Enterprise Campus Network

Enterprise Campus Network

Unternehmen haben wirtschaftlich sensible Anwendungsfälle und einen technologisch begründeten Bedarf an privaten Campus Netzen. Ein privates Netzwerk garantiert homogene Versorgung im Innen- und Außenbereich. Mit Hilfe von 5G und WiFi 6.0 (802.11.ax) können private Netze aufgebaut werden die hohe Qualität sowie sichere und schnelle Verbindungen liefern. Das sind alles relevante Anforderungen für die Integration der neuen Smart Factory Lösungen (Industrie 4.0).

Mit 5G wird die Vernetzung aller Geräte im Unternehmensgelände ermöglicht, auch wenn diese in Bewegung sind oder sich an schwer erreichbaren Stellen befinden. Allerdings kann nicht jedes Gebäude mit 5G ausreichend versorgt werden. Es gibt Anwendungsfälle, bei denen sich ein lokales 5G-Campus-Netz wirtschaftlich nicht rechnet. Als eine gute Alternative bietet sich da der Einsatz von WLAN an. Der neue WLAN Standard Wi-Fi 6 (802.11ax) liefert dafür die ideale technische Lösung mit seinen spezifischen Stärken bei Kapazität, Kosten, Bandbreite und der sicheren Übertragung.

Der digitale und automatisierte Workflow ist die Basis für die flexiblen Produktionsprozesse und die Voraussetzung dafür, im internationalen Wettbewerb bestehen zu können. Der Schlüssel zur Digitalisierung von Unternehmen ist die drahtlose Vernetzung des Firmengeländes durch den Ausbau einer Mobilfunkinfrastruktur, der sogenannten Campus-Netze.

Campus-Netze existieren bereits schon seit einer geraumer Zeit. Der Datenaustausch bei diesen Campus Netzen verläuft in der Regel über WLAN und reicht für die aktuellen Anwendungen aus. Doch im Zuge der Digitalisierung steigt in Unternehmen die Zahl der vernetzten Maschinen und Anwendungen. Aus diesem Grund sind leistungsstärkere Mobilfunknetze erforderlich. WLAN allein eignet sich jedoch nicht für die mobilen Szenarien, etwa für fahrerlose Transportsysteme in der Logistik oder Roboter, die sich selbstständig auf dem Firmengelände bewegen. Voraussetzung für diese Anwendungsfälle sind nahtlose 5G Funkzellen mit sehr kurzen Latenzzeiten.

In Zukunft werden beide Technologien koexistieren und sich gegenseitig ergänzen.

Beispiele für 5G Anwendungsfälle

Vorteile von 5G in Unternehmensnetzen

Unabhängigkeit, eigenes Netz ohne Abhängigkeit von Dritten

Lizenziertes Frequenzspektrum für Industrie 4.0

Transparenz, isolierte Integration im Unternehmen

Sicherheit und Zuverlässigkeit - 99,999%

Ultra-niedrige Latenz - bis zu 1 ms

Erhöhung des Einsatzbereiches - bis zu 1 Mio Geräte pro km²

Das Ziel: Ein Smartes Unternehmensnetz

Homogener
Netzzugang

Eine Infrastruktur,
die nahtlos alles vernetzt (Wired/Wireless und IoT Geräte) und ultra-niedrige Latenz ermöglicht.

Smarter
Netzbetrieb

Ein Netzbetrieb,
der ein einzigartiges und intelligentes Netzmanagement mit einer einfachen grafischen Benutzerschnittstelle mit Zugriff “auf Alles” aufweist.

Offene
Architektur

Eine Netzarchitektur,
die eine offene Netzarchitektur und ein flexibles Geschäftsmodell beinhaltet, welches Investitionsschutz für den Kunden gewährleistet.

5G Frequenz-Spektrum für private Campus-Netze

Für Unternehmen werden von der Bundesnetzagentur Frequenzen im Bereich von 3,7 bis 3,8 GHz vergeben.

Einsatzbereiche sind Campusgelände, Industrieparks, Messegelände, Parkplätze, Freiflächen etc.

Nutzungsdauer bis zu 10 Jahren und max, bis Ende 2040, danach erfolgt eine Neuregelung.

Künftige Infrastruktur in Unternehmensnetzen

Die Infrastruktur in Unternehmensnetzen wird vielfältiger, skalierbarer und ermöglicht mehr Durchsatz. Verkehrs- und Datenströme verlaufen in real-time und „on Demand“.


