Ein analytisches Kostenmodell für das Breitbandnetz Dr. Gabriele Kulenkampff Prof. Dr. Klaus Hackbarth Informationsveranstaltung der RegTP Bonn, 9. März 2005 0
In den Folien wird Bezug auf die Kommentierungsaufforderungen im Referenzdokument genommen. Zu diesem Zweck wurden einzelne Begriffe in orangefarbener Schrift hervorgehoben sowie in der Fußzeile auf die jeweiligen Kommentierungsnummern verwiesen. 1
Agenda Untersuchungsgegenstand Anforderungen an die Kostenmodellierung Nachfragemodellierung Teilnehmeranschlussnetz (hochbitratig) Konzentrationsnetz ATM-Kernnetz IP-Netz Physikalisches Transportnetz Modellierung von indirekten Investitionen und Betriebskosten Schlussbemerkung 2
Untersuchungsgegenstand Ziel Spezifizierung eines analytischen Modells zur Ermittlung Kosten effizienter Leistungsbereitstellung für Zugangsdienste auf Basis von xdsl-anschlüssen Methodische Vorgehensweise Kostenermittlung auf Basis eines bottom-up Modells für Breitbanddienste Projektgegenstand Spezifizierung des analytischen Kostenmodells in Form eines Referenzdokumentes für die hochbitratige TAL das Konzentrationsnetz das ATM-Kernnetz das IP-Netz Bottom-up Modellierung der Investitionskosten Indirekte Investitionen und Betriebskosten mittels Zuschlagfaktoren 3
Anforderungen an die Kostenmodellierung Elementorientierung Elementorientierung Gewährleistung der Berücksichtigung der Verbundproduktion mit anderen Diensten, die die betrachteten Netzelemente nutzen Schafft Grundlage für elementorientierte Kostenermittlung und damit für element based charging (disaggregierter Modellierungsansatz) Anwendbarkeit des Modells für Zugangsleistungen unterschiedlichen Wertschöpfungsumfangs 4
Anforderungen an die Kostenmodellierung FL-LRIC Kostenmaßstab FL-LRIC zur Abbildung einer als-ob Wettbewerbssituation Abbildung von Effizienz durch - Netzstruktur Scorched node Ansatz Zahl der Netzebenen sowie Netzknoten je Ebene parametergesteuert - Equipment/Technologie Kostenstandard FL-LRIC erfordert Modellierung auf Basis heute verfügbarer effizienter Technologien - Konzentrationsnetz: ATM vs. IP/MPLS over Ethernet - IP-Kernnetz: Verzicht auf ATM als Layer 2 Protokoll - Netzelemente: Kapazitäten, Ausbaustufen, Rechengeschwindigkeiten => Modelleingabe/Fragebogen Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-11, 4-24 5
Anforderungen an die Kostenmodellierung Netzsegmente und Schnittstellen Tln.-Anschlussnetz Konzentrationsnetz Kernnetze ATM Modem xdsl Splitter* H V t DSLAM ATM BRAS IP Kernnetz WWW (Internet) PSTN/ISDN (*sofern notwendig) PoP / Verkehrsübergabepunkte DSLAM Zugang ATM Zugang (parent switch) IP Zugang (parent switch) ATM/IPZugang (distant switch) www (Resale) 1 2 3 4 5 Quelle: in Anlehnung an ERG (03) 33rev1 6
Anforderungen an die Kostenmodellierung QoS-Differenzierung ERG-Definition von Bitstromzugang beinhaltet Forderung nach Qualitätsdifferenzierung im engeren Sinn: QoS-Parameter für die Übertragung in Datennetzen: Jitter, Latenz, Paketverlustrate im weiteren Sinn: Anschlusskapazität des Endkunden; für den Nachfrager von Bitstrom relevantes Qualitätsdifferenzierungsmerkmal QoS-Parameter sind im ATM in Zusammenhang mit Serviceklassen spezifiziert Serviceklassen werden beschrieben durch zugehörige Verkehrs- und QoS- Parameter-Ausprägungen (im IP sind bisher keine definiert) Dienstebeispiele Verkehrscharakteristik ATM-Serviceklasse IP VoIP Echtzeit CBR? Streaming Semi-elastisch rtvbr? File transfer Elastisch nrtvbr? www Best effort UBR? Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-5, 4-6 7
