DE102013215730A1

DE102013215730A1 - Verfahren zur optimierten Wahl eines drahtlosen Kommunikationskanals in hybriden Fahrzeug-basierten Kommunikationssystemen

Info

Publication number: DE102013215730A1
Application number: DE102013215730.4A
Authority: DE
Inventors: Levent-Yusuf Ekiz; Oliver Klemp; Christian Lottermann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Es wird ein Verfahren zur optimierten Wahl eines drahtlosen Kommunikationskanals in hybriden, insbesondere Fahrzeug-basierten Kommunikationssystemen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln eines Datenkommunikationsbedarfes, ein Ermitteln eines vordefinierten Anforderungsprofils für eine Kommunikation mittels des hybriden Kommunikationssystems, ein Ermitteln jeweiliger vordefinierter Eigenschaften einer Vielzahl möglicher Kommunikationskanäle sowie ein automatisches Auswählen eines Kommunikationskanals aus der ersten Vielzahl möglicher Kommunikationskanäle auf Basis des Anforderungsprofils und der vordefinierten Eigenschaften. Zudem wird eine applikationsabhängige Gewichtung der vordefinierten Eigenschaften vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Die Vernetzungstechnologie zur Bereitstellung von Funktionen im Bereich Infotainment, Verkehrsinformation und Sicherheit im Automobil basiert heute größtenteils auf der Verfügbarkeit von Mobilfunknetzen. Hierzu werden Fahrzeuge mit On-Board-Systemen zum Mobilfunk-Empfang ausgerüstet und über ein bestehendes Mobilfunknetz mit einem zentralseitigen (stationären) Backend verbunden, um mit diesem Daten austauschen zu können. Parallel zu den Mobilfunknetzen existieren vor allem im städtischen Bereich sowie im Bereich ausgewählter Straßen- und Gebäudeinfrastruktur WLAN-Netze basierend auf IEEE 802.11-Technologie. Darüber hinaus befinden sich ETSI ITS G5-Kommunikationssysteme im 5.9 GHz-Band in der Standardisierung, über die Kommunikationsverbindungen sowohl zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen als auch zwischen Fahrzeugen und einer fest installierten Infrastruktur ermöglicht werden soll. Viele Implementierungen zur automatischen Netzwahl- und Handoverentscheidung nutzen Entscheidungsalgorithmen, die ausschließlich auf lokal messbaren Radio-Parametern, wie z. B. der Empfangsleistung oder dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis, beruhen. Eine Methodik zur Bewertung von lokalen wie auch Backend (von einem stationären System, z. B. einem Server bezogenen) Informationen, wie z. B. die Netzkapazität einer Mobilfunkzelle oder die Verfügbarkeit von Drahtlosnetzen, zur optimalen Verbindungswahl fürs Fahrzeug, ist nicht vorhanden. Folglich existiert auch keine Methodik, die den äußerst dynamischen Gegebenheiten des Automobilumfelds, wie z. B. den Änderungen des Verkehrsflusses, gerecht werden kann.
Nachteile des Standes der Technik
Aufgrund der fehlenden Koordination zwischen den On-Board-Steuergeräten für Fahrzeug-Vernetzungstechnologien (insb. Mobilfunk, WLAN, ETSI ITS G5) und dem zentralseitigen Backend z. B. zum Zugriff auf historische Informationen aus Fahrzeug-Flottendaten sind heute kein Verfahren und insbesondere kein regelbasierter Algorithmus zum aktiven Ressourcen- und Verbindungsmanagement verfügbar. Daraus ergibt sich eine Reihe von Nachteilen:

1. Aufgrund der fehlenden, zentralen fahrzeugseitigen Ressource zur automatischen Verbindungsnetzwahl besteht keinerlei Möglichkeit zur Beeinflussung oder Kontrolle der aktuellen Verbindungsnetzwahl und ihrer Übertragungseigenschaften. Damit kann für alle Anwendungen ausschließlich eine sog. Best-Effort Übertragung sichergestellt werden, in welcher der Netzwerk-Betreiber die Verbindungsparameter vorgibt und die Qualität der Kundenfunktion ausschließlich von externen Randbedingungen abhängt. Im schlimmsten Fall bei hoher Netzwerklast kann dies bei der Umsetzung von Fahrer-Informations- oder sicherheitsrelevanter Fahrer-Assistenz-Diensten zu einem Ausfall der Kundenfunktion führen.
2. Ein weiterer Aspekt betrifft die Einflussnahme auf der Kostenseite: Bzgl. der variablen und mitunter nutzerspezifischen Verbindungsentgelte zwischen den einzelnen Kommunikationstechnologien besteht heute keine Möglichkeit zur Einflussname.
3. Bei parallel verfügbaren Netzen besteht heute keine Möglichkeit zur Last-Verteilung, d. h. der intelligenten und ggf. kooperativen Verteilung verfügbarer Netzwerk-Ressourcen zwischen mehreren Terminals. Dies führt zu einer ineffizienten Ausnutzung der lokal zur Verfügung stehenden spektralen Effizienz. Ressourcen von parallel zur Verfügung stehenden Netze (insb. ein Infrastruktur-bezogenes WLAN- oder ETSI ITS G5-Netz) werden nicht vollständig ausgeschöpft.
