Angesichts immer größer werdender Datenmengen nutzen Wiener Forschende in einem neuen Christian-
Doppler-Labor künstliche Intelligenz (KI), um Mobilfunknetze zukunftsfit zu machen. Zuverlässigkeit bleibt zentral.
Man sitzt im Zug und telefoniert – doch plötzlich ist der Empfang weg. Wer kennt das nicht? Hier stößt die Technik an ihre Grenzen, wenn sich Hunderte Handys in einem vollbesetzten Railjet zeitgleich bei einem der Mobilfunktürme entlang der Strecke anmelden wollen. Wie man die Verlässlichkeit sowie die Qualität der Mobilfunknetze künftig noch besser gewährleisten kann, ist Forschungsgegenstand eines kürzlich eröffneten Christian-Doppler (CD)-Labors an der TU Wien, dem sich unter anderem die ÖBB mit dem Thema „Kommunikation im Zug“ angeschlossen haben.
Dabei geht es nicht nur ums Telefonieren im Zug. „Die Mobilfunkbranche steht vor einer großen Herausforderung, denn es werden immer mehr Dienste und Services angeboten. Auch Gegenstände werden zunehmend in Campusnetzen miteinander kommunizieren. Das Telefonieren wird künftig nur noch einen geringen Teil des exponentiell wachsenden Datenvolumens ausmachen“, ist Philipp Svoboda vom Institut für Telekommunikation der TU Wien überzeugt. Er ist Leiter des Labors und führt noch ein weiteres Beispiel aus dem Bahnbereich an: „Wenn ein Zug ein Signal an die nächste Weiche schickt, dann darf dieses Signal nicht verspätet ankommen. Es geht darum, angesichts der Zunahme des Datenverkehrs weiterhin eine rechtzeitige und verlässliche Übertragung sicherzustellen.“ Vor allem sicherheitsrelevante Dienste wie moderne Bahnsicherungssysteme müssten zuverlässig funktionieren.
Messungen für eine Landkarte
Einen Teil der Infrastruktur ständig für solche Aufgaben bereitzustellen, sei ineffizient. „Das wäre so, als würde man auf der Autobahn immer eine Rettungsgasse freilassen für den Fall, dass sich ein Unfall ereignen sollte.“ Optimaler sei eine vorausschauende, präzise Steuerung des Netzwerkmanagements.
Um eine solche zu ermöglichen, führt das Team Messungen durch, die in eine „Mobilfunk-Landkarte“ münden. Diese wiederum bildet die Basis für ein digitales Abbild der Wirklichkeit, einen digitalen Zwilling. Anhand dieses Modells, das mithilfe von KI und neuesten Methoden des Maschinenlernens trainiert wird, können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler reale Situationen simulieren. Svoboda: „Es geht darum, Vorhersagen zu treffen, wie sich das Netz unter bestimmten Bedingungen, etwa bei störenden Reflexionen oder Abschirmungen, verhalten wird. Dafür müssen wir unter anderem verstehen, welche Umgebungsvariablen sich auf den Empfang auswirken und wie sich Nutzer typischerweise verhalten.“
Energieverbrauch minimieren
Langfristige Zielsetzung ist eine effiziente Echtzeit-Optimierung der Netzressourcen, wodurch sowohl die Zuverlässigkeit der Netze gesteigert als auch der Energieverbrauch für den Datenverkehr minimiert wird. Die Erkenntnisse aus der Forschung im neuen CD-Labor bilden auch eine wichtige Grundlage für strategische Entscheidungsfindungen in Unternehmen. „Mit unserem Modell lässt sich beispielsweise bestimmen, welche Investitionen in die Mobilfunknetz-Infrastruktur den größten Nutzen bringen und an welchen Standorten die Errichtung zusätzlicher Sendemasten erforderlich ist“, fasst Svoboda zusammen. Solche und weitere Maßnahmen sollen unter anderem eine nahezu unterbrechungsfreie Kommunikation für Reisende gewährleisten.
In Zahlen
5,6 Gigabyte (GB) Daten pro Monat werden von jedem Mobilanschluss in Mitteleuropa im Schnitt übertragen.
Vor drei Jahren waren es noch 2,5 GB.
4 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs werden für Telekommunikation verwendet.
1,3 Handy-Verträge hat jede Europäerin bzw. jeder Europäer im Schnitt.