Telematik-Implementierungen im Automobilbereich scheitern häufiger auf der Verbindungsebene als an jeder anderen Stelle im Systemstack. Die Gerätehardware funktioniert. Die Telematikplattform erfasst die Daten korrekt. Doch irgendwo zwischen dem Fahrzeug und dem Backoffice wird der Datenstrom unterbrochen oder unzuverlässig, und der betriebliche Nutzen, den die Implementierung eigentlich liefern sollte, bleibt aus.
Die Anforderungen an die Konnektivität in der Fahrzeugtelematik sind spezifischer und anspruchsvoller als die Anforderungen für die meisten anderen IoT-Anwendungsfälle. Telematikgeräte in Fahrzeugen sind mobil, erzeugen gleichzeitige Datenströme aus mehreren Bordsystemen, müssen in geografisch weit verstreuten und oft durch schlechte Netzabdeckung geprägten Umgebungen funktionieren und über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs hinweg zuverlässig bleiben – ein Lebenszyklus, der oft mehr als sieben Jahre beträgt. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist eine Konnektivitätsarchitektur erforderlich, die speziell für den Kontext der Fahrzeugtelematik entwickelt wurde – und nicht eine universell einsetzbare Mobilfunk-SIM-Karte, die an einen Anwendungsfall angepasst wurde, für den sie ursprünglich nicht konzipiert war.
Dieser Beitrag befasst sich mit den Netzwerkanforderungen, die die Fahrzeugtelematik an die IoT-Konnektivität von Fuhrparks stellt, mit den technologischen Entscheidungen, die sich aus diesen Anforderungen ergeben, sowie mit den Infrastrukturentscheidungen, die darüber entscheiden, ob eine Telematik-Implementierung auf Unternehmensebene nachhaltigen Mehrwert liefert.
Das Datenprofil eines vernetzten Fahrzeugs
Um die Anforderungen an die Konnektivität zu verstehen, muss man zunächst wissen, welche Daten ein vernetztes Fahrzeug generiert und inwiefern sich dieses Datenprofil von anderen IoT-Anwendungen unterscheidet.
Ein Nutzfahrzeug, das mit einem vollständigen Telematik-Stack ausgestattet ist, ist kein einzelnes IoT-Gerät. Es handelt sich vielmehr um eine Sammlung gleichzeitiger Datenströme aus Systemen mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften:
GPS- und Standortdaten werden in regelmäßigen Abständen übertragen, in der Regel alle 10 bis 60 Sekunden, je nach betrieblichen Anforderungen, mit Nutzdatengrößen im Bereich von 50 bis 200 Byte pro Aktualisierung. Dieser Datenstrom ist zwar für sich genommen vorhersehbar und erfordert nur geringe Bandbreite, summiert sich jedoch über einen Betriebstag hinweg bei einer großen Flotte zu bedeutenden Datenmengen.
Motor- und CAN-Bus-Daten aus dem J1939- oder OBD-II-Anschluss erzeugen Diagnose-Frames in Intervallen, die von einem kontinuierlichen Datenstrom bei Fehlerereignissen bis hin zu periodischen Zusammenfassungsübertragungen im Normalbetrieb reichen. Fehlercodes, Motordrehzahl, Kühlmitteltemperatur, Kraftstoffverbrauchswerte und Leerlaufzeitdaten stammen alle aus dieser Schnittstelle. Das Übertragungsmuster ist bei kritischen Warnmeldungen ereignisgesteuert und bei Routinediagnosen zeitgesteuert.
ELD-Daten werden nach einem festgelegten Zeitplan übertragen, der den gesetzlichen HOS-Vorschriften entspricht, wobei kleine Datensätze Informationen zur Fahreridentifikation, zu Änderungen des Dienststatus und zu Fahrzeitaufzeichnungen enthalten. Dieser Datenstrom ist hinsichtlich Zeitpunkt und Umfang vorhersehbar, muss jedoch unabhängig vom Standort des Fahrzeugs zuverlässig übertragen werden, da Lücken in den HOS-Daten zu Compliance-Risiken führen.
