DE102010007561A1

DE102010007561A1 - Verfahren zur Datenübertragung und Kommunikationsstation

Info

Publication number: DE102010007561A1
Application number: DE102010007561A
Authority: DE
Inventors: Matthias 81549 Röckl; Thomas Prof. Dr. 82287 Strang
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: DE102010007561B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung über einen Kommunikationskanal zwischen einer ersten Kommunikationsstation (1) und einer sich in einer Entfernung dazu befindenden weiteren Kommunikationsstation (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationsstation (1) aus von in der ersten Kommunikationsstation (1) verfügbaren Daten (S, E), die unter Verwendung zumindest eines eine physikalische Größe erfassenden Sensors (12, 22, 23, 24) bestimmt sind, für wenigstens eine über den Kommunikationskanal zu übertragende Dateneinheit (4, 5, 6, 7) zahlenmäßig einen Nutzwert (U) bestimmt und die Übertragung der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) über den Kommunikationskanal in Abhängigkeit von dem der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) zugeordneten Nutzwert (U) durchführt oder initiiert. Die Erfindung betrifft ferner eine Kommunikationsstation (1, 2, 3) mit einem Steuerprogramm, das eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wobei die Kommunikationsstation (1, 2, 3) weiter dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Dateneinheit (4, 5, 6, 7) über den Kommunikationskanal zu empfangen und/oder wenigstens eine Dateneinheit (4, 5, 6, 7) über den Kommunikationskanal zu senden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung gemäß dem Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Kommunikationsstation mit einem Steuerprogramm, das zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist, gemäß dem Anspruch 10.
Die Erfindung kann vorteilhaft im Bereich mobiler Kommunikationsnetze, im Bereich von Sensornetzwerken und Transportsystemen eingesetzt werden, z. B. für intelligente Transportsysteme.
Unter intelligenten Transportsystemen (ITS) versteht man die Anwendung von Informations- und Kommunikationstechnologien auf dem Transportsektor. Die Kommunikation lässt sich im Wesentlichen in drei Bereiche strukturieren:

• Rundfunk Kommunikation (FM-RDS, DAB, DVB, etc.)
• Zelluläre Kommunikation/Mobilfunk (GSM, UMTS, LTE, etc.) und
• Ad-hoc Kommunikation (Fahrzeug-zu-Fahrzeug, Fahrzeug-zu-Infrastruktur, Fahrzeug-zu-Fußgänger Kommunikation nach IEEE 802.11p, ETSI TC ITS, etc.)

Kommunikationsendpunkte sind mobile Objekte, darunter unter anderem (gegliedert nach Verkehrsmodus):

• Personenkraftwagen, motorisierte/nicht-motorisierte Zweiräder, Lastkraftwägen, Fußgänger (Straßenverkehr),
• Züge, Wagons, Zweiwegefahrzeuge (Schienenverkehr),
• Flugzeuge (Luftverkehr),
• Schiffe (Schiffsverkehr),

• Rundfunk-Sendestationen,
• Mobilfunk-Basisstationen und
• Roadside-Units (Strassen-Einheiten) an Ampeln, Verkehrszeichen, Baustellen, etc. (IEEE 802.11 p, ETSI TC ITS, etc.)

Die allgemeine Zielsetzung von ITS umfasst unter anderem Funktionen zur Steigerung der Verkehrssicherheit, der Verkehrseffizienz und des Komforts für Verkehrsmittelführer und Passagiere. Zu den Anwendungen, die durch die Einführung von Informations- und Kommunikationstechnologie ermöglicht werden, zählen unter anderem:

• Kollisionsvermeidung (z. B. Detektion von potentiellen Auffahrunfällen, Detektion von Längskollisionen beim Spurwechsel)
• Lokale Gefahrensituationserkennung (z. B. Glatteis, Stauende, Aquaplaning, Fahrbahnverengungen)
• Verbesserte Reiseroutenwahl (z. B. Umfahrung von temporären Verkehrsstockungen)
• Adaptive Lichtzeichenanlagensteuerungen (z. B. Adaption auf prädiziertes Verkehrsaufkommen)
• Cooperative Adaptive Cruise Control-Automatische Längsführung durch Abstandsregelung zwischen Fahrzeugen, die miteinander kooperieren (optional erweitert durch zusätzliche Querführung)

