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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft vernetzte, autonome Fahrzeuge (CAVs; connected autonomous vehicles) und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Datenkommunikation zwischen einem Endsystem und einer Telekommunikationseinheit, die zur V2X (Vehicle-to-Everything)-Kommunikation mit einem Kommunikationspartner fähig ist, welcher z.B. ein weiteres Fahrzeug, eine Basisstation oder ein weiterer Verkehrsteilnehmer sein kann. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein System, das zur Durchführung eines solchen Verfahrens zur Datenkommunikation konfiguriert ist.
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Stand der Technik
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In CAVs werden Telematiksteuergeräte (TCU; telematics control unit), die ein 4G/5G-Modem enthalten, für V2X-Anwendungen verwendet. Außerdem werden die 4G/5G-Modems für Unterhaltungsanwendungen in Fahrzeugen eingesetzt. Zusätzlich ist in dem Fahrzeug eine Zentralverarbeitungseinheit (Central Processing Unit, CPU) bereitgestellt, die räumlich von dem 4G/5G-Modem in der TCU getrennt ist. Die CPU verarbeitet alle Informationen, die von internen Sensoren des Fahrzeugs kommen und verarbeitet darüber hinaus Informationen, die von anderen Fahrzeugen über die TCU des jeweiligen Fahrzeugs kommen. Die Kommunikation, die zwischen der TCU und der CPU stattfindet, wird über Ethernet-Technologie abgewickelt. In autonomen Fahrzeugen werden fahrzeuginterne und fahrzeugübergreifende Dienste wie beispielsweise Advanced Driver Assistance System (ADAS)/ Autonomous Driving (AD)-Dienste (zum Beispiel beim Datenaustausch mit der Kamera, mit LIDAR, mit Radar) und V2X-Dienste (zum Beispiel der Sensordatenaustausch, Kolonnen- bzw. Platooning-Datenaustausch, Bewegungsbahnabgleich-Datenaustausch) genutzt. Die Anwendungen für ADAS/AD-Dienste werden auf der CPU in dem Fahrzeug ausgeführt. In solchen verteilten Umgebungen ist es wichtig, die CPU und die TCU zu integrieren, damit V2X-Anwendungen reibungslos und ohne jegliche Dienstunterbrechung laufen können.
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Einige bekannte Ethernet-Technologien beinhalten zum Beispiel:
- - ein Ethernet mit strikter Prioritäts-Warteschlangenbildung (IEEE 802.3) (z.B. 1000BASE-T1 - Gigabit-Ethernet über eine einzelne verdrillte Leitung, Automobil- und Industrieumgebungen, 100BASE-T1 - 100-Mbit/s-Ethernet über eine einzelne verdrillte Leitung für Automobilanwendungen)
- - eine AVB-Erweiterung von Ethernet (IEEE 802.1 BA, 802.1 Qav - Credit-basierter Shaper)
- - eine TSN-Erweiterung von Ethernet (IEEE 802.1 Qbv - zeitbewusster Shaper)
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Bekannte 5G-Kommunikationstechnologien beinhalten beispielsweise die von 3GPP standardisierte 5G-V2X-Kommunikationstechnologie (TS 23.287 „Architecture enhancements for 5G System (5GS) to support Vehicle-to-Everything (V2X) services“) und bekannte 4G/LTE-Kommunikationstechnologien beinhalten beispielsweise die von 3GPP standardisierte 4G-V2X-Kommunikationstechnologie (TS 23.285 „Architecture enhancements for V2X services“).
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei dieser Erfindung geht um die Integration eines Endsystems und einer Telekommunikationseinheit derart, dass V2X-Anwendungen reibungslos ablaufen.
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Des Weiteren soll das Quality of Service (QoS)-Mapping im Hinblick auf unterschiedliche QoS-Ebenen des Ethernets und die QoS-Ebenen von 4G/5G V2X-Anwendungen verbessert werden. Darüber hinaus soll eine Lösung bereitgestellt werden zur Anpassung von IVN (In-Vehicle-Networks) für eine reibungslose Übertragung von V2X-Paketen und Frames zwischen dem Endsystem und der Telekommunikationseinheit, insbesondere im Hinblick auf Ethernet-Technologie und deren Erweiterungen wie TSN (Time Sensitive Networking) und AVB (Audio Video Bridging).
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Lösung des Problems
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 17 gelöst. Weitere Aspekte der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zur Datenkommunikation zwischen einem Endsystem und einer zur V2X-Kommunikation fähigen Telekommunikationseinheit mit einem Kommunikationspartner. Dieses Verfahren umfasst den Schritt des Verwendens einer V2X-Anwendungsschicht oder eines V2X-Anwendungsschicht-Headers des Endsystems, um die Telekommunikationseinheit über zumindest einen der V2X-Anwendungsparameter: die V2X-Anwendungsschicht-ID oder V2X-Anwendungsschicht-Gruppen-ID, den V2X-Kommunikationsmodus, der Unicast, GroupCast und Broadcast umfasst, die V2X-Gruppengrößeninformationen, V2X PC5 (Sidelink) QoS (Quality of Service) oder V2X PC5 QoS Klassenanforderungen, V2X Uu (Uplink/Downlink) QoS-Anforderungen, Geheimhaltungsanforderungsinformationen und vorhersagende V2X QoS-bezogene Interaktion zu informieren, und den Schritt des Bereitstellens der Einrichtung der Telekommunikationseinheit für V2X-Kommunikation mit dem Kommunikationspartner auf der Grundlage von zumindest einem der V2X-Anwendungsparameter. Als Ergebnis ist die V2X-Anwendung in der Lage, unter Berücksichtigung der Kommunikation zwischen dem Endsystem und der Telekommunikationseinheit und unter Berücksichtigung der V2X-Kommunikation mit einem Kommunikationspartner reibungslos zu laufen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem ersten Aspekt abhängt, kommunizieren das Endsystem und die Telekommunikationseinheit über Ethernet und verhält sich zumindest eine(s) der Telekommunikationseinheit und des Endsystems sich als Sprecher und zumindest die andere der Telekommunikationseinheit und des Endsystems als Zuhörer. Dies ermöglicht eine zuverlässige Übertragung innerhalb eines Fahrzeugs und die Integration des TCP (Transmission Control Protocol)/ IP (Internet Protocol).
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem zweiten Aspekt abhängt, kommunizieren das Endsystem und die Telekommunikationseinheit über Ethernet, unterstützt das SRP (Stream Reservation Protocol) zum Einrichten der CBS (Credit Based Shaper)-Übertragungsraten, und beinhaltet der Schritt des Bereitstellens der Einrichtung der Telekommunikationseinheit für V2X-Kommunikation, dass der Sprecher eine V2X-Anwendungssitzungs-Startanforderung an den Zuhörer sendet und der Zuhörer eine V2X-Anwendungssitzungs-Startantwort an den Sprecher sendet. Mit einem solchen Verfahren können eine niedrige Latenzzeit und eine verbesserte Synchronisation erreicht werden.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem zweiten Aspekt abhängt, wird in der Kommunikation zwischen dem Endsystem und der Telekommunikationseinheit ein CNC (Centralized Network Controller) als zentralisierter TSN (time sensitive network)-Planer verwendet wird, und beinhaltet der Schritt des Bereitstellens der Einrichtung der Telekommunikationseinheit für V2X-Kommunikation den ersten Teilschritt, in dem der CNC zumindest eine Planungsanforderung von dem zumindest einen Sprecher empfängt, und den zweiten Teilschritt, in dem der CNC zumindest eine Planungsgewährung an den zumindest einen Sprecher und/oder zumindest eine Planungsgewährung an zumindest einen dazwischen liegenden Switch bereitstellt. Es ist möglich, dass der Zuhörer zumindest die Datenübertragungszeit des letzten Hops in Bezug auf den Ausgangsport des angeschlossenen Switches erhält. Die Verwendung von TSN-Plänen bzw. -Zeitplänen ermöglicht eine sehr geringe Übertragungslatenz (d.h. eine begrenzte Latenz) und eine hohe Zuverlässigkeit für IVNs.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem vierten Aspekt abhängt, enthält Planungsanforderung von dem Endsystem an den CNC die Planungsanforderung für Sendecharakteristiken und die Planungsanforderung für Empfangscharakteristiken. Die Planungsanforderung für den Empfang hilft im Voraus, die TSN-Planungszuweisung für einen solchen Empfang effizienter zu gestalten, unter der Annahme, dass das ES die Flusscharakteristiken (Periodizität, Größe, Empfangszeit usw.) des empfangenen Flusses kennt.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem vierten Aspekt abhängt, verhalten sich sowohl das Endsystem und die Telekommunikationseinheit jeweils als Sprecher und Zuhörer und sendet der CNC im Ansprechen auf die jeweiligen Planungsanforderungen jedes der Sprecher unterschiedliche Planungsgewährungen an die jeweiligen Zuhörer und/oder zumindest einen dazwischen liegenden Switch. Auf diese Weise können unidirektionale TSN-Flüsse implementiert werden.