Ereignisdaten zum Fahrverhalten aus den Eingaben von Beschleunigungssensor und Gyroskop erzeugen ereignisgesteuerte Nutzdaten, wenn Schwellenwertereignisse eintreten: starkes Bremsen, rasche Beschleunigung, scharfe Kurvenfahrten und Spurabweichungen. Diese Nutzdaten sind umfangreicher als routinemäßige Telemetriedaten, insbesondere wenn Dashcam-Aufnahmen dem Ereignisaufzeichnungsprotokoll beigefügt werden, und sie müssen umgehend übertragen werden, damit sie für Flottensicherheitsprogramme verwertbar sind.
Daten zu Temperatur und Zustand der Ladung von an Anhängern montierten Sensoren werden in Intervallen übertragen, die je nach Ladungsart und gesetzlichen Anforderungen festgelegt sind, wobei pharmazeutische Ladungen in der Kühlkette eine häufigere Berichterstattung erfordern als Ladungen bei Raumtemperatur.
Die Konnektivitätsschicht, die ein vernetztes Nutzfahrzeug versorgt, muss all diese Datenströme gleichzeitig verarbeiten, sicherheits- und konformitätskritische Daten bei begrenzter Bandbreite gegenüber Routinetelemetrie priorisieren und eine zuverlässige Übertragung über den gesamten geografischen Einsatzbereich des Fahrzeugs gewährleisten.
Warum kontinuierliche Mobilität die Anforderungen an die Konnektivität verändert
Feste IoT-Installationen in Fabriken, Gebäuden oder der Versorgungsinfrastruktur weisen eine bekannte, statische HF-Umgebung auf. Die Abdeckungseigenschaften des Installationsortes können einmalig bewertet werden, die geeignete Konnektivitätstechnologie kann auf der Grundlage dieser Umgebung ausgewählt werden, und die Installation kann vor der großflächigen Inbetriebnahme validiert werden.
Bei Telematikanwendungen im Automobilbereich gibt es keine festgelegte Funkumgebung. Ein Fernlastwagen fährt im Rahmen einer einzigen Fahrt durch die Innenstadt von Chicago, durch ländliche Gebiete in Iowa, quer durch die Hochwüste von Wyoming und durch Bergpässe in Utah. Die Merkmale der Mobilfunkabdeckung, die verfügbaren Netzbetreiber, die von diesen Betreibern eingesetzte Netzwerktechnologie sowie die Signalbedingungen ändern sich entlang dieser Strecke ständig.
SIM-Lösungen mit einem einzigen Netzbetreiber, die im ursprünglichen Einsatzgebiet gut funktionieren, versagen, sobald das Fahrzeug in Regionen fährt, in denen die Netzabdeckung dieses Betreibers schwächer ist oder in denen ein anderer Betreiber mehr Infrastruktur aufgebaut hat. Im Dashboard des Flottenmanagers wird eine Lücke in der Netzabdeckung angezeigt. Die zur Übertragung in die Warteschlange gestellten ELD-Daten erreichen das Backoffice erst, wenn das Fahrzeug wieder in den Empfangsbereich zurückkehrt. Das Fahrverhalten, das in der Lücke in der Netzabdeckung auftrat, wird erst Stunden später hochgeladen – lange nachdem die Gelegenheit für ein zeitnahes Coaching bereits verpasst wurde.