Connected Car

Connected Car

Connected Car ist die Zukunft des vernetzten Autos und das Schlüsselkonzept für die Mobilität der Zukunft. Damit wird im Auto die Evolution von reinen Telematik-Lösungen zu vielseitigen und personalisierten Connectivity-Lösungen eingeleitet. Die sichere und schnelle Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur ist die wesentliche Voraussetzung für das autonome Fahren.

Digitalisierung und Vernetzung haben bereits Einzug in das moderne Auto gehalten. Das Connected Car (Vernetztes Fahrzeug) ist eines der Schlüsselkonzepte, wenn es um die Mobilität der Zukunft geht.

Als Connected Car (Vernetztes Fahrzeug) werden Fahrzeuge bezeichnet, die mit einem Internet- bzw. WLAN-Zugang ausgestattet sind. Ein modernes vernetztes Auto ist aber nicht nur ein „Fahrzeug mit Internetanschluss“, es ist vielmehr ein eigenes Netzwerk, das Informationen aus seiner Umgebung selbst und von anderen vernetzten Fahrzeugen erfassen und verarbeiten kann.

Das Connected Car ist in zweierlei Hinsicht vernetzt:

Eingebaute Sensoren im Fahrzeug messen und überprüfen den aktuellen Betrieb und nehmen die Umgebung wahr.

Das Fahrzeug ist immer mit dem Internet verbunden, wodurch weitere datenbasierte Dienste verfügbar sind.

Durch die Vernetzungen werden die Fahrzeuge der Zukunft ein Teil eines großen vernetzten Ökosystems.
Das fahrerlose Auto, das seine Umgebung automatisch scannt und ohne fremdes Zutun navigiert, bündelt alle Vorteile des Connected Car.

Die fünf Stufen des Connectivity Konzepts:

Level 1 – Grundlegende Konnektivität:
Der Fahrer kann Basisinformationen zum Fahrverhalten abrufen und den technischen Status des Autos überprüfen.

Level 2 – Individuelle Konnektivität:
Der Fahrer hat ein persönliches Profil, um digitale Services und Plattformen wie Android Auto oder Apple CarPlay anzusteuern.

Level 3 – Vorlieben basierte Personalisierung:
Alle Insassen des Autos haben Zugriff auf ihre personalisierten Accounts (Infotainment, Advertising etc.)

Level 4 – Live-Dialog:
Alle Insassen können in Echtzeit mit dem Auto interagieren – und erhalten aktive Empfehlungen für auf sie zugeschnittene Angebote.

Level 5 – Virtueller Chauffeur:
Künstliche Intelligenz (KI) sieht die Wünsche der Insassen im Voraus und erledigt komplexe, nicht vorab programmierte Aufgaben.

Die wichtigsten Anwendungsbereiche

Car2X-Communication
Fahrzeuge kommunizieren über das Mobilfunknetz mit dem Internet, um Informationen abzurufen oder selbst gesammelte Informationen hochzuladen und einer Cloud zur Verfügung zu stellen.

Car2Car Communication
Autos kommunizieren ohne Einflussnahme ihrer Fahrer miteinander und tauschen Informationen über Geschwindigkeit, Position, Richtung usw. aus.

Car2I (Infrastructure) Communication
Fahrzeuge kommunizieren mit der sie umgebenen Infrastruktur wie zum Beispiel mit Ampeln, Parkplätzen, Messstationen für Verkehrsaufkommen, Tunnel-Überwachungskameras und so weiter.

Car2-Smart Home Communication
Aus dem Fahrzeug heraus bequem jede Menge Dinge (To-Do List) für zu Hause erledigen.

Autonomes Fahren
Das fahrerlose Auto, das seine Umgebung automatisch scannt und ohne fremdes Zutun navigieren kann.


Wi-Fi 6.0

Wi-Fi 6.0

Mit dem neuen WLAN Standard WiFi 6.0 (802.11ax) wird die Datenrate um bis zu 25% gesteigert und Geschwindigkeiten bis zu 10Gbit/s erreicht. WiFi 6.0 liefert in Umgebungen mit hoher Verkehrsdichte einen stabilen hohen Durchsatz, erhöht die Kapazität und bietet allen Teilnehmern niedrige Latenzzeiten von bis zu 10ms.

Wi-Fi 6 (802.11ax) ist sowohl der Nachfolger des 2013 eingeführten Wi-Fi 5 Standards 802.11.ac Wave 1 als auch der des in 2016 eingeführten überarbeiteten Wi-Fi 5 Standards 802.11ac Wave 2.

