Skip to main content
SpringerLink
Log in

5G basierte Anforderungsanalyse und Referenzarchitektur für zukunftsfähige und massentaugliche Microservice-basierte Warnsysteme im Katastrophenschutz

  • Conference paper
  • First Online:
Umweltinformationssysteme – Wie verändert die Digitalisierung unsere Gesellschaft?

  • 1892 Accesses

Zusammenfassung

Die für Umweltinformationssysteme bewährte Methodik der Datenerfassung durch verteilte Sensoren benötigt ein robustes Netzwerk sowie eine robuste Systemarchitektur. Unterstützt durch Innovationen im Bereich der künstlichen Intelligenz, dem Mobilfunk und IoT, können großräumige mobilfunk-basierte Umweltinformations- und Überwachungssysteme entwickelt werden. Diese Systeme umfassen verteilte dezentrale Sensornetzwerke, bestehend aus einer großen Anzahl performanter bidirektional kommunizierender Sensoren, welche mobil oder statisch konstant Daten erfassen und versenden können. Allerdings produzieren der kontinuierliche sensorgetriebene IoT-Data-Stream sowie die Verarbeitung massenhaft erzeugter Daten eine große Last für Mobilfunknetzwerke. Deren Rand- und Zugangsnetzwerke müssen in der Lage sein immense Datenmengen aufnehmen und weiterleiten zu können. Die zentralen Systemkomponenten der Applikationen müssen nahe Echtzeit neue Daten aufnehmen und analysieren. Hier entstehen neue Anforderungen an bestehende System- und Netzwerkarchitekturen, um sowohl Daten-Flaschenhälse zu vermeiden, als auch die Systemverfügbarkeit zu den Services zu gewährleisten. Dieser Beitrag präsentiert daher am Beispiel eines bestehenden Microservice-basierten Warnsystems für den Katastrophenschutz eine neue Referenzarchitektur, welche durch topologische Neuanordnung einzelner Services die eigentliche Applikation durch die Domäne des Telekommunikationsanbieters erweitert, um so durch 5G Technologien den neuen Anforderungen hoher Netzwerkbelastungen gerecht zu werden.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Log in via an institution
Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 79.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Hardcover Book
USD 99.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Literatur

  1. Ahmed, A., & Ahmed, E. (2016). A survey on mobile edge computing. In: Proceedings of the 10th international conference on intelligent systems and control (ISCO), Coimbatore (S. 1–8). https://doi.org/10.1109/ISCO.2016.7727082.

  2. Casoni, M., Grazia, C. A., & Klapez, M. (2017). A software‐defined 5G cellular network with links virtually pooled for public safety operators. Transactions on Emerging Telecommunications Technologies 28:e3092. https://doi.org/10.1002/ett.3092.

  3. Câmara, D., & Nikaein, N. (Hrsg.), (2017). Wireless public safety networks 3: A systematic approach. ISTE Press – Elsevier.

    Google Scholar 

  4. 3GPP. (2016). Technical specification group services and system aspects: Multimedia broadcast/multicast service (MBMS); Architecture and functional description, (Release 14), 3GPP TS 23.246 v14.1.0.

    Google Scholar 

  5. 3GPP. (2019). Technical specification group services and system aspects: Public warning system (PWS) requirements, (Release 16), 3GPP TS 22.268 v16.3.0.

    Google Scholar 

  6. ETSI GS MEC 003 V1.1.1. (2016). Mobile edge computing (MEC): Framework and reference architecture.

    Google Scholar 

  7. ETSI GS MEC 005 – V2.1.1. (2019). Multi-access edge computing (MEC): Proof of concept framework 1:1–15.

    Google Scholar 

  8. Holmberg, C., & Arnold M. (2019). Push notification with the session initiation protocol (SIP), RFC 8599, DOI https://doi.org/10.17487/RFC8599, https://www.rfc-editor.org/info/rfc8599.

  9. Hu, Y. C., Patel, M., Sabella, D., Sprecher, N., & Young, V. (2015). Mobile edge computing a key technology towards 5G. ETSI White Paper No. 11 Mobile 11:1–16. https://www.etsi.org/images/files/ETSIWhitePapers/etsi_wp11_mec_a_key_technology_towards_5g.pdf. Zugegriffen: 20. Mai. 2020.

  10. Kolios, P., Pitsillides, A., Mokryn O., & Papdaki, K. (2016). Data dissemination in public safety networks. Wireless public safety networks 2, S. 199–225. Elsevier.

    Google Scholar 

  11. Kubo, T., Yoshiaki, H., Masahiro, M., Fusako, K., & Kohei, H. (2011). Application of an earthquake early warning system and a real-time strong motion monitoring system in emergency response in a high-rise building. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 31(2), 231–239.

    Article  Google Scholar 

  12. Kuklinski, S., Tomaszewski, L., Osinski, T., Ksentini, A., Frangoudis, P. A., Cau, E., & Corici, M. (2016). A reference architecture for network slicing. In: 4th IEEE conference on network softwarization and workshops, NetSoft S. 272–276. https://doi.org/10.1109/NETSOFT.2018.8460057.

  13. Le, N. T., Hossain, M. A., Islam, A., Kim, D. Y., Choi, Y. J., & Jang, Y. M. (2016). Survey of promising technologies for 5G networks. Mobile information systems. https://doi.org/10.1155/2016/2676589.

  14. Lecompte, D., & Gabin, F. (2012). Evolved multimedia broadcast/multicast service (eMBMS) in LTE-advanced: Overview and Rel-11 enhancements. IEEE Communications Magazine, 50(11), 68–74. https://doi.org/10.1109/MCOM.2012.6353684

    Article  Google Scholar 

  15. Mach, P., & Becvar, Z. (2017). Mobile edge computing: A survey on architecture and computation offloading. https://doi.org/10.1109/COMST.2017.2682318.

