Mit Funktechnik können Fahrzeuge künftig schnell einen Parkplatz finden oder Rettungskräfte im Katastrophenfall zuverlässig miteinander kommunizieren. Doch um zu wissen, in welchem Fall welche Datenfunkanlage die Richtige ist, sollte man einige Grundlagen kennen.
Die richtige Frequenz finden
Beim Einsatz von Datenfunk ist die Länge der zu überbrückenden Strecke wichtig. Für kurze Distanzen in relativ zeitunkritischen Anwendungen eignen sich Breitband-Funksysteme. Ein typisches Beispiel dafür liefert der Office-Bereich mit dem klassischen WLAN (Wireless Local Area Network). Bei größeren Distanzen oder zeitkritischen Anwendungen ist die Schmalbandtechnologie unverzichtbar. Sie nutzt Frequenzen im VHF-Bereich (Very High Frequency, 30 bis 300MHz) und UHF-Bereich (Ultra-High Frequency, 0,3 bis 3GHz). Sie bietet Datenübertragungsraten in der Luft von 19.200Bit/s bei geringen Laufzeiten.
Lizenzen für Frequenzen
Mit lizenzfreien Frequenzen lassen sich Distanzen von bis zu 4km ohne monatliche Gebühren überbrücken. Der Anwender muss jedoch jederzeit mit Störungen im Funkverkehr rechnen. Zudem unterliegen die anmeldefreien Funkfrequenzen strengen Zulassungsbedingungen: Dazu gehören geringe Sendeleistungen, Vorgabe von sogenannten Sendezyklen (Dutycycle) sowie das generelle Verbot von Repeatern. Lösungen mit lizenzierten Frequenzen dagegen verursachen zwar geringe Betriebskosten, bieten aber durch hohe Störsicherheit und – je nach Netzwerktopologie – Übertragungsdistanzen von bis zu 40km (auch ohne Repeater). Die privaten Netze, von der Bundesnetzagentur (BNA) zugeteilt, bewirtschaftet der Betreiber selbst.
Die passende Betriebsart
Neben der richtigen Frequenz muss der Anwender auch die richtige Betriebsart für die Modems finden. Im einfachsten Fall, nämlich der Betriebsart \’Sender und Empfänger\‘, werden die Eingänge am Sender 1:1 auf die Ausgänge eines oder mehrerer Empfänger abgebildet (Bild 1). Da in diesem Fall die Aufgaben \’Senden\‘ und \’Empfangen\‘ strikt getrennt sind, ist keine Rückmeldung vom Empfänger zum Sender möglich. Will oder kann man darauf nicht verzichten, ist die Betriebsart \’Transceiver\‘ die richtige Lösung (Bild 2): Bei dieser Halbduplex-Funkverbindung können die Geräte gleichermaßen als Sender und Empfänger arbeiten. Dabei werden immer die Eingänge eines Teilnehmers auf die Ausgänge des anderen gespiegelt und umgekehrt. Falls gewünscht, lassen sich auch mehrere Transceiverpaare kombinieren, die gleichzeitig auf unterschiedlichen Funkstrecken arbeiten. Wo sehr große Strecken überbrückt werden müssen oder Hindernisse die direkte Kommunikation behindern, kommt die Betriebsart \’Repeater\‘ zum Einsatz. Der Repeater gibt die vom Sender empfangenen Nachrichten ohne Verarbeitung an einen Empfänger weiter (Bild 3). Am flexibelsten ist die Betriebsart \’Master-Slave\‘. Hier kommuniziert ein Master mit mehreren Slaves. Dazu versendet der Master einen Funkbefehl, den alle Slaves empfangen. Damit nur der richtige Slave antwortet, enthält die Nachricht des Senders die ID des angesprochenen Slaves. Serielle Schnittstellen ermöglichen bei allen Betriebsarten den Anschluss an übergeordnete Prozesse.
