Disruptive Breitband-Access-Architektur von Ciena
Der Breitbandmarkt für Privatkunden befindet sich an einem Wendepunkt. Durch die weltweite Pandemie waren die Menschen gezwungen, im Homeoffice zu arbeiten, online zu lernen und zu spielen und ihre sozialen Kontakte über das Netz zu pflegen. Dabei wurde deutlich, wie wichtig ein erschwinglicher, flächendeckender und zuverlässiger Breitbandnetzzugang für die Menschen auf der ganzen Welt ist. Darüber hinaus hat die Pandemie bereits laufende Marktverschiebungen beschleunigt, wie zum Beispiel die verstärkte Migration von Anwendungen für Privathaushalte und Privatpersonen in die Cloud und die Rolle des eigenen Zuhauses als neue Unternehmenszweigstelle.
Durch diese veränderte Dynamik stiegen die Ansprüche an unsere Breitbandservices für Privathaushalte im Hinblick auf Zuverlässigkeit, umfassende Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit, Symmetrie, niedrigere Latenzzeiten, Bezahlbarkeit und natürlich eine höhere Leistung. Es ist allerdings fraglich, ob die vorhandene Breitbandinfrastruktur für Privathaushalte diese Leistungsanforderungen wirklich erfüllen kann.
Seit Jahren lag der Schwerpunkt von Breitbandlösungen auf der Bereitstellung asymmetrischer Services nach dem Best-Effort-Prinzip. Dabei sollten in Gebieten mit hoher Bevölkerungsdichte so viele Kunden wie möglich versorgt werden. Durch diese traditionelle Herangehensweise wurde die Entwicklung chassisbasierter Lösungen mit dedizierten Circuit Packs in einer proprietären Umgebung gefördert. Dies führte neben einer eingeschränkten Flexibilität auch dazu, dass die Skalierbarkeit durch kleinschrittige Innovationen behindert wurde. Verstärkt wurden diese Probleme durch ein geschlossenes Geschäftsmodell.
Leider folgen heute verfügbare Plattformen im sogenannten Pizzabox-Format weiterhin diesen althergebrachten Designprinzipien, wenn auch mit kleinerem physischem Fußabdruck. Dieser Ansatz war in der Vergangenheit akzeptabel, ist es heute jedoch nicht mehr. Neue Ansprüche an die Breitbandversorgung von Privathaushalten erfordern eine völlig andere Lösung – eine disruptive Netzwerkarchitektur.
Episode 56: Igniting a Digital Future for All with Improvements in Residential Broadband
Blaupause für eine Breitbandarchitektur der nächsten Generation
Um es noch einmal ganz deutlich zu machen: Wir empfehlen keine vollständige Überholung der Netze, aber wenn Netzbetreiber nicht mehr zeitgemäße Technologien wie DSL, DOCSIS oder auch ältere PON-Lösungen hinter sich lassen möchten, ist radikales Umdenken notwendig. Im Zentrum des neuen Breitbandarchitekturdesigns müssen Konzepte wie Offenheit, Modularität und Skalierbarkeit stehen. So ergibt sich eine effiziente und nachhaltige Infrastruktur, die sich perfekt an zukünftige Anwendungsanforderungen der Nutzer anpasst, während gleichzeitig bereits getätigte Investitionen in die Netze geschützt werden.
Am Anfang steht dabei die Technologie für den Breitbandzugang. Eine Optical Line Terminal (OLT)-Lösung mit funktionsstarken, hochskalierbaren Routern auf Basis von mOLT-Steckelementen ist die Grundvoraussetzung für eine Breitbandarchitektur der nächsten Generation. Netzbetreiber kommen so in den Genuss einer glasfaserbasierten Lösung, die ein agiles und kosteneffizientes Wachstum basierend auf der Anzahl der Nutzer, der Bandbreite und der Leistung ermöglicht. Die Folge? Langfristige Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit.
