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INFORMATIONSTECHNISCHE GESELLSCHAFT IM VDE
                                                                                                              02/2020

Liebe ITG-Mitglieder,
in einer Zeit, der es mit Coronavirus, wurde im Rahmen einer eigenen Session
wieder aufflammender Flüchtlingskrise vorgestellt und fand dabei so großes
und Klimadebatte an Aufregern nicht ­Interesse, dass wir beschlossen haben,
mangelt, fand Ende Februar in Berlin dieses Thema fortzuführen. Auch die
der VDE Tec Summit 2020 statt. Das mit der ETG zusammen durchgeführten
­Virus war zwar allgegenwärtiges Thema, Untersuchungen zur wechselseitigen
 der Teilnahme hat es aber nicht gescha­ Abhängigkeit und Sicherheit unserer
 det. Das Event war wieder eindrucksvoll Energie- und Informationsnetze führte
 und hat alle begeistert. Beherrschendes zu lebhaften Diskussionen.
 Thema war das Commitment zur Un­                Über die Bedeutung von 5G für die
 terstützung klimapolitischer Ziele sowie digitale Transformation in Industrie
 zum verantwortungsvollen Umgang mit und Gesellschaft wurde hier schon oft
 Technologie. „Technologie für Mensch gesprochen. Auch diese ITG-news
 und Umwelt“ war das                                        berichten wieder von
 Leitmotiv vieler Vorträge.      Der VDE TecSummit war      zwei Aktivitäten unserer
    Auch die ITG war auf                                    Mitglieder zu diesem
                                   wieder eindrucksvoll
 dem VDE Tec Summit                                         Thema. Während der
 aktiv mit dabei. Auf der         und hat alle begeistert.  Workshop „5G for Ver­
 ITG-Mitgliederversamm­                                     ticals – Challenges and    szenarien – insbesondere TSN-basierte
 lung konnte ich über die sehr erfreuliche Solutions“ unseres Fachausschusses          – in der Produktion betrachtet.
 Bilanz unserer Aktivitäten mit zahlrei­ KT 2 direkt mehrere Anwendungsfälle
 chen gut besuchten Konferenzen, akti­ diskutiert hat – unter anderem den welt­        Viel Spaß beim Lesen der ITG-news,
 ven Fachgremien, Preisen für besondere weit ersten über 5G teleoperierten Zug­        Ihr
 Verdienste und wichtigen Positionspa­ betrieb –, werden in dem Beitrag zur
 pieren berichten. Unser neustes Positions­ Ende-zu-Ende-Dienstgüte in industriel­     PROF. DR.-ING. HANS D. SCHOTTEN
 papier zur Technologischen Souveränität len Netzen besonders 5G-Anwendungs­           ITG-Vorsitzender

ITG-POSITIONSPAPIER

Technologische Souveränität: Systemati­
sierung und Handlungsempfehlungen
Die Vorstellung des Positionspapiers       Die Teilnehmer zeigten sich sehr inte­
„Technologische Souveränität“ stieß        ressiert an der vorgestellten Methodik,        Inhalt
bei seiner Vorstellung auf dem Tec         die Anforderungen entlang der Wert­
Summit 2020 auf reges Interesse. Die       schöpfungskette und aufgeschlüsselt            Meldungen02
Übertragung des Begriffs „Souveräni­       für verschiedene Technologiefelder
tät“, worunter sowohl die Befähigung       systematisch zu erfassen und bewert­           Thema
als auch die Möglichkeit zu eigenstän­     bar zu machen. Die ITG wird das In­
digem und unabhängigem Handeln             teresse anderer Verbände, Branchen               5G & Industrie 4.0         03
verstanden wird, auf wirtschaftspoli­      und Länder aufgreifen und ist zuver­
tisches Handeln erfordert ein genaue­      sichtlich, das Positionspapier entspre­        Termine08
res Verständnis der mit der Anwen­         chend weiterentwickeln zu können.
dung von Technologien verbundenen          // www.vde.com/de/itg/
Anforderungen an eine Souveränität.        publikationen

2/2020                                                                                                            ITG NEWS 01
Liebe ITG Mitglieder, VDE
ITG MELDUNGEN

                         ITG-FA KT 2 „KOMMUNIKATIONSNETZE UND -SYSTEME“

                         Neue Fachausschussleitung und Workshop „5G for
                         Verticals – Challenges and Solutions“
                         Der ITG-Fachausschuss KT 2 traf sich am 26. 9. 2019 bei Vodafone in Düsseldorf zu einem Workshop
                         „5G for Verticals – Challenges and Solutions“ sowie zur turnusgemäßen Fachausschusssitzung.

