Leitprojekt CampusOS für Anbieter und Anwender

Leitprojekt CampusOS für Anbieter und Anwender - Komponentenbaukasten und Blaupausen für den Aufbau und Betrieb von offenen Campusnetzen

Projektbeschreibung
Mit dem Leitprojekt CampusOS wird das Ziel verfolgt, ein technologisch souveränes modulares Campusnetz-Ökosystem in Deutschland aufzubauen. Der Schwerpunkt liegt auf offenen und sicheren Funknetzen auf Basis offener Funktechnologien und interoperabler Netzkomponenten. Hierdurch sollen Herstellerunabhängigkeit und mehr Wettbewerb sowie Innovation ermöglicht werden, um die digitale Souveränität der Unternehmen in Deutschland zu stärken.

CampusOS wird als ein offenes E2E programmierbares 5G+ System aufgebaut. Damit erstreckt sich das Campusnetz-Ökosystem auf alle wesentlichen Bestandteile des Netzes, darunter das Funkzugangsnetz (RAN), das Kernnetz (Core), Endgeräte (UE), virtualisierte Cloud-Computing-Infrastruktur sowie Management und Betrieb (MANO). Auch der Einsatz von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen (KI/ML) wird betrachtet. Es werden offene Lösungen, wie z. B. OpenRAN analysiert und mit integrierten Funkzugangslösungen etablierter Netzanbieter verglichen. Die offenen Campusnetze werden dann auf Basis eines erweiterbaren Technologie-Baukastens realisiert. Dieser wird einen Komponentenkatalog und Blaupausen für verschiedene Betreibermodelle sowie funktionierende Kombinationen der Komponenten umfassen.

Marktperspektive und Produktversprechen
Dank der 5G-Technologie und der Nutzung dedizierter Frequenzen können Campusnetze höchste Dienstgüteanforderungen hinsichtlich Latenz, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Kommunikationsnetzen erfüllen. Das macht 5G-Campusnetze sowohl für Anwendungen im wirtschaftlichen und industriellen Bereich als auch für den öffentlichen Sektor wie dem Gesundheitswesen attraktiv. Sie gelten daher als wichtiger Wegbereiter zum Beispiel für die Fabrik oder Klinik der Zukunft. Weitere konkrete Anwendungsfelder sind unter anderem im Hafenbereich, in der Logistik, auf Baustellen oder in der Landwirtschaft zu finden.

Use Cases
Offene Schnittstellen schaffen die Voraussetzung, Komponenten für unterschiedliche Anwendungsdomänen zu entwickeln. Dafür werden folgende Use Cases im regulären Betrieb evaluiert:
• Vernetzte Mobilität: teleoperiertes Fahren in lokal begrenzten Bereichen und netzwerkgestützte funktionale Sicherheit bei BOSCH in Hildesheim.
• Industrie 4.0: latenzarme und resiliente Steuerung von Fahrzeugen sowie Übertragung von Videos mit sehr hohen Datenraten bei STILL in Hamburg.
• Bauwesen: Überwachung von Baustellen in Echtzeit sowie Vernetzung aller auf Baustellen im Einsatz befindlicher Sensoren und Baumaschinen bei Topcon.

Herausforderung und Innovation
5G und künftig 6G werden nicht nur Maschinen miteinander vernetzen, sondern auch die Mensch-Maschine-Interaktion neu definieren. Die mit 5G erzielbare latenzarme Kommunikation mit einer stark erhöhten Datenrate und hoher, SLA (Service Level Agreement) -abhängiger Zuverlässigkeit ermöglicht völlig neue Anwendungen in Bereichen wie Industrie 4.0, Telemedizin, AR/VR und Vernetzte Mobilität.

