5GIWCoW - Industrial Working + Coworking Space; modellhafte Pilotierung einer lokal begrenzten, industriell genutzten 5G-Umgebung

Abstract

Zum Projektbeginn befand sich die 5G-Technologie noch in der frühen Phase industrieller Anwendungen. Die Technik versprach hohe Zuverlässigkeit und geringe Latenzzeiten, jedoch lagen noch kaum praktische Erfahrungswerte für Industrieumgebungen vor. Die wissenschaftliche und technische Bewertung erfolgte im Projekt 5GIWCoW durch ein Konsortium von Industrie- und Forschungspartnern, das verschiedene Anwendungsszenarien untersuchte. Dazu wurden existierende Analysemethoden, die auf Simulation und Messung basieren, für spezifische Anforderungen in der Industrie weiterentwickelt. Das Projekt zielte darauf ab, eine 5G-Testumgebung aufzubauen und deren Eignung für industrielle Anwendungen umfassend zu bewerten. Dabei sollten konkrete Einsatzmöglichkeiten und -grenzen ermittelt und Musterlösungen entwickelt werden, die auf weitere industrielle Anwendungen übertragbar sind. Besonders wichtig war die Ermittlung der Anforderungen der Anwendungen an die Kommunikation auf deren Grundlage Datenverkehrsmodelle entwickelt wurden. Auf diesen Erkenntnissen basierend, konnten Modelle entwickelt und Simulationen durchgeführt werden, die das Verhalten und die Anforderungen typischer 5G-Anwendungen realistisch abbilden. Darüber hinaus erfolgte eine messtechnische Bewertung der Leistungsfähigkeit und Grenzen des 5G-Netzes aus Sicht industrieller Anwendungen. Das ifak führte Messungen zur Signalqualität und zur Eignung des 5G Netzes für verschiedene Anwendungen durch. Es wurden Simulationen und Modellierungen mit OMNeT++ und Messungen mit dem System FTT genutzt, um Kommunikationsanforderungen industrieller Szenarien abzubilden und typische Anwendungen wie z. B. Fernüberwachung, Übertragung von Sensordaten sowie Robotervisualisierung und -steuerung zu testen. Diese Testläufe ermöglichten detaillierte Analysen der Netzwerkleistung für spezielle Anwendungen. Die Simulationen und Messungen zeigten, dass 5G zahlreiche industrielle Anforderungen erfüllt. Bei sehr hohen Datenanforderungen, wie z. B. der zyklischen Übertragung von IO-Prozessdaten und der parallelen Übertragung hochauflösender Videostreams sowie bei ungünstigen Signalbedingungen wurden aber auch heutige technische Grenzen aufgezeigt. Für zuverlässige Echtzeitübertragungen sind weitere Optimierungen der Signalstärke und Netzwerkkomponenten und -parameter notwendig. Die erstellten Modelle ermöglichen es, parallele und spezifische Anwendungen gezielt zu evaluieren. Die Ergebnisse der Simulation ermöglichen in Zukunft eine anwendungsspezifische Parametrierung des Netzwerks und somit eine Erhöhung der Planungssicherheit für industrielle Anwendungen. Die Projektergebnisse flossen direkt in die Weiterentwicklung des Messsystems FTT ein, um zukünftige Streaming-Anforderungen besser zu unterstützen. Die verbesserten messtechnischen Verfahren und Modelle ermöglichen eine präzisere Bewertung der 5G-Netzleistung und die Planung neuer Anwendungen. Die Forschungsergebnisse unterstützen Machbarkeitsstudien, Leistungstests und Optimierungsdienste für Unternehmen, die 5G-Technologien anwenden möchten. Das Projekt fördert den Wissenstransfer durch Veröffentlichung von White Papers bei der 5G-ACIA und wissenschaftliche Beiträge sowie eine aktive Mitarbeit in der Standardisierung, wie z. B. am IEC PAS 63595 ED1. Weitere Anwendungsbereiche wie Gebäudeautomation und Logistik könnten zukünftig von diesen Erkenntnissen profitieren. Das ifak plant mindestens eine weitere Veröffentlichung der Projektergebnisse und beabsichtigt, Forschungsvorhaben auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse zu initiieren. Informationen zu den Anforderungen, Modellen, Simulations- und Messergebnissen und deren Verwertungsmöglichkeiten sind im gemeinsamen Sachbericht zum Verwendungsnachweisund den dort referenzierten Projektdokumenten enthalten. Datei-Upload durch TIB