6G en Autonome Voertuigen: De Weg naar Volledig Zelfrijdend Verkeer

Waarom 5G niet volstaat

Huidige 5G-netwerken bieden aanzienlijke verbeteringen ten opzichte van 4G, maar schieten op meerdere vlakken tekort voor volledig autonome voertuigen. De end-to-end latentie van 5G bedraagt typisch 1 tot 10 milliseconden. Hoewel dit snel klinkt, is het onvoldoende voor veiligheidskritische beslissingen die in fracties van milliseconden moeten worden genomen.

Daarnaast ondersteunt 5G maximaal ongeveer een miljoen apparaten per vierkante kilometer. In een druk stedelijk gebied met duizenden voertuigen, verkeerslichten, sensoren en voetgangers wordt deze capaciteit snel een knelpunt. De bandbreedte van 5G, hoewel aanzienlijk, is onvoldoende voor de enorme hoeveelheid sensordata die autonome voertuigen moeten delen: lidar-puntenwolken, camerabeelden, radardata en kaartinformatie.

Tot slot mist 5G een cruciale functie die 6G wel biedt: geïntegreerde sensing. Bij 5G zijn communicatie en waarneming twee gescheiden systemen. 6G combineert deze functies, waardoor het netwerk zelf als een gigantisch sensorsysteem functioneert.

V2X-communicatie: voertuig met alles verbonden

Vehicle-to-Everything (V2X) communicatie is de verzamelnaam voor alle draadloze verbindingen die een voertuig onderhoudt met zijn omgeving. Dit omvat Vehicle-to-Vehicle (V2V), Vehicle-to-Infrastructure (V2I), Vehicle-to-Pedestrian (V2P) en Vehicle-to-Network (V2N). Met 6G bereikt V2X-communicatie een niveau van betrouwbaarheid en snelheid dat volledige autonomie ondersteunt.

Via V2V-communicatie delen voertuigen real-time informatie over positie, snelheid, richting en intentie. Een auto die plotseling remt, deelt deze informatie instantaan met alle voertuigen in de omgeving, sneller dan het remlicht zichtbaar wordt. Via V2I-communicatie ontvangen voertuigen informatie van verkeerslichten, wegdekinformatiesystemen en parkeerfaciliteiten. V2P-communicatie maakt het mogelijk om kwetsbare verkeersdeelnemers zoals voetgangers en fietsers te detecteren, zelfs wanneer deze niet zichtbaar zijn achter obstakels.

De snelheid van 6G-netwerken maakt het mogelijk om deze communicatie met minimale vertraging te laten verlopen. Een voertuig dat met 130 kilometer per uur over de snelweg rijdt, kan via 6G tientallen tot honderden keren per seconde communiceren met omringende voertuigen en infrastructuur (conform V2X-berichtprofielen), waardoor een gedeeld, real-time beeld van de verkeerssituatie ontstaat.

ISAC: geïntegreerde sensing en communicatie

Integrated Sensing and Communication (ISAC) is een van de meest innovatieve technologieën in 6G-netwerken. Bij ISAC worden dezelfde radiogolven die voor datacommunicatie worden gebruikt, tegelijkertijd ingezet als radarsignalen. Het 6G-netwerk wordt hierdoor niet alleen een communicatiemiddel, maar ook een enorm gedistribueerd sensorsysteem dat de omgeving in kaart brengt.

Voor autonome voertuigen biedt ISAC een extra laag van omgevingswaarneming bovenop de eigen sensoren van het voertuig. Waar de lidar en camera van een auto beperkt zijn tot het directe gezichtsveld, kan het 6G-netwerk informatie bieden over objecten achter gebouwen, om hoeken en ver voorbij de horizon van het voertuig. Een kind dat achter een geparkeerde vrachtwagen de straat op rent, kan door het netwerk worden gedetecteerd voordat het voertuig het zelf kan waarnemen.

ISAC functioneert bij alle weersomstandigheden, een belangrijk voordeel ten opzichte van camerasystemen die beperkt worden door regen, mist of sneeuw. In het Nederlandse klimaat, waar slechte zichtomstandigheden frequent voorkomen, is dit een cruciaal voordeel voor de veiligheid van autonome voertuigen.

Latentievereisten op de millimeter nauwkeurig

De relatie tussen latentie en veiligheid bij autonome voertuigen is direct en meetbaar. Bij een snelheid van 130 kilometer per uur legt een auto 36,1 meter per seconde af. In één milliseconde, de typische latentie van 5G, is dat 3,6 centimeter. Bij de 6G-latentie van 0,1 milliseconde is dat slechts 3,6 millimeter. Dit verschil is letterlijk het verschil tussen een botsing en een veilige stop.

Voor coöperatieve rijmanoeuvres, waarbij meerdere voertuigen gelijktijdig van rijstrook wisselen of samenvoegen, is een latentie van minder dan 0,1 milliseconde noodzakelijk om alle voertuigen synchroon te laten bewegen. Bij hogere latentie ontstaan desynchronisaties die tot gevaarlijke situaties leiden.

De betrouwbaarheidseisen zijn eveneens extreem. Voor veiligheidskritische V2X-communicatie worden betrouwbaarheidswaarden van 99,99999% nagestreefd, dit is een packet-success-probability doel voor individuele berichten, niet te verwarren met netwerk-uptime. End-to-end veiligheid vereist ook redundantie op voertuig- en systeemniveau. 6G-netwerken worden ontworpen om deze betrouwbaarheid te ondersteunen via redundante verbindingen, voorspellende netwerkoptimalisatie en zelfreparerende netwerkarchitectuur.

