Freie Fahrt für Frequenzen

5G-Netze auf dem Werksgelände

Die Erwartungen sind groß, die Perspektiven vielversprechend: 5G-Campus-Netze sollen zum leistungsstarken Motor für die Industrie werden. Als Voraussetzung dafür hat die Bundesnetzagentur für örtliche Anwendungen „lokale 5G-Frequenzen“ reserviert. Diese können seit November vergangenen Jahres beantragt werden und ermöglichen es Unternehmen, an Produktionsstandorten eigene, lokal begrenzte und maßgeschneiderte Netze aufbauen und betreiben zu können.

  • Auto Rennstrecke Kurve

    Nachdem die Bundesnetzagentur (BNetzA) Ende Oktober die Gebühren für lokale 5G-Frequenzen festgelegt hatte, fiel einen Monat später der Startschuss für das Antragsverfahren von Campus-Netzen.

  • Hinterrad Rennwagen Formel 1

    Auf Industrial-Internet-of-Things-Anwendungen (IIoT) dürfte die 5G-Technologie mit ihrer Datenübertragung von unter zehn Millisekunden wie ein Turbo wirken.

  • Marc Kessler, Breko

    „Die lokalen 5G-Frequenzen sind von besonderer Bedeutung für den Wirtschaftsstandort Deutschland, da man dadurch die Chance hat, internationaler Spitzenreiter bei industriellen 5G-Anwendungen zu werden.“ (Marc Kessler, Breko)

  • Jörg-Uwe Uhlenbrok, T-Systems International

    „Die Unternehmens-IT wandelt sich von spezifischen Applikationen hin zu flexibel orchestrierten, cloud-basierten Diensten. Dafür ist ein skalierbares, ausfallsicheres und robustes Unternehmensnetzwerk die Voraussetzung.“ (Jörg-Uwe Uhlenbrok, T-Systems International)

  • Dirk Wettig, Cisco Systems

    „Ein zweckorientiertes Campus-Netzwerk zeichnet sich dahingehend aus, dass es alle erforderlichen Konnektierungsformen unterstützen kann.“ (Dirk Wettig, Cisco Systems)

Im Motorsport spricht man von der Pole-Position, wenn es darum geht, von der besten Ausgangssituation in ein Rennen zu starten. Analog dazu verhält es sich bei der Digitalisierung der Wirtschaft. Nachdem die Bundesnetzagentur (BNetzA) Ende Oktober die Gebühren für lokale 5G-Frequenzen festgelegt hatte, fiel einen Monat später der Startschuss für das Antragsverfahren von Campus-Netzen. Seitdem scheint ein regelrechter „Massenstart“ in der IT-Landschaft abzulaufen. Neben den europäischen Netzwerkherstellern und internationalen -betreibern tummeln sich Dienstleister, Hardware- und Software-Anbieter im Markt.

Während Schwergewichte wie BASF, Siemens, Bosch, die Deutsche Messe, der Flughafenbetreiber Fraport sowie die deutsche Automobilbranche mit Volkswagen, BMW und Daimler bereits im Vorfeld der Frequenzvergabe Interesse am Aufbau eigener 5G-Netze bekundet haben, beziehen nun auch Industrieverbände und lokale Netzbetreiber ihre Startposition. Sie begrüßen den Schritt der Vergabe „lokaler 5G-Frequenzen“, weil er kleineren und mittleren Unternehmen mehr Unabhängigkeit bietet. Lediglich etablierte Provider befürchten, durch die privaten Netze Geschäftskunden zu verlieren. Dabei sind die Provider in vielen Fällen selbst die technischen Partner beim Aufbau der Campus-Netze.

Großer Nutzen

Das enorme Interesse verwundert nicht, da den maßgeschneiderten Mobilfunknetzen gerade für die Industrie ein großer Nutzen zugesprochen wird. So bieten die „lokalen 5G-Frequenzen“ viele Möglichkeiten für Anwendungen innovativer Lösungen bei Industrie 4.0, dem Internet of Things (IoT) und dem autonomen Fahren. In Zeiten eines zu langsamen Breitbandausbaus und klaffender Mobilfunklöcher bieten 5G-Campus-Netze der Industrie die Chance, durch die geschickte Kombination aus öffentlichem Mobilfunknetz und privatem Netz die eigene Netzwerk-infrastruktur selbst in die Hand zu nehmen.

Das schafft, wie gesagt, Unabhängigkeit und eröffnet Wege, neue Produkte und Dienstleistungen schneller auf den Markt bringen zu können. Gerade der Mittelstand kann produktiver und wettbewerbsfähiger werden, wenn er im Sinne von Industrie 4.0 nicht nur die Digitalisierung einzelner Maschinen oder Fertigungsabschnitte berücksichtigt. Vielmehr ist es wichtig, die Ende-zu-Ende-Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette – also auch die Integration älterer Maschinen und Anlagenteile – durch eine flexible und performante Netzwerkinfrastruktur zu realisieren.

