Echtzeitsteuerung und Effizienz im Fokus Wie auch der Mittelstand 5G-Campusnetze clever nutzt

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Große Industrieunternehmen optimieren ihre Produktionsprozesse bereits mit 5G-Campusnetzen. Der Mittelstand zögert noch. Dabei könnte die Technologie auch kleineren Firmen helfen, eine Echtzeitsteuerung von Maschinen zu realisieren und Produktionsabläufe durch vernetzte Sensoren präziser zu steuern.

Mit Datenübertragungsraten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde und einer Latenz von weniger als einer Millisekunde eröffnet der neue Mobilfunkstandard 5G zahlreiche Möglichkeiten. Das haben etliche deutsche Industrieunternehmen erkannt, weshalb Deutschland bei den 5G-Campusnetzen in Europa eine Vorreiterrolle spielt. Seit 2019 können Firmen unabhängig von Telekommunikationsnetzbetreibern eine 5G-Funklizenz erwerben und ihr eigenes, lokal begrenztes 5G-Campusnetz aufbauen. Die Bundesnetzagentur (BNetzA) hat mittlerweile 407 solcher Anträge bewilligt und entsprechende Frequenzen zugeteilt. Allein im vergangenen Jahr kamen über 100 neue Genehmigungen hinzu.

5G-Campusnetze sind in der Praxis angekommen und gewinnen an Fahrt. Waren es laut den Zuteilungslisten der BNetzA in den Anfangsjahren vorwiegend Forschungseinrichtungen und Großkonzerne, die diese Technologie in ihre Umgebungen integrierten, zieht nun auch der gehobene Mittelstand nach. Mit einem spezialisierten Partner an der Seite wird die Einführung sogar für kleinere Betriebe machbar.

Abgeschottet und leistungsstark

Im Gegensatz zu den öffentlichen 5G-Netzen der Mobilfunkanbieter handelt es sich bei einem 5G-Campusnetz um ein privates, von externen Netzen abgeschottetes Funknetz auf dem Werksgelände. Es nutzt eine eigene, exklusive Funkfrequenz, zu der nur autorisierte Personen und Systeme Zugang haben. Dadurch können Unternehmen notwendige Sicherheitsanforderungen umsetzen und sicherstellen, dass jederzeit ausreichend Kapazitäten für ihre industriellen Anwendungen zur Verfügung stehen.

Denn in öffentlichen Netzen besteht stets die Gefahr, dass sensible Daten abfließen oder die Performance in Spitzenzeiten einbricht. Gerade im industriellen Umfeld, in dem oft zeitkritische Prozesse ablaufen und hohe Datenraten erforderlich sind, können sich Firmen derartige Kompromisse nicht leisten.

Einsatzszenarien für 5G-Campusnetze

Private 5G-Netze sind immer dann relevant, wenn ein großes, komplexes Gelände mit zahlreichen Stahlbauten und Maschinen zu versorgen ist. Auch wenn sich Beschäftigte oder Fahrzeuge auf dem Areal bewegen, bietet die 5G-Technologie entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen WLAN-Lösungen. Sie dringt selbst in Stahlbeton-Umgebungen problemlos durch Wände und kann mit Signalreflektionen umgehen. Zudem erlaubt sie einen nahtlosen Übergang zwischen den Funkzellen – ohne dass es zu Unterbrechungen kommt.

Für einfache IoT-Anwendungen mit geringen Datenraten und ohne Latenzsensitivität kann LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) eine kostengünstige Alternative darstellen. Diese Funktechnologie ist jedoch für die Langstrecken-Kommunikation konzipiert – für anspruchsvolle industrielle Anwendungen also eher ungeeignet.

Schlüsselfragen für eine erfolgreiche Implementierung

Bevor Unternehmen ein 5G-Campusnetz planen und aufbauen, sind viele Aspekte zu klären. Deshalb hat es sich gerade für den Mittelstand bewährt, von Anfang an externe, erfahrene Partner einzubeziehen. Was möchte man erreichen? Sind Netzabdeckung und Verfügbarkeit zu verbessern oder bestimmte Use Cases umzusetzen? Was soll vernetzt werden – Systeme, Fahrzeuge oder beides? Wie sieht die Umgebung aus und wie groß ist das Gelände? Wie hoch sind die Anforderungen an Bandbreite, Latenz und Mobilität?

