Car 2 x Kommunikation. Von Tobias Hardes

Transkript

1 Car 2 x Kommunikation Von Tobias Hardes 1

2 Agenda Einführung Szenarien und Ziele Systemanforderungen Architektur Umsetzung Fazit und Ausblick 2

3 Einführung Die Car to X Kommunikation ist noch nicht praktisch einsetzbar Vieles muss noch spezifiziert werden Alle Informationen belaufen sich auf Pläne und erste Tests der verschiedenen Forschungspartner Alle Angaben beziehen sich auf den Gesamtfortschritt und nicht auf Ergebnisse individueller Forschungsteilnehmer 3

4 4 Ziele und Anforderungen

5 Überblick Was soll erreicht werden? 5 Bildquelle: Volkswagen AG

6 Überblick Was soll erreicht werden? Übertragung von: Verkehrsinformationen Sicherheit und Optimierung Warnungen Unfälle Hinweise Geschwindigkeitsgrenzen Fahrbahnbeschaffenheit Infotainment Entertainment uvm. s Nachrichten Servicedienstleitungen durch Drittanbieter 6

7 Ziele Sicherheit Forward Collision Warning 7 Abstandskontrolle Gegenseitiges Warnen über potentielle oder bereits entstandene Kollisionen Pre-Crash Sensing / Warning Optimale Konfiguration von Airbags etc. Übermittlung von Positionsdaten etc. vor dem Unfall Hazardous Location Warning Viele Schlaglöcher, Glatteis o.ä. Perfekte Konfiguration der Stoßdämpfer Evtl. Bereitstellung möglicher Ausweichrouten ESP-, ABS- oder ASR-Eingriffe

8 Ziele Verkehrsoptimierung und Umwelt Enhanced Route Guidance and Navigtaion Präzisierung von logistischen Planungen Bereitstellung von routenspezifischen Daten Suchen von alternativen Routen Green-Light Optimal Speed Advisory Optimale Zeiten für Rot- und Grünphasen Car2Car Merging Assistance Einfädeln erleichtern Auch durch grafische Darstellungen 8 Bildquelle: Car-to-Car Communication Consortium

9 Ziele Sicherheit und Verkehrsoptimierung Sicherheit Verkehrsoptimierung 9 Bildquelle: Frank Kargl - CCC Ulm

10 Ziele Entertainment und Ferndiagnose Internetaccess in Vehicle s abrufen und vorlesen Zugriff auf Firmeninformationen Kommunikation mit anderen Fahrern Point of Interest Notification Hinweise auf Attraktionen und Events in der näheren Umgebung Remote Diagnostics Fernwartung von Fahrzeugen über das WWW Ein Werkstattbesuch kann evtl. vermieden werden Aktualisierung von Fahrzeugsoftware über das WWW 10

11 Ziele Entertainment und Ferndiagnose Mehr Fahrspaß Einfacher Service 11 Bildquelle: Frank Kargl - CCC Ulm

12 Warum also? Prinzipiell werden 4 Ziele verfolgt: Erhöhung der Verkehrssicherheit Verbesserung der Verkehrseffizienz Reduzierung der Umweltbelastung Steigerung des Reisekomforts 12 Bildquelle : Christian Lehmann, Seminararbeit an der Fachhochschule Wedel, Thema: Car-2-X Kommunikation

13 Anforderungen (I) Eine Kommunikation muss grundsätzlich unter allen Bedingungen möglich sein Geringe Verkehrsdichte Sehr hohe Verkehrsdichte Knotendichte Kommunikation zwischen Fahrzeugen verschiedener Hersteller muss möglich sein Interaktion von Car2x Fahrzeugen zu Herkömmlichen Problem: Durchschnittliche Nutzungsdauer eines KFZ beträgt ca. 15 Jahre Exakte Standards Bildquelle : Christian Lehmann, Seminararbeit an der Fachhochschule Wedel, Thema: Car-2-X Kommunikation 13

14 Anforderungen (II) Kontrolle von sehr dynamischen Netzen Geografische Adressierung Kompensation der hohen Relativgeschwindigkeiten Bis zu 500 km/h Die Kommunikation muss eigenständig ablaufen Bestimmte Kommunikationsintervalle müssen eingehalten werden Control Channel Intervals 14 Bildquelle: Car-to-Car Communication Consortium

