5G

5G kurz vor dem großen Sprung in die industrielle Produktion

Einen kompletten Fertigungsstandort wireless vernetzen, alle Steuerungsdaten in Echtzeit mit höchstmöglicher Qualität über alle Ebenen hinweg kommunizieren – Wann ist 5G für industrielle Einsätze bereit?

Wann ist 5G für industrielle Einsätze bereit?

Der Mobilfunkstandard 5G hat das Potenzial, industrielle Produktionsprozesse grundlegend zu verändern: Mit 5G Release 16 werden Datenübertragungsraten und Latenzen erreicht, die bislang nur bei verkabelten Anwendungen möglich waren.

Dieser Zugewinn an Unabhängigkeit ermöglicht einen hohen Grad an Flexibilität in der Produktion. Hinzu kommt, dass es mit 5G möglich sein wird eine Million Teilnehmer auf einem Quadratkilometer einzubinden – die Grundlage für ein IoT innerhalb einer Produktion.

Herbert Wegmann, General Manager Industrial Communication and Identification, Siemens, sieht in der kurz vor dem Start stehenden Technologie den entscheidenden Schrittmacher für das Industrial IoT. „5G wird uns ermöglichen, die Industrie vollständig zu vernetzen“, unterstreicht Wegmann im Gespräch mit RFID im Blick.

Aus Sicht von Siemens wird ab Herbst 2020 der große Stein ins Rollen gebracht – sobald die Standardisierung des entscheidenden Release 16 von den globalen Gremien abgeschlossen ist. Parallel spricht sich der Industrial Communications-Experte dafür aus, mit realistischen Erwartungen an den Einsatz der neuen Technologien heranzugehen.

5G in der Industrie realisieren

Herr Wegmann, wofür benötigt die Industrie 5G?

Die industrielle Produktion befindet sich in Deutschland, wie auch in vielen Ländern weltweit, auf einem hohen Automatisierungslevel. Für die bereits bestehenden Anforderungen werden Produktionen kontinuierlich neu konzipiert, um schnellstmöglich auf Marktbedarfe reagieren zu können.

Um die Flexibilität weiter zu steigern, werden leistungsfähige Wireless-Lösungen benötigt. 5G ist somit der entscheidende Schritt, um industrielle Produktionen vollständig zu vernetzen. Das ist das realistische Ziel. Bis dahin gilt es wichtige Entwicklungsschritte zu gehen und die Anwendungsszenarien zu definieren, in denen sich am ehesten Proof of Concepts starten lassen.

Die Frequenzversteigerungen sind abgeschlossen. Wann werden industrielle Anwendungen mit 5G umgesetzt?

Ich gehe fest davon aus, dass wir bereits in den kommenden fünf Jahren, nach Verabschiedung des Release 16, realistische Proof of Concepts und erste Rollouts umsetzen. Das ist nur noch eine Frage der Zeit. Allein die Tatsache, dass die Bundesnetzagentur erstmals in einem Frequenzvergabeverfahren einen definierten Teil der betreffenden Frequenzen für die Industrie reservierte, hat die Akzeptanz in der Wirtschaft deutlich erhöht.

Sobald Unternehmen Frequenzen beantragen können, startet auch die praktische Umsetzung. Da die Zuteilung von 5G Netzwerknutzungen durch die Bundesnetzagentur eine 'Use-it-or-lose-it'-Regel enthält, werden auch nur die Unternehmen einen Antrag auf die kostenpflichtige Nutzung stellen, die Lösungen tatsächlich umsetzen wollen, wobei auch die konkrete Verfügbarkeit von geeigneten 5G Release 16-Komponenten zu berücksichtigen ist.

Andernfalls zahlen sie für eine Leistung, die sie durch Nichtnutzung wieder verlieren. Und verpassen die Chancen, die Industrial 5G den Unternehmen bietet.

Welche Erwartungen werden an 5G gestellt?

Schaut man in die Tagespresse, kann 5G – überspitzt formuliert – alles: Autos steuern, Hemden bügeln, und der digitale Kühlschrank erledigt den Einkauf autonom. Diese Wahrnehmungen gehen mit den Erwartungen einher, dass 5G extrem schnelles Internet überall real werden lässt.

