Projekttitel:
5G-SIMONE Sicher.Mobil.Vernetzt
Fördergeber:
Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen des Landes Nordrhein-Westfalen
Konsortialführer:
Fraunhofer IOSB-INA
Projektkonsortium:
Biqx GmbH; DB Systemtechnik GmbH; TH-OWL; T-Systems International GmbH; Wirless.Consulting GmbH
Projektbeschreibung:
Ausgangssituation:
Im bereits bestehenden MONOCAB Projekt wird ein innovatives Einschienenfahrzeug entwickelt und ein Demonstrator gebaut. Dieses Fahrzeug soll auf stillgelegten Gleisabschnitten fahren und dort den ÖPNV attraktiver machen. Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein batteriebetriebenes Fahrzeug, welches autonom fährt.
Das Projekt 5G-SIMONE wird das Fahrzeug mittels 5G vernetzen damit es sicherer und komfortabler fahren kann. Dabei werden mit der 5G-Technologie Probleme angegangen, welche mit 4G aufgrund verschiedener Limitierungen nicht lösbar waren. Das Projektkonsortium im 5G-SIMONE Projekt besteht dabei aus erfahrenen Unternehmen in dem Bereich Bahntechnik und Softwareentwicklung sowie Drahtloser- und Kabelgebundener Kommunikationstechnik.
Vorgehen:
Zu Beginn des Projekts wurden Kommunikationsdienste definiert, mit denen das Projekt 5G-SIMONE das Fahrzeug sicherer machen kann. Dazu gehört die V2V (Vehicle to Vehicle), V2I (Vehicle to Infrastructure) sowie V2X (Vehicle to Everything) Kommunikation. Aus diesen Kommunikationsdiensten wurden Anforderungen definiert, nach denen die Kommunikationsarchitektur aufgebaut wird. Die einzelnen Kommunikationsdienste sollen über das öffentliche 5G-Mobilfunknetz sowie einem 5G-Campusnetz ausgeführt werden. Dabei ist ein Forschungsziel, eine Aussage über die Leistungsfähigkeit beider Kommunikationstechnologien zu treffen. Dazu wird auf einem Teilstück der MONOCAB Teststrecke ein 5G-Campusnetz aufgebaut. Die Fahrzeuge werden in das private und öffentliche 5G Mobilfunknetz eingebunden. Nachdem die Netzwerkarchitektur fertig implementiert ist, werden die einzelnen Anwendungen implementiert. Diese Anwendungen umfassen die Perzeptionstechnik, die Übertragung von Echtzeit Regler Daten zwischen den Fahrzeugen und die Echtzeitkommunikation mit einem externen Leitstand.
Die Perzeptionstechnik umfasst dabei mehrere hochauflösende Kameras und Lidar-Sensoren aus der Bahntechnik. Die Daten werden über das 5G-Netzwerk an einen externen Leitstand übertragen. Im Leitstand sitzt ein geschulter Operator und überwacht den Betrieb der Fahrzeuge. Der Operator sieht in dem Leitstand eine Übersicht aller Fahrzeuge und deren Fahrzeugstatus. Neben dem Fahrzeugstatus hat der Operator auch den Streckenstatus vor Augen und kann Warnungen des digitalen Infrastrukturmonitoring sehen. Das digitale Infrastrukturmonitoring erfolgt mit diversen Sensoren an der Strecke, welche über die 5G-Kommunikationstechnologie mit den Fahrzeugen und dem Leitstand kommunizieren. Das digitale Infrastrukturmonitoring erfasst Umweltparameter wie z. B. Temperatur, Windrichtung und Bodentemperatur.
Sobald der autonome Betrieb durch eine Fehlfunktion oder ein Hindernis nicht fortgesetzt werden kann, soll der Operator das Fahrzeug von dem Leitstand aus fernsteuern können. In dem Fall einer Fernsteuerung kann der Operator die Front- oder Heckkameraansicht des jeweiligen Fahrzeugs auswählen und dieses Fahrzeug mit einer Fernsteuerung steuern.
Dazu wird auf der gesamten Kommunikationsstrecke zwischen Leitstand und Fahrzeug in bidirektionaler Richtung eine niedrige Latenz sowie ein geringer Jitter benötigt. Die Dienstgüte dieser Anwendungen wird dann mit Messungen in verschiedenen Szenarien untersucht. Dazu wird eine Messung von QoS (Quality of Service) relevanten Parametern wie Latenz, Bitfehlerrate sowie Datenrate durchgeführt.
Neben der Fahrzeug- Leitstand Kommunikation wird für das Fahrzeug auch ein Infotainment Ökosystem entwickelt. Das System soll ein Scheduling der Fahrzeuge ermöglichen sowie den Umstieg zu konventionellem ÖPNV und New-Mobility Angeboten ermöglichen. Zusätzlich soll der Fahrgast mit dem System interagieren können. Die Infotainment Anwendungen sollen ebenfalls über durch das 5G-System bereitgestellt werden.
Ziele des Projekts:
Die Ziele des Projekts sind eine Analyse der Umsetzbarkeit von echtzeitkritischen V2V Vernetzungen mittels 5G mit aktuellen 3GPP-Releases. Dazu sollen im Projekt Aussage über die Leistungsfähigkeit von 5G für verschiedene Übertragungsszenarien abgeleitet werden. Neben der Evaluierung der Leistungsfähigkeit soll erforscht werden, ob 5G als ein Netz für alle Anwendungen von Echtzeit Datenübertragung bis zu Infotainment Anwendungen geeignet ist.
Darüber hinaus soll überprüft werden, wann und wo öffentliche 5G-Mobilfunknetze oder 5G-Campusnetze eingesetzt werden sollten. Außerdem sollen in dem Projekt etwaige Probleme oder Flaschenhälse – verursacht durch die 5G Technik – aufgezeigt und Lösungsvorschläge erarbeitet werden. Durch die Forschungsaktivitäten im Projekt 5G-SIMONE sollen alle Konsortialpartner Erfahrungen mit der 5G-Technologie erlangen und einen weiteren Schritt Richtung Industrie 4.0 machen.