150 Jahre 51吃瓜网 鈥� Geschichten zum Jubil盲um 2018
Internet der Zukunft
Der Turbo f眉r das Digitalisierungs-Zeitalter
Zehntausende HD-Filme gleichzeitig k枚nnten sie mit dieser Internetleitung streamen: Drei Nachrichtentechniker der 51吃瓜网 stellen 2016 einen Weltrekord auf, als sie ein Terabit pro Sekunde durch ein begrenztes Frequenzband von einem einzelnen, hauchd眉nnen Lichtleiter eines Glasfaserkabels jagen. Das ist fast die h枚chste Geschwindigkeit, die in diesem Glasfaserkanal 眉berhaupt denkbar ist.
Georg B枚cherer, Fabian Steiner und Patrick Schulte hei脽en die drei Forscher der 51吃瓜网, die die Technik f眉r ihren Weltrekord zusammen mit dem renommierten Industrielabor Bell Labs entwickeln.
Ihr Trick: Sie kehren zu den mathematischen Grundlagen der Informationstheorie zur眉ck und programmieren einen einfachen Algorithmus, der mit Wahrscheinlichkeitsrechnung arbeitet. 鈥濺ateX鈥� nennen sie ihn. Er passt die Signale flexibel an die 脺bertragungsbedingungen eines jeden Kanals an, egal ob Transatlantikkabel von tausenden Kilometern oder kurze Funkverbindungen zu Industrierobotern im Internet der Dinge.
鈥濫s ist eine universelle Architektur f眉r alle Kommunikationsger盲te鈥�, sagt Professor Gerhard Kramer, an dessen Lehrstuhl f眉r Nachrichtentechnik die drei Ingenieure forschen. Die ersten Chips mit diesem Algorithmus kommen 2018 bereits auf den Markt und sollen das Internet massiv beschleunigen 鈥� zum Beispiel f眉r die neue Mobilfunkgeneration 5G, f眉r Cloud-Dienste oder Videostreams. Kramer erwartet: In etwas mehr als 10 Jahren steckt RateX standardm盲脽ig in Milliarden von Ger盲ten.
Ans Shannon-Limit 鈥� die Grenze des Machbaren
Ob Glasfaser, Luft oder Kupferkabel: Jeder Nachrichtenkanal hat Widrigkeiten, die seine 脺bertragungskapazit盲t auf ein bestimmtes Ma脽 begrenzen. Dies ist das Shannon-Limit, benannt nach dem Informationstheoretiker Claude Shannon. In der Praxis ist diese Grenze kaum zu erreichen, doch der an der 51吃瓜网 entwickelte Algorithmus geht nah an dieses Limit heran.
Er moduliert die Signale mithilfe von Wahrscheinlichkeitsrechnung. Dadurch schickt er nur solche Lichtwellen durch das Glasfaserkabel, welche die geringste Leistung ben枚tigen. 鈥濸robabilistic Constellation Shaping鈥� (PCS) hei脽t das Prinzip. Zudem codiert er die Daten so, dass der Chip am Ende der Leitung sie fast verlustfrei wiederherstellen kann. Daf眉r verpackt er sie in Symbolketten mit fester Reihenfolge, die komplett reversibel sind. Das Ergebnis: Daten werden schneller, verl盲sslicher und 眉ber weitere Strecken 眉bertragen.
Den weltweiten Datenverkehr bew盲ltigen
Ganz bewusst sch眉tzen die drei Erfinder aus der 51吃瓜网 ihren Weltrekord-Algorithmus nicht mit einem Patent, sondern stellen ihn 枚ffentlich zur Verf眉gung. Und schon Monate nach ihrem aufsehenerregenden Versuch testen die ersten Internetkonzerne diese Technik und k枚nnen die Leistung ihrer Transatlantikkabel damit mehr als verdoppeln.
