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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur paketvermittelten Kommunikation eines Verkehrsteilnehmers.
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Multikonnektivität stellt ein Konzept zur paketvermittelten Kommunikation dar, bei dem verschiedene, dem Verkehrsteilnehmer zur Kommunikation zur Verfügung stehende Kanäle eingesetzt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Vorrichtung und das Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen stellen ein Scheduling für Nachrichten dar, das einer Nachricht einen Kanal oder mehrere Kanäle zur Übertragung zuweist.
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Das Verfahren zur paketvermittelten Kommunikation eines Verkehrsteilnehmers sieht vor, dass, insbesondere mit wenigstens einem Sensor und/oder wenigstens einer Kommunikationseinrichtung des Verkehrsteilnehmers, Information über eine Umgebung des Verkehrsteilnehmers erhalten wird, wobei abhängig von der Information, insbesondere von einem Inhalt der Information, durch ein Modell eine Situation in der Umgebung des Verkehrsteilnehmers bestimmt wird, wobei abhängig von der Situation wenigstens ein Kanal zur paketvermittelten Übertragung wenigstens eines Datenpakets einer paketvermittelt zu übertragenden Nachricht zugewiesen wird. Dadurch werden Ressourcen verschiedener Kanäle für die Kommunikation verschiedener Nachrichten für verschiedene Übertragungsstationen individuell zugewiesen. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit der Kommunikation, z.B. durch eine bessere Paketempfangsrate, und/oder die Leistungsfähigkeit der kommunikationsbasierten Anwendungen signifikant.
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Das Modell kann ein lokales Umgebungsmodell (local environmental model) oder ein, bevorzugt mit V2X-Informationen angereichertes, globales Umgebungsmodell (V2X-extended global environmental model) sein. Das Modell basiert auf Sensordaten von verkehrtsteilnehmereigenen und/oder verkehrsteilnehmerfremden Sensoren, welche bspw. mittels V2X-Kommunikation bereitgestellt werden. Das Modell kann Sensorrohrdaten und/oder ausgewertete, insbesondere fusionierte, Sensordaten, bspw. Objektlisten, von insbesondere mehreren Sensoren, umfassen. Das Modell kann Teil der Facility Layer sein.
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Die Situation in der Umgebung des Verkehrsteilnehmers kann eine derzeitige, zukünftige bzw. prädizierte oder vergangene Situation bzw. ein Zustand in der Umgebung des Verkehrsteilnehmers sein. Die Situation kann eine Verkehrssituation, bspw. bezüglich weiterer Verkehrsteilnehmer, sein. Die Situation kann eine Situation bzw. ein Zustand einer oder mehrerer Kommunikationsverbindungen, insbesondere einer V2X-Verbindung, des Verkehrsteilnehmers sein.Vorzugsweise ist vorgesehen, dass abhängig von einer Priorität der Nachricht und abhängig von wenigstens einer Schätzung für eine Güte eines Kanals aus einer Mehrzahl von Kanälen zur paketvermittelten Kommunikation zur Übertragung der Nachricht entweder ein zufälliger Kanal oder ein Kanal mit einer gegenüber anderen der Kanäle aus der Mehrzahl von Kanälen geringeren Güte ausgewählt wird, oder dass ein Kanal mit einer gegenüber anderen der Kanäle aus der Mehrzahl von Kanälen höherer Güte ausgewählt wird, oder dass wenigstens zwei Kanäle aus der Mehrzahl von Kanälen zur im Wesentlichen parallelen Übertragung von Paketen derselben Nachricht ausgewählt werden. Dies verbessert eine Quality of Service beim Versenden von vehicle to everything, V2X, Nachrichten.
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Vorzugsweise wird die Güte des Kanals abhängig von einer Last und/oder einer Paketumlaufzeit und/oder einer Paketzustellrate für den Kanal und/oder eines historischen Verlaufs der Güte des Kanals und/oder einer Position insbesondere eines anderen Verkehrsteilnehmers geschätzt. Die Güte des jeweiligen Kanals ändert sich im Verkehrsfluss andauernd. Die Zuweisung abhängig von dieser Schätzung der Güte eignet sich besonders gut zur Zuweisung von Kanälen zu Nachrichten, die an andere Verkehrsteilnehmer zu senden sind.
