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5G in der Industrie und in Unternehmen: Wo der Einsatz Sinn ergibt, was Campusnetze sind und welche Vorteile die Technik hat

5G Mobilfunkstandard
5G für die Industrie: Campusnetze, Einsatz und Vorteile

5G in der Industrie
Der 5G-Mobilfunkstandard ist dabei, die Industrie zu durchdringen. In diesem Artikel geht es um den industriellen Einsatz der Technologie.
Bild: Yingyaipumi/stock. adobe.com

Nicht nur im Endkunden-Bereich soll der Mobilfunkstandard 5G ein Gamechanger werden. Auch Industrie-Kunden sollen vom Mobilfunk der fünften Generation profitieren – oder tun dies bereits. In diesem Artikel beantworten wir Fragen rund um den industriellen Einsatz von 5G, Campusnetze, die Vor- und Nachteile der noch jungen Mobilfunk-Technologie und die gesundheitlichen Risiken.

Von unserem Redakteur Thomas Wagner

Warum sollte mein Unternehmen 5G nutzen?

Warum sollte mein Unternehmen 5G einsetzen? Eine Frage, die sich viele (produzierende) Unternehmen stellen. Und eine Frage, die in erster Linie von den Firmen und Verbänden selbst beantwortet werden muss, sagt das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) dazu. 

Hört man sich bei den großen Anbietern von Mobilfunk- und Netzwerktechnologie um, dann hat 5G durchaus das Potenzial, ganze Industrien umzukrempeln. Dabei werden manche Vorteile immer wieder genannt:

  • Geringe Latenzzeit: Die Latenz in einem 5G-Netz liegt unter 5 Millisekunden (ms). Bei 4G (LTE) liegt dieser Wert zwischen 15 und 80 ms.
  • Hohe Datenraten: Mit 5G lassen sich bis zu 10 GBit (= 1,25 Gigabyte) pro Sekunde übertragen. Ein durchschnittlicher Internetzugang in Deutschland ermöglicht derzeit Datenübertragungen von 50 bis 100 MBit (=6,25 MByte bzw. 12,5 MByte) pro Sekunde.
  • Extreme Zuverlässigkeit: Die Ausfallraten von 5G sind sehr gering. Das Unternehmen MPC schätzt die Zuverlässigkeit auf bis zu 99,999 Prozent.
  • Energieeffizienz: Batterien im 5G-Netz sollen bis zu 10 Jahre halten.
  • Viele Geräte pro Fläche: Bis zu eine Million Endgeräte können auf einer Fläche von einem Quadrat-Kilometer eingesetzt werden.
  • Hohe Genauigkeit: Objekte (stehend und bewegt) lassen sich auf unter zehn Zentimeter genau lokalisieren.

Fest steht: 5G ist eine Schlüssel-Technologie für die Digitalisierung und Transformation in Richtung Industrie 4.0.

Das Mobilfunk-Unternehmen Nokia nennt auch explizite Vorteile für unterschiedliche Branchen:

  • höherer Automatisierungsgrad in der Produktion
  • Mehr Flexibilität in der Logistik und Lagerhaltung
  • höhere Umschlagzahlen und Effizienz in Flug- und Seehäfen
  • mehr Transparenz, Sicherheit und Steuerbarkeit im Energiewesen und der Ölindustrie

Anwendungsfälle im Maschinen- und Anlagenbau

Dass die 5G-Technologie im Maschinenbau erhebliche Auswirkungen haben wird, dessen ist sich auch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) sicher. Die neue Technologie verspricht nämlich, dass „der Bestückungsautomat präzise zielt, autonome Roboter passgenau zuarbeiten oder fahrerlose Transportsysteme blitzschnell auf Hindernisse reagieren“, heißt es beim BMVI.

Und genau diese Faktoren sind von der Qualität der Internet-Anbindung abhängig.  Viele Unternehmen (68 Prozent) sehen laut BMWI ein fehlendes oder mangelhaftes Breitbandnetz als größtes Hemmnis der Digitalisierung an. Hier könnte 5G Abhilfe schaffen.

In der verarbeitenden Industrie können kleine und mittlere Unternehmen (KMU) durch 5G viele Ressourcen sparen, etwa bei Strom und Material. KMU können durch eine bessere digitale Kontrolle auch Fehler in der Produktion reduzieren – oder durch optimierte Planung Lagerraum einsparen. Laut BMWI schätzen Unternehmen das Einsparpotenzial auf bis zu 25 Prozent. 

Anwendungsfälle in der Mobilitäts-Branche

Schneller Datenaustausch und geringe Latenz bringen auch in der Mobilität entscheidende Vorteile, etwa indem man den Verkehr in Echtzeit leitet. Mit 5G lassen sich Staus oder Gefahren auf der Strecke ohne Verzögerungen anzeigen.

