IoT und 5G: Eine vielversprechende Verbindung

Die positiven Auswirkungen des 5G-Netzwerks auf die Evolution des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) gelten als sicher und signifikant. Sie können aus verschiedenen Perspektiven betrachtet werden: von Innovation über sozialen Nutzen bis hin zum wirtschaftlichen Wert des Marktes.

Die Kombination aus der Hochgeschwindigkeitsverbindung, der geringen Latenz und der breiten Abdeckung, die 5G bietet, wird nicht nur Smartphones und Tablets, sondern auch Anwendungen, Fahrzeuge, Gebäude, medizinische und tragbare Geräte, diverse Arten an Sensoren und viele andere „Dinge“ mit Diensten und Ressourcen versorgen, die zuvor nicht möglich waren.

Der 5G-Standard wird die Internetgeschwindigkeit maßgeblich verbessern. Zur Veranschaulichung: 4G-Netzwerke haben eine Reaktionszeit von knapp 50 Millisekunden, während die fünfte Generation von Mobilfunknetzen etwa eine Millisekunde benötigt – 400 Mal schneller als ein Wimpernschlag, erklärt Ericsson.

Laut Opensignal, die den Status der weltweiten Mobilfunknetze unter Berücksichtigung von Messungen, die auf tatsächlichen Nutzererfahrungen basieren, überwacht, wird erwartet, dass mehr Betreiber die 5G-Dienste in mehr Bändern des Spektrums einführen werden. Mehr Betreiber sehen vor, sehr schnelle 5G-Dienste unter Verwendung von mmWave anzubieten; außerdem wollen mehr Anbieter neue Versionen des 5G-Standards veröffentlichen und den Anwendern eine Erfahrung bieten, die gänzlich auf diesem Standard basiert, indem sie vom NSA- (Non-Standalone) zum SA- (Standalone) Modus wechseln.

NSA und SA sind zwei verschiedene Wege, zwischen denen die Anbieter von Kommunikationsdienstleistungen beim Übergang von 4G zu 5G wählen können. Für Betreiber, die möglichst schnell bessere Übertragungsraten bereitstellen oder Netzwerküberlastungen bewältigen möchten, ist der NSA-Modus das Mittel der Wahl, da dieser die vorhandene Infrastruktur nutzt. Für diejenigen, die innovative Dienste anbieten wollen, funktioniert der SA-Modus am besten, weil er massive Kommunikationsströme mit hoher Leistung sowie Anwendungen mit geringer Latenz unterstützen kann – zwei Szenarien, die häufig von IoT-Geräten genutzt werden.

Genau diese 5G-Infrastruktur wird dem IoT zu schnellerem Wachstum verhelfen, sodass mehr „Dinge“ verbunden werden und mit hoher Leistung miteinander „sprechen“ können. Und das sind die Dinge, die schon heute den Großteil des Internets ausmachen. Im Jahr 2020 ab es zum ersten Mal mehr IoT-Verbindungen (beispielsweise Autos, Geräte, Industrieanlagen) als Nicht-IoT-Verbindungen (Smartphones, Laptops und Computer). Ende 2020 waren von den 21,7 Milliarden aktiven verbundenen Geräten weltweit 11,7 Milliarden (54 %) IoT-Geräteverbindungen. Prognostiziert wird, dass es bis Ende 2025 mehr als 30 Milliarden IoT-Verbindungen geben wird, also durchschnittlich vier IoT-Geräte pro Person.

Die IoT-Anteile lassen sich in jährliche wirtschaftliche Auswirkungen übersetzen. Laut einer McKinsey Studie werden diese bis 2025 zwischen 3,9 Billionen und 11,1 Billionen US-Dollar liegen und zahlreiche Bereiche wie Fabriken, Städte, Einzelhandelsketten und sogar den menschlichen Körper betreffen.

IoT-Anwendungen

Welche Anwendungen können durch die Kombination von IoT und 5G bessere Ergebnisse liefern?

Viele IoT-Anwendungen sind bereits ohne 5G und nur mit den bestehenden 4G-Netzwerken möglich. In Bereichen, die höhere Anforderungen an geringe Latenzen oder die kontinuierliche Übertragung größerer Datenmengen haben, wird das Duo aus IoT und 5G jedoch besser abschneiden.

Gartner zufolge ist eines der zwei Hauptanwendungsfelder der IoT-5G-Kombination bis 2023 die Automobilindustrie mit eingebetteten Modulen in vernetzten Autos – dieser Anteil werde etwa 40 % der Basis der installierten 5G-Module ausmachen. Der zweite Anwendungsfall sind hochauflösende Überwachungskameras in Außenbereichen für die Regierung und die Sicherheitsindustrie. Diese werde etwa ein Drittel der im gleichen Zeitraum installierten 5G-Module ausmachen.

