Netzwerk der Zukunft

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Next Generation Network (NGN) bezeichnet in der Telekommunikation ein Netzwerk, welches traditionelle leitungsvermittelnde Telekommunikationsnetze wie Telefonnetze, Kabelfernsehnetze, Mobilfunknetze usw. durch eine einheitliche paketvermittelnde Netzinfrastrukur und -architektur ersetzt und zu den älteren Telekommunikationsnetzen kompatibel ist. Der Vorteil ist die Konvergenz. Dabei ist eines der wesentlichen Merkmale von NGN, dass unterschiedliche Netzfunktionen wie Transport, Dienst und die Kontrollfunktion (z. B. Signalisierung) auf unterschiedlichen (logischen) Netzebenen realisiert werden.

Die Bezeichnung NGN wird auch (stark vereinfachend) als Schlagwort für die derzeitig erfolgende Umstellung der bestehenden Telekommunikationsnetze auf IP-Technologie benutzt, da das Internet Protokoll die vorherrschende Wahl zur Implementierung von paketvermittelnden Netzen ist.

Kritiker sehen in NGN-Netzen eine Gefährdung der Netzneutralität. Insbesondere auf die geplante Einführung der definierten Ende-zu-Ende-Dienstgüte (QoS) und die damit verbundene Möglichkeit Datenströme gezielt „auszubremsen“ oder sogar auszusperren ^[1] wird dabei hingewiesen^[2].

Hintergrund

Motivation

Durch den steigenden Kostendruck im Telekommunikationsmarkt und dem Preisverfall bei Sprachdiensten sehen sich die Diensteanbieter und Netzbetreiber gezwungen, neue Ansätze zum wirtschaftlichen und effizienten Angebot von Telekommunikationsdiensten und Betrieb von Telekommunikationsnetzen zu suchen. Bisher wurde der Telekommunikationsmarkt von traditionellen Telefonieanbietern dominiert. Es ist aber eine zunehmende Konvergenz der Dienste und Netze zu beobachten. Damit drängen auch klassische Portalanbieter, wie z. B. Google, Yahoo, MSN oder auch Kabelnetzbetreiber auf diesen Markt. Das zunehmende Angebot von Telefondiensten mittels IP-Telefonie (VoIP) ist nur ein Beispiel. Im Zuge dieser Konvergenz nimmt im Endkundenumsatz der Wertbeitrag der Netzbereitstellung zu Lasten des Dienstleistungsangebots ab; die Wertschöpfungsketten des Telekommunikations-Marktes verändern sich. Die etablierten Netzbetreiber sehen sich daher gezwungen, Kosteneinsparpotentiale zu suchen und ihre Geschäftsmodelle zu überdenken.

Die traditionelle Telekommunikations-Infrastruktur ist sehr heterogen aufgebaut. Unterschiedliche Diensteangebote, wie z. B. Festnetztelefonie, GSM, UMTS, Datenübertragung, werden mit unterschiedlichen Netzen realisiert. Es bestehen unmittelbare Abhängigkeiten zwischen Diensten und der verwendeten Technik, wodurch die Einführung neuer Dienste durch Anpassungen der Hardware ein sehr kostspieliger und langwieriger Prozess ist. Eine einheitliche Netzinfrastruktur, die als Plattform für das Angebot sämtlicher Dienste genutzt werden kann, würde Kosten und Zeit sparen. Zusätzlich bietet die Beschränkung auf nur eine Systemtechnik ein großes Einsparpotential in Bezug auf die Kosten für Wartung, Umbau und Beschaffung sowie die Verringerung der Technikstandorte und -flächen. Als grundsätzliche Möglichkeit wird die Umstellung der bisherigen leitungsvermittelnden Netze auf paketvermittelnde Netze unter Nutzung des Internet Protocol gesehen.

Es ist auch zu beachten, dass eine Umstellung der Infrastruktur auf Paketvermittlung nicht schlagartig erfolgen kann, sondern dass die bestehenden Telefonnetze und Netzzugänge mit entsprechenden angeschalteten Endgeräten über einen längeren Zeitraum parallel zu den neuen Netzstrukturen betrieben werden müssen. Ein störungsfreier Migrationsprozess muss also gewährleistet sein. Die neue Netzinfrastruktur muss daher eine PSTN/ISDN-Simulation bzw. -Emulation ermöglichen.

