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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine korrespondierende Steuervorrichtung zum Betreiben einer Basisstation.
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Grundlage vieler heutiger Fahrerassistenzsysteme ist die Erkennung der unmittelbaren Umgebung eines Fahrzeugs. Zur weiteren Verbesserung der Verkehrssicherheit und Energieeinsparung werden in zukünftigen Fahrzeugassistenzsystemen auch Informationen über vorausliegende Fahrstrecken erfasst und ausgewertet. Um Fahrerassistenzsystemen Informationen über die vorausliegende Strecke zur Verfügung zu stellen, wird ein elektronischer Horizont ermittelt.
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Der Begriff elektronischer Horizont kennzeichnet hierbei einen virtuellen Sensor, der Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs bereitstellt. Der elektronische Horizont wird üblicherweise zyklisch bereitgestellt. Es wird hierzu fortlaufend die vorausliegende Route ermittelt, auf der sich das Fahrzeug voraussichtlich bewegen wird. Diese Route wird als der am wahrscheinlichste Fahrpfad, im Englischen Most Probable Path (MPP) bezeichnet. Die Berechnung des am wahrscheinlichsten Fahrpfads basiert derzeit auf statischen Kartenattributen, wie zum Beispiel einer höchsten Straßenklasse.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Betreiben einer Basisstation zu schaffen, das beziehungsweise die eine zuverlässige Nutzung von Fahrerassistenzsystemen eines Fahrzeugs ermöglicht und zu einem effizienten und/oder sicheren und/oder komfortablen Betrieb des Fahrzeugs beiträgt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Betreiben einer Basisstation. Der Basisstation werden mehrere Pfade bereitgestellt, die repräsentativ sind für jeweils eine durch ein Fahrzeug befahrbare Strecke in einer Umgebung der Basisstation. Ferner werden Fahrzeugdaten wenigstens eines Fahrzeugs in der Umgebung der Basisstation bereitgestellt, umfassend eine aktuelle Position und eine aktuelle Fahrtrichtung des jeweiligen Fahrzeugs.
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Abhängig von den Fahrzeugdaten wird eine aktuell durch das jeweilige Fahrzeug befahrene Strecke ermittelt. Die durch das jeweilige Fahrzeug befahrene Strecke wird einem aktuellen Pfad zugeordnet.
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Abhängig von den Fahrzeugdaten wird ein auf den aktuellen Pfad folgender Pfad ermittelt, der repräsentativ ist für eine Strecke, die das jeweilige Fahrzeug am wahrscheinlichsten nach der aktuell befahrenen Strecke befahren wird. Ferner wird der auf den aktuellen Pfad folgende Pfad dem jeweiligen Fahrzeug durch die Basisstation bereitgestellt.
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Eine Ermittlung des wenigstens einen Pfads kann vorteilhaft extern zu dem Fahrzeug erfolgen. Ein Bereitstellen des auf den aktuellen Pfad folgenden Pfads ermöglicht einen besonders zuverlässigen Betrieb des Fahrzeugs. Der auf den aktuellen Pfad folgende Pfad kann hierbei insbesondere mit dem aktuellen Pfad überlappen. In vorteilhafter Weise wird so ein Beitrag geleistet, dass dem Fahrzeug stets aktuelle Informationen über die durch das Fahrzeug befahrene Strecke zur Verfügung stehen. Insbesondere können so Verzögerungen durch eine Datenübertragung des wenigstens einen Pfads zwischen der jeweiligen Basisstation und dem jeweiligen Fahrzeug vorgegriffen werden. Der wenigstens eine Pfad kann auch als elektronischer Horizont bezeichnet werden.