4. Es besteht keine Möglichkeit Quality-of-Service(QoS)-basiert die optimale Kommunikationstechnologie für den entsprechenden Anwendungsfall auszuwählen. Somit werden alle Kundenfunktionen (sicherheits-relevante und nicht-sicherheits-relevante) mit denselben Verbindungsparametern ausgeführt.
5. Durch den fehlenden Datenaustausch mit dem Backend werden historische Parameter (Erfahrungskarten oder Verfügbarkeitskarten und beispielsweise Radiokarten, die eine geographische Verfügbarkeit der Funknetze anzeigen), die durch Crowd-Sourcing von Sensorinformationen der eigenen Fahrzeug-Flotte im Backend bereitgestellt werden könnten, nicht in den regelbasierten Entscheidungs-Algorithmus integriert.

Im Stand der Technik ist beispielsweise lediglich bekannt, in Mobiltelefonen bestimmten Applikationen eine Verwendung sogenannter mobiler Datenverbindungen (z. B. 3G/UMTS, LTE, LTE-A) zu erlauben oder zu verwehren. Eine solche Präferenz ist jedoch statisch und führt zu einem generellen Verbot der einen oder anderen Übertragungstechnik durch eine bestimmte Applikation ungeachtet aktueller Randbedingungen für eine Datenübertragung.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für Fahrzeug-basierte Kommunikationssysteme eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Verbindungsnetzwahl bereitzustellen.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Fahrzeug, mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Entsprechend wird ein Verfahren zur optimierten Wahl eines drahtlosen Kommunikationskanals bzw. Funkkanals in hybriden Kommunikationssystemen vorgeschlagen. Unter einem drahtlosen Kommunikationskanal wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Kommunikationskanal verstanden, der sich von anderen, für das hybride Kommunikationssystem grundsätzlich möglichen, drahtlosen Kommunikationskanälen hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft unterscheidet. Die Eigenschaft kann dabei beispielsweise eine Bandbreite, eine Funktechnologie (Standard), ein Protokoll o. Ä. sein. Hybride Kommunikationssysteme gemäß der vorliegenden Erfindung sind dabei eingerichtet, mindestens zwei unterschiedliche Kommunikationskanäle verwenden zu können. Daher sind zu Beginn einer Datenübertragung ein erster Kommunikationskanal und/oder ein zweiter Kommunikationskanal zur Verwendung im Rahmen der anstehenden Datenübertragung auszuwählen. Daher wird in einem ersten Schritt ein Datenkommunikationsbedarf, z. B. in einem Fortbewegungsmittel (z. B. Fahrzeug) ermittelt. Im Folgenden wird der Anschaulichkeit halber der Begriff „Fahrzeug” verwendet, obwohl dieser auch stellvertretend für eine „mobile Vorrichtung” (z. B. ein Steuergerät, elektronisches Anwenderendgerät etc.) sowie allgemein ein „Fortbewegungsmittel” verweisen soll. Der Datenkommunikationsbedarf kann dabei beispielsweise durch höhere Applikationsebenen veranlasst sein. Dies kann beispielsweise der Versand von Daten (E-Mail, Fahrzeugdatenpakete etc.) oder eine Anforderung von Daten (z. B. eine Internetseite, eine Videodaten-Datei, ein Fahrzeugdatenpaket etc.) sein. Anschließend wird ein vordefiniertes Anforderungsprofil für eine Kommunikation mittels des hybriden Kommunikationssystems bzw. Kommunikationssteuergerät ermittelt. Das vordefinierte Anforderungsprofil kann dabei z. B. als Datensatz innerhalb des Fahrzeugs bzw. innerhalb des Kommunikationssystems abgespeichert sein. Es enthält Einträge, mit Hilfe welcher eine Eignung eines Kommunikationskanals gegenüber einem anderen Kommunikationskanal bewertet werden kann. Die Einträge können jeweiligen vordefinierten Eigenschaften möglicher Funkkanäle entsprechen. Mit anderen Worten enthält das Anforderungsprofil Informationen zur Bewertung einzelner Eigenschaften für das Kommunikationssystem in Frage kommender Funkkanäle. Anschließend werden vordefinierte Eigenschaften einer Vielzahl möglicher Funkkanäle ermittelt. Die vordefinierten Eigenschaften können zur Beurteilung einer Eignung eines jeweiligen Funkkanals bei der Verwendung für eine anstehende Datenkommunikation herangezogen werden. Anschließend wird ein Funkkanal aus der Vielzahl möglicher Funkkanäle auf Basis des Anforderungsprofils und der vordefinierten Eigenschaften automatisch ausgewählt. Dabei werden die vordefinierten Eigenschaften der möglichen Funkkanäle mittels der in dem Anforderungsprofil hinterlegten Informationen bewertet. Das vorstehend geschilderte Verfahren ermöglicht dabei eine Definition bestimmter Anforderungen für eine bevorstehende Datenkommunikation, welche in Anbetracht jeweiliger Umstände zu einer Auswahl eines geeigneten Kommunikationskanals führen.
