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Techniken der Datenübertragung für Intelligente Verkehrssysteme

Erstellt am: 16.01.2011 | Stand des Wissens: 27.03.2020
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
Bauhaus-Universität Weimar, Professur Verkehrssystemplanung, Prof. Dr.-Ing. Plank-Wiedenbeck

Für moderne Verkehrstelematiksysteme ist zunehmend die Vernetzung und die damit einhergehende schnelle Datenübertragung von zentraler Bedeutung. Daten und die darin enthaltenen Informationen sollen möglichst ohne Zeitverzug vom
  • Erfassungsort (Sensorik, fest installiert oder mobil) zur (Verkehrs-)Zentrale,
  • von der Zentrale zum Verkehrsteilnehmenden oder
  • von Verkehrsteilnehmenden zu Verkehrsteilnehmenden (beispielweise bei der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (Car-to-Car-Communication, C2C)
übertragen werden.
Systeme, die diese Informationen als Eingangsdaten nutzen, können so zeitnah Aussagen, beispielsweise über den aktuellen Zustand eines Verkehrssystems, liefern.
Im Folgenden ist eine Übersicht der gebräuchlichsten Übertragungstechnologien zusammengestellt, aufgeschlüsselt nach maximal zu erreichender Datenrate und den entstehenden Kosten [Los18]:
339652_Uebersicht_2020-04-05.pngTabelle 1: Übersicht der Übertragungsmethoden (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Die leitungsgebundene Übertragung bietet insbesondere durch die Verwendung von Glasfasertechnologie hohe Datenübertragungsraten. Allerdings sind der Aufwand für das Verlegen von Leitungen und die damit verbundenen Kosten hoch. Werden bereits bestehende Infrastrukturkomponenten benutzt, beispielsweise öffentliche Internet-basierte Netze, so fallen die Kosten deutlich geringer aus. Ein besonderer Fokus muss hier jedoch auf das Sicherheitsmanagement gelegt werden. Dies kann durch Einrichtung eines Virtuellen Privaten Netzwerks (VPN) erfolgen.
Die drahtlose Übertragung bietet sich für mobile, sogenannte "Floating Car Data" (FCD), oder temporär installierte Sensorik sowie zur drahtlosen Anbindung von Sensoren an Streckenstationen an und lässt sich meist kostengünstiger installieren, da keine Leitungen verlegt oder gemietet werden müssen. Nachteile sind die freie Zugänglichkeit des Netzes, die Einschränkung der Reichweite der Funkübertragung sowie deren Beeinflussung durch vorherrschende Umfeldbedingungen. Prinzipiell kann jeder, der ein entsprechendes Empfangsgerät besitzt  "mithören", was auf der Leitung passiert. Ein funktionierendes Sicherheitsmanagement ist daher Grundvoraussetzung für den sicheren Betrieb sowie ein umfangreicheres Fehlermanagement, um mögliche Störungen erkennen und beheben zu können.
Bei den bisher aufgeführten Übertragungstechnologien handelt es sich meist um Technologien zur Punkt-zu-Punkt-Verbindung zweier Kommunikationspartner. Es ist aber möglich nach weiteren Kommunikationsformen und Verbindungsarten zu unterscheiden. Als Kommunikationsformen bieten sich an:
339652_Kommunikationsformen_2020-03-26.pngAbb. 2: Schematische Darstellung der Kommunikationsformen (eigene Darstellung nach [ITK17])
  • Unicast - ein Kommunikationspartner kommuniziert mit genau einem anderen
  • Broadcast - ein Kommunikationspartner kommuniziert mit beliebig vielen Kommunikationspartnern
  • Geocast - ein Kommunikationspartner kommuniziert mit allen Kommunikationspartnern innerhalb einer festgelegten geografischen Region [ITK17]
Weiterhin unterscheidet man die folgende Verbindungsarten:
372311_Verbindungsarten_2020-03-26.pngAbb. 3: Schematische Darstellung der Verbindungsarten (eigene Darstellung nach [JuWa02])
  • unidirektionale Verbindung - genau ein Sender und genau ein Empfänger; der Kommunikationspartner ist entweder Sender oder Empfänger
  • bidirektionale Verbindung - ein Sender, ein Empfänger; jeder Kommunikationspartner kann gleichzeitig sowohl Sender als auch Empfänger sein [JuWa02]

