Private 5G

Private 5G-Netze

Erfüllung des Leistungsversprechens privater 5G-Netze

Private 5G-Netze sind der Katalysator für Industrie 4.0 sowie für die „smarten“ Fabriken, Kraftwerke und Gebäude der Zukunft. Angesichts der Zunahme der Bereitstellungsmöglichkeiten von 5G für private Unternehmen erhöht sich die Bedeutung effizienter und präziser Tests in 5G-Netzen. VIAVI hat ein intuitives, kostengünstiges und lückenloses 5G-Testportfolio entwickelt, das ideal für die Überprüfung von privaten 5G-Netzen sowie für die Gewährleistung der Zuverlässigkeit (Assurance) während des gesamten Netzwerk-Lebenszyklus geeignet ist.

Sicherheit, Markteinführungszeit, Erschwinglichkeit und Zuverlässigkeit sind nur einige Gründe dafür, dass Unternehmen die Installierung von 5G-Netzen erwägen. Auch wenn die umfassende Konfigurierbarkeit eines privaten 5G-Netzes verlockend erscheint, kann sie die Komplexität des gesamten Netzwerk-Lebenszyklus deutlich erhöhen.

Angefangen bei der Planung über die Entwicklung bis zur Aktivierung werden Sie nur dann in der Lage sein, die Dienstgüte-Vereinbarungen (SLA) zu erfüllen, wenn Sie ein System eingerichtet haben, das Sie in die Lage versetzt, das gesamte Privatnetz zu testen und zu kontrollieren.

Wozu private 5G-Netze? 

Große Seehäfen und Flughäfen oder dicht belegte Werkhallen mit Tausenden vernetzten Geräten sind nur einige wenige Beispiele für Unternehmen, die von dem zuverlässigen und stets verfügbaren Dienst eines privaten 5G-Netzes (P5G) profitieren. Die von Grund auf kundenspezifisch anpassbaren Privatnetze sind schon vom Design her äußerst sicher und flexibel. Darüber hinaus können sie eine erweiterte Flexibilität der Dienste sowie grundlegende 5G-Leistungsmerkmale, wie Network-Slicing, ermöglichen. Diese Eigenschaften können sich in Häfen und anderen großen Einsatzumgebungen, in denen mehrere Unternehmen mit jeweils eigenen Anforderungen und SLAs tätig sind, als kritisch erweisen. 

Chancen für vertikale Branchen 

Private 5G-Netze erlauben, die Eigenschaften jedes einzelnen Netzes an die spezifischen Anforderungen der betreffenden vertikalen Branche anzupassen. Während Anwendungsfälle wie das Gesundheitswesen und die öffentliche Sicherheit bei Latenz und Zuverlässigkeit eine optimale Leistung erfordern, legen andere vertikale Sektoren, wie Gaming und Mobilfunk-Breitband mehr Wert auf Bandbreite und Mobilität. 


Herausforderungen für Systemintegratoren 

Die umfassende Konfigurierbarkeit eines privaten 5G-Netzes erscheint verlockend, kann aber die Komplexität des gesamten Netzwerk-Lebenszyklus deutlich erhöhen. Systemintegratoren erfüllen in dem Ökosystem privater 5G-Netze eine wichtige Funktion, da sie für eine breite Palette von Unternehmen praktische Vorlagen für Privatnetze entwickeln. Viele von ihnen bieten auch Network-as-a-Service (NaaS) an, sodass die Kunden das Management, den Betrieb und die Wartung ihrer 5G-Netze nach der Aktivierung an externe Anbieter vergeben können.  


Planung von privaten 5G-Netzen 

Private 5G-Netze müssen kostengünstig entwickelt werden und den gleichen Qualitätsbetrieb wie kommerzielle Netze gewährleisten. Da die Anwendungsfälle für Privatnetze vielfältig sind, sollten sie ein breites Spektrum von Endpunkten mit jeweils unterschiedlichen Anforderungen unterstützen. Beispielsweise wird eine automatische intelligente („smarte“) Fabrik zahlreiche Sensoren, den Datenaustausch zwischen Maschinen (M2M), autonome Roboter und Verkehrsvernetzung (V2X) benötigen. Demgegenüber muss ein Universitätscampus weniger IoT-Geräte, dafür aber mehr Teilnehmer unterstützen, die auf ihren Geräte sprechen, texten und „TikToken“. 

