HETEROGEN VERNETZTE MOBILITÄT DER ZUKUNFT. Karsten Roscher Fraunhofer-Institut für Eingebettete Systeme und Kommunikationstechnik ESK

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1 HETEROGEN VERNETZTE MOBILITÄT DER ZUKUNFT Karsten Roscher Fraunhofer-Institut für Eingebettete Systeme und Kommunikationstechnik ESK

2 Vernetzte Mobilität heute Aktuelle Verkehrslage ÖPNV Echtzeitinformationen Erweiterte Navigation Car Sharing Folie 2

3 Vernetzte Mobilität der Zukunft Multimodale Reiseplanung Aktuelle Verkehrslage Hoch- Automatisiertes Fahren ÖPNV Echtzeitinformationen Durchgängige Vernetzung aller Verkehrsteilnehmer Erweiterte Navigation Smart Grid Car Sharing Kooperative Fahrerassistenz Folie 3

4 Vernetzte Mobilität aus technischer Sicht Folie 4 Quelle:

5 Anforderungen an die Kommunikationssysteme Skalierbarkeit Sehr viele potentielle Nutzer Funktionalität auch mit wenigen Teilnehmern Verfügbarkeit Mobilität der Endgeräte drahtlose Technologien Abdeckung einzelner Hotspots ggf. nicht ausreichend Bandbreite Bedarf je Nutzer gemäßigt (Ausnahme: Videostreaming) Aber: In Summe große Datenmengen durch viele Nutzer Latenzen Viele Anwendungen im unkritischen Bereich (> 500ms) Koop. Fahrerassistenz: < 100ms Platooning: < 40ms Folie 5

6 Car-to-X Kommunikation (1) Direkte Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmern Fahrzeuge untereinander (C2C, V2V) Fahrzeuge mit Infrastruktur (C2I/C2R, V2I/V2R) Erweiterung auch für andere Verkehrsteilnehmer denkbar Informationsverarbeitung erfolgt dezentral Technologien WLAN für Fahrzeuge (standardisiert, 5,9 GHz): ETSI ITS-G5 (Europa), IEEE p Positionsbasierte Kommunikation und Adressierung (in Europa) Standardisiert als ETSI ITS GeoNetworking (EN ) GeoBroadcast: Nachrichten an alle Teilnehmer in einem geographischen Gebiet Multihop-Routing auch bei hoher Teilnehmerdynamik Folie 6

7 Car-to-X Kommunikation (2) Beispielanwendungen Erweiterter Wahrnehmungshorizont (Cooperative Awareness) Lokale Gefahrenwarnung (Dezentralized Environmental Notification) Ampelphasenassistent (Green Light Optimal Speed Advisory) Kooperatives Einfädeln (Cooperative Merging) Vorteile Lokale Kommunikation Niedrige Latenzen Keine Infrastruktur erforderlich Keine Kosten für die Nutzung Nachteile Begrenzte Kommunikationsdistanz Nutzen nur durch andere ausgestattete Teilnehmer oder Infrastruktur Geschäftsmodell Folie 7

8 Penetration in % Car-to-X Kommunikation (3) Ausreichende Marktdurchdringung als Grundvoraussetzung % installation of new vehicle sales 100% installation of new vehicle platforms XX 10 year ramp up to 100 % installation of new vehicles Installation on selected new vehicle types and upper middle class vehicles Folie 8 Quelle: ITS Standardization and Deployment, Volkswagen, ETSI ITS Workshop 2013

9 Auf dem Weg in die Cloud (1) Verkehrssysteme sind eine ideale Spielwiese für Big Data Verkehrsteilnehmer als mobile Sensoren, zusätzlich Daten von der Infrastruktur Zentrale Verarbeitung gesammelter Informationen in der Cloud Bereitstellung von Mehrwertdiensten an Verkehrsteilnehmer, Verkehrsplaner, Betreiber, Technologien Mobilfunk: GPRS, UMTS, LTE Client-Server-Prinzip: Informationsfluss zwischen Teilnehmer (Client) und Cloud (Server) Nutzung gängiger Internettechnologien: IP und UDP/TCP Anwendungsschicht: proprietäre Protokolle, Webservices, RPC-Ansätze Folie 9