15 Anforderungen (III) Priorisieren von Meldungen Bsp. für Rettungsdienste (offen) Vertrauensbasis Daten von anderen Fahrzeugen und anderen Teilnehmern Zuverlässigkeit Verschlüsslungen Minimale Latenzzeiten (<50 ms) 15 Bildquelle: Car-to-Car Communication Consortium

16 Anforderungen (IV) Einheitliches Frequenzband 5,9 GHz Frequenzband bereits freigegeben (Europa, USA und Japan) IEEE p Spezifikation der Sendeleistungen Hardware und Softwarespezifikationen Antennen Abschirmung Auslastung der Funkkanäle Geschwindigkeitsverlust Übertragungsgrößen (< 20kb) Zugang zum Internet (optional) 16

17 Anforderungen (V) Informationen Fahrtrichtung Aktuelle Position Geschwindigkeit Speicherung und Verarbeitung dieser Informationen Fehlerbehandlung (offen) Datenschutz und Sicherheit (offen) 17

18 18 Architektur: Allgemein

19 Systemelemente - RSU RSU (Road-Site-Unit) Fixe Positionen an einer Route BSP: Parkplatz, Raststätten, Verkehrsschilder Short range wlan Basiert auf IEEE p Funktionen Erweiterung der Ad-Hoc Netzwerke Multi-Hop Senden von statischen Warnungen Bereitstellung der Internetverbindung (HotSpot) 19 Bildquelle: Watchdata.com

20 Systemelemente OBU und AU OnBoard Unit / Applikation Unit 20 Essentiell für Car to Car und Car to Infrastructure AU Bsp: Radar, GPS-Systeme, Speicher oder auch PDAs OBU Verarbeitung der Informationen Kommunikationsschnittstellen für die AUs Short range wlan Basiert auf IEEE p* Mit weiteren Sendern/Empfängern erweiterbar Zusätzliche AUs UMTS GPRS uvm. * bzw. auch auf IEEE a/b/g Unterschiedliche Angaben

21 Architektur Überblick AU OBU 21

22 Systemelemente Kombination Basiert vermutlich auch auf p Bzw. auf p und a/b/g * Quelle: CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto, 28th August, 2007, Version 1.1 ** 22 **: UMTS oder GPRS *: Unterschiedliche Quellen

23 Kommunikationsschichtenmodell (I) Non-Safety Safety Quelle: CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto, 28th August, 2007, Version 1.1 Standardisierte Kommunikationswege. Können aber auch abweichen. Beispiel: Verkehrsunfall. - Unfallfahrzeug sendet die Daten an die RSU und die RSU wieder zu nachfolgenden Fahrzeugen. 23

24 Kommunikationsschichtenmodell (II) Entspricht dem OSI- Modell C2C Transport und C2C Network sind neu Soll komplett auf IPv6 basieren Freigabe von Car2x frühestens 2012 IPv6 ist dann vermutlich im Einsatz bzw. einsetzbar Stand: 2006 Quelle: CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto, 28th August, 2007, Version

25 Kommunikationsschichtenmodell (III) C2C Network Wireless Multi Hop durch geografische Adressierung Beacons Anpassen der Intervalle Lokalisierungsdienste und Algorithmen, die dynamisch auf das Verkehrsaufkommen reagieren Multi Hop Weiterleitung Erfüllt Voraussetzung: Kommunikation ist bei verschiedenen Verkehrsaufkommen 25 möglich C2C Transport Layer Data Multiplexing und Demultiplexing Verpackt Daten von verschiedenen Applikationen in einem Paket Zuverlässigkeit (offen)

26 26 Architektur: Kommunikation und Funksystem

27 Mobile Ad-Hoc Netze Es handelt sich um hoch dynamisch Netze! Knoten meldet sich ständig an und wieder ab Basiert daher teilweise auf UDP (Positionsabfrage) und TCP (Informationsaustausch, bsp: Textnachrichten, Warnungen) Daraus folgt: MANET-Struktur erforderlich Mobile Adhoc Network Das Netz ist selbstorganisierend bzw. selbstverwaltend Schlussfolgerung: Es gibt keinen zentralen Steuerungspunkt Grenzenlose Kommunikation über Multi-Hop möglich 27

28 Multi Hopping Bildquelle: Christian Lehmann, Seminararbeit an der Fachhochschule Wedel, Thema: Car-2-X Kommunikation E A Vorteil: Wenige Fahrzeuge in Reichweite einer RSU können ganzen Subnetzen eine Verbindung bzw. Kommunikation ermöglichen. Problem: Welches Fahrzeug übernimmt die zentrale Steuerungsfunktion? Problem: Ständiger Topologie-Wechsel Lösung: Positionsbasierendes Routingverfahren B S 28

