Definition Was ist ein Innovative Optical and Wireless Network (IOWN)?

Ein IOWN ist eine Next-Generation-Kommunikations- und Infrastrukturtechnologie. Sie basiert auf den Kerntechnologien All-Photonics Network, Digital Twin Computing und Cognitive Foundation. Merkmale des IOWN sind ein drastisch reduzierter Energieverbrauch, deutlich höhere Übertragungskapazitäten und extrem niedrige Ende-zu-Ende-Latenzen.

IOWN ist das Akronym für Innovative Optical and Wireless Network. Bei einem IOWN handelt es sich um eine innovative Computing-, Kommunikations- und Infrastrukturtechnologie der nächsten Generation. Sie soll durch den Einsatz von fortgeschrittenen Technologien die Anforderungen moderner Anwendungen hinsichtlich Rechenleistung, Kommunikationsgeschwindigkeit und Datenverarbeitungskapazität erfüllen und zu einer smarten, intelligent vernetzten Welt beitragen. Gleichzeitig soll IOWN den Energieverbrauch der Computing- und Netzwerkinfrastrukturen deutlich senken.

Um die Idee und die Entwicklung des Innovative Optical and Wireless Network voranzutreiben, haben führende Technologieunternehmen wie Sony, Intel, Nvidia, Microsoft und weitere unter der Federführung von NTT die IOWN-Initiative gegründet. Zur Umsetzung des IOWN-Konzepts entstand im Jahr 2020 das Innovative Optical and Wireless Network Global Forum (IOWN GF). Das IOWN GF ist ein internationales Standardisierungsgremium für IOWN-Technologien, das auch entsprechende Anwendungsfälle entwickeln soll. Mittlerweile gehören dem Gremium über 140 Unternehmen, Organisationen und Verbände unterschiedlicher Branchen an.

Das Forum entwirft technische Designs und entwickelt Technologien, Frameworks und Spezifikationen für ein All-Photonics Network (APN) mit Edge Computing, Wireless Distributed Computing, Digital Twin Computing und Cognitive Foundation. Als zeitliches Ziel für die Vision eines IOWN hat sich das Global Forum das Jahr 2030 gesetzt. Bereits für das Jahr 2025 werden erste frühe IOWN-Implementierungen erwartet.

Vision und angestrebte Ziele der IOWN-Initiative

Heutige Kommunikations- und Computing-Infrastrukturen sind den Herausforderungen hinsichtlich der zu verarbeitenden Datenmengen, der bereitzustellenden Übertragungskapazitäten und eines energieeffizienten Betriebs kaum noch gewachsen. Die zunehmende Nutzung von Künstlicher Intelligenz und verteilten Computing-Technologien wird diese Situation weiter verschärfen. Nach Meinung vieler Experten und führender Technologieunternehmen ist ein grundsätzlicher Paradigmenwechsel notwendig, um eine zukunftsfähige Kommunikations- und Computing-Infrastruktur zu schaffen, die in der Lage ist, die technologischen und gesellschaftlichen Anforderungen der nächsten Jahrzehnte zu erfüllen.

Aus diesem Grund wurde die IOWN-Initiative ins Leben gerufen. Vision der Initiative ist es, die Welt zu einem besseren Ort zu machen und beste Ergebnisse für die Gesellschaft zu erzielen, indem technische Lösungen und Services bereitgestellt werden, mit denen sich die aktuellen und zukünftigen technologischen, sozialen und ökologischen Herausforderungen bewältigen lassen. Der Fokus der IOWN-Initiative liegt auf photonischen und optischen Technologien, mit denen sich im Vergleich zu den heute vorherrschenden elektronischen Kommunikationstechnologien der Energieverbrauch und die Latenz deutlich senken und gleichzeitig höhere Übertragungskapazitäten bereitstellen lassen.