Vor diesem Hintergrund wird die Notwendigkeit gesehen, eine umfassende Netzarchitektur zu entwickeln, die Kontrollmechanismen bereit stellt, mit deren Hilfe die Netzressourcen entsprechend der Anforderungen der Dienste und der Anzahl der Nutzer sinnvoll und gesteuert verwalten zu können. Das Ziel der NGN-Entwicklung ist, diesen Anforderungen gerecht zu werden.

Historische Entwicklung

Die ersten NGN-Spezifikationen für den europäischen Raum erfolgten im ETSI Project TIPHON (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks). Durch die Zusammenlegung dieses Projekts^[3] mit dem ETSI TC SPAN (Technical Committee Services and Protocols for Advanced Networks) wurden dann das ETSI TC TISPAN^[4] (Telecoms & Internet converged Services & Protocols for Advanced Networks) gegründet, dass bis heute die Bearbeitung von Standards für NGN innerhalb von ETSI betreut.

Die Arbeiten in ETSI TC TISPAN erfolgen vor dem Hintergrund der Erstellung von Konzepten für die Migration von PSTN/ISDN hin zu paketvermittelnden Netzen. Es wurde ein NGN spezifiziert, das PSTN und ISDN anschalten und ersetzen kann. Dabei werden alle Systemkomponenten bereit gestellt, um insbesondere Sprachübermittlungsdienste in einem NGN zu realisieren. Es werden Protokolle und Mechanismen von den TISPAN-Arbeitsgruppen spezifiziert, um den Netzbetreibern zu helfen, Migrationstrategien zu entwickeln, um auf standardisierte Komponenten zurückgreifen zu können.

Zusätzlich existiert noch das 3rd Generation Partnership Project (3GPP), das ein NGN aus UMTS heraus entwickelt und damit von den Mobilfunkbetreibern vorangebracht wird. 3GPP hat die Kernspezifikation von IP Multimedia Subsystem (IMS) basierend auf IP-Technologie erarbeitet. Beide Gruppen, ETSI TC TISPAN und 3GPP, streben eine Implementierung von NGN auf Grundlage von IMS an. Dabei arbeiten ETSI TISPAN und 3GPP eng zusammen, um ein Auseinanderlaufen der IMS-Spezifikationen zu vermeiden.

Innerhalb der ITU begannen parallel vergleichbare Arbeiten 1995 mit dem Project Global Information Infrastructures (GII) die dann in die Spezifikation des ITU-T-NGN mündeten. Der ITU-T-Ansatz ist ein übergreifendes Modell zum langfristigen und vollständigen Ersatz leitungsvermittelnder durch paketvermittelnde Netze mit dem Schwerpunkt auf der Definition der grundlegenden Funktionen und Architektur, während die Arbeiten bei ETSI ihren Schwerpunkt mehr in der Ausarbeitung praktischer Implementationen haben. ETSI TISPAN versucht, über einen engen Austausch mit ITU-T, die Vereinbarkeit von ITU-T und eigenem Ansatz zu gewährleisten.

Definition und Spezifikation

Definition der ITU

Die ITU-T definiert ein NGN in der ITU-T-Empfehlung Y.2001^[5] wie folgt (Übersetzung aus dem Englischen):

Ein Netz der nächsten Generation (NGN) ist ein paketvermittelndes Telekommunikationsnetz, das Telekommunikationsdienste bereitstellt, viele breitbandige, dienstgüteklassenfähige Transporttechnologien nutzt und bei dem dienstbezogene Funktionen unabhängig von der genutzten Transporttechnologien sind. Es bietet den Nutzern uneingeschränkten Zugang zu Netzen, zu konkurrierenden Dienstanbietern und/oder Diensten ihrer Wahl. Es unterstützt die allgemeine Mobilität, die eine beständige und allgegenwärtige Bereitstellung von Diensten für die Nutzer ermöglicht.

