Privatfunk

von Mathias Hein

Für die zeitsensitive Steuerung von IoT-Geräten ist die Vernetzung per WLAN in Sachen Performance und Latenz nicht ausreichend. Daher setzen Unternehmen auf 5G-Campusnetze. Doch damit einhergeht die Bindung an einen Anbieter. Open RAN ist ein Konzept, das auf der Interoperabilität und Standardisierung von RAN-Elementen basiert und einen einheitlichen Verbindungsstandard für verschiedene Mobilfunkanbieter umfasst. So lassen sich private 5G-Netze flexibler realisieren.

Die ersten Mobilfunknetze GSM (2G) und UMTS (3G) waren nur auf den leitungsvermittelten Sprachdienst ausgerichtet. Dagegen sah UMTS bereits ein Zusammenwachsen mit paketvermittelden Netzen vor (All-IP-Ansatz). Viele 5G-Netzbetreiber verfügen auf Grund ihrer Historie noch über GSM-, UMTS- und LTE-Infrastrukturen. Die Einführung einer 5G-Infrastruktur kann daher mehreren unterschiedlichen Ansätzen (in der Standardisierung als Optionen bezeichnet) folgen. Vorhandene GSM- und LTE-Infrastrukturen lassen sich in 5G weiter nutzen und (vereinfacht) nur eine 5G-Luftschnittstelle (New Radio; NR) einführen.

Evolution der Netzarchitekturen

Die unterschiedlichen Anforderungen sind nicht mit einer einheitlichen Netzarchitektur und einer Luftschnittstelle zu realisieren. Aus diesem Grund unterstützt 5G nicht nur eine NR, sondern viele unterschiedliche Netzzugänge. Die verschiedenen Luftschnittstellen müssen für den jeweiligen Anwendungszweck konfigurierbar sein. Innerhalb von verschiedenen Netzabschnitten sollen separierte Bereiche innerhalb eines Zugangssystems oder Netze mit unterschiedlichen Eigenschaften (Datenraten, Latenzzeiten, Sicherheit der Übertragung und der Verbindungsdichte) bereitgestellt werden. Die Architektur des Transportnetzes basiert auf Software-defined Networking (SDN). Damit sind die Eigenschaften des 5G-Zugangs in den unterschiedlichen Umgebungen und für die verschiedenen Dienste nicht gleich, sondern unterscheiden sich in den jeweils bereitgestellten Funkzugängen, Netzeigenschaften und Diensten. Die Realisierung der Netzfunktionen basiert auf dem Ansatz der Virtualisierung (Network Functions Virtualization; NFV).

Nachdem UMTS schnellere Übertragungsgeschwindigkeiten und LTE geringere Laufzeiten ins Netz gebracht hatten, reagierte 5G flexibel auf die neuen Anforderungen. Es musste neue Endsysteme wie etwa M2M, Fahrzeuge und IoT, eine sehr große Anzahl von Terminals und verschiedene Übertragungs- und Zugangstechniken unterstützen. Außerdem sollte eine hohe Sicherheit der Übertragung in Kombination mit einer hohen Verfügbarkeit und sehr kurzen Übertragungszeiten realisiert werden. In der Praxis sind hierfür Funkzellen für große Gebiete als auch sehr kleine Zellen mit einer großen Verkehrsdichte (Ultra Dense Networks) erforderlich.

Im Prinzip besteht ein 5G-Netz aus der Kombination von einem "Radio Access" (Radio Access Network; RAN von LTE) dem "New Radio" (von 5G) und dem WLAN oder andere Zugangstechniken. Hinzu kommen ein Transportnetz zur Aggregation von Zugangssystemen, ein Core-Netz und angeschaltete Data Center, die die verschiedenen Netzfunktionen als virtuelle Maschinen sowie Anwendungen und Dienste bereitstellen. Die daraus resultierenden offenen RAN-Standards (Open Radio Access Network) ermöglichen es jeder Organisation, RAN-Produkte zu entwickeln, die dank der Standardschnittstellen zusammenarbeiten können.

