Was ist 5G?

Dieser Artikel ist ein Überblick und enthält Links zu einer Reihe detaillierter Artikel, in denen 5G-Mobilfunkfunktionen, unterstützende Infrastrukturen und verwandte neue Technologien beschrieben werden. Die Konvergenz neuer Technologien und Produkte führt zu einem Quantensprung bei der Umgestaltung von Industrien und der Weltwirtschaft und hat tiefgreifende Auswirkungen auf alle. Technologien wie Robotik, künstliche Intelligenz, selbstfahrende Autos und intelligente Häuser und Städte werden sich massiv auf das Leben aller Menschen auswirken. 5G ist die führende Technologie, die diese Umwälzungen ermöglicht.

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Eine vernetzte Welt

Dank der 4G-Mobilfunknetze konnte sich das Mobiltelefon von einem Telefon zu einem kleinen, vollwertigen Netzwerkcomputer entwickeln. Dies hat zahlreiche Vorteile wie E-Mail, Video-Streaming und Tausende von Smartphone-Apps mit sich gebracht. Die Leistungsbeschränkungen von 4G und die Begrenzung der Anzahl der anschließbaren Geräte haben die Kosten für jedes angeschlossene Gerät relativ hoch gehalten.

Die nächste Mobilfunk-Evolution, 5G, hat Design-Spezifikationen, die viele 4G-Einschränkungen überwinden. 5G ist auch für die Unterstützung künftiger technologischer Innovationen ausgelegt. Es kann Millionen von Geräten unterstützen, die kontinuierlich mit einem hochleistungsfähigen Mobilfunknetz verbunden sind, und zwar mit 100-prozentiger Zuverlässigkeit und zu stark reduzierten Kosten.

5G-Design-Herausforderungen

• Mehr Kapazität - Der Netzverkehr wird bis 2020 voraussichtlich um das 1000-fache ansteigen
• Höhere Datenrate - Die 5G-Datenrate soll 10 bis 100 Mal höher sein als die von 4G
• Geringere Netzwerklatenz - Die Latenz von Netzwerkpaketen für neue Anwendungen erfordert Antworten von einer Millisekunde oder weniger
• Konnektivität für eine enorme Anzahl von Geräten â- Die Gerätedichte nimmt mit angeschlossenen Geräten stark zu
• Geringere Kosten und geringerer Energieverbrauch - Die Erhöhung der Netzwerkkapazität senkt die Kosten und der geringere Stromverbrauch verlängert die Akkulaufzeit und verringert die Anforderungen an die Gerätehardware.
• Erlebnisqualität - Die Umsetzung der oben genannten Parameter wird das Gesamterlebnis und die Erwartungen der Nutzer erhöhen

Diagramm 1 - 5G Business Use Cases

Komplementäre Technologien

5G ermöglicht eine Gruppe bestehender und neu entstehender Technologien, und die Kombination von 5G und vernetzten Technologien schafft einen Wert, der größer ist als die Summe der einzelnen Komponenten.

5G zusammenhängende Technologien

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT ) ist eine neue Welle von vernetzten Computern, Sensoren und Geräten oder "Dingen". In Kombination mit einem 5G-Netz wird diese Gerätekategorie ihr volles Potenzial zur Automatisierung von Häusern, Unternehmen, Städten und potenziell jeder Umgebung, die "intelligent" gemacht werden kann, entfalten können.

Blockchain entwickelt sich rasch zu einer sicheren Kommunikations-, Ledger- und Speichertechnologie. IoT und Blockchain verschmelzen zu BIoT. Blockchain ist eine netzwerkbasierte Technologie, die dazu beiträgt, den Satz "das Netzwerk ist der Computer" Wirklichkeit werden zu lassen.

MEC und Cloud Edge - Cloud Computing rückt immer näher an den Netzwerkrand, d. h. näher an die Endnutzer und Maschinen. Viele Anwendungen und Dienste reagieren immer empfindlicher auf Netzwerklatenzzeiten. Die Verlagerung von Rechenressourcen näher zum Endbenutzer verringert diese Latenz.

