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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Straßenverkehrsflußes.
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Aus
EP 0 473 866 A2 ist
ein Kollisionsvermeidungssystem bekannt, bei dem ein Sensor eine Vielzahl
von in der unmittelbaren Umgebung befindlicher, potenzieller Kollisionsobjekten
erfasst und mit Hilfe der erfassten Daten eine mögliche Kollision vorhergesagt
wird. Zur Vermeidung der Kollision wird vorgeschlagen, dass von
einer Fahrzeugsteuereinheit Bremsmittel und/oder Lenkmittel aktiviert
werden, um eine Kollision zu vermeiden. Es wird nicht angegeben,
auf welche Weise eine Steuereinheit entscheidet, ob die Lenkmittel,
die Bremsmittel oder beides eingesetzt werden müssen, um die Kollision zu vermeiden.
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Aus
US 6,049 295 A1 ist
ein Verfahren bekannt, das Kollisionen zwischen Fahrzeugen verhindern
soll, die eine Kreuzung ohne Verkehrszeichen oder einen schlecht
einsehbaren Straßenabschnitt befahren.
Dieses Verfahren erfordert eine straßenfeste Einrichtung und fahrzeuggebundene
Einrichtungen, die per Funk miteinander in Verbindung stehen.
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Aus
DE 198 30 547 A1 ist
weiter ein Kreuzungswarnsystem bekannt, das ebenfalls auf straßenseitige
und fahrzeugseitige Einrichtungen angewiesen ist.
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Die
bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Kollisionsvermeidung verwenden
bei der Interpretation einer vorliegenden Fahrsituation einzelne fahrsituationstypische
Informationen, um eine anschließenden
Bewertung durchzuführen.
Nachteilig hierbei ist, dass weitere Informationen zur Verbesserung
der Fahrsituationsbewertung nicht flexibel und einfach ausgewertet
werden können.
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In
kritischen Verkehrssituationen wie z.B. drohenden Kollisionen mit
anderen Fahrzeugen kann ein Fahrer häufig nicht schnell genug bzw.
nicht situationsgerecht reagieren. Beispielsweise ist das beim Befahren
von Strassen mit mehreren Spuren bei einem Spurwechsel in eine bereits „besetzte" Spur der Fall. Das
kann vorkommen, wenn der Fahrer unaufmerksam ist, oder sich das
Fahrzeug auf der „besetzten" Spur im „toten
Winkel" des Außenspiegels
befindet. Auf einer 2-spurigen Autobahn ist die rechte Spur frei.
Das Fahrzeug A fährt
mit 100 km/h auf der linken Spur. Ein Fahrzeug B nähert sich
Fahrzeug A auf der linken Spur mit einer Geschwindigkeit von 180
km/h an. Da ein Überholen
auf der rechten Spur verboten ist, muss das Fahrzeug B abbremsen,
und dementsprechend alle weiteren Fahrzeuge hinter Fahrzeug B auch
(Kettenreaktion). Aus diesem Grund wird ein Verfahren benötigt, durch
die das Fahrzeug die nötigen
Schritte vorbereitet und den Fahrer warnt, wenn er im Begriff ist,
zu lange eine Spur besetzt zu halten und hierdurch den Verkehrsfluss
oder ggf. einen Unfall verursacht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Erhöhung
des Straßenverkehrsflußes zu schaffen,
um z.B. ein zu langes Besetzen einer Fahrspur zu erkennen und einen
Wechsel und somit die Freigabe der Fahrspur für weitere, nachfolgende Fahrzeuge
sicherer und zuverlässiger
zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die Bestimmung der Anzahl der Fahrspuren in Fahrtrichtung durch
Fahrerassistenzsysteme, die eine Umfelderfassung mittels Radarsensoren
und/oder Lidarsensoren und/oder Infrarotsensoren und/oder Videosensoren
durchführen,
wobei die durch die Umfelderfassung generierten Daten über einen
Datenbus im Fahrzeug an eine Telematikeinheit, die über mehrere Schnittstellen
zur mobilen und/oder drahtgebundenen Kommunikation aufweist, weitergeleitet
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die Ausgabe der Informationen in dem den Verkehrsfluss behindernden
Fahrzeug über
eine Mensch-Maschine Schnittstelle,
die eine optische, haptische oder akustischen Signalisierung in
Abhängigkeit
von der Umfelderfassung ermittelten Fahrsituationen an den Fahrer
ausgibt, um einen sicheren Fahrspurwechsel das den Verkehrsfluss
behindernden Fahrzeuges durchzuführen.