Open RAN, OpenRAN und ORAN

Bevor wir über Open RAN sprechen, müssen wir kurz in die wunderbare Welt der IT-Akronyme eintauchen, denn in diesem Fall besteht sehr hohe Verwechslungsgefahr. Open RAN ist ein Konzept der drahtlosen Telekommunikation, das darauf abzielt, Hardware und Software voneinander zu trennen und offene Schnittstellen zwischen diesen beiden Komponenten zu schaffen.

Hingegen kann sich "OpenRAN" auf eine der beiden Gruppen innerhalb des Telecom Infra Projects beziehen: Die OpenRAN-Projektgruppe, die eine Initiative zur Definition und Entwicklung von 2G-, 3G- und 4G-RAN-Umgebungen auf der Grundlage von universeller, herstellerneutraler Hardware und softwaredefinierter Technologie ist, oder die OpenRAN 5G NR-Projektgruppe, die sich auf 5G NR konzentriert. Schließlich finden sich noch "O-RAN" und "ORAN". O-RAN – die Bezeichnungen mit dem Bindestrich – beziehen sich auf die O-RAN Alliance, die neue RAN-Spezifikationen veröffentlicht, offene Software für das RAN bereitstellt und ihre Mitglieder bei der Integration und Prüfung ihrer Implementierungen unterstützt. ORAN hingegen beschreibt die Open-RAN-Bewegung – O-RAN mit Bindestrich bezieht sich jedoch immer auf die O-RAN Alliance.

Derzeit gibt es zwei dominierende ORAN-Standardisierungsgremien: die O-RAN Alliance [1] und das Telecom Infra Project (TIP) [2]. Das Ziel der Schaffung von ORAN-Standards besteht darin, neue Anbieter auf den RAN-Markt zu bringen und den Produkten von Einzelanbietern weitere Optionen zu geben. Die ORAN-Architektur orientiert sich einerseits an Offenheit, denn offene Schnittstellen sind unerlässlich, damit die Anbieter und Betreiber ihre eigenen Dienste einführen oder das Netz an ihre eigenen Bedürfnisse anpassen können. Offene Schnittstellen ermöglichen auch wettbewerbsfähigere und dynamischere Ökosysteme von Anbietern. Ebenso ermöglichen Open-Source-Software und Hardware-Referenzdesigns schnellere Innovationen.

Der zweite Aspekt ist die Intelligenz: Netze werden durch 5G, die Verdichtung der Nutzer und anspruchsvollere Anwendungen immer komplexer. Um dies in den Griff zu bekommen, kann nicht auf herkömmliche Methoden zur Bereitstellung, Optimierung und zum Betrieb eines Netzes zurückgegriffen werden. Stattdessen müssen die Netze selbststeuernd sein, sie sollten in der Lage sein, künstliche Intelligenz zu nutzen, um die betrieblichen Netzfunktionen zu automatisieren und die Betriebskosten zu senken. Die eingebettete Intelligenz, die sowohl auf Komponenten- als auch auf Netzebene arbeitet, ermöglicht eine dynamische lokale Zuweisung von Funkressourcen und optimiert die netzweite Effizienz. In Kombination mit offenen Schnittstellen ist eine KI-optimierte Closed-Loop-Automatisierung möglich und wird eine neue Ära des Netzbetriebs ermöglichen.

Offene Standards für Network Controller

Die Open-RAN-Architektur ermöglicht die Nutzung der Virtualisierung, um ein Standard-RAN in mehrere Systeme aufzuteilen, die auf COTS-Servern (Commercial Off-The-Shelf; Standardprodukte) laufen und über offene Netzwerkschnittstellen verbunden sind. Die O-RAN Alliance definiert drei Hauptsysteme der Open-RAN-Architektur:

- Radio Unit (RU): Die RU, auch "Re-mote Radio Head-RRH" genannt, befindet sich am Zellstandort in der Nähe der Antenne und sendet, empfängt, verstärkt und digitalisiert HF-Signale.

- Distributed Unit (DU): Dieses System interagiert mit der RU und bietet die Verarbeitung für untergeordnete Netzwerkschichten, bevor es digitalisierte Funksignale in das Netzwerk sendet.