Nachfragemodellierung Anforderungen im Rahmen der Modellierung Ziel: Ableitung der Nachfrage je Netzelement Vorgehensweise: Einteilung aller Teilnehmer in Nutzerklassen und Ermittlung ihrer: Verkehrsmenge [Bandbreite] Verkehrsziele QoS-Anforderungen erfordert eine Betrachtung differenziert nach Diensten: Mit welchen QoS-Anforderungen und Verkehrszielen sind die Dienste verbunden, die die verschiedenen Teilnehmer (ausgedrückt in Nutzertyp, Zugangsart) nachfragen? 8
Nachfragemodellierung Anforderungen im Rahmen der Modellierung IP-Netz Ziel 2 = Edge Router/Client Ziel 1 = Server Ziel 3 = Peering/IC-Point Verkehrsklassen für: Echtzeit Semi-elastisch Elastisch Best effort Server BRAS DSLAM Quellverkehr Router Nachfrage aller Teilnehmer nach sämtlichen Diensten Dienst = f (Bandbreite, Verkehrsziel, QoS) 9
Nachfragemodellierung Quellverkehrsmatrix eines DSLAM-Standortes Summe über alle am DSLAM-Standort i angeschlossenen Teilnehmer * ) Ziel Verkehrsklasse für Ziel 1 Ziel 2 Ziel 3 [ ] Ziel n Σ Quellverkehr n. Verkehrsklassen Echtzeit [kbit/s] Σ Echtzeitverkehr DSLAM-Standort i Semi-elastisch Elastisch Best effort Σ Quellverkehr nach Verkehrszielen Σ Quellverkehr DSLAM-Standort i *) für IP-Netz-Modellierung über sämtliche, an einen BRAS- Standort angeschlossenen Teilnehmer 10
Nachfragemodellierung Datenverfügbarkeit u. Modellierungsalternativen Abbildung des Quellverkehrs Variante A (first best Szenario): Serviceklassen-Verkehrsziel-Matrix mit zugehörigen Bandbreiten wird je DSLAM-Standort bereitgestellt Variante B (Bandbreitenbasiertes-Szenario) : Bandbreiten differenziert nach Anschlussart/Nutzergruppe werden bereitgestellt, Verkehrsziele und Serviceklassen müssen auf Basis globaler Parameter (ggf. differenziert nach Nutzertyp/Anschlussart) abgeleitet werden Variante C (Nachfragebasiertes-Szenario): Ableitung der Nachfrage auf Basis einer Nachfrageschätzung unter Rückgriff auf die von Nutzer- und Anschlusskategorie abhängige Dienstenachfrage sowie eindeutige Zuordnung von Serviceklassen und Verkehrszielen Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-4, 4-8, 4-9 11
Nachfragemodellierung Alternative Verkehre IP Verkehr über Modem Zugang (Schmalbandverkehr) - Verkehrswerte durch Variante B + Angabe der Netzzugangspunkte (Teilmenge der Edgerouter) Zuordnung der Teilnehmer zu nächstem BRAS-Standort und bottom-up Nachfrageschätzung analog zu DSL (Variante C) IP Verkehr über Mobilfunk Zugang (GSM/GPRS, UMTS) Verkehrswerte als Anteil am DSL-Quellverkehr + Variante B sowie Angabe/Festlegung der Netzzugangspunkte Transit- und Peering-Verkehr Verkehrswerte als Anteil am DSL- und Modem-Quellverkehr; Zuschlagfaktoren zu Linkkapazitäten im IP-Kernnetz (differenziert nach Netzebenen) 12
Teilnehmeranschlussnetz (hochbitratig) Modellierung der Kosten der Kupferdoppelader auf Basis des analytischen Kostenmodells für das Teilnehmeranschlussnetz (topologieabhängige Kosten) Kosten für Hochbitratigkeit der TAL: DSLAM und Splitter, getrieben durch Teilnehmerzahlen Für entbündelte hochbitratige TAL (ohne Schmalbandzugang) entfallen die Kosten für Splitter Sprache S TAE EVz KVz HVt S M Daten D M DSL-Modem S Splitter D DSL Access Multiplexer TAE Teilnehmeranschlusseinheit Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-10, 3-1 13
