5G ist ein entscheidender Faktor für das Militär

5G ist ein entscheidender Faktor für das Militär
Sichere drahtlose Datenkommunikation sind für das Militär im In- und Ausland von enormer Bedeutung. Neben dem offensichtlichen administrativen Nutzen geht es nicht zuletzt auch um das militärisch-taktische Kommunikationsmanagementsystem.

Verfasst von: Mikkel Helweg, Business Development Manager und Terje Jensvik, Technical Manager Solution bei Data Respons Solutions Norway.

Kritische Zuweisungskommunikation ist der Schlüssel

Innerhalb operativer Anwendungenen ist die kritische Missionskommunikation – einschließlich der kritischen maschinenartigen Kommunikation (cMTC) – von entscheidender Bedeutung. Dabei geht es um die Gewährleistung der notwendigen Funktionalität, ein hohes Maß an Robustheit, Sicherheit, Abschirmung der Daten und die Gewährleistung hoher Betriebszeiten bei den bestehenden Mobilfunkanbietern wie dem IP-basierten LTE und 4G.

Im Einklang mit der zunehmenden Digitalisierung, Automatisierung und Autonomie ist es jedoch von entscheidender Bedeutung, dass das Militär auch neue Technologien wie die Mobilkommunikation der fünften Generation nutzen kann. Das heißt, 5G ist keine Technologie an sich, sondern eine Reihe von Anforderungen, siehe den Standard 5G-NR (New Radio) von 3GPP (Version 15 und aktueller).

Hohe Geschwindigkeiten und niedrige Latenzzeiten im 5G-Netz

Die Geschwindigkeit von 5G mit 10 Gigabit pro Sekunde (siehe eMBB oder Enhanced Mobile Broadband) wird auf das 100-fache der Geschwindigkeit von 4G geschätzt. Und die theoretische Verzögerung der Technologie von nur wenigen Tausendstelsekunden (1 ms) ist 400 Mal schneller als ein Wimpernschlag…

In der 5G-Terminologie spricht man in diesem Zusammenhang gerne von URLLC (oder Ultra-Reliable Low-Latency Communications). Die geringe Verzögerung wird u.a. mit Hilfe des so genannten Edge-Computing erreicht, bei dem die Datenverarbeitung und Datengenerierung (systematische Indikatoren, Trends und Leistungsdaten) möglichst nahe an den Endpunkten durchgeführt wird, einschließlich Sensoren und Effektoren, wo diese mit praktisch keiner Wartezeit lokal Daten miteinander austauschen können.

Separater „Verteidigungsbereich“ im 5G-Netz

Mit Hilfe von Software-Defined Networking (SDN) und Network Function Virtualization (NFV) ist es möglich, private, speziell angepasste Benutzerbereiche – so genannte „Netzwerkscheiben“ – verschiedenen Sektoren, Branchen und Unternehmen im 5G-Kernnetz zuzuweisen. Diese Bereiche sind auf dem zugrunde liegenden Mobilfunknetz aufgebaut. Sie sind von zentraler Bedeutung für die 5G-Technologie, da es nicht möglich ist, alle zuvor genannten Kapazitäten ohne extreme Investitionen zu kombinieren. Beispielsweise ist es unmöglich, eine sehr geringe Verzögerung mit einer massiven Flächendeckung zu kombinieren (bis zu 1 Million Einheiten pro Quadratkilometer, vgl. massive maschinelle Kommunikation; mMTC). Die privaten Scheiben werden daher auf der Grundlage kritischer Parameter für jeden Sektor oder jedes Unternehmen bzw. für verschiedene Verteidigungsanwendungen angepasst.

Zum Beispiel wird eine private 5G „Verteidigungsscheibe“ mit hoher, priorisierter Geschwindigkeit und niedriger Latenz eine starke End-to-End-Verschlüsselung mit Schlüsseln vereinfachen, die nur von den Empfängern gelesen werden können. Dies wird im Projekt 5G Vertical Innovation Infrastructure (VINNI) getestet, an dem die Streitkräfte beteiligt sind.

Diese Art von privaten Bereichen sind auch für andere wichtige Stellen im öffentlichen Sektor von Interesse, unabhängig davon, ob diese Stellen Teil einer nationalen Verteidigungsstruktur sind oder nicht. So wird zum Beispiel erwartet, dass ab 2027 ein dedizierter 5G-Netzabschnitt das derzeitige Notfallnetz in Norwegen ersetzen wird (nachdem die norwegische Regierung bereits 2017 beschlossen hat, dass das Notfallnetz der nächsten Generation – NGN – auf einem kommerziellen Mobilfunknetz basieren soll). Dieses Netzwerk erkennt dann, dass die gekoppelte Einheit zur „Notdienst-Scheibe“ gehört, und zieht sie gegenüber anderem Netzwerkverkehr und anderer Kommunikation vor.

