Durch den Nachweis der Machbarkeit einer datenschutzfreundlichen Plattform für den Tausch von ATFM-Slots wird dieses Projekt den Grundstein für ein Produkt legen, das in Zukunft ein wesentliches Element in der Luftfahrtindustrie sein wird. Es wird zu einer besseren Nutzung der vorhandenen Ressourcen auf den Flughäfen, einer höheren Effizienz der Fluggesellschaften, geringeren Emissionen und kürzeren Verspätungen für die Passagiere beitragen.

In den kommenden Jahren wird die Luftfahrtindustrie die konkurrierenden Anforderungen steigender Passagierzahlen und eines höheren Flugaufkommens einerseits und begrenzter Ressourcen auf Flughäfen und in der Luft andererseits ausgleichen müssen. Gleichzeitig werden die Fluggesellschaften weiterhin einem wachsenden Kostendruck durch eine wachsende Zahl von Marktteilnehmern ausgesetzt sein. Gleichzeitig wird die Einhaltung höchster Sicherheitsstandards weiterhin die Einhaltung komplexer Prozesse erfordern.

Ein vielversprechender Bereich der Optimierung ist die Zuweisung von Zeitnischen für die Verkehrsflussregelung (ATFM). ATFM-Slots werden vom EUROCONTROL-Netzmanager in Zeiten erhöhten Flugaufkommens vergeben und regeln die Abflugzeit, die exakte Durchführung der Flugroute und den Zeitpunkt der Landung. Bislang wurden ATFM-Slots nur innerhalb der Fluggesellschaften getauscht, um teure Flüge zu priorisieren und so die Gesamtkosten zu minimieren. Gründe für unterschiedliche Kosten für einzelne Flüge sind die Bereitstellung von Anschlussflügen für Passagiere und Arbeitszeitbeschränkungen für Besatzungsmitglieder. Die Fluggesellschaften wollen die Kostenstruktur ihrer Flüge geheim halten, da sie Wettbewerbsnachteile befürchten, wenn sie sie offenlegen. Dieser Wunsch nach Vertraulichkeit hat den Austausch von Zeitnischen zwischen verschiedenen Fluggesellschaften erschwert.

Nutzergesteuerte Priorisierung und Slot-Management sind die Hauptziele des Projekts SlotMachine. In Zeiten wachsenden Luftverkehrs und begrenzter Kapazitäten ist es von entscheidender Bedeutung, die Nutzung der verfügbaren Ressourcen der Beteiligten (Flughäfen, Fluggesellschaften und Flugsicherungsorganisationen) zu verbessern und die wirtschaftlichen Auswirkungen von Störungen abzumildern. Wenn Flughäfen an ihrer Kapazitätsgrenze arbeiten, kann schon eine kleine Störung wie schlechtes Wetter zu Verspätungen bei vielen Flügen führen. Verspätungen verursachen zusätzliche Kosten für die Fluggesellschaften, z. B. in Form von Entschädigungen für Fluggäste oder Kosten für einen Besatzungswechsel. Um die durch Verspätungen verursachten Gesamtkosten zu minimieren, wollen die Fluggesellschaften in der Lage sein, einigen Flügen Vorrang zu geben und andere Flüge zu verschieben. Gesamtkosteneinsparungen sind möglich, weil die Höhe der durch eine Verspätung verursachten Kosten stark von dem jeweiligen Flug und der Schwere der Verspätung abhängt. Um die Kosteneinsparungen zu maximieren, müssen die Fluggesellschaften in der Lage sein, verspäteten Flügen über die Grenzen der Fluggesellschaften hinweg Vorrang einzuräumen, und sie möchten dies ohne zeitaufwändige Verhandlungen tun. Dies ist naturgemäß schwierig, da die Fluggesellschaften als Konkurrenten sehr darauf bedacht sind, keine Geschäftsgeheimnisse preiszugeben, wie z. B. die flugspezifischen geschätzten Kosten im Zusammenhang mit Verspätungen unterschiedlicher Schwere.

Dieses Projekt wurde vom gemeinsamen Unternehmen SESAR im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 890456 im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union finanziert.

• Beobachtung 1: Aufgrund des zunehmenden Luftverkehrs ist es notwendig, die Nutzung der verfügbaren Ressourcen zu verbessern. Um die Sicherheit aufrechtzuerhalten, regelt das ATM-Netzmanagement die Zuweisung von ATFM-Zeitnischen nach dem Prinzip "First Planned First Served", was zu Verspätungen führt, die in keinem Verhältnis zu den Auswirkungen der Verspätungen auf den Betrieb und die Kosten der Fluggesellschaften stehen. Heute bietet das Slot-Swapping den Fluggesellschaften die Möglichkeit, die Prioritäten der Flüge auf der Grundlage ihrer tatsächlichen Kostenstruktur neu festzulegen. Derzeit werden fortschrittlichere Priorisierungsmechanismen entwickelt (UDPP - User-Driven Prioritisation Process), die eine optimale Aufteilung der Verspätungen auf die Flüge derselben Fluggesellschaft auf der Grundlage der internen Kosten jeder Fluggesellschaft ermöglichen werden. Man geht davon aus, dass für alle Fluggesellschaften optimalere Lösungen gefunden werden können. Die Fluggesellschaften wollen jedoch keine sensiblen Kosteninformationen über Flüge weitergeben, und es stehen derzeit nur sehr einfache Instrumente für den Austausch von Zeitnischen zwischen Fluggesellschaften zur Verfügung.

