Plan & Play

Zuverlässige ad-hoc 5G-Campusnetze für den temporären Einsatz

Vorstellung
Förderwettbewerb 5G.NRW Forschungsprojekt

Plan & Play

Zuverlässige ad-hoc 5G-Campusnetze für den temporären Einsatz

Neben dem vielfach diskutierten Referenzeinsatzfall von stationären 5G-Campusnetzen sind auch 5G-Campusnetze für den temporären Einsatz zukünftig immer dann von sehr großem Interesse, wenn lokal überaus anspruchsvolle Anforderungen an das Kommunikationsnetz zu erfüllen sind. Ein Beispiel sind internationale Großveranstaltungen (Formel1, America‘s Cup), bei denen große Datenmengen für den Veranstaltungsbetrieb wie auch für die „Live“-Einbindung des Publikums mit niedrigen Latenzen und großer Verlässlichkeit gefordert werden. Auch im Bereich der automatisierten Intralogistik ist der nicht-stationäre, ad-hoc 5G-Netzbetrieb für die kontinuierliche Anpassung zuverlässiger Netzlösungen an sich sehr schnell ändernde Anwendungsumgebungen zwingend erforderlich. Die daraus erwachsenden Herausforderungen für die bedarfsgerechte Planung und Selbstkonfigurationsfähigkeit des Netzes sollen im Rahmen des Projekts Plan & Play adressiert werden, das mit Mitteln des Landes NRW durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie (MWIDE) im Rahmen des Förderwettbewerbs 5G.NRW gefördert wird. Das Konsortium besteht neben dem Konsortialführer TU Dortmund aus Riedel Communications, Fraunhofer IML und dem assoziierten Partner PIDSO.

Fakten zum Projekt

Programm: Förderwettbewerb 5G.NRW

Förderkennzeichen: 005-2008-0047

Projektlaufzeit: 01.01.2021 - 31.12.2023

Zuverlässige ad-hoc 5G-Campusnetze für den temporären Einsatz

Für Großveranstaltungen, wie z.B. Konzert- oder Rennsportevents, sind trotz einer geringen aktiven Laufzeit von wenigen Tagen hinsichtlich des unterstützenden Kommunikationsnetzes, jeweils sehr hohe Anforderungsprofile zu erfüllen. Zur Umsetzung eines Live-Streams aus mehreren Kameraperspektiven innerhalb eines Rennfahrzeugs sind z.B. multiple, unabhängige und hochaufgelöste Videosignale trotz höchster Geschwindigkeiten zeitsynchron und in Echtzeit zu übertragen. Ein disjunktes Beispiel sind hochdynamische Intralogistikszenarien mit automatisierten Hochgeschwindigkeitstransportplattformen, in denen wechselnde Waren-gruppen und angepasste Lagersituationen in veränderlichen, harschen Funkumgebungen resultieren. Auch hier entsteht ein Bedarf eines immer wieder neu zu konfigurierenden, drahtlosen Hochleistungsnetzes, welches ad-hoc sehr hohe Anforderungen in Bezug auf die Selbstorganisation und techn. Leistungskenndaten zu erfüllen hat. Weitere mögliche Anwen-dungsfelder für temporäre Hochleistungsnetze liegen z.B. im Bereich der digitalisierten Agrar- und Bauwirtschaft oder auch im Rettungswesen. Die 5G-Technik ist generell prädestiniert, diese Anforderungen zu erfüllen, jedoch sind existierende Lösungen aus folgenden Gründen unzureichend.

Aktuelle Planungsmethoden sind sehr gut für den langfristigen und zuverlässigen Betrieb von Zellularfunknetzen ausgelegt, gehen jedoch mit großen Einschränkungen für temporäre Planungsziele einher: einerseits ist ein hoher Ressourcenaufwand und Experten-Knowhow für die Bedienung spezialisierter Werkzeuge notwendig, andererseits wird der hohe manuelle Aufwand und der benötigte Erfahrungsschatz für die Feinabstimmung und -kontrollen dem temporären Einsatz nicht gerecht. Als Konsequenz ist die notwendige Planungsgüte bei einer Vielzahl kurz aufeinanderfolgender oder paralleler temporärer Netzgebiete (z.B. für Veranstaltungen) aktuell nicht kosteneffizient zu verwirklichen. Weiterhin bestehen, bedingt durch den kurzfristigen Charakter, keine Spielräume, um etwaige Versorgungslücken nachträglich über manuelle, zeitaufwändige Iterationen auszubessern.

