Neben Ethernet TSN gilt der kommende Mobilfunkstandard 5G als einer der tragenden Eckpfeiler einer Industrie-4.0-Kommunikation – darüber herrscht in der Industrie mittlerweile ein großer Konsens. Allerdings: Bis zur Umsetzung der sich damit neu ergebenden, technischen Möglichkeiten in der Praxis wird laut Thomas Schildknecht noch viel Zeit verstreichen. Insbesondere die Realisierung wichtiger 5G-Dienste stehe noch aus, mit deren Hilfe Endanwender individuelle ‚Campusnetze‘ aufbauen können. Dies sind:

• eMBB (enhanced Mobile Broadband), 
• uRLLC (ultra Reliable Low Latenzy, Communication)
• mMTC (massive Machine Type Communications) 
• sowie Network-‚Slicing‘. 

Diese Dienste würden erst mit dem im kommenden Jahr erwarteten Release 16 definiert. „Erst danach können die ‚Baseband‘-Chiphersteller mit der finalen Spezifikation der zugehörigen Chips beginnen; und dann wird es wohl weitere zwei bis drei Jahre dauern, bis die ersten integrationsfähigen Module auf den Markt kommen“, glaubt Schildknecht. Die Konsequenz: „Die ersten 5G-Lösungen für Automatisierungsgeräte werden – auch wenn alle anderen Voraussetzungen gegeben sind – erst circa 2023 verfügbar sein!“

Ein Stolperstein in den Diskussionen zwischen Automatisierern beziehungsweise Endkunden der Fabrikautomation sowie den Mobilfunkprovidern und Netzausrüstern sei unverändert die Latenz-Zeit – sowohl hinsichtlich Definition als auch der bisher erreichten Werte. Bei Echtzeit-Anwendungen wie synchronisierten Antrieben – etwa mit Profinet oder TSN – dürfe der Jitter nur wenige Mikrosekunden betragen. „Bei 5G liegt dieser Wert derzeit jedoch bei einigen Millisekunden“, gibt Schildknecht zu bedenken. Ähnlich sehe es bei den Übertragungszeiten in 5G-Campusnetzen aus: Hier werde derzeit für die Übertragung eines Datenpaketes ein Wert von einer Millisekunde an­gestrebt. Die eine Millisekunde sei dabei kein garantierter Wert, sondern das Entwicklungsziel, um 5G für Automa­tisierungsanwendungen einsetzen zu können. Das hierfür vorgesehene TDD-Verfahren sei jedoch als Halb-Duplex-Verfahren kontraproduktiv hinsichtlich geringer Latenzzeiten: „Nicht ohne Grund wurde beim Übergang von Profibus auf Profinet auch der Übergang von Halb- auf Voll-Duplex vollzogen“, betont Schildknecht.

Bandbreite in 10-MHz-Schritten können seit September bei der Bundesnetzagentur unter Angabe des Verwendungszwecks beantragt werden. Seit Anfang November sind auch die Kosten dafür nach einer Formel errechenbar. Schildknecht hierzu: „Zu beachten ist, dass für Campusnetze ein ‚Use it or ­loose it‘ gilt. Das heißt: Die Installation muss innerhalb eines Jahres erfolgen, sonst verliert man die Genehmigung. Dienstleistungsangebote für Telefonie und Internetzugang sind in diesem ­Frequenzbereich nicht möglich. Zwischenzeitlich sind auch einzuhaltende maximale Feldstärkewerte an den Campusgrenzen veröffentlicht.“

Apropos Kosten: Unabhängig vom hohen Zeitaufwand für die Funk-Zertifizierung müsse für eine Zulassung in den wichtigsten Industriemärkten mit Kosten von mindestens 500.000 Euro gerechnet werden; und dieser Aufwand wiederhole sich bei jeder neuen Chip-Generation. „Ein Sensorhersteller mit einer hohen Zahl an Produkten wird diese daher kaum auf 5G ertüchtigen, wie es auch schon bei Bluetooth der Fall war beziehungsweise ist“, merkt Schildknecht an und fügt hinzu: „Obwohl diese Technologie bereits 20 Jahre bekannt ist, gibt es kaum industrielle Sensoren mit dieser Funktechnologie!“

Das neue Cloud-Lizenzmodell

Neben seiner aktuellen Einschätzung zu 5G stellte Thomas Schildknecht auf SPS 2019 in Nürnberg ein neues Lizenz-Modell für die  Unternehmens-eigene ‚Device Cloud‘ Cloud vor. Dieses intelligente Bindeglied übernimmt eine aktive Verbindungsfunktion zwischen den Sensoren beziehungsweise Gateways als Lieferanten noch unsortierter Datenmengen und der Unternehmens-Cloud als Empfänger bereits aufbereiteter Daten. Für diese Aufgabe ist die Device Cloud mit wichtigen Funktionen ausgestattet; dazu gehört das Management der Geräte, Gateways und der eSIM-Karte für globale Konnektivität. Die Kombination aus Gateway und Device Cloud ist eine Verbindung mit Standard-Schnittstellen für die Kunden (Feldbus und IO zur Feldebene und API zu fremden Software oder Cloud-Lösungen)und ermöglicht eine schnelle und einfache Umsetzung von IoT-Projekten für die Kunden.

Konkret sieht das Lizenzmodell vier Level vor:

• Level 1 (Operator) eignet sich für ‚Proof of Concept (PoC)‘-Vorhaben sowie für Anwender, denen die Darstellung der Ergebnisse auf einem Dashboard genügt.
• Level 2 (Customer) ermöglicht weltweiten Zugriff auf die Dataeagle-Geräte, Sensoren und Maschinen für Parametrierung, Datenverarbeitung und Ergebnis-Visualisierung. Die Dashboards und Zugänge dazu können eigenständig erstellt werden.
• Level 3 (Provider) erlaubt die Nutzung für eigene Projekte und/oder an eigene Kunden einschließlich der Vergabe von Unterlizenzen für Level 2 und 1.
• Level 4 (Server/Owner) bedeutet eine Volllizenz mit unbegrenzten Möglichkeiten.