                         Den Workshop eröffnete Kerstin                        nik ein Ad-hoc-5G-Campus-­Netz für
                         Larsson-Knetsch,         Bereichsleiterin             die Realisierung von 5G Use Cases zu
                         ­Customer Solutions and Projects bei                  ermöglichen.
                          Vodafone Business Germany. Sie                          Ingo Willimowski, Vodafone Inno­
                          stellte die Aktivitäten von Vodafone                 vation Park, stellte die Hintergründe
                          Deutschland im Umfeld von 5G mit                     und die technische Lösung für den
                          Schwerpunkt Business Pilots vor. Ers­                weltweit ersten über 5G teleoperier­
                          te 5G-Piloten von Vodafone sind eine                 ten Zug vor, der zusammen mit dem
                          Fabrikhalle bei dem Aachener Elek­                   Smart Rail Connectivity Campus,
                          troautohersteller e.GO, ein 5G Fixed                 Thales und der DLR an der Test­
                          Wireless Access Pilot auf Usedom so­                 strecke der Erzgebirgsbahn von An­
                          wie 5G bei der Erzgebirgsbahn.                       naberg-Buchholz nach Schwarzen­

                                                                                                                                                                                 Foto: Christian Wietfeld
                              Joachim Sachs, R&D Ericsson                      berg entwickelt worden ist und am
                          Stockholm, gab einen Überblick über                  17. 9. 2019 im Bahnhof Schlettau auf
                          das kommende 3GPP 5G Release 16,                     die ferngesteuerte Reise geschickt
                          welches weitere Features in 5G vor                   wurde.
                          ­allem für die industrielle Kommuni­                    Der Workshop wurde vor Ort von
                           kation enthalten wird.                              ca. 60 Teilnehmern besucht, die pa­
                              Peter Schneider, Nokia Bell Labs,                rallel stattfindende Videoübertragung             Impression vom Besuch des Vodafone Innovation
                           beleuchtete ein sehr wichtiges Thema,               per Vodafone Tube nutzten ca. 140                 Park Labs
                           die Sicherheit bei 5G, und ging auf                 Teilnehmer.
                           Fragestellungen ein, was im Vergleich                  Auf der sich anschließenden Sit­               den FA-überführt, da sich in der Ver­
                           zu früheren Generationen verbessert                 zung des FA wurde Prof. Andreas                   gangenheit immer stärker überlap­
                           wurde, was beim Network Slicing zu                  Timm-Giel, TU Hamburg-Harburg,                    pende Tätigkeitsbereiche ergaben und
                           beachten ist.                                       einstimmig als neuer Vorsitzender ge­             so eine bessere Bündelung der Aktivi­
                              Christian Wietfeld, TU Dortmund,                 wählt; er übt dieses Amt zusammen                 täten erreicht wird.
                           stellte das in NRW aufgebaute Kom­                  mit Dr. Joachim Sachs, Ericsson, aus,                Nach der FA Sitzung besuchten
                           petenzzentrum für 5G vor, welches                   der gleichfalls einstimmig im Amt be­             die vor Ort Anwesenden die Vodafone
                           die Einführung und Validierung von                  stätigt wurde. Die Anwesenden dank­               Innovation Park Labs: das 5G Lab
                           5G speziell im industriellen Umfeld                 ten Prof. Christian Wietfeld, TU Dort­            und das IoT Future Lab. Britta Ru­
                           zum Ziel hat. Eine Kernkomponente                   mund, für die langjährige engagierte              dolphi, Abteilungsleiterin Technology
                           des Kompetenzzentrums ist ein mobi­                 Tätigkeit als Vorsitzender des FA.                Innovation, und Ingo Willimowski,
                           les 5G-Labor, welches es ermöglicht,                   Der FA strafft in Zukunft seine                Executive Customer Lab Manager,
                           unter Einsatz von SDN/SDR-Tech­                     Struktur, die Fachgruppen werden in               stellten 5G-Technologien an anschau­
                                                                                                                                 lichen Beispielen für Beam-Forming-
                                                                                                                                 Antennen, Network Slicing und la­
                                                                                                                                 tenzoptimierter Übertragung vor und
                                                                                                                                 gaben einen Einblick in die Messkam­
                                                                                                                                 mern und das Rechenzentrum der
                                                                                                                                 Labs. Tejaswi Katam, Managerin Inno­
                                                                                                                                 vation Garage in den Labs, erläuterte
                                                                                                                                 die Möglichkeiten, die Vodafone den
                                                                                                                                 Bildungseinrichtungen bei Praktika
                                                                                                                                 sowie Bachelor- und Masterarbeiten
Foto: Ingo Willimowski

                                                                                                                                 bietet.

                                                                                                                                 DR.-ING. JOACHIM SACHS
                                                                                                                                 PROF. DR.-ING. ANDREAS TIMM-GIEL
                         Neue und alte Fachausschussleitung (v. l.): Prof. Dr.-Ing. Andreas Timm-Giel, Dr.-Ing. Joachim Sachs,   Leitung des ITG-Fachausschusses KT 2
                         Prof. Dr.-Ing. Christian Wietfeld                                                                       „Kommunikationsnetze und -systeme“

                         02 ITG NEWS                                                                                                                                    2/2020
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ITG THEMA

                                                                                                                             Bilder: stock.adobe.com_wladimir1804
5G & INDUSTRIE 4.0

Ende-zu-Ende-Dienstgüte
in ­industriellen Netzen
Einer der kritischen Wegbereiter für Industrie 4.0 ist die skalierbare und überall verfügbare Konnektivität
zwischen Maschinen und Nutzern. 5G spielt hierbei eine Schlüsselrolle, um drahtgebundene Kommu-
nikation teilweise zu ersetzen oder existierende drahtgebundene Netze zu erweitern. Mit Release 16 hat
die 3GPP nun wesentliche Technologien eingeführt, um hochzuverlässige niedriglatente Kommunikation
(URLLC) zu ermöglichen.

