Internationales Verkehrswesen (67) 4 | 2015 66 Technologie Vernetztes Fahren Architektur für die vernetzte Verkehrszukunft Der ITS-Systemverbund Converge Intelligente Verkehrssysteme, ITS, Systemverbund, hybride Kommunikation Zukunftsweisende Verkehrsmanagementansätze und Fahrzeugsicherheitsaspekte wachsen immer mehr zusammen. Noch fehlt eine gesamtheitliche Systemarchitektur zur flexiblen Interaktion zwischen unterschiedlichsten Dienstanbietern und Kommunikationsnetzbetreibern in einer dezentralen, skalierbaren Struktur. Das Ziel des Vorhabens Converge ist es, diese Lücke zu schließen. Converge entwickelt die Architektur kooperativer Systeme für die Mobilität von morgen. Die Autoren: Jonas Vogt, Horst Wieker, Manuel Fünfrocken S eit dem Jahr 2012 verschreibt sich das Forschungsprojekt Converge (http: / / www.converge-online.de) einem ambitionierten Ziel: der Entwicklung einer kooperativen Architektur für die Vehicle-to-X-Communication (V2X). Viele bisherige V2X-Konzepte brachten zwar wertvolle, aber letztlich doch proprietäre Ansätze hervor. Eine Summe von Einzellösungen ergibt jedoch noch lange kein System. Deshalb ist die Zeit reif für einen innovativen Denk- und Forschungsansatz, der Anbieter von ITS-Diensten, Zugangsnetzbetreiber, Fahrzeughersteller und schließlich die Fahrzeugführer in einer betreiberunabhängigen Architektur nach dem Vorbild des Internets zusammenführt. Breites nutzenspektrum von „Zeit-sparen“ bis „leben retten“ Die kooperative Architektur für die V2X- Kommunikation stellt heute weit mehr als nur eine Vision dar. Sie gewinnt an Kontur und eröfnet neue Dimensionen einer sicheren und eizienten Mobilität. Individualverkehr und Logistik, Verkehrsluss und Gefahrenwarnung - im Zuge einer intelligenten und standardisierten Vernetzung von Informationsquellen und Informationsempfängern soll der einzelne Verkehrsteilnehmer künftig am „Wissen aller über das aktuelle Verkehrsgeschehen“ partizipieren und dabei selbst zum Informationsverteiler avancieren. Der Wert dieses Wissens schwankt von Fall zu Fall. Mal erspart es unfall- oder staubedingte Zeitverluste, mal rettet es Leben. Das Hauptziel, welches im Converge-Projekt erreicht wurde, ist es, eine Infrastruktur zu schafen, so dass die richtigen Informationen zur richtigen Zeit am richtigen Ort sind. Das Ziel: Die schnellstmögliche Verfügbarkeit von Verkehrsinformationen Die bloße Erfassung einer Information bedeutet noch nicht, dass derjenige sie zu nutzen vermag, für den sie im Moment am wertvollsten wäre. Daten über den Verkehrsluss helfen dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges nur dann, wenn er sie zeitnah erhält - am besten automatisch. Gleiches gilt für Gefahrenwarnungen. Erst wenn die Information über ein Hindernis auf der Straße oder über einen Falschfahrer den unmittelbar bedrohten Verkehrsteilnehmer erreicht, erfüllt der Informationsluss seinen Zweck. Converge hat die Bedingungen dafür geschafen, dass die Zeitspanne zwischen Informationsermittlung und Informationsverwendung deutlich verringert wird. Im Idealfall erhält jeder Verkehrsteilnehmer die für ihn relevanten Informationen aus dem aktuellen Verkehrsgeschehen nahezu in Echtzeit. Dabei geht es nicht allein um die Unfallvermeidung. In einem optimalen Informationsluss ist viel mehr möglich: Staus oder angemeldete Baustellen umgehen, LKW-Parkplätze eizient nutzen, energiesparend fahren, um nur ein paar Beispiele anzufügen. Das Forschungskonsortium Converge hat dazu ein „Communication Network für Vehicles on the Road“ unter Berücksichtigung einer weltweiten Ausbreitung des Systems (Global Extension) entwickelt. Der Zusammenschluss unterschiedlicher öffentlicher und privatwirtschaftlicher Betreibersysteme ermöglicht die Bereitstellung hochaktueller und hochaulösender Mobilitätsdaten für künftige Fahrerinformations- und Fahrerassistenzsysteme. Hierzu war es erforderlich, dass sich die Anbieter von Informationsdiensten sowie Netzbetreiber, Verkehrsleitzentralen, Automobilhersteller und weitere Branchen und Institutionen auf praxistaugliche Methoden und Standards verständigen - und das nicht nur in technischer