C2X-Kommunikation. Auswirkungen der Vernetzung von Fahrzeugen auf die Architektur und Kommunikationsanforderungen


Studienarbeit, 2014
27 Seiten, Note: 1,0

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Car-to-X Kommunikation

1. Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Relevanz der C2X-Kommunikation
1.3 Zielsetzung der Arbeit

2. Theoretische Grundlagen der Car-to-X Kommunikation
2.1 Definitionen
2.2 Szenarien in der C2X Kommunikation
2.3 Anwendungsfälle

3. System Architektur der Car2X Kommunikation
3.1 Komponenten der C2C-CC Referenzarchitektur
3.2 Analyse der Auswirkung von Anwendungen auf die Architektur und Kommunikationsanforderungen

4. Fazit

5. Ausblick

A. Anhang
A1. Szenarien in der C2X-Kommunikation
A2. ITS Referenzarchitektur
A3. Statistik Verkehrstote Europa 2013

B. Literaturverzeichnis

C. Abbildungsverzeichnis

Car-to-X Kommunikation

1. Einleitung

1.1 Ausgangssituation

Die Vernetzung der Fahrzeuge erfüllt das Bedürfnis der Gesellschaft, auch im Auto „on“ zu sein. Die Kunden haben beim Autokauf zunehmendes Interesse an integrierten Kommunikationstechnologien, wie sie beim Smartphone und Tablet bereits zum Alltag gehören. Um die aktive Sicherheit im Straßenverkehr zu steigern, sollen Autos mit Assistenzsystemen untereinander und auch mit der Verkehrsinfrastruktur kommunizieren können. Konkret heißt das: Jedes Auto muss in der Lage sein, mit eigenen Sensoren gesammelte Informationen über den Zustand von Straßen oder Verkehrslagen den anderen Verkehrsteilnehmern mitzuteilen.

Die Automobilhersteller und Zulieferer entwickeln derzeit mit Hochdruck Lösungen zur weiteren Vernetzung des Verkehrs und Automobils. Die kommende Stufe der digitalen Vernetzung verbindet unterschiedlichste Verkehrsmittel, die Infrastruktur, den Gütertransport und individuelle Mobilitätsanforderungen in einem voll synchronisierten Gesamtsystem. Die Nutzung von Verkehrsinformationen, die zuvor bestenfalls lose miteinander verknüpft waren, erfährt durch Integration und Abstimmung in Echtzeit einen enormen Effizienzsprung. So werden Staus und Unfälle frühzeitig vermieden und schädliche Emissionen eingespart. Die Folgekosten von hohen Verkehrsaufkommen werden für die gesamte Volkswirtschaft spürbar reduziert.

Infolge der EU Klimaschutzvorschriften gilt seit vergangenem Jahr mit 95 Gramm/km ein verschärfter Grenzwert für den durchschnittlichen Flottenverbrauch an C02-Emissionen von Neufahrzeugen bis 20201. Automobilhersteller kämpfen erbittert, um diesen Grenzwert zu erreichen und hohe Strafzahlungen zu vermeiden. Nachdem Elektrofahrzeuge und Hybride jedoch eine besondere Mehrfachanrechnung (doppelt) bei der Berechnung des Flottenverbrauchs erhalten, unternehmen die Hersteller enorme Anstrengungen Innovationen und Dienstleistungen im Mobilitätsbereich zu entwickeln.

