Technik-Hintergrund Vehicle-to-X (V2X)
Kleine Kommunikationsboxen sollen künftig helfen, Kollisionen zu vermeiden oder auch nur effizienter zu fahren. Ob sich ihre gut durchdachte Technik bei Autoherstellern und -kunden durchsetzen wird, hängt derzeit hauptsächlich von der Legislative der Trump-Regierung ab.
- Clemens Gleich
Mit dem aktuellen Cadillac CTS verkauft General Motors seit diesem Jahr das erste Auto, in dem es V2X gibt, also standardisierte Fahrzeug-zu-Fahrzeug-und-allem-Möglichen-Kommunikation. Sehen wir uns den Stand der Dinge an, der deutlich mehr Hardware-Leistung fordert, als man zur Planungszeit vermutete.
Im von uns betrachteten Steuergerät von Cohda Wireless (im Auftrag von Bosch) arbeitet ein ARM Cortex A9 auf 1 GHz Taktfrequenz, der auf 512 MByte RAM und 4 GByte Flash-ROM zugreift. Zukünftig werden die OEM-Hersteller jedoch eher 1 GByte RAM verbauen. Optional kann zusätzlich ein Coprozessor aufgelötet werden, das sogenannte "Hardware Security Module" (HSM). Es übernimmt die Signierung der Nachrichten-Hashes im Verfahren ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm), damit Nachrichtenfrequenzen von über 2000 Stück pro Sekunde möglich werden, statt am Hauptprozessor einen Flaschenhals zu finden.
Dazu kommt ein schnelles Kommunikationsmodul mit von der Hauptplatine separater, empfindlicher Antenne. Die insgesamt vergleichsweise hohe Hardware-Anforderung erklärt sich aus der Kombinatorik: V2X prüft Kollisionen der eigenen, ans jeweilige Fahrzeug angepassten Bounding Box mit der aller anderen V2X-Teilnehmer in Reichweite. Die Anzahl der zu prüfenden Kollisionen steigt also exponentiell mit der Anzahl der Objekte. Spielefirmen kennen das Problem sehr gut aus der eigenen Kollisionserkennung. Dazu kommen digitale Signaturen und Anonymisierung.
Prioritäten
Um die Anforderungen an CPU und Speicher zu reduzieren, sortiert die Software Kollisionsprüfungen nach Relevanz. Was die eigene Bounding Box gar nicht betrifft, fliegt raus. Was sie nicht unmittelbar betrifft, muss weiter hinten anstehen. Damit dergestalt sortiert werden kann, enthalten die einzelnen Pakete außer der Kollisionsbox noch Bewegungsvektoren, Beschleunigungen und vor allem die Position, fahrspurgenau. Anhand dieser Daten priorisiert der Kollisionsprüfer, welche Pakete die höchste Relevanz für das eigene Fahrzeug haben. Er sortiert zum Beispiel geographisch, nach Geschwindigkeit und nach dazwischenliegenden Fahrzeugen.
Überschneiden sich Bounding Boxes auf ihren aktuellen Bewegungsvektoren, erkennt die Software eine mögliche Kollision. Sie stuft die Kommunikationsfrequenz zwischen diesen beiden Teilnehmern hoch. Je nach Einstellung gibt das Fahrzeug irgendwann eine Warnung an den Fahrer aus, wenn die Kollision wahrscheinlich genug aussieht. Beispiel: Zwei Fahrzeuge, die in 100 Metern Entfernung zueinander auf Vektoren fahren, die sich bei gleichbleibenden Werten innerhalb einiger Sekunden überschneiden würden, können jederzeit noch bremsen, beschleunigen oder abdrehen und tun das meistens auch. Eine Warnung hier wäre unsinnig verfrüht. Wenn dagegen nur noch ein sehr kurzer Reaktionsraum bis zur Kollision bleibt, erfolgt eine Warnung an den Fahrer. In automatisierten Systemen hilft der Input der V2X-Box auch, diese ohne Zutun des Fahrers auszulösen, also zum Beispiel eine Notbremsung auszulösen, wenn ein für den Fahrer und das Radar des Wagens unsichtbares Auto hinter einem Haus angeschossen kommt.
Ad hoc
Die Spezifikation sieht einen Rundfunk-Teil vor, bei dem Teilnehmer im vorgesehenen Frequenzband ihre Nachrichten über Position (Auto) oder Zustand (Ampel) senden. Dieser "Control Channel" ist für die meisten Funktionen ausreichend, vor allem die sicherheitskritischen. Auf dem Control Channel können sich Boxen aber auch zu Netzwerken verabreden für aufwendigere Anwendungen wie zum Beispiel Mautsysteme. Diese Netzwerke bilden sich ad hoc, also ohne zentralen Netzwerk-Host als Vermittler für alle, als überlappende Peer-to-Peer-Netze.
Damit wichtige Nachrichten dennoch weit reisen, sieht das Protokoll für sie vor, dass sie weitergereicht werden, bis ihre Relevanz wieder heruntergesetzt wird. Auf diese Weise erreichen das eigene Auto auch Nachrichten jenseits der Funkreichweite von maximal 1000 Metern bei Sichtlinie. Das Funkprotokoll ähnelt WLAN und sendet in Europa im Frequenzbereich von 5855 bis 5925 MHz. V2X-Spezialisten und Smartphone-Firmen stehen in reger Kommunikation, wie man Smartphone-Fußgänger am besten integrieren könnte. Aktuell gehen die Ideen zuerst einmal in Richtung einer speziellen Smartphone-Hülle, die ein Signal aussendet. Eine Software-Lösung in Smartphones mit passender Antenne wäre theoretisch möglich, aber deutlich anfälliger für Missbrauch.