Infotainment und Telematik Hybride Kommunikationssysteme im Automobil (Teil 2)

Hybride Kommunikation bringt für Infotainment-Applikationen einen entscheidenden Mehrwert. Der hier vorliegende zweite Teil des Fachartikels beschäftigt sich mit Anwendungsfeldern hybrider Kommunikationssysteme für Infotainment-Anwendungen, Herausforderungen beim Test und der Absicherung von Antennensystemen und Vernetzungssteuergeräten auseinander.

Die hybride Kommunikation im Fahrzeug hat für Infotainment-Anwendungen einen entscheidenden Mehrwert wie beispielsweise BMW verdeutlicht. Hierbei spielt die hybride Netztopologie, bestehend aus Mobilfunk- und WLAN-Netzen im privaten und öffentlichen Bereich, eine große Rolle. Durch die Nutzung dieser unterschiedlichen Funkzugangssysteme kann eine Anpassung des Datenverkehrs über die einzelnen Netze erreicht werden. Durch räumliche und zeitliche Aufteilung der für eine Vernetzungsfunktion entstehenden Netzlast auf verschiedene Funkzugangssysteme lässt sich die Funktionsqualität grundsätzlich verbessern. Zudem besteht das Potenzial, auftretende Lastspitzen durch selbstlernende Prädiktionsalgorithmen vorherzusagen und das hybride Telekommunikations-Steuergerät im Fahrzeug entsprechend vorzukonditionieren [1].

So ist es zum Beispiel möglich, die Übertragung großer Datenmengen wie Software-Updates zur Wartung der Fahrzeugsteuergeräteelektronik, Navigationskarten-Updates oder die persönliche Musiksammlung durch intelligente Datenplanungsalgorithmen an die individuellen Wünsche anzupassen. Das kann beispielsweise mit dem Ziel minimaler Entgelte für variable Verbindungskosten, einer großen Übertragungskapazität oder robuster QoS-Parameter erfolgen. Ferner kann die adaptive Netzwahl auch für eine bestmögliche Verbindung von vornherein durch das Fahrzeug gesteuert werden.

Vorteile hybrider Kommunikation für Infotainment-Anwendungen

Das Fahrzeug kann sich für die optimale Verbindungsauswahl auf historische Parameter aus dem Back End berufen oder Verbindungsparameter sowie Odometrie- und Geschwindigkeitskenngrößen auswerten, die es selbst aggregiert hat.

So ist es zum Beispiel möglich, die Übertragung großer Datenmengen wie Software Updates zur Wartung der Fahrzeugsteuergeräteelektronik, Navigationskarten-Updates oder die persönliche Musiksammlung durch intelligente Datenplanungsalgorithmen an die individuellen Wünsche anzupassen. Das kann beispielsweise mit dem Ziel minimaler Entgelte für variable Verbindungskosten, einer großen Übertragungskapazität oder robuster QoS-Parameter erfolgen. Ferner kann die adaptive Netzwahl auch für eine bestmögliche Verbindung von vornherein durch das Fahrzeug gesteuert werden.

Vorteile hybrider Kommunikation für Infotainment-Anwendungen

Das Fahrzeug kann sich für die optimale Verbindungsauswahl auf historische Parameter aus dem Back End berufen oder Verbindungsparameter sowie Odometrie- und Geschwindigkeitskenngrößen auswerten, die es selbst aggregiert hat.

Wie in Bild 1 dargestellt ist, lassen sich die für die automatische Netzwahl relevanten Mobilitätsparameter als geografische Overlays über dem Straßennetz darstellen, das die Route des Fahrzeugs enthält. Diese Schichten können beispielsweise Informationen in Bezug auf die aktuelle Verkehrslage, Netzauslastung, Verfügbarkeit von alternativen Netzen und historische Informationen zu Verbindungen aus der jungen Vergangenheit beinhalten. Durch das intelligente Zusammenführen all dieser Daten im Fahrzeug ist es möglich, dass das Automobil applikationsabhängig die richtige Entscheidung für die geeignetste zur Verfügung stehende Funkverbindung trifft.