10 Auf dem Weg in die Cloud (2) Anwendungsbereiche Backend-Integration von Automobilherstellern Erweiterte Navigation von Drittanbietern Bereitstellung dynamischer Umgebungsinformationen Vorteile Nutzung weit verbreiteter Technologien Durchgängige Vernetzung einfach realisierbar Klares Geschäftsmodell durch Mehrwertdienste Nachteile Verfügbarkeit abhängig von Infrastruktur Skalierbarkeit bei großen Teilnehmerzahlen Latenzen für Echtzeitanwendungen zu hoch Kosten bei Nutzung Folie 10

11 Heterogene Vernetzung Trennung von Anwendungen und Kommunikationstechnologie Ziel: Nutzung der besten verfügbaren Technologie zur Laufzeit Entscheidung über Technologie transparent für die Anwendung Kombination der Stärken unterschiedlicher Ansätze Die Idee ist nicht neu: das Internet macht es vor Nutzung unterschiedlicher Technologien für jeden Link Redundanz gegen Ausfälle Anwendung Senden Empfangen Intelligente Kommunikationseinheit Aber: Mobilitätsanwendungen mit neuen Anforderungen Hohe Teilnehmermobilität bei gleichzeitig geringen Latenzen Kommunikation nicht immer teilnehmerbezogen GeoBroadcast Folie 11

12 Heterogene Vernetzung Beispiel: Lokale Gefahrenwarnung (1) Direkte Verteilung über lokale Kommunikation Sehr geringe Latenz (< 5ms) Persistenz nur solange Teilnehmer anwesend! Relevanzbereich Folie 12

13 Heterogene Vernetzung Beispiel: Lokale Gefahrenwarnung (2) Verteilung über Cloud/Backend Höhere Latenz Persistenz der Information in der Cloud Keine direkte Verbindung! Relevanzbereich Folie 13

14 Heterogene Vernetzung Beispiel: Lokale Gefahrenwarnung (3) Duplikation der Information Verteilung über lokale Technologie Persistenz in der Cloud! Relevanzbereich Folie 14

15 IPv6 Durchgängige Adressierung aller Verkehrsteilnehmer via IPv6 Erforderlich für Zugang zum Internet Basis für Cloud-Dienste Fahrzeuge werden Teil des Internet of Everything C2X-Intergation: IPv6-over-GeoNetworking Übertragung von IPv6-Paketen über das C2X Ad-hoc-Netz: ETSI EN Anwendungsbeispiele Internetzugang via Roadside Unit (RSU) Nutzung bestehender IP-Anwendungen zwischen Fahrzeugen Aber Adressierung von Teilnehmern (unicast) oder vordefinierter Gruppen (multicast) Mobilitätserweiterung mit zusätzlicher Latenz (Tunnel über Home Agent) Folie 15

16 Unified Geocast (1) GeoService als Dienst im Internet GeoService als Cloud-Dienst Unabhängig vom Operator Keine Optimierung anhand des Netzzustandes etc. GeoService enodeb Relevance Area Folie 16

17 Unified Geocast (2) GeoService als Dienst der Basisstation Lokale Datenverarbeitung Geringere Latenzen Abhängig vom Operator GeoService enodeb Relevance Area Folie 17

18 5G Die Antwort auf alle Fragen? Nächste Entwicklungsstufe im Mobilfunk Zeithorizont: erste kommerzielle Geräte 2020 Kombination unterschiedlicher Paradigma Zellenbasiert Device-to-Device (managed und unmanaged) Ambitionierte Ziele: hohe Datenraten: 10 Tb/s/km 2 hohe Teilnehmerdichte: 1 Mio. Geräte pro km 2 hohe Knotenmobilität: 500km/h Niedrige Ende-zu-Ende Latenzen: 5ms für taktiles Internet, 1ms für V2V Vielversprechende Technologie der Zukunft für vernetzte Mobilität Noch sehr früh in der Entwicklungsphase Umsetzbarkeit der Ziele ist noch zu belegen Folie 18 Quelle: 5G Vision Brochure 2015,

19 Zusammenfassung Heterogene Landschaft bereits vorhanden Komplementäre Ansätze: dezentral vs. zentral Eine Anwendung eine Technologie Cloud: viele Anbieter Insellösungen vs. Technische Herausforderungen Konnektivität, Skalierbarkeit Lokal begrenzte Verteilung von Informationen Sicherheit Organisatorische Herausforderungen Interoperabilität, Standards Gesellschaftlicher Nutzen vs. Geschäftsmodell Folie 19

20 VIELEN DANK! 21.April 2015, BICCnet Innovation Forum Digitalisierung Karsten Roscher, Fraunhofer ESK