OCIT®

Open Communication Interface for Road Traffic Control Systems / Offene Schnittstellen für die Straßenverkehrstechnik

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Das OCIT-System

OCIT-Schnittstellen sind die Basis einer offenen Systemarchitektur. Sie konzentrieren sich auf standardisierte Verbindungen zwischen verteilten zentralen und dezentralen Komponenten, wie Teilsystemen, Werkzeugen und Feldgeräten. Mit der Nutzung der Internettechnologie ermöglichen sie den Aufbau von Verkehrsmanagementsystemen und systemweiten Netzwerken, die Feldgeräte und Zentralen umfassen.

In den OCIT-Definitionen festgelegt werden Systemarchitektur, Regeln, OCIT-Protokolle, Funktionen und Übertragungsprotokolle.

Die OCIT-Architektur

Bisher wurden drei verschiedene Schnittstellenbereiche im Gesamtsystem der Verkehrssteuerung identifiziert:

• OCIT-Instations sind standardisierte Schnittstellen zwischen zentralen Komponenten und Systemen. Mehr......
  
• OCIT-Outstations sind standardisierte Schnittstellen zwischen Zentrale und Feldgeräten.
  
• OCIT-LED ist eine elektrische Schnittstelle zwischen Lichtsignalsteuergerät und LED-Signalgebermodulen in 40 V-Technik.

Bereich OCIT-Instations

Charakteristisch für diese Schnittstellen ist die Übernahme von Datensätzen (Archivdaten, archivierte Messwerte, Versorgungsdaten etc.) in das angeschlossene System und deren zeitlich entkoppelte Verarbeitung. Umgekehrt ist das Ergebnis der Verarbeitung ebenfalls ein Datensatz, z.B. eine Geräteversorgung.

Folgender Schnittstellen sind verfügbar:

• OCIT-Instations VD-LSA
  Schnittstelle zu Verkehrsingenieurs-Arbeitsplätzen und zur Versorgung von Lichtsignalsteuergeräten.
  
• OCIT-Instations PD-LSA
  Schnittstelle zu Funktions- und Qualitätsanalysesystemen (Prozessdaten).
  

Bereich OCIT-Outstations

OCIT-Outstations Schnittstellen verbinden Zentalen und Feldgeräte. Sie dienen zur Steuerung, Überwachung und Datensammlung. Die OCIT-Feldgeräte sind Single-Master-Geräte, daher ist ihre Gegenstelle logisch gesehen immer eine einzelne Zentrale bzw. eine Komponente oder ein Servicetool in der Zentrale.

Die Schnittstellenbereiche des OCIT-Systems

Die Technik der Schnittstellen OCIT-Outstations

Auf der Basis der Internettechnologie ermöglichen OCIT-Outstations Schnittstellen ein systemweites Netzwerk, das Feldgeräte und Zentralen umfasst. Sie sind technisch so konzipiert, dass sie sich schrittweise weiterentwickeln und künftigen Aufgaben anpassen lassen. Obwohl in erster Linie für Lichtsignalsteuergeräte konzipiert, eignen sie sich auch für andere Bereiche, wie z.B. Verkehrserfassungsgeräte und Anzeigensteuerung.

Ihre typische Aufgabe ist die sichere Bedienung und Überwachung der Gerätefunktionen aus der Ferne, wobei eine sofortige Quittierung, Reaktion und Fehlerbehandlung erfolgt. Damit unterscheiden sie sich in vielen Eigenschaften von den Schnittstellen OCIT-Instations. Besondere Bedeutung hat deshalb das für OCIT-Outstations entwickelte Übertragungsprotokoll BTPPL.

Kommunikationsmodell

Mit OCIT-Outstations wurde eine universell einsetzbare Schnittstelle geschaffen, die nicht auf ein bestimmtes Kommunikationsmedium festgelegt ist. Die Kommunikationsmedien erstrecken sich von vorhandenen, in ihrer Bandbreite eingeschränkten Leitungen über Funkverbindungen bis hin zu LAN/WAN und Internet. Da es notwendig ist, OCIT-Outstations im Laufe der Zeit an neue Anforderungen anzupassen und funktionell zu erweitern, wobei der Umfang dieser Erweiterungen heute noch nicht bekannt ist, gibt es eine daraus abgeleitete Forderung: Die Übertragungsstrecke darf nicht mit zeitkritischen Daten belastet werden, um eine zukünftige Überlastung vom Ansatz her zu vermeiden.

Diese Forderung wird dann erfüllt, wenn zeitkritische Steuerungsaufgaben in den Geräten vor Ort wahrgenommen und nicht zwischen Zentrale und Gerät über die Schnittstelle abgewickelt werden. Solche Systeme bezeichnet man als ”dezentrale Systeme“. Die OCIT-Outstations Feldgeräte besitzen daher Prozessoren, die komplexe Abläufe lokal beherrschen und entsprechende Verarbeitungen durchführen können.