Hinsicht. Das rückte die zentrale Frage nach einer neuen Kommunikations-, Dienste- und Or- HINTERGRUND Das Projekt „Converge“ Das Projekt Converge startete am 01. August 2012 und endet am 31. Oktober 2015 und hatte zum Ziel, eine gesamtheitliche Systemarchitektur für kooperative Mobilitäts-Systeme zur flexiblen Interaktion zwischen unterschiedlichsten Dienstanbietern und Kommunikationsnetzbetreibern in einer dezentralen, skalierbaren Struktur zu entwickeln. Im Projekt Converge arbeiten die folgenden Partner zusammen: Adam Opel AG, BMW Forschung und Technik GmbH, Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Bundesnetzagentur, Ericsson GmbH, Fraunhofer Institut AISEC, Fraunhofer Institut FOKUS, Hessen Mobil Straßen- und Verkehrsmanagement, Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes - htw saar (Konsortialführer), PTV Planung Transport Verkehr AG, Robert Bosch GmbH, Straßenverkehrsamt der Stadt Frankfurt am Main, Vodafone GmbH, Volkswagen AG. Das mit 18 Mio. EUR ausgestattete Projekt wird von den Bundesministerien für Wirtschaft und Energie sowie für Bildung und Forschung gefördert. www.converge-online.de Internationales Verkehrswesen (67) 4 | 2015 67 Vernetztes Fahren Technologie ganisationsarchitektur auf die Tagesordnung - eine Architektur, welche die Infrastruktursysteme verschiedener Betreiber kombiniert und in einem hybriden Kommunikationssystem vernetzt. Schon heute stehen die meisten Informationen für eine hocheiziente Verkehrsführung zur Verfügung. Was bisher fehlte, waren eine kooperative und hybride Architektur für WLAN (gemäß IEEE 802.11p bzw. ETSI ITS-G5) und Mobilfunk sowie schlüssige Spielregeln für den Zugang zu dieser Architektur und den Umgang mit ihr. Der Weg: eine kooperative Architektur im Systemverbund Die am Forschungskonsortium Converge beteiligten Unternehmen und Institutionen (siehe Infobox) haben eine ofene, aber dennoch sichere Systemarchitektur entwickelt. Während frühere Forschungsansätze zur V2X-Kommunikation einzelne Betreiber beziehungsweise ein zentrales System erforderten, ist die Converge-Architektur nach dem Vorbild des Internets betreiberoffen aufgebaut. Ziel ist es, dass die Anbieter von Diensten, Infrastrukturbetreiber sowie die Hersteller und Nutzer von Fahrzeugen an dieser Systemarchitektur partizipieren können, ohne sie selbst mitgestalten zu müssen. Die wesentlichen Merkmale der betreiberlosen Systemarchitektur sind: • Modularer Aubau, Skalierbarkeit und Ausfallsicherheit • Unabhängigkeit von der physikalischen Verbindung (z. B. Mobilfunk, Wii, Ethernet) • Verteilte Internetarchitektur, dadurch sehr hohe Verfügbarkeit, auch bei Ausfall einzelner Komponenten (no single points of failure) • Einfachheit aus Sicht der Dienstanbieter (Service Provider). Das Design der Converge-Architektur verbindet diese bewährten Prinzipien des Internets mit den Merkmalen moderner Kommunikationsnetze: hohe Sicherheit, internationale Anwendbarkeit und freie Auswahl der Servicedienstleistungen. converge-Architektur: lexibel, ofen, zukunftssicher Wesentliches Merkmal der Converge-Architektur ist die Ausrichtung nach den Akteuren. Die Akteure (Actors) in einem Converge-System teilen Informationen, Ressourcen und Kommunikationsdienste. Typische Akteure sind dabei in Bild 1 zu sehen: • Akteure zur Bereitstellung von Informationsdiensten, z. B. Fahrzeughersteller, Behörden oder Betreiber von Fahrzeug-/ Flotten-Diensten (Backend/ Backbone Level) sowie von Systemdiensten, die zu bestimmten Systemfunktionen wie Namens- oder Verzeichnisdiensten beitragen. • Akteure zur Bereitstellung von Kommunikationsdiensten, z. B. Betreiber von Mobilfunknetzen (Mobile Network Operators) oder von IRS-Netzen. Als IRS werden Kommunikationseinheiten am Straßenrand bezeichnet, die gemäß dem ETSI ITS G5 Standard (Network Level) funken. • Akteure, die Verkehrs- und Sicherheitsinformationen auf der Ebene der Mobilen Endgeräte austauschen (Mobility Level). Die Akteure tauschen Informationen aus, die zur Steigerung der Verkehrssicherheit und -eizienz beitragen, und stellen sie den Teilnehmern am Systemverbund (Clients) zur Verfügung. Clients in