Teilweise können die oben genannten Anwendungen auch ausschließlich durch onboard Sensorik (Sensorsysteme, die auf den jeweiligen Objekten installiert sind) umgesetzt werden. Andererseits ist für Anwendungen, wie z. B. Glatteiswarnung, onboard Sensorik nicht ausreichend, da eine Erfassung von vorausliegenden vereisten Bodenbeschaffenheiten mit onboard Sensorik derzeit damit nicht möglich ist. Durch die Verteilung von Sensorinformationen über drahtlose Kommunikation, wahlweise Rundfunk, zelluläre oder ad-hoc Kommunikation, können diese Daten weitläufig verbreitet werden und in den jeweiligen Verkehrsmitteln zur Situationseinschätzung herangezogen werden. Neben der Einführung neuer Anwendungen kann dadurch auch die Funktionsfähigkeit bereits bestehender Anwendungen verbessert werden. So können z. B. beim automatischen Folgefahren Informationen wie Position, Geschwindigkeit, Bremsdruck, Fahrzeugtyp, etc., die vom vorausfahrenden Fahrzeug über dessen onboard Sensorik erfasst und mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation übertragen wurden, zusätzlich zu den Daten eines Radars herangezogen werden und somit eine genauere, frühzeitigere und verlässlichere Manöversteuerung erfolgen.
Prinzipiell kann jede Sensorinformation, die durch ein Objekt (im Folgenden als Ego-Objekt bezeichnet) durch onboard Sensorik ermittelt wird, für andere Objekte relevant sein, d. h. positiv zur Erreichung der Ziele wie Sicherheit, Effizienz und Komfort beitragen. Dem gegenüber steht der Kommunikation nur eine beschränkte Bandbreite zur Verfügung, die von allen Objekten gemeinsam genutzt wird und deshalb unter allen Objekten aufgeteilt werden muss. Dadurch kann nicht jede beliebige Information zwischen den Objekten übertragen werden. Anstatt dessen muss eine Auswahl an Informationen für die Übertragung erfolgen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Datenübertragung über einen Kommunikationskanal zwischen Kommunikationsstationen anzugeben, das eine effiziente Nutzung der Übertragungsbandbreite des Kommunikationskanals ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 10 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Grundsätzlich ist die Erfindung in allen Bereichen vorteilhaft anwendbar, die eine ressourcenbegrenzte Datenübertragung, z. B. Kommunikationskanal mit begrenzter Bandbreite, beschränkte Energiereserven, beinhalten und die zu übertragenden Daten einem konkreten, bemessbaren Zweck dienen. Als Beispiele seien genannt: Erkennung von Tsunamis durch verteiltes Sensornetzwerk, Torschuss durch kooperierende Fussballroboter. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft im Bereich des Verkehrs- und des Transportwesens nutzbar. Die Erfindung kann grundsätzlich auch für die Kommunikation zwischen fest angeordneten Kommunikationsstationen verwendet werden, entfaltet aber besonders auf dem Gebiet der Kommunikation zwischen in variabler Entfernung zueinander sich befindenden Kommunikationsstationen große Vorteile.
Als Kommunikationsstation sei eine elektronische Einrichtung verstanden, die einerseits zur Datenübertragung über einen Kommunikationskanal ausgestaltet ist, andererseits zur Verarbeitung von Informationen und zum Zugriff auf Daten, die unter Verwendung des zumindest eine physikalische Größe erfassenden Sensors bestimmt sind, ausgebildet ist. Kommunikationsstation im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann daher beispielsweise ein Steuergerät einer automatischen Abstandsregelung sein, das mit einem Funksende-/Empfangsmodul in Verbindung steht. Kommunikationsstation kann auch das Funksende-/Empfangsmodul oder die Anordnung aus dem Steuergerät und dem Funksende-/Empfangsmodul sein.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Kommunikationsstation aus von in der ersten Kommunikationsstation verfügbaren Daten, die unter Verwendung zumindest eines eine physikalische Größe erfassenden Sensors bestimmt oder bestimmbar sind, für wenigstens eine über den Kommunikationskanal zu übertragende Dateneinheit zahlenmäßig einen Nutzwert bestimmt. Vorteilhaft ermittelt die erste Kommunikationsstation somit zunächst autark den Nutzwert anhand intern vorliegender Daten, z. B. aufgrund der sog. Evidenzen, um hiervon abhängig eine Übertragung der zu übertragende Dateneinheit zu beeinflussen. Die Daten der zu übertragenden Dateneinheit sind daher nicht zwangsläufig identisch mit den in der ersten Kommunikationsstation verfügbaren Daten, aufgrund derer der Nutzwert bestimmt wird.
Die Nutzwertbestimmung erfolgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung in Echtzeit, z. B. zur Laufzeit eines Regelungssystems für ein Fahrzeug. Für die Bestimmung des Nutzwerts wird zumindest eine von einem Sensor erfasste physikalische Größe herangezogen, wobei der Nutzwert zahlenmäßig bestimmt wird. Dieser zahlenmäßige Nutzwert wird dann verwendet für die Übertragung der Dateneinheit über den Kommunikationskanal, derart, dass in Abhängigkeit von dem der Dateneinheit zugeordneten Nutzwert die Übertragung der Dateneinheit durchgeführt oder initiiert wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft der Kommunikationskanal nur dann belastet, wenn ein entsprechender Nutzen mit der zu übertragenden Dateneinheit erreicht wird. Bei dem Nutzen kann es sich um einen Nutzen für die erste Kommunikationsstation bzw. ein Objekt, in dem die erste Kommunikationsstation angeordnet ist, handeln. Es kann sich bei dem Nutzen auch um einen Nutzen für andere Objekte, z. B. andere Fahrzeuge im Straßenverkehr, handeln. Im erstgenannten Fall agiert die erste Kommunikationsstation als Empfänger der Dateneinheit und nutzt den Kommunikationskanal im Wesentlichen zur Informationsanfrage (Informationsakquisition). Der Nutzen der Übertragung der Dateneinheit wird in diesem Fall aus Empfängersicht optimiert. Im zweitgenannten Fall agiert die erste Kommunikationsstation als Sender der Dateneinheit und nutzt daher den Kommunikationskanal zur Informationsverteilung (Informationsdistribution). In diesem Fall erfolgt die Optimierung des Nutzens aus Sendersicht, wobei die gesendete Dateneinheit anderen, weiteren Kommunikationsstationen bzw. damit verbundenen Objekten zu Gute kommt.
Die vorliegende Erfindung erlaubt damit eine dynamische Optimierung des Nutzens der übertragenen Dateneinheiten und damit eine dynamische Optimierung der Effizienz der Datenübertragung.
