Mit Mobilfunk verbinden die meisten Menschen die allseits bekannten öffentlichen Mobilfunknetze. In Deutschland betreiben die Deutsche Telekom, Vodafone, Telefonica und zukünftig 1&1 öffentliche Mobilfunknetze. Fast jeder nutzt die Netze für die Kommunikation mit Handy oder Smartphone.
Realisierung von privaten Mobilfunknetzen
Mit der Einführung von 5G und der Möglichkeit, sich private Frequenzen zu sichern, erhalten diese Netze einen Aufschwung. Doch auch mit 3G und 4G und den Übertragungsstandards CDMA und LTE lassen sich private Netze realisieren. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit, private APNs in öffentlichen Mobilfunknetzen zu nutzen. Wir erklären, warum und wofür private Mobilfunknetze benötigt werden, welche Arten es gibt und welche Vor- bzw. Nachteile sich hinter den jeweiligen Mobilfunknetzwerken verstecken.
5G Campusnetz bietet mehr als öffentliche Mobilfunknetze
Doch öffentliche Mobilfunknetze sind nicht für alle Anwendungsszenarien gleich gut geeignet. Unternehmen und Industrie haben besondere Anforderungen durch zeitkritische Prozesse, die öffentliche Netze nicht erfüllen. Aus diesem Grund existieren private Mobilfunknetze, wie u.a. das 5G Campusnetz. Das bietet erhebliche Vorteile, welche nicht nur von großen Firmen erkannt wurden, sondern auch von immer mehr mittelständischen Unternehmen.
Potenziale, die durch 5G Campusnetze genutzt werden können:
In einer repräsentativen Befragung des Digitalverbands Bitkom wurden 500 Unternehmen mit mehr als 100 Mitarbeitern befragt, für welchen Einsatz sie 5G Campusnetze planen:
- 26% wollen 5G Campusnetze einrichten oder haben dies bereits getan
- 85% der UN wollen diese für die Vernetzung von Produktionsanlagen nutzen oder tun dies bereits
- 79% sehen Potenzial bei der Steuerung von Maschinen in Echtzeit
- 74% sehen Potenzial in der Fernwartung von Anlagen
- 71% sehen Potenzial in Assistenzsystemen wie AR & VR
- 65% sehen Potenzial für autonome Fahrzeuge und Transportsysteme
- 40% wollen 5G für den Einsatz mobiler Roboter nutzen oder tun dies bereits
Was ist das 5G Campusnetz?
Ein 5G Campusnetz zeichnet sich dadurch aus, dass es ein firmeneigenes und geschlossenes Mobilfunknetz ist, welches autark vom öffentlichen Mobilfunknetz betrieben wird. Daten werden in Echtzeit verarbeitet und das Mobilfunknetz ist auf einen örtlich abgegrenzten Bezirk ausgerichtet. Unbefugte haben keinen Zugriff auf dieses Mobilfunknetz. Mehr können Sie hier nachlesen.
Wofür werden 5G Campusnetze & andere private Mobilfunknetze benötigt?
Mit der zunehmenden Digitalisierung und den vernetzten Prozessen der Industrie 4.0 gewinnt eine zuverlässige und leistungsfähige mobile Netzversorgung mehr und mehr an Bedeutung. Moderne Geschäfts- und Produktionsprozesse erfordern immer öfter eine mobile Kommunikation in Echtzeit mit höchster Performance und Zuverlässigkeit. Öffentliche Mobilfunknetze erfüllen diese Anforderungen nur zum Teil. Sie sind von ihren Betreibern für einen maximalen ökonomischen Nutzen optimiert, bieten hinsichtlich Qualität, Performance und Verfügbarkeit nur eingeschränkte Garantien und sind stark auf die Nutzung mobiler Endgeräte wie Smartphones ausgerichtet. Letztendlich bedienen die öffentlichen Netze nur einige Anwendungsszenarien mobiler Kommunikation und können nicht exklusiv auf einzelne Kunden oder Anwendungen abgestimmt werden.
WLAN keine Alternative zu privaten Mobilfunknetzen
Auch eine Vernetzung per WLAN erfüllt die Anforderungen der Unternehmen und Industrie nur teilweise. WLANs arbeiten mit ungeschützten, für jeden freigegebenen Frequenzbereichen und sind externen Störeinflüssen ausgesetzt, die sich nur schwer beeinflussen lassen. Die Reichweite dieser Netze ist begrenzt, die Latenzzeit relativ hoch und die Datenrate schwankt in einem weiten Bereich.
Geschäftskritische Anwendungen erfordern private Mobilfunknetze
Die besonderen Anforderungen geschäftskritischer Anwendungen und vernetzter industrieller Prozesse lassen sich oft nur durch private Mobilfunknetze, wie zum Beispiel durch das 5G Campusnetzwerk, erfüllen. Sie sind von den öffentlichen Mobilfunknetzen logisch und physisch getrennt und speziell für anspruchsvolle Anwendungsszenarien konzipiert. Private Netze besitzen eine maßgeschneiderte Netzabdeckung und sorgen für die Vernetzung von Sensoren, Maschinen, Anlagen und mobilen Geräten mit der geforderten Latenz, Verfügbarkeit und Datenrate.
