Thomas Schildknecht, CEO der Schildknecht AG

„Die mit 5G heute erreichbaren Latenzzeiten liegen noch erheblich über den Zielvorgaben.“ Thomas Schildknecht, CEO der Schildknecht AG Schildknecht AG

Im Hintergrund von 5G stehen verschiedene Dienste, mit deren Hilfe Endanwender individuelle Campusnetze aufbauen können (siehe Kasten). Diese Dienste werden teilweise erst mit dem im Jahr 2020 erwarteten Release 16 definiert sein. eMBB wurde zwar bereits in Release 15 definiert, bis die ‚Baseband‘-Chip­hersteller aber die ersten integrationsfähigen Module auf den Markt bringen, wird es aber wohl weitere 2 bis 3 Jahre dauern. Die Konsequenz: Die ersten 5G-Lösungen für Automatisierungsgeräte werden – auch wenn alle anderen Voraussetzungen gegeben sind – erst etwa 2023 verfügbar sein!

Latenz-Zeiten müssen noch verkürzt werden

Ein Stolperstein in den Diskussionen zwischen Automatisierern, Endkunden der Fabrikautomation und Mobilfunkprovidern und Netzausrüstern ist unverändert die Latenzzeit, sowohl hinsichtlich Definition als auch der bisher erreichten Werte. Für die Automatisierer beschreibt Latenz die sog. ‚Feldbus-Aktualisierungszeit‘ (Jitter), welche bei harten Echtzeitanwendungen wie synchronisierte Antriebe nur wenige Mikrosekunden betragen darf! Bei 5G liegt dieser Wert derzeit jedoch bei etwa 100 Mikrosekunden.

Ähnlich sieht es bei den Übertragungszeiten in 5G-Campusnetzen aus: Hier wird für die Übertragung eines Datenpakets 1 Millisekunde „angestrebt“! Angestrebt heißt nicht garantiert; ist also das Entwicklungsziel, um 5G für Automatisierungsanwendungen einsetzten zu können. Das hierfür vorgesehene TDD-Verfahren (Time Division Duplex) ist als Halb-Duplex-Verfahren kontraproduktiv hinsichtlich kurzer Latenzzeiten: Nicht ohne Grund wurde beim Übergang von Profibus auf Profinet von Halb- auf Voll-Duplex umgestellt.

Noch gibt es in der Automatisierungstechnik keine Schlüssel-Applikation für 5G! Das liegt aber weniger an der fehlenden Kreativität der Automatisierer, sondern an den noch nicht vorhandenen 5G-Campusnetzen und an den ebenso fehlenden 5G-fähigen Endgeräten, die die entsprechende Bandbreite unterstützen. Diese lange Kette von Teilrealisierungen setzt sich fort bis zu den 5G-Chipanbietern, welche sich zu Beginn sicher auf die kommerziell interessantesten Projekte konzentrieren werden – also auf die Consumerwelt. Inwieweit die dafür entwickelten Chiptechnologien dann auch für industrielle Endprodukte nutzbar sind, muss sich zeigen, Stichwort: Langzeitverfügbarkeit.

Wie geht es weiter mit 5G im Feld?

Geduld und Optimismus sind gleichermaßen angesagt. Die Automatisierungstechnik stellt sehr hohe Anforderungen und 5G ist eine sehr neue, aber deutlich ausbaufähige Technologie. Der Nutzen auch für die Automatisierungstechnik wird sich einstellen (Optimismus berechtigt), aber es wird länger dauern, als von vielen erwartet oder erhofft (Geduld angesagt).

5G-Standardisierung

Diese Dienste stehen noch aus

  • eMBB (enhanced Mobile Broadband) ist eine Weiterentwicklung von 4G in Bezug auf die Datenrate und wird damit bevorzugt für Anwendungen mit hohen Datenübertragungsraten wie Videostreaming oder Augmented Reality eingesetzt werden.
  • uRLLC (ultra Reliable Low Latenzy Communication) soll eine besonders kurze Latenzzeit bei gleichzeitig sehr hoher Verfügbarkeit ermöglichen. Einsatzbereiche dafür sind die Fertigungsautomatisierung ­(Robotik), selbstfahrende Autos, Überwachung vitaler medizinischer Daten. Als völlig neue Applikation soll diese 5G-Klasse auch den Aufbau anwendereigener Netze mit eigenen Basisstationen auf dem ­Firmengelände und exklusiver Frequenz und benötigter Bandbreite ermöglichen.
  • mMTC (massive Machine Type Communications) soll Anwendungen mit besonders vielen Sensoren an einer Basisstation ­ermöglichen (hoher Vernetzungsgrad). Im Industriebereich stehen hierfür Begriffe wie Industrie 4.0 und Internet der Dinge (IoT) und allgemein die Automatisierungstechnik.
  • Network-Slicing: Die mit 5G verfügbare Technologie ermöglicht es, dass Netzbetreiber über eine einzige physikalische Netzinfrastruktur mehrere Netzwerke (z.B. auf spezielle Kunden- oder Applikationen ausgerichtet) betreiben und verwalten können. Dies ist eine wichtige Eigenschaft für die Umsetzung von Industrie-4.0-Szenarien im Hinblick auf Flexibilität.