Die Multi-Netzwerk-SIM-Architektur löst das Problem der kontinuierlichen Mobilität, indem sie es dem Telematikgerät des Fahrzeugs ermöglicht, eine Verbindung zu dem Netzbetreiber herzustellen, der am aktuellen Standort das stärkste verfügbare Signal bietet, und automatisch zwischen den Netzbetreibern zu wechseln, wenn sich das Fahrzeug durch verschiedene Versorgungsbereiche bewegt. Beim Standard-Roaming wird der Heimatnetzbetreiber als primärer Anbieter genutzt, und es wird auf der Basis von „Best Effort“ auf Partnerbetreiber zurückgegriffen, was mit den durch Roaming-Vereinbarungen bedingten Einbußen bei Latenz und Leistung einhergeht. Eine echte Multi-Netz-Architektur baut lokale Verbindungen zu jedem Netzbetreiber in jeder Region auf und bietet so eine Leistung, die der eines lokalen Teilnehmers entspricht und nicht der eines Roaming-Nutzers.
Für Flottenbetriebe mit grenzüberschreitenden Routen ist der Unterschied bei der ortsspezifischen Konnektivität sogar noch bedeutender. „ Roaming “-Vereinbarungen über die Grenzen zwischen den USA und Mexiko sowie zwischen den USA und Kanada führen zu Kostenschwankungen und in manchen Fällen zu von Netzbetreibern auferlegten Datenbeschränkungen, die durch eine ortsspezifische Multi-Netzwerk-Architektur beseitigt werden. Ein Fahrzeug, das von Texas nach Mexiko fährt, sollte auf der anderen Seite der Grenze dieselbe Qualität der Telematikdaten aufweisen wie auf der US-Seite.
Auswahl von Netzwerktechnologien für die Automobilindustrie Telematics
Das Multi-Stream-Datenprofil eines vollständig mit Sensoren ausgestatteten Nutzfahrzeugs liegt außerhalb des Anwendungsbereichs von „ LPWAN “-Technologien, die für einfachere IoT-Anwendungsfälle geeignet sind.
NB-IoTAufgrund des Halbduplex-Betriebs, einer Latenz beim Aufbau einer Verbindung im Bereich von 1,6 bis 10 Sekunden und eines maximalen Durchsatzes von etwa 250 kbit/s eignet sich diese Technologie nicht für Telematikanwendungen im Automobilbereich, die eine bidirektionale Echtzeitkommunikation, die gleichzeitige Übertragung mehrerer Datenströme oder das Hochladen von Dashcam-Aufnahmen erfordern. „ NB-IoT “ ist die richtige Technologie für die Verbrauchsmessung und Umweltüberwachung. Es ist jedoch die falsche Technologie für ein Fahrzeug, das gleichzeitig GPS-Aktualisierungen, J1939-Diagnosedaten, ELD-Aufzeichnungen und ereignisgesteuerte Videos überträgt.
LTE-M Cat-M1 ist die Basistechnologie für die Fahrzeugtelematik in Anwendungsfällen, bei denen die primären Datenströme aus textbasierter Telemetrie ohne Video bestehen. Dank des Vollduplex-Betriebs, einer Latenz von 10 bis 15 ms nach Verbindungsaufbau und eines Uplink-Durchsatzes von 1 Mbit/s lassen sich gleichzeitige Datenströme von GPS, ELD, Motordiagnose und Fahrverhalten effektiv verarbeiten. LTE-Die Unterstützung von PSM und eDRX durch -M ist für Nutzfahrzeuge, die während des Betriebs kontinuierlich mit Strom versorgt werden, weniger relevant, doch der Vorteil hinsichtlich des Link-Budgets gegenüber 4G Cat-1 ist in Umgebungen mit begrenzter Netzabdeckung von Bedeutung.
4G Cat-4 ist die geeignete Technologie für Telematikanwendungen mit Videokomponenten: Das Hochladen von Dashcam-Aufnahmen, die Echtzeit-Fahrerüberwachung und die Datenerfassung durch Fahrerassistenzsysteme erfordern einen konstanten Uplink-Durchsatz, den LTE-M Cat-M1 unter Last nicht zuverlässig bereitstellen kann. Die maximale Durchsatzrate von 4G Cat-4 mit 150 Mbit/s im Downlink und 50 Mbit/s im Uplink bewältigt gleichzeitige Video- und Telemetrie-Datenströme problemlos.