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Eine
weitere Ausgestaltungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als Routingverfahren
das Unicast Routing und/oder das das Multicast Routing und/oder
das Geocast-Routings und/oder das Broadcast Forwarding eingesetzt
wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Übertragung
und der Empfang von Informationen an das den Verkehrsfluss behindernde
Fahrzeug mittels einer Telematikeinheit erfolgt, die über eine
Schnittstelle zur mobilen und/oder drahtgebunden Kommunikation verfügt, wobei
ein Navigationssystems modularer Bestandteil der Telematikeinheit
ist und über
die Schnittstelle zur mobilen und/oder drahtgebunden Kommunikation
zu einem im Fahrzeug befindlichen Datenbus Datenverbindungen hergestellt
werden und vom Navigationssystem mehrdimensionale Informationen
zur Verifikation der Informationen von den Fahrerassistenz – und Fahrzeugsicherheitssystemen
ein- und ausgelesen werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden
mehrdimensionale Informationen in kurzen Zeitintervallen über die
im Fahrzeug befindliche Telematikeinheit und über das Navigationssystem über den
Datenbus eingespeist werden und bei einer angemessen Anzahl von
identische mehrdimensionalen Information in einem bestimmten Zeitintervall,
eine weitere zusätzliche
Information, die den Fahrzeugstillstand repräsentiert, in der Telematikeinheit
generiert und an die in der Umgebung befindlichen Fahrzeuge im Broadcast
Forwarding gesendet.
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Vorteilhafte
und bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
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Es
zeigt
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1 Ein
Erkennung einer Auffahrt
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2 Eine
Erkennung eines Standstreifens
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3 Einen
Einschervorgang zwischen zwei Fahrzeugen
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4 Einen
Einschervorgang mit mehreren Beteiligten
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5 Einen
erfindungsgemäßen Verfahrensablauf
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Der
Erfindung liegt die Überlegung
zu Grunde, dass sobald z.B. auf der rechten Spur genügend Platz
für ein
Fahrzeug ist, dem Fahrer ein haptisches, akustisches und/oder visuelles
Signal ausgegeben wird, welches anzeigt, dass ein Spurwechsel nach rechts,
bei Rechtverkehr und oder nach links bei Linksverkehr vorgenommen
werden kann. Des weiteren werden durch am rückwärtigen und seitlichen Bereich
angebrachte Sensoren erkannt, ob und mit welcher Geschwindigkeit
sich ein Fahrzeug auf das eigene Fahrzeug nähert. Bei der Erkennung wird
ein Signal an den Fahrer ausgeben, welches ihn darauf hinweist,
dass sich ein Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit ihm nähert, und
somit die Fahrzeuge gemeinsam auf einer Kollisionsbahn befinden.
Um diese auftretende Gefahrensituation aufzulösen wird nicht aktiv in das
Fahrverhalten eingegriffen, sondern ausschließlich passiv angezeigt durch
bspw. akustische, haptische, optische oder kinestätische Signale, somit
wird ausschließlich
in Gefahrensituationen auf aktive Signale zurückgegriffen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beginnt mit einer Umfeldanalyse in der Form, dass ermittelt wird,
wie viele Fahrspuren neben der selbst genutzten Fahrspur existieren.
Insbesondere wird festgestellt, ob eine weitere Fahrspur rechts
und/oder links besteht. Existiert eine Fahrspur rechts und/oder
links wird die Information z.B. im Speicher der Telematikeinheit
abgelegt.
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Nach
diesen Schritten wird das Ermittlungsergebnis weitergehend verifiziert.