Aktuell verfügbare 5G Mobilfunksysteme sind für den bundesweit flächendeckenden Einsatz als Zellularfunknetze mit Millionen von Kunden optimiert. Entsprechende Mobilfunknetzbetreiber-orientierte Makrolösungen sind daher in der Regel ohne entsprechende Fachkenntnis nicht bedienbar und auch technisch nicht für den kleinflächigen In- und Outdooreinsatz anwendbar. Darüber hinaus sind private Mobilfunknetzlösungen bis heute kaum verfügbar, da vor der durch die BNetzA geschaffene Möglichkeit lokaler 5G Netze ein Einsatz im lizenzierten Frequenzband nur mit Sondergenehmigung möglich war.

Abbildung 1: Darstellung der Projektinnovation und anwendungsübergreifende Verankerung

Vor dem Hintergrund der oben dargestellten Ausgangslage und Problemstellung besteht für viele potentielle disjunkte Anwender temporärer Campusnetze ein umfangreicher Handlungsbedarf. So ist Planung und Betrieb einer Vielzahl kurz aufeinanderfolgender Großveranstaltungen (z.B. Video- und Telemetrieübertragung im Rennsportumfeld) oder hochdynamischer Intralogistikumgebungen, mit jeweils bedarfsgerechter sowie höchster Planungsgüte und Stabilität, über konventionelle Planungsmethoden und Netzinfrastrukturen nicht kosteneffizient zu realisieren. Genau an dieser Stelle setzt das hier beschriebene Projektvorhaben an. Im Rahmen von Plan & Play werden die notwendigen Voraussetzungen für Planung, Aufbau und zuverlässigen Betrieb temporärer 5G Campusnetze geschaffen. Als Grundlage des Innovationsgehaltes sowie der übergreifenden Verankerung und Verstetigung werden die Kerninnovationsbereiche der vorliegenden Projektidee illustriert (vgl. Abbildung 1) und nachfolgend im Detail dargestellt.

Kerninnovation 1 – PLAN: Entwicklung einer KI-basierten automatisierten Netzplanung

Die erste Kerninnovation des vorliegenden Vorhabens setzt als Basis auf der ersten Version des sogenannten 5G Campusnetzplaners auf, der im Rahmen des Competence Center CC5G.NRW vom Plan & Play Konsortialführer TU Dortmund entwickelt wurde. Der eingeführte, Web-basierte Campusnetzplaner soll zu einem vollwertigen Netzplanungswerkzeug für temporäre ad-hoc 5G-Campusnetze ausgebaut werden, sodass potentielle Anwender bei der detaillierten Bestimmung der benötigten Netzinfrastruktur effektiv unterstützt werden. Die zum Einsatz kommenden Netzplanungs-funktionen bauen auf aktuellste Algorithmen des Online-Lernens und werden im Rahmen eines agilen Forschungsprozesses in Wechselwirkung mit dem Projektsegment „Play“ in zwei disjunkten Anwendungsfeldern erprobt und optimiert. Hierzu wird ein auf Reinforcement Learning basiertes maschinelles Lernverfahren eingesetzt, welches in kürzester Zeit automa-tisiert Netzmodelle (on-the-fly) generieren kann. Die einzuhaltende Planungsgüte wird über eine schrittweise Validierung unterschiedlicher Realumgebungen ermöglicht.

Kerninnovation 2 – PLAY: Ertüchtigung von 5G-Lösungen für den temporären Einsatz

Die übergreifende Zielsetzung der Netzplanung steht in enger Wechselwirkung mit der für den Betrieb notwendigen 5G Ende-zu-Ende Campusnetzlösung. Dabei gilt es die notwendigen Integrationsschritte und darüberhinausgehenden Weiterentwicklungen, die für die Ertüchtigung von 5G Campusnetzlösungen für den temporären Einsatz notwendig werden, umzusetzen. Zum einen sollen im Innovationsfeld „PLAY“ insbesondere verfügbare private 5G Campusnetzlösungen für den ad-hoc Einsatz und den temporären Betrieb technisch ertüchtigt werden. Wesentliche Anforderungen bestehen hierbei in einer anwendungsgerechten Härtung tempo-rärer 5G Lösungen für den Einsatz in harschen Einsatzumgebungen. Dazu zählen in erster Instanz sehr hohe Anforderungen an robuste, wetterfeste Lösungen (Rugged), die je nach Vor-Ort Situation zusätzlich einen autarken, batteriebetriebenen Betrieb unterstützen müssen (Schwarzfallfestigkeit). Darüber hinaus werden höchste Anforderungen an das Potential der Selbstkonfiguration gestellt. Je nach Fachkenntnis der Anwender und Größe des zugrunde-liegenden Szenarios müssen neue Netzkonfigurationen in jeweils entsprechender Zeit ver-fügbar gemacht werden. Dies muss bei kleineren Netzen geringerer Komplexität in wenigen Minuten (z.B. hochdynamische Intralogistik), bei hochkomplexen, facettenreichen, sowie größeren Campusnetzgebieten, die sehr hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit, Latenz und Verfügbarkeit genügen müssen (z.B. Großveranstaltungen), in wenigen Tagen erfolgen. Dazu werden zunächst existierende Ende-zu-Ende 5G-Mobilfunklösungen evaluiert. Ausgewählte Lösungen werden für den Betrieb als temporäres Campusnetz ertüchtigt und hinsichtlich des Durchsatzes, der Zuverlässigkeit und der Latenz aufgrund der Kenntnis der exakten (vergleichsweise niedrigen) Teilnehmerzahlen optimiert