5G RedCap, das in 3GPP Release 17 mit einem Ziel-Durchsatz im Bereich von 5 bis 25 Mbit/s eingeführt wurde, ist die aufstrebende Technologie für Telematikgeräte der mittleren Preisklasse im Automobilbereich, die einen höheren Durchsatz benötigen als „ LTE-M“ bietet, aber nicht das vollständige „ 5G -NR“-Fähigkeitsprofil erfordern. Mit der Ausweitung der „ 5G “-Abdeckung bietet RedCap einen Weg zu Telematikfunktionen mit höherer Bandbreite, darunter Dashcams mit höherer Auflösung, häufigere hochpräzise GPS-Daten und umfangreichere Sensorfusionsdaten – und das bei geringeren Gerätekosten und geringerem Stromverbrauch als bei einem „ 5G “-NR-Endgerät.
Privat- APN s und Netzwerkarchitektur für den Fuhrpark Telematics
Die Netzwerkarchitektur, die das Telematikgerät des Fahrzeugs mit der Flottenmanagement-Plattform verbindet, spielt eine Rolle, die über die Wahl der Mobilfunktechnologie hinausgeht.
Bei der „Private APN “-Konfiguration werden Telematikdaten direkt an die Netzwerkinfrastruktur der Flottenmanagement-Plattform weitergeleitet, ohne dass öffentliche Internetverbindungen durchlaufen werden. Für Flottenbetreiber, die Fahrzeuge mit hochwertiger Fracht verwalten, regulierte Güter transportieren oder im Rahmen von Verträgen mit Datensicherheitsanforderungen tätig sind, ist die private „ APN “-Konfiguration eher der Standard als eine optionale Sicherheitserweiterung. Sie verhindert, dass Daten zum Fahrzeugstandort und zum Zustand der Fracht über das öffentliche Internet weitergeleitet werden, verringert die Angriffsfläche für Man-in-the-Middle-Szenarien und bietet eine deterministische Weiterleitung zur Flottenplattform, die Konfigurationen mit „public APN “ nicht gewährleisten können.
Die Zuweisung statischer IP-Adressen, die in der Regel zusammen mit der Konfiguration des privaten „ APN “ erfolgt, ermöglicht es der Flottenmanagement-Plattform, Verbindungen zu einzelnen Fahrzeugen herzustellen, um Daten auf Abruf abzurufen, Ferndiagnosen durchzuführen und Konfigurationsaktualisierungen vorzunehmen. Ohne statische IP-Adresse kann die Plattform nur Daten empfangen, die das Fahrzeug aktiv übermittelt. Mit einer statischen IP-Adresse kann die Plattform den aktuellen Status eines bestimmten Fahrzeugs abfragen, das Hochladen eines Dashcam-Clips auslösen oder eine Konfigurationsaktualisierung an ein bestimmtes Gerät in der Flotte senden.
CGNAT ist die Netzwerkbedingung, die IoT-Architekten im Flottenbereich am häufigsten unvorbereitet trifft. Standardkonfigurationen von „ IoT SIM “ auf gemeinsam genutzten öffentlichen APNs befinden sich in der Regel hinter einem Carrier-Grade-NAT, das eingehende Verbindungen von der Plattform zum Gerät verhindert. Eine Flottenmanagement-Architektur, die eine von der Plattform initiierte Kommunikation mit den Fahrzeugen erfordert, benötigt entweder ein privates „ APN “ mit statischer IP-Adresse oder ein Gerät, das eine dauerhafte ausgehende Verbindung zur Plattform aufrechterhält. Die CGNAT-Einschränkung erst während der Integrationstests und nicht bereits bei der Architekturplanung zu entdecken, ist eine teure Lektion.