Es wird überprüft, ob nur
eine Fahrspur rechts und keine weitere Fahrspur links vorhanden
ist. Es ist anzumerken, dass im weiteren in den Ausführungsformen
für dynamische Informationen
der Fahrzeuge Geschwindigkeiten als Beispiele dargestellt werden.
Eine Einschränkung auf
eine Geschwindigkeitsinformation ist hierunter nicht zu verstehen,
da mit Geschwindigkeit sämtliche Information über die
dynamischen Eigenschaften der Fahrzeuge zu verstehen sind, wie Beschleunigungen in
Längs-
und Querrichtung, Reibwert usw.
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In
einer ersten Ausführungsform überprüft, wie
in 1 schematisch dargestellt, die Umfelderkennung,
ob eine Fahrspur rechts und keine weitere Fahrspur links vorhanden
sind und ob es sich bei der Fahrspur rechts, um eine Auffahrt handelt.
Die Erkennung, ob es sich um eine Auffahrt handeln wird mittels
der Auswertung des Lenkwinkeleinschlags und mittels der Umfelderkennung
der Fahrerassistenzsysteme und/oder Fahrersicherheitssysteme durchgeführt.
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Liefert
die Umfelderkennung der Fahrerassistenzsysteme und/oder Fahrersicherheitssysteme das
Ergebnis, dass es sich z.B. um eine Auffahrt handelt, wird die Umfeldanalyse
weitergehend in der Art präzisiert,
das überprüft wird,
ob weitere Fahrzeuge auf die Auffahrt bzw. von der Auffahrt auf
die von dem eigenen Fahrzeug besetzten Fahrspur zu wechseln beabsichtigen,
auffahren. Wird eines dieser beiden Zustände erkannt erfolgt eine Ermittlung
der Geschwindigkeit der potentiell den Verkehrsfluss behindernden
Fahrzeuge, ob das auffahrende Fahrzeug F0 (0)
beschleunigen oder abbremsen muss, damit eine Geschwindigkeitsänderung
für die
folgenden Fahrzeugen F1 (1) oder F2 (2) verhindert wird. Hierbei wird eine
aktuelle Geschwindigkeit v0 des Fahrzeuges
F0 (0) durch eine im Fahrzeug F0 (0)
befindliche Telematikeinheit über
CarToCar Communication an die Umgebung durch eine drahtlose Datenübertragung
gesendet. Die Fahrzeuge F1 (1) und F2 (2) empfangen über die in dem jeweiligen Fahrzeug
eingebaute Telematikeinheiten die vom Fahrzeug F0 (0)
gesendete Information über
die Geschwindigkeit v0 in der Art, dass
in den Fahrzeugen F1 (1) und F2 (2)
ermittelt wird, welche Geschwindigkeit v0 das
Fahrzeug F0 (0) einnehmen sollte, die es
erlaubt, das die Geschwindigkeit v1 des
Fahrzeuges F1 (1) und v2 des
Fahrzeuges F2 (2) durch das Auffahren des
Fahrzeuges F0 (0) auf die identifizierte
Spur nicht reduziert werden muß, damit
ein zügiges
Weiterfahren der Fahrzeuge F1 (1) und F2
(2) möglich
ist. Die mögliche
Erkennung der Fahrerabsicht erfolgt durch die visuelle Auswertung der
Zeichengeber der potentiell den Verkehrsfluss behindern könnenden
Fahrzeuge z.B. des Fahrzeuges F0 (0) und/oder
durch die Übertragung
des Lenkwinkels über
die Telematikeinheit an die im Umfeld befindlichen Fahrzeuge. Erfindungsgemäß ist es auch
angedacht, dass im Falle das ein Fahrzeug von der Fahrbahn auf eine
Auffahrt abfährt,
der Bremsvorgang so rechtrechtzeitig durch das abfahrende Fahrzeug
signalisiert wird, dass die nachfolgenden Fahrzeuge ihre gegenwärtige Geschwindigkeit
annähernd
beibehalten können.