Abbildung 1: Glasfaserbasierte Breitbandnetzwerkarchitektur der nächsten Generation im Access-Bereich
Die Monetarisierung der Infrastruktur ist ein kritischer Faktor für den geschäftlichen Erfolg. Die Lösung muss daher ausreichend flexibel sein, um das Kerngeschäft zu unterstützen und die schnelle Ausweitung auf benachbarte Märkte zu erlauben, sobald sich dort Geschäftsmöglichkeiten ergeben. So benötigen Netzbetreiber mit dem Fokus auf Breitband für Privathaushalte beispielsweise eine Access-Technologie, die XGS-PON mOLT-Steckelemente mit hoher Dichte unterstützt.
Beispiele wären hier Unternehmen mit einem Bedarf an dedizierter Ethernet-Konnektivität oder auch Mobilfunknetzbetreiber (Mobile Network Operators, MNOs), die xHaul-Services (xHaul = Fronthaul, Midhaul und Backhaul) im Wholesale-Bereich benötigen. In diesem Fall muss die Netzwerkinfrastruktur es dem Serviceprovider ermöglichen, diese Geschäftsmöglichkeiten zu nutzen, ohne dafür extra zusätzliche Plattformen einzurichten oder die bestehende Infrastruktur austauschen zu müssen.
Ein weiterer Schlüsselfaktor mit hoher Priorität für die Netzbetreiber ist die Integration von OLT und der Aggregationsfunktionen in einer gemeinsamen Plattform. Router mit einer kapazitätsstarken Switching-Matrix, die zur Unterstützung mehrerer steckbarer Network-to-Network-Interfaces (NNI) mit hoher Geschwindigkeit mit 100/200/400 Gbit/s auf Basis kohärenter Optik über XGS-PON mOLT-Steckelemente hinausgeht, ermöglichen es den Netzbetreibern, das mOLT in größerer Nähe zu den Endbenutzern zu platzieren.
Als Folge sinken die Anforderungen an den Platzbedarf und die Energieversorgung, während gleichzeitig genau jene Skalierbarkeit und Leistung möglich wird, die für eine zukunftssichere und nachhaltige Lösung unerlässlich ist. Außerdem können Netzbetreiber so das Remote-mOLT-Konzept evaluieren, indem sie die Reichweite ihrer Netze schnell und flexibel ausweiten. Durch den Einsatz gehärteter und wetterfester Plattformen können die Netzbetreiber frei entscheiden, wo sie Netzwerkkomponenten in einfacheren und kleineren Verteilerkästen implementieren möchten, ohne sich Gedanken um eine kostspielige und komplexe Klimatisierung machen zu müssen.
Die Offenheit der Netze ist ein weiterer entscheidender Aspekt. Der Aufbau zukunftssicherer Netze nach dem Best-in-Breed-Prinzip ist mit geschlossenen und proprietären Technologien schlicht unmöglich. Durch das Tempo, in dem immer neue Anwendungen entstehen, können Anbieter einzelner Technologien die neuesten Merkmale und Funktionen, die in sämtlichen Bausteinen von Ende-zu-Ende-Breitbandnetzen benötigt werden, ganz einfach nicht bereitstellen.
Wird hingegen in Lösungen eines Technologiepartners investiert, der eine Integration mit Komponenten anderer Anbieter ermöglicht, beispielsweise in den Bereichen Optical Network Unit (ONU) / Optical Network Terminal (ONT), WLAN-Gateways und Analysesoftware, bleiben Netzbetreiber von unliebsamen Überraschungen verschont. Sie können so optimale Lösungen nutzen, mit denen sich selbst bei äußerst anspruchsvollen Anwendungen die ganz spezifischen Leistungsanforderungen der Kunden erfüllen lassen.
Außerdem müssen Netzbetreiber sicherstellen, dass ihre Netze auch auf der sogenannten „mittlere Meile“ (d. h. im Aggregationsbereich) äußerst flexibel und skalierbar sind, wenn sie auf dem Breitbandmarkt wettbewerbsfähig sein möchten. Kohärentes Routing ist im Bereich der Architektur ein Schlüsselkonzept, bei dem der Funktionsumfang von Routern mithilfe von skalierbaren kohärenten Optikelementen erweitert wird. Diese fügen sich nahtlos in optische Leitungssysteme ein, um eine konvergierte IP/Optik-Lösung zu realisieren.
