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Kommunikationstechnologie - Standortfaktor Breitband

Atlantic Zeiser bringt Digiline VersaParalleles Serialisieren auf mehreren Maschinen

Atlantic Zeiser -Pharma-Packaging-LSC

Die zwei großen aktuellen Herausforderungen im Bereich der Pharma-Verpackung – Serialisierung und Late Stage Customization – lassen sich jetzt erstmals mit einer einzigen Systemlösung realisieren.

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KommunikationstechnologieStandortfaktor Breitband

Mit der Einführung des industriellen IoT, der Ausbreitung des kommerziellen World Wide Web steigt Breitband als schnelles Netz zum relevanten Standortfaktor für alle Ansprüche aus Wirtschaft, Beruf und Bildung auf.

Breitbandversorgung in Deutschland

Deshalb unterstreicht die Bundesregierung mit „Digitale Agenda 2014 bis 2017“, bis Ende 2018 flächendeckend leistungsfähige Anschlüsse zu installieren, um bedarfsgerecht ein schnelles Internet mit geeigneten Technologien zu gewährleisten. Dazu gehören neben Kabel- und Lichtwellenleiter-(LWL-)Netzen, DSL, drahtlosen Netzen auch NFC, PLC, M2M sowie Funk-/Satellitenverbindungen. Einrichtungen jeder Art können ggf. global, sicher und robust mit den notwendig hohen Datenraten kommunizieren. Moderne Technologien wie die OPC-UA-Architektur, das Protokoll Data Distribution-Service lassen sich ausreizen.

Eigenschaften
Die Bandbreite als Kenngröße in der Signalverarbeitung – ursprünglich die Differenz zwischen einer oberen und einer unteren Grenzfrequenz auf einem analogen Übertragungskanal (zum Beispiel Filter) – definiert in der Digitaltechnik die Schnelligkeit, mit der sich eine Datenmenge im Netz übertragen lässt. Mit zunehmender Bandbreite steigen die transportierbaren Informationen pro Zeiteinheit (Datenübertragungsrate bit/s oder bps). Je nach angewandter Technologie erreicht diese Kennzahl der Kapazität einer Verbindung Werte von 6 bis > 100 Mbit/s. Eine zentrale Rolle übernimmt dabei die Photonik (LWL). Nicht nur wegen der Übertragungsrate ist der LWL unverzichtbar, gleichfalls hinsichtlich seiner kürzeren Reaktionszeit beim Wechsel zwischen den Diensten.

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Notwendigkeit
Ein Breitband-Zugang ist für alle Ausprägungen des Internet – seine taktile Variante für Echtzeitanwendungen und mobile Objekte eingeschlossen – zwingend, um das Netz effizient und hochdynamisch zu nutzen. Einmal wegen der Zunahme des online-Bedarfs im Haushalt beziehungsweise kommerziellen Bereich, zum anderen infolge der Einführung des IoT in der Industrie ist er ein Wachstumsmarkt. Entsprechende Netzwerke weiten sich aus, ihre ringförmige Vermaschung steigt gegenüber der Sterntopologie bei wachsenden Datenmengen zum Beherrschen der Rechenleistung von Big Data und KI/AI.

Realisierung
In Deutschland sind verschiedene Technologien für den Internetzugang verbreitet (Bild 1).

  • DSL
    Digital Subscriber Line (digitaler Teilnehmeranschluss) mit den Übertragungsstandards ADSL, SDSL, VDSL. Mit einfachen Kupferleitungen können Übertragungsraten ≤ 1.000 Mbit/s erreicht werden (Gbit-Prototypen existieren bereits).

Dient der asymmetrische Zugang ASDL mehr der privaten Nutzung (u. a. Parallelität von konventionellem Telefon und Internet-Zugang), garantiert der symmetrische Zugang SDSL gleiche Schnelligkeit in beide Richtungen.

Höhere Datenraten ermöglicht VDSL-Very High Speed DSL. Eine weitere Steigerung ist mit Vectoring zu erreichen, störende elektro-magnetische Einflüsse (EMV) werden kompensiert. 

