Kann die Fertigung in einer 5G/Wi-Fi-6-Welt drahtlos werden?

Angesichts der jüngsten Verfügbarkeit von Wi-Fi 6-Lösungen, dem Start von 5G-Pilotprojekten und neuen Richtlinien für das gemeinsame Lizenzspektrum fragen sich viele:Kann die Fertigung den drahtlosen Weg weiter gehen? Die kurze Antwort ist ja. Die lange Antwort ist, dass es zahlreiche Nuancen und Komplikationen im Zusammenhang mit dem „wann“, „wie“ und „zu welchem ​​Preis“ bei der Implementierung von Wireless in der Fertigung gibt.

Zunächst einmal verlässt sich die verarbeitende Industrie auf Geräte mit einer erwarteten Lebensdauer von mindestens 10 bis 15 Jahren. Ungefähr 80 Prozent der aktuellen Konnektivität im Werk sind verkabelt. Während es die Möglichkeit gibt, von Wi-Fi auf Wi-Fi 6 und Abwärtskompatibilität aufzurüsten, ist 5G keine so einfache Sache. Daher werden 5G-Upgrades über einen längeren Zeitraum erfolgen, wenn Technologieinvestitionen aufgefrischt oder ersetzt werden. 5G-Benutzergeräte für Fabriken sind derzeit nicht ohne weiteres verfügbar, da der Markt noch am Anfang steht und sich die Standards noch weiterentwickeln.

Zu den wichtigsten Anwendungsfällen für Fabriken gehören mobile Mitarbeiter, Remote Expert in Verbindung mit sicherer Anlagenausrüstung, Standortverfolgung von Mitarbeitern, Standortverfolgung von Anlagen, drahtlose Maschineninstrumentierung, autonome Fahrzeuge und mobile Maschinen, physische Sicherheit, Workflow-Optimierung und drahtlose Sensibilisierung. Andere Anwendungsfälle werden sich höchstwahrscheinlich in Bezug auf Robotik, AR/VR, digitale Zwillinge und mehr ergeben.

Die Anforderungen für diese verschiedenen Anwendungsfälle variieren in Bezug auf Determinismus, Latenz und Durchsatz. Einer der Hauptschwerpunkte bei Wireless ist die Erfüllung der Fähigkeiten mit geringer Latenz, die traditionell mit kabelgebundener Konnektivität verbunden und von IEEE 802.1Q definiert sind. Time-Sensitive Networking (TSN) oder 5G Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC) sind an Anwendungen gebunden, die eine sehr geringe Latenz von 1 bis 10 Millisekunden erfordern (z. B. Automatisierungs- und Steuerungssysteme). Die niedrigste Latenzzeit von 1 Millisekunde von TSN zu erreichen, ist für drahtlose Technologien eine große Herausforderung. Organisationen wie 3GPP und 5G-ACIA bemühen sich sehr um diese Fähigkeit.

Ein weiterer Faktor ist die geografische Lage einer Fabrik. Die Top-10-Industrieländer wechseln nach und nach zu einer Art dedizierten Spektrums, das industrielle und ähnliche vertikale Bedürfnisse unterstützen könnte. In Deutschland können Unternehmen beispielsweise privates LTE/5G-Spektrum in 10-MHz-Blöcken für 10 Jahre mit Verlängerungsoption mitbieten und sichern. In einer kürzlich angekündigten Ankündigung gab ein großer deutscher Autohersteller bekannt, dass er in seinen Fabriken ein eigenes 5G-Netz betreiben wird. Mit dedizierten Frequenzen können Industrieunternehmen wählen, ob sie die volle Kontrolle über ihr Netzwerk behalten oder einen Dienstanbieter mit der Implementierung und dem Betrieb von 5G beauftragen.

Eine weitere Option ist das gemeinsame Spektrum, wie das Citizens Band Radio System (CBRS) in den USA. CBRS hat drei Benutzerebenen:etablierte Betreiber, Priority Access Licenses (PALs) und General Authorization Access (GAA). Beachten Sie, dass das CBRS gemeinsam genutzt wird, sodass die Möglichkeit besteht, dass Dienst-/Spektrumunterbrechungen von den etablierten Unternehmen (der US Navy) oder von PAL-Benutzern auftreten, wenn Sie GAA sind. Darüber hinaus erfordert der Aufbau eines 5G-Netzwerks Investitionen in neue Funkgeräte (NRs), Netzwerkschnittstellenkarten (NICs) und Endgeräte oder Netzwerkausrüstungsadapter.