1.2 Relevanz der C2X-Kommunikation

Das Bestreben europäischer Unternehmen und Regierungen eine erhöhte Verkehrssicherheit und Effizienz im Straßenverkehr zu gewährleisten, geht einher mit der Bereitstellung vielfältiger, gezielter Informationen sowie Entertainmentanwendungen für den Fahrzeugfahrer. Weitere Anwendungen wie eine Fahrzeugferndiagnose der Automobilhersteller zum frühzeitigen Erkennen von Fehlern und Planung von Werkstattbesuchen, sollen jedoch primär den Zweck der Unfallvermeidung gerecht werden. Laut einer Veröffentlichung des Statistischen Bundesamtes zum Unfallgeschehen auf deutschen Straßen im Jahre 20122 S. 5-20 belief sich die Anzahl der Verkehrsunfälle mit Personenschaden auf gut 291000, wobei 3340 Personen ihr Leben verloren. Durch die Unfälle entstand ein volkswirtschaftlicher Schaden von über 30 Milliarden Euro, was mehr als 1% des Bruttoinlandprodukts Deutschlands entspricht. Damit lag Deutschland im Vergleich zu den 28 europäischen Staaten gerade mal auf Platz 23(s. A3,3 )Als Hauptunfallursachen wurden Fehlverhalten der Fahrzeugführer, wie zu geringer Abstand zum Vordermann, Abbiege- und Wendemanöver sowie Geschwindigkeitsüberschreitungen festgestellt. Dabei lässt sich ein positiver Trend erkennen, dass weniger Leute bei Verkehrsunfällen ums Leben kommen als noch vor ein paar Jahren. Während die Anzahl der Verkehrsunfälle (2005-2012) um gut 13% sank, gab es im gleichen Zeitraum 38% weniger Todesopfer. Die Bundesregierung hat sich in ihrem Verkehrssicherheitsprogramm von 2011 vorgenommen, die Zahl der Todesopfer bis zum Jahr 2020 um 40 % zu senken2 S. 9. Eine sicherlich entscheidende Maßnahme auf dem Weg dorthin sind intelligente Fahrerassistenzsysteme, wie sie im Rahmen der C2X-Kommunikation entwickelt werden.

1.3 Zielsetzung der Arbeit

Im Rahmen dieser Studienarbeit sollen mithilfe einer Auswertung des Car-to-Car Communication Consortium Manifesto v1.1 (C2C-CC)4 zunächst verschiedene, standardisierte Kommunikationsmöglichkeiten und Szenarien der Car-to-X Kommunikation vorgestellt und daraus ableitbare Anforderungen an die Systeme erläutert werden. Daraufhin wird anhand eines konkreten Anwendungsfalles aus der Praxis der Car-to-Infrastructure Kommunikation analysiert, wie sich die Anforderungen auf die Software Architektur auswirken und diese wiederum auf die Anforderungen an die Kommunikations-Technologien. Es werden Funktionen untersucht, die durch Kommunikation zwischen Fahrzeugen oder zwischen Fahrzeug und Infrastruktur besser umgesetzt werden können oder überhaupt erst ermöglicht werden. Abschließend wird der Anwendungsfall vor dem Hintergrund des Datenschutzes sowie künftiger Herausforderungen innerhalb der Car-to-X Kommunikation diskutiert.

2. Theoretische Grundlagen der Car-to-X Kommunikation

In diesem Kapitel werden die von der Car-to-Car Communications Consortium (C2C-CC) definierten Standardszenarien aus den drei Anforderungsbereichen Sicherheit, Verkehr und Infotainment vorgestellt. Sie dienen bei der C2C-CC für das bessere Verständnis welche Anforderungen in der Car-to-X Kommunikation umgesetzt werden müssen. Des Weiteren werden die Begrifflichkeiten eingeführt, wie sie im Zusammenhang mit der C2X-Kommunikation verwendet werden und die Anwendungsfälle vorgestellt.

2.1 Definitionen

2.1.1 Connected Cars

Der Begriff „Connected Car“ ist bisher nicht eindeutig bestimmt. Es handelt sich um einen Sammelbegriff, der die Vernetzung des Fahrzeuges und seiner Systeme untereinander sowie die Kommunikation mit externen Systemen bzw. Fahrzeugen sowie Infrastruktur umfasst. Auch die Anbindung von Multimediasystemen, Mobiltelefonen und die Anbindung ans Internet fallen unter diese Definition.

2.1.2 Das Car-to-Car Communication Consortium

Folgende Grafik veranschaulicht die Konsortien und Projekte, die aktuell weltweit zum Thema Car2X-Kommunikation zugange sind:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: COMeSafety Projektübersicht5 S. 17

Das CAR 2 CAR Communication Consortium (C2C-CC) wurde auf die Initiative europäischer Automobilhersteller gegründet. Die Ziele des Konsortiums sind es 6:

- einen europäischen Industriestandard für C2X Kommunikation und die Entwicklung aktiver Sicherheitsfunktionen bei der Spezifikation, dem Prototyping und der Demonstration zu unterstützen,
- ein europaweites Frequenzband zu reservieren,
- die weltweite Harmonisierung von C2X Standards voranzutreiben sowie
- realistische Einführungsszenarien und Geschäftsmodelle zu entwickeln, um eine Markteinführung zu unterstützen.