Verschiedene Arten von privaten Mobilfunknetzen
Grundsätzlich gibt es mehrere Möglichkeiten, private Mobilfunknetze zu realisieren. Zu diesen zählen:
- Private 5G-Campus-Netze (5G Standalone)
- Private CDMA- und LTE-Netze im 450-MHz-Band (5G Non-Standalone)
- Nutzung privater APNs in öffentlichen Mobilfunknetzen
Private 5G-Campus-Netzwerke
Mit der fünften Generation der Mobilfunktechnik ergeben sich neue Möglichkeiten für private Mobilfunknetze. Seit 2019 können sich Unternehmen 5G-Frequenzen für den Aufbau eigener lokaler 5G-Campus-Netzwerke sichern. Mit solchen Netzen lassen sich die Anforderungen anspruchsvoller Industrie-4.0-Szenarien erfüllen. Sie bieten hohe Bandbreiten, kurze Latenzzeiten, garantierte Verfügbarkeiten und sind sicher. Mit sogenanntem Network-Slicing sind in einem einzigen Campus-Netz verschiedene Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen gleichzeitig betreibbar.
In Deutschland sind bereits mehrere private 5G-Campus-Netze großer Unternehmen entstanden. Dazu zählen zum Beispiel Netze der Lufthansa und von BMW oder Rittal. Weitere Unternehmen wie Volkswagen, Bosch, Daimler, BASF und viele mehr zeigen starkes Interesse an eigenen 5G-Netzen oder arbeiten bereits intensiv an einer Realisierung. Die wichtigsten Vorteile von 5G Campusnetzen kurz zusammengefasst:
Es gibt aber auch Hürden bei der Einführung von 5G Campusnetze
Die Einführung von 5G Campusnetzen ist für Unternehmen mit hohen Aufwendungen und Kosten verbunden. Außerdem stellen auch Faktoren, wie Größe der Betriebsflächen, Anzahl der Gebäude, Dämpfungen durch Wände oder Reflektionen durch Metall eine große Hürde bei der Einführung von 5G Campusnetzen dar. Für viele KMUs rentiert sich ein selbstbetriebenes Netz häufig nicht. Es gibt aber auch andere Möglichkeiten ein privates Mobilfunknetz zu realisieren.
Private CDMA- und LTE-Netze im 450-MHz-Band
5G ist keine Grundvoraussetzung für den Aufbau privater Mobilfunknetze. Mit 3G und 4G und den Übertragungsstandards CDMA und LTE sind ebenfalls private Netze realisierbar. Für solche Netze ist in Deutschland zum Beispiel das ursprünglich für das C-Netz reservierte 450-MHz-Band nutzbar. Die relativ niedrigen Frequenzen erzielen große Reichweiten und eine gute Gebäudedurchdringung. Selbst schwer zugängliche Bereiche lassen sich zuverlässig mit Mobilfunk versorgen.
Die Bundesnetzagentur stellt 450-MHz-Frequenzen für die funktechnische Versorgung kritischer Infrastrukturen zur Verfügung. Beispielsweise lassen sich mit CDMA-450-MHz Smartmeter vernetzen und Energienetze überwachen. 2021 vergab die Bundesnetzagentur das Frequenznutzungsrecht einiger frei gewordener 450-MHz-Frequenzbereiche an die 450connect GmbH, einem Konsortium der Energie- und Wasserwirtschaft. Das Konsortium ist für den Aufbau eines 450-MHz-Netzes verantwortlich und darf dieses Netz exklusiv bis mindestens 2040 betreiben. Das Netz bietet eine hervorragende Gebäude- und Flächenversorgung, ist notstromversorgt und vom öffentlichen Stromnetz unabhängig. Es kann Anwendungen priorisieren und hat eine sichere, autarke Netzinfrastruktur. 2022 startete der Testbetrieb mit ersten Kunden. Bis 2024 soll das Netz mit circa 1.600 Funkstandorten voll einsatzfähig sein.
Nutzung privater APNs in öffentlichen Mobilfunknetzen
Eine weitere Möglichkeit einer privaten, abgesicherten mobilen Kommunikation ist die Nutzung privater APNs in öffentlichen Mobilfunknetzen, auch wenn es sich dabei streng genommen nicht um autarke, private Mobilfunknetze handelt. APN ist das Akronym für Access Point Name. Es handelt sich um eine Art Gateway, das für die mobilen Endgeräte die Verbindung zu Datennetzwerken herstellt. Die Endgeräte sind über ihre SIM-Karte einem oder mehreren APNs zugeordnet. Über die öffentlichen APNs der Mobilfunknetze sind die Verbindungen in das Internet realisiert.
Mithilfe privater APNs lässt sich die Verbindung zu einem beliebigen Datennetz wie zu einem Unternehmensnetzwerk herstellen. Über die SIM-Karte werden zum Beispiel IoT- oder M2M-Geräte einem privaten APN zugewiesen. Die Endgeräte kommunizieren über das verbundene private Datennetz abgeschottet vom öffentlichen Internet. Das Mobilfunknetz stellt die Luftschnittstelle und die Konnektivität zum privaten APN und Datennetz zur Verfügung. Für die Endgeräte lassen sich private IP-Adressen und spezielle Authentifizierungsmechanismen oder Netzparameter festlegen. Sie sind in einer Art geschlossenen Nutzergruppe vor unberechtigten Zugriffen geschützt.
