Internet of Things

Siebter Sinn für das vernetzte Automobil

| Autor / Redakteur: Yvonne Nestler / Rainer Graefen

Vernetztes Leben und Arbeiten auch im Auto: Auf dem Weg zum Flughafen wird ein Parkplatz reserviert und das Hotelzimmer gebucht, während der Mitfahrer noch das Ende des Fussballspiels live verfolgt. Clouddienste geben unterwegs Auskunft zu Restaurants in der Nähe oder günstige Angebote bei der nächsten Tankstelle. Auch der nächste Termin zur Inspektion ist bereits bestätigt.
Vernetztes Leben und Arbeiten auch im Auto: Auf dem Weg zum Flughafen wird ein Parkplatz reserviert und das Hotelzimmer gebucht, während der Mitfahrer noch das Ende des Fussballspiels live verfolgt. Clouddienste geben unterwegs Auskunft zu Restaurants in der Nähe oder günstige Angebote bei der nächsten Tankstelle. Auch der nächste Termin zur Inspektion ist bereits bestätigt. (Bild:Telekom / Wolfram Scheible)

Um die Möglichkeiten vernetzten Fahrens auszureizen, benötigen Autos eine konstante Mobilfunkverbindung. Diese muss Daten zuverlässig und in Echtzeit übertragen. Kann heutige und zukünftige Mobilfunktechnik das leisten?

Früher waren Autos blind. Für das Sehen war nur der Fahrer zuständig. In Zukunft sollen Autos jedoch nicht nur mehr sehen als ihr Fahrer: Sie beziehen Verkehrsinformationen aus dem Internet, schalten die Heizung zuhause an und rufen bei einem Unfall Hilfe. Bis 2020, erwartet das Marktforschungsunternehmen Gartner, wird weltweit jedes fünfte Auto vernetzt sein. Vielleicht erreicht bis dahin sogar das Autonome Fahren Serienreife.

Voraussetzung dafür ist jedoch eine zuverlässige Mobilfunkverbindung. Dabei reicht es nicht aus, dass Fahrzeuge nur auf direktem Weg mit den Fahrzeugen in ihrer Nähe (Car-to-Car-Kommunikation, Car2Car) kommunizieren oder mit einer straßenseitig aufgebauten Verkehrsinfrastruktur (Car-to-Infrastructure-Kommunikation) wie beispielsweise Ampeln. Hierfür ist lediglich eine Funk-Reichweite von maximal ein paar hundert Meter notwendig – wenn kein großes Fahrzeug oder ein Haus im Weg steht. Der WLAN-basierte Standard 802.11p im Frequenzband 5,9 GHz reicht hier völlig aus.

Um aber wirklich autonom und sicher zu fahren, müssen Autos einen siebten Sinn bekommen. Sie müssen wissen, was sich hinter der nächsten Kurve oder Hügelkuppe verbirgt und wann der nächste Platzregen losgeht. Sie müssen ihren Kommunikationsradius deshalb deutlich erweitern über die WLAN-Reichweite hinaus. Dazu eignet sich der Mobilfunkstandard LTE. Eine LTE-Mobilfunkanbindung kann Fahrzeugen eine Art „virtuelle Sicht“ über weite Entfernungen verleihen.

Doch erfüllen die Mobilfunknetze die Anforderungen vernetzter Autos überhaupt? Schon heute müssen sie gewaltige Datenmengen bewältigen. Allein zwischen 2011 und 2014 hat sich das Datenvolumen in den deutschen Mobilfunknetzen laut Bundesnetzagentur vervierfacht: auf fast 400 Millionen Gigabyte im Jahr.

Infotainment als Konkurrenz für Telematik

Die Funktionen des vernetzten Autos lassen sich in zwei Bereiche aufteilen: Telematik und Infotainment. Zu den Telematik-Diensten zählen alle Dienste, die das Fahren selbst unterstützen: etwa Navigation, automatisches Bremsen und die Kommunikation mit Ampeln. Dafür versendet oder empfängt das Fahrzeug nur kleine Datenpakete, sobald ein bestimmtes Ereignis eintritt – zum Beispiel, wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug plötzlich stark bremst.

„Die Datenvolumen heute verfügbarer Telematik-Dienste stellen kein unlösbares Problem für die Mobilfunknetze dar“, sagt Christian Wietfeld. Der Leiter des Lehrstuhls für Kommunikationsnetze an der TU Dortmund forscht seit Jahren rund um Mobilfunk und vernetztes Fahren und erklärt: „Die Herausforderung bei den Telematik-Diensten ist aber folgende: Um sicheres Fahren zu ermöglichen, müssen die entsprechenden Daten schnell und zuverlässig übertragen werden.“ Das LTE-Netz ist für eine solche Übertragung gut gerüstet: mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit/s und Latenzzeiten – also zeitlichen Verzögerungen – von unter 100ms.