Konkrete technische Ziele des Innovative Optical and Wireless Network sind:

• die Reduzierung des Energieverbrauchs um das 100-fache

• die Steigerung der Übertragungskapazität um das 125-fache

• die Verringerung der Ende-zu-Ende-Latenz um das 200-fache

Kerntechnologien und prinzipielle Funktionsweise des Innovative Optical and Wireless Network

Das Innovative Optical and Wireless Network basiert auf diesen drei Kerntechnologien:

• All-Photonics Network (APN)

• Digital Twin Computing (DTC)

• Cognitive Foundation (CF)

Unter dem Begriff All-Photonics Network (APN) sind photonische und optische Kommunikationstechnologien zusammengefasst. Sie umfassen den kompletten Netzwerkbereich bis zu den Endgeräten. Heutige elektronische Netzwerktechnologien werden durch durchgängige optische Ende-zu-Ende-Netzwerke ersetzt, in denen die optischen Signale nicht mehr in elektrische Signale umgewandelt werden müssen. Die photonischen Netze verbinden Endgeräte wie Smartphones, Sensoren oder Fahrzeuge mit Computing-Ressourcen und Rechenzentren in Form von optischen Ende-zu-Ende-Kommunikationssystemen. Über solche Infrastrukturen lassen sich große Bandbreiten mit niedrigen Latenzen realisieren. Gleichzeitig steigt die Energieeffizienz der Netze im Vergleich zu elektronischen Systemen deutlich.

Eine weitere Kerntechnologie des IOWN ist das Digital Twin Computing (DTC). Digital Twin Computing erweitert das Konzept der digitalen Zwillinge physischer Objekte, Systeme oder Geräte auf beliebige Dinge und Objekte der realen Welt. Per DTC interagieren digitale Kopien physischer Objekte, realer Personen und sonstiger Dinge wie Fabriken oder Energienetze in Echtzeit und ohne Einschränkungen in einem systemübergreifenden Cyberspace miteinander. Digitale Zwillinge bilden auch innere Abläufe des Menschen wie seine Fähigkeiten, Gedanken und Entscheidungen ab. So lassen sich autonom funktionierende, exakte und umfassende Simulationen der realen Welt schaffen, mit denen genaue Vorhersagen für die Zukunft getroffen werden können. Auf Basis der Simulationen und ihrer Vorhersagen können innovative Services und Anwendungen bereitgestellt werden.

Cognitive Foundation (CF) ist die dritte Kerntechnologie eines IOWN. Man versteht darunter einen datenzentrischen Infrastrukturansatz, der alle ICT-Ressourcen optimal harmonisiert. CF basiert auf einer Multi-Orchestrator-Technologie und nutzt Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen. Ressourcen, Komponenten, Services, Netzwerke und Informationen von der Cloud bis zu den individuellen Endgeräten werden datenzentrisch verlinkt und autonom verwaltet. Computing wird disaggregiert und in den Netzwerken vom Edge- bis in den Core-Bereich eingebettet. Datenverarbeitungsvorgänge lassen sich dadurch dezentralisieren und wesentlich effizienter ausführen. Die Multi-Orchestrator-Technologie bietet eine Art Overlay-Lösung, die die verschiedenen ICT-Ressourcen wie Clouds, Edges, Netzwerkservices und die ICT-Ressourcen der Benutzer optimal und anforderungsgerecht steuert.

Anwendungsbereiche für das Innovative Optical and Wireless Network

Das Innovative Optical and Wireless Network bietet Lösungen für zahlreiche Anwendungsfälle. Es eignet sich besonders für Anwendungen, die schon heute die aktuellen Netzwerke und Computing-Architekturen an ihre Grenzen bringen. Dazu zählen zum Beispiel die Künstliche Intelligenz, Maschinelles Lernen, Blockchains, Big Data oder Virtual, Mixed und Augmented Reality. Diese Anwendungen kommen in Bereichen und Branchen wie Entertainment und Gaming, Medizin, Energieversorgung, Mobilität, Logistik, Produktion, Finanzen oder Forschung zum Einsatz.

Beispiele für typische Anwendungsbereiche eines Innovative Optical and Wireless Network sind:

• Echtzeitdatenanalysen mit Künstlicher Intelligenz am Edge beispielsweise für das autonome Fahren

• Dezentralisierung von Rechenzentren mithilfe von über APNs verbundenen kleineren Rechenzentren

• Realisierung energieeffizienter, datenzentrischer Infrastrukturen für KI-Anwendungen (beispielsweise für das Training oder die Inferenz von großen Sprachmodellen)

• Realisierung mobiler Next-Generation-Kommunikationsnetzwerke basierend auf dem 6G-Standard

• Realisierung einer nachhaltigen, optimierten Smart City durch die Vernetzung verschiedener Funktionen und Services

• Realisierung smarter, multidisziplinärer Produktionsumgebungen

• neue Remote-Arbeitsweisen durch Fernsteuerung von Maschinen und Robotern in Echtzeit mit minimaler Latenz

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Was ist Digital Twin Computing?

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