Die Architektur der 5G-Funknetzwerke bietet interessante Innovationen. (Bild: David Mark, Gerd Altmann / Pixabay)

Fragt man nach den Vorteilen von 5G, fallen als erstes Stichworte wie eMBB, uRLLC und mMTC. Doch auch die innovative Netzwerkarchitektur hinter den Basisstationen des Campus-Netzes macht einen großen Unterschied. CUPS und UPF sind wesentlich bei der Steigerung der Leistungsfähig des Netzwerks – insbesondere für verteilte Standorte.

In Deutschland ist der Bereich bei 3,7 GHz für Campus-Netzwerke reserviert, auch andere Länder haben ähnliche Regelungen getroffen. So können Unternehmen mit wenig aufwand ein exklusives Spektrum für ein privates Netzwerk nutzen, beispielsweise zur Vernetzung von Maschinen in der Produktion oder zur Steuerung von autonomen Transportrobotern auf dem Firmengelände.

Die Zahl der 5G-Campusnetzwerke steigt langsam, aber kontinuierlich. Die Bundesnetzagentur (BNetzA) hat bis zum 15. September 2022 bereits 243 Lizenzen erteilt, weitere sind beantragt.

4G bietet nur eingeschränkte Funktionen

Gerade zu Beginn der Lizenzvergabe waren kaum 5G-fähige Komponenten wie Router oder Modems zu bekommen. Damals lautete der Rat: erst mal mit 4G/LTE starten, um Erfahrungen zu sammeln, und später dann umrüsten. Inzwischen gibt es immer mehr 5G-Industrierouter (siehe Übersicht hier), so dass ein Rückgriff auf vorangegangene Technologien nicht mehr nötig ist.

Das wäre auch fatal. Denn ein Teil der 5G-Funktionalität ist direkt mit der Netzwerkarchitektur verknüpft, und da gibt es entscheidende Unterschiede zwischen 4G und 5G im Bereich der Funkzugangsnetze (Next Generation Radio Access Network, NG-RAN). Die Basis-Stationen (Next Generation Node Basestations, gNBs) können erst seit 5G in eine zentralisierte Einheit (Central Unit, CU) und weitere verteilte Einheiten (Distributed Unit, DU) aufgeteilt werden.

Diese Aufteilung wird als Control/User Plane Separation (CUPS) bezeichnet und führt letztendlich zu einer vollständigen Trennung von Steuerebene und Benutzerebene. Die Control Plane ist für Funktionen wie Verwaltung der Benutzerverbindung, Festlegung von QoS- Richtlinien oder die Benutzerauthentifizierung zuständig, die User Plane für den Transport der Daten. Die Trennung der beiden Funktionsbereiche hat einen entscheidenden Vorteil: Sie können unabhängig voneinander skaliert werden.

Die Control-Plane-Verarbeitung (CU-CP) korrespondiert mit der Komplexität des Netzwerks, die User-Plane-Verarbeitung (CU-UP) mit der Menge des Datenverkehrs. So kann in einem Netzwerk bei steigendem Datendurchsatz die User Plane angepasst werden, ohne die Control Plane verändern zu müssen.

UPF – ein wesentliches Core-Element

Gesteuert wird die Benutzerebene über die User Plane Function (UPF), eine Funktionsebene des 5G-Core-Netzwerks. Sie ist in erster Linie für das Routing und Weiterleitung, die Prüfung und die QoS-Behandlung der Datenpakete zuständig Die Möglichkeit, die Benutzerebene in zentrale und verteilte User Planes (CU/DU) aufzuspalten, bietet interessante Möglichkeiten für die Netzwerk-Architektur. So kann ein Campusnetzwerk, das sich über mehrere Gebäude und/oder Freiflächen erstreckt, in unabhängige Teilnetze getrennt werden, die jeweils eigene Basisstationen nutzen und damit in jedem Teilbereich hohe Bandbreite und geringe Latenz gewährleisten.

Zugleich stehen die Netzwerkfunktionen der Steuerungsebene zentral zur Verfügung. Sie müssen also nur einmal für das gesamte Netz eingerichtet und gepflegt werden, was das Netzwerk- und Datenmanagement erheblich vereinfacht.

Das kann auch von Unternehmen genutzt werden, die mehrere Niederlassungen effizient miteinander verbinden wollen. In Taiwan hat beispielsweise ein Pflegeheim verschiedene Standorte in ein gemeinsames 5G Private Network integriert – mit jeweils eigenen lokalen Funknetzwerken, aber einer zentralen Steuerungsebene. Welche Vorteile dies bietet, zeigt das Whitepaper des Netzwerkspezialisten QCT.

Die UPF von QCT ermöglicht eine Vernetzung über mehrere Standorte. Quelle: QCT

Die UPF von QCT ermöglicht eine Vernetzung über mehrere Standorte. Quelle: QCT

Die Qual der Wahl

UPF werden von mehreren Herstellern angeboten, sei es als integrierbare Softwarekomponente oder als Teil eines vollständigen 5G-Standalone-Cores. Natürlich bieten alle Systemlieferanten – wie Nokia, Ericsson, Huawei, ZTE oder Samsung – jeweils eigene 5G-Cores inklusive UPF an. Mobilfunkprovider nutzen teilweise die Angebote ihrer Hauptlieferanten. Bei Vodafone kommt beispielsweise der Ericsson-5G-Core zum Einsatz. Zum Teil greifen Provider aber auch auf Fremd- oder Eigenentwicklungen zurück. So kündigte etwa die Deutsche Telekom an, demnächst ein gemeinsam mit Mavenir entwickeltes 5G-Kernnetz zu installieren.

Dank OpenRAN können die Betreiber von Private Networks jedoch auch auf alternative UPF zurückgreifen. Eine ganze Reihe davon findet sich im Intel-OpenRAN-Ökosystem. darunter QCT, Cisco, Juniper Networks und Rakuten Symphony. Sie bieten sowohl OpenRAN-Hardware-Komponenten an, ebenso Software-Komponenten wie die UPF. Die Anwender haben also eine breite Palette an Angeboten, aus der sie wählen können.

Welche Möglichkeiten die UPF bietet und worauf Sie bei der Entscheidung achten sollten, verrät Ihnen unser Whitepaper „5G bringt Innovationen in die Netzwerk-Architektur“:

Download des Whitepapers 5G bringt Innovationen in die Netzwerk-Architektur





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