Praktijkverhaal
Een auto op afstand besturen via twee 5G-netwerken
Als je een auto veilig op afstand wilt besturen met een mobiele verbinding, dan moet de verbinding tussen de auto en de bestuurder supersnel zijn, met een minimum aan latency. Hoe organiseer je dat, met name als de bestuurder ook van netwerk moet kunnen wisselen tijdens het rijden? Simon Rommel en Jos den Ouden van de TU/e leggen het uit.
Jos den Ouden is projectmanager voor CCAM-projecten aan de TU/e. “CCAM staat voor Cooperative, Connected and Automated Mobility. Daarbij moet je onder andere denken aan zelfstandig rijdende voertuigen, besturen op afstand, automatisch afhandelen van verkeer op kruisingen, platooning (waarbij voertuigen samenwerken via communicatie, en zich gedragen als een ‘trein’). Vanuit de TU/e nemen we samen met meer dan 50 partners, waaronder KPN, TNO, Siemens, RoboAuto en AI in Motion, deel aan het Europese Horizon 2020-project project 5G-MOBIX. Daarin onderzoeken we hoe mobiele 5G-technologie kan bijdragen aan CCAM.”
Simon Rommel werkt als postdoc bij de faculteit Elektrotechniek aan de TU/e. Hij houdt zich specifiek bezig met de vraag hoe je optische en mobiele verbindingen bij elkaar brengt. “In Eindhoven zijn we al een aantal jaar bezig met het thema connected mobility. Jos en zijn collega’s hebben op dat vlak al een aantal projecten gedaan met verschillende communicatietechnologieën. Ik kijk hoe we de upgrade kunnen maken van 4G naar 5G voor connected mobility. Want 5G is veelbelovend, maar we moeten nog wel goed onderzoeken wat het precies kan bijdragen. Dat doen we in 5G-MOBIX.”
"Een Tesla met autopilot-functie ziet zijn omgeving, maar communiceert er niet mee. Wij onderzoeken hoe je voertuigen connected kunt maken: verbonden met hun omgeving"
Zonder onderbreking van netwerk wisselen
De belangrijkste uitdaging in het 5G-MOBIX-project is om te komen tot een continue mobiele connectiviteit over grenzen heen. Daar heeft de EU met name belangstelling voor. Als je een landsgrens passeert, moet je van netwerkprovider wisselen. Dat geldt voor je telefoon, en dus ook voor een auto die verbonden is met 5G. Dit mag zeker bij een auto niet leiden tot een onderbreking van de connectiviteit. Daarvoor zijn de veiligheidsrisico’s te groot. Dus hoe zorg je ervoor dat het netwerk geen issue vormt voor connected mobility?
Onderzoek naar remote driving
Den Ouden: “Bij de TU/e richten we ons in het kader van 5G-MOBIX op remote driving, oftewel het op afstand besturen van voertuigen. Daarbij vinden we het belangrijk dat het voertuig communiceert met zijn omgeving, bijvoorbeeld met andere verkeersdeelnemers. Dat doet een menselijke bestuurder in een auto namelijk ook, al is dat meestal non-verbaal, met gebaren of gezichtsuitdrukkingen. Een Tesla met autopilot-functie neemt beslissingen op basis van een grote hoeveelheid sensoren die de omgeving van de auto in de gaten houden. Zo’n auto ziet zijn omgeving, maar communiceert er niet mee. Wij onderzoeken hoe je voertuigen connected kunt maken: verbonden met hun omgeving, en in het geval van remote driving ook met de bestuurder natuurlijk.”
Op de Automotive Campus in Helmond hebben de projectpartners een testsite gebouwd om onderzoek te doen met remote, connected driving. Daar kunnen auto’s rijden die op afstand bestuurd worden door een menselijke bestuurder, via een realistische opstelling met schermen, een stuur, pedalen enzovoort (zie afbeelding 1). Voor de communicatie tussen auto en bestuurder wordt in deze set-up het experimentele 5G-netwerk van KPN gebruikt.
Afbeelding 1: overzicht van de opstelling tijdens een demo met beide voertuigen en één besturingseenheid in actie (linksboven: binnenaanzicht Prius III (in deze afbeelding stationair, niet bestuurd), rechtsboven: binnenaanzicht Prius IV (wordt in deze opstelling op afstand bestuurd), linksonder: buitenaanzicht Prius IV, rechtsonder: besturingseenheid dat in dit voorbeeld de Prius IV bestuurt.