Beispielsweise kann das vordefinierte Anforderungsprofil von einem Anwender und/oder einem Fahrzeughersteller vordefiniert sein. Der Fahrzeughersteller kann dabei beispielsweise sicherheitsrelevante Applikationen mit einem solchen Anforderungsprofil bewegen, welches einen sofortigen Aufbau eines geeigneten Kommunikationskanals im Falle eines Unfalls ermöglicht, während Kostenaspekte völlig ungeachtet bleiben. Für Infotainment-Aspekte kann der Fahrzeughersteller beispielsweise die Verwendung eines anwenderdefinierten Anforderungsprofils zulassen. Ein Anwender kann beispielsweise ein personalisiertes Anforderungsprofil festlegen, in welchem den Tarifen seines aktuellen Telekommunikationsvertrages entsprochen wird. Zudem können beispielsweise Präferenzen hinsichtlich einer schnellen maximalen Datenübertragungsrate gegenüber einer geringeren, dafür jedoch kontinuierlich zugesicherten, Datenrate festgelegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das vordefinierte Anforderungsprofil zur Verwendung mit einer jeweiligen Applikation festgelegt sein. Wenn also die jeweilige Applikation eine Datenübertragung anfordert, kann in Abhängigkeit der applikationsspezifischen Anforderungen an eine Datenübertragung ein geeignetes Anforderungsprofil gewählt werden. Selbstverständlich können unterschiedliche Anforderungsprofile (beispielsweise ein anwenderspezifisches und ein anwendungsspezifisches) Anforderungsprofil gemeinsam (miteinander kombiniert) verwendet werden. Mit anderen Worten können die Präferenzen eines Anwenders sowie die Erfordernisse der Applikation beide durch entsprechende Anforderungsprofile bei der Wahl des Kommunikationskanals berücksichtigt werden.
Bevorzugt können die in dem Anforderungsprofil hinterlegten Informationen solcher Natur sein, dass sie sich zur Gewichtung bei der Bewertung mindestens einer der vorliegenden Eigenschaften möglicher Funkkanäle eignen. Mit anderen Worten können hohe Gewichtungsfaktoren den Einfluss einer jeweiligen vordefinierten Eigenschaft des aktuellen Kanals (welche zeitabhängig veränderlich sein können) möglicher Kommunikationskanäle auf die Kanalwahl verstärken und niedrige Gewichtungsfaktoren innerhalb des Anforderungsprofils den Einfluss der jeweiligen vordefinierten Eigenschaften der möglichen Kommunikationskanäle bei der Funkkanalwahl vermindern.
Weiter bevorzugt kann ein erstes Anforderungsprofil für eine erste Anwendung (z. B. sicherheitsrelevante Funktionen im Falle einer Fehlfunktion bzw. eines Unfalls) und ein zweites Anforderungsprofil für eine zweite Anwendung (Unterhaltungselektronik) vordefiniert sein. Dies ermöglicht eine besonders umfassende und exakte Bewertung der aktuellen Kanalparameter bei der Kommunikationskanalwahl in Abhängigkeit der Natur des Datenkommunikationsbedarfes im Fahrzeug.
Erfindungsgemäß können unterschiedliche vordefinierte Eigenschaften möglicher Kommunikationskanäle ermittelt und untersucht und erfindungsgemäß bewertet werden. Im Folgenden werden (ohne Anspruch auf Vollständigkeit) bevorzugte Beispiele genannt. Eine aktuelle und/oder erfahrungsbasiert ermittelte Signalstärke (z. B. RSS und/oder RSSI), die zu einem jeweiligen Funkkanal ermittelt wird. Ein Signal-Interferenz-zu-Rausch-Abstand (SINR), der einen Kennwert für die Ermittlung aktueller Störungen für einen jeweiligen Funkkanal darstellt. Einen Wert charakterisierend bei der Verwendung des jeweiligen Funkkanals entstehender Übertragungskosten. Hierzu kann ein Abgleich mit einem Anwenderprofil erfolgen, in welchem der Anwender oder der Fahrzeughersteller Informationen zu seinem Telekommunikationsvertrag bzw. den darin enthaltenen Tarifen hinterlegt hat. Eine zeitliche Verzögerung übermittelter Daten kann herangezogen werden, um die Echtzeitfähigkeit einer Übertragung (z. B. zur Eignungsprüfung für Voice over IP-Anwendungen) zu ermitteln. Der erforderliche Leistungsbedarf bzw. der anzunehmende Energiebedarf des Modems im Zuge einer bevorstehenden Ermittlung über einen jeweiligen Funkkanal. Eine Verfügbarkeitsprognose der Verbindungsnetze hinsichtlich einer bevorstehenden Fahrstrecke kann herangezogen werden, um die Wahrscheinlichkeit eines Verbindungsabbruchs der Auswahlentscheidung zugrunde zu legen. Eine Auslastung eines jeweiligen Funkkanals kann die Qualität der Signalübertragung sowie den maximal möglichen Datendurchsatz indizieren. Eine Robustheit der Übertragung über einen jeweiligen Funkkanal kann zur Ermittlung einer Abbruchssicherheit für die bevorstehende Kommunikation (z. B. im Verlauf eines vordefinierten Streckenabschnittes) zugrunde gelegt werden. Zudem kann eine maximale, eine durchschnittliche, eine mindestens zugesicherte und/oder eine wahrscheinliche Datenübertragungsrate für einen jeweiligen möglichen Funkkanal ermittelt werden. Die vorstehend genannten vordefinierten Eigenschaften stellen dabei geeignete Möglichkeiten dar, die Eignung eines möglichen Funkkanals für eine bevorstehende Datenübertragung festzustellen.
Grundsätzlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung unerheblich, auf welche Weise die vorgenannten vordefinierten Eigenschaften ermittelt werden. Mit anderen Worten hat nicht notwendigerweise eine Fahrzeug-basierte Messung/Ermittlung der Daten zu erfolgen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann also auch eine externe Instanz die vordefinierten Eigenschaften ermitteln und dem hybriden Fahrzeug-basierten Kommunikationssystem (auf welchem Wege auch immer) mitteilen. Beispielsweise ist es auch denkbar, bestimmte Eigenschaften in Form statistischer Datensätze offline in das Fahrzeug zu laden und während der Fahrt zur Funkkanalwahl auszuwerten. Zusätzlich ist es jedoch auch möglich, Daten während des Betriebes des Fahrzeugs zu sammeln und lokal aufzuzeichnen, um sie für eine spätere erfindungsgemäße Verwendung zu berücksichtigen.
Bevorzugt werden vordefinierte Eigenschaften eines möglichen Funkkanals bezüglich einer vordefinierten Fahrtstrecke des Fahrzeugs vorab ermittelt. Mit anderen Worten wird (beispielsweise vor dem Nutzen einer Datenkommunikation) eine anhand eines Navigationssystems vordefinierte Fahrtstrecke des Fahrzeugs hinsichtlich im Verlauf der Fahrtstrecke bestehender Kommunikationsoptionen untersucht. Dabei kann beispielsweise auf eine Historie zurückgegriffen werden, welche innerhalb des Fahrzeugs im Zuge vorheriger Fahrten auf derselben Route („Fahrtstrecke”) angelegt worden ist. Alternativ oder zusätzlich können Daten von außerhalb des Fahrzeugs herangezogen werden. Beispielsweise können die Daten von einem Datenkommunikationsanbieter (Netzbetreiber) und/oder einer Informationen einer Vielzahl von Fahrzeugen sammelnden Plattform abgerufen werden, so dass die Historie auf deutlich mehr Eingangsgrößen beruht. Dabei kann die (fahrzeugbasierte oder zentral erstellte) Historie beispielsweise nach Wochentag und Tageszeit strukturiert sein, so dass unabhängig von aktuellen Umständen eine gute Basis zur Beurteilung möglicher Funkkanäle bereitgestellt wird.
Bevorzugt kann bereits zu einem frühen Zeitpunkt eine Eignung möglicher Funkkanäle für eine Datenkommunikation im weiteren Verlaufe einer vordefinierten Fahrtstrecke ermittelt und auf dieser Basis bereits konkrete Funkkanäle ausgewählt werden. Mit anderen Worten können für die bevorstehende Fahrtstrecke die am besten geeigneten Funkkanäle in Abhängigkeit von Raum und Zeit ausgewählt und nacheinander für die Durchführung der Datenkommunikation verwendet werden. Dabei wird zwischen einem aktuell verwendeten ersten und einem zweiten, bereits ausgewählten Funkkanal erst dann umgeschaltet, wenn eine vordefinierte Bedingung eingetreten ist. Diese kann beispielsweise das Erreichen einer vordefinierten Position durch das Fahrzeug sein. Zusätzlich kann auch ein (unerwarteter) Abfall einer aktuellen Verbindungsqualität zu einer vorgezogenen Verwendung eines zweiten ausgewählten Funkkanals führen. Selbstverständlich kann die vordefinierte Bedingung auch als zurückgelegte Fahrtstrecke abgespeichert werden. Sofern die vordefinierte Fahrtstrecke zwischendurch nicht geändert worden ist, kann also beispielsweise nach Durchfahren einer vordefinierten Distanz ein Wechsel auf einen zweiten ausgewählten Kommunikationskanal automatisch erfolgen. Selbstverständlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren jedoch nicht ausgeschlossen, dass auch nach einer Wahl eines Kommunikationskanals weiterhin weitere Kommunikationskanäle parallel Verwendung finden können.
