Monday 18 June 2018

Mobile Backhaul for LTE with Carrier Ethernet

(Currently only available in German language) Die Nutzung mobiler Anwendungen steigt dramatisch – und erfordert damit einen signifikanten Ausbau der Infrastruktur für Mobile Backhaul. Bereits heute wird die verfügbare Bandbreite im Mobilfunk vorwiegend für Datentransfer genutzt. Mit LTE kommen neue Anforderungen auf die Carrier und Provider zu. Ethernet verspricht eine praktikable und kosteneffiziente Lösung.

Mobile-Backhaul-Netzwerke verbinden die Basisstationen des Mobilfunknetzes mit dem Festnetz des Carriers. Die frühen Mobile-Backhaul-Netze wurden vorwiegend auf Basis von Transportprotokollen für Sprachanwendungen installiert. Diese TDM-Netze basierten auf E1 oder SDH-Richtfunk-Verbindungen sowie Leased-Lines. Mit der gestiegenen Anforderung an die Bandbreite durch 3G-Geräte erfolgte eine langsame Migration in Richtung auf ATM, wobei weiterhin TDM als Transportarchitektur genutzt wurde.

Bis heute basieren die meisten Mobile-Backhaul-Netze auf TDM und ATM, die allerdings kaum mehr mit den Teilnehmeranforderungen im Hinblick auf Bandbreitenverfügbarkeit und Zuverlässigkeit Schritt halten können. Aus Sicht der Carrier stellen sich zunehmend Fragen hinsichtlich der Kosten für die Anbindung sowie in Bezug auf die Skalierbarkeit der Verbindungen. Mit den neuen Möglichkeiten von LTE verschärft sich die Situation zunehmend.

Der aktuelle Global Service Provider Survey von Infonetics Research zeigt, dass sich nahezu alle Betreiber (93 Prozent) weltweit mit der Bereitstellung von LTE-Services beschäftigen. Immerhin geben noch 60 Prozent der Befragten an, dass Sie die Ausgaben für Backhaul senken müssen. Quasi als logisches Ergebnis ergibt sich, dass 80 Prozent der Operatoren planen, ihre Basisstationen künftig mittels IP beziehungsweise Ethernet zu verbinden.

Eine der wesentlichen Grundlagen auf dem Weg zur Nutzung von Ethernet als Basis für Mobile Backhaul war die Verabschiedung des Implementation Agreement 22 durch das Metro Ethernet Forum. MEF 22 erklärt, wie die vorhergehenden MEF-Spezifikationen und Industriestandards angewendet werden können, um die wachsenden Anforderungen an Radio Access Networks (RAN) durch mobile Datenkommunikation und andere Anwendungen mit hohem Bandbreitenbedarf zu erfüllen.

Das Implementation Agreement beschreibt einen praktikablen Migrationspfad in Richtung auf 3G- und 4G-Services unter Absicherung der Einnahmen aus bestehenden Diensten. Zudem eröffnet das Agreement den Zugang zu zwei neuen, schnell wachsenden Märkten: Der Bereitstellung von bandbreitenhungrigen mobilen Anwendungen sowie der Vermarktung von Carrier Ethernet Services von Festnetzbetreibern für Mobile Backhaul an Mobilfunkanbieter.

„Ethernet ist die einzige realistische und kosteneffiziente Option für Mobile Backhaul in Netzen der nächsten Generation“, bestätigt auch Michael Howard von Infonetics Research. „Wenn man die Popularität des iPhones und seiner Klone in Betracht zieht sowie eine neue Welle anderer mobiler Geräte, dann ist es nicht schwer zu verstehen, warum die Betreiber unter dem Druck zur Lieferung zusätzlicher Bandbreite in hochkompetitiven Märkten stehen. Konventionelle TDM und ATM Backhaul-Transportservices können die Skalierbarkeit, viel geringere Kosten pro Bit und andere Vorzüge von Carrier Ethernet nicht bieten. Unsere jüngste Untersuchung zeigt, dass zwischen 2009 und 2011 weltweit über eine Million neuer konvergenter Ethernet-Verbindungen über Kupfer, Glasfaser und Microwave für Mobile Backhaul entstehen. Damit ist dieser Bereich einer der stärksten im gesamten Telekom-Markt.“

Im Gegensatz zu TDM und ATM Technologien sind Carrier Ethernet Services optimiert für den Transport von Datenpaketen und mehr und mehr verfügbar – vor allem auf Grund der Flexibilität von Ethernet hinsichtlich der Nutzung einer Vielzahl von Transportmedien. Eine Reihe von Faktoren unterscheiden Ethernet Backhaul von anderen Ethernet Netzwerken, insbesondere der schnelle Handoff zwischen Basisstationen in Mobilfunknetzen. Ethernet Backhaul Netze stellen sehr harte Anforderungen die durch eine entsprechende Architektur unterstützt werden müssen, indem zum Beispiel die Zahl der Hops während eines Calls reduziert wird. Sie müssen zudem das gleiche Maß an Network Protection garantieren wie PDH oder SDH basierte Netzwerke. Das MEF hat diese speziellen Anforderungen identifiziert und die MEF 22 Spezifikation zeigt Service-Providern, wie sich Carrier Ethernet für Mobile Backhaul erfolgreich und kosteneffizient implementieren lässt.

Das Mobil Backhaul Implementation Agreement (MBIA) beschreibt Performance- und Quality-of-Service-Parameter, Optionen für die Synchronisation, Recovery- und Protection-Mechanismen sowie andere Ethernet OAM-Services. Zusätzlich wurde eine Generic Inter-Working Function (GIWF) für die effiziente Übertragung von TDM-basiertem Traffic über Ethernet definiert.

