5G fürs Internet der Dinge

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Mobilfunk macht smart

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Von Dr. Harald Karcher

Weltweit müssen die Mobilfunknetze schon heute etwa 5 Mrd. User rund um die Uhr verkraften, weil fast alle always on sind. Die meisten nutzen Handys oder Smartphones. Dazu kommen mobilfunkbestückte Tablets, Laptops, Router, Surfsticks, Autos und Navisysteme. Die sind zwar nicht immer always on, dafür kommen aber noch mehrere Milliarden Apps und mehrere Hundert Milliarden Dinge, Fahrzeuge, Maschinen, Hausgeräte und Gebäudesensoren hinzu, die die Mobilfunknetze in Zukunft miteinander verkoppeln sollen. Deshalb gehen die Netzausrüster davon aus, dass die Menschheit bald eine tausendfache Mobilfunkkapazität benötigen wird, die nur noch mit 5G-Netzen abgefedert werden kann.

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Schwarz auf Weiß
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In seiner ersten Stufe diente der digitale Mobilfunk überwiegend der Person-to-Person-Vernetzung via Sprache von Mensch zu Mensch. Das Wachstum in der Handy-Sprachkommunikation scheint vorerst zu stagnieren, aber der mobile Daten-, Foto- und Videohunger der Handy-Tablet-Laptop-Nutzer dürfte auch künftig weiter wachsen. Daher müssen die Netzbetreiber ihre Kapazitäten weiterhin drastisch hochfahren, um erstens aktuelle Engpässe zu beseitigen und zweitens das weitere Wachstum überhaupt bedienen zu können. Denn das mobile Internet erlaubt nicht nur die Kommunikation Person to Person, sondern auch Person to Machine und Machine to Machine.

5G und IPv6 für das Internet of Things

Hinzu kommen ganz neue Anwendungen bei der mobilen Vernetzung von Autos, Geräten, Sensoren und Maschinen. Die Branche spricht schon seit Jahren von M2M (Machine to Machine). Etwas modischer klingt die Formel vom Internet of Things (IoT). Der kalifornische Netzausrüster Cisco Systems wiederum pusht den Begriff Internet of Everything (IoE) und versteht darunter die Vernetzung von Menschen, Prozessen, Daten und Dingen. Die Begriffe überschneiden sich stark. Joachim Dressler, Vice President EMEA Sales, OEM Solutions, bei Sierra Wireless, wagt die folgende Abgrenzung:

„Ein Internet of Things besteht aus mehreren unterschiedlichen Teilnehmern, die zielgerichtet miteinander kommunizieren. Während die M2M-Kommunikation für die Basistechnologie zur Erfassung und Übertragung der Daten steht, geht es beim Begriff Internet of Things eher um die Verarbeitung und Systematisierung der Daten.“

Sierra Wireless ist laut ABI Research mit 34 % Marktanteil der Weltmarktführer für Cellular M2M Embedded Modules, sprich: einbaubare M2M-Mobilfunkmodule.

Der chinesische Netzausrüster Huawei geht davon aus, dass bereits vor dem Rollout der 5G-Technik bis 2020 ca. 50 bis 100 Mrd. Geräte vernetzt sein könnten. Damit steigt der Druck auf die vorhandenen 2G-3G-4G-Netze. Der LTE-Nachfolger 5G wird ab 2020 vielleicht gerade noch rechtzeitig kommen, um die älteren Netze zu entlasten.

Serie: Internet der Dinge
Teil 1 zählt an den Fingern ab, wie viele Datenverbindungen man künftig braucht, um alle Maschinen, Fahrzeuge, Sensoren und Smartphones zu vernetzen. Teil 2 berichtet von M2M-Lösungen, die bereits funktionieren. Ein wichtiger Treiber ist die Automobilindustrie. Teil 3 kehrt zur Ausgangsfrage zurück: Welche Netze sind in der Lage, das Internet der Dinge auszuhalten?

Bei diesen neuen IoT-Milliardenmärkten bekommen nicht nur Mobilfunktelcos und deren Ausrüster, sondern auch IT-Netzwerker wie Cisco leuchtende Augen. Dank IPv6 könnten nämlich Hunderte Milliarden von Handys, Dingen und Maschinen eigene, unverwechselbare Internet-Adressen erhalten. Mit IPv4 dagegen herrscht schon heute Adressenknappheit, die man mit Tricks und Kompromissen wie NAT (Network Address Translation) umsegeln muss. IPv4 ist nämlich auf ca. 4 Mrd. Adressen limitiert, und die sind fast komplett vergeben.

