Drahtlose Konnektivität  5G und WiFi6: Das Beste aus zwei Welten nutzen

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Drahtlose Konnektivität wird in der Produktion der Zukunft eine entscheidende Rolle spielen. Nun kommt es darauf an, die komplementären Technologien 5G und WiFi6 optimal zu integrieren.

Mechanisierung, Elektrifizierung, Automatisierung – so lässt sich ganz knapp die Entwicklung der industriellen Entwicklung zusammenfassen. Anders als die bisherigen Zäsuren fokussiert sich Industrie 4.0 nicht mehr nur auf einzelne Tätigkeiten, sondern auf funktionsübergreifende Prozesse und die Integration von physischen, menschlichen und digitalen Ressourcen. Die Grenzen zwischen diesen Bereichen verschwimmen dabei immer mehr, und digitale Prozesse können schneller und genauer arbeiten als Menschen allein. Das Idealbild einer Smart Factory ermöglicht ein digitales Abbild der gesamten Produktionsumgebung, das auf Echtzeitdaten beruht. 

Neue Herausforderungen für die Konnektivität

Zudem wird sich künftig die intelligente Vernetzung auch auf Bereiche abseits der Produktion erstrecken. Industrie 4.0 beginnt zunehmend auch in der Logistik, dem Energie- und Versorgungssektor, dem Gesundheitswesen und vielen weiteren Bereichen Fuß zu fassen.  Je umfassender das Konzept ausgeweitet wird, desto wichtiger wird die Vernetzung einzelner Systeme. Stabile Konnektivität wird zu einem entscheidenden Faktor. Dies geht weit über traditionelle Unternehmensnetzwerke hinaus, wo sich Drahtloskonnektivität in der Regel auf WLAN im Bürogebäude beschränkte. Spätestens, wenn man über autonome Fahrzeuge im Werk nachdenkt, wird Drahtloskonnektivität auch in der Produktion wichtig. Ohnehin funktioniert die traditionelle Trennung zwischen IT und OT in einer smarten Zukunft nicht mehr. Daten aus Maschinen müssen unmittelbar in digitalen Plattformen verfügbar sein, um das Smart-Factory-Konzept zu realisieren.  

Daraus ergeben sich neue Herausforderungen für die Konnektivität, und Unternehmen müssen sich fragen, mit welchen Technologien sie dies umsetzen können. Durch den Aufbau der Campusnetzwerke großer Autobauer ist 5G als Technologie für vernetzte Produktion in Deutschland besonders in den Fokus gerückt. Doch mit WiFi 6 existiert eine weitere innovative Technologie, die aktuell viel diskutiert wird. Jetzt kommt es allerdings weniger darauf an, sich für eine davon zu entscheiden, sondern die optimale Synergie zwischen beiden zu finden.  

5G und WiFi6: Komplementäre Eigenschaften

Unter Vernachlässigung aller Umweltfaktoren bietet WiFi in der Regel höhere Datenübertagungsraten als vergleichbare Mobilfunktechnologien derselben Generation, da der Signalweg normalerweise kürzer ist. Die tatsächliche Geschwindigkeit, die bei Nutzern und Anwendungen ankommt, hängt allerdings von weiteren Faktoren ab, dazu gehören unter anderem die verfügbare Bandbreite, die Teilnehmeranzahl und der Signalweg. Für viele Anwendungen spielen außerdem Latenz und Zuverlässigkeit der Verbindung eine entscheidende Rolle. Beispielsweise haben hier autonome Fahrzeuge höchste Anforderungen, um die Sicherheit zu garantieren und etwaige Kollisionen zu vermeiden. Zu viele gleichzeitige Verbindungen können bei WiFi durch Bandbreitenbeschränkung zu geringer Geschwindigkeit und hoher Latenz führen. Allerdings steht mit WiFi 6E bereits ein Standard bereit, der diese Probleme adressiert. 