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Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem vierten Aspekt abhängt, erzeugt in dem Fall, dass von der Telekommunikationseinheit durch V2X-Kommunikation empfangene Flüsse zu zumindest zwei Kommunikationspartnern gehören, jeder der Flüsse einen separaten Zeitplan bei der Übertragung von der Telekommunikationseinheit zu dem Endsystem, und/oder in dem Fall, dass von dem Endsystem durch V2X-Kommunikation empfangene Flüsse zu zumindest zwei Kommunikationspartnern gehören, jeder der Flüsse einen separaten Zeitplan bei der Übertragung von dem Endsystem zu der Telekommunikationseinheit. Dadurch kann eine Kommunikation zwischen drei Kommunikationspartnern effizient implementiert werden.
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Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von einem der vierten bis siebten Aspekte abhängt, umfasst der Schritt des Bereitstellens der Einrichtung der Telekommunikationseinheit für V2X-Kommunikation nach dem zweiten Teilschritt oder vor dem ersten Teilschritt, dass der Sprecher eine V2X-Anwendungssitzungs-Startanforderung an den zumindest einen Zuhörer sendet und der Zuhörer eine V2X-Anwendungssitzungs-Startantwort an den zumindest einen Sprecher sendet. So kann eine reibungslose Kommunikation realisiert werden.
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Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von einem der vierten bis achten Aspekte abhängt, wird vor dem Schritt des Verwendens einer V2X-Anwendungsschicht des Endsystems zum Informieren der Telekommunikationseinheit der Schritt des Austauschs von V2X-Anwendungsschicht-Nachrichten zwischen dem Endsystem und der Telekommunikationseinheit und/oder einem Endsystem des Kommunikationspartners zum Vereinbaren von zumindest einem der folgenden V2X-Dienstparameter ausgeführt: Diensttyp, Startzeit, Periodizität, Nachrichtengröße, QoS (Quality of Service)-Anforderungen. Ein solcher Signalaustausch auf der Anwendungsebene zwischen den Kommunikationspartnern kann dazu beitragen, den nachfolgenden Datenverkehr reibungslos abzuwickeln.
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Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von einem der vierten bis neunten Aspekte abhängt, entspricht die V2X-Kommunikation zwischen der Telekommunikationseinheit und dem Kommunikationspartner entweder dem drahtlosen Technologiestandard der vierten Generation (4G) oder dem drahtlosen Technologiestandard der fünften Generation (5G) für zellulare Breitbandnetze, wobei die Telekommunikationseinheit die Telematiksteuereinheit (TCU) eines ersten Fahrzeugs ist und der Kommunikationspartner eine TCU eines zweiten Fahrzeugs und/oder eine Basisstation (BS) ist, und wobei der Schritt des Bereitstellens der Einrichtung der Telekommunikationseinheit für V2X-Kommunikation die Auswahl eines der Modi gemäß Sidelink Mode-4 in 4G oder Sidelink Mode-2 in 5G, die sich auf die autonome Ressourcenauswahl des Benutzergeräts (UE) beziehen, als Übertragungsmodus umfasst. Dadurch kann eine effiziente Datenübertragung zwischen den Kommunikationspartnern implementiert werden.
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Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem zehnten Aspekt abhängt, kommuniziert der CNC des zweiten Fahrzeugs nach dem Schritt des Bereitstellens der Telekommunikationseinheit für die V2X-Kommunikation die TSN-Pläne an ein Endsystem des zweiten Fahrzeugs und/oder dazwischen liegende Switches. Daher kann eine Kommunikation zwischen zwei IVNs über V2X-Kommunikation zuverlässig erreicht werden.
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Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem zehnten oder elften Aspekt abhängt, führt nach dem Schritt des Bereitstellens der Einrichtung der Telekommunikationseinheit für V2X-Kommunikation die TCU des ersten Fahrzeugs eine 4G- oder 5G-bezogene PC5-Signalisierung mit der TCU des zweiten Fahrzeugs oder der Basisstation (BS) durch, und weist ein CNC des zweiten Fahrzeugs oder ein CNC der BS einen TSN-Plan für den Fluss zu und übermittelt die TSN-Pläne an das Endsystem des zweiten Fahrzeugs oder die BS und/oder an zumindest einen dazwischen liegenden Switch. Dadurch kann eine effizientere Datenübertragung zwischen Kommunikationspartnern implementiert werden.
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Gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von einem der vierten bis neunten Aspekte abhängt, entspricht die V2X-Kommunikation zwischen der Telekommunikationseinheit und dem Kommunikationspartner entweder dem drahtlosen Technologiestandard der vierten Generation (4G) oder dem drahtlosen Technologiestandard der fünften Generation (5G) für zellulare Breitbandnetze, wobei die Telekommunikationseinheit eine Basisstation ist und der Kommunikationspartner eine Telematik-Steuereinheit eines ersten Fahrzeugs ist, und wobei der Schritt des Bereitstellens der Einrichtung der Telekommunikationseinheit für V2X-Kommunikation mit der Kommunikationseinheit die Verwendung des Sidelink-Modus-3 in 4G oder des Sidelink-Modus-1 in 5G, der ein von der Basisstation geplanter Modus ist, als den Übertragungsmodus umfasst. Dadurch ist es möglich, die Kommunikationspartner durch eine oder mehrere Basisstationen abzudecken und eine bessere Interferenzkoordination für die Ressourcen zu erreichen.
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Gemäß einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem zwölften Aspekt abhängt, werden nach dem Schritt des Bereitstellens der Einrichtung der Telekommunikationseinheit für V2X-Kommunikation die folgenden Schritte ausgeführt: Die TCU des ersten Fahrzeugs führt eine 4G- oder 5G-bezogene Uu (Uplink/Downlink)-Signalisierung mit der BS durch, ein CNC der BS weist einen TSN-Plan für den Fluss zu und übermittelt die TSN-Pläne an das Endsystem der BS und/oder an zumindest einen dazwischen liegenden Switch. Dadurch kann eine effiziente Datenübertragung zwischen Kommunikationspartnern implementiert werden.
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Gemäß einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von dem zwölften oder vierzehnten Aspekt abhängt, wird nach dem Schritt des Zuweisens eines TSN-Plans und des Übermittelns der TSN-Pläne der folgende Schritt ausgeführt: Das Endsystem des ersten Fahrzeugs und das Endsystem des zweiten Fahrzeugs oder die BS tauschen IP (Internet Protocol) oder Nicht-IP V2X-Nachrichten über ihre jeweiligen Telekommunikationseinheiten aus. Dadurch kann eine effizientere Datenübertragung zwischen den Kommunikationspartnern realisiert werden.
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Gemäß einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der von einem der zweiten bis fünfzehnten Aspekte abhängt, entspricht die V2X-Kommunikation zwischen der Telekommunikationseinheit und dem Kommunikationspartner entweder dem drahtlosen Technologiestandard der vierten Generation (4G) oder dem drahtlosen Technologiestandard der fünften Generation (5G) für zellulare Breitbandnetze, und sendet nach dem Bereitstellen der Einrichtung der Telekommunikationseinheit, wenn das Endsystem eine V2X-Nachricht, die einen PC5-QoS-Klassen-Identifizierer (QCI) in 4G oder einen PC5-QoS-Identifizierer (PQI) in 5G enthält, über Ethernet-Frames an die Telekommunikationseinheit, fügt das Endsystem den entsprechenden Priority Code Point (PCP)-Wert und/oder VLAN-Tag (VID) in den Header der Ethernet-Frames ein, und verwendet die Telekommunikationseinheit eine interne Quality of Service (QoS)-Zuordnungstabelle, um den PCP-Wert und/oder VLAN-Tag (VID) bei Empfang der V2X-Nachricht auf den entsprechenden QCI-Wert in 4G oder PQI-Wert in 5G abzubilden. Dieses Verfahren bietet eine zuverlässige Datenübertragung über verschiedene QoS-Ebenen.