Einführung                               falls würden entweder wertvolle Fre­     nicht praktikabel ist, konzentriert sich
                                         quenzressourcen verschwendet oder        dieser kurze Artikel auf eine Integra­
Um neue Anwendungen im industri­         nicht angemessene Dienstgüten ange­      tion mit Ethernet (IEEE 802.3) und
ellen Umfeld mithilfe von 5G zu er­      boten. Ende-zu-Ende-Garantien der        im Speziellen mit IEEE 802.1Q sowie
möglichen, benötigt es eine Ende-zu-     Dienstgüte werden auch dadurch er­       IEEE Time Sensitive Networking
Ende-Integration der Dienste sowie       schwert, dass es eine Vielzahl von in­   (TSN) – eine Technologie, welche
die Garantie ihrer Güte. Dies ist not­   dustriellen Kommunikationsprotokol­      Ethernet mit Echtzeitfähigkeit erwei­
wendig, um die richtige Dienstgüte­      len gibt, mit denen eine mobile          tert.
anforderung (QoS; Quality of Service)    Anbindung integriert werden müsste.         Im Folgenden gehen wir kurz auf
für jeden Dienst auch innerhalb des      Da eine separate Standardisierung je­    QoS-Verfahren in Profinet sowie IEEE
Mobilfunknetzes zu wählen. Andern­       der dieser Integrationsmöglichkeiten     TSN ein, bevor wir das QoS-Konzept

