5G Clients: Worauf kommt es an?

Um im Rahmen des Projekts ODEA.5G E-Assessments mit Studierenden durchführen zu können, werden 5G-fähige Endgeräte (Clients) benötigt, die mit den Campusnetzen der Hochschulen kommunizieren können.
In diesem Beitrag fassen wir zusammen, was bei der Auswahl von 5G-fähigen Clients zu berücksichtigen ist, welche Geräteklassen zur Verfügung stehen und welche Vor- und Nachteile in Bezug auf die Nutzung in privaten Campusnetzen diese mit sich bringen.

Was muss bei der Auswahl beachtet werden?

Mobilfunk-Campusnetze unterscheiden sich grundlegend in Aufbau und Funktionsweise von einem gewöhnlichen WLAN. Neben dem jeweiligen Anwendungsfall gibt es harte Kriterien, die erfüllt sein müssen, um die Unterstützung der Clients durch das 5G-Campusnetz zu gewährleisten:

• Welches Frequenzband wird von dem Campusnetz unterstützt (z.B. n78)?
• Werden die 5G-Releases ab Version 15 unterstützt, um 5G-SA (Standalone) zu ermöglichen?
• Werden die PLMN-ID’s (Public Land Mobile Network) für private/Test-Netzwerke unterstützt?

Während Angaben zum unterstützten Frequenzband bzw. dem 5G-Release meist einfach aus dem Datenblatt eines Clients entnommen werden können, sieht es beim Thema PLMN-ID etwas komplizierter aus.

PLMN-ID

Die PLMN-ID (siehe ITU-T E.212) setzt sich aus zwei Nummernkreisen zusammen: der dreistellige Mobile Country Code (MCC) und der zweistellige (manchmal dreistellige) Mobile Network Code (MNC). Der MCC ist länderspezifisch, während der MNC anbieterspezifisch ist und in der Regel von regionalen Behörden ausgestellt wird, in Deutschland von der Bundesnetzagentur. Die ersten fünf bzw. sechs Ziffern einer International Mobile Subscriber Identity (IMSI) entsprechen dieser PLMN-ID.

Wer sich für sein Campusnetz keine eigene MNC bei der Bundesnetzagentur beantragen möchte, wird auf die MCCs 999 und 001 zurückgreifen. Der Nummernkreis 001 ist als Testnetz (mit MNC 01 oder 001) spezifiziert und nicht für den Dauereinsatz, sondern für Testphasen vorgesehen. Die seit 2018 (im Operational Bulletin 1156) festgelegte MCC 999 ist hingegen explizit für den dauerhaften Betrieb von privaten Netzen bestimmt. In Mitteilung 99/2020 diskutiert die Bundesnetzagentur die Relevanz der MCC 999 für Deutschland. Die MCC 999 bietet grundsätzlich kein Roaming an und ist daher nur für autarke Campusnetze sinnvoll einzusetzen. Die MNC kann bei privaten Testnetzen mit der MCC 999 frei gewählt werden, wobei hier Betreiber darauf achten sollten, andere Netze nicht zu stören (Betreiberabsprache; vgl. Verwaltungsvorschrift Lokales Breitband der Bundesnetzagentur).

Die PLMN-ID kann vom Betreiber des 5G-Campusnetzes im 5G-Core, dem 5G-RAN und in den SIM-Karten konfiguriert werden. Erste Tests im Projekt ODEA.5G haben jedoch ergeben, dass nicht alle verfügbaren 5G-Endgeräte mit den zuvor erwähnten PLMN-IDs für private Mobilfunknetze zurechtkommen. So erlauben aktuelle Apple-iPhone-Geräte nach unseren Tests keine Verbindung mit Netzen, welche eine MCC von 999 oder 001 nutzen. Andere Smartphones erlauben teilweise nur die Verbindung mit der MCC 001, aber nicht mit der MCC 999. Eine spezifischere Ausführung hierzu kommt in unserem nächsten Blogbeitrag.

Welche Geräteklassen gibt es?

Generell kann man die am Markt verfügbaren 5G-fähigen Endgeräte in drei Kategorien unterteilen:

• CPE-Router (zur Umsetzung von 5G auf LAN bzw. W-LAN)
• 5G-Modems (aktuell meist als M.2-Steckkarten für die Verwendung in Laptops)
• 5G-fähige Endgeräte (bspw. Smartphones oder Tablets)

Die Kategorie der 5G-fähigen Endgeräte wird derzeit stark durch Smartphones dominiert. Diese sind jedoch durch ihren kleinen Bildschirm und die eingeschränkten Eingabemethoden nicht für alle Anwendungsfälle die erste Wahl. Das Angebot bzw. die Verfügbarkeit 5G-fähiger Tablets oder Notebooks ist derzeit noch stark eingeschränkt.

Um Geräte ohne integrierte 5G-Modems eine Verbindung mit dem 5G Campusnetz zu ermöglichen, bieten sich zwei Lösungen an:

Externes 5G-Modem

5G-Modems werden derzeit überwiegend in Form von M.2-Steckkarten mit PCIe-Schnittstelle angeboten. Um hiermit beispielsweise ein Notebook mit einem 5G-Netz zu verbinden, bedarf es jedoch noch weiterer Komponenten wie Antennen, SIM-Karten-Slot und einem Adapter auf gängige Schnittstellen wie USB. Modemhersteller bieten hierzu häufig passende 5G-Development Kits an, die alle notwendigen Komponenten enthalten und eine Verbindung via USB erlauben. Wie bereits der Bezeichnung zu entnehmen ist, sind diese eher für den Einsatz in Laboren oder Embedded-Systemen gedacht und weniger dafür geeignet, Zugang zu einem 5G-Campusnetz zur ermöglichen.

5G zu LAN/W-LAN mit CPE-Router

Deutlich komfortabler gestaltet sich der Zugang zu einem 5G-Netz mit einem 5G-fähigen CPE-Router. Hierbei stellt der Router eine Verbindung zum Mobilfunknetz her und ermöglicht anderen Geräten diese über eine LAN bzw. W-LAN Verbindung zu nutzen.

Geräteklassen Pro & Contra

Ausblick

Im nächsten Blogbeitrag stellen wir die im Projekt ODEA.5G getesteten 5G-fähigen Clients vor, berichten von unseren Tests und geben Tipps, wie Probleme bei der Verbindung zu einem 5G-Campusnetz vermieden werden können.