- Centralized Unit (CU): Interagiert mit mehreren DUs und leitet das digitalisierte Funksignal an das Netz oder das Internet weiter.

- RAN Intelligent Controller (RIC): Der RIC ist ein softwaredefiniertes System, das die Steuerung und Optimierung des RAN unterstützt. Es ist einzigartig in der Open-RAN-Architektur. Das RIC besteht aus zwei Teilen: dem Nicht-Echtzeit-RIC und dem Fast-Echtzeit-RIC, die Ereignisse und Ressourcen verwalten. Das RIC beherbergt sowohl Nicht-RT-Anwendungen (rApps) als auch Near-RT-Anwendungen (xApps) von Drittanbietern.

Jedes dieser Systeme ist durch standardisierte offene Schnittstellen miteinander verbunden, die es den Mobilfunkbetreibern ermöglichen, eine optimierte Open-RAN-Umgebung zusammenzustellen.

Der Schlüssel der ORAN-Architektur basiert auf der Erweiterung des SDN-Konzepts und somit auf dem Entkoppeln der Steuerebene (Control Plane; CP) von der Benutzerebene (User Plane; UP) im RAN bei gleichzeitiger Einbringung eingebetteter Intelligenz. Dies erweitert die CP/UP-Teilung der CU, die innerhalb von 3GPP durch die E1-Schnittstelle bereitgestellt wird, und verbessert die traditionellen RRM-Funktionen, die durch eingebettete Intelligenz über den RIC eingeführt werden.

Die Intelligenten RAN-Controller (RIC) treten wie eben schon angerissen in zwei Formen auf. Die beiden Controller tragen ihre Namen entsprechend ihrer Antwortzeiten. Das Nicht-Echtzeit-RIC benötigt eine Sekunde oder mehr, um seine Funktionen auszuführen, und das echtzeitnahe RIC führt Funktionen zwischen 10 Millisekunden und einer Sekunde aus.

Das Nicht-Echtzeit-RIC ist eine logische Funktion. Dabei handelt es sich um Software und nicht um Hardware. Es befindet sich im System zum Verwalten und Orchestrieren von Diensten (Service Management and Orchestration; SMO). In diesem RIC sind die Richtlinien untergebracht, auf die das echtzeitnahe RIC zur Durchsetzung verweist. Das Nicht-Echtzeit-RIC verwaltet Modelle für maschinelles Lernen (ML), die das echtzeitnahe RIC dann verwendet, um Entscheidungen auf der Grundlage des aktuellen Netzwerkkontexts zu treffen. Es ist nur mit dem echtzeitnahen RIC verbunden und stellt die für die RAN-Optimierung erforderlichen Richtlinien, Daten und ML-Modelle bereit.

Das Fast-Echtzeit-RIC ist ebenfalls eine logische Funktion. Diese kommuniziert zwischen der Anwendungsschicht, die in ihm und dem Nicht-Echtzeit-RIC existiert, und der Infrastrukturebene, die die offene Zentraleinheit (O-CU) und die offene verteilte Einheit (O-DU) umfasst. In diesem Modell hat die O-CU eine getrennte Kontroll- und Benutzerebene, um der Architektur mehr Flexibilität zu verleihen. Dieses RIC steuert und optimiert die unteren Ebenen des RAN direkter. Es nutzt künstliche Intelligenz für Automatisierungszwecke und um zu entscheiden, wann Richtlinien durchgesetzt werden sollen, die unter anderem das Routing und die Dienstgüte (QoS) steuern.

