Leistungsfähigere Verkehrsinfrastrukturen durch robuste Vernetzung

Ein zentrales Element intelligenter Verkehrsinfrastrukturen sowie innovativer Mobilitätskonzepte ist die Vernetzung: Intelligente Fahrzeuge und Verkehrsleitsysteme tauschen Informationen aus, um den Verkehr sicherer, effizienter und umweltfreundlicher zu machen. Neue Kommunikationsformen, z.B. über Smartphones, ermöglichen neue Mobilitätskonzepte wie Car- und Bike-Sharing. Die Verkehrsteilnehmer kommunizieren hierbei untereinander sowie mit Mobilitätsdienstleistern und Verkehrsinfrastruktur. Die so über Mobilfunk verteilten Informationen beeinflussen damit das Verhalten der Verkehrsteilnehmer. Gleichzeitig beeinflussen aber Nutzungsverhalten und Mobilität auch die Kommunikationsinfrastruktur – bis hin zu einem vollständigen Ausfall der Kommunikation, z.B. bei Großereignissen oder in Extremsituationen, wie dem Münchener Attentat im Juli 2016. Mit steigender Verbreitung intelligenter Verkehrssysteme werden diese Wechselwirkungen zwischen Verkehrsinfrastruktur, Mobilität der Nutzer und Kommunikationsinfrastruktur weiter zunehmen. Ziel dieses Projektes ist daher, die Wechselwirkung zwischen dem Mobilitätsverhalten und der drahtlosen Vernetzung systematisch anhand charakteristischer Szenarien zu untersuchen und geeignete Verfahren für eine robuste Vernetzung und Informationsverbreitung in diesen Mobilitätsszenarien zu entwickeln.

Mobilfunknetze der 5. Generation werden neben einer Erhöhung der verfügbaren Datenrate und Netzkapazität auch neue Formen der Kommunikation ermöglichen. Diese werden den Fluss von Informationen verändern und damit auch das Verhalten der Verkehrsteilnehmer, welche auf die Informationen reagieren.

Eine der zukünftigen Kommunikationsformen ist die direkte Funkverbindung zwischen Mobilfunkgeräten. Diese wurde vor kurzem mit einer Weiterentwicklung des Mobilfunkstandards LTE Advanced standardisiert. Sie ermöglicht unabhängig von der zellularen Netzwerkinfrastruktur eine direkte Kommunikation zwischen Teilnehmern (Device-to-Device Communication, D2D). Bisher ist allerdings der Einsatz auf Sicherheitsanwendungen und eine Erkennung naher Teilnehmer beschränkt. Für die Mobilfunknetze der 5. Generation wird jedoch eine Erweiterung der direkten Kommunikation auf zivile Anwendungsbereiche erwartet. Teilnehmer könnten sich so direkt über ihr Smartphone oder ihr Fahrzeug austauschen. Welche Informationen dabei für intelligente Mobilität nützlich sein können, gilt es zu bewerten. Dazu könnten neben direkten Informationen zur Lage – „freies Car-Sharing Auto an Pos. X“ – auch indirekte Informationen gehören, wie aktuelle Fahr- oder Gehgeschwindigkeiten, die mögliche Staus indizieren.

Aus der Erweiterung der zellularen Kommunikation um eine Möglichkeit zur direkten Kommunikation zwischen Teilnehmern (D2D) ergeben sich unterschiedliche Kommunikationsmodi. Entsprechend der lokalen Situation eines Teilnehmers bzw. des Gesamtnetzes kann der Modus angepasst werden und entweder über die Basisstation und/oder direkt kommuniziert werden. Die Wahl des Kommunikationsmodus hat dabei gravierenden Einfluss auf die Informationsverbreitung im Netz. Aber nicht nur die neue Kommunikationstechnik wird das Verhalten verändern, auch das Verhalten wird die Technik beeinflussen, vergl. Abbildung 3. Die Funktionalität von Funktechnik wird stark beeinträchtigt davon, wie viele Verkehrsteilnehmer an welcher Position die Technik nutzen: Interferenzen z.B. führen zu Störungen bei der Übertragung, Teilnehmer im lokalen Umfeld teilen sich die Ressourcen, Antennen können bei hoher Verkehrsdichte wesentlich schlechter auf Einzelnutzer ausgerichtet werden. Um das Funktionieren intelligenter Verkehrssysteme auch in Extremsituationen zu gewährleisten, dürfen Kommunikationssystem und Nutzerpositionen und -dichte nicht getrennt untersucht werden.

Existierende Simulationssysteme, welche Straßenverkehr und Mobilfunk gemeinsam simulieren und so die Untersuchung von Wechselwirkungen ermöglichen, setzen den Schwerpunkt bei der Simulation von Kraftfahrzeugverkehr. Sie sind zudem meist nicht frei verfügbar. Eine besonders hohe Dichte aktiver, kommunizierender Verkehrsteilnehmer entsteht jedoch häufig durch Fußgänger, die in Gruppen – z.B. nach einer Großveranstaltung – unterwegs sind oder den Verkehrsträger wechseln. Im Vorhaben roVer sollen daher erstmalig modernste Personenstromsimulationen mit Funknetzsimulationen gekoppelt werden. Dieses roVer-Simulationssystem wird dann genutzt, um ausgewählte charakteristische Szenarien intelligenter Verkehrssysteme, beispielsweise Bereitstellung von Mobilitätsinformationen an Smartphone-Nutzer, Kommunikation von Sensordaten zwischen Kraftfahrzeugen, etc., hinsichtlich der Robustheit der Vernetzung zu untersuchen. Zentrale und dezentrale Kommunikationsmechanismen für intelligente Verkehrssysteme, wie sie heute Stand der Technik bzw. in der Literatur vorgeschlagen sind (u.a. zellulare und D2D-Kommunikation über LTE-A, WLAN-ähnliche Kommunikation über ITS-G5/WAVE), werden verglichen und hinsichtlich der Rückwirkung auf die Mobilität der Nutzer bewertet. Hieraus werden Verbesserungen und neue Ansätze zur Sicherstellung einer robusten Kommunikation abgeleitet. Neben einer effizienten Informationsverbreitung werden hierbei auch Datenschutz und IT-Sicherheit betrachtet, z.B. durch Einbeziehung entsprechender Angreifermodelle.