Heterogene Netze für multimodale Mobilität in Echtzeit

Keine Probleme mehr mit Staus, Verkehrssicherheit und Umweltbelastungen! Das setzt allerdings voraus, dass Menschen, Fahrzeuge, Infrastruktur und Unternehmen besser untereinander vernetzt sind. Und zwar in einer Art von kooperativem Ökosystem, in dem jeder Nutzer wertvolle Daten für andere generieren kann.

Schmuckbild Autobahnkreuz
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Das Projekt TIMON (enhanced real TIme services for optimized multimodal MObility relying on cooperative Networks and open data) zeigt, dass dies keine Utopie ist, sondern ein lebensnahes, greifbares Szenario. Dabei verfolgen das Fraunhofer ESK sowie Partner aus sieben anderen europäischen Staaten ein gemeinsames Ziel: Sicherheit, Nachhaltigkeit, Flexibilität und Effizienz von Straßenverkehrssystemen zu erhöhen, indem Daten aus unterschiedlichen Quellen wirksam verwertet werden. Dazu gehören offene Transportdaten, Daten aus Infrastruktursensoren sowie Daten von Autofahrern und so genannten verwundbaren Verkehrsteilnehmern (VRU) wie Fußgängern und Radfahrern. Eine kooperative, offene Web-Plattform und eine mobile Applikation aggregieren, harmonisieren und verarbeiten diese Daten. Beide wurden entwickelt zum Zweck der Übertragung von Daten und Diensten an Autofahrer, VRUs und Unternehmen in Echtzeit. Zusätzlich verfolgt das Projekt folgende Ziele:

  • frei verfügbare Verkehrsdaten für Echtzeit-Informationsdienste zusammenzuführen und zu harmonisieren,
  • Informationen aus verschiedenen Quellen – unter Anwendung von Techniken der künstlichen Intelligenz – wirksam zu nutzen, um Vorhersagen von Staus und optimale Routenauswahl zu ermöglichen,
  • hochakkurate Informationen über die Position von Fahrzeugen und VRUs bereitzustellen, durch Einsatz kooperativer Positionierungstechniken sowie
  • ein hybrides Kommunikationssystem, das ITS-G5 und LTE unterstützt, zu entwerfen und zu implementieren, zur intelligenten und kooperativen Nutzung beider Technologien.

Heterogene Netzwerke für die Fahrzeugkommunikation

Hybride Kommunikationssysteme in TIMON sind mobile Kommunikationseinheiten. Sie können sowohl verteilt, unter Verwendung des autospezifischen WLAN-Standards ITS-G5, kommunizieren als auch über zentral organisierte Netze wie LTE. ITS-G5 ist besonders geeignet für Anwendungen, die Echtzeitinformationen mit lokaler Relevanz austauschen. Dagegen kommt LTE vor allem für die Verteilung von Informationen ohne Echtzeitanforderung über ein großes geografisches Gebiet in Frage. Die Herausforderung in TIMON besteht in der Implementierung eines hybriden Kommunikationssystems, das die Kooperation beider Funktechnologien so ermöglicht, dass die Anforderungen an die Dienstequalität (Quality of Service, QoS) von ITS-Anwendungen (Intelligent Transport Systems) erfüllt werden. Dabei zielt TIMON eben nicht nur darauf ab, Fahrzeuge und Backend-Systeme in ein einziges ITS-System einzubeziehen, sondern auch VRUs wie Fußgänger und Radfahrer.

Auswahl der Funktechnologie und LTE-fähiges GeoNetworking

Im Projekt TIMON wird ein adaptiver Cross-Layer-Ansatz verfolgt, bei dem ein Netzknoten unter Verwendung flexibler Policies lokal entscheidet, auf welchem Weg ein Datenpaket weitergeleitet werden soll. Dies geschieht, indem zu jeder Zeit das optimale Kommunikationsmedium ausgewählt wird. Eine kontinuierliche Erfassung verfügbarer Kommunikationsressourcen und -parameter wie Verbindungsqualität sowie der Verteilung geeigneter Kommunikationspartner liefert dafür die Grundlage.

Die Implementierung des zentralisierten Ansatzes setzt auch die Einführung einer neuen Netzwerkkomponente voraus, nämlich des GeoMessagingServer (GMS). Der GMS erfasst das zugeordnete Netz aus Fahrzeugen und Streckenstationen, indem er periodische Updates über deren Position empfängt und verarbeitet. Durch eine Abbildung zwischen IP-Adressen und geografischen Positionen können so Nachrichten zielgerichtet an alle Teilnehmer in einem Gebiet verteilt werden. Der Einsatz eines hybriden Kommunikationssystems hat folgende Vorteile:

  • Über alle Technologiegrenzen hinweg werden den Endgeräten die Informationen zur Verfügung gestellt, und zwar mit Hilfe einer koordinierten Strategie.
  • Das Routing ist für die Anwendungen transparent, was einen flexiblen Einsatz auf verschiedenen Systemen und mit verschiedenen Technologien ermöglicht.
  • Durch die adaptive Auswahl der optimalen Technologie werden die Stärken der einzelnen Ansätze kombiniert und die Nachteile von ausschließlich verteilten oder zentralisierten Ansätzen deutlich reduziert.

Simulation und Feldtests

Die Evaluation der neuartigen, hybriden ITS-Kommunikationslösungen erfolgt auf der Grundlage von Simulation, deren Ergebnisse in die Entwicklung einer Prototypenplattform einfließen. Die hybride Kommunikationseinheit wird eine On Bord Unit mit Schnittstellen zu LTE und ITS-G5 umfassen. Das Software Framework ezCar2X® des Fraunhofer ESK, welches eine Vielzahl von ETSI ITS-Protokollen bereitstellt, wird um hybride Kommunikationsprotokolle erweitert. Während des Projektes finden auch mehrere Feldtests statt, um das entwickelte Konzept unter realen Bedingungen zu testen und weitere Erkenntnisse hinsichtlich Performanz und Grenzen des Systems zu sammeln. Die TIMON-Dienste wie Kollisionswarnung für VRUs und Straßengefahrenwarnungen werden auf Testgeländen in den Niederlanden und Slowenien erprobt und ausgewertet.

Das Projekt TIMON wird gefördert im Rahmen des EU-Programms Horizon 2020 Forschung und Innovation unter dem Förderkennzeichen Nr 636220.