Das „Wann“ der drahtlosen Bereitstellung hängt von den Anwendungsfällen und den Netzwerkanforderungen sowie den Betriebskosten und der Verfügbarkeit von Frequenzen oder SP-Diensten im Serviceplan ab, um die QoS-Anforderungen als Netzwerk-5G-„Slice“ oder dediziertes 5G-Spektrum zu unterstützen.

Für Hersteller dürfte eine Multi-Access-Umgebung – also eine Kombination aus Kabel, Bluetooth, LoRa, Wi-Fi, Wi-Fi 6, LTE und 5G – die beste Option sein. Jedes bietet je nach Bedarf und gewünschtem Kontrollniveau unterschiedliche Vorteile. Fabriken sind heute mit Mehrfachzugriff ausgestattet und werden auch in Zukunft mehrere Konnektivitätsoptionen nutzen.

Bauen oder kaufen?

Darüber hinaus stehen Hersteller vor der zentralen Frage, wie 5G eingesetzt werden kann. Es ist eine Variante der klassischen Build-versus-Buy-Entscheidung:Soll sich ein Hersteller sein eigenes dediziertes Spektrum sichern und dann ein privates 5G-Netz aufbauen und betreiben? Oder sollte es mit einem Service Provider zusammenarbeiten, der dem Unternehmen seinen eigenen dedizierten „Slice“ des Spektrums zusammen mit Netzwerkbereitstellung, Betrieb und Support-Services anbieten kann?

Größere Kontrolle ist der Hauptvorteil des Aufbaus und der Wartung eines privaten Netzwerks. Zu den Nachteilen gehören:eine steile Lernkurve des Schulungspersonals für den Betrieb eines 5G-Netzes und die Kopfschmerzen bei der Bewältigung aller auftretenden Probleme; potenziell höhere Kosten für dedizierte 5G-Spektrum-Ausrüstung; und höchstwahrscheinlich langsamerer Zugriff auf die neuesten und besten Funktionen im Vergleich zu 5G-Geräten für den Massenmarkt. Auf der anderen Seite wird die Auslagerung an einen Dienstanbieter den Zugang zu den neuesten Technologien sicherstellen und gleichzeitig die Belastungen des täglichen Managements entlasten, jedoch auf Kosten des Verlusts der Kontrolle über das Netzwerk.

Für Hersteller hängt das beste „Wie“ von den beabsichtigten Anwendungsfällen ab. Für die meisten könnte eine Multi-Access-Umgebung – gekoppelt mit einem hybriden Ansatz für das 5G-Netz – die beste Option sein. Es gibt sehr unterschiedliche Kosten- und Kontrollprobleme, die bei jeder Bereitstellung berücksichtigt werden müssen.

Zu berücksichtigende Kosten

Wenn es um Investitionen in 5G und/oder Wi-Fi 6 geht, gibt es möglicherweise die Frage „Was kommt zuerst?“ Rätsel. Wie bereits erwähnt, betreiben die meisten Hersteller Fabrikhallen mit überwiegend fest verdrahteter Ausrüstung. Das Rippen und Ersetzen oder die Umrüstung auf Wireless wäre ein schwieriger Fall und eine Herausforderung für das OT-Team. Es kann jedoch auch schwierig sein, Investitionen in fortschrittliche Technologien wie 5G zu rechtfertigen, wenn nur wenige oder keine Geräte diese Innovationen nutzen können.

Obwohl wir davon ausgehen, dass Hersteller letztendlich auf Wireless gehen, glauben wir, dass jedes Unternehmen einen langfristigen Fahrplan entwickeln muss, wie es dorthin gelangen wird. Es ähnelt dem Ansatz, den wir bei Cisco gewählt haben. Wir haben eine sich ständig weiterentwickelnde Roadmap, um sicherzustellen, dass unsere Kunden sichere und zukunftsfähige Netzwerkinvestitionen tätigen können. Die Roadmap kann Sie von heute an bis hin zu 5G und darüber hinaus führen – und dabei helfen, auf diesem Weg einen größeren Wert zu erschließen.

Weitere Informationen zu Wireless-Trends und den verschiedenen Phasen der Technologieeinführung finden Sie in unserem neuen Whitepaper Wi-Fi 6 und Private LTE/5G-Technologie und Geschäftsmodelle im industriellen IoT oder lesen Sie die Zusammenfassung, um mehr zu erfahren!