Preisträger: Förderpreis 2007

Mathematischer Ansatz stellt die Weichen für bessere Ressourcenausnutzung in Mobilfunknetzen

Düsseldorf/Dresden, 15. Juni 2007.
Der diesjährige Förderpreis im Bereich Natur- und Ingenieur­wissenschaften der Vodafone-Stiftung für Forschung wird an Dr.-Ing. Anke Schmeink vergeben. In ihrer Dissertation mit dem Thema „Capacity Analysis and Resource Allocation in Wireless Communication Systems“ hat die junge Mathematikerin einen interdisziplinären Lösungsansatz zur optimalen Ausnutzung der Kapazitäten in mobilen Kommu­nikations­netzen vorgelegt. Um die Möglichkeit einer besseren Ressourcenzu­teilung zu ermitteln, nutzt Schmeink vor allem Methoden der Spieltheorie, mit der in der Mathe­matik die Wechselwirkungen in komplexen Interaktionssituationen untersucht werden.

Nicht nur die Zahl der Mobilfunknutzer steigt weiter an, auch die Menge der in den Kommunikationsnetzen übertragenen Informationen nimmt rapide zu. Neben Sprache werden in den Netzen zunehmend auch Daten übermittelt. Insbesondere bei der mobilen Intranet- oder Internetnutzung und bei multimedialen Inhalten, wie zum Beispiel Mobile TV oder Videotelefonie, sind die zu versendenden oder zu empfangenen Datenmengen groß. Umso wichtiger ist es für die Netzbetreiber, die vorhandenen Übertragungsfrequenzen als begrenzte natürliche Ressourcen optimal ausnutzen zu können.

So teilen sich in den Funkzellen eines UMTS-Mobilfunknetzes die gerade aktiven Nutzer das gesamte Frequenzband. Zur Minimierung von gegenseitigen Beeinträchti­gungen sollten sowohl die mobilen Endgeräte als auch die Basisstation mit der kleinstmöglichen Leistung arbeiten. In diesen Netzen ist bei vorgegebener Frequenz­band­breite also die insgesamt verfügbare Sende- und Empfangsleistung die knappe Ressource. Anke Schmeink verwendet in ihrer Dissertation einen neuen Ansatz, um die sich daraus ergebenden Anforderungen für die Optimierung, Steuerung und Zugangs­kontrolle in mobilen Kommunikationsnetzen zu behandeln. Dabei setzt die Wissenschaftlerin auf ein breites mathematisches Methodenspektrum. Neben Verfahren der konvexen Optimierung, der Matrixtheorie kommen vor allem spieltheoretische Berechnungen zum Einsatz, mit deren Hilfe unter variablen Rahmenbedingungen eine optimale Ressourcenzuteilung in Mobilfunknetzen ermittelt wird.

Die optimale Verteilung von Ressourcen auf die verschiedenen Teilnehmer im Bereich einer Funkzelle stellt die zentrale Herausforderung für den Mobilfunk dar. Nur so ist es möglich, eine steigende Zahl von Kunden mit zugleich immer anspruchsvolleren Diensten effizient zu versorgen. Die von Schmeink erarbeiteten Lösungen garantieren die fairen Zuweisungen von Mindestqualitäten für alle Nutzer und gegebenenfalls sogar eine bessere Zuweisung der Ressourcen, wobei die Leistungsbeschränkungen von Basisstationen berücksichtigt werden. Die Berechnungen werden sowohl für Mobilfunksysteme durch­geführt, die – wie UMTS – auf dem Code-Multiplex-Verfahren (CDMA) basieren, als auch für solche nach dem UWB-IR-Standard (Ultra-Wideband Impulse Radio). Darüber hinaus werden auch Grundlagen für zukünftige Optimierungen von zukunftsweisenden MIMO-Mehrantennensystemen (Multiple Input Multiple Output) erarbeitet.