Die Erfindung repräsentiert damit einen grundlegenden Ansatz eines optimierten, nutzenbasierten Informationsaustausches, der generisch auf jegliche Arten von Informationen bzw. Dateneinheiten angewendet werden kann. Im Gegensatz zu bekannten Arten der Informationsübertragung mit statischen Regeln in Bezug auf Übertragungszeitpunkt, Übertragungshäufigkeit und/oder Übertragungsbandbreite, die spezifisch für die Verteilung spezieller Sensordaten angepasst sind, zeigt die Erfindung einen flexiblen, adaptiven Weg für die Verbreitung von Sensordaten auf, wobei der Entscheidungsalgorithmus, welches Sensordatum wann übertragen werden soll, nicht spezifisch für den jeweiligen Einsatzzweck definiert werden muss, sondern bei der Entwicklung eines entsprechenden Kommunikationssystems festgelegt werden kann, und der sich im Betrieb des Systems adaptiv an die jeweiligen Systemzustände anpasst.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird auf Grund des Nutzwerts einer Dateneinheit deren Übertragungszeitpunkt, Übertragungshäufigkeit und/oder Übertragungsbandbreite bestimmt. Die Bestimmung erfolgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch die erste Kommunikationsstation. Hierdurch können verschiedene Parameter der Datenübertragung abhängig vom Nutzwert festgelegt werden. Da der Nutzwert zahlenmäßig bestimmt ist, kann beispielsweise eine direkte Umrechnung in eine Übertragungshäufigkeit (Update-Rate) erfolgen. Vorteilhaft erfolgt beispielsweise bei hohem Nutzwert eine Festlegung einer hohen Übertragungshäufigkeit.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Kommunikation prioritätsgesteuert. Die erste Kommunikationsstation führt die Übertragung einer Dateneinheit anhand einer Priorität durch oder initiiert diese Übertragung anhand der Priorität, die unter Verwendung der Dateneinheit zugeordneten Nutzwerts bestimmt ist. Beispielsweise kann ein Prioritätswert einer Datenbotschaft direkt aus dem Nutzwert berechnet werden, z. B. durch lineare Umrechnung. Dies ist besonders vorteilhaft bei Medienzugriffsverfahren mit einer Vielzahl konkurrierender Kommunikationsendpunkte.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Kommunikationsstation eine Bandbreite und/oder ein Übertragungsvolumen des Kommunikationskanals nach Maßgabe des der Dateneinheit zugeordneten Nutzwerts reserviert. Dies hat den Vorteil, dass sozusagen vorausschauend die Grundlage für eine zeitgerechte Übertragung der Dateneinheit in Abhängigkeit von ihrem Nutzwert gewährleistet werden kann.
Wie eingangs erwähnt, kann die erste Kommunikationsstation als Sender oder als Empfänger einer Dateneinheit agieren. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, bei der davon ausgegangen wird, dass die erste Kommunikationsstation als Sender agiert, wird der Nutzwert der Dateneinheit zahlenmäßig anhand von in der ersten Kommunikationsstation verfügbaren Daten bestimmt, die eine Bestimmung des Nutzens für einen oder mehrere Empfänger der Dateneinheit ermöglichen. Hierdurch kann eine Optimierung des empfängerseitigen Nutzens erfolgen, wobei die Optimierung vom Horizont der ersten Kommunikationsstation als Sender der Dateneinheit erfolgt. Dies erlaubt insbesondere eine Verringerung des Bandbreitenverbrauchs für Dateneinheiten, die an einer Mehrzahl von Kommunikationseinheiten ausgesendet werden, d. h. in einer Art Multicast- oder Broadcast-Betrieb. In einer vorteilhaften Ausgestaltung geht in die Bestimmung des Nutzwerts hierbei neben den Daten des eine physikalische Größe erfassenden Sensors auch die Anzahl von die Dateneinheit voraussichtlich auswertenden Empfängern und deren Sicherheitsrelevanz ein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird davon ausgegangen, dass die erste Kommunikationsstation als Empfänger agiert. Die von der ersten Kommunikationsstation zu empfangende Dateneinheit wird dabei von einer weiteren Kommunikationsstation lediglich auf Anforderung über den Kommunikationskanal übertragen. Die Anforderung kann von der ersten Kommunikationsstation oder einer anderen Kommunikationsstation in einem Netzwerk ausgelöst werden. Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung wird der Nutzwert zahlenmäßig anhand von in der ersten Kommunikationsstation verfügbaren Informationen bestimmt, die eine Bestimmung des Nutzens der Dateneinheit für die erste Kommunikationsstation oder eine mit der ersten Kommunikationsstation verbundene Steuer- oder Regelungseinrichtung ermöglichen. Die Steuer- oder Regelungseinrichtung kann integral mit der Kommunikationsstation oder als separates Gerät ausgeführt sein. Als Beispiel sei angegeben, dass ein Fahrzeug eine automatische Abstandsregelung als Steuer- und Regelungseinrichtung sowie ein GSM-Modul zur Informationsakquisition z. B. von Glatteisinformationen vom regionalen Wetterdienst aufweist. Muss von der Steuer- und Regelungseinrichtung ein Beschleunigungs- oder Bremsmanöver eingeleitet werden und das onboard Thermometer zeigt niedrige Temperaturen, so ist in der Regel der Nutzwert für die zusätzliche Glatteisinformation hoch und wird daher über das GSM-Modul vom regionalen Wetterdienst angefragt. Hierbei wird der empfängerseitige Nutzen optimiert, und zwar vom empfängerseitigen Horizont aus betrachtet. Dies erlaubt eine besonders weitgehende Optimierung des Nutzens, da der Empfänger seinen eigenen Nutzen naturgemäß am besten bestimmen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für den Kommunikationskanal ein Mehrfachzugriffsverfahren auf Basis von Wartezeiten, z. B. zufälliger Wartezeiten, verwendet, die durch Prioritätswerte beeinflussbar sind. Die erste Kommunikationsstation bestimmt den Prioritätswert dabei in Abhängigkeit von dem der Dateneinheit zugeordneten Nutzwert. Vorteilhaft kann die Priorität für die Übertragung einer Dateneinheit, z. B. die Priorität einer Datenbotschaft, direkt zahlenmäßig anhand des Nutzwerts berechnet werden. Beispielsweise kann vorteilhaft das CSMA/CA-Verfahren verwendet werden (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, was in etwa Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionsvermeidung heißt). Bei diesem Verfahren kann vorteilhaft z. B. die so genannte Backoff-Zeit und/oder der Interframe-Abstand durch den Nutzwert bestimmt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Nutzwert zahlenmäßig zusätzlich, d. h. neben der Verwendung der vom Sensor erfassten physikalischen Größe, unter Verwendung eines Kostenwerts der Übertragung der Dateneinheit bestimmt. Dieser Kostenwert kann beispielsweise durch den Ressourcenverbrauch, z. B. zur Übertragung benötigte Bandbreite oder Energie, oder durch die monetären Übertragungskosten eines Mobilfunknetzbetreibers festgelegt sein, z. B. Preis pro SMS (Short Message Service-Kurzbotschaft im Mobilfunknetz). Hierdurch ist eine Optimierung der Datenübertragung sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht möglich. Durch entsprechende Gewichtung der Einflussfaktoren kann der Schwerpunkt der Optimierung nach Wahl eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Nutzwert einer Evidenz zahlenmäßig durch eines oder mehrere der folgenden Verfahren bestimmt:

