KI-5G
KI-gestützte Ressourcenallokation in privaten 5G Netzen
| Laufzeit: | 01.03.2021 - 30.06.2024 |
| Leitung: | Prof. Dr.-Ing. Horst Hellbrück |
| Mitarbeiter: | Dipl.-Ing. Fabian John, Domenic Hampf B.Sc.; ehem. (Ole Sellhorn, M.Sc.) |
Hintergrund
Bei KI handelt es sich um eine Schlüsseltechnologie, die das Potenzial hat, ganze Branchen nachhaltig zu beeinflussen bzw. zu verändern.
Der Innovationsbericht der Smart Service Welt zeigt, dass mobile und dynamische Funknetze einen stetig wachsenden Einsatz in der Industrie und medizinischen Versorgung finden, um schnell auf sich verändernde Umgebungsparameter zu reagieren. Ein neuer Lösungsansatz ist das 5G Mobilfunknetz, das auch lokale Installationen, sogenannte private 5G Netze vorsieht. Neben den Frequenzbändern, wie schon bei LTE, im Bereich von 600MHz bis 6GHz, werden mit 5G auch komplett neue Frequenzbänder oberhalb von 24GHz mit neuen Herausforderungen erschlossen. Die komplexen Aufgaben und dynamische Netzkonfigurationen stellen erhöhte Anforderungen an die Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und die Verteilung zur Verfügung stehender Kommunikationsressourcen. Daher ist die Verwendung von KI-Methoden eine Möglichkeit, die Kommunikationsressourcen nicht nur besser zu verteilen, sondern das hochdynamische System zuverlässiger zu gestalten.
Ziel
Ziel des Projekts ist die Optimierung von privaten 5G-Netzen mit KI-Lösungen, so dass das dynamische Systemverhalten durch KI angereicherte Übertragungsprotokolle verbessert und die Zuverlässigkeit erhöht wird.
Ansatz
Die Ressourcenallokation durch etablierte Zuteilungsalgorithmen (zB. eine Aufteilung des Zeit- oder Frequenzbereich, durch unterscheidbare Codes oder ortabhängig) kann mithilfe von KI-Algorithmik optimal auf die Anforderungen von 5G-Anwendungen zugeschnitten werden. KI-Lösungen werden in Mobilfunknetzen bisher nicht eingesetzt. Vorläufige Untersuchungen haben gezeigt, dass sich KI-Methoden dazu eignen, Prozessabläufe im Vorfeld abzuschätzen bzw. Vorhersagen zu machen. Dadurch ist es möglich, kritische Prozesse bei Bedarf gezielter zu starten und die Kommunikation zu optimieren. Die Wirksamkeit dieser Unterstützung wird in einem Testfeld in Schleswig-Holstein gezeigt.
Ergebnisse
5G SA indoor Testbed
Zur Untersuchung von KI-Algorithmen in 5G-Netzen haben wir am CoSA an der Technischen Hochschule Lübeck ein privates 5G standalone (SA) Netz aufgebaut. Unser System basiert auf Open Source Software, standard PC Hardware Komponenten und Software Defined Radios (SDR).
Den Aufbau unseres privaten 5G SA Netzes haben wir detailliert dokumentiert (GIT Repository) und unser Paper zum Referenz Deployment eines minimalen Open Source 5G SA Systems wurde auf der Konferenz ICICN in Zhangye 2022 präsentiert und veröffentlicht[1]. In unserem indoor 5G Testbed erpoben wir neue Algorithmen zur effizienten Ressourcenverteilung in 5G Netzen, demonstrieren 5G Anwendungen, testen neue 5G Endgeräte und transferieren unser 5G Wissen in die Industrie und Lehre. Eine Übersicht zur Ausstattung unseres 5G-Labs finden Sie in der folgenden Tabelle:
Hardware | ||
Typ | Gerät | Anzahl |
Software-Defined-Radio | N310 | 2 |
X300/310 | 1/1 | |
B210 | 2 | |
B205 mini | 4 | |
Desktop PC | Fujitsu Siemens 6-Core CPU | 2 |
ROG Intel i712900KS 8-Core CPU | 2 | |
HP Z4 Intel i7 4-Core CPU | 2 | |
5G-System | Amarisoft Callbox | 1 |
Mecsware | 1 | |
5G-Endgeräte | Google Pixel 4a 5G | 1 |
Samsung Galaxy S21 | 1 | |
Quectel RM500Q-GL | 4 | |
Simcom Modem | 4 | |
Software | ||
5G-Core | OpenAirInterface | |
Open5GS | ||
RAN | OpenairInterface | |
SRSRan | ||
| [1] A Reference Deployment of a Minimal Open-Source Private Industry and Campus 5G Standalone (SA) System (PDF - Authors Manuscript) Fabian John and Jörg Schuljak and Lars B. Vosteen and Björn Sievers and Andreas Hanemann and Horst Hellbrück ICICN 2022: Zhangye, 1--9, 2022. |
| [2] Practical Security Analysis and Measures for 5G Private Industrial Standalone (SA) Deployments Lars Vosteen, Fabian John, Jörg Schuljak, Björn Sievers, Andreas Hanemann, and Horst Hellbrück 26. VDE/ITG Fachtagung Mobilkommunikation, Osnabrück, Deutschland, 1--6, 2022. |