„Die Forschungsarbeit von Frau Dr. Schmeink überzeugt nicht nur durch ihre elegante mathematische Behandlung technischer Problemstellungen im Mobilfunk. Bestechend ist auch der Praxisbezug ihrer theoretischen Arbeit, deren Ergebnisse für die Weiterentwick­lung und Effizienzsteigerung von Mobilfunknetzen von Bedeutung sind“, so Hartmut Kremling, Geschäftsführer Technik von Vodafone Deutschland. „Frau Dr. Schmeink hat damit ohne Zweifel die Weichen für zahlreiche zukünftige Verbesserungen in Mobilfunknetzen gestellt.“

Neue Untersuchungen verbessern die Effizienz von Investitionen in die Datenqualität

Düsseldorf/Dresden, 15. Juni 2007.
Der Wirtschaftsmathematiker Mathias Klier wird für seine Diplomarbeit mit dem Förderpreis 2007 im Bereich Markt-/Kundenorientierung der Vodafone-Stiftung für Forschung ausgezeichnet. Die Arbeit trägt den Titel „Messung von Datenqualität und ökonomische Bewertung von Datenqualitätsmaßnahmen – ein dyna­misches Optimierungsmodell am Beispiel eines Mobilfunkanbieters“. Klier gelingt es mit dieser Forschungsarbeit, neue Ansätze zur Quantifizierung der Qualität von Kundendaten zu entwickeln. Außerdem werden praktisch umsetzbare Entscheidungshilfen gegeben, wann und in welchem Umfang aus ökonomischer Sicht in Datenqualitätsmaßnahmen investiert werden sollte.

Insbesondere Großunternehmen müssen heute immense Datenmengen verwalten. So werden etwa bei einem Mobilfunkbetreiber viele Millionen Datensätze mit kundenrelevan­ten Informationen vorgehalten. Die Sicherung der Qualität dieser Daten stellt hohe Anfor­derungen an die Unternehmen. So besagen Untersuchungen, dass heute 15 bis 20 Prozent der Daten in typischen Kundendatenbanken fehlerhaft sind. Dabei leidet nicht nur die Kundenzufriedenheit unter der mangelnden Datenqualität, jeder nicht korrekte Datensatz kann zudem Kosten verursachen. In der Summe können hier schnell Millionenbeträge zusammenkommen.

Insbesondere für größere Unternehmen ist es daher unumgänglich, in die Sicherung und Verbesserung der Datenqualität zu investieren. Dabei stellt sich allerdings die Frage, ob und wann Maßnahmen überhaupt ökonomisch gerechtfertigt sind. Schließlich verursacht auch die Durchführung von Datenqualitätsmaßnahmen oft Kosten, die in die Millionen gehen können. In diesem Problemfeld ist das Thema der Diplomarbeit von Mathias Klier angesiedelt, der seit 2005 als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Augsburg tätig ist.

In seiner Arbeit entwickelt Klier ein Modell, mit dessen Hilfe Unternehmen die betriebs­wirtschaftliche Vorteilhaftigkeit von Datenqualitätsmaßnahmen ermitteln können. Dies geht im Gegensatz zu älteren Ansätzen über „Daumenregeln“ weit hinaus. Vielmehr stellt Klier ein quantitatives, mehrperiodiges Optimierungsmodell vor, das es erlaubt, die konkreten Rahmenbedingungen – wie beispielsweise das bisher vorhandene Datenqualitätsniveau oder den Umfang der Datenbasis – bei der Planung künftiger Maßnahmen zu berück­sichtigen. Zusätzlich werden den Unternehmen Methoden zur Verfügung gestellt, mit denen sie die Qualität der verfügbaren Daten bestimmen können. Dazu hat Klier spezielle Kennzahlen und Metriken für verschiedene Qualitätsmerkmale, zum Beispiel die Aktualität der gespeicherten Informationen, entwickelt. Dass der Wirtschaftsmathematiker aus seinem Modell relativ leicht umsetzbare Handlungsempfehlungen für Unternehmen ableitet, unterstreicht den großen praktischen Wert seiner Arbeit. Zudem konnte Klier die Praxis­taug­lichkeit seiner Methoden anhand der Daten eines Mobilfunkanbieters bereits belegen.

Hartmut Kremling, Geschäftsführer Technik von Vodafone Deutschland: „In seiner Forschungs­arbeit hat Mathias Klier ein praxisrelevantes Thema mit einem innovativen und interdisziplinären Ansatz bearbeitet. Gerade für uns als Mobilfunkanbieter, der einen sehr großen Kundenstamm betreut, ist die Datenqualität ein wichtiger Bereich, der zudem weiter an Bedeutung gewinnt. Die von Herrn Klier entwickelten Methoden ermöglichen es, das Datenqualitätsmanagement zukünftig noch effizienter zu gestalten – was durch die Vermeidung unnötiger Kosten letztlich auch den Kunden zugute kommt.“