Untermauert werden diese Erwartungen von technischen Eckdaten, die es – theoretisch – ermöglichen einen Kinofilm in unter einer Sekunde auf das eigene Smartphone zu laden. Ob das vollumfänglich deutschlandweit eintreten wird, lässt sich jetzt noch nicht beurteilen. Dieser Public-Bereich ist auch nicht das Applikationsfeld, in dem sich Siemens mit dem Thema 5G auseinandersetzt. Das Potenzial von 5G für Siemens liegt in 5G-Netzen, die innerhalb eines Unternehmens aufgebaut werden.

Was unterscheidet Public-Netzwerke von Private-Netzen?

5G hat drei wesentliche Ausprägungen: Erstens eine deutlich höhere Bandbreite im Vergleich zu 4G, zweitens das Potenzial deutlich mehr Teilnehmer zu integrieren und drittens der Quality of Service. Dazu zählen Themen wie Zuverlässigkeit, Deterministik und Latenz.

Diese Ausprägungen stellen bildhaft gesprochen ein Dreieck dar. Dieses Dreieck kann man sich wie eine Bettdecke vorstellen: Sie können nicht an allen Ecken gleichzeitig anziehen und die Decke beliebig groß machen. Vielmehr verrutscht die Decke an der einen Seite, wenn sie an der anderen Ecke ziehen.

Mit Blick auf die drei genannten Ausprägungen bedeutet das, wenn eine hohe Bandbreite für viele Teilnehmer realisiert werden soll, nimmt automatische die Quality of Service ab. Dieses Szenario ist in möglichen Public-Netzen wahrscheinlich, denn hier wird es darum gehen, möglichst vielen Anwendern eine hohe Bandbreite zur Verfügung zu stellen, um zum Beispiel das Streaming von Filmen in 4K zu ermöglichen.

In der Industrie sind die Ansprüche anders gelagert. 5G in der Produktion soll in Echtzeit und ohne störende Jitter die Daten übertragen. Der Quality of Service steht somit absolut im Vordergrund. Wird diese Ausprägung verstärkt, verringert sich die Bandbreite und auch die Anzahl möglicher Teilnehmer wird verringert. Was aber für industrielle Use Cases kein Problem darstellt.

Die Versteigerungen der Public-Frequenzen sind abgeschlossen – vier Mobilfunkbetreiber haben sich beteiligt. Private Early Adopter können bereits Tarif-Verträge abschließen. Wie geht es für die Industrie weiter?

Der erstmals für Unternehmen zugängliche Bereich umfasst eine Breite von 100 MHz zwischen 3,7 GHz bis 3,8 GHz. Die Nutzung kann gegen eine Gebühr bei der Bundesnetzagentur beantragt werden. Sobald die Gebührenstruktur festgelegt ist, können Unternehmen Anträge auf Frequenznutzung stellen.

Damit ist nach aktuellem Stand im Spätsommer dieses Jahrs zu rechnen. Kann ein Industriebetrieb seinen Bedarf für eine eigene Frequenzlizenz im Antrag nachweisen, steht dem Aufbau eines privaten Netzwerkes, das ausschließlich innerhalb der räumlichen Grenzen des Standorts nutzbar ist, nichts mehr im Weg.

Vom Standard-Release 16 ist es nur ein kleiner Schritt in die Produktion

Wird Siemens eigene Frequenzen beantragen?

Definitiv, das werden wir. Ziel ist es, an unseren Unternehmensstandorten 5G-Infrastrukturen aufzubauen. Wir werden Netzwerke erstens für eigene Prozesse nutzen und zweitens, um Lösungen für Kunden zu entwickeln.

Der Vorteil privater Netze für Unternehmen ist vielfältig: Die Unternehmen kennen in der Regel ihre Prozesse – Produktions- und Logistikabläufe – am besten. Sie wissen also exakt, wo sie welche Netzinfrastruktur benötigen. Der zweite Vorteil ist, dass sie sämtliche Parameter selbst bestimmen können, von der Bandbreite über die Teilnehmer bis hin zum Quality of Service. Insbesondere der Aspekt der Security steht hier im Vordergrund.

Nutzt ein Unternehmen ein privates 5G-Netzwerk, laufen keine Daten über die Netze und Server kommerzieller Mobilfunkanbieter. Der Grad der Sicherheit kann also vom einsetzenden Unternehmen vollkommen selbstbestimmt erfolgen.

Soll ein 5G-Netzwerk über mehrere Standorte hinweg genutzt werden, besteht die Möglichkeit, Serverkapazitäten bei einem externen Provider zu nutzen. In dieser Ausgestaltung muss aber vor der Entscheidung abgeklärt sein, welche Daten über einen externen Server laufen dürfen.

