Car-to-Car Communication: Chancen und Herausforderungen

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1 Car-to-Car Communication: Chancen und Herausforderungen Robert Lasowski WCI

2 Vorstellung Softlab Group Softlab Group A BMW Group Company Softlab Locations Softlab Ltd. Solihull/Birmingham Softlab GmbH Köln Axentiv AG Darmstadt Softlab GmbH Frankfurt Softlab GmbH Hamburg Nexolab GmbH München Entory AG Frankfurt/Ettlingen Softlab AG Zürich, Bern Softlab GmbH München Softlab GmbH Wien Markets From Product Manufacturer to Service Company Founded in Munich as Software Lab Softlab Österreich Maestro Market Leader in Europe Softlab UK 100% BMW Subsidiary 1992 Founded Nexolab /91 More emphasis on Softlab Systems Integration Switzerland Acquisiton of axentiv 2004 Acquisition of Entory Softlab is Full Service Company

3 Übersicht Überblick Anwendungsmöglichkeiten Herausforderungen Zusammenfassung Diskussion

4 Informationsverbreitung Stand Heute Notruf Vehrkehrszentra le Broadcast Fahrzeug Verkehrsinfrastruktur Fahrzeug Optische Verbindun g

5 Informationsverbreitung Fahrzeug Kommunikation Verkehrszentrale Fahrzeug Notruf Ad-hoc Kommunikation Broadcast Verkehrsinfrastruktur Ad-hoc Kommunikation Fahrzeug Optische Verbindun g Ad-hoc Kommunikation

6 Informationsverbreitung Fahrzeug Kommunikation Fahrzeug Ad-hoc Kommunikation Verkehrsinfrastruktur Ad-hoc Kommunikation Fahrzeug Ad-hoc Kommunikation» Kommunikation via WLAN a/b/g bzw p» Ad-hoc Modus» Reichweite zw. 100 m und 500 m» Verkürzung der Latenzzeiten durch direkte Übertragung zwischen zwei Konten» Kein Umweg über Backend Komponenten» Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur möglich

7 Übersicht Überblick Anwendungsmöglichkeiten Herausforderungen Zusammenfassung Diskussion

8 Fahrzeug-Kommunikation Applikationen Zwei Hauptschwerpunkte der Fahrzeugkommunikation: Application Communication

9 Fahrzeug-Kommunikation Applikationen Application Lokale Gefahrenwarnungen (LDW) Kooperatives Fahren Verkehrsführung Unterhaltung

10 Fahrzeug-Kommunikation Applikationen Application Lokale Gefahrenwarnungen (LDW) Kooperatives Fahren Verkehrsmanagement Infotainment

11 Sicherheitsanwendungen Lokale Gefahrenwarnungen Application Lokale Gefahrenwarnungen (LDW)» Beschreibung Verbreitung von Gefahrenwarnung in einem dedizierten Gebiet Informationen werden gespeichert und anhand von benachbarten Fahrzeugen verbreitet Gültigkeit von Informationen über einen längeren Zeitraum Ausbreitung über Multi-Hop und Store and Forward» Vorteil Penetration des Kommunikationssystems verhältnismäßig gering Relativ schneller Nutzen für Käufer des Systems» Herausforderungen Zum Teil aufwendige Algorithmen zur Gefahrenerkennung Zuverlässigkeit der Informationen kann in manchen Fällen nicht durch ein Fahrzeug gewährleistet werden» Projekte PReVENT - WILLWARN

12 Sicherheitsanwendungen Lokale Gefahrenwarnungen Straßenzustand, Wetter Virtueller Warnblinker (Pannen-/Hindernis-/Unfallwarnung) Baustellen-Warnung (auch Wanderbaustellen) Stau-Ende-Warnung

13 Sicherheitsanwendungen Kooperatives Fahren Application Lokale Gefahrenwarnungen (LDW) Kooperatives Fahren Verkehrsmanagement Infotainment