Die Antworten auf diese Fragen bestimmen die konkrete Netzplanung. Der Dienstleister benötigt zudem einen genauen Gebäude- oder Geländeplan, der später mit dem Frequenzantrag einzureichen ist. Meistens erfordert die Vorbereitung einen Vor-Ort-Termin, bei dem die Experten des Dienstleisters und das Unternehmen gemeinsam prüfen, wie sich die Ziele am besten umsetzen lassen. Dazu gehört es auch, die bestehende Netzwerkinfrastruktur zu analysieren. Es gilt zu ermitteln, in welchen Bereichen WLAN beibehalten werden kann und wo 5G benötigt wird.

5G-Campusnetze in der Praxis

Da 5G-Campusnetze hochgradig modular sind, lassen sie sich exakt an die Firmenbedürfnisse anpassen. Je nach Anwendungsfall ergeben sich unterschiedliche Anforderungen – an Bandbreite, Netzabdeckung und Latenz.

Use Case: Connected Worker – digitale Unterstützung auf Schritt und Tritt
Viele Unternehmen haben zum Beispiel bereits ihre Produktionsanlagen vernetzt, doch die Kommunikation zwischen Mitarbeitenden und Anlagen ist oft noch eine Herausforderung. Ein 5G-Campusnetz kann hier Abhilfe schaffen: Die Funktechnologie kann selbst in großen Werksgeländen und Stahlbeton-Umgebungen eine durchgängige Netzabdeckung mit hoher Bandbreite und minimaler Latenz bewerkstelligen.

Use Case: Inspektionsroboter – autonome Überwachung und Wartung
Hierbei werden autonome Roboter mit Sensoren und Kameras ausgestattet, um Inspektionen durchführen zu können. Sie prüfen auf Beschädigungen und lesen Systeme aus. Die 5G-Campusnetze gewähren ihnen einen Datenaustausch in Echtzeit – eine Voraussetzung für den autonomen Betrieb.

Use Case: IoT und Predictive Maintenance
IoT-Szenarien mit Sensoren erlauben es, Maschinen und Prozesse zu überwachen, zu steuern und zu analysieren. Die 5G-Campusnetze liefern die dafür nötige Kommunikationsinfrastruktur und gewährleisten einen zuverlässigen Datenaustausch zwischen den Systemen und zentralen Dashboards. Dadurch wird eine vorausschauende Wartung möglich.

Maßnahmen gegen Cyberangriffe: Netzwerksegmentierung und Zero-Trust-Ansatz

Was erfahrene Partner raten: Es ist sinnvoll, das Netzwerk redundant zu gestalten und wichtige Komponenten zu duplizieren. So kann im Falle eines Ausfalls ein anderes System die Funktion übernehmen. Eine effektive Strategie liegt auch in einer Netzwerksegmentierung: Unternehmen sollten IT- und OT-Netze klar voneinander trennen und innerhalb des OT-Netzes Cluster bilden. An den Übergängen sind Kontrollen zu errichten. Dies begrenzt die Bewegungsfreiheit potenzieller Angreifer und verhindert, dass ein Cyberangriff das gesamte Netzwerk gefährdet. Ebenso empfehlen ICT-Dienstleister wie Axians einen Zero-Trust-Ansatz, bei dem die Kommunikation zwischen den Systemen auf das Nötigste beschränkt wird. Dafür sind zunächst alle Systeme im Netzwerk zu identifizieren und deren Kommunikationsbeziehungen zu analysieren. Anschließend werden nur noch die erforderlichen Verbindungen erlaubt oder verboten.

Ausblick: Managed Services für reibungslose Prozesse

Mittelständische Unternehmen können den Netzbetrieb an einen Managed Services Provider auslagern. Vorteilhaft ist ein Partner, der alle Phasen des Projekts abdecken kann – von der Planung über den Aufbau bis zum Betrieb. Dieser übernimmt dann auch die Wartung, kümmert sich um die Weiterentwicklung bei neuen Anforderungen und unterstützt bei Alltagsprozessen; der Einbindung neuer Maschinen ins Netzwerk zum Beispiel. Ist ein Network-as-a-Service-Modell (NaaS) vorhanden, brauchen die Firmen sogar keine eigene Hardware mehr zu kaufen. Sie beziehen ihr 5G-Campusnetz als Service gegen eine monatliche Gebühr – ähnlich wie in der Cloud.

Über den Autor

Hendrik Kahmann ist Head of Innovation bei Axians Deutschland.

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