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Private LTE- und 5G-Netzwerke

Was bei der PCN-Implementierung zu beachten ist

11. April 2024, 8:20 Uhr | Autor: Jan Willeke / Redaktion: Diana Künstler

Eine private Mobilinfrastruktur bietet Unternehmen eine zuverlässige, leistungsstarke und extrem sichere Konnektivität. Doch bei der Implementierung eines solchen privaten zellularen Netzwerk (PCN) gibt es einiges zu beachten. Unternehmen sollten sich daher folgende fünf wesentliche Fragen stellen.

Wir arbeiten in einer nahezu komplett vernetzten Welt. Vieles ist miteinander verbunden: von Sicherheitskameras und Umweltüberwachungssensoren über Fertigungsausrüstung bis hin zu Gabelstaplern. Doch damit diese Netzwerke wie beabsichtigt zusammenarbeiten, benötigen Unternehmen eine zuverlässige, leistungsstarke und extrem sichere Konnektivität. Die Bereitstellung privater Mobilfunknetze, insbesondere von LTE- und 5G-Netzwerken, ist entscheidend dafür. Sie bietet Unternehmen einen innovativen Lösungsansatz, um mit dem Anstieg der Datenmengen und den betrieblichen Anforderungen umzugehen, ohne dabei Kompromisse bei Transparenz, Kontrolle oder Sicherheit einzugehen.

Die Europäische Union hat das Potenzial eines Ausbaus privater LTE- und 5G-Netze erkannt und die 5G Infrastructure Public Private Partnership (5G-PPP)¹ ins Leben gerufen, um Forschung und Innovation rund um die 5G-Technologie zu unterstützen. Dank öffentlicher Mittel und zusätzlicher Investitionen aus mehreren EU-Mitgliedstaaten, werden in diesen Ländern bald mehr Frequenzen für 5G zur Verfügung stehen. Mit den privaten 5G-Mobilfunknetzen, die so möglich werden, erhalten Unternehmen nicht nur mehr Zugang zu höherer Bandbreite und niedriger Latenz, sondern auch mehr Kontrolle. Vor der Implementierung solcher privater Mobilfunknetzwerke haben Unternehmen jedoch einiges zu beachten – darunter Sicherheitsaspekte, technische Anforderungen und die Bedeutung der Konnektivität für geschäftlichen Erfolg.

Folgende fünf Fragen sollten sich Unternehmen vor der Implementierung eines Private Cellular Networks (PCN) unbedingt stellen:

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1. Wie kann Konnektivität im Unternehmen helfen, die Geschäftsziele zu erreichen?

Die Einführung neuer Netzwerklösungen ohne klaren Nutzen ist wenig sinnvoll. Unternehmen sollten sich vielmehr auf konkrete Probleme konzentrieren und dann die beste Lösung entsprechend ihrer Geschäftsziele auswählen: Soll beispielsweise eine Automatisierung in der Fabrikhalle vorangetrieben werden? Und kann das Netzwerk diese Anforderung sowohl heute als auch zukünftig erfüllen?

Um festzustellen, ob ein privates Mobilfunknetz nun für ein Unternehmen geeignet ist, sollte das Unternehmen auch verstehen, wie Konnektivität die Effizienz steigert, die Sicherheit der Mitarbeiter verbessert, Abläufe rationalisiert oder Risiken verringert. Außerdem ist es wichtig festzulegen, wie der Erfolg gemessen werden soll. Dabei sind die Auswirkungen auf wichtige Leistungsindikatoren (KPIs) wie Produktionsgeschwindigkeit, Netzwerkverfügbarkeit, Reduzierung der Arbeitsstunden und Markteinführungszeit zu beachten.

2. Was sind die Anforderungen an die Konnektivität?

Um sicherzustellen, dass die passende Netzwerklösung implementiert wird, sollten Unternehmen auch ihre Anforderungen an die Konnektivität prüfen, insbesondere in Bezug auf Abdeckung, Sicherheit und Leistung: Wo wird die Konnektivität benötigt? Wie weit sind die Benutzer und Geräte verteilt? Welche Art von Geräten wird angeschlossen? Ist der Standort mobil oder stationär? Auf welche Anwendungen wird das Unternehmen zugreifen? Wie hoch sind die Anforderungen an Bandbreite und Latenzzeit? Erst durch eine ausführliche Analyse der Anforderungen kann das Unternehmen besser beurteilen, ob die Implementierung eines privaten Netzwerks sinnvoll ist.

Private Netzwerke gewähren Unternehmen zahlreiche Vorteile: So kann in Bezug auf die Abdeckung ein typischer zellularer Zugangspunkt in Innenräumen eine drei- bis fünfmal größere Fläche abdecken als herkömmliches Wi-Fi, während im Freien sogar ein einziger zellularer Zugangspunkt eine bis zu zehnmal größere Fläche abdeckt als ein einzelner Wi-Fi-Zugangspunkt. Private Netze bieten außerdem ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit, Vorhersagbarkeit und Sicherheit. Denn Unternehmen erhalten die volle Kontrolle über das Netz und können bestimmen, wer sich im Netz befindet und auf welche Teile des Netzwerks sie zugreifen können. Bei privaten 5G-Netzen sind dabei drei Ebenen zu unterscheiden: Operations & Management (O&M), Control Plane und User Plane. O&M ist für den Betrieb der Netzwerkkomponenten zuständig, die Control Plane steuert die Kommunikation zwischen Netzwerk und Clients (Signaling). Der eigentliche Datenverkehr wird als User Plane bezeichnet.