14 Sicherheitsanwendungen Kooperatives Fahren Application Kooperatives Fahren» Beschreibung Zyklische Ausbreitung von einem definierten Datensatz z.b. Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Fahrdynamische Analyse unter zwei Netzteilnehmern» Vorteil Sehr aktuelle Daten über benachbarte Fahrzeuge Vermeidung von direkt bevorstehenden Gefahrensituationen» Herausforderungen Hohe Anforderungen an die Latenzzeit Zum Teil redundante Daten bei vielen ähnlichen Applikationen Hohe Belastung des Kommunikationskanals bei vielen Netzteilnehmer» Projekte AKTIV, PReVENT INTERSAFE

15 Sicherheitsanwendungen Kooperatives Fahren Abstandsregelung Kollisionswarnung Elektronisches Bremslicht Einsatzfahrzeug Signalisierung

16 Applikationen Verkehrsmanagement Application Local Danger Warning (LDW) Forward Collision Verkehrsmanagement Infotainment

17 Applikationen Verkehrsmanagement Application Verkehrsmanagement» Beschreibung Austausch von Verkehrsinformationen Kommunikation mit der Infrastruktur sog. Road Side Unit (RSU) Mischung von Store & Forward und zyklischen Verbreitungsstrategien» Vorteil Penetration des Kommunikationssystems gering Teilweise nur ein Fahrzeug und ein Infrastrukturknoten Sehr schneller Nutzen für Käufer des Systems Hohes Potential für CO2 Einsparung» Herausforderungen Aufbau von Infrastruktur sehr kostspielig» Projekte AKTIV

18 Applikationen Verkehrsmanagement Verkehrsfluss-Datenerfassung (XFCD) V-Info, Verkehrsflussteuerung vlimit, Stoppschild, Vorfahrtsregelung... Kreuzungsassistenz, Ampelphasenassistenz Verkehrszeichen-Assistenz

19 Prototypen Querverkehrswarnung

20 Prototypen Extended Emergency Break Light

21 Übersicht Überblick Anwendungsmöglichkeiten Herausforderungen Architektur Zusammenfassung Diskussion

22 Anforderungen Kommunikation Lokale Gefahrenwarnung. Verkehrsmanagement. Querverkehr-Assistent.

23 Anforderungen Kommunikation Lokale Gefahrenwarnung. Anforderung an Latenzzeit hoch Quer- verkehr- Assistent Verkehrsmanagement. Verkehrs managem ent Querverkehr-Assistent. gering Lokale Gefahrenwarnung Kommunikation Fahrzeugdichte gering hoch

24 Anforderungen Kommunikation Lokale Gefahrenwarnung. Anforderung an Latenzzeit hoch Effiziente Nutzung des knappen Kommunikationskanals Verkehrs Situationsadaptiv Anpassung an die managem Fahrzeugumgebung ent Informationsverbreitung in Abhängigkeit zum Nutzen der benachbarten Netzteilnehmer Kommunikation Lokale Gefahrenwarnung Quer- verkehr- Assistent Kernaussage und Anforderung an das Gesamtsystem Verkehrsmanagement. Querverkehr-Assistent. gering gering hoch Fahrzeugdichte

25 Herausforderungen Fahrzeugarchitektur Application Safety Traffic Efficiency Session Connection Management Authenticity Check Information Center Sensor Data Transport Network Aggregation Module Routing Module Position / Time Environment/ System Info MAC/ PHY p a/b/g UMTS/GPRS

26 Herausforderungen Fahrzeugarchitektur Application Safety Traffic Efficiency Aggregation Session Transport Module Connection Management» Anforderung von Applikationsseite Informationen auszutauschen» Wachsende Anzahl von Applikationen Information Center Sensor Data Position / Time Network Routing Module Authenticity Check Environment/ System Info MAC/ PHY p a/b/g UMTS/GPRS

27 Herausforderungen Fahrzeugarchitektur Application Safety Traffic Efficiency Aggregation Session Transport Module Connection Management Authenticity Check» Anforderung von Applikationsseite Informationen auszutauschen» Wachsende Anzahl von Applikationen Information» Folge: Center Überlastung des Kommunikationskanals Kollisionen Sensor auf dem Kommunikationskanal Data Network Informationen werden zerstört Routing Module Kein Informationswert für Netzteilnehmer Position /» Ansatz: Time Zusammenfassung Environment/ von MAC/ Applikationsdaten Minierung System Info der Kommunikationslast PHY Beibehalten der Informationsqualität p a/b/g UMTS/GPRS