29 Kommunikation in mobilen Ad-Hoc Netzwerken Positionsbasiertes Routingverfahren Jeder Knoten muss seine geografische Position ermitteln können GPS Mitteilung der Position über Beacons (UDP) Positionsdetails in Nachbarschaftstabellen Daraus können auch potentielle zukünftige Positionen berechnet werden Kollisionswarnung Vergleichbar mit dem Finden eines Weges im Internet Zur Zeit werden zwei verschiedene Ansätze verfolgt 29

30 Positionsbasierendes Routing Ständige Aktualisierung Aufwand bei Änderungen ist enorm Dynamisch Netze haben viele Änderungen Aktualisierung auf Anfrage Hauptsächlich Informationen über die eigene Position Positionsanfrage ist daher sehr teuer Fazit: Eine Lösung, welche beide Vorteile kompensiert muss geschaffen werden! 30

31 Aktueller Lösungsansatz Nachbarschaftstabelle enthält Einträge über die unmittelbaren Nachtbarn 31 Abfragen bzw. Empfangen über das Beacon Broadcastanfrage Suchradius festlegen Anzahl der Hops TTL bei Ping Zeitliche Begrenzung Vorteile: Einfach und sehr robust Zielknoten wird mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit gefunden Nachteile: Hohe Netzbelastung Besonders kritisch bei hoher Knotendichte Frage: Welchen Weg nimmt dann die Nachricht??

32 Nearest With Forward Progress (NFP) - Zum Knoten, mit der geringsten Entfernung zum Sender S-A-E Most Forward Within Radius - Größter geografischer Schritt in Richtung Empfänger S-C-E Quelle: CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto, 28th August, 2007, Version 1.1 Compass Routing - Strecke vom Sender zum Empfänger minimal S-B-E 32

33 Architektur IEEE p -WAVE Auch bekannt als WAVE-Standard Wireless Access in Vehicular Enviroments WLAN-Standard speziell für Fahrzeuge Geschwindigkeiten bis zu 200 km/h Entfernungen bis zu 1000 Meter Herausforderung Bekannte Probleme von IEEE sollen behoben werden Wert auf Robustheit Kleines Frequenzspektrum (10 MHz Breite) Hoch dynamische Netze 33

34 Funksystem Physik Layer Datenraten: Bis zu 27 Mb/s sind möglich. Der Standard wird vermutlich 6 Mb/s sein. Diese Rate ist fix und kann nicht beeinflusst werden. Antennen Bis heute keine Spezifikationen Es soll jedoch ein einheitlicher Standard für alle Fahrzeughersteller entstehen Beachtung von unterschiedlichen Radien Zur Seite ca. 300 Meter Nach vorne und nach hinten bis zu 1000 Meter 34

35 Anzeigemöglichkeiten Bildquellen: Quelle: CAR 2 CAR Communication Consortium 35

36 Zwischenfazit 36 Quelle: Technische Universität München Lehrstuhl für Verkehrstechnik Prof. Dr. Ing. Fritz Busch

37 37 Es gibt jedoch auch noch eine Reihe an Nachteilen bzw. Problemen

38 Bestehende Probleme bzw. Fragen Widersprüchliche Infos Geschäftsmodelle Datenverfügbarkeit Haftungsfragen Kompetenzverlust des Fahrers Ablenkung des Fahrers durch zu viele Informationen Sicherheitsaspekte Datenschutz 38

39 Ziele Sicherheit und Umwelt Sicherheit Verkehrsoptimierung 39 Bildquelle: Frank Kargl - CCC Ulm

40 Ziele Entertainment und Ferndiagnose Mehr Fahrspaß Einfacher Service 40 Bildquelle: Frank Kargl - CCC Ulm

41 Bestehende Probleme Datenschutz Analyse der Fahrer Standortbestimmung möglich Internet als große Gefahrenquelle Manipulationen durch Dritte möglich Übertragung von falschen Informationen Vorsicht Unfall! Rote Ampel Hochladen von falscher Fahrzeugsoftware bzw. Manipulation dieser Große Gefahrenquelle für Verkehrsteilnehmer! 41

42 Fazit Probleme Es muss noch viel spezifiziert werden Viele Ideen, aber keine einheitlichen Lösungsansätze Enorme Sicherheitsprobleme Geringe Akzeptanz und große Kritik von Datenschützern Ein internationaler Standard ist nicht absehbar, bzw. evtl. auch nicht sinnvoll Essentielle Grundlagen, wie Fehlerbehebung und Erkennung sind noch nicht geklärt Viele Beteiligte Lange Kommunikationswege und viele Diskussionen Chaotische 42 Projektorganisation