Mitglieder des Konsortiums sind neben Automobilherstellern (u.a. BMW Group, Audi, MAN) auch Zulieferer (u.a. Bosch, Continental, Vector) und Forschungsinstitute (u.a. TUM, Frauenhofer Institute)7. Die Ansätze des Konsortiums bilden zusammen mit der COMeSafety Architektur5 die Grundlage für das Design des C2X Kommunikationssystems, welches im Rahmen der Arbeit vorgestellt wird. Auf die Architektur wird in Abschnitt 3.2 gesondert eingegangen.

2.1.3 Car-to-X Kommunikationskonzepte

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Car-to-X Kommunikation8

Die Vernetzung des Automobils mit seiner Umgebung sowie dem Internet ist heutzutage im vollen Gange und offenbart einige typische Kommunikationskonzepte. Der Oberbegriff „Car-to-X“ beschreibt hierbei die diversen Kommunikationstechniken aus der Automotive-und Verkehrstechnik. Folgende Tabelle gibt dabei einen schematischen Überblick:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Car-to-X Kommunikationskonzepte (Eigenentwurf)

2.1.4 Car-to-X-Kommunikation

Der Begriff Car-to-Car Kommunikation (Car2Car oder C2C), im Englischen Vehicleto-Vehicle (V2V), ist der Informations- und Datenaustausch zwischen Fahrzeugen mit dem Ziel, Fahrer frühzeitig vor Gefahren und Risiken zu warnen. Seit mehreren Jahren entwickeln neben großen Automobilherstellern, Zulieferer, technische Hochschulen bzw. Institute auch weitere Industrien (z.B. Google, Apple) an derartigen Car-to-X-Kommunikations-Systemen.

Die Car2Car Kommunikation verfolgt vorrangig folgende Ziele:

- Unfallvermeidung und Stauvermeidung
- Erhöhung der Sicherheit und Effizienz im Straßenverkehr
- Kommunikation der Verkehrsteilnehmer in Echtzeit (z.B. Gefahrenmeldung)  Warnung bei Verkehrsrisiken

Die Fahrzeuge von morgen kommunizieren drahtlos untereinander per WirelessLAN 5,9 GHz und sind zusätzlich mit einem GPS-Sender ausgestattet. Der Austausch der Daten zwischen den Fahrzeugen läuft über „Ad-hoc“-Netzwerke. Wichtige Gefahrenmeldungen werden wie ein Staffelstab von einem Fahrzeug zum anderen weitergeleitet, da ein Fahrzeug gleichzeitig Sender und Empfänger ist. Kommt ein Auto beispielsweise in einen Stau, erkennt das Navigationssystem die Situation und der Bordcomputer gibt eine aktuelle Lokale Verkehrsmeldung per WLAN an andere Fahrzeuge in der Umgebung weiter.

2.2 Szenarien in der C2X Kommunikation

Die Car2X-Kommunikation ermöglicht, wie anschaulich in Abbildung 2 dargestellt, neue Use Cases zur Erreichung erhöhter Verkehrseffizienz, Verkehrssicherheit und die Bereitstellung von Informationen oder Unterhaltung (Infotainment). Das C2C- CC stellt hierfür beispielhaft einige typische Use Case Szenarien auf, welche die Auswirkungen der Use Cases auf die Anforderungen an das System herausstellen 4 S. 12-17. Dies soll unterstreichen, dass die C2X-Kommunikationssysteme nicht nur auf Basis dieser Anforderungen entstanden sind, sondern auch in Zukunft auf Basis dieser abgeleitet werden müssen.

