Informationstechnische Schwierigkeiten der Car-2-Car Kommunikation

Abstract

Im Artikel werden verschiedene Ansätze zur Over-the-air-Datenübertragung auf deren Tauglichkeit zur Ad-Hoc Car-2-Car-Kommunikatikon untersucht. Nach festgelegten Kriterien wird untersucht, inwieweit eine solche Anwendung basierend auf den WAVE-Datentypen nach IEEE ETSI Standard möglich ist, bzw. eingeschränkt wird. Einleitend werden die grundlegende Idee zu einer solchen Kommunikationsanwendung und die WAVE-Typen CAM und DENM erläutert. Basierend auf den Ergebnissen verschiedener Feldstudien, die die jeweiligen Layer-1- bzw. Layer-2- Technologien des OSI-Referenzmodells in einem Praxistest überprüft haben, wird diskutiert, inwiefern diese für eine solche Anwendung verwendet werden können. Betrachtet wird der Einsatz von 802.11, sowie UMTS in den Erweiterungen HSPA+ und LTE, basierend auf einer Ad-Hoc-Netzwerktopologie.

1. Einleitung

Die Vernetzung von elektronischen Geräten schreitet immer weiter voran, neben der Hausvernetzung und dem „Internet of Things“ sollen auch Fahrzeuge miteinander vernetzt werden, um für den Verkehrsfluss relevante Informationen auszutauschen. Mit der fortschreitenden Weiterentwicklung von Mobilfunk-Technologien, wie sie in Abbildung 1 dargestellt ist, entwickeln sich die Möglichkeiten zur Nutzung eben dieser weiter.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im Artikel werden verschiedene Technologien zur Over-the-Air-Datenübertragung als Möglichkeit zur Realisierung der Kommunikation zwischen Fahrzeugen im Straßenverkehr betrachtet. Anhand zweier ausgewählter Testprojekte und deren Ergebnissen werden die einzelnen Technologien miteinander verglichen. Dabei sollen hauptsächlich Aspekte und Ausprägung auf Layer 1 und Layer 2, des sowie Ansätze zum Application-Layer des OSI-Referenzmodell in Form der WAVE-Messages betrachtet werden.

2. Motivation

Als grundlegendste Frage für die Untersuchung der Möglichkeiten und Probleme der C2C-Kommunikation gilt es zunächst zu klären, warum die Idee von untereinander kommunizierenden Fahrzeugen überhaupt aufkam. Auch wenn sich die Zahl der Verkehrstoten auf deutschen Straßen seit 1991 fast stetig von 11.300 auf 3.459 im Jahre 2015 verbessert hat, so ist diese Zahl dennoch für Autohersteller und Fahrzeugnutzer nicht annehmbar.[1] Gründe für Unfälle mit und ohne Personenschäden gibt es genug. Fast immer sind diese vom Menschen verschuldet, oftmals basierend auf der sehr schlechten Wahrnehmung von Geschwindigkeit. Der Mensch nimmt bei hohen Geschwindigkeiten Dinge wie z.B Hindernisse zu langsam wahr, und kann nicht schnell genug reagieren.[2] Ein klassisches daraus resultierendes Szenario ist der Auffahrunfall an einem Stauende. Die Tatsache, dass das vordere Fahrzeug auf der Straße steht, oder sehr nur langsam fährt, wird nicht oder zu spät Wahrgenommen und der Zusammenstoß ist unvermeidlich. Wäre das Wissen über das Hindernis vor der visuellen Wahrnehmung vorhanden gewesen, hätte ein solcher Fall vermieden werden können. Genau in diesem Ansatz greift die Car-2- Car-Kommunikation, nämlich das Wissen über Gefahrenstellen, wie z.B. Glätte oder Nässe oder Hindernisse an andere Verkehrsteilnehmer weiter zu geben.

Ein weiterer Aspekt, warum C2C zunehmen an Bedeutung gewinnt, ist die Entwicklung von autonom fahrenden Fahrzeugen. Zahlreiche große und kleine Automobilkonzerne, sowie IT-Technologie Unternehmen, darunter Mercedes Benz, Google und Tesla Motors, schreiten zunehmend zur Fertigstellung zuverlässiger, fahrerloser Fahrzeuge. Für eben diese Fahrzeuge ist es von großer Bedeutung, dass sie über mögliche Gefahrenstellen informiert werden. Zum Erkennen von z.B. glatten Stellen auf der Straße, fehlt autonomen Fahrzeugen, die ihre Entscheidungen anhand der ihnen gegebenen Sensorik treffen, die Erfahrung des menschlichen Fahrers. Durch das natürliche Lernen eines Menschen ist dieser in der Lage Situationen auf ihre potentielle Gefahr hin beurteilen zu können. Ein Fahrzeug, dass mittels Sensorik eine Gefahrenstelle detektiert, kann einem anderen Fahrzeug, dass die Gefahrenstelle in naher Zukunft passieren wird, mitteilen. Die Technologien für das autonome Fahren und die der Car-2-Car-Kommunikation sind daher nicht unabhängig.

3. Abgrenzung zu C-2-X

Neben der C2C-Kommunikation (Car-2-Car) gibt es noch die so genannte C2X- Kommunikation. Bei C-2-X (Car-2-Anything) oder auch C2I (Car-2-Infrastrukture), geht es primär um den Datenaustausch zwischen Fahrzeugen und nicht mobiler Infrastruktur. Zu dieser Infrastruktur zählen bereits etablierte Verkehrsregelungssysteme wie Lichtsignalanlagen, Geschwindigkeits- und Abstandsmesser, sowie Telematik-Instrumente. Fahrzeuge übermitteln ihre Kennwerte wie z.B. Position und Geschwindigkeit an die entsprechenden sich im Umfeld befindlichen Geräte der Straßeninfrastruktur, um z.B. die Schaltzeiten der Lichtsignalanlagen abhängig vom momentanen, tatsächlichen Verkehrsaufkommen zu berechnen. In dieser Arbeit soll es jedoch ausschließlich um die Konzepte und die Möglichkeiten der Realisierung der Kommunikation zwischen sich bewegenden Fahrzeugen gehen. Welche Möglichkeiten und Probleme die C2I-Kommunikation mit sich bringt, soll nicht explizit behandelt werden.[3]

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