Connectivity 5G markiert den Aufbruch zu neuen Ufern

In den Mobilfunknetzen steht mit 5G in den nächsten Jahren eine grundlegende Umwälzung an. Die Entwicklungen dazu sind in vollem Gange. Open-Source-Technologien spielen dabei sowohl in den Kern- und den Zugangsnetzen als auch bei IoT-Anwendungsszenarien eine entscheidende Rolle.

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Jede neue Mobilfunkgeneration der letzten 20 Jahre stellte für sich genommen einen technologischen Meilenstein dar und hat zusätzliche Anwendungsszenarien erschlossen. War es anfangs das mobile Telefonieren an nahezu jedem Ort, so haben sich ab der dritten Mobilgeneration der Datenverkehr und das mobile Internet immer stärker in den Vordergrund geschoben. Aktuellen Prognosen zufolge wird das Internet of Things (IoT) einer der großen Nutznießer von 5G sein.

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Ein kurzer Blick auf die Marktentwicklung verdeutlicht das Potenzial. 2016 gab es erstmals weltweit mehr mobile Telefonanschlüsse als Menschen auf der Erde (1) (2). Die Zahl der vernetzten Fahrzeuge, Maschinen, Sensoren und Aktuatoren soll Prognosen zufolge 2021 auf mehr als 46 Milliarden anwachsen. Das wäre im Vergleich zu 2016 eine Steigerung um 200 Prozent (3). Für diese enorme Zahl an IoT-Geräten wird ein neues Mobilfunknetz benötigt – und 5G soll der Standard dafür werden.

Drei bedeutende Anwendungsszenarien für 5G

Parallel zu den ersten 5G-Laborversuchen und -Testinstallationen von Netzbetreibern und Technologielieferanten 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) zur Steigerung der Netzwerkkapazität und Performance: Mit Hilfe von zwei zentralen Eigenschaften von EMBB soll die potenzielle Nutzung von 5G gefördert werden. Das Ziel ist erstens, die gebäudeinterne Funkabdeckung zu verbessern, etwa in Bürogebäuden, Industrieanlagen und in Einkaufszentren, die heute nur aufwändig und kostspielig mit WLANs und Repeatern erschlossen sind. Zweitens soll eine größere Zahl von Endgeräten mit einem hohen Datenvolumen versorgt werden. So ist beispielsweise hochauflösendes Videostreaming bei vielen Nutzern in einer Zelle auf hohe Bandbreiten pro Nutzer in einer Zelle angewiesen.

• Massive Machine Type Communication (mMTC) für das Internet of Things: Im Unterschied zu vorherigen Mobilfunkgenerationen, bei denen eine neue Generation die alte ersetzte, sollen bei 5G vorhandene Merkmale der Machine-to-Machine-Kommunikation weiterentwickelt und um neue erweitert werden. Das gilt etwa für das kürzlich eingeführte „Narrow Band IoT“. Darüber hinaus soll 5G es erlauben, eine dichtere und flexiblere Abdeckung zu erzielen und damit die Kosten für IoT-Anwendungen zu senken.

• Ultra-Reliable and Low-Latency Communication (URLLC) für das IoT: URLLC wird einige wichtige Anwendungsszenarien für IoT in Bereichen wie Smart Manufacturing, der Überwachung von Vitaldaten, der Steuerung von Paketdrohnen oder autonomen Fahrzeugen erschließen. Diese sind auf höchste Verbindungsqualität, Verfügbarkeit und Störfestigkeit (Quality of Service) angewiesen.

Derzeit haben zahlreiche Mobilfunkbetreiber weltweit 5G-Testnetze aufgebaut und sammeln erste Erfahrungen. So hat die Deutsche Telekom Anfang September 2017 auf der IFA in Berlin einen 5G-Test aufgebaut, dessen Technologie vom Netzwerkspezialisten Huawei entwickelt wurde (4). Im Sommer 2017 präsentierte ZTE, ein international führender Anbieter von Lösungen für die Telekommunikationsindustrie sowie für Unternehmens- und Privatkunden im Bereich des mobilen Internets, auf dem Mobile World Congress (MWC) in Shanghai die Einführung eines 5G-Live-Feldtests in Guangdong, China (5). Dieser wird gemeinsam mit China Mobile durchgeführt. Darüber hinaus plant Korea Telecom (KT), die Olympischen Spiele 2018 als Auftakt für 5G zu nutzen (6).

Komplexe Architekturen in Mobilfunknetzen

Die Architekturen von Mobilfunknetzen sind komplex und umfassen eine Vielzahl von Elementen. Dies liegt zum teil daran, dass die Betreiber meist mehrere Mobilfunkgenerationen parallel betreiben und vielfältige Aspekte des Kernnetzes und des Funkzugangsnetzes (Radio Access Network, RAN) gleichermaßen berücksichtigen müssen. Einer der Schwerpunkte aktueller Tests und 5G-Entwicklungsvorhaben ist Multi-Access Edge Computing (MEC): eine hochverteilte, virtualisierte Architektur, die den Einsatz einer Vielzahl kleiner im Innen- und Außenbereich eingesetzter RANs am „Rand eines Mobilfunknetzes“ verlangt. Die RANs sammeln, aggregieren und verarbeiten Daten und leiten sie weiter.

Red Hat beispielsweise ist Mitglied in der MEC Working Group des European Telecommunications Standards Institute (ETSI). Diese Working Group befasst sich unter anderem mit der Definition von MEC-Anwendungsszenarien und Architekturdetails, die aktuelle Network- Functions-Virtualization (NFV)-Initiativen ergänzen.

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