Network Slicing: Wegbereiter für die 5G-Technologie

Netzwerkeigenschaften und
- anforderungen

Network Slicing verspricht mehr Verlässlichkeit für Best-Effort-Netzwerke. Das Konzept basiert auf der Möglichkeit, logische (virtuelle) Netzwerke, sogenannte „Network Slices“, auf gemeinsamen physischen Ressourcen aufbauend als Service für ganz unterschiedliche Anwendungsfälle mit individuellen Eigenschaften und Anforderungen bereitzustellen. Über ein und dasselbe physische Netzwerk können viele solcher Slices bereitgestellt werden, von denen jedes für bestimmte Dienste oder Kunden bestimmt ist. Das erhöht die Flexibilität und ermöglicht eine effizientere Nutzung vorhandener Ressourcen für viele verschiedene Geschäftsfälle. Das Network Slicing lässt sich in Form von Software realisieren, sodass die einzelnen logischen Netzwerkkomponenten leicht zu verwalten und dynamisch anpassbar sind (z. B. bei außerplanmäßigen Ereignissen).

Network Slicing: Ein Netzwerk in viele Teile zerlegt

Eine der Stärken der 5G-Mobiltechnologie, die oft hervorgehoben wird, ist die Möglichkeit, Breitbandverbindungen und Verbindungen mit niedriger Latenz bereitzustellen, auch wenn eine große Anzahl von Objekten mit dem Netzwerk verbunden ist. Jeder Anwendungsfall hat seine ganz eigenen Anforderungen. Da ihre Qualitätsvektoren in vielen Fällen orthogonal zueinander verlaufen, ist ein effizientes Infrastruktur-Sharing möglich.

Betrachtet man zum Beispiel ein autonomes Fahrzeug, das aus Sicherheitsgründen hochzuverlässig und mit einer kurzen Latenzzeit arbeiten muss, als Virtual-Reality-Anwendung, in der ein hoher Durchsatz bei relativer Zuverlässigkeit gefragt ist, ist der Verlust von einigen Pixeln, Bildern oder einer geringeren Auflösung vertretbar. Beide Qualitätsparameter können gleichzeitig durch ein und dieselbe Infrastruktur gewährleistet werden. Auf ein und dieselbe Hardware kann ein Slice gesetzt werden, welches das Fahrzeugnetzwerk mit speziellen Latenz-KPI unterstützt, und ein anderes Slice, das den hohen Durchsatz gewährleistet, der bei VR-Anwendungen erforderlich ist.

Mit Blick auf die Implementierung wird das Network Slicing durch eine breite Verwendung von Software Defined Networking (SDN)-Paradigmen zur Steuerung der vielen beteiligten Geräte möglich, sowie durch eine Virtualisierung von Netzwerkfunktionen (NFV), die es möglich macht, jedem einzelnen Slice logische Funktionen zuzuordnen.

So können zum Beispiel Mobilnetzbetreiber ihr Netzwerk in kleinere virtuelle Teilnetzwerke unterteilen und sie miteinander verbinden. Weil jedes partitionierte virtuelle Netzwerk unabhängige Funktionen ermöglicht, können die Dienste und Funktionen an die Bedürfnisse des Kunden angepasst werden. Slicing kann zur virtuellen Partitionierung des drahtlosen Zugangsnetzes sowie der Hauptkomponenten des Kernnetzes (EPC) oder der Rechenzentren verwendet werden. Typische Eigenschaften des Network Slicings sind Flexibilität, eine gemeinsam genutzte Infrastruktur, Isolation und spezifische Netzwerke.

Wozu braucht man Network Slicing?

Network-Slicing ist immer dann von Nutzen, wenn für jede Anwendung ein eigenes Netzwerk bereitgestellt werden soll, das optimal für den jeweiligen Traffic konfiguriert ist. Das ist beim Slicing möglich, auch wenn der Anwendung nur ein virtueller Teil vom großen Ganzen des physischen Netzwerks zur Verfügung steht. Der Vorteil des Network Slicings besteht aber nicht nur in der Bereitstellung eines für jede Anwendung optimierten Netzwerks.

