Das WLAN-Drive-by

Fahrzeugkommunikation ist eine kooperative Kommunikationstechnologie, die die Verkehrssicherheit verbessert, das autonome Fahren fördert und die Ziele der "Smart City" vorantreibt.

Diese Technologie ermöglicht kontinuierliche, zuverlässige, schnelle und authentifizierbare Interaktionen zwischen sich bewegenden Fahrzeugen.

Die Fahrzeugkommunikation ist üblicherweise in vier Anwendungsfälle unterteilt:

• Kommunikation von Fahrzeugen mit anderen Fahrzeugen (V2V)
• Kommunikation von Fahrzeugen mit der straßenseitigen Infrastruktur (V2I)
• Kommunikation von Fahrzeugen mit Fußgängern (V2P)
• Kommunikation von Fahrzeugen mit dem Mobilfunknetz (V2N).

Zusammen sind diese Anwendungsfälle als Vehikel für alles bekannt (V2X).

Die Vorteile

Die V2X-Technologie soll die Transportsicherheit deutlich verbessern.

Laut einem Bericht der National Highway Traffic Safety Administration des US Department of Transportation: "Wenn V2X-Technologien allein weit verbreitet sind, haben sie das Potenzial, 81% der leichten Fahrzeugunfälle zu bewältigen".

Die V2X-Technologie wird Sicherheitsfunktionen bieten, die über das hinausgehen, was andere heute verfügbare Fahrerassistenzsysteme (ADAS) bieten.

Die meisten dieser Systeme basieren auf Computer Vision-, Radar- oder Lidar-Technologien.

Die Hauptbeschränkungen dieser Technologien bestehen darin, dass ihre Signale nicht durch Fahrzeuge hindurchdringen können und keine Informationen über Fahrzeuge verfügbar sind, die sich außerhalb der Sichtlinie befinden. V2X hingegen liefert kritische Informationen über Fahrzeuge, die sich innerhalb und außerhalb der Sichtlinie befinden, solange sie sich innerhalb einer bestimmten Kommunikationsreichweite befinden.

V2X macht sowohl halbautonome fahrerbasierte Systeme als auch vollautomatisierte Systeme viel situationsbezogener. Dies wird es Fahrzeugen ermöglichen, in verschiedenen Verkehrsszenarien zusammenzuarbeiten und Unfälle zu reduzieren.

Der Markt

Die Automotive V2X-Technologie hat einen großen potenziellen Markt. Juniper Research berichtet, dass es bis 2022 3 Milliarden US-Dollar erreichen wird, mit einer jährlichen Wachstumsrate von 26%.

Es wird erwartet, dass bis 2022 50% der Neufahrzeuge mit V2V-Hardware ausgestattet sein werden.

Die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Fahrzeug (V2V) verbessert das Situationsbewusstsein. Es ist sowohl für fahrergestützte als auch für automatisierte Fahrsysteme anwendbar.

Der Markt besteht aus drei Sektoren:

• Geräte / Halbleiter - RF-Transceiver und V2X-Chipsatzhersteller wie Denso, Continental, Delphi, Qualcomm und Infineon
• Mobilfunkinfrastruktur - Hersteller (Huawei, Nokia und Ericsson) und Carrier (AT & T, NTT und Docomo)
• Autos - Hersteller wie Toyota und Honda (Japan), GM und Ford (USA) sowie BMW, Daimler und Audi (Deutschland).

Die Technologie

Zwei Kandidaten-Technologien werden für die Implementierung der V2X-Technologie vorgeschlagen: dedizierte Kommunikation über kurze Entfernungen (DSRC) und zellulare Fahrzeug-zu-jedem-Gerät-Kommunikation (C-V2X).

Beide sind für den Betrieb im 5,9 GHz-Band ausgelegt und müssen die folgenden strengen Zuverlässigkeits- und Verzögerungsanforderungen erfüllen:

• Kommunikationslatenz - weniger als 100ms Verzögerung
• Kommunikationsreichweite - mindestens 300m
• Unterstützte Fahrzeuggeschwindigkeiten - typische Autobahngeschwindigkeiten.

In der DSRC, die eine Ableitung der Wi-Fi-Technologie ist, werden Kommunikationsprotokolle (PHY- und MAC-Schichten) durch den IEEE 802.11p-Standard spezifiziert.

Befürworter dieser Technologie sind Automobilunternehmen wie Toyota, Honda und GM.

Die Arbeit am DSRC begann im Jahr 2009, und seine Kommunikationsprotokolle wurden bis 2010 vollständig charakterisiert.

Laut seinen Unterstützern wurden alle Aspekte der DSRC-Standards von der Anwendungsschicht bis zur PHY-Schicht und alle Sicherheitsaspekte in den letzten acht Jahren der Entwicklung angesprochen. Sie glauben, dass die Technologie bereit ist, in großem Umfang eingesetzt zu werden.

DSRC hat bekannte Einschränkungen, einschließlich Unterstützung nur für die V2V- und V2I-Anwendungen und ein oberes Band der Zuverlässigkeit für Fahrzeugdichte und Kommunikationsreichweite.