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vorstellen, welches in 3GPP Release        tion ermöglicht eine Priorisierung von    tem (5GS) sind in Bild 1 dargestellt
16 standardisiert wurde und die Ga­        Verkehr, um zum Beispiel zu ver­          und verteilen sich auf das Endgerät
rantie von harten Echtzeitanforderun­      meiden, dass Best-Effort-Verkehr kri­     (User Equipment, UE), den Funkzu­
gen ermöglicht. Anschließend erläu­        tischen niedriglatenten Verkehr behin­    gang (Radio Access Network, RAN)
tern wir Dienstgüteanforderungen an        dert. Durch Planung der zu                und das Kernnetz (Core Network,
teilweise virtualisierte Anwendungen       erwartenden Verkehrsflüsse, Paket­        CN). Die Ende-zu-Ende-Kommuni­
und abschließend diskutieren wir die       größen und Netzwerktopologie ist es       kation erfolgt über eine PDU Session,
Herausforderungen einer Ende-zu-           dann möglich, Garantien für maximale      welche zwischen UE und User Plane
Ende-Dienstgütegarantie über Domä­         Latenzen auszusprechen.                   Function (UPF) aufgebaut wird. In­
nengrenzen hinweg.                            Neben Profinet existieren weitere      nerhalb einer PDU Session werden
                                           industrielle Kommunikationsproto­         ein oder mehrere QoS Flows aufge­
QoS in drahtgebundenen                     kolle, welche teilweise auf Ethernet      baut; jeder dieser QoS Flows wird
­industriellen Netzen                      aufbauen und proprietär sind, wo­         eindeutig einer ID sowie mithilfe ei­
                                           durch eine sehr heterogene Protokoll­     nes 5G QoS Identifier (5QI) einem
Die Quality of Service (QoS) be-           landschaft entstanden ist. Mit IEEE       QoS-Profil zugeordnet. Ein QoS-Pro­
schreibt die Qualität der bereitge-        Ethernet TSN wird aktuell eine Kon­       fil kann entweder standardisiert und
stellten Dienste in einem Kommuni-         vergenztechnologie standardisiert, die    damit vordefiniert sein oder es kann
kationsnetz. Er wird üblicherweise         für eine breite Anwendungspalette,        dynamisch definiert werden.
durch mehrere charakteristische Grö-       heterogene Einsatzszenarien und sehr          Teil des QoS-Profils sind unter an­
ßen, wie Durchsatz, Bitfehlerrate,         unterschiedliche Anforderungen ge­        derem die Regelung der Priorität zur
Verfügbarkeit oder Latenz, beschrie-       eignet ist. Zu diesem Zweck definiert     Zulassungskontrolle (Allocation and
ben. Der einfachste Fall von QoS ist       IEEE TSN Funktionen für die Zeit­         Retention Priority, ARP), die Ende-
ein „Best Effort“-Modell, bei dem          synchronisation, Ressourcenreservie­      zu-Ende-Latenz innerhalb des 5G-
jeder Dienst gleich behandelt wird,        rung, verschiedenartige Weiterleitungs-   Systems (Packet Delay Budget, PDB),
keine Garantien ausgesprochen wer-         und Warteschlangenmechanismen und         die Paketfehlerrate (Packet Error Rate,
den und somit keine verkehrsspezi­         für die Zuverlässigkeit. IEEE TSN         PER), die maximale Anzahl Bytes ei­
fische Behandlung erfolgt.                 erweitert IEEE 802.1 und im Wesent­       nes Paketbündels (Maximum Data
   Eines der am weitesten verbreiteten     lichen IEEE 802.1Q (neben weiteren        Burst Volume, MDBV), Zusatzinfor­
industriellen Kommunikationsproto­         elementaren Bestandteilen). IEEE          mationen zur Steuerung von zeitsensi­
kolle ist Profinet, welches auf IEEE       TSN kann in drei Konfigurationsmo­        tiver Kommunikation (Time Sensitive
802.3 Ethernet basiert. Profinet un­       delle unterteilt werden – das zentrale    Communication Assistance Informa­
terscheidet drei Kommunikations­           Konfigurationsmodell, das verteilte       tion, TSCAI) sowie die Priorität. Die
klassen: nichtkritischer Verkehr (Best     Konfigurationsmodell sowie ein hy­        TSCAI beinhaltet zusätzliche Infor­
Effort), echtzeitkritischer Verkehr (RT)   brides Konfigurationsmodell. Das zen­     mationen zur erwarteten Ankunft von
und isochroner Echtzeitverkehr (IRT).      trale Konfigurationsmodell erlaubt die    Paketen und kann gemeinsam mit
Die Kommunikation ist in Zyklen            genaue Zuteilung von Ressourcen zu        dem MDBV dazu verwendet werden,
organisiert, welche in IRT-Intervalle
­                                          einzelnen Kommunikationsströmen,          Ressourcen für periodische zeitkriti­
und offene Intervalle aufgeteilt sind.     um auch anspruchsvollen IRT-Anfor­        sche Prozesse zu reservieren. Ähnlich
Um die harten Dienstgüteanforde­           derungen zu genügen. Das verteilte        der Priorisierung in IEEE 802.1Q
rungen für IRT umzusetzen, unter­          Konfigurationsmodell nutzt hingegen       kann zudem die Priorität eines 5QI
liegt die Übertragung des IRT-Inter­       verschiedene Reservierungsprotokolle      genutzt werden, um Pakete innerhalb
valls einem exakten Schedule, welcher      und ermöglicht so die dynamische Re­      einer PDU Session zu priorisieren.
anhand der Netzwerktopologie, der          servierung von Netzwerkressourcen         Informationen zu den QoS-Profilen
Netzwerktechnologie und der Geräte­        und die Garantie von RT-Anforde­          werden in der Policy Control Func­
eigenschaften durch ein Planungstool       rungen.                                   tion (PCF) gespeichert und durch die
errechnet wird. Dieser Schedule wird          Die wesentlichen QoS-Parameter         Session Management Function (SMF)
anschließend an alle Profinetgeräte        in einem TSN-Netzwerk sind zum            angewandt, das heißt auf der Basis ei­
einschließlich Netzwerkgeräte verteilt,    einen die Latenz auf den einzelnen
                                           ­                                         ner Verbindungsanfrage eines UE und
sodass jedes der üblicherweise als         Ethernetlinks, zum anderen die La­        der Informationen in der PCF wählt
2-Port-Bridge agierenden Geräte die        tenz, welche beim Weiterleiten von        die SMF den passenden 5QI aus, um
Weiterleitung der IRT-Datenpakete          Paketen in einer Bridge entsteht. Im      das 5G-System entsprechend zu kon­
und das Abgreifen und Einfügen der         verteilten Konfigurationsmodus kön­       figurieren.
eigenen IRT-Prozessdaten kontrollie­       nen zudem noch Bandbreitengaranti­            Nachdem eine PDU Session und
ren kann. Damit ermöglicht IRT eine        en pro Verkehrsklasse betrachtet wer­     die dazugehörigen QoS Flows auf­
äquidistante, das heißt Jitter-minimier­   den (Credit-based Shaping).               gebaut wurden, werden die entspre-
te Übertragung.                                                                      chenden QoS-Regeln durch das UE
   Echtzeitverkehr (RT) wird durch         QoS in Mobilfunksystemen                  angewandt, um eingehenden Verkehr
eine Verkehrsklassifikation auf der Ba­                                              dem jeweiligen QoS Flow zuzuord­
sis des VLAN Priority Code Points          Die grundsätzlichen Elemente der          nen. Diese QoS-Regeln können ent­
(PCP) umgesetzt. Diese Klassifika­         QoS-Architektur im 3GPP-5G-Sys­           weder vorkonfiguriert oder dynamisch

