5G.NRW Eco-Score: Nachhaltige Dimensionierung und Einsatz von 5G Anwendungen mit dem 5G Energieplaner

Die Technologien der fünften Mobilfunkgeneration stellen eine Vielzahl von Lösungen für eine hohe Bandbreite flexibler Anwendungen bereit, wobei die drängende Herausforderung der Entwicklung besonders nachhaltiger 5G Anwendungen konsequent in den Vordergrund rückt.  Dabei ist die Wahl einer geeigneten 5G-Kommunikationslösung, sowie die Dimensionierung von batteriebetriebenen Anwendungen mit Hinblick einer sinnvollen Batterielaufzeit für viele Anwender eine große Hürde, da der Energiebedarf stark vom Anwendungs- und Umgebungskontext, wie dem Standort und der Use Case Konfiguration, sowie der verwendeten 5G-Technologieausprägung und dem gewählten Netzbetreiber abhängt.

Mit dem 5G-Energieplaner führt die TU Dortmund nun ein neues interaktives Webangebot des Competence Center 5G.NRW ein, welches dabei unterstützt 5G Anwendungen mit Hinblick eines nachhaltigen Einsatzes zu dimensionieren und zu optimieren.

Dabei adressiert der 5G-Energieplaner ganz bewusst keine Netzbetreiber, Infrastruktur- oder Endgerätehersteller, sondern möchte Anwender aus industriellem, öffentlichem oder kommunalem Umfeld dafür sensibilisieren, welche Möglichkeiten beim Design und der Umsetzung eigener mobilfunkbasierter Anwendungen mit Ziel einer nachhaltigen Digitalisierung bestehen. Getreu dem Motto „5G und Digitainability – Digitalisierung ja, aber nachhaltig?“ assistiert der 5G Energieplaner in einfachen Schritten bei der Dimensionierung der Applikation und Batterie sowie der Wahl eines besonders nachhaltigen Netzbetreibers, Anwendungsstandortes und der eingesetzten Mobilfunktechnologie.

 

Abbildung 1: In wenigen Schritten zum 5G.NRW Eco-Score Ihrer 5G-Anwendung

Mithilfe der Vorgaben durch den Anwender werden für die verschiedenen Technologien übersichtliche und vergleichbare Eco-Scores abgeleitet, die einen einfachen Vergleich zwischen diesen Lösungen mit Berücksichtigung einer möglichst langen Batterielaufzeit, geringen Batteriegröße sowie der technologieabhängigen Übertragungszeit ermöglichen.

Abbildung 2: 5G.NRW Eco-Score Label als einfacher Nachweis für vergleichbare Bewertung der Nachhaltigkeit batteriebetriebener 5G Anwendungen

Im finalen Schritt lässt sich durch Anpassen von Applikations- und Batterieparameter sowie der Berücksichtigung von Photovoltaikzellen der Eco-Score optimieren, um mittels hoher Laufzeit bei geringem Ressouceneinsatz eine maximale Nachhaltigkeit der eigenen 5G-Applikation zu erreichen. Die Ergebnisse werden schließlich in einem übersichtlichen pdf-Ergebnisreport bereitgestellt.

Während der 5G Energieplaner kontinuierlich weiterentwickelt wird, wurde eine Vorabversion bei der 5G.NRWeek im November 2023 als Hands-On-Demonstrator vorgestellt und konnte von allen Besuchern ausführlich getestet werden.

Abbildung 3: Impression der Vorstellung des 5G Energieplaners und des Eco-Score Konzepts auf vierter 5G.NRWeek. Hier Prof. Dr.-Ing. Christian Wietfeld (TU Dortmund) im Gespräch mit Renate Nikolay (stellvertretende Generaldirektorin Kommunikationsnetze, Inhalte und Technologien der Europäischen Kommission) und StS Silke Krebs (Staatssekretärin im Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen). Foto durch Ludger Staudinger

Der Modellierung des kontext- und systemabhängigen Energiebedarfs der 5G-Technologieausprägungen liegen dabei detaillierte Analysen und Messreihen zugrunde, die die TU Dortmund in verschiedenen Forschungsaktivitäten entwickelt und in den 5G Energieplaner eingebracht hat.

Für die 5G New Radio Technologie wurden im Pilotraum Dortmund umfassende Messstudien zur Parametrisierung und Leistungsfähigkeit der 5G-Netze verschiedener Mobilfunknetzbetreiber durchgeführt, die in einen Digitalen Zwilling der Dortmunder Umgebung zur Prädiktion der 5G-Datenrate und Latenz überführt wurden [1]. Gemeinsam mit empirischen Modellen zur Prädiktion der Sendeleistung kann so für den Dortmunder Raum flexibel der Energieverbrauch verschiedener Applikationen abgeschätzt werden [2].

Für die Cellular-IoT Ableger NB-IoT und eMTC wurde ein umfassendes Modell zur Abschätzung der Batterielaufzeit bzw. -kapazität im Zusammenspiel mit durch die OpenData-Initiative der Stadt Dortmund verfügbaren Informationen zum Mobilfunkkataster Dortmund sowie der Modellierung verschiedener Sende- und Empfangszustände der zellulären IoT-Lösungen entwickelt [3], welches durch das Team der TU Dortmund aktuell für die neue Gerätekategorie RedCap (Reduced Capability, 3GPP Release 17) erweitert wird.

