C V2X: Mehr Sicherheit und Effizienz durch eine verbesserte Kommunikation

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C V2X verbessert die Kommunikationsfähigkeit eines Fahrzeugs deutlich. Daher kann C V2X die Sicherheit, die Effizienz und den Komfort bei der Fahrt im Auto erhöhen.

Eine neue Technik für die Mobilität der Zukunft: C V2X

Autonome Fahrzeuge wie Google Self Driving Cars verwenden in erster Linie Informationen aus ihrer direkten Umgebung, um Entscheidungen zu ihrem Fahrverhalten zu treffen. Mit V2X ist es jedoch auch möglich, mit anderen Fahrzeugen, mit der Infrastruktur der Straße und mit einem Netzwerk zu kommunizieren.

C V2X stellt eine neue Technik dar, die die Kommunikation eines Fahrzeugs deutlich verbessern kann. Eine schnelle und vor allem zuverlässige Kommunikation ist die Grundlage für einen effizienten und sicheren Straßenverkehr. Auch automatisiertes Fahren wird auf diese Weise deutlich erleichtert. Dieser Artikel stellt die aktuelle Entwicklung dieser Technik vor. Dabei geht er insbesondere auf den Hersteller Qualcomm ein, der bei der Entwicklung und Umsetzung von C V2X eine Vorreiterrolle einnimmt.

Mit V2X ist es möglich, mit anderen Fahrzeugen, mit der Infrastruktur der Straße und mit einem Netzwerk zu kommunizieren. (#01)

Mit V2X ist es möglich, mit anderen Fahrzeugen, mit der Infrastruktur der Straße und mit einem Netzwerk zu kommunizieren. (#01)

Die Erwartungen an C V2X

Die Erwartungen, die Forscher und Entwickler an C V2X stellen, sind sehr hoch. Unter anderem versprechen sie sich von dieser Technik folgende Vorteile:

  • Mehr Sicherheit durch Informationen über Gefahren
  • Geringerer Energieverbrauch durch effizientere Fahrweise
  • Bessere Auslastung der Straßen und dadurch weniger Staus
  • Weitere Fortschritte beim autonomen Fahren

Für mehr Sicherheit soll in erster Linie eine verbesserte V2V Kommunikation sorgen. Wenn ein anderes Fahrzeug eine Gefahrenquelle wahrnimmt, leitet es diese Information direkt an die Autos in der Umgebung weiter. Die Car2Car Kommunikation dient daher als Frühwarnsystem. Das kann die Zahl der Unfälle deutlich reduzieren.

Die Kommunikation mit Gegenständen der Straßen-Infrastruktur führt außerdem zu einer effizienteren Fahrweise. V2I erlaubt es beispielsweise, mit einer Ampel zu kommunizieren. Das gibt die Möglichkeit, Informationen über die Rot- beziehungsweise die Grünphase abzufragen. Dadurch kann ein in das Fahrzeug integrierter Computer die optimale Geschwindigkeit berechnen. Das senkt die Zahl der Bremsvorgänge und reduziert dadurch den Energieverbrauch.

Die V2X Communication ist auch für das Fahren in einer Kolonne von großer Bedeutung. Eine gezielte Abstimmung der Geschwindigkeiten erlaubt es den Verkehrsteilnehmern, sich hintereinander mit gleichmäßigen Abständen fortzubewegen. C V2X ermöglicht es, die Abstände zwischen den einzelnen Teilnehmern der Kolonne zu reduzieren. Das führt zu einer effizienteren Auslastung der Straßen und kann dadurch Staus verhindern.

Die V2X Communication ist auch für das Fahren in einer Kolonne von großer Bedeutung. (#02)

Die V2X Communication ist auch für das Fahren in einer Kolonne von großer Bedeutung. (#02)

IEEE 802.11p und C V2X im Vergleich

Die Car2X Kommunikation ist keine vollkommen neue Idee. Bereits seit vielen Jahren arbeiten Forscher daran, Kommunikationsmöglichkeiten mit anderen Fahrzeugen, Infrastruktur-Objekten und mit einem Netzwerk zu ermöglichen. Dabei kam es zu zahlreichen Praxisversuchen, in denen ein derartiges Kommunikationssystem bereits seine Tauglichkeit unter Beweis stellte. Um einen reibungslosen Informationsaustausch zu gewährleisten, ist es wichtig, ein Protokoll für diese Aufgabe zu erstellen. Nur wenn Sender und Empfänger die gleichen Regeln bei der Gestaltung der Nachrichten beachten, können sie miteinander kommunizieren.