Wie bereits angesprochen können fahrzeugexterne Datenbanken zur Ermittlung vordefinierter Eigenschaften möglicher Funkkanäle verwendet werden. Diese können beispielsweise sogenannte Crowd-Sourcing-Technologien verwenden, bei welchen eine Vielzahl von Fahrzeugen zur Sammlung kontinuierlicher Daten beitragen, welche zur Wahl eines geeigneten Kommunikationskanals geeignet sind. Alternativ oder zusätzlich können Betreiberinformationen von einem Netzbetreiber bzw. einem Provider verwendet werden, um eine Eignung möglicher Funkkanäle im weiteren Verlauf einer vordefinierten Fahrt zu beurteilen. Die Daten können einerseits aktuelle Umgebungsbedingungen widerspiegeln oder erfahrungsbasiert in Form einer Historie angelegt werden. Die vorstehend genannten Möglichkeiten vom Bezug vordefinierter Eigenschaften ermöglichen eine umfassende und bestmögliche Informationslage zur Auswahl eines am besten geeigneten Funkkanals.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden eine Vorrichtung (tragbares Endgerät) sowie ein Fahrzeug vorgeschlagen, mittels welchem das vorstehend genannte Verfahren ausgeführt werden kann. Hierzu umfassen die Vorrichtung sowie das Fahrzeug zumindest eine Sendeempfangseinrichtung, einen Datenspeicher sowie eine Verarbeitungseinheit. Die Sendeempfangseinrichtung ist beispielsweise eingerichtet, Informationen von außerhalb der Vorrichtung/des Fahrzeugs zu empfangen oder Charakterisierungen möglicher Funkkanäle im Umfeld durchzuführen. Der Datenspeicher ist eingerichtet, Anforderungsprofile vorzuhalten. Zusätzlich können erfahrungsbasierte Informationen gespeichert werden, die in Form einer in der Vorrichtung/im Fahrzeug gepflegten Datenbank vorgehalten werden, aufgrund welcher aktuell vordefinierte Routen für die Vorrichtung/das Fahrzeug auf die Eigenschaften möglicher Kommunikationskanäle hin untersucht werden können. Schließlich ist eine Verarbeitungseinheit vorgesehen, die einen Prozessor umfassen kann. Mittels des Prozessors können in Verbindung mit der Sendeempfangseinheit und dem Datenspeicher die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt und insbesondere die automatische Auswahl eines Kommunikationskanals auf Basis des Anforderungsprofils unter vordefinierten Eigenschaften durchgeführt werden.
Das Ermitteln der vordefinierten Eigenschaften kann dabei zyklisch, insbesondere im Ansprechen auf einen Zeitablauf und/oder auf eine Aktualisierung eines Datenkommunikationsbedarfes erfolgen. Auch andere geänderte Randbedingungen, wie beispielsweise ein Aktualisieren einer bevorstehenden Route aufgrund einer Neuberechnung einer Route eines Navigationssystems, ein aktualisierter Wert einer Eigenschaft eines Kommunikationskanals usw. können ein erneutes Ermitteln der vordefinierten Eigenschaften möglicher Kanäle anstoßen. Auf diese Weise können veraltete Informationen zu den Eigenschaften möglicher Kanäle verworfen werden und die Auswahl eines Kommunikationskanals erfolgt stets auf Basis am besten geeigneter Informationen.
Beispiele für gewählte drahtlose Kommunikationskanäle sind durch die Standards GSM, UMTS, LTE, LTE-A, W-LAN, ITS-G5 beschrieben, wobei die vorstehende Auflistung nicht abschließend zu verstehen ist.
Im Folgenden werden mögliche erfindungsgemäße Maßnahmen beschrieben, um die eingangs genannten Nachteile zu umgehen.
Die in den obigen Aufzählungspunkten 1–4 und insb. 5–7 beschriebenen Nachteile können durch ein fahrzeugseitiges und zentrales, anwendungsbezogenes Ressourcen-Management unter Einbeziehung lokaler Messgrößen und Verwendung historischer oder zentralseitig verfügbarer (d. h. kooperativer) Information reduziert und z. T. komplett aufgehoben werden. Hierzu müssen die abzubildenden Kundenfunktionen über ein zentrales QoS-Verfahren unterschieden werden.
Für die Bewertung, Gewichtung und die adaptive Erweiterung von Kontextinformation sind hierarchische Algorithmen wie z. B. Analytische Hierarchie-Prozesse (AHP) verwendbar. Durch die Hierarchie können für eine definierte Kostenfunktion (z. B. stets die kostengünstigste, robusteste Verbindung), die einzelnen Ebenen und die entsprechenden Parameter dem Anwendungsfall entsprechend gewichtet werden. Dabei kann die Gewichtung der Parameter in Abhängigkeit des aktuellen Zustands bzw. des Orts, wo sich das Fahrzeug befindet, leicht verändert werden. Folglich wäre es z. B. in einem ländlichen Gebiet möglich, den kooperativen Backend Informationen, die aufgrund der verfügbaren Infrastruktur nur über die Mobilfunkschnittstelle bezogen werden können und dadurch hohe Kosten verursachen würden, eine niedrige Priorität zuzuweisen als passiv durch das Ego-Fahrzeug ermittelbaren Verbindungsgrößen. Die hierarchische Bewertung der Kontextparameter ermöglicht eine optimale Erfüllung der Kostenfunktion durch gegenseitige Repriorisierungen unter Verwendung des verfügbaren Kontext-Wissens während der Laufzeit. Weiter kann die hierarchische Struktur ferner durch die Fahrzeug-Sensorik erweitert werden, um z. B. eine verbesserte Vorkonditionierung der Kommunikations-Systeme bei Handover-Entscheidungen, bei Wettereinflüssen (z. B. Schnee oder Starregen) oder bei hohem Straßenverkehrs-Aufkommen zu erreichen.
