Smart Grids und 5G Traffic Control

Sensoren, Geräte und Infrastrukturen in Gebäuden, im Freien und unterwegs kommunizieren zuverlässig und in Echtzeit miteinander via 5G. Das ermöglicht beispielsweise eine optimale Auslastung von Strasse (weniger Stau) und Schiene (mehr Effizienz und höhere Pünktlichkeit) oder einen geringeren Energie- und Materialverbrauch in der Industrie (Ausfallzeiten, Abfall etc.). Durch einen höheren Mechanisierungsgrad und den Einsatz weniger Dünge­mittel und Pestizide kann auch die Landwirtschaft von grossen Einsparungen profitieren.

Auch der Energiebereich profitiert von 5G: Trotz verstärkten Einsatzes von Photovoltaik, Windenergie und anderen erneuerbaren Energieträgern soll eine sichere Stromversorgung möglich sein, so das Bundesamt für Energie (BFE) in seiner Energiestrategie 2050. Hier gilt es, Stromverbrauch und die wetterabhängige Stromproduktion in Echtzeit aufeinander abzustimmen. Dank 5G werden Smart Grids rasch und zuverlässig mit Wetterdaten und essenziellen Steuerungsinformationen versorgt.

Darüber hinaus wird die Sicherheit auf Strasse und Schiene mit 5G erhöht. Mit Echtzeit-Datenübermittlung kann auf der Strasse vor Unfällen und Gefahren gewarnt und der Verkehrsfluss verbessert werden. Züge können mit geringeren Abständen fahren und trotzdem rechtzeitig bremsen und anhalten. So können mehr Züge verkehren und mehr Passagiere sowie Güter transportiert werden. Durch eine geschickte Zugsteuerung im Bahnnetz wird zudem schon heute das stromfressende Bremsen und Wiederanfahren der schweren Züge minimiert. Mit 5G wird dies noch besser gelingen – dank völlig verzögerungsfreier Steuerung in Echtzeit.

Bei den Stichwörtern Augmented Reality (AR) oder Virtual Reality (VR) denken die meisten wohl an eine PlayStation. Jedoch werden dank AR und VR Botschaften und Inhalte weitaus eindrucksvoller zum Benutzer transferiert, als man es von klassischen Medien gewohnt ist. Dabei werden AR- und VR-Anwender echte Teile des Ganzen und gewinnen neue Erkenntnisse und Erfahrungen, etwa bei 360-Grad- Begehungen einer entfernten Lokalität. AR und VR können aber auch die Produktentwicklung und -einführung sowie die Positionierung einer Marke beleben und Prozesse anschaulicher darstellen. Dabei ermöglichen hochauflösende 360-Grad-Multikameraübertragungen völlig neue Arbeitsformen wie ortsunabhängiges Arbeiten für Servicetechniker oder Aussendienstmitarbeitende, um arbeitsbedingte Reisen weiter zu reduzieren.

Die produzierende und hoch automatisierte Industrie ist auf schnelle Infos zum Produktionsprozess angewiesen, um die typisch hohe Schweizer Qualität bei akzeptablen Preisen sicherzustellen. So lassen sich in der industriellen Produktion dank AR Maschinen und Prozesse per Sprachbefehl oder Gesten steuern. Bereits im Frühjahr 2017 entwickelten Swisscom und der Schweizer Medizinaltechnik-Hersteller Ypsomed AR-Anwendungen für ausgewählte Produktionsprozesse via 5G. Im Rahmen des Projekts hat Ypsomed ihre Produktionsprozesse für Injektions-PENs über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg digitalisiert.

5G dient der Digitalisierung des Warenbezugs, der Warenverfolgung über den gesamten Produktionsprozess, den Echtzeitauswertungen von Maschinendaten, der Virtualisierung von Computer-Ressourcen sowie Qualitätstests einzelner Bauteile über AR-Brillen. Dank papierloser und automatisierter Dokumentation der Prozesse, verminderten Produk­tionsunterbrechungen, kürzerer Reaktionszeiten und vo­rausschauender Wartungsdiagnosen werden Kosten reduziert und die hohe Fertigungsqualität gesichert.

Dank lokalem 5G-Netz wurden die Prozesse erheblich vereinfacht, noch sicherer sowie deutlich schneller und effi­zienter. Für die schnelle Datenlieferung an die Prozessrechner werden lokale Clouds eingesetzt, die zuvor aus globalen Clouds geholt wurden. Aber woher weiss der lokale Cloud-Server, welche Produktionsdaten seine Clients als Nächstes benötigen? Hier kommen intelligente Algorithmen ins Spiel, die dank statistischer Vorhersagen bereits im Voraus wissen, welche Daten eine Anwendung mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit als Nächstes benötigt. In der produzierenden Industrie sind solche Vorhersagen zentral, denn wenn falsche Daten aus der externen in die lokale Cloud geholt werden, kommt der Produktionsprozess ins Stocken oder es wird im schlimmsten Fall Ausschuss produziert. Die erstaunlich hohen Erfolgsquoten zeigen, dass dies jedoch nur sehr selten passiert.

Dieses Mobile Edge Computing (MEC) kommt auch bei der Verkehrssteuerung zur Anwendung. Intelligente Algorithmen können den voraussichtlichen Fahrweg oder das Verhalten vernetzter Fahrzeuge recht gut vorausbestimmen und den Verkehr entsprechend steuern. Bei der Telemedizin muss der lokalen Cloud bekannt sein, welche potenziellen Fälle zu lösen sind, um das passende Medikament oder schnelle Hilfe zu organisieren. In der Produktion werden allfällige Engpässe oder Qualitätsmängel bereits erkannt, bevor sie auftreten. Es liegt auf der Hand, dass in allen Fällen verlässliche Daten über das Verhalten der Maschine oder des Nutzers vorhanden sein müssen, um eine zutreffende Vorhersage erstellen zu können. Aber in den meisten Fällen sind diese Daten ohnehin vorhanden und müssen nur noch richtig interpretiert werden.

Leider besteht eine durchaus reale Gefahr böswilliger Angriffe auf die lokale Cloud. Denn die äusserst kleine Latenz lässt praktisch keine Zeit für ausführliche Virenscans oder intensive Packet Inspections zu, wie sie in Daten­netzen seit Langem üblich sind. Jedoch ist vorgesorgt: Ein intelligenter Algorithmus in der lokalen 5G-Cloud kann das Risiko böswilliger Manipulationen von Datenpaketen erkennen, bewerten und vorsorgliche Massnahmen treffen.