Der Begriff der allgemeinen Mobilität spielt beim NGN eine grundlegende Rolle und wird in der ITU-T-Empfehlung Y.2001 daher noch genauer definiert (Übersetzung aus dem Englischen):

Die Fähigkeit der Nutzer oder anderer mobiler Einrichtungen zu kommunizieren und Zugang zu Telekommunikationsdiensten zu erhalten, unabhängig von der Veränderung ihres Standortes oder der technischen Umgebung. Der Grad der Dienstverfügbarkeit kann von verschiedenen Faktoren abhängen, dies schließt die Eigenschaften des Zugangsnetzes, die Leistungsverträge zwischen dem „Heim-Netzbetreiber“ des Nutzers und denen des besuchten „Netzbetreibers“ (sofern anwendbar) usw. ein. Mobilität beinhaltet die Möglichkeit der Telekommunikation mit oder ohne Aufrechterhaltung der Dienste (service continuity).

Des weiteren listet die ITU-T-Empfehlung Y.2001 die folgenden 14 grundlegenden Merkmale auf, die erfüllt sein müssen, damit ein Telekommunikationsnetz als NGN angesehen werden kann:

1. Paketübertragung
2. Aufteilung der Steuerfunktionen in Übermittlungseigenschaften, Ruf/Verbindung und Anwendung/Dienst
3. Abkopplung des Diensteangebots vom Netz und Bereitstellung von offenen Schnittstellen
4. Unterstützung eines großen Spektrums von Diensten, Anwendungen und Mechanismen auf der Grundlage von Dienste-Bausteinen (Dienste-Modulen) (einschließlich Echtzeit/Streaming/Nicht-Echtzeit-Dienste und Multimedia)
5. Breitband-Fähigkeiten mit durchgehender Dienstgüte und Transparenz
6. Zusammenarbeit mit vorhandenen Netzen über offene Schnittstellen
7. Generelle Mobilität
8. Uneingeschränkter Zugang der Nutzer zu verschiedenen Diensteanbietern
9. Vielzahl von Identifikationsschemata
10. Einheitliche Dienstemerkmale für den gleichen Dienst aus der Sicht des Nutzers
11. Konvergenz von Diensten zwischen fest/mobil
12. Unabhängigkeit von dienstbezogenen Funktionen von den zugrunde liegenden Beförderungstechnologien
13. Einhaltung aller regulatorischen Anforderungen, z. B. bei Notrufen sowie Sicherheit/Vertraulichkeit usw.
14. Übereinstimmend mit allen regulatorischen Anforderungen (z. B. Notfallkommunikation, Sicherheit, „privacy“, Lawful Interception usw.)

Das Konzept der ETSI Arbeitsgruppe TIPHON

Diese ETSI-Arbeitsgruppe wurde 1997 gegründet und ist mittlerweile zugunsten der ETSI AG TISPAN eingestellt worden. Das Konzept besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:

• Media Gateways

welche die einzelnen Netze physikalisch verbinden und für die Übertragung von Informationen sorgen – einschließlich dabei notwendiger Format- und Datenkonvertierung, und

• Softswitches

welche die Media Gateways steuern, und zum Beispiel Verbindungen über alle Netzgrenzen hinweg auf- und abbauen.

Neue Dienste in einem NGN werden auch als NGS (Next Generation Services) bezeichnet. Erbracht werden diese Services von der sogenannten Service Delivery Platform (SDP).

Das IMS der 3GPP

IMS wird im europäischen Raum vom 3GPP, ein Zusammenschluss von Betreibern und Herstellern im Bereich des Mobilfunks ^[6], entwickelt. Mit Release 5 seiner „Technical Recommendations(TR)“ wird ein „all IP“ Konzept eingeführt.

Das Konzept umfasst drei Schichten, das „Transport Layer“ des ITU Ansatzes wird dabei in „Transport Layer“ und „IMS Layer“ gesplittet. Die Funktionalität verteilt sich wie folgt:

• Die Transportschicht umfasst die Gateways und bindet die Zugangsnetze ein
• Die IMS-Schicht umfasst die „Call-Control“-Funktion (CSCF), sowie Kontrollfunktionen für die Gateways
• die Serviceschicht enthält das HSS (Datenbank) und AS (Application Server)

Eine detaillierte Beschreibung und Quellen befindet sich in IP Multimedia Subsystem.

