Untersuchung von Car2x-Leistungsparametern in hochdynamischen Verkehrssituationen

Student Christoph Scharnagl
Thema Untersuchung von Car2x-Leistungsparametern in hochdynamischen Verkehrssituationen
Bearbeitungszeitraum 07.10.2016 – 07.03.2017
Betreuer

Prof. Dr. rer. nat. Toralf Trautmann

M. Sc. Sven Eckelmann

Aufgabenstellung

  • Inbetriebnahme von Funkmodulen für die Datenübertragung in Ad-hoc Netzwerken nach dem Standard 802.11p
  • Konzeption von Messaufbauten und Einsatzszenarien zur Ermittlung der Leistungsparameter in kritischen Konstellationen
  • Durchführung und Auswertung statischer und dynamischer Messungen
  • Konzeption einer Bewertungsbasis zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit

 

  • Einleitung

    Die Vernetzung von Fahrzeugen und der Verkehrsinfrastruktur mittels Ad-hoc-Netzwerken ist die Voraussetzung zur weiteren Erhöhung der Verkehrssicherheit und des Fahrkomforts. Diese besondere Form der Netzwerke befindet sich noch im Entwicklungsstadium und weist zahlreiche Unterschiede zur konventionellen drahtlosen Vernetzung auf. Es existieren bislang keine verbindlichen Prüfmethoden für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit. In der Masterarbeit sollen die Grundlagen erarbeitet werden, um insbesondere für kritische dynamische Verkehrssituationen eine vergleichbare Bewertungsbasis erstellen zu können.

  • Hardware

    Für die Untersuchung der Leistungsfähigkeit stehen Funkmodule von Cohda Wireless und UNEX zur Verfügung.

    Auf der linken Seite der Abbildung ist das C2X-Funkmodul von UNEX, das OBU-201E abgebildet. Das blau eingefärbte Funkmodul MK5 von Cohda Wireless befindet sich auf der rechten Seite. Beide Module unterscheiden sich hinsichtlich des Betriebssystems. Das Modul von Cohda Wireless erfüllt die C2X-Funktionalität auf der Basis von Linux. Im Gegensatz dazu arbeitet das Funkmodul von UNEX in Verbindung mit dem Real-Time-Betriebssystem ThreadX. Die Inbetriebnahme der Funkmodule von Cohda Wireless wurde in vorangegangenen Projekten erfolgreich abgeschlossen. Im Rahmen dieser Arbeit steht die Inbetriebnahme der Module von UNEX im Fokus.

     

     

     

     

    Die wesentlichen Bestandteile der C2X-Funkmodule von UNEX sind in der nachfolgenden schematischen Abbildung dargestellt.

    Über die RS-232 Schnittstelle erfolgt die Kommunikation mit dem Funkmodul. Das Image wird über die Netzwerkschnittstelle mittels TFTP-Server auf das Funkmodul übertragen. Der GNSS-Empfänger stellt die GPS-Informationen zur Verfügung. Für den Test und die Adaption weiterer Funktionen hat sich die Verwendung der CAN-Schnittstelle als komfortabel erwiesen. So können Informationen vom CAN-Bus in beide Richtungen ausgetauscht werden.

     

  • Software UNEX Funkmodule

    Für die Anpassung der Funktionalität über die Software ist es notwendig, ein neues Image zu generieren. Die nachfolgende Darstellung zeigt den Design-Flow mit dem vom Hersteller zur Verfügung gestellten SDK.

    Bereits zu Beginn der Arbeitszeit hat sich gezeigt, dass die mitgelieferten “ExampleFiles” von AutoTalks (AutoTalks bezieht die Funkmodule von UNEX) keine normenkonformen C2X-Kommunikation ermöglicht. Ein bereits kompilierter Software-Stack von Commsignia ermöglicht das Senden von normenkonformen C2X-Nachrichten, lässt sich jedoch aufgrund des nicht zur Verfügung gestellten Quellcodes nicht in seiner Funktionalität erweitern. UNEX hingegen stellt zu den Funkmodulen einen Stack und den dazugehörigen Quellcode in Form einer SDK zur Verfügung. Die nachfolgende Tabelle stellt eine Übersicht der Möglichkeiten mit den drei Varianten dar.

    Übersicht der unterschiedlichen Softwarestacks
    Hersteller AutoTalks UNEX Commsignia
    Umgebung SDK mit Beispielen SDK mit ETSI EN Stack ETSI EN Stack
    Vorteile Beispielcode für die Anbindung an den CAN-Bus usw. ETSI konforme Kommunikation mit eingeschränkter Intelligenz ETSI konforme Kommunikation für CAM-Botschaften
    Nachteile Keine ETSI konforme Kommunikation Eingeschränkte Intelligenz Keine Anpassung aufgrund der fehlenden SDK
    Keine Weiterleitung an die eth0-Schnittstelle – Logging über Wireshark nicht möglich Keine Weiterleitung an die eth0-Schnittstelle – Logging über Wireshark nicht möglich Versand von DENM Nachrichten ohne Funktion
  • Konzepte und Messungen

    Das Konzept zur Bewertung der Leistungsparameter muss nachfolgende anwendungsbezogene Kenngrößen berücksichtigen:

    • Nachrichtenübertragungszeit
    • Aktualisierungszeit
    • Datendurchsatz
    • Paketverlustrate
    • Sende- und Empfangsstärke (Rx und Tx)

     

    Bei Funkverbindungen ist es nicht ausreichend, nur das System als solches zu überprüfen. Das Verhalten des Systems ist abhängig von unterschiedlichen Wechselwirkungen und wird z. B. beeinflusst durch die Zusammenarbeit mit angrenzenden Systemen.

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