Autonom fahrende Autos müssen viele Daten senden und empfangen. Das heute Mobilfunknetz schafft das nicht. Der LTE-Nachfolger 5G wird bereits aufgebaut.
Ultraschall- und Lidar-Sensoren, Infrarotsicht und Kameras, moderne Fahrzeuge verfügen über eine Vielzahl an Sensoren. Doch mit diesen können sie nicht viel weiter sehen als bis zu zweihundert Meter. Dasselbe gilt für direkte Funkverbindungen mit nahen Fahrzeugen und Ampeln: Auch WLAN ermöglicht eine Kommunikation nur über wenige Hundert Meter, und nur bei freier Sicht.
Doch dieser Radius genügt nicht, damit Fahrzeuge automatisch bremsen oder gar komplett selbstständig fahren. Ein Beispiel: Ein Lkw, der mit Sensoren und Nahfunkmodul ausgestattet ist, fährt auf der Autobahn hinter einem anderen Lkw. Dadurch werden Sicht- und Funkkontakt nach weiter vorne unterbrochen. Bremst ein Fahrzeug vor dem Lkw plötzlich stark ab, bemerken das weder die Sensoren des hinten fahrenden Fahrzeugs, noch kommt eine Warnung per Funk durch. Erst wenn der erste Lkw bremst, bemerkt der zweite Lkw die Gefahrensituation und reagiert, aber womöglich zu spät.
Je schneller Fahrzeuge unterwegs sind, desto weiter müssen sie sehen können. Deutlich weiter, als es WLAN erlaubt. Sie sind auf Informationen angewiesen: über die Situation hinter der nächsten Kurve oder Hügelkuppe oder den Zeitpunkt des nächsten Platzregens. Möglich macht das die Mobilfunktechnologie. Doch die Daten müssen zuverlässig und in Echtzeit übertragen werden.
Deutschland: 591 Millionen Gigabyte mobiles Datenvolumen
Doch die Mobilfunknetze müssen schon heute gewaltige Datenmengen bewältigen. Das mobile Datenvolumen in Deutschland hat sich von 2010 bis 2015 auf 591 Millionen Gigabyte verneunfacht. Dazu kommen noch die gigantischen Datenmengen, die in den Fahrzeugen anfallen, etwa wenn die Passagiere über den Hotspot Videos schauen oder Musik streamen. Das könnte den Telematik-Diensten die Netzkapazität streitig machen.
Deshalb arbeitet die Deutsche Telekom in dem Projekt Car2MEC an der Car-to-X-Kommunikation der nächsten Generation, zusammen mit den Partnern Continental, Fraunhofer-Institut ESK, Nokia Networks und der Porsche-Beratungstochter MHP. Kürzere Übertragungswege für die Daten sollen die Latenzzeiten reduzieren. Bisher wurde etwa die Information über einen Stau von einem stehenden Fahrzeug über einen LTE-Mast und das Netz in ein Rechenzentrum übertragen. Über das Netz und einen LTE-Mast gelangen sie dann zum herannahenden Fahrzeug. Wie lange diese Übertragung dauert, hängt unter anderem davon ab, wie weit das Rechenzentrum vom Ort des Geschehens entfernt ist. Angenommen, die Latenz inklusive Datenverarbeitung betrüge 500 Millisekunden, wäre ein 100 km/h schnelles Fahrzeug während der Datenübertragung schon 15 Meter weitergefahren
Mobile Edge Computing holt die Rechenkapazität daher an den Rand des Mobilfunknetzes, in ein sogenanntes "Cloudlet", ein kleines Cloud-Rechenzentrum nahe der LTE-Basisstationen. Die Daten werden also in unmittelbarer Nähe der Straße verarbeitet und nicht in einem weit entfernten Rechenzentrum. Ende 2015 zeigten die Partner zum Projektauftakt auf dem "Digitalen Testfeld Autobahn", der A 9 zwischen Nürnberg und München, eine erste Demonstration, die von einer Initiative des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie ausgezeichnet wurde. Dabei erreichten sie bereits Latenzzeiten von weniger als 20 Millisekunden. In dieser Zeit hätte das 100 km/h schnelle Fahrzeug gerade mal 60 Zentimeter zurückgelegt.
Mit 5G werden sich erstmals virtuelle Netzabschnitte, sogenannte Network Slices, betreiben lassen. Darüber lassen sich Datenverkehre mit einer bestimmten Qualität übertragen, also zum Beispiel besonders schnell. Telematik-Funktionen könnten dann ein virtuelles Netz nutzen, das für eine hohe Reaktionsschnelligkeit ausgelegt ist. Infotainment-Dienste könnten auf einem anderen virtuellen Netz senden, das für Video und Audio optimiert ist und die Übertragung der Telematik-Daten nicht beeinflusst. Wie genau sich die Vorteile von 5G für das vernetzte Fahren nutzen lassen, wird das industrieübergreifende Konsortium 5G-Connected Mobility in den kommenden Jahren auf der A 9 erproben
Auch für den Notfall einen Plan
Um Telematik-Daten zuverlässig weiterzugeben, muss das Mobilfunknetz flächendeckend verfügbar sein. Sollte das Netz einmal nicht für die Telematik-Dienste ausreichen, muss ein vernetztes Fahrzeug das erkennen. Daher sollte es die Netzverbindung kontinuierlich überwachen und abgestufte Rückfalllösungen finden: zum Beispiel den Wechsel in ein alternatives Mobilfunknetz oder die Anpassung der Geschwindigkeit auf die Reichweite der fahrzeugeigenen Systeme.
Mobilfunktechnologie lässt sich ebenfalls für die direkte Kommunikation zwischen den Fahrzeugen einsetzen. Ein Beispiel wäre Platooning, also das automatisierte Kolonne-Fahren von Lkw, aber auch die Kommunikation mit Ampeln und Schranken.
Wenn allerdings zufällig zwei Fahrzeuge gleichzeitig auf demselben Kanal senden möchten, kollidieren diese Nachrichten. Die Übertragung schlägt dann fehl. Deswegen sieht der WLAN-Standard vor, die Sendeversuche nach einer zufälligen Zeitspanne zu wiederholen, bis die Übertragung funktioniert. Bei LTE-V hingegen können die LTE-Basisstationen als Koordinator dienen. Sie geben jedem Fahrzeug einen bestimmten Takt vor, in dem nur dieses und kein anderes senden darf. Das vermeidet Nachrichtenkollisionen und führt so in der Summe zu weniger Verzögerung und zu einer höheren Kommunikationskapazität einer Übertragung per WLAN.