Konzentrationsnetz Verkehrsnachfrage IP-Netz Server BRAS DSLAM Router Übergibt den Quellverkehr der xdls Tln am DSLAM Aggregiert die Quellverkehre gleicher DSL Diensteklassen in virtuelle ATM Pfade Führt die virtuellen Pfade mit ihren Verkehren streng hierarchisch zum obersten Netzknoten in der Konzentratornetzhierachie Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-13, 3-5 14
Konzentrationsnetz Netzstruktur BRAS IP Netz BRAS Basiert auf ATM- Technik PoP TS-2 TS-2 PoP Bestehend aus drei Ebenen: DSLAM, TS-1 ATM Konzentratoren, ATMTrafficSelectoren DSLAM Kaskadierende DSLAM Kaskadierender DSLAM als alternatives Konzentrationselement auf der Netzebene 2; Einsatz abhängig von Schwellwerten TS-1 ATM Konzentrator, Ebene 1 TS-2 ATM Traffic selector, Ebene 2 Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-11, 4-12, 3-15, 4-20 15
Konzentrationsnetz Elemente des Konzentratornetzes Baugruppe DSLAM ATM-Konz. ATM Trafic Selector Funktion UNI, Verkehrskonzentration und Aggregation Traffic Konzentration Traffic Selection, CCx von ATM Pfaden, Vermittlung von ATM Kanälen Standorte Untermenge HVt Alle Tln VSt n, WVSt + ausgewähle APE s Ausgewählte WVSt Eingang UNI-C Karte /Tln NNI-C ATM/STM-1 NNI-C ATM/STM-1(4) Ausgang NNI-C ATM/STM-1 NNI-C ATM/STM- 1(4,16, OC-48) Kostentreiber Anzahl Tln, Tln Verkehr Verkehr und Anzahl STM-1 der DSLAM s NNI-C ATM/STM-4(16, OC-48) Anzahl der STM-N der ATM Konz Kommentare NNI E1,E3, STM-4 Rein hierarchisches CCx von ATM Pfaden Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 3-14, 3-16, 3-19, 3-4, 3-5, 3-6 Integriert unterste Ebene des ATM Kernnetzes 16
ATM-Kernnetz Verkehrsnachfrage ATM-Kernnetz genutzt von ATM-Transitverkehr, ATM-Kunden Integriert Datenverkehre aus tradtionellen Datennetzen (X.25, FR) Verteilung der nicht DSL-basierten ATM-Nachfrage auf HVt-Standorte (nach Maßgabe der ISDN-BA und ISDN-PA Anschlüsse) Parametergesteuerte Festlegung der Kapazitäten der ATM-Anschlüsse (E3, STM-1, STM-4) und Verteilung nach Maßgabe der ISDN-PA Anschlüsse Festlegung der Zahl von Verbindungen und mittlerer Geschwindigkeit je Anschlusstyp (differenziert nach permanenten virtuellen Pfaden und Kanälen sowie Serviceklassen) Ableitung einer Verkehrsmatrix, wie sie im analytischen Kostenmodell für das nationale Verbindungsnetz Anwendung findet Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 3-8, 4-41, 4-44, 4-42 17
ATM-Kernnetz Netzstruktur Modellierung eines 2-Ebenen Netzes Bestehend aus ATM-Switches/CC und ATM-Transiteinrichtungen wobei die ATM-Switches mit den ATM Traffic Selectoren aus dem Kernnetz funktional zusammenfallen Doppelte Anbindung der ATM-Switches/CC an ATM-Transiteinrichtungen aus Redundanzgründen Leichte Vermaschung der Knoten der unteren Ebene (in Abhängigkeit der Verkehrsnachfrage, Festlegung von Schwellwerten) Knoten der oberen Netzebene sind untereinander stark bzw. voll vermascht sind Anzahl der Knoten je Netzebene ist ein Inputparameter und kann im Extremfall auf null reduziert werden Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 3-7, 3-18, 4-44 18
