Mobiles Netz der Zukunft

5G – Was noch zu tun ist

| Autor / Redakteur: Martin Klapdor* / Rainer Graefen

Der neue Mobilfunkstandard 5G hat einiges zu bieten, bringt aber auch gehörige Herausforderungen mit.
Der neue Mobilfunkstandard 5G hat einiges zu bieten, bringt aber auch gehörige Herausforderungen mit. (Bild: Gemeinfrei / CC0)

Mit Übertragungsraten von bis zu 10 Gbit pro Sekunde und niedrigen Latenzzeiten sollen im 5G-Netz ganz neue Anwendungsbereiche möglich werden. Doch bis dahin sind noch einige Hürden zu nehmen.

Das mobile Netz der fünften Generation weckt viele Erwartungen: Obwohl der offizielle Start der Technologie erst 2020 erwartet wird, gehen die ersten Anbieter schon dieses Jahr mit Pilotprojekten und Zubehör ins Feld. Das erste Smartphone mit Gigabit-Downloadrate wurde auf dem MWC im Februar vorgestellt, und ein erstes 5G-Modem soll in der zweiten Hälfte des Jahres auf den Markt kommen.

Mit Übertragungsraten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde, niedrigen Latenzzeiten von einer Millisekunde und weniger sowie Kapazitäten für Milliarden von Endgeräten sollen im neuen Netz ganz neue Anwendungsbereiche möglich werden. Doch bis dahin sind noch einige Hürden zu nehmen.

Technische Hürden: Welche Anforderungen hat 5G?

So existiert zum Beispiel noch kein Standard für die neue Technologie. Erst Mitte 2018 will die 3GGP, die Dachorganisation für Standardisierung im Mobilfunk, die erste Phase der Standardisierung abschließen. Diese ist aber Voraussetzung dafür, dass Netze und Endgeräte künftig problemlos miteinander kommunizieren. Besonders angesichts der großen Zahl an vernetzten Geräten – 5G bietet Kapazität für bis zu 100 Milliarden Endgeräte und soll vor allem die M2M-Kommunikation und das IoT vorantreiben – wird eine fehlerfreie Performance erfolgskritisch.

Eine weitere Hürde ist der Netzausbau, der in den nächsten Jahren erfolgen muss. Denn ein Netz für die Zukunftstechnologie existiert bisher nicht, und der Aufbau ist mit immensen Kosten verbunden. Neben zusätzlichen Antennen und Glasfaserkabeln werden deutlich mehr Funkzellen benötigt, um eine engmaschige Signalversorgung zu gewährleisten.

Laut einer Aussage von Telekom-Chef Timotheus Höttges auf dem MWC 2017 wird der Netzausbau allein in Europa mit 300 bis 500 Milliarden Euro zu Buche schlagen. Hinzu kommen Kosten für neue Frequenzen. Der hohe Investitionsbedarf bedeutet, dass sich die Technologie wohl eher schrittweise verbreiten wird: In Ballungszentren können Nutzer früher damit rechnen, in den Genuss von 5G zu kommen als auf dem Land.

Für einige Anwendungen, die darauf ausgelegt sind, überall zu funktionieren, ist das allerdings ein Problem. So benötigen beispielsweise Connected Cars ein engmaschiges Netz mit extrem niedrigen Latenzen, um Steuerungsdaten in Echtzeit zu übertragen. Die bestehenden Netze können dies nicht leisten.

Virtuelle Netze sind Voraussetzung für mehr Leistung

Die hohen Anforderungen an die Netze der nächsten Generation bedeuten zudem, dass sie ganz anders verwaltet und konfiguriert werden müssen als bisher. Die Schnelligkeit und Flexibilität, die 5G-Dienste verlangen, lassen sich mit dem heute gängigen Hardware-zentrierten Netzwerkmanagement nicht erreichen. Stattdessen müssen Netzwerkfunktionen virtualisiert, also per Software gesteuert werden.

