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Netzwoche 04/2020

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32 Technology Focus

32 Technology Focus Bild: Bild: © 5G Automotive Association/Audi AG Vernetzte Autos, vernetzte Produktion: Der Ingolstädter Autohersteller ist nicht nur eine treibende Kraft bei der Vernetzung seiner Fahrzeuge, sondern auch bei deren vollautomatisierten Produktion im Rahmen eines Industrial IoT. bewegen. Eine wichtige Voraussetzung für autonome Fahrzeuge sind nahtlose Funkzellen. In einem WLAN würde der Roboter beim Wechsel in eine andere Zelle oder bei Signalschwäche zunächst anhalten, eine neue Verbindung aufbauen und erst dann weiterfahren – in kontinuierlichen Abläufen völlig undenkbar. 4G/LTE für IoT Schon heute dient Long Term Evolution (LTE) als Basis für das IoT, überwiegend für den öffentlichen Bereich. Dazu wurde die vierte Mobilfunkgeneration LTE/4G um zwei neue Servicekategorien erweitert: NB-IoT («Narrowband IoT») und Cat-M1 (auch LTE-M genannt). Beide sind abgespeckte LTE-Varianten, die Daten mit nur 20-30 Kbit/s (NB-IoT) oder maximal 100 Kbit/s (LTE-M) übertragen können. Auch die mögliche Reichweite wurde begrenzt, denn neben der Datenrate ist auch die Reichweite entscheidend für die Batterielebensdauer. Sie beträgt maximal zehn Jahre bei NB-IoT und fünf Jahre bei LTE-M und sinkt mit höherer Datenrate und erhöhter Reichweite, weil beides mehr Sendeleistung bedingt. Also wurde der Übertragungsmodus geändert: statt Vollduplex- Übertragung wie bei normalen LTE-Endgeräten können NB-IoT-Geräte nur entweder senden oder empfangen (halbduplex), was für unkritische Anwendungen im Bereich Massive IoT ausreicht. Auf LTE-M läuft der Vollduplex-Modus nur optional, etwa für Seniorennotruf-Einrichtungen. NB-IoT und LTE-M benötigen SIM-Karten zur Identifikation im LTE-Netz, meist als energiesparende eSIM implementiert. Schliesslich können beide dank eDRX (extended Discontinuous Reception) den stromzehrenden Signalisierungsverkehr reduzieren, der in der Regel nur aus einem kurzen Paging besteht, etwa als OK-Meldung oder zur Positionsbestimmung. Dank dieses Massnahmenpakets kann man einfachere und entsprechend günstigere Endgeräte mit tieferem Energieverbrauch anbieten. Industrie 4.0 mit 5G Nun steigt die Menge der vernetzten Gegenstände weiterhin stark an, sodass leistungsfähigere und schnellere Netze nötig sind. Und für voll automatisierte Produktionsprozesse wie im Szenario Industrie 4.0 sind die Anforderungen an das Kommunikationsnetz nochmals höher. Hier bietet sich somit 5G als Mobilfunknetz an – mit tiefer Latenz, schneller und permanenter Datenübertragung und kurzer Aufbauzeit. Beispiel Latenz: Waren es bei 4G/LTE noch rund 20 bis 30 Millisekunden, so beträgt sie bei 5G gerade noch 2 bis 3 Millisekunden. Und auch bei der Geschwindigkeit brilliert 5G mit bis 10 Gbit/s. Ein gutes Beispiel für die 5G-Nutzung in der Produktion liefert die deutsche Autoindustrie, unter anderem der VW- Konzern. Im VW-Stammwerk Wolfsburg könnte man die rund 5000 Roboter, aber auch weitere Maschinen und Anlagen vernetzen. Nach einem Pilotbetrieb will man lokale 04 / 2020 www.netzwoche.ch © netzmedien ag