Intelligente Datenplanung zur ­Reduzierung variabler Gebühren

Im Rahmen einer intelligenten Datenplanung [2] lassen sich die Mobilitätsparameter dazu nutzen, den Verteilmechanismus für einen Download im hybriden Zugangsnetz beispielsweise so zu steuern, dass die Übertragungskosten für den Anwender minimiert werden.

Bild 2 zeigt die Topologie einer geplanten Fahrzeugroute, auf der unterschiedliche Funkzugangssysteme (3G/4G und WLAN) zur Verfügung stehen. Unter Nutzung der vorhandenen Parametervielfalt kann in diesem Beispiel basierend auf einem spezifischen Fahrzeug-Mobilitätsprofil gezeigt werden, dass die Verbindungskosten um bis zu zwei Drittel im Vergleich zur Standardkonfiguration des Vernetzungs- steuergerätes gesenkt werden können, in der lediglich die Mobilfunkkommunikation vorkonfiguriert ist. In Bezug auf hybride Funkzugangssysteme wurde eine reale Netzauslastung emuliert.

Nahtloser Verbindungswechsel

Ein weiterer Mehrwert, der sich aus der intelligenten Verarbeitung der Parametervielfalt im Fahrzeug-Vernetzungssteuergerät ergibt, ist die Unterstützung von nahtlosen Verbindungswechseln zwischen den unterschiedlichen Netzwerktechnologien. Ein nahtloser Verbindungswechsel zwischen hybriden Funkzugangssystemen ist für den Anwender transparent und ermöglicht die unterbrechungsfreie Übertragung von Datendiensten. Dabei lässt sich die Verbindung ohne Eingriffe des Anwenders unterbrechungsfrei zwischen Mobilfunk- und WLAN-Netzen wechseln.

Um einen nicht nahtlosen Verbindungswechsel handelt es sich zum Beispiel, wenn bei einem handelsüblichen Smartphone WLAN manuell eingeschaltet wird, so dass die Daten nicht mehr über das zellulare Netz (2G, 3G, 4G), sondern über die WLAN-Verbindung fließen oder anders herum. Läuft zum Zeitpunkt des Wechsels eine Applikation, die Daten aus dem Netz bezieht, kann es entweder dazu kommen, dass der Datenfluss pausiert oder sogar vollständig abgebrochen werden muss. In beiden Fällen kommt es zu einer Unterbrechung der auszuführenden Applikation. Kontinuierliche Anwendungen wie Video ­Streaming lassen sich so nicht unterstützen, weil es zu längeren Pausen oder gar zum kompletten Abbruch des Films kommen kann. Durch die Nutzung der hybriden Kommunikation mit einem nahtlosen Verbindungswechsel lassen sich diese Schwierigkeiten beseitigen.

In einem speziellen Testfeld, das ebenfalls über Mobilfunk- und WLAN-basierte Netzwerk-Elemente verfügt, wurde ein Versuch ausgeführt, um den nahtlosen Verbindungswechsel zu evaluieren. Das Fahrzeug verfügt über ein hybrides Telekommunikationssteuergerät, in dem basierend auf einem intelligenten Mobilitätsmanagement unterbrechungsfrei zwischen Mobilfunk- und WLAN-basierten Funkzugangssystemen gewechselt werden kann. In dem getesteten Video Stream war der Verbindungswechsel nur durch eine kurzzeitige Verpixelung des Bildes sichtbar, die im Bereich von etwa 400 ms liegt. Anschließend wird die Videosequenz über die dann bestehende WLAN-Verbindung an derselben Stelle wiedergegeben. Es kommt zu keiner Pause oder Abbruch des Stream, so dass der Anwender diesen ohne jegliche Unterbrechung weiterschauen kann. Mit weiteren Optimierungen im vertikalen Handover-Mechanismus ist es möglich, die Dauer der Verpixelung des Bildes zu reduzieren.