Schwerpunkte

5G-Netzwerkarchitektur

Der Schlüssel zu digitalen Services

19. September 2019, 14:59 Uhr   |  Autor: Carsten Mieth / Redaktion: Diana Künstler


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

Kernnetz: Service-basierte Architektur als Schlüssel

5G Einsatzszenarien
© Tech Mahindra

Verschiedene 5G-Use-Cases ziehen unterschiedliche Voraussetzungen nach sich.

Als Cloud-natives Netzwerk mit verteilter Telco-Cloud-Infrastruktur wird das 5G-Kernnetz einen neuen Grad an Flexibilität ermöglichen. Es ruht auf zwei Säulen: SDN (Software-defined Networking) und NFV (Network Functions Virtualization). Zusätzlich zur klassischen Referenzpunkt-Architektur von 2G, 3G, 4G und 5G hat 3GPP für den 5G Core erstmalig eine service-basierte Architektur spezifiziert. Sie ist der Schlüssel, mit dem sich Kommunikationsdienstleister die Chancen aus unzähligen digitalen Services für verschiedene vertikale Märkten erschließen können. Bestehende Kernnetze haben ein fixes Set logischer Kontrollfunktionen, erlauben also nur eine limitierte Zahl an Services. Für einen neuen Service müssen Telekommunikationsdienstleister eine Netzwerkfunktion modifizieren oder ganz neue Netzwerkfunktionen einführen. Das bedeutet: Das gesamte Kernnetzwerk, Ende-zu-Ende, muss integriert und erneut getestet werden – Projekte, die im Durchschnitt sechs bis 18 Monate in Anspruch nehmen. Inzwischen haben Web-Scaler vorgemacht, wie eine schnelle Service-Einführung geht und was flexible Skalierbarkeit bedeutet. Die servicebasierte Architektur bringt diese Cloud-Agilität auch ins 5G-Kernnetz.

Softwaremodule flexibel kombinieren
Vergleichbar mit komplexen Cloud-Applikationen, die sich aus verschiedenen Microservices zusammensetzen, wird auch das 5G-Kernnetz aus unabhängigen, wiederverwendbaren Softwaremodulen bestehen. Mit diesen lassen sich Netzwerkkerne mit jeweils anderer Leistungsfähigkeit pro Slice flexibel kombinieren, sodass unterschiedliche Serviceanforderungen immer optimal erfüllt sind. Ebenfalls wie bei Cloud-Applikationen werden die Netzwerkfunktionen die Rechen- und Speicher-Ressourcen vorwiegend zustandslos entkoppeln, was ein schnelleres Scale-Out, die flexible Anordnung von Netzwerkfunktionen und neue, softwarebasierende Redundanzmodelle für eine höhere Verfügbarkeit und Georedundanz ermöglicht. Für Network Slicing ist es entscheidend, dass der 5G Core es erlaubt, Netzwerkfunktionsservices wiederzuverwenden und Netzwerkfunktionen über alle Slices hinweg schnell anzupassen. Für cloud-natives Kern- und Netzwerk-Slicing bringt der 5G Core zusätzlich zu den klassischen Funktionen des Kernnetzwerks, wie Authentifizierung, Session und Mobility Management, die neuen Funktionen NF Repository Function (NRF), Network Exposure Function (NEF) und Network Slice Selection Function (NSSF).

Der Schlüssel zum Network Slicing ist Automatisierung. Wie das aussehen kann, hat ein Catalyst-Projekt im Rahmen des TM Forums gezeigt. Ziel war es, verschiedene Slices in digitalen Ökosystemen Ende-zu-Ende effizient handhaben zu können. In realen Szenarios der Tour de France wurde Network Slicing automatisiert über verschiedene Geschäftskunden (Sendeanstalten, Rennteams, Event-Organisatoren) hinweg umgesetzt. Das Ergebnis: Telekommunikationsanbieter können mittels slicebasierter Services neue Einnahmequellen auftun – in Fall der Tour de France etwa durch 4K-Videoübertragung, Übertragungen mittels Drohnen oder mit IoT-Telemetrie-Daten.

Kontroll- und Nutzerebene
Ein wichtiger Aspekt des cloudnativen 5G-Kernnetzes ist die Trennung von Kontroll- und Nutzerebene. Web-Scaler nutzen bereits ähnliche Architekturen, um ihre Cloud-Applikationen mittels zentraler Kontrolle und verteilter Verarbeitung effizient zu skalieren und damit Sessions und Transaktionen genauso effizient skalieren zu können. Mit Control and User Plane Separation (CUPS) im 5G-Kernnetz lassen sich Funktionen der Kontroll- und Nutzerebene unabhängig voneinander skalieren und weiterentwickeln. Auch in Hinblick auf die Architektur sind solche Netzwerke sehr effizient skalierbar. Zudem erlaubt CUPS den flexiblen Einsatz von Funktionen der Nutzerebene auf regionalen oder Edge-Clouds, um so die Anforderungen nach hohem Datendurchsatz und geringer Latenz der Endanwendung zu erfüllen.

Ist das 5G-Kernnetz zugangsoffen, können Kommunikationsdienstleister ein konvergiertes Kernnetzwerk umsetzen, das sowohl 3GPP Ans (5G NR, 4G LTE) als auch nicht-3GPP Access Network (WiFi) integriert.

Carsten Mieth, Head – DACH & Eastern Europe, Tech Mahindra

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