Vor ein paar Jahren stießen wir bei der Durchführung von V2X-Szenario-Tests auf einem Testgelände in Suzhou auf ein unangenehmes Problem. Die Testfahrzeuge konnten Ampeldaten von straßenseitigen Einheiten empfangen, aber es gab immer eine Verzögerung von 3-5 Sekunden, bevor eine Aktion ausgelöst wurde. In autonomen Fahrszenarien ist diese Verzögerung tödlich. Bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h legt ein Fahrzeug 70 Meter in 5 Sekunden zurück - weit über die rote Ampel hinaus.

Wir haben eine ganze Woche gebraucht, um das Problem zu finden. Es stellte sich heraus, dass das Fahrzeug-Gateway V2X-Nachrichten als reguläre Geschäftsdaten behandelte und sie in eine Warteschlange mit umfangreichen Sensordatenströmen stellte. Nachdem wir die Prioritätseinstellungen angepasst hatten, sank die Latenzzeit auf 80 Millisekunden. Das Problem war gelöst.

Dieser Vorfall hat mir wirklich die Augen dafür geöffnet, wie Fahrzeug-Gateways und straßenseitige V2X-Geräte zusammenarbeiten müssen. Heute werde ich einige praktische Erkenntnisse aus der Praxis weitergeben.

Welches Problem wird durch V2X tatsächlich gelöst?

Beginnen wir damit, was V2X bedeutet. Vehicle-to-Everything umfasst V2V (Fahrzeug-zu-Fahrzeug), V2I (Fahrzeug-zu-Infrastruktur), V2P (Fahrzeug-zu-Fußgänger) und V2N (Fahrzeug-zu-Netz).

Manche Leute fragen sich, warum autonome Fahrzeuge V2X benötigen, wenn sie bereits mit LiDAR, Kameras und Millimeterwellenradar ausgestattet sind. Die Realität ist, dass bordeigene Sensoren eine begrenzte Reichweite haben. Bei LiDAR liegt die maximale Reichweite bei 200-300 Metern. Kommen Kurven, Hügel oder Hindernisse hinzu, sinkt diese Reichweite schnell.

V2X durchbricht die Beschränkungen der Sichtlinie. Installieren Sie ein straßenseitiges Gerät an einer Kreuzung, das den Status von Ampeln, Fahrzeugpositionen und Fußgängerstandorten übermittelt. Fahrzeuge können diese Informationen aus Hunderten von Metern Entfernung empfangen und entsprechend planen.

Ein weiterer wichtiger Anwendungsfall ist die Warnung vor dem toten Winkel. Wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug stark bremst, sendet es dieses Ereignis über V2X. Nachfolgende Fahrzeuge erhalten die Warnung, auch wenn sie von einem Lkw blockiert werden. Sehr nützlich auf Autobahnen.

Dann gibt es noch das Platooning. Mehrere autonome Fahrzeuge halten ihre Formation und synchronisierte Geschwindigkeitsänderungen durch V2X-Kommunikation aufrecht. Oder an Kreuzungen handeln die Fahrzeuge die Vorfahrt über V2X aus - effizienter als herkömmliche Ampeln.

All diese Szenarien erfordern Fahrzeug-Gateways als Schnittstelle zu straßenseitigen Einheiten.

Die Wahl zwischen DSRC- und C-V2X-Technologie

 

 

V2X hat zwei konkurrierende Standards: DSRC und C-V2X. DSRC basiert auf der WiFi-Technologie, die in Nordamerika sehr beliebt ist. C-V2X nutzt die Technologie des Mobilfunknetzes und gewinnt in China und Europa an Zugkraft.

C-V2X arbeitet in zwei Modi. Der Uu-Modus nutzt 4G/5G-Basisstationen für die Fahrzeug-zu-Cloud-Kommunikation. Der PC5-Modus ermöglicht die direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen oder zwischen Fahrzeugen und straßenseitigen Einheiten unter Umgehung der Mobilfunkinfrastruktur.

