Szenariobasiertes Testen sicherheitskritischer C-V2X-Anwendungen in einer Laborumgebung

Ihre Anforderung

Seit mehreren Jahren suchen Automobilhersteller und Behörden nach Wegen, die Sicherheit auf den Straßen zu erhöhen, den Verkehrsfluss effizient zu steuern und ihn in Zukunft komfortabler zu gestalten. Vehicle-to-Everything (V2X) ist eine neue Generation von Informations- und Kommunikationstechnologien, die Fahrzeuge mit allem verbinden. V2X wurde für die Kommunikation mit niedriger Latenz von Fahrzeugen untereinander (Vehicle-to-Vehicle, V2V), von Fahrzeugen mit der Verkehrsinfrastruktur (Vehicle-to-Infrastructure, V2I) und von Fahrzeugen mit Fußgängern (Vehicle-to-Pedestrian, V2P) entwickelt, um zukünftige Fahrerassistenzsysteme um neue Funktionalitäten zu erweitern. Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X, Fahrzeugvernetzung über Mobilfunk) ist ein von 3GPP in Release 14 definierter Kommunikationsstandard, der die LTE-Technologie als physikalische Schnittstelle für die Kommunikation verwendet. Der Standard beschreibt zwei Betriebsarten. Die Betriebsart Fahrzeug-zu-Netzwerk (Vehicle-to-Network, V2N) mit Kommunikation über die Uu-Schnittstelle nutzt herkömmliche Mobilfunkverbindungen, um die Integration von Cloud-Diensten in End-to-End-Lösungen zu ermöglichen, z. B. um Straßen- und Verkehrsinformationen für ein bestimmtes Gebiet an die Fahrzeuge weiterzuleiten.

Die zweite Betriebsart wird als Direkt- oder Sidelink-Modus (V2V, V2I, V2P) bezeichnet. Hier findet die Kommunikation über die PC5-Schnittstelle statt. In dieser Betriebsart wird für C-V2X nicht unbedingt eine Netzwerkinfrastruktur benötigt. Die Kommunikation kann ohne SIM-Karte und ohne Netzwerkunterstützung stattfinden und nutzt GNSS als Hauptquelle für die Zeitsynchronisation.

Der erste kommerzielle Einsatz der C-V2X-Direktkommunikation gemäß LTE 3GPP Release 14 soll bis 2020/21 in China erfolgen. Für diese erste Erprobung sind umfassende Tests erforderlich. Eine Verifizierung der Systemfunktionen und -performance ausschließlich auf Basis von Feldversuchen in einer realen Umgebung kann zeitaufwändig, kostspielig und mit großen Herausforderungen verbunden sein. Die Anforderungen an die Funktionalität und damit an die benötigten Assistenzfunktionen ändern sich ständig. Während der Entwicklungs- und Einführungsphase werden Testlösungen benötigt, um die Einhaltung der Standards zu verifizieren. Die Direktkommunikation über die PC5-Schnittstelle erlaubt einen höchst zuverlässigen Austausch zeitkritischer und sicherheitsrelevanter Informationen. Mit einem Mobilfunktester und einem Tool zur Simulation von C-V2X-Szenarien lassen sich reproduzierbare Testszenarien erzeugen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für die Standardisierung von Verifizierungsprozessen für C-V2X, um zuverlässige und vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, und hilft beim Nachweis, dass die End-to-End-Kommunikation zwischen zwei C-V2X-Geräten verschiedener Hersteller einwandfrei funktioniert.

Lösung von Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz hat in Zusammenarbeit mit Vector, einem Anbieter von Automotive-Test-Tools, eine neue Architektur zum Testen und Verifizieren sicherheitskritischer C-V2X-Anwendungen in einer Laborumgebung entwickelt. Der Messplatz von Rohde & Schwarz umfasst einen R&S®CMW500 Wideband Radio Communication Tester und einen R&S®SMBV100B GNSS-Simulator, die mit dem umfassenden CANoe.Car2x-Simulations-Tool von Vector kombiniert werden. Der R&S®CMW500 simuliert mit Hilfe eines C-V2X-Softwarepakets die Bitübertragungs- und MAC-Schicht, um Daten über die PC5-Funkschnittstelle senden und empfangen zu können.

Der R&S®SMBV100B als GNSS-Signalgenerator versorgt den Prüfling mit präzisen Synchronisationsdaten für die C-V2X-Kommunikation außerhalb der Netzabdeckung und mit sehr genauen Positionsdaten.

Diese Informationen werden z. B. für V2X-Sicherheitsmeldungen (Basic Safety Messages, BSM) benötigt. Für V2X-Applikationstests verbindet der R&S®CMW-KAA550 C-V2X-Applikationsadapter für das Vector-Tool die Rohde & Schwarz-Messgeräte mit der CANoe.Car2x-Softwareumgebung. Das Vector-Tool bietet umfassende Funktionalität für die Konfiguration und Ausführung von Verkehrsszenarien, so dass die Funktionen eines elektronischen Steuergeräts (Electronic Control Unit, ECU) gründlich getestet werden können. Anwender können detaillierte Verkehrssituationen generieren und ausführen, um die C-V2X-Konnektivität einschließlich Sicherheits- und Zertifikatsmanagement für die beabsichtigte Applikation zu verifizieren.

Ein einfach zu bedienender grafischer Szenario-Editor hilft bei der Erstellung von Verkehrsszenarien. Wenn ein Szenario in CANoe.Car2x gestartet wird, generiert das Software-Tool die entsprechenden ITS-Nachrichten (ITS: Intelligent Transport System) basierend auf dem konfigurierten Testszenario unter Verwendung der entsprechenden ITS-Stack-Variante für den Zielmarkt (Nordamerika, Europa, China) und gemäß den relevanten Spezifikationen. Die Nachrichten und Routendaten für dieses Szenario werden – über den R&S®CMW-KAA550 C-V2X-Applikationsadapter für Vector – an den R&S®CMW500 und den R&S®SMBV100B übermittelt. Der R&S®CMW500 stellt die Funkzugangsschicht zum Prüfling zur Verfügung. Dies ermöglicht die situationsgerechte Stimulierung eines C-V2X-Steuergeräts und das Testen der implementierten Funktionen, z. B:

• Elektronisches Gefahrenbremslicht (Electronic Emergency Brake Light, EEBL)
• Linksabbiegeassistent (Left Turn Assist, LTA)
• Kreuzungsassistent (Intersection Movement Assist, IMA)
• Stausteuerung (Congestion Control) – Stimulation durch mehrere simulierte Fahrzeuge

Anwendung

Die hier vorgestellte Testlösung ermöglicht das Testen sicherheitskritischer C-V2X-Anwendungen in einer Laborumgebung und liefert zuverlässige und wiederholbare Ergebnisse. Das CANoe.Car2x-Software-Tool von Vector bietet in Kombination mit Messgeräten von Rohde & Schwarz die Möglichkeit, komplexe und reproduzierbare C-V2X-Szenarien zu erstellen, um ein C-V2X-Steuergerät entsprechend der konfigurierten Situation zu stimulieren und die implementierten Funktionen gezielt zu testen. Die Testlösung ist eine zukunftssichere Investition und bietet auch die Möglichkeit der Erweiterung mit einem R&S®CMX500 Radio Communication Tester zur Abdeckung zukünftiger C-V2X-Releases einschließlich 5G New Radio (5G NR), um mit den neuesten Entwicklungen im Bereich C-V2X Schritt halten zu können.