5G Konnektivität als Grundlage für Autonomes Fahren

Selbstfahrende Fahrzeuge sind eines der Anwendungsszenarien, dass durch ein flächendeckendes 5G-Netz zusätzlichen Aufwind bekommt. Was vor Jahren noch nach Vision aus einem Science Fiction Film klang, wird mittlerweile auf Straßen ausgetestet. Damit ist autonomes Fahren inzwischen mehr Realität, als Vision. Es wird zwar noch einige Zeit dauern, bis Autos wirklich eigenständig fahren – ohne Fahrer oder einen anderen Eingriff von außen. Doch eine wichtige Grundlage für die Zukunft automatisierten Fahrens wird schon jetzt geschaffen: der Ausbau des Mobilfunkstandard 5G. 

Schnelle und zuverlässige Kommunikationsnetze dank 5G

Damit Autos, LKW oder Busse autonom und sicher im Straßenverkehr unterwegs sein können, benötigen sie Unmengen von Daten und Informationen. Sie müssen vollständig mit ihrer Umgebung und der Infrastruktur vernetzt sein, um kontinuierlich aktuelle Daten für Entscheidungen zugrunde legen zu können. Und das in Millisekunden. Sicheres automatisiertes Fahren wird aus diesem Grund letztendlich nur durch eine schnelle und zuverlässige Vernetzung aller Verkehrsteilnehmer und -systeme möglich. Unverzichtbarer Bestandteil hierfür ist der flächendeckende Ausbau des 5G Netz entlang von Bundesstraßen, Autobahnen und Schienentrassen. Zwar gibt es Anwendungen im Bereich autonomes Fahren, die sich auch mit LTE-Technologien realisieren lassen. Doch insbesondere wenn es um Latenz und hohe Bandbreite geht, führt kein Weg an der 5G-Technologie vorbei.

Vorteile von 5G für autonomes Fahren

Der Mobilfunkstandard 5G stellt mit seinen Vorteilen neue Weichen für das Internet der Dinge und automatisiertes Fahren. Kurze Latenzzeiten ermöglichen einen schnellen Datenaustausch zwischen Verkehrssystemen und -teilnehmern. Detaillierte Straßenkarten, besondere Verkehrssituationen wie liegen gebliebene Fahrzeuge, Stau oder Glatteis – für eine sichere eigenständige Navigation benötigen Fahrzeuge permanent Daten. Auf Basis von 5G werden diese Informationen nahezu in Echtzeit überliefern. Während LTE noch Latenzzeiten von etwa 100 Millisekunden erreicht, liegen diese bei 5G bei nicht ganz 20 Millisekunden. 

Damit Daten wirklich schnell ankommen, kann das 5G Netz ihnen Priorität einräumen. Beim sogenannten Network Slicing wird das Mobilfunknetz in virtuelle Netzebenen geteilt, die für nur für spezifische Zwecke genutzt werden – etwa autonome Fahrzeuge. So erfolgt der Datenaustausch zwischen selbstfahrenden Fahrzeugen mit 5G ohne Daten-Konkurrenz z. B. aus dem Infotainment-Bereich. Damit wird sichergestellt, dass sicherheitsrelevante Informationen nicht ein einem virtuellen Stau festhängen. Denn beim Thema Sicherheit im Straßenverkehr sind bereits Millisekunden entscheidend. 

Network Slicing
Latenzzeiten
Verbindungen je km2
4G / LTE

30-50 ms

max. Bandbreite

100 Mbps

10 k

5G

1 ms

10 Gbps

1000 k

nein

ja


Vernetzte Umgebung für vernetzte Fahrzeuge

Neben den Fahrzeugen selbst kann auch die restliche Verkehrsinfrastruktur leicht ausgerüstet werden, um Mobilfunktechnologie zur Kommunikation zu nutzen. Ein Szenario: Entsprechend ausgestattete Ampeln können über 5G mit autonomen Fahrzeugen interagieren und den Verkehr steuern. Für einen besseren Verkehrsfluss können Fahrzeuge im Bedarfsfall rechtzeitig die Geschwindigkeit erhöhen oder reduzieren. Der Einsatz von Sensoren und Assistenzsystemen wird im Kontext autonomes Fahren in vielen Elementen der Infrastruktur essentiell werden. Neben Ampeln können auch Straßenschilder, Baustellen-Sperrungen oder Straßenelemente so ausgerüstet werden, dass sie Daten an autonome Autos übermitteln. Beispielsweise können Sensoren im Asphalt integriert werden, damit die Verkehrswege selbst mit den Fahrzeugen kommunizieren können.

Der Ausbau von 5G

Die flächendeckende Verfügbarkeit von 5G hängt in erster Linie von den Mobilfunknetzbetreibern ab. Für Deutschland haben sich die Netzbetreiber zum Ziel gesetzt, bis 2025 5G deutschlandweit und flächendeckend verfügbar zu machen. Tatsächlich ist bereits eine relativ breite Abdeckung vorhanden. Doch wie auch bei anderen Mobilfunktechnologien gibt es insbesondere in ländlichen Gegenden und im Osten Deutschlands noch großen Nachholbedarf beim Ausbau von 5G.

Der Ausbau von autonomem Fahren in Deutschland wird also maßgeblich davon beeinflusst, in welchem Tempo die Netzbetreiber 5G verfügbar machen. Eine Möglichkeit, um unabhängig vom einzelnen  Netzbetreiber 5G zu nutzen, ist der Einsatz netzunabhängiger M2M-SIM-Karten.

Diese SIM-Karten sind in der Lage unterschiedliche Mobilfunknetze zu nutzen und ermöglichen damit einfach das Netz zu wechseln, falls gerade keine Netzabdeckung am Standort gegeben ist.


Mit Edge Computing mehr Rechenpower am Straßenrand

Mit 5G können zwar Daten zwischen autonom fahrenden Autos, Infrastruktur und Umgebung schnell ausgetauscht werden, es bedarf aber einer hohen Rechenpower, um diese auch zu verarbeiten. Für entsprechende Reaktionszeiten muss diese schnell und zuverlässig zur Verfügung stehen. Eine Datenübertragung, -verarbeitung und -auswertung in entfernten Cloud-Rechenzentren dauert in dem Kontext zu lang. Ein Lösungsansatz ist daher, Rechenzentren entlang der Verkehrswege zu installieren, welche stattdessen Berechnungen für eine intelligente Verkehrssteuerung übernehmen. Stichwort: Edge Computing.

Damit gemeint ist die dezentrale Datenverarbeitung inklusive Speichermöglichkeiten und Rechenpower, quasi direkt beim nutzenden Netzwerk selbst. Im Fall von autonomen Fahrzeugen: Am Straßenrand. Edge Computing ist neben 5G eine der Schlüsseltechnologien für autonomes Fahren. Ersten Einschätzungen zufolge sollte die Verarbeitung der Daten nie mehr als 50 Kilometer entfernt vom aktuellen Standort stattfinden. Für eine dezentrale Verarbeitung von Verkehrsdaten wäre demzufolge eine beträchtliche Anzahl kleiner Rechenzentren notwendig.

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