Zentrale V2X-Anwendungen wie Kollisionswarnungen und Kreuzungsmanagement basieren auf dem PC5-Direktmodus. Die Anforderungen an die Latenzzeit sind für zellulares Routing zu gering. PC5 kann theoretisch eine Latenzzeit von unter 20 ms erreichen.

PC5 erfordert spezielle Frequenzen. China hat 5905-5925 MHz mit 20 MHz Bandbreite ausschließlich für die V2X-Nutzung zugewiesen.

Fahrzeug-Gateways, die C-V2X unterstützen, benötigen spezielle C-V2X-Module. Diese unterscheiden sich von standardmäßigen 4G/5G-Modulen, obwohl beide den 3GPP-Standards folgen - der Protokollstapel ist unterschiedlich. Zu den wichtigsten Anbietern von C-V2X-Chipsätzen gehören Qualcomm, HiSilicon und Datang Telecom.

Einige Gateways integrieren sowohl 4G/5G- als auch C-V2X-Module. Das 4G/5G-Modul übernimmt den Uu-Modus für die Fahrzeug-Cloud-Konnektivität. C-V2X übernimmt PC5 für Fahrzeug-Infrastruktur- und Fahrzeug-Fahrzeug-Verbindungen. Jedes Modul erfüllt unterschiedliche Funktionen.

Alternative Designs verwenden Dual-Mode-Module, die sowohl Uu als auch PC5 unterstützen. Das spart Kosten, bringt aber Leistungseinbußen mit sich.

Strategien für den Einsatz von Roadside Units

 

 

Wo und wie Sie Einheiten am Straßenrand einsetzen, hat einen großen Einfluss auf die Kommunikationsleistung.

Ampelkreuzungen sind die häufigste Anwendung. RSUs werden in der Regel auf 5-8 Meter hohen Signalmasten montiert. Sie stellen eine Verbindung zu den Lichtsignalsteuergeräten her, um die aktuelle Phase - rot oder grün - und die Countdown-Timer zu ermitteln. Diese Informationen werden über C-V2X übertragen.

Die Übertragungsrate beträgt in der Regel 10 Hz, d. h. eine Nachricht alle 100 Millisekunden. Der Inhalt der Nachricht umfasst die Kreuzungs-ID, die Signalphase, den Countdown und die Fahrspurinformationen. Das Nachrichtenformat folgt dem SAE J2735-Standard, insbesondere SPAT (Signal Phase and Timing).

Wenn Fahrzeug-Gateways SPAT-Nachrichten empfangen, analysieren und validieren sie diese und leiten sie dann an Domain Controller weiter. Domänencontroller treffen Entscheidungen über die Kreuzung auf der Grundlage des Signalstatus.

Der Einsatz im Straßenverkehr ist die zweite große Kategorie. RSUs werden an unfallträchtigen Abschnitten wie scharfen Kurven, langen Gefällestrecken und Tunneleinfahrten installiert. Sie senden Straßenzustände, aktuelle Wetterinformationen und Stauwarnungen.

Hohe Geschwindigkeiten auf der Autobahn erfordern eine größere Kommunikationsreichweite. Die effektive Reichweite einer Standard-RSU beträgt 300-500 Meter. Auf Autobahnen kann eine Reichweite von 800 Metern bis 1 Kilometer erforderlich sein. Das bedeutet höhere Antennenspezifikationen und Sendeleistung.

Campus und Bergbau sind die dritte Kategorie. In diesen geschlossenen Umgebungen werden in der Regel dichte RSU-Netze eingesetzt. Neben Verkehrssignalen und Warnungen koordinieren die RSUs die Fahrzeugdisposition. Die RSUs kennen die Position und Geschwindigkeit jedes Fahrzeugs und koordinieren den Verkehrsfluss, um Konflikte zu vermeiden.

