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Entwicklung von V2X-Kommunikation

Über den Rand des Bordnetzes schauen

Beim funktionalen Testen von V2X-Seriensystemen erweitern sich die Systemgrenzen erheblich. Nicht nur das Bordnetz des Ego-Fahrzeugs muss der Versuchsingenieur betrachten, sondern das gesamte verkehrliche Umfeld mit vielen verschiedenen V2X-Teilnehmern ist Teil der Testlösung. Mit geeigneten Editoren für das Erstellen von V2X-Szenarien lassen sich Testfälle schnell erzeugen und die Nachrichten auf der Luftschnittstelle reproduzierbar generieren. (Bild: Nordsys GmbH)

Beim funktionalen Testen von V2X-Seriensystemen erweitern sich die Systemgrenzen erheblich. Nicht nur das Bordnetz des Ego-Fahrzeugs muss der Versuchsingenieur betrachten, sondern das gesamte verkehrliche Umfeld mit vielen verschiedenen V2X-Teilnehmern ist Teil der Testlösung. Mit geeigneten Editoren für das Erstellen von V2X-Szenarien lassen sich Testfälle schnell erzeugen und die Nachrichten auf der Luftschnittstelle reproduzierbar generieren. (Bild: Nordsys GmbH)

Standards dringend benötigt

Für eine funktionierende V2X-Kommunikation ist die Standardisierung der Kommunikation unerlässlich. Naheliegend ist die Standardisierung nach dem OSI-Referenzmodell auf den Schichten 1-5. In Wirklichkeit geht die erforderliche Standardisierung jedoch noch weiter und umfasst neben allen sieben OSI-Schichten noch zusätzlich die auf Schicht 7 aufsetzende ITS-Anwendungsebene (ITS = Intelligent Transportation Systems). Voriges gilt zumindest für den Fall, dass ereignisgetriggerte Daten erzeugt und ausgesendet werden sollen. Auf Seite des Empfängers ist die ITS-Anwendungsebene dagegen nicht näher standardisiert. Der Empfänger kann weitgehend selbst entscheiden, ob und wie er die empfangenen Daten verarbeitet. Ein vereinfachtes Beispiel soll den beschriebenen Sachverhalt verdeutlichen: Die ITS-Anwendung ‚Slow or Stationary Vehicle Warning (SSVW)‘ soll vor langsam fahrenden oder stehenden Fahrzeugen warnen. Hierzu muss unter anderem definiert sein, ab wann ein Fahrzeug als stehendes Hindernis zu betrachten ist und bis zu welcher Geschwindigkeit es als langsam gilt. Die Bedingungen, unter denen dann die entsprechende Warnnachricht in Form einer DENM (Decentralized Enviromental Notification Message) erzeugt und gesendet werden darf, sind entsprechend standardisiert. Die DENM selbst muss als Nachricht natürlich auch standardisiert sein.

Noch mehr Standards!

Die Standardisierung auf Applikationsebene, also die Beschreibung der Auslösebedingungen und die daraus resultierenden zu sendenden Nachrichteninhalte (Payload) ist beim Car-to-Car-Communication Consortium (C2C-CC) angesiedelt. Da die oben beschriebene SSVW-Nachricht auch von Infrastrukturkomponenten ausgesendet werden kann, etwa durch die Auslösung aus einer Verkehrsleitzentrale, erfordert die Standardisierung eine enge Abstimmung zwischen der Fahrzeugseite – also dem C2C-CC – und der Infrastrukturseite. Letztere wird durch die europäische ITS-Plattform C-Roads repräsentiert, die sich die Harmonisierung von ITS-Diensten und das Deployment in den Mitgliedsstaaten der EU und darüber hinaus zum Ziel gemacht hat. Bei der Standardisierung der Nachrichtentypen und des Routings nimmt die ETSI, das European Telecommunications Standards Institute, die führende Rolle ein. Der Anwendungsentwickler sieht sich somit mit dem Problem konfrontiert, dass er im schlimmsten Fall mehrere Spezifikationsquellen für seine Applikation beachten muss. Erschwerend kommt hinzu, dass zahlreiche Spezifikationsdokumente nach wie vor Änderungen unterliegen. So ist mit dem erst kürzlich veröffentlichten Basic System Profile (BSP) in der Version 1.3.0 des C2C-CC lediglich eine weitere Etappe in der Spezifikation erreicht worden. Das BSP in der Version 1.4.0 ist für das Jahr 2019 bereits abzusehen. Auch hinsichtlich der Spezifikationen für die essentiellen Nachrichtentypen CAM (Cooperative Awarness Message) und DENM sind im Jahr 2019 Änderungen und Fehlerbereinigungen bereits absehbar. Noch umfangreicherer Änderungen sind in den Nachrichtentypen SPAT (Signal Phase and Timing) und MAP zu erwarten. Die letzten Aktualisierungen des Geo-Networking (EN 302 636-4-1) sind erst im Jahr 2018 erfolgt, weitere sind nicht auszuschließen – insbesondere hinsichtlich der derzeit heftig diskutierten LTE-basierten Lösungen und Erweiterungen. Die oben angeführten Beispiele betrachten nur die rein europäische Situation. Im globalen Kontext hat der Anwendungsentwickler eine noch weitergehende Fülle von Normen zu beachten, um Anwendungen zu programmieren, die den jeweiligen Standards entsprechen. Die Diskussion um hybride V2X-Kommunikation, wie etwa bei LTE-V, führt zu noch mehr Dokumentationen, die der Entwickler beachten muss.

