5G Netz | Vorteile und Herausforderungen

Ohne die Kommunikation über das 5G Netz keine Industrie 4.0 oder reicht das 4G Netz noch aus? 5G gestattet immerhin Spitzendatenraten bis über 10 Gbit/s, Latenzzeiten unter 1 ms, Verfügbarkeiten von über 99,999 % und ist zudem extrem energiesparend. HMS Industrial Networks bietet als verifizierter Partner von Ericsson die erforderliche Hardware für die Fabrikautomation. 

Inhalt

• Mehr als nur Fabrikautomation
  • Vorteile 5G Netz in der Automatisierung
• Was kostet ein 5G Netz?
  • Planung und Hardware für privaten 5G Mobilfunkstandard
  • Zertifizierter Partner für Kommunikation in Fabrikautomation
• 5G Netz Vorteile in der Praxis
  
  

Mehr als nur Fabrikautomation

Mit Router, Switch oder Gateway des Herstellers lässt sich die Integration von 5G Kommunikation in Anlagen und Maschinen einfach umsetzen und 4G ablösen. Die Anwendungsfälle für die 5G Technologie gehen aber zudem weit über die Fabrikautomation hinaus und es werden auch in 2020 immer mehr.  

Vor nicht allzu langer Zeit war der Zuspruch zur kabellosen Kommunikation in industriellen Anwendungen noch kleiner als die Skepsis dazu. Heute ist man sich sicher, dass Industrie 4.0 nur kabellos umsetzbar ist. Bisherige Technologien werden den Anforderungen in der digitalen Fabrik allerdings oft noch nicht gerecht. Es mangelt an Bandbreite, Zuverlässigkeit, Kapazität oder Echtzeitverhalten.

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Der 5G Ausbau verspricht hier Abhilfe. Seit November 2019 können bei der Bundesnetzagentur in Deutschland Lizenzen für private Campusnetze beantragt werden. Auch in Frankreich, Großbritannien, den USA und Japan können private 5G Netze genutzt werden. Doch wie beantragt man überhaupt ein lokales 5G Campus Netzwerk? Was kostet ein 5G-Netz überhaupt? Auf welchem Stand sind Infrastruktur und Hardware für die 5G Mobilfunk Technologie? Und nicht zuletzt: Wem nutzt der Einsatz des %G Netzes überhaupt?

Vorteile 5G Netz in der Automatisierung

Der Mobilfunkstandard 5G Netzausbau in der finalen Stufe für die Automatisierungsbranche ist vielversprechend. Gigantische Datenraten bei minimalen Latenzzeiten schaffen die Möglichkeit für die kabellose Echtzeitanwendung. Dabei gestatten unterschiedliche Profile die optimale Nutzung von 5G in entsprechend der Applikation. Enhanced Mobile Broadband (EMBB) erzielt Spitzendatenraten über 10 Gbit/s. Ultra Reliable Low Latency Communication (URLLC) unterstützt Latenzzeiten unter 1 ms bei einer Verfügbarkeit von über 99,999 %. Genau genommen bedeutet das eine halbe Stunde Stillstand in 10 Jahren. Mit massive Machine-type Communication (MMTC) können batteriebetriebene Geräte zehn Jahre lang betrieben werden. Dabei lassen sich bis zu einer Million Geräte pro km² anbinden.

Mit der passenden Lizenz vom Netzbetreiber können Unternehmen nun auf dem eigenen Gelände im privaten 5G Netz all diese Vorteile nutzen. Diese Campus-Netze schaffen die Voraussetzung für die smarte Fabrik der Zukunft. Die mit der Nutzung eines Fremdnetzes einhergehende Skepsis entfällt mit dem privaten Netz endgültig.

Was kostet ein 5G Netz?

Seit dem 21.11.2019 können nun für lokale Anwendungen 5G-Frequenzen beantragt werden. Die Antragsformulare gibt es auf der Webseite der Bundesnetzagentur. Die Kosten setzen sich im Wesentlichen zusammen aus den einmaligen Kosten für die Zuteilung der 5G-Frequenzen, laufenden Nutzungsbeiträgen für die Frequenzen, der Planung und dem Aufbau der Infrastruktur für die Kommunikation mit Hardware, Instandhaltung und Betrieb der 5G Technik. Die einmalige Gebühr vom Netzbetreiber für die Zuteilung der Frequenzen berechnet sich nach folgender Formel:

Lizenzgebühr = 1000 + B x t x 5 x (6 x a1 + a2)

Die Formel enthält die beantragte Bandbreite B (zwischen 10 und 100 MHz), der Zeitraum t für den die Frequenz beantragt wird und die Fläche a in km², auf der das private Netz genutzt werden soll. Zuteilungsgebiete auf Siedlungs- und Verkehrsflächen, sprich dicht besiedelte und Industriegebiete fallen unter a1 und sind mit dem Faktor 6 zu rechnen. Sonstige Flächen fallen unter den Faktor a2, für den es aufgrund der wesentlich größeren Flächen keinen Multipikator gibt. So wird die Anschaffung beispielsweise auch für Land- und Forstwirtschaft attraktiv. Eine Betriebsfläche von 0,5 km² in einer Siedlungs- und Verkehrsfläche 100 MHz für fünf Jahre Laufzeit kostet damit einmalig 8500 Euro (1000 + 100 x 5 x 5 x (6 x 0,5 + 0)).