Autonomes Fahren Staus 5G
5G ist für das autonome Fahren eine Schlüsseltechnologie. Auch vor Staus kann 5G in Echtzeit warnen. Bild: metamorworks/stock.adobe.com

Für die Lkw- und Logistik-Branche ist das sogenannte Platooning interessant: Dabei fahren mehrere Lkw, die miteinander vernetzt sind, mithilfe eines Steuerungs-Systems in kurzen Abständen in einer Kolonne von etwa fünf bis sechs Fahrzeugen. Das Ergebnis: geringerer Kraftstoff-Verbrauch und entlastete Fahrer.

Die 5G-Technologie kann also dazu beitragen, den Verkehrsfluss zu verbessern. Außerdem lassen sich mit 5G die unterschiedlichen Mobilitäts-Angebote effektiver und effizienter nutzen. Die Parkplatzsuche kann erleichtert, Car- und Bikesharing-Angebote können ausgeweitet werden.

Was ist ein Campusnetz?

Laut BMVI ist ein Campusnetz ein lokal begrenztes Funknetz mit 5G-Technologie, das entweder isoliert oder in Verbindung mit den öffentlichen Mobilfunknetzen betrieben werden kann. Campusnetze in der Industrie sind hauptsächlich Datennetze zur Integration von Geräten, Produktions-Einrichtungen etc.. Einen Überblick, welche Unterarten von Campusnetzen es gibt, können Sie im Leitfaden des BMWI nachlesen.

Ein 5G-Campusnetz gilt als besonders sicher. Es ermöglicht Unternehmen und anderen Institutionen, von der 5G-Technologie zu profitieren, ohne dass sensible Daten nach außen gelangen. Campusnetze sind für mittelgroße bis große Unternehmen, insbesondere in der Industrie, interessant. Sie haben das Geld und das Personal, um sich ein eigenes Netz auf dem Firmengelände einzurichten.
Kleinere Unternehmen können auf Dienstleister zurückgreifen, die ihnen eine bestimmte Abdeckung und Qualität des Netzes garantieren. Gerade sehr kleine Betriebe werden virtuelle, private 5G-Netze nutzen können. Diese laufen auf der Infrastruktur des Dienstleisters, werden aber virtuell vom restlichen Netz abgetrennt und für die Bedürfnisse des Anwenders konfiguriert.

5G-Campusnetz Grafik Telekom
Grafik: Deutsche Telekom

Diese Grafik illustriert in 5G-Campusnetz. Mit eigenen Antennen schafft ein Campusnetz auf dem Firmengelände ein Mobilfunknetz auf Basis der Funkstandards 4G/LTE oder 5G. Dieses besteht in der Regel aus einem privaten Teil (blau), der eine eigene Datenverbindung für betriebskritische IoT-Geräte bereithält. Über eine Cloud-Plattform können diese einfach an ein lokales Rechenzentrum oder eine Cloud-Anwendung angeschlossen werden. Nur autorisierte Geräte können auf dieses private Netz zugreifen. Gleichzeitig gibt es einen öffentlichen Teil (magenta). Auf dieses können Mitarbeiter, Kunden und Lieferanten mit Tablets und Smartphones ungehindert zugreifen. 

Warum 5G und kein Wi-Fi 6 oder andere Standards?

5G ermöglicht eine zukunftsfähige und einheitliche Kommunikations-Technologie und -Plattform. Wie weiter oben bereits beschrieben, bietet sie im Gegensatz zu bestehenden Funk-Technologien eine höhere Datensicherheit, Flexibilität und Skalierbarkeit.

Mit bisherigen Technologien (z.B. Wi-Fi) ist eine Kommunikation in Echtzeit nicht umsetzbar. 5G kann außerdem die Anzahl der bislang verwendeten (unterschiedlichen) Kommunikations-Technologien in den Betrieben verringern. Das Telekommunikations-Unternehmen Nokia weist auf folgenden Vorteil hin: Die Technologie ist drahtlos, unterstützt somit mobile Anwendungsfälle (z.B. autonome Transportfahrzeuge) und ersetzt Kabel überall dort, wo es teuer und aufwändig ist, diese zu verlegen oder zu warten (z.B. bei Produktionsmaschinen in der Industrie).

Das Mobilfunk-Unternehmen Ericsson nennt einige Merkmale von 5G einzigartig gegenüber anderen Technologien: Zum einen seien die Netze stabiler und verlässlicher als z. B. Wifi. Bei 5G handelt es sich zudem um ein vergleichsweise geschlosseneres Zellular-System, es ist daher auch ein Stück weit sicherer. Mittels der neuen Technologie lassen sich außerdem ganz andere Use Cases realisieren, etwa dieser hier. Latenz sei hierbei wieder das Zauberwort.

