Kooperative Verkehrssysteme Technologien und Anwendungen der C2X-Kommunikation

Transkript

1 Kooperative Verkehrssysteme Technologien und Anwendungen der C2X-Kommunikation Franziska Wolf, Andreas Herrmann Bereich Verkehrstelematik ifak e. V. Magdeburg Werner-Heisenberg-Str Magdeburg 1

2 Gliederung Anwendung Standards VM - ÖV Kommunikation Aktuell C2X Anforderungen Datensammlung Anwendungsfälle Kooperation Aufbau und Frequenznutzung Nutzung und Architekturen Kommunikationsprinzipien Künftige Anwendung Herausforderungen Aktuelle Projekte Nächste Schritte System IEEE p 2 verfügbar zukünftig

3 Kommunikationsstrukturen Kabelgebunden Modem- und Netzwerkkabel Infrarotbarken Zentrale Zentrale Mobilfunk / Radio LSA Unterzentrale Unterzentrale Detektoren RBL Detektoren Mobile Detektoren 3

4 Innovative Methoden zur Verkehrslageerfassung Floating Car Observer (FCO) Robustes und kompaktes Infrarot-Kamerasystem zur Beobachtung des Gegenverkehrs Vorausschau auf das Verkehrsgeschehen in der unmittelbaren Zukunft des Gegenverkehrs Ad-hoc-Übertragung von Informationen an Verkehrszentralen Anwendungsbeispiele Ermittlung der Verkehrslage im Zu- und Abfluss von Lichtsignalanlagen Erkennung von Stauköpfen und Stauenden

5 Bidirektionale Kommunikation Datengewinnung in kooperativen Systemen Das Fahrzeug als Detektor Scheibenwischer Geschwindigkeit GPS ESP ABS 5 Fahrzeuge verfügen über Sensoren und Systeme zur Umfeld- und Situationserfassung Mobile vernetzte Detektorsysteme Kommunikation innerhalb der Fahrzeuge CAN, Flexray, MOS, LIN

6 Anforderungen an Informationen und Daten nehmen zu Verkehrszentralen und ÖPNV Komplexe Verkehrssysteme verlangen zunehmend Daten mit höherer Zeit- und Ortsauflösung Administrations- und Kostenfrage Individualverkehr Erwarten Entlastung und ortsgenaue Verkehrsinformationen Investieren vielfach in komplexe Assistenzsysteme Fahrzeuge als mobile Detektorsysteme Zunehmende Rechenleistung, Fahrzeug- und Umweltsensoren Erfassen Daten zu lokalen Verkehrslagen, Umfeld Zentralistische Detektions- und Kommunikationsstrukturen brechen auf 6 Transfer von Fahrzeug- und Verkehrsdaten zur kooperativen Nutzung

7 Multikriterielle digitale Karten und Informationen Verknüpfung aktueller Verkehrs-, Umwelt- und Geoinformationen Quelle: INVENT-VM

8 Anwendungsfälle und Szenarien der Verkehrskommunikation Wie wird kommuniziert? Wer ist Empfänger? Nutzung der Daten? Abgleich der Daten? GPS/Galileo Industrie Digitaler Rundfunk Verkehrsinfos, Infos in Krisenfällen Flottenmanagement Warenverfolgung Flexible Bedienformen Personalisierte Verkehrsinfos Positionsdaten Navigation Wirtschaftsverkehr Mobile Reiseassistenz Fahrplaninfos Verkehrslage Internet Wohnort Linienbus Straßenbahn P+R Baustellenoder Stauinfos Linienbus Straßenbahn Arbeitsplatz Fahrplaninfos Disposition Verkehrsunternehmen (HAVAG) oder Auskunftsplattform (INSA) Car2X- Kommunikation ÖPNV-Beschleunigung Wohnort KEP- Dienste

9 Testszenarien für Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation Sichere Kommunikation bei hohen Geschwindigkeiten Robust gegen Störeinflüsse von außen Sicherheit vor Manipulation und Datendiebstahl Implementierng von internationalen Standards Wartezeiten Geschwindigkeiten Gefahrenwarnung Start-Stop-Automatik Längsregelung (ACC) Kreuzungsassistent Bremsassistent Warnblinker ecall usw.

10 Wichtige Funkstandards Brutto-Datenrate 100 Mbps IEEE802.11a IEEE g WiMAX/IEEE Mbps IEEE b 1 Mbps DECT Bluetooth UMTS Proprietär 100 kbps IEEE WirelessHART Zigbee GPRS 10 10m 100m 1000m GSM 10000m maximale Entfernung

11 Verfügbare drahtlose Kommunikation für Anwendungen Mobilfunk Ermöglicht die Verwendung: Weite Entfernungen Regelmäßige, nicht zu häufige Übertragungen Übertragung aggregierter Daten Erlaubt nicht bzw. bedingt Konstante, garantierte Verfügbarkeit Kostenfreie Nutzung Zeitkritischen Anwendungen (Echtzeit) Übertragung im Nahbereich 11 Wireless Lan (IEEE Familie) Ermöglicht die Verwendung: Kommunikation im Nahbereich Kostenfreie Kommunikation Erlaubt nicht bzw. bedingt Hohe Begegnungsgeschwindigkeiten Kurze Begegnungszeiten Viele Informationen, hohes Datenaufkommen Zahlreiche, schnell wechselnde Kommunikationspartner nicht für alle Anwendungsfälle geeignet

12 Wichtige Funkstandards Brutto-Datenrate 100 Mbps IEEE802.11a IEEE g 10 Mbps IEEE b IEEE p 1 Mbps UMTS 100 kbps GPRS 12 10m 100m 1000m GSM 10000m maximale Entfernung

