Industry 4.0 erfordert umfangreiche IoT-Einführung und unterbrechungsfreie Konnektivität

Um die Vorteile von Industry-4.0-Anwendungen und -Services zu ermöglichen, ist eine massive Bereitstellung von Sensoren, Gateways und Cloud-Computing-Systemen mit nahtloser Konnektivität notwendig.

Kabelgebundene industrielle Konnektivität und M2M seit Jahrzehnten etabliert

Viele denken, IoT erfordere immer drahtlose Konnektivität. Dieser Irrglaube rührt von der massiven Nutzung mobiler Geräte, Wearables und anderer vernetzter Geräte, die nicht physisch an ein kabelgebundenes Netz angeschlossen sind.

Die Realität: Der Großteil des industriellen Internets wird durch kabelgebundene Netze realisiert, und Ethernet ist weltweit in den meisten Fabriken noch das Rückgrat der Konnektivität.

Wenn drahtlose Konnektivität nötig ist, helfen neue Technologien wie Low-Power Wide-Area Networks (LPWANs) – Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT – bei der Verwaltung von Millionen IoT-Geräten in lokalen und entfernten Anlagen.

Historische Entwicklung

Seit den 1980ern profitieren viele Branchen von kabelgebundener Datenkonnektivität, meist mittels programmierbarer Logiksteuerungen (PLC) mit 24 V – dem globalen Spannungsstandard und der digitalen Sprache für industrielle Anwendungen.

1990 führte die zweite Generation zellularer Netze (2G) und SIM-Karten drahtlose Konnektivität für industrielle Dienste ein: zellulares Machine-to-Machine (M2M). M2M ermöglichte Fernzugriff und -steuerung von Maschinen, Bereitstellung hunderter vernetzter Geräte und Datenerfassung überall dort, wo ein zellulares Netz verfügbar war. Rückblickend ist M2M der Rahmen dessen, was wir heute IoT nennen. Die meisten verbliebenen M2M-Verbindungen nutzen den 2G-GPRS-Standard mit 2G-EDGE-Abdeckung und SIM-Karten.

Heutige Smart Factories nutzen einen Mix aus kabelgebundenen und drahtlosen Technologien, die durch Time-Sensitive Networking (TSN) zusammenarbeiten.

TSN ist ein von IEEE 802.1 spezifizierter Standardsatz, um Ethernet-Netzen QoS-Garantien für zeitkritischen und missionskritischen Traffic und Anwendungen zu geben. TSN ist ein Werkzeugkasten mit vier Kategorien: Ressourcenmanagement, Traffic Shaping, Zuverlässigkeit und Zeitsynchronisation.

Im Kern ist ein TSN-basiertes industrielles Kommunikationsnetz ein konvergentes System, das einen Mix verschiedener Traffic-Typen zulässt. Service-Anforderungen reichen von Best-Effort bis zu kritischem Echtzeit-Traffic. TSN ermöglicht Konvergenz vieler Dienste auf einem geteilten Netzwerk, während Tools kritische Dienste priorisieren.

Für die meisten Verbindungen sind LPWAN-Netze die beste Option

Mit Long-Term Evolution (LTE) bzw. 4G-Netzen wurden neue Services und Möglichkeiten für Industrie und Verbraucher verfügbar. LTE ermöglicht diverse Konnektivitätstypen: schnelle Datenübertragung, niedrige Latenz, Voice-over-IP (VoIP) und Low-Power Wide-Area Networks (LPWAN).

Die gängigsten industriellen Versionen von 4G basieren auf LTE-M (das neue M2M) und Narrowband-IoT (NB-IoT). Beide sind für massive IoT konzipiert und ermöglichen Konnektivität für Millionen stromsparender Geräte.

Zusätzlich sind andere LPWAN-Netze ohne zellulare Abhängigkeit weit verbreitet: LoRaWAN, Sigfox, Wi-Fi HaLow (IEEE 802.11ah).

Die meisten industriellen Verbindungen brauchen kein 5G

In den letzten zwei Jahren gab es viel Hype um 5G mit Versprechungen hoher Geschwindigkeiten und ultraniedriger Latenz für kritische Konnektivität.

Die Realität: Über 99 % der industriellen und professionellen IoT-Verbindungen benötigen diese speziellen Features nicht. Wenn zellulärer Service gewünscht ist, können 4G, LTE-M und NB-IoT die nötige Bandbreite und massive IoT-Konnektivität für heutige und morgige Anwendungen liefern.

Zudem werden die vollen 5G-Spezifikationen für kritischste Features noch von 3GPP und anderen Regulierungsbehörden definiert. Es dauert noch Jahre, bis 5G-Netze die Dienste bereitstellen können, die einige kritische IoT-Anwendungen benötigen.

„5G wird wirklich gebraucht, wenn man spezielle Features braucht. Wir reden von höherer Bandbreite, niedrigerer Latenz, vielen mehr Verbindungen oder Verbindungspunkten, wo LTE tatsächlich überlastet ist. Die Vorstellung, 5G sei für breitflächiges zellulares IoT nötig, stimmt nicht wirklich“, sagt Marie Hogan, Head of IoT and Broadband bei Ericsson.