Kick-Off erfolgreich

24. Februar 2021

Das Projekt Plan & Play hat ihren Kick-Off erfolgreich durchgeführt. Das gesamte Konsortium freut sich auf eine gute und produktive Zusammenarbeit und möchte an dieser Stelle regelmäßig über Aktuelles im Projekt informieren.

Im Plan & Play Projekt soll die Planbarkeit und Umsetzung zuverlässiger ad-hoc 5G-Campusnetze für den temporären Einsatz erforscht und erprobt werden. Dabei stehen vor allem die Referenzszenarien Intralogistik und Eventbereich im Vordergrund. Mehr über das Projekt erfahren Sie hier.

Plan & Play auf der 2nd 5G.NRWeek Virtual Exhibition

06. September 2021

Auf der diesjährigen 5G.NRWeek, welche vom Competence Center 5G.NRW nun bereits zum zweiten Mal vom 06.-10. September durchgeführt wird, ist auch das Plan & Play Projekt vertreten. Im Rahmen der sogenannten Virtual Exhibition präsentieren zahlreiche, hochkarätige Projekte und Unternehmen aus NRW und Umgebung virtuelle Austellungen in Form von kurzen Videos.

Neben der Virtual Exhibition können auch diesmal tägliche Vorträge und Konferenzen zu den verschiedensten Themen Rund um 5G, aber auch 6G als Ausblick in die Zukunft besucht werden.

Plan & Play-Projekt stellt 5G-Demo für Minister Andreas Pinkwart vor

13. Dezember 2021

Der Lehrstuhl für Kommunikationsnetze der TU Dortmund präsentierte bei der gemeinsamen Vor-Ort-Demonstration bei unserem Projektpartner Riedel am 08.12.2021 einen Überblick über erste experimentelle Forschungsergebnisse des Plan & Play-Projekts. Wir konnten die Notwendigkeit einer bedarfsgerechten Konfiguration und Planung privater 5G-Netze anhand einer herunterskalierten Rennsport-Emulation veranschaulichen. Dazu wurde eine Rennsituation mit einer neuartigen und 5G-erweiterten automobilen Entwicklungsplattform im Maßstab 1:10 eingesetzt, um die Auswirkungen einer bedarfsgerechten 5G-Netzkonfiguration für temporäre Veranstaltungsszenarien zu demonstrieren.

Minister Prof. Andreas Pinkwart konnte aus unserem mobilen 5G-Labor heraus ein 5G-ferngesteuertes Rennfahrzeug steuern und erlebte persönlich die Auswirkungen von Latenzzeiten und die Notwendigkeit hochzuverlässiger Leistungsgarantien in einem Wettbewerb gegen ein autonomes Rennfahrzeug am Beispiel unserer Plan & Play Fernsteuerungsanwendung.

TU Dortmund
Konsortialführung

Adresse


Communication Networks Institute
Prof. Dr.-Ing. Christian Wietfeld
Otto-Hahn-Str. 6 | 44227 Dortmund
+49-231-755-4515
Riedel Communications
Projektpartner

Adresse


Dr.-Ing. Sven Dortmund
Uellendahler Str. 353 | 42109 Wuppertal
+49-202-29290
Fraunhofer IML
Projektpartner

Adresse


Dr.-Ing. Sören Kerner
Joseph-von-Fraunhofer-Str. 2-4 | 44227 Dortmund
+49-231-9743-170
PIDSO
Assoziierter Partner

Adresse


Dr. Christoph Kienmayer
Wallackgasse 2 | 1230 Wien
+43-125-24189