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Bei der Basisstation handelt es sich insbesondere um eine Mobilfunksendeanlage, wie beispielsweise eines LTE (Long Term Evolution) Mobilfunknetzes. Insbesondere handelt es sich bei dem Mobilfunknetz um ein zelluläres Mobilfunknetz mit einer Vielzahl an Mobilfunksendeanlagen entlang eines Straßennetzes, so dass dem Fahrzeug jeweils ein lokal relevanter Pfad entlang des Straßennetzes bereitgestellt werden kann. Insbesondere können mehrere Fahrzeuge mit der Basisstation kommunizieren, so dass auch mehreren Fahrzeugen der wenigstens eine Pfad bereitgestellt werden kann.
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Der Basisstation ist beispielsweise eine vorgegebene Sende/Empfangs-Reichweite zugeordnet. Die Sende/Empfangs-Reichweite kann auch als Zellendurchmesser der Basisstation bezeichnet werden. Beispielsweise beträgt die Sende/Empfangs-Reichweite zwischen 10 km und 30 km.
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Bei dem wenigstens einen Pfad handelt es sich beispielsweise um einen elektronischen Horizont. Insbesondere umfasst der wenigstens eine Pfad einen wahrscheinlichsten Fahrpfad, im Englischen Most Probable Path (MPP) bezeichnet. Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Pfad weitere Fahrpfade umfassen, beispielsweise alle möglichen Fahrpfade in der Umgebung der Basisstation.
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Die jeweiligen Strecken sind insbesondere begrenzt auf eine vorgegebene Länge. Beispielsweise beträgt die Länge einer jeweiligen Strecke zwischen 2 km und 10 km. Bei den Strecken handelt es sich insbesondere um Straßen.
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Der wenigstens eine Pfad wird insbesondere durch die Basisstation bereitgestellt. Beispielsweise ist dem Fahrzeug in diesem Zusammenhang ein Mobilfunkempfänger zugeordnet, der einen Datenaustausch mit der Basisstation ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird jedem Pfad eine Adresse zugeordnet. Ein Bereitstellen des auf den aktuellen Pfad folgenden Pfads umfasst ein Bereitstellen der jeweiligen Adresse.
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In vorteilhafter Weise ermöglicht dies ein besonders einfaches Bereitstellen des jeweiligen Pfads. Bei der Adresse kann es sich beispielsweise um eine Mutlicastadresse handeln.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist eine Datenübertragung des auf den aktuellen Pfad folgenden Pfads zwischen der Basisstation und dem wenigstens einen Fahrzeug als Mehrpunktverbindung ausgebildet.
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In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine flexible Verteilung von Informationen. Insbesondere kann so eine hohe Bandbreite der Datenübertragung erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Datenübertragung einen Multicast Nachrichtenstrom.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt werden durch die Basisstation Kartendaten, die dem jeweiligen auf den aktuellen Pfad folgenden Pfad zugeordnet sind, über einen Multicast Nachrichtenstrom dem wenigstens einen Fahrzeug bereitgestellt. Dies ermöglicht eine besonders einfache und effiziente Datenübertragung der Kartendaten. Beispielsweise umfasst der wenigstens eine Pfad dabei die Kartendaten. Die Kartendaten können beispielsweise Daten über durch das Fahrzeug befahrbare Strecken und/oder eine jeweilige Klasse der Strecke wie Autobahn, Landstraße oder Stadt umfassen. Bei den Strecken handelt es sich insbesondere um Straßen. Bei den Kartendaten kann es sich insbesondere um statische Kartendaten handeln. Insbesondere kann der Multicast Nachrichtenstrom zyklisch erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt werden dynamische Daten über jeweils eine Punkt-zu-Punkt Verbindung zwischen der Basisstation und dem wenigstens einen Fahrzeug dem Fahrzeug bereitgestellt. Dies hat den Vorteil, dass kurze Nachrichten besonders einfach und schnell dem wenigstens einen Fahrzeug bereitgestellt werden können. Bei den dynamischen Daten kann es sich beispielsweise um eine eine Verkehrsmeldung wie eine Staumeldung handeln, die einen jeweiligen Pfad beziehungsweise die durch das jeweilige Fahrzeug befahrene Strecke betrifft. Insbesondere umfassen die dynamischen Daten eine Verkehrsmeldung oder sind eine Verkehrsmeldung. Insbesondere umfassen die dynamischen Daten nicht Kartendaten. Insbesondere kann es sich bei den dynamischen Daten um wenigstens ein Pfadattribut des jeweiligen Pfads handeln. Beispielsweise werden die dynamischen Daten dem jeweiligen Fahrzeug ereignisbasiert bereitgestellt, also abweichend von einem zyklischen Bereitstellen lediglich im Falle eines Ereignisses wie einem Stau bereitgestellt. Beispielhaft werden die dynamischen Daten hierzu fahrzeugindividuell ermittelt und bereitgestellt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung zum Betreiben einer Basisstation, die ausgebildet ist das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. Bei der Steuervorrichtung kann es sich beispielsweise um eine sogenannte „Mobile Edge Computing“ (MEC) Einheit handeln. Insbesondere kann die Steuervorrichtung in der Basissation angeordnet und dazu ausgebildet sein, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt mittels dieser Basisstation durchzuführen.