IP-Kernnetz Allgemeine Gesichtspunkte Im IP-Kernnetz sind: alle im IP Kernnetz zu führenden (aggregierten) Verkehre zu berücksichtigen die Verkehre nach QoS Klassen und Zielprofilen zu klassifizieren die (hierarchische) Netzstruktur des Kernnetzes zu determinieren die aggregierten Verkehre über die Struktur zu führen die Kapazitäten der Verbindungsleitungen zwischen den Standorten und den Routereinrichtungen in den Standorten festzulegen (Dimensionierung) die zugehörigen Einrichtungen zuzuordnen 19
IP-Kernnetz Verkehrsnachfrage Web RDSI Residencial Web MODEM Residencial Web MODEM SOHO Web MODEM MB Video Voz MODEM MODEM Residencial Residencial Video RDSI SOHO IP-Kernnetz routed aggregierte Quell-Verkehre aus: Traditionellem Modem Access von Access Routern xdls Access aus dem ATM Konzentratornetz Direkt angeschlossenen (Gross) Tln Peering Verkehre U.a. Quell-Verkehre hängen ab von: Tln-Klasse, Anschlussart, IP Diensten Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-25, 4-4 20
IP-Kernnetz Verkehrsklassen und Verkehrsziele Die im IP Kernnetz zu führenden Verkehre aggregieren sich in folgende Verkehrs-Klassen: Real Time Verkehre Semi Realtime Verkehre Non realtime Datenverkehr Best effort Verkehr bestimmen ihre Verkehrsziele aus ihrem Zielprofil: User-server (retrival, delivery) Server Multiuser (multicast) User user (dialog) User multiple user (Konferenz) User - Interconecction Peering Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-5 21
IP-Kernnetz Netzstruktur CR Ebene (1) Core-Router CR CR SCR SCR SCR (2) Subcore-Router PoP PoP PoP PoP PoP PoP PoP PoP (3) (Lable-)Edge-Router Quellverkehr je BRAS-Standort Modellierung von 3 Netzebenen Zahl der Netzknoten je Netzebene exogen parametergesteuert Vermaschung durch Hierarchie vorgegeben Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 3-10, 4-22 22
IP-Kernnetz Verkehrsziele und Verkehrsführung Verkehrsziele für Serverstandorte und Interconnection Points werden Exogen (parametergesteuert) bestimmt und an ausgewählen Standorten der Netzhierarchie (Core, Subcore, Edge Router Standort) Verkehrsverteilung über mehrere Wege in der Netztopologie: X % über den Erstweg (Minhop) 100-X% über den (disjunkten Zweitweg) Verkehrsziele für Ende-zu Ende Dialogverkehr aus Verteilungsmatrix (wie im traditionellem PSTN/ISDN) zwischen den Edge Router Standorten Verkehre aus Konferenzdiensten und Multicast werden mittels Sternstruktur von Server zu den Usern modelliert Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-26, 4-29, 4-2, 4-3 23
IP-Kernnetz Dimensionierung Verkehrsführung bestimmt die Summe der aggregierten Verkehre separiert je Netzelement (Knoten und Verbindungsleitung) und je Verkehrsklasse Festlegung der Kapazitäten je Netzelement erfolgt auf der Basis der sogenannten äquivalenten Bandbreite und einem Auslastungsfaktor für jeden Type des Netelementes (Knotentype, Verbindungsleitungstype) Äquivalente Bandbreite wird durch Projektion der Verkehre aus den vier Verkehrsklassen mittels Ponderationsfaktoren pk berechnet (z.b. p-real-time=1,2, p- semirealtime=1,1; p-nonrealtime=1,05; p-besteffort=1) Die einsetzbaren Netzelemente (Routertypen, Verbindungsleitungstypen) sind exogen vorzugeben Für jedes Netzelement wird auf Basis der äquivalenten Bandbreite und der Typen von Netzelementen deren Anzahl bestimmt. Dabei wird ein maximaler Auslastungsfaktor (z.b. 0,8) je nach Type des Netzelementes berücksichtigt um QoS zu gewährleisten ( Über -Dimensionierung), damit wird ATM als Layer-2 Protokoll verzichtbar Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-30, 3-9, 4-31, 3-31, 3-2, 4-2 24