KI/ML - Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen sind Spitzentechnologien, die in Verbindung mit einem schnellen, stets verbundenen 5G-Netz neue Möglichkeiten bieten, darunter die gemeinsame Nutzung von Daten und die Entscheidungsfindung zwischen Maschinen.

Fortgeschrittene Endnutzergeräte - Neue Nutzergeräte entstehen, und Marktexperten gehen davon aus, dass jeder Mensch in naher Zukunft bis zu acht tragbare intelligente Geräte besitzen wird. Dazu gehören Augmented-Reality-Systeme und Computer für das Handgelenk, die jeweils über fortschrittliche künstliche Intelligenz verfügen und mit dem 5G-Netz verbunden sind.

Autonome Maschinen - Selbstfahrende Flugzeuge, Züge und Autos werden heute getestet. Autonome Drohnen sind bereits verfügbar, und die Robotik schreitet weiter voran. Diese Technologien haben Netzanforderungen, die den 5G-Designanforderungen entsprechen und die Allgegenwärtigkeit dieser Technologien ermöglichen.

Zukünftige Geschäftsmöglichkeiten

Mit den neuen Technologien und der Fähigkeit des 5G-Netzes, Milliarden von Nutzern und Maschinen mit dem Internet zu verbinden, wird die Welt wirklich vernetzt sein. Es werden neue Märkte entstehen, und die Art und Weise, wie Menschen mit Technologie interagieren, wird sich drastisch verändern. Das Internet hat diese Auswirkungen auf die Art und Weise, wie wir kommunizieren, bereits gehabt, und 5G führt die nächste technologische Revolution an.

• Neue Geschäftsmodelle und Märkte
• Neue Industrien
• Intelligente Städte, intelligente Häuser, alles intelligent
• Bildung und Gesundheitswesen
• Fertigung und Bauwesen
• Transportautomatisierung und Verkehrssteuerung
• Sicherheit und Kriminalprävention
• Staatliche Dienstleistungen

Ziele der 5G-Technologie

Die 5G-Spezifikationen legen eine Reihe von Anforderungen fest, darunter Parameter für die Netzleistung und -sicherheit, die Mindestanzahl von Geräteverbindungen und den Gesamtenergiebedarf.

Die Anforderungen an die 5G-Entwicklung sehen auch eine Garantie für eine nahezu 100-prozentige Betriebszeit und extrem konsistente Netzdienste vor. Selbstfahrende Autos und Lastwagen, Gesundheitsdienste, Verkehrssteuerung, Stromnetzmanagement und andere Bereiche, die sich direkt auf die öffentliche Sicherheit auswirken, sind auf die Integrität von 5G-Netzen angewiesen.

Das folgende Diagramm zeigt die Leistung von 4G LTE im Vergleich zu 5G.

Diagramm 2 - 4G vs. 5G

Geschäftliche Anforderungen

Zu den zusätzlichen Anforderungen an die Konstruktion gehören die folgenden:

• Content-Delivery-Network (CDN) -Funktionalität ist in die Mobilfunknetze integriert, um Inhalte an den Rand des Netzes und damit näher zum Kunden zu verlagern und eine bessere Nutzererfahrung zu ermöglichen
• Lawful Interception (rechtmäßiges Abhören) ermöglicht es rechtlich befugten Strafverfolgungsbehörden, die private Kommunikation einzelner Teilnehmer abzuhören.
• Multimedia Broadcast/Multicast Service - Verbesserte Netztechnologien für die Medienbereitstellung und die Übertragung an mehrere Kunden
• Ortungs-/Positionierungsdienst - geografische Positionierung von 5G-Clients und -Netzen, ähnlich wie bei GPS-Technologien, wodurch die Komplexität der Clients und der Energiebedarf reduziert werden
• Kommunikation für die öffentliche Sicherheit und Notfallkommunikation, Bereitstellung öffentlicher Warn- und Notfallwarnungen

