Kommentar 5G: Smart Object Testing breit verfügbar machen

Der neue 5G-Standard stellt viele Hersteller von IoT-Devices vor Herausforderungen - z.B. dann, wenn es um Leistungs- und Sicherheitstests geht. Der Autor ist der Meinung, dass die erforderlichen Prüftechnologien sowie das entsprechende Know-how allen Akteuren zugänglich sein muss, auch Start-ups und KMU.

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Mit einer Einführung im Jahr 2020 wird der Mobilfunkstandard einen sehr schnellen Informationsaustausch ermöglichen und womöglich sogar unsere Lebensweise revolutionieren. Aus Städten werden intelligente Städte aus Häusern und intelligente Häuser. In den Bereichen Gesundheit, Mobilität, Industrie und Energie wird der 5G-Standard völlig neue Chancen und Möglichkeiten eröffnen. Aber wie können wir bei Innovationen in einer Zeit der technologischen Beschleunigung die Zügel weiterhin im Griff behalten? Leistungs- und Sicherheitstests sollten deshalb nicht nur den wichtigsten Akteuren des 5G- bzw. IoT-Ökosystems vorbehalten sein - es ist an der Zeit, dass sie allen zur Verfügung stehen.

Von elektromagnetische Wellen umgeben

Wie sind umgeben von elektromagnetische Wellen. Dafür sorgen Smartphones, Tablets und Computer, aber auch Autos, Zügen, Flugzeuge und immer mehr kommunikationsfähige Objekte.

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Nachgefragt: Ist 5G der Turbo für das IIoT?

Nach Studien des Marktforschungsunternehmens Gartner soll die Zahl der vernetzten Objekte von 6,4 Milliarden im Jahr 2016 auf 21 Milliarden im Jahr 2021 steigen. und diese Objekte werden in der Lage sein, miteinander zu kommunizieren. Das künftige 5G-Netzwerk dürfte der Struktur eines Gehirns ähneln, in der Computer, Smartphones und andere Objekte als Neuronen fungieren, die in der Lage sind, eine Fülle von Informationen in Echtzeit zu verwalten und zu analysieren, indem sie zusammenarbeiten. Dieses "Gehirn", kombiniert mit Künstlicher Intelligenz (KI), wird sich um immer mehr alltägliche Aufgaben kümmern - z.B. entscheiden, wann die Waschmaschine gestartet wird, wobei die Devices, aus denen dieses Netz besteht, durch Deep Learning ihre Performance verbessern werden.

Nach einer Prognose der britischen Firma IHS Markit wird das Wachstum der Weltwirtschaft, das von 5G ausgeht, im Zeitraum 2020 bis 2035 auf 12,3 Billionen Dollar betragen und die Zahl der geschaffenen Arbeitsplätze auf 22 Millionen. Kein Wunder, dass sich immer mehr Unternehmen, vom Start-Up bis zum Großkonzern, auf dem IoT-Markt positionieren. Dennoch können 5G und die "Verheißungen" des neuen Konnektivitätsstandards nicht verwirklicht werden, wenn die Industrie nicht alle notwendigen Sicherheits- und Leistungsmaßnahmen ergreift.

"Non-Standalone 5G New Radio" ermöglicht Geräteentwicklung

Telekommunikationsanbieter und Komponentenhersteller führen derzeit viele der Experimente im Bereich 5G durch. Das Normungsgremium berücksichtigt diese Tests bei der Festlegung künftiger Normen, weshalb es im Interesse der Industrie liegt, funktionale Prototypen zu schaffen, sodass die endgültigen Spezifikationen denen der von ihnen bereits entwickelten Technologie nahe kommen. Ein provisorischer 5G-Standard "Standalone 5G New Radio" wurde i,m Juni 2018 finalisiert; auf dieser Basis könnten Elektronik- und Telekommunikationsspezialisten Geräte entwickeln, die mit dem zukünftigen 5G-Netzwerk kompatibel sind.