Bei den ersten Versuchen für die V2X-Kommunikation kam das Protokoll IEEE 802.11p zum Einsatz. Dieses ist daher bereits seit längerer Zeit bewährt und arbeitet recht zuverlässig. Dennoch hat das 3 GPP – das 3rd Generation Partnership Project – den Kommunikationsstandard C V2X als Alternative zu IEEE 802.11p entwickelt. Auf diese Weise entstanden zwei konkurrierende Technologien. Daher ist es sinnvoll, einen Vergleich zwischen ihnen vorzunehmen. Der IEEE-Standard ist bereits etwas älter und daher ausgereifter.

Allerdings bietet C V2X mehrere Vorteile gegenüber der älteren Technik. Auf der einen Seite sind damit etwas höhere Geschwindigkeiten möglich. Auf der anderen Seite ist das neue Kommunikationsprotokoll deutlich zuverlässiger, insbesondere wenn zahlreiche interferierende Nachrichten auftreten.

Auf einer stark befahrenen Straße sind beispielsweise sehr viele Fahrzeuge unterwegs. Wenn diese alle über ein entsprechendes Kommunikationssystem verfügen, werden viele Nachrichten gleichzeitig ausgesendet. Damit hat IEEE 802.11p Probleme. C V2X arbeitet jedoch auch unter diesen Umständen sehr zuverlässig und ist daher deutlich praxistauglicher. Es kommt hinzu, dass es sich bei 3 GPP um eine internationale Organisation handelt, an der die Telekommunikations-Behörden vieler bedeutender Industriestaaten beteiligt sind. Das sorgt für eine hohe Akzeptanz der entsprechenden Standards.

Der Hersteller Qualcomm ist einer der führenden Hersteller für V2X-Anwendungen. Dieser setzt voll auf diese Technik. Das folgende Video stellt vor, welche Bedeutung C V2X für dieses Unternehmen hat. Leider ist es jedoch nur in englischer Sprache verfügbar:

Qualcomm C V2X Ecosystem


Qualcomm: Vorreiter für die Cellular-Vehicle-to-evereything-Kommunikation

Die Implementierung von C V2X steht erst am Anfang. Es gibt jedoch ein Unternehmen, das bereits voll auf diese Technik setzt: Der Chiphersteller Qualcomm aus San Diego in Kalifornien. Der 1985 gegründete Konzern ist in der Halbleiterproduktion, der Chipherstellung und im Bereich der Mobilfunktechnik tätig.

Bei der Umsetzung von C V2X nimmt Qualcomm eine Vorreiterrolle ein. Das Unternehmen ist nicht nur an zahlreichen Forschungsprojekten beteiligt, die sich mit dieser Technik beschäftigen. Darüber hinaus präsentierte es im Februar dieses Jahres eine Plattform, die C V2X den Autoherstellern zugänglich macht. Mit den Produkten Snapdragon Automotive 4G Platform und und Snapdragon Automotive 5G Platform bietet es einen passenden Chipsatz an, der sich für die Integration in ein Fahrzeug eignet und der die Kommunikation über C V2X unterstützt.

Umstellung auf 5G erlaubt eine effizientere Kommunikation

Qualcomm bietet den entsprechenden Chipsatz sowohl für 4G als auch für 5G an. Das zeigt, dass es auch beim zugrunde liegenden Mobilfunkstandard eine weitreichende Änderung gibt. Die 4G-Version bietet sich insbesondere für die Verwendung in Gebieten an, in denen das 5G-Netz noch nicht ausgebaut ist. Sollte der neue Mobilfunkstandard jedoch bereits verfügbar sein, bringt er viele Vorteile mit sich. Die folgende Tabelle stellt vor, was sich die Anwender von 5G erwarten:

Die Erwartungen der Nutzer an 5G

Bessere Netzabdeckung/keine Funklöcher 76%
Höhere Geschwindigkeit 65%
Weniger Netzausfälle 63%
Kurze Reaktionszeiten 47%
Längere Batterielaufzeiten 25%
Mir reicht auch 4G/LTE 12%
Nichts 4%
Sonstiges/keineAngabe 4%