04 ITG NEWS                                                                                                          2/2020
zugewiesen werden. Basierend auf                                         Steuerungsrechnern ausgeführt, wel­                                                 Betriebssystems, wodurch VM mehr
               den Regeln der Radio Ressource Con­                                      che über dedizierte Ressourcen für                                                  Datenspeicher und eine höhere Initia­
               trol (RRC) werden schlussendlich die                                     die jeweilige Anwendung verfügen.                                                   lisierungszeit benötigen.
               einzelnen QoS Flows auf Radio ­Bearer                                    Abhängig von den Ende-zu-Ende-                                                          Einzelne Dockerinstanzen erschei­
               im Funkzugangsnetz abgebildet. Hier­                                     Dienstgüteanforderungen werden dann                                                 nen als eigenständige Betriebssystem­
               zu gehört auch die Ableitung der ent­                                    die Anwendungen isochron zum Netz­                                                  instanzen gegenüber der Anwendung;
               sprechenden QoS-Regeln und Para­                                         werk oder losgelöst von der Taktung                                                 teilen sich aber die vorhandenen Re­
               meter im Funkzugang, basierend auf                                       des Netzwerks ausgeführt. Zudem                                                     chenressourcen. Dies ist von beson­
               den Informationen im QoS-Profil.                                         unterliegen die Anwendungen selbst                                                  derer Bedeutung für echtzeitkritische
               Ressourcen im Funkzugang (PHY                                            auch Echtzeitanforderungen, um die                                                  Anwendungen, da es zu Seiteneffek­
               Layer) können entweder dynamisch                                         geforderten Ausgangsparameter zu                                                    ten bei der Ressourcennutzung kom­
               auf Anfrage des UE zugeordnet wer­                                       berechnen und dem Netzwerk zu                                                       men kann und somit unter Umstän­
               den oder sie werden statisch reserviert                                  übergeben.                                                                          den keine Garantien bezüglich der
               (UL Configured Grants), um mini­                                             In vielen IT-Systemen hingegen                                                  Rechenzeiten gegeben werden können.
               male Latenzen zu ermöglichen. Auf                                        wird mittlerweile ein Großteil der                                                  Es gibt jedoch spezialisierte RTOS
               diese Weise können durch ein 5G-                                         ­Anwendungen auf virtualisierten Re-                                                und IoT-Images für Docker, welche in
               Funknetz garantierte Latenzen deut­                                       chenplattformen ausgeführt, das heißt                                              der Lage sind, Echtzeitanforderungen
               lich unter 1 ms bei hoher Zuverlässig­                                    entweder in virtuellen Maschinen                                                   zu erfüllen.
               keit erreicht werden.                                                     (VM) oder isolierten Umgebungen                                                        Zeitkritische Anwendungen unter­
                  Nach Empfang der Daten an einer                                        wie Containern. In beiden Fällen kön­                                              liegen ähnlichen Dienstgüteanforde­
               Basisstation (gNB) werden Daten­                                          nen Ressourcen flexibel zugeordnet                                                 rungen wie zeitkritische Kommuni-
               pakete auf Tunnel abgebildet, welche                                      und damit auch effizienter genutzt                                                 kation, zum Beispiel die garantierte
               zum Datenaustausch zwischen Basis­                                        werden. Das Ziel ist, dass unterschied­                                            Zeit, in der die Anwendung die erfor­
               station und UPF genutzt werden. Um                                        liche Anwendungen sich Ressourcen,                                                 derlichen Ausgangsdaten errechnet
               die entsprechenden Ende-zu-Ende-                                          wie CPU und Speicher, teilen, um so                                                hat, die Verfügbarkeit der Anwendung
               QoS zu garantieren, kann unter ande­                                      Synergieeffekte zu erzielen. Zudem                                                 sowie die Robustheit gegenüber Kom­
               rem die DiffServ-Markierung genutzt                                       kann ein Großteil der Anwendungs­                                                  munikationsfehlern. Ein wesentlicher
               werden oder die Verbindung zwischen                                       logik zentral anstatt auf den einzelnen                                            Vorteil von zentralisierten und teilwei­
               UPF und gNB wird möglichst kurz                                           Geräten ausgeführt werden.                                                         se virtualisierten Anwendungen ist die
               gehalten. Abschließend ist die UPF                                           Containerbasierte Virtualisierung ist                                           Möglichkeit, bei einem Ausfall der
               dafür verantwortlich, die Ende-zu-                                        ein Betriebssystemmerkmal, welches                                                 Anwendung auf andere Rechenres­
               Ende-QoS zu überwachen und ent­                                           erlaubt, mehrere parallele, isolierte                                              sourcen auszuweichen, das heißt zu
               sprechend Prioritäten im angeschlos­                                      User-Space-Instanzen zu betreiben.                                                 migrieren. Dadurch kann die Verfüg­
               senen Datennetzwerk durchzusetzen.                                        Die wahrscheinlich bekanntesten Im­                                                barkeit der Anwendung erheblich er­
                                                                                         plementierungen sind Docker und                                                    höht werden. Im Fall von zeitkriti­
               QoS der IT-Plattformen                                                    Kubernetes. Im Gegensatz dazu ab­                                                  schen Anwendungen muss jedoch die
                                                                                         strahiert eine virtuelle Maschine ei­                                              Migration einer Anwendung hinrei­
               Aktuelle Steuerungssysteme, vor allem                                     nen vollständigen Rechner einschließ­                                              chend schnell erfolgen, um den Steue­
               wenn sie zeitkritische Anwendungen                                        lich der Hardware und eine VM                                                      rungsprozess nicht zu beeinflussen.
               ausführen, werden auf spezifischen                                        beinhaltet eine vollständige Kopie des                                             Mit aktuellen Technologien sind die