a) Abweichung der Evidenz bzw. der Evidenzen von der vorhergehenden Evidenz bzw. vorgehenden Evidenzen, z. B. Euklidischer Abstand zweier Evidenzen,
b) Ergebnis einer Nutzenfunktion, die der Evidenz bzw. den Evidenzen einen Nutzwert zuordnet, z. B. binäre Nutzenfunktion mit Schwellenwert,
c) Abweichung der Evidenz bzw. der Evidenzen von der prognostizierten Evidenz bzw. von prognostizierten Evidenzen,
d) Ergebnis einer generellen Nutzenfunktionen, die die Unsicherheit in der Situationsinformation, die aus der Evidenz bzw. den Evidenzen abgeleitet werden kann, quantifiziert,
e) Ergebnis einer individuelle Nutzenfunktion, die den individuellen Nutzen eines Objektes für eine Evidenz bzw. für eine Menge an Evidenzen quantifiziert.

Die Erfindung betrifft ferner eine Kommunikationsstation mit einem Steuerprogramm, das eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art. Die Kommunikationsstation ist dazu eingerichtet, wenigstens eine Dateneinheit über den Kommunikationskanal zu empfangen und/oder wenigstens eine Dateneinheit über den Kommunikationskanal zu senden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Mehrzahl von Sensordaten bzw. so genannten Kontextparametern in die Bestimmung des Nutzwerts und damit in die Festlegung der Datenübertragung, z. B. der Update-Rate einfließen können. So erlaubt die Erfindung es z. B., dass eine Information über die Verfügbarkeit von Daten eines Sensors berücksichtigt wird. Hierdurch kann z. B. die Übertragung von Daten mit fehlender oder geringer Verfügbarkeit und/oder hoher Ungenauigkeit verzögert oder ausgesetzt werden, da diese mit hoher Wahrscheinlichkeit keinen besonderen Nutzen für Empfänger beinhalten. Wenn die zu übertragende Dateneinheit beispielsweise Daten eines Satellitennavigationssystems enthält, ist es z. B. sinnvoll, beim Durchfahren von Tunneln oder Häuserschluchten, in denen nur ungenaue Daten des Satellitennavigationssystems zur Verfügung stehen, den Nutzwert für diese Daten zahlenmäßig gering zu bewerten, da in einem solchen Fall der Nutzen für andere Kommunikationsteilnehmer gering ist. Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung des Nutzwerts besteht darin, dass die in Dateneinheiten enthaltenen Redundanzen berücksichtigt werden. So ist z. B. der Informationsgehalt der Positionslösung, die durch ein Satellitennavigationssystem bestimmt wurde, gering, wenn gleichzeitig die zur Positionsbestimmung notwendigen Navigationsrohdaten, darunter u. a. die sogenannten Pseudoranges, übertragen werden. In diesem Fall kann der Positionsinformation ein zahlenmäßig geringer Nutzwert zugeordnet werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, eine Unsicherheitsbetrachtung in die Bestimmung des Nutzwerts und damit in die Belegung des Kommunikationskanals einzubeziehen. Generell sind Sensormesswerte immer mit einer gewissen Unsicherheit belegt. Die Unsicherheit ist in der Regel stark von der aktuellen Umgebung abhängig. Störeinflüsse für die Positionsbestimmung mittels eines Satellitennavigationssystems sind unter anderem Signalreflektionen an Häuserwänden, Schildern oder Beleuchtungen, Signalstreuung durch Bäume oder Sträucher und Signalbeugung an Häusern oder anderen Fahrzeugen. Je nach aktueller Umgebung fallen die Störeinflüsse mehr oder minder ins Gewicht und verschlechtern dadurch die Sensordaten in unterschiedlichem Maße. Da Sensordaten mit hoher Unsicherheit voraussichtlich weniger Nutzen für einen Empfänger beinhalten, kann bei der zahlenmäßigen Bestimmung des Nutzwerts diese Unsicherheit berücksichtigt werden, wie nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
Vorteilhaft erlaubt die Erfindung zudem eine individuelle Nutzenbetrachtung. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Systemen, die nicht nur eine einzige Aufgabe (wie z. B. automatische Kollisionsvermeidung zwischen Fahrzeugen) bewältigen müssen, sondern verschiedene Aufgaben, die sich während der Laufzeit ändern können. In diesem Fall kann mittels der Erfindung eine Anpassung der Datenübertragung an die Erfüllung der jeweils aktuellen Aufgabenstellung eines Systems erfolgen, so dass Dateneinheiten mit einem besonders hohen Nutzen für die Erfüllung der jeweils aktuellen Aufgabe übertragen werden. Beispielsweise kann eine Information über die Fahrbahnbeschaffenheit für die Kollisionsvermeidung einen hohen Nutzen haben, jedoch für die adaptive Lichtzeichenanlagensteuerung möglicherweise keinen Mehrwert generieren. Die Erfindung erlaubt vorteilhaft eine empfängerseitige individuelle Nutzenbetrachtung der Dateneinheiten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1 – Ein Kommunikationssystem im Straßenverkehr und
2 – ein Verfahren zur Datenübertragung unter Anwendung eines probabilistischen Informationsmodells und
3 – ein Flussdiagramm zur Informationsakquisition und
4 – ein probabilistisch kausales Entscheidungsnetzwerk zur Informationsakquisition.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Die 1 zeigt ein erstes Fahrzeug 10, ein zweites Fahrzeug 20 und eine Feststation 30. Die Fahrzeuge 10, 20 bewegen sich auf einem Fahrweg. Die Feststation 30 ist bezüglich des Fahrwegs fest angeordnet, z. B. in Form einer Roadside Unit oder einer Mobilfunk-Relaisstation.
Das erste Fahrzeug 10 weist eine erste Kommunikationsstation 1 auf, die mit einer Antenne 15 verbunden ist. In dem Fahrzeug 10 ist zudem ein Sensor 12 vorgesehen, z. B. in Form eines Radarsensors, der ein Radarsignal 13 in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 aussendet und ein reflektiertes Radarsignal 14 z. B. auf Grund einer Reflektion an dem zweiten Fahrzeug 20 empfängt. Aufgrund der Signale 13, 14 kann als physikalische Größe z. B. der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug und/oder die Geschwindigkeitsdifferenz der Fahrzeuge 10, 20 bestimmt werden. Der Radarsensor 12 ist mit einer Auswerteeinheit 11 verbunden, die die vom Radarsensor 12 erfasste physikalische Größe als Information für die Verwendung in anderen Systemen vorhält. Die erste Kommunikationsstation 1 ist mit der Auswerteeinheit 11 verbunden und kann die Information über die vom Radarsensor 12 erfasste physikalische Größe jederzeit von der Auswerteeinheit 11 abfragen. In dem Fahrzeug 10 ist vorteilhaft als Steuer- oder Regeleinrichtung ein kooperatives adaptives Abstandsregelungssystem vorgesehen (Cooperative Adaptive Cruise Control, CACC). Das CACC ist beispielsweise in der ersten Kommunikationsstation 1 oder in der Auswerteeinheit 11 implementiert.
Das zweite Fahrzeug 20 weist als weitere Kommunikationsstation eine zweite Kommunikationsstation 2 auf, die mit einer Antenne 25 in dem zweiten Fahrzeug 20 verbunden ist. Das zweite Fahrzeug 20 weist als Sensoren zur Erfassung physikalischer Größen eines Satellitennavigationssystems 23, z. B. ein GPS-System, einen Regensensor 24 sowie einen Radsensor 22 auf, der zur Erfassung der Raddrehgeschwindigkeit eines Fahrzeugrades des Fahrzeugs 20 dient. Die Sensoren 22, 23, 24 sind mit einer Auswerteeinheit 21 verbunden. Die Auswerteeinheit 21 ist wiederum mit der zweiten Kommunikationsstation 2 zum Austausch von Daten verbunden.
Die Feststation 30 weist als weitere Kommunikationsstation eine dritte Kommunikationsstation 3 auf. Zwischen der ersten und der zweiten Kommunikationsstation 1, 2 können bidirektional Informationen ausgetauscht werden, was durch die Pfeile 4 und 5 dargestellt ist. Durch Pfeile 6 und 7 ist beispielhaft dargestellt, dass zwischen dem ersten Fahrzeug 10 und der Feststation 30 bidirektional Daten ausgetauscht werden können. Entsprechend ist auch ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen dem zweiten Fahrzeug 20 und der Feststation 30 möglich. Die Pfeile 4, 5, 6, 7 symbolisieren damit zwischen den Kommunikationsstationen 1, 2, 3 ausgetauschte Dateneinheiten. Die Kommunikation zwischen den Kommunikationsstationen 1, 2, 3 erfolgt daher über den eingangs erwähnten Kommunikationskanal mit begrenzter Übertragungsbandbreite.
Die Übertragung von Informationen über den Kommunikationskanal hat eine verbesserte, situationsangepasste Handlungsfähigkeit des Empfängers zum Ziel. Dadurch kann jeder zu übertragenden Evidenz E^k zum Zeitpunkt k ein Nutzwert, welcher sich aus der Nutzenfunktion U bestimmt, zugeordnet werden. Der Nutzwert kann einerseits direkt aus der Evidenz E^k (z. B. GPS Messwert) abgeleitet werden, oder alternativ aus der Situationsinformation S^k (z. B. reale Position) zum Zeitpunkt k, die aus der Evidenz E^k abgeleitet werden kann. Um eine möglichst genaue und verlässliche Situationseinschätzung zu garantieren, ist die zweite Alternative vorteilhafter, wenn mit fehlerbehafteten Evidenzen zu rechnen ist.
Die Differenz der Nutzwerte mit und ohne diese zusätzliche Evidenz unter Berücksichtigung bereits vergangener Evidenzen E^1:k errechnet sich aus:
Hierbei wird den verwendeten Größen folgende Bedeutung zugeordnet:

Sk:: Situationsinformation zum Zeitpunkt k
E1:k:: Evidenzen von Zeitpunkt 1 bis Zeitpunkt k, E^1:k = {E¹, ..., E^k}
U(S):: Nutzenfunktion über S
U(S|E):: Bedingte Nutzenfunktion quantisiert über S gegeben E
U(S:e):: Nutzenfunktion quantisiert über S bzgl. e
U(S:e|E):: Bedingte Nutzenfunktion quantisiert über S bzgl. e gegeben E
P(S):: Wahrscheinlichkeitsverteilung über S
P(S|E):: Bedingte Wahrscheinlichkeitsverteilung über S gegeben E

Optional kann die Nutzenfunktion in mehrere „Unternutzen” zerlegt werden. Der übergeordnete Nutzen kann dann z. B. durch eine gewichtete Mittelwertberechnung bestimmt werden: U(S) = k₁U(S) + ... + k_nU(S). Vorteilhaft ist auch eine Weiterverzweigung der „Unternutzen”. Hierdurch entsteht eine Nutzenfunktionshierarchie.
Durch die Übertragung der Evidenz E^k können Kosten entstehen, u. a. durch den Verbrauch von Kommunikationsbandbreite oder Energie oder die Nutzung von kommerziellen Kommunikationsverbindungen, z. B. Mobilfunk. Der Bruttonutzwert reduziert um die Kosten ergibt den Nettonutzwert NetU: NetU(S^k:E^k|E^1:k-1) = U(S:E^k) – C(E^k) [2]
Ziel ist die Maximierung von Gleichung [2]. Dies kann grundsätzlich auf zwei Arten geschehen. Einerseits kann eine erste Kommunikationsstation bei Erkennen eines hohen Nutzwertes bzgl. einer bestimmten, unbekannten Evidenz für die eigene Handlungsfähigkeit diese von anderen Kommunikationseinheiten, die sich in Kommunikationsreichweite befinden, anfragen (Informationsakquisition). Andererseits kann eine erste Kommunikationsstation nach der Bereitstellung einer durch onboard Sensorik erfasste Evidenz mit hohem zu erwartendem Nutzwert für potentielle weitere Kommunikationsstationen diese Evidenz über den Kommunikationskanal verteilen (Informationsdistribution).
Da Sensormesswerte grundsätzlich mit Unsicherheit behaftet sind, sollte die daraus abgeleitete Situationsinformation S vorzugsweise mit Hilfe einer Wahrscheinlichkeitsverteilung P(S|E) ausgedrückt werden. Zur Bestimmung des erwarteten Nutzwertes (Expected Utility, EU) unter Unsicherheit kann Gleichung [1] wie folgt erweitert werden:
Bei der Informationsdistribution ist die exakte Nutzenfunktion der empfangenden Kommunikationsstationen für die erste Kommunikationsstation, die die Evidenz E^k durch autonome Sensorik erfasst hat, in der Regel unbekannt. Unter der generellen Annahme, dass eine höhere Unsicherheit einen geringeren Nutzwert mit sich bringt, ist vorzugsweise eine generische Abbildung der Unsicherheit einzusetzen. Dies kann z. B. durch die Logarithmus-Funktion erfolgen. Daraus ergibt sich aus Gleichung [3] der senderseitig ermittelte erwartete Nutzwert EU_S:
Ähnlich hierzu kann der empfängerseitige Nutzwert U_E berechnet werden. Jedoch sollte hierbei die individuelle Nutzenfunktion des Empfängers in die Gleichung eingehen. Auf Basis der zur Verfügung stehenden Daten wird der Empfänger die Aktion a aus dem Aktionsraum A (z. B. {Beschleunigungsmanöver, Bremsmanöver}) auswählen, die den zu erwartenden Nutzwert maximiert. Dies ergibt den maximalen zu erwartenden Nutzen (Maximum Expected Utility, MEU):
P(S^k+1|A, E^1:k) beschreibt hierbei die prognostizierte Wahrscheinlichkeitsverteilung über die Situation S zum Zeitpunkt k + 1 unter der Bedingung, dass Aktion A durchgeführt und die Evidenzen E^1:k erfasst wurden.
Für dynamische Systeme, die die Evidenz E^1:k aus allen vergangenen Zeitschritten 1 bis k heranziehen und der erwartete Nutzen über einen Zeithorizont h aufsummiert wird, kann diese Formel wie folgt erweitert werden:
Im Falle der Akquisition einer zusätzlichen Evidenz Er von einem anderen Objekt über den Kommunikationskanal ergibt sich folgender empfängerseitiger erwarteter Nutzwert EU_E:
Da der konkrete Wert der zu akquierenden Evidenz Er vor der Akquisition unbekannt ist, erfolgt eine Erwartungsnutzenbestimmung gewichtet mit der Auftrittswahrscheinlichkeit P(E_r|E^1:k) vor dem Hintergrund der bereits akquirierten Evidenz E^1:k. Dieser Informationsnutzen kann für die Menge aller zur Akquisition zur möglichen Evidenzen E_r1, ..., E_rk erfolgen. Die Evidenz mit dem maximalen Informationsnutzen bestimmt die Evidenz mit dem aktuell höchsten Nutzen für die empfangende Kommunikationsstation vor dem Hintergrund der bereits akquirierten Evidenzen.
Für die empfängerseitige Nutzwertberechnung kann somit Gleichung [1] durch Gleichung [7] konkretisiert werden. Dieser Nutzwert wird bei der Informationsanfrage mit übermittelt. Dadurch kann ein Empfänger, der die angefragten Daten vorhält, unter Berücksichtigung des Nutzwertes die Datenübertragung initiieren oder durchführen.
Die Inferenz der Wahrscheinlichkeitsverteilungen erfolgt vorzugsweise durch ein probabilistisches Filter, z. B. ein Kalmanfilter, ein Grid-basiertes Filter oder ein Partikelfilter. Hierzu wird ein probabilistisches Informationsmodell, bei dem kausale Zusammenhänge durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen ausgedrückt werden, verwendet, wie z. B. in 2 dargestellt. Das probabilistische Informationsmodell ermöglicht eine Abschätzung des zukünftigen Verlaufs von Situationsinformationen basierend auf Sensorgrößen aus der Vergangenheit.
Basierend auf der Prädiktionsgleichung: P(S^k|E^1:k-1) = ∫P(S^k|S^k-1)P(S^k-1|E^1:k-1)dS^k-1 [8] prognostiziert der Filteralgorithmus die Verteilung über die Zustände der Situationsinformation S^k (z. B. reale Position des Ego-Objektes) zum Zeitpunkt k mit Hilfe aller bereits akquirierten Evidenzen E^1:k-1 (z. B. Messwerte eines Satellitennavigationssystems) der vergangenen Zeitschritte 1 bis k – 1 gegeben durch die bedingte Wahrscheinlichkeitsverteilung P(S^k|E^1:k-1). Wird zum Zeitpunkt k zusätzliche Evidenz E^k gewonnen, so wird durch die Aktualisierungsgleichung:
die Verteilung über die Zustände der Situationsinformation S^k mit der zusätzlichen Evidenz E^k vor dem Hintergrund der bereits zuvor akquirierten Evidenz E^1:k-1 aktualisiert. Ohne die Evidenz E^k kann der Zustand der Situationsinformation S^k zum Zeitpunkt k lediglich aus der Prädiktionsgleichung [1] abgeleitet werden. Ein Objekt, welches demnach die Evidenz E^k nicht kennt, wird Entscheidungen auf der Verteilung P(S^k|E^1:k-1) treffen müssen. Objekte, die hingegen E^k kennen, basieren ihre Entscheidungen auf die Verteilung P(S^k|E^1:k).