Standardisierte Verwaltung und Orchestrierung

Das Nicht-Echtzeit-RIC ist Teil des SMO-Konzepts, das eine Kombination aus mehreren Verwaltungsdiensten darstellt. Auch die Unterstützung des Managements des Netzkerns, des Transports und der Netzaufteilung ist möglich. Abgesehen vom Nicht-Echtzeit-RIC umfasst SMO die Verwaltung und Orchestrierung der offenen Cloud (O-Cloud) sowie die FCAPS-Dienste für die ORAN-Netzwerkelemente. FCAPS steht für "Fault" (Fehler), "Configuration" (Konfiguration), "Accounting" (Abrechnung), "Performance" (Leistung) und "Security" (Sicherheit). Dies sind Verwaltungskategorien für das Warten und Sichern der virtualisierten ORAN-Netzwerkfunktion. Die O-Cloud ist eine Sammlung von physischen RAN-Knoten, die die RICs, CUs und DUs beherbergen, die Softwarekomponenten wie Betriebssysteme und Laufzeitumgebungen sowie die SMO. SMO verwaltet und orchestriert die O-Cloud von innen heraus.

Die 5G-Spezifikationen sind strikt nach User und Control Plane getrennt. Damit lassen sich alle Funktionen der Control Planes in virtuelle Netzfunktionen überführen. Selbst der Steuerungsteil der Basisstationen oder der Base Station Controller lassen sich als virtuelle Instanzen in der NFV-Architektur realisieren. Die User Plane ist ab UMTS-Phase 2 auf IP-Netze abzubilden, hier kommt mit 5G die Technik des SDN als flexible Transportplattform hinzu. Für die Übertragung von Sprache und Daten ist dann nur noch eine Transportplattform im Netz notwendig.

Innerhalb der Infrastruktur des Mobilfunknetzes können Ressourcen zwischen verschiedenen Anbietern oder unterschiedlichen Betreibern von 5G-Teilnetzen geteilt oder Zugänge zu bestimmten Funktionen oder Basisstationen ermöglicht werden. Daneben lassen sich virtuelle Privatnetze für Unternehmen in die Infrastruktur einbetten und diese individuelle Eigenschaften und gegebenenfalls separaten Luftschnittstellen innerhalb des SDN-Netzes besitzen.

Auf der Basis des Software-defined Networking sind sowohl die einzelnen, virtuellen Netzfunktionen als auch die Basisstationen und Leitungen flexibel nutzbar, um verschiedene öffentliche oder auch private Mobilnetze zu bilden. Mit entsprechenden Vorgaben durch den SDN-Controller teilen Dienst- und Netzanbieter dadurch flexibel Netzressourcen (Network Slicing). Das nutzt die Basisstationen besser aus oder erlaubt, bisher geografisch nicht abgedeckte Bereiche für einzelne Betreiber zu erschließen. Weitere Möglichkeiten zur Vermeidung von lokalen Verkehrsengpässen bieten umfangreiche Möglichkeiten zur Verkehrsverteilung (Loadbalancing) innerhalb der Netze, aber auch an der Luftschnittstelle. Zur besseren Lastverteilung können auch Handover-Prozeduren für eine Verlagerung einzelner Kommunikationen auf andere Basisstationen zum Einsatz kommen.

NFV kann die Anforderungen unterschiedlicher Teilnetze mit genau angepassten Leistungen abbilden. Dadurch stehen sowohl große Bandbreiten für allgemeine Internetanwendungen als auch sehr kurze Laufzeiten für IoT und M2M zur Verfügung. Das 5G-Gesamtnetz wird quasi in spezialisierte Scheiben geschnitten. Eine jeweilige Scheibe besteht dann aus einer oder mehreren Luftschnittstellen und den dazugehörigen Netzfunktionen, realisiert als spezialisierte VM. Zur Anpassung an die verschiedenen Anforderungen ist die Luftschnittstelle konfigurierbar, sie ist also an die verschiedenen Anforderungen durch Konfiguration anpassbar. Um möglichst kurze Reaktionszeiten zu erhalten, wandern die Netzfunktionen und Dienste dicht an die Access-Systeme heran (Edge Computing).

Viele mögliche Luftschnittstellen

5G ermöglicht sehr viele, sehr unterschiedliche Mobilzugänge. Durch die einheitlichen Netzstrukturen ist es mittels angepasster Access-Systeme möglich, sehr verschiedene Mobilfunksysteme oder Festnetzanschlüsse, einschließlich WLAN, an Netze auf SDN-Basis anzubinden. In einigen sehr breitbandigen Zugangssystemen (wie LTE oder WLAN) sind oft die geografischen Abdeckungsbereiche relativ klein. Dies erfordert sehr viele Basisstationen, um eine größere Abdeckung zu realisieren. Zunehmend wird dabei auch die übergreifende Nutzung von Fest- und Mobilnetz interessant.