                                Provided by network, pre-configured,
                                                                                                                  Provided by core network
                                  or derived by UE (reflective QoS)
                                                                                                                      or pre-configured

                                    QoS
                                                                                                                                                                                               SMF                       PCF
                                   rules
                                                DRB                                                                                  QoS           RRC                                        QoS flow           Policy
                                               mapping             RRC                                                              profile                                                    binding          control QoS
                                                rules
                                                                                                                                                                           C-Plane                                              Policies

                                                                                                                                                                           U-Plane                SDF templates,
                                                SDAP           MAC                                          MAC                     SDAP                                                          QoS information
                                               UL DRB                              Uu air interface                                DL DRB
                                 QoS flow                                          radio resources                                                                                              QoS flow
                                               mapping                                                                             mapping                              Transport resources
                                 mapping                                                                                                                                                        mapping
                                                                                                                                                                                                            AMBR enforcement
                                                                                                                                              Monitoring & analytics1

                                                                                                                                                                                                             QoS flow marking
                                                                                                                                               Traffic optimization1
                                                                                                            priority handling

                                                                                Data radio bearer (DRB) A
                                                              Logical channel

                                                                                                                                                                           QoS flow 1
                                                               prioritization

                                                                                                               Scheduling

                                                                                                                                                                           QoS flow 2                                               Data packets
               Data packets                                                                                                                                                                                                         (IP, Ethernet)
               (IP, Ethernet)                                                                                                                                             NG-U Tunnel
                                                                                Data radio bearer (DRB) B
                                                                                                                                                                           QoS flow 3

                                                                                                                                                                                                  Monitoring and
                                                                                                                                                                         PDU session                analytics1
                                                   UE                                                                            5G RAN                                                                  UPF
Grafik Nokia

                1Not   standardized by 3GPP                                            Radio Access                                                                                      Core/Edge functions
               Bild 1: Die 3GPP-5G-QoS-Architektur

                                                                                                                      Nokia internal use

               2/2020                                                                                                                                                                                                 ITG NEWS 05
ITG THEMA

                          Parameter                Mobile Robots          Motion Control              Remote Control         Plant Asset
                                                                                                                             Management
                                                                                                                             (monitoring)

 Kommunikations-          E2E-Latenz               < Transfer-Intervall   < 50% Transfer-Intervall    < Transfer-Intervall   < Transfer-Intervall
 anforderungen
                          Transfer-Intervall       1 ms … 50 ms           0,5 ms … 2 ms               10 ms … 100 ms         100 ms … 60 s

                          Synchronisation          10−6                  10−5 … 10−9                 >10−6                  ~10−4

                          Max. Ausfallzeit         < Transfer-Intervall   < Transfer-Intervall        < Transfer-Intervall   ≥3 × Transfer-
                                                                                                                             Intervall

 Verarbeitungs­           Ausfallzeit              < Transfer-Intervall   < Transfer-Intervall        < Transfer-Intervall   < 3 × Transfer-
 anforderungen                                                                                                               Intervall

