Car-to-Car-Kommunikation (C2C, Car2Car)

Bei der Car-to-Car-Kommunikation (C2C, Car2Car) geht es um die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und anderen Verkehrsteilnehmern in der näheren und auch entfernten Umgebung. Die grundsätzliche Idee dahinter ist, dass sich Autos untereinander per Funk vernetzen und Autofahrer frühzeitig Informationen über Verkehrslage und Gefahrensituationen erhalten.

Die Aufgaben der europäischen C-ITS-Norm sehen Warnungen vor Stauenden und Schlechtwetterlagen vor, sowie die Erkennung von Verkehrsteilnehmern außerhalb des Sichtfeldes.

  • Fahrzeuge schauen durch Hindernisse hindurch und über Bergkuppen hinweg, warnen sich in Echtzeit gegenseitig vor Blitzeis, Aquaplaning oder Unwetter.
  • Einsatzfahrzeuge von Polizei, Feuerwehr und Rettungsdiensten informieren Autofahrer über Entfernung und Richtung und schalten sich Ampeln auf Grün.
  • Ergänzung für zahlreiche Sicherheitssysteme. Zum Beispiel Unfallwarnung, Auffahrschutz, Spurhalteassistent, Überwachung des toten Winkels, Kreuzungsassistent, Einsatzfahrzeugmelder, Baustellenwarner, Kolonnenbildung und anderes mehr.

Ziele

  • Interoperabilität und grenzübergreifende Nutzung von Car-to-Car-Systemen.
  • Den Straßenverkehr intelligenter organisieren und zugleich sicherer und umweltfreundlicher gestalten.
  • Steigerung der Verkehrssicherheit und Reduzierung der Verkehrsunfälle und Verkehrstoten.

Konzepte der Car-to-Car-Kommunikation

V2X-Kommunikation

Im Rahmen von Konzepten, wie Vehicle-to-Everything (V2X), Car2X-Kommunikation (C2X), Dedicated Short-Range Communications (DSRC) und Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS) sollen vernetzte Autos untereinander, mit anderen Verkehrsteilnehmern und mit der Verkehrstechnik in ihrer unmittelbaren Umgebung kommunizieren.

Die Autovernetzung ist in vielen Ländern bereits Pflicht. Aus Sicherheitsgründen und um den Verkehrsfluss zukünftig zu verbessern.

  • Auto mit anderen Autos (Vehicle-to-Vehicle, V2V)
  • Auto mit Ampeln und Schildern am Straßenrand (Vehicle-to-Infrastructure, V2I)
  • Auto mit Fußgängern oder Radfahrern (Vehicle-to-Pedestrian, V2P)
  • Auto mit dem Mobilfunknetz (Vehicle-to-Network, V2N)
  • Auto mit dem eigenen Heim (Vehicle-to-Home, V2H)

Alle Spezifikationen fasst man mit Vehicle-to-Everything zusammen (V2X).

Kommunikation

Die Car-to-Car-Kommunikation erfolgt

  • indirekt über Basisstationen
  • direkt miteinander, ohne Basisstation

Beim sogenannten Sidelinking kommunizieren die Autos bzw. Teilnehmer direkt miteinander.

Frequenzbereich

Für die Car-to-Car-Kommunikation ist weltweit bei 5,9 GHz ein Frequenzband reserviert. Allerdings ist die exakte Verteilung nicht ganz einheitlich geregelt. In Deutschland gibt es 20 MHz von 5.855 bis 5.875 MHz sowie 30 MHz von 5.875 bis 5.905 MHz.

Funkstandards für die Car-to-Car-Kommunikation

Für die Car-to-Car-Kommunikation existieren zwei Funkstandards. Der ältere Standard ITS-G5, der auf der WLAN-Technik mit IEEE 802.11p basiert und deshalb auch als pWLAN bzw. WLANp bezeichnet wird. Und der Mobilfunkstandard C-V2X, der auf LTE basiert und auch in der 5G-Mobilfunktechnik berücksichtigt wird. Beide Standards sehen die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur am Straßenrand vor.

C-V2X vs. ITS-G5

Im Prinzip konkurrieren zwei Standards um die Vorherrschaft in der Car-to-Car-Kommunikation. Die folgende Betrachtung erfolgt technikneutral und lässt außen vor, dass der Markt sich für eine Technik entschieden hat oder bevorzugt wird.

Für den älteren Standard ITS-G5 auf Basis von IEEE 802.11p sind schon vor C-V2X Chips und Module erhältlich gewesen. Auch hat sich pWLAN bereits im Massentest auf öffentlichen Straßen bewährt.
Die LTE-Spezifikation gilt als leistungsfähiger bezüglich Reichweite und Verfügbarkeit. C-V2X baut auf einer bereits etablierten und verbreiteten Technik auf.

Netz: Nachteilig für ITS-G5 ist, dass die Infrastruktur am Straßenrand aufgebaut werden muss. Die Frage ist, wer baut das auf, wer betreibt es und wer bezahlt dafür. C-V2X basiert auf einer etablierten und verbreiteten Technik, für die das Netz fast überall verfügbar ist. Aber auch hier gilt, das die Mobilfunknetzbetreiber ihre Netze dafür ausrüsten müssen. In der Kostenfrage verhalten sich die Mobilfunknetzbetreiber auffällig still. Aber kostenlos kann es weder ITS-G5 noch C-V2X geben.

