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Performance, Management und Schutz von 5G-Netzen 5G-Netze erfordern neue Formen des Monitorings

Autor / Redakteur: Ladislav Pojzl / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Serviceprovider, die 5G-Netzwerke aufbauen und entsprechende Services anbieten, benötigen "klare Sicht", angefangen beim Radio Access Network bis zur Qualität, in der 5G-Dienste beim Nutzer ankommen. Doch dies erfordert eine neue Kategorie von Netzwerk-Monitoring-Lösungen.

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Auf was es beim Monitoring in 5G-Netzen ankommt, erläutert Ladislav Pojzl von Netscout in seinem Beitrag.
Auf was es beim Monitoring in 5G-Netzen ankommt, erläutert Ladislav Pojzl von Netscout in seinem Beitrag.
(Bild: © Николай Батаев - stock.adobe.com)

Auch die Corona-Pandemie hat den Erfolg der 5G-Technologie nicht stoppen können. Mittlerweile bieten weltweit mehr als 160 Serviceprovider 5G-Dienste an, so der "Ericsson Mobile Report" vom Juni 2021. In Westeuropa wird laut der Studie des Netzausrüsters die Zahl der 5G-Mobilfunkverträge von acht Millionen (2020) bis zum Jahr 2026 auf 360 Millionen steigen. Das entspricht einem Marktanteil von rund 70 Prozent. Ein Grund dafür sind nicht nur die höheren Datenraten, die diese Technologie bietet. Vielmehr ist es die Vielzahl der Anwendungsszenarien, die 5G für Serviceprovider, Unternehmen, öffentliche Einrichtungen und private Nutzer interessant macht.

Eines von vielen Beispielen ist das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT). So lassen sich über 5G-Verbindungen Maschinen und autonome Transportfahrzeuge in Echtzeit mit Informationen versorgen, fernwarten und steuern. Zudem kommen Augmented- und Virtual-Reality-Services auf den Markt, etwa in für die Industrie oder den Gaming-Bereich.

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Mobile Edge und O-RAN berücksichtigen

Doch mit dem Übergang von 4G- oder gemischten 4G/5G-Infrastrukturen zu reinen 5G-Netzwerken (5G Standalone, 5G SA) sind für Serviceprovider mehrere Herausforderungen verbunden. Zu den größten zählt, ein effektives und durchgängiges Monitoring und Management aller Bestandteile eines 5G-SA-Netzes sicherzustellen: von den Hardware- und Software-Komponenten bis zu den Services und der Qualität der 5G-Dienste aus Sicht der Nutzer. Durchgängig heißt, dass alle Komponenten der Infrastruktur eingebunden werden müssen. Das gilt nicht nur für das Kernnetz, sondern auch für virtualisierte Edge-Datacenter. Sie sind unverzichtbar, um Mobile-Edge-Computing-Services (MEC) in Bereichen wie IoT, E-Health, autonomes Fahren und Virtual Gaming in der erforderlichen Qualität zur Verfügung zu stellen.

Monitoring-Lösungen müssen zudem O-RAN-Plattformen (Open Radio Access Network) berücksichtigen. Die O-RAN-Architektur besteht aus standardisierten Komponenten. Mit ihnen können Serviceprovider offene, virtualisierte Funkzugangsnetze mit Lösungen unterschiedlicher Anbieter aufbauen – in einer Cloud oder auf zertifizierter Hardware. Eine solche heterogene Umgebung ist flexibler, stellt jedoch wegen ihrer Heterogenität höhere Anforderungen an Management- und Monitoring-Lösungen.

Container und Virtual Machines

Der Übergang von einer traditionellen Netzwerkinfrastruktur zu einer Cloud-basierten 5G-Architektur stellt eine weitere Herausforderung dar. Zu deren zentralen Elementen zählen Software-Container und Virtual Machines, die ein 5G-Serviceprovider auf einer Cloud-Plattform vorhält. Container eignen sich wegen des geringeren Overheads besser als Virtual Machines (VM) dazu, Netzwerkfunktionen und Anwendungen in kleine, variable Komponenten aufzuteilen. Diese lassen sich nach Bedarf über eine Container-Plattform in der Cloud miteinander kombinieren und den Nutzern zur Verfügung stellen.

