Mit bahnbrechender Forschung unsere hypervernetzte Welt gestalten
Tendenziell hat sich die Evolution des Internets darauf beschränkt, den Nutzerinnen und Nutzern immer schnellere Konnektivität anzubieten. In den letzten Jahren ist man sich jedoch zunehmend der Notwendigkeit bewusst geworden, dass gleichermaßen eine riesige Anzahl vernetzter Geräte unterstützt und extrem zuverlässige drahtlose Verbindungen zu anderen Geräten bereitgestellt werden müssen. Diese Prinzipien, die nun teilweise Bausteine von 5G bilden, sind im Rahmen eines bahnbrechenden ERC-finanzierten Projekts bekannt gegeben und erläutert worden. Dieses Projekt, das 2014 vorgeschlagen und 2015 gestartet wurde, hat die hypervernetzte Welt von heute präzise vorhergesagt. „Denken Sie an einfache, miteinander verbundene Geräte – das, was wir Internet der Dinge nennen“, erklärt Petar Popovski, Projektkoordinator von WILLOW und Professor für drahtlose Kommunikation an der Universität Aalborg in Dänemark. „Wir bekommen es hier mit Millionen Geräten zu tun, die mit kleinen Datenmengen umgehen, von denen jedoch einige ein extrem zuverlässiges Netzwerk erfordern.“ Die Analogie, derer sich Popovski hier bedient, bezieht sich auf Finanzinstitute. Breitband „funktioniert wie eine Investitionsbank“, behauptet er. „Man geht hinein und nimmt einen Kredit über 300 000 EUR auf, um ein Haus zu kaufen, und die Verwaltungskosten sind für diese Summe vernachlässigbar gering.“ Und nun stellen Sie sich 300 000 Personen vor, die in die Bank gehen, um sich einen Euro zu leihen. „Das ist der gleiche Gesamtbetrag, aber die Verwaltungskosten sind jetzt enorm hoch. Genau das ist die Herausforderung, vor der wir in einer Welt mit einer Riesenanzahl lauter kleiner Übertragungen im Internet der Dinge stehen.“
Schöne vernetzte Welt
Nachdem die Aufgaben, mit denen es die Gesellschaft in Hinsicht auf die Konnektivität zu tun bekommt, richtig vorhergesagt worden waren, arbeitete das Projekt WILLOW an der Bestimmung von Schlüsselprinzipien für den Aufbau neuer Systeme. Im Rahmen des Projekts wurde erkannt, dass Kommunikation mit kleinen Datenpaketen ein fundamentales Umdenken erfordert. Bei der Entwicklung extrem zuverlässiger Netzwerke hob das Projektteam die Bedeutung des maschinellen Lernens hervor. „Drahtlose Systeme müssen Lernen und Wissen über die Funkumgebung anwenden, um garantieren zu können, dass eine Verbindung zu 99,999 % der Zeit funktionieren kann“, sagt Popovski. „Wir konnten in diesem Projekt nachweisen, dass das absolut notwendig ist.“ Ein weiteres wichtiges Konzept ist die Schnittstellenvielfalt, die sogenannte Mehrfach-Konnektivität. Dabei werden mehrere, auf einem Gerät verfügbare Schnittstellen (Mobiltelefon, WLAN usw.) genutzt, um die Zustellung von Informationen zu gewährleisten. „Wir haben außerdem nachgewiesen, dass man bei der Übertragung kleiner Datenpakete wissen sollte, wie die den Inhalt beschreibenden Metadaten kodiert werden müssen“, fügt Popovski hinzu.
Die Zukunft gestalten
Im Endeffekt gelang es WILLOW, Modelle für die Kombination drahtloser Dienste mit der Forderung nach extrem zuverlässiger Kommunikation mit geringer Latenzzeit und massiven Mengen vereinzelter Übertragungen anzubieten. Aus dem Projekt gingen über 80 Veröffentlichungen hervor, von denen einige bereits häufig zitiert wurden. „Was wir vor sechs, sieben Jahren vorhergesagt haben, hat sich tatsächlich als ein wichtiger Teil von 5G herauskristallisiert“, erklärt er. Das Projekt hat zweifellos einen wichtigen Anteil daran, Forschung und Ingenieurwissenschaften dazu zu inspirieren, die Technik für 5G und über 5G hinausgehende drahtlose Systeme zu entwickeln. Bereits jetzt sind massive maschinelle Kommunikation (Massive Machine Type Communications, mMTC) und extrem zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenzzeit (Ultra Reliable and Low Latency Communications, uRLLC) zwei der drei Säulen von 5G. Auch wenn die Ergebnisse für den Drahtlos- und Elektroniksektor von großem Interesse waren, ergab sich ein noch breiteres Einflussspektrum für das Projekt. Technische Bereiche wie etwa die Automatisierung und die Logistik können stark von diesen Konzepten beeinflusst werden. „Das Publikum wird nun in breiterer Vielfalt angesprochen, da so viele Industriezweige ihre Systeme digitalisieren wollen“, merkt Popovski an. Die Auswirkungen von WILLOW, einem unübersehbaren Meilenstein in der Weiterentwicklung der Kommunikationstechnologie, werden noch jahrelang zu spüren sein. Die Konnektivität im Bereich des Internets der Dinge sowie extrem zuverlässige Verbindungen werden in vielen Sektoren wie etwa im Energie- und Verkehrssektor, in der Industrieproduktion und im Gesundheitswesen tiefgreifende Veränderungen herbeiführen.
Schlüsselbegriffe
WILLOW, 5G, Breitband, Internet, Konnektivität, drahtlos, massive maschinelle Kommunikation, Massive Machine Type Communications, mMTC, Ultra Reliable and Low Latency Communications, extrem zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenzzeit, uRLLC