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Innovationen Internet der Dinge

Warum aus der Daten-Cloud ein Nebel wird

Chefkorrespondent Wissenschaft
Der Prototyp des Google-Autos, dass autonom fahren kann Der Prototyp des Google-Autos, dass autonom fahren kann
Der Prototyp des Google-Autos, dass autonom fahren kann
Quelle: dpa-tmn
Forscher entwickeln den neuen Mobilfunkstandard 5G. Er soll im „Internet der Dinge“ die Kommunikation zwischen Sensoren, Maschinen oder autonomen Autos ermöglichen. Das erfordert regionale Clouds.

In der Fabrik der Zukunft wird jede Maschine, ja jedes Bauteil mit Sensoren ausgestattet sein, die untereinander und mit Zentralen kommunizieren können: Das ist das Konzept der sogenannten Industrie 4.0. Davon erhofft man sich, insbesondere teure Stillstandzeiten nach dem Versagen bestimmter Maschinenkomponenten zu vermeiden. Rechtzeitig vor ihrem Ausfall sollen sie signalisieren: „Achtung, ich werde bald kaputtgehen. Tausch mich lieber vorsorglich jetzt schon aus.“

So einfach wird die Rechnung beim Menschen selber nicht aufgehen, doch auch die Medizin steht vor einem Sensorenboom. Bereits heute tragen viele Menschen sogenannte Fitness-Armbänder, die Puls, Blutdruck, Körpertemperatur und andere Parameter registrieren und an das Smartphone übertragen. Von dort können die Daten an Zentren weitergeleitet und dort ausgewertet werden. Dann kann dem Absender der Daten beispielsweise ein aktueller Fitness-Score zurückgemeldet werden. Auch in der klinischen Medizin werden mehr und mehr Sensoren zum Einsatz kommen, die den Gesundheitszustand von Patienten laufend überwachen können.

Menschen, Maschinen, Autos und mobile Geräte – sie alle werden in wenigen Jahren miteinander kommunizieren und von Sensoren gewonnene Daten austauschen. Das meiste davon werden wir gar nicht wahrnehmen. Wenn etwa zwei autonom fahrende Autos sich untereinander abstimmen, wer da wem wie ausweicht, ist das ein „Gespräch“ zwischen zwei Maschinen, an dem Menschen überhaupt nicht beteiligt sind. Schon in rund zehn Jahren, so schätzen Experten, wird es auf diesem Planeten 500 Milliarden Geräte geben, die miteinander vernetzt sind. Der Begriff „Internet der Dinge“ hat sich dafür bereits durchgesetzt.

Der neue Mobilfunkstandard 5G ist eine Revolution

Die bestehende Infrastruktur für mobile Datenkommunikation wäre komplett überfordert, diese gigantische Zahl von kommunizierenden Dingen miteinander zu vernetzen. „Da wird es eine Revolution geben müssen“, sagt Professor Frank Fitzek von der TU Dresden. Im 5G Lab Germany entwickelt er gemeinsam mit seinem Kollegen Professor Gerhard Fettweiss den künftigen Kommunikationsstandard 5G. Der Fortschritt von 1G, dem Standard der ersten Handys, bis zum heutigen 4G (LTE) sei demgegenüber nur eine evolutionäre Entwicklung gewesen.

Das Netz für die 5G-Kommunikation wird eine völlig neue Architektur haben. Alles muss viel engmaschiger werden, um die Datenströme zu beherrschen, erklärt Fitzek. Das gilt insbesondere für die Vision vom fahrerlosen Automobil. Straßenverkehr mit autonomen Fahrzeugen, so Fitzek, könne nur funktionieren, wenn die einzelnen Autos auch untereinander kommunizieren. Wenn etwa ein fahrerloses Auto vor einem plötzlich aufgetauchten Hindernis abrupt bremst, muss es diese Information an nachfolgende Fahrzeuge weitergeben – damit auch diese rechtzeitig halten können und Auffahrunfälle vermieden werden.

Beim Datenaustausch zwischen den Dingen, wird man auf zentrale Rechner nicht verzichten können. Gerade bei autonom fahrenden Autos ist nicht nur eine absolut zuverlässige und sichere Datenübertragung erforderlich, sondern auch eine hinreichend schnelle: Fahrende Autos müssen sehr rasch Entscheidungen treffen. Daher darf die zwischen dem Aussenden und dem Wiedereintreffen von Daten vergehende Zeit maximal eine Tausendstelsekunde, also eine Millisekunde, betragen. Um so kurze Latenzzeiten erreichen zu können, muss sich eine Cloud zur Verarbeitung der Daten stets in der Nähe befinden.

Eine Cloud für mobile Autos muss im eigenen Land sein

Daraus folgt, dass letztlich an jedem Knotenpunkt des engmaschigen Netzes Daten verarbeitet werden müssen. Damit ist klar: Eine Cloud zum Steuern von Autos in Deutschland muss sich in Deutschland befinden. Viele Datendienste nutzen Clouds jenseits des Atlantiks. Doch selbst bei einer Übertragung von Daten mit Lichtgeschwindigkeit wäre die Strecke von Europa in die USA und zurück viel zu lang, als dass auf diese Weise eine Steuerung von Autos oder anderer zeitkritischer Prozesse möglich wäre.

Da Licht sich mit 300.000 Kilometern pro Sekunde ausbreitet, benötigt es für die Strecke von Frankfurt nach New York und zurück circa 40 Millisekunden. Das ist für ein autonom fahrendes Auto eine Ewigkeit. Dessen Daten müssen von einer lokalen Cloud verarbeitet werden, die nicht weiter als 150 Kilometer entfernt ist. Weil die Daten selbstfahrender Autos mal von der einen und nach einer gewissen Wegstrecke von der nächsten lokalen Cloud verarbeitet werden, sprechen manche Experten von der „wandernden Cloud“ oder gar einem „Datennebel“.

Die möglicherweise größte Herausforderung auf dem Weg in die Welt der 5G-Technologien besteht darin, für jedes im Internet der Dinge kommunizierende Objekt eine sichere Identität zu garantieren. Jedes der 500 Milliarden Geräte braucht gleichsam einen eigenen „Personalausweis“, um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten. Wie solche Zertifikate weltweit verlässlich organisiert werden können, ist noch eine offene Frage. Es ist nicht einmal sicher, dass 5G ein weltweit einheitlicher Standard sein wird, so, wie es derzeit bei 4G der Fall ist.

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