Um eine erfolgreiche Bereitstellung dieser Netze sicherzustellen, ist es von Vorteil, wenn man im Labor ein wirtschaftliches Testkonzept eingerichtet hat, das helfen kann, noch vor der tatsächlichen Inbetriebnahme potenzielle Störungen zu erkennen, und den Technikern erlaubt, auftretende Fehler zu beheben und Probleme zu lösen. Tests vor der eigentlichen Bereitstellung vermitteln die Einblicke, die benötigt werden, um zu gewährleisten, dass das neue private 5G-Netz die Anforderungen dieser vielfältigen Anwendungsfälle erfüllt und das Netzwerk zuverlässig vor Sicherheitsbedrohungen geschützt ist. 

Kann das Privatnetz die für uRLLC-Anwendungen benötigte geringe Latenz gewährleisten? Wie stark ist das Netzwerk beeinträchtigt, wenn es mit unerwünschtem Verkehr geflutet wird? 

Als Systemintegrator, der ein privates 5G-Netz plant und entwirft, sollten Sie die folgenden Test-Tools besitzen, mit denen Sie ihren Mitbewerbern immer einen Schritt voraus sein werden: 

  • Eine Lösung zur Simulation der Verhaltens-, Verkehrs- und Mobilitätsprofile der Endnutzer (beispielsweise in einem Einkaufszentrum) oder der Endpunkte (wie in einer vernetzten Fabrik). 
  • Eine Option, die eine große Anzahl von Endgeräten (UE) pro Zelle/Träger unterstützt, um die verfügbare Kapazität zu bewerten.
  • Ein Produkt, das ein 5G SA Core-Netz emulieren kann, um vor der tatsächlichen Einführung zu testen, welche Folgen der Anschluss des privaten 5G-Netzes an ein Kernnetz hat. 
  • Eine Kombination aus realem Stateful-Verkehr durchsetzt mit Bedrohungen und Malware, um die Sicherheitsprotokolle des Netzwerks gründlich zu überprüfen. 

Die Tests müssen kostengünstig ausgeführt sowie deutlich vor der Bereitstellung des Netzwerks ausgeführt werden, um sicherzugehen, dass sowohl das Unternehmen als auch der Netzbetreiber eine zufriedenstellende Investitionsrendite (RoI) erwirtschaften können. Bereits in der Planungsphase kann die Zusammenarbeit mit dem richtigen Test-Partner dafür sorgen, dass Ihr Privatnetz bereits lange vor der eigentlichen Inbetriebnahme vielfältige Szenarien unterstützt und hochsicher ist. 

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Bereitstellung, Aktivierung und Management von privaten 5G-Netzen 

Häufig müssen private 5G-Netze die zuverlässige Bereitstellung einsatzkritischer Dienste und hochwertiger Inhalte (Content) gewährleisten. Daher stehen die Systemintegratoren und Netzbetreiber unter einem hohen Leistungsdruck, um technische Herausforderungen proaktiv zu bewältigen. Zu diesen gehören: 

  • Spektrum-Koexistenz: Jeder Netzknoten ist potenziell in einen Genehmigungsprozess eingebunden, der sich über Jahre hinziehen kann. Hier sind ein ausgewogenes Verhältnis zwischen lizenzierter und unlizenzierter Spektrumnutzung sowie die intelligente Belegung unlizenzierter Bänder, wie Citizens Broadband Radio Service (CBRS), unverzichtbar.  
  • Zugangsnetze mit mehreren Netzbetreibern: Wenn private 5G-Netze ein großes geografisches Gebiet umfassen, ist es möglich, dass mehrere Netzbetreiber und unterschiedlich ausgestaltete Dienstgütevereinbarungen (SLA) zu berücksichtigen sind. Die Leistung sensibler 5G-Funktionen, wie Network-Slicing, muss sorgfältig überwacht werden, da sie sich mit anderen funk- und landgestützten Netzen in der Region überscheiden können.  
  • Zutrittskontrolle: Mit der Bereitstellung und Aktivierung von privaten 5G-Netzen muss auch der Zutritt zu Geräten, Einrichtungen und Infrastrukturkomponenten definiert und kontrolliert werden, um kostenintensive Verzögerungen zu vermeiden.  
  • 24/7 Vor-Ort-Support: Obgleich zur Effizienzsteigerung in letzter Zeit der Schwerpunkt verstärkt auf den automatischen (unbemannten) Netzwerkbetrieb gelegt wird, kann sich bei privaten 5G-Netzen, die die in SLAs für Ausfälle üblicherweise festgelegte 2-Stunden-Reaktionszeit einhalten möchten, ein 24/7 Vor-Ort-Support als unschätzbar erweisen.  