Die Herausforderung: Infotainment-Angebote im Auto könnten der Telematik die Netzkapazität streitig machen. Für solche Angebote baut zum Beispiel eine im Fahrzeug installierte Hardware einen Hotspot auf, an dem sich Mitfahrer mit WLAN-Geräten einwählen. Über Smartphone oder Tablet streamen sie Hörspiele oder Videos. Wenn aber in dichtem Verkehr gleichzeitig Mitfahrer in vielen Fahrzeugen über denselben Mobilfunkmast Filme streamen, könnte das Netz an seine Grenzen stoßen. In der Folge würde sich die Datenübertragung für die Telematik-Dienste verzögern. Werden dann Gefahrenmeldungen über das Netz gesendet, könnte es eng werden.

Sicherheit geht vor

Die Lösung: Sicherheitsrelevante Informationen müssen Streaming-Daten vorgezogen werden. Das ließe sich zum Beispiel bei der Übertragung über exklusive Frequenzbereiche oder mit Quality of Service-Klassen realisieren. Dann hätten sicherheitskritische Dienste im vernetzten Fahrzeug stets Vorfahrt im Netz. Für die Frequenzlösung müssten feste Bandbreiten reserviert werden, die selbst im dichten Berufsverkehr genügend Kapazität bieten. Allerdings schränkt dieser Weg auch die Flexibilität der Netze ein. In verkehrsruhigen Zeiten oder verkehrsärmeren Regionen würden teure Netzkapazitäten brach liegen.

Die Alternative ist eine Quality-of-Service-Differenzierung, die zum Beispiel auch in Unternehmensnetzen zum Einsatz kommt. Dabei wird wichtigen Datenströmen Priorität im Netz eingeräumt. Im IP-Netz sind dies zum Beispiel die Sprachverbindungen. Wie sinnvoll diese Lösung auch für die Kommunikation der vernetzten Fahrzeuge ist, ist jedoch noch offen. „Wir beschäftigen uns intensiv mit dem Thema, können aber bisher noch keine Handlungsempfehlung dazu aussprechen“, erläutert Edwin Fischer, Technology Business Partner bei der Deutschen Telekom.

Basisstationen mit Gehirn

Schnelle Erfolge verspricht hingegen das „Mobile Edge Computing“. Damit lassen sich sicherheitskritische Fahrzeugdaten schneller verarbeiten. „Wir leiten die Daten dabei nicht mehr durch das gesamte Mobilfunknetz und über Gateways, um sie etwa zentral auf der Connected-Car-Plattform der Telekom zu verarbeiten“ erklärt Fischer. „Stattdessen erfolgt die Verarbeitung in einem „Cloudlet“ auf einem Server direkt in einer LTE-Basisstation in der Nähe des Fahrzeugs.“ Von dort wird die Information zum Beispiel an andere Fahrzeuge weitergegeben. Dank des verkürzten Transportweges lässt sich die Latenzzeit für die Datenübertragung schon heute halbieren. „Langfristig werden wir unter 10 Millisekunden kommen“, schätzt Fischer.

Flächendeckendes Netz

Um fahrzeugrelevante Daten zuverlässig weiterzugeben, braucht es aber nicht nur niedrige Latenzzeiten und hohe Übertragungsraten. Das Mobilfunknetz muss auch flächendeckend verfügbar sein. Das LTE-Netz steht dabei schon gut da. Die Bundesnetzagentur schreibt in ihrem Jahresbericht von 2014: „Der LTE-Ausbau schritt zügig voran. Ende 2014 betrug die Zahl der LTE-Basisstationen 28.700. Die DTAG (Deutsche Telekom AG) erreichte eine auf Einwohner bezogene LTE-Netzabdeckung von 80 Prozent.“ Bis 2020 will die Telekom ihr LTE-Netz in Deutschland annähernd flächendeckend zur Verfügung stellen.

Doch was passiert, wenn das Auto das Land verlässt? Die SIM-Karte im Fahrzeug kann automatisch per Roaming auf ein lokales Netz zurückgreifen – genauso wie beim Smartphone. „Die Telekom hat in jedem Land weltweit Verträge mit bis zu drei Roaming-Partnern“, sagt Fischer. „Zudem werden wir bis 2020 zehn europäische Länder zu einem gemeinsamen, starken Europa-Netz verbinden und mehr als sechs Milliarden Euro in dessen Weiterentwicklung investieren.“

simTD und Roadside Infrastruktur

Als Ergänzung und Entlastung für Gebiete mit schwachem Mobilfunknetz kann eine Lösung dienen, die im Bundesforschungsprojekt „simTD“ (Sichere Intelligente Mobilität – Testfeld Deutschland) eingesetzt wurde. Die Fahrzeuge kommunizieren mit Kommunikationsboxen, die entlang der Straße installiert sind – sogenannte ITS-Roadside-Stationen (Intelligent Transport Systems). Grundlage der Funkverbindung ist der WLAN-basierte Standard 802.11p, der im Frequenzbereich von 5,9 GHz Übertragungsraten bis 27 Mbit/s ermöglicht. Die ITS-Stationen sind via Leitung oder auch Mobilfunk mit einer Kommunikationszentrale verbunden.

