Forscher machen Datenubertragung zukunftsfit

Um Industrieprozesse, aber auch ganze Städte smart zu machen, braucht es schnellere, sicherere Technologien zur Datenübertragung. Hier setzt die Forschungsarbeit an zwei gerade eröffneten Christian-Doppler-Laboren in Wien und Graz an.

Internet der Dinge, Smart Home, autonomes Fahren – all das wird unser Leben in Zukunft wesentlich mitbestimmen. Voraussetzung, dass diese Technologien funktionieren, ist eine sichere Datenübertragung. Dass es da durchaus noch offene Fragen gibt, zeigt sich daran, dass dieser Tage gleich zwei Christian-Doppler-(CD)-Labore eröffnet wurden, bei denen Forscher ergründen, wie man die Datenübermittlung fit machen kann für diese Herausforderungen.

An der TU Wien befasst sich im CD-Labor für Blockchaintechnologien für das Internet der Dinge ein Team um Stefan Schulte vom Institut für Information Systems Engineering mit dem Internet der Dinge. Wenn Geräte, Sensoren und Steuerelemente miteinander verbunden sind, warten sie nicht mehr geduldig darauf, dass ein Mensch vorbeikommt und ihnen etwas befiehlt. Vielmehr kommunizieren sie selbstständig miteinander. Idealerweise geschieht das mithilfe einer Blockchain, eines Systems, das zum einen darauf beruht, dass es auf eine zentrale Schaltstelle verzichtet und jeder Vorgang direkt zwischen den beteiligten Geräten abgewickelt wird. Zum anderen sind alle Schritte genau dokumentiert. Jede Manipulation würde zu Unstimmigkeiten in der Kette führen. „Dabei treten jedoch zwei Probleme auf“, beschreibt Schulte die Forschungsansätze. „Erstens kann Blockchaintechnologie auf verschiedene Arten umgesetzt werden. Es gibt unterschiedliche Standards, die nicht miteinander kompatibel sind. Wir wollen erreichen, dass der Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen reibungslos funktioniert.“Zweitens, so der Experte, seien Blockchains äußerst ressourcenintensiv. „Sie benötigen viel Rechenpower, viel Energie und viel Speicherplatz.“BitcoinTransaktionen, die ursprüngliche Blockchain-Anwendung, verbrauchen weltweit jährlich so viel Energie wie ganz Österreich. „Wir wollen Blockchains schlanker machen“, sagt Schulte. Industrielle Vorgänge würden dann reibungslos auch über Systemgrenzen hinweg rasch und energiesparend funktionieren, und, so die Zukunftsvision, es könnten sogar ganze smarte Städte entstehen.

Die Crux der kleinen Bauteile

An der TU Graz sieht man mögliche Probleme darin, dass Geräte wie Handys, Smartwatches und andere drahtlos vernetzte Geräten immer kompakter und die einzelnen Bauteile immer kleiner werden. Dies wirkt sich möglicherweise nachteilig auf die Funktionalität aus – unter anderem auf die Qualität der Datenübertragung. „Bei mehreren Sendeeinheiten in unmittelbarer Nähe könnte es zu unerwünschten elektromagnetischen Wechselwirkungen kommen“, sagt Wolfgang Bösch vom Institut für Hochfrequenztechnik und Leiter des CD-Labors für technologie-basierendes Design und Charakterisierung von elektronischen Komponenten. Außerdem: „Die Halbleiter-Komponenten in diesen Geräten sind schon gut erforscht, aber nur wenige haben sich Gedanken gemacht über die ,passiven‘ Bauteile und die V erbin dungs technologie auf Leiterplatten. Besonders bei höheren Frequenzen machen die ,passiven Strukturen‘ einen guten Teil der Kosten einer Platine aus, da die Technologien für die Halbleiter elemente in den vergangenen Jahren weiterentwickelt und diese damit kostengünstiger wurden, die V erbin dungs technologie hingegen nicht im selben Ausmaß.“Ziel der Forscher ist es, alle Schlüssel parameter zu beschreiben und eine Methodologie zu entwickeln, um sämtliche Bauteile besser, störungsfrei und billiger in die Leiterplatten zu integrieren. Schwachstellen sollen damit schon im Schaltungsdesign umgangen werden.

Dafür werden alle passiven Komponenten sowohl inder L eis tungs elektronik als auch im Mikrowellen frequenzbereich genau vermessen. „Normale Messtechnik stößt hier an ihre Grenzen. Wir müssen hier grundlegend Neues entwickeln und herausfinden, wie wir überhaupt messen können, was wir messen sollen“, spricht Bösch eines der Probleme in der Forschungsarbeit an. Was den Experten außerdem Sorge macht, sind Komponenten, die mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen, wie zum Beispiel Antennen, die auch als Filter fungieren. „Da wollen wir uns ansehen, wie sich diese bei höheren Frequenzen, etwa mit 5G, verhalten.“