diesem Kontext können sowohl Fahrzeuge oder Mobiltelefone als auch angebundene Flotten- oder Straßen-Betreiber sein. Alle Akteure erklären sich bereit, die gemeinsam für das Converge-System deinierten Regeln einzuhalten (Code of Conduct). Die Converge-Sicherheitsprinzipien unterstützen die betriebliche Umsetzung des Code of Conduct. ofen für weitere Akteure, neue Dienste und länderübergreifenden Betrieb Converge-Akteure sind Organisationen, Behörden oder Dienstanbieter. Beispielsweise kann ein Mobilfunkbetreiber die Rolle eines Anbieters von Kommunikationsdiensten sowie eines Anbieters von Datendiensten annehmen. Das durch die Converge-Architektur vorgegebene Systemdesign ermöglicht eine länder- und behördenübergreifende Umsetzung sowie einen auf mehrere Akteure verteilten Betrieb. Ein weiterer Vorteil der verteilten Architektur ist, dass Akteure nachträglich dem System beitreten oder es ohne größeren Aufwand verlassen können, ohne dass das Gesamtsystem negativ beeinlusst wird. Diese Rollen und Akteure ermöglichen lexible Einführungs- und Geschäftsmodelle (Bild 2). Die Theorie beruht auf dem institutionellen Rollenmodell und hilft der Markeinführung des Systems, indem in einer angemessenen Reaktionszeit auf dynamische Veränderungen reagiert werden kann. Das ökonomische Rollenmodell schaft die Voraussetzung für funktionsfähige Lösungen zur Durchsetzung neuer Technologien unter marktwirtschaftlichen Bedingungen: • Verbesserung des Wissens- und Kenntnisstands der Systemnutzer und Dritter, Bild 1: Die Converge Systemarchitektur Internationales Verkehrswesen (67) 4 | 2015 68 TECHNOLOGIE Vernetztes Fahren systematisch entsprechend des technologischen Entwicklungsstands. • Ermöglichung des Austauschs von Erfahrungen. • Schafung von Transparenz zwischen unterschiedlichen Nutznießern (PKW- Fahrer als Systemanwender, PKW-Fahrer als Dritter, Automobilindustrie, Versicherungsindustrie, Staat und andere). • Reduktion der Zielkonlikte zwischen den einzelnen Gruppen. Der Vorteil gegenüber den klassischen Betreibermodellen ist, dass auch bei einem Marktversagen die Entwicklung von funktionsfähigen Marktangeboten möglich ist, die für alle Gruppen zu einem ökonomischen Vorteil führen. Fortschrittliche Architekturkomponenten und -konzepte In Converge wurden innovative Architekturkomponenten und -konzepte entwickelt. Einen als „Governance Layer“ bezeichneten organisatorischen, betrieblichen und regulatorischen Überbau, der Organisation und Betrieb des Systemverbundes auf gemeinsamen Regeln, Konventionen und Vereinbarungen aufsetzt, welche eine faire und leistungsstarke Kooperation sicherstellen und welche unumgänglich sind, um die Offenheit des V2X-Systemverbundes sicherzustellen. Ein Konzept zur Verwaltung von Diensten auf Basis von hierarchischen, verteilten Dienste-Verzeichnissen, welche alle Arten von Diensten berücksichtigen. Ein sogenanntes Bridge-Konzept, das eine speziische Verbreitung von Informationen in vorgegebenen Gebieten (GeoMessaging) nach Eigenschaften (z. B. Informationen für LKWs) oder nach Informationsklassen (z. B. Verkehrsinformationen) entsprechend der registrierten Wünsche des Empfängers ermöglicht. Es ist dabei keine Kenntnis über die verfügbaren Kommunikationsmedien im System erforderlich. Weiterhin ist dadurch eine eiziente Nutzung des zugrundeliegenden hybriden Kommunikationsnetzwerks (Nutzung von WLAN [gemäß IEEE 802.11p bzw. ETSI ITS-G5] und Mobilfunk) in unterschiedlichen Kombinationen gewährleistet. Datenautobahn mit integriertem Datenschutz Nach zahlreichen Angrifen auf die Privatsphäre von Bürgern hat der Datenschutz in Wissenschaft, Politik und in der öfentlichen Wahrnehmung eine wachsende Bedeutung gewonnen. Von Anfang an standen deshalb Datenschutz und Sicherheit im Fokus des Converge-Projekts, was zur Entwicklung einer sicheren Architektur für die relevanten Bereiche Netze, Applikationen und System geführt hat. Es rückt zwei Themen in den Vordergrund: Auf der einen Seite der Schutz von persönlichen Daten, insbesondere Positionsdaten; auf der anderen Seite die Gewährleistung, dass nur echte und unveränderte Informationen verteilt