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Die Priorität der Nachricht wird vorzugsweise von einem Service bestimmt oder geschätzt, der von einer Hardware zur paketvermittelten Kommunikation unabhängig ist. Das vereinfacht eine Integration in einen herkömmlichen Protokollstack.
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Jedem Service können ein oder mehrere Typen von Nachrichten, bspw. Collaborative Localization Message, CLM, eine Decentralized Environmental Notification Message, DENM, eine Cooperative Awareness Message, CAM, oder eine Collective Perception Message, CPM, zugeordnet sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Priorität abhängig von einer vorgegebenen oder vorbestimmten Priorität bestimmt wird, die einer Applikation, die die Nachricht sendet, zugewiesen ist und/oder dass die Priorität abhängig von einer vorgegebenen oder vorbestimmten Priorität bestimmt wird, die einem Inhalt der Nachricht zugewiesen ist und/oder dass die Priorität abhängig von einer vorgegebenen oder vorbestimmten Priorität bestimmt wird, die der Situation zugewiesen ist. Bei der V2X Kommunikation erfordern unterschiedliche Situationen oder Applikationen unterschiedliche Zuverlässigkeit oder Priorität bei der Übertragung. Unabhängig vom zugrundeliegenden Protokollstack wird durch diese Priorisierung eine besonders gut für V2X Kommunikation geeignete Zuweisung von Kanälen zu Nachrichten erreicht.
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Die Priorität wird vorzugsweise abhängig von einer insbesondere gewichteten Summe oder einem insbesondere gewichteten Produkt der vorgegebenen oder vorbestimmten Prioritäten bestimmt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Priorität abhängig von einer maximal tolerierbaren oder einer minimal tolerierbaren Latenz oder Übertragungszuverlässigkeit bestimmt wird, die einer Applikation zugeordnet ist.
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Vorzugsweise wird wenigstens ein Datenpaket der Nachricht über den der Nachricht zugewiesenen Kanal oder die ihm zugewiesenen Kanäle übertragen. Dieses Scheduling wird vorzugsweise für eine Nachricht insgesamt durchgeführt.
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Die einzelnen Datenpakete werden auf dem der Nachricht zugewiesenen Kanal übertragen.
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Die Vorrichtung zur paketvermittelten Kommunikation des Verkehrsteilnehmers umfasst eine Schnittstelle, die ausgebildet ist, insbesondere von wenigstens einer Einrichtung, insbesondere wenigstens einem Sensor und/oder wenigstens einer Kommunikationseinrichtung des Verkehrsteilnehmers, Information über eine Umgebung des Verkehrsteilnehmers zu erhalten, ein Modell, das ausgebildet ist, abhängig von der Information eine Situation in der Umgebung des Verkehrsteilnehmers zu bestimmen, und einen Scheduler, der ausgebildet ist, abhängig von der Situation wenigstens ein Kanal zur paketvermittelten Übertragung wenigstens eines Datenpakets einer paketvermittelt zu übertragenden Nachricht zuzuweisen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung von Teilen eines Fahrzeugs,
- 2 ein Funktionsprinzip eines Scheduler,
- 3 Schritte in einem Verfahren zur Kommunikation im Fahrzeug.
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In der folgenden Beschreibung wird als Beispiel für einen Verkehrsteilnehmer ein Fahrzeug beschrieben. Der Verkehrsteilnehmer kann auch eine Einheit einer Verkehrsinfrastruktur sein oder eine Einheit, die von einer Person, die am Verkehr teilnimmt, getragen wird. Die Einheit ist in diesem Fall wie für das Fahrzeug beschrieben ausgebildet.
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In 1 ist ein Fahrzeug 100 schematisch dargestellt. Im Folgenden wird ein Aufbau des Fahrzeugs 100 beschrieben. Das Fahrzeug 100 ist im Beispiel zur Kommunikation mit einem anderen Fahrzeug 102 ausgebildet. Ein schematischer Aufbau eines Teils des Fahrzeugs 100 und des anderen Fahrzeugs 102 wird im Folgenden anhand des Fahrzeugs 100 beschrieben.
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Das Fahrzeug 100 umfasst eine Vorrichtung 104 zur paketvermittelten Kommunikation.
