IoT-Netzwerke: Die Zukunft ist ein Donut Wie WLAN und 5G in Campusnetzen sinnvoll zusammenarbeiten

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Private 5G-Netzwerke versprechen robuste, leistungsfähige und sichere Überall-Vernetzung. Große Unsicherheiten bestehen allerdings noch bei der konkreten Umsetzung. Wie lassen sich Stärken und Schwächen von WLAN und 5G sinnvoll verschalten, damit mehr als eine Summe der Teile entsteht?

Stellen Sie sich einen leicht angeknabberten Donut vor, dann haben Sie ein gutes Bild davon, wie WLAN und 5G in Campusnetzwerken Hand in Hand zusammengehen. Ein unregelmäßiger Kreis mit Loch - das ist die Zukunft.

Der erste konzentrische Kreis, das Loch in der Mitte, symbolisiert die großflächige Abdeckung, die 5G-Netze bieten. Ein oder mehrere Sendemasten versorgen das gewünschte Gebiet mit einem sicheren, robusten und schnellen Netzwerk für bis zu eine Million Geräte auf einem Quadratkilometer. Das Campusnetz ist leistungsfähig und anpassbar, um die unterschiedlichen Anforderungen an Latenz und Datendurchsatz für verschiedene Szenarien zu erfüllen – von IoT-Sensoren für Predictive Maintenance über autonome Fahrzeuge bis hin zur computergestützten Wartung. Und das private 5G-Netz ist sehr sicher: Es greifen die gleichen Sicherheitsmechanismen wie in öffentlichen 5G-Netzwerken. Private 5G-Netze basieren aber zusätzlich auf exklusiv lizenzierten Frequenzbändern. Das ermöglicht eine eigene, nach außen geschützte Netzwerkarchitektur mit eigenen Sicherheits- und Zugangsregeln. Der Datenaustausch in einem privaten 5G-Netz wird auf SIM-Karten-Ebene vom Netzwerk-Core gewährt oder verweigert. Jede SIM-Karte stellt dabei eine eindeutig identifizierbare Einheit dar, die fein granulierten Zugangsberechtigungen unterworfen werden kann.

Beste Entwicklungschancen in Deutschland

5G-Netze werden in Deutschland mit einem transparenten Kostenmodell über die Bundesnetzagentur lizenziert. Lizenzen stehen allen Unternehmen, Behörden und Universitäten zur Verfügung, die überzeugend darlegen können, warum sie ein privates 5G-Netz betreiben wollen. Diese Lizenzsituation ist im internationalen Vergleich äußerst komfortabel und mit ein Grund dafür, warum Deutschland als Pionierland für 5G-Campusnetzwerke gilt.

Netzplanung ist Maßarbeit

Aber der Netzaufbau ist nicht ganz ohne, der Teufel steckt im Detail. 5G löst im Gegensatz zu WLAN zwar Interferenzprobleme, überbrückt relativ große Entfernungen, bietet mehr Sicherheit und priorisiert Geschwindigkeit und Bandbreite nach Wunsch. Aber aufbauen können ein 5G-Campusnetzwerk nur Experten. Jedes Gebiet, innerhalb und außerhalb von Gebäuden, muss akribisch und individuell vermessen werden. Es gibt keine allgemeingültige Formel. Das Ganze dauert mitunter Wochen. Nicht zuletzt, weil Experten rar sind und entsprechende IT-Dienstleister erst am Anfang der Professionalisierung in Sachen Netzwerkdesign mit 5G stehen. Netzplanung, das war bisher die Aufgabe von Carriern und großen Netzausrüstern wie Ericsson. Die Ressourcen für kleinere Anbieter sind noch gering, selbst wenn Ingenieure für anspruchsvolle WLAN-Netzwerke schnell weitergebildet werden könnten.

Ein Hochhaus mit Stahlbeton muss man in der anspruchsvollen Netzplanung anders angehen als eine Leichtbauhalle. Gelände, Bewuchs, Bebauung – alles spielt eine Rolle. Genauso wie rechtliche Bestimmungen und Besitzverhältnisse. Wie weit reicht das Signal, wie gut sind Anbindung und Qualität? Wo müssen die Masten stehen, wo braucht man Verstärker oder eventuell weitere Masten – und welche Gebiete können schlicht und einfach nicht versorgt werden? Wo sind die blinden Flecken?

5G oder WLAN? Beides!

