Neuartige 5G-Architektur basierend auf virtuellen Netzwerken
5G verspricht, eine neue Ära der Verbundenheit einzuläuten, in der alles und jeder, der von einer mobilen Verbindung profitieren kann, auch eine haben wird. Neben den enormen Auswirkungen, die es auf unser tägliches Leben und unsere täglichen Geschäfte haben wird, steht 5G auch für die Gelegenheit, ein agiles Netzwerk zu schaffen, das sich an die unterschiedlichen Bedürfnisse bestimmter vertikaler Branchen wie Energie, Verkehr, Bildung und Wirtschaft anpassen kann. Zum Beispiel werden einige Einrichtungen möglicherweise mehr Kapazität, eine erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit oder eine schnellere Reaktionszeit benötigen. Die Anforderungen für die Umsetzung der 5G-Technologie können nicht einfach durch die Einführung einer neuen Funkzugangstechnologie erfüllt werden; stattdessen ist eine Überarbeitung der gesamten Netzwerkarchitektur erforderlich. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts 5G NORMA haben führende Akteure des mobilen Ökosystems daran gearbeitet, die Führungsposition Europas im Bereich 5G zu untermauern. Das Hauptziel bestand in der Entwicklung einer konzeptionell neuen, anpassbaren und zukunftssicheren 5G-Mobilfunknetzarchitektur. Diese Architektur sollte die Anpassung des Netzwerks an eine Vielzahl von dienstspezifischen Anforderungen ermöglichen und zu einer neuen, dienstbewussten und kontextsensitiven End-to-End-Funktionskette führen. Angepasste Netzwerke 5G NORMA hat es sich zum Ziel gesetzt, die vielfältigen Anforderungen, die an mobile Dienste der nächsten Generation gestellt werden, durch eine flexible End-to-End-Architektur zu erfüllen, die sowohl Funkzugangsnetz- als auch Kernnetzaspekte berücksichtigt. Der erste Schritt in Richtung dieser flexiblen Architektur war die Zerlegung von Netzwerkfunktionen. Dies bedeutet, dass einige im Funkzugangsnetz konsolidierte Netzwerkfunktionen von der physischen in die virtuelle Welt übergehen. „Die vorgeschlagene Architektur erlaubt die Erstellung dedizierter virtueller Netzwerke auf einer gemeinsamen physischen Infrastruktur. Diese virtuellen Netzwerke werden dann an die spezifischen Anforderungen von Anwendungen, Diensten, Geräten, Kunden oder Betreibern angepasst“, betont Projektkoordinator Peter Rost. Die flexible Zuordnung von Netzwerkfunktionen bietet eine erhöhte Flexibilität bei der Bereitstellung, da anstatt verschiedene Parametrisierungen einer gemeinsamen virtuellen Netzwerkfunktion (VNF) einzuführen, verschiedene VNF unterschiedlichen Diensten zugewiesen werden können. „Ein wichtiger Aspekt der von 5G NORMA vorgeschlagenen flexiblen Architektur war die Fähigkeit, verschiedene Funktionen oder Funktionsbausteine – sowohl in Bezug auf den Betrieb als auch auf den physischen Standort – zu konfigurieren und sie unterschiedlichen Netzwerkebenen zuzuordnen“, erklärt Rost. Insgesamt entwickelte das Projektteam 25 Funktionsbausteine für Zugangs- und Kernnetze. Verwaltung der Netzwerkebenen Die Netzwork-Slicing-Lösung von 5G NORMA – die Aufteilung der Netzwerkarchitektur in virtuelle Elemente – nutzt neben der VNF auch die Möglichkeiten der softwaredefinierten Vernetzung. Jede Netzwerkschicht wird durch einen dedizierten softwaredefinierten mobilen Netzwerkcontroller (Software-defined Mobile Network Controller, SDMN-C) gesteuert, wohingegen der gemeinsam genutzte Teil mithilfe des SDMN-C-Koordinators kontrolliert wird, der mehrere Ebenen umfasst. Ein SDMN-Orchestrator wird verwendet, um die Ebenen während ihres gesamten Lebenszyklus zu verwalten. Darüber hinaus erstellte das Projektteam auch Schnittstellen zwischen den verschiedenen Modulen und entwickelte mehrere Methoden, um die Interaktion zwischen den einzelnen Systemkomponenten zu charakterisieren. Die Anpassungsfähigkeit der Architektur wird durch Mehrmandanten- und Mehrdienstkonzepte weiter verbessert. Das Mehrmandantenkonzept bezieht sich auf die Fähigkeit, mehrere Dienstanbieter aus einer gemeinsamen Infrastruktur heraus zu bedienen. Das Mehrdienstkonzept hingegen beschreibt die Bereitstellung verschiedener Dienste mit unterschiedlichen Anforderungen an die Dienstleistungsqualität hinsichtlich Durchsatz und Zuverlässigkeit von einer einzigen Netzwerkplattform aus. „Das Konsortium war bestrebt im Rahmen von 5G NORMA die wirtschaftliche Nachhaltigkeit des Netzbetriebs zu gewährleisten und Chancen für neue Akteure zu eröffnen, während gleichzeitig eine zukunftssichere Architektur kostengünstig und energieeffizient eingesetzt wird“, fasst Rost zusammen. Angesichts der Tatsache, dass die Einnahmen der Dienstanbieter hauptsächlich von Postpaidkunden stammen, sollte es den Dienstanbietern durch End-to-End-Network Slicing ermöglicht werden, neue Geschäftsmöglichkeiten mit vertikalen Branchenkunden zu schaffen.
Schlüsselbegriffe
5G NORMA, 5G, virtuelles Netzwerk, Netzwerkarchitektur, flexible Architektur, Netzwork Slicing, mobile Dienste, virtuelle Netzwerkfunktion