Erfolgreiche Entwicklung und Integration eines SIL4 Protokoll Stacks für die Bahnindustrie
Mit der fortschreitenden Digitalisierung treten neue Herausforderungen für Betreiber der Bahninfrastruktur in den Vordergrund. Die kontinuierliche Erhebung und Auswertung von Daten durch unterschiedliche Systeme führen zu einer Vielzahl von Schnittstellen, die sorgfältig koordiniert und beherrscht werden müssen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, entstand die europäische Initiative EULYNX. Unter der Beteiligung von 14 Bahninfrastrukturbetreibern hat EULYNX das Ziel, Schnittstellen und Elemente der Signalsysteme zu standardisieren. Die Schweiz wird in dieser Initiative durch die SBB vertreten.
Im Zusammenhang der Modernisierung von Stellwerken lies die SBB mittels «Proof of Concept» (PoC) die Möglichkeiten von EULYNX-Architekturen auf einer Embedded Plattform untersuchen. Ein Augenmerk lag dabei auf der gleichzeitigen Ausführung von sicheren und unsicheren Anwendungen auf derselben Plattform. Dazu wurde ein Protokollstack für das Safety-Protokoll "RaSTA"(Rail Safe Transport Application) implementiert und in einem PoC aufgezeigt, dass dieser auf einer bewährten Plattform aus der Luftfahrt integriert werden kann. Dies unter der Berücksichtigung der normativen Vorgaben durch die EN50128, EULYNX und dem höchstmöglichen Sicherheitsintegritätslevel (SIL4).
Für die Umsetzung dieser Aufgabe entschied sich die SBB, auf die Expertise von CSA Engineering AG zu vertrauen.
CSA hat basierend auf der SCORPOS Plattform von Aviotech den RaSTA Protokoll Stack implementiert. Der RaSTA Protokoll Stack bildet das Bindeglied zwischen Stellwerk und Object Controller und ist ein entsprechendes Kernelement des Systems. Mit dem OC werden Aussenanlagen wie Lichtsignale, Weichen und Train Detection System gesteuert. Die Aufgabe des Stacks ist die verlässliche Datenübertragung ohne unbemerkten Datenverlust. Der Protokollstack ist redundant aufgebaut und durch einen Heartbeat kontinuierlich überwacht. Für eine sichere und wartbare Kommunikation haben die Ingenieure der CSA TCP/IP, TLS und OPC UA auf der Plattform integriert. Nicht nur der Protokoll Stack an sich, sondern auch die Implementation der OC-Partitionen nach EULNYX Baseline 4 Release 1, Feld-Applikationen für die verschiedenen OC Aussenanlagen und die Gesamtintegration des OC PoC wurden durch die CSA umgesetzt. Für die Simulation eines realen Aussenelements im Feld wurde ein Lichtsignal verwendet.
Im Juni 2022 konnte CSA die Machbarkeit der RaSTA Stack Integration aufzeigen. Dieser wurde im Oktober 2022 durch SBB an der EUG-Sicherheitskonferenz präsentiert. Die Demo zeigte die erfolgreiche Segregation der Anwendungen mit entsprechendem Fehlerhandling auf. Jede Feld-Applikation wird segregiert von den anderen betrieben und im Fehlerfall nur der betroffene Teil des Systems in den sicheren Zustand geschaltet. Sobald ein Fehler das ganze System betrifft, gehen alle Feld-Applikationen in den sicheren Zustand.
Eine weitere Herausforderung war neben der eigentlichen Entwicklung des Stacks auch das Einhalten der Bahnnormen insbesondere der EN50128, EN50126 und der EN50159. So entwickelten und dokumentierten die Mitarbeiter der CSA entsprechend dem vorgegebenen V-Modell und sequenziellen Phasen der Norm: Angefangen bei der Spezifikation des Systems, über dessen Implementation, Komponenten- und Integrationstests bis zur Validierung des Systems. Die Entwicklung wurde durch den TÜV begutachtet, der Ende 2022 einen positiven Inspektionsbericht ausstellte. Damit verfügt die SBB nun über einen geprüften Referenz Stack inklusive Verifikationskit.
Für weitere Details verweisen wir gerne auf die Juni 2023 Ausgabe von Signal & Draht, in welchem die SBB den Bericht «Integrated safety and security through software-based segregation in the EULYNX Object Controller» veröffentlichte.
Die erfolgreiche Entwicklung und Integration des SIL4 Protokoll Stacks für die Bahnindustrie unterstreicht die Expertise und Erfahrung von CSA. Mit dem Verständnis für komplexe Systeme, einer sorgfältigen Beachtung der Bahnnormen und der Sicherstellung der Qualität, beweist CSA, dass sie ein kompetenter Partner in Projekten mit erhöhten Sicherheitsanforderungen ist.