2 zeigt ein Informationsmodell, wie es beispielsweise empfängerseitig eingesetzt werden kann, um den senderseitigen erwarteten Nutzwert EU_S aus Gleichung [4] zu bestimmen. In einem Bereich 50 der 2 ist dargestellt, in welcher Weise die prognostizierte Wahrscheinlichkeitsverteilung P der Situationsinformation S schrittweise fortbestimmt wird und in jedem Bestimmungsschritt die prognostizierte Situationsinformation S durch die jeweils akquirierte Evidenz E₁ von Sensor 1 und durch eine weitere Evidenz E₂ von einem anderen Sensor 2 aktualisiert wird. Im Bereich 51 der 2 ist dargestellt, dass von einem zum nächsten Zeitschritt k jeweils ein Prädiktionsschritt PR1, PR2 und ein darauf folgender Aktualisierungsschritt UP1, UP2 (Update) erfolgt. In jedem Prädiktionsschritt PR1, PR2 wird über die Prädiktionsgleichung [8] die Verteilung über die Zustände der Situationsinformationen S mit Hilfe aller bereits akquirierten Evidenzen E^1:k aller vergangenen Zeitschlitze 1:k – 1 bestimmt. Mit einem Aktualisierungsschritt UP1, UP2 wird eine Aktualisierung der Verteilung über die Zustände der Situationsinformation S vorgenommen, wenn eine zusätzliche Evidenz E gewonnen wird. Die Aktualisierung erfolgt gemäß der Aktualisierungsgleichung [9]. Die jeweilige Anwendung der Gleichungen [8] und [9] in den einzelnen Zeitschritten k ist im Bereich 52 der 2 wiedergegeben.
Die 4 zeigt ein Informationsmodell wie es beispielsweise empfängerseitig zum Einsatz kommen könnte. Die 4 zeigt ein probabilistisch kausales Entscheidungsnetzwerk über Zeitschritte von k – 1 bis k + 2 zur Entscheidung über einen Aktionsraum A, die über den Nutzwert U quantisiert wird und die Situationsinformation S beeinflusst. Die Situationsinformation S ist wiederum als Evidenz E messbar. Der hochgestellte Index k – 1, k, k + 1 bzw. k + 2 gibt an, in welchen Zeitschritt die jeweilige Größe S, E, A oder U fällt.
Nachdem der senderseitige Nutzwert bestimmt oder eine Anfrage nach Evidenz mit einem empfängerseitig bestimmten Nutzwert empfangen wurde, kann entweder eine Selektion z. B. durch Schwellenwertüberschreitung des Nutzwertes erfolgen und/oder entsprechend des Nutzwertes auf den gemeinsam genutzten Kommunikationskanal zugegriffen werden. Für den sequentiellen Zugriff muss eine Auswahl sowohl zwischen allen zu verteilenden Informationen innerhalb des Objektes (lokal) als auch global zwischen allen konkurrierenden Objekten, die Informationen über den Kommunikationskanal verteilen wollen, erfolgen. Das optimale Resultat aus globaler und lokaler Auswahl ist die Information mit der maximalen NetU, da sie den größten Informationsgehalt unter Berücksichtigung der entstehenden Kosten bietet. Die lokale Auswahl innerhalb eines Objekts kann unter anderem mittels einer Prioritätswarteschlange erfolgen. Diese Prioritätswarteschlage kann insbesondere durch eine geordnete Liste mit zweidimensionalen Werten <Q, D>, mit Q = NetU und D als die zu sendende Evidenz, absteigend geordnet nach Q, ausgedrückt werden. Die Berechnung von NetU kann hierbei durch die Gleichungen [4] oder [8] konkretisiert werden. Für die Einbeziehung weiterer Evidenz E wird die Liste um die neue Evidenz ergänzt. Die Evidenz E wird dann an der Position Q = NetU eingefügt. Wenn der Kommunikationskanal frei ist, wird die Information mit der höchsten Priorität als erstes verteilt, d. h. die entsprechende Dateneinheit wird über einen Kommunikationskanal übertragen.
Vorteilhaft ist die Prioritätswarteschlange als längenbegrenzte Liste ausgestaltet, die den Eintrag mit der geringsten Priorität (= letztes Element) als erstes verwirft. Die längenbegrenzte Liste garantiert eine endliche Anzahl an zu verteilenden Informationen und beschränkt so den maximalen Speicherplatzverbrauch.
Global kann eine Priorisierung durch eine Zuteilung von Kanalzugriffswartezeiten zu Nachrichten anhand der Priorität der darin enthaltenen Informationen erfolgen (ähnlich zu IEEE 802.11e als Erweiterung zum IEEE 802.11 CSMA/CA). Informationen mit hoher Priorität werden dann mit kurzen Wartezeiten versehen und Informationen mit niedriger Priorität mit entsprechend längeren Wartezeiten. So kann von Kommunikationsstationen, die Informationen mit hoher Priorität verteilen wollen, früher auf den Kommunikationskanal zugegriffen werden. Alle Kommunikationsstationen, die Informationen mit niedrigerer Priorität verteilen wollen, erkennen den Kanal als belegt und verzögern ihre Übertragung wie in IEEE 802.11 beschrieben. Im Gegensatz zu IEEE 802.11e wird in dieser Erfindung anstatt mehrerer Warteschlagen, die jeweils unterschiedliche Prioritäten behandeln, eine einzige Prioritätswarteschlage pro Kommunikationsstation eingesetzt. Dies hat den Vorteil, dass pro Kommunikationsstation immer die Information mit der höchsten Priorität als erstes verteilt wird, und nicht wie bei IEEE 802.11e die Warteschlagen mit unterschiedlichen Prioritäten behandelt werden.
Die Erfindung bietet folgende weitere Vorteile:
Generische Relevanzbestimmung: Das hier beschriebene Verfahren definiert generische Algorithmen für die Informationsverteilung in ITS. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann es auf jegliche Arten von Informationen angewendet werden und ist daher generisch einsetzbar.
Einbeziehung von bereits verteilter Information (Kontextbezug): Die zu einem Zeitpunkt gewonnenen Evidenzen E = {E₁, ... E_m} können einzeln oder in Kombination (wie z. B. Position, Positionsrohdaten, etc. in einer Nachricht) verteilt werden. In der Berechnung von NetI werden entsprechende Werte für die Unsicherheitsreduktion einzelner Evidenzen oder deren Kombination berechnet. Eine Verteilung von redundanten Daten wird somit keine Verbesserung der Unsicherheitsreduktion gegenüber der Verteilung dieser Daten ohne Redundanz aufweisen. Außerdem wird in NetI der Einfluss von bereits verteilter Evidenz durch die Konditionierung auf E^1:k-1 abgebildet. Dadurch wird auf bereits in der Vergangenheit verteilte Evidenzen, die in Abhängigkeit stehen, Bezug genommen.
Einbeziehung von Unsicherheit in Sensormesswerten: in der Aktualisierungsgleichung des probabilistischen Filter-Algorithmus' geht die Wahrscheinlichkeit P(E^k|S^k) der Evidenz E^k unter der Bedingung der Situation S^k ein. Diese Wahrscheinlichkeit spiegelt die Unsicherheit in Sensormesswerten wider. Ist diese Wahrscheinlichkeit gering, insbesondere durch hohe Sensorungenauigkeit (z. B. Positionsbestimmung in Tunnelfahrt), so ist der Einfluss der Evidenz E^k auf die Unsicherheitsverteilung von S^k gering und somit ist auch der Wert von NetI gering.
Prioritätsbasierte Ressourcenbelegung: NetI stellt ein Maß als zahlenmäßige Größe bereit, das bei standardisierter Anwendung in allen Objekten eine globale Priorisierung von Nachrichten ermöglicht. Nachrichten, die Dateneinheiten mit hohem NetI-Wert beinhalten, können dadurch in der Kommunikation priorisiert werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass relevante Informationen schneller, mit höherer Redundanz, mit stärkerer Sendeleistung, etc. behandelt werden.
Kosteneinbeziehung: NetI bezieht explizit die Kosten, die durch die Informationsverteilung entstehen, in die Berechnung ein. Dadurch können Informationen, die hohe Kosten nach sich ziehen, entsprechend behandelt werden.