RSUs mit geschlossener Umgebung sind in der Regel mit zentralen Leitstellen verbunden. Fahrzeug-Gateways empfangen nicht nur RSU-Sendungen, sondern senden auch aktiv an RSUs - sie fordern Durchfahrtsrechte an und melden Anomalien.

Details zum Protokollstapel

Der C-V2X-Protokollstapel im PC5-Modus, von unten nach oben:

Physikalische und MAC-Schichten die LTE-Technologie mit speziellen Optimierungen zu nutzen. Im Gegensatz zu herkömmlichem LTE, das eine Planung durch die Basisstation erfordert, ist PC5 dezentral und hat keinen zentralen Knoten. Die Geräte wählen selbständig Übertragungsmöglichkeiten durch Erkennung und Ressourcenreservierung aus.

Netz- und Transportschichten kapseln V2X-Nachrichten normalerweise in UDP. TCP ist möglich, aber UDP eignet sich besser für Echtzeitanforderungen. Bei der IP-Adressierung wird angesichts der großen Zahl von V2X-Geräten in der Regel IPv6 verwendet - IPv4 reicht nicht aus.

Anwendungsschicht enthält die eigentliche V2X-Geschäftslogik. Die wichtigsten Normen sind hier SAE J2735 und ISO TS 19091. Sie definieren Nachrichtentypen: BSM (Basic Safety Message), SPAT (Signalphase), MAP (Kartendaten), RSI (roadside information), RSM (roadside unit message).

Jeder Nachrichtentyp hat detaillierte Datenstrukturdefinitionen. BSM zum Beispiel enthält Fahrzeug-ID, Position, Geschwindigkeit, Richtung, Beschleunigung, Abmessungen, Blinkerstatus. Die Daten werden im ASN.1-Format kodiert und auf etwa 200-400 Byte komprimiert.

Wenn Fahrzeug-Gateways V2X-Nachrichten empfangen, werden mehrere Aufgaben ausgeführt:

Erstens: Dekodierung und Validierung. Überprüfen Sie die Korrektheit des Nachrichtenformats und die Integrität der Daten. Verschlüsselte Nachrichten müssen entschlüsselt werden.

Zweitens: Überprüfung des Zeitstempels. Alle V2X-Nachrichten tragen einen Zeitstempel. Prüfen Sie, ob der Zeitstempel in einem vernünftigen Rahmen liegt. Eine große Abweichung von der aktuellen Zeit deutet auf einen möglichen Replay-Angriff hin - verwerfen Sie die Nachricht.

Drittens: Standortbezogene Filterung. Die Fahrzeuge können gleichzeitig Dutzende von Meldungen von RSUs und umliegenden Fahrzeugen empfangen. Nicht alle Meldungen sind relevant. Filtern Sie anhand der Position. So kann beispielsweise ein Fahrzeug, das in Richtung Osten fährt, Ampelmeldungen von westlichen Kreuzungen ignorieren.

Viertens: Weiterleitung an den Domänencontroller. Leiten Sie nützliche Nachrichten über das bordeigene Ethernet an den Domänencontroller weiter. Die Weiterleitung kann eine Protokollkonvertierung erfordern, z. B. die Umwandlung des ASN.1-Formats in JSON oder Protobuf, um die Verarbeitung durch den Domänencontroller zu erleichtern.

Diese gesamte Sequenz muss in extrem kurzer Zeit, in der Regel unter 10 Millisekunden, abgeschlossen werden. Andernfalls überschreitet die Gesamtlatenzzeit, wenn man die Übertragungszeit über die Luftschnittstelle und die Verarbeitungszeit des Domänencontrollers addiert, die Grenzwerte.

Zuweisung des Latenzbudgets

V2X-Kommunikation erfordert eine strenge End-to-End-Latenzzeit. Von der Übertragung durch die RSU bis zum Empfang durch das Fahrzeug und zur Antwort muss die gesamte Kette unter 100 Millisekunden bleiben. Einige Szenarien wie Kollisionswarnungen erfordern 50 Millisekunden.

