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NFV an der Funknetzgrenze: Möglichkeiten und Herausforderungen von Cloud-RAN

Cloud-RAN oder cRAN ist eine neue Architektur auf Basis von NFV. cRAN verspricht, das Funknetz fit für künftige Anforderungen zu machen.

Da der Bedarf nach drahtloser Konnektivität die Ressourcen aktueller 4G-Netzwerke übersteigt, suchen die Betreiber nach Möglichkeiten, um die Funktionen von Basisstationen am Funknetzende des Netzwerks zu virtualisieren und zu zentralisieren.

Network Functions Virtualization (NFV) bringt für das Funknetzwerk eine neue Architektur mit sich: Cloud Radio Access Network (Cloud-RAN, C-RAN oder cRAN). cRAN kann sich besser an den wachsenden Bandbreitenbedarf sowie an die unterschiedlichen Traffic-Muster von mobilen Geräten und neuen Anwendungen für das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) anpassen.

Darum geht es bei Cloud-RAN

Das Radio Access Network (RAN) sorgt für die drahtlose Verbindung zwischen dem Endgerät (zum Beispiel Smartphone, PC oder IoT-Sensor) und dem Kern des drahtlosen Netzwerks. In Formfaktoren für die Netzwerkausrüstung implementiert, besteht das RAN in der Regel aus einer Basisstation – einschließlich Funkeinheiten – am Standort der Remote-Funkzelle und Controllern für die Basisstation.

Cloud-RAN, manchmal auch Centralized-RAN genannt, verändert die herkömmliche RAN-Architektur beträchtlich, indem es die Steuerung der drahtlosen Funktionen aufteilt und zentralisiert, um die Performance und die Kosten zu optimieren. Wenn man die Vorteile von kommerziellen Rechnern ‑ beispielsweise von kommerziellen Standardservern, auch als COTS-Server (Commercial off-the-shelf) bezeichnet ‑ ausnutzt, lässt sich die rechenintensive Verarbeitung zentralisieren und effizient in einem Pool zusammenfassen, um mit Änderungen in Traffic-Flüssen zurechtzukommen.

Vorteile von Cloud-RAN

Die Verfechter von cRAN versprechen eine Vielzahl an Vorteilen. Diese umfassen eine bessere Performance, eine verringerte Latenz für kritische Anwendungen, geringere Investitionskosten (Capex) sowie geringere operative Ausgaben (Opex) durch einen vereinfachten Betrieb. Cloud-RAN nutzt die Grundlagen von NFV, indem es ermöglicht, unterschiedliche virtualisierte Funktionen und Anwendungen auf einer gemeinsamen Hardwareplattform zu hosten. Bei ersten Versuchen kam es zu erheblichen Opex-Einsparungen, indem man den Platz- und Energiebedarf an den Standorten der Remote-Funkzellen reduzieren konnte.

Zu den weiteren Vorteilen von cRAN zählen:

  • Verbesserte Skalierung und Lastverteilung durch zentralisierte Ressourcen,
  • Höhere Performance dank intelligenter Traffic-Steuerung zwischen den Funkzellen,
  • Schneller Zugriff auf lokal zwischengespeicherte Daten für Anwendungen mit geringer Latenz,
  • Höhere Zuverlässigkeit durch Senkung der Redundanzkosten.

Herausforderungen bei der Implementierung von Cloud-RAN

Die RAN-Virtualisierung bereitet mehr Probleme bei der Implementierung als einige frühe NFV-Implementierungen, zum Beispiel Virtual Evolved Packet Core, Virtual IP Multimedia Subsystem, Virtual Customer Premise Equipment etc. Die Zentralisierung von RAN-Funktionen erfordert Verbindungen mit geringer Latenz und hoher Bandbreite zwischen dem Standort der Funkzelle und einem zentralisierten Steuerungspunkt.

Die beherrschenden Telekommunikationsunternehmen, allen voran Ericsson, Huawei und Nokia, dominieren seit langem mit ihren integrierten Angeboten den Wireless Edge. Derzeit gibt es begrenzte Standards hinsichtlich der Art und Weise, wie die unterschiedlichen RAN-Funktionen virtualisiert werden sollten. Es herrscht ein allgemeiner Konsens, dass die RAN-Virtualisierung ein üblicher Aspekt von 5G-Netzwerkimplementierungen sein wird, aber 5G befindet sich in frühen Planungsphasen und wird höchstwahrscheinlich nicht vor 2020 (oder später) auf breiter Front eingeführt.

Optionen von Cloud-RAN

Bei der konkreten Ausgestaltung der cRAN-Implementierung verfolgt jeder Anbieter seine eigene spezielle Roadmap.

Die Verfechter von cRAN versprechen eine Vielzahl an Vorteilen: eine bessere Performance, eine verringerte Latenz für kritische Anwendungen, geringere Investitionskosten und einen vereinfachten Betrieb.

So entwickeln zum Beispiel NEC und die Intel Corporation gemeinsam ein Cloud Radio Access Network, das einige der Funktionen von mobilen Basisstationen virtualisieren und zentral auf Intel-basierten Servern ausführen kann.

Mobilfunkbetreiber können aus einer Reihe von cRAN-Anbietern auswählen. Darunter befinden sich so klangvolle Namen wie Ericsson, Huawei, Nokia (und Alcatel-Lucent) sowie NEC.

Außerdem können sie auf kleinere Anbieter mit innovativen cRAN-Lösungen zurückgreifen, zum Beispiel Altiostar, ASCO, Saguna und Parallel Wireless.

Empfehlungen für Provider

Cloud-RAN nutzt die Konzepte von NFV, um die Performance und das Traffic-Handling zu verbessern, was die operativen Kosten an den Standorten der Funkzellen senkt und potenziell den Capex reduziert, indem COTS-Server für viele RAN-Verarbeitungsfunktionen eingesetzt werden. Cloud-RAN befindet sich in frühen Phasen seiner Entwicklung, wobei eine Reihe von führenden Mobilfunkbetreibern an Machbarkeitsnachweisen arbeitet, einschließlich China Mobile.

Fehlende Standards und die stark unterschiedlichen Ansätze von spezifischen cRAN-Implementierungen durch bekannte Anbieter und Start-ups verhindern eine Einführung in naher Zukunft. Frühe cRAN-Lösungen wird es aller Wahrscheinlichkeit nach für bestimmte Bereiche mit hohem Traffic geben (zum Beispiel Sportstadien und Kongresszentren). Zu einer breiteren cRAN-Implementierung wird es in den nächsten zwei bis vier Jahren kommen, wenn die Betreiber zu 5G migrieren und NFV-Konzepte integrieren – einschließlich standardisierter Server, Service Chaining und dynamischer Traffic-Kapazität.

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Artikel wurde zuletzt im April 2016 aktualisiert

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