DE10129740B4

DE10129740B4 - Übertragungssystem für Interfahrzeug-Kommunikation

Info

Publication number: DE10129740B4
Application number: DE2001129740
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Franz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: DE10129740A1

Abstract

Verfahren zur Durchführung einer Interfahrzeug-Kommunikation mittels einer in einem Fahrzeug angeordneten Kommunikationsvorrichtung, wobei Daten unterschiedlicher Anwendungsklassen durch Funk mittels der Kommunikationsvorrichtung übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Daten abhängig der Anwendungsklasse Funkbänder verschiedener Frequenz eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Kommunikationssysteme zum Austausch von Daten zwischen Fahrzeugen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Interfahrzeug-Kommunikationssysteme, bei denen Daten unterschiedlicher Kategorien übertragen werden.

Interfahrzeug-Kommunikationssysteme zur direkten Kommunikation zwischen Fahrzeugen werden durch sogenannte Adhoc-Funknetze realisiert. Derartige Systeme sind beispielsweise aus den Deutschen Patenanmeldungen DE 100 24 739 A1 und DE 100 22 357 A1 und aus dem Artikel von Jentschel H.-J. et. al.; „Multimodale Funktelefone"; in IK Berlin 46, 1996, Heft 3 Seite 33 – 39 bekannt. Diese Funknetze sind derart aufgebaut, dass die verschiedenen Funkstationen ohne vorherige Installation einer entsprechenden Infrastruktur direkt miteinander kommunizieren können. Hierdurch unterscheiden sie sich von den zellularen Funknetzen, bei denen jeder Kommunikationsvorgang durch eine zentrale Basisstation gesteuert wird und über diese Basisstation erfolgt (z.B. für Mobilfunktelefone) .

Heutige kommerzielle Adhoc-Funknetze werden durch die Standards ETSI HIPERLAN Typ 1 und IEEE 802.11 beschrieben. Diese sind jedoch auf die Bürokommunikation ausgelegt und eignen sich nicht bzw. nur sehr eingeschränkt für die Kommunikation zwischen sich bewegenden Fahrzeugen, da hier andere Anforderungen und Funktionen erfüllt werden müssen.

So lassen sich Anwendungen im Bereich der Interfahrzeug-Kommunikation in unterschiedliche Klassen untergliedern:
Eine erste Klasse umfasst Anwendungen zur Steigerung der Verkehrssicherheit. Diese werden des weiteren mit dem Begriff 'Kooperative Fahrerassistenzsysteme' bezeichnet. Die Anwendungen dieser Klasse übermitteln in der Regel Sensordaten aus einem Fahrzeug an andere Fahrzeuge in ihrer Funkreichweite. Beispielhaft sei die Übertragung von Bremsdaten an nachfolgende Fahrzeuge und das automatische Folgen eines vorausfahrenden Fahrzeuges (Platooning) genannt. Diese Anwendungen kommen in der Regel mit geringen Übertragungsraten und somit geringen Funkbandbreiten zurecht. Es ist aber günstig, wenn die Funkreichweite groß ist (z.B. über einem Kilometer) und die Funkausbreitung derart ist, dass auch Signale von Fahrzeugen, die sich hinter einer Kurve befinden, empfangen werden können (Non-Line of Sight). Die Datenübertragungen der Anwendungen dieser Klasse sind in der Regel zeitkritisch, d.h. eine Verzögerung der Datenübertragung – beispielsweise durch gerade laufende Übertragung von Daten einer anderen Anwendungsklasse – darf nicht auftreten.

Eine andere Klasse von Anwendungen umfasst alle Dienste, die keine Sicherheitsaspekte betreffen, sondern in der Regel zur Information und zum Datenaustausch der Passagiere (einschl. Fahrer) verwendet werden. Solche Dienste sind z.B. Email, Chat zwischen den Fahrzeugen, bzw. IP-Datenaustauch zwischen Fahrzeugen und dem Internet, z.B. über Feststationen. In den meisten Fällen werden diese Anwendungen das IP-Protokoll verwenden. Die Datenübertragungen dieser Klasse sind nicht zeitkritisch, erfordern allerdings größere Bandbreiten als die der ersten Klasse. Sie kommen mit geringeren Funkreichweiten aus.

Im folgenden werden diese Dienste als Telematik-Dienste bezeichnet.

Neben diesen Anwendungsklassen ist der Austausch von Signalisierdaten für die Organisation des Adhoc-Funknetzes notwendig. Hierunter fällt insbesondere der Datenaustausch zum Aufbau von Routingtabellen zur Weiterleitung einer Übertragung unter Verwendung anderer Fahrzeuge als Übermittlungsstationen und für die Identifikation von benachbarten Fahrzeugen.