Weitere Informationen über die empirischen 5G-Datenraten- und Energiemodelle sind in den folgenden Veröffentlichungen abrufbar:

[1] H. Schippers, S. Böcker, and C. Wietfeld, “Data-Driven Digital Mobile Network Twin Enabling Mission-Critical Vehicular Applications,” in 2023 IEEE 97th Vehicular Technology Conference (VTC2023-Spring). Florence, Italy: IEEE, Jun. 2023.

[2] H. Schippers and C. Wietfeld, “Data-driven energy profiling for resource-efficient 5G vertical services,” in 2024 IEEE Consumer Communications & Networking Conference (CCNC), Las Vegas, USA, Jan. 2024.

[3] P. Jörke, C. Wietfeld, „How Green Networking May Harm Your IoT Network: Impact of Transmit Power Reduction at Night on NB-IoT Performance“, In 2021 IEEE 7th World Forum on Internet of Things (WF-IoT), New Orleans, USA, June 2021. (Best Paper Award).

Das könnte Sie auch interessieren

28.04.2021
Mögliche Sicherheitslücke bei 5G Network Slicing
AdaptiveMobile Security hat das Whitepaper „A Slice in Time: Slicing Security in 5G Core Networks“ veröffentlicht. Das Whitepaper erläutert, wie 5G Slicing funktioniert und welche Sicherheit es bietet. Dabei werden...
News-Artikel lesen
28.09.2020
Anmeldung für die 5G.NRWeek möglich
Das Competence Center 5G.NRW veranstaltet im Zeitraum vom 26. bis 30. Oktober zum ersten Mal eine digitale 5G.NRWeek – mit Webinaren und einer live gestreamten Rocket Session aus dem Lichtturm...
News-Artikel lesen
14.06.2019
5G-Lizenz-Versteigerungen abgeschlossen
14.06.2019 In der 497. Auktionsrunde ist die Versteigerung von Mobilfunkfrequenzen aus den Bereichen 2 GHz und 3,6 GHz in Mainz nach 52 Tagen zu Ende gegangen. Die Frequenzen wurden für...
News-Artikel lesen
26.11.2020
Erster industrieller 5G-Router von Siemens
Siemens hat den ersten industriellen 5G-Router für die Anbindung von lokalen Industrieanwendungen vorgestellt. Im Frühling 2021 soll der Router zur Verfügung stehen. Über ein öffentliches 5G-Netz werden Industrieanwendungen, wie Maschinen,...
News-Artikel lesen
19.12.2019
Wettbewerb 5G.NRW offiziell gestartet
Der Förderwettbewerb 5G.NRW ist offiziell gestartet. Mit der Veröffentlichung der relevanten Dokumente auf den Seiten vom Projektträger Jülich startet die Bewerbungsphase. In der ersten Runde können bis zum 2. März...
News-Artikel lesen
22.03.2023
HMI 2023: Neben 5G-Campusnetz steht Austeller*innen auch LoRaWAN zur Verfügung
Die Digimondo GmbH und die Deutsche Messe haben kürzlich eine Vereinbarung getroffen: Pünktlich zur Hannover Messe 2023 wird auf dem Gelände der Deutschen Messe in Hannover neben dem 5G-Campusnetz mit...
News-Artikel lesen
31.05.2021
Die Evolution von 5G zu 6G
5G ACIA hat ein Position Paper veröffentlicht. In dem Paper wird die Sicht von 5G ACIA auf die Entwicklung von 5G hin zu 6G erläutert. Die 5G ACIA kündigt in...
News-Artikel lesen
Riedel Communications erweitert 5G-Kompetenz mit Easy5G™ und Übernahme von MECSware
Riedel Communications hat das auf Private-5G-Technologien spezialisierte Unternehmen MECSware übernommen und mit Easy5G™ eine neue Lösung für private 5G-Netzwerke vorgestellt.
News-Artikel lesen
12.01.2022
Vodafone steigert mobilen Datenverkehr in NRW um 26 Prozent
Vodafone hat im Jahr 2021 einen Gang hochgeschaltet und die Ziele zum Jahreswechsel 2021/2022 übertroffen: Anstatt der ursprünglich geplanten 30 Millionen Menschen erreicht das 5G-Netz von Vodafone nun rund 45...
News-Artikel lesen
15.06.2020
5G Fixed Wireless Access als attraktivster 5G-Anwendungsfall
Der Mobilfunkbetreiber Nokia hat neue Forschungsergebnisse veröffentlicht, die den 5G Fixed Wireless Access (FWA) als den reizvollsten 5G-Anwendungsfall bei den Verbrauchern weltweit hervorheben. Die Studie wurde vom Marktforschungs- und Beratungsunternehmen...
News-Artikel lesen
14.05.2020
5G-Industry Campus Europe: 5G-Forschungsnetz geht online
Der Aachener 5G-Industry Campus Europe hat sein 5G-Forschungsnetz in Betrieb genommen. Das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) geförderte Netz auf dem Campus der RWTH Aachen verbindet das...
News-Artikel lesen
28.07.2020
„5GROW“: Optimierung von Schweißprozessen
Anfang nächsten Jahres startet die Universität Siegen ihr Projekt „5GROW“. Das Vorhaben wird in Zusammenarbeit mit der Smarten Demonstrationsfabrik Siegen (SFDS) und weiteren Partnern realisiert und zielt darauf ab, Schweißprozesse...
News-Artikel lesen