Die beschriebene zahlenmäßige Bestimmung des Nutzwert (U) bzw. von NetI kann in einem Cooperative Adaptive Cruise Control gemäß 1 vorteilhaft verwendet werden. Cooperative Adaptive Cruise Control bezeichnet die automatische Längsführung von Straßenfahrzeugen, wie z. B. Fahrzeug 10 als auf das Fahrzeug 20 folgendes Fahrzeug, auf Basis von Messwerten autonomer Sensorik (z. B. Relativposition, Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs 20 aus Radar des Fahrzeugs 10) und drahtlos übertragenen Informationen (z. B. Position, Geschwindigkeit, Fahrzeugtyp, Radschlupf, Niederschlagsmesswert) des vorausfahrenden Fahrzeugs 20 und/oder von Feststationen 30 (Roadside U-nits) in Kommunikationsreichweite.
Das Fahrzeug 20 ist mit GPS 23, Rad- und Regensensorik 22, 24 ausgestattet. Die Sensoren 22, 23, 24 erzeugen Messwerte in regelmäßigen Abständen. Auf Basis dieser Messwerte und bereits zuvor gemessener Daten wird der NetI-Wert berechnet. Mit dem NetI-Wert als Priorität wird eine Dateneinheit, die einen oder mehrere der Messwerte enthält, als Evidenz der Prioritätswarteschlange hinzugefügt. Ist die Warteschlage vollständig gefüllt und der niedrigste Prioritätswert in der Warteschlange höher als der NetI-Wert der neu hinzuzufügenden Evidenz, so wird diese Evidenz verworfen. Andernfalls wird die Evidenz an der entsprechenden Stelle in der Prioritätswarteschlange eingefügt. Wenn der Kommunikationskanal frei ist, wird die Prioritätswarteschlange sukzessive abgearbeitet und die enthaltenen Dateneinheiten entsprechend ihrer Priorität verteilt.
Empfänger der Dateneinheit sind das Fahrzeug 10 und die Feststation 30. Auf Basis der empfangenen Dateneinheit kann das Fahrzeug 10 die optimale Folgedistanz berechnen und entsprechende Fahrmanöver ansteuern. Die Feststation 30 speichert die Dateneinheit (z. B. Radschlupf- und Niederschlagsmesswerte) und verteilt diese bei Bedarf an weitere vorbeifahrende Fahrzeuge. Die Feststation 30 dient in diesem Fall als Relais-Station mit sog. Store-and-Forward Funktionalität.
Das Flussdiagramm gemäß 3 zeigt beispielhaft eine Optimierung des Nutzens zu übertragender Dateneinheiten auf Basis eines zahlenmäßig bestimmten Nutzwerts. Das Verfahren beginnt mit einem Schritt 31. Daraufhin wird in einem Schritt 32 ein erster Nutzwert I bestimmt, z. B. gemäß Gleichung [6]. In einem darauf folgenden Schritt 33 wird unter Berücksichtigung der Kosten ein Netto-Nutzwert NetI bestimmt, z. B. gemäß Gleichung [7].
In einem darauf folgenden Schritt 34 wird die Evidenz E mit einem maximalen Netto-Nutzwert bestimmt. Danach wird in einem Schritt 35 geprüft, ob der Netto-Nutzwert der Evidenz E einen Schwellenwert überschreitet. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird in einem Schritt 36 eine neue Evidenz angefordert. Die erste Kommunikationsstation sendet beispielsweise eine Anforderung an eine weitere Kommunikationsstation, z. B. die zweite Kommunikationsstation, eine bestimmte Dateneinheit über den Kommunikationskanal zu übertragen. Beispielsweise fragt die erste Kommunikationsstation hierdurch aktuelle Daten vom Regensensor 24 ab.
Sofern die Bedingung im Schritt 35 nicht erfüllt ist, wird in einem Schritt 37 eine entsprechende Steuerungs- oder Regelungsaktivität auf der Basis der verfügbaren Informationen ohne die neue Evidenz E ausgeführt. Wenn die zusätzlich gewonnene Evidenz nicht den erwarteten zusätzlichen Nutzen bietet, kann das Verfahren gemäß 3 iterativ angewendet werden.
Die Größe NetVol und die Größe MNetVol ist damit ebenfalls ein zahlenmäßig bestimmter Nutzwert U einer zu übertragenden Dateneinheit. Die Erfindung weist daher weitere Vorteile auf:
Einbeziehung von bereits akquirierter Information (Kontextbezug): Durch den Faktor P(E_r|E^1:k) in der Relevanzbestimmung wird die Auftrittswahrscheinlich einer noch unbekannten zu akquirierenden Evidenz E_r vor dem Hintergrund der bereits akquirierten Information E^1:k aus den Zeitschlitzen 1 bis k ausgewertet.
Einbeziehung von individuellem Nutzen: Durch die Einbeziehung der Nutzenfunktion wird der individuelle Nutzen des Ego-Objektes, der durch die Aktionsausführung erzielt werden kann, ausgedrückt.
Einbeziehung von Unsicherheit in Sensormesswerten: Die Wahrscheinlichkeitsverteilung P(S_a|A, E) ermöglicht die Einbeziehung von Unsicherheiten in Sensormesswerten bereits akquirierter Evidenzen. P(S^k+1|A, E) kann wie folgt umgeformt werden:
P(E^k|S^k) definiert hierbei die Likelihood-Verteilung der aktuellen Evidenzen E^k gegeben die aktuelle Situation S^k. Im Falle mehrerer Sensoren 1, ..., m, die Evidenzen E₁,... E_m im Zeitschritt k zur Situation S liefern, kann die Likelihood-Verteilung wie folgt faktorisiert werden:
Die Unsicherheit in Sensormesswerten kann so unabhängig für jeden Sensor bestimmt werden und geht als Produkt in die Informationsnutzenbestimmung ein. Gleiches kann auf die zu akquirierende Evidenz Er für die Wahrscheinlichkeitsverteilung P(E_r|E^1:k) angewendet werden.
Prioritätsbasierte Ressourcenbelegung: MNetVol stellt ein Maß bereit, das bei standardisierter Anwendung in allen Objekten eine globale Priorisierung von Nachrichten ermöglicht. Nachrichten, die Informationen mit hohem MNetVol anfragen, können dadurch in der Kommunikation priorisiert werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass relevante Informationen schneller, mit höherer Redundanz, mit stärkerer Sendeleistung, etc. behandelt werden.
Kosteneinbeziehung: MNetVol bezieht explizit die Kosten, die durch die Informationsverteilung entstehen, in die Berechnung ein. Dadurch können Informationen, die hohe Kosten nach sich ziehen, entsprechend behandelt werden.
Die Erfindung ermöglicht somit eine Anwendung informations-theoretischer Algorithmen zur Informationsnutzenbestimmung auf die Informationsakquisition in ITS, indem ein Nutzwert U als zahlenmäßige Größe bestimmt und für die Steuerung der Datenübertragung über den Kommunikationskanal verwendet wird. Die Akquisition von Informationen sollte sich demnach danach richten, inwieweit die zusätzliche Information zur Steigerung des zukünftig zu erwarteten Nutzens für das Ego-Objekt beiträgt. Durch die Bezugnahme auf bereits akquirierte Informationen können dynamische Abhängigkeiten über die Zeit in den Evidenzen berücksichtigt werden. Inherente Unsicherheiten in den bereits akquirierten Evidenzen, den zur Akquisition ausgewählten Evidenzen und der durch die Prädiktion zu erwarteten Situation können durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen erfasst und zahlenmäßig ausgedrückt werden. Durch die Bezugnahme auf die entstehenden Kosten (Bandbreitenbelegung, Nutzungsentgelte, etc.) kann auf die Ressourcenknappheit (Bandbreite, Geld, etc.) eingegangen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11p [0003]
IEEE 802.11 p [0004]
IEEE 802.11e [0059]
IEEE 802.11 [0059]
IEEE 802.11 [0059]
IEEE 802.11e [0059]
IEEE 802.11e [0059]

