Benutzer:Wookie/NGN

Das Next Generation Network (Abk. NGN) ist ein Kommunikationsnetzwerk, welches die Dienste der herkömmlichen leitungsvermittelnden Kommunikationsnetze (Telefonnetz, Mobilfunknetz) über ein einheitliches paketvermittelndes Datennetzwerk bereitstellt und um weitere Leistungsmerkmale und Dienste erweitert.

Das wesentliche Merkmal des NGN ist die Konvergenz der Netze, was bedeutet, dass der Nutzer, unabhängig von seinem Zugangsnetz, alle Dienste im NGN jederzeit an jedem Ort nutzen kann. Ermöglicht wird dies durch die Verteilung der verschiedenen Netzfunktionen, wie Datentransport, Verbindungssteuerung- und Vermittlung, sowie der Dienstbereitstellung, auf unterschiedlichen (logischen) Netzebenen. Damit kann der Nutzer über ein beliebiges Zugangsnetz (UMTS, WiMAX, DSL) auf alle Dienste zugreifen, die sein Diensteanbieter bereitstellt (z.B. Sprach- oder Videotelefonie, IPTV, Textdienste).

Für den Begriff Next Generation Network existiert jedoch, vergleichbar mit Web 2.0, keine allgemeingültige Definition. Allerdings lässt sich anhand der Konzepte (siehe #Konzepte) relativ genau beschreiben was sich dahinter verbirgt . NGN wird häufig von Telefonieanbietern als Schlagwort für Bündelung von Internetzugängen und Voice-over-IP oder sogenannten Triple Play-Angeboten genutzt, ohne dass die Netze alle Merkmale eines NGN aufweisen.

Hintergrund

Motivation

herkömmliche Netze

Die herkömmlichen Telefonnetze (POTS) waren von Anfang an für die statischen Anforderungen der Sprachkommunikation ausgelegt. Da die Netze eine erhebliche finanzielle Investition darstellen und durch ihre weltumspannende Eigenschaft relativ starren Regularien unterliegen, hat sich die Struktur dieser Netze in den letzten 100 Jahren nicht grundlegend geändert.

Entwicklung von Sprach- und Datenverkehr in leitungsvermittlenden Netzen

Mit der Einführung des digitalen Telefonnetzes (ISDN) haben die Telekommunikationsanbieter gehofft, das Telefonnetz für die Anforderungen des 21. Jahrhunderts auszubauen. Mit der Digitalisierung des bestehenden Netzes konnten erstmals auch Datendienste ohne Umwege direkt über das Telefonnetz bereitgestellt werden. Sehr schnell zeigte sich jedoch, dass das rasante Wachstum der Datenverbindungen ein höheres Verkehrsvolumen erzeugt, als die Sprachkommunikation. Da die verfügbare Bandbreite des ISDN mit 64kBit/s pro Kanal für viele Anwendungen nicht mehr ausreichte, wurden bereits ab dem Jahr 2000 parallel zum Telefonnetz breitbandige Datennetze für Endanwender ausgebaut (z.B. ADSL).

Durch den Preisverfall bei Sprachdiensten und die unrentable Bereitstellung von separaten Netzen für jeden Dienst (Telefonie, Fernsehen, Internet etc.) sehen sich die Diensteanbieter und Netzbetreiber gezwungen, neue Ansätze zum wirtschaftlichen und effizienten Angebot von Telekommunikationsdiensten und Betrieb von Telekommunikationsnetzen zu suchen.

NGN als logische Konsequenz

Herkömmliche separate Netze erfordern für jedes Netz eine eigene Infrastruktur, welche im NGN im Kernnetz zusammengefasst wird.

Das Next Generation Network ist ein Ansatz um die bestehenden heterogenen Netze in ein gemeinsames Netz zu überführen. Unterschiedliche Diensteangebote, wie z. B. Festnetztelefonie, GSM, UMTS, breitbandige Datenübertragung, werden herkömmlich mit unterschiedlichen Netzen realisiert. Bei herkömmlichen Netzen bestehen unmittelbare Abhängigkeiten zwischen den Diensten und der verwendeten Technik, wodurch die Einführung neuer Dienste durch Anpassungen der Hardware ein sehr kostspieliger und langwieriger Prozess ist. Für jedes Netz ist eine eigene Infrastruktur und eigene Abrechnungssysteme vorhanden. Dienste die in einem Netz angeboten werden können mangels kompatibler Schnittstellen nur mit großem Aufwand in anderen Netzen bereitgestellt werden. Aus der Sicht der Nutzer besitzen die vielen parallelen Kommunikationsnetze eine kaum zu überschauende Komplexität.

Eine einheitliche Netzinfrastruktur, die als Plattform für das Angebot sämtlicher Dienste genutzt werden kann, spart auf Seiten der Betreiber Kosten und Aufwand und auf bietet auf Seiten des Kunden neue Nutzungsmöglichkeiten und eine einfachere Handhabung. Für die Netz- und Diensteanbieter birgt 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.

Der Grundgedanke des NGN ist die Weiternutzung der bisherigen Telekommunikationsdienste der leitungsvermittelnden Netze in einem zugrundeliegendem paketvermittelnden Netz. Da sich in der globalen Datenkommunikation das Internet Protocol als De-facto-Standard durchgesetzt hat, basieren fast alle NGN-Konzepte auf diesem Protokoll. Ein großes Problem bei der Einführung eines solchen Netzes ist, 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 um den Nutzern eine störungsfreie Nutzung in der Übergangszeit zu ermöglichen. Die Netzinfrastruktur des NGN muss daher eine PSTN/ISDN-Simulation bzw. -Emulation ermöglichen.