28 Herausforderungen Fahrzeugarchitektur Application Safety Traffic Efficiency Session Connection Management Authenticity Check Information Center Transport Aggregation Module Sensor Data Position / Time Environment/ System Info Network MAC/ PHY Routing Module p a/b/g UMTS/GPRS

29 Herausforderungen Fahrzeugarchitektur Network Application Safety Routing Module Traffic Efficiency Session Connection Management Authenticity Check» Verbreitungsalgorithmen für die schnellste Route von A nach Z» Verbreitung der Pakete nur in relevanten Gebieten Aggregation» Minierung Information der Netzlast Transport in Gebieten, welche von der Nachricht nicht betroffen sind Module Center» Drei Typen Sensor von Verbreitungsalgorithmen in C2C Systemen Data Topological Broadcast Position / Geographical Time Unicast Geographical Broadcast Environment/ MAC/ System Info PHY p a/b/g UMTS/GPRS

30 Topological Scoped Broadcast» Topologischer Broadcast Verbreitung einer Nachricht von einem Knoten Die Reichweite ist durch die Anzahl der Hops definiert Kein geographischer Bezug zum Verbreitungsgebiet Quelle: Car2Car Communication Consortium Manifesto

31 Geographically scoped Unicast» Geographischer Unicast Verbreitung einer Nachricht von einem zu einem anderen bestimmten Knoten Die Reichweite ist theoretisch unbegrenzt Nutzung von Location Tables Vergleichbar mit regulären Routingalgorithmen Aufwendige Algorithmen aufgrund der Netzwerkdynamik Quelle: Car2Car Communication Consortium Manifesto

32 Geographically scoped Broadcast» Geographischer Broadcast Verbreitung einer Nachricht in einem definierten Gebiet um einen Source- Knoten herum Die Form des Gebietes kann bestimmt werden (Kreis, Ellipse, Rechteck) Im Vergleich zu topologischen Broadcast kann das Ausbreitungsgebiet genauer definiert und beeinflusst werden» Geographischer Anycast Abwandlung des Broadcasts Es reicht ein einziger Knoten im definierten Verbreitungsgebiet als Empfänger Quelle: Car2Car Communication Consortium Manifesto

33 Geographically scoped Broadcast» Mischform zwischen Geographischem Unicast und Geographischen Broadcast Verbreitung einer Nachricht in einem Zielgebiet Transport einer Nachricht anhand eines Unicasts in ein bestimmtes Gebiet Verbreitung der Nachricht in dem vorher definierten geographischen Gebiet Quelle: Car2Car Communication Consortium Manifesto

34 Herausforderungen Fahrzeugarchitektur Application Safety Traffic Efficiency Session Connection Management Authenticity Check Information Center Sensor Data Position / Time Transport Network Aggregation Module Routing Module Environment/ System Info Relevance Check MAC/ PHY Relevance Queue p a/b/g UMTS/GPRS

35 Herausforderungen Fahrzeugarchitektur MAC/ Application PHY Relevance Queue Safety Traffic Efficiency p a/b/g UMTS/GPRS» Informationszentrischer Ansatz Connection vs. Paketzentrischer Ansatz Authenticity (Routing) Session Management Check Information Center Sensor Data Position / Time Transport Network Aggregation Module Routing Module Environment/ System Info Relevance Check

36 Herausforderungen Fahrzeugarchitektur MAC/ Application PHY Relevance Queue Safety Traffic Efficiency p a/b/g UMTS/GPRS» Informationszentrischer Ansatz Connection vs. Paketzentrischer Ansatz Authenticity (Routing) Session Management Check» Betrachtung des Nachrichteninhaltes Relevanzbewertung der einzelnen Nachrichten in der Warteschlange Betrachtung des jeweiligen Nutzens einer Aggregation zu sendenden Nachricht für die Information Center Transport Netzteilnehmer Module Dynamische Sensor Priorisierung (selbstregulierend) Situationsadaptive Data Verbreitung von Nachrichten Network Position / Routing Module» Folge: Time Optimierung der Informationsqualität des Gesamtnetzes Keine Environment/ Übertragung von beliebigen Daten bei hoher Netzlast System Info Situationsadaptives Zusammenspiel von Transportmechanismen (Routing) und Informatiuonsverbreitung (Nutzenbetrachtung) Relevance Check

