Das industrielle Internet der Dinge wächst rasant – und mit ihm die Anforderungen. (Bild: mylk+honey)

Die 5G-Branche entwickelt sich derzeit schneller als erwartet. Allein Huawei hat über 1000 5G-Verträge in mehr als 20 unterschiedlichen Industriebranchen abgeschlossen. Bis Ende 2020 waren 380 5G-Geräte auf dem Markt, achtmal mehr als im Jahr zuvor. 220 Millionen Menschen nutzten 5G mobil, 1,05 Millionen bezogen die drahtlosen Breitbandanschlüsse für zu Hause, ein Anstieg um das 17- bzw. 21-fache im Vergleich zum Vorjahr. Huawei geht davon aus, dass sich diese Zahlen im Jahr 2021 verdreifachen werden.

Mit der steigenden Nutzung der Netze müssen sich auch auch die Fähigkeiten von 5G fortlaufend weiterentwickeln und verbessern: Enhanced Mobile Broadband (eMBB)-Dienste sorgen für einen erheblichen Anstieg der Datennachfrage. Mit der Einführung der reduzierten Kapazität (REDCAP) werden massive Machine-Type-Communications-Dienste (mMTC) auf mehr Endgeräten verfügbar sein, um die vielfältigen IoT-Anforderungen zu erfüllen. URLLC-Dienste (Ultra Reliable Low-Latency Communication) erfordern Netzwerke, die die Übertragungslatenz reduzieren und Verbindungsdienste mit Latenzgarantie bereitstellen, um die hochwertigen Verbindungsanforderungen der Fernsteuerung und speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) zu erfüllen.

Immersive Interaktionsdienste, wie Augmented und Virtual Reality, entwickeln sich ebenfalls rasant und eröffnen neue Möglichkeiten im Bereich Extended Reality (XR). Um dies umzusetzen, müssen 5G-Netzwerke ihre Durchschnittsgeschwindigkeit von 120 Mbit/s auf 2 Gbit/s erhöhen, da sich die High Definition von 4K auf 16K verbessert. Auch die Übertragungslatenz muss von derzeit 20 ms auf 5 ms reduziert werden, um Echtzeit-Interaktion in der virtuellen Welt zu gewährleisten.

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Steigende Anforderungen an Uplink-Geschwindigkeiten

Verschiedene AR/XR-Dienste für Verbraucher erfordern hochauflösende Bilder und Videos, die von lokalen Geräten zur weiteren Darstellung in die Cloud gesendet werden, weshalb die Anforderugen an Uplink-Geschwindigkeiten ebenfalls steigen. Fernsteuerung und maschinelles Sehen in industriellen Anwendungen erfordern die Echtzeitübertragung von 4K- und 8K-Videos. Dies führt zu einem erheblichen Anstieg des Anteils des Uplink-Verkehrs über 5G-Netzwerke auf über 40 Prozent. Um eine so große Menge an Uplink-Verkehr zu bewältigen, müssen die 5G-Uplink-Fähigkeiten um mindestens das Zehnfache verbessert werden.

Darüber hinaus muss 5G Sensorfunktionen bereitstellen, um Fernsteuerung, Fahrzeug-Straßen-Synergie, unbemannten Transport und intelligente Logistik zu ermöglichen. Durch die Einführung der zellularen Massive MIMO-Strahlabtastung in Sensortechnologien können beispielsweise sowohl Sensorik als auch Kommunikation und sogar hochpräzise Positionierungsdienste in Innenräumen durch drahtlose Technologien implementiert werden.

5.5G und determinischte Netzwerke als Motor der branchenweiten Digitalisierung

Der Einsatz von 5.5G könnte zur Erforschung neuer Anwendungen im Industriebereich beitragen, beispielsweise durch den Einsatz von Uplink Centric Broadband Communication (UCBC), Real-Time Broadband Communication (RTBC) und Harmonized Communication and Sensing (HCS). Wird 5G schneller integriert, eröffne dies einen neuen Marktraum im Wert von mehr als 10 Billionen US-Dollar, wie Dr. Tong Wen, Huawei Fellow und CTO von Huawei Wireless, auf dem MWC in Shanghai aufzeigte.

