- 5G ist als erster Mobilfunkstandard in der Lage, je nach Anwendungsfall unterschiedliche Anforderungen von zu erfüllen – von „maximaler Bandbreite“ für 8K-Videoübertragungen bis hin zu „viele Verbindungen auf engstem Raum“ für IoT.
- Die ersten 5G-Applikationen werden schon bald hinter Fabrikmauern zu finden sein, wo sie innerhalb von lokalen „Campus Netzen“ der Industrie 4.0 auf die Sprünge helfen.
- Für die im Kontext der Lizenzvergabe viel diskutierte flächendeckende 5G-Unterstützung des Autonomen Fahrens sind dagegen noch viele Rahmenbedingungen ungeklärt.
Was mit 5G auf uns zukommt
Der nächste Mobilfunkstandard 5G kommt. Im Mai dieses Jahres hat die Deutsche Telekom das europaweit erste 5G Testfeld in Berlin eröffnet. Flächendeckend sind die Mobilfunkanbieter bereits dabei, die Spezifikationen des 3GPP Release 15 (der letzten Vorstufe vor 5G) in ihr Netz einzuspielen, und die Produktion der für die 5G Endgeräte benötigten Chipsets ist bei Qualcomm, Intel u.a. bereits angelaufen. Eine rasche Lizenzvergabe vorausgesetzt, erwarten wir den Marktstart in Deutschland für Anfang 2020, also in nicht einmal mehr 18 Monaten. Dieser Artikel gibt eine einführende Übersicht, wo sich aus unserer Sicht aufgrund von 5G bereits in den nächsten Jahren Potenziale für neue Applikationen ergeben. Was 5G ermöglicht, erscheint auf den ersten Blick erstmal verwirrend. Mehr Bandbreite, natürlich (in Laborsituationen wurden Downloadraten > 70 Gbit/s erreicht, für Realsituationen werden 1 - 10 Gbit/s angestrebt). Aber die Rede ist auch von 5G als Mobilfunkstandard für das „Internet der Dinge“, wo wir eher von sehr vielen Verbindungen auf kleinem Raum sprechen, die jedoch für sich jeweils relativ wenig Bandbreite benötigen. Und schließlich gilt 5G auch als der Standard, der das autonome Fahren möglich machen wird – und hier geht es eher um eine hohe Zuverlässigkeit und geringe Latenzzeiten. Wie passt das alles zusammen?
Tatsächlich läutet 5G das Ende des „One size fits all“-Mobilfunknetzes ein. Durch sogenanntes Software Defined Networking (SDN) können Netzwerkdienste flexibel produziert und administriert werden. Beispielsweise lassen sich sogenannte „Network Slices“ für besonders hohe Availability- und Reliability-Anforderungen und/oder – in Verbindung mit Edge-Servern - für sehr geringe Latenzzeiten definieren, die zugleich höchsten Quality-of-Service Anforderungen Rechnung tragen. Zudem wird es Slices für „massive Machine Type Communication“ (mMTC) geben, also für die Verbindung sehr vieler Sensoren und Aktoren auf engem Raum, wobei jeder einzelne zur Schonung der Batterie mit einem Minimum an Sendeleistung auskommt. Und eben auch für die bekannte „best effort“ Konnektivität. Für die Netzbetreiber stellt 5G zudem die Möglichkeit dar, dem steigenden Kapazitätsbedarf in der Zukunft deutlich günstiger zu entsprechen – auszugehen ist von cirka zehn Mal günstigeren Produktionskosten pro GB. Dazu können netzwerknahe Zusatzdienstleistungen (beispielsweise Hosting auf Edge-Servern oder Positionierungsdienste über das Netzwerk) und besonders konfigurierte Netzleistungen (etwa „Quality-of-Service“-Levels) einzeln bepreist werden. Im Folgenden stellen wir dar, wo aus unserer Sicht jenseits des Tarifgeschäfts die größten Potenziale für 5G-bezogene Applikationen liegen.
5G Potenziale für Applikationsentwickler
Wie schon bei den Vorgängerstandards praktiziert, wird auch 5G sukzessive ausgerollt werden, beginnend in den Metropolen. Die Finanzierung des Ausbaus in sehr ländlichen Regionen sowie entlang der Verkehrswege ist noch ungeklärt und ein Hauptgrund für die Verschiebung der deutschen Lizenzvergabe der für 5G zunächst vorgesehenen Frequenzen im 3,5-3,8 GHz-Band von Mitte 2018 auf Anfang 2019.
