Deadlock Avoidance in Railroad Operations Simulations / Jörn Pachl

Powerful simulation software systems have become a standard tool for railroad capacity research. During a simulation run, deadlocks may occur at specific track configurations. A deadlock is a situation in which a number of trains cannot continue their path at all because every train is blocked by another one. This will make simulation results useless. For an adequate use of simulations, deadlocks should either be avoided completely or at least reduced to an acceptable level. Strategies against deadlocks developed in computer science cannot simply be adapted to railroad simulations. Also, typical algorithms developed in operations research for deadlock avoidance on railroads, do not really fit to the conditions of railroad operation. Now, a new solution has been developed that is based on a dynamic route reservation. That principle follows the idea that, before a train may be authorized to enter a track section, a specified number of track sections must be reserved ahead of that train. The number of track sections to be reserved varies depending on a set of logical rules. A track section can be reserved for several trains at the same time. These reservations are stacked in a similar way like stacked routes in an interlocking. The stacked reservations model the enforced train sequence that ensures a deadlock-free operation. That algorithm is currently being implemented into the Railsys simulation software by RMCon and will be a standard feature in all new versions.Leistungsfähige Eisenbahnbetriebssimulationen haben sich zu einem Standard-Tool für Leistungsuntersuchungen im Bahnbetrieb entwickelt. Während eines Simulationslauf können bei bestimmten Gleiskonfigurationen Deadlocks entstehen. Ein Deadlock ist eine Situation, in der sich alle Züge gegenseitig blockieren, so dass der Betrieb nicht fortgesetzt werden kann. Die Simulationsergebnisse sind damit wertlos. Es ist daher notwendig, in Eisenbahnbetriebssimulationen Deadlocks entweder völlig zu vermeiden oder ihre Häufigkeit zumindest auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren. Die in der Informatik entwickelten Strategien gegen Deadlocks lassen sich nicht ohne weiteres für Eisenbahnbetriebssimulationen übernehmen. Auch die typischen Algorithmen aus dem Bereich des Operations Research bilden die Bedingungen des Bahnbetriebes nur unzureichend ab. Jetzt liegt mit der dynamischen Fahrstraßenreservierung eine neue Lösung vor. Das Prinzip folgt der Idee, dass, bevor ein Zug zur Fahrt in einen Gleisabschnitt autorisiert wird, eine bestimmte Anzahl von Gleisabschnitten vorauslaufend reserviert werden muss. Die erforderliche Anzahl zu reservierender Gleisabschnitte wird durch Anwendung logischer Regeln variiert. Ein Gleisabschnitt kann gleichzeitig für mehrere Züge reserviert sein. In diesem Fall werden die Reservierungen wie eingespeicherte Fahrstraßen in einer Stellwerkslogik behandelt. Die Reihenfolge im Speicher, nach der die Reservierungen abgearbeitet werden, stellt einen deadlockfreien Betrieb sicher. Dieser Algorithmus wird zurzeit in das Simulationssystem Railsys von RMCon implementiert und wird in künftigen Programmversionen als Standard-Feature zur Verfügung stehen