Die verschiedenen Slices des physischen Netzwerks sind außerdem voneinander isoliert, was beispielsweise die Kommunikationssicherheit verbessert und die Möglichkeit bietet, die Funktionsweise eines Slices zu ändern, ohne die anderen zu beeinträchtigen. Das bedeutet zum Beispiel, dass ein Anbieter einen einzelnen, für den Kunden bereitgestellten Service gezielt anpassen kann. Auf diese Weise ist auch die Durchführung von Tests und Untersuchungen zu einzelnen Slices möglich, ohne die anderen Netzwerkinstanzen zu stören, die dem Live-Netzwerk für reale Services zur Verfügung stehen. Jedes Slice bildet dabei ein isoliertes Produktionsnetzwerk ab.

Wann wird Network Slicing eingesetzt?

Benötigt wird es immer dann, wenn ein Netzwerkanbieter eine Hardware-Infrastruktur für die Bereitstellung verschiedener Services nutzen will, die alle unterschiedliche Anforderungen haben. Infrastruktur-Sharing wird so auf flexible und effizientere Weise möglich, denn jedes virtuelle Teilnetzwerk kann für einen bestimmten Service maßgeschneidert werden, ohne alle Funktionen des zugrundeliegenden Netzwerks integrieren zu müssen.

Es kann im Grunde immer dann von Slicing gesprochen werden, wenn gemeinsam genutzte Infrastruktur vorhanden ist, die on-demand anpassbar ist, isolierte Anwendungen, zuverlässige Leistung und Skalierbarkeit bietet und mehrere Anbieter- und Betreiberszenarien gleichzeitig unterstützt.

Hauptakteure und Anwendungen

Network Slicing bringt viele Vorteile für verschiedene Akteure, die von einer gemeinsam genutzten Hardware-Infrastruktur profitieren, die viele logische und virtuelle Netzwerke unterstützt und verschiedene, voneinander unabhängige Services ermöglicht.

Diese Akteure können zum Beispiel der Entwickler, der Anbieter oder die Nutzer virtueller Services sein. Das Network Slicing ist für viele Branchen interessant: Multimedia, Telekommunikation und virtuelle Dienste, Tourismus, Energie, Gesundheit, Smart City, öffentliche Sicherheit, Produktion, Logistik, Landwirtschaft, Automobile, Einzelhandel, Industrie 4.0 und das IoT allgemein.

Replys Erfahrungen mit Network Slicing

Reply besitzt durch die Realisierung verschiedener Projekte und die Entwicklung vieler 5G-Anwendungsfälle in fast allen Marktsparten umfangreiche Erfahrung.

So hat Reply beispielsweise in den vergangenen Jahren Zeetta Networks unterstützt, ein innovatives Startup in Bristol, das im Bereich Software Defined Networking tätig ist. Im Zuge der Integration und Optimierung von Open-Source-Technologien hat Zeetta NetOS entwickelt, einen Netzwerk-Orchestrator, der komplexe Multi-Vendor- und Multi-Plattform-Netzwerke auf einfache und abstrakte Weise managen und sogar Slicing-Funktionen implementieren kann. Zeetta Networks ist in Sachen 5G-Innovationen und -Tests sehr aktiv und hat bereits Projekte in den Bereichen Smart Cities, IoT, Private LTE und Slicing realisiert.

Reply erstellt portable Netzwerkinnovations-Labs mit integrierter NetOS-Plattform mit vollem Funktionsumfang. Diese nutzen wir, um 5G-Szenarien und Anwendungsfälle, das Konzept des Enterprise Slicings und entsprechende Harmonisierungsstrategien in einem Unternehmen mit partitioniertem 5G-Telekommunikationsnetzwerk zu demonstrieren.

Slicing ist auch auf Plattformen wie Access 4.0 möglich, einer Open-Source-basierten Edge-Cloud für den Zugang zwischen Endbenutzer und Kernnetzwerk - hierbei ist Reply is co-development partner of Deutsche Telekom AG. Die Open-Source-basierte Edge-Cloud ist über Breitbandfaser (GPON) sowie über andere Technologien wie Radio Access Networks (RAN) und 5G zugänglich.