Das Konzept der ETSI Arbeitsgruppe TISPAN

Das ETSI TISPAN NGN ist in Release 2 spezifiziert. Das Konzept nimmt IMS zum Ausgangspunkt („Core IMS“), und integriert nicht mobilfunkspezifische Zugangsformen ^[7]. Genannt werden insbesondere:

• „Fixed Access“ (SIP und klassische Telefonie)
• „Cable Access“ (Zugriff aus Fernsehkabelnetzen)
• „Mobile Access“ (Mobilfunk)
• „Broadband Wireless Access“ (WLAN, WIMAX)

In der ETSI Spezifikation ES 282 001^[8] wird die grundlegende Architektur definiert.

ETSI unterscheidet zwischen zwei funktionalen Gruppen ^[9]

• Transportschicht (Transport Stratum)
• Serviceschicht (Service Stratum)

Die Applikationen werden hier zur Serviceschicht gezählt. Es wird von (logischen) Funktionen gesprochen, das Wie deren technische Realisierung ist kein Gegenstand der Spezifikationen. Die Begriffe haben nichts mit den ähnlich lautenden der OSI-Modells zu tun.

Transportschicht

Die Transportschicht umfasst die „Transport processing functions“, das "Network Attachment Subsystem(NASS)^[10] und das Resource and Admission Control Subsystem (RACS)^[11]. Die Transport processing functions (in Release 1 Transfer functions genannt) binden das NGN-System an die zu bedienenden Netze an. Hierzu gehören auch Signalisierungs- und Mediagateways. Das NASS und das RACS enthalten die Kontrollfunktionen und Dienste der Transportschicht. Dazu gehören insbesondere die IP-Adressverwaltung, IP-basierte Zugangskontrolle (beide NASS), Resourceverwaltung und NAPT-Unterstützung (beide RACS).

Serviceschicht

Das „Core“ IP Multimedia Subsystem (IMS)^[12] ist die zentrale Komponente der NGN-Architektur. Es realisiert einen SIP IMS-Switch zur Kontrolle aller SIP-Multimediadienste. Es unterstützt das IMS based PSTN/ISDN Emulationssystem.

Das PSTN/ISDN Emulation subsystem (PES) ^[13] ermöglicht es PSTN- oder ISDN-Dienste zu emulieren, und somit Endgeräte der klassischen Telefonie an das NGN anzuschliessen. Das PES unterscheidet 2 Ansätze. Den Softswitch basierenden Ansatz und den auf dem IMS basierenden Ansatz.

Das The IPTV Subsystem^[14] spezifiziert die Integration von IPTV und ähnliche Dienste in das NGN.

Die Common components sind eine Reihe von Funktionen, die von den oben genannten Funktionen der Serviceschicht gemeinsam genutzt werden. Dazu gehören insbesondere Schnittstellen zum Datenbankzugriff (User Profile Server Function und Subscription Locator Function) und zum Zugriff auf die Applikationen (Application Server Function (ASF))

Für die Application Server Function (ASF) werden drei Schnittstellen definiert:

• SIP Application Servers (SIP AS) zur Anbindung von Applikationen, die das SIP beherrschen
• the IM-SSF Application Server zur Anbindung an IN-Applikationen mit CAMEL oder ETSI Core INAP Schnittstellen
• OSA SCS Application Server.zur Anbindung an IN-Applikationen mit OSA/Parlay Schnittstellen

ETSI TISPAN spezifiziert zur Zeit keine Applikationen. Beispiele für Applikationen werden in der Literatur genannt.

Ende-zu-Ende-Dienstegüte

Ein generelles Problem entsteht durch die gleichzeitige Verwendung des gleichen Netzes für die Übertragung von Sprache und Daten. Durch einen erhöhten Datenverkehr würde sich die Latenz der Sprachübermittlung vergrößern was von den Gesprächspartnern als störend empfunden wird. Die an der Definition des NGN-Konzeptes beteiligten Organisationen sehen hier Maßnahmen zur Erreichung der „Breitbandfähigkeit mit definierter Ende-zu-Ende-Dienstegüte (QoS)“ als notwendig an.