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Gemäß einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System bereitgestellt, das dazu konfiguriert ist, jeden der ersten bis sechzehnten Aspekte auszuführen. In einem solchen System ist die V2X-Anwendung in der Lage, unter Berücksichtigung der Kommunikation zwischen dem Endsystem und der Telekommunikationseinheit und unter Berücksichtigung der V2X-Kommunikation mit einem Kommunikationspartner reibungslos zu laufen.
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Figurenliste
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die entsprechende detaillierte Beschreibung wird das vorgenannte Ziel der vorliegenden Erfindung zusammen mit diesen anderen Gegenstandsmerkmalen und Vorteilen näher beschrieben.
- 1A und 1B zeigen Konfigurationen verschiedener Integrationen einer TCU in ein IVN (In-Vehicle-Network).
- 2A zeigt eine Trennung der Steuerebene, bei der ein Endsystem direkt mit der TCU verbunden ist, gemäß der vorliegenden Erfindung, während 2B eine Trennung der Steuerebene zwischen einer TCU und einem Endsystem zeigt, wobei ein Switch dazwischen bereitgestellt ist.
- 3A zeigt den Startnachrichtenaustausch zwischen einem ES (Endsystem) und einer TCU für den Fall, dass die AVB-Erweiterung der Ethernet-Technologie verwendet wird, während 3B den Anwendungsdatenaustausch zwischen ES und TCU für die AVB-Erweiterung der Ethernet-Technologie zeigt.
- 4A zeigt den Datenaustausch zwischen ES, TCU und CNC (Centralized Network Controller) im Falle der Verwendung der TSN (Time Sensitive Network)-Erweiterung der Ethernet-Technologie, während 4B den Anwendungsdatenaustausch dazwischen zeigt.
- 5, 6 und 7 zeigen drei verschiedene Optionen für die Verkehrsabwicklung in dem Fall, in dem die TSN-Erweiterung der Ethernet-Technologien verwendet wird.
- 8 zeigt eine schematische Ansicht einer direkten V2V (Vehicle-to-Vehicle)-Kommunikation, während welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann.
- 9 zeigt die Koordinierung von TSN-Plänen und 4G/5G-Plänen, die zwei TSN-Domänen traversieren, wenn die TSN-Erweiterung der Ethernet-Technologie in zwei Fahrzeugen verwendet wird und die beiden Fahrzeuge über V2X-Kommunikation miteinander kommunizieren.
- 10 zeigt eine Interaktion der Anwendungsschicht vor dem Start von V2X-Diensten für die TSN-Erweiterung der Ethernet-Technologie.
- 11 zeigt eine erste Option der TSN-Planintegration, wobei eine TCU-zu-TCU-Übertragung zwischen zwei Fahrzeugen stattfindet.
- 12 zeigt eine zweite Option der TSN-Planintegration, wobei TCU-zu-TCU- und CNC-zu-CNC-Kommunikation verwendet wird.
- 13 zeigt eine dritte Option der TSN-Planintegration, bei der keine Bereitstellung von TSN-Planinformationen an die übertragende TCU erfolgt.
- 14 zeigt die TSN-Planintegration mit der Option Uplink bzw. Aufwärtsverbindung, wobei eine TCU-zu-BS (Basisstation)-Kommunikation stattfindet und das Fahrzeug Sensordaten an einen Anwendungsserver sendet.
- 15 zeigt die TSN-Planintegration für die Option Downlink bzw. Abwärtsverbindung, wobei eine BS-zu-TCU-Kommunikation stattfindet und der V2X-Anwendungsserver Daten an eine V2X-Anwendung sendet.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1A und 1B zeigen zwei verschiedene Optionen einer Integration zwischen einem Endsystem und einer Telekommunikationseinheit. Konkreter werden eine TCU (Telematics Control Unit) für die drahtlose Kommunikation mit einem Kommunikationspartner und eine CPU als ein Beispiel für ein Endsystem gezeigt. Die TCU ist in der Lage, mit einem Kommunikationspartner gemäß dem Technologiestandard der vierten Generation (4G) oder dem Technologiestandard der fünften Generation (5G) für zellulare Breitbandnetze zu kommunizieren.
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Die V2X (Vehicle-to-everything)-Kommunikation ist im Rahmen des Partnerschaftsprojekts der 3. Generation (3G pp) definiert und besteht aus vier Arten von Konnektivität: V2V für Fahrzeug-zu-Fahrzeug, V2P für Fahrzeug-zu-Fußgänger, V2I für Fahrzeug-zu-Infrastruktur und V2N für Fahrzeug-zu-Netz. Gemäß dem 3G pp-Plan bezieht sich die Version 14 auf die Long-Term Evolution (LTE)-Kommunikationstechnologie mit zwei Betriebsmodi: Die netzwerkbasierte Kommunikation nutzt die herkömmliche LTE-Infrastruktur, um Fahrzeugen die Kommunikation mit dem Netz zu ermöglichen, und der direkte Kommunikationsmodus basiert auf der Device-to-Device (D2D-Kommunikation) und ermöglicht den Echtzeit-Informationsaustausch direkt zwischen den Geräten ohne Einbeziehung der Netzwerkinfrastruktur, während eine PC5-Schnittstelle, die auch als LTE Sidelink bezeichnet wird, für die direkte Kurzstrecken-Kommunikation zwischen den Geräten über V2X-Kommunikation konzipiert ist.
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3GPP definiert in Version 15 den ersten Schritt der 5G NR (New Radio) Standardisierung basierend auf einer Verbesserung des mobilen Breitbands und der ultrazuverlässigen Kommunikation mit geringer Latenz. 3GPP konzentriert sich in Version 16 auf die Erweiterung und Optimierung der in Version 15 entwickelten Funktionen und bringt eine verbesserte ultrazuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz und höhere Durchsätze. Der 5G NR-Standard ist eine vielversprechende Technologie zur Realisierung von V2X-Kommunikation und autonomem Fahren.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Integration von Ethernet in 5G-Funknetze beschränkt, sondern bezieht sich allgemein auf V2X-Kommunikation, die nicht nur 5G, sondern auch 4G umfasst.
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Der Standard für 5G-V2X-Kommunikation ist in der durch 3GPP standardisierten 5G-V2X-Kommunikationstechnologie (TS 23.287 „Architecture enhancements for 5G System (5GS) to support Vehicle-to-Everything (V2X) services“) definiert, und der Standard für die 4G-V2X-Kommunikation ist in der von 3GPP standardisierten 4G-V2X-Kommunikationstechnologie (TS 23.285 „Architecture enhancements for V2X services“) definiert.
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Die Ethernet-Technologie, die im IVN eines Fahrzeugs verwendet wird, ist beispielsweise wie folgt definiert:
- - Ethernet mit strikter Prioritätswarteschlangenbildung (IEEE 802.3) (z.B. 1000BASE-T1 - Gigabit-Ethernet über ein einzelnes verdrilltes Kabel, Automobil- und Industrieumgebungen, 100BASE-T1 - 100-Mbit/s-Ethernet über ein einzelnes verdrilltes Kabel für Automobilanwendungen)
- - AVB-Erweiterung von Ethernet (IEEE 802.1 BA, 802.1 Qav - Credit-basierter Shaper bzw. Former)
- - TSN-Erweiterung von Ethernet (IEEE 802.1 Qbv - zeitbewusster Shaper bzw. Former)
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Die vorliegende Erfindung hat eine Vielzahl von Aspekten, über die im Folgenden ein Überblick gegeben wird:
- Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neue Steuerungsebene, d.h. ein Anwendungsschichtprotokoll, zwischen der CPU als einem Beispiel für ein Endsystem und der TCU (für Telematics Control Unit) als einem Beispiel für eine Telekommunikationseinheit definiert. Diese Steuerungsebene wird verwendet, um die TCU über die Parameter der V2X-Anwendung zu informieren. Diese Parameter könnten zumindest einer der folgenden sein:
- - die V2X-Anwendungsschicht-ID oder V2X Anwendungsschicht-Gruppen-ID,
- - der V2X-Kommunikationsmodus, der Unicast, GroupCast und Broadcast umfasst,
- - die V2X-Gruppengrößeninformation,
- - V2X PC5 (Sidelink) QoS (Quality of Service) oder V2X PC5 QoS Klassenanforderungen,
- - V2X Uu (Uplink/Downlink) QoS-Anforderungen,
- - Geheimhaltungsanforderungsinformationen und
- - vorhersagende V2X QoS-bezogene Interaktion.
