NFV mit Open-Source- und Cloud-Technologien für Netzbetreiber

Network Functions Virtualization mit OpenStack

| Autor / Redakteur: Timo Jokiaho, Nikolai Stankau / Andreas Donner

Nach Meinung von Timo Jokiaho (l) und Nikolai Stankau (r) treibt man Innovationen am besten voran, wenn man die Zusammenarbeit zwischen branchenführenden Unternehmen und den Open-Source-Communities fördert.
Nach Meinung von Timo Jokiaho (l) und Nikolai Stankau (r) treibt man Innovationen am besten voran, wenn man die Zusammenarbeit zwischen branchenführenden Unternehmen und den Open-Source-Communities fördert. (Bild: Red Hat)

Über viele Jahre hinweg implementierten Netzbetreiber benötigte Funktionalitäten auf proprietären Systemen. Mit einer Virtualisierung dieser Funktionen auf Basis von Open-Source- und Cloud-Technologien wie OpenStack sind Carrier nun in der Lage, neue Services schneller auf den Markt zu bringen. Sie können ihre Infrastruktur nahezu beliebig skalieren und einen Großteil des Netzmanagements automatisieren.

Egal ob Festnetz oder Mobilfunk – die Netzbetreiber müssen deutlich in ihre Infrastrukturen investieren, um das exponentiell steigende Datenwachstum zu bewältigen und um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Bei Festnetzbetreibern geht es beispielsweise um die Einführung neuer Technologien wie G.fast/VDSL2-Vectoring und den Glasfaser-Netzausbau. Die Mobilfunkbetreiber befassen sich dagegen mit dem Aufbau von 5G-Infrastrukturen, der Erweiterung ihrer Quality of Services, der Bereitstellung der benötigten Bandbreiten für IoT Use Cases und hochauflösenden Videos. Kunden erwarten unter anderem, dass sie Streaming-Dienste und andere bandbreitenintensiven Applikationen auf allen Geräten ohne Verzögerungen und in hoher Qualität nutzen können.

Bei einem steigenden Investitionsbedarf der Netzbetreiber, beispielsweise im Bereich neuer Produkte und Services, gehen etwa bei den Textnachrichten die Umsätze zurück. Chat-Anwendungen wie das kostenlose WhatsApp (heute ein Teil von Facebook) haben sich dramatisch auf die Umsätze der SMS-Dienste vieler Provider ausgewirkt. Auch das neue Roaming-Abkommen der EU könnte sich ertragsschmälernd auswirken. Von den Fest- und Mobilfunk-Infrastrukturen profitieren vor allem Anbieter wie Google, Facebook & Co, die das Datenwachstum antreiben und ihre Dienste über die Kommunikationsnetze der etablierten Netzbetreiber abwickeln.

Für Netzbetreiber bedeutet dies, dass sie ihre Betriebskosten reduzieren und möglichst schnell neue Services bereitstellen müssen, um sowohl zusätzliche Umsatzquellen zu erschließen als auch die Kundenzufriedenheit auf einem hohen Niveau zu halten. Ein wichtiger Ansatzpunkt dazu ist die Ablösung langjährig genutzter, überwiegend auf proprietärer Hardware basierter Netzwerk-Architekturen sowie der Wechsel hin zu virtualisierten Netzwerkfunktionen (Network Functions Virtualization, NFV) und Open-Source-Technologien, beispielsweise auf Basis von OpenStack.

NFV entkoppelt Hardware von der Software

NFV separiert die einzelnen Netzwerkfunktionen von spezialisierter Hardware, sodass sie als Software betrieben werden können, die auf kostengünstigeren Standard-Servern läuft. Zu diesen Funktionen gehören etwa IP-Multimedia-Subsysteme, die beispielsweise zusätzliche Dienste für IP-basierte Netze oder Sprachdienste für LTE-Netze bereitstellen oder Präsenzdienste anbinden.

Durch die Virtualisierung der Netzwerkfunktionalitäten entsteht das Fundament für Software-gesteuerte Netzwerke (Software-Defined Networking, SDN). SDN segmentiert das Netzwerk in getrennte Ebenen für Datenanalyse und -steuerung (Control Plane) sowie den Datentransport (Data Plane). Die Analyse- und Steuerungsebene lässt sich vollständig virtualisieren. Auch wenn eine Virtualisierung von Netzwerkfunktionen ohne SDN möglich ist, lassen sich durch die Kombination mit SDN die Leistung von NFV verbessern sowie Betrieb und Wartung vereinfachen.

Geringere Betriebskosten und schnelle Service-Provisionierung

Durch den Einsatz von NFV auf kostengünstigerer Standard-Hardware sind die Carrier in der Lage, nicht nur ihre CAPEX (die Investitionskosten) sondern auch ihre OPEX (die Betriebskosten) zu reduzieren; auch wird die Hardware durch Virtualisierung besser ausgelastet und damit sinkt der Energieverbrauch. Darüber hinaus lassen sich viele Bereiche des Netzbetriebs und des Netzmanagements automatisieren.