IT für ein dynamisches Umfeld

Der Entwickler von V2X-Anwendungen sieht sich derzeit einem dynamisch ändernden Umfeld aus Standards und Spezifikationen gegenüber. Auf der reinen Applikationsebene haben Spezifikationsänderungen, wie durch das C2C-CC, direkte Auswirkungen. Änderungen der technischen Standards und Normen in den darunter liegenden Schichten (etwa Facilities, Networking bis hin zum Physical Layer), können den Anwendungsentwickler ebenfalls betreffen. In wie weit die Änderungen z.B. der CAM, der DENM oder des Geo-Networking Einfluss auf seine bereits entwickelten Applikationen haben, hängt in erster Linie von der verwendeten Software-Architektur ab. Günstig ist es dabei, wenn die Schichten strikt voneinander getrennt und über Services miteinander verbunden sind. In Anbetracht dieser Problemstellungen wird deutlich, wie wichtig die Wahl der richtigen V2X-Softwarearchitektur ist. Eine stabile serviceorientierte Architektur ist hierbei ein Mittel der Wahl. Ein Beispiel für eine strikt serviceorientierte Softwarearchitektur ist der WaveBee V2X-Stack. Anwendungsentwickler können damit eine einheitliche Schnittstelle (WDS) zu allen essentiellen V2X Funktionen nutzen, unabhängig vom lokalen Markt oder der verwendeten Übertragungstechnik. Die vorausschauend geplante, stabile API ermöglicht eine nachhaltige Entwicklung von Anwendungen im unruhigen Fahrwasser der neuen Kerntechnologie V2X-Kommunikation. Änderungen der Spezifikationen unterhalb der Applikationsebene im Schichtenmodell werden vom V2X-Stack abstrahiert. Somit kann sich der Funktionsentwickler auf die funktionalen Aspekte seiner Anwendung konzentrieren. Die passende Software-Architektur trägt zudem durch eine sinnvolle Kapselung der unter der Anwendungsschicht liegenden V2X-Funktionen dazu bei, Fehler bei der Implementierung der Funktion zu vermeiden, indem sich der Anwendungsentwickler z.B. nicht mit den Details der Spezifikation der unterschiedlichen Nachrichtentypen beschäftigen muss.

Fazit

Mit der V2X-Kommunikation verlässt der Anwendungsentwickler seine abgeschlossene Bordnetzwelt und hat sich mit einer Vielzahl von Standards auseinander zu setzen. Erschwerend kommt für ihn hinzu, dass sich die Standards in einem stetigen Wandel befinden und neue Spezifikation hinzukommen. Die Wahl einer gut durchdachten V2X-Softwarearchitektur hilft dem Funktionsentwickler, sich auf die funktionalen Aspekte seiner Implementierung zu konzentrieren, unabhängig von Region oder Übertragungstechnik. Im Zusammenspiel mit gut durchdachten und flexiblen Testlösungen steht einer strukturierten Serienentwicklung nichts mehr entgegen.


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