Ein weiterer Baustein der fortschreitenden Digitalisierung sind determinischte Netzwerke. In einem Whitepapter stellte Huawei gemeinsam mit Partnern eine 5GDN-Architektur vor, die die Einhaltung von E2E (End to End)-Service-Level-Agreements (SLAs) garantieren kann. Die skalierte kommerzielle Nutzung von deterministischen Netzwerken ermöglicht es, vorhersehbare, planbare, überprüfbare und deterministische mobile private Netzwerke aufzubauen.

Deterministische Netzwerke sind weithin anerkannt und werden zur technischen Grundlage und treibenden Kraft für die Aufrüstung und Entwicklung von Branchen wie dem industriellen Internet, dem Energie-IoT und dem Internet of Vehicles (IoV). Allerdings wird es mit der weiteren Entwicklung von 5G schwieriger, ein deterministisches Erlebnis zu gewährleisten, da neue Anforderungen an die deterministische Netzwerkarchitektur und die Unterstützung der Schlüsseltechnologie gestellt werden.

Für die 5GDN-Architektur stehen mehrere deterministische Netzwerksicherungs-Technologien und -Funktionen zur Verfügung, z. B. Network Slicing, Multi-Access Edge Computing (MEC), 5G Network Service Awareness und Collaboration, Sicherstellung von 5G Cross-Domain Collaborative Scheduling, präzise Leistungsmessung in Echtzeit sowie Interconnection und Integration zwischen 5G- und Industrienetzwerken. Während Industriekunden diese Technologien und Fähigkeiten nach Bedarf auswählen können, wird empfohlen, sie auf Basis der 3GPP-Standards zu optimieren und zu erweitern, um eine 5GDN-Architektur aufzubauen und die deterministischen Netzwerkfähigkeiten zu verbessern.

Neue 5GtoB-Lösung

Für Industriekunden präsentierte Huawei zudem eine neue 5GtoB-Lösung (5GtoB – 5G to Business), mit der Unternehmen zukünftig Vertrieb, Betrieb und Services einfach und schnell als One-Stop-Lösung erhalten. Die 5GtoB-Lösung von Huawei umfasst vier Funktionalitäten:

  • Das 5GtoB-Netzwerk dient als Infrastruktur der 5G-Lösung. So können szenariobasierte 5GtoB-Services, einschließlich Netzwerkplanung, -aufbau, -wartung und -optimierung, zur Verfügung gestellt werden.
  • Mit 5GtoB NaaS lassen sich Netzwerkfunktionen in Angebote bündeln, bevor diese freigegeben werden. Dies erleichtert Anwendern und Entwicklern die Nutzung von 5G-Netzwerken und ermöglicht es, 5G-Campusnetzwerke selbst zu verwalten.
  • Die 5GtoB App Engine ist ein App-Innovationszentrum, in dem Anwendungsentwickler und Systemintegratoren auf die 5G-Netzfunktionen der Betreiber zugreifen können. Sie macht die Entwicklung von 5GtoB-Anwendungen effizienter und die Anwendungsintegration einfacher. Sie dient auch als Brücke zwischen 5G-Netzkapazitäten und 5GtoB-Anwendungen und ermöglicht eine agile Serviceentwicklung und -einführung.
  • Der 5GtoB Marketplace ist ein digitaler All-in-One-Supermarkt in der Cloud, in dem Unternehmensanwender die industriellen 5G-Lösungen kaufen können, die sie benötigen.

Eine erste Anwendung findet die 5GtoB-Lösung in der Stahlindustrie, wo sie hilft, automatisierte Knüppeldrehung, AR-unterstützte Fernmontage und Qualitätsprüfung der Stahloberfläche zu standardisieren und schnell zu reproduzieren.