In den Use Cases der C2X-Kommunikation nehmen vorrangig folgende Akteure teil:

- Fahrzeugfahrer
- Sog. „Road Operator“ als Verkehrsleitsystem
- Hotspot (HS) und Internet Service Provider (ISP)

Dabei lassen sich die Use Cases in die drei Anforderungsbereiche Sicherheit, Verkehrseffizienz und Infotainment kategorisieren. Daraus abgeleitete SystemAnforderungen spiegeln sich in den Architekturen wider und wirken sich wiederum auf Anforderungen an die Kommunikations-Technologien aus. Eine detaillierte Beschreibung der standardisierten Use Cases und deren jeweiligen Anforderungen werden im Anhang A1 dargelegt.

2.3 Anwendungsfälle

In diesem Kapitel werden ausgehend von den Szenarien (Kap.2.2 bzw. A1), die 6 Anwendungsfälle gemäß C2C-CC überblicksartig dargestellt4 S. 38-57. Die Anwendungen generalisieren die Szenarios, fassen sie in Gruppen zusammen und repräsentieren Funktionalitäten, die künftig umgesetzt werden sollen.

Vehicle 2 Vehicle Cooperative Awareness:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Unterstützt das Austauschen von Informationen zwischen Fahrzeugen ohne dauerhafte Verbindung.

Beispiele: V2V Merging Assistance, Cooperative Forward Collision Warning, Emergency Electronic Brake Lights, V2V Lane Change Assistance, Approaching Emergency Vehicle Warning, Highway/Rail Collision Warning, Wrong Way Driving Warning, Cooperative Glare Reduction, Cooperative Adaptive Cruise Control

Vehicle 2 Vehicle Unicast Exchange:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ermöglicht die Verbindung zwischen Fahrzeugen zum Informationsaustausch. Besteht aus den vier Phasen Entdeckung, Verbindung, Aufrechterhaltung und Schließung.

Beispiele: Pre-Crash Sensing/Warning, V2V Merging Assistance, Cooperative Vehicle-Highway System (Platoon), Instant Messaging

Vehicle 2 Vehicle Decentralized Environmental Notification:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Stellt Informationen über Ereignisse und Straßeneigenschaften zur Verfügung, die für bestimmte Zeit in einer bestimmten Region interessant für Fahrzeuge oder Fahrer sind.

Beispiele: Slow Vehicle Warning, Post-Crash Warning, In-Vehicle Ambert Alert, Safety Recall Notice, Traffic Jam Ahead Warning, Hazardous Location V2V Notification, Safety Service Point, Decentralized Floating Car Data

Infrastructure 2 Vehicle (One-Way):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Unterstützt Kommunikation von RSUs zu Fahrzeugen ohne dauerhafte Verbindung zwischen diesen.

Beispiele: Hazardous Location I2V Notification, Green Light Optimal Speed Advisory, V2I Traffic Optimization

Local RSU Connection:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Daten werden von Fahrzeug zu RSU gesendet, oder in beide Richtungen.

Beispiele: Automatic Access Control, Personal Data Synchronization at Home, Infrastructure-based Cooperative Merging Assistance, Remote Diagnostics, Freeflow Tolling, Drive-through Payment, Remote Diagnostics, Vehicle Computer Program Updates, Signal Violation Warning/Signal Preemption

[...]

Ende der Leseprobe aus 27 Seiten

Details

Titel
C2X-Kommunikation. Auswirkungen der Vernetzung von Fahrzeugen auf die Architektur und Kommunikationsanforderungen
Hochschule
Hochschule München
Note
1,0
Autor
Jahr
2014
Seiten
27
Katalognummer
V283935
ISBN (eBook)
9783656840374
ISBN (Buch)
9783656840381
Dateigröße
1477 KB
Sprache
Deutsch
Reihe
Aus der Reihe: e-fellows.net stipendiaten-wissen
Schlagworte
car-to-x;, software engineering;, IT;, Anforderungen;, Architektur;, C2C;, V2V;, connected cars;, requirements;, Kommunikation;, vehicle to x;, C2C-CC;
Arbeit zitieren
Dominik Di Vincenzo (Autor), 2014, C2X-Kommunikation. Auswirkungen der Vernetzung von Fahrzeugen auf die Architektur und Kommunikationsanforderungen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/283935

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