Claims

Verfahren zur Datenübertragung über einen Kommunikationskanal zwischen einer ersten Kommunikationsstation (1) und einer sich in einer Entfernung dazu befindenden weiteren Kommunikationsstation (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationsstation (1) aus von in der ersten Kommunikationsstation (1) verfügbaren Daten (S, E), die unter Verwendung zumindest eines eine physikalische Größe erfassenden Sensors (12, 22, 23, 24) bestimmt sind, für wenigstens eine über den Kommunikationskanal zu übertragende Dateneinheit (4, 5, 6, 7) zahlenmäßig einen Nutzwert (U) bestimmt und die Übertragung der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) über den Kommunikationskanal in Abhängigkeit von dem der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) zugeordneten Nutzwert (U) durchführt oder initiiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund des Nutzwerts (U) einer Dateneinheit (4, 5, 6, 7) deren Übertragungszeitpunkt, Übertragungshäufigkeit und/oder Übertragungsbandbreite bestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation prioritätsgesteuert erfolgt und die erste Kommunikationsstation (1) die Übertragung einer Dateneinheit (4, 5, 6, 7) anhand einer Priorität durchführt oder initiert, die unter Verwendung des der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) zugeordneten Nutzwerts (U) bestimmt ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationsstation (1) eine Bandbreite und/oder ein Übertragungsvolumen des Kommunikationskanals nach Maßgabe des der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) zugeordneten Nutzwerts (U) reserviert.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationsstation (1) die Dateneinheit (4, 5, 6, 7) auf dem Kommunikationskanal aussendet, wobei der Nutzwert (U) der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) zahlenmäßig anhand von in der ersten Kommunikationsstation (1) verfügbaren Daten (S, E) bestimmt wird, die eine Bestimmung des Nutzens der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) für einen oder mehrere Empfänger (2, 3) der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) ermöglichen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationsstation (1) die Dateneinheit (4, 5, 6, 7) von dem Kommunikationskanal empfängt, wobei die Dateneinheit (4, 5, 6, 7) von der weiteren Kommunikationsstation (2, 3) auf Anforderung über den Kommunikationskanal übertragen wird, wobei der Nutzwert (U) zahlenmäßig anhand von in der ersten Kommunikationsstation (S) verfügbaren Daten (S, E) bestimmt wird, die eine Bestimmung des Nutzens der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) für die erste Kommunikationsstation (1) oder eine mit der ersten Kommunikationsstation (1) verbundene Steuer- oder Regelungseinrichtung (11) ermöglichen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Kommunikationskanal ein Kommunikationsverfahren auf Basis zufälliger Wartezeiten verwendet wird, die durch Prioritätswerte beeinflussbar sind, wobei die erste Kommunikationsstation (1) den Prioritätswert in Abhängigkeit von dem der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) zugeordneten Nutzwert (U) bestimmt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzwert (U) zahlenmäßig zusätzlich unter Verwendung eines monetären Kostenwerts (C(E)) der Übertragung der Dateneinheit (4, 5, 6, 7) bestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzwert (U) zahlenmäßig durch eines oder mehrere der folgenden Verfahren bestimmt wird: a) Abweichung der Evidenz bzw. der Evidenzen von der vorhergehenden Evidenz bzw. vorgehenden Evidenzen, z. B. Euklidischer Abstand zweier Evidenzen, b) Ergebnis einer Nutzenfunktion, die der Evidenz bzw. den Evidenzen einen Nutzwert zuordnet, z. B. binäre Nutzenfunktion mit Schwellenwert, c) Abweichung der Evidenz bzw. der Evidenzen von der prognostizierten Evidenz bzw. von prognostizierten Evidenzen, d) Ergebnis einer generellen Nutzenfunktionen, die die Unsicherheit in der Situationsinformation, die aus der Evidenz bzw. den Evidenzen abgeleitet werden kann, quantifiziert, e) Ergebnis einer individuelle Nutzenfunktion, die den individuellen Nutzen eines Objektes für eine Evidenz bzw. für eine Menge an Evidenzen quantifiziert.
Kommunikationsstation (1, 2, 3) mit einem Steuerprogramm, das eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationsstation (1, 2, 3) weiter dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Dateneinheit (4, 5, 6, 7) über den Kommunikationskanal zu empfangen und/oder wenigstens eine Dateneinheit (4, 5, 6, 7) über den Kommunikationskanal zu senden.