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Private 5G ebnet den Weg in die Zukunft
Private-5G-Netzwerke sind die richtige Technologie für anspruchsvolle Industrie-4.0-Anwendungen und ebnen Unternehmen den Weg in die Zukunft, meint Marcus Giehrl von NTT.
Mobile Roboter, fahrerlose Transportfahrzeuge, automatisierte Warenflüsse – die zunehmende Digitalisierung von Industrieanlagen führt zu einem ständig wachsenden Datenvolumen. Vernetzte Maschinen senden Produktionsdaten, Warenlager melden selbst ihren Bestand und fahrerlose Transportfahrzeuge übernehmen die Logistik: Alle diese Prozesse funktionieren nur durch den drahtlosen Austausch von Daten in Echtzeit.
Je mehr Geräte in der Smart Factory vernetzt sind, desto mehr Daten generieren sie. Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (acatech) schätzt, dass Maschinenanwendungen in Zukunft bis zu vier Terabyte pro Tag erzeugen werden.
Für die Echtzeit-Übermittlung dieser riesigen Menge an Informationen gibt es momentan nur eine Lösung: P5G (Private 5G). Die Mobilfunknetze der fünften Generation bieten perspektivisch maximale Datenraten von bis zu 20 GBit/s mit gleichzeitig extrem niedrigen Latenzen unter einer Millisekunde; das heißt, es kommt bei der drahtlosen Kommunikation zwischen vernetzten Objekten kaum zu Verzögerungen. Gleichzeitig ist es möglich, eine sehr große Anzahl von Geräten – bis zu einer Million pro Quadratkilometer – an die sogenannten Campusnetze anzuschließen. Mit diesen Eigenschaften ist P5G der zentrale Enabler für die Industrie 4.0.
Teure Infrastruktur bremst P5G-Projekte aus
Der Zugang zu einem eigenen industriellen Campusnetz ist für deutsche Unternehmen seit 2019 möglich. Seitdem vergibt die Bundesnetzagentur im Frequenzband von 3,7 bis 3,8 GHz Bereiche für eine nichtöffentliche Nutzung. 265 deutsche Unternehmen (Stand: 15.11.2022) haben sich bereits eine Lizenz gesichert, darunter Siemens, VW, Lufthansa, Audi, BMW, Mercedes sowie mehrere Flughäfen, Universitäten und Messeveranstalter.
Im Moment sind viele der privaten 5G-Projekte zwar noch Forschungsvorhaben oder vorkommerzielle Implementierungen, aber alle diese Lizenzinhaber vertrauen darauf, dass P5G die Zukunft ist. Ihnen werden weitere folgen. Im NTT Global Network Report haben 86 Prozent der befragten Führungskräfte angegeben, dass P5G die Modernisierung ihres Netzwerkes vorantreiben wird. Marktforscher IDC sagt für den globalen P5G-Marktes bis 2026 ein voraussichtliches jährliches Wachstum von 35 Prozent voraus. Die Umsätze mit privater 5G-Mobilfunkinfrastruktur sollen bis dahin über acht Milliarden US-Dollar erreichen.
Die nötige Infrastruktur für das Einrichten von privaten 5G-Netzwerken ist tatsächlich momentan das größte Hindernis für interessierte Unternehmen. Die Grundeinstiegskosten für die nötige Hard- und Software liegen im unteren sechsstelligen Bereich.
Daran sind die vergleichsweise niedrigen Produktionszahlen und die hohe Komplexität schuld. Schließlich müssen die Elemente und Komponenten des privaten 5G-Netzes, das aus Funkteil und 5G Core besteht, verlässlich dafür sorgen, dass Kommunikationsverbindungen inner- und außerhalb von Gebäuden nie abreißen.
