V2X-Kommunikation: LTE vs. DSRC

Der V2X-Kommunikation kommt beim Autonomen Fahren eine entscheidende Rolle zu. Bisher beherrschten dabei die Standards DSRC und C-ITS das Geschehen. Doch die Industrie hat nun mit C-V2X einen eigenen Standard erarbeitet. Ein Vergleich.

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Viele Jahre lang gab es zwei Spitzenreiter bei der V2X-Kommunikation: die in den USA entwickelte, dedizierte Kurzwellenkommunikation (DSRC) und die Europäische Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS). Die NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) steht bereits kurz davor einen Antrag vorzulegen, der V2X-Technologie bis 2020 für alle US-Fahrzeuge vorschreibt. Die Lösungen sollen, erwartungsgemäß auf DSRC beruhen. Obwohl V2X großes Potential zeigt, geht die Umsetzung regionaler V2X-Normen eher schleppend voran und dauert schon seit weit über einem Jahrzehnt. Tatsächlich ist die Umsetzung so langsam, dass die Mobilfunkindustrie vor kurzem die Gelegenheit beim Schopf packte und ihren eigenen V2X-Standard, den Cellular-V2X (C-V2X) anpries.

Als die NHTSA im Januar 2017 ihren Vorschlag unterbreitete, V2X in Zukunft zu einem gesetzlich vorgeschriebenen Teil aller US-Fahrzeugdesigns zu machen, hat sie DSRC als bevorzugte Wahl genannt. Die NHTSA hat betont, sie würden auch andere Technologien in Betracht ziehen. Allerdings nur, solange diese den Fähigkeit des DSRC entsprechen oder übersteigen und kompatibel zu deren wichtigen Sicherheitsfeatures sind. Folglich ist aus dem V2X-Marathon ein Sprint geworden, und das Ziel ist jetzt zum Greifen nah. Hat der frühere Spitzenreiter zu lange gewartet und wird am Ende leer ausgehen?

Etablierte Technologien: C-ITS und DSRC

Sowohl C-ITS als auch DSRC verwenden Variationen des geläufigen WLAN-Standards IEEE 802.11 als physische und mittlere Zugriffsschicht ihres Protokollstapels. Bei DSRC ist diese Protokollschicht nach dem Standard IEEE 802.11p definiert. C-ITS nutzt dagegen den vergleichbaren, gemäß ETSI definierten ITS-G5-Standard, im Grunde eine für den Europäischen Markt adaptierte Version des 802.11p. Zwar gibt es auf höheren Funktionsebenen signifikante Unterschiede zwischen C-ITS und DSRC, doch beide funktionieren mit weitgehend kompatibler Hardware und befinden sich fast im gleichen Frequenzbereich. Beide V2X-Systeme können effektiv zwischen sich schnell bewegenden Fahrzeugen über eine Distanz von mindestens 300 m und mit Datenübertragungsraten von etwa 3 bis 27 Mbit/s kommunizieren.

Das amerikanische FCC wies im Jahr 1999 den Frequenzbereichen 5,850 bis 5,925 GHz Straßensicherheits- und Verkehrsmanagement-Applikationen mit erhöhter Priorität zu. Die EU-Kommision ordnete die Frequenzbänder 5,875 bis 5,905 GHz ähnlichen Zwecken zu. IEEE 802.11p und ITS-G5 arbeiten in diesen jeweiligen Bereichen. Um sie für das überladene und schnelllebige Automotive-Umfeld zu optimieren, weisen die Standards Modifizierungen gegenüber der typischen IEEE 802.11 WLAN-Frequenznutzung, die Störungen durch Dopplerverschiebung und Mehrwegeffete reduzieren.

Ein zentraler Unterschied zwischen diesen Automotive-Protokollen und anderen Elementen der 802.11-Familie ist, dass anfänglicher Handshake und Assotiations-Periode auf ein absolutes Minimum reduziert werden können. Das Protokoll kann Daten fast augenblicklich versenden und Authentifizierungen, Verschlüsselungen sowie komplette Identifizierung auf höhere Protokollebenen verschieben. Daher können Fahrzeug und Infrastruktur sofort essentielle Daten austauschen und Positionen innerhalb eines Zehntel einer Millisekunde nach Erkennung kommunizieren. Für Applikationen wie Kollisionsverhütung ist das offensichtlich ideal und ein krasser Unterschied zu der sekundenlangen, in anderen WLAN-Varianten üblichen, Handshake-Vermittlung.

Zwar ähneln C-ITS und DSRC den MAC/PHY-Zugangsebenen, auf den Netzwerk- und Transportebenen unterscheiden sie sich aber erheblich. Beide unterstützen TCP/UDP-over-Ipv6, aber für zeitsensible Funktionenhaben sie ihren eigenen, spezialisierten Datentransfer-Standards mit geringem Overhead. DSRC nutzt hier das WAVE Short Message Protocol (WSMP), das Teil des IEEE 1609 ist. C-ITS verwendet jedoch ein ehrgeizigeres multi-hop Routingsystem, das einfache Transportprotokoll über dem GeoNetworking-Service, wie es der Normenreihe ETSI EN 302 636 definiert. Das geografische Routingverfahren GeoNetworking, erstellt ein gründlich angeordnetes Ad-hoc-Netzwerk anhand der physischen Standorte der Netzknoten.

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