LTE C-V2X - Cellular Vehicle-to-Everything

Cellular Vehicle-to-Everything, kurz LTE C-V2X, ist eine LTE-Spezifikation für die Fahrzeugvernetzung per Mobilfunk (in 3GPP-Release 14 enthalten). Im Rahmen von Konzepten, wie Vehicle-to-Vehicle-Communication (V2V), Vehicle-to-Everything (V2X), Car2X-Kommunikation (C2X) und Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS) sollen vernetzte Autos untereinander, mit anderen Verkehrsteilnehmern und mit der Verkehrstechnik in ihrer unmittelbaren Umgebung kommunizieren.
Zu den C-V2X-Vorzügen gehört die große Verbreitung des Mobilfunks, die damit entfallenden Kosten für ein eigenständiges Netz. Unklar ist aber, wer für die Nutzung der Mobilfunknetze bezahlt.

Für C-V2X dient Netz-seitig LTE-Advanced (LTE-A) als Grundlage und wird um 5G-Mobilfunk erweitert. Allerdings ist die LTE-C-V2X-Technik für die 5G-Technik nicht abwärtskompatibel.
Von technischer Seite erfolgt die direkte Kommunikation im 5,9-GHz-Band und ist bezüglich hoher Reichweite und kurzer Latenz optimiert.
Die LTE-Erweiterung ermöglicht die Übertragung von Daten zwischen V2X-Teilnehmern ohne Mobilfunknetz. Das beschleunigt die Übertragung und spart Netzkapazität. Die Daten können aber auch ins Netzwerk gesendet oder von dort empfangen werden. Beispielsweise um über Gefahrensituationen auf größerer Distanz informieren zu können und nachfolgende Unfälle zu vermeiden.

V2X-Technik

Die Kommunikation erfolgt

  • indirekt über Basisstationen
  • direkt miteinander, ohne Basisstation (z. B. LTE-Direct oder Device-to-Device)

Hauptsächlich sollen C-V2X-Meldungen über Basisstationen übermittelt werden. Bei der koordinierten Zuteilung von Funkressourcen kommen Kollisionen erst bei Überlastung einer Funkzelle vor.
Wenn die netzseitige Zuteilung der Funkressourcen fehlt, zum Beispiel weil die notwendige Mobilfunk-Netzabdeckung fehlt, dann können die Funkmodule das Sidelink-Verfahren anwenden, um die Funkressourcen selbst zu wählen.

Die Spezifikation sieht Broadcasts in einem „Control Channel“ vor, mit denen sich alle Teilnehmer mit Nachrichten über Position (Auto) oder Zustand (Ampel) zusenden. Schon alleine diese Nachrichten sind für die meisten Funktionen ausreichend. Auch die sicherheitskritischen Funktionen.
Auf dem Control Channel können sich die Teilnehmer aber auch zu Peer-to-Peer-Netzwerken zusammenfinden, die ad hoc ohne zentralen Host entstehen. Dabei lassen sich auch aufwendigere Anwendungen realisieren. Zum Beispiel Mautsysteme.

Klar ist, dass die Reichweite dieser Nachrichten auf wenige Hundert Meter begrenzt ist. Man spricht von maximal 1.000 Metern bei Sichtkontakt. Damit wichtige Nachrichten weiter kommen, müssen diese weitergereicht werden. Die Frage hierbei ist, wo man die Grenze zieht. Also wann eine Nachricht nicht mehr weitergereicht wird. Hierfür sieht das Übertragungsprotokoll als Entscheidungskriterium die Relevanz einer Nachricht vor.

Das V2X-Netzwerk hat in seiner begrenzten Funkreichweite bis zu 5500 Nachrichten pro Sekunde. Das bedeutet, dass mit der Anzahl der Teilnehmer der Takt der Nachrichten pro Teilnehmer und nach potentieller Gefahr dynamisch angepasst werden muss.

Datenschutz

Wo ein Trog ist, da versammeln sich die Schweine. Das gilt insbesondere bei Daten. Vor allem, wenn diese Daten einen Bezug zu Personen haben und sich mit einer Person verknüpfen lassen.
Um den Personen- bzw. Fahrzeug-Bezug zu unterbinden sieht das V2X-Protokoll eine Anonymisierung der Datenpakete vor. Es ist nicht möglich, ein aufgezeichnetes Datenpaket später einem Auto zuzuordnen. Die Datenpakete verzichten auf eindeutige IDs. Stattdessen sind sie mit einem Zertifikat für die DSA-Signaturen versehen, welche ständig gewechselt werden.

Damit eine Anonymisierung möglich ist, wird viel Aufwand betrieben, weil trotzdem alle Pakete zum Schutz vor Manipulation signiert sein müssen. Signieren ist aber genau das Gegenteil von Anonymisierung. Deshalb verfügt die V2X-Elektronik im Fahrzeug über 3.000 Pseudonym-Zertifikate, die etwa 20 Mal pro Woche durchgewechselt werden. Würde jemand versuchen, aufgezeichnete Pakete einem Fahrzeug zuzuordnen, dann würde man gerade mal ein Fahrzeugmodell eines Herstellers der selben Baureihe zuordnen können.

Das irgendjemand jemand anderen wegen einem Verkehrsvergehen automatisch Anzeigen kann, ist nicht möglich. Das müsste schon das Auto des Begehenden selbst tun. Das ist kein Feature, dass man haben möchte.

Problem: Latenz

Ein Schwachpunkt von LTE-basiertem C-V2X ist die Signallaufzeit, auch Latenz genannt. Die beträgt nach offiziellen Angaben 5 Millisekunden (bei 5G: 1 ms). Die üblichen LTE-Latenzen betragen aber leicht 30 bis 60 Millisekunden und mehr. Das bedeutet, dass Informationen, die umgehende Reaktionen erfordern, zu spät ankommen. Das ist etwa bei abruptem Bremsen des Vordermanns bei hohen Geschwindigkeiten oder bei plötzlichem Kollisionskurs eines Nebenmanns der Fall.

Fazit

Die LTE-Mobilfunktechnik eignet sich sehr gut zur Verkehrstelematik, bei der Verkehrsfluss, Baustellen oder örtliche Wetterverhältnisse erfasst und zur Verkehrssteuerung verwendet werden.
Für die unmittelbare Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug eignet sich LTE weniger gut. Dafür ist die Signallaufzeit zu lang. Die muss deutlich unter 10 Millisekunden liegen.

Die C-V2X-Entwicklung schreitet jedoch weiter voran. Die fünfte Mobilfunkgeneration (5G) verspricht nicht nur drastisch höhere Geschwindigkeiten als LTE. Für automobile und industrielle Anwendungen ist die niedrigere Latenz noch viel wichtiger. Deshalb ist erst mit der 5G-Mobilfunktechnik mit ernsthaften V2V- und V2V- und C2C-Konzepten zu rechnen.

Übersicht: LTE

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