C-V2X basiert auf 4G-LTE-Mobilfunktechnologie. Es ist Teil des Device-to-Device- (D2D-) Kommunikationsprotokolls des Sidelink-Modus (Proximity-Server) des LTE-Advanced-Standards. So kann jedes Gerät jedes andere Gerät in seiner Nähe direkt erkennen.Im Gegensatz zu DSRC unterstützt LC-V24 die V2N- und V2P-Fahrzeugkommunikations-Anwendungsfälle. Im Vergleich zu DRSC unterstützt es höhere Geschwindigkeiten (bis zu 250 km / h) und eine höhere Dichte (Tausende) von Fahrzeugen. Die Befürworter der C-V2X-Technologie sind ein Konsortium von Automobil- und Mobilfunkgeräteherstellern, bekannt als 5G Automotive Association (5GAA), zu dem Audi, BMW, Qualcomm, Denso, Intel, Ericsson und Nokia gehören.

Die 5GAA ist der Ansicht, dass die Kosten für die Entwicklung einer DSRC-basierten Lösung weitaus höher sind als die für Lösungen auf Basis von C-V2X. Darüber hinaus wird sich die Lücke in den Technologievorteilen zwischen C-V2X und DRSC nach der Einführung von 5G-Mobilfunknetzen erweitern.

Bislang wurde keine dieser Technologien als vorgeschriebene V2X-Technologie in irgendeinem Land ausgewählt. Es ist wahrscheinlich, dass beide übernommen werden und Fahrzeuge mit einer intelligenten Methode ausgestattet werden, um die über diese Technologien übertragenen und empfangenen Daten zu verstehen und zu entschlüsseln.

Workflows und Anforderungen

Zu den V2X-Technologieexperten gehören Software- und Hardwareentwickler, Integratoren und Serviceanbieter sowie Tester und Leistungsmonitore.

Die Hauptprobleme bei der Entwicklung von V2X-Technologien sind Visualisierung, Prototyping und Modellentwicklung.

Praktizierende müssen:

Visualisierung, Aktualisierung und Überwachung von Fahrzeugdynamik- und drahtlosen Sensornetzwerken (Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung von Fahrzeugen in einem Netzwerk; Fahrzeuge, die das Netzwerk betreten und verlassen; HF-Signalstärke jedes Fahrzeugs; Status der Verbindungen zwischen jedem Fahrzeug; und andere Systemelemente) ).

• Prototype verschiedener Kollisionsvermeidungs- und Verkehrsauflösungsalgorithmen auf V2X-Chips. Diese Bemühungen umfassen nicht nur drahtlose Modemoperationen, die die Übertragung und den Empfang von grundlegenden Sicherheitsnachrichten behandeln, sondern auch Kollisionsvermeidungsalgorithmen und Verkehrssteuerungsnachrichten, die von dem Fahrzeug in Echtzeit verarbeitet werden.
• Entwickeln Sie ihre Modelle und überwachen Sie die Auswirkungen von V2X-Techniken auf den Gesamtverkehr (Status von Kollisionsvermeidungsmanövern, Gesamtkommunikationsmetriken wie Verzögerungen und Durchsatz, Algorithmen zum Umleiten von Verkehr und Dynamik von V2X-Knoten, um bestimmte Kriterien zu optimieren) und suchen Sie ständig nach mehr optimierte Techniken basierend auf einer großen Menge an tatsächlichen Felddaten.
• Simulation zur Designverifikation

Bevor wir sicherheitskritische Anwendungen und Geräte wie V2X für die Verkehrssicherheit erstellen, müssen wir sicherstellen, dass sie genau so funktionieren, wie es beabsichtigt ist.

Durch Computersimulationen können wir ein Modell des Systems, seiner Komponenten und seiner Umgebung erstellen und das System strengen Tests unterziehen.

Mithilfe von modellbasierten Entwurfswerkzeugen wie MatLab und Simulink können wir verschiedene Verkehrsszenarien und Fahrzeugdynamik visualisieren, analysieren und testen sowie testen, ob das V2X-System Kollisionsvermeidung wie erwartet ermöglicht.

Um V2X-Signale zu erzeugen, die entweder den DSRC- oder C-V2X-Standards entsprechen, müssen wir drahtlose Modems programmieren, die diese Arten von Signalen senden und empfangen können.

MatLab-Add-On-Produkte wie LTE System Toolbox und WLan System Toolbox bieten detaillierte Implementierungen der C-V2X- und DSRC-Signalverarbeitungsfunktionen.

Unter Verwendung dieser Funktionen ist es möglich, zu verifizieren, dass jede Modemkomponente korrekt arbeitet und dass die Fahrzeugkommunikation in realistischen Ausbreitungsszenarien arbeitet.

Fahre zur Fahrsicherheit der Zukunft

Wir leben in einer aufregenden Zeit. Die Landschaft des Fahrzeugtransports und der städtischen Sicherheit ändert sich aufgrund der Automatisierung grundlegend.

Intelligente Transportsysteme wie autonome Fahrzeuge sind so konzipiert, dass sie sich der Ereignisse in ihrer Umgebung bewusst sind. Diese situationsbewussten Systeme können auf Bewegungen anderer Fahrzeuge und Fußgänger in Echtzeit reagieren.
Nachdem die Anzahl der Fahrzeuge, die diese Art von automatisierten Fahrfunktionen einschließlich V2X nutzen, eine kritische Masse erreicht, wird die Fahrsicherheit erheblich verbessert.

Diese Fortschritte haben das Potenzial, dass Kollisionen - und der Tod, die Verletzung und die Zerstörung, die sie verursachen - der Vergangenheit angehören.

Über den Autor

Houman Zarrinkoub ist Senior Wireless Product Manager bei MathWorks