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Aufteilung des 5G-Netzes (eigene Präsentation nach Intel-Illustration)

Aufteilung des 5G-Netzes

5G Autonomer Dienst

5G Autonomer Dienst
Edge-Computing-Knotenpunkte in Flughäfen, Krankenhäusern, in einer Gemeinde, um wesentliche Dienste bereitzustellen, wenn der zentrale 5G-Kern nicht verfügbar ist.

IoT im Militärbereich; IoMT

Der Ausdruck „Internet der Dinge“, das so genannte IoT oder IIoT (Industrial Internet of Things), ist uns bereits sehr geläufig, während im internationalen Militärjargon vom „Internet of Military Things“ (IoMT) oder „Internet of Battlefield Things“ (IoBT) die Rede ist.

Welchen Begriff Sie auch immer verwenden, der Kern ist derselbe: intelligente Geräte, die über das Internet.efield Things (IoBT) in ihren eigenen Cyberdomänen miteinander und mit ihrer Umgebung kommunizieren. Auf diese Weise können Sie Daten erfassen, verarbeiten und interpretieren sowie Geräte und Sensoren fernsteuern. Für das Militär geht es um die Sensorfusion; das Zusammenführen und Analysieren von Daten aus Geräten und Sensoren wie Überwachungskameras, Detektionssensoren, Basisstationen und Gateways, Smartphones, Funkgeräten und Kommunikationsknoten und nicht zuletzt von allen bemannten und autonomen Fahrzeugen und Drohnen.

Auf der Grundlage dieser Informationen werden Modelle und nutzbare Echtzeitdaten für die Logistik und die Gebietskontrolle, die Aufklärung und das Situationsbewusstsein, die Führung und Kontrolle und schließlich den aktiven Schutz von Kampfeinheiten und Stützpunkten generiert.

Mit den Eigenschaften und Kapazitäten, die die 5G-Technologie bietet, können wir einen riesigen Sprung nach vorn machen, und (wie bereits erwähnt) das Militär kann seinen IoMT in einer dedizierten Scheibe – einer “Verteidigungs-NW-Scheibe” – mit robusten Sicherheitsalgorithmen und -verfahren zusammenfassen, wobei die Eigenschaften und die Echtzeitgeschwindigkeit der 5G-Technologie (mit einer Leistung entsprechend der Glasfasertechnologie) die garantierte Dienstqualität (QoS) bedeuten.

Dies alles bedeutet, dass das Militär das Beste aus künstlicher Intelligenz (KI), virtueller Realität (VR) und fortgeschrittener Realität (AR) herausholen kann. Sie können auch auf Notsituationen reagieren und Drohnen und Schiffe – einzeln oder in Schwärmen – in Echtzeit über das Mobilfunknetz steuern.

5G Autonomous Service

Verteidigung NW-Scheibe

Infrastruktur, Anfälligkeit und Frequenzbereich

Auch über 5G und seine Anfälligkeit wurde viel diskutiert, nicht zuletzt im Zusammenhang mit Funkgeräten und Schlüsselkomponenten für das 5G-Kernnetz der chinesischen Firma Huawei. Mehrere Länder haben sich dafür entschieden, chinesische Technologie aus ihrer kritischen Infrastruktur, den digitalen Grundlagen der Nation, zu verbannen. Seit Inkrafttreten des neuen norwegischen Sicherheitsgesetzes im Jahr 2019 haben sich auch die größten Telekommunikationsunternehmen in Norwegen gegen Huawei entschieden.

Es geht auch darum, welchen Frequenzbereich das Militär nutzen wird. In Europa gibt es drei so genannte 5G-Pionierbänder, von denen zwei in den Frequenzbereich 1 (<6 GHz) fallen, nämlich das Niederband (700 MHz-2,3 GHz) und das Mittelband (3,5 GHz). Das dritte fällt unter den Frequenzbereich 2 und wird oft als Millimeterwellen- oder Hochfrequenzband (26GHz+) bezeichnet.

Es gibt Möglichkeiten und Grenzen, Vor- und Nachteile der verschiedenen Frequenzbänder, auch im Hinblick auf die zukünftige Nutzung durch das Militär. Das Niedrigband, in Norwegen als nationales Netz bekannt, zeichnet sich durch einen hohen Grad an Robustheit und eine erhöhte Flächendeckung aus. Im Vergleich zu den beiden anderen Bändern ist es jedoch nicht besonders schnell. Das Mittelband verarbeitet größere Datenmengen und wird typischerweise in Vorstadtgebieten aufgebaut. Das Hochfrequenzband wird als superschnell charakterisiert, aber nur über kurze Entfernungen, was bedeutet, dass es eine hohe Zelldichte und einen umfangreichen Einsatz von Repeatern erfordert (Millimeterwellen werden erheblich gedämpft oder durch Gebäudewände und physikalische Hindernisse vollständig blockiert und in der Atmosphäre absorbiert).

