5G Campusnetze Anwendungsszenarien und Implementierung

H a n s D . S c h o t t e n

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz DFKI GmbH

Technische Universität Kaiserslautern

Kaiserslautern, Oktober 2019

Überblick

• Was ist 5G? Was kann 5G?

• Wann und wie wird 5G verfügbar?

• Was sind Campusnetze?

• Welche Campusnetze werden in Kaiserslautern aufgebaut?

5G – Die Motivation (2012)

Mobile data volume

20x Mobile data volume until 2016 70x Mobile data volume until 2020

2x number of subscribers

( 2013: 100% global penetration)

Schnell wachsende Diskrepanz zwischen kaum

steigenden Einnahmen und steigendem

Bandbreitenbedarf

?

3GPP: „The Start of Something“

Fortsetzung der Mobilfunkevolution • Höhere Systemkapazität,

• Höhere Datenrate pro Teilnehmer

Mobile Infrastruktur für die Digitalisierung in „vertikalen Industrien“

• Hohe Zuverlässigkeit

• Hohe Verfügbarkeit und Abdeckung

• Niedrige Latenz (taktiles Internet)

• Niedriger Stromverbrauch (Sensoren)

• Sehr große Sensorpopulationen

• Nachhaltigkeit und Zukunftssicherheit

• Datenschutz und Sicherheit

• Kosten, Marktgröße

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Was ist 5G?

Anwender und Anforderungen

Anwendergruppen mit eigenen Netzen (Make or Buy Entscheidungen):

• Bahnen (GSM-R, Bahn 4.0, Breitbandversorgung der Fahrgäste)

• PPDR (Polizei, Behörden, Feuerwehr, …), taktische Netze, …

• Rundfunk

• Logistik und Betriebsfunk (Versorger, Lieferdienste, Taxi, ÖPNV, …)

• Logistik und Telemetrie

• Paging und Alarmierungsdienste

• Energiewirtschaft, Versorger, …

• Fahrzeug-zu-Fahrzeug, Fahrzeug-zu-Infrastruktur Kommunikation

• …

Anwendergruppen für mobile Dienste ohne eigenen Netzen:

• Banken, Versicherungen, Logistik, Telemedizin, Automobil, Landwirtschaft, Energiewirtschaft, …

Anwendergruppen mit Interesse an Funkkommunikation:

• Industrie, Logistik, Krankenhäuser, Landwirtschaft, …

Was kann 5G ?

Enhanced Mobile Broadband

Massive Machine Type Communications

Ultra-reliable and Low Latency Communications

3D video, UHD screens

Smart City

Industry automation

Gigabytes in a second

Self Driving Car

Augmented reality

Smart Home/Building

Work and play in the cloud

Voice Mission critical application,

e.g. e-health

Future IMT

Source: ITU-R

Referenz: Industrielle Kommunikation

Bildquelle: Fa. Lely

Automatisierung - Milchwirtschaft

Foto: Fa. Wasserbauer

KEYSTONE/ANTHONY ANEX

www.automatischefuetterung.de

Automatisierung - Feld

• Spektrum

• Technologieroadmap

(LTE, Rel. 15, Rel. 16, … ; Non Standalone, Standalone)

• Öffentliche und nicht-öffentliche Netze (Campusnetze)

Wann und wie wird 5G verfügbar?

Spektrum

Drei Kategorien:

• Sub 1 GHz (“deep indoor”, “rural area”, “coverage”, …)

• 1 – 6 GHz (“wide area coverage” and “capacity”)

• mmW (> 6 GHz) (“capacity”, “data pipe”)

5G Spektrum, Core-Band, Deutschland

Nach der Auktion ist vor der Auktion

GHz 3.4 3.7 3.8 24.25 27.5

100 MHz für lokale Netze (Gebührenhöhe?) mmW

300 MHz für öffentliche Netze Auktion

5G Releases und Markteinführung

Standard: Q2,‘18 (NSA), Q4, ’18 (SA) geplant Q2, 2020 geplant Q3/Q4, 2021 Produkte: Q4,’18 (NSA), Q3/Q4, ‘19 (SA) ? ?

Öffentliche und Nicht-öffentliche Netze

• Motivation:

• 5G Technologie auch unabhängig von öffentlichen Mobilfunknetzen nutzbar machen.

• Anwendern Nutzung von 5G entsprechend eigenem Bedarf und Zeitplan erlauben.