Physikalisches Transportnetz Modellierung des physikalischen Layers Modellierungsansatz: Derzeit Transportnetz mit elektrischen und Multiplexern und CrossConnectoren auf der Basis der SDH Hierarchie des physikalischen Transportnetzes ist durch die Hierarchie und Nachfragen aus dem PSTN/ISDN bestimmt Mittelfristig hybrides Transportnetz mit elektrischen und optischen Multiplexern und CrossConnectoren Ergänzung eines optischen Layers (OCx) erforderlich Evolution ist abhängig vom Bandbreitenbedarf aus den bisherigen Schmalbanddiensten und dem kurz- bis mittelfristigen Breitbandbedarf Abschätzung durch eine Referenzkonfiguration (elektrisch bzw. optisch) im physikalischen Layer basierend auf der Projektion der Leitungsnachfragen für das ATM Zugangsnetz und IP Kernnetz Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-32 25
Physikalisches Transportnetz Physikalische Schicht: aktuelle Situation Dienste Leitungsvermittelte Dienste Paketvermittelte Dienste Vermittlung PSTN/ISDN Vermittlungsstelle ATM Vermittlungsstelle IP Router Festverbindungen E1 STM-n STM-n Übertragung SDH Transportnetz (Cross Connector DX 4/4/1, ADM) Infrastruktur STM-n Glasfaser, Kabel, Gräben, Trassen, gemeinsame Dimensionierung auf Basis der Netzhierarchie im PSTN Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 4-1 26
Physikalisches Transportnetz Physikalische Schicht: mittelfristige Situation 27
Modellierung von indirekten Investitionen Modellierung auf Basis von Zuschlagfaktoren auf die Investitionswerte, differenziert nach Switching-/Routingequipment und Linientechnik sowie Netzebene - Fuhrpark - Werkstattausrüstung und Ersatzteile - Büroausstattung, allgemeine EDV - Netzmanagement - Grundstücke und Gebäude, soweit nicht direkt im Rahmen der Unterbringung berücksichtigt Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 5-1 28
Modellierung von Betriebskosten Modellierung auf Basis von Zuschlagfaktoren auf die Investitionswerte, differenziert nach Switching-/Routingequipment und Linientechnik sowie Netzebene - Betriebskostenfaktoren, differenziert nach dem im Modell berücksichtigten Knotenequipment (Splitter, DSLAM, Konzentratoren, etc.) - Betriebskostenfaktoren für Übertragungstechnik - Betriebskostenfaktoren für Kabel zur Installation von Glasfasern - Betriebskostenfaktoren für Gräben und Kabelkanalanlagen - Betriebskostenfaktoren für Unterbringungstechnik (Klima, Energie etc.) - Betriebskostenfaktoren, anzusetzen für Gebäude und Grundstücke - Betriebskostenfaktoren, anzusetzen für Fuhrpark - Betriebskostenfaktoren, anzusetzen für Büroausstattung - Betriebskostenfaktoren, anzusetzen für Werkstattausstattung - Betriebskostenfaktoren, anzusetzen für allgemeine EDV - Betriebskostenfaktoren, anzusetzen für Netzmanagement Siehe dazu Kommentierungsaufforderungen: 6-1 29
Schlussbemerkung Modellergebnisse erlauben eine Kostenzurechnung nach Maßgabe der Inanspruchnahme von Netzelementen Spezifikation für Modellierung von ATM-Konzentrations- und Kernnetz sowie IP-Kernnetz mit dem Referenzdokument einer öffentlichen Kommentierung zugänglich gemacht - Initiierung eines öffentlichen Diskussionsprozesses, zwecks Erzielung eines möglichst breiten Konsens über angemessene Kostenermittlung - Offenlegung von Änderungsbedarf 30
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