Annahmen und Paradigmen

Kapitel 6

Kapitel 6

Nutzenoptimierende Verbreitung fahrrelevanter

Kontextinformationen in automobilen Ad-hoc Netzen

Das folgende Kapitel beschreibt ein nutzenoptimierendes Rahmenwerk zur Verbrei-tung von Kontextinformationen in automobilen Ad-hoc Netzen. Das erarbeitete Rah-menwerk trägt dabei den in Abschnitt 2.4 beschriebenen speziellen Anforderungen der Anwendungsdomäne (2.2) Rechnung. Es ermöglicht zudem eine generische Integration verschiedener Optimierungsstrategien der in Abschnitt 4.5 beschriebenen existierenden Arbeiten. Es nutzt dabei Ergebnisse aus [SAE06, AEK⁺06, AESS06, ESKS06, SSEE06, KSE⁺06, Sch06, Adl06].

Zentrales Paradigma ist die globale Maximierung des Anwendungsnutzens. Zur ex-akten Einordnung werden einleitend nochmals die zugrunde liegenden Annahmen und Paradigmen herausgestellt. Im Anschluss wird das Paradigma der Netzwerknutzenopti-mierung im Allgemeinen, sowie speziell im Hinblick auf die besonderen Rahmenbedin-gungen automobiler Ad-hoc Netze und dessen mögliche Umsetzung als Rahmenwerk beschrieben. Das vorgestellte Rahmenwerk wird schlieÿlich simulativ evaluiert.

Fahrerinformationssystemen über Unterhaltung, Wartung, bis hin zur Steigerung der Verkehrssicherheit, wobei die fahraufgabenbezogenen Assistenzsysteme einen beson-deren Stellenwert besitzen. Neben Anwendungen zur Erhöhung der Verkehrsezienz gilt dies in besonderem Maÿe für die Anwendungsklasse der kooperativen aktiven Si-cherheitssysteme (siehe hierzu die Beispiele aus Abschnitt 2.2). Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund der aktuellen Bestrebungen hinsichtlich eines eigenen, von der Regulierungsbehörde zum Zwecke der Steigerung der Verkehrsezenz und -sicherheit zur Verfügung gestellten Frequenzspektrums für automobile Ad-Hoc Kommunikation (siehe Abschnitt 4.4). Kommerziell orientierte oder proprietäre Mehrwertdienste, die nicht von übergeordnetem allgemeinnützigem Interesse sind, rechtfertigen letztlich kei-nen dedizierten Frequenzbereich. Letztgenannte Dienste stellen zwar zweifelsohne eine sinnvolle und hinsichtlich einer erfolgreichen Markteinführung notwendige Bereiche-rung der möglichen Anwendungsszenarien dar (siehe Abschnitt 4), sind aber letztlich gegenüber erstgenannten fahraufgabenbezogenen Anwendungen aus politischen Grün-den unterprivilegiert.

Altruismus und Solidarische Fairness

Die hinsichtlich des übergeordneten Netzziels privilegierten Anwendungen sind in der Regel kooperativ, d.h. sie beruhen auf dem gezielten Zusammenwirken der beteiligten Fahrzeuge. Das wesentliche Wirkprin-zip ist dabei wie in Abschnitt 2.2 dargestellt der zeitnahe Austausch fahraufgabenbe-zogener Kontextinformationen. Fahrzeuge, die eine lokale Beobachtung bezüglich ihres aktuellen Fahrkontextes an andere Fahrzeuge übermitteln, können aus diesem primär uneigennützigen Handeln keinen eigenen Vorteil ziehen. Gleiches gilt für Fahrzeuge, die im Rahmen des weiteren Informationsverteilungsprozesses eine empfangende Nach-richt weiterleiten. Nutznieÿer sind lediglich diejenigen Fahrzeuge, die die versandten Kontextinformationen empfangen. Als unmittelbare Folge daraus ergibt sich ein über-geordneter altruistischer Gesamtcharakter des automobilen Ad-hoc Netzes. Erst unter der Voraussetzung, dass sich die überwiegende Anzahl der am System partizipierenden Fahrzeuge solidarisch fair verhält, also bereit ist, primär uneigennützig Informatio-nen für andere Teilnehmer bereitzustellen und weiterzuleiten, ergibt sich letztlich ein sekundärer gemeinschaftlicher Nutzen für alle Fahrzeuge. Das Prinzip dieser solidari-schen Fairness schlieÿt ein, dass die zur Verfügung stehende und gemeinsam benutze Kanalkapazität von allen teilnehmenden Fahrzeugen unter Berücksichtigung des über-geordneten Netzziels verwendet wird. Dies ist vor dem Hintergrund der Mitbenutzung des Kommunikationssystems durch nicht fahraufgabenkorrelierte Anwendungen von Bedeutung, da diese üblicherweise keinen altruistischen Charakter aufweisen. Die soli-darische Fairness bedingt hier, dass solche Anwendungen die Funktionsfähigkeit fahr-aufgabenbezogener Anwendungen nicht in egoistischer Weise negativ beeinussen oder behindern.

