Digitale Zwillinge für Kommunikationsnetze
03.03.2026Mit sogenannten „Network Digital Twins“ arbeiten IT-Profis, um Kommunikationsnetze ausfallsicher zu analysieren und zu optimieren. Würzburger Forscher entwickeln solche Zwillinge für Netze mit einer Größe von über 10.000 Knoten.
Kommunikationsnetze ermöglichen es, mit dem Smartphone zu telefonieren, zu Hause im Internet zu surfen und in der Firma digitale Arbeitsprozesse zu erledigen. Es gilt: Je größer ein Netz, also je mehr Knoten es besitzt, desto schwieriger ist es, Qualität und Funktionalität dauerhaft zu kontrollieren.
Um Netze sicher vor Ausfällen und Komplikationen testen zu können, möchten IT-Fachleute Network Digital Twins (NDT) benutzen. Der Name ist dabei Programm: Ein digitaler Zwilling eines physischen Netzes dient als Modell, das nahezu in Echtzeit betrieben werden kann. Darauf lassen sich Netze simulieren, analysieren, optimieren und potenzielle Probleme identifizieren. Das Spektrum reicht vom einfachen Router bis zum nationalen Netz eines Internetanbieters.
Seit Januar 2025 arbeitet ein Forschungsteam des Lehrstuhls für Kommunikationsnetze der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) an einem NDT für große Kommunikationsnetze, die über 10.000 Knoten groß sein können. Das Projekt wird vom Bayerischen Verbundforschungsprogramm (BayVFP) – Digitalisierung des Freistaats Bayern gefördert. Projektpartner ist die in Würzburg angesiedelte Firma Infosim GmbH & Co. KG.
„Unser Partner ist auf Network Management Systeme spezialisiert. Damit können IT-Profis individuelle Komponenten eines Netzes verwalten. Unser Ziel ist es NDT mit diesen Systemen zu verheiraten und daraus ein zukunftssicheres Netz-Management der nächsten Generation zu entwickeln“, so Professor Tobias Hoßfeld, Leiter des JMU-Lehrstuhls und gemeinsam mit Lehrstuhl-Mitarbeiter Dr. Frank Loh Projektleiter.
Ein Generator, um nationale Netze zu simulieren
Bisher hat das Team einen funktionierenden Topologie-Generator entwickelt, also eine Anwendung, die die Anordnung von Geräten oder Knoten in einem Netz darstellt. Mit diesem lassen sich potenzielle Netze auf nationaler Ebene konzipieren. „Wir haben beispielsweise eine Topologie für Internetanbieter anhand von Bevölkerungsdaten für Deutschland erstellt. Der Generator hat uns eine mögliche Knotenverteilung für den Datenverkehr auf Bundesebene ausgegeben“, erklärt Fabian Poignée, Lehrstuhl- und Projektmitarbeiter.
Das Software-Tool fand bereits Zuspruch bei Firmen und dem Fachpublikum auf der NetSys-Konferenz 2025 in Ilmenau. Der von den JMU-Wissenschaftlern entwickelte Generator bietet die Grundlage für Simulationen, die Internet-Anbieter künftig zur Netz-Optimierung nutzen können. In der kommenden Phase des Projekts konzentriert sich das Team darauf, bestehende Probleme in großen Netzen zu identifizieren, deren Resilienz zu prüfen und die Skalierbarkeit zu testen.
Den richtigen Abstraktionsgrad finden
„Skalierbarkeit ist bei digitalen Zwillingen besonders wichtig, da ein großes simuliertes Netz typischerweise an Genauigkeit zum realen Gegenüber einbüßt, um in angemessener Zeit berechnet werden zu können und die Echtzeitanforderung von digitalen Zwillingen zu unterstützen“, so Poignée. Die Devise für laute, den richtigen Grad an Abstraktion zu wählen. Es gelte, zu entscheiden, welche Komponenten für die Simulation rausgenommen werden können und welche unbedingt drinbleiben müssen.
Im nächsten Projektschritt will das Team um Professor Hoßfeld den Generator zusammen mit dem Netzmanagementsystem der Infosim verbinden.
Weiterführende Links
Der Topologie-Generator POBTOG ist als Open-Source-Software auf GitHub verfügbar.
Kontakt
Prof. Dr. Tobias Hoßfeld, Leiter des Lehrstuhls für Informatik III (Kommunikationsnetze), T +49 931 31-86049, tobias.hossfeld@uni-wuerzburg.de
Dr. Frank Loh, Lehrstuhl für Informatik III (Kommunikationsnetze), T +49 931 31-88229, frank.loh@informatik.uni-wuerzburg.de
Fabian Poignée, Lehrstuhl für Informatik III (Kommunikationsnetze), T +49 931 31-85960, fabian.poignee@uni-wuerzburg.de
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