Wenn Millionen Sensoren Umweltdaten schicken

Der neue 5G-Mobilfunkstandard steht in den Startlöchern. In Klagenfurt wurde ein eigener 5G-Playground für die Entwicklung von Anwendungen geschaffen.

Die Lizenzen sind versteigert, erste Sendestationen bereits errichtet. Mit der 5G-Technologie wird im Lauf der kommenden Jahre ein neuer Mobilfunkstandard ausgerollt, mit dem die Welt wohl vollends im Zeitalter der Digitalisierung ankommen wird. Mit ihr werden die Grundlagen für effiziente Kommunikation zwischen Maschinen, für selbstfahrende Autos, die mit ihren Umgebungen kommunizieren, für riesige Sensornetzwerke und für besonders schnelle Streamingdienste geschaffen. Um das Potenzial der Datenprotokolle, die mit dem sukzessiven 5G-Ausbau verfügbar werden, auch möglichst bald nutzen zu können, braucht es Anwendungen, die darauf aufbauen können: Algorithmen, die Drohnen koordinieren, umfangreiche Virtual-Reality-Inhalte streamen oder ein stadtweites System an Messpunkten für Umweltdaten auslesen können.

Im Technologiepark Lakeside Park in Klagenfurt wurde für die Arbeit an derartigen Anwendungsfällen eine eigene „Spielwiese“angelegt. Der 5G-Playground Carinthia stellt Unternehmen, Start-ups, Universitäten und anderen Forschungsinstitutionen eine Basisinfrastruktur für den neuen Mobilfunkstandard zur Verfügung, um die Entwicklung in Gang zu bringen. „Wir sind prinzipiell für alle, die in Österreich in diesem Bereich forschen wollen, offen“, betont 5G-Playground-Geschäftsführerin Pamela Mühlmann von der Kärntner Betriebsansiedlungsagentur BABEG. Partner der Einrichtung ist der Telekomanbieter A1, Mittel kamen vom Verkehrsministerium und vom Land Kärnten.

Komplexer und rechenintensiver

Die Leistungsfähigkeit des 5G-Netzwerks resultiert nicht nur aus der Nutzung neuer und der Umwidmung bestehender Frequenzbereiche. Die Rechenleistung, die man heute selbst in kleine Smartphones packen kann, ermöglicht komplexere Kodierverfahren. Sie erlauben auch eine viel effizientere Nutzung dieser Frequenzen. Zudem ermöglicht neue Antennentechnik eine gebündelte, zielgerichtete Kommunikation mit den Endgeräten, erläutert Helmut Wöllik, Professor des Studiengangs Netzwerk- und Kommunikationstechnik an der Fachhochschule Kärnten und Technik-Verantwortlicher im 5G-Playground. Er beschreibt die Funktionalitäten des neu

Standards mit dem Bild eines Dreiecks, dessen Eckpunkte die hohe Datenrate, die kurze Übertragungsdauer und die hohe Teilnehmerdichte sind. „In diesem Dreieck können wir uns mit unseren Anwendungen bewegen und positionieren“, veranschaulicht es Wöllik. Tatsächlich verfügbar sind aber bisher nur jene Protokolle, die sich um die hohe Bandbreite kümmern.

Im Lakeside Park wurde eine eigene Funkzelle rund um einige Gebäude aufgespannt. In zwei Hallen, in denen mit Robotik und Drohnen experimentiert wird, gibt es 5G-Abdeckung. Insgesamt sechs 5GAntennen, inklusive Glasfaseranbindung, sind vorhanden. Ein eigenes Rechenzentrum samt Cloud-Umgebung, auf der Anwendungen laufen können, wurde eingerichtet. Technologie, die noch nicht als Standard verfügbar ist, wird von den Forschern mit den vorhandenen Mitteln simuliert, sodass die entwickelten Anwendungen später darauf aufsetzen können.

Welt voller Sensoren

Wöllik koordiniert selbst einen der bereits gestarteten Use-Cases in der Einrichtung, in denen Anwendungstechnologien entwickelt werden. In dem Projekt geht es um Smart-City-Anwendungen, die auf große Sensornetzwerke zurückgreifen. „Wir wollen Sensoren in der Stadt, aber auch außerhalb von urbanen Umgebungen nutzen, um etwa Umweltsituationen, Mikroklimata oder Verkehrsströme aufzunehmen“, erläutert der 5G-Experte. „Wir befinden uns damit in der Dreiecksecke mit der hohen Teilnehmerdichte, die es zu koordinieren gilt.“

Bis zu einer Million Messpunkte soll eine 5G-Zelle beinhalten können. Wichtig ist, dass diese, anders als bei bisherigen Standards, möglichst wenig Energie bei der Datenübermittlung benötigen. Die Sensoren in den neuen Netzwerken sollen lediglich „aufwachen“, um ihre Daten langsam und energiesparend zu übertragen, und dann wieder zurück in ihren Energiesparmodus fallen. Die 5G-Empfangsstationen dagegen müssen schon im Vorhinein „Bescheid wissen“, dass von den Messpunkten Daten kommen und bereitstehen. Aufwendige Handshaking-Protokolle, die etwa Handys mit dem Netz verbinden, sollen in diesen Fällen überflüssig werden.

5gplayground.at