SAE-niveaus van autonomie en 6G

De Society of Automotive Engineers (SAE) definieert zes niveaus van rijautomatisering, van niveau 0 (geen automatisering) tot niveau 5 (volledige automatisering). Elk niveau stelt hogere eisen aan zowel de voertuigtechnologie als de ondersteunende communicatie-infrastructuur.

Bij SAE-niveau 3, conditionele automatisering, waarbij de bestuurder moet kunnen ingrijpen, volstaat 5G grotendeels. Niveau 4, hoge automatisering in gedefinieerde gebieden, vereist al verbeterde 5G of vroege 6G-functionaliteit. Pas bij niveau 5, volledige automatisering onder alle omstandigheden op alle wegen, is de volledige capaciteit van 6G noodzakelijk.

Het verschil tussen niveau 4 en niveau 5 is fundamenteel: bij niveau 5 moet het voertuig in elke denkbare situatie veilig functioneren, inclusief extreme weersomstandigheden, onbekende wegen en onvoorspelbaar gedrag van andere verkeersdeelnemers. De combinatie van ISAC-sensing, ultralage latentie en AI-gestuurde netwerkoptimalisatie die 6G biedt, is essentieel om dit hoogste niveau te bereiken.

Platooning: virtuele vrachtwagenkonvooien

Platooning, het rijden in nauw aaneengesloten konvooien van vrachtwagens, is een van de eerste commerciële toepassingen van 6G autonome voertuigen op de snelweg. Bij platooning rijden vrachtwagens op zeer korte afstand achter elkaar, geleid door een leidende truck. De onderlinge communicatie via 6G zorgt ervoor dat alle voertuigen in het konvooi synchroon remmen, versnellen en sturen.

De voordelen zijn aanzienlijk: door de korte volgafstand neemt de luchtweerstand met 20 tot 40 procent af, wat leidt tot een evenredig lager brandstofverbruik en minder CO2-uitstoot. Bovendien wordt de wegcapaciteit efficiënter benut, omdat konvooien minder ruimte innemen dan individueel rijdende vrachtwagens.

Op de Nederlandse snelwegen, die tot de drukste van Europa behoren, kan platooning een significante bijdrage leveren aan het verminderen van files en het verlagen van de transportkosten. De Rotterdamse haven, als grootste havenstad van Europa, is een ideale locatie voor de eerste grootschalige implementatie van 6G-gestuurde platooning.

Slimme verkeerssystemen

Autonome voertuigen functioneren niet in isolatie, maar als onderdeel van een intelligent verkeersecosysteem. 6G maakt het mogelijk om complete steden uit te rusten met een netwerk van sensoren, camera's en communicatiepunten die samen een real-time digitale kaart van alle verkeersbewegingen creëren.

Verkeerslichten passen zich dynamisch aan op basis van actuele verkeersstromen en voorspelde patronen. Kruispunten worden geoptimaliseerd voor doorstroming, waarbij autonome voertuigen en conventioneel verkeer naadloos worden gecombineerd. Parkeerplaatsen communiceren hun beschikbaarheid, zodat voertuigen direct naar een vrije plek worden geleid.

Bij calamiteiten, ongevallen, extreme weersomstandigheden, evenementen, kan het systeem in real-time alternatieve routes berekenen en alle verbonden voertuigen tegelijkertijd omleiden. Dit vermindert niet alleen de responstijd van hulpdiensten, maar voorkomt ook secundaire ongevallen door files na een incident.

Drones en autonoom luchtverkeer

De principes die gelden voor autonome voertuigen op de weg zijn eveneens van toepassing op onbemande luchtvaartuigen. Bezorgdrones, inspectiedrones en luchtambulances vereisen betrouwbare, ultrasnelle communicatie voor veilige operatie in het stedelijk luchtruim. 6G biedt de driedimensionale netwerkdekking die hiervoor noodzakelijk is.

Urban Air Mobility (UAM), het concept van luchttaxi's en passagiersdrones in stedelijke gebieden, stelt extreme eisen aan het communicatienetwerk. Tientallen of honderden luchtvaartuigen die gelijktijdig opereren boven een stad, moeten continu hun positie delen, conflicten vermijden en worden gecoördineerd door een centraal verkeersmanagementsysteem. De combinatie van ultralage latentie, hoge betrouwbaarheid en 3D-dekking van 6G maakt dit mogelijk.

Nederland als testland voor autonome mobiliteit

Nederland heeft een aantal unieke kenmerken die het tot een ideaal testland maken voor 6G-gestuurde autonome mobiliteit. Het relatief kleine en dichtbevolkte grondgebied maakt volledige 6G-dekking sneller haalbaar dan in grotere landen. De geavanceerde wegeninfrastructuur, het hoge digitaliseringsniveau en de ervaring met innovatieve mobiliteitsoplossingen bieden een sterke basis.

De Nederlandse overheid investeert actief in testfaciliteiten voor autonoom rijden, en samenwerkingsverbanden tussen technologiebedrijven, autofabrikanten en kennisinstellingen zijn al in een vergevorderd stadium. De ambitie om koploper te worden in autonome mobiliteit sluit naadloos aan bij de mogelijkheden die 6G-netwerken bieden.

Veelgestelde vragen