Das Problem besteht darin, dass universelle, auf Adhoc-Netzen basierende Interfahrzeug-Kommunikationssysteme verschiedene, insbesondere die oben beschriebenen Anwendungsklassen unterstützen müssen. Dabei haben diese verschiedenen Anwendungen die beschriebenen unterschiedlichen Anforderungsprofile, z.B. bzgl. Übertragungsrate (Bandbreite), Funkreichweite, Priorisierung (zeitkritische Sicherheits anwendungen) usw.

Bekannte Adhoc-Funksysteme können – aufgrund ihrer Ausrichtung auf andere Einsatzgebiete – diese Anforderungen nur stark eingeschränkt oder gar nicht realisieren.

Die hier beschriebene Erfindung geht von Interfahrzeug-Kommunikationssystemen aus, die als Adhoc-Funknetze aufgebaut sind.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Interfahrzeug-Kommunikation basierend auf Adhoc-Netzen zu entwickeln, das bzw. die die genannten Nachteile weitgehend überwindet.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale, sowie hisichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 13 aufgeführten Merkmale. Weitere Einzelheiten der Erfindung und Vorzüge verschiedener Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
Fürq die Bereitstellung einer leistungsfähigen Übertragung werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verschiedenen Anwendungsklassen alternative Funkbänder zugewiesen, die für die individuellen Anforderungsprofile besonders geeignet sind.
Im einfachsten Fall (bevorzugte Ausführungsform) wird dies realisiert, indem ein Dual-Band Funksystem verwendet wird, also zwei Funkbänder genutzt werden, die aufgrund unterschiedlicher Frequenz verschiedene Übertragungseigenschaften aufweisen. Das niedrige Frequenzband erlaubt in diesem Fall bereits die Realisierung der für kooperative Fahrerassistenzsysteme erforderlichen Eigenschaften, während sich das höhere insbesondere für die Telematik-Dienste eignet.
Neben der Unterstützung dieser beiden Anwendungsklassen kann ein Dual-Band Funksystem auch vorteilhaft für die Funknetzorganisation eingesetzt werden. So können zum Beispiel kürzere (Telematik-) Nachrichten, die an Fahrzeuge, die sich nicht in unmittelbarer Nähe befinden derart versandt werden, dass zuerst das niedrigere Frequenzband mit größerer Reichweite verwendet wird (Fahrerassistenzsystem-Band). Dann kann diese Nachricht unter Verwendung des höheren Frequenzbands mit geringerer Reichweite (Telematik-Band) an Fahrzeuge in unmittelbarer Nähe des Empfängers weitergesendet werden.
Das niedrigere Frequenzband kann auch dazu verwendet werden, um die Funknetzadressen der Fahrzeuge oder deren Kommunikationsbeziehungen zu anderen Fahrzeugen über eine größere Entfernung zu verbreiten und somit z.B. die Routingtabellen für die Interfahrzeug-Kommunikation der Telematikdienste effizient aufzubauen und zu verwalten. Dieses entspricht dem Austausch von Signalisierdaten im Funkkanal der kooperativen Fahrerassistenzsysteme, wobei die Eigenschaft der größeren Reichweite dieses Funkkanals vorteilhaft ausgenutzt wird. Vorzugsweise müssen die Protokolle für diesen Funkkanal dann sicherstellen, dass zeitkritische Daten (Signalisierung von Notfällen, z.B. Warnung vor gefährlichen Verkehrssituationen) mit höherer Priorität übertragen werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Funkkanal für die kooperativen Fahrerassistenzsysteme dazu mitgenutzt wird, um Synchronisationssignale für den Kanalzugriff im anderen Funkkanal zu übertragen. Durch die höhere Reichweite kann damit das Problem der versteckten Stationen im Telematik-Funkkanal gelöst oder vermindert werden.
Ein Dual-Band Funksystem kann auch vorteilhaft dazu eingesetzt werden, den Verkehrsfluss an Kreuzungen zu steuern, indem den Fahrzeugen Regeln für den (kurzreichweitigen) Telematik-Band-Kanalzugriff im Fahrerassistenzsystem-Band (höhere Reichweite) schon vorab übermittelt werden. Solche Informationen können auch Daten über Verkehrszustand und die Verkehrsintensität beinhalten.
Als Frequenzbänder der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform als Dual-Band Funksystem kann beispielsweise für das Fahrerassistenzsystem-Band ein Frequenzband im Bereich unter 1 GHz eingesetzt werden und für die Übertragung der Telematik-Dienste ein Frequenzbereich von über einem GHz (z.B. im ISM-Band bei 2,4 GHz).
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, Radartechnologien, die heute z.B. für die Abstandsmessung von Fahrzeugen verwendet werden, zur Übertragung von Daten der Telematik-Anwendungen zu nutzen und dabei Daten zur Steuerung der Telematikband-Protokolle im Fahrerassistenzband zu übertragen.
Eine Erweiterung der bevorzugten Ausführungsform auf mehr als zwei Funkbänder ist für eine Optimierung des vorgeschlagenen Interfahrzeug-Kommunikationsystems z.B. für eine entsprechende Anzahl unterschiedlicher Anwendungsklassen mit individuellen Anforderungsprofilen leicht möglich.
Generell bietet das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechenden Vorrichtungen den Vorteil, dass die von den jeweiligen Anwendungsklassen definierten Übertragungsbedingungen durch Verwendung verschiedener Frequenzbänder weitestgehend erfüllt werden. Durch Mitnutzen der Übertragungsmöglichkeit eines anderen Frequenzbandes kann darüberhinaus die Übertragungsleistung für eine Anwendung im Bedarfsfall weiter gesteigert werden (z.B. eine höhere Reichweite als das eigentlich zugewiesene Funkband bietet).
Das Multi-Band Übertragungsverfahren erlaubt zudem die störungsfreie simultane Übertragung, so dass verschiedene Anwendungen sich nicht negativ beeinflussen können (z.B. Blockierung zeitkritischer Daten durch gerade laufende Übertragung größerer Datenmengen einer anderen Anwendung auf einem gemeinsam genutzten Funkband).
Ein weiterer Vorteil ist die durch das erfindungsgemäße Verfahren bewirkte implizite Redundanz des Interfahrzeug-Kommunikationssystems: So kann in einem Multi-Band System mit entsprechender Ansteuerlogik bei vorübergehenden Störungen innerhalb eines Funkfrequenzbereichs – z.B. durch Empfangsschwierigkeiten aufgrund externer Einflüsse (Witterung, Abschirmung durch hohe Gebäude, Tunnel usw.) auf ein oder mehrere noch verfügbare Funkbänder ausgewichen werden. Selbst ein vollständiger Ausfall eines Funkbandes z.B. durch einen technischen Defekt läßt sich auf diese Weise – zumindest zeitweilig – in gewissem Umfang überbrücken. Damit können auch in diesem Fall Sicherheits-relevante Anwendungen aufrechterhalten werden.

