Maschinelles Lernen

5G: Der Kommunikationsschlüssel zum autonomen Fahren

by Deb Miller Landau
iQ Managing Editor

Die selbstfahrenden Autos der Zukunft benötigen ein schnelles, zuverlässiges Netzwerk. Der neue Funkstandard 5G soll bald als Daten-Highway fungieren.

Selbstfahrende Autos sind eines der wichtigsten Themen in der aktuellen Technikwelt – doch der Weg zum autonomen Fahren ist kurvenreich und wird von einem grundlegenden Wandel begleitet. Techniker, Automobilhersteller, Regulierungsbehörden und Datenwissenschaftler sind dabei, die Zukunft der Automobilwelt radikal zu verändern. Noch betrachten wir selbstfahrende Autos – wie etwa das fahrerlose Google-Forschungsauto – als einzelne, isolierte Objekte, die sich inmitten der anderen Verkehrsteilnehmer zurechtfinden müssen.

Mit steigender Zahl autonomer Fahrzeuge auf unseren Straßen wird diese Auffassung von Singularität jedoch verschwinden. Selbstfahrende Autos können nicht in einem Vakuum existieren: Je mehr davon unterwegs sind, desto fortschrittlicher, sicherer und komplexer muss die gesamte autonome Infrastruktur werden.

Selbstfahrende Autos benötigen ein starkes Kommunikationsnetzwerk.
Selbstfahrende Autos benötigen ein starkes Kommunikationsnetzwerk.

 

Verkehr wird zum komplexen ökosystem

„Autonome Autos zwingen uns, Dinge in Erwägung zu ziehen, die uns bislang unmöglich erschienen“, sagt Kevin Hattendorf, Director des Produktmarketings bei Intels Automated Driving Group (ADG). „Und vieles davon ist von einem starken Kommunikationssystem abhängig.“ Jedes physisch individuelle Fahrzeug wird Teil eines komplexen Ökosystems, in dem die Kommunikation eine Schlüsselrolle spielt. Dazu zählen neben dem Datenaustausch zwischen Autos auch die Infrastruktur am Straßenrand, das Netzwerk und schließlich große Rechenzentren.

Die enormen Datenmengen von autonomen Autos erfordern neue Funknetzwerke.
Die enormen Datenmengen von autonomen Autos erfordern neue Funknetzwerke.

Um das wahre Potenzial autonomer Fahrzeuge auszuschöpfen, bedarf es eines zuverlässigen, robusten und überall erreichbaren Funknetzwerks. Hattendorf zufolge sind diese Anforderungen die Basis von 5G-Netzwerken, die voraussichtlich ab 2020 verfügbar sein werden. Doch schon jetzt werden zahlreiche Tests durchgeführt.

5G: Was ist das?

Vereinfacht gesagt ist 5G die nächste „Generation“ („G“) von Funknetzwerken. Der neue Standard wird es ermöglichen, mehr Daten mit höherer Geschwindigkeit, geringerer Latenz und ultrastarker Zuverlässigkeit zu übertragen. Er spielt eine essenzielle Rolle bei der Vernetzung von Milliarden Geräten – von intelligenten Gebäuden bis hin zu Weinbaubetrieben mit Internetanbindung.

Selbstfahrende Autos können ihre Umgebung eigenständig interpretieren.
Selbstfahrende Autos können ihre Umgebung eigenständig interpretieren.

Laut Hattendorf wird sich jedes autonome Auto täglich durch mehrere Terabyte an Daten arbeiten. Die Fahrzeuge sind auf verschiedene Sensoren wie Kameras oder LiDAR- und Radartechnik angewiesen, um die notwendigen Informationen über ihre Umgebung zu erfassen. Während die Kamera zum Beispiel eine Person identifiziert, erfasst das Radarsystem die Tiefendimension, so dass das System beispielsweise zwischen einem echten Menschen und dessen Abbildung auf einem Plakat unterscheiden kann.

datenbasiertes erkennen der umgebung

Das gesamte System muss zusammenarbeiten, wobei jede Komponente eine beträchtliche Menge an Rechenleistung und Datensynthese erfordert. Doch dadurch kann ein Fahrzeug sowohl aus den gesammelten Erfahrungen als auch aus seiner konkreten Umgebung Informationen erhalten und daraus lernen. „All diese Daten werden anschließend gesammelt und an das Rechenzentrum weitergeleitet“, so Hattendorf.

Basis für den autonomen Straßenverkehr sind leistungsstarke Rechenzentren.
Basis für den autonomen Straßenverkehr sind leistungsstarke Rechenzentren.

Im Data Center beziehungsweise in der Cloud wird mithilfe von Protokollen und Tools, die auf Deep Learning und maschinellem Lernen basieren, ein Befehlssatz kreiert. Dieser wird anschließend an die Fahrzeuge übermittelt und bringt ihnen bei, ihre Umgebung zu erkennen und darauf angemessen zu reagieren. Aus ihren gesammelten Erfahrungen werden Autos lernen, Objekte zu erkennen, die in Bewegung sind.

unterscheiden zwischen mensch und ball

Das erlaubt ihnen zum Beispiel, einen Menschen von einem Hund oder einem über die Straße rollenden Ball zu unterscheiden. Das so Erlernte hilft Autos auch zu verstehen, wann eine Abweichung auftritt. Wenn zum Beispiel eine Giraffe über die Straße schreitet, erkennt das Auto diese Anomalie und sendet die Informationen an das Rechenzentrum, das daraufhin einen neuen Regelsatz erstellen kann.