Digitale Marktplätze. Der wirtschaftliche Bereich, der sich mit der Gestaltung effizienter Marktmechanismen befasst, ist das Mechanismusdesign, dessen Ziel es ist, ein optimales Gesamtergebnis für ein bestimmtes Ressourcenallokationsproblem zu erzielen. Zahlreiche Flughafen- und ATFM-Slot-Swapping-Mechanismen wurden vorgeschlagen, um die Luftverkehrsströme effizienter zu organisieren [4]. Keiner dieser Marktmechanismen hat sich jedoch in der Praxis durchgesetzt, was vermutlich an der mangelnden praktischen Umsetzung sowie an der Sorge liegt, dass durch den Tausch von ATFM-Slots zwischen Fluggesellschaften Geschäftsgeheimnisse preisgegeben werden könnten.

• Beobachtung 2: Digitale Marktplätze können eine Vielzahl von Marktmechanismen einsetzen, deren allgemeines Ziel die optimale Zuweisung knapper Ressourcen, z. B. ATFM-Zeitnischen, ist. Tauschbörsen und Auktionen gehören zu den wichtigsten Marktmechanismen für eine ATFM-Slot-Management-Plattform.

Marktmechanismen und Datenschutz. Datenverschlüsselung und die Verwaltung von Zugriffsrechten sind die vorherrschenden Mechanismen, die von modernen Datenbankmanagementsystemen bereitgestellt werden, um die Vertraulichkeit der Daten zu gewährleisten, d.h. dass kein unbefugter Zugriff auf private Daten erfolgt. Bei der Entwicklung von Mechanismen wurde der Begriff des Datenschutzes als Anreiz für die Marktteilnehmer übernommen, "ehrliche Informationen zu melden", was oft eine Voraussetzung für die Suche nach global optimalen Lösungen für Allokationsprobleme ist. Marktmechanismen, die Datenschutz bieten, sind auch potenziell resistent gegen geheime Absprachen.

• Beobachtung 3: Um eine optimale Ressourcenzuweisung für den Markt zu erreichen, müssen die Teilnehmer ehrlich Informationen über die internen Betriebskosten von Verspätungen (auf der Grundlage von Passagierverbindungen, Ausgangssperren und anderen Einschränkungen) oder andere Messgrößen, die zur Ermittlung der optimalen Zeitnischenkonfiguration verwendet werden, mitteilen. Die Gewährleistung des Datenschutzes ist ein Anreiz für die Marktteilnehmer, ehrliche Angaben zu machen.

Blockchain und kryptografische Methoden für die Tauschbörse. Blockchain und Multi-Party Computation (MPC) sind zwei aufstrebende Technologien, die für die Entwicklung vertrauenswürdiger und die Privatsphäre schützender Slot-Swapping-Systeme relevant sind. Sie können verwendet werden, um blinde Auktionen ohne die Notwendigkeit einer vertrauenswürdigen Partei in einer dezentralen Umgebung zu ermöglichen, in der individuelle Gebote vollständig verborgen sind. Neben der Wahrung der Privatsphäre wird durch MPC auch die Genauigkeit bei der Ermittlung des besten Bieters erreicht, was die Vertrauenswürdigkeit weiter erhöht. Die Blockchain-Technologie beinhaltet viele interessante Konzepte, die die Transparenz und damit die Vertrauenswürdigkeit von Handelsplattformen deutlich erhöhen können. Allerdings schützt die Blockchain nicht die Privatsphäre der verarbeiteten Daten, weshalb sie mit zusätzlichen kryptografischen Schutzmaßnahmen für die Vertraulichkeit der Daten kombiniert werden muss, um Blindauktionen zu ermöglichen.

• Beobachtung 4: Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Multi-Party Computation (MPC) als Technologie ein idealer Kandidat für die Bereitstellung von Slot-Auktionen unter Wahrung der Privatsphäre mit hoher Sicherheit ist. Die bestehenden Protokolle und Implementierungen für MPC erfüllen jedoch nicht die Anforderungen an Effizienz, Skalierbarkeit und Transparenz. Durch die Anpassung, Optimierung und Anpassung von MPC und seine Kombination mit Blockchain erwarten wir jedoch, die Hauptmängel der Anwendung der Technologie in SlotMachine zu lösen und die Vertrauenswürdigkeit der Lösung weiter zu verbessern.