Datentelegrammen in real time (SMS)

- Kommunikation über • Mobilfunknetze (GSM Bandbreite ca. 13 kbit/s)

• SatCom (Inmarsat, Orbcomm, ...)

Location Based Services – Gegenwärtiger Stand Basistechnologien

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Aktuelle Beispiele heutiger Telematik-EndgeräteBeispiel 1: NavMaster / transportdata in verschiedenen Varianten

n 12-Kanal GPS-Receiver sowie GSM-Modem

n Kommunikation mit Leitzentrale via SMS

n S/W-Updates über Datenkanal

n Low-Power-Prozessor mit Aufweck-Timer

n Hochleistungsbatterie

n Robustes Stahltopf-Gehäuse mit

nichtmetallischer Gerätekuppel

n Extern anschließbare Sensorik

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terminal strip

GPS/GSM Antenna

OPTIVIAMobile

device cable

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RF-cable RG58 50Ohm/RF-cable RG217 50Ohm

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OPTIVIADriver

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3NGU500047

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3NGU000110/3NGU000111/3NGU000140

OPTIVIADriver

Terminal 23NGU500045

plug11

2

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7

5

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Beispiel 2: OPTIVA® Fahrzeugausrüstung von Bombardier Transportation

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Fahrzeugkomponenten

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Location Based Services - Zukünftige Technologien und Trends

1. Neue Übertragungstechniken: Von GSM über HSCSD und GPRS zu UMTS

22800 bps(Daten 9600 bps)

TDMAGSM / GSM-R (Global System for Mobile Communications)

19200 bps (2 x 9600)28800 bps (2 x 14400)bei Nutzung von 4 Zeitschlitzen: 38400 -57600 kbps

TDMAHSCSD (High Speed Circuit Switched Data)

21.4 kbps pro Kanal bei max. 8 Kanälen: 171200 bps (theoretisch)praktisch: max 50 kbps

TDMAGPRS (General Packet Radio)

2000 kbpsTD - CDMA / WCDMAUMTS (Universal Mobile Telecommunications Service)

DatenrateVerfahrenMobilfunkstandard

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2. Satellitenkommunikation als Alternative zum Mobilfunk

- Mobilfunknetz nicht lückenlos

- im internationalen Verkehr wird Roaming vorausgesetzt

- Alternativen: INMARSAT-C INMARSAT-D ORBCOMM

GEO GEO LEO

(GPS-Receiver (35 Microstar-Satelliten

im Modem eingesetzt in 775 km Höhe)

300 bps 64 bps (SMS) 2400 / 4800 bps

- Nachteil: Zusätzliche Hardware; hoher Stromverbrauch; geringe Bandbreiten

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3. Sensorik-Ankoppelung mittels Funkschnittstellen

§ Bluetooth

- Technik auf einem Chip < 1cm²

- Stromspar-Modi: 30 Mikroamper im Sleep-Mode60 Mikroamper im Hold-Mode30 Milliamper im Operation-Mode

- Datenrate max 721 kbps über Entfernungen bis 10 m

§ DECT- Reichweite Basisstation > 100 m; max. 120 DECT-Verbindungen- Datenblock: 320 Bits in 420 Mikrosekunden; max. 32 kbps- Nachteil: Platinengröße und Stromverbrauch; mehrere Standards

§ Infrarot-Kommunikation- IrdA-Standard (Infrared Data Association)- max. 115 kbps- Nachteil: Sichtverbindung über kurze Entfernungen

4. Geoinformationen- stellen noch Engpass dar; geeignete Kartengrundlagen fehlen- Integration mit Daten nur im Einzelfall- Zugriff auf Geodaten auf Grund unterschiedlicher Formate erschwert

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5. Ortungskomponente: Von GPS über EGNOS zu Galileo- sicherheitskritische Anwendungen - Integrity Information- erhöhte Ortungsgenauigkeit

Auf dem Gebiet der High-End Bahn-Telematik entwickelt Kayser-Thredezur Zeit drei Prototypen mit folgenden Hauptmerkmalen:

RadioCompass: Kombination aus Hochpräzisions-Dualfrequenz-GPS-Empfänger mit integrierter 6-DOF Inertialeinheit

Integrail: Kombination eines L1 GPS/EGNOS- Empfängersmit einem Heading Sensor, Odometer und digitalemStreckenatlas für den Einsatz gemäß ETCS

ARTES: Integriertes System bestehend aus verschiedenenGPS/EGNOS-Empfängern mit unterschiedlichenKommunikationssystemen(GSM, GPRS, INMARSAT D+, ORBCOMM)

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6. Internet-basierte Technologien (Zugang Intranet)- Zugang analog, ISDN, ADSL, ...- Festnetz Standards

analog max. 56 kbpsISDN 64 kbpsIDSL (ISDN DS2) 128 kbpsADSL (Asymmeteric Digital Subscriber Line) 768 bzw. 128 kbps

V-ADSL (Universal DSL) 2 MbpsHDSL (High Data Rate DSL) 2 MbpsSDSL (Symmetric DSL) 784 kbpsR-ADSL (Rate Adaptive DSL) 32 kbpsVDSL (Very High Data Rate DSL) max. 50 Mbps

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Beispiele zukünftiger Telematik-Dienste

1. Internet-basierter Satelliten-Navigationsempfänger SISNET® : EGNOS-basierte LBS

n Kombination von SatNav und

Internet

n SISNET: Signal in Space through the Internet

n ESA Forschungsprojekt

n Zielstellung:

Zugang des Anwenders zur Integrity-Information des EGNOS-Signals via Inmarsat GEO-Satelliten als auch via Internet

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n Hardware des Anwenders:

GPS-Empfänger plus GSM / GPRS Modem ermöglicht Nutzung des SISNET-Service

Architektur der SISNET basierten Anwenderlösung

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2. Rail-Kommunikationsserver:

- Einheitliche Kommunikationsplattform, könnte alle zukünftigen Informations-Systeme der DB AG bedienen

- Zukünftiger Kommunikations-Standard der DB AG?

WAN

...

Zentraler Kommunikations-server

Regionale Kommunikations-server

GSM / GPRS

Datenkommunikation zeitkritischer Daten über GSM/GPRS

Datenkommunikation zeitunkritischer Datenüber WLAN

WLAN

Bereitstellungsbereich

AccessPoint

WLANBridge

AccessPoint

AccessPoint

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Anbindung der Endgeräte über WLAN

AccessPoint

WLAN mobil

FileServerMKS Schadvormeldung

AiZ

pfIFF

EBuLa

RiS.mobilNeues

mobiles Terminal

mobilInfo

WLAN Backbone

MKS

GP

SW

LAN

GS

M /

GP

RS

WLAN Backbone

MKS

GP

SW

LAN

GS

M /

GP

RS

Mobiler Kommunikationsserver

Die Kommunikations-Plattform kommuniziert über optimierte Verbindungswege mit stationären Zentral-systemen und nutzt das globale GPS zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs

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3. Sicherheitskritische Telematik

§ Erzwungener Wettbewerb auf der Schiene infolge Liberalisierung

§ Verdreifachung des Güterverkehrs nach D mit Ost-Erweiterung der EU erwartet

§ Größter Umsatzträger der Bahnen sind Mineralöl- und Chemietransporte

§ Beförderung gefährlicher Güter unterliegt strengen Anforderungender Gefahrgutordnung

§ z.B. Monochloressigsäure kristallisiert bei T < 20°C undbei T > 40°C werden Edelstahltanks zersetzt

§ Telematik – ein wichtigerAspekt des Gefahrtgut-Transportes

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Energie

GSM

Satelliten

Galileo

Batterie

SMSKommando

von Zentrale SMS Meldungan Zentrale (GSM-R)

Datenkanalvon ZentraleSoftware-Updates

Funk

EntgleisungsAlarm zur Lok

Entgleisung

Temp.

Beschl.Sensor t

Analyse

Deckel

Sensorbus

Sicherheitskritische Telematik