Lösungen für nachhaltige Kommunikationstechnik Edge und Open RAN im Mobilfunk

Mit 5G können Unternehmen völlig neue Anwendungsfälle umsetzen, doch das schnell wachsende Datenaufkommen führt zu hohen Energiekosten. Nachhaltiger wäre die Datenverarbeitung am Edge. Auch in Open RAN steckt Potenzial, den Stromverbrauch zu senken.

Nachhaltigkeit ist für die Betreiber von Mobilfunknetzen ein wichtiges Thema – nicht nur, weil sich die meisten von ihnen zum Ziel gesetzt haben, ihre CO₂-Emissionen bis spätestens 2050 auf null zu reduzieren, sondern schlicht auch aus wirtschaftlichen Gründen. Der steigende Datenverkehr in den Netzen sorgt für einen enormen Energieverbrauch und produziert damit hohe Kosten. Das betrifft insbesondere die neuen 5G-Netze, deren Basisstationen deutlich mehr Energie als LTE-Basisstationen benötigen.

Zwar kann 5G weitaus größere Datenmengen als LTE übertragen und ist deshalb zumindest pro Gigabyte energieeffizienter. Allerdings werden die Netze so geplant, dass Leistungsreserven vorhanden sind und sie möglichst selten maximal ausgelastet werden. Hinzu kommt, dass die hohen Datenraten von 5G eifrig genutzt werden und den Traffic schnell anwachsen lassen. So produzieren 5G-Nutzer laut der Industrievereinigung GSMA etwa vier- bis fünfmal so viel Datenvolumen wie 4G-Nutzer. Die durch höhere Bandbreiten möglichen Energieeinsparungen werden durch den steigenden Datenverkehr mehr oder weniger zunichtegemacht.

Campusnetze sorgen für viel Datenverkehr

Neben Privatnutzern, die mit ihren Smartphones mehr und höher auflösende Videos streamen, sind Unternehmen ein wichtiger Traffic-Treiber in 5G-Netzen. Sie können mit dem Mobilfunkstandard völlig neue Anwendungsfälle umsetzen, beispielsweise in der Fertigung. Da 5G die Anbindung extrem vieler Endpunkte pro Flächeneinheit erlaubt, lassen sich dort Maschinen, Anlagen und Umgebungsbedingungen mit unzähligen Sensoren perfekt überwachen.

Deren Daten können dank ultraniedriger Latenzen ohne Verzögerungen ausgewertet und für Echtzeit-Reaktionen genutzt werden. Zudem sind die niedrigen Latenzen die Basis einer präzisen Zeitsynchronisation, die für die perfekte Koordination automatisierter Produktionsabläufe unbedingt notwendig ist.

Edge statt Cloud kann Energie sparen

Die GSMA geht davon aus, dass die Zahl von IoT-Verbindungen im Enterprise-Bereich von 9,2 Mrd. im vergangenen Jahr auf 23,6 Mrd. im Jahr 2030 anwachsen wird. Zugleich wird sich der Anteil der Datenverarbeitungen direkt auf Edge-Devices in diesem Zeitraum nach GSMA-Prognosen auf zehn Prozent halbieren und auch der Anteil der Datenverarbeitungen in zentralen Rechenzentren abnehmen (von 25 auf 20 Prozent). Stattdessen werden Unternehmen Daten zunehmend auf Servern am Edge (30 statt 25 Prozent) oder in der Cloud (40 statt 30 Prozent) verarbeiten – ersteres vor allem bei zeitkritischen Analysen, letzteres eher bei tiefergehenden Auswertungen, die langfristige Entwicklungen aufzeigen sollen.

Da der Aufbau von schnellen Glasfasernetzen aufwendig ist und viel Geld kostet, werden die via 5G erfassten Daten der GSMA zufolge häufig und über weite Strecken drahtlos bis in Cloud übertragen. Drahtlose Verbindungen benötigen jedoch wesentlich mehr Energie als kabelgebundene Verbindungen, sodass der Datentransport in die Cloud alles andere als nachhaltig ist.

Nach Berechnungen des Industrieverbands, bei denen auch der Verbrauch der Server und Kühlsysteme am Edge berücksichtigt wurde, ließe sich insgesamt Energie einsparen, wenn mehr Daten am Edge verarbeitet werden. Würde man zum Beispiel 20 Prozent der Daten nicht in die Cloud oder zentrale Rechenzentren übertragen und stattdessen am Edge auswerten, läge das Einsparpotenzial im Schnitt bei 15 Prozent.