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Die Vorrichtung 104 umfasst eine Schnittstelle 106, die ausgebildet ist, insbesondere von wenigstens einem Sensor 108 und/oder wenigstens einer Kommunikationseinrichtung des Fahrzeugs 100 Information über eine Umgebung des Fahrzeugs 100 zu erfassen. Der wenigstens eine Sensor 108 kann ein Radar-Sensor, ein LiDAR-Sensor oder eine Kamera sein. Mehrere dieser Sensoren können ebenfalls eingesetzt werden. Die Kommunikationseinrichtung kann zusätzlich oder falls kein Sensor 108 vorhanden ist, dazu eingesetzt werden, die Information über die Umgebung des Fahrzeugs 100 zu empfangen. Die Information über die Umgebung des Fahrzeugs 100 kann auch über eine andere Informationsschnittstelle bereitgestellt werden.
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Die Vorrichtung 104 umfasst eine Modell 110, das ausgebildet ist, abhängig von der Information eine Situation in der Umgebung des Fahrzeugs 100 zu bestimmen.
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Die Vorrichtung umfasst einen Scheduler 112, der ausgebildet ist, abhängig von der Situation wenigstens ein Kanal 114 zur paketvermittelten Übertragung wenigstens eines Datenpakets einer paketvermittelt zu übertragenden Nachricht zuzuweisen. Nachricht bedeutet in diesem Zusammenhang eine Nachricht für Fahrzeug zu Fahrzeug Kommunikation oder für Fahrzeug zu Infrastruktur Kommunikation oder für Fahrzeug zu Personen Kommunikation oder für Fahrzeug zu Netzwerk Kommunikation. Die Nachricht ist im Beispiel eine V2X Nachricht. Bei einer V2X Kommunikation kann auch eine V21 Kommunikation, d.h. eine Kommunikation mit einer Verkehrsinfrastruktur enthalten sein. Das bedeutet, die Nachricht wird vom Fahrzeug 100 entweder zu einem anderen Fahrzeug oder zu einem Element der Verkehrsinfrastruktur gesendet. Die Nachricht kann auch an mehr als ein Fahrzeug an mehr als eine Person und/oder an mehr als ein Element der Verkehrsinfrastruktur gesendet werden. Die Nachricht kann auch als Broadcast gesendet werden. Das Medium für den wenigstens einen Kanal 114 ist Luft. Die Kommunikation kann gemäß eines V2X-Standards, z.B. über WLAN IEEE 802.11p, 802.11bd, 3GPP C-V2X oder 5G NR V2X erfolgen.
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Die Vorrichtung 104 oder das Fahrzeug 100 kann einen weiteren Sensor 116 umfassen, der ausgebildet ist, eine Position des Fahrzeugs 100 zu bestimmen. Das Modell 110 kann ausgebildet sein, die Situation abhängig von der Position des Fahrzeugs 100 zu bestimmen. Der Sensor 116 kann ein integrierter Beschleunigungssensor, Drehratensensor, Geschwindigkeitssensor oder Sensor für Signale eines globalen Satellitennavigationssystems sein. Es können mehrere dieser Sensoren vorgesehen sein.
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Die Vorrichtung 104 umfasst eine Applikation 118 umfassen. Die Applikation 118 ist ausgebildet, abhängig von der Situation eine Nachricht zu erzeugen, die vom Fahrzeug 100 an das andere Fahrzeug 102, oder weitere Verkehrsteilnehmer aus der Verkehrsinfrastruktur übertragen werden soll.
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Die Vorrichtung 104 kann einen Service umfassen, der ausgebildet ist, eine Priorität für die Nachricht zu bestimmen oder zu schätzen. Die Priorität umfasst im Beispiel wenigstens einen Parameter. Der Parameter ist beispielsweise abhängig von einer maximal tolerierten Latenz oder einer minimal tolerierten Übertragungszuverlässigkeit definiert.
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Die Vorrichtung 104 umfasst eine Kommunikationseinrichtung 120. Die Kommunikationseinrichtung 120 ist ausgebildet, eine Nachricht auf dem wenigstens einen, der Nachricht vom Scheduler 112 zugewiesenen Kanal 114 zu senden. Nachrichten, die die Kommunikationseinrichtung 120 empfängt oder sendet, können selbst Information über die Umgebung des Fahrzeugs 100 umfassen und/oder Eingangsgrößen des Modells 110 sein. Die Kommunikationseinrichtung 120 ist ausgebildet, eine Information über eine Güte des wenigstens einen Kanals 114 zu bestimmen oder zu schätzen.