"Das Vehicular Ad-Hoc Network (VANet) stellt ein besonderes Ad-hoc-Netzwerk zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug- (C2C) und Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (C2I) mittels "Wireless Local Area Network" (WLAN) dar. Es ist speziell auf die Anforderungen der sicheren Kommunikation bei hoher Geschwindigkeit und die Kommunikation in hoch dynamischen Umgebungen ausgelegt; hohe Datenankunftsraten und geringe Verzögerungszeiten sind ein herausragendes Merkmal [Hart10]."
Die Kommunikation zwischen Kommunikationspartnern kann direkt (One-Hop) oder indem ein oder mehrere Fahrzeuge als Zwischenstation dienen (Multi-Hop) stattfinden. Um die Kommunikationsreichweite eines Fahrzeugs zu vergrößern, können an festgelegten Punkten sogenannte "Intelligent Transport System (ITS) Road Side Stations (IRS)" aufgestellt werden.
Unabhängig von der verwendeten Hardware werden (auf den oberen Schichten des ISO/OSI-Referenzmodells, [ISO7489]) bestimmte Schnittstellen beziehungsweise Protokolle zur Datenübertragung auf den Übertragungsmedien eingesetzt. Als Beispiele sind hier "Open Communication Interface for Road Traffic Control Systems" (OCIT) für den Innerortsbereich, die  Technische Lieferbedingungen für Streckenstationen (TLS) für den Außerortsbereich sowie Datex (Data Exchange),  "Open Traffic Systems" (OTS) oder für den Öffentlichen Verkehr die Standardschnittstelle 453/454 des Verbands Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV) zu nennen.
Als beispielhaftes die Datenübertragung behandelndes Projekt kann V2X-DuRail genannt werden. In diesem werden die gegenseitigen Störungen zwischen Vehicle-to-Everything-Funk (V2X-Funk) im Straßenverkehr und drahtlosen Zugbeeinflussungssystemen untersucht (beide im 5,9 GHz Band) [BMVI20a]
Ansprechpartner
Bauhaus-Universität Weimar, Professur Verkehrssystemplanung, Prof. Dr.-Ing. Plank-Wiedenbeck
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Verkehrstelematik (Stand des Wissens: 21.08.2021)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?340318
Literatur
[BMVI20a] Bundesministerium für Digitales und Verkehr (Hrsg.) Vehicle-to-Everything-Funk für digitale, urbane Zugkommunikation - V2X-DuRail, 2020/02/25
[Hart10] Hartenstein, H., Laberteaux, K.P. VANET - Vehicular Applications and Inter-Networking Technologies, Wiley, 2010
[ISO7489] International Standards Organisation ISO 7489 - OSI Reference Model, Genf, 1984
[ITK17] Theo Ubbens (InfoTip Kompendium) (Hrsg.) PRINZIPIEN DES INFORMATIONSTRANSFERS - GRUNDLAGEN INFORMATIONSTECHNIK, 2017
[JuWa02] Jung, Volker, Warnecke, Hans-Jürgen (Hrsg.) Handbuch für die Telekommunikation, Ausgabe/Auflage 2. Auflage, Springer, 2002/08/07, ISBN/ISSN 3540427953
[Los18] Norbert Lossau Jetzt wird das Internet 100 Mal schneller, 2018/05/08
Weiterführende Literatur
[BMVI18t] Bundesministerium für Digitales und Verkehr Digitalisierung und Künstliche Intelligenz in der Mobilität Aktionsplan, 2018/11
[Proe02] Proebster, W. Rechnernetze - Technik, Protokolle, Systeme, Anwendungen., München, Wien, Oldenburg, 2002
Glossar
Ad-hoc-Netz Kommunikationsnetze oder -netzwerke, die sich nur für die Dauer der Kommunikation aufbauen. Zwei oder mehr Endgeräte verbinden sich zu einem vermaschten Telekommunikationsnetz. Diese Netze bauen sich selbständig auf und konfigurieren sich selbständig.
Floating Car Data
Bei Floating Car Data (FCD) geht es um das Messen und Auswerten der Fahrzeugbewegungen anhand von Daten, die direkt aus dem Fahrzeug kommen. Grundlage ist Global Positioning System (GPS) für die Positionsbestimmung im Fahrzeug und Global System for Mobile Communication (GSM)-Kommunikation für die Übertragung von Informationen zwischen Fahrzeug und Zentrale. Damit entsteht im Fahrzeug eine mitschwimmende Messstation für Verkehrsdaten.
In der Zentrale werden die eingehenden anonymisierten Meldungen temporär zwischengespeichert und deren Integrität geprüft. Mit Hilfe von digitalen Karten kann damit der Fahrweg und das Fahrprofil rekonstruiert werden. Die aufbereiteten Daten fließen in ein Rechnersystem zur Zustandsmodellierung der Verkehrslage. Daraus lassen sich aktuelle Verkehrsmeldungen, Verkehrsprognosen und Umfahrungsempfehlungen ableiten.
WLAN
Als Wireless Local Area Network (WLAN, deutsch: drahtloses lokales Netzwerk) wird ein lokales Funknetz und dessen verschiedene Techniken und Standards bezeichnet.
Car-to-Infrastructure-Kommunikation Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen wie Funkbaken oder Lichtsignalanlagen auf Basis von Funknetzen
ITS Intelligent Transportation Systems (ITS) ist der Oberbegriff für Transportsysteme, die Informations- und Kommunikationstechnologie zur Unterstützung des Betriebes einsetzen. ITS-Funktionen unterstützen den Fahrer eines Transportmittels, sie sind damit deutlich von automatischen Transportsystemen zu differenzieren, die auf einen fahrerlosen Betrieb abstellen. Die wichtigsten neuen und zum Teil noch in Entwicklung befindlichen Anwendungsfelder zielen auf (1) Verkehrs- und Transportmanagement (Verkehrsinformationen, Verkehrslenkung, Verkehrs- und Parkleitsysteme, automatische Unfallmeldungen, Meldesysteme zum Gefahrgutmonitoring); (2) Elektronische Systeme zur Gebührenerhebung; (3) Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel (dynamische Fahrgastinformationen, Reservierung, spezifische Informationssysteme für Fahrradfahrer und Fußgänger, Steuerung individueller öffentlicher Verkehrsmittel); (4) Systeme zur Unterstützung der Fahrzeugsicherheit (Kollisionsdetektoren, Sektorisierung von Verkehrswegen).
C2I Car to Infrastrucure Communication: Austausch von Informationen und Daten zwischen Kraftfahrzeugen und der Verkehrsinfrastruktur (z.B. Lichtsignalanlagen)
Car-to-Car-Kommunikation direkter Informationsaustausch zwischen fahrenden Fahrzeugen auf Basis von Funknetzen

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?339652

Gedruckt am Montag, 17. Juni 2024 20:05:09