Neue 5G-Plattform: Management der 5G-Qualität

Softwarearchitekten am Lehrstuhl für Software Engineering der Universität Duisburg-Essen haben eine 5G-Plattform entwickelt. Unternehmen können darauf in Zukunft 5G-basierte Prozesse über unterschiedliche 5G-Dienste auf der Plattform anlegen und innerhalb des 5G-Netzwerkes bereitstellen.

Ressourcen sind im 5G-Netz endlich. Zur Gewährleistung der 5G-Netz-Merkmale müssen die in den Edge Servern vorhandenen Ressourcen also effizient genutzt werden. Die Entwickler der UDE setzen dafür auf ihrer 5G-Plattform eine Orchestrierungskomponente ein, die eigenständig die teilweise gleichzeitig ablaufenden Dienste koordiniert. Um in der realen Anwendungswelt die Eigenschaften des 5G-Netzes zu garantieren, regelt ein neu implementiertes Managementsystem, wo ortsabhängige Daten am besten verarbeitet werden können. Dieses System entscheidet eigenständig, welcher Datenweg der effizienteste ist. Zusätzlich zu unserer Orchestrierung (siehe Beitrag) haben wir nun also auch noch einen übergeordnetes Managementsystem, das entsprechende Entscheidungen treffen kann. Das ist in solchen Anwendungsfällen relevant, in denen Daten möglichst schnell verarbeitet werden müssen, zum Beispiel bei der Auslieferung von Paketen über autonom fliegende Drohnen.

Der Videoausschnitt zeigt einen aktuell auf der Plattform laufenden Dienst mit dem Namen „Drone Delivery Process“, also Auslieferungsprozess mit Drohne. Stellen wir uns vor, ein Versandservice liefert seine Päckchen über autonom fliegende Drohnen direkt an den Standort der Empfangspersonen (EP). Voraussetzung hierfür ist, dass die EP ihren Standort, zum Beispiel über die App des Versandservice, mit der Drohne (D) teilen. Für unser Beispiel befinden sich D und EP1 bis EP5 innerhalb einer 5G-Netz-Struktur. Alle EP befinden sich auf dem Weg zur Arbeit, D möchte das jeweils passende Päckchen ausliefern. Dabei wählt D stets die EP, die sich in unmittelbarer Nähe befindet. Um die Auslieferung so ausführen zu können, braucht D folgende Informationen:

Standort D
Standorte EP
Route D-EP

D hat aktuell 5 Lieferprozesse offen und muss regelmäßig die Auslieferroute anpassen, um immer die nächste EP zu erreichen. Auf Basis der jeweils aktuellen Daten setzt die Drohne sich in Bewegung.

Konkret enthält der auf der 5G-Plattform hinterlegte Prozess zur Drohnenauslieferung folgende Dienste:

Drone Context Web Service
User Context Web Service
Calculate Route Web Service
Drone Control Web Service

Der Prozess mit diesen Diensten läuft die ganze Zeit, für alle EP, im Hintergrund. Die Web Services fragen regelmäßig Standorte ab, berechnen die aktuelle Route und bewegen die Drohne. Bis hierhin handelt es sich um einen ganz normalen Prozess.

Aus technischer Sicht wird es jedoch da interessant, wo es um die Gewährleistung der 5G-Merkmale geht. Im Anwendungsfall bewegen sich die EP zwischen zwei Funkmasten hin und her. Der Prozess läuft auf Funkmast 1, links oben. Alle aktiven Dienste sind markiert, ortsbewusste Dienste sind in fett grüner Schrift abgebildet. Das Merkmal Ortsbewusstsein, englisch: local awareness bedeutet, dass diese Dienste in der bestmöglichen Entfernung zur Informationsquelle – in diesem Fall der Drohne – bearbeitet werden. Sie „wandern“ an den Server, der den schnellsten Verbindungsweg garantieren kann. Diesen Wechsel erkennen wir im Video daran, dass die Dienste ab einem gewissen Zeitpunkt an Funkmast 2 fett grün, also aktiv gesetzt werden.

Am Anfang bewegen sich die EP in seinem unmittelbaren Radius. An einem Punkt wird die Entfernung zu Funkmast 1 (links oben) allerdings größer als zu Funkmast 2 (rechts unten im Videobild). Würden die Dienste weiterhin an Mast 1 verarbeitet werden, könnte es zu Verzögerungen kommen. Um das zu verhindern agiert das neu implementierte, übergelagerte Managementsystem und entscheidet, dass die ortsbewussten Dienste (1) Drone Context Web Service und (2) User Context Web Service ab jetzt über den Server am 2. Funkmast verarbeitet werden (im Video abgebildet durch fett grüne Schrift). Dieses System stellt damit sicher, dass die 5G-spezifischen Merkmale wie geringe Latenzen auch wirklich genutzt werden können.

Dieser gesamte Prozessablauf wiederholt sich solange, bis alle EP ihr Paket von der Drohne erhalten haben.

Aus diesen Entwicklungen ergeben sich neue Anforderungen an die Plattform und für die Anwendungsfälle. Interessant wird vor allem sein, weitere Anwendungsszenarien zu testen, um immer mehr Anforderungen tatsächlicher Prozesse abbilden zu können. Auch die Frage nach dem Ressourcenverbrauch eines Prozesses selbst ist relevant. Denn das Managementsystem muss unter Umständen auch danach entscheiden, ob ein Standort entsprechende Ressourcen zur Verfügung hat, um einen Prozess ablaufen zu lassen, und ob Web Services an etwaigen Standorten bereitgestellt werden können.

In den nächsten Monaten wird es deshalb umso wichtiger, sich konkreten Anwendungsfällen zuzuwenden und die Plattform live einzusetzen. Wenn Sie Projekte haben, mit denen Sie solche Anwendungen realisieren möchten, oder weiterführende technische Informationen wünschen, dann sprechen Sie uns dazu direkt an.