Wie groß dieses Potenzial in der Praxis tatsächlich ist, hängt selbstverständlichen vom konkreten Anwendungsfall ab. Dennoch sollten Netzbetreiber und IT-Dienstleister, die private 5G-Netze und Edge-Umgebungen für Unternehmen aufbauen und betreiben, die sich bietenden Chancen zur Senkung der Betriebskosten nutzen. Spezielle Plattformen helfen ihnen dabei, die verteilt bei verschiedenen Unternehmen stehenden Systeme zentral und automatisiert zu verwalten. Dell bietet etwa mit NativeEdge eine Softwareplattform für den Edge-Betrieb, die nahtlos die End-to-End-Bereitstellung und -Verwaltung verschiedener Edge-Infrastrukturen und -Anwendungen erlaubt.

Open RAN kann die Umweltbilanz verbessern

Weiteres Einsparpotenzial steckt in den Basisstationen selbst, die das drahtlose Funkzugangsnetz (Radio Access Network, RAN) bilden und für fast drei Viertel des Energieverbrauchs in Mobilfunknetzen verantwortlich sind. Diese kamen bisher als proprietäre Systeme von einigen großen Ausrüstern.

5G sieht jedoch eine Entkopplung von Hardware und Software vor, sodass sich Netzwerkfunktionen als virtuelle Software-Instanzen auf Standard-Hardware abbilden lassen. Das erlaubt es, einige Funktionen energieeffizient auf Servern in einem Rechenzentrum oder in der Cloud bereitzustellen und nicht mehr auf der Basisstation selbst. Zudem ist der Ansatz die Grundlage für den Aufbau von Open RANs – offenen Funkzugangsnetzen, in denen Netzbetreiber die RAN-Komponenten verschiedener Anbieter kombinieren. Der Austausch zwischen diesen erfolgt über offene und standardisierte Schnittstellen.

Nachhaltiger durch Open RAN

Aus Sicht der Nachhaltig bietet Open RAN gleich mehrere Vorteile: Zum einen erfordern neue Funktionen im Funkstandard keinen Hardware-Austausch mehr, da sie sich oftmals problemlos via Software-Aktualisierung nachrüsten lassen. Die Netzbetreiber können ihre Systeme somit länger einsetzen und produzieren weniger Elektroschrott.

Zum anderen können sie gezielt energieeffiziente Komponenten auswählen und profitieren von der Weiterentwicklung intelligenter Energiesparfunktionen. Viele davon stellen sogenannte RAN Intelligent Controller (RIC) bereit, die die Stromsparmechanismen der RAN-Komponenten orchestrieren und etwa den Datenverkehr auf bestimmte Frequenzbänder verlagern, um Zellen abschalten oder in den Schlafmodus versetzen zu können. Zudem gibt es auch schon spezielle Beschleunigerkarten für Standard-Server, die die CPU beim Inline-Processing auf der untersten Netzwerkebene entlasten und dadurch den Gesamtenergieverbrauch des Systems senken.

Wie groß die Energieeinsparungen durch Open RAN letztlich sein werden, ist bisher nicht ganz klar, da bisher nur wenige Netzbetreiber ein offenes Funkzugangsnetz eingeführt haben – und dann auch nur an einigen Standorten. Vodafone beispielsweise begann 2021 damit, zunächst 2.500 Standorte in Großbritannien auf Open RAN umzustellen und setzte dabei auch auf PowerEdge-Server von Dell Technologies.

Immerhin 41 Prozent der Betreiber von Mobilfunknetzen gehen laut der GSMA jedoch davon aus, dass Open RAN energieeffizienter ist als andere Netzwerke – nur sechs Prozent befürchten das Gegenteil. 31 Prozent erwarten keinen Unterschied und gut 20 Prozent möchten sich nicht festlegen, da es ihrer Einschätzung nach noch zu früh für Prognosen ist.

Diejenigen, die von spürbaren Energieeinsparungen ausgehen, führen diese vor allem auf ein besseres Baseband Processing, also die mit der Funkübertragung zusammenhänge Datenverarbeitung, sowie eine stärkere Automatisierung zurück. Da diese Einschätzungen zumindest teilweise auch von Netzbetreibern kommen, die Open RAN bereits einsetzen oder testen, stehen die Chancen auf jeden Fall gut, dass Open RAN – ebenso wie Edge Computing – eine nachhaltigere Mobilfunkwelt möglich machen kann.

Dieser Beitrag stammt von unserem Schwesterportal Elektronikpraxis.

(ID:50124649)