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Intelligente Netzwerke: Grundsteinlegung

Dank 5G wird es in den nächsten Jahren zu einem grundlegenden Umbruch in den Mobilfunknetzen kommen. Zentrale Bausteine dafür stellen Open-Source-Technologien bereit, und zwar sowohl in den Kern- und den Zugangsnetzen als auch in den IoT- und Multi-Access-Edge Computing (MEC)-Anwendungsszenarien.

Smartphone Foto aufnehmen Bildquelle: © Olena Yakobchuk-123rf

Bei Netzbetreibern und Technologielieferanten sind die Arbeiten zum neuen Mobilfunkstandard in vollem Gange. Zentrale Bausteine dafür stellen Open-Source-Technologien bereit.

Jeder Übergang von einer Mobilfunkgeneration zur nächsten in den letzten 20 Jahren war für sich genommen ein technologischer Meilenstein und hat neue Anwendungsszenarien erschlossen. Anfangs bedeutete dies, von fast jedem Ort aus mobil telefonieren zu können. Mit mobilen Technologien der dritten Generation rücken hingegen datenbasierte Applikationen und das mobile Internet in den Vordergrund. Machina Research prognostiziert, dass das IoT im Jahr 2024 ein Viertel der weltweit 41 Millionen 5G-Verbindungen ausmachen wird.

Anwendungsszenarien von 5G
Zahlreiche Mobilfunkbetreiber auf der ganzen Welt bauen gegenwärtig 5G-Testnetze auf und sammeln erste Erfahrungen: beispielsweise die Deutsche Telekom im Hamburger Hafen, ZTE in Guangdong, China und Korea Telecom (KT) während der Olympischen Spiele 2018. Parallel dazu erarbeiten Gremien der ITU-R (International Telecommunication Union – Radiocommunication Sector) unter dem Titel IMT-2020 (International Mobile Telecommunications) Anforderungen und Bewertungskriterien für die zukünftige 5G-Mobilfunktechnik. Die ITU-R hat drei Anwendungsszenarien definiert:

  • Enhanced Mobile Broadband (EMBB): Der potenzielle Einsatz von 5G soll unter Nutzung von zwei zentralen EMBB-Eigenschaften gefördert werden. Erstens wäre es damit möglich, die drahtlose Kommunikationsabdeckung in Bürogebäuden, Industrieanlagen und Einkaufszentren zu verbessern; diese lassen sich derzeit nur zeit- und kostenintensiv mit WLANs und Repeatern erschließen. Zweitens geht es darum, eine größere Anzahl von Endgeräten mit hohem Datenvolumen bereitzustellen.
  • Massive Machine Type Communication (mMTC): Anders als bei früheren Mobilfunkgenerationen, bei denen jede neue durch die vorhergehende ersetzt wurde, werden bei 5G die vorhandenen Machine-to-Machine-Kommunikationsfunktionen weiterentwickelt und es kommen neue hinzu. Ein Beispiel dafür ist das 2017 eingeführte Narrowband-IoT (NB-IoT). Darüber hinaus soll 5G eine dichtere und flexiblere Abdeckung ermöglichen und damit die Kosten für IoT-Anwendungen reduzieren.
  • Ultra-Reliable and Low-Latency Communication (URLLC): Typische IoT-Anwendungsszenarien wie die intelligente Fertigung, die Überwachung von Vitaldaten, die Steuerung von Drohnen und das autonome Fahren sind auf höchste Verbindungsqualität, Verfügbarkeit und Servicequalität angewiesen. Mit der heutigen Mobilfunktechnologie ist es kaum möglich, diese Anforderungen zu gewährleisten.

Hintergrund: Open-Source-Initiativen rund um NFV
Telekommunikationsunternehmen haben jahrzehntelang die benötigten Netzwerkfunktionen auf teuren proprietären Systemen implementiert. Die Virtualisierung dieser Funktionen auf Basis von Open-Source- und Cloud-Technologien wie OpenStack sowie Kubernetes ist im Vergleich zu herstellerspezifischen Closed-Source-Lösungen deutlich kosteneffizienter und flexibler. In diesem Umfeld ist ein breites Spektrum an Open-Source-Community-Aktivitäten entstanden, um Innovationen und Kooperationen zwischen Carriern zu fördern:

Die OPNFV-Community hat eine Reihe von Demos erstellt, um zu zeigen, wie das Central Office virtualisiert werden kann. Die Demos teilen sich die NFV-Infrastruktur und nutzen ein standardisiertes OPNFV-Szenario, das aus OpenStack (virtualisierter Infrastrukturmanager, beispielsweise VIM) und OpenDaylight (ODL)-SDN-Controller besteht. Neue Dienste halten Einzug in die Central Offices und werden zu einem wichtigen Bestandteil der NFV-Strategie eines Netzbetreibers. Dazu zählen etwa: Radio Area Network Virtualization – Radio Area Networks werden in Form von Virtual RAN (vRAN) oder Cloud RAN (C-RAN) virtualisiert und einige dieser Virtual Network Functions (VNFs) werden im Central Office laufen. Multi-Access Edge Computing (MEC)-Anwendungen der nächsten Generation wie Augmented und Virtual Reality, Connected Cars und IoT erfordern geringe Latenzzeiten und eine Cloud-Infrastruktur mit hoher Bandbreite in der Nähe des Benutzers. Central Offices sind ein idealer Standort für das Hosten von Edge-Computing. Virtual Customer Premise Equipment (vCPE) – Die Anbindung von Filialen war bislang teuer und erforderte funktional fixierte Hardware und manuelle Konfiguration. Die Virtualisierung und selektive Verlagerung dieser Funktionen in das Central Office verbessert die Agilität und reduziert die Kosten für den Betreiber.

Das Projekt OPNFV C-RAN (Cloud Radio Access Network oder Centralized Radio Access Network) konzentriert sich auf die Integration und das Testen von Mobilfunknetzen auf Basis der NFV-Architektur. Damit lässt sich eine NFV-Cloud-Plattform aufbauen, die VNFs im Mobilfunknetz unterstützt. Das Grundkonzept besteht darin, Computerressourcen für den Betrieb von Radio Access Functions in einem Rechenzentrum zu konsolidieren und nicht in einer Basisstation auszuführen.

Das OPNFV-Projekt Barometer ermöglicht die Überwachung der Network Function Virtualization Infrastructure (NFVI), in der VNFs im Einsatz sind. Barometer ist ein wichtiger Bestandteil der Service Assurance innerhalb einer NFV-Umgebung, um SLAs durchzusetzen oder Verletzungen, Fehler oder Beeinträchtigungen der Leistung von NFVI-Ressourcen zu erkennen, sodass Events und relevante Metriken an übergeordnete Fehlermanagementsysteme gemeldet werden.

Im Open-Network-Automation-Platform (ONAP)-Projekt führt die Linux Foundation Programmcode aus dem Enhanced Control-Orchestration-Management-and-Policy (ECOMP)- und dem Open-O-Projekt zusammen. ONAP hat eine Architektur veröffentlicht, die 5G, IoT, Cloud und Application Services unterstützt.

Das Open-Orchestration-Projekt Open-O bringt Telekommunikationsunternehmen sowie Kabelnetz- und Cloud-Betreiber zusammen, um ein Open-Source-Framework zu entwickeln, mit dem sich virtualisierte Netzwerkfunktionen (NFV) und Software-defined Netzwerke (SDN) orchestrieren lassen.