Wie wird das Budget von 100 ms zugewiesen?

RSU-interne Verarbeitung: 5-10ms. Vom Empfang von Verkehrssignalen oder dem Sammeln von Daten über die Kodierung und Verpackung bis hin zum Senden von V2X-Nachrichten.

Übertragung über die Luftschnittstelle: 10-20ms. Der PC5-Modus hat eine niedrige theoretische Latenz, aber die tatsächliche Leistung variiert je nach Kanalqualität, Ressourcenkonflikten und erneuten Übertragungen.

Empfang und Verarbeitung des Fahrzeug-Gateways: 10-15ms. Vom RF-Empfang über Dekodierung, Validierung, Filterung bis zur Weiterleitung.

Fahrzeuginterne Ethernet-Übertragung: 5-10ms. Gateway zum Domänencontroller.

Domänencontroller-Verarbeitung: 30-50ms. Nachricht analysieren, mit Wahrnehmungsergebnissen verschmelzen, Planungsentscheidungen treffen.

Ausführungslatenz: 10-20ms. Steuerbefehle vom Domain Controller an das Drive-by-Wire-System, dann Reaktion des Stellantriebs.

Jedes Glied in der Kette muss genau kontrolliert werden. Fahrzeug-Gateways haben nur einen Anteil von 10-15 ms, dürfen aber nicht nachlassen. Vor allem bei hoher Belastung, wenn das Gateway nicht mithalten kann, steigen die Latenzzeiten in die Höhe.

Zu den Methoden zur Verringerung der Latenzzeit der Gateway-Verarbeitung gehört eine spezielle Hardware-Beschleunigung. Implementieren Sie die Dekodierung und Validierung von V2X-Nachrichten in FPGA oder ASIC - viel schneller als die Softwareverarbeitung. Optimieren Sie auch die Software-Architektur durch Zero-Copy, Multithreading und sperrfreie Warteschlangen, um Datenbewegungen und Wartezeiten zu minimieren.

Nachrichtenauthentifizierung und Sicherheitsmechanismen

Die Sicherheit der V2X-Kommunikation ist absolut entscheidend. Wenn Angreifer eine “Hindernis voraus”-Nachricht fälschen, werden Fahrzeuge, die diese Nachricht erhalten, eine Vollbremsung machen und möglicherweise Auffahrunfälle verursachen. Das Fälschen von Ampelmeldungen - die Fahrzeuge denken, es sei grün, obwohl es rot ist - hat noch schlimmere Folgen.

V2X-Nachrichten erfordern Sicherheitsmechanismen. China und Europa haben V2X-Sicherheitszertifizierungssysteme auf der Grundlage von PKI (Public Key Infrastructure) eingerichtet.

Jedes V2X-Gerät, einschließlich Fahrzeug-Gateways und RSUs, besitzt ein digitales Zertifikat. Beim Senden von V2X-Nachrichten signieren die Geräte mit privaten Schlüsseln. Die Empfänger verwenden Zertifikate, um die Signaturen zu überprüfen und zu bestätigen, dass die Nachrichten von legitimen Geräten stammen und nicht manipuliert wurden.

Aber hier gibt es einen Konflikt. Die Erzeugung und Überprüfung digitaler Signaturen erfordert kryptographische Operationen, die zeitaufwändig sind. Die Verifizierung einer 256-Bit ECDSA-Signatur dauert auf Standard-CPUs mehrere Millisekunden. Fahrzeuge verarbeiten Hunderte von V2X-Nachrichten pro Sekunde. Die Verifizierung jeder einzelnen würde das Latenzbudget sprengen.

Die Lösung ist Hardware-Beschleunigung. Fahrzeug-Gateways benötigen spezielle Sicherheitschips oder Krypto-Beschleuniger, die in der Lage sind, Unterschriften parallel zu überprüfen. Die V2X-Chipsätze von Qualcomm und die Balong-5000-Serie von HiSilicon verfügen über diese Krypto-Beschleunigungsfunktion.