Alle OCIT-Outstations Definitionen setzen daher eine dezentrale Architektur voraus. Ein Beispiel derartiger Feldgeräte sind Lichtsignalsteuergeräte, die komplexe Verkehrsabhängigkeiten lokal beherrschen, Verkehrsmesswerte erfassen und verarbeiten („intelligente Steuergeräte“) können.

Zeitverhalten

Der bisher in Verkehrssteuerungssystemen übliche starre 1-Sekunden-Zyklus verlangt Übertragungssysteme, deren Übertragungszeiten unter allen Bedingungen unter einer Sekunde bleiben. OCIT- Systeme mit der OCIT-Outstations Schnittstelle übertragen dagegen Befehle und Daten nur beim Eintreffen bestimmter Ereignisse. Ein starrer Zyklus ist hier nicht notwendig. Dies ermöglicht den Einsatz der aus dem Internet bekannten TCP- und IP-Protokolle und somit die Einbindung der Feldgeräte in Netzwerke.
In derartigen Systemen schwankt die Übertragungszeit der Daten in Abhängigkeit von der Auslastung des Netzwerks. In einem OCIT-System, werden die Komponenten so gewählt, dass sich die Übertragungszeiten für den Benutzer im Allgemeinen nicht störend bemerkbar machen. Dieses Verhalten wird als „zeitnah“bezeichnet.

Die Synchronisierung aller Geräte im System erfolgt über genaue Uhren (Funkuhr oder Zeitdienst der Zentrale).

Hinweis: Auch grüne Wellen werden daher über die Uhrzeit synchronisiert, es gibt in OCIT keinen SY-Befehl.

Protokolle

Die Datenübertragung orientiert sich am ISO-Standard „OSI-Schichtenmodell“

OSI-Schichten des Übertragungsprofils für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen

Das sogenannte OCIT-Outstations Protokoll ist das Übertragungsprotokolle der Anwenderebene. Es umfasst: die Einbindung der OCIT-Outstations Funktionen in die Geräte-Software und das speziell für OCIT-Outstations entwickelte, bandbreitenoptimierte Protokoll BTPPL.

Mit Ausnahme des OCIT-Outstations Protokolls BTPPL werden nur Standardprotokolle eingesetzt. TCP/UDP/IP sind die Transportprotokolle der mittleren Ebenen. Auf Grund der Nutzung von IP in der OSI Schicht 3 ist es prinzipiell möglich, Nachrichten zu „Routen“, daher Übertragungen von Feldgerät zu Feldgerät oder zu anderen Systemteilen durchzuführen (Hinweis: bisher noch nicht realisiert) . Bei sternförmigen Verbindungen erfolgt dabei das „Routen“ über die Zentrale, die dabei ähnlich wie eine Telefonvermittlung arbeitet.

Die Datenübertragung basiert auf Standards der Telekommunikationstechnik und kann alle üblichen Medien und Telekommunikationsdienste nutzen, die durch die Schichten 2 und 1 angebunden werden.

Für die Anwendung zwischen Zentralen und Feldgeräten kommen in erster Linie Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auf fest geschalteten Übertragungswegen in Frage, daher bei Lichtsignalanlagen die vorhandenen kundeneigenen Kabelwege. Deshalb wurde dieses Übertragungsprofil als erstes definiert (Profil 1 - Übertragungsprofil für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auf festgeschalteten Übertragungswegen). Die dafür passenden Protokolle in den Schichten 2 und 1 sind im obigen Bild (OSI-Schichten) gezeigt. Weitere Profile für Wähl - und Funkverbindungen und LAN sind verfügbar, andere können bei Bedarf realsiert werden. Übergänge zwischen verschiedenen Übertragungsmedien, Telekommunikationsdiensten und Topologien sind prinzipiell möglich.

Für die Anwendung „Zentraler Systemzugang“ wird das zentrale LAN verwendet und die Schichten 2 und 1 entsprechend angepasst.

Eigenschaften von BTPPL

Gegenüber ähnlichen Standardprotokollen wesentlich kleinerer Datenoverhead und damit grundsätzlich kürzerer Übertragungszeiten. Deshalb können auch die oft vorhandenen Kabelverbindungen mit verhältnismäßig schlechter Übertragungsqualität genutzt werden. Das Protokoll stellt geringe Anforderungen an die Kommunikations-Hardware, z.B. benötigt es nur wenig Speicherplatz. Deshalb kommt es auch für Implementierungen in Geräten mit hohem Kostendruck in Frage.

