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Sonntag, 24. Februar 2019

Geringe Latenzzeiten für Roboter, autonome Autos & Co.

Von Jens D. Billerbeck, Regine Bönsch | 28. Juni 2018 | Ausgabe 26

Der Skispringer nähert sich dem Absprungbrett. jetzt ist es eine Sache von Millisekunden.

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Foto: panthermedia.net/Karneg

Autonomes, vernetztes Fahren setzt Echtzeitkommunikation voraus. Das ist nur mit Techniken aus der fünften Mobilfunkgeneration möglich.

Nicht Hunderten, sondern einigen wenigen. Der Mann im weißen Anzug hat das nach dem ersten Fehlversuch kapiert. Bei der Simulation am Messestand, geht es nicht nur um menschliche Reaktionsfähigkeit, sondern um die Schnelligkeit der Signalübertragung. Schließlich sollen in der Virtual-Reality-Brille all die Informationen nahezu in Echtzeit ankommen. Oder technisch formuliert: Es geht um Latenz, um die Verzögerung, die jede Datenübertragung mit sich bringt, erst recht die mobile.

Lag die Ende-zu-Ende-Latenz bei 3G (UMTS) anfangs noch bei 300 ms, so sind es heute rund 100 ms. Die vierte Generation (4G oder LTE) schafft es mittlerweile immerhin auf rund 40 ms.

Doch all das reicht nicht aus, um Skispringer zu lotsen, um Roboter synchron arbeiten zu lassen oder einen Kran über Hunderte von Kilometern fernzusteuern. Von den Endgeräten über die Funkschnittstelle, das Transport- und das Kernnetz (Core) bis hin zu den Servern und wieder zurück – an all diesen Stellschrauben muss gedreht werden, um Latenzen runterzukriegen. Rund die Hälfte der Verzögerungsraten entsteht heute an der Funkschnittstelle. Grund genug, genau hier anzusetzen.

Mit 5G wird hier eine wahr Revolution stattfinden, die Mobilfunk speziell für Industrie 4.0, aber auch für das vernetzte autonome Fahren attraktiv macht. 5G verspricht schon jetzt Latenzen von 1 ms.

Eine entscheidende Technik für die kommende Echtzeitkommunikation ist das sogenannte Edge-Computing (s. Seite 14). Es verlagert Funktionen, die heute meist zentralisiert in großen Rechenzentren oder Netzknoten ablaufen – wie Content Caching, Applikationen, Kernnetz –, an den „Rand“ des Netzes, also näher zum Nutzer. Damit spart man sich unnötige Verbindungswege durch das Netz. Die Datenverbindung besteht lediglich zwischen Nutzer und der nahen Edge Cloud. Somit wird die Netzverzögerung reduziert und gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Verbindung erhöht, was für alle Anwendungen enorme Vorteile bringt, die auf geringe Verzögerungen, höchste Verfügbarkeit oder die On-time-Lieferung von Inhalten angewiesen sind.

Um Edge-Computing zu realisieren, werden bestehende Netze um kleine Datenzentren ergänzt, man spricht hier von der Distributed Cloud. Im Extremfall steht die Rechenpower direkt an der Basisstation. Ein Beispiel: Augmented Reality. Die Zusatzinfos, die ein Verbraucher über den Fernsehturm in Düsseldorf erhält, braucht er nur dort, regional an einer oder zwei Stationen. Es reicht also, diese Inhalte dort vor Ort abzulegen.

Doch erst mit 5G New Radio wird die Latenz tatsächlich auf besagte 1 ms heruntergedrückt. Dabei handelt es sich um eine Softwareentwicklung, die sowohl das Netz als auch das Endgerät verstehen. Hinter dem Algorithmus verbirgt sich eine simple Logik, nach der die Intervalle kürzer werden. „Die Züge kommen viel öfter, deshalb muss ich nicht so lange warten“, so formuliert das ein Experte. Wer Netze plant, weiß allerdings auch, dass sowohl Edge-Computing als auch 5G New Radio eines voraussetzen: Glasfaserverbindungen bis hin zur Basisstation, den Antennen. In Deutschland eine echte Herausforderung.  jdb/rb