In den klassischen Netzen ergeben sich damit Probleme. Beispielsweise arbeiten die Mobil- und Festnetze völlig autonom, dass heißt, sie vergeben dynamisch eigene IP-Adressen. Mit einem Übergang vom Festnetz zum Mobilnetz verfügt das Terminal des Benutzers über unterschiedliche IP-Adressen. Problematisch ist dies, wenn es kein komplettes Umschalten von der einen zur anderen Infrastruktur gibt. So existieren schon seit einiger Zeit sogenannte Hybrid-Angebote, bei denen eine bestimmte Bandbreite des Festnetzes bereitgestellt wird und das Hinzufügen von Mobilfunk-Datenkanälen Verkehrsspitzen abfängt. In diesem Fall hat ein Terminal zwei IP-Adressen in unterschiedlichen Netzen und nutzt beide gemeinsam als einen Dienst. Die Bandbreite steht dabei immer nur für kurze Zeit und bei Bedarf bereit.

Für die unterschiedlichen Bereiche und die verschiedenen Anforderungen an die Übertragung an der Luftschnittstelle der verschiedenen Radio Access Netwoks werden unterschiedliche Frequenzbereiche und verschiedene Eigenschaften unterstützt. Zusammen decken Markozellen mit circa 50 Kilometer Radius, Metro-/Micro-Zellen mit rund 2 Kilometer Radius und Pikozellen mit 20 bis 100 Meter Umfang alle Bereiche ab. Für unterschiedliche Anforderungen kommen verschiedene Frequenzbereiche zum Einsatz:

- Unterhalb von 1000 MHz (700-MHz-Bereich) für die Abdeckung großer Flächen mit einer großen Reichweite und hoher Durchdringung von Gebäuden.

- Im Frequenzbereich um 3,5 GHz (beispielsweise 3,7 bis 3,8 GHz für 5G-Campusnetze) können größere Bandbreiten mit sehr vielen mobilen Geräten in einer Zelle unterstützt werden.

- Für sehr große Bandbreiten (bis zu 20 GBit/s), aber einer sehr begrenzten Reichweite und für kleine Funkzellen in der lokalen und Indoor-Kommunikation stehen Funkschnittstellen im Bereich oberhalb von 24 GHz zur Verfügung.

Funktionstrennung im Netz

Die Grundidee des Network Slicing ist die Realisierung von verschiedenen, virtuellen Netzen mit einer physischen Infrastruktur. Ein Slice bietet besonderes hohe Verfügbarkeit und geringe Laufzeiten, ein anderes ist für eine lange Batterielebensdauer in den Endgeräten und sehr kleine Datenraten optimiert und wieder ein anderes für die klassische Datenkommunikation mit einer möglichst großen Geschwindigkeit.

Die hohe Anzahl an verschiedenen Zugangstechnologien mit den gleichzeitig verschiedenen Eigenschaften der zu übertragenden Datenströme stellen hohe Anforderungen an eine flexible Netzinfrastruktur. Die unterschiedlichen Dienste können zudem unabhängige Teilnetze mit speziellen Eigenschaften erfordern. Die 5G-Standardisierung bezeichnet diese Teilnetze als Network Slices. Ein Network Slice wird durch eine Zuweisung von Ressourcen der virtuellen Maschinen und eine vorgegebene Vernetzung innerhalb eines universell nutzbaren physischen Netzes gebildet – unterstützt durch SDN. SDN zusammen mit NFV und virtuellen Maschinen bei der Dienstbereitstellung ermöglichen neue Architekturen der Netze. Die ITU-T definiert hierzu ein Schichtenmodell aus der Abstraktion der Netzressourcen und virtuellen Maschinen: Networking Slice Layer, Software Network Service Chain Layer und Service Layer.