Device Lifecycle Management über die gesamte Lebensdauer von Fahrzeugen hinweg
Nutzfahrzeuge bleiben sieben bis zehn Jahre oder länger im Einsatz. Die in diesen Fahrzeugen installierten Telematikgeräte benötigen Konnektivitätslösungen, die über die gesamte Lebensdauer hinweg funktionsfähig bleiben – eine Zeitspanne, die mehrere SIM-Generationen, mögliche Wechsel des Netzbetreibers und die kontinuierliche Weiterentwicklung der Mobilfunktechnologie umfasst.
eUICC Die Entscheidung für eine Konnektivitätsinfrastruktur mit der Möglichkeit zur Fernaktivierung von SIM-Karten hat die weitreichendsten langfristigen Auswirkungen auf den groß angelegten Einsatz von Telematiklösungen im Automobilbereich. Eine Flotte von zehntausend Fahrzeugen, deren SIM-Karten fest an einen bestimmten Netzbetreiber und eine bestimmte Netzwerktechnologie gebunden sind, kann sich nicht an einen Netzbetreiberwechsel oder eine Netzwerkumstellung anpassen, ohne dass physischer Zugriff auf jedes einzelne Fahrzeug zum Austausch der SIM-Karte erforderlich ist. Die Betriebskosten für einen solchen Eingriff auf Flottenebene sind unerschwinglich.
eUICC Mit M2M-RSP gemäß der Spezifikation „ SGP.02 “ oder der stärker auf eingeschränkte Geräte optimierten „ SGP.32 “ können neue Netzbetreiberprofile ohne physischen Zugriff per OTA auf Telematikgeräte übertragen werden. Wenn ein Netzbetreiber die Stilllegung eines Netzes ankündigt, wenn eine leistungsstärkere Partnerschaft mit einem anderen Netzbetreiber verfügbar wird oder wenn die Flotte in Regionen expandiert, in denen ein anderer Netzbetreiber eine bessere Netzabdeckung bietet, erfolgt die Umstellung der Konnektivität programmgesteuert für den gesamten Gerätebestand.
MFF2 Der „soldered form factor“ ist die für Telematik-Hardware im Automobilbereich geeignete physikalische SIM-Spezifikation. Nutzfahrzeuge sind während ihrer gesamten Lebensdauer erheblichen Vibrationen ausgesetzt, und steckbare SIM-Einschübe sind in Umgebungen mit starken Vibrationen einer Verschlechterung der Kontaktqualität ausgesetzt, was bei fest verlöteten „ MFF2 “-Installationen nicht der Fall ist. Die „ MFF2 “-Spezifikation eliminiert zudem den SIM-Einschub als potenzielle Eintrittsstelle für Feuchtigkeit oder Schmutz in Fahrzeugumgebungen, in denen das Telematikgerät Temperaturwechseln und Schwankungen der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sein kann.
Connectivity Management auf Flottenebene
Eine Flotte von tausend Fahrzeugen mit jeweils vier oder fünf Telematikgeräten verwaltet vier- bis fünftausend aktive, vernetzte Geräte. Das Konnektivitätsmanagement in dieser Größenordnung ist eine operative Aufgabe und keine periodisch wiederkehrende Verwaltungsaufgabe.