Optimierung des globalen Anwendungsnutzens

Klassische Ansätze zur In-formationsverbreitung basieren zumeist auf der Reduktion der mittleren anwendungs-spezischen Netzlast. Ziel hierbei ist den Kommunikationsbedarf, und damit einherge-hend die Anzahl der notwendigen Nachrichtenübertragungen, isoliert für jede Anwen-dung im Schnitt zu verringern. Im Gegensatz hierzu ist das Ziel des im Folgenden vorge-stellten Verfahrens zur Verbreitung von Kontextinformationen in automobilen Ad-hoc Netzen, die Nutzung der vorhandenen Kanalkapazität insgesamt über alle

Anwendun-Kapitel 6 6.1 Annahmen und Paradigmen

gen zu optimieren. Dies ermöglicht, dass die Fahrzeuge so viel relevante Kontextinfor-mationen wie möglich versenden und empfangen können, um damit ihre Analyse der aktuellen und zukünftigen Fahrsituation bestmöglich zu unterstützen. Diese Vorgehens-weise entspricht letztlich dem Paradigma der globalen Netzwerknutzenoptimierung, wie sie in diesem Kapitel vorgestellt werden soll. Der wesentliche Vorteil dieser Strategie be-steht darin, dass nicht für jede Anwendung für sich genommen ein vertretbarer Kompro-miss zwischen notwendigem Kommunikationsaufwand und Anwendungsfunktionalität gefunden werden muss. Für die dieser Arbeit zugrunde liegenden Anwendungen würde dies beispielsweise bedeuten, dass eine Querverkehrassistenz im Kreuzungsbereich in einem festgelegten Zeitintervall eine Aktualisierung der eigenen Fahrzeugposition über-mittelt. Das Intervall wird dabei so gewählt, dass in einer ausreichend groÿen Zahl an Fällen die gewünschte Funktionsweise in der gewünschten Dienstgüte sichergestellt ist.

Jedoch zeigt die Anwendung unter Umständen in wenigen seltenen Ausnahmefällen kein optimales Ergebnis, da hierzu ein kleineres Aktualisierungsintervall notwendig ist. Auf der anderen Seite kann unter Umständen eine zu häuge und in der aktuellen Situation nicht notwendige Aktualisierung der Fahrzeugposition andere kritische Anwendungen negativ beeinussen. Um den Kommunikationskanal nicht in scheinbar unnötigerweise zu belasten, muss letztlich ein Kompromiss hinsichtlich der Kosten und des Nutzens der möglichen Aktualisierungsintervalle gefunden werden. Demgegenüber führt eine späte explizite Nutzenbewertung zur Laufzeit automatisch zu einer situationskorrelierten Ab-stimmung der Kanalnutzung zwischen allen existierenden Anwendungen.

Selbstorganisation

Entsprechend den Anforderungen aus Abschnitt 2.4 soll der Kontextverbreitungsprozess selbstorganisierend sein. Es sollen also keine zentrale In-frastruktur oder spezielle Knoten benötigt werden, die diesen Prozess koordinieren.

Qualitativ ähnliches Anwendungsverhalten

Die im Folgenden vorgeschlage-ne Methodik zur Nutzenbewertung basiert auf der Annahme, dass die in den Fahrzeu-gen aktiven kooperierenden Komponenten ein qualitativ ähnliches Anwendungsverhal-ten zeigen, d.h. ein und dieselbe Information in ähnlicher Weise verarbeiAnwendungsverhal-ten. Zudem wird angenommen, dass sich Fahrzeuge in unmittelbarer Nähe zumeist auch in einer ähnlichen Fahrsituation benden. Dies ermöglicht eine senderseitige Abschätzung des Nutzens einer Information für die unmittelbar empfangenden Fahrzeuge.

Freie Verfügbarkeit des Kommunikationskanals

Der Kommunikationskanal steht den Fahrzeugen frei zur Verfügung, ohne dass weitere operative Kosten anfal-len. Die verfügbare Kapazität kann daher im Wesentlichen voll ausgeschöpft werden.

Sofern aktuell noch Kanalkapazität verfügbar ist, kann diese von den Netzwerkteilneh-mern verwendet werden. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund der Unterstützung von prädiktiven Assistenzsystemen von Bedeutung, da deren Vorhersagequalität um-so gröÿer ist, je mehr Kontextinformationen ihnen hierzu zur Verfügung stehen. Diese Anwendungen protieren also von einer freien Kanalkapazität, die es erlaubt, weitere Kontextinformationen zu verbreiten. Es muss jedoch beachtet werden, dass eine hohe Auslastung des Kommunikationskanals nicht zu einer Steigerung der Kollisionswahr-scheinlichkeit der Nachrichtenpakete und in Folge dessen zu einer Reduktion des Netto Datendurchsatzes führt. Ist dies der Fall, so sollte die Kommunikationslast idealerweise

so begrenzt werden, dass ein maximaler Datendurchsatz des Netzwerks erreicht werden kann.

6.2 Network Utility Maximization: Das Problem der

Im Dokument Kontextbereitstellung in Automobilen Ad-hoc Netzen (Seite 197-200)