Mit den paketbasierten Mobile Backhaul Netzwerken werden neue Architekturelemente eingeführt, die durch das MBIA identifiziert und bezeichnet werden, um eine gemeinsame Terminologie zu schaffen und dadurch die Einführung von Ethernet-basierten Mobile Backhaul Netzen in der gesamten Branche zu beschleunigen. Auf dieser Basis müssen Mobile Backhaul Netze nicht notwendigerweise „self-built“ sein, sondern können auch Whole-Sales-Angebote problemlos nutzen.

Das MBIA schließt Empfehlungen für das Netzwerk-Design, die Architektur und den Betrieb von paketbasierten Mobile Backhaul Netzen ein. Im Vordergrund stand die Erleichterung der Installation von profitablen datengetriebenen Mobilservices durch die Beschreibung der Vorteile ebenso wie durch die Erklärung technischer Details. Inzwischen gibt es weitere Pläne für die zweite Phase des Implementation Agreements, die detaillierter auf Synchronisierungsmethoden, aufkommende Standards und erweiterte Architekturen eingehen soll.

Eine kürzlich herausgegebene Edition des Ethernet Backhaul Quarterly Market Trackers von Heavy Reading legt nahe, dass die meisten Betreiber von Mobilfunknetzen sich mit einer selbstentwickelten Strategie für ihren Wandel in Richtung auf Ethernet Backhaul beschäftigen.  „Das MEF Implementation Agreement unterstützt sie nicht nur dabei, sondern bildet auch eine Möglichkeit für Festnetzbetreiber, die Erosion ihrer Umsätze zu kompensieren“, meint Patrick Donegan, Senior Analyst von Heavy Reading. Die Investition in Ethernet Backhaul Services ist eine Chance, freie Kapazitäten zu nutzen, um an wachsenden Märkten zu partizipieren.“

Ein wesentliches Argument für den Einsatz von Carrier Ethernet bildet die Kosteneffizienz. In Bezug auf Preis pro Bit erfüllt Ethernet die Anforderungen an kostengünstige Bandbreite, wie sie heute durch multimediale Anwendungen gestellt werden. Wie eine Untersuchung von Infonetics Research zeigt, können die Kosten pro Bit durch den Einsatz von Carrier Ethernet um ein Vielfaches gesenkt werden. Das liegt auch daran, dass die durchschnittliche Bandbreite pro installierte Verbindung dramatisch anwächst. Andere Faktoren können zu zusätzlichen Einsparungen führen „Mobilfunk-Netzbetreiber können etwa durch Network-Sharing, d.h. die gemeinsame Nutzung eines Microwave und Glasfaser basierten Carrier Ethernet Mobile Backhaul Netzwerkes, ihre individuellen Kosten senken, während die Performance und die Quality-of-Service garantiert bleiben.“ Erklärt  Joachim Bürkle, Mobile Transport Solution Manager von Ericsson.

Allerdings sind die reduzierten Kosten nur eine Seite der Medaille. Ohne die Sicherstellung der Interkonnektivität der Services wäre die globale Durchsetzung schwierig. Eben in der weltweiten Standardisierung und einer gemeinsamen Terminologie liegt der Focus der MEF-Spezifikationen, wie Phil Tilley, Vice President of Global Regional Marketing von Alcatel-Lucent und Global Marketing Co-Chair des Metro Ethernet Forums erklärt: „Carrier Ethernet löst das Bandbreitenproblem höchst kosteneffizient. Ein Teil davon ist sicherzustellen, dass nicht nur die Performance bereitgestellt wird, sondern dass dies auch in einer standardisierten Weise geschieht. Wir sprechen also über gemeinsame Schnittstellen und die Möglichkeit, Services von unterschiedlichen Anbietern miteinander zu verbinden. Darin liegt einer der wesentlichen Vorzüge der MEF-Spezifikationen.“

Mit der wachsenden Nutzung von breitbandigen und IP-zentrierten Anwendungen gewinnen die beiden Aspekte – Standardisierung und Kostensenkung – weiter an Bedeutung, schon weil konventionelle Netze 4G oder LTE nicht unterstützen. Carrier Ethernet ist dagegen für den Transport von Datenpaketen optimiert, für Service-Provider einfacher zu administrieren, verfügt über eine unbegrenzte Skalierbarkeit und vollständige Unterstützung von Service-Level-Agreements und OAM. Damit wird Carrier Ethernet als Mobile Backhaul Technologie zunehmend interessant.

Phil Tilley: „Mit LTE gehen wir einen enormen Schritt weiter in Bezug auf Bandbreitenanforderungen und vor allem in der Frage, was die Nutzer von multimedialen Endgeräten wollen. Gleichzeitig müssen wir erkennen, dass die Bereitschaft ebendieser Nutzer in Summe für die gestiegene Bandbreite entsprechend zu bezahlen eher gering ist. Daraus ergibt sich ein erheblicher Druck auf die Betreiber bei der Bereitstellung von LTE-Services.“

Auch wenn die MEF 22 Spezifikation grundsätzlich heute auch für LTE-Services anwendbar ist, arbeitet das MEF derzeit an weitergehenden Empfehlungen auch für LTE. Im Programm stehen etwa der IP-Fokus der Netze, neue logische Schnittstellen, Multipoint-Aspekte, Serviceklassen oder die gewachsenen Nutzererwartungen an Dienste.

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