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In einer Total-Cost-of-Ownership-Studie (TCO) hat ACG Research kürzlich einen Tier-1-Operator analysiert, der eine umfangreiche, offene und modulare NFV-Lösung einführte. Die TCO dieses Operators wird demnach über einen Zeitraum von fünf Jahren um schätzungsweise 53 Prozent niedriger sein als bei einem in sich geschlossenen Ansatz.

Mit virtualisierten Netzwerkfunktionen sind Netzbetreiber in der Lage, schneller neue Services und Anwendungen als Software aufzusetzen. Die Dienste sind beliebig skalierbar und bieten das Potenzial, neue Marktsegmente sowie zusätzliche Einnahmequellen zu erschließen und Kunden neue Angebote und Erlebnisse zu bieten. Ferner profitieren auch die Geschäftskunden von der Virtualisierung. Im idealen Fall können Administratoren einen WAN-Accelerator oder eine Firewall im Self-Service provisionieren.

NFV-Plattform muss hohe Anforderungen erfüllen

Netzbetreiber stellen hohe Anforderungen an eine Cloud mit virtualisierten Netzwerkfunktionen. Die damit realisierten Netze müssen ausfallsicher sein, mehrere Millionen Teilnehmer unterstützen, sehr hohe Datenraten ermöglichen und minimale Latenzzeiten bei der Übertragung des Signals aufweisen – sprich echtzeitfähig sein. Vorausgesetzt wird auch, dass virtualisierte Netzwerkfunktionen und -elemente mit der Hardware unterschiedlicher Anbieter und verschiedenen Hypervisoren kompatibel sind. Die NFV-Plattform sollte zudem in der Lage sein, die Orchestrierung und das Lifecycle Management der verschiedenen virtuellen Netzwerkfunktionen soweit wie möglich zu automatisieren.

Um in einem derart komplexen Umfeld optimale Ergebnisse zu erzielen, bevorzugt das Gros der Netzbetreiber eine offene NFV-Plattform wie etwa die NFV-Lösung auf Basis von Red Hats OpenStack Platform. Das Open-Source-Framework OpenStack hat sich mittlerweile als eine führende Cloud-Umgebung für NFV etabliert. Eine sehr aktive Community entwickelt OpenStack und die offenen NFV-Technologien permanent weiter und sorgt so für schnelle Innovationen, von denen die Netzbetreiber profitieren.

Aktives NFV-Ecosystem

Eine Vielzahl führender Unternehmen aus der ITK-Branche arbeitet gemeinsam an einer konsistenten, leistungsstarken NFV-Referenzarchitektur auf Basis von OpenStack, die alle Anforderungen der Netzbetreiber abdeckt. So entwickelt die Industrie beispielsweise Lösungen, welche die Leistung der eingesetzten Standard-Server bei Netzwerkfunktionen wie Deep Packet Inspection, Media Gateways oder Session Border Controller steigern, um beim Datentransport (Data plane) hohen Datendurchsatz zu erreichen.

Timo Jokiaho.
Timo Jokiaho. (Bild: Red Hat)

Nikolai Stankau.
Nikolai Stankau. (Bild: Red Hat)

Einen guten technischen Überblick über eine NFV-Referenzplattform gibt es bei dem Linux Foundation Project OPNFV. NFV MANO (Management and Organization) ist eine ETSI-ISG-Arbeitsgruppe (European Telecommunications Standards Institute Industry Specification Group).

Ein Ecosystem aus Technologien und Partnern, die eine bessere Interoperabilität mit Hardware-Plattformen sowie mehr Performance und Funktionen für die Virtualisierung bieten, bietet die besten Möglichkeiten für den Erfolg von NVF. Red Hat beispielsweise stellt mit seiner NFV-Lösung auf OpenStack-Basis die wichtigsten Softwarefunktionen für NFV bereit, holt sich aber auch Partner ins Boot, die Lösungen für Management und Orchestrierung, SDN, Infrastruktur oder kommerzielle Standard-Hardware beisteuern.

Diese integrierten Plattformen umfassen zudem Serviceangebote mit Beratung, Support und Wartung für eine einfachere Installation bei den Netzbetreibern. Nach Meinung von Red Hat besteht der beste Weg, Innovationen voranzutreiben darin, die Zusammenarbeit zwischen branchenführenden Unternehmen und den Open-Source-Communities zu fördern. Diese können dann gemeinsam die nächste Generation von Netzwerken und Standards entwickeln und damit den Wertbeitrag für die Industrie und die Nutzer zukunftsweisender Technologien maximieren.

Über die Autoren

Timo Jokiaho ist Principal Technologist – Telco & NFV bei Red Hat und Nikolai Stankau ist Director Business Development EMEA Telecommunications Vertical bei Red Hat.

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