Diese Kontrolle ist auch wichtig, wenn es um kritische Latenzzeiten und Bandbreiten geht: Störungen oder eine große Anzahl von Benutzern, Geräten oder Anwendungen mit hoher Bandbreite können Wi-Fi-Netzwerke ausbremsen. Je nach den Anforderungen des Unternehmens benötigen einige Anwendungen ein Netzwerk mit hoher Bandbreite und geringer Latenz, beispielsweise wenn live hochauflösende Videos übertragen werden müssen. Andere Anwendungen benötigen dies nicht. Mit einem privaten Mobilfunknetzwerk (Private Cellular Network/PCN) können zum Beispiel für die geschäftskritischen Geräte vorhersehbare Service Level Agreements (SLAs) festgelegt werden. Wichtige Parameter dafür sind Latenz, Verfügbarkeit und auch die Antwort- und Entstörungszeiten des Supports.

3. Welche Sicherheitsanforderungen gelten für mein privates Netz?

Böswillige Akteure gehen beim Diebstahl von Benutzeranmeldeinformationen immer raffinierter vor. So können viele Netzwerke mittlerweile einfach durch unsichere oder gemeinsam genutzte Anmeldeinformationen für das Wi-Fi kompromittiert und manipuliert werden. Sobald dieser erste Einbruch erfolgt ist, können sich böswillige Akteure praktisch ungehindert im gesamten Netzwerk ausbreiten.

Hier haben private Mobilfunknetze einen klaren Vorteil gegenüber Wi-Fi und sogar öffentlichem Mobilfunk. Die SIM-basierte Authentifizierung in PCNs unterliegt komplett der Kontrolle des Betreibers und bietet durch Verschlüsselungen und Authentifizierungsprotokolle einen erweiterten Schutz. Zu den Verbesserungen in 5G gehören nicht nur flexible Authentifizierungsrahmen, die verschiedene Authentifizierungswege neben SIM-Karten ermöglichen. Auch der Schutz der Privatsphäre durch zusätzliche Sicherheitsmechanismen auf höherer Protokollebene wird gewährleistet. Außerdem ist die Sicherung der Nutzerdatenintegrität über die Luftschnittstellen weiterentwickelt worden. Dadurch gestaltet sich die Überwachung einfacher. Denn Administratoren erhalten die nötige Transparenz, um Angreifer zu identifizieren und zu stoppen, die versuchen, auf das Netz zuzugreifen.

4. Verfügt das Unternehmen über Fachwissen im Bereich der Mobilfunknetze?

Private Mobilfunknetze bieten Unternehmen zwar Transparenz und Kontrolle über die Konnektivität, erfordern aber teilweise auch mehr technisches Fachwissen für die Entwicklung, Einrichtung und Verwaltung als Alternativen wie Wi-Fi oder die einfache Verbindung mit einem öffentlichen Mobilfunknetz. Dank End-to-End-Lösungen lassen sich die Konnektivität privater Mobilfunknetze aber vereinfachen. Sie sorgen für eine einheitliche Sichtbarkeit und einfache Verwaltung. Denn moderne PCN-Lösungen bieten ein integriertes Management aller beteiligten Elemente – des Cores, der Access Points und auch der Endgeräte an. Zusätzlich ist es möglich, dass das private Mobilfunknetz bereits „vorkonfiguriert” geliefert wird, sodass Unternehmen eine vereinfachte Implementierung vornehmen können. Dabei ist es wichtig, mit einem Anbieter von privaten Mobilfunknetzen und einem Integrator zusammenzuarbeiten, der erreichbar und reaktionsschnell ist und spezielle Schulungen für seine Kunden anbietet.

5. Was sind die technischen Besonderheiten für 5G-Konnektivität in Deutschland?

Ein Frequenzbereich von 100 MHz aus dem Spektrum von 3,3 bis 3,8 GHz (das sogenannte Band 78) wurde speziell für die industrielle Nutzung reserviert – damit ist Deutschland führend bei der Einführung von privatem 5G in Europa.

Untypisch im internationalen Vergleich ist die relative Größe von 100 MHz. So werden höhere Bandbreiten ermöglicht und es können mehr Clients gleichzeitig aktiv sein. Hauptanwendungsgebiete sind aktuell die Automobilhersteller.

Das in Deutschland zugewiesene 5G-Spektrum umfasst auch 24,25-27,5 GHz. Die Frequenzen werden auf lokaler Ebene nach dem Windhundverfahren über ein einfaches, von der Bundesnetzagentur (BNetzA) geregeltes Antragsverfahren lizenziert. Bei Bedarf sollten sich Unternehmen also möglichst zeitnah bewerben.

Jan Willeke, Area Director Central Europe bei Cradlepoint

^{1 https://5g-ppp.eu/}