Bewältigung der wichtigsten Herausforderungen

Dafür gibt es kein Patentrezept: Hier ist eine saubere technische Vorbereitung gefordert. 

Damit komplexe private 5G-Netze erfolgreich sind, müssen die Planung, Entwicklung und Überwachung nahtlos ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Netz termingerecht in Betrieb genommen werden kann und gleichzeitig die SLA-Vorgaben durchgehend erfüllt.   

Die Spektrumfreigabe wird ein kritischer Faktor, da Frequenzbänder, die zuvor andere Dienste übertragen haben, jetzt für Privatnetze umgewidmet werden.  

Die Signalanalyse, die Kontrolle der Zeitsynchronisation, der Antennenabgleich, die Glasfaser-Zertifizierung sowie die Überprüfung der Netzabdeckung und der Leistungsparameter gehören zu den wichtigsten Maßnahmen zur Gewährleistung einer hohen Zuverlässigkeit und Dienstgüte (QoS).  

Hier erfahren Sie mehr.  
 

Automatisierung der Testprozesse

Als Systemintegrator müssen Sie sicherstellen, dass die Installationsteams robuste Installations- und Testverfahren einhalten, die den fehlerfreien Aufbau des Netzwerks sicherstellen. Die Automatisierung ermöglicht, den Schulungsaufwand weitestgehend zu verringern sowie einheitliche und reproduzierbare Vorgehensweisen einzurichten. So können Sie zudem wichtige Einblicke für die Verbesserung zukünftiger Prozesse gewinnen.

Hier erfahren Sie, wie Sie die Testausführung, Validierung und Optimierung im gesamten Netzwerk-Lebenszyklus automatisieren können. 
 

Überwachung, Management und Automatisierung des Netzwerks 

Nachdem Sie die Bereitstellung Ihres privaten 5G-Netzes erfolgreich überprüft haben, müssen Sie dessen Leistung und Kapazität überwachen, um die erwartete Erlebnisqualität (QoE) und Investitionsrendite (RoI) gewährleisten zu können. Mit der Freischaltung der Dienste geht es darum, die Betriebskosten (OPEX) auf die benötigte Leistung und Zuverlässigkeit abzustimmen. Das heißt, Sie sollten das Management, den Betrieb und die Wartung ihres Netzwerks weiter automatisieren.  

Um die Zuverlässigkeit des Netzwerks einschätzen zu können, benötigen Sie Einblicke in die kritischen Leistungsindikatoren (KPI), Dashboard-Anzeigen und Berichte der kontinuierlichen Überwachung. Gleichzeitig sollten Sie viele der traditionell manuellen Schritte zur Optimierung der mittleren Reparaturdauer (MTTR) automatisieren, um sicherzugehen, dass das Netzwerk sein Leistungspotenzial in vollem Umfang ausschöpfen kann.  

Die Vorteile der Automatisierung, die bereits während der Installations- und Bereitstellungstests zum Tragen gekommen sind, können auch auf das effizientere Management und die effizientere Konfiguration des privaten 5G-Netzes, einschließlich der Ende-zu-Ende Überwachung vom Funksystem bis in das Kernnetz, übertragen werden. 

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Die Lösung kann in die Angebote für das Management, den Betrieb und die Wartung von Netzwerken für Systemintegratoren integriert werden, da sie nicht nur die RAN- und Core-Anforderungen für die Bereitstellung privater 5G-Netze gewährleistet, sondern auch die Location Intelligence aller über das Mobilfunknetz angeschlossenen Geräte anbietet, um ein breites Spektrum von Anwendungsfällen, die für den betreffenden vertikalen Sektor spezifisch sind, zu berücksichtigen. Angesichts der rasanten Verbreitung des regions- und länderübergreifenden Full-Service-Managements für private 5G-Netze wächst die Bedeutung einer umfassenderen Sichtbarkeit in die Netze. 

