5G-Connectivity immer passend zugeschnitten

Der 5G-Standard integriert viele moderne Technologien und Konzepte, die für industrielle Anwender von hoher Relevanz sind. Dazu zählen auch Elemente der Netzwerk-Virtualisierung. In diesen Bereich fällt auch das sogenannte „Network-Slicing“. Dabei wird ein physisches Netzwerk in verschiedene virtuelle Netze aufgespalten, mit interessanten Effekten.

Um das zu verstehen, hilft ein Blick auf die grundlegenden Vorteile der 5G-Datenübertragung. Sie werden gewöhnlich mit drei Funktionen beschrieben, die jeweils mit spezifischen Eigenschaften einhergehen:

• enhanced Mobile Broadband (eMBB): Hohe Datenübertragungsraten und breite Datenkanäle;
• Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC): Hohe Zuverlässigkeit und extrem geringe Latenzzeiten;
• massive Machine Type Communications (mMTC): Hohe Teilnehmerzahlen auf kleiner Fläche und geringer Energieverbrauch.

Das Problem: Ein Netz kann nicht gleichzeitig auf alle drei Funktionen optimiert werden. Genau an dieser Stelle kommt Network-Slicing zum Tragen. Denn damit können bei Bedarf mehrere virtuelle 5G-Netze eingerichtet werden, die jeweils verschiedene Charakteristiken aufweisen und damit unterschiedliche Anwendungen optimal bedienen können.

Anwendungen in Industrie und Medien

So kann ein „Slice“ die Verbindung mit einem Heer an Sensoren in einem großen Betriebsgelände sicherstellen, wie etwa bei einer Chemie-Anlage, mit zahlreichen Pumpen, Ventilen, Röhren etc., die gesteuert und überwacht werden müssen. Ein anderer Slice kann die Ansteuerung von autonom fahrenden Transportfahrzeugen übernehmen, bei denen es auf zuverlässige Verbindungen ankommt. Und ein dritter Slice kann die Übertragung der Bilder von Sicherheitskameras übernehmen, die mit ihren breitbandigen Signalen die anderen Anwendungen nicht beeinträchtigen sollen.

Nicht zuletzt können Industrie-Kunden auch in Puncto Sicherheit profitieren, wenn Zugriffe von außen in ein eigenes Netz mit begrenztem Informationsgehalt geführt werden. So können beispielsweise Maschinenbauer ein externes Zustandsmonitoring und Remote-Fehlerbehebung anbieten, indem sie auf entsprechende Daten der Maschinen zugreifen dürfen, während wertvolles Unternehmens-Know-how, wie beispielsweise Rezepte oder innovative Prozeduren, über einen davon unabhängigen Slice laufen. So sind im Falle eines Cyberangriffs über den externen Dienstleister die Daten nicht einfach durch eine Rechte-Ausweitung zugänglich.

Das Standardisierungsgremium 3GPP erweitert zusätzlich mit jedem neuen Release des 5G-Standards die Möglichkeiten zur Authentifizierung und Autorisierung in Network-Slices, um die IT-Sicherheit weiter zu verbessern: https://www.3gpp.org/technologies/slicing-security

Auch jenseits von Industrie-Unternehmen hat sich 5G-Network-Slicing bereits bewährt, wie etwa bei Sport-Events. Dort können einerseits hunderttausende Zuschauerinnen und Zuschauer mit Internet-Zugang versorgt werden, während gleichzeitig die TV-Übertragung mit mehreren 4k-Videostreams ohne Bildstörungen oder -ausfälle funktioniert, da diese in einem eigenen virtuellen Netzwerk mit garantierter Bandbreite laufen.

Slicing vs. QoS

Nun könnte man argumentieren, dass ähnliches in der Netzwerk-Welt bereits mit dem QoS-Konzept (Quality of Service) bekannt ist. Dieses basiert auf Differentiated Services gemäß IETF RFC 2475, veröffentlicht im Jahr 1998.

Ein wichtiger Unterschied: QoS betrifft lediglich die Behandlung des Datenstroms im Kernnetz. Mit 5G-Network-Slicing rückt QoS dagegen bis in den Bereich des Funknetzes (Radio Access Network, RAN) vor. Daraus leitet sich ein entscheidender Unterschied ab: Während QoS in erster Linie zwischen unterschiedlichen Datenarten unterscheidet, ist die Slicing-Technologie in der Lage, gleichartige Daten unterschiedlich zu behandeln, die von verschiedenen Mandanten stammen.

Unterschiede gibt es auch bei der Einrichtung der entsprechenden Funktionen. Die Behandlung des Datenverkehrs in einem Unternehmensnetzwerk unter QoS-Gesichtspunkten ist ein diffiziles Unterfangen. Alle großen Netzwerkhersteller unterstützen die IT-Administratoren mit Tools, um die komplexe Aufgabe beherrschbar zu machen. Ein Beispiel ist Junos OS Class of Service (CoS) von Juniper Networks, das Einstellungen auf granularem Niveau ermöglichen soll.

Noch weiter geht das Network-Slicing, das als Virtualisierungstechnologie eng mit Software Defined Networking (SDN) und Network Functions Virtualization (NFV) verwandt ist. Softwaregesteuerte Einstellungen erleichtern das Einrichten und ermöglichen sogar automatisierte Reaktionen, wenn außergewöhnliche Ereignisse auftreten. Zudem lassen sich die jeweiligen Slices völlig unabhängig definieren. Änderungen an einem der virtuellen Netzwerke haben keinen Einfluss auf die anderen Slices.

Teilen Sie Ihre Meinung mit uns!

Ihre Perspektive zählt! Hinterlassen Sie einen Kommentar zu unserem Blogartikel und lassen Sie uns wissen, was Sie denken.