Claims

Verfahren zur Durchführung einer Interfahrzeug-Kommunikation mittels einer in einem Fahrzeug angeordneten Kommunikationsvorrichtung, wobei Daten unterschiedlicher Anwendungsklassen durch Funk mittels der Kommunikationsvorrichtung übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Daten abhängig der Anwendungsklasse Funkbänder verschiedener Frequenz eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Funkbänder jeweils vorrangig für die Datenübertragung individueller Anwendungsklassen vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einem Funkband Signalisierdaten übertragen werden, mit denen eine Koordination der Übertragungen in mindestens einem anderen Frequenzband erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einem Frequenzband Daten von sicherheitssteigernden Anwendungen übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einem Frequenzband Daten von Telematik-Anwendungen übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung der Daten unterschiedlicher Anwendungsklassen unterschiedliche Prioritäten verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Störungen der Übertragung in einem Frequenzband die Daten der jeweiligen Anwendungsklasse in mindestens einem anderen Frequenzband mit übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Daten, die auf einem Frequenzband mit geringer Reichweite übertragen werden, bei Störungen der Übertragung z.B. durch zu große Distanz der kommunizierenden Fahrzeuge, in einem Frequenzband höherer Reichweite übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übermittlung der Daten mindestens einer Anwendungsklasse ein Frequenzband unter 1 GHz eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übermittlung der Daten mindestens einer Anwendungsklasse ein Frequenzband oberhalb 1 GHz eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übermittlung der Daten die Funksignale von Radareinrichtungen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten unterschiedlicher Anwendungsklassen auch Informationen zur Steuerung des Verkehrsflusses beinhalten.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fahrzeug Sende- und Empfangseinrichtungen vorhanden sind, die eine Übertragung von Daten unterschiedlicher Anwendungsklassen auf verschiedenen Frequenzbändern in Abhängigkeit der Anwendungsklasse ermöglichen.