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Kommunikationsstandard der Zukunft

Warum 5G der Industrie 4.0 den Weg weisen könnte

Der kommende Kommunikationsstandard 5G ist weit mehr als nur eine Weiterentwicklung von 2G, 3G und LTE. Mit ultrakurzen Reaktionszeiten und enorm hohen Bandbreiten sollen sich Milliarden Geräte zuverlässig vernetzen lassen. Damit die Industrie 4.0 so an Schubkraft gewinnt, entsteht gerade eine komplett neue Netzinfrastruktur.

Warum 5G der Industrie 4.0 den Weg weisen könnte

Bild: Deutsche Telekom AG

Der Hamburger Hafen: 8.000 Quadratmeter Fläche, 40.000 Arbeiter, tausende Fahrzeuge – ein unübersichtliches Gewusel. Dennoch greift hier alles wie in einem Uhrwerk ineinander. Die Position jedes einzelnen Containers lässt sich jederzeit abrufen. Ampelanlagen werden präzise per Funk gesteuert, kritische Infrastrukturen wie Schleusen und Baustellen mit Virtual-Reality-Brillen überwacht. Hunderte hochauflösende Kameras blicken in jeden Winkel des riesigen Geländes. Unzählige Sensoren liefern in Echtzeit Umweltdaten, Gefahren werden sofort erkannt und beseitigt. Noch ist das ein Zukunftsszenario – das aber bald Wirklichkeit werden könnte. Helfen soll dabei 5G, die nächste Evolutionsstufe der funkgestützten Kommunikation. Dazu hat der Hafenbetreiber Hamburg Port Authority gemeinsam mit dem Netzausrüster Nokia und der Deutschen Telekom eine Testplattform aufgebaut. Ein eigener Mobilfunkmast auf dem Hamburger Fernsehturm funkt in 150 Metern Höhe live in das Testfeld im Hafen. Der Hamburger Hafen bietet eine Fülle von Anwendungen und Arbeitsbereichen und ist deshalb ideal, um das Potenzial des neuen Standards im industriellen Kontext zu testen.

Bandbreite, Verfügbarkeit und Latenz

5G bietet nicht nur mehr Bandbreite als LTE. Niedrige Reaktionszeiten bei der Datenübertragung sowie hohe Verfügbarkeit und Qualität der Verbindung zeichnen den Standard aus. Unternehmen, aber auch Städte und Verbraucher sollen sich hundertprozentig darauf verlassen können. Anwendungen im Internet der Dinge (IoT) stehen besonders im Fokus. Für das IoT braucht die Industrie ein skalierbares, leistungsfähiges und belastbares Netz. So sollen bereits 2020 nicht mehr nur zwei Milliarden Smartphones, sondern zusätzlich 50 Milliarden Maschinen, Geräte, Fahrzeuge, Sensoren und Gebäude im IoT miteinander kommunizieren können und über die Cloud verbunden sein. Das soll 5G möglich machen – und so auch die Industrie 4.0 voranbringen. Am Beispiel einer Smart Factory lässt sich das illustrieren: Die intelligente Fabrik vernetzt Maschinen und Menschen miteinander. Das betrifft den Produktionsstandort selbst, sowie die Partner, Zulieferer und Logistikdienstleister. Passend zur Vision sind die Prozesse im und um das Werk durchgängig digital abgebildet und lassen sich so effektiv und automatisiert regeln. So sollen die Smart Factories das Versprechen einlösen, besser sowie individueller zu produzieren, Kosten zu sparen und eine höhere Qualität der erzeugten Güter zu ermöglichen.

Aktoren und Sensoren orchestrieren

Damit sich Sensoren und Aktoren von Maschinen so orchestrieren lassen, müssen Datenverbindungen hochverfügbar zuverlässig sein. Darauf ist der 5G-Standard ausgerichtet. Auch Echtzeitanwendungen sollen so möglich werden: Damit einzelne Komponenten einer Fertigungsstraße live auf Störungen reagieren können, sind kurze Reaktionszeiten im Netz notwendig. Während sich Daten über LTE nur mit einer Latenz von mindestens zehn Millisekunden übertragen lassen, hat 5G im Labor bereits weniger als eine Millisekunde erreicht. Ein Zeitgewinn, der vielleicht den Einsatz in kritischen Situationen erlaubt, wenn eine Pumpe, die Stromzufuhr oder ein Roboter automatisch abgeschaltet oder ein Ventil abgeschlossen werden soll.