• Konzept der lokalen Netze ( Vortrag Thomas Heutmann) von BNetzA eingeführt (3.7 – 3.8 GHz)

• Breite Unterstützung in Anwenderkreisen

• Laufende Diskussion in 3GPP, 5G-ACIA, …

• Zahlreiche Implementierungsoptionen zwischen zwei Spezialfällen:

• Nicht-öffentliches Netz als Network Slice in öffentlichem Netz

• Nicht-öffentliches Netz als völlig seperates Netzwerk in eigenem Spekrum

Nicht-öffentliche Netze Option (NPN)

Campusnetze aka private / lokale Netze

• Verfügbarkeit entsprechenden eigene Bedarf • Kontrolle aber auch Verantwortung für Auf- und

Ausbau, Performanz, Sicherheit, Betrieb, … • Verantwortung

• für Spektrum • notwendiges Know-How für regulatorische

Fragen und Betrieb • Keine Roaming Garantie, keine Garantie für

unterbrechungsfreie mobile Dienste • Kein Anbieten öffentlicher Mobilfunkdienste

NPN unter Einbeziehung öffentlicher Netze

Steigende Integration in öffentliche Netze

5G Modellregion Kaiserslautern

• Forschungsprojekt an der TU Kaiserslautern (keine öffentliche Infrastruktur, keine öffentlichen Dienste)

Ziel: „Entwickelung von Deutschland zum 5G Leitmarkt unterstützen“

• Experimentalnetzwerke und Expertise zur Entwickelung und Erprobung von 5G Anwendungen aufbauen und zur Verfügung stellen

• 5G Netzwerktechnologie erproben und weiterentwickeln

• 5G Campusnetz-Konzepte entwickeln, erproben und demonstrieren (inklusive Handhabbarkeit, Anwendungen, Implementierung)

Vorgehen:

• Aufbau von vier Campusnetzen (Wissenschaftsmeile, Landwirtschaft, SmartFactory, portables System)

• Mit unterschiedlicher Architektur, Herstellern, Managementkonzepten, … • Evaluierung mit interessierten Parteien, offen für alle weiteren interessierte Parteien • Zusammenarbeit mit weiteren Forschungsprojekten um neue Konzepte einzubringen

• Zusammenarbeit mit Netzwerkbetreibern

Campusnetzwerke

Campusnetzwerk Landwirtschaft

• Lehr- und Versuchsanstalt Hofgut Neumühle

• LTE / 5G SA Netzwerk

• Autonome kooperierende Fahrzeuge, Drohnen für Bodenmonitoring

• Leitstand zur Untersuchung von Managementkonzepten

Campusnetzwerk „Wissenschaftsmeile“

• Unterschiedliche und umrüstbare Netzkonzepte und Manegementkonzepte

• Überlagerung zweier Netzwerke

• Autonome Fahrzeuge, Intralogistik, Delivery Fahrzeuge, Umweltmonitoring, Langzeitstudien

• Leitstand zur Evaluierung von Dauerbetriebsszenarien

• Evaluierung von KI zum Netz-, Fahrzeug- und Sicherheitsmonitoring

• Campus Busse für Rendez-Vous Verkehr mit ÖPNV

Campusnetzwerk “Wissenschaftsmeile”

5G Campus Networks – DFKI / Smart Factory

• Szenario: Produktionsumgebung, Automatisierung, Intralogistik

• Ort: zwei Hallen, Outdoor, Flure

• Mehrere überlagerte Campusnetzerke (MNO und privat, LTE und 5G, auch im 26 GHz Band)

• Anwendungen im Bereich Nothalt, AGVs, kooperierende Maschinen, Augmented Reality, TSN, Lokalisierung, Clouddienste, …

• Netzwerksicherheitskonzepte, Jammerdetektion, …

• Untersuchungen zu Mandantenfähigkeit, Koexistenz, Sychronisation, Abdeckung, URLLC, Verfügbarkeitsnachweis, Forensik/ Black Box, …

• Weitere Forschungsthemen im Bereich KI Anwendungen, KI zur Netzwerksteuerung, BCI zur Unterstützung Mensch-Maschine Kooperation, …

• Zusammenarbeit mit SmartFactory e.V.

• Offen für Entwickelung und Erprobung von 5G Anwendungen Dritter

Portables 5G Campusnetz

• Mobiles LTE / 5G SA Campusnetz (2 Fahrzeuge)

• Backbone über Richtfunk, Satellit oder Multi-LTE

• LoRaWAN , D-GPS

• Entwickelung eines Konzepts für eine automatisierte Lizensierung

• LTE / 5G Scanner

• 2 x 2 Basisstationen (für Drohnen)

• Weinbau und Landwirtschaft

• Rundfunk / PMSE

• Rettungshubschrauber

• Baustellen

• Großschadenslagen / PPDR

• Anwendungsszenarien Dritter

https://www.gsfb.de/produktportfolio/test-und-messfahrzeuge/index.html https://www.gsfb.de/produktportfolio/test-und-messfahrzeuge/index.html

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

Kontakt:

Hans Schotten

schotten@eit.uni-kl.de

Mob.: 0173 3889470