Wohin geht die Entwicklung bei den Telekommunikationsnetzen?

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1 Whin geht die Entwicklung bei den Telekmmunikatinsnetzen? 20. VDE/ITG-Fachtagung Mbilkmmunikatin 7. Mai 2015, Osnabrück Prf. Dr.-Ing. Ulrich Trick Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Kleiststraße 3, Frankfurt a.m. Tel.: 069/ , trick@e-technik.rg Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

2 Agenda Einführung Applikatinsspezifische Netze Kmmunikatinsdienste und Service Delivery-Plattfrmen Netzwerkvirtualisierung Mbilfunknetze der 4. und 5. Generatin Future Netwrks Netzentwicklung Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

3 Einführung 1 Mderne Telekmmunikatinsnetze IP-basiert Integrieren alle Dienste und Zugangsnetztechniken Stichwrte Vice und Multimedia ver IP SIP NGN-Knzept IMS + Netwrk Functins Virtualisatin (NFV) + Sftware Defined Netwrking (SDN) Beispiel für die kurzfristige Netzentwicklung: UMTS Release 8 LTE mit rein paketbasierter Luftschnittstelle, auch für Telefnie EPC (Evlved Packet Cre) als neues paketvermitteltes, echtzeitfähiges Kernnetz Migratinspfad zu einem dem NGN-Knzept genügenden All IP-Netz Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

4 Einführung 2 UMTS-Netz mit SAE und LTE zu ISDN, GSM/UMTS- Mbilfunknetzen zu IP-Netzen (PDNs) IMS zu IP-Netzen (PDNs) Kernnetz CS Dmain (GSM) PS DOMAIN (GPRS) SAE PS Dmain (EPC) EPS Zugangsnetz GERAN UTRAN Nn-3GPP IP Access E-UTRAN E = Evlved EPC = Evlved Packet Cre EPS = Evlved Packet System LTE = Lng Term Evlutin PDN = Packet Data Netwrk SAE = System Architecture Evlutin LTE Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

5 Applikatinsspezifische Netze 1 Auf spezielle Anwendungsgebiete zugeschnittene Netze Nutzen die verschiedenen Zugangsnetzsysteme und Kernnetze wie NGN, NGMN und Internet Applikatinen dezentral, auf Diensteplattfrmen und/der in der Clud In einer weiteren Netzwerkschicht berhalb der Telekmmunikatinsnetze Anwendungsgebiete u.a. Smart Grid (intelligentes Energieverteilnetz) Smart Hme (intelligente/s Haus/Whnung) AAL (Ambient Assisted Living, intelligente Whnung zur Unterstützung vn Persnen mit körperlichen Einschränkungen) E-Health (intelligentes Gesundheitsnetz) Smart City (intelligente Stadt) Vernetzung vn Prduktinsprzessen mit Cyber Physical Systems (Industrie 4.0) Intelligentes Verkehrsnetz mit Car-t-X-Kmmunikatin Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

6 Applikatinsspezifische Netze 2 Applikatinsspezifische Netze (AN) Clud Cmputing Diensteplattfrmen AN k AN 1 Zugangsnetzsysteme LTE UTRAN HFC WLAN DSL FITL N G N Kernnetz N G M N OTN AN = Applikatinsspezifisches Netz DSL = Digital Subscriber Line FITL = Fibre In The Lp HFC = Hybrid Fibre Cax LTE = Lng Term Evlutin NGMN = Next Generatin Mbile Netwrks NGN = Next Generatin Netwrks OTN = Optical Transprt Netwrk WLAN = Wireless Lcal Area Netwrk UTRAN = Universal Terrestrial Radi Access Netwrk Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

7 Kmmunikatinsdienste und Service Delivery- Plattfrmen (SDP) Dienste mit zentralen SDPs versus Dienstenutzung mit Mbile Apps (+ Server) Z.B. Minus bei SMS, Plus bei Messaging Apps Smartphne dezentraler Ersatz für zentralen Applicatin Server Mit Apps können NGN-Vrteile wie QS und Sicherheit nicht genutzt werden Kmbinatin der Möglichkeiten vn Apps und NGN-SDP mit APIs Z.B. Bitrate n-demand Für neue Dienste wegen Flexibilität und Ksten: SDP basiert auf Clud Cmputing, Virtualisierung Prägend für zukünftige Netze M2M (Machine-t-Machine Cmmunicatins) IT (Internet f Things) On-demand-Bereitstellung vn Netzressurcen via NFV und SDN Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

8 Netzwerkvirtualisierung 1 Netzwerkfunktinen heute: Meist in SW Auf prprietärer HW Hhe Anschaffungsksten Unflexible Netzarchitektur, festgelegte Funktinen Netwrk Functins Virtualisatin (NFV) Netzwerkfunktinen in SW Auf Standard-HW IT-Virtualisierungstechniken Virtual Netwrk Functins (VNF) auf Virtual Machines (VM) via Virtualisatin Layer auf Standard-Rechner-HW (z.b. in Rechenzentren) Orchestrierung der Netz-Ressurcen Geringere Ksten, flexibel, skalierbar, Autmatisierung Mit NFV Entkpplung vn SW und HW der Netzdienste Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

9 Netzwerkvirtualisierung 2 Übersicht zum NFV Framewrk nach ETSI Virtualised Netwrk Functins (VNFs) VNF VNF VNF Virtual Cmputing NFV Infrastructure (NFVI) Virtual Strage Virtualisatin Layer Virtual Netwrk NFV Management and Orchestratin Cmputing HW Strage HW HW Resurces Netwrk HW Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

