Digitale Vernetzung
Foto: Philipp Plum, Illustration: Lennart Andresen/ Fraunhofer FOKUS

Digitale Vernetzung

Digitale Vernetzung verknüpft die physische mit der digitalen Welt. Gebäude, Autos, Züge, Fabriken und die meisten Dinge unseres Lebensalltags sind dann miteinander vernetzt. Egal wie man die dadurch entstehende neue Technologiekonvergenz nennt: Internet of Things, Smart Cities, Smart Grid, Industrie 4.0 oder Cyber-Physical Systems, im Grunde geht es um den digitalen Austausch.

Die Digitale Vernetzung sorgt beispielsweise dafür, dass autonome Fahrzeuge auf Basis eines eigenen 5G-Campusnetzes Ersatzteile über ein Fabrikgelände transportieren. Vernetzung auf der Straße ermöglicht eine genaue aber anonyme Lokalisierung, so dass die LKW-Fahrerin über Radfahrer in der Nähe informiert wird. Eine Straßenbeleuchtung oder Mülltonnenleerung nach Bedarf ist in der vernetzten Stadt, einer Smart City, realisierbar. Bei der Brücke zwischen physikalischer und virtueller Welt entstehen Digitale Zwillinge z. B. einer Produktionsanlage, Straße oder gar kompletten Stadt, die mit Sensoren mit der physikalischen Welt verbunden sind und durch die Analyse der Sensordaten Prozesse optimieren und überwachen können.

Digitale Vernetzung verhilft also zu mehr Effizienz, Sicherheit, Kooperation und auch Nachhaltigkeit. Auch wenn die Ziele der Vernetzung häufig ähnlich sind, ist der Weg dorthin je nach Branche und konkretem Anwendungsfall unterschiedlich. Digitale Vernetzung gibt es nicht von der Stange.

»Innovative Anwendungen und Geschäftsmodelle entstehen meist durch die intelligente Integration von Daten unterschiedlicher Quellen und Domänen,« sagt Prof. Dr. Manfred Hauswirth, Leiter des Fraunhofer-Instituts FOKUS. »Es gibt nicht die ›eine‹ Vernetzung. Für jede Branche, jede Anwendung muss die richtige Vernetzung entwickelt werden.« Fraunhofer FOKUS besitzt dafür langjährige Digitalisierungserfahrung in den Bereichen Mobilität, öffentliche Sicherheit, Verwaltung, E-Health und Medien.

Ergänzend zum Branchenwissen verfügt Fraunhofer FOKUS über umfangreiche Expertise in den drei für die digitale Vernetzung zentralen Technologien Software-basierte 5G-Netze, Edge Computing sowie Künstliche Intelligenz (KI).

Mit 5G ist es erstmals möglich, für jede Anwendung das passende Netz zur Verfügung zu stellen. Denn das Kernnetz, auf dem die Steuerprogramme für die Kommunikation laufen, ist virtuell also Software-basiert aufgebaut. Dies erlaubt ein bedarfsspezifisches eigenes Netz im Netz je nach Latenz, Anzahl der zu vernetzenden Geräte und Sicherheit. Solch ein Software-basiertes Kernnetz stellt der Geschäftsbereich Software-based Networks mit seiner Open5GCore-Software zur Verfügung. Der Open5GCore ist ein Standard-basiertes und herstellerunabhängiges 5G-Kernnetz und ist bereits in mehr als 60 5G-Testumgebungen bei namhaften Netzbetreibern, Herstellern, Unternehmen sowie Forschungseinrichtungen rund um den Globus im Einsatz. Aber auch im Institut in Berlin können Kunden und Partner eigene 5G-Anwendungen und -Funktionalitäten basierend auf dem Open5GCore testen und weiterentwickeln. Dafür stellen die Forscherinnen und Forscher ein eigenes, herstellerunabhängiges 5G-Campusnetz zur Verfügung.

Für die digitale Vernetzung – zum Beispiel im industriellen Kontext mit hohen Anforderungen an eine Echtzeitkommunikation – ist außerdem entscheidend, wo die Daten verarbeitet werden: In einer zentralen Cloud in einem Rechenzentrum, das hunderte von Kilometern entfernt ist, oder in der Nähe des Einsatzortes in Mikrorechenzentren, also am Rande des Netzes. Die Edge Computing-Architektur bietet die Vorteile, dass die geringe Entfernung die Latenzzeit verringert, das Netzwerk weniger ausgelastet ist, mehr Sicherheit gewährleistet werden kann und die Daten innerhalb eines Landes oder auch Unternehmens gespeichert und verarbeitet werden. Fraunhofer FOKUS unterstützt bei der Umsetzung von Edge-Computing-Architekturen und bietet eigene Software-Bausteine an.

Mobile Edge Computing nutzt ein FOKUS-Forschungsteam aus dem Geschäftsbereich Smart Mobility beispielsweise im Projekt RealLabHH. Dort entwickeln sie mit 30 Partnern bis Ende 2021 digitale Mobilitätslösungen in einem gemeinsamen Ökosystem für die Hansestadt Hamburg. Fraunhofer FOKUS beteiligt sich an einer App für besonders schutzbedürftige Verkehrsteilnehmende, wie Fußgänger, Fahrradfahrerinnen sowie Nutzer von E-Scootern. Dafür wird die Smartphone-Sensorik zur Bestimmung der Position und Ausrichtung mithilfe von Mobile Edge Computing genutzt, also einer Cloud-Infrastruktur, die nah am Mobilfunknutzer angebunden ist. Dieser »Location-as-a-Service (LaaS)«-Dienst kann dann für Applikationen, wie den Gefahrenwarner oder einen Ampelphasen-Assistenten genutzt werden. So wird eine ganzheitlich vernetzte Verkehrsplanung in der Stadt unterstützt, die neben dem Auto auch Fußgänger, Radfahrer und den öffentlichen Nahverkehr einbezieht. Denn nur vernetzt kann eine umweltfreundliche und nutzerzentrierte Mobilität in Zukunft gewährleistet werden.

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