Wie „Network Slicing“ in 5G-Netzen nach Bedarf Bandbreite, Latenz und Dienstqualität sicherstellt

Technologie

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Datum 19.03.2020
Lesezeit 4 Min.

Wie „Network Slicing“ in 5G-Netzen nach Bedarf Bandbreite, Latenz und Dienstqualität sicherstellt

Mit geübten Bewegungen bewegt der Kranführer die tonnenschwere Betonplatte zum Ziel. Minimale Verlagerungen des Joysticks steuern die Last an ihre Endposition. Die Besonderheit an dieser Szene: Der Experte sitzt nicht in luftiger Höhe im Führerstand des Lastenkrans, und auch nicht am Fuß der Baumaschine – sondern zig Kilometer entfernt in einem Kontrollraum. Denn jede Bewegung des Krans auf der Baustelle wird über ein virtuelles privates 5G-Mobilfunknetz gesteuert.

Hinter der gerade beschriebenen Vorführung, die Vodafone im Sommer 2019 präsentierte, steckt viel mehr als eine Technologie-Demonstration. Denn Kranführer sind dringend gesuchte Fachleute. Da ist es nur wenig effizient, dass sie ihre Arbeitszeit oft zu größeren Teilen mit Warten verbringen als mit dem tatsächlichen Steuern der Baumaschine. Fernsteuerung per 5G ermöglicht so zum Beispiel, dass ein Spezialist abwechselnd mehrere Kräne auf mehreren Baustellen bedient.

 

Ohne 5G wäre Maschinen-Fernsteuerung kaum möglich

Dafür, dass dies zuverlässig funktionieren kann, sorgen dann aber doch wieder die technologischen Besonderheiten von 5G. Denn die Verbindung zwischen Kranführer und Kran muss nicht nur möglichst sicher vor Störungen und Unterbrechungen erfolgen. Auch die sogenannte Latenz darf nicht zu groß werden. Mit diesem Fachbegriff bezeichnen Techniker die Laufzeit der Datenpakete durchs Netz. Sie bestimmt die Verzögerung, mit der Steuerbefehle vor Ort ausgeführt werden – und die Geschwindigkeit, mit der der Bediener auf Rückmeldungen etwa durch ein Kamerabild oder Statusanzeigen im Cockpit seiner Kontrollstation in Echtzeit reagieren kann.

Wenn Maschinen über Telekommunikationsverbindungen ferngesteuert werden sollen, muss diese Latenz in der Größenordnung von 10 Millisekunden liegen und garantiert sein. Das ist heute mit 5G realisierbar – mindestens setzt diese Anforderung aber ein „5G ready“-Netz mit dezentralisiertem Kernnetz voraus, wie es Vodafone derzeit aufbaut. Der Vorgänger 4G, zumal mit einem einzigen, zentralen Rechenzentrum, wäre dafür hingegen zu langsam. Da sich die Laufzeiten pro Übertragungsrichtung aufsummieren, würde zu viel Zeit vergehen, bevor der Bediener etwa gegensteuern kann, um zu verhindern, dass die mit dem Kran bewegte Last an einem Gebäude oder einer anderen Baumaschine anstößt.

Der Anwendungsfall des fernbedienten Krans ist nur eines von vielen Beispielen dafür, wie die Steuerung von Maschinen oder Objekten über 5G innovative neue Möglichkeiten in vielen Branchen und Anwendungsbereichen bietet. Auf Baustellen lassen sich zum Beispiel auch Bagger oder andere Baumaschinen steuern, in der industriellen Fertigung etwa Roboter, „Automated Guided Vehicles“ oder Produktionsanlagen. Auch Teleoperationen werden auf diese Weise möglich, bei der ein hochspezialisierter Facharzt aus der Ferne einen chirurgischen Eingriff steuert, der in größerer Entfernung vor Ort am Patienten durch einen Operationsroboter ausgeführt wird. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist der im Erzgebirge realisierte „Smart Rail Connectivity Campus“ (SRCC). In diesem Forschungs-Campus in der Region Chemnitz-Erzgebirge ermöglichen ein dezentrales Rechenzentrum und einer der ersten 5G-Funkmasten bereits teleoperiertes Fahren von Lokomotiven beziehungsweise Zügen.