Hohe Verfügbarkeit

Insbesondere auf Industrial-Internet-of-Things-Anwendungen (IIoT) dürfte die 5G-Technologie mit ihrer Datenübertragung von unter zehn Millisekunden wie ein Turbo wirken. So lassen sich Maschinen und Prozesse verzögerungsfrei und verlässlich miteinander verbinden. Beispielsweise sorgt die minimale Latenz, mit der das Netz reagiert, dafür, dass Maschinen miteinander (M2M) oder mit einem Rechenzentrum performant kommunizieren können. Eine Vernetzung mehrerer, sogenannter Campus-Lösungen, oder externer Anwendungen ist ebenso problemlos möglich wie eine Fernwartung von Maschinen durch die Herstellerfirma.

Durch die parallele Versorgung des Campus mit dem öffentlichen Mobilfunknetz können nicht nur alle Geräte auf einem Firmengelände vernetzt werden, selbst wenn diese an schwer erreichbaren Stellen oder in Bewegung sind – wie bei einem mithilfe von Sensoren autonom über das Firmengelände fahrenden Fahrzeug. Als lokale Infrastruktur, die ein definiertes Areal bzw. einzelnes Gebäude abdeckt, steht die Kapazität des Campus-Netzes dem Kunden auch zu jeder Zeit exklusiv – ohne externen Netzwerkverkehr – zur Verfügung. Das bringt stabile Prozesse mit geringen Ausfallzeiten und einer angepassten Sicherheitsstrategie, d.h. einen klaren Vorteil gegenüber öffentlichen Netzen.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 1-2/2020. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Viele Anforderungen

Netzwerkwerke mit spezifischen Funktionen und Eigenschaften, wie sie Campus-Lösungen bieten, müssen allerdings jede Menge Anforderungen erfüllen. Jörg-Uwe Uhlenbrok, Senior Project Manager bei T-Systems International, verweist auf die IIoT-Erfahrung aus digitalen Transformationsprojekten, dass der verstärkte Einsatz von Sensoren, wie er bei hochauflösenden Videodaten oder Echtzeitszenarien bei digitalen Zwillingen vorkommt, besondere Herausforderungen an Campus-Netze stelle. Genügend Bandbreite sei das eine. Das andere: „Die Unternehmens-IT wandelt sich von spezifischen Applikationen hin zu flexibel orchestrierten, cloud-basierten Diensten. Dafür ist ein skalierbares, ausfallsicheres und robustes Unternehmensnetzwerk die Voraussetzung“, so Uhlenbrok.

Für Dirk Wettig, Client Director DT Account bei Cisco Systems, sind die anzubindenden Endgeräte wichtig: ob es sich beispielsweise um mobile oder fest vernetzte Geräte handelt und welche Anwendungen darauf genutzt werden. „Ein zweck-orientiertes Campus-Netzwerk zeichnet sich dahingehend aus, dass es alle erforderlichen Konnektierungsformen unterstützen kann“, so Wettig. Dazu gehörten sowohl drahtlose Varianten – wie WLAN, LTE/5G, Bluetooth oder Ultrabreitband (UWB) – als auch drahtgebundene und weitere Wide-Area-Anbindungsformen, die zunehmend am Campus Anwendung fänden, z.B. Long Range Wide Area Network (LoRa) oder Narrowband IoT.

Nicht zu vergessen ist dabei der Sicherheitsaspekt, weiß Kai Grunwitz, Geschäftsführer bei NTT Germany. „Hersteller bieten heute umfangreiche Technologien und Produkte an, die alle Sicherheitsaspekte adressieren.“ Wichtig sei jedoch, dass diese Technologien den Anwender bei der Umsetzung seiner Security-Richtlinien unterstützen, so der Experte. „Beispielsweise kann der Zugriff auf eine Anwendung, der in einer Security-Richtlinie spezifiziert ist, durch ein entsprechendes Regelwerk in Software abgebildet werden“, erklärt Grunwitz. Der Anwender könne den Zugriff über ein Self-Service-Portal anfragen; über das hinterlegte Regelwerk erfolge dann die Umsetzung durch die Software in den verschiedenen Komponenten im Kommunikationspfad automatisch. Grunwitz weiter: „Erfahrungswerte belegen, dass auf diese Weise ein aufwendiger Prozess, bei dem von verschiedenen Unternehmensbereichen eine Genehmigung eingeholt werden muss, merklich verkürzt werden kann.“

Vorteile hängen von Branche ab

Aber auch branchenspezifisch gibt es besondere Anforderungen: Beispielsweise müssen im produzierenden Gewerbe verschiedene Rohstoffe und Teilprodukte einem festgelegten Fertigungsablauf in einer Produktionsstätte folgen, weiß Wettig. „Das benötigt eine kombinierte, synchronisierte und gesicherte Automation – also spielt ein Time-Sensitive-Network eine wesentliche Rolle, wie wir es im Industrial Ethernet sehen.“ Wi-Fi 6 bietet sich hier als flexible und ökonomische Lösung an. In der Logistik hingegen gibt es größere Flächen im Outdoor-Bereich, sodass 5G oder LTE ihre Vorteile haben.