Nutzeranzahl: Die 5G-Mobilfunktechnik ist auf eine hohe Nutzerzahl optimiert, wovon C-V2X profitiert. Bei der WLAN-Technik weiß man, dass eine zu hohe Nutzeranzahl eine Kommunikation fast unmöglich machen kann.

Signallaufzeit: WLANp-Befürworter merken an, dass es bei Anwendungen, bei denen es um Schnelligkeit geht, die WLAN-Technik besser ist. Tatsächlich kommt WLANp auf einstellige Millisekundenwerte bei den Signallaufzeiten. Um einen Fahrer vor einer Notbremsung des vorausfahrenden Autos zu warnen, ist C-V2X mit LTE ungeeignet. Die Signallaufzeiten der LTE-Signale von einigen Zehntelmillisekunden sind dafür zu lang. Erst mit 5G sind die Signallaufzeiten kurz genug und können kürzer sein als bei pWLAN. Aber, ob über ein Stauende, das erst einige Hundert Meter entfernt ist, ein paar Millisekunden früher oder später informiert wird, ist für die Sicherheit nicht entscheidend.

Reichweite: Bei WLANp beträgt die Reichweite maximal 800 Meter und im Schnitt 500 Meter. In der Praxis muss man mit einer deutlich kürzeren Reichweite rechnen.

Kosten: Die Befürworter von WLANp weisen daraufhin, dass die Kommunikation zwischen Fahrzeugen gebührenfrei ist. Dabei ist WLANp nicht kostenlos zu haben. Denn die Integration der Technik in Fahrzeuge und Infrastruktur, sowie der Betrieb der Infrastruktur muss trotzdem bezahlt werden. Und die Betriebskosten von C-V2X müssen nicht zwangsläufig mit der Mobilfunkrechnung bezahlt werden. Genau genommen hat noch niemand etwas zu den Kosten der Technik gesagt. Das liegt auch daran, dass die Car2Car-Konzepte an dieser Stelle unvollständig sind.

Fazit: Weltweit gibt es die Tendenz das neuere C-V2X zu bevorzugen. Allerdings ist C-V2X erst mit der 5G-Mobilfunktechnik für die Car-to-Car-Kommunikation tauglich. Egal welche Technik, offen ist, wie teuer das wird und wer das finanziert.

Hinweis: Die US-Regulierungsbehörde Federal Communications Commission (FCC) hat im Dezember 2019 angekündigt, der Autovernetzung mit pWLAN (IEEE 802.11p) das Funkspektrum zu entziehen. Die Entscheidungen hat oft Auswirkungen auf die Entscheidungen der Regulierungsbehörden in anderen Ländern.

Beispiele für zukünftige Anwendungen

Besonders für autonome Fahrzeuge bietet die C2C-Kommunikation Vorteile, da diese hauptsächlich mit eigenen Sensordaten arbeiten müssen und durch V2X erweitert werden kann.

  • Alarmierung zwischen den Fahrzeugen bei Unfall oder Glatteis auf der Strecke (V2V).
  • Unfallprävention bei unvorhergesehenen Bremsvorgängen vorausfahrender Fahrzeuge (V2V).
  • Echtzeit-Warnsystem beim Spurwechsel (V2V).
  • Parkplatzinformationen (V2N).
  • Signale von Verkehrszeichen (V2I).

Probleme

  • Verzögerungen: Von der Datenübertragung wird eine kurze Latenz gefordert, um kurzzeitige Reaktionen möglich zu machen. Die Reaktionszeit eines menschlichen Fahrers und die inhärente mechanische Verzögerungen von Autos, können bei hoher Geschwindigkeit trotzdem zu einem Unfall führen.
  • Broadcasting: Senden mehrere Fahrzeuge gleichzeitig Daten, dann können sich die Signalübertragungen überschneiden, dabei unkenntlich werden und damit die Daten verloren gehen.
  • Anonymisierung: Auf der einen Seite möchte man, dass die Verkehrsteilnehmer anonym unterwegs sein können. Gleichzeitig möchte man eine gewisse Verbindlichkeit, wenn Verkehrsteilnehmer Daten senden. Es besteht die Gefahr, dass ein Angreifer durch Manipulation und Falschinformationen Chaos anrichtet.
  • Überlastung: Ein C2C-Standard muss gegen die Überlastung des Funkkanals gewappnet sein, um selbst bei hohem Verkehrsaufkommen noch zu funktionieren. Jedoch stoßen auch diese Schutzmechanismen an ihre Grenzen.
  • Reichweite: Die Funkreichweite kann sich bei baulichen Veränderungen der Umgebung, unterschiedlichen Verkehrssituationen und Wetterverhältnissen verändern.
  • Äußere Einflüsse: Probleme während der Funkübertragung und der Einfluss äußerer Bedingungen lassen sich vorher kaum einkalkulieren und nachträglich nicht nachstellen.

Sicherheit

Car-to-Car-Kommunikation beinhaltet Sicherheitsvorrichtungen, die gefälschte Informationen von echten Informationen unterscheiden können. Kryptografische Verfahren und geheime Schlüssel schützen vor Diebstahl, Manipulation und unerlaubtes Klonen von Steuergeräten und Software. Außerdem wird dadurch die Integrität und Authentizität der Fahrzeuginformationen gewährleistet.

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