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Der Scheduler 112 ist ausgebildet, die Situation vom Modell 110 und die Information über eine Güte des wenigstens einen Kanal 114 zu empfangen. Der Scheduler 112 ist ausgebildet, abhängig von der Situation und der Information Nachrichten wenigstens einem Kanal 114 zuzuweisen.
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Im Beispiel ist ein Protokollstack vorgesehen, der von einer Anwendungsschicht beginnend zu einer Bitübertragungsschicht hin folgendermaßen aufgebaut ist:
- Anwendungsschicht
- Fahrzeugkommunikationsschicht (V2X Messages)
- Transportschicht (TCP/UDP)
- Vermittlungs-/Paketschicht (IPv6)
- Sicherungsschicht (MAC, MAC Extensions)
- Bitübertragungschicht (PHY)
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In dieser nicht abschließenden Aufzählung sind Beispiele insbesondere für Protokolle, die in den jeweiligen Schichten zum Einsatz kommen können, in Klammern angegeben. Transportschicht und Vermittlungs-/Paketschicht können auch das Basic Transport Protocol, BTP, und das GeoNetworking Protokoll umfassen.
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In der Anwendungsschicht ist die Applikation 118 angeordnet. V2X Messages bezeichnet ein Protokoll zur Priorisierung der Nachrichten, die von der Applikation 118 erzeugt und vom Fahrzeug 100 an das andere Fahrzeug 102 oder an andere Elemente einer Verkehrsinfrastruktur gesendet werden sollen. Der Service ist im Beispiel in der Fahrzeugkommunikationsschicht angeordnet und von der Hardware zur paketvermittelten Kommunikation unabhängig.
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Die Anwendungsschicht und die Fahrzeugkommunikationsschicht werden im Beispiel für die Erzeugung der Nachrichten und die Schätzung oder Bestimmung der Prioritäten, die den jeweiligen Nachrichten zugewiesen sind, eingesetzt. Die Bitübertragungsschicht und die Sicherungsschicht wird im Beispiel für die Bereitstellung, Zugriffskontrolle und Überwachung von Kanälen zur Kommunikation eingesetzt. Die anderen Schichten werden für paketvermittelte Übertragung und Routing eingesetzt.
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In 2 ist ein Funktionsprinzip des Scheduler 112 schematisch dargestellt.
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Der Scheduler 112 empfängt einerseits eine Priorität 202 einer Nachricht und andererseits eine Schätzung 204 für die Güte wenigstens des einen Kanals 114. Der Scheduler 112 bestimmt abhängig von der Priorität 202 und der Schätzung 204 eine Zuweisungsentscheidung 206 der Nachricht.
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Die Zuweisungsentscheidung 206 wird im Beispiel in einem Verfahren zur Kommunikation im Fahrzeug bestimmt, das im Folgenden anhand der 3 beschrieben wird.
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Der Scheduler 112 empfängt einerseits die Priorität 202 der Nachricht und andererseits die Schätzung 204 für die Güte des wenigstens einen Kanals 114.
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Abhängig von einem Vergleich der Priorität 202 mit wenigstens einer Priorität einer anderen Nachricht wird bei einer gegenüber der Priorität der anderen Nachricht höheren Priorität ein Schritt 302 ausgeführt. Anderenfalls wird in einem Schritt 304 eine Zuweisungsentscheidung getroffen.
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Im Schritt 304 wird der Nachricht ein Kanal aus einer Mehrzahl zur Kommunikation zur Verfügung stehender Kanäle zugwiesen, der entweder aus der Mehrzahl der Kanäle zufällig ausgewählt ist, oder der eine gegenüber einem oder mehreren anderen Kanälen aus der Mehrzahl der Kanäle geringere Güte aufweist.
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Anschließend an die Zuweisungsentscheidung im Schritt 304 wird wenigstens ein Datenpaket der Nachricht über den ihm zugewiesenen Kanal übertragen. Im Beispiel wird die Nachricht vollständig über diesen Kanal übertragen.
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Im Schritt 302 wird abhängig von der Situation geprüft, ob eine hohe Zuverlässigkeit der Datenübertragung erforderlich ist oder nicht. Wenn eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist, wird ein Schritt 306 ausgeführt. Anderenfalls wird ein Schritt 308 ausgeführt.