Wissenswertes zum Antragsverfahren

Für lokale Netze stellt die Bundesnetzagentur den Frequenzbereich von
3,7 bis 3,8 GHz bereit. Berechtigt zur Antragstellung von Frequenzen sind Eigentümer von Grundstücken, Mieter, Pächter oder Interessierte mit einer
entsprechenden Beauftragung, die die Frequenzen insbesondere für Industrie 4.0,
aber auch für die Land- und Forstwirtschaft einsetzen.

  • Die für die Frequenzzuteilungen erforderliche Verwaltungsvorschrift „Lokales Breitband“ und Antragsformblätter sind unter www.bundesnetzagentur.de/lokalesbreitband erhältlich.
  • Frequenzen können unmittelbar nach der Zuteilung genutzt werden. Die Zuteilungsdauer soll dafür sorgen, dass Frequenzen nur für die tatsächliche Zeit ihrer Nutzung beantragt werden.
  • Für Frequenzzuteilungen werden Gebühren erhoben, die eine optimale Nutzung und effiziente Verwendung der Frequenzen sicherstellen sollen.
  • Die Gebühr ist abhängig von der beantragten Bandbreite und der Größe des abgedeckten Gebiets.
  • Die Gebührenstruktur soll auch Geschäftsmodelle von Start-ups, kleinen und mittleren Unternehmen sowie landwirtschaftliche Anwendungen ermöglichen.
  • Anträge können elektronisch unter 226.lokalesbreitband@bnetza.de gestellt werden.

 

Breite Zustimmung

Die Erwartungshaltung ob der vielversprechenden Perspektiven ist in Zeiten der Digitalisierungsoffensive der Bundesregierung groß: „Wir wollen, dass Deutschland eine Vorreiterrolle im Bereich Industrie 4.0 einnehmen kann“, kommentierte BNetzA-Präsident Jochen Homann den Beginn des Frequenzantragsverfahrens. Marc Kessler, Sprecher vom Bundesverband Breitbandkommunikation (Breko), sieht sogar Chancen im internationalen Rennen. „Die lokalen 5G-Frequenzen sind von besonderer Bedeutung für den Wirtschaftsstandort Deutschland, da man dadurch die Chance hat, internationaler Spitzenreiter bei industriellen 5G-Anwendungen zu werden.“

Auf rund 200 lokal und regional operierende Netzbetreiber kann sich der Breko-Verband sicher verlassen. Nachdem sie die Glasfaser direkt bis in die Unternehmen gebracht haben, verwandeln sie diese jetzt per lokalem 5G nun in eine „mobile Glasfaser“. „Schon jetzt hat eine Vielzahl an Breko-Netzbetreibern signalisiert, dass sie in dieses Geschäftsmodell einsteigen will“, verrät Kessler. Etwa sei die baden-württembergische Netcom BW, eine Tochter des Energieversorgers ENBW, interessiert. Sie befindet sich in Gesprächen mit diversen Mittelständlern, um diese bei der Planung und dem Betrieb solcher Funknetze zu unterstützen.

Mögliche Hürden

Bereits im Frühjahr 2019 hatte der Licht- und Sensorik-Konzern Osram den Prototypen eines Campus-Netzwerks auf dem Mobile World Congress in Barcelona vorgestellt. Die Deutsche Telekom kündigte Ende Oktober auf der Hausmesse Digital X in Köln zwei neue Campus-Netz-Angebote an. So soll es 2020 zwei Produktvarianten geben – eine für Großkunden und eine für den Mittelstand. Letztere nennt sich „Campus M“ und wird über das öffentliche Netz versorgt. Für eine perfekte Mobilfunkabdeckung bis in jeden Winkel des Firmengeländes sollen gegebenenfalls zusätzliche Antennen auf dem Gelände und in den Gebäuden sorgen. Die Daten gehen logisch getrennt vom öffentlichen Netz an den oder die verarbeitenden Rechner auf dem Campus. Ähnlich wie im Festnetz nutzt der Konzern ein virtuelles privates Netzwerk (VPN). Vereinbarte Quality-of-Service-Komponenten ermöglichen es, „Campus M“ für unterschiedliche Kundenbedarfe anzupassen. So soll eine Priorisierung des privaten Datenverkehrs in Überlastsituationen einen reibungslosen Produktionsablauf sicherstellen.

