DE102018219938A1 - Verfahren zum Durchführen einer Zeitplanung für die Übertragung von Daten - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Durchführen einer Zeitplanung für die Übertragung von Daten (16), die Informationen zu einer Region betreffen, von einer zentralen Recheneinheit zu einem Fahrzeug (10) über einen Datenkanal, bei dem eine geeigneter Zeitpunkt bestimmt wird, an dem die Daten (16) von der zentralen Recheneinheit zu dem Fahrzeug (10) gesendet werden, wobei dieser Zeitpunkt berechnet wird, wobei folgende Parameter berücksichtigt werden: Ankunft des Fahrzeugs (10) in der Region, Datenmenge, die zu übertragen ist, Alterungsrate der Datenattribute, Übertragungskapazität des Datenkanals.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Zeitplanung für die Übertragung von Daten zu einem Fahrzeug und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens und ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm abgelegt ist.
• Stand der Technik
• Für den Betrieb eines Fahrzeugs kann es hilfreich sein, wenn diesem von außen Daten zur Verfügung gestellt werden können, die von dem Fahrzeug bzw. von dessen Komponenten im weiteren Betrieb nutzbringend eingesetzt werden können.
• Das Fahrzeug auf der anderen Seite erfasst mit Sensoren seine Umgebung, insbesondere Objekte in der Umgebung. Im Abgleich mit Kartendaten kann aus den erfassten Signalen ein Bild der digitalisierten Wirklichkeit der Umgebung des Fahrzeugs, ein sogenanntes Umgebungsmodell, aufgebaut werden. Dieses Umgebungsmodell ist dann Basis für Fahrentscheidungen. Dieses Umgebungsmodell kann im Fahrzeug erstellt werden. Sendet das Fahrzeug erfasste Daten an eine externe Einheit, so kann diese das Umgebungsmodell berechnen und dem Fahrzeug wiederum Daten, die das Umgebungsmodell betreffen und/oder berücksichtigen, zur Verfügung stellen.
• Daten, die an das Fahrzeug über einen Datenkanal, bspw. ein Mobilfunknetz, gesendet bzw. übermittelt werden, betreffen bspw. Karteninformationen, die regelmäßig im Fahrzeug in Navigationsgeräten bzw. in Karten, die von den Navigationsgeräten genutzt werden, Verwendung finden.
• Karten bzw. Landkarten sind digitale oder analoge Medien zum Darstellen von zumindest Teilen der Erdoberfläche. Digitale Karten sind bereits in Kraftfahrzeugen weitverbreitet und kommen in diesen typischerweise in Verbindung mit einem Navigationsgerät zum Einsatz, das wiederum mit Hilfe einer Positionsbestimmung eine Zielführung zu einem gewünschten Ort oder eine Auswahl einer Route unter Berücksichtigung bestimmter Kriterien ermöglicht.
• In der Karte werden Karteninformationen dargestellt oder berücksichtigt, welche vorab zur Verfügung gestellt sein müssen. Dabei ist zu beachten, dass diese Karteninformationen ggf. regelmäßig oder auch bedarfsgemäß aktualisiert werden müssen, was es wiederum erforderlich macht, diese Karteninformationen auf ein Zielsystem, das sich typischerweise in einem Kraftfahrzeug befindet, zu übertragen. Unter Karteninformationen fallen hierin bspw. auch Informationen zur Verkehrslage.
