· 4 Min. Lesezeit · Gaia Lab
Womit es verbunden ist: die 5G- und B5G-Experimentierinfrastruktur auf dem Campus Espinardo
Ein Rundgang durch das 5G-SA-Netz, die V2X-Einheiten, das LoRaWAN-Netz, die Rechenzentren und das programmierbare Netz, die die Experimente von Gaia Lab tragen.
Wenn wir das Versuchsfahrzeug vorstellen, verweilen wir meist bei dem, was es an Bord hat. In diesem Beitrag drehen wir die Frage um und erklären, womit es verbunden ist: Das Fahrzeug ist das mobile Ende der 5G- und B5G-Experimentierinfrastruktur, die wir bei Gaia Lab, innerhalb der ANTS-Gruppe der Universität Murcia, auf dem Campus Espinardo aufgebaut haben. Wir beschreiben ihre fünf Bausteine und wie das Fahrzeug den Kreis schließt.
Privates 5G-SA-Netz #
Die Grundlage ist ein privates 5G-Netz des Campus im Standalone-Modus (SA). Es kombiniert softwaredefinierte Funktechnik (Ettus B210 und N310, BladeSDR) mit kommerziellen Geräten, und wir verfügen über Kernnetz und Funkkomponenten von Amarisoft, Open5GS, Nokia, OAI und srsRAN. Diese Vielfalt erlaubt es uns, denselben Test auf verschiedenen Implementierungen aufzusetzen und ihr Verhalten zu vergleichen.
Mehrere über die Gebäude des Campus verteilte gNB machen Versuche in Bewegung möglich: den Handover zwischen Basisstationen, seine Vorhersage mittels künstlicher Intelligenz und die Übertragung von 4K-Video, das Abdeckungsverlusten standhält. Das Fahrzeug verbindet sich über sein 5G-Modem und seine Außenantennen, und jede Netzmessung wird durch den hochpräzisen GNSS-Empfänger georeferenziert.
Kooperative Kommunikation: C-ITS / V2X #
Für die Fahrzeugkommunikation verfügen wir über Cohda-MK6-Einheiten mit Doppelrolle, die als straßenseitige oder fahrzeugseitige Einheit arbeiten, auf dem Campus einsetzbar sind und 5G-Konnektivität, PC5 und C-ITS-Dienste bieten. Mit ihnen erproben wir den Austausch kooperativer Nachrichten zwischen Fahrzeug und Infrastruktur sowie zwischen Fahrzeugen, sowohl über PC5 / ITS-G5 als auch über das 5G-Netz. Die OBU in der Kabine ist ihr mobiles Gegenstück und sendet in Echtzeit Positions- und Geschwindigkeitsnachrichten.
Internet der Dinge: LoRaWAN auf dem Campus #
Die IoT-Schicht stützt sich auf zwei Kerlink-iStation-Gateways bei 868 MHz mit einem ChirpStack-Netzwerkserver und Anbindung an The Things Network. Sie sammelt die Daten der Campussensoren (Verkehr, Energie, Umwelt). Ihr Interesse für das Fahrzeug liegt in der Korrelation: Das LoRaWAN-Funkmodul in der Kabine erlaubt uns, das, was das Fahrzeug misst, mit dem abzugleichen, was die feste Infrastruktur misst – am selben Ort und zur selben Zeit.
Rechenleistung und Cloud #
Die Experimente mit B5G-Netzen erfordern mehr Rechenleistung, als in ein Fahrzeug passt. Wir verfügen über drei Rechenzentren, ATICA, PLEIADES und GAIA, mit mehr als 1.500 CPUs und rund 15 TB RAM, orchestriert mit Proxmox, OpenStack, OSM und Kubernetes. Auf ihnen laufen die Kernnetze sowie die Netz- und KI-Dienste, die nicht im Fahrzeug mitreisen, ebenso wie die digitalen Zwillinge am Rand des Netzes.
Das Fahrzeug bildet einen Teil dieser Kapazität in Bewegung nach: Seine Bordrecheneinheit und sein Edge-Rack der Serverklasse, mit Platz für Geräte bis 8 HE, führen Dienste aus, die normalerweise in einem Rechenzentrum leben würden. So können wir untersuchen, was besser am Rand verarbeitet und was in die Cloud geschickt wird – mit dem 5G-Netz dazwischen.
Programmierbares Netz #
Die Infrastruktur stützt sich auf ein SONiC-Backbone mit 100-Gbit/s-Verbindungen zwischen den Standorten und 25/40 Gbit/s intern. Darauf experimentieren wir mit programmierbaren Netzen über OpenFlow und P4 und halten die Zeitsynchronisation mit PTP aufrecht. Ersteres erlaubt uns, das Routing zwischen den Bausteinen umzukonfigurieren, ohne die Verkabelung anzufassen; Letzteres liefert eine gemeinsame Zeitreferenz für die Geräte der Infrastruktur.
Das Fahrzeug als mobiles Ende #
Die Tabelle fasst jeden Baustein und sein Gegenstück im Fahrzeug zusammen.
| Baustein | Ausrüstung | Einsatz in den Experimenten | Gegenstück im Fahrzeug |
|---|---|---|---|
| 5G-SA-Netz | Ettus B210 und N310, BladeSDR; Amarisoft, Open5GS, Nokia, OAI, srsRAN; mehrere gNB | Tests in Bewegung, Handover zwischen gNB, 4K-Video | 5G-Modem und Außenantennen |
| C-ITS / V2X | Cohda MK6 mit Doppelrolle | Kooperative Nachrichten über PC5 / ITS-G5 und 5G | OBU in der Kabine |
| IoT LoRaWAN | Zwei Kerlink iStation bei 868 MHz, ChirpStack, The Things Network | Korrelation mit den Campussensoren | LoRaWAN-Funkmodul in der Kabine |
| Rechenleistung und Cloud | ATICA, PLEIADES und GAIA; > 1.500 CPUs, ~15 TB RAM; Proxmox, OpenStack, OSM, Kubernetes | Kernnetze und Netzdienste, digitale Zwillinge | Recheneinheit und Edge-Rack bis 8 HE |
| Programmierbares Netz | SONiC-Backbone, 100 Gbit/s zwischen Standorten, 25/40 Gbit/s intern, OpenFlow, P4, PTP | Vernetzung, SDN-Experimente, Synchronisation | Internes Netz des Fahrzeugs |
So betrachtet ist das Fahrzeug der Punkt, an dem alle diese Bausteine in Bewegung und auf realem Terrain zusammenkommen: Es lädt, was seine Sensoren erfassen, ins 5G-Netz hoch, tauscht kooperative Nachrichten mit den straßenseitigen Einheiten aus und verteilt die Rechenlast zwischen seinem Edge-Rack und den Rechenzentren.
In kommenden Beiträgen dokumentieren wir jeden Baustein einzeln.