Überlegungen zum Design für das Mobilfunk-IoT im 5G-Zeitalter

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Das Mobilfunk-IoT ist ein schnell wachsendes Ökosystem, das auf globalen 3GPP-Standards basiert und von einer wachsenden Anzahl von Mobilfunknetzanbietern und Lieferanten von Geräte-, Chipsatz-, Modul- und Netzwerkinfrastruktur unterstützt wird. Noch wichtiger ist, dass Mobilfunknetzwerke die globale Abdeckung und ein hohes Maß an Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistung bieten, die auch für die anspruchsvollsten IoT-Anwendungen erforderlich sind.

Viele Branchen profitieren von den Vorteilen des Mobilfunk-IoTs in den Bereichen Unterhaltungselektronik, Automotive, Eisenbahn, Bergbau, Versorgungsunternehmen, Versorgungsleistungen, Landwirtschaft, Fertigung und Transport. Mit 5G auf dem Markt schöpft fast jede Branche das Potenzial der Mobilfunkanbindung für den grundlegenden Wandel von Unternehmen aus.

5G bringt eine Reihe von Vorteilen für das IoT, die mit 4G oder anderen drahtlosen Technologien nicht möglich sind. Dazu gehört die Fähigkeit von 5G, viele statische und mobile IoT-Geräte mit einer Vielzahl von Geschwindigkeits-, Bandbreiten- und Servicequalitätsanforderungen zu unterstützen. Die 5G-Netzwerke, die heute bereitgestellt werden, bauen auf 4G-Netzwerken auf, die sowohl LTE für Maschinen (LTE-M) als auch NarrowBand-IoT-Technologien (NB-IoT) verwenden, wobei 5G die Funktionalität bietet, die erforderlich ist, um sowohl bestehende als auch zukünftige Anwendungsfälle zu unterstützen.

Wachstumsmotoren für 5G-Mobilfunk-IoT

Abbildung 1: 5G bietet mehr Vorteile als andere drahtlose Technologien

Erhöhte Geschwindigkeit und mehr Reichweite: Jede Generation drahtloser Netzwerke hat eine signifikante Steigerung der Geschwindigkeit widergespiegelt und die Vorteile der prognostizierten Geschwindigkeiten von 5G bis 10 GB/s stellen eine bis zu 100-fache Steigerung im Vergleich zu 4G dar. 5G-Mobilfunknetzwerke bieten eine viel breitere Abdeckung und unterstützen deutlich größere Geräte. Die Fähigkeit, 5G-Netzwerke für Unternehmen bereitzustellen, ermöglicht es IoT-Unternehmen, mehr Geräte mit höherer Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit über einen größeren Bereich zu verbinden.

Einfache und kostengünstige Bereitstellung: Nicht-Mobilfunk-IoT-Geräte müssen für ein bestimmtes Netzwerk konfiguriert werden, bevor sie sich mit der Welt verbinden können (Auswahl eines bestimmten Wi-Fi-Netzwerks oder einer Bluetooth-Verbindung). Andererseits brauchen Mobilfunkgeräte nur eine eingelegte aktivierte SIM-/eSIM-Karte und schon sind sie betriebsbereit. Dies macht eine bedarfsbasierte Auf- oder Abrüstung ohne umfangreiche Ressourceninvestitionen einfach.

Fernmanagement: Die erhöhte Abdeckung durch das 5G-Mobilfunknetzwerk bedeutet, dass Sie die Konnektivität aus der Ferne überwachen, Geräte konfigurieren und sicherstellen können, dass Software- und Firmware-Updates umgesetzt werden.

Geringe Latenz und hohe Zuverlässigkeit: Mit dem Mobilfunk-IoT über 5G-Netzwerke wird die Notdienstkommunikation sicherer und zuverlässiger, indem Daten für Kommandozentralen in Echtzeit bereitgestellt werden. Die 5G-Latenz ist schneller als die menschliche visuelle Verarbeitung und ermöglicht es, Geräte nahezu in Echtzeit fernzusteuern.

Eingebaute Sicherheit: 5G-Netzwerke verfügen über integrierte Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz der Verbraucher. Konnektivität umfasst Protokolle wie sichere Authentifizierung, Signalisierungsschutz und Datenverschlüsselung. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, dass die Sicherheitsprobleme, die Verbraucher-IoT-Geräte heimsuchen, nicht als Probleme im industriellen Einsatz auftreten.

Niedriger Stromverbrauch: Mobilfunk-IoT-Standards wie NB-IoT wurden entwickelt, um die Akkulaufzeit zu maximieren und den Stromverbrauch zu reduzieren. Dies ermöglicht die langfristige Bereitstellung von Geräten in abgelegenen Gebieten, da die Akkulebensdauer teilweise zehn Jahre überschreitet.

Mobilfunk-IoT-Betrieb mit 5G

5G-Mobilfunknetzwerke sollen massive Geräte und neue Dienste garantieren, z. B. erweiterte mobile Breitbanddienste (eMBB), massive maschinelle Kommunikation (mMTC) und kritische Kommunikation und Netzwerkbetrieb. Das Wachstum von 5G-IoT wird in Wellen auftreten, wobei eMBB-Anwendungen zuerst an Fahrt gewinnen. Äußerst zuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz (uRLLC) wird eine der größten bahnbrechenden Neuerungen sein, sobald 5G vollständig bereitstellt wird.

Autonome Fahrzeuge sind eine der am meisten erwarteten 5G-Anwendungen. Die Fahrzeugtechnologie schreitet rasant voran, um die Zukunft autonomer Fahrzeuge zu unterstützen. Boardinterne Computersysteme entwickeln sich mit einem Grad an Rechenleistung, das bisher nur in Rechenzentren zu sehen war. 5G-Netzwerke werden aufgrund der drastisch reduzierten Latenz ein großer Wegbereiter für autonome Fahrzeuge sein (Abbildung 2), da Fahrzeuge 10 bis 100-mal schneller reagieren können als über aktuelle Mobilfunknetze.

Auf diese Weise können Fahrzeuge nahezu augenblicklich auf Objekte und Änderungen um sie herum reagieren. Ein Fahrzeug muss als Reaktion auf Straßenschilder, Gefahren und Personen, welche die Straße überqueren, Nachrichten in Millisekunden senden bzw. empfangen, um bremsen oder die Richtung ändern zu können.

Abbildung 2: 5G-V2X-Kommunikationsmodi.

5G wird Veränderungen mit sich bringen und viele neue Anwendungen ermöglichen, die heute nicht mehr tragfähig sind, insbesondere in Ballungsräumen und Städten. 5G-Anwendungsfälle werden sich nicht auf einen bestimmten Bereich beschränken: Verbraucher, Unternehmen, Branchen und Städte werden von einer oder mehreren Dimensionen des 5G profitieren. Anstatt jedoch auf die vollständige Einführung von 5G zu warten, können wir die Zukunft mit 4G-LTE-Technologie aufbauen und Anwendungen und Geschäftsmodelle validieren. Und sie dann verfeinern und erweitern, wenn 5G breiter zugänglich ist.

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