 

Ihr zuverlässiger Partner auf dem Weg zu privaten 5G-Netzen

Wenn Sie intelligente Lösungen benötigen, um die Komplexität zu verringern und sicherzustellen, dass Ihre privaten 5G-Netze – vor und nach der Bereitstellung – die geforderte Qualität und Leistung liefern, können Sie sich jederzeit vertrauensvoll an VIAVI wenden.  

VIAVI ist und bleibt Ihr kompetenter Partner für den gesamten Netzwerk-Lebenszyklus, angefangen bei der Planung über die Bereitstellung und Aktivierung bis zu Management, Überwachung und Automatisierung. Heute und in Zukunft.  


Antworten auf häufig gestellte Fragen

Was sind private 5G-Netze? 

Ein privates 5G-Netz ist ein 5G-Mobilfunksystem, das ausschließlich für die private (nichtöffentliche) Nutzung durch ein einziges Unternehmen, eine Einzelperson oder eine einzelne Behörde aufgebaut und betrieben wird. Das vom 3GPP-Projekt als nichtöffentliches Netz (Non-Public Network, NPN) definierte private 5G-Netz bezeichnet für gewöhnlich eine kleinere, stärker konzentrierte Implementierung, die spezifische Anforderungen, die der betreffende Netzbetreiber an Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Service stellt, erfüllen soll. 

Ältere private Netze auf der Grundlage von 4G-/LTE-Mobilfunksystemen stellen bereits erweiterte Optionen zur verbesserten Netzabdeckung und kundenspezifischen Anpassung zur Verfügung. 5G-Netze setzen hier mit der hochzuverlässigen und latenzarmen Kommunikation (uRLLC) jedoch neue Maßstäbe, da sie das Internet der Dinge (IoT), Industrie 4.0 sowie einsatzkritische Anwendungen der öffentlichen Sicherheit unterstützen. Der verbesserte Zugang zum Frequenzspektrum, die spezialisierten Nutzungsfälle sowie die größere Netzwerksicherheit sind weitere Faktoren, die die Verbreitung von privaten 5G-Netzen fördern. 

Anforderungen an private 5G-Netze 

Private 5G-Netze unterstützen kritische Kommunikationskanäle, deren Betrieb weiter gewährleistet bleiben muss, auch wenn unvorhergesehene Ereignisse eintreten. Je nach Anwendung können die Anforderungen, die private 5G-Netze an Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Zusammenwirken und Dienstgüte (QoS) stellen, über die Spezifikationen kommerzieller Netzwerkstandards hinausgehen und die folgenden Aspekte umfassen:

  • Übergang von einer Zellen- zur Beam-orientierten Architektur, in der das statische und dynamische Beamforming eine wichtige Rolle spielen, um Leistung, Optimierung und Location Intelligence zu gewährleisten. 
  • Implementierung einer servicebasierten Architektur (SBA) des Kernnetzes (Core). 
  • Virtuelle softwaredefinierte Netzwerke (SDN) zur Unterstützung von Network-Slicing und automatischer Bereitstellung von Diensten für die wichtigsten 5G-Anwendungsfälle, wie Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Massive Machine Type Communication (mMTC) und Ultra-Reliable Low Latency Communications (uRLLC). 

Welche zusätzlichen Anwendungen bieten sich für private 5G-Netze an? 

Industrie 4.0 fördert die Einführung autonomer Roboter- und Transportsysteme sowie der Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) in Fabriken, Kraftwerken und Vertriebszentren. Die Vielfalt weiterer privater Anwendungen für zuverlässige latenzarme Highspeed-Verbindungen scheint endlos zu sein.

Öl- und Gas-Raffinerien setzen bereits seit langem auf Privatnetze, von denen viele die Anforderungen kommerzieller Mobilfunknetze überschreiten. Diese Standorte umfassen größere geografische Bereiche und zahlreiche kritische Maschinen, Sensoren und Sicherheitsfunktionen. Private 5G-Netze für das industrielle Internet der Dinge (IoT) ermöglichen, diese riesigen vernetzten Systeme zuverlässig in Echtzeit zu überwachen und zu warten. 

Innenräume sind besonders gut für die 5G-Small-Cell-Technologie und die Zeitduplex-Übertragung (TDD) geeignet, da Signalreflexionen in einem geschlossenen Raum die Redundanz verbessern und die Kanalkapazität erhöhen. 