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Die TCU, die z.B. ein 4G/5G-Modem enthält, verwendet die Informationen von zumindest einem der oben genannten Parameter, um die notwendige Einrichtung für V2X-Kommunikation durch Auswählen der am besten geeigneten Übertragungsparameter vorzunehmen. Diese Übertragungsparameter können z.B. eine D2D (Device-to-Device bzw. Gerät-zu-Gerät)-Kommunikation sein, die z.B. in 3GPP Version 13 als LTE Sidelink oder in 3GPP Version 14 definiert ist und auch die beiden Sidelink-Modi NR-V2X Mode-1 und Mode-2 umfassen kann. Im Sidelink-Modus-1 werden die von den Fahrzeugen genutzten Sidelink-Ressourcen von einer oder mehreren Basisstationen (BS) gesteuert. Im Sidelink-Modus-2 werden die Sidelink-Ressourcen von den Fahrzeugen auf verteilte Weise ohne Unterstützung der BS zugewiesen. In einem möglichen Untermodus 2(a) wählt jedes Fahrzeug seine Ressourcen selbständig aus. In einem möglichen Modus 2(b) können sich die Fahrzeuge gegenseitig bei der Bestimmung der Übertragungsressourcen unterstützen. In einem möglichen Modus 2(c) wird eine vorkonfigurierte Zeitplanung verwendet. In einem möglichen Modus 2(d) plant das Fahrzeug eine Übertragung für seine Nachbarfahrzeuge.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein weiterer Anwendungsschicht-Header so gestaltet sein, dass er zumindest einen der oben genannten Parameter zusammen mit den V2X-Anwendungsschichtdaten trägt. Bei diesem Verfahren kann ein Signalisierungs-Overhead aufgrund der Informationen, die für jede V2X-Anwendungsschichtdaten enthalten sind, verursacht werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das QoS (Quality of Service)-Mapping zwischen PC5-QoS-Indikator (PQI) und Ethernet-QoS-Ebenen, d.h. PCP, was für Priority Code Points steht. Ethernet verwendet acht verschiedene Warteschlangen, so dass daher ein Mapping, d.h. eine Zuordnung, erforderlich ist. Wenn eine V2X-Anwendung V2X-Daten erzeugt, müssen diese Daten in die entsprechende Ethernet-Warteschlange für die Übertragung von der CPU zu der TCU oder von der TCU zu der CPU eingefügt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann TSN als IVN-Technologie verwendet werden. In diesem Fall sind vor dem Start der V2X-Kommunikation die entsprechenden TSN-Pläne bzw. -Zeitpläne für IVN zu erstellen, damit die gesendeten V2X-Daten oder die empfangenen V2X-Daten reibungslos an den anderen Kommunikationspartner, der beispielsweise ein weiteres Fahrzeug oder die Basisstation sein kann, übertragen werden können.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf QoS-Vorhersagewerte, die von einem Dienstanbieter über die TCU empfangen und an die CPU weitergeleitet werden oder die lokal von der CPU berechnet werden, z.B. im Fall einer PC5-QoS-Vorhersage, die an jedem Fahrzeug separat erfolgt, und die der TCU bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann eine Anpassung auf der Anwendungsschicht erfolgen. Das heißt, wenn sich die QoS-Leistung von PC5 in Bezug auf die Qualität des drahtlosen Kanals verschlechtert oder erhöht, kann eine Anpassung der Übertragungseigenschaften einer Anwendung auf der Grundlage der neuen Übertragungsbedingungen erfolgen. Beispielsweise kann die Übertragungsrate reduziert oder erhöht werden, kann die Paketgröße auf eine niedrigere oder höhere Auflösung reduziert oder erhöht werden, oder es könnte sogar eine Komprimierung angewendet werden. Eine solche Anpassung könnte neue TSN-Pläne erfordern, da sich die Sende- bzw. Übertragungsperiodizität oder die Sende- bzw. Übertragungspaketgröße von V2X-Anwendungen ändert.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung kann sich auf Sicherheitsaspekte beziehen. Zur Aufrechterhaltung der Nachrichtenauthentifizierung und -verschlüsselung zwischen der CPU und der TCU können verschiedene Sicherheitsmaßnahmen verwendet werden. Darüber hinaus kann eine Fahrzeugauthentifizierung, z.B. mit Zertifikaten, sowie eine Nachrichtenintegrität/Verschlüsselung von V2X-Nachrichten für die PC5-Übertragung erforderlich sein, wie in der 3GPP TS 33.536 „Security aspects of 3GPP support for advanced vehicle-to-everything (V2X) services“ definiert.
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In verbundenen bzw. vernetzten, autonom fahrenden Fahrzeugen werden Modems, die in der Lage sind, den drahtlosen Technologiestandard der vierten Generation (4G) und/oder den drahtlosen Technologiestandard der fünften Generation (5G) zu nutzen, nicht nur in Bezug auf Unterhaltungsanwendungen verwendet, sondern könnten auch in eine Telekommunikationseinheit integriert werden, für die eine TCU (Telematics Control Unit) ein Beispiel für V2X-Kommunikation ist. In IVN (In-Vehicle-Networks) in Fahrzeugen können diese Modems integriert werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung laufen V2X-Anwendungen in einer CPU (Central Processing Unit) als einem Beispiel für ein Endsystem. Diese Endsysteme sind physikalisch von der TCU getrennt, die das zur 5G/4G-Kommunikation fähige Modem enthält. Das IVN im Fahrzeug ist in der Lage, zusätzliche IVN-Verkehrssignale, wie beispielsweise die einer Kamera, eines LIDAR und von Radarsensoren, zu übertragen.
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1A und 1B zeigen zwei verschiedene Arten der Integration einer TCU in IVNs. In dem Beispiel von 1A ist die TCU 10 über verschiedene Verbindungen, in diesem Beispiel drei Verbindungen, eng mit dem IVN verbunden. Genauer gesagt ist die TCU 10, als ein Beispiel für die Telekommunikationseinheit, nicht nur mit der CPU 12, als ein Beispiel für ein Endsystem, sondern auch mit den Bereichsteuereinheiten 31 und 37 verbunden. Für die V2X-Kommunikation ist die TCU mit einer Antenne 11 verbunden, die in der Lage ist, Signale zu senden und Signale in Bezug auf eine Antenne 41 zu empfangen, die mit einer Basisstation 40 verbunden ist, die dem 4G/5G-Standard als ein Beispiel für einen Standard für V2X-Kommunikation entsprechen kann. Und diese Basisstation 40 ist in diesem Beispiel mit einer Edge-Verarbeitungseinheit 42 verbunden. Darüber hinaus kann es einige zusätzliche IP-Router sowie Benutzerebenenfunktions- bzw. User Plane Function (UPF)-Entitäten als ein Sitzungsanker dazwischen geben.
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Die CPU 12 in dem Fahrzeug ist mit den Bereichsteuereinheiten 32, 34 und 36 verbunden, während weitere Bereichsteuereinheiten 33 und 35 über die Bereichsteuereinheiten 34, 32 und 36 mit der CPU 12 verbunden sind. An jede der Bereichsteuereinheiten 31-37 kann zumindest ein Sensor und ein Aktor angeschlossen sein. In 1A ist dies mit der Bereichsteuereinheit 31 gezeigt, die mit einem Sensor 31 a und einem Aktor 31 b verbunden ist.
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Eine Alternative für die Integration der TCU in IVNs ist in 1B gezeigt. Das IVN in 1B unterscheidet sich von dem in 1A dadurch, dass die TCU 110 in 1B nur mit der CPU 112 verbunden ist, während die Bereichsteuereinheiten 131 und 137 nur über Bereichsteuereinheiten 132 und 136 mit der CPU verbunden sind. Infolgedessen ist die TCU 110 in 1B nur lose über eine einzige Verbindung mit dem IVN verbunden.
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Die vorliegende Erfindung ist auf die in den 1A und 1B gezeigten Strukturen anwendbar.