Ziele der 5G-Abdeckung

• Indoor/Spot: geringe Reichweite pro Standort mit hohem Durchsatz und hoher Dichte in Gebäuden
• Dichtes Stadtgebiet: Große Reichweite, hohe Dichte und Verkehrsbelastung. Use-Case-Verkehrsbelastung in Stadtzentren und dichten städtischen Gebieten
• Rural: Minimale Dienste über weite Entfernungen mit geringer Dichte, sowohl für Menschen als auch für Maschinen
• Ländlich mit extrem großer Reichweite: Dienste über unterschiedlich große Gebiete wie Wildnis oder Gebiete, in denen sich nur Autobahnen befinden
• Städtische Abdeckung für massive Verbindungen: Fokus auf große Zellen und kontinuierliche Verfügbarkeit für eine große Anzahl von angeschlossenen Geräten
• Autobahn-Szenarien: Schwerpunkt auf Fahrzeugen, die auf Autobahnen mit hohen Geschwindigkeiten unterwegs sind
• Urbanes Netz für vernetzte Autos: Unterstützung für dicht gepackte Fahrzeuge im städtischen Raum
  

Die Rolle von 5G in der Gesamtarchitektur

5G ist das Zugangsnetz in der Gesamtarchitektur. Eine sehr vereinfachte Darstellung ist unten abgebildet. 5G verbindet Client-Geräte mit dem Rand des Mobilfunknetzes.

Diagramm 3 - End-to-End-Netz und 5G

Definition der Begriffe

Dinge - Der Begriff "Dinge" steht für Computerclients, die auf das Netz zugreifen. Bei den Dingen handelt es sich entweder um vom Menschen bediente Endbenutzer-Clients oder um autonome, mit dem Netz verbundene Geräte des Internet der Dinge (IoT).

Edge - Edge steht für Cloud Edge Computing-Systeme (Cloudlet) oder ein Multi-access Edge Computing-System (MEC). Diese Systeme befinden sich in der Nähe der 5G-Antenne des Mobilfunkanbieters. Die gemeinsame Unterbringung der Rechenanlage mit den Mobilfunkantennen ermöglicht eine größere Nähe zu den Endnutzern.

Es entstehen Netzdienste, die extrem niedrige Netzlatenzzeiten erfordern. Je näher die Cloud-Dienste dem Endnutzer sind, desto geringer ist die Netzlatenz. Intelligente Straßen- und autonome Fahrzeug-Orchestrierungssysteme sind Beispiele, die eine geringe Latenz erfordern. Selbstfahrende Autos kommunizieren mit anderen Autos, oft über die neue 5G-Netzwerkinfrastruktur. Diese Systeme erfordern Fahrentscheidungen in Echtzeit und können die Latenz, die sich aus dezentralen Cloud-Systemen ergibt, nicht verkraften.

Cloud - Die Cloud-Funktion steht hier für ein zentrales Rechenzentrum, eine Webanwendung oder einen public cloud -Dienst, auf den über das Internet (oder möglicherweise über eine private WAN-Verbindung) zugegriffen wird.

5G Mobile Carrier Netzwerk

Mobilfunknetzbetreiber müssen ihre Kernnetzinfrastrukturen auf eine neue Generation von Technologien aufrüsten, die die 5G-Technologie und Geschäftsanforderungen unterstützen.

Diagramm 4 - Netzinfrastruktur von Mobilfunkanbietern

5G-Kunden

Die 5G-Mobilfunktechnologie ermöglicht neue mobile oder stationäre Netzrand-Clients. Zu den Endnutzer-Clients gehören Mobiltelefone, Tablets, Laptops, Spielsysteme, Autos und andere Computersysteme mit menschlichen Schnittstellen. Maschinen-Clients Das Internet der Dinge (IoT) ist eine der wichtigsten Triebkräfte für neue, mit dem Netz verbundene Geräte. Die 5G-Technologie wurde so konzipiert, dass sie für die große Anzahl neuer kleiner IoT-Sensorgeräte, die eines von mehreren IoT-Telemetrie-Netzprotokollen verwenden werden, einen minimalen Hardware-Fußabdruck und einen geringen Stromverbrauch erfordert.