Auch der 5G-Kern wandert in die Cloud

Die "Cloudifizierung" der 5G-Infrastruktur betrifft auch das Core-Netzwerk (5G Core, 5GC). Denn die Mehrzahl der Netzbetreiber dürfte die servicebasierte Architektur (SBA) für 5GC auf einer Software-Defined-Infrastruktur implementieren. Das heißt, es werden "Cloud-native" Ansätze zum Zug kommen, mit Containern, Microservices, einer zentralen Orchestrierung und offenen Schnittstellen (APIs).

Serviceprovider können daher im ersten Schritt über ihre Serviceplattformen virtualisierte Netzwerkfunktionen (Virtual Network Functions) als Virtual Machines bereitstellen, parallel zu Cloud-Native-Anwendungen. In absehbarer Zeit werden Serviceprovider bei 5G-SA-Netzwerken jedoch zu einer Cloud-nativen Architektur greifen. Zu ihren Bestandteilen zählen eine softwarebasierte Infrastruktur, eine Container-as-a-Service-Plattform und Kubernetes als Orchestrierungslösung.

Doch O-RANs, Virtualisierungsfunktionen sowie die Verlagerung von Netzwerkfunktionen in Cloud-Umgebungen und Software-Defined Data Center, haben einen Nachteil: Die hohe Komplexität macht es schwer, eine umfassende Sicht auf die gesamte 5G-Infrastruktur und die entsprechenden Services er erhalten. Das gilt für die Verfügbarkeit und Performance von Infrastrukturkomponenten und Diensten, aber auch für Informationen, die für die Absicherung gegen Cyber-Angriffe und Fehlkonfigurationen erforderlich sind.

Hinzu kommt ein weiterer Punkt: Ohne eine "End-to-End Visibility" ist es nicht möglich, Automatisierungsfunktionen erfolgreich zu nutzen. Diese sind jedoch unverzichtbar. Denn eine manuelle Konfiguration ist nicht nur fehlerträchtig und kostet zu viel Zeit. Sie lässt sich zudem nicht mit den Anforderungen von Anwendern in Einklang bringen. Wenn diese einen 5G-Service buchen, soll dieser möglichst schnell in der gewünschten Qualität zur Verfügung stehen, also innerhalb von Stunden – nicht Tagen oder gar Wochen.

Sichtbarkeit über Grenzen hinweg

Erforderlich sind daher ein Monitoring und Analysefunktionen, die gewissermaßen einen Blick über den Tellerrand hinaus erlauben, also alle Ebenen des 5G-Netzes mit einbeziehen. Das ist leichter gesagt als getan. Denn die Hersteller der Komponenten von 5G-Infrastrukturen, Cloud-Plattformen und Virtualisierungslösungen forcieren ihre eigenen Management- und Analytics-Lösungen. Serviceprovider, aber auch Unternehmen, die ein Campus-5G-Netz betreiben, benötigen jedoch eine zentrale, übergreifende Monitoring- und Analytics-Plattform. Diese muss in Echtzeit Informationen über alle Vorgänge in einem verteilten, heterogenen Multi-Cloud-Netzwerk bereitstellen.

Eine solche Lösung sollte daher im Idealfall nicht nur 5G-Netze und O-RAN-Komponenten berücksichtigen, sondern möglichst alle Netzwerkkomponenten, Cloud-Plattformen und Virtualisierungslösungen. Dasselbe gilt für die Services und Anwendungsfelder, etwa IoT, Sprach- und Videokommunikation, Mobile Edge Computing und Service Assurance. Wichtig ist außerdem, dass diese Sichtbarkeit auch in Netzwerken gegeben ist, in denen Schnittstellen zwischen älteren Standards wie 4G/LTE und 5G vorhanden sind. Denn es wird einige Zeit dauern, bis der Großteil der Mobilfunkinfrastruktur auf 5G umgestellt ist.

