Das Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist die Untersuchung der Durchführbarkeit des MQTT - Protokolls in der V-2-X-Communication. Betrachtet werden hierbei verschiedene use cases. Die Abkürzung MQTT steht für Message Queue Telemetry
Transport und ist ein Nachrichtenprotokoll für die Machine to Machine Kommunikation.
Diese ist in letzter Zeit im Bereich Internet of Things (IoT) aufgrund vieler Vorteile, wie die hohe Skalierbarkeit, die hohe Bandbreite, als auch viele weitere immer populärer geworden und daher bereits vielfach im Einsatz. Vehicle-to-x oder auch Car-to-x communication (Fahrzeug zu allem) ist derzeit ein ebenso aktuelles Thema, welches sich in der Entwicklung befindet. Bezüglich V-2-V, oder auch V-2-X bestehen viele Anforderungen, wie beispielsweise die Schnelligkeit der Nachrichtenübertragung oder die Reichweite des Signals.
Diese werden derzeit mittels WLAN oder Funktechnik übermittelt. Aufgrund der einfachen Implementierung von MQTT wird überprüft, in welchen Anwendungsfällen (use cases) und unter welchen Bedingungen das MQTT Protokoll integriert werden kann und in welchen Fällen es keinen Sinn macht. Abschließend wird eine zusammenfassende Bewertung abgebeben. Hierbei werden auch konkrete Schwachstellen des Protokolls für den Einsatz im Verkehr, sowie Verbesserungsvorschläge für zukünftige Projekte und Entwicklungen im Bereich des Car-2-X genannt.
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
1.1 Motivation und Problemstellung
1.2 Zielsetzung
1.3 Aufbau der Arbeit
2. Grundlagen zum Verständnis der Arbeit
2.1 Vehicle – 2 – X Communication
2.1.1 Car2Car – Communication Consortium (C2C-CC)
2.1.2 Intelligent Transportation Systems – Stand der Technik
2.2 MQTT – Grundlagen
2.2.1 QoS
2.2.2 Topic Wildcards
2.2.3 MQTT-Version 5
2.2.4 MQTT – Echtzeit - Erweiterungen
3. Qualitative Evaluierung des Einsatzes von MQTT in V-2-X
3.1 Annahmen und Voraussetzungen
3.2 Vehicle – 2 – X Use Cases
3.3 Zusammenfassende Bewertung und Empfehlungen für den zukünftigen Einsatz von MQTT im V-2-X Bereich
4. Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht die technische Eignung und Durchführbarkeit des MQTT-Protokolls für die Anforderungen der Vehicle-to-Everything (V-2-X)-Kommunikation unter Berücksichtigung verschiedener sicherheitsrelevanter und informativer Anwendungsszenarien.
- Grundlagen und Definitionen der vernetzten Fahrzeugkommunikation (V-2-X).
- Technische Analyse der Funktionsweise, Architektur und Quality-of-Service-Level von MQTT.
- Detaillierte Evaluierung von V-2-X-Anwendungsfällen hinsichtlich ihrer MQTT-Tauglichkeit.
- Herausforderungen in Bezug auf Echtzeitfähigkeit, Skalierbarkeit und Netzwerkbelastung.
- Ableitung von Empfehlungen für eine fahrzeugtaugliche Implementierung.