                          Verfügbarkeit
entweder separat konfiguriert werden       um eine Anwendungsinstanz entwe­          Dieser Artikel basiert auf Ergeb-
oder es werden stets harte Dienst­güte­    der neu zu starten oder anhand des        nissen, welche im Rahmen des
anforderungen angenommen, wodurch          letzten Zustands zu migrieren. Hier­      BMBF-geförderten Projekts
es zu einer übermäßigen Bereitstellung     bei sind aktuell Werte im Bereich von     TACNET 4.0 (KIS15GTI007)
von Ressourcen kommt. Europäische          mehreren 100 ms bis mehreren Se­          entstanden sind.
wie auch deutsche Forschungsprojek­        kunden erreichbar – abhängig von der
te erforschen aktuell die Möglichkei­      Größe der Anwendung (bzw. Contai­
ten einer gemeinsamen Optimierung          ner/VM). Diese zu reduzieren und die
und Orchestrierung von Kommuni­            Anforderungen an die Rechnerplatt­
kations- und Rechenanforderungen,          form zu orchestrieren, bleibt auch
so zum Beispiel im EU-Projekt 5G           weiterhin ein Forschungsthema.
Transformer oder auch im BMBF-
geförderten Projekt TACNET 4.0.            Zusammenfassung
   Tabelle 1 zeigt vier ausgewählte
Anwendungsfälle und ihre Kommu­            Der Erfolg der Einführung von 5G-
nikationsanforderungen, wie sie in         Technologie in industriellen Kommu­
3GPP TS 22.104 beschrieben sind.           nikationsnetzen wird maßgeblich da­
Zudem sind exemplarisch Anforde­           von abhängen, wie die einzelnen
rungen an die zugrunde liegende            Netzwerkdomänen integriert sind.
Rechnerplattform aufgelistet. Als drei     Mit 3GPP Release 16 werden bereits
wesentliche Parameter sind dargestellt:    wesentliche Mittel zur Verfügung ge­
die Ausfallzeit, das heißt die Zeit, bis   stellt, das heißt neben hochzuverlässi­
eine Anwendungsinstanz neu gestartet       ger und extrem niedriglatenter Kom­
bzw. migriert sein muss; die Verfüg­       munikation bietet 3GPP Release 16
barkeit, welche angibt, wie zuverlässig    auch vielseitige Integrationsoptionen
eine Anwendungsinstanz ausgeführt          mit Ethernet-basierten Netzwerken.
werden muss; und die Verarbeitungs­        Dazu gehören Konzepte zum flexib­
zeit, welche angibt, wie schnell das       len Aufbau von 5G-Netzen wie auch
Berechnungsergebnis verfügbar sein         flexible und anpassbare Mechanis­
muss.                                      men zur Kontrolle der Dienstgüte.
   Die Verarbeitungszeit wird durch        Diese Flexibilität sowie die neuen        DR.-ING. PETER M. ROST
die verfügbaren CPU und die Spei­          ­Anwendungsmöglichkeiten, welche          Senior Researcher/Research Project Manager
cherressourcen gesteuert, welche zu­        durch Mobilfunk ermöglicht werden,       Nokia Bell Labs, München
vor abgeschätzt bzw. gemessen wer­          machen 3GPP 5G zu einem Schlüs­
den müssen. Zudem ermöglicht die            selelement für die Umsetzung von In­     DR.-ING. RAKASH SIVASIVA GANESAN
meist vergleichsweise hohe Transfer­        dustrie 4.0.                             Radio Research Engineer, Nokia Bell Labs,
zeit, dass Synergien mit anderen               Die Integration industrieller An­     München
Echtzeitanwendungen genutzt werden          wendungen mit (teilweise) virtuali­
können solange diese nicht synchron         sierten IT-Plattformen bedarf jedoch     DIPL.-ING. ARNE NEUMANN
auf der Rechnerplattform ausgeführt         noch weiterer Forschung, um die          Wissenschaftlicher Mitarbeiter, inIT – Institut für
werden. Die Verfügbarkeit ist auch in       Echtzeitanforderungen erfüllen zu        Industrielle Informationstechnik, Lemgo
modernen IT-Systemen bereits um­            können. Darüber hinaus wird in die-
setzbar. Die größte Herausforderung         sem Fall eine Integration der Rechen-    DR.-ING. IEVGENII TSOKALO
stellt die maximale Ausfallzeit dar, das    und Kommunikationstechnologien           Senior Researcher, Lehrstuhl für Kommunikations-
heißt die Zeit, die zur Verfügung steht,    benötigt.                                netze, Technische Universität Dresden

  ITG-VORSTANDSWAHL 2020

  Mitgliederinformation zur Vorstandswahl 2020
  Die Mitglieder werden aufgerufen, ihre Kandidatur an den Wahlausschuss (ITG@vde.com) bis zum 1. Mai 2020 anzumelden.

2/2020                                                                                                                  ITG NEWS 07
ITG PREISE / TERMINE