Sportstadien und Einkaufszentren gehören zu den Standorten, die während ihrer jeweiligen Spitzenzeiten eine große Zahl von Netzwerkzugriffen zu bewältigen haben. Mit der Verbreitung von 5G wird sich die Nachfrage nach Streaming-Inhalten, Augmented Reality (AR) und anderen bandbreitenintensiven Anwendungen weiter erhöhen. Private 5G-Netze können sich dieser Herausforderung stellen, indem sie große Veranstaltungsorte in „smarte“ Systeme mit größerer Kapazität umwandeln. Das IoT und die Beamforming-Technologie erlauben, den Netzbetrieb und die Bereitstellung von Diensten an diesen Orten zu rationalisieren. 

Smart Cities verkörpern die utopische Vision einer 5G-kompatiblen Zukunft. Intelligente Verkehrssysteme verwenden eine latenzarme universelle Fahrzeug-Kommunikationstechnologie (Vehicle-to-Everything, V2X), um Passagiere effektiv zwischen ebenso intelligenten Einkaufszentren, Veranstaltungsorten und Arbeitsplätzen zu befördern. Diese idealisierte Stadt wird wahrscheinlich eine Kombination aus voneinander unabhängigen Small-Cell-Netzen, privaten, von kommerziellen 5G-Netzanbietern betriebenen Netzen und allumfassenden öffentlichen 5G-Netzen nutzen.

Welche Optionen gibt es für die Bereitstellung privater 5G-Netze? 

In Abhängigkeit von den Anforderungen, die das Unternehmen an den Datenschutz, die Dienstgüte (QoS), die Spektrumnutzung (lizenziert oder unlizenziert), die eventuelle Netzabdeckung mehrerer Standorte und die Anpassung des Funkzugangsnetzes (RAN) stellt, stehen verschiedene Optionen zur Bereitstellung private 5G-Netze zur Verfügung. 

  • Standalone private 5G-Netze werden vollkommen unabhängig von externen Mobilfunknetzbetreibern (MNO) betrieben. Sie besitzen ein autarkes Kernnetz (Core) und Funkzugangsnetz (RAN). 
  • Shared-RAN-Netze, die auch als hybride Netze bezeichnet werden, erlauben, innerhalb des Unternehmens eigenständige Dienste einzurichten, nutzen aber das RAN und das Frequenzspektrum eines öffentlichen Netzes. Bei dieser Option übernimmt der MNO einen Teil der Steuerung der Teilnehmer und des Netzes. 
  • Network-Slicing-Optionen nutzen einen separaten, virtuellen Teil des MNO-Netzes für private Anwendungen. Dieser spezifisch angepasste Anteil („Slice“) ist ausschließlich der privaten Nutzung durch das betreffende Unternehmen vorbehalten. 

Welche Rolle spielen Small Cells in Privatnetzen? 

Wie der Name bereits andeutet, nutzen Kleinzellen (Small Cells) kleine Verteilknoten geringer Reichweite, um in Innen- und Außenbereichen ein kostengünstiges 5G-Mobilfunknetz aufzubauen. Aufgrund ihrer herausragenden Mobilität, Stabilität und Netzabdeckung bieten sich Small-Cell-Netze für Einkaufszentren, Bürogebäude, Universitäten, Produktionsanlagen und viele weitere private 5G-Netze an.

  • Geringe Bereitstellungskosten: Die für Small Cells benötigte Hardware wurde mit dem Ziel entwickelt, die Komplexität der Bereitstellung zu verringern. Viele kleine Small-Cell-Transceiver lassen sich mühelos an Wänden, Masten und vergleichbaren Objekten installieren. Backhaul-Optionen sind ebenfalls flexibel nutzbar und umfassen Glasfaser, Koaxialkabel und Richtfunk. Mikrozellen können durchgängig die Kapazitätsanforderungen erfüllen, die eine hohe Anzahl von Nutzern in einem großen Netzversorgungsbereich stellen. 
  • Lizenzfreies Frequenzband: Private 5G-Netze, die auf mmWave-Kleinzellenknoten basieren, können die lizenzfreien Frequenzbänder im Bereich von 57 bis 71 GHz nutzen. Dieses freie, durchgehende Spektrum von 14 GHz bietet den privaten 5G-Netzen die Möglichkeit, Dienste großer Bandbreite kostengünstig zu übertragen. 

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