Weitere Aspekte bzw. Ausgestaltungen und Erweiterungen der Hierarchie können z. B. erzielt werden durch:

1. Passiv messbare Netzwerk-Parameter im On-Board-Kontext (Leistungskenngrößen, Interferenzverhalten, maximale Datenrate).
2. Aktiv messbare Netzwerk-Parameter im On-Board-Kontext (Latenz, Paket-Fehlerrate, Datenrate).
3. Historische Informationen (Erfahrungskarten oder Verfügbarkeitskarten) durch Crowd-Sourcing von Netzwerk-Messgrößen der eigenen Fahrzeugflotte.
4. Gezielte Infrastruktur-Informationen der Netzwerkbetreiber, z. B. die Lage von Basisstationen, um einen bestimmten Drahtlosdienst zur Verfügung zu stellen.
5. Lokale Fahrzeug-Parameter (Positions-Sensorik mit Routen-Eigenschaften, Drehraten-Sensorik, Richtungs-Sensorik, bildgebende Sensorik, Niederschlags-Sensorik, etc.).

Durch eine solche Ausgestaltung bzw. Erweiterung der Hierarchie kann den Kundenwünschen besser entsprochen werden. Die Konstellationen der Gewichte der Parameter können als Anforderungsprofile hinterlegt werden. Beispielsweise kann für einen Kunden, der zu einem bestimmten Zeitpunkt einen großen Download so schnell wie möglich abschließen möchte, ein Anforderungsprofil zum Einsatz kommen, bei Anwendung eines welchen mit aktiver Messung die Downloadrate aller zur Verfügung stehenden Netze ermittelt wurde/und während der Verbindung anderer Kanäle wiederholt geprüft werden.
Für die Verbindungswahl eine hierarchische Bewertung zu benutzen ermöglicht die einfache Priorisierung der Kostenfunktion für Applikationsprofile (Energie-Effizienz (CO2-Reduzierung), Kosten, Robustheit der Datenübertragung). Der Ansatz ist ähnlich einem Fahrerlebnisschalter, mittels eines welchen der Kunde die von ihm gewünschte Konditionierung seiner Fahrzeugleistung wählen kann und dadurch entweder sportlich auf Kosten der Energieeffizienz fahren oder die Energieeffizienz in den Vordergrund stellen kann. Ferner können für das Ressourcen-Management bei der Datenkommunikation unter Nutzung einer hierarchischen Bewertung folgende Vorteile erzielt werden:

1. Applikationsabhängig können spezifische Dienstgütemerkmale wie z. B. die maximale Datenrate, die minimale Übertragungszeit, die minimalen Übertragungskosten oder die maximale Robustheit eines Dienstes in den Vordergrund gestellt werden.
2. Eine gesteigerte Flexibilität bei der Wahl der Funksysteme, die ggf. unterschwellig durch den Kundenwunsch nach einer Kosteneffizienz oder einer maximalen Datenrate erfolgt.
3. Ein Fahrzeughersteller kann in Abhängigkeit der Daten, die durch ein zentrales Backend an die Fahrzeugflotte übermittelt werden, bestimmen, inwiefern er die Daten für eine Wahl des Funkzugangssystems gewichten möchte. Wenn der Fahrzeughersteller z. B. der Stauinformation aus dem Backend nicht vertraut oder sie z. B. für veraltet hält, kann er sie Remote ohne direkten Zugriff aufs Fahrzeug so gering wie möglich gewichten.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
1 ein Diagramm zu den Abhängigkeiten zwischen Applikationen, Anforderungsprofilen und möglichen Funkkanälen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Übersicht über Komponenten eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
3 ein Modell einer möglichen Ausgestaltung eines Anforderungsprofils;
4 ein Flussdiagramm, veranschaulichend Schritte gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine Vielzahl 30 von Anwendungen 31, 32, 33. Erfindungsgemäß sind die Anwendungen 31, 32, 33 als Applikationen eingerichtet, beim Anfordern einer Datenübertragung eine Auswahl eines Funkkanals 11, 12, 13 als Kommunikationskanal aus einer Vielzahl 10 möglicher Funkkanäle 11, 12, 13 ein jeweiliges Anforderungsprofil 21, 22, 23 einer Vielzahl 20 von Anforderungsprofilen 21, 22, 23 zu verwenden. Im Beispiel hat die Applikation 32 (eine Multimediaanwendung, welche einen Videostream anfragt) ein Anforderungsprofil 22 ausgewählt, welches Wichtungsfaktoren 221, 222, n enthält. Die Wichtungsfaktoren 221, 222, n korrespondieren zu vordefinierten Eigenschaften 111, 112, m₁, 121, 122, m₂, 131, 132 und m₃. Bei der Auswahl des ersten Kommunikationskanals 11, des zweiten Kommunikationskanals 12 oder eines dritten Kommunikationskanals 13 werden die vordefinierten Eigenschaften des Funkkanals 111, 112, m₁, 121, 122, m₂, 131, 132, m₃ aufgrund der jeweiligen Gewichtungsfaktoren 221, 222, n des Anforderungsprofils 22 bewertet und im Beispiel der zweite Kommunikationskanal 12 als am besten geeignet befundet. Aufgrund seiner besten Eignung wird der zweite Funkkanal 12 ausgewählt und zur Übertragung des angeforderten Videostreams an die Applikation 32 verwendet.
