5G-Standard: Revolution für Industrie 4.0

Immer mehr 5G-Campusnetze auf Firmengeländen und in Forschungs­einrichtungen gehen in Betrieb. Sie treiben so eine kleine Mobilfunkrevolution voran. [...]

Der Anfang im November 2019 war eher schleppend, doch inzwischen haben mehr als 110 Unternehmen bei der Bundesnetzagentur den Aufbau eines eigenen 5G-Campusnetzes beantragt und auch bewilligt bekommen. Sie treiben damit parallel zum kommerziellen 5G-Ausbau in der Fläche durch die Netzbetreiber eine kleine Mobilfunkrevolution voran, denn die vernetzten Firmengelände sind der Ort, an dem neue Anwendungen für die Industrie 4.0 entstehen.

Dazu passend gibt es auch immer mehr Campusnetze für die Forschung und die Entwicklung. Zum Beispiel in München, wo die Telefónica-Tochter Wayra jetzt Start-ups ermöglicht, Anwendungen mit bereitgestellter Hardware zu testen. Auch Universitäten wie Kaiserslautern, Graz oder Stuttgart sowie die Universitätsklinik Düsseldorf haben bereits eigene Netze.

Eines der größten Campusnetze in Europa entsteht aktuell auf dem Messegelände in Hannover mit Zugangstechnik (RAN) von Huawei, einem Kernnetz von Nokia und der Telekom als Integrator. Als Dual-Slice-Lösung wird dieses Netz einen stark gesicherten geschlossenen Teil für Firmen wie Siemens ­haben, die auf dem Gelände in einer Halle industrielle Anwendungen entwickeln, und einen öffentlichen Teil, der unter anderem von den Messe- und Kongressbesuchern genutzt werden kann.

Auf reinen Fabrikgeländen kann dieser öffentliche­ Teil meist außer Acht gelassen werden, denn private 5G-Nutzer können ihre Smartphones dort auch meist über die normalen Netze verwenden. Stattdessen geht es hier darum, Maschinen und IoT-Geräte einzubinden. Die vier Industrieverbände VCI (Chemie), VDA (Automobil), VDMA (Maschinen- und Anlagenbau) und ZVEI (Elektronik) haben in einer gemeinsamen Erklärung die wichtigsten Vorteile des Einsatzes von Campusnetzen genannt: der Ersatz von bestehenden Netzen wie WLAN, eine bessere Abdeckung des ganzen Firmengeländes, die volle Kontrolle über die eigenen Daten, weniger Störungen als in öffentlichen Mobilfunknetzen sowie die besseren Leitungsparameter bei Latenz, Datenrate und Kapazität.

Sensoren und Transporter

Eine Untersuchung der Marktforscher von ABI Research und Ericsson zeigt mehrere Anwendungsbereiche, in denen 5G-Campusnetze der Industrie große Vorteile bieten. Das sind mobile Transportsysteme und Roboter, die über Sensoren mit anderen Objekten und Menschen vernetzt sind, so dass sie sich konfliktfrei bewegen können. Ein weiteres Feld ist die Überwachung von Maschinen mit Sensorik, um mit einer KI-gestützten Echtzeitauswertung der Daten Ausfällen und Störungen zuvorzukommen.

Mit Asset Tracking sollen unter anderem mobile Werkzeuge und Maschinen lokalisiert und so deren Einsatz effizienter werden. Hier bietet 5G den Vorteil, dass eine sehr genaue Standortbestimmung möglich wird, ohne dass der Tracker wie etwa bei RFID in der Nähe sein muss. Augmented Reality soll dagegen die Informationsvermittlung für Mitarbeiter ermöglichen, etwa über Brillen, die den Träger durch ein Lager leiten.

Die Studie rechnet auch vor, dass Indus­trieunternehmen ihre Gesamtproduktionskosten durch 5G-Campusnetze um bis zu 8,5 Prozent senken könnten. Das größte Einsparpotenzial sehen die Analysten mit beinahe zwei Prozent der Gesamtproduktionskosten beim Einsatz autonomer Fahrzeuge und Roboter. Es folgen Anwendungen wie die präventive Maschinenüberwachung, der Einsatz von Augmented Reality im Betrieb und die Vernetzung von Dingen.

Die Lizenzkosten für ein Campusnetz sind dagegen relativ überschaubar. Sie bewegen sich nach Angaben der Bundesnetzagentur je nach Laufzeit zwischen 500 Euro für ein kleines Gelände und 50.000 Euro für ein großes Fabrikareal. Die meisten Lizenzen werden für eine Dauer von zehn Jahren vergeben und enthalten eine Bandbreite von 100 MHz auf Frequenzen zwischen 3,7 und 3,8 GHz. Seit Anfang des Jahres läuft auch das Antragsverfahren für den 26-GHz-Bereich, in dem bei geringer Reichweite sehr hohe Bandbreiten möglich sind.

Noch wird in Campusnetzen nicht immer 5G genutzt, in einigen kommt noch LTE zum Einsatz, da das Angebot an Routern und Modulen für diesen Bedarf noch eher schmal ist. Siemens hat kürzlich den industriellen 5G-Router Scalance MUM856-1 vorgestellt, der eine Schnittstelle von Campusnetzen zu öffentlichen 5G-Netzen herstellt. Auch funktionieren noch nicht alle Smartphones in den Netzen, vor allem mit dem iPhone 12 gebe es Probleme, da dieses die eigenen Netz-IDs nicht akzeptiere, berichten Firmen. Auch die Auswahl der verfügbaren Tablets, die in vielen Szenarien wie AR eine wichtige Rolle spielen, sei noch zu gering.

5G in der Wartungshalle 

Ein interessantes Anwendungsszenario liefert Lufthansa Technik: Die für Wartung zuständige Tochter der Airline setzt seit Anfang 2020 ein eigenes Netz in Hamburg ein, das schon sehr früh die 5G-Stand-alone-Technik verwendete, also nicht auf Kernkomponenten eines 4G-Netzes angewiesen war, wie zu diesem Zeitpunkt alle kommerziellen Netze in Europa. Beim Aufbau und Betrieb sind Nokia und Vodafone an Bord. Im Campusnetz werden zum Beispiel mit den Kunden Videoinspektionen von Triebwerken durchgeführt, für die vor der Corona-Zeit Techniker extra anreisen mussten. 5G bietet dafür auch im Uplink ausreichend Bandbreite für hochauflösende Bilder, mit denen kleinste Risse erkannt werden können.

Die Übertragung ist zwar auch mit WLAN möglich, doch in der 8.500 Quadratmeter großen Wartungshalle sind zu viele Handover zwischen den Routern nötig, so dass es ein Ausfallrisiko gibt. Beim Innenausbau der Flugzeuge, bei dem die Mitarbeiter mit einer AR-App auf ihren Tablets sehen, wie die Installationen geplant sind, ist der Empfang in den Rümpfen mit 5G ebenfalls besser als mit WLAN.

Zukünftig könnte die Zugangstechnik mit skalierbaren Out-of-the-Box-Lösungen und damit sinkenden Aufbaukosten die Campusnetzwerke auch für kleine und mittelständische Unternehmen attraktiv machen, zum Beispiel in der Landwirtschaft, wo Sensoren oder autonome Maschinen 5G erfordern. Damit kämen bei der Errichtung und dem Service möglicherweise auch kleinere regionale Systemintegratoren zum Zuge. ¦ ¦