5G verstehen - Das Rückgrat des industriellen Internets

Das Jahr 2019 wird als das Jahr in die Geschichte eingehen, in dem die echte Mobilfunkkonnektivität für das Internet der Dinge (IoT) endlich in Gang kam. Heutzutage vergeht keine Woche ohne die Ankündigung der Einführung eines neuen 4G NB-IoT/LTE-M-Netzes. Doch die Zukunft der Industrie bewegt sich bereits auf die fünfte Generation (5G) der drahtlosen Kommunikationstechnologie zu.

5G verspricht blitzschnelle Geschwindigkeiten, kaum wahrnehmbare Latenzzeiten (oder Kommunikationsreaktionszeiten) und eine erheblich höhere Kapazität. Alle vier großen US-amerikanischen Mobilfunkbetreiber haben bereits grünes Licht für Testnetze und Teilimplementierungen in einigen Städten gegeben.

Die Vorteile der Verbindung der physischen Welt mit digitalen Technologien werden schon seit einer Generation diskutiert. Viele Branchen könnten die aus vernetzten Systemen gewonnenen Erkenntnisse nutzen, um wichtige Einblicke in ihre Abläufe zu gewinnen und Verbesserungen vorzunehmen, die sich wirklich positiv auf ihr Geschäftsergebnis auswirken. Während 4G bereits zu dramatischen Verbesserungen für Branchen auf der ganzen Welt führt, ist es 5G, das für mehr Aufsehen sorgt.

Daten allein sind nicht genug

Jani Vilenius, Direktor für Forschung und Technologie bei Sandvik, sagt, dass Daten bereits die Industrie auf der ganzen Welt antreiben: "Jeder sammelt bereits Daten und nutzt sie bis zu einem gewissen Grad. Aber um die Daten wirklich zu nutzen und einen geschäftlichen Mehrwert zu schaffen, ist eine bessere Konnektivität erforderlich. Wenn wir mehr Künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen und Sprach-/Bilderkennung in alltägliche Systeme einbauen, ist 5G aufgrund der Bandbreitenanforderungen unumgänglich, um die neuen Fähigkeiten zu nutzen."

Industrie 4.0 sollte diese Vorteile mit sich bringen, aber bis jetzt fehlte ein entscheidendes Element. Um die Idee eines kollaborativen, anpassungsfähigen, digitalen Echtzeit-Industriesystems in die Realität umzusetzen, bedarf es einer wirklich agilen Kommunikationsinfrastruktur.

Mehr als schrittweise Verbesserungen

Man könnte meinen, dass es bei der Umstellung von 4G auf 5G lediglich um inkrementelle Geschwindigkeitsverbesserungen geht und der ganze Hype überflüssig ist. Immerhin hat die heutige 4G/LTE (Long Term Evolution)-Kommunikationsarchitektur etwa 3 Milliarden mobile Geräte angeschlossen.

Aber in Wahrheit ist der Unterschied zwischen 4G und 5G nicht wie der Vergleich eines iPhone-Modells mit dem nächsten, sondern eher wie der Vergleich eines Pferdewagens mit einem elektrischen Rennwagen.

Ja, die 3G- und 4G-Technologie wird am häufigsten mit Smartphones gleichgesetzt. Das liegt daran, dass die Systeme für Sprach- bzw. mobile Datenübertragung entwickelt wurden. Und obwohl es stimmt, dass die drastischen Geschwindigkeitssteigerungen von 5G so viel mehr bedeuten werden als nur Streaming in höherer Qualität und blitzschnelle Downloads, wird die Tatsache, dass es von Grund auf für Datenverbindungen entwickelt wurde, den Ausschlag geben.

Schnellere Konnektivität und geringe bis gar keine Latenzzeiten werden in jeder Branche der Welt betriebliche Vorteile mit sich bringen. Bisher wurde nur darüber geredet, aber mit den jetzt installierten Testsystemen werden diese betrieblichen Vorteile deutlich.

Die vernetzte Fabrik auf die nächste Stufe heben

In einem Markt, der auf datenintensive Maschinenanwendungen angewiesen ist, sind die höheren Geschwindigkeiten und die niedrigen Latenzzeiten von 5G für den effektiven Einsatz von autonomer Robotertechnologie, Wearables und virtueller Realität erforderlich.

Anders als frühere Technologiesprünge in der Industrie wird 5G die Produktionslinie nicht grundlegend umgestalten. Aber es wird den Herstellern die Möglichkeit bieten, intelligente Fabriken zu bauen, die sich an veränderte Marktbedingungen anpassen können.

Die zunehmenden Fähigkeiten von intelligenten Geräten und den Fabriken, die sie herstellen, werden sich nicht nur auf den Wettbewerb innerhalb einer bestimmten Branche auswirken. Da sich der Wettbewerb von einer produktbasierten zu einer systembasierten Branche verlagert, werden die ehemals klaren Branchengrenzen verschwimmen. Traditionelle Fertigungsunternehmen könnten bald feststellen, dass sie beispielsweise als Teil einer viel breiteren Automatisierungsbranche konkurrieren.

