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Intelligente Netzwerke: Grundsteinlegung

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Die Mobilfunk-Netzarchitekturen

Offene Standards IoT-Architekturen Bildquelle: © Red Hat

Offene Standards spielen eine zentrale Rolle beim Aufbau leistungsstarker, flexibler IoT-Architekturen.

Mobilfunkarchitekturen sind komplex und bestehen aus einer Vielzahl von Elementen. Einer der Gründe dafür ist, dass die Betreiber typischerweise mehrere Mobilfunkgenerationen parallel betreiben und verschiedene Aspekte des Kernnetzes und des Funkzugangsnetzes (Radio Access Network, RAN) gleichermaßen berücksichtigen müssen. Aktuelle Tests und 5G-Entwicklungsprojekte befassen sich mit Multi-Access Edge Computing (MEC): eine hochgradig verteilte virtualisierte Architektur, die den Einsatz einer großen Anzahl kleiner RANs erfordert, die im Innen- und Außenbereich am Rand eines Mobilfunknetzes eingesetzt werden. Die RANs sammeln, aggregieren, verarbeiten und leiten Daten weiter. Die MEC Working Group des European Telecommunications Standards Institute (ETSI) befasst sich unter anderem mit der Definition von MEC-Anwendungsszenarien und Architekturdetails, die aktuelle Network-Functions-Virtualization (NFV)-Initiativen ergänzen. Viele komplementäre Open-Source-Projekte wie OPNFV und ONAP helfen Betreibern bei der beschleunigten Einführung von Innovationen in der Architektur, beispielsweise Virtual Central Offices (VCO), Service Assurance, Operationalisierung (VNF Onboarding, Upgrades, Life Cycle Management) und die Nutzung von Mikroservices zur unabhängigen Skalierung von Servicefunktionen.

Zu den zentralen Elementen der MEC-Architektur zählt der in das Radio Access Network (RAN) integrierte Applikationsserver, der die Laufzeitumgebung für Anwendungen bereitstellt. In einem ersten Architektur-Release wurde ein Szenario behandelt, in dem der  MEC-Server an einer LTE-, einer 3G-Radio-Network-Controller- oder einer Multi-Technologie (3G/LTE)-Station eingesetzt wird; auch WLAN-Implementierungen sind geplant. Damit entsteht eine gemeinsame Architektur für LTE-U (LTE im unlizensierten Spektrum), Cloud RANs (C-RAN), Virtual Content Delivery Networks (vCDN), Mobile Video Delivery und 5G- sowie NFV-Anwendungsszenarien, die einen Pfad von LTE zu 5G aufzeigt.

Die MEC-Serverplattform besteht aus einer Hosting-Infrastruktur – einer verteilten Erweiterung der NFV-Infrastruktur – und einer Anwendungsplattform für die Bereitstellung von Diensten. Sie kann als IoT-Gateway, als Enterprise-Edge-IT-Anwendungsplattform, als C-RAN-Plattform sowie für erweiterte mobile Breitband- oder Media-Function-Virtualization (MFV)-Anwendungen eingesetzt werden. Es gibt auch einen Virtualization Manager in Form einer IaaS-Abstraktion und zusätzliche Dienste wie eine Traffic Offload-Funktion (TOF), Radio Network Information Services (RNIS), Communication Services und eine Service Registry. Da diese Schicht die Details der Radio-Network-Elemente abstrahiert, sind die MEC-Anwendungen aufgrund standardbasierter, offener, interoperabler APIs portabel.

MEC definiert eine Art von PaaS-Virtualisierungs- oder Mikroservice-Umgebung mit Telemetrie für Service Assurance, Scheduling, Life Cycle Management, Security und Continuous-Integration- oder Continuous-Development (CI/CD)-Tools von "Red Hat Open Shift", die innovative Anwendungen auf höchster Ebene ermöglichen kann. Viele Netzbetreiber setzen gemeinsame Open-Source-Plattformen für NFV, Automatisierung und Echtzeit-Messaging ein, um ihre Umgebungen zu skalieren und die Vorteile der Behavioral Intelligence sowohl für betriebliche Abläufe als auch für neue Service-Innovationen nutzen zu können. Offene Technologien spielen eine wesentliche Rolle in einer herstellerunabhängigen, kollaborativen Umgebung, da die Branche versucht, Standards für die Bereitstellung von NFV-Diensten und andere cloudbasierte Technologien der nächsten Generation in verteilten Architekturen zu definieren. OpenStack und Kubernetes werden um Netzwerkfähigkeiten erweitert; Telemetrieüberwachung, Automatisierungs-Tools sowie Ressourcenoptimierung beschleunigen die Bereitstellung von NFV-Diensten für jede Cloud-Infrastruktur – physische, virtuelle (VMs/Container) und private Telco oder Public Clouds. Offene Technologien treiben eine bessere Interoperabilität und schnellere Innovation voran. Open-Source-Communities fördern neue Denkweisen sowie Lösungsansätze und tragen dazu bei, die Herstellerbindung zu verringern und die Flexibilität zu erhöhen.

Die ETSI-MEC-Architektur
Die ETSI-MEC-Architektur umfasst drei Management-Layer: einen für die Hosting-Infrastruktur, einen für die Applikations-Plattform und einen für Anwendungen und Services. Mit offenen, standardbasierten und hochskalierbaren Open-Source-Lösungen wie OpenStack für die Infrastrukturumgebung und Middleware für die Applikations-Plattform sind Netzbetreiber in der Lage, die Herausforderungen zu bewältigen. Aktuell konzentriert sich die ETSI Working Group auf die Entwicklung von offenen APIs für Schnittstellen zu Applikationen.

Durch eine Verknüpfung von ETSI NFV und Elemental Management Systems (EMS) mit APIs wie Traffic Offload Function (TOF), RNIS und einer Kooperation mit NFV-Applikationsentwicklungs-Tools wie dem Data Plane Development Kit (DPDK), dem Open Compute Project (OCP), Fast Data – Input/Output (FD.IO) und dem IO-Visor-Projekt ist ein gute Ausgangsbasis für den Aufbau eines auf Open-Source-Technologien basierten Telekommunikations-, 5G- und IoT- Ökosystems vorhanden.

Innovationen lassen sich am besten durch eine Zusammenarbeit zwischen Unternehmen und den Open-Source-Communities vorantreiben, die gemeinsam die nächste Generation von Mobilfunknetzen und 5G-Anwendungsszenarien entwickeln.

Ian Hood ist Chief Technologist – Global Service Provider bei Red Hat