Eine Sonderrolle nehmen sogenannte „Campus Netzwerke“ ein. Hier geht es um die Ausleuchtung und interne Vernetzung beispielsweise eines Industriegeländes, einer Klinik oder eines Warenumschlagplatzes (Güterbahnhöfe, Häfen, Flughäfen). Vernetzungsbedarf, wirtschaftlicher Nutzen und technische Umsetzungsmöglichkeiten sind auf solchen geographisch begrenzten Campus-Arealen allesamt sehr hoch, weshalb wir 5G hier noch früher als in den großen Städten erleben werden. Produktvorstufen sind auch bereits verfügbar. Etwa bietet die Deutsche Telekom als Vorstufe zu 5G eine Lösung an, die das Campus-interne „Industrial Network Slice“ durch ein privates LTE-Netzwerk mit eigenem Core „on premise“ abbildet und dieses mit einer auf dem Campus installierten Infrastruktur zur Verstärkung des öffentlichen LTE-Netzwerks kombiniert.
Obwohl „Campus Netzwerke“ in der allgemeinen Diskussion von 5G noch kaum eine Rolle spielen, stellen sie den „ersten Horizont“ der 5G Entwicklung dar. Grund genug, ihnen den Schwerpunkt dieses Artikels zu widmen.
Horizont 1: 5G auf dem industriellen Campus
Die ersten 5G basierten Campus-Netzwerke werden im industriellen Kontext entstehen. Wir schätzen, dass sich in Deutschland etwa 1.200 Industriestandorte für Campus Netzwerke eignen. Dazu kommen etwa 500 Logistik-Hubs und perspektivisch etwa 300 Großkliniken. Adressiert wird dieser Markt nicht nur von den Mobilfunkanbietern. Hinzu kommen die Netzausrüster Huawei, Nokia und Ericsson mit ihren „Private LTE“-Lösungen, zusätzlich streben Anlagenbauer und Integratoren wie Bosch oder Siemens und Vernetzungsspezialisten wie Blackned auf diesen Markt. Inwiefern die Lösungen der Nicht-Mobilfunker dafür zukünftig auch lizensiertes Spektrum nutzen können, wird gerade im Vorfeld der Lizenzvergabe diskutiert. Die BNetzA scheint nach letzten Äußerungen aber den Aufbau autarker, lokaler Funknetze in einem dafür reservierten Frequenzbereich auf Antrag ermöglichen zu wollen.
Gegenüber drahtgebundenen Feldbussen und Ethernet-basierten industriellen Kommunikationssystemen bietet ein 5G basiertes Campus Netzwerk die folgenden wesentlichen Vorteile:
- Möglichkeit der Einbindung von Objekten und Informationen außerhalb der Werkshalle sowie von Lieferanten und Dienstleistern
- Potenziell einheitlicher Konnektivitätststandard für die Ende-zu-Ende Steuerung ganzer Produktionsstrecken und der Vernetzung aller Leistungserbringer (unter Umgehung lokaler Gateways)
- Kürzere Rüstzeiten und höhere Flexibilität beim Umbau von modularen Produktionsanlagen
- Einbindungsmöglichkeit von „Moving Objects“ wie z.B. Automated Guided Vehicles (AGVs), mobilen Bediengeräten und mobiler Roboter.
Gegenüber den verfügbaren Funkstandards (Wi-Fi, DECT ULE, Bluetooth, 6LoWPAN, zukünftig auch WirelessHART) weist ein 5G Netz dagegen die folgenden wesentlichen Vorteile auf:
- Höchste Zuverlässigkeit und Sicherheitsmerkmale durch Nutzung lizensierten Spektrums mit „Quality-of-Service“-Management
- Geringe Latenz, insbesondere in Kombination mit einer „Mobile Edge Cloud“ (on oder off premise)
- Interoperabilität mit dem öffentlichen Netzwerk (unter anderen für Breakouts zur standortübergreifenden Kommunikation)
- Erfüllung höchster Sicherheitsanforderungen durch Handling des sicherheitskritischen Traffics in einem separierten Network Slice.
Ihren Wert im Industrie 4.0-Kontext entfalten 5G Campus Netzwerke allerdings erst im Wechselspiel mit den folgenden Applikationsfamilien:
- Integrierte Produktionssteuerungs-Tools für Ende-zu-Ende-Produktions-Monitoring und -Controlling
- Predictive Maintenance-Tools für Maschinen
- „As a service“-Abrechnungstools für Dienstleister und Maschinenhersteller, d.h. die Beschaffung von „Maschinenleistung“ statt von “Maschinen“ in der Produktion
- Steuerungssoftware für automatisierte Intra-Logistik und Läger
- Autonom fahrende AGVs (Automated Guided Vehilcles) und Mobile Roboter
- AR Maintenance-Tools, d.h. die Unterstützung von Mitarbeitern in Produktion und Wartung durch Augmented Reality.
In all diesen Bereichen sind Startups, Maschinen- und Anlagenbauer, Logistikunternehmen und Industriedienstleister bereits mit ersten Lösungen am Markt, angesichts der Bedeutung des Sektors und der hohen Effizienzpotenziale der erwähnten Applikationsfamilien besteht hier jedoch noch erhebliches Wachstumspotenzial.