Einen ausführlicheren Artikel über IoT-Telemetrietechnologien finden Sie hier.

5G Funkzugangsnetz (RAN)

Das 5G-Funkzugangsnetz ist die neueste Entwicklung in der Mobilfunkinfrastruktur der Betreiber. Die RAN-Infrastruktur umfasst Basisstationen, Basisstations-Verbindungsnetze und Kerntechnologien der Mobilfunkbetreiber. Die RAN-Technologien werden in späteren Abschnitten ausführlicher behandelt.

5G-Basisbandeinheit/Kern

Dazu gehören 5G-Kerntechnologien zur Verarbeitung und Verwaltung von Mobilfunkdaten an der Basisbandeinheit (BBU) sowie eine breite Palette von Funktionen, darunter Carrier-Business-Systeme und Teilnehmermanagement, Wireless-Routing-Management, Netzwerk- und Sicherheitssysteme und verschiedene Netzwerkmanagement-Orchestrierungssysteme (5G Packet Core).

5G-Technologien haben architektonische Anforderungen für den Einsatz virtualisierter Technologien, darunter:

• Software-Virtualisierung einschließlich NFV/VNF und SDN
• Netzwerk-Slicing für logische, softwaredefinierte Netzwerke
• Mandantenfähigkeit - isolierte, softwaredefinierte virtuelle Netzwerke

MEC Cloud Edge-Rechenzentren

Multi-Access Cloud Edge (ursprünglich Mobile Edge Computing) ist ein physisches Cloud-Rechenzentrum, das in der Nähe von Funktürmen eingerichtet wird. Diese Kollokationseinrichtungen sind direkt mit den Funkzugangsnetzen der Mobilfunknetze verbunden, die sich in der Nähe der Endkunden befinden. Anbieter von Cloud-Diensten mit latenzempfindlichen Anwendungsdiensten können durch das Hosting von Anwendungsdiensten in unmittelbarer Nähe der Endkunden eine hohe Leistung bei geringer Latenz bieten.

Beispiele für Dienstleistungen für solche Einrichtungen sind:

• Große Anbieter public cloud
• Große interaktive Spieldienste
• Smart-City-Dienste wie Verkehrsmanagement, Videoanalyse, öffentliche Sicherheit
• Autonome Fahrzeuge

Derzeit gibt es Bereitstellungspläne für Zehntausende dieser Cloud-Edge-Kolokationseinrichtungen.

Wie A10 Networks helfen kann

A10 Networks bietet Produkte für leistungsstarke Netzwerk- und Sicherheitssysteme, die Millionen von gleichzeitigen Sitzungen in Echtzeit verarbeiten. A10 NetworksZu den Kunden des Unternehmens zählen die größten Netzwerkbetreiber und Cloud-Service-Anbieter der Welt.

Das Produktportfolio des Unternehmens ist breit gefächert und deckt End-to-End-Infrastrukturen von Netzwerkdienstleistern ab, vom Network-Edge-Computing über die verteilte Paketkernverarbeitung und zentrale Büroinfrastrukturen bis hin zu öffentlichen Clouds.

Diese breite Palette von Produkten eines einzigen Anbieters reduziert die Kosten für Bereitstellung, Betrieb und Verwaltung und damit die Gesamtbetriebskosten.

A10 Networks hat einzigartige Wettbewerbsvorteile für 5G-Infrastrukturen:

1. Portfolio von Produkten für Dienstanbieter
2. Leistungsstarke VNFs
3. Prozessbegleitende Verkettung von Servicefunktionen
4. VNF Scale-Out-Clustering
5. Cloud-optimierte Architektur
6. Branchenübliche Hardware-Server-Optimierungen

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