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Im Schritt 306 werden wenigstens zwei Kanäle aus der Mehrzahl der zur Kommunikation zur Verfügung stehenden Kanäle ausgewählt, die eine gegenüber einem oder mehreren anderen der Kanäle aus der Mehrzahl der zur Kommunikation zur Verfügung stehenden Kanälen größere Güte aufweisen.
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Anschließend an die Zuweisungsentscheidung im Schritt 306 wird wenigstens ein Datenpaket der Nachricht über die ihm zugewiesenen Kanäle übertragen. Im Beispiel wird die Nachricht zwei Kanälen zugewiesen und im Wesentlichen parallel über zwei Kanäle übertragen.
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Im Schritt 308 wird ein Kanal aus der Mehrzahl der zur Kommunikation zur Verfügung stehenden Kanäle ausgewalzt, der eine gegenüber einem oder mehreren anderen der Kanäle aus der Mehrzahl der zur Kommunikation zur Verfügung stehenden Kanäle größere Güte aufweist.
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Anschließend an die Zuweisungsentscheidung im Schritt 308 wird wenigstens ein Datenpaket der Nachricht über den ihm zugewiesenen Kanal übertragen. Im Beispiel wird die Nachricht vollständig über diesen Kanal übertragen.
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Statt eines relativen Vergleichs von Güte und/oder Priorität kann auch ein Vergleich mit einem jeweiligen Schwellwert vorgesehen sein.
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Die Güte des jeweiligen Kanals wird beispielsweise abhängig von einer Last, einer Paketumlaufzeit und/oder einer Paketzustellrate für den jeweiligen Kanal bestimmt.
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Die Güte des jeweiligen Kanals wird beispielsweise abhängig von einem historischen Verlauf der Güte des jeweiligen Kanals bestimmt.
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Die Güte des jeweiligen Kanals wird beispielsweise abhängig von einer Position insbesondere eines anderen Fahrzeugs geschätzt.
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Die Priorität der Nachricht wird im Beispiel vom Service bestimmt oder geschätzt. Dieser ist von der Hardware zur paketvermittelten Kommunikation unabhängig. Die Priorität für Nachrichten einer bestimmten Applikation wird beispielsweise abhängig von einer maximal tolerierbaren oder einer minimal tolerierbaren Latenz oder Übertragungszuverlässigkeit bestimmt, die dieser Applikation zugeordnet ist. Beispielsweise wird einem V2X Servicetyp abhängig davon eine Priorität zugeordnet, ob es sich um eine Collaborative Localization Message, CLM, eine Decentralized Environmental Notification Message, DENM, eine Cooperative Awareness Message, CAM, oder eine Collective Perception Message, CPM, handelt. CPM wird im Beispiel dazu eingesetzt, unter Verkehrsteilnehmern Information über verwundbare Verkehrsteilnehmer auszutauschen. Statt für CAMs kann das Verfahren auch für Basic Safety Messages, BSMs, eingesetzt werden. DENM wird im Beispiel dazu eingesetzt, unter Verkehrsteilnehmern Information über Positionen von toten Tieren auf einer Straße auszutauschen. CLM wird im Beispiel dazu eingesetzt, unter Verkehrsteilnehmern Information über Positionen von einem Satellitennavigationssystem auszutauschen. Beispielweise wird eine Priorität p wie folgt zugeordnet: p(CPM)=0,75p(CAM)=0,5p(DENM).
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Beispielsweise ist einer Applikation, die die Nachricht sendet, eine vorgegebene Priorität zugewiesen. Beispielsweise ist einem Inhalt der Nachricht eine vorgegebene Priorität zugewiesen. Beispielsweise ist der Situation eine vorgegebene Priorität zugewiesen. Beispielsweise ist p(CLM) unter freiem Himmel kleiner als wenn sich der Verkehrsteilnehmer in einer Häuserschlucht befindet.
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Die Priorität wird im Beispiel abhängig von einer dieser vorgegebenen Prioritäten, mehreren dieser vorgegebenen Prioritäten oder den vorgegebenen Prioritäten bestimmt. Beispielsweise wird eine insbesondere gewichtete Summe oder ein insbesondere gewichtetes Produkt der verwendeten vorgegebenen Prioritäten bestimmt.