Mobilfunkverbindungen bieten in der Regel den Vorteil, dass sie sehr gut mit einer hohen Teilnehmeranzahl pro Funkzelle zurechtkommen – vor allem bei 5G konnte dies noch einmal erheblich gesteigert werden. Außerdem erfolgt die Verbindung zum Netzwerk automatisch und besteht dauerhaft. Die Überprüfung von SSIDs oder eine Passworteingabe ist nicht erforderlich. Reichweite ist im direkten Vergleich sicher eine der größten Stärken von 5G, schließlich wurde die Technologie entwickelt, um große Flächen abzudecken. Im Vergleich zu früheren Standards wurde bei 5G außerdem der Hand-Over zwischen verschiedenen Funkzellen erheblich verbessert, womit die Aufrechterhaltung der Konnektivität bewegter Objekte sicherer wird. 

Viele Vergleiche zwischen den beiden Technologien fokussieren sich ausschließlich auf diese Performance-Faktoren. Doch daneben gibt es noch weitere wichtige Unterschiede, die Unternehmen bedenken sollten. 

Lizenzierte und unlizenzierte Frequenzbänder 

Die Nutzungsart der Funkfrequenzen unterscheidet sich dadurch, dass die Mobilfunkfrequenzen (also auch 5G) nach einem Lizenzmodell vergeben werden. Somit können Mobilfunkbetreiber das exklusive Nutzungsrecht an einem bestimmten Band erwerben. Für 5G wurde das Band von 3,4 bis 3,7 Gigahertz an die Mobilfunkunternehmen versteigert. Im Band 3,7 bis 3,8 Gigahertz werden Lizenzen in einem Antragsverfahren vergeben, die für nichtöffentliche Verwendung, also unter anderem die Campusnetze gedacht sind. Für spezialisierte Anwendungen, wie beispielsweise Kleinzellennetze oder für die Anbindungen von Basisstationen mit Richtfunkstrecken, erfolgt zusätzlich eine Frequenzvergabe im Bereich 24,25 bis 27,5 Gigahertz. Für WiFi-Frequenzen gilt diese Einschränkung nicht, sie können frei genutzt werden. In Deutschland sind beispielsweise die Frequenzbereiche 2,400 bis 2,4835 Gigahertz, 5,150 bis 5,350 Gigahertz und 5,470 bis 5,725 Gigahertz für WLANs von der Bundesnetzagentur zur allgemeinen Nutzung zugeteilt.

In der Implementierung ist WiFi also die weniger komplexe Technologie, da keine Lizenz notwendig ist. Unternehmen, die 5G nutzen wollen, müssen hingegen mit einem Mobilfunkanbieter kooperieren oder selbst eine Lizenz erwerben. Die letztere Option kommt allerdings eher für sehr große Standorte in Frage und für den Großteil der Unternehmen, die 5G nutzen wollen, wird die Kooperationslösung das Mittel der Wahl sein. 

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Die richtige Technologie für die richtige Anwendung 

Auch wenn es Überschneidungen zwischen den Technologien gibt, wird weder Mobilfunk WLAN irgendwann ersetzen noch andersherum. Jede von ihnen hat spezielle Stärken, die sie für bestimmte Anwendungsfälle prädestinieren. Klassische, stationäre Netzwerkanwendungen mit einem hohen Datendurchsatz werden auch weiterhin auf WLAN setzen.  

Neben dem offensichtlichen Einsatz im Mobilfunk kann 5G seine Stärken dagegen im Bereich Smart Factory und Industrial IoT ausspielen. Konzepte wie Digital Twins von Maschinen erfordern massiven Sensoreinsatz, und kabelgebundene Konnektivität stößt hier ohnehin an Grenzen, WiFi allerdings auch. Durch die hohe Anzahl möglicher Verbindungen pro Funkzelle ist 5G hier dagegen die ideale Wahl. Dies ist auch der Fall, wenn es auf einem Werksgelände mehrere Funkzellen gibt und autonome Transportfahrzeuge sich zwischen diesen hin- und her bewegen müssen. Durch SIM-basierte Authentifizierung können 5G-Netzwerke im IoT-Kontext zudem ein höheres Sicherheitsniveau bieten als das WLAN-Pendant.  

Gary Newbold ist Vice President, Sales EMEA bei Ruckus Networks.