Wie intelligente Maschinen das GSM-Netz übernehmen könnten

Bereits 1991 führte der damalige finnische Ministerpräsident Harri Holkeri einen Anruf, der zumindest für Trivia-Fans in die Geschichte eingehen sollte. Dies war der erste Anruf, der über das GSM-Telefonprotokoll geführt wurde, das seitdem die Mobilfunknetze auf der ganzen Welt dominiert. 2008 waren mehr als drei Milliarden Menschen mit diesem Netzwerk verbunden.





GSM ist eine Technologie der sogenannten zweiten Generation und wurde seitdem von 3G- und 4G-Netzen abgelöst. Nun erwägt die Telekommunikationspolitik weltweit, das GSM-Netz abzuschalten und die ihm zugeteilten Funkfrequenzen anderweitig zu nutzen. Die chinesische Stadt Macau soll die erste sein, die geplant hat, ihre GSM-Netze ab Juni nächsten Jahres auslaufen zu lassen.

Das mag eine kurzsichtige Entscheidung sein. Heute sagen der Deutsche Corrales Madueňo und ein paar Freunde von der Universität Aalborg in Dänemark, dass das GSM-System ein dediziertes Netzwerk werden sollte, damit intelligente Maschinen miteinander kommunizieren können. Sie haben die Kapazität eines solchen Netzwerks berechnet und wie es zum Kommunikationsrückgrat einer neuen Generation intelligenter Zähler werden könnte.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass GSM-Netze mit einem geeigneten Reengineering überraschend viele M2M-Geräte (Machine-to-Machine) auf sogar einem einzigen Frequenzkanal unterstützen können, sagen Madueňo und Co.



Eine der größten Herausforderungen für Netzwerkingenieure besteht darin, Wege zu finden, um die Raten zu erhöhen, mit denen Einzelpersonen Daten senden und empfangen können. Die neuesten 4G-Netze sind in der Lage, Daten mit Raten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde herunterzuladen. Dagegen schafft GSM weniger als 300 Kilobit pro Sekunde. Deshalb wird GSM für Smartphone-Nutzer zunehmend obsolet.

Die Herausforderung für die Machine-to-Machine-Kommunikation ist jedoch eine andere. Das Ziel ist hier nicht, die Gesamtdatenrate zu erhöhen, sondern effizient auf viele Endgeräte zu verteilen. Die globale Abdeckung von GSM macht es also zu einem idealen Vehikel für diese Art der Kommunikation.

Um herauszufinden, ob das Netzwerk mit einer zukünftigen Generation intelligenter Zähler umgehen kann, berechneten Madueňo und Co. die Zahlen, die wahrscheinlich in einer standardmäßigen Vorstadtumgebung erscheinen werden, zusammen mit der Häufigkeit und Menge der Daten, die sie wahrscheinlich senden werden.



Sie gehen davon aus, dass im Umkreis von 1.000 Metern um eine Standard-Basisstation mit etwa drei intelligenten Zählern pro Haushalt wahrscheinlich über 20.000 Geräte konkurrieren, um über das Netzwerk zu kommunizieren. Diese reichen von intelligenten Gas- und Stromzählern, die alle paar Minuten Daten senden, über Kreditkartenautomaten in lokalen Geschäften bis hin zu Verkehrssensoren und Filmverleihautomaten. Die meisten senden wahrscheinlich nicht mehr als ein paar hundert Bytes gleichzeitig und oft sehr selten.

Madueňo und Co sagen, dass das Netzwerk effizienter gemacht werden kann, wenn man davon ausgeht, dass viele der Geräte sehr ähnliche Anforderungen haben, die erfüllt werden können viel mit einigen einfachen technischen Änderungen.

Diese Änderungen sollten das Netzwerk effizienter machen. Sie berechnen weiter, dass eine GSM-Zelle, die auf einer einzigen Frequenz betrieben wird, bis zu 70 Nachrichten pro Sekunde unterstützen könnte. Dies entspricht etwa 13.000 intelligenten Zählern, die alle fünf Minuten berichten. Das sind 133 Prozent mehr als mit den aktuellen GSM-Netzstandards möglich ist.



Das ist eine interessante Idee. Wenn für die Kommunikationsanforderungen von Smart Metern ein globales Netzwerk von Grund auf neu aufgebaut werden müsste, wäre das eine große Herausforderung. Daher ist es sinnvoll, eine vorhandene Ressource für diesen Zweck zu verwenden.

Obwohl die technischen Herausforderungen einfach zu sein scheinen, wird es eine schwierigere Hürde sein, eine weltweite Vereinbarung zu erhalten, GSM auf diese Weise zu verwenden. Hochfrequenzimmobilien sind ein wertvolles Gut, seien Sie also nicht überrascht, wenn ein erbitterter Kampf um diejenigen bevorsteht, die diese Idee unterstützen.

Ref: arxiv.org/abs/1410.6627 : Reengineering von GSM/GPRS hin zu einem dedizierten Netzwerk für Massive Smart Metering



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