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2A zeigt ein Endsystem als ein Beispiel für die CPU 12 in 1B und die TCU 10 in 1B im näheren Detail. Gemäß dem Stand der Technik, wie er sich in der von 3GPP standardisierten 5G-V2X-Kommunikationstechnologie (TS 23.287 „Architecture enhancements for 5G System (5GS) to support Vehicle-to-Everything (V2X) services“) widerspiegelt, läuft die V2X-Anwendungsschicht auf der V2X-Schicht auf der AS-Schicht, welche in die TCU integriert sind, bei der Handhabung von PC5-QoS-Flüssen auf der Grundlage von PC5-QoS-Regeln. Für 4G V2X werden 3GPP (TS 23.285 „Architecture enhancements for V2X services“) und entsprechende PC5 QoS-Regeln berücksichtigt.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird die V2X-Anwendungsschicht in dem Endsystem bereitgestellt, während die V2X-Schicht und die AS-Schicht in der TCU verbleiben. Alternativ kann die V2X-Schicht auf der Seite der V2X-Anwendungsschicht angesiedelt sein. Aufgrund dieser Trennung der Steuerungsebene fungiert die TCU als ein Gateway. Infolgedessen werden in der vorliegenden Erfindung zwischen dem Endsystem und der TCU ein Steuerkanalpfad und ein Datenkanalpfad definiert. Der Steuerkanalpfad überträgt Informationen, von denen einige dynamisch und einige statisch sind. Diese Informationen sind Parameter und können zumindest eines des Folgenden enthalten
- - die V2X Anwendungsschicht-ID oder V2X Anwendungsschicht-Gruppen-ID,
- - den V2X-Kommunikationsmodus, der Unicast, GroupCast und Broadcast umfasst,
- - die V2X-Gruppengrößeninformation,
- - V2X PC5 (Sidelink) QoS (Quality of Service) oder V2X PC5 QoS Klassenanforderungen,
- - V2X Uu (Uplink/Downlink) QoS-Anforderungen,
- - Geheimhaltungsanforderungsinformationen und
- - vorhersagende V2X QoS-bezogene Interaktion.
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Der zusätzliche Datenkanalpfad zwischen dem ES (Endsystem) und der TCU hat Eigenschaften von bidirektional arbeitenden Proxies/Gateway/Relais. Zur Aufrechterhaltung der Dienstgüte QoS (Quality of Service) erfolgt ein Mapping bzw. eine Zuordnung zwischen Ethernet und der V2X-Kommunikation der TCU wie nachstehend beschrieben.
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2B zeigt eine Alternative zur Trennung der Steuerebene von 2A. Die Struktur von 2B unterscheidet sich von der in 2A gezeigten Struktur dadurch, dass ein Schalter bzw. Switch zwischen der TCU und der ES vorgesehen ist und dieser Switch mit dem ES über einen Steuerkanalpfad und den Datenkanalpfad kommuniziert und auch mit der TCU über einen Steuerkanalpfad und einen Datenkanalpfad kommuniziert.
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Wenn im Folgenden von einer Kommunikation zwischen der TCU und einem Endsystem die Rede ist, kann eine Alternative auch darin bestehen, dass zwischen der TCU und dem ES ein Switch wie in 2B gezeigt vorgesehen bereitgestellt ist.
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3A und 3B zeigen die Anwendung der vorliegenden Erfindung in dem Fall, dass die AVB (Audio Video Bridging)-Erweiterung der Ethernet-Technologie verwendet wird. Bei der AVB-Erweiterung der Ethernet-Technologie unterstützen der Talker bzw. Sprecher, der das ES oder die TCU sein könnte, und der Listener bzw. Zuhörer, der die TCU oder das ES sein könnte, das SRP (Stream Reservation Protocol). SRP ist ein verteiltes Protokoll, welches dazu verwendet wird, die Credit Based Shaper (CBS)-Übertragungsraten jedes unidirektionalen Flusses gemäß IEEE 802.1 Qat festzulegen. Gemäß SRP kündigt der Sprecher seine Sitzungsinformationen an und registriert sich der Zuhörer für den Empfang, woraufhin der Datenverkehr zum Zuhörer geleitet wird. Im Falle einer bidirektionalen Kommunikation können das ES und die TCU sowohl Sprecher als auch Zuhörer sein. 3B zeigt den anschließenden Austausch von V2X-Anwendungsdaten zwischen dem ES und der TCU. Optional können ein IP-Header und der TCP-Header zwischen dem Ethernet-Header und der V2X-Nutzlast sowie der Redundanzprüfungsinformation (CRC) eingefügt werden.
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4A und 4B zeigen die Verwendung der TSN (Time Sensitive Network)-Erweiterung des Ethernet-Protokolls. Falls die TSN-Erweiterung zur Kommunikation verwendet wird, kann ein CNC (Centralized Network Controller) als ein zentralisierter Planer bzw. Scheduler eingesetzt werden, wie in IEEE 802.1 Qcc gezeigt. Dieser CNC empfängt Planungsanforderungen und erteilt dem Sprecher, der das ES und/oder die TCU sein kann, sowie möglichen TSN-Switches, die dazwischen bereitgestellt sind, Planungsgenehmigungen. Es ist möglich, dass der Zuhörer zumindest die Last-Hop-Datenübertragungszeit in Bezug auf den Ausgangsport des angeschlossenen Switches erhält. Der Centralized Network Controller (CNC) konfiguriert/rekonfiguriert die Gate Control List (GCL) jedes Ports eines Switches und/oder einer Netzwerkschnittstelleneinheit in einem Netzwerk unter Verwendung des Netzwerkkonfigurationsprotokolls (z.B. unter Verwendung des IEEE 802.1 Qcc-Protokolls). Die Netzwerkschnittstelleneinheit ist vorzugsweise eine Netzwerkschnittstellenkarte. Die GCL verfügt über Öffnungs- und Schließereignisse, die den Zeitpunkt bestimmen, zu dem eine Warteschlange zur Übertragung des Pakets berechtigt ist. TSN-Planungsgenehmigungen werden auf der Grundlage einer Netzwerktopologie und von Flusscharakteristiken berechnet. Diese Pläne werden in portspezifische Öffnungs- und Schließereignisse der GCL übersetzt.
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In dem in 4A gezeigten Beispiel arbeitet das ES als Sprecher und die TCU als Zuhörer. Zunächst wird eine TSN-Planungsanforderung von dem ES an den CNC gesendet, welcher dann eine TSN-Planungsgenehmigung an das ES als den Sprecher sowie mögliche TSN-Switches, die dazwischen bereitgestellt sind, sendet. Anschließend wird eine Anforderung zum Start einer V2X-Anwendungssitzung von dem ES an die TCU gesendet, während eine Antwort zum Start einer V2X-Anwendungssitzung von der TCU an das ES gesendet wird.
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4B zeigt in einer Weise ähnlich zu 3B den anschließenden Austausch von V2X-Daten zwischen dem ES und der TCU. Ähnlich wie in dem AVB-Fall von 3B können ein IP-Header und ein TCP-Header zwischen dem Ethernet-Header und der V2X-Nutzlast eingefügt werden.
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Während sich der Fall von 4A und 4B auf einen unidirektionalen Fluss zwischen dem ES und der TCU bezieht, zeigen die 5, 6 und 7 Optionen 1, 2 und 3 für die Verkehrsabwicklung in dem Fall, in dem das ES und die TCU als Zuhörer und als Sprecher arbeiten.
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Im Fall von 5 wird davon ausgegangen, dass das ES die Übertragungseigenschaften kennt, aber nicht die Empfangscharakteristiken kennt. Wenn die TCU mit dem Empfang von Telekommunikationsdaten beginnt, z.B. über 4G oder 5G, dann kann die TCU eine Planungsanforderung für die Übertragung der empfangenen Daten an das ES senden. In diesem Fall verhält sich das ES wie ein Sprecher und verhalten sich der Zuhörer und die TCU ebenfalls wie ein Sprecher und ein Zuhörer. Jeder Sprecher sendet seine eigene Planungsanforderung an den CNC, und der CNC erteilt unterschiedliche Planungsgenehmigungen für beide Flüsse, die jeweils unidirektional sind.
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In 5 ist als ein Beispiel ein TSN-Schalter zwischen ES und der TCU bereitgestellt.
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6 zeigt die zweite Option, bei der das ES nicht nur seine Sende- bzw. Übertragungscharakteristik kennt, sondern auch seine Empfangscharakteristik, welche z.B. beinhaltet, wie viele Fahrzeuge in der V2X-Anwendungsgruppe vorhanden sind und von wem Daten zu welchem Zeitpunkt und mit welcher Größe und Periodizität zu empfangend zu erwarten sind. In diesem Fall trägt die Planungsanforderung, die von dem ES gesendet wird, sowohl die Planungsanforderung von dem ES an die TCU als auch die Planungsanforderung von der TCU an das ES. Folglich übermitteln die beiden verschiedenen TSN-Planungsgenehmigungen Planinformationen sowohl von dem ES an die TCU als auch von der TCU an das ES.