Erfindungsgemäß wird durch
die Informationsaustausch über
die jeweiligen Telematikeinheiten sichergestellt, dass das abfahrende
Fahrzeug erst bremst, wenn sich das Fahrzeug auf der Abfahrt befindet
und noch nicht bremst, wenn er sich auf der Fahrspur befindet.
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Als
Fahrzeugsicherheitssysteme sind alle im Fahrzeug verfügbaren Bremssysteme
mit elektronischer Regelung einsetzbar. Fahrzeugsicherheitssysteme
können
das Electronic Break System (EBS), das Engine Management System
(EMS), Antiblockiersystem (ABS), Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR),
Elektronisches Stabilitätsprogramm
(ESP), Elektronische Differentialsperre (EDS), Transmission Control
Unit (TCU), Elektronische Bremskraftverteilung (EBV) und/oder Motor-Schleppmomenten-Regelung
(MSR) sein.
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Fahrassistenzsysteme
sind beispielsweise Einparkhilfe (Sensorarrays zur Hinderniss- und
Abstandserkennung), Bremsassistent (BAS), Tempomat, Adaptive Cruise
Control oder Abstandsregeltempomat (ACC), Abstandswarner, Abbiegeassistent,
Stauassistent, Spurerkennungssystem, Spurhalteassistent/Spurassistent
(Querführungsunterstützung, lane
departure warning (LDW)), Spurhalteunterstützung (lane keeping support)),
Spurwechselassistent (lane change assistance), Spurwechselunterstützung (lane
change support), Intelligent Speed Adaption (ISA), Adaptives Kurvenlicht,
Reifendruckkontrollsystem, Fahrerzustandserkennung, Verkehrszeichenerkennung,
Platooning, Automatische Notbremsung (ANB), Auf- und Abblendassistent
für das
Fahrlicht, Nachtsichtsystem (Night Vision).
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In
einer zweiten Ausführungsform,
wie in 2 dargestellt, wird überprüft, ob es sich bei der erkannten
rechten Spur um eine Auffahrt handelt, die Umfeldanalyse in der
Art weiterge führt,
dass in einem weiteren Verfahrensschritt verifiziert wird, ob es
sich bei der von den Fahrzeugen F3 (3) und
F4 (4) erkannten Fahrspur, um einen Standstreifen
handelt. Liefert die Umfelderkennung, das Ergebnis, da es sich um einen
Standstreifen handelt werden keine weiteren Verfahrenschritte aus
den Fahrzeugen F3 und F4 durchgeführt und
die jeweilige Umfelderkennung der Fahrzeuge F3 und
F4 überwacht
fortwährend
der vorliegenden Fahrspurverhältnisse
während
der weiteren Fahrt. Wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
erkannt, dass sich das stehendes Fahrzeug auf einem Standstreifen
befindet, wird das Verfahren abgebrochen, bzw. deaktiviert, solange
sich das ruhenden Fahrzeug auf dem Standstreifen befindet.
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In
einer dritten Ausführungsform,
wie in 3 dargestellt, wird nach der Erkennung, dass eine
weitere Fahrspur rechts existiert, in einem weiteren Verfahrenschritt
die Umfeldanalyse in der Art durchgeführt, dass der jeweilige seitliche
Sicherheitsabstand (13) und (14) zu den Fahrzeugen F5 (5)
und F6 (6) ausreichend ist, um ein sicheres
Einscheren des Fahrzeuges F6 (6) zu ermöglichen:
Hierzu wird die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeuges F6 (6) an die Fahrzeuge F5 (5)
und F7 (7) über die Telematikeinheit mittels
CarToCAr Communication, das das spezielle Routingverfahren ausführen kann, übertragen.
Die Fahrzeuge F5 (5) und F7 (7)
empfangen diese Geschwindigkeitsinformation v6 und
werten diese aus. Hierdurch wird berechnet, an welchem Ort x und bis
zu welchem Zeitpunkt t bei welcher zulässigen Geschwindigkeit vzus ein sicheres Einscheren des Fahrzeuges
F6 (6) zwischen den Fahrzeugen F5 (5) und F7 (7)
möglich
ist. Die Informationen werden von den Fahrzeugen F5 (5)
und F7 (7) an das Fahrzeug F6 (6) über die
jeweiligen Telematikeinheiten der jeweiligen Fahrzeuge übertragen.
