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Forschung

Das Hirn für die Gigabit-Gesellschaft

Fraunhofer- und TU-Institute bauen in der „Initiative 5G Berlin“ Testbett für „Internet der Dinge“ auf

Im 5G Playground kann FOKUS-Chef Manfred Hauswirth bereits heute einiges zeigen, was in Zukunft möglich wird
Lupe

Was für das menschliche Gehirn selbstverständlich ist – Informationen in weni­gen Millisekunden zu Tausenden von Zellen zu transportieren –, wird im Mobilfunk frühestens im Jahr 2020 funktionieren. Dann soll der neue Superstandard „5G“ neue Höchstgeschwindigkeiten liefern, Milliarden von Geräten und Sensoren miteinander verbinden, Unterhaltungsangebote in hochautomatisierten Fahrzeugen bieten, für die sichere Zusammenarbeit von Robotern in der Industrie sorgen oder bei Anwendungen in Laboren und Operationssälen zum Einsatz kommen. Die Vorbereitungen für die „Gigabit-Gesellschaft“ laufen auf Hochtouren. Ein gemeinsames 5G-Testbett wird derzeit an der TU Berlin und am Fraunhofer FOKUS gebaut.

Software-Bausteine für den superschnellen Mobilfunkstandard entwickelt das Fraunhofer-Institut für Of­fene Kommunikationssysteme (FOKUS), das von Prof. Dr. Manfred Hauswirth und Prof. Dr. Ina Schieferdecker geleitet wird, die gleichzeitig auch TU-Professoren an der Fakultät IV Elektrotechnik und Informatik sind.

„Der Vorgängerstandard, 4G, sorgte für ein schnelleres mobiles Internet – jetzt benötigen wir einen neuen Standard, der das mobile und stationäre Internet verbindet und je nach An­wendung das passende Netz zur Verfügung stellt. Dies ist eine zentrale Voraussetzung für die künftige ,Gigabit-Gesellschaft‘ “, sagt Manfred Hauswirth. Er hat vor Kurzem die Studie „Netzwerkinfrastrukturen für die Gigabit-Gesellschaft“ an Verkehrsminister Alexander Dobrindt übergeben, die FOKUS im Auftrag des Ministeriums erstellt hat und die sowohl die Anforderungen an die Netzinfrastrukturen bis ins Jahr 2025 untersucht als auch Handlungsempfehlungen daraus ableitet. „Das Internet der Dinge hat Leistungsanforderungen, die weit über die bloße Telefonie oder die Übertragung von Nachrichten und Filmen hinausgehen“, erklärt Manfred Hauswirth. Bis zu 200 000 Geräte pro Quadratkilometer müssen angeschlossen werden, zum Beispiel die Bordcomputer vieler Autos, die zum sicheren vernetzten Fahren blitzschnell miteinan­der kommunizieren müssen, auch wenn sie durch die Innenstadt fahren, wo Tausende von Geräten in den umliegenden Büros online sind. Hinzu kommt die mobile Datenübertragung zum Beispiel in Flugzeugen bei einer Fluggeschwindigkeit von über 1000 Stundenkilometern.

„Dazu ist eine Latenzzeit von unter ei­ner Millisekunde notwendig sowie Über­tragungsraten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde – derzeit sind es 150 Megabit.“ Smartphones und Tablets als Endgeräte profitieren zwar vom neuen Netzstandard. Es geht aber vor allem um vernetzte Geräte, denn: „Die 5G-Funkübertragung wird in Lifestyle und -Haushaltsgeräten, Autos, Häusern, Fabriken und Krankenhäusern zur Anbindung von Sensoren und Aktuatoren den Alltag prägen. Sicherheit, Automotive, Logistik, Energie und das industrielle Internet sind die vorrangigen Anwendungsfelder.“ Dafür müssen auch Netze virtualisiert werden, das heißt, Hardware und Software müssen so entkoppelt werden, dass künftig standardisierte Hardware durch softwarebasierte Netzfunktionen ersetzt werden kann. So können auch die 5G-Infrastrukturen viel flexibler konfiguriert werden, als das heute der Fall ist.

Um diese riesige Herausforderung zu meistern, bedarf es intelligenter Netze zur dynamischen Kontrolle der benötigten Verbindungen. „Derzeit wird an vielen Problemfeldern isoliert gearbeitet, und zwar EU-weit, also an Funksystemen, an der Netztechnik, an Systemarchitekturen, dem Netzmanagement und so weiter“, erklärt Manfred Hauswirth. „Der Sprung von einzelnen 5G-Technologien zu einem integrierten 5G-System steht uns also noch bevor. Doch genau der soll hier in unserem Testbett 5G Berlin erfolgen!“ Mit dem Verbund der Fraunhofer-Institute und der Elektrotechnik- und Informatik-Kompetenz an der TU Berlin hat der Standort somit einen Riesen-Vorteil gegenüber der deutschen und internationalen Konkurrenz. Erst kürzlich wurde in Berlin, ebenfalls gebündelt von Fraunhofer FOKUS, das Leistungszentrum „Digitale Vernetzung“ zum Ausbau digitaler Exzellenz eröffnet. Es handelt sich um einen Zusammenschluss der vier Berliner Fraunhofer-Institute FOKUS, HHI, IPK und IZM, die eng mit den regionalen Unternehmen und Hochschulen kooperieren. Alle vier Fraunhofer-Institute werden von TU-Professoren geleitet (siehe „TU intern“ Nr. 4/2017). Im Fraunhofer FOKUS existiert bereits ein „Spielplatz“, an dem erste kommerzielle 5G-Dienste, die ab 2020 auf dem Markt verfügbar sein sollen, Kunden vorgeführt und von ihnen ausprobiert werden können: der 5G Playground. Mehr über 5G können Interessierte auf der 5G Week im Herbst erfahren.   

http://www.berlin5gweek.org/

Patricia Pätzold, "TU intern" 12. Mai 2017

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