Connectivity 5G in Scheiben: Network Slicing einfach erklärt

Autor / Redakteur: Thomas Hainzel* / Sebastian Human

Im thematischen Umfeld des neuen Mobilfunkstandards 5G taucht immer wieder auch der Begriff des Network Slicing auf. Was verbirgt sich dahinter genau und wie können Unternehmen davon profitieren?

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So sieht das Network Slicing in einer schematischen Darstellung aus.
So sieht das Network Slicing in einer schematischen Darstellung aus.
(Bild: Nokia)

5G bedeutet einen Quantensprung für die Kommunikationsnetze mit Blick auf Geschwindigkeit und Datendurchsatz. Die Latenz sinkt bis in kaum wahrnehmbare Bereiche, gleichzeitig steigt die Zuverlässigkeit. Netzbetreiber können ihren 5G-Kunden – Unternehmen wie Privatkunden – dadurch eine Vielzahl neuer Dienste anbieten, die trotz unterschiedlicher Anforderungen alle das gleiche physische Netz nutzen. Möglich wird das mit dem so genannten Network Slicing. Das heißt: in ein und demselben physischen Netz stehen viele virtuelle Netze oder eben „Network Slices“ („Scheiben“) zur Verfügung, die für unterschiedlichste Anwendungen mit spezifischen Parametern gleichzeitig genutzt werden können.

5G macht’s möglich

Werfen wir einen Blick zurück: In bisherigen Mobilfunkgenerationen – von 2G bis 4G – bot das Netz allen Nutzern den gleichen Service. Benötigte ein Unternehmen eine wirklich garantierte Bandbreite für eine bestimmte Anwendung, etwa für Notfalldienste oder geschäftskritische Prozesse, brauchte es dafür ein zusätzliches, physisches Netz oder einen eher schwerfälligen VPN-Anschluss.

Das Network Slicing bei 5G löst dieses Problem. Der 5G-Standard ermöglicht es den Netzbetreibern gemäß den maßgeblichen Mobilfunk-Spezifikationen (3GPP), tausende virtuelle, eigenständige Netze innerhalb derselben physischen Infrastruktur einzurichten. Ganz gleich, ob es darum geht, ein Smartphone mit dem Internet oder einen Roboter mit einer Automatisierungsanwendung zu verbinden: der Netzbetreiber kann spezifische Service-Levels für ein bestimmtes Slice garantieren, als wäre es wirklich ein separates Netz. Für die Netzbetreiber bedeutet das: Der Großteil der Aufträge wird von produzierenden Unternehmen und speziell aus dem Logistik- und Automobilsektor kommen. Das Auftragsvolumen soll nach Angaben der GSMA, der Vereinigung der Mobilfunknetzbetreiber, bis zum Jahr 2025 300 Milliarden US-Dollar betragen. Aber auch für Privatkunden wird Network Slicing relevant sein, etwa beim Cloud-Gaming oder wenn 5G als Alternative zu Glasfaser genutzt werden soll.

Netzbetreiber können bestimmte Merkmale eines einzelnen Slice wie Geschwindigkeit, Latenz, Zuverlässigkeit und Sicherheit festlegen. Im Bereich des Flottenmanagements benötigen Kunden beispielsweise für unterschiedliche Funktionen spezielle Slices – ein Slice mit geringer Latenz und extrem hoher Zuverlässigkeit für Echtzeit-Verkehrsinformationen. Für das Bord-Entertainment dagegen ist eine geringe Latenz weniger wichtig, dafür jedoch eine höhere Bandbreite.

Zudem können die Slices schnell erstellt und aktualisiert werden – dank Automatisierung in nur wenigen Minuten, was besonders in kritischen Situationen entscheidend sein kann. Kommt es zum Beispiel auf einem vielbefahrenen Autobahnabschnitt zu einem Unfall, kann der Netzbetreiber in kürzester Zeit ein spezielles Network Slice zur Verfügung stellen, damit Einsatz- und Rettungskräfte für ihre Kommunikation oder einen Drohneneinsatz das öffentliche, physische Mobilfunknetz nutzen können, ohne eine Überlastung des Netzes befürchten zu müssen, etwa weil Neugierige den Unfall in die sozialen Medien streamen.

Oder man betrachtet eine Sporthalle beziehungsweise ein Fußballstadion: Dort könnte es ein Slice geben, damit Fans Selfies und Videos posten können, ein anderes Slice für die Sicherheit im Stadion und wieder ein anderes für die TV-Übertragung. Jede Nutzergruppe hat ganz andere Anforderungen und Prioritäten. Die Kapazitäten der einzelnen Slices sind entsprechend unterschiedlich verteilt: Der Datenverkehr auf den Sicherheits- und TV-Slices hat stets eine garantierte Bandbreite, selbst wenn alle Fans gleichzeitig versuchen, ihre Videoclips vom entscheidenden Tor zu posten. Während der Datenverkehr der mobilen Fernsehkameras über lokale Edge-Server abgewickelt wird, nutzt das Slice für die Fans die Server in der Cloud.

Orchestrierung und Automatisierung

Damit Unternehmen und Privatnutzer das enorme Potenzial von Network Slicing in Form spezifischer Services nutzen können, ist die Orchestrierung entscheidend. Netzbetreiber verkaufen ihren Kunden genauso wenig ihre Netze, wie Fluggesellschaften ihre Flugzeuge verkaufen. Sie verkaufen einen Service.

Die Orchestrierung bestimmt dabei die grundlegenden Abläufe für Netzverbindungen, um kommerzielle Dienste auf Basis von Service Level Agreements (SLAs) bereitzustellen. Wenn sich Endgeräte dann mit dem Netz verbinden, können sie über das festgelegte Slice den gebuchten Dienst nutzen. Mit der entsprechenden Orchestrierung ist das in großem Umfang möglich. Dafür werden zunächst die Parameter für bestimmte Dienste festgelegt, bei der folgenden Umsetzung wird gewährleistet, dass die Network Slices die vereinbarten Service-Levels unabhängig von Veränderungen in Datenverkehr, Nutzung, Ort oder Leistung einhalten.

Die Orchestrierung ist sozusagen die Schicht zwischen den verschiedenen Netzwerk-Controllern und den angebotenen kommerziellen Diensten. Sie erfolgt anforderungsbasiert, damit etwa Unternehmen aus der Industrie die Services genau für ihren Bedarf einkaufen können. Die jeweilige Anforderung wird dann in die erforderlichen Netzeinstellungen umgesetzt. Zwar sind die virtualisierten Netze im 5G-Zeitalter wesentlich komplexer als traditionelle Mobilfunknetze, aber sie können programmiert werden. Damit werden sie auch flexibler, so dass Netzbetreiber ihre Netze an spezielle Unternehmensbedarfe anpassen können. Dank der Programmierbarkeit sind alle Abläufe offen für eine Automatisierung. Das ist eine Grundvoraussetzung für den wirtschaftlichen Einsatz von 5G-Diensten auf der Basis von Network Slices. Netzausrüster wie Nokia stellen den Netzbetreibern die nötigen Tools zur Verfügung, die genau für diese Orchestrierung und Automatisierung ausgelegt sind. Slices können damit binnen Minuten eingerichtet, optimiert und angepasst werden, statt wie bei manuellen Prozessen in Stunden oder Tagen.

* Thomas Hainzel arbeitet als Head of EMEA Manufacturing & Logistics bei Nokia.

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