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Ausführungsbeispiele sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein schematisch dargestelltes Straßennetz in Draufsicht und eine Basisstation,
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2 ein Ablaufdiagramm zum Betreiben der Basisstation, und
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3 ein Ablaufdiagramm zum Betreiben eines Fahrzeugs.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematisch dargestellte Basisstation 1 in Draufsicht sowie ein Straßennetz 2, wobei die Basisstation 1 beispielsweise als ein Mobilfunkmast eines LTE Netzes mit einer Steuervorrichtung 13 (vergleiche 2) ausgebildet ist.
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1 zeigt ferner drei Pfade 3, 5, 7, die jeweils repräsentativ sind für eine durch ein Fahrzeug befahrbare Strecke des Straßennetzes 2. Bei dem wenigstens einen Pfad 3, 5, 7 handelt es sich beispielsweise um einen sogenannten elektronischen Horizont. Der elektronische Horizont stellt Fahrzeugfunktionen Daten aus einer statischen Karte bzw. dynamische Ereignisse auf einen Korridor von ca. 2–10 Kilometern zur Verfügung, um die Funktionen in den Bereichen Energieeffizienz, Sicherheit und Komfort, wie teil- oder hochautomatisiertes Fahren zu verbessern bzw. überhaupt zu ermöglichen. Die Anforderungen an Aktualität, Genauigkeit und damit auch Datenmengen steigen dabei mit den immer komplexer werdenden Funktionen. Der Korridor, für den die Daten berechnet werden, wird beispielsweise in Echtzeit abhängig von einer Position und einer Fahrtrichtung aus der Topologie der Karte ermittelt und kann auch als wahrscheinlichster Pfad (sogenannter „Most Probable Path“, MPP) bezeichnet werden.
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Vor allem für die sicherheitsrelevanten und hohen Komfort Funktionen werden größere Datenmengen aus statischer und dynamischer Karte benötigt.
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Bei einer Datenübertragung zwischen zentralen Backends und Fahrzeug wird oftmals versucht sogenannte „tile“ und „layer“ basierte Aktualisierungsdaten zu übertragen und so aus zentralen Backends zusammen mit Komponenten im Fahrzeug, beispielsweise abhängig davon, welche Kartendaten benötigt werden, einen Kompromiss zwischen Mobilfunkdatenverkehr (sogenannter „Over The Air“, OTA Datenverkehr) und Aktualität der Daten zu finden.
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Durch die Möglichkeit einen elektrischen Horizont in einem Server in der Basisstation 1 zu halten können maßgeschneiderte Daten für die Fahrzeuge, die sich im Bereich der LTE Basisstation 1 befinden mit hoher Bandbreite über Multicast Mechanismen kostengünstig verteilt werden.