Ein weiteres Problem ist die Verwaltung der Zertifikate. V2X-Zertifikate können nicht langlebig sein. Aus Gründen des Datenschutzes und der Sicherheit ist jedes Zertifikat in der Regel nur wenige Minuten bis Stunden gültig. Die Fahrzeuge führen Stapel von Zertifikaten mit sich, die abwechselnd verwendet werden. Wenn der Vorrat zur Neige geht, fordern die Fahrzeuge neue Zertifikate von Zertifikatsmanagementsystemen an.

Dieser Prozess der Zertifikatsanforderung und -erneuerung erfordert, dass Fahrzeug-Gateways über 4G/5G-Netzwerke mit Backend-Systemen kommunizieren. Die Gateways müssen also sowohl den PC5-Modus für V2X-Nachrichten als auch den Uu-Modus für die Zertifikatsverwaltung unterstützen. Die beiden Funktionen müssen aufeinander abgestimmt sein.

Erfassungsbereich und Kommunikationszuverlässigkeit

Die effektive Kommunikationsreichweite der RSU beträgt normalerweise 300-500 Meter. Aber das sind ideale Bedingungen. In der realen Welt gibt es viele Beschränkungen.

Bauliche Hindernisse sind das größte Problem. Städtische Umgebungen mit hohen Gebäuden blockieren oder reflektieren V2X-Signale. Fahrzeuge, die an Kreuzungen abbiegen, können RSU-Meldungen verlieren, wenn Gebäude die Sichtlinie blockieren.

Die Lösung ist der Einsatz an mehreren Punkten. Eine Kreuzung kann 2-4 RSUs benötigen, die verschiedene Anfahrtsrichtungen abdecken. Wenn eine Richtung blockiert ist, funktionieren die anderen noch. Dies erhöht jedoch die Infrastrukturkosten.

Mehrwege-Schwund stellt eine weitere Herausforderung dar. Signale von der RSU zum Fahrzeug können auf direktem Weg oder über mehrere Pfade an Gebäuden abprallen. Signale, die über mehrere Pfade übertragen werden, können einander entweder verstärken oder auslöschen. Dies führt zu einer instabilen Kommunikationsqualität.

Die physikalische Schicht von C-V2X umfasst Optimierungen wie OFDM-Modulation und Kanalcodierung zur Bekämpfung einiger Mehrwegeffekte. Komplexe städtische Umgebungen wirken sich jedoch immer noch auf die Erfolgsrate der Kommunikation aus.

Auch Interferenzen können nicht ignoriert werden. Obwohl V2X über ein eigenes Spektrum verfügt, stören mehrere Geräte, die gleichzeitig auf der gleichen Frequenz senden, dennoch. An belebten Kreuzungen können Dutzende von Fahrzeugen und mehrere RSUs gleichzeitig senden.

Der PC5-Modus beinhaltet eine Kollisionsvermeidung - die Geräte prüfen den Kanal vor der Übertragung und warten, wenn er belegt ist. Damit werden jedoch nicht alle Kollisionen vermieden. Es kommt immer noch zu Paketverlusten.

Die Zuverlässigkeit der V2X-Kommunikation erreicht also nie 100%. Typische Entwurfsziele zielen auf 90-95% erfolgreichen Nachrichtenempfang innerhalb von 200 Metern ab. Die restlichen 5-10% Paketverluste erfordern Fehlertoleranz auf Anwendungsebene.

So senden die RSUs beispielsweise alle 100 Millisekunden Ampelmeldungen, die mehrfach hintereinander gesendet werden. Selbst wenn ein Paket verloren geht, erhalten die Fahrzeuge nachfolgende Meldungen. Domänencontroller implementieren auch eine Zeitüberschreitungsbehandlung. Wenn keine V2X-Nachrichten mehr eintreffen, schalten Sie auf eine rein bildverarbeitungsbasierte Ampelerkennung um.