KommRZ2.2014.ID01 1060.jpg Künftige 5G-Mobilfunkkunden und -nutzer wie Telekom, Vodafone, Telefónica oder BMW stellten ihre Netzwerkpläne und Visionen auf dem 5G@Europe Summit 2014 vor. (Bild: Harald Karcher)

Marktpotenzial für M2M-Connections

Auf dem von Huawei initiierten 5G@Europe Summit 2014 im Münchener Sofitel Hotel zeigte Prof. Dr. Hans D. Schotten das gigantische Potenzial der Vernetzung von Geräten, Fahrzeugen und Maschinen per Mobilfunk: 8000 Frachtschiffe, 25 Mio. Container, 255 Mio. Autos, 345 Mio. Energiesensoren, 3,7 Mio. Verkaufsautomaten und last, but not least 110 Mio. Haustiere, die man ja ebenfalls per Mobilfunk allzeit überwachen und betreuen könnte.

KommRZ2.2014.ID01 1100.png Der LTE-Nachfolger 5G soll aus Sicht von Nokia (vormals NSN) enormen Datendurchsatz (oben), extrem kurze Reaktionszeiten (rechts) und eine gigantische Zahl an gleichzeitigen Mobilfunk-Connections ermöglichen. (Grafik: NSN (Nokia))

Das heißt: Bald dürfte der Hund zum Geburtstag ein neues Handy bekommen – vielleicht nicht unbedingt mit großem Touchscreen, aber mit 3G, 4G, LTE, WLAN, Kamera, Mikrofon und Bewegungssensoren. Vielleicht tragen Hunde und Katzen künftig sogar Datenbrillen, dann könnten Frauchen und Herrchen allzeit via Internet am Smartphone mitverfolgen, wo sich der vierbeinige Liebling gerade herumtreibt.

Dr. Sebastian Zimmermann, Head of Automotive Connectivity and Security Solutions bei BMW, machte auf dem Summit klar, dass auch Autos in Zukunft so stark vernetzt sein werden, dass man die Kapazität der 5G-Netze brauchen wird. Wenn sich das weitgehend automatisierte Fahren zusammen mit Augmented Reality im Head-up-Display auf der Windschutzscheibe, der automatischen Erkennung von Fußgängern und Radlern im Interesse der Kollisionsvermeidung sowie Location-based Services im Auto durchsetzen soll, wird man dazu enorme Wireless-Internet-Kapazitäten benötigen. Heutige Mobilfunknetze könnten das alleine gar nicht voll bedienen.

KommRZ2.2014.ID01 1090.jpg Der 5G-HyperService-Würfel von Huawei zeigt, welche neuen Mobilfunkanwendungen welchen Durchsatz (Throughput) pro Quadratkilometer, welche Ping-Zeiten (Delay) in Millisekunden und wie viele Verbindungen (Links) pro Quadratkilometer benötigen. Der kleine Würfel innen zeigt die Leistungsgrenzen der heutigen 2G-3G-4G-Netze. Der große Würfel außen symbolisiert die Power von 5G. (Grafik: Huawei)

Anhand des 5G-HyperService-Würfels erklärte Dr. David Soldani, Vice President Huawei European Research Centre und Head of Central Research Institute (CRI) im European Research Centre bei Huawei in München, wie und warum 5G-Netze ganz neue Anwendungen möglich machen. Zum Beispiel wird man den hohen Speed, die hohe Verfügbarkeit, die enorme Kapazität und die rasanten Ping-Zeiten von 5G in unterschiedlichem Maße für Smart Cities, für intelligente und selbstfahrende Autos, für Hochgeschwindigkeitszüge, Augmented Reality, interaktives HDTV, Real 3D, Telemedizin und Rettungsdienste sowie für Telepresence-Videokonferenzen in Ultra-HD-Auflösung benötigen.

Wo M2M-Technologien bereits heute zum Einsatz kommen, schildert Teil 2 dieser Serie.

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