Das Fahrzeug F6 (6) empfängt diese Informationen und
es wird über
eine Mensch-Maschine
Schnittstelle die Information im Fahrzeug F6 (6)
an den Fahrer ausgegeben, dass ein sicheres Einscheren und eine
Fahrspurwechsel durchgeführt
werden kann. Zur Ausgabe der Meldung können Displays, die im Armaturenbrett
eingebaut sind und/oder im Innenspiegel und oder im Außenspiel
angeordnet sind eingesetzt werden. Bei Displays, die in einem Spiegeleingebaut
sind, wird nur eine kleine Spiegelfläche abgedeckt, so dass die Nutzung
der Spiegel zur Beobachtung der seitlichen und rückwärtigen Richtung uneingeschränkt weiterhin
möglich
ist. Alternativ ist das Visualisieren der Verkehrsituation auf die
Windschutzscheibe angedacht.
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Zusätzlich zur Übertragung
der Geschwindigkeit ist es angedacht, dass die jeweiligen Fahrzeugabmessungen
als Metadaten übertragen
werden, damit eine präzisere
Berechnung für
ein mögliches
Einscheren durchgeführt
wird. Die Fahrzeugabmessungen werden über in der dem jeweiligen Fahrzeug
zugehörigen
Telematikeinheit vorgehalten und neben der Geschwindigkeit und der
Beschleunigung des jeweiligen Fahrzeuges übertragen.
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Zusätzlich wird
in der Umfeldanalyse die Lage des Fahrzeuges auf den Fahrspuren
berücksichtigt.
Bei der Spurerkennung wird festgestellt, ob gerade eine Kurve durchfahren
wird. Bei diesem Überprüfungsschritt
wird der Steilheitsgrad der Kurve ermittelt und in der Berechnung
für den
zulässigen Ort
für das
Einscheren des Fahrzeugs F6 (6) berücksichtigt.
Für die
Ermittlung des Steilheitsgrades werden auch Information aus einem
Navigationssystem, das als modularer Bestandteil der im betreffenden Fahrzeug
befindliche Telematikeinheit ist, herangezogen. Ist der Steilheitsgrad
der Kurve innerhalb von Berei chen, die ein gefahrloses Einscheren
erlaubt, wird wieder ein Signal an den Fahrer ausgegeben, dass ein
Spurwechsel möglich
ist.
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Die
vierte Ausführungsform
zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Feststellung und Ermittlung der
Anzahl der Fahrspuren durch die Umfelderfassung festgestellt wird,
dass nur eine Fahrspur links und eine weitere Fahrspur rechts vorhanden
ist, und wie in 4 angegeben, dass das Fahrzeug
F12 (12) auf der rechten Spur das Fahrzeug
F8 (8) gerade überholt oder das Fahrzeug F11 (11) das Fahrzeug F9 (9)
auf der rechten Spur über-
holt, wird in den Fahrzeugen F11 (11) und
F12 (12) über eine Mensch Maschine Schnittstelle
eine Ausgabe, dass das Überholen
auf der rechten Fahrspur unzulässig
ist, ausgegeben.
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Aber 4 stellt
dar, dass eine Fahrspur links und rechts vorhanden ist.
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Die
in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen
stellen keine Beschränkung
auf lediglich drei Fahrspuren dar. Das erfindungemäße Verfahren
kann auf eine beliebige Anzahl von Fahrspuren erweitert werden.
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Um
eine zielgerichtete Weiterleitung der Daten zu ermöglichen,
werden verschiedene Routingprotokolle erfindungsgemäß eingesetzt.
Diese haben die Aufgabe, einen Pfad vom Quell- zum Zielfahrzeug,
somit vom sendenden zum empfangenden Fahrzeug zu bestimmen.