Für KMUs gebe es aber auch weniger komplexe Systeme für den industriellen Einsatz, die einfacher zu installieren und zu betrieben sind. „Letztendlich ist das natürlich alles eine Frage der Lösungen, die über das Netz laufen sollen“, heißt es von Ericsson. Und der Konkurrent Nokia gibt zu bedenken: Die Anforderungen und Gegebenheiten in den verschiedenen Branchen sind unterschiedlich. Für das Erreichen der „5G-Versprechen“ ist die kundenspezifische Umsetzung und Integration des Anwendungsfalles mit der Technologie ausschlaggebend.

Der Automobil-Hersteller Daimler nutzt industrielles 5G bereits in einem Campusnetz in Sindelfingen. Der Grund: Der Einsatz ermöglicht es Mercedes-Benz Cars unter anderem, in seiner Fabrik bestehende Produktions-Prozesse durch neue Features zu optimieren. Dazu gehören zum Beispiel die Verknüpfung von Daten oder die Ortung von Produkten auf der Montagelinie.

Factory 56 Daimler Sindelfingen
Blick in die Factory 56 von Daimler in Sindelfingen. Bild: Daimler

Die Vorteile hat Daimler wie folgt zusammengefasst:

  • Bisher ortsgebundene Produktionsmittel sollen via 5G angebunden werden. So können diese bei Bedarf schnell angepasst werden und so den hohen Flexibilitäts-Anforderungen der Produktion Rechnung tragen.
  • Eine eigene Infrastruktur für 5G sei ein wichtiger Baustein bei der Umsetzung der smarten Produktion der Zukunft. Dazu gehören etwa die Verknüpfung von Daten oder die Ortung von Produkten auf der Montagelinie. Hier spricht die schnelle Reaktionszeit für 5G.
  • Sensible Produktionsdaten müsse nicht Dritten zur Verfügung gestellt werden. Für diverse Testszenarien lassen sich über das 5G-Netz binnen kürzester Zeit enorme Datenmengen („Data Shower“) verarbeiten. 5G liefert hierfür schnelle Datenübertragungsraten, kurze Latenzzeiten und eine hohe Zuverlässigkeit.

Bislang biete nur 5G die Möglichkeit, die kabelgebundene Kommunikation zu ersetzen – bei beweglichen Objekten im industriellen Umfeld ist dies ein entscheidendes Kriterium. Die Factory 56 in Sindelfingen wurde hierfür mit mehreren 5G Small Cell Indoor-Antennen sowie einem zentralen 5G-Hub ausgestattet.

Die Deutsche Telekom weist darauf hin, dass der Einsatz der Technologie im wesentlichen davon abhängt, wie Industrie-Kunden Konnektivität nutzen wollen. Wenn „nur“ Maschinen vernetzt werden sollen, die einen festen Platz in der Fabrikhalle haben und z.B. Produktionsdaten liefern sollen, können diese durchaus per LAN oder WLAN angebunden werden. Aber: Dadurch sind Firmen nur wenig flexibel, wenn sich Änderungen – zum Beispiel bei Prozessabläufen in der Produktion – ergeben.

Mobilfunk hingegen ist grundsätzlich für „Bewegung“ entwickelt worden. Mittels 5G und Sensoren und/oder Kameras kann sich ein Fahrzeug über größere Entfernung autonom bewegen, ohne das der Funk-Kontakt zur zentralen Steuerung abbricht. Im Mobilfunk werden Funksignale standardmäßig über ein sogenanntes „Handover“ von einer Funkzelle zur nächsten weitergereicht.

Eine Funktion, die es so in älteren WLAN-Standards nicht gibt: Ein Transportroboter würde beim Übergang von einer WLAN-Zelle in die andere unter Umständen stehen bleiben, sich dann in die neue Zelle einbuchen und anschließend weiterfahren.

Wo liegen die Unterschiede zu 4G?

Der Mobilfunkstandard 4G, auch bekannt unter dem Namen Long Term Evolution (LTE), erfüllt momentan (noch) beinahe alle Bedürfnisse von Privatkunden. Die Datenmengen, die täglich erzeugt und konsumiert werden, könnten aber auch lange Distanz zu hoch für das aktuelle Netz sein – wenn Tausende Endnutzer gleichzeitig 4K-Videos streamen, kommt die Technik irgendwann an ihre Grenzen. Selbst beim Stadionbesuch fällt es zuweilen auf, dass selbst Nachrichten über Messenger oder SMS nicht sofort übertragen werden.

Im einfachen Betrieb kann LTE eine Bandbreite von 150 Mbit/s (18,75 Megabyte/Sekunde) erzeugen, mit LTE advanced war sogar eine Übertragungsrate von bis zu 1.000 Mbit/s (125MB/s) möglich. 5G wird daher nicht das Ende von 4G bedeuten; es ist eine Ergänzung des bestehenden Netzes.