  16. Meissen, U. (2012). Targeted alerting in early warning systems.

    Google Scholar 

  17. Meissen, U., Faust, D., & Fuchs-Kittowski, F. (2013). WIND – A meteorological early warning system and its extensions towards mobile services. In: EnviroInfo 2013: Environmental informatics and renewable energies, 27th international conference on informatics for environmental.

    Google Scholar 

  18. Meissen, U., Hardt, M., & Voisard, A. (2014). Towards a general system design for community-centered crisis and emergency warning systems. In: Hiltz, S.R. (Hrsg.), 11th international conference on information systems for crisis response and management (ISCRAM 2014), ISBN: 978-0-692-21194-6, S. 155–159.

    Google Scholar 

  19. Meissen, U., & Fuchs-Kittowski, F. (2014). Towards a reference architecture of crowdsourcing integration in early warning systems. In: 11th international conference on information systems for crisis response and management (ISCRAM 2014), S. 334–338.

    Google Scholar 

  20. Meissen, U., Fuchs-Kittowski, F., Jendreck, M., Hardt, M., Pfennigschmidt, S., & Voisard, A. (2017). A general system architecture and design for the coordination of volunteers for agile disaster response. In: 14th international conference on information systems for crisis response and management (ISCRAM 2017), S. 890–900.

    Google Scholar 

  21. Meissen, U., Pfennigschmidt, S., Hardt, M., & Faust, D., et al. (2018). KATWARN – A microservice-based architecture for distributed, flexible and robust warning systems. In H.-J. Bungartz (Hrsg.), Advances and new trends in environmental informatics: managing disruption, big data and open science; international conference on informatics for environmental protection (EnviroInfo2018), September 5–7, 2018, Garching, Munich, Germany (S. 213–225). Cham: Springer Nature.

    Chapter  Google Scholar 

  22. Meissen, U., Pfennigschmidt, S., Hardt, M., Faust, D., & Fuchs-Kittowski, F. (2018). A microservice based reference architecture for interoperable, flexible and robust warning systems. CEUR Workshop proceedings, 2197, 209–224.

    Google Scholar 

  23. Mitrofanov, S., Anisimov, A., & Turlikov, A. (2015). EMBMS LTE usage to deliver mobile data. International congress on ultra modern telecommunications and control systems and workshops, 2015, 60–65. https://doi.org/10.1109/ICUMT.2014.7002079

    Article  Google Scholar 

  24. Moßgraber, J. (2017). Ein Rahmenwerk für die Architektur von Frühwarnsystemen (29. Aufl.). Karlsruhe: KIT Scientific Publishing.

    Google Scholar 

  25. Niebla, C.P., Chaves, J.M., & Cola, T.D. (2016). Design aspects in multi-channel public warning systems.

    Google Scholar 

  26. Tran, T. X., Hajisami, A., Pandey, P., & Pompili, D. (2017). Collaborative mobile edge computing in 5G networks: New paradigms, scenarios, and challenges. IEEE Communications Magazine. https://doi.org/10.1109/MCOM.2017.1600863.

  27. Usman, M., Gebremariam, A., Raza, U., & Granelli, F. (2015). A software-defined device-to-device communication architecture for public safety applications in 5G networks. IEEE Access, 3, 1649–1654. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2015.2479855

    Article  Google Scholar 

  28. Wei, B., Chen, Y., Huang, H., Jana, R. (2004). A multimedia alerting and notification service for mobile users. In: Emerging Applications for Wireless and Mobile Access, MobEA II.

    Google Scholar 

  29. Yarali, A. (2019). Public safety networks from LTE to 5G. Chichester: Wiley.

    Google Scholar 

  30. Zhao, S., Addams-Moring, R., & Kekkonen, M. (2005). Building mobile emergency an- nouncement systems in 3G networks. In: Proceedings of the third IASTED international conference on communications and computer networks conference (S. 319–324). ACTA Press.

    Google Scholar 

  31. Zschau, J., & Küppers, A. (Hrsg.), (2003). Early warning systems for natural disaster reduction. IDNDR-conference international. Springer.

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme, Berlin, Deutschland

    Eridy Lukau

  2. Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Berlin, Deutschland

    Ulrich Meissen

Authors
  1. Eridy Lukau
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Ulrich Meissen
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Eridy Lukau .

Editor information

Editors and Affiliations

  1. Arbeitskreis Umweltinformationssysteme, Condat AG, Berlin, Germany

    Ulrike Freitag

  2. HTW Berlin, Berlin, Germany

    Frank Fuchs-Kittowski

  3. Disy Informationssysteme GmbH, Karlsruhe, Germany

    Andreas Abecker

  4. DigSyLand, Husby, Germany

    Friedhelm Hosenfeld

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2021 Der/die Herausgeber bzw. der/die Autor(en), exklusiv lizenziert durch Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature

About this paper

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this paper

Lukau, E., Meissen, U. (2021). 5G basierte Anforderungsanalyse und Referenzarchitektur für zukunftsfähige und massentaugliche Microservice-basierte Warnsysteme im Katastrophenschutz. In: Freitag, U., Fuchs-Kittowski, F., Abecker, A., Hosenfeld, F. (eds) Umweltinformationssysteme – Wie verändert die Digitalisierung unsere Gesellschaft?. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-30889-6_13

Download citation

Publish with us

Policies and ethics

Search

Navigation