2 zeigt ein Fahrzeug 1, welches mit einer Sendeempfangseinrichtung 2, einem Datenspeicher 4 und einer Verarbeitungseinheit 3 ausgestattet ist. Der Datenspeicher 4 umfasst eine Vielzahl 20 von Anforderungsprofilen 21, 22, 23 sowie ein Verzeichnis stationärer Sendeeinrichtungen im Zulassungsbereich des Fahrzeugs 1. Die Sendeempfangseinrichtung 2 ist dabei eingerichtet, Charakterisierung der Funkkanäle selbständig durchzuführen und zudem externe Informationen zur Verfügbarkeit und den Eigenschaften möglicher Funkkanäle im Zulassungsbereich zu empfangen. Zudem ist die Sendeempfangseinrichtung 2 eingerichtet, Nutzdaten der Vielzahl 30 von Anwendungen 31, 32, 33 zu übertragen. Die Verarbeitungseinheit 3 umfasst einen (nicht dargestellten) Prozessor, welcher eingerichtet ist, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Aufbaus eines Anforderungsprofils, wie es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Auf konzentrisch zusammenlaufenden Achsen sind die einzelnen Gewichtungsfaktoren für eine jeweilige Anwendung 31, 32, 33 aufgetragen. Es sind im Uhrzeigersinn beispielhaft aufgetragen: die Signalstärke 321, ein Signal-Interferenz-zu-Rausch-Verhältnis (SINR) 322, eine zeitliche Verzögerung (”Delay”, „Ping-Zeit”) übermittelter Daten 323, der Energieverbrauch 324, ein Wert, charakterisierend bei der Verwendung entstehende Verbindungskosten 325, eine Verfügbarkeitskenngröße 326 sowie eine aktuelle Auslastung 327. Zwei beispielhafte Anforderungsprofile 5, 6 sind in die Darstellung eingezeichnet. Während ein erstes Anforderungsprofil 5 die Auslastung 327 eines auszuwählenden Funkkanals 12 mit 0,5 recht hoch bewertet, ansonsten jedoch sehr geringe Anforderungen (zwischen 0,2 und 0,1) stellt, sind die Anforderungen eines zweiten Anforderungsprofils 6 relativ ausgewogen im Bereich zwischen 0 und 0,2. Die jeweiligen Gewichtungsfaktoren (0 bis 0,6) können somit zur Gewichtung jeweiliger Eigenschaften eines der Vielzahl vordefinierter Funkkanäle 11, 12, 13 verwendet werden und somit der Auswahl des Funkkanals zugrunde gelegt werden. Die Summe der Gewichte ist 1.
4 zeigt ein Flussdiagramm, veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Schritt 100 wird ein Datenkommunikationsbedarf in einem Fahrzeug ermittelt. Mit anderen Worten erkennt eine Applikation die Notwendigkeit eines Versandes bzw. eines Empfangs von Daten. In Schritt 200 wird ein der Applikation entsprechendes Anforderungsprofil ermittelt. Auf diese Weise werden die Präferenzen für eine geeignete Datenverbindung in Anbetracht der Anforderungen der Applikation unter Berücksichtigung aktueller Eigenschaften zur Verfügung stehender Kanäle der Auswahl eines Kommunikationskanals zugrunde gelegt. In Schritt 300 werden aktuelle vordefinierte Eigenschaften verfügbarer möglicher Kommunikationskanäle ermittelt. Dies kann beispielsweise durch eine Signalstärkemessung innerhalb des Fahrzeugs und eine Verwendung von extern erhaltener Auslastungskenngrößen für einen jeweiligen Funkkanal erfolgen (z. B. von einem Backend). In Schritt 400 werden zusätzlich zukünftige vordefinierte Eigenschaften möglicher Funkkanäle für die im Navigationssystem des Fahrzeugs hinterlegte Route ermittelt. Auf diese Weise wird eine Auswahl von Funkkanälen vorgenommen, welche erst beim Erreichen zukünftiger Wegstreckenpunkte Verwendung finden werden bzw. erst dann eine beste Eignung aufweisen. In Schritt 500 erfolgt anschließend eine Gewichtung der in den Schritten 300 und 400 ermittelten Eigenschaften unter Verwendung des in Schritt 200 ermittelten Anforderungsprofils. In Schritt 600 wird schließlich eine Vielzahl von Funkkanälen ausgewählt, welche sich aufgrund des Gewichtungsergebnisses als für die bevorstehende Fahrtstrecke am besten geeignet herausgestellt haben. Dabei werden die Funkkanäle mit vordefinierten Bedingungen (”Triggern”) assoziiert und abgespeichert. Beim Eintreten der vordefinierten Bedingungen (z. B. Erreichen einer vordefinierten Position bzw. eines vordefinierten zugeordneten Kilometerstandes) wird ein der Bedingung zugeordneter ausgewählter Funkkanal im Schritt 700 aktiviert und somit zur Datenübertragung verwendet. Dabei kann der Schritt 700 mehrfach durchlaufen werden, indem ein weiterer Trigger (Erreichen einer weiteren im Speicher hinterlegten vordefinierten Bedingung zur Aktivierung eines nächsten Funkkanals) ausgelöst wird. Auf diese Weise wird ein aktueller Datenkommunikationsbedarf in gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Weise abgearbeitet. Bei Feststellen eines weiteren Datenkommunikationsbedarfs beginnt das in 4 dargestellte Verfahren mit Schritt 100 erneut.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Sendeempfangseinheit