Zu den Funktionen, die eine Plattform für das Konnektivitätsmanagement für Telematikanwendungen im Automobilbereich bereitstellen muss, gehören:
- Überwachung des Verbindungsstatus pro Gerät mit automatischer Benachrichtigung, wenn Geräte offline gehen, sodass ein Fahrzeug, das die Telematikverbindung verliert, identifiziert und überprüft wird, bevor die Datenlücke zu einem Compliance- oder Betriebsproblem wird
- Echtzeit-Transparenz der Datennutzung pro Gerät und pro Fahrzeuggruppe, mit konfigurierbaren Schwellenwerten, die das Betriebsteam warnen, bevor es zu Überschreitungen kommt
- Netzwerkrichtlinien die die Netzbetreiberpräferenz und das Failover-Verhalten pro Gerätegruppe definieren und es dem Fuhrparkmanagement-Team ermöglichen, die Konnektivität hinsichtlich Kosten, Leistung oder Abdeckung je nach den betrieblichen Anforderungen verschiedener Fahrzeugklassen oder Routenprofile zu optimieren
- Massenbereitstellung und Lebenszyklusmanagement die es ermöglichen, neue Fahrzeuge zur Flotte hinzuzufügen und ausgemusterte Fahrzeuge aus dem aktiven Gerätebestand zu entfernen, ohne dass ein manueller Eingriff pro Gerät erforderlich ist
- API Zugriff auf Konnektivitätsdaten der es der Flottenmanagement-Plattform ermöglicht, Lücken in den Telematikdaten mit Verbindungsereignissen in Zusammenhang zu bringen, wodurch unterschieden werden kann, ob ein Fahrzeug aufgrund eines Fehlers des Telematikgeräts oder aufgrund einer Verbindungsunterbrechung nicht mehr meldet
Die Konnektivitätsinfrastruktur von KORE bietet die Multi-Netzwerk-SIM-Architektur, die Konfiguration privater APN , eUICC Support sowie eine Plattform für das ConnectivityPro -Management, die für den Einsatz von Fahrzeugtelematik im Flottenmaßstab erforderlich sind. Mit über 40 Partnerschaften mit Netzbetreibern in mehr als 200 Ländern und über 21 Millionen aktiven SIM-Karten, die in den Bereichen Flottenmanagement, Logistik und anderen Branchen im Einsatz sind, ist die Infrastruktur auf die Anforderungen der Fahrzeugtelematik hinsichtlich kontinuierlicher Mobilität, gleichzeitiger Datenströme und langer Gerätelebenszyklen ausgelegt.
Das Netzwerk ist die Grundlage, auf der jede Entscheidung bei „ Telematics “ beruht
Die Fahrzeugtelematik schafft Mehrwert durch Daten: Standortdaten, Daten zum Motorzustand, Daten zum Fahrverhalten, Daten zur Einhaltung von Vorschriften sowie Daten zum Zustand der Ladung. Die betrieblichen Entscheidungen, die Flottenmanager auf der Grundlage dieser Daten treffen, hängen davon ab, dass die Daten vollständig, aktuell und kontinuierlich vorliegen. Eine Telematikarchitektur, die zwar die richtigen Daten generiert, diese aber nicht zuverlässig an die Plattform übermitteln kann, führt zu Lücken in der Transparenz, Risiken hinsichtlich der Einhaltung von Vorschriften und Sicherheitslücken, die die Rentabilität der gesamten Telematik-Investition untergraben.
Die Konnektivitätsschicht ist keine unterstützende Komponente bei der Einführung von Fahrzeugtelematik. Sie ist die Infrastruktur, auf die sich alle anderen Komponenten stützen. Die richtige Umsetzung – mit einer Multi-Netzwerk-Architektur, der Auswahl der für das Datenprofil geeigneten Mobilfunktechnologie, der Konfiguration privater APN , der Einrichtung eines „ eUICC “ für das langfristige Lebenszyklusmanagement sowie einer Konnektivitätsmanagement-Plattform, die für den Betrieb im Flottenmaßstab ausgelegt ist – ist die Voraussetzung für eine Telematik-Einführung, die über die gesamte Nutzungsdauer der Flotte hinweg den beabsichtigten Nutzen liefert.
Wenn Sie die Konnektivitätsarchitektur für eine Telematiklösung im Automobilbereich entwerfen oder bewerten, sprechen Sie mit einem KORE-Konnektivitätsingenieur über die Anforderungen an die Netzwerkinfrastruktur, die Ihre Flotte und Ihr Datenprofil mit sich bringen.
Veröffentlicht am 18. Juni 2026