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IIoT-Anwendungen "Berlin 5G Playground" - die 5G-Testspielwiese

Redakteur: Jürgen Schreier

Für die Entwicklung innovativer industrieller Anwendungen auf Basis des Mobilfunkstandards 5G bietet Fraunhofer FOKUS die Testumgebung "Berlin 5G Playground". Private Industrienetze können damit ebenso erprobt werden wie temporäre 5G-Inseln für den ländlichen Raum.

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Telefonica Germany GmbH & Co. OHG
NetModule AG
Trebing & Himstedt Prozeßautomation GmbH & Co. KG
Fraunhofer-Institut für offene Kommunikationssysteme FOKUS
DerFOKUS 5G Playground (links unten) ist einer der beiden Standorte von 5G Berlin, der sich aus dem FOKUS Campus und dem TU Berlin/HHI Campus zusammensetzt.
DerFOKUS 5G Playground (links unten) ist einer der beiden Standorte von 5G Berlin, der sich aus dem FOKUS Campus und dem TU Berlin/HHI Campus zusammensetzt.
(Bild: Fraunhofer FOKUS)

Die ersten 5G-Standards liegen vor. Gerätehersteller sind inzwischen dabei, 5G-fähige Basisstationen und Endgeräte auf den Markt zu bringen. Netzbetreiber bereiten die kommerzielle Einführung für das Jahr 2020 vor, auch wenn die Versteigerung der 5G-Lizenzen in Deutschland noch auf sich warten lässt. Für Herbst 2018 angekündigt, soll sie nach jüngsten Meldungen im Frühjahr 2019 erfolgen.

Prof. Dr. Thomas Magedanz, Leiter des Geschäftsbereichs Software-based Networks des Fraunhofer-Instituts für Offene Kommunikationssysteme FOKUS, empfiehlt: "China, Südkorea und Japan haben zwar einen Vorsprung in der Bereitstellung von kommerziellen 5G-Multimediadiensten ab 2019. Deutschland besitzt aber hervorragendes Know-how im Bereich Industrie 4.0 und sollte das Innovationspotenzial von 5G für industrielle Anwendungen nutzen."

Edge Computing für dezentrale Datenverarbeitung

Zur Erprobung neuer 5G-basierter IIoT-Anwendungen bietet Fraunhofer FOKUS mit dem "Berlin 5G Playground" eine Ende-zu-Ende-Testumgebung, die aus folgenden Teilen besteht:

  • einer übergreifenden Testinfrastruktur im Indoor- und Outdoor-Bereich. Mittels eines 100 Gbit-Breitbandanschlusses können auch Partner in Berlin und Deutschlandweit an das schnelle 5G-Testnetz angeschlossen werden.
  • einer breitgefächerten Netzinfrastruktur-Hardware: Hierfür haben die Forscher im Gebäude und um das Institut herum Geräte wie Antennen, Sensoren, Switches und Endsysteme installiert.
  • von FOKUS entwickelten Softwarebausteinen zur Verwaltung der Infrastruktur und Netzfunktionen (Open Baton).
  • einem von FOKUS entwickelten 3GPP konformen Software-basierten 5G-Kernnetz (Open5GCore).
  • von FOKUS entwickelten Edge Computing-Technologien, die eine dezentrale Bearbeitung der Daten ermöglichen und so für erhöhte Schnelligkeit und Sicherheit in industriellen Anwendungen sorgen.
  • ersten Demonstrations- und Anwendungsszenarien als Basis für kundenspezifische Anwendungen.

Für Forschungs- und Entwicklungszwecke ist der 5G Playground direkt an ein deutschlandweites Glasfasernetz angeschlossen. FOKUS nutzt hochmodernes optisches Wellenlängenmultiplexing und Demultiplexing, um eine Backbone-Konnektivität von mehreren 100 Gbps zu realisieren.
Für Forschungs- und Entwicklungszwecke ist der 5G Playground direkt an ein deutschlandweites Glasfasernetz angeschlossen. FOKUS nutzt hochmodernes optisches Wellenlängenmultiplexing und Demultiplexing, um eine Backbone-Konnektivität von mehreren 100 Gbps zu realisieren.
(Bild: Fraunhofer FOKUS)

Die 5G-Technologie bietet hohe Datenraten bei geringsten Latenzzeiten, sodass auch zeitkritische Prozesse (autonomes Fahren, Steuerungs- und Safety-Funktionen im industriellen Umfeld) im Wireless-Bereich darstellbar sind. Nicht minder wichtig sind die Änderungen im Kernnetzbereich, die den Aufbau von bedarfsspezifischen komplexen Netzstrukturen ermöglichen.

Netzwerkfunktionen zu virtuellem Spezialnetz kombiniert

Bei der software-basierten Realisierung werden Netzfunktionen dynamisch zu einem individuellen, virtuellen Spezialnetz kombiniert – je nach benötigter Latenzzeit, Sicherheitsstufe und Anzahl der zu vernetzenden Geräte. Edge Computing - die Nutzung von dezentralen Rechenressourcen nah am Einsatzort und Network Slicing, durch das virtuelle, bedarfsgerechte Netze im Netz zur Verfügung stehen - sind hierbei die zentralen Technologien.

Wie funktioniert Network-Slicing?

Network Slicing ermöglicht die Erstellung mehrerer virtueller Netzwerke auf einer gemeinsamen physischen Infrastruktur. Es handelt sich um eine Form der virtuellen Netzwerkarchitektur, die die gleichen Prinzipien wie Software Defined Networking (SDN) und Network Function Virtualization (NFV) in Festnetzen anwendet. SDN und NFV werden beim Network Slicing eingesetzt, um eine größere Netzwerkflexibilität zu erreichen - und zwar dadurch, dass traditionelle Netzwerkarchitekturen in virtuelle Segmente aufgeteilt und per Software miteinander verbunden werden können.

Network Slicing erlaubt Mobilfunk-Betreibern, ihre Infrastruktur oder Teile davon anwendungsbezogen und auf Abruf bereitzustellen – als eigenes Netz mit besonderen Eigenschaften, beispielsweise einer zugesicherten Datenkapazität oder Reaktionszeit (Latenz). So liefert die Network-Slicing-Technik für die unterschiedlichsten Anwendungsszenarien nach Bedarf ein Network Slice und kann flexibel und effizient auf die vielseitigen 5G-Anwendungen der Zukunft reagieren. Weiterführende Informationen zum Network Slicing bietet das GSMA-Whitepaper "An Introduction to Network Slicing"

5G erlaubt die Integration der bisherigen drahtlosen Technologien in einem Kernnetz. Im "Berlin 5G Playground" sind daher momentan 4G, 5G, Wifi und auch Satellitenkommunikation verfügbar. Das Testnetz verfügt über "Small Cells"« und eine "Makrozelle", also unterschiedlich großen Funkzellen, die aus Basisstationen mit Mobilfunk-Antennen bestehen, in denen hauptsächlich Frequenzen in 3,7 GHz-3,8 GHz zum Einsatz kommen.

Software ist nicht standortgebunden

Darüber kann auch ein Spektrum im 700 MHz-Frequenzbereich genutzt werden, sodass vom Dach des Instituts noch das Brandenburger Tor zu erreichen ist. Die im "Berlin 5G Playground" eingesetzte Software von Fraunhofer FOKUS ist nicht an den Standort Berlin gebunden. Fraunhofer FOKUS bietet die Softwarepakete "5G Cube" und "5G Ready Trial Platform" an, mit dem bereits weltweit 5G-Testnetze aufgebaut und innovative 5G-Anwendungen erprobt werden.

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