Grundkurs Mobilfunk und Mobile Business

Mobil bedeutet transportabel, beweglich, aber auch einsatzbereit. Ursprünglich stammt dieses Wort aus der französischen Militärsprache und wird als „abmarschbereit“ übersetzt. Wenn heute der Begriff Mobile Business (manchmal auch als M-Business abgekürzt) verwendet wird, dann ist gemeint, dass geschäftliche Aktivitäten dank mobiler Endgeräte und Verwendung von Mobilfunknetzen unabhängig von vorgegebenen Orten (Geschäftsräume, Büros) durchgeführt werden können. Bestehende Geschäftsprozesse werden hierdurch verbessert oder erweitert, neuartige Geschäftsfelder werden erschlossen. Mobile Business nutzt technische Eigenschaften und wirtschaftliche Potenziale, die Electronic Business (E-Business) nicht oder lediglich rudimentär aufweist. Die folgenden Merkmale und Eigenschaften erlauben die genauere Charakterisierung von Mobile Business und dienen auch zur Abgrenzung gegenüber E-Business (Abts und Mülder 2017, S. 373 f.):Während beim Mobile Business die mobilen geschäftlichen Aktivitäten im Mittelpunkt stehen, wird allgemein die Nutzung vernetzter mobiler Endgeräte zur Ausführung von Programmen als Mobile Computing bezeichnet. Hierbei stehen Hard- und Software im Mittelpunkt. Im Kontext von Mobile Computing existieren noch weitere Begriffe: Ubiquituos Computing bedeutet, dass Computer überall zu finden sind und eingesetzt werden. Durch Miniaturisierung und Vernetzung steht Computerleistung praktisch überall zur Verfügung. Bei Wearable Computing wird der Computer vom Nutzer direkt am Körper oder in der Kleidung getragen. Anders als beim Smartphone bleiben die Hände frei, die Geräte können nicht vergessen werden und sind stets eingeschaltet. Mit Edge Computing findet Datenverarbeitung an den Endknoten eines Netzwerks statt. Daten werden dort erfasst und verarbeitet, wo sie entstehen. Anstatt große Datenmengen über hunderte von Kilometern von dort zum nächsten Rechenzentrum zu übertragen, erfolgt die Verarbeitung direkt an der Maschine. Besondere Bedeutung erlangt Edge Computing bei industriellen Anwendungen, die unter dem Begriff Internet of Things (IOT) zusammengefasst werden.

Mobilfunknetze sind heute überall auf der Welt präsent und für praktisch jeden verfügbar. In Deutschland gibt es rund 151 Millionen Mobilfunkanschlüsse – das sind 60 % mehr als es Einwohner gibt (Bundesnetzagentur 2021). Gleiches gilt für praktisch alle Industrieländer, und sogar in den Entwicklungs- und Schwellenländern kann von einer Vollversorgung der Bevölkerung mit Mobilfunktechnologie gesprochen werden. Die elementaren Bedienaktionen am Endgerät und die entsprechenden Netz-Reaktionen können also hier also als bekannt vorausgesetzt werden.

In diesem Kapitel sollen die physikalischen und technischen Grundlagen des Mobilfunks in aller Kürze zusammengefasst werden. Es handelt sich bei diesem Kapitel um eine Zusammenstellung der relevanten physikalischen Aspekte im Zusammenhang der mobilen Datenübertragung. Für eine grundständige und umfassendere Auseinandersetzung mit dem Thema wird auf die einschlägigen Lehrbücher der Physik und Nachrichtentechnik verwiesen.

Die in diesem Kapitel vorgestellten Mobilfunksysteme werden von staatlich lizensierten Netzbetreibern auf exklusiv genutzten Frequenzen betrieben. Die Netzbetreiber sind kommerzielle Anbieter von Sprach- und Datenkommunikation, die das Recht zur Nutzung eines bestimmten Frequenzbandes über eine staatliche Ausschreibung oder Auktion erwerben. Der Betrieb der Netze folgt heute offenen internationalen Standards, die nach einem Generationen-Prinzip entwickelt werden (Kap. 7). Der Schwerpunkt liegt hier auf den Systemen der 4. Generation, die ab dem Jahr 2010 installiert und in Betrieb genommen wurden. Sie bilden das „Rückgrat“ der heutigen mobilen Datenkommunikation, und sie sind auch die Grundlage für die kommende Generation nach dem Standard „5G“. Die GSM-Systeme, die den Beginn des digitalen Mobilfunks Anfang der 1990er-Jahre bildeten, finden ebenfalls Berücksichtigung. Sie sind, obwohl technisch längst überholt, weltweit immer noch weit verbreitet. Hierzulande laufen noch viele technische und industrielle Anwendungen über sie. Die Systeme der 3. Generation („UMTS“, „HSPA“) werden mit der Einführung von 5G außer Betrieb genommen. Daher ist ihnen hier nur ein kurzer Abriss mit einigen technischen Erläuterungen gewidmet. Eine kurze Einführung in den viel diskutierten Mobilfunkstandard 5G schließt dieses Kapitel ab.