43 Ausblick Kein Einsatz in Serienfahrzeugen in nächster Zeit Aktuelle Tätigkeiten: Prüfung und Evaluierung der wissenschaftlichen und theoretischen Konzepten sim TD Sichere Intelligente Mobilität Testfeld Deutschland GeplanteTestflotte von 400 Fahrzeugen mit Car-to-x Technologie Projektstatus: Definitionen und Planung des Testdurchlaufs Geplant: 2011: Test und Versuchsausrüstung der Fahrzeuge 2012: Kundennaher Großversuch Projekt schließt im Jahr 2012 ab (Start war 2008) 43

44 Fazit Pro und Kontra Pro Mehr Sicherheit Ökonomisches Fahren Leichter Datenaustausch KFZ-Wartung Kommunikation mit anderen Fahrern Kontra Datenschutz und Sicherheit Viele Informationen für den Fahrer Fahrer werden unaufmerksamer Keine Warnung = Keine Gefahr! Oder doch nicht? 44

45 45 Fragen?

46 Anhang -Quellen -Zusatzinformationen - IEEE p 46

47 Quellen Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt ETSI: European Telecommunications Standards Institute Technische Universität München Lehrstuhl für Verkehrstechnik Prof. Dr.-Ing. Fritz Busch /1216-vanet.pdf Fachhochschule Wedel Seminarvortrags zum Thema Verkehr und Logistik im WS 2009/2010 mit dem Schwerpunkt Car-2-X Kommunikation 47

48 Quellen R. Baldessari, M. Deegener, W. Franz u.a.: CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto C. Cseh, R. Eberhardt W. Franz: Mobile Ad-Hoc Funknetze für die Fahrzeug-Fahrzeug- Kommunikation + NOW: Network On Wheels Webseite Felix Graf, Seminar Sommersemester 2009 Automotive Konzepte und Techniken Seminar Sommersemester 2009 Automotive Konzepte und Techniken, Car-to-x im Verkehrswesen 48

49 Quellen Christian Lehmann, Fachhochschule Wedel 2009 Seminararbeit zum Theme Verkehr und Logistik sim TD sim TD Konsolidierter Systemarchitekturentwurf, Version 3.0, K. Matheus, R. Morich und A. Lübcke: Economic Background of Car-to-Car Communications Vortrag von Bernhard Kloiber zum Thema IEEE p it + ti, Autoren: Martin Mauve, Hannes Hartenstein, Holger Füßler, Jörg Widmer und Wolfgang Effelsberg, Position-Based Routing for Inter-Vehicle Communication, 49 Ausgabe 5, Jahr 2002

50 Quellen Frank Kargl, Vehicular Communications and VANETs, CCC Ulm, Ulm University Nelli Klein, V2V Kommunikation, HSRM Wiesbaden, Februar 2010 sim TD Konsolidierter Systemarchitekturentwurf, Version 3.0,

51 IEEE p Frequenzen bis MHz 51 Netzwerkkontrolle und sicherheitstechnische Kommunikation bis MHz Sicherheitstechnische Kommunikation bis MHz und bis MHz Verkehrsoptimierung Road safety bis MHz Nicht sicherheitsrelevante Kommunikation Car to Car Kommunikation Warum? Oberes 5 GHz-Band ist sicherheitsunkritisch

52 Funksystem Anwendungskategorien Drei Kategorien sind zu unterscheiden: 1. Dedizierte Car to X Kanäle Essentiell für Car to X Kontrolle Sicheheitsapplikationen für die Kollisionswarnung Benachrichtigung vor Verkehrsunfälle oder. Rettungsfahrzeuge 2. Öffentliche Kanäle Basierend auf IEEE p oder IEEE a/b/g 3. Kommunikation auf Basis von GSM, GPRS, UMTS HSDPA oder WiMax 52

53 Funksystem Schlussfolgerung Car to x spezifische Kommunikationen nur über die dedizierten Channel Anmeldung und Servicebereitstellung Bsp: Internetgateway Kritische sicherheitsspezifische Daten Übertragung über gesicherte Verbindungen Informationen über Strassenbeschaffenheit (Car to Roadsite) Kollisionswarnung (Car to Car) Add-on Dienste Internetbereitstellung Entertainment 53