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In Übereinstimmung mit einer Alternative zu Option 1 und Option 2, wie in 5 und 6 gezeigt, könnte die V2X-Anwendung eine Multicast- oder Groupcast- oder Broadcast-Kommunikation sein. In diesem Fall gehören die von der TCU über die V2X-Kommunikation empfangenen Flüsse zu mehreren Fahrzeugen. Für jeden Fluss ist dann ein eigener TSN-Plan erforderlich, welcher dann von der TCU an das ES übertragen wird. Dies ist mit Option 3 in 7 gezeigt, bei der die Verkehrsabwicklung beinhaltet, dass die TCU eine Planungsanforderung für die empfangenen V2X-Flüsse an den CNC sendet und der CNC eine TSN-Planungsgenehmigung an die TCU sowie mögliche TSN-Switches, die zwischen TCU und ES bereitgestellt sind, sendet.
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Im Folgenden werden weitere Einzelheiten der direkten V2V (Fahrzeug-zu-Fahrzeug)-Konfiguration (Sidelink) gezeigt. In 8 sind zwei IVNs von entsprechenden Fahrzeugen ähnlich den in 1B gezeigten gezeigt. Die TCU 110 des ersten Fahrzeugs ist in der Lage, über die Antenne 111 mit einer Antenne 211 eines zweiten Fahrzeugs zu kommunizieren. Diese Antenne 211 des zweiten Fahrzeugs ist mit der TCU 210 des zweiten Fahrzeugs verbunden.
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Eine mögliche interne Struktur eines jeden IVN ist in 9 schematisch gezeigt. In jedem der in 9 gezeigten Fahrzeuge kommunizieren lokale CNCs des jeweiligen Fahrzeugs über das Benutzer/Netzwerk-Schnittstellen- bzw. UNI (User/Network Interface)-Protokoll mit einer lokalen zentralisierten Benutzerkonfiguration bzw. CUC (Centralized User Configuration), und kommuniziert die lokale CUC über ein reines Benutzerprotokoll mit dem jeweiligen Endsystem (ES). Darüber hinaus sind eine Vielzahl von TSN-Switches zwischen dem Endsystem und in diesem Beispiel zwei TCUs bereitgestellt, welche den TSN-Plan und die 5G-Pläne über ein TSN-TCU-Gateway/Proxy/Relais mit einem lokalen CNC koordinieren. Alternativ zu den zwei TSN-Switches zwischen dem Endsystem und einer oder mehreren TCUs können auch mehr als zwei TSN-Switches bereitgestellt sein.
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Mit einer unten gezeigten Struktur können die TSN-Pläne und V2X-Kommunikationspläne, die zwei TSN-Domänen in dem jeweiligen Fahrzeug 1 und 2 traversieren, von der vorliegenden Erfindung koordiniert werden.
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10 zeigt die TCU-IVN-TSN-Planintegration als eine Option, bevor die TSN-Plananforderungen gesendet werden. Genauer gesagt, wird zwischen dem ES von Fahrzeug 1 und dem ES von Fahrzeug 2 eine Sitzungsanforderung auf V2X-Anwendungsebene gesendet, und sendet das Endsystem von Fahrzeug 2 eine Sitzungsantwort auf V2X-Anwendungsebene an das ES von Fahrzeug 1. Die Sitzungsanforderung kann zum Beispiel den Diensttyp, die Startzeit 1, die Periodizität, die Nachrichtengröße und QoS-Anforderungen wie Verzögerung, Jitter und Priorität enthalten. Die Sitzungsantwort kann die Dienstart, die Startzeit 2, die Periodizität, die Nachrichtengröße und die QoS-Anforderungen wie Verzögerung, Jitter und Priorität enthalten. Anschließend sendet das ES von Fahrzeug 1 eine TSN-Planungsanforderung mit den Informationen der Sitzungsanforderung an den CNC von Fahrzeug 1, während das Endsystem von Fahrzeug 2 eine TSN-Planungsanforderung mit den Informationen der Sitzungsantwort an den CNC von Fahrzeug 2 senden kann. Anschließend können die Steuerdaten wie in den folgenden Schaubildern gezeigt übertragen werden.
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11 zeigt eine Signalisierungsoption, bei der eine TCU-zu-TCU-Kommunikation stattfindet. Es wird davon ausgegangen, dass der CNC die Netzwerktopologie kennt und auch über die Kommunikationspartner in dem lokalen TSN-Netzwerk informiert ist. Darüber hinaus kennt die TCU den neuen Fluss, welcher ein Unicast- oder Multicast-Fluss ist, und kennt über Informationen des Endsystems auch ihre Gruppenmitglieder.
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Das Endsystem von Fahrzeug 1 sendet eine TSN-Planungsanforderung an den CNC von Fahrzeug 1, und der CNC von Fahrzeug 1 weist einen TSN-Plan für den Fluss zu. Diese TSN-Planungsinformationen, welche zusätzlich zu Dienstart, Startzeit und Periodizität auch als eine Option die Sendezeit des letzten Hops zur TCU (vorangehender Hop-Ausgangsport mit der TCU verbunden) enthalten, werden an die TCU von Fahrzeug 1 gesendet. Anschließend erfolgt die Sidelink (PC5)-Signalisierung zwischen der TCU des Fahrzeugs 1 und der TCU des Fahrzeugs 2, bei der die TCU des Fahrzeugs 1 den V2X-Übertragungsplan dem Fahrzeug 2 zuweist und/oder koordiniert und die TCU des Fahrzeugs 1 eine V2X-bezogene Signalisierung mit der TCU des Fahrzeugs 2 durchführt. Die TCU von Fahrzeug 1 kommuniziert die TSN-Planungsinformations-Antwort, die den Diensttyp enthält, an den CNC von Fahrzeug 1, und der CNC von Fahrzeug 1 kommuniziert die TSN-Pläne an eventuell bereitgestellte Switches und an das Endsystem über eine TSN-Planungsantwort. Die TCU von Fahrzeug 2 überträgt die TCN-Planungsanforderung an den CNC des Fahrzeugs 2, welches PC5-Planungsinformationen wie Dienstart, Periodizität, Nachrichtengröße, Startzeit oder Zeitversatz und die Empfangszeit für V2X-Kommunikation in der TCU enthält. Der CNC des Fahrzeugs 2 weist einen TSN-Plan für den Fluss zu und kommuniziert diesen Plan an eventuell bereitgestellte Switches sowie an die TCU und an das Endsystem. Anschließend werden V2X-Nachrichten, welche z.B. Kolonnen- bzw. Platooning-Dienste zwischen Fahrzeugen umfassen und IP- oder nicht-IP-bezogen sein können, von dem Endsystem von Fahrzeug 1 an die TCU von Fahrzeug 1, von der TCU von Fahrzeug 1 an die TCU von Fahrzeug 2 und von der TCU von Fahrzeug 2 an das Endsystem von Fahrzeug 2 übertragen.
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12 zeigt ein Szenario einer Steuerdatenübertragung in einer TCU-IVN-TSN-Planintegration, in welcher sowohl eine TCU-zu-TCU- als auch eine CNC-zu-CNC-Kommunikation stattfindet. Bei dieser Option wird davon ausgegangen, dass der CNC die Netzwerktopologie kennt und auch die Kommunikationspartner, wie in diesem Fall das Fahrzeug 2, kennt. Außerdem kennt die TCU einen neuen Fluss, welcher ein Unicast- oder Multicast-Fluss ist, und ihre Gruppenmitglieder über Informationen von dem Endsystem. Zusätzlich zu der Annahme in Bezug auf 11 kennt der CNC des Fahrzeugs 1 in 12 auch die CNC-Informationen des zweiten Fahrzeugs, beispielsweise die Zieladresse. Daher sind die TSN-Planungsanforderung zwischen dem Endsystem des Fahrzeugs 1 und dem CNC des Fahrzeugs 1 in 12, die TSN-Planungsinformationen, die zwischen dem CNC des Fahrzeugs 1 und der TCU des Fahrzeugs 1 gesendet werden, und die Sidelink-(PC5)-Signalisierung die gleichen wie in 11 gezeigt. Im Gegensatz zu 11 enthält in 12 die TSN-Planungsinformation-Antwort einen V2X-Übertragungsplan, so dass der CNC von Fahrzeug 1 anschließend in der Lage ist, den V2X-Übertragungsplan an den CNC von Fahrzeug 2 zu kommunizieren. Diese Kommunikation zwischen dem CNC des Fahrzeugs 1 und dem CNC des Fahrzeugs 2 unterscheidet sich von dem Ansatz in 11. Danach können die TSN-Planungszuweisung in Fahrzeug 2 und der Austausch von V2X-Nachrichten zwischen dem Endsystem von Fahrzeug 1 und dem Endsystem von Fahrzeug 2 ähnlich wie in 11 ablaufen.
