Realitätscheck 5G Network Slicing

Forschungsprojekt 5Gain demonstriert erstmalig stabile Dienstgütegarantien für zellulare Energiesysteme in öffentlichem Mobilfunknetz

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderte Forschungsprojekt 5Gain fokussiert die Fragestellung wie zukünftige Energienetze durch Kommunikationstechnik ertüchtigt werden können um den steigenden Anforderungen an Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit gewachsen zu sein. So ermöglichen Photovoltaik, Windkraft und Co. im Rahmen der Energiewende die klimaneutrale Erzeugung von Strom. Die stabile Regelung der Energiesysteme gewinnt dabei aufgrund der fluktuierenden Einspeisung dieser dezentralen, erneuerbaren Energiequellen zunehmend an Komplexität. Zudem gilt es den zeit- und kostenintensiven Ausbaubedarf des Stromnetzes zu limitieren.

Mobiles 5G-Messlabor der TU Dortmund mit dem Dortmunder Stadion im Hintergrund (Bildquelle: PTJ).

Der von 5Gain verfolgte Lösungsansatz unterteilt das Energienetz dazu in Zellen, was ein dezentrales und weitgehend autonomes Last- und Einspeisemanagement ermöglicht. Neben maschinellen Lernverfahren zur Optimierung des regionalen Entnahme- und Erzeugungsverhaltens wurde im Projekt eine direkte Abrechnung zwischen den involvierten Einheiten über Blockchain-basierte Smart Contracts realisiert. Die dafür erforderliche Vernetzung aller Einheiten einer Zelle unter Einhaltung notwendiger Dienstgütegarantien wurde mittels 5G Network Slicing umgesetzt. Dies ermöglichte eine dynamische, dedizierte Zuweisung von Übertragungsressourcen auf Basis geteilter Kommunikationsinfrastrukturen. Im Campuslabor der Technischen Universität Dortmund konnten dabei innovatives Slicing auf Basis prädiktiver Ressourcenzuweisung demonstriert werden womit geringste Reaktionszeiten mit hoher spektraler Effizienz verbunden wurden.

Aufbereitung der Messdaten durch die TU Dortmund während der Messung (Bildquelle: PTJ).

Unter Federführung des lokalen Energieversorgers DEW21 in Zusammenarbeit mit der TU Dortmund ist es dem Konsortium deutschlandweit erstmalig gelungen 5G Network Slicing erfolgreich unter realen Bedingungen im Dortmunder Stadtgebiet zu demonstrieren. Dazu wurde die garantiere Bereitstellung exklusiver Funkressourcen für die Energietechnik auf Basis eines öffentlichen Mobilfunknetzes gezeigt. Dabei gewährleistete der Slice selbst während extremer Stresssituationen, wie beispielsweise ausverkauften Fußballspielen des BVB im Westfalenstadion, trotz der hohen Auslastung des Mobilfunknetzes durch die Fans eine reibungslose Kommunikation zur Stabilisierung des Energienetzes.

Erläuterung der Messdaten durch Dr. F. Kurtz (TU Dortmund, Lehrstuhl für Kommunikationsnetze) nach der Messung (Bildquelle: PTJ).

Die TU Dortmund beschäftigt sich in weiterführenden Arbeiten mit einer zukünftigen, dynamischen Dimensionierung von 5G Network Slicing:

D. Overbeck, F. Kurtz, S. Böcker, C. Wietfeld, „Design of a 5G Network Slicing Architecture for Mixed-Critical Services in Cellular Energy Systems“, In 2022 IEEE International Conference on Communications, Control, and Computing Technologies for Smart Grids (SmartGridComm), Singapore, October 2022. DOI: 10.1109/SmartGridComm52983.2022.9961023

Einen Einblick in die durch das fahrende 5G-Labor der TU Dortmund unterstützen Messungen sowie weitere Details finden Sie im Video sowie unter:

https://www.energiesystem-forschung.de/news/projektabschluss-5gain

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