„Campusnetze spielen eine immer wichtigere Rolle“

ITD: Herr Hainzel, für welche Unternehmen lohnt sich der Aufbau eines privaten Campusnetzes?
Hainzel: Private Campusnetze bringen einige wichtige Eigenschaften mit, die bei der Auswahl der Anwendungsfälle ausschlaggebend sind: Zuverlässigkeit, d.h. weniger Netzunterbrechungen, stabilere Verbindungen und geringere Abhängigkeit von öffentlichen Netzen. Sicherheit, d.h. eine ausschließlich lokale Speicherung unternehmenskritischer Daten auf dem eigenen Campus und zusätzliche Authentifizierungsmechanismen im Vergleich zu Wlan. Hinzu kommt eine bessere Performance, d.h. schnellere Datenübertragung und kürzere Latenzzeiten für Echtzeitanwendungen. Ist eine Anwendung also geschäftskritisch und benötigt eine zuverlässige, sichere und hochperformante Datenverbindung, dann sind private LTE-/5G-Netze die richtige Wahl. Zu unseren Kunden zählen Unternehmen aus den unterschiedlichsten Branchen, darunter Maschinenbau, Automobilhersteller und -zulieferer, Energieversorger, Transport und Logistik, aber auch Bergbau, Medien und der Gesundheitsbereich. Typische Anwendungsbeispiele sind etwa Transportfahrzeuge in einer Fabrikhalle, die Kommunikation zwischen zwei Robotern oder einem Roboter und einem Menschen entlang einer Produktionsstraße oder hochauflösende Video-, Virtual-Reality- (VR) oder Augmented-Reality-Verbindungen (AR) zwischen den Fabrikarbeitern und einem zentralen Support-Büro. Anwendungen wie vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) für Maschinen, mobile Kameras und Drohnen, aber auch die kabellose Steuerung sicherheitsrelevanter Funktionen von Maschinen (Human Machine Interfaces) sind als Anwendungsfelder prädestiniert. Weniger geeignet sind private Netze für Anwendungen, die über das Firmengelände hinausgehen oder eine Vielzahl an öffentlichen Teilnehmern anbinden, so z.B. Track-and-Trace-Funktionalitäten im Logistikbereich, Smart City-/Internet-of-Things-Lösungen (IoT) im öffentlichen Bereich oder Netzkapazitätsverstärkung für Stadion- oder Einkaufszentrumsbesucher – hier sind die öffentlichen Netze die richtige Wahl. Vor der Errichtung eines privaten Campusnetzes sollten sich Unternehmen im Klaren sein, welche Anwendungsfälle aktuell und auch in Zukunft realisiert werden sollen. Daran orientieren sich die Auswahl der Technologie, die technische Netzwerkarchitektur, das Servicemodell und schlussendlich das ideale Produkt. Vor allem für die kommerzielle Argumentation des Business Cases für die ersten ein bis zwei Anwendungsfälle ist eine langfristige Perspektive wichtig.

ITD: Welche weiteren Vorteile bietet solch ein Netz?
Hainzel: Ein privates Mobilfunknetz (Campusnetz) hilft Unternehmen, Prozesse zu automatisieren, um die Produktion im Idealfall effizienter, nachhaltiger und sicherer zu gestalten, z.B. mit autonomen Robotern oder Transportfahrzeugen. Energieversorger verbinden Windparks zur vorausschauenden Anlagenwartung mit einem Campusnetz, im Bergbau werden Baggerfahrzeuge aus der Ferne in Echtzeit gesteuert und in der maritimen Industrie werden große Containerverladekräne über ein sicheres Campusnetz navigiert. Da das Netz drahtlos ist, ist es flexibler als drahtgebundene Netze und bietet Konnektivität für Sensoren, Maschinen und sogar kritische Kommunikation. Campusnetze, die auf 4,9G-/LTE- und 5G-Mobilfunktechnologien basieren, sind für industrielle Anwendungen besser geeignet als Wlan (oder WiFi), speziell wenn hohe Bandbreiten, geringe Latenzzeiten und eine hohe Sicherheit erforderlich sind. Denn WiFi ist für viele geschäftskritische Anwendungen zu instabil. Deshalb nutzen Unternehmen wie Lufthansa Technik ein 5G-Campusnetz für virtuelle Inspektionen aus der Ferne. Doch WiFi wird nicht verschwinden. Denn entscheidend bei der Digitalisierung ist der richtige Technologiemix für die jeweiligen Anwendungen. Wo eine Basisanbindung ausreicht, wird WiFi auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.