10 Netzwerkvirtualisierung 3 Mit NFV: Dynamische Instanziierung Migrieren vn Netzfunktinen Neue Anfrderungen an IP-Transprtnetze: flexible Behandlung vn Datenflüssen bei dynamisch verlagerten und/der neu skalierten Netzanwendungen Sftware Defined Netwrking (SDN) Zentrale(r) SDN-Cntrller + dezentrale einfache SDN-Switches Trennung der Steuerlgik/Signalisierung (Cntrl Plane) vn den Nutzdaten (User Plane) SDN-basiertes Transprtnetz lgisch wie 1 Switch/Ruter Geringere Ksten, flexibel, prgrammierbar (Verhaltensänderungen zur Laufzeit) Mit einer HW Parallelbetrieb mehrerer virtueller Transprtnetze (Netwrk Slices) möglich Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

11 Netzwerkvirtualisierung 4 Prinzipielle SDN-Architektur Applicatin Layer Business Applicatin API API API Cntrl Layer SDN Cntrl SW Netwrk Services Cntrl Data Plane Interface (z.b. OpenFlw) Infrastructure Layer Netwrk Device Netwrk Device Netwrk Device Netwrk Device Netwrk Device Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

12 Mbilfunknetze der 4. und 5. Generatin 1 NFV u.a. für EPC-Netzelemente, IMS, Mbilfunkbasisstatinen 4G Mit LTE-Advanced-Technik Ab UMTS Release 10 Mit auch für 5G interessanten Features: verschiedene RATs (Radi Access Technlgy), Hetergeneus Netwrks (unterschiedlich grße, überlappende Funkzellen, HetNet), Device-t-Device-Kmmunikatin (D2D, Prximity-based Services) 5G Visin, im Frschungsstadium Hauptanfrderungen: sehr hhe Bitraten und Datenvlumina, sehr kurze Latenzzeiten, lange Batterielaufzeiten z.b. für Sensren, sehr viele Endsysteme pr Access Pint, hhe Verfügbarkeit u.a. Je nach Anwendungsfeld stark divergierende Anfrderungen Hhe Flexibilität, Skalierbarkeit, Elastizität u.a. NFV, SDN Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

13 Mbilfunknetze der 4. und 5. Generatin 2 5G-Netzarchitektur nach NGMN Business Applicatin Layer Anwendungsfälle, Business-Mdelle, Nutzerapplikatinen Netzzustand Netzbetreiber- Dienste Enterprise- Dienste OTT-3rd-Party- Dienste Business Enablement Layer CP- Funktinen Biblithek mdularer Netzwerkfunktinen UP- Funktinen APIs RAT- Knfig. Virtualisierung RAT M AN N 5G- Endgeräte RAT 2 AN 2 Externe IP-Netze RAT 1 AN 1 Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Infrastructure Resurces Layer Prf. Dr.-Ing. U. Trick AN = Access Nde CP = Cntrl Plane UP = User Plane RAT = Radi Access Technlgy Clud Nde: Cmpute/Strage Netwrk Nde

14 Mbilfunknetze der 4. und 5. Generatin 3 Verschiedene 5G-Netzwerkscheiben (Slices) auf Basis derselben physikalischen Infrastruktur RAT 2 CP/UP CP 5G-Endgeräte: Smartphnes RAT 1 CP/UP UP 5G-Netzwerkscheibe 1 (Smartphnes) RAT 2 CP/UP 5G-Endgeräte für autnmes Fahren RAT 1 5G-Netzwerkscheibe 2 (Autnmes Fahren) 5G-IT-Endgeräte: Sensren und Aktren RAT 3 Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für RAT 1 Tele- IT = Internet f kmmunikatinsnetze Things UP CP Slice x Prf. 5G-Netzwerkscheibe Dr.-Ing. U. Trick L (IT)

15 Future Netwrks Future Netwrks mit Virtualisierung (ITU-T 2011/12) verschiedene Dienste Dienst 1 Dienst 2 Dienst N LINP = Lcically Islated Netwrk Partitin Nw. = Netzwerk LINP 1 LINP 2 virtuelle Netzwerke LINP M Netwrk Management Virtualizatin f resurces virtuelle Ressurcen Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze physikalisches Netzwerk 1 physikalisches Netzwerk L Prf. Dr.-Ing. U. Trick

16 Netzentwicklung 1 NGN bzw. All IP-Netz in einer Layer-Struktur IP-Paketnetz für alle Dienste, verschiedene Zugangsnetze (Transprt Layer) Servicenetze mit u.a. Call Server (Call Cntrl Layer) Applikatinsplattfrm für Mehrwertdienste (Applicatin Layer) Flexibilität durch Zugangsnetz- und Servicenetzscheiben (Netwrk Slices) (Heutige) mderne Telekmmunikatinsnetze Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

17 Netzentwicklung 2 Ein Future Netwrk in einer Layer-Struktur (Standard-) HW im Transprt Layer Virtuelle Ressurcen für virtuelle Zugangs- und Servicenetze (dienstespezifische Netwrk Slices) Applikatinen für Mehrwertdienste (z.b. für Smartphnes, Car-t-X, Industrie 4.0) Orchestrierung Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

18 Whin geht die Entwicklung bei den Telekmmunikatinsnetzen? Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Prf. Dr.-Ing. Ulrich Trick Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Kleiststraße 3, Frankfurt a.m. Tel.: 069/ , trick@e-technik.rg Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick

19 Weitergehend interessiert? SIP und Telekmmunikatinsnetze 5. überarbeitete und erweiterte Auflage Erscheint im Mai 2015 Frankfurt University f Applied Sciences Frschungsgruppe für Telekmmunikatinsnetze Prf. Dr.-Ing. U. Trick