Künstliche intelligente Funknetze

Bislang wird Spektrum für verschiedene Nutzungen fest zugeteilt, doch das ist ineffizient. In einem Darpa-Wettbewerb haben sich Forscher deshalb jetzt an dynamischer Drahtlos-Kommunikation versucht.

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(Bild: National Telecommunications and Information Administration)

Von
  • Karen Hao

Man bemerkt sie kaum noch, aber drahtlose Kommunikation ist die Grundlage für einen großen Teil unseres modernen Lebens: Mit ihrer Hilfe können wir telefonieren und chatten, per App ein Taxi rufen und Netflix-Shows ansehen. Von der Einführung von 5G soll außerdem das autonome Fahren profitieren und eine Revolution beim Internet der Dinge in Gang gebracht werden. Doch dieser nächste Sprung in der Drahtlos-Technologie wird kaum gelingen ohne eine wichtige Zutat: künstliche Intelligenz (KI).

Ende Oktober traten zehn Teams aus Unternehmen und Wissenschaft gegeneinander an, um eine grundlegend neue Art von Funkkommunikation zu entwickeln. Die Veranstaltung war die sechste und letzte Runde der Spectrum Collaboration Challenge (SC2), der jüngste in einer langen Reihe von „Grand Challenges“. Ausgerichtet werden sie von der US-Forschungsagentur Darpa, um die Entwicklung auf Gebieten wie autonome Autos, fortschrittliche Robotik und autonome Cybersicherheit zu beschleunigen.

Motivation für den Funk-Wettbewerb war die Sorge, der zunehmende Einsatz von Drahtlos-Technologien könne zu einer Überlastung des Äthers führen, den unsere Geräte zur Kommunikation nutzen.

Das so genannte Funkspektrum wird derzeit auf eine nicht sehr effiziente Weise vergeben. In den USA wird es von staatlichen Behörden in voneinander abgegrenzte Frequenzbänder aufgeteilt. Diese werden dann zur exklusiven Nutzung für unterschiedliche private und staatliche Zwecke zugeteilt. Das hilft zwar dabei, Störungen zwischen den Diensten zu verhindern, doch wer die Rechte an einem bestimmten Stück Spektrum besitzt, nutzt es nur selten rund um die Uhr und jeden Tag. Das bedeutet, dass stets ein großer Teil der zugeteilten Frequenzen nicht verwendet wird.

Die Nachfrage nach Spektrum hat so sehr zugenommen, dass diese verschwenderische Praxis untragbar wird. Platz im Äther wird nicht nur für kommerzielle Dienste benötigt, sondern auch für wichtige Regierungs- und Militärkommunikation. Mit dem Eintreffen von 5G-Technologie wird die Lage noch dringlicher.

Also hat die Darpa Ingenieure und Forscher aufgerufen, neuartige Kommunikationsgeräte zu entwickeln, die nicht immer auf derselben Frequenz senden. Stattdessen sollen sie mit einem Maschinenlern-Algorithmus die Frequenzen finden, die gerade verfügbar sind; dabei sollen die Algorithmen verschiedener Geräte zur Optimierung zusammenarbeiten. Statt dauerhaft einzelnen, exklusiven Nutzern zu gehören, wird Spektrum also in Echtzeit dynamisch und automatisch zugeteilt.

„Wir müssen die Welt des Spektrum-Managements auf eine andere technologische Basis stellen“, sagt Paul Tilghman, Programm-Manager bei der Darpa. „Wir müssen wirklich weg von einem System, das vor allem mit Stift und Papier geführt wird, zu einem, das weitgehend autonom von Maschinen gesteuert wird – in Maschinenzeit.“

Mehr als 30 Teams nahmen anfangs an dem Wettbewerb teil und versuchten sich drei Jahre lang an immer anspruchsvolleren Zielen. In der ersten Phase sollten sie von Null auf ein Funk-Gerät bauen, in der zweiten Phase sollte es kooperativ werden, um Informationen mit anderen Systemen auszutauschen. In der letzten Phase mussten die Teams Maschinenlernen integrieren, das ihre kooperativen Funksysteme autonom macht.

In der Endrunde im Oktober traten die zehn Finalisten in fünf simulierten Szenarien direkt gegeneinander an, unter anderem in einer Militär-Mission, einem Katastropheneinsatz und einem überfüllten Konzert.

Bei jedem Szenario ging es um andere Merkmale wie Zuverlässigkeit des Netzes, Priorisierung bestimmter Übertragungen und Verhalten in überfüllten Umgebungen. Den mit 2 Millionen Dollar dotierten Grand Prize nahm am Ende ein Team der University of Florida mit nach Hause.

Noch befindet sich der siegreiche Prototyp in einem sehr frühen Stadium, sodass es noch dauern wird, bis er auf unsere Telefone kommt. Die Darpa hofft jedenfalls, dass ihr SC2 für mehr Investitionen und Engagement zur weiteren Verbesserung der Technologie sorgen wird.

(sma)