Das Thema 5G begegnet Technikinteressierten auf diesem Blog allerorten. Ob es sich hierbei um das weltumspannende Nokia WING handelt oder eine offenen Platform namens Raemis, mit der sich private 5G-Netze aufspannen lassen – 5G nimmt mehr und mehr Fahrt auf. Das zeigen auch weitere Beispiele wie das der Deutschen Telekom, aber auch die Hannover-Messe liefert für funktionierende 5G-Installationen das passende Zeugnis ab. In Teilen dieser Referenzen steckt die Technik und das Wissen von Intel. Was das im Einzelnen ist, verrät dieser Beitrag.
Der Aufbau eines sogenannten RAN (Radio Access Network) ist kein einfaches Unterfangen, da hierfür eine Menge an Komponenten erforderlich ist, die allesamt miteinander kommunizieren müssen. Andernfalls ist ein funktionierendes Mobilfunknetz gar nicht oder nur mit großem Aufwand möglich. Daher findet gerade bei den Kommunikationsdienstleistern (CoSP) ein Umdenken statt.
Gemeint ist der Wechsel von in sich geschlossene Mobilfunksysteme zu offenen Standards wie dem Open-RAN. Damit lässt sich die Interoperabilität zwischen den einzelnen Mobilfunknetzen deutlich verbessern, ohne in spezielle Hard- und Software investieren zu müssen. Erreicht wird das mithilfe eines Cloud-ähnlichen Ansatzes, der CoSPs in die Lage versetzt, mit relativ geringerem Aufwand ihre Funknetze fit zu machen für die nächste Generation namens 5G.
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Diese Funktionen übernimmt die RAN-Technik
Das Radio Access Network (dt. Funkzugangsnetz) übernimmt vor allem die Funkverbindung zwischen den mobilen Endgeräten und dem jeweiligen Kernnetz, in dem sich die Komponenten gerade aufhalten. Ein RAN setzt sich zusammen aus einer Basisstation, der zugehörigen Software und Antennen, die für die Funkverbindung zuständig sind. Funktionsseitig übernimmt ein RAN diverse Aufgaben. Dazu gehört die Authentifizierung der Anwender:innen, das Weiterleiten mobiler Telefonate in andere Netze, die Abrechnung zwischen Mobilfunkbetreiber und Abonnenten und die mobile Verbindung mit dem Internet.
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Die Virtualisierung des RAN mithilfe der Cloud
Die größte Herausforderung bei der Bereitstellung neuer Mobilfunknetze und deren Diensten besteht also in einer Art Standardisierung der zugrunde liegenden Technik. Was bietet sich hierfür am ehesten an als die „Cloudifizierung“ des RAN. Sprich: Die benötigten Funktionen kommen nicht mehr vom CoSP selbst, sondern werden zentral in einer Cloud-Umgebung bereitgestellt, und das in Kombination mit leistungsfähigen Hard- und Software-Komponenten.
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Der Oberbegriff hierfür lautet passenderweise „vRAN“, also virtualisiertes Funkzugangsnetz. Die Idee dahinter ist ganz naheliegend: Das, was in der Cloud funktioniert, ist auf Mobilfunknetze gleichermaßen anwendbar.
Daher kommen für virtualisierte RANs dieselben Komponenten zum Einsatz, wie sie in bekannten Infrastrukturen genutzt werden. Also die Ethernet-Technik für die passenden Konnektivität, skalierbare Intel Xeon Prozessoren der 3. Generation für die benötigte Rechenleistung, spezielle vRAN-Beschleuniger und eine Referenzarchitektur namens FlexRAN. Damit lassen sich in Summe leistungsfähige virtuelle Mobilfunknetze realisieren.
Das Thema Sicherheit ist gerade in 5G-Netzen relevant
Mit dem Entstehen von 5G-Netzen nimmt die Angriffsfläche der zugrundeliegenden Plattformen zu. Denn mit 5G gehen verteilte Architekturen, offene Schnittstellen, mehr CoSPs, eine größere Nähe zu Cloud und Web und vieles mehr einher. Damit nimmt die Zahl an möglichen Angriffsvektoren zu, was die Betreiber von Mobilfunknetzen zum Umdenken bei der Sicherheit ihrer Systeme und Plattformen veranlassen sollte.
Hierfür sind Sicherheitsfunktionen erforderlich, mit denen sich Schlüssel verwalten lassen, die Verschlüsselung der Kommunikationskanäle besser gelingt und die Resilienz der Plattform-Software erhöht werden kann. Hierfür kommen unter anderem Intel-Techniken wie Intel SGX zum Einsatz, mit der sich die Plattformen sicherer betreiben lassen.
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Mit Intel ACC100 ins störungsfreie 5G-vRAN
Für den Aufbau und Betrieb eines leistungsfähigen vRANs sind die richtigen Komponenten unerlässlich. Dazu gehört unter anderem eine Hardwarebeschleunigung, die sich vor allem um einen fehlerfreien Datentransport kümmert.
Dabei kommt eine Korrekturtechnik namens FEC (Forward Error Correction) zum Einsatz. Diese sorgt dafür, dass die Übertragungskanäle möglichst störungsfrei operieren können. Hierfür ist eine Intel-Komponente namens Intel vRAN Dedicated Accelerator ACC100 zuständig. Dieser Beschleuniger beherrscht sowohl die Turbo-Codierung für 4G-Netze als auch Low Density Parity Check (LDPC) für den Datentransport über 4G- und 5G-Kanäle.
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Disclaimer: Für das Verfassen und Veröffentlichen dieses Blogbeitrags hat mich die Firma Intel beauftragt. Bei der Ausgestaltung der Inhalte hatte ich nahezu freie Hand.