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Beispielsweise ist der Basisstation 1 in diesem Zusammenhang eine Steuervorrichtung 13 (vergleiche 2) zugeordnet, die beispielsweise als sogenannte „Mobile Edge Computing“ (MEC) Einheit ausgebildet ist. Die Basisstation 1 ist in der Lage im MEC elektronische Horizonte für die Fahrzeuge in einer Sende/Empfangs-Reichweite der Basisstation 1 zur Verfügung zu stellen.
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Die zur Verfügung gestellten elektronischen Horizonte werden insbesondere nicht fahrzeugindividuell errechnet, sondern werden pro Teilstrecke für alle darauf befindlichen Fahrzeuge bereitgestellt. Das heißt, die Berechnung der elektronischen Horizonte erfolgt optimiert in der MEC Einheit statt individuell in vielen Fahrzeugen, so dass zu einer Vereinfachung der Fahrzeug Hardware beigetragen wird.
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In Bezug auf den elektronischen Horizont ist die Basisstation 1 nun der Speicherort für den elektronischen Horizont und alle darin inbegriffenen Informationen. Die Basisstation 1 fungiert somit als ein „Mega-Fahrzeug“ aus Sicht des Backends. Das Fahrzeug wird mit den aktuellen elektronischen Horizont-Daten aus der Basisstation 1 versorgt und benötigt selbst keine Karten-Teile mehr lokal im Fahrzeug.
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In der MEC Einheit steht eine Anzahl von elektronischen Horizonten zur Verfügung, die über Position und Bewegungsvektor der Fahrzeuge diesen zugeordnet werden können.
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Kurze Meldungen können an diese Fahrzeuge von der MEC Einheit direkt durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen adressiert werden. Für größere Datenmengen, wie den hochgenauen Kartenausschnitt für den Bereich des elektronischen Horizonts bietet es sich an, den Fahrzeugen eine Multicastadresse pro in der MEC Einheit gehaltenen elektronischen Horizont zur Verfügung zu stellen, um die Daten eines elektronischen Horizonts per Multicast verteilen zu können.
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Dies ermöglicht es, mit geringem Aufwand aktuelle benötigte Kartendaten bzw. andere, umfangreiche Datenmengen mit hoher Bandbreite an die Fahrzeuge zu verteilen.
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Aufgrund der dezentralen und flexiblen Verteilung der Informationen kann das elektronische Horizont System günstiger und effektiver dargestellt werden. Im Fahrzeug werden weniger Komponenten und Speicherplatz benötigt, was Aufwand und Kosten spart.
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Im optimalen Fall ist gar keine Speicherung von Karten oder Kartenteilen im Fahrzeug mehr notwendig, da die sichere permanente Versorgung des Fahrzeugs mit den notwendigen Informationen durch den elektronischen Horizont in der MEC Einheit sichergestellt wird.
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In 1 ist die notwendige Überlappung der elektronischen Horizont-Kegel gezeigt. Beispielsweise beträgt die weiteste benötigte Vorausschau sind zwei Kilometer. Um diese Vorausschau sicherzustellen werden dem Fahrzeug jeweils Pfade 3, 5, 7 von drei Kilometern zur Verfügung gestellt (in 1 durch Länge 11 dargestellt). Man hat somit die Zeit, die das Fahrzeug für die Differenz 9 von einem Kilometer benötigt, um die nächste Vorausschau bereitzustellen. Die Übertragungsgröße für hochgenaue Kartendaten beträgt für einen elektronischen Horizont komprimiert ca. 200 kByte.
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Bei 200 km/h beträgt die Fahrtzeit für einen Kilometer etwa 18 Sekunden. 5 Sekunden davon werden für die Aufbereitung im Fahrzeug reserviert. Das heißt, um einen elektronischen Horizont übertragen zu können wird eine Bandbreite von ca. 15 kByte/s bzw. 124 kbit/s benötigt.