Die klassischen Mobilfunknetze sind immer als geschlossene Netzarchitektur mit eigenen Netzelementen realisiert. Kommt eine andere Luftschnittstelle mit einer anderen Netzarchitektur dazu, bauen sich im Prinzip zwei Netze mit eigenen Luftschnittstellen und eigenen Netzelementen auf, die ein Gateway miteinander verbindet.

SDN realisiert viele Funktionen als virtuelle Systeme, die auf einer universellen Transportbasis laufen. Das Netz ist durch den Controller programmierbar. Dadurch lassen sich die Luftschnittstellen und die zugehörigen Netzfunktionen auf einer einzigen Netzplattform realisieren. Basierend auf einer einheitlichen Plattform von Hardwareressourcen (VMs, SDN-Netzelemente sowie Luftschnittstellen) können IT-Verantwortliche logisch abgetrennte, eigene Netze bereitstellen. Auf dieser Plattform entsteht dadurch eine Vielzahl von unabhängigen Netzen, unter Umständen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften. Ein Network Slice kann dabei aus einem oder mehreren Radio-Access-Systemen (RAN oder 5G New Radio, NR oder WLAN) bestehen. Auf der anderen Seite können sich auch unterschiedliche Betreiber HW-Ressourcen teilen, um jeweils ihre eigenen Netze aufzubauen.

Private 5G-Netze aufbauen

Auf Basis einer Open-RAN-Architektur können Unternehmen eine Basisstation und einen eigenen Server betreiben und so extrem kurze Paketlaufzeiten und schnelle Reaktionen für das Edge Computing erhalten. Die Vernetzung mehrerer Standorte mit jeweils eigenen Basisstationen und gegebenenfalls eigenen Servern lässt sich durch ein Network Slice eines Netzanbieters realisieren. Übergreifend bildet dieser Network Slice ein privates Netz. Die Basisstationen sowie die Server sind diesem exklusiv zugeordnet.

Die für Open RAN genutzten höheren Frequenzen sorgen dafür, dass die übermittelten Daten nicht die Grenzen des Firmengeländes verlassen. Die Frequenzdämpfung beim Durchgang durch Wände ist so stark, dass außerhalb des Campus praktisch kein Zugriff mehr möglich ist. Das ist für die Unternehmen auch ein wichtiges Merkmal, weil die Dienste des 5G-Netzes nicht für andere Nutzer, sondern nur für Systeme im eigenen Unternehmen zur Verfügung stehen sollen. Zusätzlich ist es möglich, ein Network Slice einem Unternehmen exklusiv zuzuordnen, also haben nur interne Anschlüsse einen Zugang. Umgekehrt ist das Network Slice aber dem öffentlichen Mobilfunk zugeordnet und kann sich für Kunden, externe Dienstleister und Partnerunternehmen in bestimmten begrenzten Bereichen öffnen. Die Kombination aus einem öffentlichen und privaten Slice nennt sich Dual-Slice-Lösung.

Anders als beim WLAN ist mit einer privaten 5G-Infrastruktur ein exklusiver Frequenzbereich dem Unternehmen zugeordnet. Diesen Frequenzbereich können und dürfen andere nicht verwenden. Viele Unternehmen sehen damit ihre Infrastruktur geschützter als mit allgemein verfügbaren WLAN-Frequenzbereichen. Diese könnten beabsichtigt oder unbeabsichtigt durch von außen mitgebrachte Geräte gestört werden. Im schlimmsten Fall führt dies zu Überlastsituationen im WLAN und damit zu Notabschaltungen in der Fertigung. Die 5G-Infrastruktur ist, auch aufgrund der kurzen Laufzeiten und der nahtlosen Handover (auch für größere Bewegungsgeschwindigkeiten), für die Steuerung von autonomen Fahrzeugen und Robotern geeignet. Neben der 5G-Mobilfunkinfrastruktur auf dem Firmengelände sind aber weiterhin WLAN-Hotspots für die allgemeine interne Kommunikation außerhalb der Produktionskette umsetzbar.