Eerste rijtest goed verlopen, op naar test met 2 netwerken
Den Ouden: “Onlangs hebben we een eerste praktijktest gedaan. Die verliep goed, maar voor continue connectivititeit bij grensoverschrijdingen moeten we testen met 2 aparte netwerken. Daar doen we nu verder onderzoek naar.” Rommel vult aan: “We zijn nu bezig met een testopstelling waarbij 1 rijder zich bij Siemens in Helmond bevindt, 1 rijder op de TU/e, en 2 auto’s op de weg tussen Helmond en Eindhoven. Beide rijders zijn aangesloten op een ander netwerk, maar moeten toch kunnen switchen van auto, en dus van netwerk. Zo kunnen we de connectiviteit bij grensoverschrijding testen.”
Afbeelding 2: overzicht van de testopstelling met 2 5G-netwerken, 2 voertuigen en 2 besturingseenheden, met daarin aangegeven de glasvezelverbinding (bedraad) en de 5G-verbinding (draadloos).
Lage latency
Voor de test met 2 netwerken heeft de TU/e de hulp van SURF ingeroepen. SURF heeft via zijn netwerk een directe verbinding aangelegd tussen de 2 netwerken in de nieuwe testopstelling (zie afbeelding 2). Dit is een optische wavelength-verbinding van ongeveer 15 kilometer. Den Ouden: “Belangrijk is natuurlijk dat er geen onaanvaardbare latency ontstaat als de een bestuurder van netwerk wisselt. Met andere woorden: dat er slechts een minimale vertraging ontstaat tussen de handelingen van de rijder en de bewegingen van de auto op het scherm. Het lijkt in die zin op een racespel op de computer: ook daar kun je de auto niet goed besturen als er vertraging zit tussen je handelingen en hoe de auto over het scherm beweegt.
Rommel: “Doordat we een directe verbinding van SURF hebben tussen de 2 mobiele netwerken, weten we zeker dat data de kortste weg afleggen. En dus niet een ‘normale’ weg via het internet, die vaak veel langer is. Daarnaast weten we op deze manier zeker de data een minimaal aantal switches, firewalls enzovoort moeten passeren. Beide aspecten zorgen voor een zo klein mogelijke latency, en voor een zeer betrouwbare verbinding. De eerste netwerktests laten zien dat de 15 kilometer die de data moeten afleggen tussen de 2 netwerken, geen significant hogere latency oplevert. Dat is goed nieuws natuurlijk.”
"Een lage latency is heel belangrijk. Net als bij een racespel op de computer kun je de auto niet goed besturen als er vertraging zit tussen je handelingen en hoe de auto over het scherm beweegt."
Hoge bandbreedte
Den Ouden: “Naast een lage latency is ook een voldoende hoge bandbreedte belangrijk voor de verbinding. Over de verbinding gaan namelijk, naast de besturingssignalen voor de auto, ook de videostream vanuit de het camerasysteem van de auto, die de bestuurder op zijn scherm ziet. Om al die data in hoge resolutie, zonder merkbare vertraging te verzenden en zonder al te veel packet loss, is een hoge bandbreedte van groot belang. De optical wavelength-verbinding van SURF levert deze bandbreedte.
In dit geval richten we ons alleen op videostreams, maar in toekomstige toepassingen kunnen ook andere sensorgegevens van het voertuig worden toegevoegd, zoals LiDAR of RADAR. Deze sensoren genereren nu al gigabytes aan gegevens per seconde in de geautomatiseerde voertuigen. Dus om deze voertuigen nog meer connected te maken zodat ze beter kunnen samenwerken, moeten de 5G- of zelfs toekomstige 6G-netwerken voldoende bandbreedte kunnen bieden.”
Waardevolle verbinding voor de toekomst
Rommel: “Deze verbinding is dus zeer waardevol voor het 5G-MOBIX-project. Maar ik geloof zeker ook dat hij in de toekomst van waarde kan zijn voor andere projecten die we uitvoeren met onze partners, op de TU/e en de Automotive Campus. Wie weet kunnen we de verbinding zelfs uitbreiden naar andere locaties in de omgeving.”