Siehe auch Qualitätsmerkmale in der IP-Telefonie

Leistungsbedarf

Modem mit Router für das Next Generation Network (NGN) und eingebauten Analog-Telefonadapter benötigen eine erhebliche elektrische Leistung. Als Beispiel sollen die durch die Fa. Arcor vertriebenen NGN-Modem dienen. Der Typ A400 ist mit 15 Watt, der Typ A401 mit 18 Watt, und somit 20% mehr als Leistungsbedarf angegeben. Damit ergeben sich jährlich wegen des Telefonadapter notwendigen, ununterbrochenen Betriebs als Verbräuche und Kosten für das

• A400: 131,4 kWh/a; mit 0,20 €/kWh entstehen 26,28 €/a Betriebskosten
• A401: 157,7 kWh/a; mit 0,20 €/kWh entstehen 31,54 €/a Betriebskosten

Betrieb bei Stromausfall

Notenergieversorgung mittels einer USV

In klassischen (leitungsvermittelnden) Telefonnetzen werden Anschlüsse mit einer Amts-Fernspeisung betrieben, die den Anschluss unabhängig von der lokalen Stromversorgung mit Energie versorgt. Während diese Fernspeisung für Endgeräte an analogen Teilnehmeranschlüssen noch für einen Vollbetrieb, bei ISDN für ein einzelnes Endgerät im Notbetrieb ausreichend ist, ist sie für eine Energieversorgung von Geräten zum Betrieb von VoIP (z. B. Router, Terminals) aber ungenügend. Um die VoIP-Funktionalität auch bei einem lokalen Energieausfall an diesen Anschlüssen weiterhin zu ermöglichen sind zur Zeit zwei Vorgehensweisen möglich:

1. Rückfall auf klassische Telefonie, was in einem reinen NGN-Netz allerdings nicht möglich ist
2. Wenn die Rückfalllösung vom Provider nicht angeboten wird, können sämtliche Bauteile, DSL-Modems, Router, VoIP-Endgeräte, durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung abgesichert werden.

Eine Alternative für Notrufe während eines Stromausfalls ist die Bereithaltung eines Mobiltelefons.

Siehe auch

• Next Generation Mobile Networks
• IP Multimedia Subsystem

Weblinks

• ITG-Fachgruppe 5.2.3 „Next Generation Networks“

Einzelnachweise

1. ↑ http://www.bka.gv.at/Docs/2007/12/7/NGN.ppt NGN Arbeitsblatt welches die Möglichkeit einer gezielten Aussperrung von Internetinhalten beschreibt
2. ↑ http://www.heise.de/ct/09/01/038/ Heise c`t 1/2009, S. 28: Netzneutralität
3. ↑ ETSI TIPHON website
4. ↑ ETSI TISPAN website
5. ↑ ITU-T-Empfehlung Y.2001 (12/04)
6. ↑ About 3GPP
7. ↑ TISPAN_NGN_2004.ppt Converged Fixed-Mobile solutions: The TISPAN_NGN approach (Powerpoint Präsentation)
8. ↑ ETSI ES 282 001:Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); NGN Functional Architecture
9. ↑ ETSI ES 282 001: Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); NGN Functional Architecture
10. ↑ ETSI ES 282 004: Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN);NGN Functional Architecture;Network Attachment Sub-System (NASS)
11. ↑ ETSI ES 282 003: Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN);Resource and Admission Control Sub-system (RACS);Functional Architecture
12. ↑ ETSI ES 283 003: Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); IP Multimedia Call Control Protocol based on Session Initiation Protocol (SIP) and Session Description Protocol (SDP) Stage 3
13. ↑ ETSI ES 282 002: Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); PSTN/ISDN Emulation Sub-system (PES); Functional architecture
14. ↑ ETSI TS 182 028: Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); IPTV Architecture; Dedicated subsystem for IPTV functions