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Nimmt man für die Basisstation 1 mit einer Abdeckung bzw. einer Sende/Empfangs-Reichweite von 15 km Durchmesser eine Autobahnstrecke von 30 km an, so werden Multicasts für 30 elektronische Horizont Kegel benötigt. Alle Kegel müssen innerhalb der 13 Sekunden übertragen werden, das heißt, die ständig benötigte Bandbreite in der Basisstation 1 ist ca. 460 kByte/s bzw. 3,7 Mbit/s.
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Der Steuervorrichtung 13 ist in diesem Zusammenhang beispielsweise ein Daten- und Programmspeicher zugeordnet, in dem ein Programm gespeichert ist, das im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 2 näher erläutert wird.
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Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem beispielsweise Variablen initialisiert werden. Insbesondere werden der Basisstation 1 in dem Schritt S1 die Pfade 3, 5, 7 bereitgestellt, die repräsentativ sind für jeweils eine durch ein Fahrzeug befahrbare Strecke in der Umgebung der Basisstation 1. Ferner werden der Basisstation 1 Fahrzeugdaten wenigstens eines Fahrzeugs in der Umgebung der Basisstation 1 bereitgestellt, die eine aktuelle Position und eine aktuelle Fahrtrichtung des jeweiligen Fahrzeugs umfassen. Ferner werden auch zyklische Multicasts für alle Pfade 3, 5, 7 gestartet, die Pfade 3, 5, 7 werden also durch die Basisstation 1 bereitgestellt.
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In einem Schritt S3 wird abhängig von den Fahrzeugdaten eine aktuell durch das jeweilige Fahrzeug befahrene Strecke ermittelt, welche einem aktuellen Pfad 3 zugeordnet wird. Das Programm wird anschließend in einem Schritt S5 fortgesetzt.
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In dem Schritt S5 wird ein auf den aktuellen Pfad 3 folgender Pfad 5 ermittelt, der repräsentativ ist für eine Strecke, die das jeweilige Fahrzeug am wahrscheinlichsten nach der aktuell befahrenen Strecke befahren wird. Das Programm wird anschließend in einem Schritt S7 fortgesetzt.
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In dem Schritt S7 wird dem auf den aktuellen Pfad 3 folgenden Pfad 5 eine Multicastadresse zugeordnet. Anschließend wird dem jeweiligen Fahrzeug die Multicastadresse bereitgestellt. Das Programm wird schließlich in einem Schritt S3 fortgesetzt.
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Ferner kann einer Steuereinheit eines Fahrzeugs ein Daten- und Programmspeicher zugeordnet sein, in dem ein Programm gespeichert ist, das im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 3 näher erläutert wird.
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Das Programm im Fahrzeug wird beispielsweise im Anschluss an den durch Steuervorrichtung 13 der Basisstation 1 durchgeführten Schritt S7 in einem Schritt S41 gestartet, in dem beispielsweise Variablen initialisiert werden. Insbesondere wird die aktuelle Multicastadresse auf einen nicht gültigen Wert gesetzt. Das Programm wird in einem Schritt S43 fortgesetzt.
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In dem Schritt S43 wird die Position und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs ermittelt und der Basisstation 1 übermittelt. Das Programm wird in einem Schritt S45 fortgesetzt.
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In dem Schritt S45 empfängt das Programm eine Multicastadresse von der Basisstation 1. Unterscheidet sich die empfangene Multicastadresse von der aktuellen Multicastadresse, wird die aktuelle Multicastadresse mit der empfangenen überschrieben und das Programm in einem Schritt S47 fortgesetzt. Ansonsten wird das Programm nach einer Wartezeit in dem Schritt S43 fortgesetzt.
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In dem Schritt S47 meldet sich das Fahrzeug an der aktuellen Multicastadresse an und empfängt die Daten für den der Multicastadresse zugeordneten Pfad, bis diese komplett sind. Das Programm wird in dem Schritt S43 fortgesetzt.
