5G-Insel

Lokale 5G-Lösungen für drahtlos gesteuerte Maschinensysteme in der Produktion

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Aufbau und Demonstration einer 5G-Insel© Technische Universität Dresden

Motivation

Bei der Frequenzvergabe für die fünfte Mobilfunkgeneration (5G) werden erstmals Frequenzen für lokale und private 5G-Mobilfunknetze bereitgestellt. Diese Zuteilung von Frequenzen ermöglicht ganz neue Anwendungen: Lokale 5G-Inseln gehören zu den Schlüsselfaktoren um neuartige, drahtlos gesteuerte Maschinensysteme in der Produktion zu etablieren. Dies gilt für kleine, mittlere, aber auch großen Unternehmen und betrifft insbesondere die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern. Traditionell arbeiten Roboter weitestgehend isoliert und bewegen sich innerhalb einer streng vordefinierten Schutzzelle, um jeglichen Schaden durch unvorhergesehene Aktivitäten und Zwischenfälle zu vermeiden. Das bestehende System ist dabei weder in der Systemarchitektur noch im Verhalten variabel und kann bei Änderungen nur schwer angepasst werden. Da dadurch hohen Investitionen entstehen, besteht hier gerade für kleine und mittelständische Unternehmen eine hohe Markteintrittsbarriere. Diese Markteintrittsbarriere wird durch das Entfernen der Schutzzellen und die einfache, kabellose Anbindung an eine unabhängige 5G-Netzwerkarchitektur überwunden.

Ziele und Vorgehen

5G-Inseln ermöglichen es, unabhängig vom Ausbau der 5G-Mobilfunkinfrastruktur, die Vorteile moderner und zukünftiger drahtloser Kommunikation überall zu nutzen. Eine 5G-Insel besteht aus einem 5G-Funkzugang und dem 5G-Kommunikationsnetzwerk und stellt so die komplett notwendige Funktionalität einer 5G-Infrastruktur bereit. Ein weiterer Nutzen von 5G-Inseln sind neben der vollständigen, unabhängigen 5G-Infrastruktur wesentliche Kriterien wie Sicherheit, Zuverlässigkeit und Resilienz. Das Ziel im Projekt ist die Entwicklung einer Blaupause für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den wirtschaftlichen Einsatz einer 5G-Insel. Sie ermöglicht die Steuerung von Robotern in Kombination mit einer isolierten 5G-Netzwerkarchitektur. Gleichzeitig bietet sie eine sichere und zuverlässige Verbindung verschiedener 5G-Inseln auf Basis virtualisierter Netzwerktechnologien. Um diese 5G-Insellösung zu transportieren und so für verschiedene Anwendungsfälle variabel bereitstellen zu können, wird die technische Umsetzung in einem mobilen Container aufgebaut. Geplant ist die Bereitstellung von 5G im ländlichen Raum, um auch kleinen und mittelständischen Unternehmen die Automatisierung ihrer Produktion zu erleichtern. Zusätzlich werden für die Automobilproduktion lokale und private 5G-Netze bereitgestellt.

Innovationen und Perspektiven

Die Forschung an 5G-Inseln schafft die Grundlage für die notwendige Automatisierung der Produktion. Sie senkt die Barriere für den Einsatz von kooperativen Robotern in kleinen und mittelständischen Unternehmen. Weiterhin eröffnen 5G-Inseln in Kombination mit geeigneter Robotersteuerung neue Möglichkeiten für eine effizientere und sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Auch für große Unternehmen sind 5G-Inseln von höchstem Interesse. Die Sicherheit und Vertraulichkeit eines isolierten, unabhängig betriebenen Netzwerkes erhöht den Schutz von Betriebsgeheimnissen deutlich. 5G-Inseln sind somit ein wesentlicher Baustein für die Digitalisierung der Produktion in Deutschland.

Zuwendungsbescheide