Roboter und Virtual Reality

Technologien wie Augmented Reality (AR) setzt die Industrie schon jetzt ein – aber auch hier könnte der Funkstandard helfen. Warten Techniker eine Maschine, lassen sie sich bei der Fehlersuche über ein Tablet helfen. Die AR-App blendet beispielsweise Reparaturanleitungen an der Maschine ein, führt den Mechaniker Schritt für Schritt durch den Serviceprozess und erlaubt es, Videos und Handbücher aufzurufen oder auch einen Experten aus der Ferne per Video zuzuschalten. Die hohe Bandbreite einer 5G-Verbindung erlaubt derartige interaktive AR-Funktionen. Und revolutioniert womöglich auch die Art und Weise, wie sich Roboter und fahrerlose Industriefahrzeuge über Virtual Reality (VR) steuern lassen sollen. Gleiches gilt für Anwendungen, bei denen es einfach zu gefährlich ist, einen Menschen vor Ort zu wissen, um eine Maschine zu bedienen oder ein Fahrzeug zu steuern: beim Transport von Gefahrgut beispielsweise oder bei der Katastrophenrettung. Um all diese sehr unterschiedlichen Szenarien bedienen zu können, hat die Telekommunikationsbranche das Thema Netz gänzlich überdacht. Das 5G-Netz besteht künftig deshalb aus verschiedenen virtuellen Netzen, die über ein und dieselbe Infrastruktur laufen. Beim so genannten ‚Network Slicing‘ erhält jede Anwendung die Netzleistung, die sie benötigt – sozusagen ihr Stück vom Netzkuchen. Denn für einen Energieversorger spielt es keine Rolle, ob die Messdaten eines Smart Meters, also eines intelligenten Zählers für Wasser oder Strom, in einer Hundertstelsekunde oder in zwei Sekunden auf dem Server landen. Beim autonomen Fahren ist die Latenz jedoch entscheidend, damit PKW kooperativ, den Verkehrsfluss übergreifend, optimieren können.

Augmented Reality könnte in Verbindung mit großer, mobil nutzbarer Bandbreite (5G) einer aus der Ferne moderierten Instandhaltung einen deutlichen Schub verleihen. (Bild: Deutsche Telekom AG)

Augmented Reality könnte in Verbindung mit großer, mobil nutzbarer Bandbreite einer aus der Ferne moderierten Instandhaltung einen deutlichen Schub verleihen.
(Bild: Deutsche Telekom AG)

Millionen Anschlüsse auf engstem Raum

Eine weitere Eigenschaft von 5G ist, dass sich bedeutend mehr Geräte gleichzeitig versorgen lassen als mit 2G, 3G oder LTE. Auch dafür ist der Hamburger Hafen ein Beispiel. Hier tummeln sich hunderttausende Container, Paletten und Behälter sowie Fahrzeuge, Kräne und Hubwagen auf engem Raum. Dazu kommen tausende Computer und Smartphones. In Zukunft könnten sich all diese Dinge vernetzen lassen – untereinander, mit einer Leitstelle im Hafen oder einer Cloudplattform. Damit das Netz dies flexibel leisten kann, wird es auch auf das bestehende Mobilfunknetz sowie andere Übertragungstechnologien zugreifen und das Festnetz integrieren.

Die ersten Schritte zum Netzausbau sind gemacht

Bis es soweit ist, werden Provider, Netzausrüster, Städte und Forscher noch weiter testen müssen. Die Telekom plant die kommerzielle Markteinführung von 5G für 2020. Der Grundstein ist bereits gelegt: In der Berliner Innenstadt funken seit Mai die ersten 5G-Antennen in Europa unter realen Bedingungen auch mit Einbeziehung des kommerziellen Netzes der Telekom. Die Antennen liefern wichtige Testergebnisse, sind zugleich aber auch realer Bestandteil des zukünftigen 5G-Netzes. Besucher der diesjährigen IFA konnten in Berlin Anwendungen testen, die sich daas Funknetz zunutze machen. Im Frühjahr 2019 soll, so plant es die Bundesnetzagentur, die Lizenzvergabe für 5G starten. Es ist davon auszugehen, dass die BNetzA ein transparentes Auktionsverfahren vorsehen wird, das dem Markt nicht künstlich viele Finanzmittel entzieht. Nur so blieben benötigte Investitionsmittel im Markt und Investitionssicherheit wäre garantiert. Denn je weniger die Provider in die Lizenzierung investieren müssen, desto mehr bleibt für den Netzausbau übrig. Um eine flächendeckende Versorgung sicherstellen zu können, sind tausende neue Basisstationen nötig, die zudem – wie die Endkunden auch – mit Glasfaser versorgt sein müssen. Das größte Potenzial von 5G schlummert gewiss in industriellen und intelligenten Anwendungen. Ziehen Wirtschaft und Politik an einem Strang, dürfte das neue 5G-Netz bundesweit etwa im Jahr 2025 verfügbar sein.

Endkunden dürften vom kommenden Funkstandard 5G profitieren. Doch die wahrhaftig spannenden Anwendungen finden sich auf Feldern wie Autonomes Fahren und Wertschöpfungsnetzwerke. (Bild: Deutsche Telekom AG)

Endkunden dürften vom kommenden Funkstandard profitieren. Doch die wahrhaftig spannenden Anwendungen finden sich auf Feldern wie Autonomes Fahren und Wertschöpfungsnetzwerke.
(Bild: Deutsche Telekom AG)


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