37 Übersicht Überblick Anwendungsmöglichkeiten Herausforderungen Zuverlässigkeit & Sicherheit Zusammenfassung Diskussion

38 Grundsätzliche Sicherheitsanforderungen Informationszuverlässigkeit?

39 Grundsätzliche Sicherheitsanforderungen Kommunikationssicherheit

40 Grundsätzliche Sicherheitsanforderungen Kommunikationssicherheit

41 Übersicht Überblick Anwendungsmöglichkeiten Herausforderungen Standardisierung Zusammenfassung Diskussion

42 Methoden. Politik und Standardisierung: Frequenzen VSC

43 Methoden. Politik und Standardisierung: Frequenzen.

44 Übersicht Überblick Anwendungsmöglichkeiten Herausforderungen Markteinführung Zusammenfassung Diskussion

45 Ad-hoc Netze Verbindung der Fahrzeuge mit der Umwelt Application Local Danger Warning (LDW) Forward Collision Traffic Efficiency Infotainment

46 Ad-hoc Netze Verbindung der Fahrzeuge mit der Umwelt Application Infotainment» Beschreibung Anwendungen, die dem Käufer einen schnellen bzw. sofortigen Mehrwert liefern können Alle Arten von Anwendungen denkbar (Unterhaltung, Information, Werbung, ) Oft IP basierte Anwendungen» Vorteil Schnelle Verbreitung des Kommunikationssystems Kein Anspruch an die Penetrationsrate in Fahrzeugen» Herausforderungen Hohe Anforderungen an die Verbindungsdauer zwischen Fahrzeug und Backend Hohe Anforderung an die Infrastrukturausstattung

47 Ad-hoc Netze Verbindung der Fahrzeuge mit der Umwelt Car-to-Car Car-to-Traffic Infrastructure Car-to-Enterprise Car-to-Home Car-to-Business Process (Fzg.programmierung, Software Update, Diagnose etc.) Car-to-Mobile Device

48 Ad-hoc Netze Gesamtarchitektur Application Safety Traffic Efficiency Infotainment (IP based) Session Connection Management Authenticity Check Information Center Transport Aggregation Module OSI Transport TCP/UDP Sensor Data Position / Time Network Routing Module OSI Network Mobile IP IPv4/IPv6 Environment/ System Info Relevance Check MAC/ PHY Relevance Queue p a/b/g UMTS/GPRS

49 Übersicht Überblick Anwendungsmöglichkeiten Herausforderungen Markteinführung Zusammenfassung Discussion

50 Zusammenfassung Application Safety Traffic Efficiency Infotainment (IP based) Fahrzeug Fahrzeug Kommunikation bietet eine Menge neuer Möglichkeiten und Vorteile in Hinblick auf sicheren und effizienten Session Verkehr. Connection Management Authenticity Check Ein komplett neues Netzwerk Aggregation kann aufgebaut OSI TCP/UDP werden, welches Information Center Transport Module Transport völlig neue Möglichkeiten zum Informationsaustausch bietet. Sensor Data Position / Time OSI Network Network ständig Routing Module gearbeitet wird. Mobile IP Trotz allem sind noch Fragen offen, an deren Lösung jedoch IPv4/IPv6 Environment/ System Info Relevance Check MAC/ PHY Relevance Queue p a/b/g UMTS/GPRS

51 Zusammenfassung Application Safety Traffic Efficiency Infotainment (IP based) Fahrzeug Fahrzeug Kommunikation bietet eine Menge neuer Möglichkeiten und Vorteile in Hinblick auf sicheren und effizienten Session Verkehr. Connection Management Authenticity Check Ein komplett neues Netzwerk Aggregation kann aufgebaut OSI TCP/UDP werden, welches Information Center Transport Module Transport völlig neue Möglichkeiten zum Informationsaustausch bietet. Sensor Data Position / Time OSI Network Network ständig Routing Module gearbeitet wird. Mobile IP Trotz allem sind noch Fragen offen, an deren Lösung jedoch IPv4/IPv6 Environment/ System Info Relevance Check MAC/ PHY Relevance Queue p a/b/g UMTS/GPRS

52 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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