  • Funk
    LTE-Long Term Evolution, UMTS-Universal Mobile Telecommunications System als Mobilfunkstandard der dritten Generation 3G, WLAN, WIMAX–industrielle Funktechnologie großer Reichweite ≤ 50 km, HSPA-High Speed Packet Access als Erweiterung von UMTS. Richtfunk als Ersatz von LWL-Strecken. Funklösungen im Nahbereich: WirelessHART, Radioline u. a. 
  • Satellit
    Breitbandzugang über einen geostationären Satelliten 
  • Kabel
    Nutzung der bestehenden Cu-Kabelnetze. Ihre Applikation steigt, zumal hybride Leiter aus verbessertem Cu-Material weitaus belastbarer sind und daher die Lebensdauer verlängert (http://www.nexans.com).
Router

Hochleistungsfähig und alternativlos für große Datenmengen sind LWL mit der lichtoptischen Datenübertragung (≤ 40 Gigabit/sec). Zudem schützen LWL mit Fasern aus Glas, Kunststoff/Polymer (POF), Kristallstrukturen vor elektro-magnetischen Störungen und Abhören. Sowohl Zugang (letzte Meile) und Querkommunikation (P2P, FTTH, FTTC, FTTB) als auch Weitverkehr sind mittels der verstärkerlosen Übertragung hoher Bandbreite (Photonik) bei verträglichem Energieverbrauch zu realisieren. Nicht nur wegen der Übertragungsrate ist der LWL – wie erwähnt – unverzichtbar, sondern gleichfalls hinsichtlich seiner kürzeren Reaktionszeit beim Wechsel zwischen den Diensten. Glasfasertechnologien bestimmen die Länge der „mit Kupfer zu überbrückenden letzten Meile“.

Der Anschluss benötigt Geräte wie Modem, Router, Splitter u. a.. Router (Bild 2), sollten möglichst kompatibel zu verschiedenen Netzen sein, um Internet-Teilnehmer weltweit zu erreichen.

Ausblick
Mit Fortschritten in der Breitbandtechnik wachsen Qualität und Zuverlässigkeit/Verfügbarkeit im erforderlichen Maße. Konvergenz von Daten- und Telekom-Verkehr auf der Plattform Internet beziehungsweise IoT stellt sich ein. Die ultra-schnelle Kommunikation dringt weiter zum Endverbraucher vor, auch als Vorbedingung für die wirtschaftliche Fertigung anspruchsvoller Produkte kleinster Losgrößen. Dazu gehört auch die LTE-Nachfolgetechnologie 5G (10 Gbit/sec) sowie die Entwicklung von Datenraten bis 100 Gbit/sec auf Frequenzen 250 GHz. Ohne diese Turbo-Entwicklungen sind Zukunftsanwendungen wie IoT, Industrie 4.0 nur unvollständig realisierbar. Power Line Communication PLC bekommt auf der letzten Meile durch die LWL-Technik starke Konkurrenz.

Optische Kommunikationstechnologien werden sich in vielen Bereichen wie breitbandige Zugangsnetze, Mobilfunkanbindung, Zugang zu Rechenzentren (Cloud, Edge) durchsetzen. In der Breitband-Telefonie werden sie bei VoIP die Wiedererkennbarkeit von Sprechern steigern.

Dr.-Ing. habil. Joachim Krause


5G
Zukünftige Kommunikation zur umfassenden, auch mobilen Vernetzung von Menschen und Dingen (IoT) mit höchster Datenrate (Echtzeit) und Sicherheit, zur Integration existierender (LTE u. a.) sowie neuer Funkschnittstellen, Vorbedingung für die digitale Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft. Erstes vorausschauendes, sich selbst steuerndes Netz mit Milliarden von Endgeräten.

Schmalband bzw. Schmalbandkommunikation
Übertragungskanal mit geringerBandbreite und annähernd konstantem Amplitudengang, Bandbreite ≤ 3,1 kHz (analoges Telefon) oder digitale Bitrate ≤ 6,4 kbit/s.

Nachricht
Kombination von Information und Signal.

Signal
Physikalische Realisierung der Nachricht. Darstellung einer Information alsZustand, Messwert oder Größe. Das Signal lässt sich in verschiedenen Formen darstellen, diskontinuierlich diskret (digital/binär) oder kontinuierlich analog.

Vectoring
Technologie, die über VDSL-Kupferkabel bezogenes Internet beschleunigt. Vermeidet das Übersprechen durch elektro-magnetische Einflüsse, billiger als Glasfaser-Ausbau.

Information
Mitgeteilte oder aufgenommene, zu übertragende Wissenseinheit (Auskunft, Aussage, Nachricht, Ereignis o. ä.). Die Information ist an bestimmte materielle Informationsträger (Signale) gebunden.

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