Die entsprechende Technologie, Network Functions Virtualization (NFV), ermöglicht es, Netzwerkkomponenten wie Router, Switches, Firewalls oder Load Balancer auf virtuellen Maschinen laufen zu lassen. Dadurch können beispielsweise Control Plane und User Plane voneinander getrennt werden. Der Vorteil liegt darin, dass unterschiedliche Anwendungen und ihre spezifischen Lasten besser bewältigt werden können. Während beispielsweise Smartphones mit weniger Control Plane Sessions auskommen und auf der Datenebene eine deutlich stärkere Last erzeugen, gilt für IoT-Anwendungen das Gegenteil.

Um ein wesentliches Feature, geringe Latenzzeiten von 5G, umzusetzen, sind schließlich weitere Funktionen von NFV unabdingbar, wie das Network Slicing und Edge Computing. Beim Network Slicing wird das Netzwerk virtuell in „Scheiben“ geschnitten und jede Scheibe für eine bestimmte Aufgabe, etwa Reaktionsschnelligkeit oder Datenübertragung in einem bestimmten Frequenzbereich, optimiert. Damit ist das Netz in der Lage, den vielfältigen Anforderungen von Nutzern und Anwendungen besser gerecht zu werden.

Unter Laborbedingungen konnten Projekte von der Telecom und Ericsson bereits Latenzzeiten von weniger als eine Millisekunde erreichen. Eine weitere Möglichkeit, um Reaktionszeiten zu senken, besteht darin, Daten dort zu verarbeiten, wo sie entstehen. Dies wird Edge Computing genannt, also das Rechnen am Netzwerkrand. Neben geringer Latenz werden hierbei auch weniger Bandbreite benötigt. Eine Reihe von IT-Anbietern hat Konzepte für Edge Computing erarbeitet. Bis diese jedoch Marktreife erlangen, wird noch einige Zeit vergehen.

Business Case: Wie lässt sich mit 5G Geld verdienen?

Eine neue Technologie ist für Unternehmen natürlich auch immer eine Frage des Geldes. Welche Investitionen sind nötig und welche Einnahmen lassen sich dadurch realisieren? Das ist bei 5G nicht anders. Für Telekommunikationsanbieter könnte das neue Netz jedoch zum Befreiungsschlag werden.

Seit Jahren hat die Branche Probleme damit, zwischen Infrastrukturausbau, steigenden Datenmengen und sinkenden Verbrauchskosten profitabel zu bleiben. IoT-Anwendungen, die durch 5G flächendeckend möglich werden, eröffnen Netzbetreibern neue Einnahmequellen. Besonders hoffnungsvoll blicken die Betreiber auf den B2B-Bereich, um die hohen Investitionskosten wieder reinzuholen. Die Stichworte hier sind Connected Cars, Smart Factories und Smart Cities. Hingegen werden Performance-Verbesserungen im Consumer-Bereich vor allem bei Medienstreaming und Augmented Reality erwartet.

Martin Klapdor.
Martin Klapdor. (Bild: Netscout / Schwarz Petra Vallentin)

Die technischen und finanziellen Hürden, die bis zum Rollout von 5G noch zu nehmen sind, sind beachtlich. Trotz des Enthusiasmus in der Telekommunikationsbranche und vielen Modellprojekten ist es fraglich, ob das neue Netz wie geplant 2020 starten kann. Unabhängig davon wird der Umstieg von 4G auf 5G nicht von heute auf morgen erfolgen. Der hohe Investitionsbedarf sowie Einschränkungen bei Technologien und Anwendungen werden dafür sorgen, dass beide Netze – LTE und 5G – für eine Weile parallel nebeneinander bestehen werden.

Über den Autor

Martin Klapdor ist Senior Solutions Architect bei Netscout Systems.

* Diesen Beitrag haben wir von unserem Schwesterportal IP-Insider übernommen

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