Textschnippsel

Bisher wurde der Telekommunikationsmarkt von traditionellen Telefonieanbietern dominiert (Später ausbauen!).

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.

Historische Entwicklung

Den Beginn der Spezifikation des Next Generation Networks markiert der "NGN Workshop" der ITU-T im Juli 2003. In der daraus resultierenden Veröffentlichung Y.2001 wurde der Begriff Next Generation Network das erste Mal ausführlich definiert. Die ersten NGN-Spezifikationen für den europäischen Raum erfolgten im Projekt Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks (Abk. TIPHON) der ETSI. Im Anschluss an den NGN Workshop der ITU-T wurde dieses Projekts mit dem ETSI Technical Committee Services and Protocols for Advanced Networks (Abk. TC SPAN) zusammengelegt und in das ETSI TC TISPAN (Telecoms & Internet converged Services & Protocols for Advanced Networks) überführt, das 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 bereitgestellt, 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 dem Mobilfunkstandard UMTS heraus entwickelt und damit von den Mobilfunkbetreibern vorangebracht wurde. 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.

Übersicht über NGN-Standardisierungen der wichtigsten Telekommunikationsgremien

Definition und Spezifikation

Die Definition des Next Generation Networks unterscheidet sich je nach Sichtweise der spezifizierenden Gremien.

Definition der ITU

Der Fokus der ITU-T als internationales Gremium lag bei der NGN-Spezifikation auf der sitzungsorientierten Multimediakommunikation mit einer Integration von ISDN und PSTN. Dabei wurde besonders auf den nahtlosen Übergang zwischen den Netzen wert gelegt. Die ITU-T definiert ein NGN in der ITU-T-Empfehlung Y.2001 wie folgt:

„Das Next Generation Network (NGN) ist ein paketvermittelndes Telekommunikationsnetz, welches 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.“

– ITU-T: Y.2001 , Seite 2 (Übersetzung)

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

„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).“

– ITU-T: Y.2001 (Übersetzung)

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. paketbasierende Übertragung
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. Unterstützung unterschiedlicher Last-Mile-Technologien
14. Erfüllung aller regulatorischen Anforderungen, z. B. Notfallkommunikation sowie Sicherheit/Vertraulichkeit 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 , 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 . 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 wird die grundlegende Architektur definiert.

ETSI unterscheidet zwischen zwei funktionalen Gruppen

• 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) und das Resource and Admission Control Subsystem (RACS). 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) 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) 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 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 für den Endnutzer

Bei der Verwendung eines Modem mit Router für ein Next Generation Network (NGN) und eingebauten Analog-Telefonadapter kann eine erhebliche elektrische Leistung anfallen. Als Beispiel sollen die durch die Firma Arcor vertriebenen Modems (Residential Gateways (RGW)) des Herstellers Standard Microsystems Corporation (SMC) dienen. Gemäß Typenschild ist der Typ A400 mit 15 Watt, der Typ A401 als auch A601 mit je 18 Watt Leistungsbedarf angegeben. Bei POTS- und ISDN-Anschlüssen, die beim Netzbetreiber an einem Access Gateway (AGW) angeschlossen sind, besteht dagegen kein abweichender Leistungsbedarf zum klassischen Telefonanschluss für den Endbenutzer.

Betriebskosten

Wegen des Telefonadapter notwendigen, ununterbrochenen Betriebs ergeben sich als Verbräuche und Kosten für das

• A400: 131,4 kWh/a; mit 0,20 €/kWh entstehen 26,28 €/a Betriebskosten
• A401, A601: 157,7 kWh/a; mit 0,20 €/kWh entstehen 31,54 €/a Betriebskosten

Kritik

Kritiker bemängeln, dass bei NGN-Anbietern der Telefonservice erneut fest an den Breitbandanschluss gekoppelt ist und dadurch VOIP-Anbieter, die ihre Produkte im bisherigen netzneutralen Internet entwickelt haben, von den neuen Netzen ausgeschlossen werden. Zusätzlich werden Kunden weitgehend zur Nutzung der NGN-Telefonie gezwungen, da die Betreiber-Hardware den Einsatz anderer VoIP-Provider nicht duldet. Mittels alternativer Anbieter günstiger in die Mobilfunk- und Auslandsnetze zu telefonieren, wird damit unmöglich. Von Nachteil ist weiter, dass bei Vertragskündigung sowohl Internetzugang als auch Telefondienst verloren gehen.

Ein wesentlicher Vorteil von Voice over IP ist die Nutzung von unterwegs. So sind VoIP-Kunden auf Reisen an jedem Breitbandanschluss weltweit per Telefon-Software oder VoIP-fähigen Handy unter ihrer Ortsrufnummer erreichbar. Da der Anschluss in Deutschland registriert ist, fällt für Telefonate in die Heimat nur der deutsche Tarif an. Next Generation Network verzichtet auf diesen Komfort und schließt die nomadische Nutzung aus.

Aufgrund des offenen Standards wird das von VoIP-Providern verwendete SIP-Protokoll und dessen Möglichkeiten weltweit weiterentwickelt. Davon profitiert auch Audioqualität. So erlauben Wideband-Codecs inzwischen eine Sprachgüte auf Hifi-Niveau. Der Einsatz steht jedem Kunden der alternativen Anbieter offen. NGN-Nutzer können dagegen ausschließlich auf die Betreiber-Technik zugreifen und telefonieren deshalb weiterhin in Festnetz-Qualität.

Siehe auch

• Next Generation Mobile Networks
• IP Multimedia Subsystem

Weblinks

• ITG-Fachgruppe 5.2.3 „Next Generation Networks“
• NGN Online Lernmodul