Gesundheitswesen: Ermöglichung von Fernoperationen

Die geringe Latenzzeit von 5G wird das Gesundheitswesen revolutionieren, vor allem im Operationssaal. Erfahrene Chirurgen können jüngere Kollegen über eine Videoverbindung beraten oder sogar das Operationsgerät aus der Ferne bedienen. Man könnte meinen, dass dies unwahrscheinlich klingt, doch es ist bereits geschehen.

Anfang 2019 wurde in China die weltweit erste Live-Operation mit Fernunterstützung erfolgreich durchgeführt. Ein erfahrener Chirurg setzte ein Stimulationsgerät in das Gehirn eines Parkinson-Patienten ein. Die fast augenblickliche Latenzzeit von 2 Millisekunden ermöglichte es dem Chirurgen, den Eingriff genau so durchzuführen, als ob er sich direkt neben dem Patienten befände, während er in Wirklichkeit 3.000 Kilometer entfernt war. Die Latenzzeit ähnelt einer Operation mit einer herkömmlichen kabelgebundenen Monitorlösung.

Autonome Technologie auf der Straße und im Untergrund

Die Verbesserung der Netzlatenz ermöglicht es Anwendungen und Geräten, nahezu in Echtzeit zu kommunizieren. Dies dürfte die Sicherheitsbedenken von autonomen Fahrzeugen verringern, da sie in der Lage sind, ständig mit der sich ständig verändernden Umgebung zu kommunizieren.

Dies wird natürlich erhebliche Auswirkungen auf den Bergbau haben, und Sandvik ist sich dessen bewusst. Sandvik hat bereits eine Vereinbarung mit Nokia unterzeichnet, um Lösungen auf der Grundlage der privaten LTE- und 5G-Technologie weiterzuentwickeln, wobei ein Großteil der Arbeiten in der Sandvik-Testmine in Tampere, Finnland, stattfinden wird.

"Wir haben uns bisher auf die private LTE-Technologie konzentriert, die gegenüber Wi-Fi Vorteile bei Geschwindigkeit, Latenz, Zuverlässigkeit und Datenschutz bietet. Das ist eine der Technologien, nach denen unsere Kunden jetzt fragen", erklärt Vilenius. Der Vorteil für Sandvik, sich auf LTE zu konzentrieren, ist einfach. (LTE steht für Long-term Evolution und ist nicht so sehr eine Technologie als vielmehr der Weg, auf dem 4G-Geschwindigkeiten erreicht werden). Jani Vilenius, Director of Research and Technology at SandvikDie Kundennachfrage ist da, und die Hardware kann zu gegebener Zeit problemlos auf 5G aufgerüstet werden.

Das liegt daran, dass 5G die bestehenden LTE-Netze nicht ersetzen, sondern ergänzen und verbessern wird. Dennoch stehen die Telekommunikationsunternehmen vor einer erheblichen Investition. Doch anstatt die Einführung zu verzögern, könnte genau diese Tatsache die Dinge beschleunigen.

Die Unternehmensberatung McKinsey & Company ist der Ansicht, dass sich der Trend zur gemeinsamen Nutzung von Netzen beschleunigen und die ansonsten horrenden Kosten der 5G-Implementierung senken wird. Die gemeinsame Nutzung von Netzen ermöglicht es den Betreibern, die Gesamtbetriebskosten zu senken und gleichzeitig die Netzqualität zu verbessern, indem sie sowohl aktive als auch passive Geräte gemeinsam nutzen. "Simulationen in einem Fall haben gezeigt, dass die Betreiber durch die gemeinsame Nutzung von 5G-Kleinzellen und den Aufbau einer gemeinsamen, landesweiten 5G-IoT-Makroschicht die mit 5G verbundenen Investitionen um mehr als 40 Prozent senken könnten", so ein Sprecher.

Erforschung der Geschäftsmodelle der Zukunft

Neben dem Testbergwerk von Sandvik ist Finnland auch die Heimat bedeutender Forschungsarbeiten. Der Industrial Internet Campus der Aalto-Universität ist eine interdisziplinäre Plattform, die Industriepartnern, darunter auch Sandviks Partner Nokia, ein Testfeld für zukünftige Lösungen bietet.

Zu den Projektbereichen gehören intelligente Baustellen, die Optimierung der Energienutzung in intelligenten Gebäuden und die Fabrik der Zukunft. Das Projekt 5G meets Industrial Internet (5G@II) befasst sich mit der Frage, wie eine kosteneffiziente und weltweit sichere Grundlage für ein zukünftiges 5G-gestütztes industrielles Internet geschaffen werden kann. Konkret will das Team eine Blaupause für ein 5G-Service-Management-System erstellen, indem es es in realen industriellen Anwendungsfällen erprobt.