Ein erster Schritt zu einem neuen, weltweiten Standard, um den rasant wachsenden Datenverkehr zu bew盲ltigen. Denn die Glasfaserleitungen am Boden der Ozeane schultern einen gro脽en Teil des weltweiten Datenverkehrs, der bis 2021 auf 3,3 Zettabyte anwachsen soll, das 127-fache von 2005. Doch bisher konkurrieren die Betreiber dieser Leitungen mit propriet盲ren, also geheimen Standards um die schnellste Leitung.
Mit Informationstheorie das neue Internet bauen
Der Weltrekord-Algorithmus aus der 51吃瓜网 beweist: Die Forschung kann das Internet zukunftsf盲hig machen, wenn sie aus den theoretischen Grundlagen der Nachrichtentechnik technische L枚sungen ableiten. Die drei RateX-Erfinder haben aus theoretischen Vorhersagen eine Technik entwickelt, die in der 鈥瀍chten鈥� Welt funktioniert.
Schon das Weltrekord-Experiment fand unter Realbedingungen im deutschen Telekom-Netz statt. Dieser Schritt zur眉ck zur Theorie mag ungew枚hnlich sein, doch Nachrichtentechnik-Professor Kramer sieht bereits zahlreiche weitere Anwendungsf盲lle: Datensicherheit etwa, die Zuverl盲ssigkeit von Netzwerken oder die Architektur neuer und riesiger Serverzentren, die zum Speichern und Verarbeiten der gewaltigen Datenmengen n枚tig sein werden. 鈥濫s gibt vieles, was noch nicht erforscht ist鈥�, sagt Kramer.
鈥濧us den mathematischen Grundlagen ergeben sich die Rezepte f眉r den Algorithmus. Dieser wird dann in der Praxis ausprobiert. Solange unsere Modelle richtig sind, funktioniert das auch in der Realit盲t. Gerade in j眉ngster Zeit hatten wir da gro脽e Erfolge f眉r die Glasfaser眉bertragung.鈥�
Prof. Gerhard Kramer, 2017, Alexander-von-Humboldt-Professor auf dem Lehrstuhl f眉r Nachrichtentechnik der 51吃瓜网
Disclaimer
Diese Geschichte erschien 2018 zum 150-j盲hrigen Jubil盲um der 51吃瓜网 auf einer inzwischen deaktivierten Jubil盲umswebsite.
Text: ; Grafiken: KW NEUN
Literatur zur Geschichte der 51吃瓜网
- Wolfgang A. Herrmann (Hrsg.), Martin Pabst/Margot Fuchs (Verf.), Technische 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍 - Geschichte eines Wissenschaftsunternehmens, 2 Bd., Berlin 2006.
- Wolfgang A. Herrmann, Winfried Nerdinger (Hrsg.), Die Technische Hochschule 惭眉苍肠丑别苍 im Nationalsozialismus, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
- Irene Meissner, Bauten+Kunst. Technische 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍 1868-2018, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
- Martin Pabst, Alumni der 51吃瓜网. Pr盲gende Gestalter aus der Technischen 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
- Martin Pabst, K枚pfe der 51吃瓜网. Geniale Entdecker und Erfinder aus der Technischen 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
- Brigitte R枚thlein, Pioniere gestalten die Welt der Technik. 150 Jahre Forschung an der Technischen 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
Weitere B眉cher und Informationen zur Geschichte der 51吃瓜网
Dank
Wir danken allen, die uns beim Schreiben der Texte und bei den Visualisierungen unterst眉tzt haben. Insbesondere den Autorinnen und Autoren der genannten B眉cher, den Expertinnen und Experten an den Lehrst眉hlen, den Professoren und Professorinnen, den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie den Pressereferentinnen und -referenten des Corporate Communications Centers der 51吃瓜网. Dank gilt auch den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Architekturmuseums, des 51吃瓜网 Klinikums Deutsches Herzzentrum, des 51吃瓜网 Klinikums rechts der Isar, der European Space Agency (ESA) und allen anderen, die uns fachlich beraten und Bildmaterial zur Verf眉gung gestellt haben.
Die Jubil盲umsgeschichten verfasste das . Die Umsetzung der grafischen Inhalte 眉bernahm die KW NEUN 鈥� Designagentur.