Gesamtzielmarkt weltweit für 5G-B2B-Anwendungen, Progonosezeitraum 2020-2030 (Bildquelle: ABI Research).

Besonders in Verbindung mit Trends wie Industrie 4.0 und der damit fortschreitenden Digitalisierung von Produktions- und Fertigungsprozessen in der Industrie öffnet 5G völlig neue Türen für industrielle Unternehmen. Sie steigern Ihre Effizienz, indem sie ihre Arbeitsprozesse optimieren und vermeidbare Kosten gar nicht erst entstehen lassen.

Autor: Leo Gergs, ABI Research

Die Liste möglicher Vorteile der Anwendung von 5G-Technologie in Kombination mit modernen digitalen Werkzeugen ist lang. Insbesondere erlaubt die Anwendung von 5G-Mobilfunknetzen in der Industrie die Automatisierung besonders kritischer Prozesse, wie beispielsweise von Wartungsarbeiten oder Notabschaltungsvorrichtungen für Produktionsmaschinen. Des Weiteren befreit 5G Fabrikbetreiber vom starren Konzept der auf festen Produktionsstraßen basierenden Fertigung, um die Fabrikeffizienz durch beispielsweise den Einsatz von AGVs (Automously Guided Vehicles) deutlich zu erhöhen.

In Einklang damit wird der Markt für 5G in verschiedenen vertikalen Märkten bis 2030 auf 63 Milliarden Euro steigen. Besonders traditionelle industrielle Märkte, also die industrielle Fertigung, Energiegewinnung oder Logistikanwendungen, werden hierbei nicht nur mittelfristig eine tragende Rolle spielen. So lauten die Ergebnisse von jüngsten ABI-Research-Untersuchungen.

In der Betrachtung des Marktes unterscheiden die ABI-Analysten grundsätzlich zwei verschiedene Netzwerkarchitekturmodelle: Einerseits steht die Installation eines lokal begrenzten Campusnetzwerks auf dem Gelände der industriellen Betriebe. Andererseits bietet 5G mit der Funktion des Network Slicing die Möglichkeit für Netzwerkbetreiber, Teile Ihres öffentlichen Mobilfunknetzes zu separieren, um dies einzelnen Industriebetrieben anzubieten. Im Folgenden sollen diese einzelnen Modelle genauer beleuchtet werden.

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5G Netzwerkarchitekturmodelle für die Industrie

Wie bereits eingangs erwähnt, kann man allgemein die Einrichtung eines eigenständigen Campusnetzwerks von der Bereitstellung eines logisch separierten Teils des öffentlichen Mobilfunknetzes (einer sogenannten “Netzwerk Slice”) für industrielle Betriebe unterscheiden. Der grundsätzliche Unterschied dieser beiden Architekturmodelle besteht in der Verortung des Kernnetzwerks.

Während im Fall eines lokal installierten Campusnetzwerkes RAN, Transport- und Kernnetz auf dem Gebiet des jeweiligen Betriebs installiert werden, nutzt das Netzwerk-“Slicing” das bestehende Kernnetzwerk des öffentlichen Mobilfunknetzes. Daraus ergibt sich, dass teils sensible Produktionsdaten (beispielsweise bezüglich des Wartungszustandes von Produktionsmaschinen) die Grenzen des eigenen Fabrikgeländes verlassen müssten, um im öffentlichen Kernnetz verarbeitet werden zu können. Im Fall eines komplett isolierten Campusnetzwerkes hingegen können alle Daten lokal verarbeitet werden und müssen das Fabrikgelände nicht verlassen.

Netzwerkarchitektur isoliert

Netzwerkarchitektur eines komplett isolierten Campusnetzwerkes 
(Quelle: 5G-ACIA)