Im Folgenden sollen weitere Technologien der drahtlosen Kommunikation vorgestellt werden. Dabei handelt es sich um Anwendungen in frei verfügbaren Frequenzbändern, für die keine Funklizenz erworben werden muss. Ein weiteres verbindendes Element der vorgestellten Technologien ist ihre Verwendung in der Maschine-zu-Maschine Kommunikation, dem Internet der Dinge. Oft ermöglichen diese Kommunikationstechniken im Nahbereich den Kontakt zu Smartphones. Lizenzfreie Kommunikationslösungen können allerdings auch in Konkurrenz zu lizensierten Netzen treten, wie bei den Low Power Wide Area Techniken zu sehen ist. Die hier dargestellten Lösungen sind eine Auswahl der existierenden Lösungen. Sie reichen von Möglichkeiten zur drahtlosen Nahbereichskommunikation und -erfassung unter dem Begriff „Wireless Personal Area Network“ (WPAN) über lokale Netze „Wireless Local Area Networks“ (WLAN) bis zu Weitverkehrsnetzen „Low Power Wide Area Networks“ (LPWAN). Ergänzend wird im Rahmen der Nahbereichskommunikation die optische Erfassung grafischer Codes dargestellt.

Entsprechend der Entwicklung der Mobilfunknetze in Deutschland (Abschn. 1.​4) wurden auch die ersten mobilen Endgeräte entwickelt. Ab 1926 konnte darüber beispielsweise die Sprachtelefonie im Zug zwischen Berlin und Hamburg genutzt werden. Dabei war die Kooperation zwischen Reichsbahn und Reichspost zum Aufbau dieses Dienstes von entscheidender Bedeutung. Allerdings blieb die mobile Kommunikation ein Privileg der Reisenden der ersten Klasse.

Allein in Deutschland bestehen heute über 150 Millionen Vertragsverhältnisse im Mobilfunk und Akteure in der Mobilfunkindustrie erwirtschaften einen Endkundenumsatz von 26,5 Milliarden Euro (Bundesnetzagentur 2021). Sowohl die Zahl der Mobilfunkanschlüsse als auch das individuelle Datenvolumen sind dabei Wachstumstreiber. Weltweit gab es 2020 bereits 8,15 Milliarden Mobilfunkanschlüsse und 66 % aller Menschen besitzen ein Smartphone (Ericsson 2020). Auf einem Markt dieser Dimension sind zahlreiche Akteure in den verschiedensten Rollen aktiv. Im Folgenden sollen die wesentlichen Zusammenhänge, Strukturen und Prozesse aufgezeigt werden, bevor im weiteren Verlauf die besondere Bedeutung der Hersteller der mobilen Betriebssysteme in der sogenannten App Economy betrachtet werden sollen (Abb. 7.1).

In diesem Kapitel wird ein Überblick über mobile Anwendungssysteme gegeben (Abb. 8.1). Programme, die auf mobilen Endgeräten ausgeführt werden, werden als App bezeichnet. Anfangs waren es vor allem Privatpersonen und Konsumenten, die sich Apps über die App-Stores der einzelnen Hardware- bzw. Betriebssystem-Anbieter heruntergeladen haben und lokal installierten. Unternehmen versuchen, mit Hilfe dieser Apps Marketing und Werbung zu betreiben sowie die eigenen Produkte und Dienstleistungen zu verkaufen. Die Anwendungen dieser Gruppe werden als Kunden-Apps bezeichnet. Für die Unternehmen und deren Mitarbeiter stehen darüber hinaus zahlreiche Business-Apps zur Verfügung, die in die vorhandene IT-Infrastruktur integriert werden müssen. Im Mittelpunkt steht dabei die Unterstützung von Geschäftsprozessen durch mobile Endgeräte. Generell sind alle webbasierten betrieblichen Applikationen, z. B. Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme oder Customer Relationship Management (CRM)-Systeme auch mobil nutzbar. Als dritte Kategorie werden Maschinen-Apps behandelt, die beispielsweise zur Fahrassistenz oder in medizinischen Geräten genutzt werden (Verclas und Linnhoff-Popien 2012, S. 12 f.).

Sicherheit stellt ein elementares menschliches Bedürfnis dar und ist auch bei Mobilfunk und im Mobile Business von zentraler Bedeutung. Die Sicherheit wird unter anderem gefährdet durch aktive und passive Angriffe Dritter, wie beispielsweise das Abhören von Datenübertragungen oder die Manipulation vertraulicher Daten durch Infizierung eines Endgerätes mittels einer Schadsoftware. Aber auch ein unbewusster Umgang mit mobiler Kommunikation durch den Nutzer, z. B. bei Telefonaten im öffentlichen Raum, kann zu Risiken führen. Daneben findet sich oftmals eine öffentliche Diskussion zur Auswirkung der Mobilfunknutzung auf die menschliche Gesundheit.