Ein fester Bestandteil des Protokolls ist der SHA-1-Algorithmus, der über eine 24-bit-Codierung eine hohe Übertragungssicherheit garantiert und durch einen Passwortschutz sicherstellt, dass Hacker die Feldgeräte nicht manipulieren können. Das Eindringen von Hackern in Kundennetze über die Möglichkeiten des Netzwerkprotokolls (Schichten 3 und 4) kann damit jedoch nicht verhindert werden. Dieses Angriffsszenario muss im Einzelfall geprüft werden. Netze werden dagegen üblicherweise durch den Einsatz von Firewalls gesichert.

Funktionen und Objekte

Alle über OCIT-Outstations ausführbaren Funktionen müssen von konformen Geräten in gleicher Art und Weise ausgeführt werden, um eine einheitliche Systemfunktion zu gewährleisten. Die genaue Spezifikation der OCIT-Outstations-Objekte erfolgt in den OCIT- Dokumenten. Die dazugehörigen Datendefinitionen benutzen die Datenbeschreibungssprache XML (Extensible Markup Language). Sie sind die Grundlage für eine Implementierung in den Feldgeräten. Es werden unterschieden:

OCIT-Outstations-Objekte

sind in den Dokumenten OCIT-O Basis und in den OCIT-O Dokumenten, die die Festlegungen für Feldgeräte enthalten, festgelegt und repräsentieren den Standard. Alle OCIT-Outstations konforme Geräte führen die mit diesen Objekten verbundenen Funktionen in gleicher Weise aus.

Hersteller-Objekte

sind nicht standardisierte Objekte. Sie können festgelegt werden durch:

• Hersteller die Inhaber von Nutzungsrechten an OCIT-Outstations sind. Sie kennzeichnen damit herstellerspezifische Objekte, die in ihren Geräten realisiert sind.
  
• Betreiber, die für ihre Projekte projektspezifische OCIT-Objekte benötigen.

Je nach Situation erfolgt die Spezifiktion ohne weitere Absprache oder zusammen mit den am Projekt beteiligten Herstellern. Sinn dieser Festlegung ist es, technische Möglichkeiten für in OCIT-Outstations nicht vorgesehene, noch fehlende, herstellereigene oder projektspezifisch verlangte Funktionen zu schaffen. Um einen ungestörten Betrieb im herstellergemischten System zu gewährleisten, muss die Spezifikation und Realisierung der Hersteller-Objekte nach dem OCIT-Regelwerk erfolgen. Jeder Urheber von Hersteller-Objekten erhält nach Anmeldung bei der ODG eine OCIT-Member-Nummer. Damit werden die Datentelegramme der jeweiligen Hersteller-Objekte gekennzeichnet. Sie sind damit im System von den Standard-OCIT-Outstations-Objekten unterscheidbar und eindeutig identifizierbar.

Member-Nummern

Mit Hilfe der Member-Nummern <Member> ist im OCIT-System eine Unterscheidung zwischen Standard-OCIT-Objekten und den Festlegungen der Hersteller möglich. < Member> kennzeichnet einen Eigentümer von Objekten oder Daten, z.B. eine Firma, Arbeitsgruppe oder ein Projekt. Member 0 und 1 sind die von der ODG festgelegten OCIT-Outstations-Objekte. Sie kennzeichnen den Standard. In der folgenden Tabelle finden Sie das aktuelle Member-Verzeichnis. Es wird nur an dieser Stelle aktuell gehalten.
Der Nummermbereich 40 bis 16383 wird von der OTEC für die Kennzeichnung von Prozessdaten verwendet und an anderer Stelle verwaltet. Der Bereich 32768 bis 65535 dient als Reserve.

Tabelle der aktuellen Member-Nummern:

-> Nutzungsrechte

Ausstattung der Feldgeräte

Für die OCIT-Outstations konforme Funktion der Geräte unbedingt notwendige Objekte und Eigenschaften sind in den entsprechenden Dokumenten aufgelistet. In diesen Dokumenten werden auch Wertebereiche für Ausstattungsmerkmale der Geräte angegeben. Diese stellen eine mögliche Obergrenze dar.

Es bleibt jedem Hersteller überlassen, welche Grundausstattung er mit den Geräten seines OCIT-Programms anbietet. Jeder Hersteller wird bestrebt sein, eine wirtschaftlich sinnvolle Auswahl an OCIT-Outstations Objekten und den damit verbundenen Ausstattungsmerkmalen anzubieten. Der Hersteller dokumentiert die Ausstattung seiner Gerätetypen in eigenen Datenblättern.

Auf der Zentralenseite wird vorausgesetzt, dass die OCIT-Outstations Grundfunktionen erfüllt werden und dass die jeweiligen OCIT-Outstations Geräte anschließbar sind. Es bleibt dem Hersteller der Zentrale überlassen, welche darüber hinausgehenden Leistungsmerkmale er von vornherein implementiert.