Die wirtschaftlichen Herausforderungen sind jedoch beträchtlich Denn anders als bei den bisherigen Standards, die im Hinblick auf eine kontinuierliche Leistungssteigerung definiert wurden, wird 5G auf der Grundlage sehr unterschiedlicher Anforderungen aufgebaut. So gibt es beispielsweise auf der einen Seite die Anforderung, dass sehr viele IoT-Geräte (mehrere Hunderttausend pro Quadratkilometer) miteinander kommunizieren müssen, und zwar mit einer niedrigen Datenrate und bei einem sehr geringem Energieverbrauchs. Obendrein soll der Datenverkehr obendrein zu einem günstigen Preis stattfinden.

Auf der anderen Seite gibt es autonome Fahrzeuge, die eine extrem zuverlässige Kommunikation und minimale Latenzzeiten (von 10 ms in 4G bis 1 ms in 5G) unabdingbar machen, damit fahrerlose Autos miteinander und mit den Endgeräten andere Verkehrsteilnehmer (Fußgänger, Radfahrer) sowie mit der Straßeninfrastruktur kommunizieren können. Denn nur dann sind sie in der Lage, bei einem Unfall oder einer Änderung der Verkehrsführung fehlerfrei und in Echtzeit reagieren.

Das bedeutet, dass 5G in der Lage sein muss, Millionen peripherer IoT-Geräte mit hoher Latenz und niedriger Datenrate zu unterstützen. Gleichzeitig verspricht man sich vom 5G-Standard, dass er komplexe Anwendungen in Echtzeit ermöglicht, wie sie für den Betrieb autonomer Fahrzeugen, automatisierter Fabriken und eine massive M2M-Kommunikation (Machine-to-Machine-Kommunikation) notwendig sind. Trotzdem müssen dabei Integrität und Sicherheit des Netzwerks sichergestellt sein.

Connectivity

5G - vom Schneckeninternet bis zur Datenrennbahn

Diese unterschiedlichen Bedürfnisse und die neuen Dienste, die sich daraus ergeben, stellen für die Hersteller der peripheren Geräte eine beträchtliche Herausforderung dar; denn sie führen zu einer exponentiellen Vermehrung der Antennen in all diesen intelligenten Objekten. Diese Antennen senden und empfangen nicht mehr nur ein "omnidirektional" ein Funksignal, sondern sie tun dies intelligent in einem Netzwerk, indem sie ihre Energie auf den Empfänger konzentrieren, mit dem sie kommunizieren müssen. Eine weitere Besonderheit sind die dahinterliegenden Algorithmen. Die Programme können erkennen, welches Geräte bzw. welche Anwendung im Netz Priorität haben sollte und was wie schnell angesprochen werden muss. So können die vorhandenen Ressourcen optimal eingeteilt werden.

Auch KMU und Start-ups müssen Objekttests durchführen können

Um diesen unterschiedlichen Anforderungen Rechnung zu tragen, sind unterschiedliche Tests erforderlich. Da die Entwicklung von Netzwerken aus Richtantennen immer intelligentere Scanner erfordert, die in der Lage sind, reale, komplexe Umgebungen im Labor zu reproduzieren, in dem mehrere Funkquellen oder sogar Störungen aus verschiedenen Richtungen gleichzeitig Signale aussenden können, sollten 5G-bezogene Leistungs- und Sicherheitstests nicht nur für große Ökosystemakteure möglich sein.

Diese intelligente Objekttests müssen allgemein zugänglich gemacht werden, da viele kleinere Unternehmen und Start-ups smarte IoT-Objekte mit geringeren Datenraten (zum Beispiel für Lokalisierungs-Anwendungen) entwickeln. Diesen Unternehmen fehlen aber oft detaillierte Kenntnisse und Technologien im Bereich desAntennentests, die sie aber brauchen, um die Funktionsfähigkeit ihrer Devices sicherzustellen. Dazu benötigen sie einfache Scanner, mit denen die neu entwickelten drahtlosen Geräte effektiv getestet werden können.

Um 5G zu einem Erfolg für alle zu machen, ist es folglich wichtig, dass das Ökosystem eine breite Palette von Lösungen anbietet, damit intelligente IoT-Objekte effektiv geprüft werden können.

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