Quelle

5G bietet jedoch nicht nur bei der Kommunikation über das Smartphone zahlreiche Vorteile. Darüber hinaus spielt dieser Mobilfunkstandard eine wichtige Rolle für IoT. Von Bedeutung ist dabei die wesentlich höhere Geschwindigkeit, die 5G bietet. Noch viel wichtiger ist jedoch die deutlich höhere Kapazität dieser neuen Technik. Um Geräte flächendeckend zu vernetzen, reichen die bisherigen Kapazitäten kaum aus. G5 erlaubt es jedoch, pro Mobilfunkstation deutlich mehr Daten zu übertragen. Außerdem kann diese Technik viel mehr Geräte pro Station aufnehmen.

Für die Kommunikation zwischen Fahrzeugen spielt auch die niedrige Latenzzeit eine wichtige Rolle. Das führt dazu, dass die Nachrichten ihr Ziel unmittelbar erreichen. Darüber hinaus funktioniert 5G auch problemlos, wenn sich das entsprechende Gerät mit hoher Geschwindigkeit fortbewegt, was bei 4G oftmals nicht der Fall ist.

Die niedrige Latenzzeit von 5G ist für die Verwendung im Auto von großer Bedeutung. (#03)

Die niedrige Latenzzeit von 5G ist für die Verwendung im Auto von großer Bedeutung. (#03)

ConVeX: ein Forschungsprojekt unter Führung von Qualcomm in Deutschland

Wenn man sich mit den Fortschritten der C-V2X-Technik befasst, ist es sehr interessant, die Pilotprojekte für diese Technik zu betrachten. Wie bereits erwähnt, nimmt Qualcomm hierbei eine führende Rolle ein und ist an zahlreichen Tests und Untersuchungen beteiligt. Ein Beispiel hierfür ist ConVeX – Connected Vehicle to Everything of Tomorrow. Dabei handelt es sich um ein Konsortium, das das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur ins Leben gerufen hat. Qualcomm übernimmt dabei die Leitung.

Darüber hinaus sind weitere bedeutende Unternehmen daran beteiligt, beispielsweise Audi, Swarco und Ericsson. Darüber hinaus arbeitet mit dem Institute for Wireless Communication der Technischen Universität Kaiserslautern, ein bedeutendes deutsches Forschungszentrum, an diesem Projekt mit. ConVeX gelang es, die Funktionsfähigkeit von C V2X in einem breit angelegten Versuch in der Praxis zu bestätigen. Dabei nutzten die Forscher die neue Technik unter anderem für folgende Anwendungen:

  • Kollisionswarnung
  • Warnung bei Überholvorgang
  • Stauwarnung
  • Kommunikation an schwer einsehbaren Kreuzungen
  • Warnung vor Glatteis
  • Warnung vor gefährdeten Verkehrsteilnehmern (Fußgänger, Fahrradfahrer etc.)
  • Optimale Geschwindigkeit für grüne Welle
  • Suche nach freien Parkplätzen und Ladestellen für Elektroautos
  • Fahrt in der Kolonne
C V2X hat viele Aufgaben, die in groß angelegten Praxisversuchen getestet wurden. (#04)

C V2X hat viele Aufgaben, die in groß angelegten Praxisversuchen getestet wurden. (#04)

Autonomes Fahren: C V2X bietet zahlreiche neue Möglichkeiten

C V2X erhöht nicht nur die Sicherheit und die Effizienz bei Fahrzeugen, die ein menschlicher Fahrer steuert. Besonders viele Vorteile bietet diese Technik beim Autonomous Driving. Die Verwendung von Sensoren und Kameras kann zwar viele Hindernisse und Gefahren zuverlässig erkennen. Dennoch treten gelegentlich Fälle auf, bei denen die bisherige Technik versagt. Eine zuverlässige und schnelle Kommunikation zwischen Fahrzeugen und anderen Verkehrsteilnehmern kann jedoch dabei helfen, diese Probleme zu beheben. Die folgende Tabelle zeigt, dass autonomes Fahren einen enormen Zukunftsmarkt darstellt. Da C V2X hierfür eine der Schlüsseltechnologien darstellt, wird auch dieser Technik ein enormes wirtschaftliches Potenzial zugeschrieben.