Echte Testprobleme, auf die wir gestoßen sind

Wir haben die V2X-Validierung auf mehreren Testgeländen durchgeführt und sind dabei auf verschiedene Probleme gestoßen.

Das erste Problem war die Synchronisierung der Uhr. V2X-Nachrichten-Zeitstempel erfordern eine Genauigkeit von Millisekunden. Wenn die Uhren des Fahrzeug-Gateways und der RSU nicht synchronisiert sind, schlägt die Zeitstempelüberprüfung fehl und die Nachrichten werden verworfen.

RSUs verwenden in der Regel GPS oder BeiDou für die Zeitmessung und erreichen damit eine Genauigkeit im Mikrosekundenbereich. Fahrzeug-Gateways benötigen ebenfalls GPS-Taktung, aber einige Gateways verwenden GPS nur für die Positionsbestimmung, ohne Zeitsignale anzuschließen. Dies führt zu einer Taktdrift.

Wir haben schließlich festgelegt, dass die Gateways GPS-Zeitmessung unterstützen und regelmäßig mit NTP-Servern synchronisiert werden müssen. Eine doppelte Absicherung gewährleistet eine genaue Zeit.

Das zweite Problem war die Koordinatentransformation. V2X-Nachrichten enthalten Positionsdaten in WGS84-Koordinaten für Breiten- und Längengrade. Domänencontroller verwenden jedoch in der Regel lokale kartesische Koordinatensysteme mit der aktuellen Position des Fahrzeugs als Ursprung. Gateways, die RSU-Nachrichten empfangen, müssen die Koordinaten umrechnen.

Die Koordinatentransformation scheint einfach zu sein, aber bei hochpräzisen Anforderungen spielen Projektionsfehler, Erdkrümmung und Höhenunterschiede eine Rolle. Eine ungenaue Transformation führt dazu, dass Domain Controller die Positionen der RSUs falsch einschätzen, was sich auf Entscheidungen auswirken kann.

Später haben wir hochpräzise Bibliotheken zur Koordinatentransformation in Gateways integriert, die mehrere Koordinatensysteme und Projektionen unterstützen. Außerdem einigten wir uns mit den Domain Controllern auf einheitliche Koordinatensysteme, um Verwechslungen zu vermeiden.

Das dritte Problem waren Nachrichtenstürme. In bestimmten Szenarien wie großen Kreuzungen oder Mautstellen mit hohem Verkehrsaufkommen sendet jedes Fahrzeug BSM-Meldungen. Die Gateways können gleichzeitig Hunderte von Nachrichten empfangen.

Die Weiterleitung jeder Nachricht an die Domänencontroller würde das bordeigene Netz überfluten. Die Gateways müssen aggregieren und filtern. Sie können z. B. nur Nachrichten von Fahrzeugen weiterleiten, die sich in einem Umkreis von 200 Metern befinden, und weiter entfernte Nachrichten ignorieren. Oder man kann Nachrichten priorisieren und nur die wichtigsten weiterleiten.

Das vierte Problem war die Gerätekompatibilität. Obwohl es für V2X Standards gibt, variieren die Implementierungen der verschiedenen Anbieter noch immer. Bei unseren Tests stellten wir fest, dass bestimmte RSU-Marken-Nachrichten von bestimmten Gateway-Marken nicht geparst werden konnten. Die Erfassung von Paketen ergab eine inkonsistente Handhabung von optionalen ASN.1-Codierungsfeldern.

Schließlich mussten beide Hersteller kontaktiert werden, um die Implementierungen an die Normen anzupassen. Diese Interoperabilitätsprobleme müssen vor einer groß angelegten V2X-Einführung gelöst werden, da die Geräte verschiedener Hersteller sonst nicht zusammenarbeiten können.

Variationen zwischen den Anwendungsszenarien

V2X-Anwendungen unterscheiden sich je nach Szenario erheblich.

