V2x-Kommunikation Mobil- und Direktfunk im Vergleich

Direktfunktechnik bei Fahrzeugvernetzung die bessere Wahl.
Direktfunktechnik bei Fahrzeugvernetzung die bessere Wahl.

Aufgrund der bereits vorhandenen Mobilfunk-Infrastruktur liegt es nahe, diese Technik für die Fahrzeugvernetzung zu verwenden. Doch insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungsfällen ist die Direktfunktechnik die bessere Wahl.

Ein zuverlässiger Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen ist eine wichtige Voraussetzung, um den Verkehr sicherer, umweltfreundlicher und angenehmer zu machen. Die mit diesem Konzept verbundenen Technologien nennt man in ihrer Gesamtheit „Cooperative Intelligent Transportation Systems“ (C-ITS). Eine Schlüsseltechnologie der C-ITS ist die drahtlose Kommunikation, zu der die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (V2V), die Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (V2I) und die Infrastruktur-zu-Fahrzeug-Kommunikation (I2V) gehören. Kollektiv bezeichnet man diese drahtlosen Transaktionen als V2x-Kommunikation.

Die V2x-Kommunikation muss sowohl sicherheitsrelevante als auch nicht sicherheitsrelevante Anwendungsfälle unterstützen. Die Meldung „Elektronische Notfall-Bremsleuchten“ etwa gehört zu den sicherheitsrelevanten Anwendungen. Einen Überblick über derartige Meldungen gibt Tabelle 1. Zu den nicht sicherheitsrelevanten Anwendungsfällen gehört beispielsweise die Meldung „Vorschlag für optimale Geschwindigkeit für Ampelphasen“, die den Verkehrsfluss verbessern soll und mittels periodischer Übertragungen die jeweils beste Geschwindigkeit empfiehlt. Weitere Beispiele sind in Tabelle 2 zu finden.

Um sicherheitsrelevante und nicht sicherheitsrelevante Meldungen zu unterstützen, müssen die in der V2x-Kommunikation verwendeten Drahtlos-Technologien mehrere Dinge gleichzeitig beherrschen. Sie müssen in einem sehr dynamischen Umfeld mit hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Sendern und Empfängern operieren und sie müssen extrem niedrige Latenzzeiten in den sicherheitsrelevanten Applikationen unterstützen (z.B. 50 ms für die Meldung „Warnung: bevorstehender Zusammenstoß“, siehe Tabelle 1). Und sie müssen die Belastung durch die periodische Übertragung mehrerer Meldungen von mehreren Akteuren verarbeiten können sowie die hohe Fahrzeugdichte, die für Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen typisch ist. Ein weiterer Aspekt ist, dass V2x-Meldungen vor allem für Empfänger wichtig sind, die sich in der Nähe befinden. Zum Beispiel ist die Meldung „Warnung: bevorstehender Zusammenstoß“ für die Fahrzeuge in der unmittelbaren Umgebung des Zusammenstoßes extrem relevant, für weiter entfernte Fahrzeuge dagegen nicht.

Dedicated Short Range-Communication

Der De-facto-Standard für die V2x-Kommunikation ist die Drahtlos-Technologie Dedicated Short Range Communication (DSRC); diese basiert auf dem IEEE-802.11p-Standard, dem Protokoll 1609 Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE) in den USA und den europäischen TC-ITS-Standards des Europäischen Instituts für Telekommunikationsnormen (ETSI).
IEEE 802.11p wurde von Beginn an so konzipiert, dass es den Anforderungen an V2x-Anwendungen gerecht werden sollte. Im Jahr 1999 reservierte die US-Bundeszulassungsbehörde für Kommunikationsgeräte (FCC) 75 MHz Bandbreite im 5,9-GHz-Bereich für die V2x-Kommunikation und den IEEE-802.11p-Standard, der in diesem Bereich operiert. Der Standard wurde im Jahr 2009 genehmigt und seitdem hat es eine Reihe von Feldversuchen gegeben. Mehrere Halbleiterunternehmen, u.a. Autotalks, NXP und Renesas, haben 802.11p-konforme Produkte entwickelt und getestet.

Inzwischen ist IEEE 802.11p bereit für den Einsatz auf der Straße. Es hat vier von der ETSI organisierte ITS-„Plugtests“ gegeben; der jüngste fand im März 2015 im niederländischen Helmond statt, der erste im November 2011. Daneben gab es umfangreiche Feldversuche mit Projekten wie Safety Pilot in den USA , Drive C2X in Europa, Score@F in Frankreich und simTD in Deutschland. Im sogenannten ITS-Korridor beurteilen niederländische, deutsche und österreichische Infrastruktur-Organisationen die Reife von 802.11p insbesondere für die Kommunikation mit der Infrastruktur. Diese Feldversuche spiegeln die erheblichen Anstrengungen, auch finanzieller Art, wider, die im Laufe der vergangenen zehn Jahre getätigt wurden, um die 802.11p-Technologie zu validieren. Für jede andere Technik, die für die gleichen Anwendungsfälle infrage käme, müsste man all dies noch einmal tun.
Auf Basis der gesammelten Erkenntnisse sind die Vereinigten Staaten zur Überzeugung gelangt, dass die IEEE-802.11p-Technologie die Anzahl der Kollisionen auf der Straße signifikant reduzieren kann. Es wird erwartet, dass die USA die Verwendung von 802.11p zukünftig in Neuwagen für sicherheitsrelevante Anwendungsfälle per Mandat anordnen. Das US-Verkehrsministerium hat diese Absicht 2015 mittels einer Vorankündigung signalisiert. Mit General Motors hat ein amerikanischer Autohersteller bereits im Vorfeld des Mandats beschlossen, 802.11p in Serienfahrzeugen zu verwenden.