Konvergierende Netzwerke ebnen Weg zur Bereitstellung von 5G
Wir merken es vielleicht kaum, aber das exponentielle Wachstum der Anzahl verbundener Geräte aller Arten – allgemein bekannt als das „Internet der Dinge“ – bringt die heute üblichen Infrastrukturen zunehmend unter Druck. Wie Dr. Pleros und Dr. Miliou von der Aristoteles-Universität in Thessaloniki, Griechenland, erklären, können Veranstaltungen mit besonders hohen Zuschauerkonzentration als gutes Beispiel dafür dienen, wie problematisch das Ganze sein kann: „Stellen Sie sich 10.000 Fans vor, die nahezu gleichzeitig in ihrem sozialen Lieblingsnetzwerk ein Foto oder Video eines Spielers hochladen, der ein Tor erzielt hat. Dabei entsteht eine gewaltige Menge an Datenverkehr, der nur sehr schwer in den Griff zu bekommen ist. Und das wird noch schlimmer, wenn Objekte wie etwa Autos miteinander verbunden und selbstfahrend werden. Damit ein Fahrzeug die richtige Entscheidung über das Wie und Wohin des Fahrens treffen kann, ist eine enorme Menge an Daten von einer hohen Anzahl von Sensoren erforderlich.“ Hier kommen die Next Generation Networks (NGN) ins Spiel oder sie müssten demnächst in Erscheinung treten. Anders als noch bei der linearen Weiterentwicklung von 3G- zu 4G-Netzwerken erfordert das Internet der Dinge einen vollkommenen Paradigmenwechsel, bei dem jedes Gerät entsprechend seinen Anforderungen in Betrieb gehalten wird. Hierzu sind heterogene Netzwerke, drahtlose Datenraten von bis zu 10 Gb/s, Latenzzeiten von weniger als 5 ms sowie die Fähigkeit erforderlich, einer viel höheren Endnutzerdichte standzuhalten – und das alles ohne zusätzlichen energetischen Aufwand. Da es keinen alleinigen technischen Weg gibt, um dieses Ziel zu erreichen, erfordert die Suche nach den richtigen Möglichkeiten einsatzbereite, gut ausgebildete Forscherinnen und Forscher, die gemeinsam potenzielle Lösungen auf den Prüfstand stellen. Genau das wollten Dr. Pleros und Dr. Miliou im Rahmen des COMANDER-Projekts realisieren. Schwerpunkt dabei sollte die nahtlose Konvergenz von Glasfaser- und Drahtlosnetzwerken sein. „Glasfaser- und Drahtlosnetzwerke werden derzeit als ein Muss für zukünftige 5G-Fronthaul-Netzwerke betrachtet, aber als COMANDER startete, wussten wir immer noch nicht, ob wir diese Lösung favorisieren sollten“, wie Dr. Pleros berichtet. „Indem wir Nachwuchsforscherinnen und -forscher fortbilden und Synergien zwischen Leuten aus den Bereichen Photonik und Drahtlostechnik erschaffen, konnten wir die ersten Grundpfeiler für konvergierende Glasfaser- und Drahtlosnetzwerke setzen und bis zu einem gewissen Grad Hilfestellung geben, drahtlose Glasfasernetzwerke als den zu verfolgenden Weg vorzugeben.“ Intelligentes Netzwerk Der Ansatz von COMANDER besteht im Wesentlichen in einer Senkung von Kosten und Energieverbrauch, indem die Antennen auf das Wesentliche abgespeckt werden. „Wir wissen, dass NGN eine viel höhere Anzahl von Antennen aufweisen werden, im Grunde genommen kleine Zellenantennen, die dann an Laternenpfählen oder anderen geeigneten Standorten angebracht werden. Ist aber jede dieser Antennen ausreichend intelligent, um ihre mobilen Nutzerinnen und Nutzer zu versorgen, wie es momentan der Fall ist, werden Kosten und Energieverbrauch für das Gesamtsystem unerschwinglich“, befürchtet Dr. Miliou. „Wollen wir Kosten und Energieverbrauch senken, brauchen wir diese Antennen als nahezu funktionslose Repeater.“ COMANDER stellt daher die Intelligenz des Netzwerks an der BaseStation bereit. An diesem zentralen Standort werden optische Schnittstellen sowie MT-MAC-Mechanismen (Medium-Transparent Medium Access Control) eingesetzt, um NGN-Intelligenz zu gewährleisten und gleichzeitig Leistungsziele zu erreichen. Wie Dr. Miliou betont, ist die Intelligenz der NGN für eine kostengünstige Bereitstellung von extremer Bedeutung, da „sie letztlich bedeutet, dass der Endbenutzer unabhängig davon, ob die Zwischenverbindung nur drahtlose, optische oder beides als Übertragungsmedien beinhaltet, Verkehr mit der BaseStation austauschen kann.“ Alles zusammengenommen hat das Projektteam eine konvergente Glasfaser- und Drahtlos-Netzwerkarchitektur zur Bereitstellung von drahtlosen Datenraten bis zu 1 GBit/s unter Einsatz von mm-Wellen-Drahtloskonnektivität entwickelt und demonstriert. Das Team nutzte die konvergente Infrastruktur sogar zum Einsatz zukunftsweisender Konzepte wie zum Beispiel Network Coding, um Latenz und Energieverbrauch weiter zu senken. „Wir beobachten ein steigendes Interesse der wichtigen großtechnischen Telekommunikationsbetreiber und -anbieter, sich an Aktivitäten zur Förderung der Netzwerkkonvergenz und Migration vom CPRI-Standard zur paketgestützten Ethernet-Kommunikation zu beteiligen, wobei gleichzeitig beständig mehr optische Technologien und photonische Chips übernommen werden. Alle jene Bereiche wurden von COMANDER mit Blick in die Zukunft entwickelt und darauf sind wir sehr stolz“, fasst Dr. Pleros zusammen.
Schlüsselbegriffe
COMANDER, Netzwerk, 5G, Basisstation, Glasfaser- und Drahtlostechnik, Netzwerke der nächsten Generation, Next Generation Network, NGN, Internet der Dinge