Das Netz der fünften Generation (5G) steht kurz davor, einen radikalen Paradigmenwechsel in der Kommunikationsbranche herbeizuführen. Er durchbricht die derzeitige Norm der "Ein-Netz-für-alle"-Strategie, aufgrund derer Branchensegmente wie die Fertigungsindustrie, der Einzelhandel, die Automobilindustrie usw. das Potenzial mobiler Dienste noch nicht voll ausschöpfen können. Ein Unternehmen benötigt beispielsweise extrem zuverlässige Dienste, während andere eine extrem niedrige Latenzzeit benötigen, unabhängig von der Bandbreite. Anstatt dass sich der Verbraucher an das Netz anpasst, wird sich das 5G-Netz an die externen Anforderungen anpassen.
Ein Ansatz könnte darin bestehen, spezifische Netze für spezifische Bedürfnisse aufzubauen, was jedoch hohe Netzkosten (sowohl CAPEX als auch OPEX) bedeuten könnte und eine bestimmte Mindestanzahl von Kunden erfordern würde, um das Geschäftsmodell zu rechtfertigen. Mit "Network Slicing" ist 5G darauf ausgerichtet, dieses Problem zu lösen, indem es den Mobilfunknetzbetreibern (MNOs) ermöglicht, mehrere dedizierte logische Netze über eine gemeinsame Plattform zu entwickeln und zu betreiben.
Industrieanforderung Anwendungsfall: Öffentliche Sicherheit
Das Konzept eines maßgeschneiderten Netzes für einen bestimmten Anwendungsfall wurde erstmals im Bereich der öffentlichen Sicherheit umgesetzt. In den Vereinigten Staaten wurde die First Responder Network Authority (FirstNet) als Teil des Middle-Class Tax Relief and Job Creation Act (Public Law 112-96) geschaffen, der am 22. Februar 2012 unterzeichnet wurde. Durch das Gesetz wurden 20 Megahertz an Frequenzen und 7 Mrd. USD für den Aufbau eines Breitbandnetzes für die First Responder der Nation bereitgestellt, und FirstNet wurde mit dem Aufbau, dem Betrieb und der Wartung dieses Netzes beauftragt.
Das ursprüngliche Ziel von FirstNet war es, ein spezielles Netz für die Kommunikation von Ersthelfern im Krisenfall zu schaffen, insbesondere wenn die bestehenden kommerziellen Netze mit dem hohen Datenaufkommen überfordert waren. Seitdem haben sich die Zahl der Teilnehmer, der Bedarf an Datenverkehr und die Anwendungsfälle erhöht und weiterentwickelt, was FirstNet kontinuierlich unter Druck gesetzt hat, nicht nur die Kapazität zu erhöhen, sondern auch sein Produktangebot weiterzuentwickeln.
Das Aufkommen des Internets der Dinge (IoT) bringt den Ersthelfern einen großen Vorteil. Daten von Geräten und Sensoren liefern ein besseres Lagebild und die Einsatzkräfte können schneller und effizienter handeln.
Das 5G-Netz mit hoher Kapazität und geringer Latenz wird nicht nur die schrittweisen Fortschritte für Anwendungen der öffentlichen Sicherheit mit IoT-basiertem Situationsbewusstsein ermöglichen, sondern auch das MNO-Ökosystem in die Lage versetzen, bei Bedarf schnell dedizierte "Emergency Slices" innerhalb und außerhalb von FirstNet bereitzustellen. Die 5G-Funktionen werden die Fähigkeit der First Responder verbessern, sowohl den Bürgern als auch anderen First Respondern im Notstandsgebiet Hilfe zu leisten:
Um schnell einen maßgeschneiderten "Emergency Slice" zur Realisierung solcher Anwendungsfälle, wie in Abbildung 1 dargestellt, einzurichten, müssen die Mobilfunknetzbetreiber Ressourcen bereitstellen und/oder gemeinsam nutzen, z. B. in Bezug auf Verarbeitungsleistung, Speicherplatz und Bandbreite, und diese Ressourcen müssen von den anderen Netzwerk-Slices isoliert sein.
Planungsüberlegungen für MNOs
Aus der Implementierungsperspektive könnten Mobilfunknetzbetreiber ein einziges "Slice" (z. B. ein reines IoT-Slice) für mehrere vertikale Branchen (z. B. öffentliche Sicherheit, Automobilindustrie, Fertigung) bereitstellen und auch verschiedene Slices (z. B. IoT, Breitband, niedrige Latenz) bündeln, um eine End-to-End-Funktionalität für eine bestimmte vertikale Branche anzubieten.
