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Arbeit am 5G-Netz der Zukunft

Würzburg – Datenübertragung mit 5G ist in Deutschland noch Zukunftsmusik. Doch Forscher der Uni Würzburg arbeiten schon jetzt in zwei geförderten Projekten daran, die Infrastruktur für diese Zeit vorzubereiten.

„5G ist definitiv die Zukunft. Es ist ganz klar eine Schlüsseltechnologie der Digitalisierung!“ Da ist sich Professor Tobias Hoßfeld sicher. Er ist Inhaber des Lehrstuhls für Informatik III der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und Experte für Kommunikationsnetze. An seinem Lehrstuhl werden im Bereich 5G künftig gleich zwei Forschungsprojekte mit regionalen Unternehmen gefördert: „5CALE“ und „5MART“.

Wir schreiben das Jahr 2050. Würzburg ist Smart City und besitzt ein intelligentes Verkehrsinformationssystem. Über das 5G-Mobilfunknetz sind Autos, Ampeln, Parkleitsysteme, öffentliche Verkehrsmittel, Auto- und Fahrrad-Sharing-Dienste miteinander vernetzt. Das System steuert den Verkehr so, dass er möglichst reibungslos funktioniert. Dazu kommt ein Netz aus Umweltsensoren, mit dem die Luftqualität in der Stadt laufend überwacht wird.

5MART: Städte und Regionen der Zukunft

Sollte diese Vision einmal wahr werden, wird das auch Professor Hoßfeld und seinem Team zu verdanken sein. In seinem Projekt „5MART“ (5G-Smart) arbeitet er an konkreten Anwendungsfeldern einer Smart-City-Infrastruktur. Sein Team sieht Smart Cities und deren Weiterentwicklung zu Open Data Cities als ein zentrales Erfolgskonzept der Digitalisierung. Unter Smart City wird heute der Einsatz moderner Technologien in Städten und Regionen für nachhaltige, soziale und ökologische Entwicklungen verstanden – seien es zum Beispiel verkehrsgünstige Ampelschaltungen oder eine effektivere Müllbeseitigung.

Das Problem: Noch fehlen die nötige Vernetzung von Sensoren sowie Infrastruktur und Plattformen für die Kommunikation. „Wir wollen diese Infrastruktur entwickeln und in einem Prototyp austesten“, erklärt Hoßfeld. Er betont zudem das Ideal der „Open Data“: Jeder soll auf die Daten zugreifen können. „Kreativität entsteht dadurch, dass Daten frei verfügbar sind“, so Hoßfeld. Um das Vertrauen in solche Konzepte zu erhöhen, spricht er sich dafür aus, die Daten unter öffentliche Kontrolle zu stellen: „Im besten Fall steht das System in einem Rathaus.“

Das Projekt führen die JMU-Informatiker in Zusammenarbeit mit dem Würzburger Softwarehersteller Infosim GmbH durch. Assoziierter Partner ist die Stadt Würzburg. Die Sensoren sollen künftig über ein LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) verbunden werden. Dessen Tauglichkeit wird schon jetzt in Feldtests mit der Würzburger Versorgungs- und Verkehrs-Gmbh (WVV) untersucht. Am Projekt beteiligt sind Hoßfelds Mitarbeiter Dr. Florian Metzger und Frank Loh. Das Finanzvolumen beträgt bis 2022 rund eine Million Euro; die Hälfte davon kommt als Förderung vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie.

5CALE: Das Internet der Dinge im 5G-Netz

Das zweite Forschungsprojekt namens „5CALE“ befasst sich mit dem Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) in 5G-Mobilfunknetzen. Bei IoT kommunizieren vernetzte Geräte, zum Beispiel Haushaltsgeräte oder Autos, künftig miteinander über 5G. So soll ein Informationsaustausch und dadurch eine zentrale Steuerung der Geräte und weitere ferngesteuerte Features möglich werden. Noch gibt es in Deutschland kein 5G-Netz. Doch Millionen von Kleinstgeräten werden damit zukünftig miteinander interagieren. In diesem Kommunikationsnetz spielen dann Themen wie Lastenausgleich, Überlastkontrolle, Skalierung und Network Survivability eine große Rolle.

Ziel von „5CALE“ (5G Scale) ist letztlich die Skalierbarkeit von 5G-Mobilfunknetzen, wenn Millionen von Geräten mit 5G-Technologie in Betrieb gehen: Es geht dabei um die Modellierung, Untersuchung und vorkommerzielle Implementierung von Mechanismen, mit denen sich eine immense Zahl an Netzteilnehmern verwalten lässt. Projektpartner ist die EMnify GmbH mit Sitz in Würzburg. Zentrales Element im Projekt ist eine vollständig virtuelle 5G-Infrastruktur – cloudbasiert. Statt auf Hardware wird also auf Software gesetzt. Und diese kann je nach Datenbedarf hoch- oder runtergefahren werden. „Man ist an dieser Stelle bedarfsgerecht, und dadurch werden die Dienste qualitativ besser und auch günstiger“, erklärt Hoßfeld. Die virtuelle 5G-Infrastruktur von EMnify steht bereits, die JMU spezialisiert sich nun auf Skalierungs- und Überlastungsmechanismen.

Gefördert wird „5CALE“ ebenfalls vom Bayerischen Wirtschaftsministerium mit einer halben Million Euro. Das Gesamtprojekt umfasst eine Million Euro bei einer Laufzeit von drei Jahren. Für die JMU sind Dr. Florian Wamser und Stefan Geißler an dem Projekt beteiligt.


Bild: Die Forscher hinter den 5G-Projekten der Uni Würzburg (von links): Dr. Florian Wamser, Prof. Dr. Tobias Hoßfeld und Dr. Florian Metzger. (Foto: Kristian Lozina / Universität Würzburg)

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