Das Militär hat Anwendungen in allen Frequenzbändern

Kein Militär kann sich allein darauf verlassen, Frequenzen von kommerziellen Betreibern zu leihen, sondern muss stattdessen in der Lage sein, bei Bedarf eine eigene Abdeckung aufzubauen und zu verwalten. Militärische Organisationen sind sich auch bewusst, dass Frequenzen innerhalb aller drei Bereiche nützlich sind, aber für unterschiedliche Anwendungen. Frequenzen im Niedrigband sind nützlich für einsatzfähige Breitbandlösungen und taktische Funkleitungen (außerhalb bebauter Gebiete, wo das Risiko von WiFi-Unterbrechungen geringer ist).

In the medium band, the military already have existing licences for radar installations and depend on these frequencies being taken into consideration going forwards. There are also parts of this range that are of interest to the military in connection with the group and direction-defined antenna technology (MIMO/beamforming) and 5G drone detection (multi-static radar). The medium band is also widely used in the USA for radars, missile defence, electronic warfare and monitoring airspace.

Im Mittelband verfügt das Militär bereits über bestehende Lizenzen für Radaranlagen und ist darauf angewiesen, dass diese Frequenzen in Zukunft berücksichtigt werden. Es gibt auch Teile dieses Bereichs, die für das Militär im Zusammenhang mit der gruppen- und richtungsdefinierten Antennentechnologie (MIMO/beamforming) und der 5G-Drohnenerkennung (multistatisches Radar) von Interesse sind. Auch in den USA wird das Mittelband in großem Umfang für Radar, Raketenabwehr, elektronische Kriegsführung und Luftraumüberwachung genutzt.

Das amerikanische Verteidigungsministerium (American Department of Defence, DoD) hat jedoch vor kurzem 3,4- und 3,5-GHz-Frequenzen genehmigt, um nationalen Technologieunternehmen zu helfen, mit China zu konkurrieren. Schließlich ist das Hochfrequenzband für die Streitkräfte im Hinblick auf die Ultrabreitbandkarten-Kommunikation an Stützpunkten und Hauptquartieren, für verteilte Sensoren, die viel Datenkommunikation erfordern, und für die 5G-Satellitentechnologie interessant.

Unabhängig von der Reichweite wird das Militär durch eigene dedizierte und harmonisierte Frequenzen in die Lage versetzt, neue, robuste und sichere Technologielösungen für administrative und operative Anwendungen zu entwickeln.

Künftige taktische Kommunikation über das 5G-Netz

Ohne 5G können wir das Potenzial der neuen Technologien nicht voll ausschöpfen

Auch innerhalb der NATO wird intern eine Debatte über die Anfälligkeit, die Infrastruktur und die Reichweite geführt. Sicher ist, dass es ohne 5G-Kommunikation nahezu unmöglich wäre, die Möglichkeiten, die große Datenmengen, künstliche Intelligenz und die Verarbeitung von Wolken sowohl im militärischen als auch in anderen Bereichen bieten, voll auszuschöpfen. Das Gleiche gilt für das Ausnutzen des vollen Kapazitätseffekts von High-Tech-Plattformen wie dem Mehrzweckflugzeug F35 bei so genannten Multi-Domain-Operationen, bei denen Situationsinformationen von Land, See, Luft und Raum in einer fünften Domäne – der Cyber-Domäne – verarbeitet werden, so dass wir reagieren können, indem wir Effektoren aus diesen Domänen kombinieren.
Die gegenwärtige norwegische Regierung hat in verschiedenen Foren erklärt, dass „das Militär die Technologie am besten nutzen muss“ und dass dies durch ein hohes Maß an unabhängiger technologischer Kompetenz und durch die Zusammenarbeit zwischen Militär und Regierungsstellen erreicht werden sollte.

In Norwegen arbeitet das Militär daher auch an mehreren Experimenten zur 5G-Technologie, darunter Experimental- und Pilotprojekte wie das 5G-VINNI-Projekt, bei dem auch neue und sichere Sprach- und Datenarchitekturen in die „Verteidigungsscheibe“ integriert und getestet werden. Viele dieser Projekte werden in Zusammenarbeit mit kommerziellen Interessengruppen und Unternehmen durchgeführt, was wichtig ist, da Norwegen im Bereich der drahtlosen, operationellen und taktischen Kommunikation sowohl innerhalb als auch außerhalb des Militärs ein stark wettbewerbsorientiertes Umfeld aufweist.

Auflistung der verwendeten Abbreviaturen:

SDN: Softwaredefiniertes Netzwerk (Software Defined Network). NFV: Virtualisierung von Netzwerkfunktionen (Network Functions Virtualisation). LTE: Long Term Evolution. cMTC: Kritische Maschinentyp-Kommunikation (Critical Machine type communication). mMTC: Massive Maschinentyp-Kommunikation (Massive Machine type communication) QoS: Quality of Service. MIMO: Multiple Input Multiple Output.

Quellen:

Die einzigen externen Quellen, die für diese Informationen genutzt wurden, waren öffentlich zugängliche Informationen, darunter Berichte und Konsultationen des Forschungsinstituts der norwegischen Streitkräfte (FFI), Materialien der Streitkräfte (FMA) und der Nationalen Kommunikationsbehörde (NKOM) sowie im Internet verfügbare Informationen von NATO, Telenor, Defence Systems und Wikipedia.