Auszug aus dem Buch
2.2 MQTT – Grundlagen
„MQTT- Message Queue Telemetry Transport is a leightweight, broker based publish/subscribe messaging protocoll designed to be open, simple, lightweight and easy to implement.“ [16]
Entnommen wurde diese MQTT Protokoll Spezifikation von den IBM und Eurotech Konzernen, welche auch die Urheberrechte vorbehalten. MQTT ist in der Internet of Things Welt ein offenes Nachrichtenprotokoll für die Machine to Machine Kommunikation, welches sich immer größerer Beliebtheit erfreut. Ursprünglich wurde MQTT für ressourcenarme Geräte mit schlechter Konnektivität entwickelt und ist daher sehr gut geeignet für Embedded - Entwicklungen. Das MQTT Protokoll basiert auf der Publish/ Subscribe-Architektur, das bedeutet es gibt keine Ende zu Ende Verbindung wie bei HTTP. Gesendet (published), als auch Empfangen (subscribed) werden über Topics. Ein Topic ist ein String der den Betreff bzw. den Inhalt der Nachricht darstellt. In folgender Abbildung ist hierfür ein Beispiel gegeben. Im Beispiel könnte ein Temperatursensor, der im Wohnzimmer angebracht ist, seine Messwerte auf dem Topic Daheim/Wohnzimmer/Temperatur veröffentlichen. [17]
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Dieses Kapitel erläutert die Motivation für autonomes Fahren, die Problematik der Kommunikationsstandards und definiert das Ziel sowie den Aufbau der vorliegenden Arbeit.
2. Grundlagen zum Verständnis der Arbeit: Hier werden die theoretischen Basisinformationen zu Vehicle-to-Everything-Kommunikation, deren Konsortien, Standards sowie die Funktionsweise des MQTT-Protokolls vermittelt.
3. Qualitative Evaluierung des Einsatzes von MQTT in V-2-X: Dieses Kapitel bildet den Hauptteil, in dem verschiedene Use Cases analysiert, die Eignung von MQTT geprüft und spezifische Anforderungen wie Latenz und QoS diskutiert werden.
4. Fazit und Ausblick: Abschließend wird die Forschungsfrage beantwortet, der Status quo bewertet und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungsnotwendigkeiten gegeben.
Schlüsselwörter
MQTT, V-2-X, Fahrzeugkommunikation, Internet of Things, Publish-Subscribe, Echtzeitfähigkeit, Latenz, Quality of Service, RSU, Vernetztes Auto, Nachrichtentechnik, Systemarchitektur, Safety-Anwendung, Automobilindustrie, Datenübertragung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung, ob das Nachrichtenprotokoll MQTT für die spezifischen Anforderungen der Fahrzeug-zu-Fahrzeug- oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (V-2-X) eingesetzt werden kann.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Themen umfassen die Grundlagen der vernetzten Mobilität (Car-2-X), die technische Architektur von MQTT sowie eine qualitative Analyse verschiedener Sicherheits- und Infotainment-Anwendungen im Straßenverkehr.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, die technische Durchführbarkeit von MQTT in V-2-X-Szenarien zu prüfen, um Empfehlungen für zukünftige Entwicklungen und notwendige Protokollerweiterungen zu geben.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es handelt sich um eine theoretische Evaluierung, bei der Anforderungen an reale V-2-X-Anwendungsfälle mit den Eigenschaften des MQTT-Protokolls verglichen und durch beispielhafte Konfigurationsszenarien bewertet werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung der Voraussetzungen für V-2-X-Kommunikation und eine detaillierte Prüfung von 22 verschiedenen Use Cases, von Sicherheitswarnungen bis hin zu ortsbezogenen Diensten.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Wichtige Begriffe sind V-2-X, MQTT, Echtzeitfähigkeit, Publish-Subscribe-Modell, RSU (Road Side Unit), Latenz und Safety-Applikationen.
Warum ist das Thema der Echtzeitfähigkeit bei MQTT so kritisch?
Im Straßenverkehr können Latenzen lebensentscheidend sein; MQTT wurde primär als leichtgewichtiges Protokoll für das IoT entwickelt, weshalb für harte Echtzeitanforderungen in der Fahrzeugkommunikation noch Optimierungsbedarf besteht.
Welche Rolle spielen RSU-Einheiten in den Szenarien?
Die Road Side Unit fungiert meist als zentraler Broker oder Infrastrukturknoten, der Nachrichten zwischen Fahrzeugen vermittelt und damit die Kommunikation in bestimmten geografischen Zonen steuert.
- Quote paper
- Simay Saglam (Author), 2019, Der MQTT-Einsatzes für Vehicle-2-X Anwendungen. Eine qualitative Bewertung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/501272