ITD: Inwieweit schmieden Unternehmen anno 2023 entsprechende Pläne für ein Campusnetz? Wie groß ist das Interesse?
Hainzel: Die erfolgreiche Bewältigung der Digitalen Transformation ist ein Muss für alle Branchen. Dabei spielen leistungsfähige Netze und Technologien wie Cloud Computing und Edge Computing eine wesentliche Rolle als Enabler, beispielsweise für Industrie 4.0. Entsprechend hoch sind der Bedarf und das Interesse an Campusnetzlösungen. Dies zeigt auch ein Blick auf die steigende Zahl sogenannter Zuteilungsnehmer für Mobilfunkfrequenzen für Campusnetze, die von der Bundesnetzagentur vergeben werden. Bisher haben in Deutschland mehr als 320 Unternehmen (Stand Mai 2023) lokale Frequenzen beantragt. Campusnetze spielen eine immer wichtigere Rolle, um die Kommunikation in der Industrie zu verbessern, etwa bei der Fertigung in Fabrikhallen, bei der Zusammenarbeit von Maschinen oder in der innerbetrieblichen Logistik, und tragen zum Klimaschutz bei. Ein Beispiel dafür ist der Siemens Campus in Wien. Er verfügt über ein lokales Energienetz (Microgrid), das mit einem schnellen und sicheren 5G-Campusnetz verbunden ist. Es gibt rund 1.000 Datenpunkte von 34 verschiedenen Geräten, die in Echtzeit miteinander kommunizieren und automatisch steuern, wie viel Solarstrom ins Netz eingespeist und wie viel vor Ort genutzt wird. Allein diese Anlage hilft, 200 Tonnen CO2 pro Jahr einzusparen.

ITD: Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, um solch ein Netzwerk betreiben zu können?
Hainzel: Grundsätzlich muss man sich darüber im Klaren sein, dass ein 5G-Campusnetz zwar aufwändiger zu betreiben ist als eine WiFi-Infrastruktur, dass sich der Aufwand aber lohnt, da ein Campusnetz deutlich leistungsfähiger ist und mehr Möglichkeiten in Bezug auf Sicherheit, Stabilität, Produktivität und Automatisierungsgrad bietet. Die rechtliche Voraussetzung für den Betrieb eines 5G-Campusnetzes ist eine entsprechende Genehmigung der Bundesnetzagentur, die relativ schnell und kostengünstig zu bekommen ist.

ITD: Stichwort „Komplexität“: Mit welchen Herausforderungen sind der Aufbau und Betrieb eines Campusnetzes für Gebäudeverwalter und Netzwerkmanager verbunden?
Hainzel: Unternehmen, die sich für ein privates Campusnetz entscheiden, können dieses entweder selbst aufbauen und betreiben oder den Aufbau und Betrieb an einen Mobilfunknetzbetreiber oder einen anderen Marktteilnehmer, wie z.B. einen Systemintegrator oder einen Anbieter von Cloud-Diensten, auslagern. Dabei kommt vor allem der Netzplanung und Vor-Ort-Begehung im Vorfeld der Installation eine große Bedeutung zu, da in dieser Phase die Anforderungen der Anwendungsfälle, bauliche Besonderheiten vor Ort und ein störungsfreier Rolloutplan berücksichtigt werden. Bei der Integration des Campusnetzes in die bestehende IT-Infrastruktur ist etwa auf vorhandene IP-Netze und Firewalls, Wartungs- und Konfigurationszugriffe auf die 4G-/5G-Netzkomponenten und verwendete Industrieprotokolle und -schnittstellen zu achten. Private Campusnetze können sehr modular, skalierbar und flexibel aufgebaut werden oder aber auch als Out-of-the-Box-Lösung für einen einfachen, schnellen und kostengünstigen Start mit 5G bereitgestellt werden. Solche Lösungen umfassen Edge-Computing-Hardware zur Steuerung des Netzes und zum Hosten weiterer Anwendungen, Funkzugangspunkte in unterschiedlichen Größen für Indoor- und Outdoor-Anwendungsfälle inkl. ein notwendiges IP-/Transportnetzwerk und Endgeräte wie industrielle Router, Smartphones oder Tablets.

ITD: Welche technische Ausrüstung bzw. Hardware sind vonnöten?
Hainzel: Der genaue Aufbau und die Ausstattung hängen von den Gegebenheiten und dem konkreten Anwendungsfall ab. Um die Effizienz-, Leistungs- und Sicherheitsvorteile von 5G nutzen zu können, sind neben dem eigentlichen Campusnetz aus Antennen und dezentraler Steuereinheit auch Endgeräte und Anwendungen notwendig. Die Endgeräte ermöglichen die Anbindung der Maschine, des Roboters, des Gateways oder des Sensors an das 5G-Campusnetz, beispielsweise über einen Dongle, einen Industrierouter oder ein 5G-fähiges Smartphone oder Tablet. Anwendungen wie etwa eine Digital-Twin-Plattform nehmen die übertragenen Daten auf, um sie für die industrielle Nutzung zur Verfügung zu stellen. Ein weiterer wichtiger Baustein ist die Systemintegration, die das 5G-Netz und die neuen Anwendungen mit bestehenden Enterprise-Resource-Planning- (ERP), Manufacturing-Execution- (MES) und IT-Systemen verbindet.

