Blog

Architektur der Geschwindigkeit

Lehrstuhl für Software Engineering (Universität Duisburg-Essen) entwickelt 5G-Plattform

Die fünfte Generation des Mobilfunks (5G) ermöglicht durch die im Vergleich zu den vorherigen Standards sehr kurzen Reaktionszeiten und enormen Datenübertragungsraten eine extrem schnelle Übertragung und Verarbeitung von Daten innerhalb des Netzwerks. Diese Eigenschaften sind für große Datenmengen notwendig, die in Echzeit über weite Entfernung hinweg an viele Endnutzer*innen gesendet werden sollen. Ein solches Anwendungsszenario findet sich beispielsweise bei der Live-Übertragung von Bildern einer HD-Kamera. Mit den bisherigen Mobilfunkstandards ist eine derartige Bildübertragung lediglich mit einer merklichen Verzögerung umsetzbar. An dieser Stelle setzt der neue 5G-Standard an.

Neue Maßstäbe mit neuen Ansprüchen

Eigenschaften wie eine enorm kurze Reaktionszeit, eine sehr große Datenübertragungsrate und die Unterstützung einer Vielzahl von Endnutzer*innen sollen in Zukunft Anwendungsfälle wie die Live-Übertragung von Bildern, autonomes Fahren, Internet of Things (IoT) sowie Smart Cities ermöglichen.

Klassische Cloud-Infrastruktur
Eigenschaften einer klassischen Infrastruktur ohne 5G-spezifische Lösung

Die Annahme und Verarbeitung der Nutzeranfragen werden von verschiedenen Diensten und Anwendungen übernommen, die sich in der Regel innerhalb der Cloud und somit außerhalb des 5G-Netzwerkes befinden. Zwar werden in diesem Fall die Daten innerhalb des 5G-Netzes entsprechend schnell übertragen; beim Verlassen des Mobilfunknetzes können jedoch die Qualitätseigenschaften des 5G-Standards nicht mehr garantiert werden. Wenn also auf klassischem Wege Cloud-Dienste genutzt werden sollen, gibt es immer einen Verlust an Verbindungsqualität. Mit einer solchen Infrastruktur können die Vorteile des neuen Standards nicht vollständig genutzt werden.

Neue Architekturen für 5G-Vorteile

Um also die Eigenschaften eines 5G-Netzwerkes bestmöglich zu nutzen, müssen 5G-spezifische Software-Architekturen entwickelt werden, die die Verarbeitung von Daten in der Nähe der Endnutzer*innen ermöglichen. Aus diesem Grund liegt der Schwerpunkt am Lehrstuhl für Software Engineering der Universität Duisburg-Essen in der Konzeption, Implementierung und Testung der passenden Architekturen.

Lösung am Rand: Edge-Server

Ein Schlüsselelement, das die Voraussetzungen für die effizienten Software-Architekturen schafft, ist die Integration und Nutzung einer dezentralen Datenverarbeitung durch sogenannte Edge-Server. Anders als bisher funktioniert die Verarbeitung der Daten hier nicht von Servern in zentralen Cloud-Rechenzentren, sondern von dezentralen Servern, die am Rand (englisch: edge) des 5G-Netzwerkes in der Nähe der Endnutzer*innen positioniert werden. Alle Daten bleiben somit innerhalb des 5G-Netzwerkes, ohne es zu verlassen.

Die Integration der Edge-Server in das 5G-Netz ermöglicht es, Anwender*innen die immensen Vorteile von 5G in Bezug auf Geschwindigkeit und Datenmengen zur Verfügung zu stellen. 

Infrastruktur mit 5G-spezifischer Lösung
Software-Architektur mit Edge-Servern innerhalb des 5G-Netzes

In einer solchen 3-schichtigen Infrastruktur von User–Edge–Cloud ist es bestenfalls so, dass die Edge-Server so nah wie möglich an den Endnutzer*innen, also an den 5G-Sendemasten stehen. Alle Anfragen der Nutzer*innen werden somit in deren unmittelbarer Nähe verarbeitet und beantwortet. Das kann vor allem bei der Übertragung sensibler Daten ein Vorteil sein, weil die Übertragungsstrecke kürzer und damit weniger anfällig für unerlaubte Zugriffe von außen ist. Wichtiger dürften allerdings die pure Menge sowie die Geschwindigkeit der zu übertragenden Daten sein.

Plattform als Voraussetzung für IoT und Smart Cities

Im Rahmen von CC5G.NRW entsteht an der Universität Duisburg-Essen eine Plattform, auf der Daten innerhalb eines 5G-Netzwerkes sowohl korrekt als auch effizient verarbeitet werden können. Ein solches datenverarbeitendes System ist die Voraussetzung dafür, dass Technologien wie autonomes Fahren, Internet of Things (IoT) und Smart Cities von 5G profitieren können.

Die Forschung ist in diesem Bereich echte Pionierarbeit: Es gibt bisher nur wenig Vorarbeit und Forschung, die sich mit solch einem Lösungsansatz beschäftigt. Außerdem soll nicht nur Software entwickelt werden, die möglichst effizient in 5G funktioniert, sondern gleichzeitig ist die Architektur so flexibel wie möglich zu konzipieren und umzusetzen. Dies ermöglicht die Bereitstellung eines größtmöglichen Spektrums von Anwendungen.