• Derzeit werden Karten bzw. Karteninformationen durch externe Speichermedien, wie bspw. CD-ROMs, SD-Karten oder USB-Sticks, auf das Zielsystem, bspw. ein Navigationsgerät, übertragen. Es ist jedoch zu beachten, dass dies auch möglich sein muss, wenn das Kraftfahrzeug unterwegs ist und kein Datenträger zur Verfügung steht. Daher ermöglichen neue bekannte Verfahren ein „Over the Air“-Aktualisieren, wobei üblicherweise die gesamten Karteninformationen ausgetauscht werden. Weiterhin ist die Übertragung von Informationen via Radio-Übertragung bzw. Broadcast bekannt. Darüber hinaus holen sich Online-Navigationssysteme, die Echtzeitverkehrsinformation bereitstellen, Daten aus einer Cloud oder mit Hilfe von kommerziellen Informationsdiensten. Eine Aktualisierung der Informationen zur Verkehrslage kann dabei auch in Abhängigkeit von Sensorinformationen, bspw. zu Geschwindigkeitsinformationen, erfolgen.
• Das Aktualisierungsintervall des Kartenmaterials beträgt gegenwärtig mehrere Jahre bis hin zu wenigen Minuten bei Online-Kartendiensten. Einzelne Kartenattribute haben unterschiedliche Alterungsraten. Ein Straßenreibwert kann sich bspw. innerhalb von wenigen Sekunden verändern, wenn das Wetter in der betroffenen Region umschlägt. Dagegen bleibt der Kurvenradius eines Straßenabschnitts für lange Zeit unverändert. Das Problem besteht nun darin, dass die Daten zum geeigneten bzw. idealen Zeitpunkt, d. h. nicht zu früh und nicht zu spät, bei einem bestimmten Empfänger eintreffen und weiterhin vollständig und fehlerfrei sind.
• Werden die Daten zu früh gesendet, sind diese veraltet, wenn das Fahrzeug in den Bereich gelangt, dem die Daten zugeordnet sind. Werden die Daten zu spät gesendet, hat ein Fahrzeug ggf. einen geografischen Bereich bereits durchfahren und die Daten für diesen Bereich treffen zu spät ein.
• Offenbarung der Erfindung
• Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Durchführen einer Zeitplanung nach Anspruch 1 und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 7 vorgestellt. Es werden weiterhin ein Computerprogramm nach Anspruch 9 und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
• Das vorgestellte Verfahren dient zum Durchführen einer Zeitplanung bei der Übertragung von Daten. Diese Zeitplanung wird auch als Scheduling bezeichnet und hat zum Ziel, einen richtigen bzw. idealen Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die Daten von einer externen Einheit, bspw. einer Servereinrichtung, zu dem Fahrzeug übertragen werden.
• Auch wenn im Folgenden vornehmlich auf Karteninformationen als zu übertragende Daten eingegangen wird, sind das vorgestellte Verfahren und die beschriebene Anordnung nicht darauf beschränkt. Diese sind immer dann geeignet einzusetzen, wenn ein Zeitpunkt bestimmt werden soll, an dem Daten, die von einem Fahrzeug genutzt werden können, zu diesem übertragen werden sollen. Diese Daten können bspw. auch ein Umgebungsmodell des Fahrzeugs betreffen oder ein solches Umgebungsmodell berücksichtigen.
• Das vorgestellte Verfahren ermöglicht in Ausgestaltung eine Aktualisierung von Karteninformationen und somit von Informationen zu geografischen Gegebenheiten und Straßen sowie von Informationen zur Verkehrslage. Dabei wird eine Optimierung der Empfangszeitpunkte einzelner Pakete eines Datenflusses durch Bestimmung des Sendezeitpunkts unter Berücksichtigung von Eigenschaften des Datenkanals, der Datengröße und der Alterungsrate durchgeführt. Somit ist sichergestellt, dass Informationen für kritische Applikationen zum idealen Zeitpunkt zur Verfügung stehen.
• Der ideale Zeitpunkt, zu dem die Daten dann vollständig und fehlerfrei empfangen sind, ist genau der Zeitpunkt, kurz bevor ein Fahrzeug in den jeweiligen Bereich hineinfährt.
• Daraus ergeben sich folgende Vorteile gegenüber bspw. Offline-Diensten oder periodischen Diensten:
• Minimierung des Datentransfers,
• Vermeidung der Übertragung nicht nutzbarer Daten,
• Erhöhung der Aktualität der Daten und somit Erhöhung der Sicherheit.
• Es wird hierin insbesondere eine Servereinrichtung als Ausführung der beschriebenen Anordnung und ein Verfahren zum Behandeln bzw. Speichern von aktuellen Karteninformationen sowie ein Verfahren zum Berechnen des idealen Zeitpunkts für die Übertragung solcher Karteninformationen vorgestellt. Vorteilhafterweise ist das Verfahren in der Komponente Scheduling zum Sender der Daten, siehe hierzu 5, implementiert.
• Das vorgestellte Verfahren kann wie folgt erfolgen:
1. 1. Ein Navigationssystem oder ein Online-Navigationssystem berechnet eine Verkehrsroute.
2. 2. Diese Route wird in der Servervorrichtung mit den Daten des Umgebungsmodells verbunden bzw. attribuiert.
3. 3. Für die Attribute des Umgebungsmodells wird die Alterungsrate bestimmt.
4. 4. Es wird die Datenmenge bestimmt, die für jeden Abschnitt, d. h. Kachel bzw. Segment, übertragen werden muss. Die Datenmenge kann dabei direkt aus der Datenmenge aus dem Umgebungsmodell oder für ein jeweiliges Segment aus früheren Übertragungen abgeschätzt werden.
5. 5. Die Eigenschaften, Bandbreite bzw. Latenz, des Kommunikationskanals entlang der Route wird bestimmt durch entweder einen zusätzlichen Kartenlayer mit dieser Information, aus einem weiteren Dienst, der Netzwerkabdeckungen entlang einer Route zur Verfügung stellt, oder durch Messung anderer Fahrzeuge.
6. 6. Durch die Auswertung der Parameter Datenmenge, Alterungsrate und Kanaleigenschaften entlang der Route kann nun der ideale Zeitpunkt berechnet werden.
• Attribute bzw. Datenattribute sind für das Verfahren beliebige Daten, wie bspw. Informationen über andere Fahrzeuge, bspw. Geschwindigkeit, Richtung, Position usw.
• Die Berechnung des Zeitpunkts sollte für die gesamte Fahrstrecke berechnet werden, da sichergestellt sein sollte, dass auch die Informationen für die letzte Region bzw. Kachel rechtzeitig eintrifft. Hierzu werden in der Regel immer mehrere Kacheln bzw. Segmente durchfahren.
• Zukünftige Datenübertragungen haben somit Auswirkungen auf vorherige Übertragungen, die ggf. vorgezogen werden müssen. Für mögliche Berechnungsvorschriften wird auf 6 verwiesen.
• Zu beachten ist weiterhin, dass die Region auch ein Streckenelement in Form eines Straßenelements, das durchfahren wird, sein kann.
• Werden Karteninformationen bzw. Karteninhalte übertragen, so können diese Fahrbahnprofile, Mautinformationen, Benutzungskosten, Verkehrsflussdichten, Funkfeldstärken, Netzabdeckung usw. umfassen.
• Bei der Berechnung eines idealen Zeitpunkts zur Übertragung der Daten können auch die benötigte Verarbeitungszeit bis zum Ersteinsatz der Daten und ggf. daraus folgende Weiterverarbeitungszeiten berücksichtigt werden.
• Das Senden der Daten erfolgt dann typischerweise zu bestimmten geeigneten Zeitpunkt. Dabei kann eine quasi kontinuierliche Übertragung von Daten vorgesehen sein, was bedeutet, dass in kurzen zeitlichen Abständen, bspw. in Abständen von wenigen Sekunden, Übertragungen von Daten erfolgen.
• Das vorgestellte Computerprogramm stellt eine Implementierung des erläuterten Verfahrens dar. Dieses Programm kommt bspw. in einer Servereinrichtung, in der die zu übertragenden Daten abgelegt sind, zur Ausführung.
• Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und in den beiliegenden Zeichnungen.
• Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Figurenliste