Abbildung 2: Architektur eines Ende-zu-Ende-Breitbandnetzes
Disruptive Breitbandarchitektur geht über die reine Hardware hinaus
Ein weiteres kritisches Element von Breitbandnetzen ist das Teilnehmermanagementsystem, das auch unter dem Namen Broadband Network Gateway (BNG) bzw. Breitband-Zugangsserver bekannt ist. Ältere Implementierungen nutzen dafür Funktionen, die in Routern im Kern des Netzes eingebettet sind. Dieses Modell war für die Unterstützung einfacher Internetanwendungen geeignet, bietet jedoch keinesfalls die von neuen Anwendungen geforderte Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Leistung.
Breitbandarchitekturen der nächsten Generation müssen Konzepte wie Virtualisierung und Disaggregation integrieren, um kostengünstig neue Services anbieten zu können. Zuallererst muss dafür allerdings das BNG neu gedacht werden. Auf sogenannten COTS-Servern (COTS = Commercial Off-The-Shelf) oder auch in der Cloud kann ein virtuelles BNG (vBNG) installiert werden, wenn die Implementierung zunächst klein gehalten und später bei Bedarf skaliert werden soll.
Eine äußerst wichtige architektonische Veränderung, durch die vBNG möglich wird, ist das sogenannte CUPS-Modell (CUPS = Control and User Plane Separation). Mit CUPS können Netzbetreiber die Benutzerebene (User Plane) näher zum Kunden verschieben, um die Netz- und Anwendungsleistung zu verbessern, während die Steuerebene (Control Plane) aus Gründen der Kosteneffizienz und für ein vereinfachtes Management an zentraler Stelle verbleibt.
Auf betrieblicher Seite ist eine Domänencontroller-Lösung, die den Netzbetrieb vereinfacht und gleichzeitig die Agilität der Netze erhöht, für ein erfolgreiches Breitbandgeschäft von höchster Bedeutung. Sie vereinfacht das Management und den Betrieb einer Ende-zu-Ende-Breitbandnetzinfrastruktur über eine einzige Plattform mit Unterstützung für mehrere Layer und Services und sogar ONU/ONT von unterschiedlichen Anbietern.
Nachhaltigkeit hat höchste Priorität
Im Angesicht dieser neuen Marktgegebenheiten darf die umweltbezogene und wirtschaftliche Nachhaltigkeit nicht vernachlässigt oder lediglich als zweitrangig betrachtet werden. Vielmehr ist sie entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit und dafür, wie sich Lösungen mit den Werten der Endbenutzer vereinbaren lassen. Nachhaltigkeit kann im Rahmen dynamischer Breitband-Access-Architekturen auf unterschiedliche Art und Weise umgesetzt werden:
- Energie- und platzoptimierte Lösungen, die skalierbar und flexibel genug sind, um den Anforderungen der Anwendungen und Kunden auf längere Sicht gerecht zu werden, erfüllen mehrere Funktionen und stellen auf kosteneffiziente, konvergierte Weise mehrere Services bereit.
- Temperaturgehärtete oder wetterfeste Plattformen, die auch unter schwierigen Bedingungen ohne Klimatisierung eingesetzt werden können, verbessern die Leistung und Einfachheit der Netze bei gleichzeitiger Senkung der Kosten, des Energiebedarfs und des Zeitaufwands bis zur Umsatzgenerierung.
Ein Partner, mit dem Sie Konzepte wahr werden lassen können
Die korrekte Umsetzung der in diesem Blogbeitrag angesprochenen Konzepte in reale Lösungen für den Kundenerfolg erfordert ganz bestimmte Fähigkeiten und spezielle Fachkenntnisse.
Wenn dies für Ihr Team Neuland ist, sollten Sie einen Partner mit nachweislicher Kompetenz als Dienstleister im Lösungsdesign in Erwägung ziehen. Wichtig ist dabei die langfristige Analyse aller Phasen Ihrer Netzwerk- und Technologieplanung sowie die Festlegung, was operative Exzellenz ausmacht. Weitere wichtige Punkte sind das High-Level- und Low-Level-Design, Konfigurationsvorlagen, Prüfpläne für die Abnahme sowie weitere essenzielle Aufgaben im Rahmen des Deployments.
Nach der Implementierung sollten Sie Wert darauf legen, dass Ihr Partner Ihre Breitbandnetze langfristig unterstützen, managen und optimieren kann.