Industrie 4.0

5G als Kommunikations-Standard wird eine höhere Bandbreite neue Anwendungen in der Industrie ermöglichen. Das – und die bereits genannten Vorteile in Punkt Latenz, Handover etc. – ist besonders für (Industrie-)Unternehmen wichtig. Mittlerweile existieren mehr als 100 Mrd. vernetzte Gegenstände. 5G bietet sich hier als Lösung an.

Beim IT-Sicherheitsexperten Kaspersky heißt es: „Der Vorteil der 5G-Technologie ist, dass das Netz weitaus flexibler und schneller ist, weil mit der gleichen Anzahl an Rechnern parallel virtuell mehrere Netze betrieben werden können. Ein Nachteil dabei ist jedoch, dass die Netzwerke ebenso viel komplexer werden. Durch Komplexität schleichen sich nämlich leichter Fehler ein, wodurch mehrere interne Kontrollen vonnöten sind. Somit kann es auch länger dauern, Sicherheitslücken im Netzwerk zu finden und zu schließen.“

5G und die Gesundheit

Viele Menschen machen sich Gedanken um ihre Gesundheit, wenn es um die Verbreitung des 5G-Mobilfunks geht. Mobilfunkstrahlung ist generell elektromagnetische Strahlung. Die „alten“ Frequenzen funkten mit weniger als 2,6 GHz, 5G hingegen arbeitet vorerst mit Frequenzen von 2 bis 3,7 Gigahertz.

Grundsätzlich kann man sagen: je niedriger die Frequenz, desto höher die Reichweite. Aus diesem Grund müssen für den 5G-Standard mehr Antennen gebaut werden, nur so können größere Gebiete abgedeckt werden.

Ob diese Strahlung tatsächlich schlecht für die Gesundheit ist, konnte bislang nicht nachgewiesen werden. Sarah Drießen von Forschungszentrum für elektromagnetische Umweltverträglichkeit an der RWTH Aachen sagt: „Eindeutig nachgewiesen ist bislang lediglich, dass die hochfrequenten Felder eine thermische, also wärmende Wirkung haben. Das kennt man ja auch aus der Mikrowelle.“ Allerdings entspricht der Effekt beim Mobilfunk nur einem Bruchteil des Wertes einer Mikrowelle.

Eine Expertengruppe des WHO hatte im Jahr 2011 alle bis dahin veröffentlichten Studien zum Thema Mobilfunkstrahlung zusammengefasst. Das Ergebnis: Mobilfunkstrahlung könnte „möglicherweise krebserregend“ sein. Bestätigt wurde dies bislang nicht, die Studien sollten aber ernst genommen werden.

5G Mobilfunkstandard

Die Elektrosensibilität ist bis heute wenig erforscht. Werden die Grenzwerte jedoch eingehalten, sei die Strahlung für den Menschen unbedenklich, heißt es vom Bundesamt für Strahlenschutz. Bei 5G wird häufig kritisiert, dass für die Technologie viele Antennen installiert werden müssen. Dadurch sei es schwierig, die Intensität der Strahlung vorherzusagen. 

Alexander Lerchl forscht an der Jacobs University zu den Gefahren von 5G für den Menschen. Er weist darauf hin, dass 5G keine grundsätzlich neue Technologie ist, sondern ein neues Protokoll, das derzeit im sub-6 GHz-Band funkt. Dieses werde bereits seit längerem im WLAN-Bereich genutzt.

„Unerwünschte biologische oder gar schädigende Wirkungen sind hier trotz vieler Forschungen nicht erwiesen“, fasst Lerchl seine Forschungen zusammen. Er gibt allerdings zu bedenken, dass „bald Frequenzbereiche im mm-Bereich (ca. 27 und 41 GHz)“ hinzukommen, „die weniger gut untersucht sind“.

In seinem Labor laufen derzeit entsprechende Untersuchungen an menschlichen Hautzellen, „da im mm-Bereich der Funkfrequenzen die Absorption in den obersten Hautzellschichten geschieht“. Eine konkrete Aussage, ob 5G für den Menschen gefährlich ist, kann also nicht abschließend getroffen werden. 

Quellen:

https://www.deutschland-spricht-ueber-5g.de/informieren/wirtschaft/wie-wirkt-sich-5g-auf-einzelne-branchen-aus/
https://www.telekom.com/de/konzern/details/was-ist-5g-grundwissen-zum-netz-der-zukunft-542352
https://www.kaspersky.de/resource-center/definitions/5g
https://www.deutschland-spricht-ueber-5g.de/magazin/campusnetze-in-der-industrie-livestream-aus-der-werkstatt/
https://www.haeusler-itk.de/5g-versus-wlan-kampf-der-standards-wird-wlan-demnaechst-ueberfluessig/


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