Die Chancen und Mitgestaltungsmöglichkeiten für deutsche sowie europäische Anbieter und Anwender von 5G werden insbesondere in den Campusnetzen und ihren vielfältige Einsatzzwecken liegen. Jeder Anwendungsbereich hat branchenspezifische Anforderungen an Flexibilität, Effizienz, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Latenz. Auf eine solche Individualisierung von Netzen und Diensten sind die großen Netzausrüster, die hochgradig vertikal integrierte Lösungen anbieten, zurzeit nicht ausgerichtet – die Nischenlösungen erfordern branchenspezifisches Spezialwissen und Software, die teilweise außerhalb des Kompetenz- und Geschäftsbereichs der etablierten Netzausrüster liegen. Aus diesem Grund werden benötigte Services und Spezialanforderungen in konkreten Campusnetzen nicht ausreichend bedient, was zu erheblichen Innovationshemmnissen führt. Dadurch entstehen Marktlücken und somit gute Möglichkeiten für deutsche Start-ups und den Mittelstand sowie für Innovationen im 5G-Umfeld.

Lösungsansatz
Offene Campusnetze sollen auf Basis eines erweiterbaren Technologie-Baukastens realisiert werden. Dieser beinhaltet einen Katalog mit offenen Technologiekomponenten und einen Satz an erprobten Blaupausen zum Aufbau und Betrieb von Campusnetzen auf Basis der vorgenannten Bausteine. Dabei sollen offene Lösungen, wie z. B. Open RAN als auch konventionelle, integrierte Basisstationen auf der Basis von 3GPP Release 16 (5G) und höher für den Stand Alone (SA) Betrieb in den Frequenzbändern 3,7 GHz und höhere (z.B. 26 GHz) zum Einsatz kommen.

Ferner sollen Funktionen und Schnittstellen im Hinblick auf die Offenheit und Interoperabilität für relevante Szenarien untersucht werden. Auf dieser Basis werden offene E2E Campus-Netz Architekturen untersucht und unter dem Einsatz von offenen und (teil-)integrierten Bausteinkombinationen, ggfs. mittels Werkzeuge / Tools, evaluiert werden.

Die Entwicklung und Umsetzung des Technologie-Baukastens wird im Rahmen des Leitprojekts erfolgen. Dieses ist in zwei Schwerpunkte gegliedert: einmal aus Anbieterperspektive und einmal aus Anwenderperspektive. Das Vorgehen im Leitprojekt ist iterativ, um schnellstmöglich einen initialen Technologie-Baukasten an Komponenten (als Bausteine) und Blaupausen aufzubauen, der dann über die Laufzeit erweitert wird.

In diesem Kontext werden verschiedene Betreibermodelle (Private vs. Public und der gemischte Betrieb) sowie das Interworking betrachtet und die Anforderungen an das System ermittelt. Dies erfordert die Durchführung einer Markt-Analyse mit Betrachtung der Anbieter sowie aktuellen Einsatzszenarien und Betreibermodellen sowie der Bausteine für Endgeräte, Open RAN, MANO usw.

Das Leitprojekt wird um die CampusOS-Satellitenprojekte ergänzt. Diese Projekte dienen einerseits der Validierung, der in den Leitprojekten bereits erfassten Komponenten und Blaupausen in spezifischen Branchen und Anwendungsszenarien. Andererseits wird der Technologie-Baukasten erweitert, indem neue Technologiekomponenten und Blaupausen für bedarfsgerechte Kombinationen und neue Betreibermodelle entwickelt und getestet werden. Dies kann auch neue Testwerkzeuge beinhalten.

Konsortium
Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut, Fraunhofer FOKUS, Siemens Aktiengesellschaft, Deutsche Telekom AG, MUGLER SE, highstreet technologies GmbH, Rohde & Schwarz GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Atesio GmbH, BISDN GmbH, rt-solutions.de GmbH, EANTC Aktiengesellschaft, BROWN-IPOSS GmbH, Node-H GmbH, Kubermatic GmbH, SysEleven GmbH, Technische Universität Berlin, Technische Universität Kaiserslautern, Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung, GPS Gesellschaft für Produktionssysteme GmbH, TOPCON Deutschland Positioning GmbH, Smart Mobile Labs AG, STILL Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Technische Universität Berlin.

Laufzeit
Januar 2022 – Dezember 2024

Budget
Gesamtmittel: 30,1 Mio.
Fördersumme: 18,1 Mio.

Ansprechpartner

Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut

Prof. Dr.-Ing. Slawomir Stanczak

Homepage: CampusOS Projekt

Ansprechpartner

Fraunhofer FOKUS

Prof. Dr.-Ing. Thomas Magedanz