Ausklappbare Informationsgrafik

5G ermöglicht Kommunikation in allen denkbaren Umfeldern und Szenarien.

Infografik: Eigenkreation

Network Slicing gewährleistet die benötigten technischen Netz-Parameter vor Ort

Neben der bereits beschriebenen stark verringerten Latenz trägt aber auch noch eine weitere Eigenschaft des 5G-Netzes dazu bei, dass Steuerungsfunktionen aus der Ferne zuverlässig und schnell übertragen werden können: „Network Slicing“. Mit diesem Prinzip lassen sich für Anwendungen mit bestimmten Anforderungen sozusagen virtuelle Teilnetze im 5G-Netz einrichten. Ein solcher „Slice“ kann dann bestimmte Parameter wie zum Beispiel die notwendige Bandbreite und/oder eine bestimmte Latenz sicherstellen. Da er von anderen Slices isoliert ist, hat es keinen Einfluss auf die Übertragungsqualität, wenn Teilnehmer in einem anderen Slice zum Beispiel durch umfangreiche Datenübertragungen die Netzkapazität bis zur Grenze auslasten.

Network-Slices lassen sich auch nutzen, um virtuelle private Teilnetze für Geschäftskunden einzurichten. Sie werden dann zum Beispiel über das öffentliche 5G-Netz bereitgestellt, versorgen innerhalb des Slices aber nur eine geschlossene Nutzergruppe. Für andere Teilnehmer ist dieser reservierte Teil der 5G-Kapazität und -Infrastruktur dann nicht zugänglich. Dieses Prinzip kann in 5G-basierten, privaten Firmennetzen genutzt werden, um für kritische Anwendungen eine bestimmte, definierte Dienstqualität (Fachbegriff: Quality of Service) zu gewährleisten.

Die auf diese Weise erzielbare Zuverlässigkeit und Übertragungsleistung sind so hoch, dass spezialisierte 5G-Slices im industriellen Umfeld etwa auch dafür genutzt werden, vorhandene Kabelverbindungen durch Funkstrecken beziehungsweise Network Slices abzulösen. Maschinen lassen sich so schneller und flexibler aufstellen, um eine Produktionsanlage zum Beispiel auf ein neues Produkt umzustellen.

 

Video: YouTube / Vodafone Deutschland

 

Die Vision: Network on  Demand mit 5G-Network-Slices

Mit dem zunehmenden Ausbau des 5G-Netzes können Slices nach Bedarf sowohl zeitlich als auch örtlich zur Verfügung gestellt werden. Ein Bauunternehmen braucht für eine Baustelle über eine definierte Bauzeit einen 5G-Slice, der die Fernsteuerung der dort eingesetzten Maschinen erlaubt? Ein Stadion soll während einer Sportveranstaltung für einige Stunden die notwendige 5G-Versorgung erhalten, um per Mobilfunk verbundene 4K-Fernsehkameras zu unterstützen?  Während einer Messe soll für Produktdemonstrationen eine Internet-Verbindung mit einer bestimmten garantierten Bandbreite und Latenz bereitgestellt werden? All dies sind Beispiele dafür, wie dank Network Slicing eine benötigte Verbindungsqualität nach Bedarf für die benötigte Zeit am benötigten Ort gezielt bereitgestellt werden kann.

In Zukunft könnten Kunden solche für ihre Anwendungen benötigten 5G-Slices in einem Self-Administration Portal beziehungsweise Shopsystem für einen bestimmten Ort und einen bestimmten Zeitraum vorbestellen. Damit wird die Netzverbindung „on demand“ für die nächste industrielle Revolution mit wenigen Mausklicks bestellbar. Und das zu günstigeren Preisen ­– die weit von den Investitionen entfernt sind, die Unternehmen tätigen müssten, um eine Netzanbindung in definierter, hoher Qualität mit anderen Mitteln am benötigten Ort bereitzustellen.

 


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