Der neue Wi-Fi 6 Standard bietet im Vergleich zu Wi-Fi 5 einen höheren Durchsatz, er steigert die Performance in WLAN-Umgebungen mit hoher Verkehrsdichte, ist weniger störanfällig und sorgt für eine optimierte Energieeffizienz der Endgeräte.

WLAN bleibt auch mit Wi-Fi 6.0 nach wie vor ein „shared Medium“, aber der entscheidende Vorteil mit Wi-Fi 6 ist, dass deutlich mehr Clients mit dem Access Point kommunizieren können und somit eine zuverlässigere Übertragung bei Echtzeit-Anwendungen sichergestellt ist.

Beispiele für Wi-Fi 6.0 Anwendungsfälle

The evolution of Wi-Fi

Die wichtigsten Vorteile des neuen Wi-Fi 6.0 Standards zusammengefasst:

4-fach höherer Datendurchsatz
Dieser ist Im Vergleich zu Wi-Fi 5 (802.11ac) in stark genutzten WLAN-Umgebungen durch Einführung der neuen Technologie MIMO-OFDM (Multiple Input Multiple Output – Orthogonal Frequency Division Multiplexing) und der dichteren Modulation mit 1024-QAM (Quadraturamplitudenmodulation) gewährleistet. OFDM reduziert bei vielen zeitgleichen Netzwerkzugriffen durch feinere Signalaufteilung Verzögerungen bei der Übertragung. Bei Wi-Fi 6 wächst zudem die Anzahl der maximalen Kanäle (Streams) von vier auf acht. Wi-Fi 6 erreicht um eine 37 % höhere Datenübertragung als Wi-Fi 5 und dank OFDM steigt der Durchsatz um das Vierfache. Es sind maximal theoretische Datenraten von weit über 10 Gbit/s möglich (mit 8 Streams) – ein großer Sprung im Vergleich zu den Datenraten bei Wi-Fi 5 (802.11ac Wave 2) von maximal 3,4 Gbit/s (mit 4 Streams).

2,4-GHz-Band und 5-GHz-Band
Bei Wi-Fi 6 werden wieder beide Frequenzbänder verwendet, das 2,4-GHz-Band und 5-GHz-Band. Bei Wi-Fi 5 (802.11ac) wird nur das 5-GHz-Band eingesetzt.

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
Mit Wi-Fi 6 wird die neue Technologie OFDMA eingeführt. Dadurch sollen Verzögerungen verhindert werden und eine stabilere WLAN-Verbindungen entstehen, wenn mehrere Endgeräte gleichzeitig auf das Netzwerk zugreifen. OFDMA teilt das Spektrum in kleine Ressourceneinheiten auf und teilt sie nach Bedarf verschiedenen Nutzern zu, so dass die User mit unterschiedlicher Bandbreite gleichzeitig bedient werden können. In Downlink- wie auch in Uplink-Richtung funktioniert das Netzwerk somit deutlich effizienter.

8 × 8 MU-MIMO in Downlink
Die Uplink-Richtung (Multiple User – Multiple Input Multiple Output): Über mehrere Antennen werden vom Access Point (AP) im Downlink gleichzeitig Datenströme an mehrere Endgeräte übertragen. Durch Hinzufügen des neuen Trigger-Control-Frames im Wi-Fi 6 Standard können jetzt auch mehrere Endgeräte simultan im Uplink Datenströme zu einem Access Point (AP) übertragen und das während eines einzigen Empfangszyklus des AP. Bei Wi-Fi 5 funktioniert MU-MIMO nur in Downlink Richtung (vom AP zu den Empfängern). Wi-Fi 6 kann auch eine deutlich größere Anzahl an Datenströmen (bis zu 8 Streams) gleichzeitig verarbeiten, bei einem 8×8-Access-Point im 5-GHz-Bereich können bis zu acht Endgeräte gleichzeitig mit dem Access Point kommunizieren. Bei den älteren Wi-Fi Standards von Wi-Fi 1 – bis Wi-Fi 5 war es nur mit einem Endgerät möglich.

TWT (Target Wake Time)
Stabile Übertragung bei Reduktion des Stromverbrauchs. TWT erlaubt dem Access Point (AP) ein Endgerät für eine bestimmte Zeit „schlafen“ zu legen. Danach „wacht“ das Endgerät wieder auf und verbindet sich erneut mit dem Access Point (AP). Die TWT-Funktion (Target Wake Time) ermöglicht eine exakte Einstellung, wie häufig Geräte Daten senden und empfangen können. Mit dieser Einsparung wird die Ruhezeit der Geräte verlängert und dadurch die Akkulaufzeit für mobile Geräte, Smarthome Geräte und IoT-Geräte erheblich verbessert.