Auch wenn die Produkte für Campus-Netze schon ganz konkrete Formen annehmen, wird auch klar, dass es beim Ausbau des Netzes auf dem Firmengelände für viele Unternehmen noch Hürden zu nehmen gilt: Neben der Beantragung der benötigten Lizenz (siehe Kasten Seite 24) sind das die Kosten für Antennen, das Setup von Maschinensensoren und das Einrichten sowie Sichern der Werks-Cloud.

Interesse versus Investitionsfreude

Laut einer Marktstudie der Beratung „mm1“ haben über 50 Prozent der deutschen Mittelständler schon fünf von zehn möglichen Industrie-4.0-Anwendungsfällen in ihren Unternehmen ausprobiert. Darüber hinaus interessiert die Mittelständler die Skalierbarkeit, das Monitoring, die lokale Verfügbarkeit und Ende-zu-Ende-Verschlüsselung ihrer Daten. Für drei Viertel von ihnen ist beim Kauf von Netzinfrastruktur jedoch der Kostenvergleich das ausschlaggebende Kriterium.

Wie der Tüv Rheinland, der Firmen und Gemeinden bei der Planung, dem Aufbau und der Kontrolle lokaler 5G-Netze berät, in seinem Trendreport zu Campus-Netzwerken herausgefunden hat, scheint noch einiges an Überzeugungsarbeit notwendig, damit Führungskräfte in der Industrie in ein eigenes 5G-Campus-Netz investieren. Für 50 Prozent ist das irrelevant. 6,8 Prozent entschieden sich bewusst gegen die Technologie – und 17,3 Prozent kennen 5G-Campus-Netze gar nicht.

Fördermittel stehen bereit

Die Zurückhaltung scheint verständlich. Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) scheut jedoch keine Kosten und Mühen, um die Zweifler von seinem 5G-Innovationsprogramm zu überzeugen. Mit einer Fördersumme von mehr als 6 Mio. Euro wird u.a. das Projekt „5G Industry Campus Europe“ des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT Aachen unterstützt: Ziel des Vorhabens ist der Transfer und die Verankerung von 5G in der produzierenden Industrie. In voll ausgestatteten Maschinenhallen der Forschungsinstitute kann 5G in einer realen Umgebung getestet und erforscht werden. Themen sind: 5G-Sensorik, Monitoring von Fertigungsprozessen, mobile Robotik, Logistik und standortübergreifende Produktionsketten. Das Wirtschaftsministerium des Landes Niedersachsen stellt rund 50 Mio. Euro für den Aufbau von Campus-Netzen bereit. Die Fördermittelabwicklung läuft über die NBank. Dort müssen auch die Anträge gestellt werden.

Wie groß ist die Gefahr durch Strahlung?

Zu bedenken ist jedoch nicht nur die Finanzierung. Da 5G ebenso wie die bestehenden Mobilfunknetze elektromagnetische Strahlung nutzt, ist diese ein nicht zu vernachlässigendes Thema. „Die für 5G reservierten Frequenzen sind mit > 2 GHz höher als die bisher benutzten“, erklärt Uhlenbrok. Mit steigender Frequenz verringere sich jedoch die Eindringtiefe in biologisches Gewebe auf wenige Millimeter, sodass 5G aus dieser Sicht als günstiger zu bewerten sei, relativiert der T-Systems-Experte.

5G arbeitet also mit einer niedrigeren Sendeleistung als UMTS, braucht aber wegen der niedrigeren Reichweite zur Abdeckung eines Gebiets mehr Antennen, die sich im Durchschnitt näher am Menschen befinden. Da die Strahlenbelastung wegen der höheren Frequenz geringer als die der bestehenden Mobilfunknetze sei und die gesetzlichen Grenzwerte zur Belastung mit elektromagnetischer Strahlung am Arbeitsplatz eingehalten werden müssten, „kann die Belastung auf dem Betriebsgelände eher vernachlässigt werden“, resümiert Uhlenbrok.

Auch Grunwitz verweist auf die rechtlichen Vorgaben für Hersteller: „WLAN-Funktechnologien in Campus-Netzwerken sind seit über 15 Jahren ein Standard für die Anbindung von mobilen Geräten oder modernen Arbeitsplätzen.“ Mit 5G sei heute aber eine neue Technologie am Start, für die es noch keine Erfahrungswerte gäbe. Allerdings habe der Bitkom in einem Positionspapier 2019 festgehalten, dass aus seiner Sicht von 5G-Funksystemen bei Einhaltung der geltenden Grenzwerte keine gesundheitsschädlichen Schäden durch elektromagnetische Felder zu befürchten sind.

Bildquelle:Gettyimages/iStock/Breko/T-Systems/Cisco Systems

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