ITD: Welche Investitionen kommen auf Unternehmen zu?
Hainzel: Die Kosten für Campusnetze reichen von zwei bis drei Mittelklassewagen für begrenzte Proof-of-Concept-Installationen, über einen mittleren sechsstelligen Betrag für erste Fabrikhallen bis hin zu mehreren Millionen für ganze Industriegelände. Laut einer Studie von Omdia erwarten 66 Prozent der Unternehmen einen Return on Investment (ROI) innerhalb von zwei Jahren. Unsere Erfahrung in der Zusammenarbeit mit Kunden zeigt, dass je nach Anwendungsfall und Einsatzbereich ein ROI innerhalb von zwei Jahren machbar ist. Dabei ist es wichtig, mehr als die reinen Komponentenkosten zu sehen, denn die Berechnung der Gesamtbetriebskosten ist komplex. Um die Kosten niedrig zu halten und den ROI schneller zu erreichen, empfiehlt sich häufig die Zusammenarbeit mit einem Partner, der eine komplette Lösung anbieten kann.

ITD: Wie schaut es mit der Stromversorgung des Netzwerks aus? Was gilt es zu beachten?
Hainzel: Die Netzwerkkomponenten verfügen, wie auch andere IT-Systeme, Server und Router, über eine Standardstromversorgung. Besitzt das Unternehmen eine ununterbrochene Stromversorgung (USV), kann das Campusnetz in diese eingebunden werden, um bei Stromausfällen oder -schwankungen den weiterführenden Betrieb der kritischen Infrastruktur zu gewährleisten. Bei den Funkantennen selbst ist die Stromversorgung abhängig von Größe und Installationsszenario. Indoor-Antennen werden teilweise mittels Power over Ethernet (PoE), also über das Netzwerkkabel, mit Strom versorgt. Größere Antennen im Outdoor-Bereich oder auch die Edge-Cloud-Server und Router benötigen eine separate Stromversorgung.

ITD: Wie kann die Netzwerksicherheit gewährleistet werden – gerade auch bei einer parallelen Versorgung des Campus via öffentliches Mobilfunknetz?
Hainzel: Die Digitale Transformation von Unternehmen, Stichwort „Industrie 4.0“, geht auch mit Sicherheitsrisiken einher, die man im Blick haben muss. Deshalb müssen Unternehmen die zusätzlichen Herausforderungen der Cybersicherheit identifizieren, eine ganzheitliche Betrachtung sicherstellen und innovative Technologien für neue Sicherheitskonzepte nutzen. In der Industrie 1.0 bis 3.0 wurde Sicherheit vor allem durch physische Barrieren wie räumliche Trennung von Produktionsbereichen, Zugangskontrollen oder Mehrpersonenregelungen erreicht. Mit der zunehmenden Konvergenz von physischen und digitalen Produktionstechnologien (OT und IT) und der Entstehung von cyberphysischen Systemen verschwimmen diese physischen Sicherheitsgrenzen. Dies erfordert ein Umdenken in den Unternehmen. Zur bisherigen Functional Safety kommt nun der Aspekt der Cybersecurity hinzu. Lösungen für Cybersecurity in der Industrie lassen sich mithilfe aktueller Technologien sehr weitreichend umsetzen. Sogenannte „Zero-Trust-Architekturen“, also ein Systemdesign, bei dem sich jeder Teilnehmer (Nutzer und Geräte) vor jeder Datenübertragung authentifizieren muss, erhöhen die Cybersicherheit und bilden häufig die Grundlage für sichere Produktionssysteme. Traditionelle, offene Systemarchitekturen werden dadurch abgelöst, gleichzeitig erfolgt eine Unterteilung der IT-/OT-Netze, z.B. in hochkritische Automatisierungsnetze, kritische Produktionssteuerungsnetze und weniger kritische Bürokommunikationsnetze. Für einen ganzheitlichen Ansatz müssen alle sicherheitsrelevanten Systemkomponenten wie Endgeräte, Middleware-Plattformen, Konnektivität und Rechenzentren sowie Cloud-Dienste berücksichtigt werden. Industrielle Cybersicherheit wird dabei durch neue Anwendungsfälle im Industrial Internet of Things (IIoT), mehr Sensorik und Automatisierung in Fabriken und den Einsatz innovativer Cloud-Anwendungen weiter an Bedeutung gewinnen. Das private Campusnetz arbeitet auf einer anderen Frequenz als das öffentliche Mobilfunknetz, nutzt eine eigene und exklusive SIM-Karten-Konfiguration zur Authentifizierung von Endgeräten im Netzwerk und ist so geplant, dass es ausschließlich den Campusbereich abdeckt. Hinzu kommen Datenanalyse und Artificial-Intelligence-Algorithmen (AI), die verdächtige Datentransfers innerhalb des Netzwerks identifizieren und blockieren. Dadurch ist die ganzheitliche Sicherheit gewährleistet.

ITD: Worauf sollten Unternehmen bei der Auswahl eines entsprechenden Dienstleisters achten?
Hainzel: Am wichtigsten sind sicherlich ein Grundverständnis für die Bedürfnisse des betreffenden Unternehmens und die branchenspezifischen Anforderungen. Ein Dienstleister muss vor allem die Anwendungsfälle durchdringen und in der Lage sein, das private Campusnetz von Ende zu Ende, also ganzheitlich, zu konzipieren und zu planen.

Bildquelle: Nokia