Diese stabile Konnektivität garantiert die Sicherheit bei Zukunftstechnologien wie Robotern oder autonomen Fahrzeugen und ist übrigens der entscheidende Unterschied zur etablierten Wi-Fi-Spezifikation. Ein WLAN reicht zwar für viele Prozesse, wie die Überwachung einer Maschine, die mit einem definierten Access Point kommuniziert, aus.
Sollen aber zum Beispiel fahrerlose Transportsysteme oder Roboter zum Einsatz kommen, tut sich eine kritische Lücke auf. Reißt die Verbindung durch den Wechsel in eine andere Funkzelle ab, werden diese Maschinen zu einem Sicherheitsrisiko. Nur 5G ermöglicht einen unterbrechungsfreien Handover zwischen Funkzellen auch bei höheren Geschwindigkeiten und ist deswegen die Zukunft für anspruchsvolle Anwendungen in Fertigung, Lagerhaltung und im breiten Industriesektor.
5G wird alle seine Versprechen halten
Den Einsatzbereichen von privaten Campusnetzen sind kaum Grenzen gesetzt und mit jedem Release des neuen Mobilfunkstandards eröffnen sich neue Möglichkeiten. Unternehmen sollten also die Entwicklung genau beobachten und dann einsteigen, wenn die spezifischen Funktionen verfügbar sind, die sie benötigen.
Es ist nur eine Frage der Zeit, bis 5G alle Versprechen erfüllt, die es bei seiner Einführung gegeben hat. Seit Release 16 ist etwa die geografische Ortsbestimmung möglich. Dadurch können großflächige Anlagen wie Flughäfen oder Raffinerien den Standort von Endgeräten wie autonomen Fahrzeugen oder Robotern mit einer Genauigkeit von wenigen Metern ermitteln.
Version 17 hat das Standardisierungsgremium 3GPP schon spezifiziert. Dieses Release verspricht unter anderem eine Erhöhung der Anzahl vernetzter Endgeräte, noch bessere Positioniergenauigkeit und eine Ausweitung des nutzbaren Spektrums auf unterschiedliche Frequenzbereiche. Um die 26 GHz wird es deutlich höhere Bandbreiten für noch schnellere Datenraten geben. Aber hier müssen Hardwareanbieter noch Entwicklungsarbeit leisten. Zuweilen dauert es bis zu zwei Jahre, bevor die Hersteller die neuen Funktionen in ihren Produkten umsetzen.
„Private 5G ist der zentrale Enabler für die Industrie 4.0.“
Marcus Giehrl, NTT
Die zeitliche Verzögerung zwischen der Verabschiedung eines Standards bis zur tatsächlichen Verfügbarkeit der Produkte ist ein weiterer Faktor, der den Fortschritt des Mobilfunkstandards der fünften Generation noch ausbremst. Es gibt nicht viele Anbieter, die sich auf die Herstellung von 5G-fähigen Geräten für Industrieanwendungen spezialisiert haben. Zum einen, weil die Zulassung der Hardware kostspielig ist und sich oft erst ab fünfstelligen Stückzahlen rentiert. Andererseits fehlt einfach die Nachfrage.
Das wird sich ändern, denn je mehr deutsche Unternehmen sich lokale Funkspektren für firmeneigene Campusnetzwerke zuteilen lassen, desto mehr Hard- und Software werden sie brauchen. Gesteigerte Produktionsmengen werden einen positiven Einfluss auf die Preise haben.
Fazit
Es besteht kein Zweifel daran, dass ein P5G-Netz für Unternehmen der Schlüssel für zukünftige Technologien ist. Allerdings sollten sie mit dem Umstieg auf 5G nicht zu lange warten, denn der Erfahrungsvorsprung von heute ist der Wettbewerbsvorteil von morgen.
Über den Autor:
Marcus Giehrl ist Practice Director Innovations and Smart Technologies bei NTT.
Die Autoren sind für den Inhalt und die Richtigkeit ihrer Beiträge selbst verantwortlich. Die dargelegten Meinungen geben die Ansichten der Autoren wieder.