Technology Focus 33 5G-Netzwerke in den Fabriken ausrollen, um die Fertigung flexibler und effizienter zu gestalten. Zudem bietet die 5G- Technologie die Möglichkeit zum Laden grosser Softwarepakete, da der Softwareanteil laufend steigt. So wird 2020 mit dem Golf VIII erstmals ein Fahrzeug geliefert, das mit allen möglichen Assistenzsystemen ab Werk bestückt wird. Dazu müssen in der Produktion grosse Datenmengen aufs Fahrzeug geladen werden – ideal für 5G also. Die industrielle Produktion steht in Europa unter hohem Kostendruck. Zudem fehlen in vielen Bereichen Fachspezialisten, sodass möglichst flexible und kostengünstige Produktionsanlagen gefordert sind. Die Idee zur Verbindung von Maschinen wird in der Praxis bereits umgesetzt und nimmt weiter zu. Darin platzierte Sensoren kommunizieren über mobile Datenverbindungen untereinander oder mit einer zentralen Steuerung. Diese erkennt etwa über Zustands- und Fehlermeldungen den genauen Wartungsbedarf der Maschinen und Anlagen. Premiumprodukte dank 5G Gerade in der industriellen Produktion besonders hochwertiger Produkte wie der Medizinaltechnik oder Premiumautos verbreitet sich das IIoT schnell. Sensoren erfassen etwa den genauen Standort von angelieferten oder selbst gefertigten Halbfertigprodukten und Teilen, deren Status sowie potenzielle Fehler während der Produktion. Während das Schweizer Medizinaltechnik-Unternehmen Ypsomed lokales 5G bereits seit 2017 in ihren Hallen am Standort Solothurn testet und Arbeitsplätze in die Schweiz zurückholen will, testet Audi 4G/LTE und 5G erstmals in der Fahrzeugproduktion. Im Mittelpunkt des Projekts steht das IIoT vor dem Hintergrund von Industrie 4.0, in dem das Potenzial von 5G als zukunftssichere Kommunikationstechnologie den hohen Anforderungen der Automobilproduktion voll ausgeschöpft werden soll. Seit der zweiten Jahreshälfte 2018 wird eine 5G-Funkeinheit in einer Pilotanlage im Audi Production Lab bei Ingolstadt getestet. Nach Abschluss der Tests wird Audi darüber entscheiden, ob die Technologie auch in anderen Werken eingesetzt wird. 4G/LTE kommt dort zur Anwendung, wo für 5G noch keine entsprechende Sensoren erhältlich sind. Stromverbrauch und Sicherheit Nach Expertenmeinung wird die voll vernetzte Fabrik einen grossen Einfluss auf die zukünftige Produktion haben. Eine leistungsfähige Netzwerkarchitektur, die in Echtzeit reagieren kann, ist für diese Entwicklung unerlässlich. Neben der sehr hohen Zuverlässigkeit brilliert 5G auch mit seinem tiefen Energiebedarf. Trotzdem bietet 5G eine etwa 1000-fach höhere Netzkapazität als das immer noch leistungsfähige 4G/LTE und kann mit weniger Energie eine deutlich grössere Anzahl von Endgeräten versorgen. Bei der hohen Endgerätedichte im IIoT-Umfeld wird 5G damit zur Schlüsseltechnologie. Einige produzierende Hersteller fordern nun eigene 5G-Lizenzen und wollen das öffentliche 5G-Netz nur ungern nutzen. Deren Betreiber behaupten, dass ein Zugriff vom öffentlichen 5G-Netz auf Kundendaten unmöglich sei. In jedem Fall wird ein privates mit dem öffentlichen 5G-Netz verbunden, damit die Firmen mit Partnern, externen Dienstleistern oder Zulieferern kommunizieren können. Diese Kombination aus privatem und öffentlichem Netz wird als «Dual-Slice-Lösung» bezeichnet. Wie sicher 5G wirklich ist, weiss man hingegen noch nicht. Bei der hohen Endgerätedichte im IIoT-Umfeld wird 5G zur Schlüsseltechnologie. Mobile Edge Computing (MEC): Mithilfe statistischer Voraussagen können lokal benötigte Daten aus einer lokalen Cloud (als Teil des 5G-Systems) schnell bereitgestellt werden. Grafik: Rüdiger Sellin, 2020 Den Artikel finden Sie online www.netzwoche.ch www.netzwoche.ch © netzmedien ag 04 / 2020

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