Das könnte Sie auch interessieren

Breitband, Technische Entwicklung
07.02.2020
Breitbandausbau: 45 Millionen Euro für die Stadt Köln
Die Stadt Köln hat den vorläufigen Förderbescheid des Bundes für den Breitbandausbau erhalten. Für die Oberbürgermeisterin der Stadt Köln Henriette Reker stellt das Vorhaben ein „wichtiges Projekt für die Zukunftssicherheit...
News-Artikel lesen
Technische Entwicklung
09.11.2020
Effizienter 5G-Ausbau durch Small Cells
Das globale Netzwerkinfrastrukturunternehmen CommScope hat das Whitepaper „Build 5G Faster and Smarter with Small Cell Solutions“ veröffentlicht. Das Whitepaper informiert darüber, wie der 5G-Ausbau mit kleinen Zelllösungen (Small Cells) schneller...
News-Artikel lesen
Chancen und Herausforderungen durch 5G, Gesellschaftlicher Diskurs, Technische Entwicklung
18.10.2021
Zur Diskussion: 5G im ländlichen Raum
Da rund 23 Prozent der deutschen Bevölkerung in ländlichen Gebieten lebt, ist die Nachfrage nach schnellen, zuverlässigen Verbindungen äußerst hoch. 2019 haben bereits führende Mobilfunknetzbetreiber in Deutschland angekündigt, bis zu...
Diskussion
News-Artikel lesen
Campusnetze, Technische Entwicklung
07.08.2019
Elektromobilhersteller e.GO nutzt Campusnetz
07.08.2019 Gemeinsam mit Vodafone und dem Ausrüster Ericsson hat der Elektromobilhersteller e.GO ein Campusnetz mit 5G-Technologie in seinem Werk 1 am Standort Aachen Rothe Erde aufgebaut. In der „Two Touch...
News-Artikel lesen
5G.NRWeek, Anwendungspotenziale, Campusnetze, Competence Center 5G.NRW, Technische Entwicklung
21.12.2020
Mit 5G Leben retten – DRZ entwickelt Rettungsroboter
Video ansehen
Rollout, Technische Entwicklung
19.07.2021
Bessere Signalausbreitung durch 5G-Kleinzellen
Der neue 5G Mobilfunkstandard bietet viele Vorteile im Vergleich zu früheren Generationen von Mobilfunknetzen. So bietet 5G eine viel größere Bandbreite, geringere Latenzen, höhere Zuverlässigkeit und viel mehr Verbindungen. Jedoch...
News-Artikel lesen
Technische Entwicklung
16.04.2020
5G mmWave: Samsung erreicht 8,5 Gbit/s
Samsung Electronics gab bekannt, dass es die branchenweit schnellsten 5G-Geschwindigkeiten in einer Labor-Demonstration erreicht hat: Dabei kam die weltweit führende 5G mmWave Access Unit zum Einsatz, bei der 800 MHz...
News-Artikel lesen
Technische Entwicklung
02.12.2020
Übergang zu offenen und interoperablen Netzwerken
5G Americas hat das Whitepaper „Transition Toward Open & Interoperable Networks“ veröffentlicht. In dem Whitepaper werden Aspekte der Software-/Hardware-Disaggregation, offene Schnittstellen, Interoperabilität zwischen mehreren Anbietern, das Open RAN-Ökosystem und die...
News-Artikel lesen
Frequenzen, Technische Entwicklung
27.09.2016
Zukunftstechnologie 5G braucht neue Mobilfunkfrequenzen
27.09.2016 Mit der Ankündigung für eine 5G-Strategie setzt der Bund ein starkes Zeichen für die nächste Mobilfunkgeneration und damit für die Gigabit-Gesellschaft. Das erklärt der Digitalverband Bitkom anlässlich der 5G-Konferenz...
News-Artikel lesen
Technische Entwicklung
24.07.2020
Bereitstellung des 5G Radio Access Network in Deutschland
Ericsson und die Deutsche Telekom haben ihre Partnerschaft mit einem neuen mehrjährigen Vertrag über die Bereitstellung des 5G Radio Access Network (RAN) in ganz Deutschland gefestigt. In den nächsten Jahren...
News-Artikel lesen
Technische Entwicklung
19.06.2020
Start der 5G-Initiative der Deutschen Telekom
Die 5G-Initiative der Deutschen Telekom ist am 17. Juni gestartet. Mobilfunkstandorte in Aachen, Herzogenrath, Stolberg (Rhld.) und Würselen werden ab sofort mit dem neuen Mobilfunkstandard ausgestattet. Auch Erkrath, Haan, Hilden,...
News-Artikel lesen
6G, Technische Entwicklung
23.12.2019
6G Forschung an der Uni Wuppertal
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) entsteht an der Bergischen Universität Wuppertal ein deutschlandweit einmaliges Messlabor für drahtlose Kommunikations-Systeme mit ultrahohen Datenraten. Aufgebaut und koordiniert wird das Labor von Prof....
News-Artikel lesen