Ebenfalls 802.11p nutzten die Fahrzeuge im simTD-Projekt, um sich direkt mit den umgebenden Autos zu verbinden. So können zum Beispiel Staus auf einer vollen Autobahn vermieden werden: Alle Fahrzeuge auf einer Spur fahren mit identischer Geschwindigkeit und in gleichbleibendem Abstand voneinander. Reduziert sich bei Baustellen die Zahl der befahrbaren Spuren, fädeln sich die Autos nahtlos auf den anderen Spuren ein.

Vorteile verbinden mit LTE-V

Vielleicht werden sich die Technologien in Zukunft ergänzen. „Vernetzte Autos können per LTE sowohl mit einer Basisstation als auch direkt mit anderen Fahrzeugen kommunizieren“, sagt Fischer. Die LTE-Basisstation könnte die Roadside-Infrastruktur beispielsweise kostengünstig als „virtualisierte Roadside-Infrastruktur“ abbilden. Die vorhandene Infrastruktur würde so besser genutzt.

Für die direkte Car-to-Car-Kommunikation würden Fahrzeuge den neuen Standard LTE-V (Vehicle) verwenden, der mit Frequenzen unterhalb von 5 GHz größere Reichweiten und eine stabilere Signalausbreitung ermöglicht. Ein Vorteil: „Wenn beide Kommunikationsarten dieselbe Technologie nutzen, reicht eine Kommunikationseinheit im Auto“, erklärt Fischer. „Das senkt die Kosten für die nötige Hardware.“ Noch ist LTE-V allerdings in der Spezifizierungsphase.

Natürlich verfügt jede Technik über Grenzen. Ob im Inland oder Ausland – das Fahrzeug muss erkennen, wenn das Mobilfunknetz nicht für sicherheitskritische Dienste ausreicht. „Das Auto muss die Netzqualität kontinuierlich mit Hilfe von Passive und Active Probing überwachen“, betont Wietfeld. Ob nun eine ITS-Station ausfällt oder die Mobilfunkverbindung unterbricht – das Auto muss eine Lösung finden. Entweder durch den Wechsel auf einen alternativen Funkkanal oder durch eine Meldung an den Fahrer, sodass er im Notfall eingreifen kann.

Informationen filtern dank Data-Mining

Unabhängig vom Übertragungsweg – die Daten aus Telematik-Diensten werden stark steigen. Immerhin führt die Weiterentwicklung des vernetzten Autos auf direktem Weg zum Gipfel des automobilen Datenvolumens: dem selbstfahrenden Auto. Der US-Zulieferer Delphi zum Beispiel ließ im vergangenen März einen autonom fahrenden Audi SQ5 über 5500 Kilometer fahren, der auf dieser Strecke drei Terabyte Daten sammelte. Experten von Machina Research erwarten, dass der Kfz-Bereich im Jahr 2022 16 Prozent des weltweiten Datenvolumens produzieren wird: insgesamt 630.000 Terabyte.

Angesichts dieser Datenmassen stellt sich die Frage: Welche Fahrzeugdaten müssen überhaupt per Funk übertragen werden? „Schon heute produziert ein CAN-Bus ungefähr 12 Gigabyte Rohdaten pro Tag“, sagt Wietfeld. „Es macht keinen Sinn, diese ungefiltert zu übermitteln.“ Dank Data-Mining lassen sich schon im Auto die Informationen herausfiltern, die zwingend übertragen werden müssen.

Mobilfunkstandard der nächsten Generation

Die technischen Möglichkeiten sind noch längst nicht in einer Sackgasse. Denn das vernetzte Auto gibt Vollgas. So erklärte Verkehrsminister Alexander Dobrindt Anfang 2015 einen Teil der Autobahn A9 zur Teststrecke für vernetzte Autos. Im Pilotprojekt „Digitales Testfeld Autobahn“ soll die Strecke in Bayern technisch für Car-to-Car- und Car-to-Infrastructure-Kommunikation ausgerüstet werden.

Parallel läuft auch die Forschung an leistungsfähigeren Mobilfunktechniken auf Hochtouren. Die Mobilfunkallianz NGMN mit der Telekom als Vorsitz arbeitet bereits am Mobilfunkstandard der nächsten Generation. Auch im Innovationslabor „5G:haus“ der Telekom treiben Partner aus Wissenschaft und Telekommunikation gemeinsam mit Kunden die Entwicklung voran. Ab 2020 wird „5G“ dann Reaktionszeiten von nur einer Millisekunde ermöglichen. Hinzu kommt eine sehr hohe Verfügbarkeit von 99,999%.

Das Mobilfunknetz ist also gut gerüstet für die Anforderungen vernetzter Autos. „Die heute verfügbaren Telematik-Dienste rund um das Fahrzeug lassen sich mit dem bestehenden LTE-Netz zuverlässig umsetzen“, sagt Wietfeld. „Und ebenso wie sich das vernetzte Auto Schritt für Schritt weiterentwickelt, werden auch Mobilfunktechnik und -netz Schritt für Schritt leistungsfähiger.“

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 43551357 / Infrastruktur)