Dieser Weg ist von zahlreichen datenintensiven Schritten geprägt. Das Auto benötigt eine im Fahrzeug integrierte Computerplattform, die in Echtzeit mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle kommunizieren kann. Zusätzlich benötigt es eine Möglichkeit, zu anderen Fahrzeugen eine Verbindung herzustellen und ihnen Dinge mitzuteilen, die es selbst gelernt hat. Darüber hinaus muss das Fahrzeug in der Lage sein, Daten an die Cloud oder ein Rechenzentrum zu senden, wo anhand dieser Informationen verschiedenste Aspekte analysiert werden – von einer Ampel über einen gerade eben erfolgten Unfall bis hin zu einem laufenden Hund oder einer galoppierenden Giraffe.

5g als kommunikationsgrundlage

Angesichts der riesigen Datenmengen, die es beim autonomen Fahren zu verarbeiten gilt, wird ein komplexes Kommunikationsnetzwerk erforderlich sein. An dieser Stelle kommt 5G ins Spiel. Es ist der Daten-Superhighway für autonome Autos, erklärt Prakash Kartha, Verantwortlicher für das strategische Marketing von Connected Cars bei Intel. Aktuelle LTE-Netzwerke sind seiner Ansicht nach nicht in der Lage, diese Aufgabe zu bewältigen.

5G wird zum Daten-Highway für die mit ihrer Umgebung vernetzten Autos.
5G wird zum Daten-Highway für die mit ihrer Umgebung vernetzten Autos.

Da es nur schwer vorstellbar ist, wie sich so viele Daten mit riesiger Geschwindigkeit fortbewegen, hat Kartha das Szenario aufgeschlüsselt. „Stellen Sie sich das Ganze wie eine Röhre vor“, sagt er. „Diese Röhre kann entweder dünn und lang sein – oder aber dick und kurz.“ Durch die dünne Röhre passen kleinere Datenmengen, die allerdings einen weiteren Weg zurücklegen können. Durch die dicke Röhre hingegen können Daten mit einer deutlich höheren Frequenz fließen, allerdings ist dann ihre Reichweite auch kürzer.

Daten-Hot spots an Tankstellen

Fährt ein Auto auf einer Straße, bestimmen von Sensoren erfasste Echtzeitdaten den Betrieb über die im Fahrzeug integrierte Computerplattform. Für langfristiges Lernen werden Autos jedoch Informationen bei passenden Gelegenheiten stoßweise up- und downloaden, so Kartha. Dies kann etwa an einer Tankstelle, auf einem Parkplatz, an einer Kreuzung oder auch zu Hause sein, wo die Verbindung es erlaubt, größere Datenmengen zu transferieren.

Die Anforderungen künftiger Autos an Funknetzwerke werden hoch sein.
Die Anforderungen künftiger Autos an Funknetzwerke werden hoch sein.

Viele Autos, die auf den Straßen dieser Welt unterwegs sind, sammeln schon heute Daten über LTE, zum Beispiel Uber-Taxis, Google-Autos oder Fahrzeuge von BMW. Doch die Datenanforderungen autonomer Autos sind weitaus höher und das LTE-Netzwerk von heute ist für diese Art von Daten nicht nutzbar“, betont Kartha. Aus diesem Grund arbeitet er mit Teams zusammen, die eine neue Millimeterwellentechnik (MM-Wave-Technik) entwickeln, die eine schnelle Übertragung großer Datenmengen gestatten wird.

5G wird aber noch viel weitreichendere Möglichkeiten eröffnen. Wenn Sensoren keine Sichtverbindung haben oder nachteilige Wetterbedingungen herrschen, werden 5G-Funkkomponenten eine zusätzliche Schutzebene bereitstellen, indem sie mit Fahrzeugen im näheren Umfeld und der Infrastruktur am Straßenrand zuverlässig und schnell kommunizieren, so Kartha.

Was geschieht in der Cloud?

Intels CEO Brian Krzanich sagte vor Kurzem, dass jedes autonome Auto Prognosen zufolge täglich bis zu 4.000 Gigabyte an Daten generieren wird. Dies entspricht der durchschnittlich pro Tag produzierten Datenmenge von beinahe 3.000 Personen. Dazu kommen noch die 50 Milliarden anderen Objekte im Internet der Dinge (Internet of Things, IoT), die Schätzungen zufolge bis 2020 drahtlos vernetzt sein werden.

gifdriving

Wird es dann eng in der Cloud? Nein, sagt Hattendorf, da es keine einzelne „Welt-Cloud“ gibt, sondern viele Rechenzentren mit unterschiedlichen Formen und Größen. „Unternehmen werden verschiedene Strategien nutzen“, erklärte er. Für einige werden die gesammelten Daten so wichtig sein, dass sie sie als ihr Eigentum behalten und dafür ein eigenes Rechenzentrum bauen. Andere Unternehmen betreiben vielleicht Rechenzentren in unterschiedlichen Regionen, während wiederum andere die Vorteile nutzen, die von einem Provider betriebene Rechenzentren bietet.

All diesen Rechenzentren ist jedoch gemein, dass sie von einem 5G-Netzwerk abhängen werden, das Daten überträgt und analysiert, Algorithmen erstellt und die gewonnenen Erkenntnisse an die Autos zurückgibt. Bis selbstfahrende Autos auf unseren Straßen allgegenwärtig sind, wird es wohl noch eine Weile dauern. Doch der Bau des Daten-Superhighways 5G ist bereits in vollem Gange.

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