Die zugehörigen Server für den firmeninternen Network Slice (Edge Cloud) können ebenfalls direkt im eigenen Rechenzentrum untergebracht werden. Solche Umgebungen verfügen dann typischerweise über kurze Paketlaufzeiten und hohe Übertragungsgeschwindigkeiten, weil weniger Netzelemente vorhanden und diese mit hohen Geschwindigkeiten vernetzt sind.

Die Vergabe der 5G-Lizenzen hat firmeninterne Campus-Netze berücksichtigt, um größeren Unternehmen den Betrieb einer eigenen firmeninternen 5G-Infrastruktur zu ermöglichen. Sensiblen Daten verlassen so nie das Unternehmen und sind nur in der Unternehmensinfrastruktur gespeichert. Einen Zugang zu diesem Netz gibt es nur mit der passenden, speziellen SIM-Card. Alle Prozesse des Aufbaus, Ausbaus und des Betriebs des Netzes bleiben in der Hand des jeweiligen Unternehmens. Damit lässt sich eine größere Verfügbarkeit durch schnelles Reagieren auf lokale Störungen realisieren.

Private 5G-Netze mit TSN

Unterschiedliche Verkehrseigenschaften werden in TSN-Netzen (Time-Sensitive Networking ) nach IEEE 802.1Qbv (Enhancements for Scheduled Traffic) in verschiedenen Zeitschlitzen transportiert. Diese stehen in festen, regelmäßigen Zeit- abständen zur Verfügung. Nur innerhalb des Zeitschlitzes kann der Sender Nutzdaten übertragen. Abweichende Verkehrseigenschaften lassen sich mit unterschiedlichen VLAN-Kennungen in abgestimmten Zeitschlitzen in einem TSN-Netz transportieren. Diese unterschiedlichen Verkehrsströme bilden die Network Slices für den weiteren Transport im 5G-Netz ab.

Mithilfe der 5G-Technik verbinden IT-Verantwortliche einzelne TSN-Netze innerhalb des Unternehmens oder auch an verschiedenen Standorten. Das Network Slicing in 5G-Netzen realisiert dabei die hohen Anforderungen an sehr kurze Paketlaufzeiten (1 bis 10 ms). Der Controller muss bereits bei der Festlegung der Wege für die Festverbindungen die Anforderungen an eine geringe Laufzeit der Pakete berücksichtigen. Mehrere solcher Verbindungen stellen ein Network Slice für die Verbindung von TSN-Systemen dar. Mit SDN kann die Definition eines neuen Flow unter Berücksichtigung der Netzauslastung erfolgen. Die Auslastung ist dem SDN-Controller durch das Monitoring in den SDN-Netzelementen bekannt. Dadurch sind hohe Auslastungen der Netzelemente vermeidbar, was zu geringen Paketlaufzeiten führt.

Zur Unterstützung können in einem bestimmten Slice eines 5G-Netzes auch spezielle exklusive Ressourcen, wie beispielsweise Netzelemente des TSN für die Nutzer dieses Slices bereitgestellt werden. In den anderen Slices stehen diese Elemente unter Umständen dann nicht zur Verfügung. Die Zuordnung und Verwaltung der jeweiligen Zeitschlitze in den TSN-Elementen erfolgt dann zentral vom SDN-Controller.

Fazit

Open RAN steckt zwar quasi noch in den Kinderschuhen, ist jedoch bereits auf einem guten Weg, erfolgreich zu werden. Der offene Ansatz verspricht, ein Vendor-Lock-in zu vermeiden, ermöglicht eine schnelle Innovation und stärkt den allgemeinen Wettbewerb im Markt. Dadurch sinken die Anschaffungskosten und auch die Betriebskosten für Unternehmen für 5G-Campusnetze gegenüber einem Netz eines klassischen Mobilfunkbetreibers.

Open RAN für 5G-Campusnetze

Privatfunk

Evolution der Netzarchitekturen

Evolution der Netzarchitekturen

Open RAN, OpenRAN und ORAN

Offene Standards für Network Controller

Standardisierte Verwaltung und Orchestrierung

Viele mögliche Luftschnittstellen

Funktionstrennung im Netz

Private 5G-Netze aufbauen

Private 5G-Netze mit TSN

Fazit