Lösung: "Smarte" Datenanalyse

Mittlerweile stehen jedoch Monitoring- und Analytics-Lösungen zur Verfügung, mit denen Serviceprovider und Unternehmen ein übergreifendes Echtzeit-Monitoring von 5G-Netzwerken durchführen können. Solche Systeme berücksichtigen alle Komponenten, von der Infrastruktur bis zu den Anwendungen. Ein entscheidender Punkt bei der Auswahl einer solchen Lösung ist, dass sie eine "smarte" Datenanalyse vornimmt. Das heißt, die virtuellen Appliances, die dafür zuständig sind, wählen nur die relevanten Informationen aus. Den gesamten Datenverkehr zu untersuchen, und das in Echtzeit, wäre unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht akzeptabel.

Bei "Smart Data" handelt es sich um kontextbezogene Meta-Daten von Verkehrsflüssen ("Traffic Flows"). Sie werden in Echtzeit erfasst und untersucht. Die Grundlage bilden die IP-Datenpakete, deren Weg die Lösung durch die gesamte Netzwerkinfrastruktur verfolgt. Eine solche "smarte" Datenanalyse gibt Aufschluss darüber, wie sich ein 5G-Service aus Sicht der Nutzer darstellt. Das heißt, die User Experience ist der Maßstab, nicht "synthetische" Tests der Laufzeit von Datenpaketen. Dadurch ist eine solche Monitoring- und Analytics-Lösung in der Lage, frühzeitig potenzielle Problempunkte zu erkennen, und zwar bevor diese 5G-Netzwerkservices beeinträchtigen. Auf dieselbe Weise lassen sich mögliche Sicherheitsrisiken und Ansatzpunkte für Cyber-Angriffe identifizieren und beseitigen.

Bereits bei der Netzwerkplanung einsetzen

Es wäre allerdings zu kurz gegriffen, das Einsatzfeld von Smart-Data-Analyse-Lösungen auf vorhandene 5G-Netzwerke und damit verknüpften Software-Defined-Data-Center- und Cloud-Plattformen zu begrenzen. Solche Tools können Serviceprovider und Unternehmen bereits bei der Planung und Implementierung einer 5G-Infrastruktur unterstützen. Analysen geben beispielsweise im Rahmen von Assessments Aufschluss darüber, welche Komponenten von Herstellern für den Aufbau eines Netzes in Frage kommen. Außerdem haben Nutzer die Möglichkeit, neue 5G-basierte Services zu testen und zu prüfen, in welchen Bereichen des Netzwerks sich Automatisierungslösungen verwenden lassen.

Fazit

Bei der Netzwerk-Automatisierung werden künftig künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen eine zentrale Rolle spielen. Doch der Einsatz solcher Technologien setzt voraus, dass im Vorfeld eine umfassende Bestandsaufnahme des Netzwerks und der zentralen Performance- und Kapazitätswerte erfolgt, gleich, ob dabei physische oder virtualisierte Infrastrukturen oder Cloud-Plattformen involviert sind. Diese Transparenz lässt sich nur mit Monitoring-Lösungen erreichen, die mit allen Technologien und Lösungen zusammenarbeiten.

Ladislav Pojz.
Ladislav Pojz.
(Bild: Netscout)

Über den Autor

Ladislav Pojzl ist als Manager of Engineering beim Business Assurance und Security Anbieter Netscout in der Sales Organisation für Netzwerk Visibilität, Security sowie für Cloud und Virtualisierung verantwortlich. Er ist seit über 25 Jahren in der Telekommunikationsbranche tätig und verfügt über umfassende Erfahrung im Bereich TK-Netzwerke, Netzwerkmanagement, Analyse, Security und Service Assurance.

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