Szenarien für städtische Straßen Schwerpunkt auf Ampelinformationen und Konfliktwarnungen an Kreuzungen. Die RSU-Dichte ist relativ hoch, im Grunde wird jede signalisierte Kreuzung ausgerüstet. Fahrzeug-Gateways müssen den hochfrequenten Nachrichtenempfang bewältigen und gleichzeitig den Stromverbrauch kontrollieren - sie können nicht ständig mit voller Leistung laufen.

Szenarien für Autobahnen Hervorhebung von Vorwärtskollisionswarnungen, Notbremswarnungen und Warnungen vor Gefahren auf der Straße. Diese Nachrichten haben eine höhere Priorität mit strengeren Latenzanforderungen. Bei der Verarbeitung von Autobahn-V2X-Nachrichten müssen die Gateways die höchste Priorität zuweisen, um zu verhindern, dass andere Geschäftsdaten sie blockieren.

Bergbau- und Hafenszenarien V2X nicht nur für Sicherheitswarnungen, sondern auch für die Fahrzeugdisposition nutzen. RSUs geben Fahranweisungen, Fahrzeuge müssen den Befehlen zu bestimmten Positionen folgen. Diese Szenarien erfordern eine absolute Zuverlässigkeit der V2X-Nachrichten - keine Verluste werden toleriert.

In der Regel gekoppelt mit Bestätigungsmechanismen. Fahrzeuge, die Versandanweisungen erhalten, antworten mit Bestätigungsmeldungen über V2X. Wenn die RSUs keine Bestätigung erhalten, senden sie die Anweisungen erneut. Dies erfordert, dass die Fahrzeug-Gateways bidirektionale Kommunikation unterstützen, sowohl beim Empfang als auch beim Senden.

Campus- und Parkszenarien niedrigere Geschwindigkeiten mit weniger strengen Sicherheitsanforderungen beinhalten. V2X kann sich mehr auf die Optimierung der Effizienz des Verkehrsflusses konzentrieren, wie z. B. grüne Wellen oder koordinierte Kreuzungsüberfahrten. Diese Szenarien erlauben geringere Anforderungen an die Latenzzeit, erfordern aber eine vollständige Abdeckung - keine toten Winkel.

Fusion mit anderen Sensoren

V2X-Informationen verschmelzen letztendlich mit den Sensordaten im Fahrzeug. Diese Verschmelzung erfolgt in der Regel in Domain Controllern, aber auch Gateways müssen zusammenarbeiten.

Beispielsweise erkennen Kameras Rotlicht und empfangen gleichzeitig Rotlichtmeldungen über V2X. Wenn beide Quellen übereinstimmen, steigt das Vertrauen. Wenn sie nicht übereinstimmen, könnte es sich um eine Fehleinschätzung der Kamera oder ein Problem mit der V2X-Nachricht handeln, das eine weitere Beurteilung erfordert.

Ein anderer Fall: Kameras können Ampeln aufgrund von Sonneneinstrahlung oder Fahrzeugbehinderung nicht klar erkennen. Wenn V2X Ampelmeldungen empfängt, liefert es zusätzliche Informationen.

Oder denken Sie an Fahrzeuge im toten Winkel. LiDAR und Kameras können verdeckte Fahrzeuge übersehen, aber diese Fahrzeuge senden BSM-Nachrichten. Nachdem die Domain Controller die V2X-Daten fusioniert haben, erkennen sie die Anwesenheit von Fahrzeugen im toten Winkel und planen Ausweichmanöver im Voraus.

Während dieses Prozesses müssen die Gateways sicherstellen, dass die Zeitstempel der V2X-Nachrichten mit den Sensordaten übereinstimmen. Alle Daten benötigen eine einheitliche Zeitreferenz, damit die Domänencontroller bei der Fusion verschiedene Quelldaten aus demselben Moment zuordnen können.

Auswirkungen von Regulierung und Normen

Die Einführung von V2X wird stark von Vorschriften und Normen beeinflusst. Verschiedene Länder und Regionen haben unterschiedliche V2X-Anforderungen.