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Je
nach verwendeter Metrik sollte der geographiesche Abstand zwischen
Quelle und Zielfahrzeug möglichst
kurz sein, oder möglichst
gering belastete Regionen des entstehenden Netzes nutzen. Erfindungsgemäß werden
möglichst
kleine Routingtabellen verwendet, welche ständig aktualisiert werden, wenn
Fahr- zeuge aus den relevanten Bereichen verschwinden, sich bewegen
oder neue erscheinen. Die Zeit und die Anzahl der Nachrichten, die
zum Auffinden einer Route benötigt
werden, sind erfindungsgemäß so gering
wie möglich
anzusetzen, so dass die Datenverbindungen und die Datenübertragung
Echtzeitkriterien und Echtzeitanforderungen genügen.
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Erfindungsgemäß werden
verschiedene Routingverfahren situationsabhängig eingesetzt. Das Unicast
Routing kommt dann zum Einsatz, wenn der Empfänger der Datenübertragung
nur ein Fahrzeug ist. Das Multicast Routing wird eingesetzt wenn
mehrere Fahrzeuge als Empfänger
zu adressieren sind. Mit Hilfe des Geocast-Routings werden alle
Fahrzeuge als Empfänger
adressiert, die in einem bestimmten geografischen Bereich liegen.
Mit dem Broadcast Forwarding werden alle Fahrzeuge, die in der Sendereichweite
des Fahrzeugs erreichbar sind angesprochen.
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Es
können
erfindungsgemäß weitere
alternative Routingverfahren, wie positionsbasierte, topologiebasierte,
proaktive, reaktive oder hybride eingesetzt werden.
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Bei
positionsbasierten Routingverfahren werden die Informationen über die
genauen Positionen der Fahrzeuge verwendet, die z.B. über GPS Empfänger gewonnen
werden. An Hand dieser Informationen lässt sich der „beste" Pfad zwischen sendendem
Fahrzeug – und
empfangenden Fahrzeug bestimmen.
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Die
topologiebasierten Routingverfahren kommen ohne genaue Informationen über die
Positionen der Fahrzeuge aus. Ihnen genü gen Informationen über die
Nachbarschaftsbeziehungen der Fahr- zeuge, die über die Umfelderfassung ermittelt
werden, also welche Fahrzeuge eine direkte Verbindung haben und
somit ohne die Hilfe anderer Fahrzeuge miteinander kommunizieren
können.
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Beim
proaktiven Routingverfahren werden die zu verwendenden Pfade zwischen
zwei Fahrzeugen bereits zuvor bestimmt, bevor diese tatsächlich benötigt werden.
Sollen dann tatsächlich
Daten verschickt werden, so wird nicht auf die Bestimmung des Pfads
zum Empfangsfahrzeug gewartet werden.
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Beim
proaktiven Verfahren bestimmen reaktive Routingverfahren die benötigten Pfade
zwischen zwei Fahrzeugen erst, wenn diese tatsächlich benötigt werden. Daraus ergibt
sich, dass das erste Datenpaket einer Verbindung mit einer geringen
Verzögerung
versendet werden kann, da zunächst
auf den Abschluss der Routenbestimmung gewartet werden muss. Es
werden nur Kontrolldatenpakete versendet, wenn tatsächlich Daten
verschickt werden und dies zur Routenbestimmung notwendig ist. Dies
schlägt sich
positiv im Energieverbrauch des Sendevorgangs der Fahrzeuge nieder.
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Bei
hybride Verfahren werden proaktive und reaktive Routingverfahren
kombiniert. Dabei wir erreicht, das die Vorteile der beiden Ansätze in einem neuen
Routingprotokoll zusammenzufassen. Beispielsweise kann in einem
lokal beschränkten
Bereich ein proaktives Verfahren eingesetzt werden, während für weiter
entfernte Fahrzeuge ein reaktives Verfahren eingesetzt wird. Dies
vermindert die Belastung des entstanden Netzes durch Kontrollpakete, die
bei einem rein proaktiven Verfahren über das gesamte Netz versendet
würden.
Trotzdem stehen für lokale
Zie le sofort Pfade zur Verfügung,
ohne dass auf deren Bestimmung wie bei einem rein reaktiven Verfahren
gewartet werden müsste.