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13 zeigt eine weitere Option der TSN-Planintegration zwischen TCU und IVN, bei welcher der übertragenden TCU keine TSN-Planinformationen zur Verfügung gestellt werden. Genauer gesagt, nach dem Senden der TSN-Planungsanforderung von dem Endsystem des Fahrzeugs 1 an den CNC des Fahrzeugs 1 und der Zuweisung des TSN-Plans für den Fluss durch den CNC des Fahrzeugs 1 kommuniziert der Ansatz gemäß 13 die TSN-Pläne an das Endsystem des Fahrzeugs 1 über die TSN-Planungsantwort. Ähnlich zu der in 11 und 12 gezeigten Struktur wird in 13 eine TSN-Planungsantwort von dem CNC des Fahrzeugs 2 an die TCU des Fahrzeugs 2 (als Antwort auf die von der TCU gesendete TSN-Planungsanforderung) und an das Endsystem des Fahrzeugs 2 gesendet. Anschließend werden die V2X-Nachrichten, zum Beispiel für Platooning-Dienste, zwischen der TCU von Fahrzeug 1, der TCU von Fahrzeug 2 und dem Endsystem von Fahrzeug 2 ausgetauscht.
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Zusammenfassend veranschaulicht die in 13 gezeigte Option einen Fall, in dem die Übertragung von TSN-Planinformationen von dem CNC zu der TCU in dem sendenden Fahrzeug, d.h. in Fahrzeug 1, entfernt wird, während die Signalisierungsinteraktion in dem empfangenden Fahrzeug, d.h. in Fahrzeug 2, unverändert beibehalten wird. Daher werden in 13 normale TSN-Pläne in Fahrzeug 1 eingerichtet, und führt die TCU von Fahrzeug 1 die erforderliche Sidelink PC5-Signalisierung nach dem Empfang der normalen Nachrichten der Anwendungsschicht, wie zum Beispiel V2X-Dienstdaten, durch. Fahrzeug 2 löst die gleiche Signalisierungsinteraktion aus, nachdem es eine PC5-Signalisierung mit der TCU von Fahrzeug 1 durchgeführt hat.
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Die in 11, 13 und 14 gezeigte TCU-IVN-TSN-Planungsintegration zeigt eine Kommunikation zwischen der TCU von Fahrzeug 1 und der TCU von Fahrzeug 2. Gemäß dem Mobilfunkstandard der vierten Generation (4G) kann Sidelink Mode-4 verwendet werden, während gemäß dem Mobilfunkstandard der fünften Generation (5G) für zellulare Breitbandnetze Sidelink Mode-2 verwendet werden kann. Sowohl Sidelink Mode-4 in 4G als auch Sidelink Mode-2 in 5G unterstützen die autonome Ressourcenauswahl durch Nutzergeräte (UE; user equipment).
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Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine Kommunikation zwischen zwei Fahrzeugen beschränkt, sondern auch auf eine Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und einer Basisstation anwendbar. Genauer gesagt können Telekommunikationseinheiten des Fahrzeugs und der Basisstation zur V2X-Kommunikation so eingerichtet werden, dass für 4G der Sidelink-Modus-3 und für 5G der Sidelink-Modus-1 verwendet werden kann, die beide von den Basisstationen geplante Modi sind. In diesen Modi findet die Uplink/Downlink (Uu)-Signalisierung statt.
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14 und 15 zeigen eine TCU-IVN-TSN-Planungsintegration in dem Fall, dass anstelle des zweiten Fahrzeugs eine Basisstation (BS), die beispielsweise eine 4G- oder 5G-Basisstation sein könnte, ein globaler CNC und ein V2X-Anwendungsserver verwendet werden. Die TSN-Planungsanforderung, die TSN-Planungsinformationsübertragung zwischen CNC und TCU von Fahrzeug 1, die TSN-Planungsinformationsantwort und die TSN-Planungsantwort zwischen CNC und dem Endsystem von Fahrzeug 1 sind ähnlich wie in 1. Anders als in 11 kommuniziert die TCU von Fahrzeug 1 jedoch mit der Basisstation über Uplink/Downlink (Uu)-Signalisierung, wobei die TCU von Fahrzeug 1 den V2X-Übertragungsplan mit der Basisstation koordiniert und eine V2X-kommunikationsbezogene Signalisierung mit der Basisstation bildet. Anschließend enthält die TSN-Planungsanforderung von der Basisstation an den globalen CNC die V2X-Empfangszeit in der Basisstation, und kommuniziert der globale CNC die TSN-Pläne an Switches, die möglicherweise dem Endsystem, dem V2X-Anwendungsserver, den V2X-Co-Netzwerkelementen, wie beispielsweise TSN-Switches, Komponenten mit Bezug zur IETF-DetNet-Architektur und der Basisstation bereitgestellt sind.
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Während 14 die Option eines Uplinks von der TCU zu der Basisstation zeigt, veranschaulicht 15 die Option eines Downlinks von der Basisstation zu der TCU. Mit anderen Worten sendet der V2X-Anwendungsserver Daten an die V2X-Anwendung. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der CNC von Fahrzeug 1 die Fahrzeugnetzwerktopologie kennt und auch die Kommunikationspartner in dem lokalen TSN-Netzwerk kennt. Außerdem kennt die TCU des Fahrzeugs den neuen Fluss, welcher ein Unicast- oder Multicast-Fluss ist, und kennt auch sein Gruppenmitglied über die Informationen des Endsystems. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass der globale CNC die Topologie des Zugangs- und Transportnetzwerks kennt und auch die Kommunikationspartner in den lokalen Zugangs- und Transportpartnern und im Netzwerk in Bezug auf die Basisstation kennt.
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In diesem Fall sendet der V2X-Anwendungsserver zunächst eine TSN-Planungsanforderung an den globalen CNC, welche den Diensttyp, die Startzeit, die Periodizität, die Nachrichtengröße und auch QoS-Anforderungen wie Verzögerung, Jitter und Priorität enthalten kann.
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Dann weist der globale CNC einen TSN-Plan für den Fluss zu und übermittelt einen TSN-Plan an den Switch, der bereitgestellt sein könnte, an die Endsysteme und an die V2X-Kernnetzwerkelemente sowie an die Basisstation. Die TSN-Planungsantwort von dem globalen CNC an den V2X-Anwendungsserver könnte den Diensttyp und den TSN-Übertragungsplan enthalten, während die TSN-Planungsinformationen von dem globalen CNC an die Basisstation den Diensttyp, die Startzeit, die Periodizität, die Nachrichtengröße sowie die Sendezeit beim letzten Hop an die Basisstation enthalten könnten. Anschließend findet die Uplink/Downlink (Uu)-Signalisierung zwischen der Basisstation und der TCU von Fahrzeug 1 statt. Dies beinhaltet, dass die Basisstation den V2X-Übertragungsplan mit der TCU von Fahrzeug 1 koordiniert und eine auf das Funkzugangsnetzwerk (RAN; radio access network) bezogene Signalisierung auf der RRC (Radio Resource Control)-Schicht und/oder auf der MAC (Medium Access Layer)-Schicht (Downlink-Steuerinformationen bzw. Downlink Control Information (DCI) und/oder Uplink-Steuerinformationen bzw. Uplink Control Information (UCI)) mit der TCU von Fahrzeug 1 durchführt.
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Anschließend sendet die TCU von Fahrzeug 1 eine TSN-Planungsanforderung an den CNC von Fahrzeug 1, welche den Diensttyp, die Periodizität, die Nachrichtengröße, die Startzeit oder den Zeitversatz sowie die V2X-Empfangszeit in der TCU enthalten könnte. Anschließend übermittelt der CNC von Fahrzeug 1 den TSN-Plan an den Switch, der bereitgestellt sei könnte, und an das Endsystem und sendet eine TSN-Planantwort, welche die Dienstart und den TSN-Übertragungsplan enthalten könnte, an die TCU von Fahrzeug 1.
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Schließlich werden die V2X-Nachrichten, die sich, wie bereits erwähnt, beispielsweise auf Platooning-Dienste beziehen können und die, wie bereits erwähnt, IP- oder nicht-IP-bezogen sein können, dann von dem V2X-Anwendungsserver an die Basisstation, von der Basisstation an die TCU von Fahrzeug 1 und von der TCU von Fahrzeug 1 an das Endsystem von Fahrzeug 1 gesendet.