• 1 zeigt ein grundlegendes Kommunikationsszenario.
• 2 zeigt das Szenario für den Fall, dass Daten zu früh gesendet werden.
• 3 zeigt das Szenario für den Fall, dass Daten zu spät gesendet werden und nutzlos sind.
• 4 zeigt das Szenario für den Fall, dass Daten zum richtigen Zeitpunkt ankommen.
• 5 zeigt in schematischer Darstellung Komponenten in einem Server und einem Fahrzeug.
• 6 zeigt ein deterministisches Netzwerkmodell.
• Ausführungsformen der Erfindung
• Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
• 1 zeigt ein Fahrzeug 10, das mit einem Server bzw. einer Servereinrichtung 12 verbunden ist, der wiederum Zugriff auf ein Umgebungsmodell 14 für einzelne geografische Regionen hat. Der Server 12 übermittelt Daten 16 für die nächste geografische Region an das Kraftfahrzeug 10. Dieses Fahrzeug 10 schickt Daten 18 über Eigenschaften des Daten- bzw. Kommunikationskanals an den Server 12.
• Das Umgebungsmodell 14 ist hier beispielhaft genannt. Das vorgestellte Verfahren kann auf beliebige Daten angewendet werden.
• 2 zeigt entsprechend dem in 1 gezeigten Grundprinzip ein Fahrzeug 30, das mit einem Server 32 verbunden ist, der dem Fahrzeug Daten 34 zur Verfügung stellt. Diese Daten betreffen eine Region R 36, in die das Fahrzeug 30 in einem gewissen zeitlichen Abstand gelangen wird. Bei dem gezeigten Szenario treffen die Daten 34 jedoch zu früh bei dem Fahrzeug 30 ein, d. h. diese wurden zu früh gesendet. In der Zwischenzeit, bis das Fahrzeug 30 in die Region R 36 gelangt, kann sich die Umgebung in der Region R 36 ändern. Die Daten 34 können dann ggf. nicht mehr nutzbringend im Fahrzeug 30 verwendet werden.
• 3 zeigt entsprechend dem in 1 gezeigten Grundprinzip ein Fahrzeug 50, das mit einem Server 52 verbunden ist, der dem Fahrzeug Daten 54 zur Verfügung stellt. Diese Daten betreffen eine Region R 56, die das Fahrzeug 50 jedoch zu dem Zeitpunkt, an dem die Daten 54 eintreffen, bereits passiert hat. Die Daten 54 treffen somit zu spät ein, die Region R 56 wurde bereits durchfahren. Die Daten 54 sind damit nutzlos und Kapazität wurde verschwendet.
• 4 zeigt entsprechend dem in 1 gezeigten Grundprinzip ein Fahrzeug 70, das mit einem Server 72 verbunden ist, der dem Fahrzeug Daten 74 zur Verfügung stellt. Diese Daten betreffen eine Region R 76. Die Daten 74 treffen genau vor Eintritt des Fahrzeugs 70 in die Region R 76 ein. Dieser Zeitpunkt ist ideal, da die Daten 74 aktuell sind und keine nutzlosen, da verspätete Informationen gesendet wurden.
• 5 zeigt Komponenten, insbesondere auch Software-Komponenten, in einem Server 100 und in einem Fahrzeug 120, die zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt werden können. In dem Server 100 sind eine Datenbank mit Umgebungsmodell 102 eine Komponente 104 für ein zeitliches Planen bzw. Scheduling zum Senden Daten, eine Kommunikationseinheit 106 und eine Komponente 108 für die Berechnung des Umgebungsmodells vorgesehen.
• In dem Fahrzeug 120 sind eine Kommunikationseinheit 122, eine Komponente 124 zur Positionsbestimmung, eine Komponente 126 für die Messung des Datenkanals und eine Komponente 128 für die unterschiedlichen Fahrfunktionen, wie bspw. Navigation, automatisiertes Fahren usw., vorgesehen.
• 6 zeigt ein deterministisches Netzwerkmodell, das mit der Bezugsziffer 200 bezeichnet ist. Dabei ist oben ein erstes Beispiel gegeben:
• Ein erster Pfeil 202 zeigt die Fahrtstrecke an, ein zweiter Pfeil 204 und ein dritter Pfeil 206 stellen jeweils eine Zeitachse dar. Die Darstellung zeigt sieben Kacheln, nämlich R₁ 210, R₂ 212, R₃, 214, R₄ 216, R₅ 218, R₆ 220 und R₇ 222. An der ersten Zeitachse 204 sind jeweils zugeordnete Zeitpunkte T_D1...n, 220 bis 232 aufgetragen, die Empfangszeitpunkte der Informationen für jeweils eine Kachel n darstellen. An der zweiten Zeitachse 206 sind Zeitpunkte T_A1...n 240 bis 252 aufgetragen, die den Sendezeitpunkt für die Information von Kachel n darstellen. Eine
geschwungene Klammer 270 zeigt die Dauer der Übertragung für die Kachel n an. Eine gestrichelte Linie 280 verdeutlicht τ.
• In der Darstellung unten ist ein zweites Beispiel gegeben:
• An einer ersten Zeitachse 304 sind jeweils zugeordnete Zeitpunkte T_D1...n 320 bis 332 aufgetragen, die Empfangszeitpunkte der Informationen für jeweils eine Kachel n darstellen. An einer zweiten Zeitachse 306 sind Zeitpunkte T_A1...n 340 bis 352 aufgetragen, die den Sendezeitpunkt für die Information von Kachel n darstellen. Eine gestrichelte Linie 370 verdeutlicht 2τ.
• Zur Berechnung, wie diese in 6 wiedergegeben ist, werden folgende Informationen benötigt:
• 1. Ankunft eines Fahrzeugs Zeitpunkte werden durch ein Navigationssystem aus dem Fahrzeug oder aus einem cloudbasierten System bereitgestellt. Das Fahrzeug kann die Position kontinuierlich zur Cloud senden, um eine Aktualisierung vorzunehmen.
• 2. Datengröße bzw. -menge, die für eine Region übertragen werden sollte Die Datengröße wird exakt bestimmt aus Informationen der Datenbank Die Datengröße wird statistisch durch eine übliche Datengröße geschätzt, die für eine Region R gesendet wird.
• 3. Alterungsrate der zu übertragenden Datenattribute, bspw. Kartenattribute Die Alterungsrate ist eine Eigenschaft jedes einzelnen Attributs und kann aus einer Datenbank abgefragt werden.
• 4. Übertragungskapazität des Datenkanals für eine Region R Die Dauer und damit der Datendurchsatz in einer Region wird durch Datenpakete gemessen. Dazu wird beim Empfänger die Dauer für die Übertragung gemessen und diese Information zusammen mit der Datengröße und der Position an den Server gesendet. Da die Übertragung in der vorherigen Region stattfindet, entspricht die Messung einer Schätzung in einer vorherigen Region und kann in der Datenbank zum Umgebungsmodell gespeichert werden.
• Alternativ kann der Datendurchsatz durch alternative Netzwerkdienstanbieter bereitgestellt werden.
• 6 beschreibt ein deterministisches Netzwerkmodell, in dem die Sende-, Empfangs- und Übertragungszeitpunkte absolut bestimmt werden können. Dies lässt sich auf stochastische Modelle erweitern, so dass auch Effekte durch Schwankungen des Übertragungskanals berücksichtigt werden können und somit übliche Verhaltensweisen von Kommunikationskanälen berechnet werden können. 6 zeigt insbesondere eine Berechnungsvorschrift für ein vereinfachtes deterministisches Szenario. In realen Szenarien sind die Kanaleigenschaften, Datengröße, Routeninformationen probabilistische Größen, so dass die Berechnungsvorschrift den Zeitpunkt anhand eines stochastischen Modells berechnet, so dass die Daten mit hoher Wahrscheinlichkeit zum richtigen Zeitpunkt eintreffen.
• Sollte eine Übertragung fehlschlagen, sollte ein Fahrzeug selbständig einen sicheren Zustand einnehmen, wenn der Serverdienst Daten für sicherheitskritische Fahrfunktionen bietet.
• 6 wird nachstehend anhand der genannten zwei Beispiele näher erläutert:
• Es gilt:

R_n

Kachelnummer n

T_An

Sendezeitpunkt für Info von Kachel n

T_Dn

Empfangszeitpunkt der Info für Kachel n

T_Sn

Dauer der Übertragung für Info von Kachel n

• Beispiel (oben)
• Simple Annahme mit Info pro Kachel
• - Übertragung dauert genau die Zeit für die Durchfahrt pro Kachel T_sn= Z
• - Durchfahrt ist konstant bei Z
• - idealer Zeitpunkt ist zu Beginn einer Kachel wird Info für nächste Kachel gesendet
• Beispiel (unten)
• Jetzt $${\text{T}}_{\text{s7}}=2\mathrm{\tau },{\text{ sonst T}}_{\text{sn}}=\text{Z}$$

  

  Alle vorherigen Infos müssen um 2 τ früher gesendet werden, da sich Übertragungsdauer rekursiv auf vorherige Kachel auswirkt.
• Allgemeine Bestimmung der Empfangszeitpunkte $$T_D\left(n\right)=\underset{m\in \left[j,n\right]}{\text{min}}\left\{T_A\left(m\right)-T_S\left(j,m\right)\right\}$$

  

  T_s (n, m)
  Dauer der Übertragung der Infos für Kachel n bis m

Claims (10)

1. Verfahren zum Durchführen einer Zeitplanung für die Übertragung von Daten (16, 34, 54, 74), die Informationen zu einer Region (36, 56, 76) betreffen, von einer zentralen Recheneinheit zu einem Fahrzeug (10, 30, 50, 70, 120) über einen Datenkanal, bei dem eine geeigneter Zeitpunkt bestimmt wird, an dem die Daten (16, 34, 54, 74) von der zentralen Recheneinheit zu dem Fahrzeug (10, 30, 50, 70, 120) gesendet werden, wobei dieser Zeitpunkt berechnet wird, wobei folgende Parameter berücksichtigt werden: - Ankunft des Fahrzeugs (10, 30, 50, 70, 120) in der Region (36, 56, 76), - Datenmenge, die zu übertragen ist, - Alterungsrate der Datenattribute, - Übertragungskapazität des Datenkanals.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Daten (16, 34, 54, 74), die gesendet werden, Karteninformationen betreffen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Daten (16, 34, 54, 74), die gesendet werden, ein Umgebungsmodell (14, 102) des Fahrzeugs (10, 30, 50, 70, 120) betreffen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Daten (16, 34, 54, 74) zu dem bestimmten geeigneten Zeitpunkt an das Fahrzeug (10, 30, 50, 70, 120) gesendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Daten (16, 34, 54, 74) wiederholt, quasi kontinuierlich übertragen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Daten (16, 34, 54, 74) ausgewählt sind aus einer Menge, die Fahrbahnprofile, Mautinformationen, Benutzungskosten, Verkehrsflussdichten, Funkfeldstärken, Netzabdeckung umfasst.
7. Anordnung zum Durchführen einer Zeitplanung für die Übertragung von Daten (16, 34, 54, 74), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, die als Servereinrichtung (12, 32, 52, 72, 100) ausgebildet ist, die die zu übertragenden Daten zur Verfügung stellt.
9. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit, insbesondere einer Recheneinheit in einer Anordnung gemäß Anspruch 7, ausgeführt wird.
10. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.

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