Hohes Investment gefragt

Während ein lokales Campusnetzwerk also die absolute Integrität der über das 5G-Netzwerk übermittelten Daten garantiert, erfordert die Installation ein besonders hohes Maß an Investment, da eine komplett neue Netzwerkinfrastruktur auf dem Campus installiert werden müsste. Zudem garantiert ein Campusnetzwerk zunächst nur eine lokal begrenzte Konnektivität für Geräte, die sich auf dem jeweiligen Campus befinden. Um also Anwendungen realisieren zu können, die Konnektivität jenseits der Grenzen des eigenen Campuses benötigen (zum Beispiel für die Verfolgbarkeit einzelner Komponenten entlang der gesamten Lieferkette), müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden. In diesem Zusammenhang sind eine Reihe zusätzlicher 5G-Campusnetzwerkmodelle zu betrachten, die Teile des öffentlichen Mobilfunknetzwerks mit lokal installierten Elementen eines Campusnetzwerks verbinden. In der Telekommunikationsindustrie werden diese Modelle als “public network integrated non-private networks” (PNI-NPN) bezeichnet. Auch hier lassen sich zwei verschiedene Modelle unterscheiden.

RAN Sharing

Eine Möglichkeit, private und Campus- und öffentliche Mobilfunknetze zu integrieren, besteht in der Nutzung eines gemeinsamen RAN-Netzwerks. Während ein lokal installiertes, separates Kernnetz dafür sorgt, dass Produktionsdaten weiterhin auf dem jeweiligen Campus verarbeitet werden können, nutzen beide Netzwerke die identische RAN-Infrastruktur. Zum einen verringert dies das notwendige Investitionsvolumen deutlich, da keine zusätzliche RAN-Infrastruktur installiert werden muss. Zum anderen ermöglicht es die Nutzung bestehender flächendeckender Wide Area Networks (WAN) um Materialien und Komponenten auch jenseits des eigenen Campus verbinden zu können.

Netzwerkarchitektur RAN Sharing (Quelle: 5G-ACIA)

Netzwerkarchitektur RAN Sharing (Quelle: 5G-ACIA)

RAN & Control Plane Sharing

Des Weiteren bietet sich die Möglichkeit, dass Campus- und öffentliches Mobilfunknetz nicht nur das RAN-Netzwerk, sondern auch bestimmte Funktionen (die sogenannte “Control plane”) des Kernnetzwerks teilen.

Speziell erlaubt dies, die Auslagerung von bestimmten Kontrollfunktionen des 5G Netzwerks in die Hände öffentlicher Mobilfunknetzbetreiber. Netzwerkdaten (die sogenannte “User plane”) könnten durch die Installierung einer lokalen Edge auf dem Grundstück des jeweiligen Betreibers verbleiben.

Netzwerkarchitektur RAN & Control Plane Sharing (Quelle: 5G-ACIA)

Netzwerkarchitektur RAN & Control Plane Sharing (Quelle: 5G-ACIA)

Entscheidungshilfe Netzwerkmodell                                                                                                

Vor dem Hintergrund dieser verschiedenen Netzwerkarchitekturmodelle müssen industrielle Betriebe sich also im Vorhinein überlegen, welches Modell ihren Ansprüchen entspricht und die spezifischen Anforderungen zur Integration in die verschiedenen Fertigungs- und Produktionsabläufe erfüllt. Die Entscheidung für ein bestimmtes 5G-Campusnetz-Modell hängt demnach maßgeblich von drei Faktoren ab.

  1. Anforderungen an Reichweite des Netzwerks
  2. Anforderungen an die Flexibilität des Netzwerkes (z.B. die Möglichkeit, eigene Netzwerk-Slices zu erstellen)
  3. Anforderungen an die Integrität der Netzwerkdaten

In diesem Zusammenhang sollen die in der folgenden Abbildung dargestellten Entscheidungsprozesse als Wegweiser dienen, um besonders kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) den eventuellen Einstieg in 5G Campusnetze zu erleichtern.

Entscheidungshilfe für die geeignete 5G Netzwerkarchitektur KMUs

Entscheidungshilfe für die geeignete 5G-Netzwerkarchitektur von KMUs (Quelle: ABI Research)

 

Zum Autor
Leo Gergs ist seit 2019 Research-Analyst für 5G-Campusnetze und industrielle Anwendungen bei der Technologieberatungsgesellschaft ABI Research in London. In dieser Funktion berät er Mobilfunkanbieter und Netzwerkausrüster bezüglich deren Strategie, um 5G-Anwendungen in der Industrie realisieren zu können. Als studierter Wirtschaftswissenschaftler konzentriert sich seine Arbeit besonders auf wirtschaftliche Aspekte und Marktberechnungen als Basis für Strategieberatung.
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