Jedes dieser Slices hat spezifische Attribute (Latenz, Durchsatz usw.), die mit der Leistung dieses spezifischen und logischen Teils des Netzes verbunden sind. Als erste Aufgabe können Mobilfunknetzbetreiber Slice-Vorlagen erstellen, die die Netzverbindungen und Konfigurationen definieren, die eine bestimmte Leistung erbringen können, wie im Third Generation Partnership Project (3GPP TS 28.531) definiert.
Diese Slice-Vorlagen sind meist generisch und ermöglichen es den MNOs, schnell einen spezifischen Dienst zu erstellen. So könnte es bei jedem MNO nur drei spezifische Slices geben, wie in Abbildung 2 dargestellt. Für vertikale Branchenanforderungen, z. B. für die öffentliche Sicherheit, sind jedoch weitere Aufgaben erforderlich. Der Anwendungsfall (wie in Abbildung 1 dargestellt) wird die MNOs anleiten, das Konzept eines "Private Slice" oder in diesem Fall eines "Public Safety Slice" zu erstellen.
Eine Slice-Vorlage (Low-Latency-Slice oder Broadband-Slice) mit spezifischer Leistung, die für einen Anwendungsfall erforderlich ist, kombiniert mit einem oder mehreren anderen Slice(s), ermöglicht die Erfüllung des "Public Safety Slice".
Die Einführung eines Public Safety Slice anstelle des Aufbaus dedizierter Netze spart nicht nur Kosten, sondern bietet auch Flexibilität und Optionen für Kunden der öffentlichen Sicherheit. Obwohl Network Slicing erst in Release 16 des 3GPP (geplant für Juni 2020) standardisiert werden soll, können MNOs bereits jetzt mit der Planung von Anwendungsfällen wie der erweiterten öffentlichen Sicherheit beginnen.
Das heutige Modell des MVNO (Mobile Virtual Network Operator) wird durch Network Slicing durchbrochen; Unternehmenskunden kann ein Netz als Slice mit einigen garantierten SLAs angeboten werden. Das Konzept des "Public Safety Slice-as-a-Service", das Landkreisen, Städten usw. angeboten wird und auf deren spezifische Bedürfnisse zugeschnitten ist, ist in greifbarer Nähe.
Herausforderungen und Schlussfolgerung
Das 5G-Netz ist die erste Generation von Mobilfunknetzen in der Cloud. Das Konzept "Public Safety Slice-as-a-Service" ist eher geschäfts- als technologieorientiert und verspricht die nahtlose Abbildung eines Anwendungsfalls der öffentlichen Sicherheit auf Funktionalitäten, Topologien und Richtlinien des spezifischen logischen Teils des Netzes.
Die Abbildung der NFV-Architektur auf spezifische Slice-Vorbereitungen (Abbildung 3) für die Implementierung solcher benutzerdefinierten Servicemodelle wird eine Herausforderung darstellen.
Aus betrieblicher Sicht verfügt ein Public Safety Slice über ein oder mehrere Netzwerk-Slice(s), die konfiguriert, überwacht und gesteuert werden müssen. Es könnte Fälle geben, in denen der Kunde der öffentlichen Sicherheit eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) des Mobilfunknetzbetreibers benötigt, um den Netzdienst zu steuern.
Betriebsunterstützungssysteme/Business Support Systems (OSS/BSS) werden für den Erfolg von Network Slicing eine größere Rolle spielen. Die Automatisierung des Slice in einem geschlossenen Kreislauf, vom Entwurf über die Bereitstellung bis hin zur Absicherung, wird aus OSS-Sicht entscheidend sein. Dynamische Abrechnung und Fakturierung, dynamische Erfüllung verschiedener SLAs und Preismodelle müssen von BSS verwaltet werden.
In der 5G-Ära kommt es zu einer klaren Verschmelzung der Betriebs- und Geschäftsbereiche, die es den Mobilfunkbetreibern ermöglicht, sich über die Rolle des Konnektivitätsanbieters hinaus weiterzuentwickeln, indem sie maßgeschneiderte Netzabschnitte für vertikale Branchen wie die öffentliche Sicherheit anbieten.