BSS Coloring
Löst WLAN-Konflikte mit Nachbar-WLAN-Signalen. WLAN-Netzwerk Störungen werden oft durch überlappende Kanäle zweier benachbarter WLANs verursacht. Durch BSS (Base Service Set) Coloring werden ein Access Point (AP) und die verbundenen Endgeräte zu einem Basic Service Set (BSS) zusammengefasst und mit einem zusätzlichen Frame versehen. Dadurch kann das Endgerät unterscheiden, ob die Kommunikation in seinem Kanal zu seinem oder einem fremden Access Point (AP) gehört. Auf diese Weise können unnötige Verzögerungen vermieden werden und WLAN-Störung von Nachbarsignalen nahezu eliminiert werden.
Wi-Fi 6 ist abwärtskompatibel mit den älteren Wi-Fi Standards 802.11a/b/g/n/ac.

WPA3 (WiFi Protected Access Version 3)
Wi-Fi 6 verwendet den neuen Standard für die Authentifizierung und Verschlüsselung des WLAN. WPA3 enthält neue Funktionen, um die Authentifizierung zu vereinfachen und die Sicherheit der Authentifizierung und Verschlüsselung zu erhöhen, wie zum Beispiel robustere Authentifizierung, verbesserte Kryptografie und individuelle Verschlüsselung für jedes Gerät.

5G vs Wi-Fi 6.0 Deployment Use Cases


5G Technologie

5G Technologie

Die 5G Technologie versetzt uns in eine neue Mobilitätsära. 5G ist bis zu 100 Mal schneller als das heutiges LTE Netz. Dank der geringeren Latenz bis zu 1ms und der hohen Kapazität, wird 5G den Weg ebnen für hochintelligente IoT-Technologien. 5G ist die zuverlässige Plattform für das autonome Fahren der Zukunft.

5G versteht sich als ein anwenderspezifisches Netz, welches sich den jeweiligen Bedürfnissen der Nutzer anpassen kann. Dabei liefert es die notwendigen Anforderungen für die digitale Zukunft hinsichtlich stabiler Netzkapazität, hoher Datengeschwindigkeit, schneller Reaktionszeit und anspruchsvoller Datensicherheit.

Mit Hilfe von Technologien wie Virtualisierung von Netzwerkfunktion (NFV) und durch Software definierte Netze (SDN), kann das 5G Netz bei Bedarf in virtuelle Netzbereiche (Network Slicing) konfiguriert werden und bietet damit jeder Anwendung eine eigene optimierte Netzwerkebene (kundenspezifische Lösung).

Beispiele für 5G Anwendungsfälle

What is 5G?

Man unterscheidet beim 5G Netz drei unterschiedliche Anwendungsbereiche:

eMBB (Enhanced Mobile Broadband) – das ultra-schnelle mobile Breitband
5G liefert Datenraten im Bereich von bis zu 10 Gbit/s und unterstützt damit virtuelle Anwendungen wie VR (Virtual Reality), AR (Augmented Reality) und hochauflösende Videos (4K oder 8K-Videos). Diese Anwendungen benötigen hohe Datenraten und große Kapazitäten und werden auch für den Ausbau als Festnetz-Ersatz für dünn besiedelte Gebiete eingesetzt.

mMTC ((Massive Machine Type Communications) – die Kommunikation zwischen Maschinen und Anwendungen
In Zukunft steht das Vernetzen mit Dingen immer mehr im Vordergrund. Industrie 4.0, Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) oder das Internet der Dinge (Internet of Things – IoT) beschreiben die Vernetzung von Maschinen und Geräten aller Art. Alle diese Anwendungen haben eine Gemeinsamkeit: Sie übertragen nur kleine Datenmengen, dabei steigt die Zahl der vernetzten Geräte rasant. Die Übertragungsgeschwindigkeit spielt bei diesen Anwendungen nur eine untergeordnete Rolle, eine wichtige Anforderung hingegen ist der geringe Energieverbrauch.

URLCC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications) – ein Hoch-Zuverlässigkeitsnetz mit kurzen Antwortzeiten
Für zeitkritische Anwendungen wie das autonome Fahren oder schnell ablaufende Prozesse in der Medizin und Industrie, müssen die Informationen ultraschnell in Echtzeit zuverlässig übermittelt werden. Das 5G Netz mit einer Latenzzeit im Bereich von bis zu 1ms liefert die beste technische Basis für diese Anwendungen.

