Radio-based energy-autarkic communication for freight trains

Schon seit langem besteht der Wunsch, Statusinformationen der Güterwagen eines Fahrverbandes sowohl der Ladung als auch des Wagenunterbaus während der Fahrt zu erfassen, zur Diagnose an eine zentrale Stelle weiterzuleiten und damit die Anonymität der Güterwagen eines Fahrverbands durch ein Kommunikationssystem im Zug aufzuheben. Eine nicht vorhandene Energieversorgung erschwert dabei die Einführung derartiger Systeme. Die bisher nicht zufriedenstellend gelösten Hauptanforderungen an ein solches Kommunikationssystem bestehen in der Kommunikation per Funk und in der autarken Energieversorgung der Geräte. Der benötigte Energiebedarf einer autarken Energieversorgung für einen Dauerbetrieb sowie repräsentativer Nutzungsszenarien während eines Güterwagen-Revisionszyklus von typischerweise sechs Jahren wurde abgeschätzt und auf Basis der Anforderung Energiequellen und -erzeuger sowie mögliche Energiespeicher analysiert und mittels der Bewertungsmethode des Paarweisen Vergleichs anhand der dekomponierten Anforderungen an die Energieversorgung bewertet und ausgewählt. Zur Erfüllung einer selbstinitialisierenden und zuverlässigen Intrazugkommunikation wurden mögliche Funktechnologien analysiert und anhand der dekomponierten Anforderungen an die Kommunikation bewertet und ausgewählt. Die Herstellerangaben bezüglich der Funkeigenschaften der am besten bewerteten Module wurden in mehreren Versuchsreihen und -umgebungen validiert und eine Technologie ausgewählt. Weiterhin wurde eine normgerechte Telegrammstruktur ausgewählt bzw. entwickelt. Basierend auf den Hardwareressourcen sowie den durch die Erweiterung der Anforderungen aus den äußeren Randbedingungen resultierenden Betriebsarten ergibt sich ein Verfahren der Kommunikation und der Businitialisierung, welches nach BASYSNET mittels des Beschreibungsmittels der Petrinetze modelliert und analysiert wurde. Durch die Möglichkeit der Codegenerierung wurde ausführbarer C-Quellcode erzeugt und in die Geräte integriert.There has long been a desire to acquire status information during the tour of duty both of the cargo and of the trainset’s freight train wagons themselves. This is for forwarding the acquired measures to a controller and with this to abolish the vehicle’s anonymity. The not existent autarkic energy supply aggravates the implementation of such communication systems. The communication system’s main requirements consist of the communication by radio itself and of the preferably autarkic energy supply of such devices. The required energy needs of an autarkic energy supply for the continuous operation as well as for the operation according using scenarios during a vehicle’s revision cycle for usually about six years were calculated without attention to detail or accuracy. Based on the developed requirements there were analyzed possible energy sources and -converters as well as energy accumulators with the “pair wise comparison” evaluation method. To fulfill a self-initializing und reliable intra train communication, radio communication technologies have been analyzed, rated and selected. The appraisal criteria were the requirements meeting attributes and features to radio communication according to the developed requirements. The best rated radio module’s manufacturer’s data concerning the radio’s characteristics have been validated in multiple series of tests and one technology was selected according to the results. An adequate functional topology was selected and a standard’s conforming telegram structure was developed. Based on the hardware resources and the operating modes there results a communication and an inauguration’s procedure. The inauguration’s procedure has been modelled and analyzed by use of petrinets according to the BASYSNET-method. By use of the possibility of automated code generation, executable source code has been generated and implemented into the communication-device’s microcontroller