Wo früher erfahrene Mitarbeiter in jahrelangem Finetuning versucht haben, das Beste aus Maschinen und Anlagen heraus zu holen, werden heute große Datenmengen analysiert, Schwesterproduktionen miteinander verglichen und gewonnene Erkenntnisse in den Regelkreis zurückgespielt. Auch neuere Funktionen wie Augmented Reality und Virtual Reality oder im Fahrzeugbereich eine Echtzeitkommunikation Vehicle-to-Everything verlangen den Netzwerken, in denen sie arbeiten, einiges ab. Heute nutzen Netzwerk-Strukturen zum einen Edge Computing, um geringere Latenzzeiten mit höherer Sicherheit zu kombinieren.

Zum anderen bieten Schwergewichte wie Amazon Web Services (AWS) eine Virtualisierung von Netzwerkfunktionen, um sie besser skalierbar zu gestalten. Die Entkoppelung von Hardware und Software dürfte gerade für „unregulierte Spektren“ in Ländern wie den USA oder für industrielle Anwendungen mit eigenem Campus-Netzwerk interessant sein, da zusätzliche Funktionalitäten oder ein agiles Atmen innerhalb der Produktionen realistischer werden. Die Kombination aus beiden könnte der wichtigste Hebel für die breite Einführung von 5G in der Industrie werden, da auf diese Weise auch der Mittelstand schnell und einfach 5G-Netze und darauf aufbauende Applikationen integrieren kann.

Virtuell schneller skalieren

Laut einem Whitepaper von Amazon Web Services haben bereits einige Telekommunikationsunternehmen die Architektur des Kernnetzes von LTE virtualisiert. Dieses Kernnetz (auch Evolved Packet Core – EPC), ermöglicht den Betrieb und die Koordination verschiedener Funknetzwerke und ermöglicht die Mobilität, die Übergabe und das Roaming zwischen Netzwerk-Teilnehmern. Mit der neuen Lösung, so AWS, könnten Millionen von Mobilfunkteilnehmern unterstützt und gleichzeitig eine hohe Verfügbarkeit und Skalierbarkeit erreicht werden. Mit dieser Lösung könnten reale oder virtuelle Mobilfunknetzbetreiber neue 4G-Kernnetze bereitstellen und problemlos auf die 5G-Kernnetze der Zukunft umsteigen.

Zu den Hauptvorteilen dieser Lösung gehören laut AWS:

• Niedrige Gesamtbetriebskosten und keine Hardware-Vorlaufkosten: In einer lokalen Umgebung sollten nicht nur die Kosten für die Hardwareinstallation, sondern auch die Betriebskosten einschließlich Strom- und Arbeitskosten berücksichtigt werden.
• Keine End-of-Life-Daten für Hardware oder Plattform: Alle Hardwareplattformen haben End-of-Life-Daten, einschließlich COTS (Commercial Off-the-Shelf)-Servern.
• Skalierbarkeit: Wenn Mobilfunkanbieter ihre Umgebungen zum ersten Mal aufbauen, sind ihre Kernnetzwerke in der Regel übergroß, um sowohl den erwarteten als auch den unerwarteten Datenverkehr zu bewältigen. Mit der hier beschriebenen Technik kann der vEPC-Kernnetzwerkscan automatisch mit der Anzahl der Teilnehmer und der Menge des von diesen Teilnehmern verwendeten Datenverkehrs vergrößert oder verkleinert werden. Die Rechtevergabe an das Kernnetzwerk in der frühen Phase der Bereitstellung ermöglicht es Mobilfunkbetreibern, die Markteinführungszeit für neue Dienste zu verkürzen.

Edge-Computing-Architekturen

In dieses Bild fügen sich zukünftige Edge-Computing-Strukturen nahtlos ein. Beispiele sind Anwendungen wie die Automatisierung von Fertigungszellen oder der Aufbau einer Smart Factory. Geräte, die innerhalb einer Fabrik kommunizieren, erfordern eine sehr geringe Latenz und hohe Zuverlässigkeit, da die Steuerbefehle die Aktuatoren zeitnah erreichen müssen, um die Montagelinie in Bewegung zu halten.

Die Autoren des Whitepapers „5G at the Edge“ gehen davon aus, dass sich durch die Kombination von latenzarmer, zuverlässiger Kommunikation mit maschinellem Lernen oder künstlicher Intelligenz der Automationsgrad deutlich erhöht und Teile der Anlagen sogar zunehmend autonom agieren. Das Ende einer solchen Entwicklung sehen die Autoren sogar in einer „Light-Out“-Fabrik, in der der Mensch nicht mehr benötigt würde.

Agil, virtualisiert und softwaredefiniert

Dieses Weiterdenken der Kombination von 5G und Industrie 4.0 verlangt eine Konnektivität nicht nur zwischen Menschen, sondern auch zwischen Maschinen und Geräten. 5G muss nun heterogene Mobilitätsnetzwerke mit erweiterten verteilten Cloud-Diensten unterstützen, indem drahtlose Netzwerke mit einer Edge-Cloud kombiniert werden, die agil, virtualisiert und softwaredefiniert ist. Edge-Architekturen müssen neu entworfen werden, um die strengen SLAs (Service Level Agreements) zeitkritischer Anwendungen zu erfüllen.

Rechenressourcen müssen näher an den Edge rücken, um Latenz- und Bandbreitenbeschränkungen gerecht zu werden, die eine hohe Verteilung der gesamten Architektur erfordern. Kleine zellenbasierte Netzwerke müssen bereitgestellt werden, um Hochgeschwindigkeitsdaten für kürzere Entfernungen zu einer Cloud oder einem Rechenzentrum zu ermöglichen.

Das oben genannte Whitepaper gibt einen detaillierten Überblick über die verschiedenen Brancheninitiativen zur Definition der Edge-Architekturen, definiert die Edge-Referenzarchitektur der nächsten Generation und untersucht zukünftige Wege der Vernetzung.