Download Performance

Latency Performance

Angewandte Technik im 5G Netz für bessere Netzwerkauslastung

Carrier Aggregation (CA) – Frequenz Kanalbündelung
Eine höhere Bandbreite wird technisch realisiert mit Hilfe einer Kanalbündelung (Carrier Aggregation). Dabei werden die Funkfrequenzbereiche (Kanäle in einem Frequenzblock) eines Netzbetreibers gebündelt. Dem Nutzer werden mehrere einzelne Frequenzblöcke (Carrier) zugewiesen, wodurch sich die Datenrate pro Nutzer erhöht. Je höher die Anzahl der Frequenzblöcke desto mehr erhöht sich die maximale Datenrate pro Nutzer. Durch die bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Frequenzen erhöht sich auch die Gesamtdatenraten pro Zelle.

Small Cells – vermehrte Integration von Small Cell (Kleinzellen) Netzwerken
Die heutigen Mobilfunknetze besitzen klassische Dachstandorte und freistehende Masten um die Flächenabdeckung der Netzkapazität in bestimmten Gebieten sicherzustellen. Mit 5G wird neben den weiter benötigten Dachstandorten verstärkt die Small Cell (Kleinzellen) Netzarchitektur gezielt ausgebaut. Small Cells sind bereits heute im Einsatz an Orten mit hoher Nutzerdichte wie zum Beispiel in Fußgängerzonen, Stadien, Festplätzen oder an anderen hoch frequentierten Plätzen. Small Cells ersetzen nicht die klassischen Mobilfunk-Standorte sondern ergänzen sie und erhöhen damit die Netzwerkkapazität in Gebieten mit besonders hoher Verkehrsdichte.

Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) – Mehrantennen-Systeme
Mit den Mehrantennen-Systemen (MIMO) wird ein spezielles Codierungsverfahren angewandt das zeitliche als auch räumliche Dimension zur Informationsübertragung (Space-Time-Coding) nutzt. Dadurch wird die Qualität, Zuverlässigkeit und Datenrate der mobilen Datenübertragung deutlich verbessert ohne zusätzliche Frequenzen dafür zu verwenden. Dies ist ein gewaltiger Vorteil, da die Frequenzen das wichtigste Kapital in der mobilen Datenübertragung sind.

Beamforming – gezielte Versorgung einzelner Nutzer
Eine Erweiterung bei den Mehrfachantennen-Systemen (MIMO) ist die gezielte Versorgung (Beamforming) der einzelnen Nutzer. Die Antennen Senderichtung wird angepasst, damit ein maximales Signal beim Nutzer ankommt. Die Funkwellen werden gebündelt, um eine präzise Ausrichtung des Signals in Richtung des Nutzers zu erreichen. Beamforming ist räumlich so ausgerichtet, dass einzelne Endgeräte mit dem zugewiesenen Signal direkt bei Sichtverbindung oder indirekt über Reflexionsflächen in der Umgebung angesprochen werden. Der Energiebedarf im Sender wird dadurch deutlich reduziert und es gibt ein klares Signal mit weniger Störungen. Daten können somit gleichzeitig an mehrere Mobilgeräte im gleichen Frequenzbereich übertragen werden. Die Sendeleistung kann auch entsprechend den Anwendungen flexibel angepasst werden. Durch die geringere Streuung der Sendeleistung wird die Effizienz deutlich erhöht.

Network Slicing – virtuell geteilte Netze
Unterschiedliche Anwendung und Nutzer haben ihre speziellen Qualitäts- und Kapazitätsanforderungen. Mit Hilfe der Network Slicing Technologie teilt der Netzbetreiber das gemeinsam benutzte physikalische Netz in mehrere virtuelle Netze auf, um damit die erforderlichen Qualitätsanforderungen der verschiedenen Anwendungen und Kundenbedürfnissen flexibel anbieten zu können. Dieser Dienst der Netzbetreiber, virtuelle Netze an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen, wird auch als „Network as a Service“ bezeichnet.

Mobile Access Edge Computing (MEC) – Intelligenz Verlagerung in die Nähe der Funkstation
MEC ist eine Netzwerkarchitektur für die Bereitstellung verteilter Services und Ressourcen am Rande des Netzwerks (in der Nähe der Funkstation). Dies ermöglicht eine geringere Reaktionszeit bei zeitkritischer Kommunikation. Multi Access Edge Computing ermöglicht die Realisierung einer Vielzahl von Anwendungen wie zum Beispiel: Augmented Reality/Virtual Reality, Autonomes Fahren, Steuerung von Verkehrsnetzen, Indoor-Positionsbestimmung, Internet der Dinge (IoT), vernetzte Prozesse der Industrie 4.0.