13 Entwicklung des Standards IEEE p Mehrkanalnutzung Kontrollkanal für sicherheitsrelevante Nachrichten Datenkanal für Fahrzeug-Kommunikation Möglichkeit von Service-Kanälen Kritische Straßensicherheitsanforderungen und Control Channel zwei 10 MHz Bänder Straßensicherheit und Verkehrseffizienz Drei 10 MHz Bänder Nichtsicherheitskritischen Anwendungen (Infotainment) Zwei 10 MHz Bänder ISM Non-safety realted Mobile IVC and R2V Part 2 Part 1 Part 2 Road Safety and Traffic efficiency IVC and R2V focus on R2V Legende Inter-Vehicle Communication Road to Vehicle Communication Critical road safety IVC and R2V focus on IVC Control channel (European Common Allocation) Road safety and Traffic efficiency IVC and R2V focus on R2V 5,850 5,865 5,875 5,885 5,905 5,925 GHz IVC R2C 13

14 Parameter Physical und MAC Layer basieren auf modifiziertem a Ziel IEEE p nutzt Abtastrate von 10 MHz Reduzierung von Fading und Interferenzen Robuste Verbindung Schnellen Kommunikationsaufbau für bewegliche Fahrzeuge 300 m Reichweite für normale Fahrzeuge Systemlatenz kleiner 50 ms für Echtzeitanforderungen Datenrate 6-27 Megabyte pro Sekunde Dynamische Anpassung der Datenrate Übertragungsgröße der Nachrichten mit bis zu 20 kb Simultanes Abhören des Control Chanel für Netzwerkkontrolle und Service Channels 14

15 Architektur und Kommunikation Fahrzeugkommunikation über On-Board Unit (OBU), ggf. Application Unit (AU) Straßenseitige Kommunikation über Road-Side Unit (RSU) Hot Spots (HS) als Verbindung in andere Netze Quelle: C2CCC Manifesto Beaconing Periodische Kommunikation ID, Position, Geschwindigkeit, Richtung Network beacons Informationsweitergabe und -speicherung Safety beacons Sicherheitsrelevante Vorfalls- und Umgebungsbeschreibung 15

16 Kommunikationsprinzipien S F F F F F D GeoUnicast Zwischen zwei Nodes (Ziel und Quelle) werden über einen oder mehrere Sprünge (hops) Nachrichten ausgetauscht. Topologically-scoped Broadcast D D F/D S F/D F/D D D Nachrichten werden an alle n-hop-entfernten Nodes der Nachbarschaft des Quellknotens gesendet. S F/D F/D F/D F/D F/D Zielregion D D Geographically-scoped Broadcast Nachrichten werden ausgehend von einem Quellknoten an alle Nodes einer definierten geographischen Region gesendet 16

17 Beispiele der Fahrzeug-Kommunikation mit p Phase des Praxistests und der Anwendungsfälle Fahrzeug als kooperativer Sensor FCO zur Verkehrslageermittlung durch Gegenverkehrserkennung Weitergabe der aggregierten Verkehrsdaten über RSU an Verkehrsteilnehmer und Zentrale Zeitbezogen und ortsspezifische Informationen und Gefahrenmeldung an Verkehrsteilnehmer LKW Querführung Detaillierte Baustelleninformationen über Road Side Unit Abgleich der LKW-Positionsdaten und Erkennung des Straßenumfeldes mittels Laserscanner in Echtzeit Assistenz zur Spurhaltung im Baustellenbereich Linkbird der Firma NEC als p- Kommunikationsmodul im Forschungsprojekt Aktiv 17

18 Störungsadaptives Fahren - Baustellenszenario Ausschnitt aus Baustellenplanung A5 bei Gießen

19 Störungsadaptives Fahren - Baustellenszenario

20 Derzeitige Arbeiten Masterarbeit Bewertung des Zeit- und Fehlerverhaltens einer IEEE p-Lösung unter Anwendungsaspekten Systematische Bewertung der ersten Implementierungen Anforderungen der Anwendungen Verkehrstelematik Industrielle Automation Untersuchung Zeit- und Fehlerverhaltens (VDI-Richtlinie 2185) Kenngrößen, u.a. Übertragungszeit, Aktualisierungszeit, Paketverlustrate Einflussgrößen, u.a. Abstand, Hindernisse, Geschwindigkeit, Datenmenge, Systemdichte Definition von Anwendungsszenarien aus der Ableitung interessierender Testszenarien und Spezifikation der Testfälle 20

21 Aktuelle Herausforderungen Markteinführung Im Bereich Information sind mindestens 5%, für Warnungen mindestens 10% und bei Kooperationen mindestens 95% Marktabdeckung notwendig. Für 10% mind. 1,5 Jahre, für 50% mind. 6 Jahre Technische Mindestausstattung aller neuen Fahrzeuge: mind. 25% Kompatibilität, Abwärtskompatibilität Sicherheitsfragen Verfügbarkeit Anonymität, Datensicherheit Authentizität, Plausibilität 21

22 Zusammenfassung Aktuelle Verkehrsentwicklung erfordert spezifische Verkehrsinformationen Daten mit hoher Orts- und Zeitauflösung Assistenz im Fahrzeug für Fahrer und System Aktuelle Kommunikationsstandards der Verkehrstelematik müssen dazu ergänzt werden Kooperative Kommunikation Herstellerübergreifender Austausch vielfältiger Fahrzeug- und Verkehrsdaten Umfassende Praxistests und diverse Forschungsprojekte Herausforderungen der Datensicherheit und Markteinführung Gremienarbeit 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 23