Einsatz in der Verkehrsbranche
Datenfunkanwendungen können verschiedene Ausmaße annehmen. Je nach Anwendung kommt nicht nur eine Frequenz und auch nicht nur eine Betriebsart zum Einsatz, sondern Kombinationen daraus. Während sich beispielsweise im Wasser- und Abwasserbereich Datenfunk schon stark durchgesetzt hat, gibt es in der Verkehrsbranche noch viel Potenzial. Hier kann Deutschland z.B. von seinen finnischen oder holländischen Nachbarn lernen. Dort wurde in verschiedenen Projekten in Zusammenarbeit mit den Datenfunkexperten Satel die Fahrgastinformation im öffentlichen Nahverkehr verbessert. Aufgrund des Datenfunks sind die Fahrgäste immer über die aktuellen Ankunfts- und Abfahrtszeiten von Bussen informiert. In Helsinki beispielsweise wurden 300 Busse mit einem Satelline 3AS-Modem ausgestattet. Sie kommunizieren mit den 3AS Epic-Modems der drei Basisstationen (Bild 4). Die Stationen verarbeiten die Informationen der Busse in einem übergeordneten Leitsystem und geben sie weiter, beispielsweise an die Informationsdisplays der Bushaltestellen oder an das Busdepot. Zusätzlich kommunizieren die Busse auch mit den Ampeln auf ihrem Weg. Beim Passieren einer definierten Erkennungsmarke schaltet das Modem seine Frequenz um und sendet der nächstfolgenden Ampel das Signal \’Achtung, ich komme\‘. Die Ampel hält jetzt die Grünphase oder schaltet auf grün. So sichert sie dem Bus ein schnelles Vorankommen. In der gesamten Anwendung werden fünf verschiedene Funkfrequenzen eingesetzt: Zwei zur Buspositions- und Datenübermittlung zur Basis, eine zur Ampelsteuerung, eine für die Haltestellenanzeige und eine zum Auslesen der gespeicherten Tagesdaten der Busse im Depot (Bild 5). Mit dem datenfunkbasierten System können sich die Fahrgäste aber nicht nur an den Bushaltestellen über die aktuellen Fahrzeiten informieren. Informationseinheiten in den Bussen geben zudem Auskunft über mögliche Anschlussverbindungen; Echtzeitfahrpläne lassen sich im Internet oder per Handy abfragen; und auch öffentliche Terminals stellen die Informationen zur Verfügung.
Leitsystem zum Parkplatz
Auch Parkleitsysteme eignen sich für den Einsatz von Funkmodems. Die Datenfunkexperten haben hier bereits einige Systeme mit den entsprechenden Modems ausgerüstet – z.B. in der Nähe von Bozen, Italien (Bild 6). In dieser Anwendung sind 15 Parkplatzanlagen ins Leitsystem eingebunden. Das Vor-Ort-System jeder Anlage ermittelt die freien Plätze und stellt die Informationen per Datenfunk sowohl der örtlichen Anzeige als auch dem übergeordneten Leitsystem zur Verfügung. Das überträgt die Zahl der freien Plätze an weitere Anzeigetafeln. Werden diese mit einem Solarpaneel für die Stromversorgung ausgerüstet, kann auf Erdarbeiten verzichtet werden. Alle eingesetzten Modems können als Master, Slave oder Repeater arbeiten. Das minimiert die Lagerhaltung und ermöglicht einfach nachträgliche Erweiterungen.
Katastrophenschutz
Polizei, Notdienst und Krankenwagen müssen in Notfällen schnell reagieren können. In Katastrophenfällen besteht jedoch die Gefahr, dass vorhandene GSM/GPRS-Netze überlastet sind oder gänzlich ausfallen. Für diese Zwecke testet eine deutsche Universität derzeit ein redundantes Datenfunksystem. Dazu wurden Feuerwehrfahrzeuge mit 3AS Epic-Modems ausgerüstet, über die sie bei Netzausfall per Datenfunk miteinander kommunizieren können. In der beschriebenen Anwendung übertragen die Feuerwehrfahrzeuge z.B. die Luftverschmutzungswerte an die Kommandoleitstelle. Und auch sie können – bei entsprechend nachgerüsteten Ampeln – mit dem vorhandenen Modem Ampelsteuerungen beeinflussen. Den Rettungskräften wäre es dann möglich, im Notfall mit grüner Welle ungehinderter den Einsatzort zu erreichen.
Automatisierungsumgebung
Für die Integration des Datenfunks in vorhandene Automatisierungsumgebungen bieten die Satelline 3AS Modems verschiedene serielle Schnittstellen wie z.B. RS232 oder RS422/485. Für den Profibus ist ein Profibusadapter im Programm; somit ist ein Anschluss an das verbreitete Bussystem leicht möglich. Neben Profibus werden weitere Protokolle unterstützt, z.B. Modbus sowie die Fernwirk- und Leittechnikstandards RP570/71, IEC60870-5-101 oder 3964(R). Dadurch können die Modems flexibel eingesetzt werden.