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Die in den 14 und 15 gezeigte Option kann auch ähnlich wie in 13 angepasst werden, wobei der sendenden TCU (in der Aufwärtsrichtung) oder der Basisstation (in der Abwärtsrichtung) keine TSN-Planungsinformationen zur Verfügung gestellt werden.
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Weitere Alternativen zu der Ausführungsform wir in 14 gezeigt sind verfügbar.
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Gemäß einer ersten Alternative führt das sendende Fahrzeug die Ressourcenauswahl für die Übertragung aus seinem Auswahlfenster auf der Grundlage des Ergebnisses seines Erfassungsfensters durch. In diesem Fall enthalten die SCI (Sidelink-Steuerinformationen), die zusammen in demselben oder einem anderen Sidelink-Datenzeitschlitz gesendet werden können, die Priorität, Modulation und Codierung, das Ressourcenreservierungsintervall, die Zeitressourcenzuweisung, die Frequenzressourcenzuweisung (möglicherweise Erstübertragung und erneute Übertragung), die Zeitspanne zwischen Erstübertragung und erneuter Übertragung, die Quellen-ID, die Ziel-ID-Informationen, und erfährt das empfangende Benutzergerät über die Periodizität des Empfangs, den zeitlichen Versatz des Empfangs und die Nachrichtengröße, welche dann zum Einrichten der TSN-Planung in dem empfangenden Fahrzeug verwendet wird.
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In Übereinstimmung mit einer weiteren Alternative führt das sendende Fahrzeug eine Ressourcenauswahl durch und informiert das empfangende Benutzergerät vor Beginn der eigentlichen Übertragung über die ausgewählte Ressource. In diesem Fall sendet das empfangende Benutzergerät auf der Grundlage der ausgewählten Ressourcen TSN-Planungsinformationen für den tatsächlichen Empfang.
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In Übereinstimmung mit einer weiteren Alternative führt das sendende Fahrzeug eine Ressourcenauswahl durch und informiert das empfangende Benutzergerät über die ausgewählte Ressource als eine vorgeschlagene Ressource, bevor die eigentliche Übertragung beginnt. In diesem Fall akzeptiert das empfangende Benutzergerät auf der Grundlage der vorgeschlagenen Ressourcen entweder alle oder einige der Vorschläge oder es erstellt einen neuen Vorschlag und sendet diesen Vorschlag zurück an das sendende Benutzergerät. Das sendende Benutzergerät nimmt die Vorschläge an. In diesem Fall werden die Informationen über die neu vorgeschlagenen Ressourcen in dem empfangenden Benutzergerät verwendet, um die TSN-Planung für den bevorstehenden Empfang einzurichten.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das Mapping bzw. die Zuordnung der Ethernet-QoS auf die Sidelink-QoS der V2X-Kommunikation. Konkret unterstützt das Ethernet acht verschiedene QoS-Stufen, die in dem PCP (Priority Code Points)-Feld in dem 802.1 Q-Header zusammen mit einem VLAN-Hilfs-Tag kodiert sind.
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Im Gegensatz dazu definiert 3GPP 10 verschiedene PC5-QoS-Indikator (PQI)-Werte, wie z.B. in 3GPP TS 23.287 V16.4.0 gezeigt. Wenn das Endsystem von Fahrzeug 1 und/oder Fahrzeug 2 oder die Basisstation eine V2X-Nachricht mit PQI über Ethernet-Frames sendet, fügt es einen entsprechenden PCP-Wert in den Header ein, und verwendet die TCU von Fahrzeug 1 oder Fahrzeug 2 oder die Basisstation eine interne QoS-Zuordnungstabelle, um den Diensttyp, d.h. diesen PCP-Wert, auf den entsprechenden PQI abzubilden, wenn sie die Nachricht empfängt.
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Ein Beispiel für diese Zuordnung ist in der folgenden Tabelle gezeigt:
| Dienstart | Prioritätscodepunkt (PCP)-Wert | PC5 QoS-Indikator (PQI)-Wert |
| Notfallbewegungsbahnausrichtung - Gemeinsame Nutzung von Sensoren - Hoher Automatisierungsgrad | 0 | 91 |
| Kooperative Kollisionsvermeidung - Gemeinsame Nutzung von Sensoren und Video - Höherer Automatisierungsgrad | 1 | 90 |
| Kolonnenbildung zwischen Fahrzeugen - höherer/niedrigerer Automatisierungsgrad, Kolonnenbildung zwischen Fahrzeug und RSUs - höherer/niedrigerer Automatisierungsgrad | 2 | 21, 56 |
| Gemeinsame Nutzung von Sensoren - Höherer/geringerer Automatisierungsgrad | 3 | 22, 58 |
| Kooperativer Spurwechsel - Höherer/niedrigerer Automatisierungsgrad | 4 | 55, 57 |
| ... | | |
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Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung
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In Bezug auf die TCU-IVN-Integration der vorliegenden Erfindung bezieht sich eine weitere Ausführungsform auf QoS-Vorhersagewerte. Die QoS-Vorhersagewerte werden entweder vom Dienstanbieter empfangen, an die TCU gesendet und dann an die CPU weitergeleitet oder von einer CPU lokal berechnet, beispielsweise im Fall einer Sidelink-QoS-Vorhersage bei jedem Fahrzeug auf separate Weise, und den TCUs zur Verfügung gestellt. Außerdem kann eine Anwendungsanpassung stattfinden. In dem Fall, dass die Dienstgüteleistung abnimmt, können einige Anwendungen ihre Übertragungscharakteristik anpassen, z.B. durch Verringern der Übertragungsrate oder durch Verringern der Paketgröße auf eine geringere Auflösung oder sogar durch Komprimierung, falls Komprimierung verfügbar ist, basierend auf den neuen Übertragungsbedingungen. Eine solche Anpassung erfordert neue TSN-Pläne, welche dann übertragen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform könnte ein Austausch auf einer Anwendungsschicht, d.h. in der Fahrzeug-CPU, zwischen Gruppenmitgliedern und im Vorfeld stattfinden, so dass eine Vereinbarung über bestimmte Kommunikationsmodelle getroffen wird. Bei einer solchen Kommunikation könnte eine Vereinbarung über eine Gruppen-ID stattfinden. Außerdem könnten zwei Arten von Dienstaktivierungsmodellen bereitgestellt werden: In Übereinstimmung mit der ersten Art kann eine geplante/koordinierte V2X-Dienstaktivierung stattfinden. In Übereinstimmung mit der zweiten Art kann eine ungeplante/unkoordinierte V2X-Dienstaktivierung, wie z.B. Notbremsung, Austausch von Notfallbewegungsbahnen, erfolgen.
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Weitere Ausführungsformen können sich auf Sicherheitsaspekte wie die Sicherheit zwischen der CPU und der TCU, wie die Authentifizierung und Verschlüsselung von Nachrichten oder/und die Authentifizierung von Fahrzeugen, die Zertifikate enthalten kann, in der Gruppe und die Integrität/Verschlüsselung von V2X-Nachrichten beziehen.
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Eine weitere Ausführungsform könnte sich auf die Art und Weise beziehen, wie Empfänger die Ende-zu-Ende-Latenz und Jitter-Werte des Senders erfahren und/oder messen. In diesem Fall können Empfänger solche Messungen an die Sender zurückmelden. In diesem Fall könnte das Transportprotokoll von Bedeutung sein. In dem Fall, in dem TCP für Unicast verwendet wird, könnte der Sender einige ACKs (Acknowledgements) empfangen, welche ausreichen könnten, um grobe Informationen über die Übertragung zu erhalten. Wird dagegen UDP (User Datagram Protocol) für Multicast verwendet, könnte das Sammeln von korrekten oder inkorrekten (ACK oder Negative ACK (NACK)) Empfangsinformationen von jedem Empfänger auf der Anwendungsschicht zusätzlichen Overhead erzeugen, der akzeptabel sein könnte (oder auf der Transportschicht angepasstes ACK oder NACK für Multicast/Broadcast-Kommunikation).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- TCU
- 11
- Antenne
- 12
- CPU
- 31
- Bereichsteuereinheit
- 31a
- Sensor
- 31b
- Aktuator
- 32-37
- Bereichsteuereinheiten
- 40
- Basisstation
- 41
- Antenne
- 42
- Randverarbeitungseinheit
- 110
- TCU
- 111
- Antenne
- 112
- CPU
- 210
- TCU
- 211
- Antenne