China forciert C-V2X. Das MIIT hat spezielle Frequenzen zugewiesen, die MOT formuliert V2X-Anwendungsstandards. Einige Städte schreiben vor, dass neue Straßen mit RSUs ausgestattet werden müssen und dass neu zugelassene Nutzfahrzeuge mit V2X-Geräten ausgerüstet werden müssen.

Europa hat bisher DSRC gefördert, schwenkt jetzt aber auf C-V2X um. Die Europäische Kommission legt einheitliche V2X-Standards fest, die eine Interoperabilität zwischen Fahrzeug und Infrastruktur erfordern.

Die Situation in den USA ist kompliziert. Die FCC hat einen Teil des 5,9-GHz-Spektrums für WiFi zugewiesen, so dass V2X nur eine Bandbreite von 30 MHz zur Verfügung steht. Die amerikanischen Automobilhersteller unterstützen sowohl C-V2X als auch DSRC. Der Markt befindet sich noch in der Findungsphase.

Für Fahrzeug-Gateways ist die Unterstützung verschiedener regionaler V2X-Standards erforderlich. Idealerweise sind sie softwarekonfigurierbar und können durch Firmware-Updates an verschiedene Märkte angepasst werden. Auf der Hardwareseite müssen die RF-Frontends verschiedene Frequenzbänder abdecken.

Die Sicherheitszertifizierung ist auch eine Voraussetzung für die Einhaltung der Vorschriften. Chinas CCSA hat technische Spezifikationen für die V2X-Sicherheit entwickelt - Fahrzeuggeräte müssen für den kommerziellen Einsatz zertifiziert werden. Europa hat ähnliche Standards. Gateways müssen technische Protokolle unterstützen und eine entsprechende Zertifizierung erhalten.

Zukünftige Entwicklungsrichtung

Die V2X-Technologie entwickelt sich rasant weiter. 5G NR V2X ist eine Technologie der nächsten Generation mit erheblichen Verbesserungen gegenüber LTE V2X. Geringere Latenz, höhere Zuverlässigkeit, Unterstützung höherer Geschwindigkeiten und dichterer Verkehr.

Die Kosten für 5G-V2X-Ausrüstung sind jedoch noch relativ hoch. Die Massenvermarktung braucht Zeit. In der aktuellen Phase existieren LTE V2X und 5G V2X nebeneinander. Fahrzeug-Gateways müssen beide Technologien unterstützen.

Ein weiterer Trend ist die Konvergenz von V2X und 5G-Netzen. Künftige Fahrzeug-Gateways können einzelne Module verwenden, die gleichzeitig den 5G-Uu-Modus und den 5G-PC5-Modus unterstützen, wodurch separate C-V2X-Module überflüssig werden. Dadurch werden Kosten und Stromverbrauch gesenkt.

Edge Computing wird auch mit V2X integriert. RSUs sind nicht mehr nur einfache Sendeknoten, sondern erhalten Rechenkapazitäten. Sie können Daten mehrerer Fahrzeuge zusammenfassen, lokale Koordinierungsentscheidungen treffen und die Ergebnisse dann über V2X weitergeben. Fahrzeug-Gateways müssen komplexere Interaktionen verarbeiten.

Nach meiner Erfahrung, die ich in den letzten Jahren bei V2X-Projekten gesammelt habe, ist die Technologie selbst ziemlich ausgereift. Die größte Herausforderung liegt in der groß angelegten Einführung. Die Kosten für die RSU-Infrastruktur, die Ausstattungsraten der Fahrzeuge, die Interoperabilität zwischen verschiedenen Anbietern - diese Fragen müssen erst noch geklärt werden. Aber die Richtung ist klar. V2X wird in intelligenten, vernetzten Fahrzeugen zur Standardausrüstung gehören, und die Koordination zwischen Fahrzeug-Gateways und RSUs wird immer wichtiger werden.