werden. Eine besondere Herausforderung für Converge war die integrierte und transparente Kommunikation über Mobilfunk und Netze gemäß dem ITS G5 Standard. Das Sicherheitskonzept weist unter anderem folgende Teilaspekte auf: integrierte Sicherheitsmechanismen, Kompatibilität mit etablierten internationalen Standards, rollenbasierte Zugrifskontrolle und Autorisierung im Systemverbund, Speziikation Bild 2: Ökonomisches Konzept von Converge Bild 3: Das Converge Security-Konzept Vernetztes Fahren TECHNOLOGIE von sicheren Kommunikationsprotokollen zum Schutz der Privatsphäre, Schutz privater Daten durch pseudonymisierte Zertiikate und optionale Verschlüsselung, Speziikation und Integration von Security-Subsystemen, sichere Speicherung von kryptograischen Geheimnissen (Schlüssel etc.), z. B. durch spezielle Hardware-Module, umfassende Validierung der Komponenten durch Szenarien-Simulation (Bild 3). Pseudonymisierte Dienstnutzung Converge bietet eine einfache, sichere und die Privatsphäre schützende Lösung für die Nutzung von Diensten an: Dienstanbieter erhalten digitale Zertiikate, die ihre Identität als Anbieter eines bestimmten Dienstes bestätigen. Somit ermöglicht die Converge Security, dass Konsumenten die Authentizität von Dienstanbietern überprüfen können. Zugleich stellt die Converge-Lösung Konsumenten spezielle pseudonymisierte digitale Zertiikate zur Verfügung. Konsumenten können sich mit diesen Zertiikaten bei ihren Diensten anmelden, ohne dabei ihre echte Identität preiszugeben, wodurch ihre Privatsphäre geschützt wird. Insgesamt erhalten somit sowohl Dienstanbieter als auch Konsumenten einfachen und sicheren Zugang zum Converge-Systemverbund, ohne dafür komplexe individuelle Lösungen erarbeiten zu müssen. Fazit Das Converge-Projekt entwickelt die Architektur kooperativer Systeme für die Mobilität der Zukunft und ebnet den Weg für zukünftige kooperative ITS-Anwendungen, basierend auf verteilter Funktionalität in Kombination mit standardisierten und ofenen Schnittstellen, Kommunikationsprotokollen und Sicherheitslösungen. Die Converge-Architektur ist ofen für zukünftige Innovationen und internationalen Einsatz: • Reduktion der Entwicklungskosten durch eine verteilte und lose gekoppelte Architektur • Verkürztes Time-to-Market durch erhöhte Flexibilität und deinierte Rollen entlang der Verwertungskette • Transparente und austauschbare Nutzung verschiedener Kommunikationstechnologien • Verbesserter Datenschutz durch verteilte Datenspeicherung - nur Daten, die für eine Transaktion erforderlich sind, werden zwischen den beteiligten Parteien ausgetauscht • Erhöhte Sicherheit durch ein durchgängiges Security-Konzept, welches alle Komponenten vom Service Provider über Kommunikationsnetzwerke bis hin zum mobilen Knoten im Sicherheitssystem integriert. • Entkopplung der technischen Realisierung von den Anforderungen der Dienstanbieter; das ermöglicht den organisations- und länderübergreifenden Einsatz • Erste Ansätze zur gesellschaftlichen Umsetzung (Governance Layer) So ermöglicht die Converge-Architektur kooperative ITS-Lösungen und einen freien Fluss von Echtzeitinformation in Europa. ■ Horst Wieker, Prof. Dr.-Ing. Forschungsgruppe Verkehrstelematik, Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (htw saar), Saarbrücken wieker@htwsaar.de Manuel Fünfrocken, M.Sc. Forschungsgruppe Verkehrstelematik, Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (htw saar), Saarbrücken manuel.fuenfrocken@htwsaar.de Jonas Vogt, M.Sc. Forschungsgruppe Verkehrstelematik, Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (htw saar), Saarbrücken jonas.vogt@htwsaar.de Ein Tag. 192 Vorfälle. 192 richtige Entscheidungen. Wenn Sie für die Sicherheit und den Schutz eines öfentlichen städtischen Verkehrssystems mit Hunderte von Zügen verantwortlich sind, müssen Sie jeden Tag eine große Anzahl von Vorfällen erkennen, bewerten und behandeln. Aus diesem Grund haben wir sichergestellt, dass unsere Netzwerk-Videolösungen alles problemlos bewältigen können. So können Sie in jeder Situation die richtige Entscheidung trefen. Weitere Informationen inden Sie auf www.axis.com/ trains