Horizont 2: 5G in der City
Von einem 5G-Massenmarkt lässt sich sprechen, wenn 5G die großen Städte erreicht hat. Für die Netzbetreiber stellt 5G einen effizienten Weg dar, in Ballungsräumen zusätzliche Netzkapazität zu schaffen. Dennoch ist offen, wie der damit verbundene Zusatzaufwand in einem vollständig erschlossenen Markt mit wenig Preisspielräumen zurückverdient werden kann. Neue 5G-basierte Applikationen und Geschäftsmodelle wird es natürlich geben. 4K-, 8K- und VR-Games und -Videos werden wir zwar vor allem zu Hause (über WiFi) nutzen. Dennoch ist in den nächsten Jahren ein weiterer signifikanter Anstieg mobil konsumierter Videos zu erwarten. Auch werden in Schulen oder Universitäten die WiFi-Netze kaum ausreichen, um einen Klassensatz VR-Brillen zu verbinden – hier wird eher 5G genutzt werden. Zusätzlich sehen wir Potenzial bei AR-Applikationen (AR Games, AR Training, AR Information). Dabei ist dann weniger die Bandbreite entscheidend als die von 5G ermöglichte geringere Latenz, sodass Virtual Overlay und reales Bild bei Bewegungen immer synchron bleiben – Voraussetzung für ein auch auf Dauer schwindelfreies Nutzererlebnis.
Neben den Konsumentenapplikationen wird 5G in der City auch die Umsetzung der klassischen Smart City-Themen befördern. Das gilt insbesondere, wenn wir das kürzlich gelaunchte Narrow-Band-IoT als erstes „5G Network Slice“ betrachten. Wesentliche Applikationsfamilien sind hier Smart Parking, Waste Management und Smart Lighting. 5G wird darüber hinaus auch als potenzieller Konnektivitätsstandard für die Steuerung des „Smart Grids“ angesehen. Dies liegt zum einen an seinen geringen Latenzzeiten (wichtig für „Load Control“ im Stromnetz), zum anderen an der sehr hohen Zuverlässigkeit und Sicherheit, die sich mit einem speziell für die Energiesteuerung eingerichteten „Network Slice“ erreichen lässt. Wir sehen das Potenzial von 5G hier vor allem auf den Netzebenen 5-7 (Mittel- bis Niedrigspannung), und hier insbesondere bei den integrierten EVUs (zumeist Stadtwerke). Die in diesem Abschnitt genannten Applikationsfamilien haben gemein, dass das Umsatzpotenzial hier nicht in der Konnektivität liegt, sondern primär in Entwicklung und Betrieb der entsprechenden Services.
Horizont 3: 5G in der Fläche
5G wird häufig als der Standard angesehen, der das autonome Fahren möglich machen wird. In der Tat sind bereits auf mehreren Teststrecken weltweit 5G-Netze installiert, um den Autoherstellern Testmöglichkeiten bereitzustellen (u.a. K-City in Korea, Astazero in Schweden, bald auch Aldenhoven und der Lausitzring in Deutschland). Welche Rolle 5G beim autonomen Fahren genau spielen soll und wie die Integration mit anderen Inputquellen des Autos (wie LIDAR oder direkter „Vehicle-to-vehicle“ Kommunikation) genau aussehen wird, ist das Thema der 5G Automotive Alliance (5GAA). Von einer Standardisierung sind wir hier jedoch noch weit entfernt. Auch Fragen wie die des internationalen Roamings oder der Verantwortung für eine zentrale Verkehrssteuerung sind noch weitgehend ungeklärt. Genauso wie die bereits erwähnte Frage nach der Finanzierung des 5G-Netzausbaus entlang der Verkehrswege.
Einzelne Verkehrsmittel werden daher deutlich früher autonom unterwegs sein als andere. AGVs für den Containertransport sind im Hamburger Hafen (und auch auf vielen anderem Firmengeländen) bereits Realität, bald werden wir autonome Straßenbahnen in den Städten sehen. Bis zur autonom über Land fliegenden Drohne wird es aufgrund des fehlenden Gesetzesrahmens jedoch noch viele Jahre dauern. Applikationsentwickler brauchen hier einen längeren Atem und Kreativität, um den richtigen Marktzugang in einem eher experimentellen Umfeld zu finden.
Fazit
5G wird kommen. Nicht als Revolution, sondern graduell, und zuerst da, wo man es nicht sieht (hinter Fabrik- und Hafenmauern). Die vielleicht populärste Applikation (die Unterstützung autonomen Fahrens in der Fläche) kommt erst zum Schluss. Aber auch schon vorher wird 5G überall, wo es verfügbar wird, vielfältige neue Applikationen ermöglichen. Wertschöpfung und Umsatzpotenzial werden dabei fast immer in der Applikation liegen, nicht in der Konnektivität. Applikationsentwickler, die an diesen Potenzialen teilhaben wollen, tun gut daran, ihre Entwicklungsroadmap jetzt mit den 5G Roll-out Plänen der Netzbetreiber abzustimmen.
Ihr Ansprechpartner
Dr. Thilo Löwe
Geschäftsführer
E-Mail: thilo.loewe@lsp.de