In einigen Szenarien wird 5G anspruchsvollere Vorgänge ermöglichen, zum Beispiel im Bereich selbstgesteuerter Maschinen und Robotern in Fabriken. Auch in der Fertigungsindustrie werden Unternehmen in der Lage sein, skalierbare und hochwertige Informationen zu erhalten, indem Tausende Überwachungssensoren ununterbrochen den Status der Geräte melden, um die Betriebsabläufe und die vorausschauende Wartung in Umgebungen ohne Kabel und Leitungen zu gewährleisten.

Ebenso können Lieferketten in verschiedenen Branchen von der IoT-5G-Kombination profitieren, indem Fließbänder, Versand und Lieferungen mittels Tausender Sensoren überwacht werden.

Im Gesundheitswesen ergeben sich laut Gartner mit einer zunehmenden Anzahl an 5G-IoT-Geräten zur Überwachung von Personen oder Anlagen mehr Vorteile im Vergleich zu denjenigen, die über Wi-Fi- oder 4G-LTE-Verbindungen verfügen. Einige Beispiele sind Geräte zur Überwachung von Patienten und intelligente Einkaufswagen, die gezielt darauf hinweisen können, wo Medikamente verfügbar sind. Eine weitere Anwendung ist die schnelle Übertragung der Krankenakte, einschließlich Fotos und Videos, zwischen verschiedenen Umgebungen wie Ambulanzen, Krankenhäusern und Telemedizinern.

Im Einzelhandel kann die 5G-Technologie die hohe Geschwindigkeit und die hohe Qualität der Verbindungen sicherstellen, die zur Verbesserung des Einkaufserlebnis benötigt werden und Einzelhändlern wertvolle Einblicke geben, um ihre Entscheidungsfindung zu optimieren und die Rendite zu steigern. Wie das geht? Beides ist von grundlegender Bedeutung für Innovationen, da Fortschritte im Bereich des Internets der Dinge ermöglicht werden, beispielsweise smarte Regale oder automatisierte Bezahlungsgeräte, Schrittzähler und weitere. Außerdem werden Virtual und/oder Augmented Reality voraussichtlich dazu beitragen, den Einzelhandel mithilfe von IoT und 5G zu transformieren.

Im Falle von Smart Cities, die stark von IoT-Funktionen abhängig sind, wird der 5G-Standard ebenfalls ein wichtiger Treiber sein. Sensoren und Geräte werden überall sein, um Daten zu sammeln, die dann wiederum massiv und mit hoher Geschwindigkeit übertragen werden, um nach der Analyse ein Feedback für städtische Infrastrukturen zu geben.

5G-Netzwerke nutzen sowohl Massive Machine Type Communication (MMTC) als auch Critical Machine Type Communication (CMTC). Ersteres ist für den Einsatz mit einer großen Anzahl an IoT-Geräten gedacht, die Datenmengen austauschen, die in kleinen Blöcken auf einmal gesendet werden können, unabhängig von der Latenzzeit. In Smart Cities finden sie im Flottenmanagement, im intelligenten Gebäudemanagement und in der Logistik Verwendung. Die CMTC-Kategorie ist für Anwendungen vorgesehen, die eine niedrige Latenz und eine störungsfreie Übertragung erfordern. Beispiele für CMTC-Anwendungen sind autonome Fahrzeuge, Verkehrssteuerung, Energie- und Wasserversorgung.

IoT, 5G und andere Netzwerke

Das Internet der Dinge lebt nicht von 5G alleine. IoT-Geräte können eine Vielzahl von Mitteln nutzen, um sich miteinander zu verbinden und Daten auszutauschen, wobei die meisten eine Form der drahtlosen Verbindung nutzen, beispielsweise Wi-Fi, Zigbee oder Bluetooth. Andere Geräte werden weiteren Pre-5G-Standards verwenden oder sogar Satellitenkommunikation einsetzen, insbesondere in weniger besiedelten Gegenden oder dort, wo eine genaue Lokalisierung von Anlagen erforderlich ist.

Doch auch ohne eine flächendeckende Präsenz von 5G-Netzwerken wird das sogenannte „Massive IoT“ weiterhin weltweit implementiert, wenn auch etwas langsamer als erwartet aufgrund der Auswirkungen der Covid-19-Pandemie, so die Daten von Ericsson. Prognostiziert wurde, dass die Anzahl an IoT-Verbindungen im Jahr 2020 fast 200 Millionen erreichen würde. Weiter wird prognostiziert, dass 44 % der IoT-Verbindungen über das Mobilfunknetz erfolgen werden; die Mehrheit jedoch wird weiterhin über den 4G-Standard verbunden sein.