Wo sehen Sie das 5G-Geschäftsmodell von Siemens, außer, die eigenen Standorte besser zu vernetzen?

Um private Netze aufbauen zu können, benötigen Unternehmen ein umfassendes technologisches Know-how. Dieses ist unabhängig davon, ob sich ein Unternehmen für eine On-Premise-Lösung oder die Zusammenarbeit mit einem externen Provider entscheidet.

Siemens wird dieses technologische Know-how und die benötigte Hardware anbieten. Sobald die Frequenzbeantragung möglich ist und das 5G Release 16 bis spätestens Dezember 2020 veröffentlicht wurde, wird die Dynamik der Entwicklung noch deutlicher zu spüren sein.

Was beinhaltet das Release 16?

Der Release 15, dessen Veröffentlichung ab März 2018 anlief, beinhaltet Standards, die auf das Merkmal der hohen Datenraten und damit auf das Konsumentengeschäft in Public-Netzwerken fokussieren. Mit dem Release 16 werden die standardisierten Industrie-Features kommen, die 5G für die Automatisierung interessant und real nutzbar machen. Dazu gehören die Funktionalitäten 'Quality of Service' und die Echtzeitfähigkeit.

Dieser Standard-Release der 3GPP, der weltweiten Kooperation von Standardisierungsgremien für Mobilfunk, besiegelt die zweite Phase der 5G-Standardisierung. Erst wenn dieses Release veröffentlicht ist, kann die Implementierung starten, um die Vorteile von 5G vollumfänglich einschließlich der extrem geringen Latenzen zu nutzen. Selbstverständlich wird bis dahin die Entwicklung nicht stillstehen.

Getestet und konzipiert wird weiterhin. Aber ohne dieses Release besteht keine verbindliche Sicherheit, dass 5G in der Praxis stabil läuft und zeitkritische Anwendungen in der Produktion sich darauf verlassen können. Müssen beispielsweise Roboter im Karosseriebau exakt aufeinander abgestimmt sein, dann muss die Kommunikation zu 100 Prozent funktionieren, um Fehler bis hin zum Produktionsstillstand zu vermeiden.

Wer solche Anwendungen heute realisieren will, sollte besser mit den verfügbaren Technologien – zum Beispiel Industrial WLAN – arbeiten, die die Anforderungen garantiert einhalten.

Echtzeitfähigkeit eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten

Wie wird in einem privaten 5G-Unternehmensnetzwerk sichergestellt, dass bestimmte Informationen immer ausreichend Bandbreite zur Verfügung steht?

Einer der entscheidenden Faktoren, warum 5G der erste industrietaugliche Mobilfunkstandard werden kann, ist die Möglichkeit zum Network Slicing. Mit diesem Feature wird es Nutzern möglich, ihre Netzinfrastruktur oder Teile davon anwendungsbezogen und auf Abruf bereitzustellen. Am ehestens vorstellbar als eigenes Netz im Netz mit besonderen Eigenschaften.

Muss beispielsweise Not- Aus-Signal an eine Maschine gesendet werden, sorgen eine diesem Netz fest zugesicherte Datenrate und Latenz für eine absolut ungestörte Übertragung. Das Network Slicing wird zum Schlüssel, um die in der industriellen Produktion geforderten Verzögerungszeiten von wenigen Millisekunden für deterministische Anwendungen zu garantieren.

Werden die Kosten die Realisierung von Anwendungen ausbremsen?

Im Public-Bereich sehe ich das nicht. Ein Provider kann sich leicht ausrechnen, was er einnimmt, wenn er eine bestimmte Kundenzahl über sein Netz bedient. Damit rechnen sich auch hohe Investitionen in Lizenzen und Infrastruktur.

In der Industrie kann die Kostenfrage zum entschiedenen Faktor für die Akzeptanz sein. Jeder Cent einer Investition muss erst mal verdient sein, gerade im Mittelstand. Neben den Kosten für den Aufbau und Betrieb einer privaten Netzwerk-Infrastruktur sind auch die Beträge für die Nutzungserlaubnis zu nennen.

Die Teilnehmer in der Industrie sind Maschinen und Materialflusssystem, die für die Nutzung des Netzwerks, anders als im Public- Bereich, keine Gebühr entrichten. Der ROI muss also tatsächlich aus den Use Cases kommen. Erst wenn klar ist, wie hoch die Nutzungsgebühren ausfallen, können detaillierte ROI-Berechnungen erfolgen, um Kosten und Nutzen abzuwägen.


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