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Anforderungen an die 5G-Kernnetze
Das 5G-Kernnetzwerk soll schnelle Kommunikation und Datenverarbeitung für Millionen von Geräten liefern. Dazu sind weitere Funktionen für die 5G-Bereitstellung erforderlich.
Die Migration zu einem nativen 5G-Kern stellt für die meisten Mobilfunkbetreiber eine zentrale Herausforderung bei der Einführung neuer, schneller Dienste der fünften Generation dar. Den 5G-Kern dürfte wahrscheinlich eine Weiterentwicklung der bestehenden 4G-Infrastruktur bilden, da die Provider neue Funktionen auf Basis von Microservices anbieten. Darunter ist Netzwerk-Slicing mit angepassten Datenraten und Kapazitäten für verschiedene Anwendungsszenarien sowie verbesserte Unterstützung für IoT-Geräte.
Befürworter von 5G reden poetisch über die Vorzüge der neuen Mobilfunkgeneration, einschließlich schneller Datenraten, Netzwerk-Slicing, IoT-Unterstützung und flexibler Bereitstellung neuer Dienste. Trotz des Hypes sind 5G-Implementierungen real. Sie werden in den nächsten fünf bis sieben Jahren voraussichtlich evolutionär und in kleinen Schritten eingeführt.
Die 5G-Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, und die Standards entwickeln sich immer weiter. Die ersten Implementierungen von 5G werden in Großstädten oder für große Events wie die Olympischen Spiele erfolgen. Ein weiterer Business Case für 5G sind feste Breitbanddienste, die mit bestehenden Ethernet-Services konkurrieren oder diese ergänzen. Die schnellen 5G-Dienste erfordern im Vergleich zu 4G umfangreiche (und teure) Ausbauten des Glasfasernetzes und die drei bis vierfache Anzahl von Funkzugangsnetzen (RAN, Radio Access Network).
Definition der Kern-Funktionen
Der drahtlose Paketkern vereint Sprache und Daten auf einer IP-Architektur, die es den Betreibern ermöglicht, eine umfassende Palette von Diensten für ihre Privat- und Geschäftskunden anzubieten und zu steuern. Der Netzwerkkern authentifiziert Geräte und verfolgt deren Verbindungen über das Netzwerk. Dadurch ist es möglich, das RAN und die Schnittstellen zu den operativen und Geschäftssystemen zentral zu steuern.
Zu den diskreten Kernfunktionen gehören unter anderen Routing, Quality of Service (QoS), Deep Packet Inspection (DPI) und eine Reihe von Sicherheitsfunktionen. Die Kernarchitektur sieht die Trennung von Steuerebene, Datenebene und Abonnementverwaltung vor.
Anforderungen an das Design des 5G-Kerns
Die Anforderungen an 5G-Kernnetze werden typischerweise durch Hochgeschwindigkeits-Datendienste und eine massive Anzahl von Geräten definiert, die in zukünftigen 5G-Netzen miteinander vernetzt sind. Die Hersteller nutzen die Skalierbarkeit ihrer Benutzer- und Datenebenen, um die maximale Datenkapazität mit Millionen von Verbindungen flexibel zu verwalten. Für Betreiber mit bestehenden 4G-Netzen – und damit der überwiegenden Mehrheit – sind die reibungslose Migration zu 5G und die Interoperabilität mit bestehenden 4G-Diensten entscheidend.
Das 5G-Kernnetzwerk fordert gemäß der Standardspezifikation eine komplette Überarbeitung der Funktionen für die Steuerungs- und Datenebenen (Control Plane und Data Plane). Dazu gehören Network-Slicing-Funktionen, die es den Betreibern ermöglichen, bestimmte Kunden, Anwendungen und Gerätetypen virtuell zu isolieren und unterschiedliche Service- und Sicherheitsstufen bereitzustellen. SDN-Controller (Software-defined Networking) stellen die zentrale Steuerungsfunktionalität zur Verfügung.
Das 5G-Kernnetzwerk wird neu entwickelte Mikroservices umfassen, die auf containerbasierten Plattformen mit so genannten Cloud-nativen Architekturen laufen, um Skalierbarkeit und Flexibilität zu verbessern. Auf diese Weise lassen sich Kernfunktionen des Netzwerks an jedem beliebigen privaten oder sogar öffentlichen Cloud-Standort bereitstellen. Betreiber können offene APIs nutzen, um von offenen Software-Ökosystemen zu profitieren und neue Anwendungen schnell auszuliefern.
Die wichtigsten 5G-Lieferanten
Führende Anbieter von Mobilfunktechnologie wie Ericsson, Huawei und Nokia gehen bei 5G-Kernimplementierungen voran. Weitere Anbieter mit kernspezifischen Angeboten sind Affirmed Networks, Cisco, Oracle und Mavenir. Die 5G-Core-Netzwerksoftware läuft auf offener Hardware für die Virtualisierung von Netzwerkfunktionen (NFV, Network Functions Virtualization), meist sind das x86-Server, und unterstützt OpenStack- sowie NFV-Implementierungen über VMware.
Betreiber priorisieren Verbesserungen bei RAN und Datenverarbeitung
Die Investitionen in 5G befinden sich in einem frühen Stadium, das Ausrollen erfolgt schrittweise binnen fünf bis sieben Jahren. Die meisten Betreiber setzen derzeit Prioritäten bei 5G-Investitionen in den Funk- und Backhaul-Teilen ihres Netzwerks, um höhere Datengeschwindigkeiten zu erreichen. Diese Migration erfordert eine enge Interoperabilität zwischen bestehenden 4G- und neuen 5G-Kernnetzen, da fast alle Anbieter sowohl 4G- als auch 5G-Netze gleichzeitig betreiben werden.
Die 5G-Kernarchitektur unterscheidet sich deutlich von der 4G-Architektur – sie teilt, verschmilzt und fügt Kernfunktionen hinzu, um die Steuerungs- und Datenebene besser zu trennen. 5G-Kernnetze müssen die Datenverarbeitung signifikant verbessern, um die schnelle Kommunikation und Network Slicing steuern zu können. Den Herstellern zufolge lässt sich dieser Verarbeitungsbedarf durch eine effizientere Netzwerkvirtualisierung im umgebauten Kernnetzwerk teilweise kompensieren.
Die Migration zum 5G-Kern dürfte aufgrund der kommenden Standards und der Komplexität des Übergangs von 4G auf 5G eine Herausforderung darstellen. Durch die klare Trennung von Steuerungs-, Daten- und Teilnehmerfunktionen sind Implementierungen mit 5G-Technologie von mehreren Anbietern möglich. Offene APIs werden eine Anpassung ermöglichen, aber das Fehlen eines tragfähigen Ökosystems für unabhängige Softwareanbieter wird Innovationen behindern.