3: Verarbeitungseinheit
4: Datenspeicher
5, 6, 21, 22, 23: Anforderungsprofil
10, 20, 30: Vielzahlen
11, 12, 13: Kommunikationskanäle, Funkkanäle
31, 32, 33: Anwendungen
111, 112, m₁, 121, 122, m₂, 131, 132, m₃, 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327: vordefinierte Eigenschaften
221, 222, n: Gewichtungsfaktoren

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 802.11-Technologie [0001]

Claims

Verfahren zur optimierten Wahl eines drahtlosen Funkkanals (11, 12, 13) in hybriden fahrzeugbasierten Kommunikationssystemen umfassend die Schritte – Ermitteln (100) eines Datenkommunikationsbedarfes, insbesondere in einem Fortbewegungsmittel (1), – Ermitteln (200) eines vordefinierten Anforderungsprofils (22) für eine Kommunikation mittels des hybriden Kommunikationssystems, – Ermitteln (300) jeweiliger vordefinierter Eigenschaften (111, 112, m₁, 121, 122, m₂, 131, 132, m₃) einer Vielzahl (10) möglicher Funkkanäle (11, 12, 13), – automatisches Auswählen (600) eines Funkkanals (12) aus der Vielzahl (10) möglicher Funkkanäle (11, 12, 13) auf Basis des Anforderungsprofils (22) und der vordefinierten Eigenschaften (111, 112, m₁, 121, 122, m₂, 131, 132, m₃).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das vordefinierte Anforderungsprofil (22) von einem Anwender und/oder einem Hersteller für einen jeweiligen Anwender und/oder zur Verwendung mit einer jeweiligen Applikation (32) festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels des Anforderungsprofils (22) eine Gewichtung mindestens einer der vordefinierten Eigenschaften (111, 112, m₁, 121, 122, m₂, 131, 132, m₃) vor der Auswahl des Funkkanals (12) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erstes Anforderungsprofil (21) für eine erste Anwendung (31) und ein zweites Anforderungsprofil (22) für eine zweite Anwendung (32) vordefiniert ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vordefinierten Eigenschaften (111, 112, m₁, 121, 122, m₂, 131, 132, m₃) zumindest eine der folgenden Eigenschaften (321, 322, 323, 324, 325, 326, 327) für jeden der ersten Vielzahl möglicher Funkkanäle umfassen: – eine Signalleistung und/oder eine Signalstärke (321), – eine Signal-Interferenz-zu-Rausch-Abstand (322), – einen Wert charakterisierend bei der Verwendung entstehender Kosten (325), – eine zeitliche Verzögerung übermittelter Daten (323), – Energieverbrauch (324), – eine Verfügbarkeitsprognose hinsichtlich einer bevorstehenden Route (326) – eine Auslastung (327) – eine Robustheit – eine Datenrate.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei vordefinierte Eigenschaften (111, 112, m₁, 121, 122, m₂, 131, 132, m₃) eines möglichen Funkkanals (11, 12, 13) bezüglich einer vordefinierten Route vorab ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verwenden eines zweiten, bereits ausgewählten Funkkanals (13) zeitlich und/oder räumlich verzögert wird, bis eine vordefinierte Bedingung eingetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die vordefinierte Bedingungen eine vordefinierte zurückgelegte Route und/oder Erreichen einer vordefinierten Position ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine der vordefinierten Eigenschaften auf Basis von Crowd Sourcing Technologie und/oder auf Basis von Betreiberinformationen ermittelt wird.
Vorrichtung, insbesondere für ein Fortbewegungsmittel, bevorzugt für ein Fahrzeug (1), umfassend – eine Sendeempfangseinrichtung (2), – einen Datenspeicher (4) – eine Verarbeitungseinheit (3), wobei die Verarbeitungseinheit (3) eingerichtet ist, mit der Sendeempfangseinrichtung (2) und dem Datenspeicher (4) zu kommunizieren und ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.