Modellbasiertes Testen digitaler Leit- und Sicherungstechnik

Modellierung des Verhaltens einer Weiche als SysML-Zustandsdiagramm.
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DLR

Das DLR besitzt seit vielen Jahren Erfahrung mit dem Testen von On-Board-Units. In seinem akkreditierten Labor RailSiTe® wird dabei geprüft, ob diese zugseitigen Computer mit dem standardisierten europäischen Zugsicherungssystem ETCS konform sind.

Doch woher kommen eigentlich die Testfälle, die eine On-Board-Unit zu bestehen hat? Wie beim Testen heute üblich, werden sie von Testexperten aus der Systemspezifikation abgeleitet. Das ist aufwändig und resultiert bei komplexen Systemen in einer Vielzahl von Testfällen – für die On-Board-Unit sind es aktuell 1800. Und trotzdem kann es dabei passieren, dass wichtige Teile des Systems nicht durch die Testfälle abgedeckt werden.

Modellbasiertes Testen

Hier setzt die Forschungsaktivität des DLR zum modellbasierten Testen von Leit- und Sicherungstechnik der Eisenbahn an: liegt eine Systemspezifikation in Form eines Modells vor – wie dies für die Schnittstellen der neuen digitalen Stellwerke der Deutschen Bahn der Fall ist –, ist es prinzipiell möglich, daraus automatisiert einen Satz an Testfällen zu generieren, der das Modell vollständig abdeckt. Dies nutzbar zu machen, ist Ziel dieser Forschungsaktivität.

In einem ersten Schritt wurde am DLR eine Komponente der Leit- und Sicherungstechnik, das ebenfalls zu ETCS gehörige Radio Block Center, modelliert. Das Verhalten wurde dabei in SysML Zustandsdiagrammen abgebildet. Das Modell kann für beliebige Streckenabschnitte konfiguriert werden, woraus im Anschluss ein lauffähiges Radio Block Center generiert werden kann. Auf diese Weise konnte das Modell in die Eisenbahnbetriebssimulation des RailSiTe® Labors eingebunden und für eine Beispielstrecke validiert werden.

RBC Modell Simulation ETCS NGRS3
Das Video zeigt eine im RailSiTe-Labor durchgeführte Zugfahrt mit dem europäischen Zugsicherungssystem ETCS Level 2. Da die dazu benötigte ETCS-Komponente „Radio Block Center“ (RBC) modellbasiert unter Verwendung von Zustandsdiagrammen entwickelt wurde, können die aktuellen RBC-internen Zustände und Zustandsübergänge (in rot) live während der Fahrt beobachtet werden.

Das validierte Komponentenmodell kann nun als Referenz für echte Implementierungen dienen. Oder es können Testfälle daraus generiert werden; dazu ist ein geeigneter Testfallgenerator zu wählen. Wie geeignete Modelle und Generatoren aussehen können, um Komponenten der Leit- und Sicherungstechnik mit möglichst hoher Abdeckung und für den Einsatz auf beliebigen Streckenabschnitten zu testen, daran forscht das DLR aktuell.

Schnittstellen- und Systemtests

Zugleich sollen die Erfahrungen mit dem Testen von On-Board-Units auf andere Komponenten übertragen werden: für die bereits genannten Schnittstellen der digitalen Stellwerke ist es ebenso wie für ETCS-Komponenten essenziell, dass sie standardkonform sind. Denn künftig sollen Komponenten verschiedener Hersteller wie Bausteine zusammengesetzt werden können, um zuverlässig den Bahnverkehr zu sichern und zu leiten. Durch die erfolgreiche Einbindung eines Lichtsignals und des oben beschriebenen Radio Block Center Modells in die Eisenbahnbetriebssimulation des RailSiTe® Labors sind die ersten Schnittstellen – neben derjenigen zur On-Board-Unit – bereits  testbar. Gleichzeitig sind dies wichtige Schritte hin zu vollständigen Systemtests im Labor, die künftig teure Feldtests zum Zusammenspiel realer Eisenbahnsignalanlagen ersetzen sollen.

Kontakt

Prof. Dr. Michael Ortgiese

Abteilungsleiter
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Verkehrssystemtechnik
Design und Bewertung von Mobilitätslösungen
Rutherfordstr. 2, 12489 Berlin