Projekt "NoLa" - Nomadische 5G-Netze für kleinteilige ländliche Räume

Abstract

Das Projekt NoLa zielte darauf ab, die Entwicklung und Inbetriebnahme von nomadischen 5G-Campusnetzsystemen für den Einsatz in kleinteiligen ländlichen Räumen zu untersuchen, um Wege der temporären drahtlosen Infrastrukturversorgung aufzuzeigen. Ziel war es auch, dass in Zukunft private Dienstleister wie Lohnunternehmen sowie Landwirte ohne bisherige Expertise im Bereich des Mobil-funks vergleichbare Anlagen nicht-ortsgebundener 5G-Campusnetze einsetzen können. Die nomadische 5G-Campusnetzanlage von NoLa bildet die Grundlage, um beispielsweise Robotikplattformen zur autonomen Bearbeitung im Weinberg in Echtzeit zu ermöglichen, insbesondere in topologisch anspruchsvollen Gebieten wie im Steillagenweinbau. Die 5G-Campusnetzanlage mit Edge Cloud soll dafür ein schnelles Kommunikationsnetz zur Übertragung großer Datenmengen mit niedrigen Latenzen bereitstellen. In Gebieten mit gänzlich fehlender Netzinfrastruktur kann ein solches System zur Datenübertragung für Smart Farming-Anwendungen oder zur Fernsteuerung und Übertragung von Drohnen-Live-Kamerabildern etwa im Katastrophenschutz benutzt werden. Neben der Erfüllung dieser technischen Grundversorgung sollte das Projekt außerdem Fragen zur Lizenzierung von nomadischen 5G-Campusnetzen und der Funknetzplanung adressieren, um den Einsatz solcher Kommunikationssysteme zu vereinfachen und zu beschleunigen. Darüber hinaus sollte als alternative Energieversorgung eine Wasserstoffbrennstoffzelle eingesetzt werden, um einen umweltschonenden Betrieb der autarken Anlage zu erlauben und nach Möglichkeit auch deren Energieverbrauch durch Optimie-rungen zu reduzieren. Abschließend sollte eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für zukünftige Betreibermodelle erstellt werden, um den Einsatz vergleichbarer 5G-Systeme über das Projekt hinaus zu ermöglichen und basierend auf einer minimalen Systemkonfiguration zu optimieren. Das NoLa Konsortium hat im Projekt folgende zentrale Bausteine erarbeitet: Baustein 1 – Planung und Lizenzierung von nomadischen Netzen mittels Planungsbaukasten: Mit Hilfe von Drohnenbefliegungen und Photogrammetrie konnten digitale Zwillinge von Weinbergen erstellt werden, um die Funknetzplanung exemplarisch für die zugrunde liegenden Topologien durchzuführen. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse konnte ein Planungsbaukasten erstellt werden, der aufbauend auf allgemein verfügbaren Geländeinformationen und weiteren Spezifikationen des Weinbergs zur Bestimmung von geeigneten Antennenstandorten genutzt werden kann. Der Planungsbaukasten bietet eine allgemeingültige Anleitung zur Versorgung von kleinstrukturierten Räumen (konkret: Weinfelder) mit 5G, um diese zeiteffektiv und effizient bewirtschaften zu können. Ebenso wurden Lizenzierungsmodelle für die zum Einsatz kommenden nomadischen Netze untersucht, und finanziell und praktisch bewertet. Baustein 2 – Anforderungserhebung, Entwicklung und Aufbau des nomadischen 5G-Campusnetz-Prototypen: Durch explorative Messungen in Weinbergen mit einem Leihsys-tem konnten Parameter bestimmt werden, die als grundlegende Anforderungen zur Beschaffung eines O-RAN-fähigen 5G-Campusnetz-Prototypen dienten. Die für den Außeneinsatz konzipierte Gitterbox beinhaltet einen auf 7m ausfahrbaren Mast für die Ausrichtung einer Radio-Unit, sowie einen Serverschrank mit 5G-Core-, RAN- und Edge Cloud Servern. Als autarke Stromversorgung können Batterien, Wasserstoff-Brennstoffzellen (s. Baustein 3) oder auch Benzingeneratoren für den Betrieb der Anlage dienen. Leistungsmessungen zeigen, dass der entwickelte Prototyp als Blaupause zur Erfüllung der benötigten Anforderung für den Einsatz in Weinbergen oder ähnlichen Szenarien dienen kann. Baustein 3 – Alternative Energieversorgung: Der Prototyp einer Wasserstoffversorgung für das nomadische System wurde konzipiert und in ein 19-Zoll-Rack verbaut. Der Betrieb wird durch eingebaute Sensoren überwacht. Die Auswertung der Daten erfolgte unter anderem mit Hilfe eines entwickelten Analysetools. Baustein 4 – Proof-of-Concept-Tests im Reallabor und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung: Die Einsatzfähigkeit des Systems konnte in definierten Proof-of-Concept Szenarien gezeigt werden. Die nomadische Anlage ermöglichte im Feldeinsatz den Austausch von Daten im lokalen 5G-Netz, um Drohnen-Livebilder zu einer Einsatzzentrale zu streamen (PoC „Personensuche“) oder den Internetzugriff auf einer Baustelle (PoC „Baustelle“) oder bei Smart Far-ming Anwendungen (PoC „Landwirtschaft“) flächendeckend herzustellen. Darüber hinaus zeigen erhobene Messdaten im Weinberg, dass das 5G-Netz des nomadischen Systems über geringe Latenzen und genügend Upload-Geschwindigkeit verfügt, um eine (teil-) autonome Roboterplattform ohne Einschränkungen einsetzen zu können (PoC „Weinberg“). Außerdem wurde eine Drohne eingesetzt, um eine weitere Radio-Unit auch oberhalb schwer zu erreichender Passagen zu positionieren und so den Sendebereich weiter auszubauen (PoC „Tethered Drone“). Darüber hinaus erfolgte eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der nomadischen 5G-Campusnetzanlage. Während der Durchführung des Projekts NoLa, insbesondere der Proof-of-Concept Tests, zeigte sich der Bedarf am Aufbau von fehlender Netzinfrastruktur in diversen Einsatzszenarien durch nomadische Systeme.