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Dazu kommen laufende Frequenznutzungsgebühren. Sie bestehen aus Nutzungsbeiträgen für die Frequenzen gemäß §143 Abs. 1 TKG (Telekommunikationsgesetz), §35 FUAG (Gesetz über Bereitstellung von Funkanlagen auf dem Markt) und Beiträgen gemäß §31 EMVG (Gesetz über elektromagnetische Verträglichkeit). Diese Gebühren fallen rückwirkend auf ein Jahr an. Die Höhe richtet sich nach den jeweils geltenden Frequenzschutzbeitragsverordnung. Bislang gelten Werte ähnlicher Nutzergruppen vom Vorjahr als Orientierungswert.

Es kommen noch Kosten für die Planung, Anschaffung und Errichtung der eigenen Infrastruktur hinzu, die im Wesentlichen von der jeweiligen Anwendung und Größe vom Campus abhängen. Wie beim Betrieb kabelgebundener Netzwerke zudem Kosten für Instandhaltung des Netzwerkes einzuplanen.

Planung und Hardware für privaten 5G Mobilfunkstandard

Planungsunternehmen und Systemintegratoren unterstützen Anwender bei der Planung privater Campusnetze. Sie ermitteln u. a. den realen Bedarf, helfen bei der Antragsstellung, sorgen dafür, dass das Netz den Vorgaben der Bundesnetzagentur gerecht wird und übernehmen den praktischen Aufbau. Das schwedische Unternehmen Ericsson, dessen Schwerpunkte auf Mobilfunktechnologie, Internet- und Multimediakommunikation sowie Telekommunikation liegt, befasst sich bereits seit einiger Zeit mit dem Thema privater Campusnetzte auf 5G Basis.

Gateways für die Netzwerke der Industrie 4.0 Fabrik

Zur Unterstützung interessierter Unternehmen hat es ein Partnerportal aufgebaut. Diese Partner helfen beim Aufbau der Kommunikationsinfrastruktur auf dem Firmengelände und bei der Umsetzung von 5G Kommunikation für die einzelnen Maschinen und Anlagen.

Zertifizierter Partner für Kommunikation in Fabrikautomation

HMS Industrial Networks ist zertifizierter Partner für Produkte zur Kommunikation im Bereich Fabrikautomation. Das Unternehmen unterstützt Maschinenbauer mit Beratung und passenden Komponenten, um ihnen die 5G Technik Integration so einfach wie möglich zu machen.

Die Anybus Wireless Router zum Beispiel sind leistungsfähig und zuverlässig mit einer größerer Mobilität und niedriger Latenzzeit für drahtlose Netzwerke. Es gibt sie aktuell für LTE und WLAN, von 5G Netzen ist eine Variante in Planung. In der Proof-of-Concept-Phase sind momentan der HMS Wireless Bolt, ein Funk Gateway für den direkten Maschinenzugriff via 4G/5G. Gleiches gilt für Switches, mit denen sich Maschinen direkt ans 5G Netz anbinden lassen.

Auch Bridges für eine kabellose Profinet und Profisafe Nutzung über das 5G-Netz sind in der Pipeline. Interessant sind diese Lösungen für Unternehmen, die bestehende Anlagen fit für die Zukunft machen wollen und solche, die auf den Bau neuer Standorte auf zukunftsfähige Kommunikationstechnik setzen.

5G Netz Vorteile in der Praxis

Die Fabrikautomation mit fahrerlosen Transportsystemen und modularen, flexiblen Arbeitszellen ist eine klassische Anwendung für des 5G Netzes. Künftig werden aber auch viele weitere Bereiche Dank der Kostenstruktur für die Lizenzzuteilung vom 5G Mobilfunknetz profitieren.

So können künftig die Land- und Forstwirtschaft beim Übertragen ihrer Daten auf moderne Technologien setzen, die bislang nicht nutzbar waren. Das gilt u. a. für die Tierhaltung und die Milcherzeugung. Im Ackerbau lassen sich beim 5G Netz Ausbau im Zusammenhang mit Precision Farming jede Menge Informationen bei Aussaat und Ernte ermitteln und diese für den weiteren Anbau optimieren. Aus den Daten kann man z. B. schlussfolgern, wieviel Dünger wo ausgebracht werden darf. Ebenso wird der Einsatz autonomer Fahrzeuge möglich. Und so werden die privaten Campusnetze nicht nur für die Landwirte vorteilhaft sein sondern auch für das Tierwohl und den Umweltschutz.

Auch in Containerhäfen gibt es lukrative Einsatzfälle. Auf riesigen Geländen werden unzählbare Waren umgeschlagen. Die dabei anfallenden Datenmengen übersteigen die Kapazität bisheriger kabelloser Netzwerke. Über dan 5G Mobilfunkstandard können Kräne, Container, Fahrzeuge und Mitarbeiter kabellos, zuverlässig und sicher miteinander kommunizieren. Ähnliches gilt für Flughäfen und die dort eingesetzten Vorfeldfahrzeuge.

Selbstverständlich bietet die auch Prozessindustrie eine Vielzahl an Einsatzfällen. Man denke nur an die großen Betriebsgelände von Ölraffinerien oder Chemieparks. Sie profitieren davon, dass der 5G Standard ein durchgängiges Kommunikationsmedium für Indoor- und Outdoor-Anwendungen ist.

Grundsätzlich funktioniert 5G Technologie in Anwendungen, in denen viele Sensoren so große Datenmengen liefern, dass sie sich bislang nicht kabellos übertragen lassen, man aber die Flexibilität kabelloser Kommunikation nutzen will. Es werden sicher langfristig nicht alle Kabel aus der digitalen Fabrik verschwinden. Welche in ein paar Jahren noch übrig sein werden, werden die Unternehmen individuell abhängig von ihrer Anwendung klären müssen.

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