                                               08. – 10. 06. 2020, Potsdam                  search. The aim is to bring together
 Veranstaltungen                               29. FKTG-Fachtagung 2020                     young researchers with similar topics
                                               FKTG                                         and provide a basis for fruitful scientific
 Hinweis: Weitere Veranstaltungen finden Sie   // www.fktg.org /node/14881                  discussions, motivating future coopera­
 auf den Seiten 46 und 47 des VDE dialog.                                                   tion. To apply for a presentation, submit
                                               14. – 20. 06. 2020, Hamburg und              your title, a short abstract (approximately
                                               Timmendorfer Strand                          200 words), and preference oral/poster.
 31. 03. – 01. 04. 2020, Tübingen              ISOLDE 2020 – International Sym-             Upon acceptance, you need to register
 2. KuVS-Fachgespräch Network                  posium on Locational Decisions               for the summer school. Participants
 Softwarization                                GOR                                          without a presentation are welcome and
 GI/ITG-FG KuVS                                // www.mathematik.uni-kl.de/opt/             requested to register.
 // kn.inf.uni-tuebingen.de/kuvs-fg-           ISOLDE2020                                   // www.3it-berlin.de/events/summer-
 netsoft/2020                                                                               school-on-video-coding-and-processing-
                                               15. – 18. 06. 2020, Leipzig                  svcp2020
 02. – 03. 04. 2020, Tübingen                  EUSAR 2020 – 13th European Con­
 ITG-Workshop on IT Security                   ference on Synthetic Aperture Radar
 ITG-FG 5.2.2                                  ITG
 // kn.inf.uni-tuebingen.de/itg-itsec/2020     // www.vde.com/de/itg/veranstaltungen        Call for Papers
 02. – 03. 04. 2020, Renningen                 17. – 18. 06. 2020, München                  12. – 15. 05. 2020, Chemniz
 International Workshop on Auto-               ISR 2020 – 52nd International                WFMN 2020 & Radar Tutorial
 motive Radar for Fully Automated              Symposium on Robotics                        Workshop
 Driving                                       ITG, VDMA                                    The scientific conference “Wave Prop­
 ITG, IMA                                      // www.vde.com/de/itg/veranstaltungen        agation and Scattering in Microwave
 // www.ihe.kit.edu/workshop.php                                                            ­Remote Sensing, Communication, and
                                               22. – 25. 06. 2020, Nürnberg                  Navigation” will address topics from
 04. – 09. 05. 2020, Barcelona, Spanien        SMSI 2020 – Sensor and Measure-               wave propagation and scattering in
 ICASSP 2020 – 45th International              ment Science International                    microwave remote sensing, communica­
 Conference on Acoustics, Speech,              AMA                                           tions, navigation and other information
 and Signal Processing                         // www.smsi-conference.com                    systems. The conference programme
 IEEE                                                                                        will include a series of review and key­
 // 2020.ieeeicassp.org                        08. – 10. 07. 2020, Linz                      note presentations suited for both young
                                               WiSec 2020 – 13th ACM Conference              scientists and experts alike. The one-day
 06. – 08. 05. 2020, Verona, Italien           on Security and Privacy in Wireless           pre-conference tutorial workshop “Fun­
 26th European Wireless (EW)                   and Mobile Networks                           damentals of Modern Multi-Parameter
 // ew2020.european-wireless.org               JKU/INS                                       Remote Sensing Radars: Physical Ba­
                                               // wisec2020.ins.jku.at                       sics, Systems, and Applications” will
 13. – 14. 05. 2020, Leipzig                                                                 cover fundamentals of modern multi-­
 21. ITG-Fachtagung Photonische                                                              parameter remote sensing radars and
 Netze                                                                                       their applications.
 ITG-FA KT 3, ITG-FG 5.3.3                     Call for Participation                        Paper submission deadline is 6th of
 // www.vde.com/de/itg/veranstaltungen                                                       April 2020. Abstracts should be sent
                                               13. – 15. 07. 2020, Berlin                    in electronic form to: WFMN20@etit.
 13. – 14. 05. 2020, Osnabrück                 6th ITG/VDE Graduate Summer                   tu-chemnitz.de
 25. ITG-Fachtagung Mobilfunk­                 School on Video Compression and               // www.vde.com/de/itg/veranstaltungen
 kommunikation                                 Processing – SVCP2020
 ITG-FA KT 2                                   The Summer School aims at providing
 // www.vde.com/de/itg/veranstaltungen         a forum for informal knowledge ex­
                                               change and discussion of innovative
 25. – 28. 05. 2020, Aachen
 ARCS 2020 – 33rd International
                                               ­research ideas among doctoral students
                                                working in the field of image and video
                                                                                               Impressum
 Conference on Architecture of                  communication and image signal pro­
 Computing Systems                              cessing. The atmosphere of the summer          ITG-news
 GI, ITG                                        school is intended to be very informal         Herausgeber: Informationstechnische
 // arcs2020.itec.kit.edu/                      and less restrictive than a typical work­      Gesellschaft im VDE, Frankfurt am Main
                                                shop or conference, thus stimulating           Redaktion: Dr. Volker Schanz,
 26. – 29. 05. 2020, Bad Honnef                 discussions and inspiring joint research       Silvia Buhlmann
 7th ITG International Vacuum Elec-             among the participating PhD students.
                                                                                               Telefon: 069/6308-360/-362
 tronics Workshop (IVEW) 2020 &                 Contributions should focus on novel re­
                                                                                               E-Mail: itg@vde.com
 13th International Vacuum Electron             search aspects, but do not have to pro­
                                                                                               Internet: www.vde.com/itg
 Sources Conference (IVeSC) 2020                vide unpublished material. Presenta­
 ITG-FA MN6, European Steering                  tions, posters, or demos should rather         Konzept und Realisation: HEALTH-CARE-
 Committee of IVeSC                             give an overview of the participant’s re­      COM GmbH, ein Unternehmen der VDE
                                                                                               VERLAG GmbH, Projektleitung: Anne Wolf
 // www.ihe.kit.edu/kooperationen_itg.          search fields including challenges, open
 php                                            topics, and problems in current re­            Druck: Heenemann GmbH & Co. KG, Berlin

08 ITG NEWS                                                                                                                         2/2020
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