Prognostiziertes Marktvolumen für autonome Fahrfunktionen weltweit (in Mrd. US-Dollar)

2016 8
2019 13
2022 18
2025 26

Quelle

Im folgenden Video erklärt der Hersteller Audi, der im oben vorgestellten Projekt mit Qualcomm zusammenarbeitet, welche Level des autonomen Fahrens es gibt. Die C-V2X-Technologie kann dabei helfen, das fünfte Level vollständig umzusetzen:

Die fünf Level des autonomen Fahren

Schutz vor Hackern: Angriffe auf autonome Fahrzeuge vermeiden

Die folgende Tabelle zeigt, dass viele Anwender autonome Fahrzeuge für unsicher halten.

Anteil der Nutzer, die selbstfahrende Autos für unsicher halten

Südkorea 81%
Japan 79%
Vereinigte Staaten 74%
Deutschland 72%
Indien 64%
China 62%

Quelle

Das größte Problem stellt es dabei sicherlich dar, dass die verwendete Technik bislang nicht alle Gefahrensituationen zweifelsfrei erkennt. Doch geben auch intentionale Angriffe Anlass zur Besorgnis. Um das Fahrzeug zu steuern, kommt ein In-Vehicle-Server zum Einsatz. Wenn es einem Hacker gelingt, auf diesen zuzugreifen, kann er das Auto vollständig kontrollieren. Das kann schlimme Folgen haben.

Daher ist es sehr wichtig, derartige Angriffe gezielt zu verhindern. Auch für diese Aufgabe gibt es entsprechende Richtlinien. Diese sind in SAE J3061 zusammengefasst. Die Beachtung dieses Standards sorgt dafür, dass auch unter diesem Aspekt eine hohe Sicherheit bei Self Driving Cars gewährleistet ist.

Um das Fahrzeug zu steuern, kommt ein In-Vehicle-Server zum Einsatz. (#05)

Um das Fahrzeug zu steuern, kommt ein In-Vehicle-Server zum Einsatz. (#05)

Carsharing Autosharing: Welche Möglichkeiten bietet die neue Technik in diesem Bereich?

Zum Abschluss sollen noch die praktischen Anwendungen dieser Technik etwas näher ausgeleuchtet werden. Für privat genutzte Fahrzeuge stellt eine autonome Fahrtechnik sicherlich eine Erhöhung des Komforts dar und kann die Sicherheit erhöhen. Allerdings ist es hierbei fraglich, ob dieser Nutzen die riesigen Forschungsausgaben rechtfertigt. Von deutlich größerer Bedeutung sind autonome Fahrzeuge für gewerbliche Anwendungen, bei denen bisher ein Fahrer notwendig ist. Dessen Vergütung ist bislang für den größten Teil der Kosten für die entsprechenden Dienstleistungen verantwortlich. Das ist insbesondere bei Anbietern für Rideshare von Bedeutung. Wenn diese Unternehmen selbstfahrende Autos für ihren Service verwenden, können sie die Kosten hierfür deutlich senken.

Daher ist es nicht verwunderlich, dass Uber Self Driving Cars bei dieser Entwicklung eine zentrale Rolle einnehmen. Dieser Anbieter für Rideshare-Angebote könnte von autonomen Fahrzeugen enorm profitieren, sodass er intensiv an dieser Technik forscht. Auch unter diesem Gesichtspunkt kommt C V2X eine große wirtschaftliche Bedeutung zu, da dieses Kommunikationsprotokoll gerade in diesem Bereich die Zuverlässigkeit der Dienste erheblich erhöhen kann.


Bildnachweis: ©Shutterstock-Titelbild: Pavel Chagochkin, #01 & #02: metamorworks, #03: jamesteohart, #04 & #05: temp-64GTX

Über Marius Beilhammer

Marius Beilhammer, Jahrgang 1969, studierte Journalismus in Bamberg. Er schreibt bereits viele Jahre für technische Fachmagazine, außerdem als freier Autor zu verschiedensten Markt- und Businessthemen. Als fränkische Frohnatur findet er bei seiner Arbeit stets die Balance zwischen Leichtigkeit und umfassendem Know-how durch seine ausgeprägte Affinität zur Technik.

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