Damit kommen wir zurück zu unserem Donut: Das Loch in der Mitte steht für die großflächige Abdeckung mit 5G. Das schon angebissene Backwerk symbolisiert vereinzelte, komplementäre Netze – vor allem WLAN, aber nicht nur. Komplementäre Netze sind nicht für größere Gebiete gebaut, das wäre viel zu teuer. Und zu kompliziert. Aber sie sind perfekt geeignet, die blinden Flecken auf der Karte mit WLAN- und, bei Bedarf, auch mit Kabel-Häppchen auszufüllen. Sogar weitere, lokale 5G-Netze, etwa in einer Produktionshalle, sind machbar.

Ein Beispiel: Stellen wir uns das weitläufige Gelände eines mittleren, produzierenden Betriebes vor. Die Warenanlieferung vom Lager an die Fertigungshalle übernehmen autonom fahrende Arbeitsbienen. Die Daten und die Datenverarbeitung dafür laufen über das 5G-Campusnetz. Die Halle hat aber leider Metallwände, die das 5G-Signal schwächen oder ganz abschirmen. Im Inneren brauchen die IoT-Sensoren, die eine automatische Nachbestellung der Verbauteile auslösen allerdings den Netzzugang. Hier übersetzen spezielle Router das vorhandene 5G-Netz in Ethernet, WLAN oder ein zusätzliches 5G-Netz. Damit gleicht die Netzabdeckung einem leicht angeknabberten Donut, der nur dort, wo nötig, weitere, kleine Netze aufbaut, um am Abdeckungsrand die Konnektivität sicherzustellen.

Geräte wie Smartphones oder Tablets können sich direkt mit dem sicheren 5G-Netz verbinden. Haben sie zwei SIM-Karten, ist auch der nahtlose Übergang zwischen privatem Campusnetzwerk und öffentlichen Mobilfunk möglich. Andere Geräte brauchen aber ein klassisches Netzwerk per LAN oder WLAN und damit einen Router, der das Campusnetzwerk für sie zugänglich macht. Auch das muss in der Planung berücksichtigt werden: Welche Orte, Menschen und Dinge müssen angebunden werden und wo befinden sie sich? Ist Strippenziehen die beste Lösung, Funk, WLAN oder ein 5G-Subnetz?

Den Donut ins Rollen bringen

Doch wie bringt man den Donut ins Rollen? Im Moment herrscht noch große Unsicherheit. „Brauchen wir das?“ „Können wir das?“ Was 5G und die Kombination mit den alten Bekannten LAN und WLAN wirklich bedeutet, ist nur wenigen klar. Der Markt ist noch nicht reif. Das nächste Ziel ist daher: Der Markt muss lernen, was 5G leisten kann und wie. Dazu gehört auch das, was nicht geht zu vermitteln.

Die Anbieterlandschaft entwickelt sich gerade erst. Riesen wie Ericsson können 5G. Ihre Produkte sind aber auf Carrier und sehr große, OT-lastige Unternehmen zugeschnitten. Enterprise-Anbieter, deren Produkte und Systeme sich in IT-getriebene Unternehmen einfügen, sind noch dünn gesät. Genauso wie Dienstleister, die die Produkte verkaufen, einrichten und betreuen können. Dringend nötiges Fachpersonal für Planung und Umsetzung ist bei den Carriern gebunden und reicht bei Weitem noch nicht aus. Um den Bedarf zu decken, müssen sich die Branchenriesen auch auf kleinere Projekte einstellen. Die Enterprise-Anbieter müssen in Aus- und Weiterbildung investieren, um die Personallücken zu füllen.

Zu guter Letzt: Wie sieht es mit den Kosten aus? Bisher existieren noch keine Faustformeln, welchen finanziellen Aufwand Lizenzierung, Planung, Einrichtung und Betrieb eines privaten 5G-Netzes bedeuten. Eine belastbare, finanzielle Planungssicherheit für die unterschiedlichsten Organisationen ist noch nicht gegeben: Viele der aktuellen privaten 5G-Installationen sind entweder sehr klein, wie sie in Start-up-Unternehmen immer häufiger zu finden sind, oder aber Großprojekte der klassischen Anbieter aus dem Mobilfunk.

Mobilfunkanbieter drängen zunehmend auf den Markt für private 5G-Netze. Die Folge: Hardware wird standardisiert, die Software weiter virtualisiert. Das Management der Komponenten wird einfacher und mehr und mehr Funktionen werden in die Cloud verlagert. Der Markt profitiert davon, der Wettbewerb nimmt zu. Dadurch werden die Preise fallen und der 5G-Markt erhält noch einen weiteren Booster.

Die Herausforderungen sind vielfältig, aber es ist klar: Die Zukunft der Vernetzung ist ein unregelmäßiger Kreis mit Loch. Und den backen wir gerade.

Über den Autor

Roger Jones ist Solutions Architect EMEA bei Cradlepoint.

Dieser Beitrag stammt von unserem Schwesterportal Industry of Things.

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